CN114614720B - 用于车辆轮毂驱动系统传感器失效的容错决策方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及用于车辆轮毂驱动系统传感器失效的容错决策方法及系统。方法包括电流传感器失效诊断过程、位置/速度传感器失效诊断过程和轮毂电机容错控制方法的选择过程。系统包括电流传感器失效诊断模块、位置/速度传感器失效诊断模块和轮毂电机容错控制方法的选择模块；所述位置/速度传感器失效诊断模块还包括：容错控制切换模块。本发明具有能面向随机复杂的电流和位置传感器失效工况，建立控制策略决策机制，根据车速范围与传感器故障工况设计多变量决策模型，以实现兼容全速度范围的容错控制过程的特点。

Description

用于车辆轮毂驱动系统传感器失效的容错决策方法及系统
技术领域
本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及用于车辆轮毂驱动系统传感器失效的容错决策方法及系统。
背景技术
采用分布式轮毂电机驱动是轻型电动汽车未来的发展方向。电动汽车多轮分布式驱动系统是一种典型的过冗余系统，其由多个独立的轮毂电机驱动轮联合提供驱动力，在部分驱动轮发生故障的情况下仍可依靠其余驱动轮维持车辆运行，具有良好的容错性能。
分布式车用轮毂电机驱动端普遍采用永磁同步电机或永磁无刷直流电机，结合矢量控制算法实现精确高效的转矩闭环控制。电流传感器和位置传感器是驱动系统的关键感测元件，由位置传感器获取电机的转子位置信号和速度信号，由电流传感器获取电机电流，供控制器实施矢量控制策略，从而精确的控制电机转矩和转速。受行驶中振动、潮湿、供电异常等因素的影响，电流和速度位置传感器有一定概率出现受干扰或失效的情况，使矢量控制算法中电流信号的解耦产生误差，造成转矩控制精度下降，动力输出特性恶化。特别对于四轮分布式驱动架构的车辆，高速行驶中突发单个驱动轮失效，可引起车体大幅度横摆和失速，造成安全隐患。
由于永磁电机驱动系统的关键传感器也存在信号冗余，在部分传感器失效时可考虑用冗余信号替代故障信号，则仍可维持轮毂电机柔性平稳带载运行，实现传感器失效情况下的容错控制。无位置传感器算法和电流重构方法是实现容错运行的解决方案之一。在传感器失效于车辆行驶的工况下，无位置传感器算法和电流重构技术可快速接管位置/速度传感器和电流传感器的反馈信号，实现对故障侧轮毂电机转矩的有效控制：当电机侧的位置/速度传感器发生故障或产生信号偏差时，控制器通过无位置传感算法获取电机转子位置和速度信息，然后用算法信号替代错误的传感器反馈信号，而驱动器侧的部分电流传感器发生故障或产生信号偏差时，控制器可借助冗余电流传感器实施电流重构技术还原三相电流，则系统可在位置传感器和电流传感器失效时实施容错控制，从而进一步提高分布式驱动系统的安全平顺性，并增加系统安全冗余度。
但是无位置传感器算法的实施存在局限性，其可靠性主要取决于车辆行驶速度，即电机的转速，通常电机在高转速区、低转速区和静止时需采用不同类型的算法；另一方面，针对电流传感器单路失效、多路失效和全部失效的多种故障情况，电机驱动器需要根据电流重构的有效性采取不同的控制策略。在车辆行驶时，位置传感器和电流传感器的实际故障情况是随机发生的，不同车速下不同的传感器故障会组合成复杂的失效工况，对控制系统产生复杂的不利影响，这对容错控制策略的普适性提出了较高的要求。因此，需要在全速度范围下兼容关键传感器的各类失效状态，形成完善的容错决策机制，以保证车辆驱动系统的安全可靠性。
基于上述问题，设计一种能面向随机复杂的电流和位置传感器失效工况，建立控制策略决策机制，根据车速范围与传感器故障工况设计多变量决策模型，以实现兼容全速度范围的容错控制过程的用于车辆轮毂驱动系统传感器失效的容错决策方法及系统，就显得十分重要。
