CN112834225A - 一种混合动力系统驱动电机扭矩故障的测试及响应方法 - Google Patents

一种混合动力系统驱动电机扭矩故障的测试及响应方法 Download PDF

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许传贺
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Abstract

本发明公开了一种混合动力系统驱动电机扭矩故障的测试及响应方法，包括以下步骤：1、计算出功率误差或扭矩误差系数；2、根据功率误差或扭矩误差系数进行故障等级的判定；3、故障等级对功率误差或扭矩误差系数变化的响应；4、针对不同的故障等级采取相应措施。采用上述技术方案，在驱动电机发生扭矩故障后，根据不同的故障程度，采取不同的台架系统控制响应措施，避免驱动电机扭矩故障引起的非期望的加速度、非期望的加速度丢失等情况出现，保证变速箱系统及台架系统的安全性。

Description

一种混合动力系统驱动电机扭矩故障的测试及响应方法
技术领域
本发明属于电机故障的测试与响应的技术领域。更具体地，本发明涉及一种功率分流型混合动力系统驱动电机扭矩故障的测试及响应方法。
背景技术
随着石油等化学燃料资源的日益稀缺和环境污染问题日益严重，世界各国越来越关注环境保护和能源的合理利用问题。在传统车方面，高昂的技术成本投入带来的性能提升却未能满足日益严格的能耗与排放要求。汽车行业面临转型与发展的重大变革，研究与推广新能源汽车已成必然。
相比于纯电动汽车和燃料电池汽车，混合动力汽车结合了传统内燃机车与纯电动汽车的优势，加油便捷，续航里程长，同时充分利用电机实现低速纯电动驱动，发动机启停，制动能量回收等功能，可以切实有效的降低油耗和排放，被普遍认为时最具研发价值和市场发展前景的新能源汽车。
功率分流型混合动力系统最显著的特点就是实现了发动机转速与车速的解耦。在不同工作模式下，驱动电机能够实现不同的功能，如：提供驱动力矩、提供锁止力矩、制动能量回收等。因此功率分流型混合动力系统对驱动电机的扭矩控制有很高的要求，需要对驱动电机扭矩进行监控。在扭矩故障发生后及时采取合理的响应措施，从而保证车辆的驾驶性和安全性。
台架测试作为一种通用的动力系统检测手段，可以将车辆中的扭矩故障相应措施与台架系统结合，尽可能还原整车状态，到达故障响应测试效果。
发明内容
本发明提供一种混合动力系统驱动电机扭矩故障的测试及响应方法，其目的是保证变速箱系统及台架系统的安全性。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明的混合动力系统驱动电机扭矩故障的测试及响应方法，所述的混合动力系统为功率分流型混合动力系统；该系统设置驱动电机扭矩故障响应模块；所述的测试及响应方法包括以下步骤：
1)、计算出功率误差或扭矩误差系数；
2)、根据功率误差或扭矩误差系数进行故障等级的判定；
3)、故障等级对功率误差或扭矩误差系数变化的响应；
4)、针对不同的故障等级采取相应措施。
在所述的步骤1)中，所述的驱动电机扭矩故障响应模块中的功率误差/扭矩误差系数计算子模块根据驱动电机需求扭矩、驱动电机实际扭矩、实际转速计算出功率误差和/或扭矩误差系数。
功率误差Pe的计算公式如下：
Figure BDA0002883771760000021
扭矩误差系数ECT的计算公式如下：
Figure BDA0002883771760000022
其中：
Tdem为驱动电机需求扭矩；
Tact为驱动电机实际扭矩；
nact为驱动电机实际转速；
Tlp为混合动力系统设定的驱动电机低精度临界扭矩。
