CN117083795A - 用于监控包括冗余机器的电气系统的监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监控电气系统的监控装置(S)，所述电气系统包括：冗余旋转电机(M1)；独立的至少两个分支，所述至少两个分支中的每个包括：所述冗余电机(M1)的绕组中的一个；管控装置，所述管控装置生成用于控制所述绕组的功率操控设定值，所述监控装置(S)包括所述管控装置并且配置用于接连地：同时地向两个不同分支的至少两个管控装置发射对于补充于所述操控设定值的功率测试设定值的请求，使得这些功率测试设定值的总和为零，然后根据在应用了所述测试设定值之后测量的物理值建立故障诊断。

Description

用于监控包括冗余机器的电气系统的监控装置

技术领域

本发明要求于2021年1月27日提交的法国申请N°2100753的优先权，该申请的内容(文本、附图和权利要求)通过引用并入本文。

本发明涉及冗余旋转电机，所述冗余旋转电机经使用用于需要高运行可靠性的技术领域，经使用用于与例如在汽车、航空、化工、核能领域中的人员安全性有关的构件。本发明更具体地涉及一种实施对于这种冗余旋转电机的诊断的监控装置和监控方法，在该文件的整个文本中，所述冗余旋转电机在下文中称作术语“冗余机器”。

背景技术

如本领域技术人员所已知，冗余机器包括一定数量的相位(更经常地，3个相位，或更多个相位)，所述相位重复至少一次以形成独立的绕组，所述绕组向共有轴(例如所述机器的转子)上生成电磁转矩，每个绕组与包括专用管控装置的受管控供电源(例如，适用于所述专用管控装置的分相位式电流发电机)连接。线圈及其供电源形成分支，所述冗余机器因此包括至少两个分支。这种冗余机器的架构通常设计用于尽可能大地限制在所述冗余分支之间的共有模态。

通常，每个分支提供所述冗余机器的总功率的一部分(例如对于具有两个分支的简单冗余，为50％)。由此，在分支发生故障的情况下，无论是在所述供电源位置处还是在所述线圈位置处，(一个或多个)剩余分支继续运行并且能够确保所述冗余机器的运行(其任选地处于降级模式)的连续性。

用于确保每个分支的良好运行的诊断需尽可能地提前。特别地，重要的是可周期性地实施这些诊断。然而，当没有请求所述冗余机器时，难以进行对于所述冗余机器的全面诊断，并且，在请求所述冗余机器时，可能地，例如由于驱动了所述冗余机器不受期望地旋转，会干扰所述冗余机器所需履行的功能。