例如，申请号为CN201811372696.5的中国专利文献描述了推力矢量控制用永磁容错电机驱动控制器及控制方法，给出了一种面向常规集中驱动式电动汽车的电机位置传感器失效容错控制方案，该方案针对车辆低速运行时的位置传感器故障工况，采用在永磁电机冗余绕组中注入高频检测信号的方法提取电机位置和速度信息，以代替位置传感器信号，提高电机位置和速度检测的可靠性。但是上述方案仅考虑了车辆低速行驶这一局部运行工况，未涉及高速运行区间，且基于高频注入无感估测算法的矢量控制系统在变速变负载工况下的带载稳定性不佳，不适用于电动汽车运行工况。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中，针对分布式轮毂直驱电动车辆驱动系统关键传感器故障时的扭矩可控性问题，缺乏给出考虑多种故障工况的完整决策方案的问题，提供了一种能面向随机复杂的电流和位置传感器失效工况，建立控制策略决策机制，根据车速范围与传感器故障工况设计多变量决策模型，以实现兼容全速度范围的容错控制过程的用于车辆轮毂驱动系统传感器失效的容错决策方法及系统。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
用于车辆轮毂驱动系统传感器失效的容错决策方法，包括轮毂电机、位置/速度传感器、电流传感器、信号采集电路、主控单元和驱动电路；所述位置/速度传感器与轮毂电机同轴连接；所述信号采集电路分别与位置/速度传感器和电流传感器电连接；所述主控单元分别与信号采集电路和驱动电路电连接；所述电流传感器位于驱动电路的下桥臂侧；包括如下步骤；
电流传感器失效诊断：
S1，通过检测获取三相电流和母线电流的4路电流信号集，并对4路电流信号进行校验，诊断出失效的电流传感器；
位置/速度传感器失效诊断：
S2，在车轮旋转条件下，由无位置传感器算法估测获得轮毂电机位置和转速信号并求取速度的加权平均值，同时由位置/速度传感器测量获得轮毂电机转子位置信号和转速信号，并获得转速测量值；最后通过误差对比法校验转速测量值与速度的加权平均值之间的偏离量，并与设定的阈值进行比较，得出位置/速度传感器失效判断逻辑；
S3，根据位置/速度传感器失效判断逻辑，判断轮毂电机转速所处的速度区间；若轮毂电机转速所处于高速区，则将轮毂电机位置和速度信号来源切换至基于反电势的无位置传感器算法；若轮毂电机转速所处于低速区和零速区，则将轮毂电机位置和速度信号来源切换至基于高频注入的无位置传感器算法或I/F、V/F控制方法；
轮毂电机容错控制方法的选择：
S4，结合电流传感器失效诊断情况和位置/速度传感器失效诊断情况，选择有传感器矢量控制M1、反电势算法无传感器矢量控制M2、高频注入算法无传感器矢量控制M3、I/F流频比控制M4、V/F压频比控制M5和完全切断电机动力输出控制M6中的一种方式，进行轮毂电机容错控制。
作为优选，步骤S1包括如下步骤：
步骤S11，设定三相电流分别为ia、ib、ic，母线电流为ibus，校验过程C1如下：
根据基尔霍夫电流定律，3路电流信号ia、ib、ic满足相加为零，即
ia+ib+ic＝0 (1)
则任一相的电流值可由另两相电流值进行校验，表示为
C1：
Figure BDA0003525652850000041
其中，εi≈0为电流传感器故障判断的误差阈值，由电机驱动系统所容许的电流精度决定；若各相电流值不满足式(2)的约束关系，则判定存在电流传感器失效或偏差故障。
作为优选，步骤S1还包括如下步骤：
步骤S12，考虑所述驱动电路中的SVPWM正弦空间矢量调制信号，由母线电流重构原理，在两个不相同的SVPWM非零电压矢量时间点连续采样两次电流，根据当前电压矢量的扇区位置确定母线电流与三相电流关系：
其中，当前电压矢量的扇区S由当前时刻的电压矢量相位角决定：
Figure BDA0003525652850000051
式(3)中，Arctan为四象限反正切函数，半方括号为“向下取整”数学符号；