驱动电机需求扭矩与驱动电机低精度临界扭矩的大小关系决定了故障等级判定的输入：
当∣Tdem∣≤∣Tlp∣时，扭矩故障等级判定的输入为功率误差Pe；
当∣Tdem∣＞∣Tlp∣时，扭矩故障等级根据判定的输入为扭矩误差系数ECT。
在所述的步骤2)中，其故障等级的判定方法为：
将0≤Pe≤阈值P1或0≤ECT≤阈值EC1的范围对应的故障等级定为1级；
阈值P1＜Pe≤阈值P2或阈值EC1＜误差系数ECT≤阈值EC2的范围对应的故障等级定为2级；
阈值P2＜Pe≤阈值P3或阈值EC2＜误差系数ECT≤阈值EC3的范围对应的故障等级定为3级；
Pe＞阈值P3或ECT＞阈值EC3的范围对应的故障等级定为4级；
其中，低精度扭矩边界Tlp、阈值P1、阈值P2、阈值P3、阈值EC1、阈值EC2、阈值EC3需根据驱动电机性能和系统要求进行标定。
所述的低精度扭矩边界Tlp取值范围为5-10Nm；阈值P1取值范围为0.5-1kw，阈值P2取值范围为1-3kw，阈值P3取值范围为3-5kw；阈值EC1取值范围为1-2，阈值EC2取值范围为2-3，阈值EC1取值范围为3-5。
在所述的步骤3)中，故障等级的响应如下：
当功率误差Pe或误差系数ECT维持在当前扭矩故障等级对应的范围内且持续时间大于系统预设的故障判定时间t时，当前故障等级不变；
当功率误差Pe或误差系数ECT大于当前扭矩故障等级设定的误差范围上限且持续时间大于系统预设的故障判定时间t时，上升至误差系数对应的故障等级；
当功率误差Pe或误差系数ECT小于当前扭矩故障等级设定的误差范围下限且持续时间大于系统预设的故障判定时间t时，下降至误差系数对应的故障等级；
故障判定时间t需根据驱动电机性能和系统要求进行标定。
在所述的步骤4)中，针对不同的扭矩故障等级采取相应的措施，分别为：
当扭矩故障等级为1级时，扭矩误差在可接受范围内，不采取任何干预措施，各部件维持正常工作状态；在CAN总线上发送当前故障状态及故障等级；
当扭矩故障等级为2级时，主要响应措施为：降低输出端负载扭矩，其余各部件维持正常工作状态；在CAN总线上发送当前故障状态及故障等级；
当扭矩故障等级为3级时，主要响应措施为：在确保驱动电机进入空闲模式、发电机可正常工作的条件下，请求进入故障模式，依靠台架输入电机实现发动机直驱跛行；限制台架输出端负载扭矩和直流电源功率并请求切断不必要的低压电负载；与此同时，在CAN总线上发送当前故障状态和故障等级；
当扭矩故障等级为4级时，主要响应措施为：关闭双电机、台架输入电机和直流电源，请求切断不必要的低压电负载，并在CAN总线上发送当前故障状态和故障等级。
当系统或部件无法满足当前故障等级的响应措施的执行条件时，升级扭矩故障并执行相应措施。
本发明采用上述技术方案，在驱动电机发生扭矩故障后，根据不同的故障程度，采取不同的台架系统控制响应措施，避免驱动电机扭矩故障引起的非期望的加速度、非期望的加速度丢失等情况出现，保证变速箱系统及台架系统的安全性。
附图说明
附图所示内容及图中的标记简要说如下：
图1为本发明系统基本结构示意图；
图2为本发明功率误差/扭矩误差系数计算模块示意图；
图3为本发明1级扭矩故障响应措施示意图；
图4为本发明2级扭矩故障响应措施示意图；
图5为本发明3级扭矩故障响应措施示意图；
图6为本发明4级扭矩故障响应措施示意图；
图7为本发明扭矩故障响应模块功能结构示意图；
图8为本发明故障模式下驱动电机纯电跛行示意图；
图9为驱动电机纯电跛行时的电机与发动机的转速关系图。
图中标记为：