由此，例如从文件EP3067251A1已知一种电动助力转向控制仪器，所述电动助力转向控制仪器包括：

-发动机，所述发动机具有多个线圈绕组(其具有多个相位)，

-多个换流器电路，所述多个换流器电路分别地控制对于所述多个线圈绕组(其具有多个相位)的驱动，

-控制单元，所述控制单元单独地对于每个由电路和(所述控制单元所控制的)线圈绕组构成的组实施初始验证，以便确定缺陷是否发生。

该控制单元通过交错地给每个组充能来实施该初始验证。

该现有技术的问题在于，该初始验证仅是初始的，并且不能够(无论在哪一时刻都)确保每个组的良好运行，这减小了这种仪器的运行可靠性。

发明内容

本发明的目的在于弥补该不足，同时能够使得所述验证不可被驾驶员感知到。

为此，本发明旨在提供一种用于监控电气系统的监控装置，所述电气系统包括：

-冗余旋转电机，所述冗余旋转电机包括旋转轴和至少两个绕组，所述至少两个绕组中的每个向同一该旋转轴上生成电磁转矩，

-独立的至少两个分支，所述至少两个分支中的每个包括：

-所述绕组中的一个，

-换流器，所述换流器单独地给所述分支的绕组供电，

-控制装置，所述控制装置用于控制所述分支的换流器，

-管控装置，所述管控装置生成用于所述控制装置的功率操控设定值，

-传感器，所述传感器测量所述分支的物理值和/或所述冗余旋转电机的物理值，

所述监控装置包括：

-获取部件，所述获取部件用于获取所述物理值中的每个，

-所述管控装置，

该监控装置的特征在于，该监控装置配置用于接连地：

-同时地向两个不同分支的至少两个管控装置发射对于补充于所述操控设定值的功率测试设定值的请求，使得这些功率测试设定值的总和为零，然后

-根据在应用了所述测试设定值之后测量的物理值建立故障诊断。

由此，无论所述功率操控设定值(其可在彼此之间不同)的值如何，在所述值上添加功率测试设定值变得可能，除非所述分支中的一个中存在缺陷，并且不会在由所述旋转轴提供的机械功率方面产生影响，并因此如下文描述地当该车辆包括该电气系统时，不存在对于车辆驾驶员而言可感知到的效果。

例如，所有功率操控设定值可为零，所述冗余机器可处于停止或旋转，但不消耗电流并因此不产生转矩：即使在这些情形中，所述监控装置能够应用所述功率测试设定值，而不改变所述冗余机器的性能，虽然该冗余机器消耗由这些功率测试设定值引发的电流，该电流使得在应用了所述测试设定值之后测量的物理值演变并且允许所述诊断。例如，所述监控装置可监视所述旋转轴的旋转演变：当该旋转轴初始地处于停止并且趋向于在所述测试设定值的作用下旋转或趋向于在存在非零速度时加速时，所述监视装置出现缺陷。还可监视在所述机器上或在每个分支的任一元件上的其它物理值(例如在功率元件(例如绕组或换流器元件)上的过高温度)。

注意到，在本发明的范围中，所述功率测试设定值是经加符号的：该符号从一个分支到另一个分支带有正负号或者根据一个线圈相对于另一个线圈的电磁流方向带有正负号，并且对于由所述旋转轴产生或回收的功率的相同性质来说不存在意义，因为所述功率为零。这些功率测试设定值的为零的总和意味着这些功率测试设定值彼此中和消减，在所述旋转轴上所产生的转矩为零。所述功率操控设定值的总和可为零、负的或正的，并且惯例上，在需要时表示成正功率操控设定值总和(当该功率由所述冗余机器消耗时)以及负功率操控设定值总和(当该功率由所述冗余机器生成时)，在该冗余机器具有发动机运行模式和另一发电机运行模式的情况下。

根据本发明的实施例，所述物理值中的一个是所述旋转轴的旋转速度，该监控装置配置用于当用于所述控制装置的功率操控设定值中的每个为零时，同时地向两个不同分支的至少两个管控装置发射补充的功率测试设定值。

事实上，这些冗余机器通常驱动涉及运行可靠性(例如车辆运行可靠性)的构件并且通常具有长周期，在所述长周期中，所述功率操控设定值为零，这意味着由所述冗余机器消耗的电流为零，速度为零(但不一定)，并因此，在这些长周期期间的诊断不可能，尽管所述车辆经起动或处于行驶阶段。由于本发明，通过在所述至少两个分支中生成电流，自此即使在这些长周期期间也能够诊断该电气系统，所述电流不会引发由所述旋转轴提供的机械功率，也就是说，不会引发在所述旋转轴的输出端处的转矩，因为所述旋转轴是所述绕组所共有的。

根据本发明的实施例，所述监控装置配置用于发射多个功率测试设定值，所述多个功率测试设定值具有接连的不同功率值。

该布置例如能够在多个功率范围上诊断所述换流器。

根据本发明的实施例，所述监控装置配置用于使得至少一个分支的操控设定值和测试设定值的总和等于该分支的最大化容许功率。

根据本发明的实施例，所述监控装置配置用于使得每个分支的操控设定值和测试设定值的总和一个接一个地(l’une après l’autre)等于该分支的最大化容许功率。