则任一相电流值可由特定时刻的母线电流采样值进行校验，表示为
Figure BDA0003525652850000052
由式C2a、C2b和C2c过程，校验出具体为哪一相电流传感器发生故障；
综合式(1)、(2)、(4)校验结果的各种情况，判断出电流传感器的电路失效情况。
作为优选，步骤S2包括如下步骤：
步骤S21，考虑每个驱动轮的位置/速度传感器及无感算法均能获得2套转速信号，给出位置/速度传感器失效的判断机制如式(1)所示：
V1：
Figure BDA0003525652850000053
其中，
Figure BDA0003525652850000054
式中，Sk为k号轮毂驱动单元的位置/速度传感器失效判断逻辑，T为校验周期，ωfb表示位置/速度传感器实测转速，ωest表示估测转速，
Figure BDA0003525652850000055
为加权平均转速，σ为容错判断的阈值角度，N为驱动轮个数；集合A包含所有轮毂驱动单元编号，集合B表示除失效轮毂驱动单元以外的其余轮毂驱动单元编号，i和j为集合中的元素编号；
对于分布式四轮直驱车辆，驱动轮个数N＝4，每个驱动轮均可获得实测与估测2组速度信息，则共可获得8组速度信息；当某一驱动轮的位置/速度传感器失效时，以其余7组速度信号的平均值
Figure BDA0003525652850000056
为参照量，校验所述位置/速度传感器车速信号并判定失效逻辑，如式(6)；当误差积累量超过预设阈值σ且维持一个校验周期T，则判定失效逻辑Sk＝1，否则判定Sk＝0，清除失效判断并重新开始新一轮的校验对比过程。
作为优选，步骤S2还包括如下步骤：
车辆位置/速度传感器失效Sk＝1时，判断轮毂电机转速所处的速度区间，速度区间判断标准为：
Figure BDA0003525652850000061
其中，ωn为轮毂电机标称的额定转速。
作为优选，步骤S3中，除完全切断电机动力输出控制M6外，轮毂电机容错控制方法的择优选择顺序为：
有传感器矢量控制M1＞反电势算法无传感器矢量控制M2或高频注入算法无传感器矢量控制M3＞I/F流频比控制M4＞V/F压频比控制M5。
作为优选，步骤S3中，有传感器矢量控制M1、反电势算法无传感器矢量控制M2和高频注入算法无传感器矢量控制M3均为速度-电流双闭环；I/F流频比控制M4为电流单闭环；V/F压频比控制M5为全开环。
本发明还提供了用于车辆轮毂驱动系统传感器失效的容错决策系统，包括：
电流传感器失效诊断模块，用于通过检测获取三相电流和母线电流的4路电流信号集，并对4路电流信号进行校验，诊断出失效的电流传感器；
位置/速度传感器失效诊断模块，用于在车轮旋转条件下，由无位置传感器算法估测获得轮毂电机位置和转速信号并求取速度的加权平均值，同时由位置/速度传感器测量获得轮毂电机转子位置信号和转速信号，并获得转速测量值；最后通过误差对比法校验转速测量值与速度的加权平均值之间的偏离量，并与设定的阈值进行比较，得出位置/速度传感器失效判断逻辑；
轮毂电机容错控制方法的选择模块，用于结合电流传感器失效诊断情况和位置/速度传感器失效诊断情况，选择有传感器矢量控制M1、反电势算法无传感器矢量控制M2、高频注入算法无传感器矢量控制M3、I/F流频比控制M4、V/F压频比控制M5和完全切断电机动力输出控制M6中的一种方式，进行轮毂电机容错控制。
作为优选，所述位置/速度传感器失效诊断模块还包括：
容错控制切换模块，用于根据位置/速度传感器失效判断逻辑，判断轮毂电机转速所处的速度区间；若轮毂电机转速所处于高速区，则将轮毂电机位置和速度信号来源切换至基于反电势的无位置传感器算法；若轮毂电机转速所处于低速区和零速区，则将轮毂电机位置和速度信号来源切换至基于高频注入的无位置传感器算法或I/F、V/F控制方法。