1、发动机，2、单向离合器，3、齿圈，4、行星齿轮，5、行星架，6、太阳轮，7、发电机，8、驱动电机耦合齿轮，9、驱动电机齿轮，10、主减速器，11、差速器，12、驱动电机。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1所示，本发明是功率分流型混合动力系统驱动电机扭矩故障的台架测试响应方法，尤其是针对具有单级行星排齿轮机构的功率分流型混合动力系统，其拓扑结构是在该单级行星排齿轮机构中：发电机7与太阳轮6连接；发动机1与齿圈3连接；太阳轮6与齿圈3通过行星齿轮4连接；行星架5与驱动电机耦合齿轮8连接；驱动电机12通过驱动电机齿轮9与驱动电机耦合齿轮8连接；驱动电机耦合齿轮8通过主减速器10与差速器11连接；在发动机1与单级行星排齿轮机构连接的输出轴上设置单向离合器2。
该单行星排齿轮机构包括五个一般齿轮(其中包括主减速器的两个齿轮)，无换挡机件。
如图7所示本发明的混合动力系统驱动电机扭矩故障的测试及响应方法；如图1所示，所述的混合动力系统为功率分流型混合动力系统。
为了解决现有技术存在的问题并克服其缺陷，实现保证变速箱系统及台架系统的安全性的发明目的，本发明采取的技术方案为：
如图7所示，本发明的混合动力系统驱动电机扭矩故障的测试及响应方法，该系统设置驱动电机扭矩故障响应模块；所述的测试及响应方法包括以下步骤：
1)、计算出功率误差或扭矩误差系数；
2)、根据功率误差或扭矩误差系数进行故障等级的判定；
3)、故障等级对功率误差或扭矩误差系数变化的响应；
4)、针对不同的故障等级采取相应措施。
如图2所示，驱动电机扭矩故障响应模块的主要功能有：接收驱动电机需求扭矩、实际扭矩和实际转速的信号；进行功率误差或扭矩误差系数的计算；判定故障等级并根据故障等级执行故障响应措施；接收部件工作状态信号并发送部件工作状态干预请求及故障信息。
驱动电机发生扭矩故障后，根据不同的故障程度，采取不同的台架系统控制响应措施，避免驱动电机扭矩故障引起的非期望的加速度、非期望的加速度丢失等情况出现，保证变速箱系统及台架系统的安全性。
在所述的步骤1)中，所述的驱动电机扭矩故障响应模块中的功率误差/扭矩误差系数计算子模块根据驱动电机需求扭矩、驱动电机实际扭矩、实际转速计算出功率误差和/或扭矩误差系数。
如图3所示，需求扭矩与驱动电机低精度临界扭矩的大小关系决定了故障等级判定的输入。
功率误差Pe的计算公式如下：
Figure BDA0002883771760000061
扭矩误差系数ECT的计算公式如下：
Figure BDA0002883771760000062
其中：
Tdem为驱动电机需求扭矩；
Tact为驱动电机实际扭矩；
nact为驱动电机实际转速；
Tlp为混合动力系统设定的驱动电机低精度临界扭矩。
驱动电机需求扭矩与驱动电机低精度临界扭矩的大小关系按以下关系决定故障等级判定的输入：
当∣Tdem∣≤∣Tlp∣时，扭矩故障等级判定的输入为功率误差Pe；
当∣Tdem∣＞∣Tlp∣时，扭矩故障等级根据判定的输入为扭矩误差系数ECT。
在所述的步骤2)中，其故障等级的判定方法为：
将0≤Pe≤阈值P1或0≤ECT≤阈值EC1的范围对应的故障等级定为1级；
阈值P1＜Pe≤阈值P2或阈值EC1＜误差系数ECT≤阈值EC2的范围对应的故障等级定为2级；
阈值P2＜Pe≤阈值P3或阈值EC2＜误差系数ECT≤阈值EC3的范围对应的故障等级定为3级；
Pe＞阈值P3或ECT＞阈值EC3的范围对应的故障等级定为4级；
其中，低精度扭矩边界Tlp、阈值P1、阈值P2、阈值P3、阈值EC1、阈值EC2、阈值EC3需根据驱动电机性能和系统要求进行标定。
具体地，低精度扭矩边界Tlp取值范围一般在5-10Nm；阈值P1取值范围一般在0.5-1kw，阈值P2取值范围一般在1-3kw，阈值P3取值范围一般在3-5kw；阈值EC1取值范围一般在1-2，阈值EC2取值范围一般在2-3，阈值EC1取值范围一般在3-5。
