CN209151050U - Eps电机相电流检测的硬件冗余装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种EPS电机相电流检测的硬件冗余装置，包括母线L1、母线L2、母线L1的三相引出线abc、母线L2的三相引出线ABC以及电机的三相引出线UVW，所述的装置还包括至少两个电流传感器，所述的电流传感器以冗余方式布置在母线L1、母线L2、UV、UW、VW、AB、AC、BC、ab、ac或者bc位置。与现有技术相比，本实用新型具有大大提高了可靠性等优点。

Description

EPS电机相电流检测的硬件冗余装置

技术领域

本实用新型涉及一种EPS电机相电流检测技术，尤其是涉及一种实现故障诊断及容错控制的EPS电机相电流检测的硬件冗余装置。

背景技术

目前，电动助力转向系统(EPS)越来越多地采用无刷电机作为力量来源，通常是永磁同步电机(PMSM)。PMSM的驱动几乎都采用矢量控制，而矢量控制要求知道电机的相电流和转子旋转位置。

对于相电流的检测，有各种不同的方案。第一，有多种电流传感器类型：可采用互感、霍尔、电阻等。第二，电流传感器放置的位置也有多种方式：图1总结了电流传感器可以放置的位置。第三，电流传感器的个数也随放置位置而不同：在电机相线UVW任意两个位置上各使用一个电流传感器，或者三个位置都使用一个电流传感器；下桥臂ABC位置及上桥臂abc位置也如UVW位置一样，可任意两个也可三个电流传感器；在直流母线上，L1或L2的位置，则只需采用一个电流传感器。

通常，使用两个电流传感器，既照顾到三相电流重构的便利性，又比三传感器节省成本。图2(a)和图2(b)是两传感器的典型图示。如前所述，UVW或ABC 或abc三组位置，每组内任意两个位置放置电流传感器都行。

一种最节省成本的相电流重构的方案是在图3的L1位置使用单电阻采样，进而重构三相电流。如前所述，L2位置也可使用单电流传感器。

但是在上述方案中，除了三电流传感器方案，其它方案都不具有硬件冗余，不方便对相电流传感器进行故障诊断和容错控制。

而EPS作为汽车转向的核心部件，事关人身财产安全，必须及时诊断出故障并采取措施。更进一步，容错控制则要求在出现故障的情况下能继续正常运行，如果没有冗余，实现容错是非常困难的。故障诊断和容错控制对于汽车的辅助驾驶以及完全自动驾驶具有极其重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种EPS电机相电流检测的硬件冗余装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种EPS电机相电流检测的硬件冗余装置，包括母线L1、母线L2、母线L1 的三相引出线abc、母线L2的三相引出线ABC以及电机的三相引出线UVW，所述的装置还包括至少两个电流传感器，所述的电流传感器以冗余方式布置在母线 L1、母线L2、UV、UW、VW、AB、AC、BC、ab、ac或者bc位置。

优选地，所述的冗余方式为：两个电流传感器放置在两相引出线上，以及一个电流传感器放置在任一母线上。

优选地，所述的母线L1上放置一个电流传感器，VW相上放置两个电流传感器。

优选地，所述的冗余方式为：在母线上放两个电流传感器。

优选地，在母线L1和母线L2各放置一个电流传感器，或者在母线L1或母线 L2位置同时放置两个电流传感器。

优选地，所述的冗余方式为：三个电流传感器放置在三相引出线上。

优选地，在UVW或ABC或abc三组位置，每组内采用三个电流传感器。

优选地，所述的冗余方式为：电流传感器重复放置。

优选地，在UVW或ABC或abc的任意可能放置电流传感器的位置，放置两个电流传感器，包括UV、UW、VW、AB、AC、BC、ab、ac、bc共9种组合放置。

与现有技术相比，本实用新型在EPS电机相电流检测情景下，针对电流传感器故障诊断及容错控制，进行硬件冗余的，大大提高了可靠性。

附图说明

图1为电流传感器可以放置的位置示意图；

图2(a)为两电流传感器布置在V和W的位置示意图；

图2(b)为两电流传感器布置在A和B的位置示意图；

图3为单电流传感器的位置示意图；

图4为实施例1的电流传感器检测2相+1母线的位置示意图；

图5为实施例2的母线上放两个电流传感器的位置示意图；

图6为实施例3的电流传感器检测3相的位置示意图；

图7为实施例4的电流传感器重复放置的位置示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

在EPS电机相电流检测情景下，针对电流传感器故障诊断及容错控制，在硬件冗余方面，我们提出了电流传感器的应用方案。各方案均可采用各种类型的电流传感器。

实施例1

方案1、电流传感器检测2相+1母线

如图1所示位置，在L1或L2放置一个电流传感器，共2种；然后在UVW 或ABC或abc三组位置，每组内任意两个位置放置两个电流传感器，这些位置包括UV、UW、VW、AB、AC、BC、ab、ac、bc共9种组合。前面2种和后面9 种相互构成冗余，由此可以产生2×9种组合。图4为其中一种典型的图示。

在图1中，能正常工作的情况有：

√ L1、V、W均正常；

√ L1故障，V且W正常；

√ L1正常，V或W一路故障，或V且W同时故障；

假设一个电流传感器可靠工作的概率为0.9，记正常的概率为P，不正常为，则“方案1、电流传感器检测2相+1母线”正常工作的概率为：

将一个电流传感器可靠工作的概率记为未知数x，则该方案正常工作的概率为其函数：

P₁(x)＝x+(1-x)x²＝x+x²-x³；x∈(0,1)