本发明与现有技术相比，有益效果是：(1)本发明在电动汽车轮毂电机驱动系统发生电流检测故障时，针对不同的电流传感器失效情况，设计诊断逻辑以决策电流信号的有效性，在系统发生位置/速度检测故障时，针对失效时车辆运行的不同速度区间，设计诊断逻辑以决策无位置传感器算法信号的有效性，并依据上述两类传感器的综合故障工况来决策电机的容错控制方法，使车辆在部分传感器发生故障的条件下仍可稳定减速至跛行或停车，提高了分布式轮毂直驱电动车辆的安全稳定性；(2)本发明全面考虑了车辆在复杂运行工况下突发关键传感器故障的多种工况，具有普适和完整性。
附图说明
图1为本发明中电动汽车轮毂电机驱动系统的一种结构示意图；
图2为本发明中电流传感器校验逻辑与失效诊断的一种逻辑图；
图3为本发明中位置/速度传感器校验逻辑与失效诊断的一种逻辑图；
图4为本发明中电流、位置/速度传感器双维度故障容错择优机制的一种效果图；
图5为本发明中驱动系统关键传感器故障容错控制方法的一种决策树图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
实施例1：
如图1所示，本发明提供了用于车辆轮毂驱动系统传感器失效的容错决策方法，包括轮毂电机、位置/速度传感器、电流传感器、信号采集电路、主控单元和驱动电路；所述位置/速度传感器与轮毂电机同轴连接；所述信号采集电路分别与位置/速度传感器和电流传感器电连接；所述主控单元分别与信号采集电路和驱动电路电连接；所述电流传感器位于驱动电路的下桥臂侧；包括如下步骤；
电流传感器失效诊断：
S1，通过检测获取三相电流和母线电流的4路电流信号集，并对4路电流信号进行校验，诊断出失效的电流传感器；
位置/速度传感器失效诊断：
S2，在车轮旋转条件下，由无位置传感器算法估测获得轮毂电机位置和转速信号并求取速度的加权平均值，同时由位置/速度传感器测量获得轮毂电机转子位置信号和转速信号，并获得转速测量值；最后通过误差对比法校验转速测量值与速度的加权平均值之间的偏离量，并与设定的阈值进行比较，得出位置/速度传感器失效判断逻辑；
S3，根据位置/速度传感器失效判断逻辑，判断轮毂电机转速所处的速度区间；若轮毂电机转速所处于高速区，则将轮毂电机位置和速度信号来源切换至基于反电势的无位置传感器算法；若轮毂电机转速所处于低速区和零速区，则将轮毂电机位置和速度信号来源切换至基于高频注入的无位置传感器算法或I/F、V/F控制方法；
轮毂电机容错控制方法的选择：
S4，结合电流传感器失效诊断情况和位置/速度传感器失效诊断情况，选择有传感器矢量控制M1、反电势算法无传感器矢量控制M2、高频注入算法无传感器矢量控制M3、I/F流频比控制M4、V/F压频比控制M5和完全切断电机动力输出控制M6中的一种方式，进行轮毂电机容错控制。
进一步的，步骤S1包括如下步骤：
步骤S11，设定三相电流分别为ia、ib、ic，母线电流为ibus，校验过程C1如下：
根据基尔霍夫电流定律，3路电流信号ia、ib、ic满足相加为零，即
ia+ib+ic＝0 (1)
则任一相的电流值可由另两相电流值进行校验，表示为
C1：
Figure BDA0003525652850000091
其中，εi≈0为电流传感器故障判断的误差阈值，由电机驱动系统所容许的电流精度决定；若各相电流值不满足式(2)的约束关系，则判定存在电流传感器失效或偏差故障。
步骤S12，考虑所述驱动电路中的SVPWM正弦空间矢量调制信号，由母线电流重构原理，在两个不相同的SVPWM非零电压矢量时间点连续采样两次电流，根据当前电压矢量的扇区位置确定母线电流与三相电流关系，如下表1所示：
表1 SVPWM电流重构中母线电流与相电流的关系
扇区 采样1 采样2 扇区 采样1 采样2
1 i<sub>bus</sub>＝i<sub>a</sub> i<sub>bus</sub>＝-i<sub>c</sub> 4 i<sub>bus</sub>＝i<sub>c</sub> i<sub>bus</sub>＝-i<sub>a</sub>