在所述的步骤3)中，故障等级的响应如下：
当功率误差Pe或误差系数ECT维持在当前扭矩故障等级对应的范围内且持续时间大于系统预设的故障判定时间t时，当前故障等级不变；
当功率误差Pe或误差系数ECT大于当前扭矩故障等级设定的误差范围上限且持续时间大于系统预设的故障判定时间t时，上升至误差系数对应的故障等级；
当功率误差Pe或误差系数ECT小于当前扭矩故障等级设定的误差范围下限且持续时间大于系统预设的故障判定时间t时，下降至误差系数对应的故障等级；
故障判定时间t需根据驱动电机性能和系统要求进行标定。
在所述的步骤4)中，针对不同的扭矩故障等级采取相应的措施，分别为：
如图3所示：当扭矩故障等级为1级时，功率误差Pe或扭矩误差系数ECT的值在可接受范围内，不采取任何干预措施，各部件维持正常工作状态；故障响应措施模块在CAN总线上发送当前故障状态及故障等级；
如图4所示，当扭矩故障等级为2级时，主要响应措施为：故障响应措施模块向驾驶员需求扭矩计算模块发送降低驾驶员需求扭矩的请求，切换至故障模式算法计算驾驶员需求扭矩，降低输出端负载扭矩，其余各部件维持正常工作状态，并且故障响应措施模块在CAN总线上发送当前故障状态及故障等级。
如图5所示，当扭矩故障等级为3级时，主要响应措施为：故障响应措施模块向驾驶员需求扭矩计算模块发送降低驾驶员需求扭矩的请求，切换至故障模式算法计算驾驶员需求扭矩。向工作模式选择模块发送部件工作模式干预请求：在确保驱动电机可控并进入Idle模式，发动机与发电机可正常工作的条件下，请求进入故障工作模式，依靠台架输入电机实现发动机直驱跛行。降低台架输出端负载扭矩和直流电源功率，发送请求切断不必要的低压电负载；并且故障响应措施模块在CAN总线上发送故障状态和故障等级。
如图6所示，当扭矩故障等级为4级时，主要响应措施为：故障响应措施模块向工作模式选择模快发送请求进入故障模式，关闭双电机(驱动电机和发电机)、台架输入电机和直流电源，请求切断不必要的低压电负载。并且故障响应措施模块在CAN总线上发送故障状态和故障等级。
当系统或部件无法满足当前故障等级的响应措施的执行条件时，向故障等级评定模块发送故障升级请求，再执行升级后的故障响应措施。
如图8和图9所示，受限于该功率分流型混合动力系统的结构，在驱动电机扭矩故障较为严重的情况下，驱动电机无法准确提供需求扭矩，且发电机功率较小，系统无法纯电运行。如驱动电机3级扭矩故障发生时，只能依靠发动机直驱跛行。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种混合动力系统驱动电机扭矩故障的测试及响应方法，所述的混合动力系统为功率分流型混合动力系统，其特征在于：所述的混合动力系统设置驱动电机扭矩故障响应模块；所述的测试及响应方法包括以下步骤：
1)、计算出功率误差或扭矩误差系数；
2)、根据功率误差或扭矩误差系数进行故障等级的判定；
3)、故障等级对功率误差或扭矩误差系数变化的响应；
4)、针对不同的故障等级采取相应措施。
2.按照权利要求1所述的混合动力系统驱动电机扭矩故障的测试及响应方法，其特征在于：
在所述的步骤1)中，所述的驱动电机扭矩故障响应模块中的功率误差/扭矩误差系数计算子模块根据驱动电机需求扭矩、驱动电机实际扭矩、实际转速计算出功率误差和/或扭矩误差系数。
3.按照权利要求2所述的混合动力系统驱动电机扭矩故障的测试及响应方法，其特征在于，功率误差Pe的计算公式如下：
Figure FDA0002883771750000011
扭矩误差系数ECT的计算公式如下：