本发明还旨在提供一种机动车辆，所述机动车辆包括电气系统，所述电气系统包括：

-冗余旋转电机，所述冗余旋转电机包括旋转轴和至少两个绕组，所述至少两个绕组中的每个向同一该旋转轴上生成转矩，

-独立的至少两个分支，所述至少两个分支中的每个包括：

-所述绕组中的一个，

-换流器，所述换流器单独地给所述分支的绕组供电，

-控制装置，所述控制装置用于控制所述分支的换流器，

-管控装置，所述管控装置生成用于所述控制装置的功率操控设定值，

-传感器，所述传感器测量所述分支的物理值和/或所述电机的物理值，

该车辆的特征在于，该车辆包括如上文描述的监控装置。

根据本发明的实施例，该车辆包括操控所述管控装置的自主驾驶系统。

根据本发明的实施例，该车辆包括由所述自主驾驶系统操控的电动转向系统，该转向系统包括由所述旋转电机机动化的转向柱。

根据本发明的实施例，所述监控装置在所述自主驾驶系统每次投入服务之前发射补充于所述操控设定值的功率测试设定值。

“自主驾驶系统投入服务”理解成从该时刻起所述自主驾驶系统可命令所述管控装置实施所述功率操控设定值。

根据本发明的实施例，所述监控装置在所述车辆固定不动时发射补充于所述操控设定值的功率测试设定值。

附图说明

通过阅读下文中参考唯一附图描述的本发明非限制性特别实施例的详细说明和附图，本发明的其它特点和优点将更加清楚，在所述附图中：

图1是公开了根据本发明的监控装置的示例和该监控装置所诊断的电气系统的示例的原理图。

注意到，所述附图仅作为示例给出，而并不限制本发明。

具体实施方式

图1示出了用于监控电气系统的监控装置S，所述电气系统包括：

-冗余旋转电机M1，所述冗余旋转电机包括旋转轴和至少两个绕组B1、B2、Bn，所述至少两个绕组中的每个向同一该旋转轴上生成电磁转矩，

-独立的至少两个分支，所述至少两个分支中的每个包括：

-所述绕组B1、B2、Bn中的一个，

-换流器Ond1、Ond2、Ondn，所述换流器单独地给所述分支的绕组B1、B2、Bn供电，

-控制装置D1、D2、Dn，所述控制装置用于控制所述分支的换流器Ond1、Ond2、Ondn，

-管控装置DC1、DC2、DCn，所述管控装置生成用于所述控制装置D1、D2、Dn的功率操控设定值，

-传感器Pn、Cn，所述传感器测量所述分支的物理值和/或冗余旋转电机M1的物理值。

监控装置S包括：

-获取部件，所述获取部件用于获取所述物理值中的每个，以及

-管控装置DC1、DC2、DCn。

监控装置S配置用于接连地：

-同时地向两个不同分支的至少两个管控装置DC1、DC2、DCn发射对于补充于所述操控设定值的功率测试设定值的请求，使得这些功率测试设定值的总和为零，然后

-根据在应用了所述测试设定值之后测量的物理值建立故障诊断。

例如，监控装置S包括通过通信网络彼此联接的：

-诊断装置10，

-操控部件100，

-管控装置DC1、DC2、DCn，

-获取部件，所述获取部件用于获取所述物理值中的每个。

图1示出了例如所述旋转轴的速度传感器P1、P2、Pn。注意到，存在与分支同样多的速度传感器。图1还示出了电流传感器C1、C2、Cn。注意到，存在与分支同样多的电流传感器C1、C2、Cn，每个电流传感器测量所述冗余机器的每个相位U、V、W的电流。这意味着，这些电流传感器C1、C2、Cn可类似地与或由用于每个分支的电压传感器、功率传感器或转矩传感器组合或替换。

这些传感器Pn、Cn因此测量所述分支的物理值和/或冗余机器M1的物理值。

这些换流器Ond1、Ond2、Ondn例如建立在H状桥结构的基础上，所述H状桥结构更经常地由电子开关(例如功率晶体管或晶闸管)构成。通过由控制装置D1、D2、Dn适当地控制的一组受控制转换(通常地，脉冲宽度调制)，调制电源，以便创建(具有所期望频率的且当存在多个相位时具有所需的相位之间相位差的)交流信号。