2 i<sub>bus</sub>＝i<sub>b</sub> i<sub>bus</sub>＝-i<sub>c</sub> 5 i<sub>bus</sub>＝i<sub>c</sub> i<sub>bus</sub>＝-i<sub>b</sub>
3 i<sub>bus</sub>＝i<sub>b</sub> i<sub>bus</sub>＝-i<sub>a</sub> 6 i<sub>bus</sub>＝i<sub>a</sub> i<sub>bus</sub>＝-i<sub>b</sub>
其中，当前电压矢量的扇区S由当前时刻的电压矢量相位角决定：
Figure BDA0003525652850000101
式(3)中，Arctan为四象限反正切函数，半方括号为“向下取整”数学符号；
则任一相电流值可由特定时刻的母线电流采样值进行校验，表示为
Figure BDA0003525652850000102
由式C2a、C2b和C2c过程，校验出具体为哪一相电流传感器发生故障；
综合式(1)、(2)、(4)校验结果的各种情况，判断出电流传感器的电路失效情况，既可判断出相电流传感器的单路失效、双路失效、三路失效情况，也可以推断出母线电流传感器失效，决策逻辑如图2所示。
图2中，Y表示传感器有信号且逻辑校验成立，N表示传感器有信号且逻辑校验不成立，0表示被校验的传感器无信号；诊断结论中，P表示所有传感器均正常，Fa、Fb、Fc、Fbus分别表示a相、b相、c相或直流母线电流传感器故障。
根据电流传感器故障诊断结果，将电流失效类型分为CE0-CE3，其中CE0表示所有传感器正常，控制系统可获得精确的电流信号；CE1表示部分传感器失效，控制器可通过电路定律获得完整的电流信号；CE2表示部分传感器失效，控制器可通过重构算法获得精度有所损失的电流信号；CE3则表示部分或全部传感器失效，无法获得有效的电流信号。
步骤S1中，采样包括电机相线输入侧的3个霍尔电流传感器和用于电池过流保护的1个直流母线电流传感器的电流检测装置，根据所示的电流检测位置，检测包含相电流ia、ib、ic和母线电流ibus的4路电流信号集。
进一步的，步骤S2包括如下步骤：
步骤S21，考虑每个驱动轮的位置/速度传感器及无感算法均能获得2套转速信号，给出位置/速度传感器失效的判断机制如式(1)所示：
V1：
Figure BDA0003525652850000111
其中，
Figure BDA0003525652850000112
式中，Sk为k号轮毂驱动单元的位置/速度传感器失效判断逻辑，T为校验周期，ωfb表示位置/速度传感器实测转速，ωest表示估测转速，
Figure BDA0003525652850000113
为加权平均转速，σ为容错判断的阈值角度，N为驱动轮个数；集合A包含所有轮毂驱动单元编号，集合B表示除失效轮毂驱动单元以外的其余轮毂驱动单元编号，i和j为集合中的元素编号；
对于分布式四轮直驱车辆，驱动轮个数N＝4，每个驱动轮均可获得实测与估测2组速度信息，则共可获得8组速度信息；当某一驱动轮的位置/速度传感器失效时，以其余7组速度信号的平均值
Figure BDA0003525652850000114
为参照量，校验所述位置/速度传感器车速信号并判定失效逻辑，如式(6)；当误差积累量超过预设阈值σ且维持一个校验周期T，则判定失效逻辑Sk＝1，否则判定Sk＝0，清除失效判断并重新开始新一轮的校验对比过程
进一步的，应根据具体工况条件设定阈值σ和校验周期T，设置过小的阈值和校验周期会增加误动作机率，而阈值和周期过大则会降低故障判断的敏感性，并影响容错切换过程的平顺性，典型值为σ＝30°，(σ为电角度，非机械角度)，T＝100ms；