Figure FDA0002883771750000012
其中：
Tdem为驱动电机需求扭矩；
Tact为驱动电机实际扭矩；
nact为驱动电机实际转速；
Tlp为混合动力系统设定的驱动电机低精度临界扭矩。
4.按照权利要求3所述的混合动力系统驱动电机扭矩故障的测试及响应方法，其特征在于，驱动电机需求扭矩与驱动电机低精度临界扭矩的大小关系决定了故障等级判定的输入：
当∣Tdem∣≤∣Tlp∣时，扭矩故障等级判定的输入为功率误差Pe；
当∣Tdem∣＞∣Tlp∣时，扭矩故障等级根据判定的输入为扭矩误差系数ECT。
5.按照权利要求1所述的混合动力系统驱动电机扭矩故障的测试及响应方法，其特征在于：
在所述的步骤2)中，其故障等级的判定方法为：
将0≤Pe≤阈值P1或0≤ECT≤阈值EC1的范围对应的故障等级定为1级；
阈值P1＜Pe≤阈值P2或阈值EC1＜误差系数ECT≤阈值EC2的范围对应的故障等级定为2级；
阈值P2＜Pe≤阈值P3或阈值EC2＜误差系数ECT≤阈值EC3的范围对应的故障等级定为3级；
Pe＞阈值P3或ECT＞阈值EC3的范围对应的故障等级定为4级；
其中，低精度扭矩边界Tlp、阈值P1、阈值P2、阈值P3、阈值EC1、阈值EC2、阈值EC3需根据驱动电机性能和系统要求进行标定。
6.按照权利要求5所述的混合动力系统驱动电机扭矩故障的测试及响应方法，其特征在于：所述的低精度扭矩边界Tlp取值范围为5-10Nm；阈值P1取值范围为0.5-1kw，阈值P2取值范围为1-3kw，阈值P3取值范围为3-5kw；阈值EC1取值范围为1-2，阈值EC2取值范围为2-3，阈值EC1取值范围为3-5。
7.按照权利要求1所述的混合动力系统驱动电机扭矩故障的测试及响应方法，其特征在于：
在所述的步骤3)中，故障等级的响应如下：
当功率误差Pe或误差系数ECT维持在当前扭矩故障等级对应的范围内且持续时间大于系统预设的故障判定时间t时，当前故障等级不变；
当功率误差Pe或误差系数ECT大于当前扭矩故障等级设定的误差范围上限且持续时间大于系统预设的故障判定时间t时，上升至误差系数对应的故障等级；
当功率误差Pe或误差系数ECT小于当前扭矩故障等级设定的误差范围下限且持续时间大于系统预设的故障判定时间t时，下降至误差系数对应的故障等级；
故障判定时间t需根据驱动电机性能和系统要求进行标定。
8.按照权利要求1所述的混合动力系统驱动电机扭矩故障的测试及响应方法，其特征在于：
在所述的步骤4)中，针对不同的扭矩故障等级采取相应的措施，分别为：
当扭矩故障等级为1级时，扭矩误差在可接受范围内，不采取任何干预措施，各部件维持正常工作状态；在CAN总线上发送当前故障状态及故障等级；
当扭矩故障等级为2级时，主要响应措施为：降低输出端负载扭矩，其余各部件维持正常工作状态；在CAN总线上发送当前故障状态及故障等级；
当扭矩故障等级为3级时，主要响应措施为：在确保驱动电机进入空闲模式、发电机可正常工作的条件下，请求进入故障模式，依靠台架输入电机实现发动机直驱跛行；限制台架输出端负载扭矩和直流电源功率并请求切断不必要的低压电负载；与此同时，在CAN总线上发送当前故障状态和故障等级；
当扭矩故障等级为4级时，主要响应措施为：关闭双电机、台架输入电机和直流电源，请求切断不必要的低压电负载，并在CAN总线上发送当前故障状态和故障等级。
9.按照权利要求8所述的混合动力系统驱动电机扭矩故障的测试及响应方法，其特征在于：当系统或部件无法满足当前故障等级的响应措施的执行条件时，升级扭矩故障并执行相应措施。
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