控制装置D1、D2、Dn是电子装置，所述电子装置使从管控装置DC1、DC2、DCn发射的功率设定值转变成所述电子开关的转换信号(通常地，转变成脉冲宽度调制)。注意到，控制装置D1、D2、Dn经常集成在换流器Ond1、Ond2、Ondn中，但不一定，特别是当所述换流器具有强功率时。

管控装置DC1、DC2、DCn例如是电脑或计算机。所述管控装置配置用于生成(用于处于开环和/或闭环的控制装置D1、D2、Dn的)功率设定值。例如，这些管控装置DC1、DC2、DCn包括获取部件，所述获取部件用于获取每个分支的物理值和/或冗余机器M1的物理值，以便例如服务于在所述旋转轴的旋转速度下生成所述功率设定值。

每个管控装置DC1、DC2、DCn从操控部件100接收设定值，该设定值可以是在所述旋转轴的输出端处所需的转矩设定值、速度设定值或功率设定值。这些管控装置DC1、DC2、DCn还从诊断装置10接收所述功率测试设定值(其添加到操控部件100的设定值上)。

特别地，管控装置DC1、DC2、DCn中的一个可通过强加恒定的第一功率测试设定值而按开环运行，而管控装置DC1、DC2、DCn中的另一个通过发射第二功率测试设定值作为设定值而按闭环运行，所述第二功率测试设定值与实际获得的首个第二功率完全相反。

如同操控部件100地，该诊断装置10也例如是电脑或计算机，所述电脑或计算机可部分地集成至或不集成至管控装置DC1、DC2、DCn。在变型中，这些管控装置DC1、DC2、DCn、诊断装置10和操控部件100形成单个计算机或电脑，但该变型不太有利，因为管控装置DC1、DC2、DCn不再是独立的并因此安全性较差，因为该监控装置S的故障会引起不再可控制任何绕组。

注意到，该监控装置S是可实施诊断方法的部件，所述诊断方法接连地包括步骤：

-同时地向两个不同分支的至少两个管控装置DC1、DC2、DCn发射对于补充于所述操控设定值的功率测试设定值的请求，使得这些功率测试设定值的总和为零，然后

-根据在应用了所述测试设定值之后测量的物理值建立所述故障诊断。

该监控装置S因此包括由经存储于存储器中的软件指令进行获取和处理的获取和处理部件以及为了实施所述方法所需的控制部件。因此，根据本发明的监控装置S可实施成软件(或计算机(又或“software”))模块的形式，又或电子电路(或“hardware”)的形式，又或电子电路和软件模块的组合的形式。

所述电源例如是车辆电池(未示出)，所述车辆电池给换流器Ond1、Ond2、Ondn供应电流。

在该文件的整个文本中，“电池”理解成包括至少一个电池模块的集合，所述电池模块包括至少一个电化学电芯。该电池任选地包括用于管理所述至少一个模块的电气能量的电气或电子部件。当存在多个模块时，所述多个模块集中在托盘或壳体中并因此形成电池包，所述电池包经常表示成英文“pack battery”，该壳体通常包括装配接合部和连结端子。

另外，在该文件的整个文本中，“电化学电芯”理解成通过化学反应生成电流的电芯，例如是锂离子(或Li-ion)类型的、Ni-Mh类型的、Ni-Cd类型的又或铅类型的。

该电池例如是12V直流电池，所述12V直流电池用于给车辆的车载网络供电，该网络本身给监控装置S供电。但在变型中，该电池例如是400V直流电池，所述400V直流电池用于给冗余机器M1供电，所述冗余机器作为用于牵引或推进所述车辆的牵引或推进发动机。

