CN101428611A - 混合动力系中永磁交流电机的停机路径性能测试 - Google Patents

混合动力系中永磁交流电机的停机路径性能测试 Download PDF

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Abstract

本发明涉及混合动力系中永磁交流电机的停机路径性能测试。具体而言，一种用于混合车辆的诊断***包括电机控制模块和故障诊断模块。电机控制模块控制具有预定相数的电动机输出扭矩。故障诊断模块确定电动机转子的位置，将转子与其中一个相的相角对正，基于其中至少一个相的电流选择性地诊断故障，以及基于诊断选择性地使电动机停止。

Description

混合动力系中永磁交流电机的停机路径性能测试
相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2007年11月8日提交的美国临时申请号为60/986414的权益。上述申请的公开内容通过引用整体地并入本文中。
技术领域
本发明涉及混合动力车辆，且具体地涉及用于混合动力车辆的电机的停机路径诊断。
背景技术
这里提供的背景技术描述旨在大体上介绍本公开的背景。在本背景技术部分描述的范围内的本发明人的工作，以及本说明书中在提交时可能未以其他方式被认作现有技术的各方面，均既没有明示也没有暗指地被认作针对本公开的现有技术。
现参看图1，示出了示范性的电动混合车辆10。此电动混合车辆10包括发动机组件12、混合动力组件14、变速器16、驱动轴18和控制模块20。发动机组件12包括内燃发动机22，其与进气***24、燃料***26和点火***28相连。
进气***24包括进气歧管30、节流阀32和电子节流阀控制器(ETC)34。ETC控制节流阀32从而控制进入发动机22的空气。燃料***26包括燃料喷射器(未示出)，用以控制进入发动机22的燃料流。点火***28点燃由进气***24和燃料***26所提供给发动机22的空气/燃料混合物。
发动机22经由联接装置44而联接到变速器16上。联接装置44可包括一个或多个离合器和/或扭矩变换器。发动机22产生扭矩以驱动变速器16和推进电动混合车辆10。变速器16将动力从发动机22传递到输出轴46，该输出轴46可转动地驱动驱动轴18。
混合动力组件14包括一个或多个电动发电机单元。仅举例而言，如图1所示，混合动力组件14包括两个电动发电机单元：第一电动发电机单元(MGU)38和第二MGU 40。混合动力组件14还包括动力控制装置41和可充电电池42。
第一MGU 38和第二MGU 40独立地运转，并且在任何给定时间可各自或作为电动机或作为发电机来运行。作为电动机运行的MGU供给动力(例如，扭矩)，该动力的全部或部分可用来驱动输出轴46。作为发电机运行的MGU将机械能转换为电能。
仅举例而言，第一MGU 38可以基于发动机22的输出产生电力，而第二MGU 40可以基于输出轴46产生电力。由电动发电机单元38和40之一产生的电力可例如用来给电动发电机单元38和40中的另外一个供以动力、给电池42充电和/或给电子器件供电。虽然电动发电机单元38和40示出为位于变速器16内，但电动发电机单元38和40可设置在任何合适的位置。
控制模块20与燃料***26、点火***28、ETC 34、电动发电机单元38和40、动力控制装置41以及电池42相连。控制模块20还与测量发动机速度的发动机速度传感器48相连。例如，发动机的速度可取决于曲轴的旋转。发动机速度传感器48可位于发动机22内或任何合适的位置，例如在曲轴附近。
控制模块20控制发动机22和电动发电机单元38和40的运行。控制模块20还选择性地控制电池42的充电。控制模块20经由动力控制装置41控制电池42的充电和电动发电机单元38和40的运行。动力控制装置41控制在电池42与电动发电机单元38和40之间的动力流。仅举例而言，动力控制装置41可以是变换器和/或IGBT(绝缘栅双极型晶体管)。
控制模块20可包括多个处理器用来控制电动混合车辆10的相应运行。例如，控制模块20可包括用来确定发动机22和电动发电机单元38和40所需扭矩的第一处理器和用来控制电动发电机单元38和40各自扭矩的第二处理器。
发明内容
用于混合车辆的诊断***包括电机控制模块和故障诊断模块。电机控制模块控制具有预定相数的电动机的扭矩输出。故障诊断模块确定电动机转子的位置，将转子与其中一个相的相角对正(align)，选择性地基于其中至少一个相的电流来诊断故障，以及基于该诊断来选择性地停止电动机。
在其它特征中，故障诊断模块对于各个相确定正相角和负相角，并且将转子与其中一个相的正相角和负相角之一对正。
在其它特征中，故障诊断模块基于转子位置和正、负相角来确定最接近的相角，并将转子与最接近的相角对正。
在其它特征中，故障诊断模块通过基于转子位置和相角来控制施加到电动机上的对正电流从而将转子与相角对正。