进一步的，考虑多驱动轮相继失效的特殊极端工况，通常对各驱动单元的传感器信号进行轮询检测，一旦某驱动单元的故障逻辑判定为1，则将该编号从被测集合A、B中排除，按式(5)、(6)所述过程继续监控剩余驱动轮的传感器失效状况。
车辆的位置/速度传感器失效后，可由无感算法代替传感器获取电机位置和速度信息，控制器仍可进行转矩闭环矢量控制，但是不同的无感算法适用于不同的车速区间，且同时需要满足电流信号精确可靠的前提条件，因此按照失效时电机所处的转速区间对速度失效类型进划分，如图3所示：
图3中，Y表示传感器逻辑校验成立，N表示传感器逻辑校验不成立；诊断结论中，P表示传感器正常，F表示传感器偏差或失效；速度失效类型分为VE0-VE3，其中VE0表示传感器正常，VE1表示高速时传感器失效，VE2表示低速时传感器失效，VE3表示零速静止时传感器失效。
进一步的，步骤S2还包括如下步骤：
车辆位置/速度传感器失效Sk＝1时，判断轮毂电机转速所处的速度区间，速度区间判断标准为：
Figure BDA0003525652850000121
其中，ωn为轮毂电机标称的额定转速。
记录故障逻辑Sk由0变为1时刻的平均转速值
Figure BDA0003525652850000122
与既定的高低速区间阈值进行比较，优选的，该速度分界值设定为永磁轮毂电机额定转速的15％-20％，典型值为0.2ωn。
进一步的，步骤S3中，除完全切断电机动力输出控制M6外，轮毂电机容错控制方法的择优选择顺序为：
有传感器矢量控制M1＞反电势算法无传感器矢量控制M2或高频注入算法无传感器矢量控制M3＞I/F流频比控制M4＞V/F压频比控制M5。
进一步的，步骤S3中，有传感器矢量控制M1、反电势算法无传感器矢量控制M2和高频注入算法无传感器矢量控制M3均为速度-电流双闭环；I/F流频比控制M4为电流单闭环；V/F压频比控制M5为全开环。
有感矢量控制需在电流和速度位置信号均有效的条件下实施，无感矢量控制和I/F控制仅需要电流信号有效即刻实施，V/F控制则不需要电流和速度位置信号即可实施。
根据图2和图3中电流传感器和位置/速度传感器的失效类型，构建双维度容错控制方法择优决策机制，如图4所示。
根据图4的控制策略择优机制，轮毂直驱电动汽车关键传感器失效的容错决策树如图5所示。
本发明还提供了还提供了用于车辆轮毂驱动系统传感器失效的容错决策系统，包括：
电流传感器失效诊断模块，用于通过检测获取三相电流和母线电流的4路电流信号集，并对4路电流信号进行校验，诊断出失效的电流传感器；
位置/速度传感器失效诊断模块，用于在车轮旋转条件下，由无位置传感器算法估测获得轮毂电机位置和转速信号并求取速度的加权平均值，同时由位置/速度传感器测量获得轮毂电机转子位置信号和转速信号，并获得转速测量值；最后通过误差对比法校验转速测量值与速度的加权平均值之间的偏离量，并与设定的阈值进行比较，得出位置/速度传感器失效判断逻辑；
轮毂电机容错控制方法的选择模块，用于结合电流传感器失效诊断情况和位置/速度传感器失效诊断情况，选择有传感器矢量控制M1、反电势算法无传感器矢量控制M2、高频注入算法无传感器矢量控制M3、I/F流频比控制M4、V/F压频比控制M5和完全切断电机动力输出控制M6中的一种方式，进行轮毂电机容错控制。
进一步的，所述位置/速度传感器失效诊断模块还包括：
容错控制切换模块，用于根据位置/速度传感器失效判断逻辑，判断轮毂电机转速所处的速度区间；若轮毂电机转速所处于高速区，则将轮毂电机位置和速度信号来源切换至基于反电势的无位置传感器算法；若轮毂电机转速所处于低速区和零速区，则将轮毂电机位置和速度信号来源切换至基于高频注入的无位置传感器算法或I/F、V/F控制方法。