在未示出的变型中，这些换流器Ond1、Ond2、Ondn以及控制装置D1、D2、Dn可集成在所述电池中，甚至是集成在每个电池模块中，甚至是集成在每个电芯上。例如，用于管理电气能量的电气或电子部件可集成有这些换流器Ond1、Ond2、Ondn。

在变型中，为了增加这种系统的运行可靠性，对于每个换流器Ond1、Ond2、Ondn，该系统可包括不同电池，这些不同电池中的每个是分支的一部分。

这些经测量的物理值例如是所述旋转轴的位置值或速度值和/或每个绕组的相位(Un，Vn，Wn)中的每个的电流值和/或每个绕组的相位(Un，Vn，Wn)中的每个的电压值和/或每个绕组的温度值和/或每个分支的元件的电流泄漏值、温度值、电压值。

注意到，在该文件的整个文本中，“n”是下标，该下标指明了分支编号，例如在图1上，示出了具有两个分支的电气系统，并因此n从1至2变化。但可设想三个分支或更多个分支。还注意到，所示的冗余机器M1是具有相位U、V、W的三相机器，这是本领域技术人员所已知的指示。对于每个线圈(也就是说，对于每个分支)，这三个相位中的每个重复。

例如，对于n＝3，所述电气系统包括三个分支，并且，诊断装置10可两两地测试所述分支(例如通过应用两个测试设定值，所述两个测试设定值中的每个应用在分支“一”和“二”上、然后应用在分支“二”和“三”上、然后应用在分支“一”和“三”上)，由此能够辨别存在缺陷的分支。

所述物理值中的一个例如是所述旋转轴的旋转速度，该监控装置S配置用于当用于所述控制装置D1、D2、Dn的功率操控设定值中的每个为零时，同时地向两个不同分支的至少两个管控装置DC1、DC2、DCn发射补充的功率测试设定值。

监控装置S例如配置用于发射多个功率测试设定值，所述多个功率测试设定值具有接连的不同功率值。例如，这些接连的功率值可呈现阶梯的形式，又或呈现不断增加的演变的形式。

监控装置S例如配置用于使得至少一个分支的操控设定值和测试设定值的总和等于该分支的最大化容许功率。该特征例如是最优的，以检测电流泄露或过高的绕组内电阻(其会引起异常的温度升高)。所述最大化容许功率例如是所述换流器和/或所涉及分支的电池可提供的最大化物理功率。

监控装置S例如配置用于使得每个分支的操控设定值和测试设定值的总和一个接一个地等于该分支的最大化容许功率。

本发明特别是应用于包括电气系统的机动车辆，所述电气系统包括：

-冗余旋转电机M1，所述冗余旋转电机包括旋转轴和至少两个绕组B1、B2、Bn，所述至少两个绕组中的每个向同一该旋转轴上生成转矩，

-独立的至少两个分支，所述至少两个分支中的每个包括：

-所述绕组中的一个，

-换流器Ond1、Ond2、Ondn，所述换流器单独地给所述分支的绕组B1、B2、Bn供电，

-控制装置D1、D2、Dn，所述控制装置用于控制所述分支的换流器Ond1、Ond2、Ondn，

-管控装置DC1、DC2、DCn，所述管控装置生成用于所述控制装置D1、D2、Dn的功率操控设定值，

-传感器Pn、Cn，所述传感器测量所述分支的物理值和/或所述电机M1的物理值，

该车辆还包括如上文描述的监控装置S。

本发明非常有利地应用于还包括自主驾驶系统的该车辆，所述自主驾驶系统操控管控装置DC1、DC2、DCn。

该车辆例如包括由所述自主驾驶系统操控的电动转向系统，该转向系统包括由旋转电机M1机动化的转向柱。

例如，该监控装置S在所述自主驾驶系统每次投入服务之前发射补充于所述操控设定值的功率测试设定值。

例如，该监控装置S在所述车辆固定不动时发射补充于所述操控设定值的功率测试设定值。

Claims (10)