在其它特征中，故障诊断模块基于经过其中一个相的测得电流与用于该其中一个相的相应电流阈值的比较，来确定何时转子与相角是对正的。
在其它特征中，电流为对于其中一个相所确定的规一化电流。
在其它特征中，故障诊断模块基于当转子与相角对正时所测得的该其中一个相的第一电流和在转子与相角对正之后的一时间段上所测得的该其中一个相的第二电流来确定规一化电流。
在其它特征中，故障诊断模块当规一化电流大于第一电流阈值时诊断出故障。
在其它特征中，故障诊断模块当规一化电流为小于第二电流阈值和大于第三电流阈值的其中至少一个时诊断出故障，其中，第三电流阈值大于第二电流阈值。
在其它特征中，故障诊断模块当诊断到故障时停止电动机的运行。
用于混合车辆的方法包括：控制具有预定相数的电动机的扭矩输出；确定电动机转子的位置；将转子与其中一个相的相角对正；基于其中至少一个相的电流选择性地诊断故障；以及基于该诊断来选择性地使得电动机停止。
在其它特征中，该方法还包括对于电动机的各个相确定正相角和负相角，其中，对正转子包括将转子与其中一个相的正相角和负相角之一对正。
在其它特征中，该方法还包括基于转子位置和正、负相角确定最接近的相角，其中，对正转子包括将转子与最接近的相角对正。
在其它特征中，将转子与相角对正包括基于转子位置和相角，控制施加到电动机上的对正电流。
在其它特征中，该方法还包括基于经过其中一个相的测得电流与用于该其中一个相的相应阈值的比较，确定何时转子与相角是对正的。
在其它特征中，电流为对于其中一个相所确定的规一化电流。
在其它特征中，该方法还包括，基于当转子与相角对正时所测得的该其中一个相的第一电流和在转子与相角对正后的一时间段上所测得的该其中一个相的第二电流来确定规一化电流。
在其它特征中，选择性地诊断故障包括当规一化电流大于第一电流阈值时诊断出故障。
在其它特征中，选择性地诊断故障包括，当规一化电流为小于第二电流阈值和大于第三电流阈值中的至少一个时诊断出故障，其中，第三电流阈值大于第二电流阈值。
在其它特征中，选择性地停止包括当诊断到故障时停止电动机的运行。
本公开内容适用的其它领域根据以下所提供的详细描述将变得显而易见。应理解的是，详细的描述和特定示例仅是为了说明的目的，而非意图限定本发明公开的范围。
附图说明
根据详细描述和附图将更全面地理解本公开内容，附图中：
图1为示范性的电动混合车辆控制***的功能框图；
图2为根据本公开内容的包括混合控制处理器和电机控制处理器的示范性控制模块的功能框图；
图3为示范性的流程图，示出了根据本公开内容用于校验第一个停机测试的方法的步骤；
图4为示范性的流程图，示出了根据本公开内容用于校验第二个停机测试的方法的步骤。
具体实施方式
下列描述本质上仅是示范性的，且本申请绝非意图以任何方式来限制本公开内容、其应用或用途。为了清楚起见，附图中相同的附图标记将用来标识相似的部件。如文中所用，短语A、B和C中的至少一个应该理解为使用非排它的逻辑＂或＂来表示的逻辑式(A或B或C)。应理解的是，方法中的各步骤可以按不同的顺序执行而并不改变本发明的原理。
如文中所用，用语＂模块＂指代专用集成电路(ASIC)、电子电路、用来执行一个或多个软件或固定程序的处理器(共享的、独占的或集群的)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其它适当器件。
现在参看图2，示出了根据本发明的电动混合车辆的示范性控制模块100的功能框图。控制模块100包括驱动诊断模块102、混合控制处理器(HCP)104和电机控制处理器(MCP)106。驱动诊断模块102接收各种输入，包括但不限于发动机速度、电机速度和电机扭矩。
例如，驱动诊断模块102接收来自发动机速度传感器48的发动机速度。驱动诊断模块102还接收由电机速度传感器107所测得的电机速度和由电机扭矩传感器108所测得的电机扭矩(Tmot)。电机速度传感器107和电机扭矩传感器108分别检测电动发电机单元38的速度和扭矩。由于电动混合车辆10包括多于一个的电动发电机单元，故驱动诊断模块102可以接收多于一个的电动发电机单元的电机速度和扭矩。例如，驱动诊断模块102还可接收第二电动发电机单元40的电机速度和扭矩。
驱动诊断模块102基于发动机速度、电机速度和电机扭矩产生各种信号110。HCP 104接收来自驱动诊断模块102的信号110。HCP 104根据所接收到的信号110来确定对于电动发电机单元所请求的电机扭矩。虽然HCP 104示出为确定对于电动发电机单元38所请求的电机扭矩112，但HCP 104可确定对于各电动发电机单元38和40所请求的电机扭矩。
MCP 106接收来自HCP 104的所请求的电机扭矩112，且基于所请求的电机扭矩112来控制第一MGU38的扭矩。例如，MCP 106可使得向电动发电机单元38供应一定数量的动力，该动力使得电动发电机单元38产生所请求的电机扭矩112。换句话说，MCP 106根据所请求的电机扭矩112控制电动发电机单元38的扭矩。因而，保证由MCP 106所控制的扭矩与所请求的电机扭矩112准确地对应，是符合需要的。