本发明在电动汽车轮毂电机驱动系统发生电流检测故障时，针对不同的电流传感器失效情况，设计诊断逻辑以决策电流信号的有效性，在系统发生位置/速度检测故障时，针对失效时车辆运行的不同速度区间，设计诊断逻辑以决策无位置传感器算法信号的有效性，并依据上述两类传感器的综合故障工况来决策电机的容错控制方法，使车辆在部分传感器发生故障的条件下仍可稳定减速至跛行或停车，提高了分布式轮毂直驱电动车辆的安全稳定性；本发明全面考虑了车辆在复杂运行工况下突发关键传感器故障的多种工况，具有普适和完整性。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.用于车辆轮毂驱动系统传感器失效的容错决策方法，包括轮毂电机、位置/速度传感器、电流传感器、信号采集电路、主控单元和驱动电路；所述位置/速度传感器与轮毂电机同轴连接；所述信号采集电路分别与位置/速度传感器和电流传感器电连接；所述主控单元分别与信号采集电路和驱动电路电连接；所述电流传感器位于驱动电路的下桥臂侧；其特征在于，包括如下步骤；
电流传感器失效诊断：
S1，通过检测获取三相电流和母线电流的4路电流信号集，并对4路电流信号进行校验，诊断出失效的电流传感器；
位置/速度传感器失效诊断：
S2，在车轮旋转条件下，由无位置传感器算法估测获得轮毂电机位置和转速信号并求取速度的加权平均值，同时由位置/速度传感器测量获得轮毂电机转子位置信号和转速信号，并获得转速测量值；最后通过误差对比法校验转速测量值与速度的加权平均值之间的偏离量，并与设定的阈值进行比较，得出位置/速度传感器失效判断逻辑；
S3，根据位置/速度传感器失效判断逻辑，判断轮毂电机转速所处的速度区间；若轮毂电机转速所处于高速区，则将轮毂电机位置和速度信号来源切换至基于反电势的无位置传感器算法；若轮毂电机转速所处于低速区和零速区，则将轮毂电机位置和速度信号来源切换至基于高频注入的无位置传感器算法或I/F、V/F控制方法；
轮毂电机容错控制方法的选择：
S4，结合电流传感器失效诊断情况和位置/速度传感器失效诊断情况，选择有传感器矢量控制M1、反电势算法无传感器矢量控制M2、高频注入算法无传感器矢量控制M3、I/F流频比控制M4、V/F压频比
控制M5和完全切断电机动力输出控制M6中的一种方式，进行轮毂电机容错控制；
步骤S2包括如下步骤：
步骤S21，考虑每个驱动轮的位置/速度传感器及无感算法均能获得2套转速信号，给出位置/速度传感器失效的判断机制如式(1)所示：
Figure FDA0003773723730000021
其中，
Figure FDA0003773723730000022
式中，Sk为k号轮毂驱动单元的位置/速度传感器失效判断逻辑，T为校验周期，ωfb表示位置/速度传感器实测转速，ωest表示估测转速，
Figure FDA0003773723730000023
为加权平均转速，σ为容错判断的阈值角度，N为驱动轮个数；集合A包含所有轮毂驱动单元编号，集合B表示除失效轮毂驱动单元以外的其余轮毂驱动单元编号，i和j为集合中的元素编号；
对于分布式四轮直驱车辆，驱动轮个数N＝4，每个驱动轮均可获得实测与估测2组速度信息，则共可获得8组速度信息；当某一驱动轮的位置/速度传感器失效时，以其余7组速度信号的平均值
Figure FDA0003773723730000024
为参照量，校验所述位置/速度传感器车速信号并判定失效逻辑，如式(6)；当误差积累量超过预设阈值σ且维持一个校验周期T，则判定失效逻辑Sk＝1，否则判定Sk＝0，清除失效判断并重新开始新一轮的校验对比过程。
2.根据权利要求1所述的用于车辆轮毂驱动系统传感器失效的容错决策方法，其特征在于，步骤S1包括如下步骤：
步骤S11，设定三相电流分别为ia、ib、ic，母线电流为ibus，校验过程C1如下：
根据基尔霍夫电流定律，3路电流信号ia、ib、ic满足相加为零，即
ia+ib+ic＝0 (1)
则任一相的电流值可由另两相电流值进行校验，表示为C1：
Figure FDA0003773723730000031