利用数学方法考察该函数，还易知：在(0.5,1)的区间上，该概率是凹增的，即概率随着单个电流传感器可靠性提高而增加，而且增加的趋势是越来越快。

实施例2

方案2、母线上放两个电流传感器

如图1所示位置，在L1和L2各放置一个电流传感器，或者在L1或L2位置同时放置两个电流传感器也是等效的。这3种组合，两个电流传感器相互构成冗余。图5为其中一种典型的图示。该方案只需两个电流传感器，在各冗余方案中，是使用传感器最少的。

在图5中，只要L1或L2有一个能工作，则相电流采样就能正常工作。

按照“方案1”中的方法，“方案2、母线上放两个电流传感器”正常工作的概率为：

该方案正常工作的概率随单个电流传感器可靠性变化的函数为：

P₂(x)＝1-(1-x)²＝2x-x²；x∈(0,1)

该概率在(0,1)区间上是凸增的，即概率随着单个电流传感器可靠性提高而增加，而且增加的趋势是越来越慢。即使单个电流传感器可靠工作的概率为0.8，P₂也能达到0.96。

实施例3

方案3、电流传感器检测3相

如图1所示位置，在UVW或ABC或abc三组位置，每组内采用三个电流传感器。该方案中任意两个电流传感器正常工作则相电流采样正常工作，共3种组合。

图6为其中一种典型的图示。

图6中，能正常工作的情况有：

√ U、V、W均正常工作；

√只是U、V正常工作，或者只是U、W正常工作，或者只是V、W正常工作；

按照“方案1”中的方法，“方案3、电流传感器检测3相”正常工作的概率为：

该方案正常工作的概率随单个电流传感器可靠性变化的函数为：

P₃(x)＝x³+3x²(1-x)＝3x²-2x³；x∈(0,1)

该概率在(0.5,1)的区间上是凹增的，即概率随着单个电流传感器可靠性提高而增加，而且增加的趋势是越来越快。

实施例4

方案4、电流传感器重复放置

如图1所示位置，除开“方案2、母线上放两个电流传感器”中组合外，在其它任意可能放置电流传感器的位置，放置两个电流传感器，同样可以构成硬件冗余，包括UV、UW、VW、AB、AC、BC、ab、ac、bc共9种组合。这种方案最少需要使用4个电流传感器，是使用传感器最多的一种。图7为其中一种典型图示。

图7中，以0表示故障，1表示正常，则相电流检测是否正常的情况与电流传感器是否正常的关系如表1所示：

表1

按照“方案1”中的方法，“方案4、电流传感器重复放置”正常工作的概率为：

该方案正常工作的概率随单个电流传感器可靠性变化的函数为：

P₄(x)＝1-[2(1-x)²-(1-x)⁴]＝[1-(1-x)²]²＝4x²-4x³+x⁴；x∈(0,1)

该概率在(0.5,1)的区间上是凹增的，即概率随着单个电流传感器可靠性提高而增加，而且增加的趋势是越来越快。

小结

使用相同可靠性(假设还是0.9)的电流传感器情况下，图2(a)、两电流传感器和图3、单电流传感器能正常工作的概率，分别为0.81和0.9；相对而言，方案1、2、3、4正常工作的概率均不同幅度的明显提升。其中“方案2、母线上放两个电流传感器”使用传感器最少，成本最优；“方案4、电流传感器重复放置”使用传感器最多，成本上无优势。只有“方案2”正常工作的概率随电流传感器可靠性变化是凸增的，它不要求单个电流传感器有极高的可靠性，正常工作的概率最高，最能容错。而“方案3、电流传感器检测3相”正常工作的概率最低。通过函数作差比较，对于各方案正常工作的概率有：P₂＞P₁＞P₄＞P₃，前述的数值计算也印证了这一点。

方案包括各种可能的电流传感器的类型，比如：互感、霍尔、电阻等。

在EPS中使用方案1、2、3、4中所列的任意一组可能构成硬件冗余的电流传感器应用方案。

特别是方案1和方案2：方案2使用最少电流传感器，达到最大正常工作的概率；方案1使用同方案3相同的3个电流传感器，达到较高正常工作的概率。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种EPS电机相电流检测的硬件冗余装置，包括母线L1、母线L2、母线L1的三相引出线abc、母线L2的三相引出线ABC以及电机的三相引出线UVW，其特征在于，所述的装置还包括至少两个电流传感器，所述的电流传感器以冗余方式布置在母线L1、母线L2、UV、UW、VW、AB、AC、BC、ab、ac或者bc位置。

2.根据权利要求1所述的硬件冗余装置，其特征在于，所述的冗余方式为：两个电流传感器放置在两相引出线上，以及一个电流传感器放置在任一母线上。

3.根据权利要求2所述的硬件冗余装置，其特征在于，所述的母线L1上放置一个电流传感器，VW相上放置两个电流传感器。

4.根据权利要求1所述的硬件冗余装置，其特征在于，所述的冗余方式为：在母线上放两个电流传感器。

5.根据权利要求4所述的硬件冗余装置，其特征在于，在母线L1和母线L2各放置一个电流传感器，或者在母线L1或母线L2位置同时放置两个电流传感器。

6.根据权利要求1所述的硬件冗余装置，其特征在于，所述的冗余方式为：三个电流传感器放置在三相引出线上。

7.根据权利要求6所述的硬件冗余装置，其特征在于，在UVW或ABC或abc三组位置，每组内采用三个电流传感器。

8.根据权利要求1所述的硬件冗余装置，其特征在于，所述的冗余方式为：电流传感器重复放置。

9.根据权利要求8所述的硬件冗余装置，其特征在于，在UVW或ABC或abc的任意可能放置电流传感器的位置，放置两个电流传感器，包括UV、UW、VW、AB、AC、BC、ab、ac、bc共9种组合放置。