1.一种用于监控电气系统的监控装置(S)，所述电气系统包括：

-冗余旋转电机(M1)，所述冗余旋转电机包括旋转轴和至少两个绕组(B1，B2，Bn)，所述至少两个绕组中的每个向同一所述旋转轴上生成电磁转矩，

-独立的至少两个分支，所述至少两个分支中的每个包括：

-所述绕组中的一个，

-换流器(Ond1，Ond2，Ondn)，所述换流器单独地给所述分支的绕组(B1，B2，Bn)供电，

-控制装置(D1，D2，Dn)，所述控制装置用于控制所述分支的换流器(Ond1，Ond2，Ondn)，

-管控装置(DC1，DC2，DCn)，所述管控装置生成用于所述控制装置(D1，D2，Dn)的功率操控设定值，

-传感器(Pn，Cn)，所述传感器测量所述分支的物理值和/或所述冗余旋转电机(M1)的物理值，

所述监控装置(S)包括：

-获取部件，所述获取部件用于获取所述物理值中的每个，

-所述管控装置(DC1，DC2，DCn)，

其特征在于，所述监控装置(S)配置用于接连地：

-同时地向两个不同分支的至少两个管控装置(DC1，DC2，DCn)发射对于补充于所述功率操控设定值的功率测试设定值的请求，使得这些功率测试设定值的总和为零，然后

-根据在应用了所述功率测试设定值之后测量的物理值建立故障诊断。

2.根据权利要求1所述的监控装置(S)，所述物理值中的一个是所述旋转轴的旋转速度，所述监控装置(S)配置用于当用于所述控制装置(D1，D2，Dn)的功率操控设定值中的每个为零时，同时地向两个不同分支的至少两个管控装置(DC1，DC2，DCn)发射补充的功率测试设定值。

3.根据上述权利要求中任一项所述的监控装置(S)，所述监控装置配置用于发射多个功率测试设定值，所述多个功率测试设定值具有接连的不同功率值。

4.根据上述权利要求中任一项所述的监控装置(S)，所述监控装置配置用于使得至少一个分支的功率操控设定值和功率测试设定值的总和等于所述分支的最大化容许功率。

5.根据权利要求4所述的监控装置(S)，所述监控装置配置用于使得每个分支的功率操控设定值和功率测试设定值的总和一个接一个地等于所述分支的最大化容许功率。

6.一种机动车辆，所述机动车辆包括电气系统，所述电气系统包括：

-冗余旋转电机(M1)，所述冗余旋转电机包括旋转轴和至少两个绕组(B1，B2，Bn)，所述至少两个绕组中的每个向同一所述旋转轴上生成转矩，

-独立的至少两个分支，所述至少两个分支中的每个包括：

-所述绕组中的一个，

-换流器(Ond1，Ond2，Ondn)，所述换流器单独地给所述分支的绕组(B1，B2，Bn)供电，

-控制装置(D1，D2，Dn)，所述控制装置用于控制所述分支的换流器(Ond1，Ond2，Ondn)，

-管控装置(DC1，DC2，DCn)，所述管控装置生成用于所述控制装置(D1，D2，Dn)的功率操控设定值，

-传感器(Pn，Cn)，所述传感器测量所述分支的物理值和/或所述冗余旋转电机(M1)的物理值，

其特征在于，所述机动车辆包括根据上述权利要求中任一项所述的监控装置(S)。

7.根据权利要求6所述的机动车辆，所述机动车辆包括操控所述管控装置(DC1，DC2，DCn)的自主驾驶系统。

8.根据权利要求7所述的机动车辆，所述机动车辆包括由所述自主驾驶系统操控的电动转向系统，所述电动转向系统包括由所述冗余旋转电机M1机动化的转向柱。

9.根据权利要求7或8所述的机动车辆，所述监控装置(S)在所述自主驾驶系统每次投入服务之前发射补充于所述功率操控设定值的功率测试设定值。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的机动车辆，所述监控装置(S)在所述机动车辆固定不动时发射补充于所述功率操控设定值的功率测试设定值。