其中，εi≈0为电流传感器故障判断的误差阈值，由电机驱动系统所容许的电流精度决定；若各相电流值不满足式(2)的约束关系，则判定存在电流传感器失效或偏差故障。
3.根据权利要求2所述的用于车辆轮毂驱动系统传感器失效的容错决策方法，其特征在于，步骤S1还包括如下步骤：
步骤S12，考虑所述驱动电路中的SVPWM正弦空间矢量调制信号，由母线电流重构原理，在两个不相同的SVPWM非零电压矢量时间点连续采样两次电流，根据当前电压矢量的扇区位置确定母线电流与三相电流关系：
其中，当前电压矢量的扇区S由当前时刻的电压矢量相位角决定：
Figure FDA0003773723730000032
式(3)中，Arctan为四象限反正切函数，半方括号为“向下取整”数学符号；
则任一相电流值可由特定时刻的母线电流采样值进行校验，表示为
Figure FDA0003773723730000033
由式C2a、C2b和C2c过程，校验出具体为哪一相电流传感器发生故障；
综合式(1)、(2)、(4)校验结果的各种情况，判断出电流传感器的电路失效情况。
4.根据权利要求1所述的用于车辆轮毂驱动系统传感器失效的容错决策方法，其特征在于，步骤S2还包括如下步骤：
车辆位置/速度传感器失效Sk＝1时，判断轮毂电机转速所处的速度区间，速度区间判断标准为：
Figure FDA0003773723730000041
其中，ωn为轮毂电机标称的额定转速。
5.根据权利要求1所述的用于车辆轮毂驱动系统传感器失效的容错决策方法，其特征在于，步骤S3中，除完全切断电机动力输出控制M6外，轮毂电机容错控制方法的择优选择顺序为：
有传感器矢量控制M1＞反电势算法无传感器矢量控制M2或高频注入算法无传感器矢量控制M3＞I/F流频比控制M4＞V/F压频比控制M5。
6.根据权利要求1所述的用于车辆轮毂驱动系统传感器失效的容错决策方法，其特征在于，步骤S3中，有传感器矢量控制M1、反电势算法无传感器矢量控制M2和高频注入算法无传感器矢量控制M3均为速度-电流双闭环；I/F流频比控制M4为电流单闭环；V/F压频比控制M5为全开环。
7.用于车辆轮毂驱动系统传感器失效的容错决策系统，用于实现权利要求1-6任一项所述的用于车辆轮毂驱动系统传感器失效的容错决策方法，其特征在于，所述用于车辆轮毂驱动系统传感器失效的容错决策系统包括：
电流传感器失效诊断模块，用于通过检测获取三相电流和母线电流的4路电流信号集，并对4路电流信号进行校验，诊断出失效的电流传感器；
位置/速度传感器失效诊断模块，用于在车轮旋转条件下，由无位置传感器算法估测获得轮毂电机位置和转速信号并求取速度的加权平均值，同时由位置/速度传感器测量获得轮毂电机转子位置信号和转速信号，并获得转速测量值；最后通过误差对比法校验转速测量值与速度的加权平均值之间的偏离量，并与设定的阈值进行比较，得出位置/速度传感器失效判断逻辑；
轮毂电机容错控制方法的选择模块，用于结合电流传感器失效诊断情况和位置/速度传感器失效诊断情况，选择有传感器矢量控制M1、反电势算法无传感器矢量控制M2、高频注入算法无传感器矢量控制M3、I/F流频比控制M4、V/F压频比控制M5和完全切断电机动力输出控制M6中的一种方式，进行轮毂电机容错控制。
8.根据权利要求7所述的用于车辆轮毂驱动系统传感器失效的容错决策系统，其特征在于，所述位置/速度传感器失效诊断模块还包括：
容错控制切换模块，用于根据位置/速度传感器失效判断逻辑，判断轮毂电机转速所处的速度区间；若轮毂电机转速所处于高速区，则将轮毂电机位置和速度信号来源切换至基于反电势的无位置传感器算法；若轮毂电机转速所处于低速区和零速区，则将轮毂电机位置和速度信号来源切换至基于高频注入的无位置传感器算法或I/F、V/F控制方法。
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