控制模块100可以包括多层次的安全/诊断措施以确保HCP 104和MCP 106之间的准确性和一致性。例如，一个层次的诊断可涉及基本组成部分和子***如电压和电流传感器、温度传感器的诊断以及分解器性能的诊断。另一个层次的诊断可涉及所获得电机扭矩的独立计算。所获得电机扭矩的独立计算可使用用于软件、校准变量和静态变量的单独存储位置来进行。计算中所用的数值可在不同的执行环路间进行校验(例如，使用检验和校验)。
还一个层次的诊断可以执行用来防止MCP 106的软件执行故障和/或处理器故障。仅举例而言，控制模块100可包括诸如可编程逻辑器件(PLD)处理器120的处理器。尽管PLD处理器120示出为位于MCP 106的外部，但该PLD处理器120可位于任何适合的位置。
PLD处理器120可向MCP 106发送种子值(seed value)。MCP 106基于该种子值确定返回密匙值，并将该返回密匙传送到PLD处理器120。PLD处理器120基于返回密匙(例如，将该返回密匙和期望密匙相比较)确定MCP 106的功能。当返回密匙和期望密匙不匹配时，PLD处理器120可执行对正动作。例如，PLD处理器120可使MCP 106复位并将第一MGU 38置于到安全停机模式。
当检测到故障时，PLD处理器120和/或MCP 106可针对电动发电机单元38启动安全停机模式。用于将MGU 38置于到安全停机模式的进程可遵循一个或多个停机路径。停机路径可包括涉及MGU 38的测量和计算的特定序列。尽管本申请的原理将以其关联于MGU 38来进行论述，但本申请的原理同样可适用于第二MGU 40和/或任何其它的MGU。
控制模块100可执行一个或多个停机路径测试，以判断安全停机模式是否正常工作。例如，控制模块100可在车辆起动时(例如点火时)启动停机路径测试。停机路径测试可确保当一个或多个器件(如传感器)失效和/或控制模块100需要车辆停机时，MCP 106和/或PLD处理器120可使得MGU 38正常停机。在各种实施方案中，控制模块100包括执行停机路径测试的故障诊断模块122。
根据本发明的停机路径测试可包括但不限于三相短路测试和三相开路测试。在车辆起动时，校验MCP 106用以执行这些停机测试中一个或多个的能力。不能校验停机测试则可表明在例如第一MGU 38、功率级(power stage)和/或MCP 106中存在缺陷。
如果不能校验停机测试的正常运行，则故障诊断模块122可启动对正动作。仅举例而言，故障诊断模块122可设定故障码，点亮混合车辆内的附属灯和/或停止MGU 38的运行。通过直接地和/或以任何其它适当方式使得MGU 38停止，故障诊断模块122可经由动力控制装置41来停止MGU 38其中一个的运行。
参看图3，校验三相短路测试的方法200在步骤202开始。在步骤204，方法200确定第一电动发电机单元38中转子的转子位置。仅举例而言，转子位置可通过分解器或旋转编码器来确定。在步骤206中，方法200确定与转子位置最接近的相角。
第一MGU 38可根据预定的相数例如三相(如相A、相B和相C)来操作。各个相均包括正的部分(+)和负的部分(-)。例如对于三相而言，相角可以是A+、A-、B+、B-、C+和C-。在步骤206中所确定的最接近相角可以基于这些相角中的一个来确定。在步骤208，方法200基于所确定的相角来控制d轴电流(即对正电流)。换句话说，在步骤208中该方法200控制足够的电流以将转子与最接近相角对正。
在步骤210，该方法200判断转子是否与最接近相角正确地对正。如果为真，则方法200继续进入步骤211。如果为假，则方法200返回到步骤208并继续控制电流直到转子与相角中的一个正确地对正。
例如，基于经过各相的电流与相应阈值的比较，该方法200可判断转子是否与最接近相角正确地对正。仅举例而言，对应于转子与其对正的相的第一阈值可基于对正电流来设定。对应于其它两相(即转子未与其对正的相)的第二阈值可基于第一阈值的一半来设定。换句话说，第二阈值可基于对正电流的一半来设定。在各种实施方案中，第一阈值和第二阈值可分别基于小于对正电流和小于对正电流一半的预定量或百分数来设定。该方法200当相电流大于它们各自的阈值时可判断转子被正确地对正。
在步骤211中，该方法200针对各相测量相电流。该方法200还可记录这些相电流。这些相电流将视作为基本相电流。在步骤212，方法200利用针对三相短路测试所设定的值来初始化计数器。仅举例而言，计数器值可根据基于MGU 38的特性所校准的时间段来设定。计数器值是用来确定测试的重复次数的。在步骤214，该方法200确定对于测试的PWM占空比(duty cycle)。例如，可确定PWM占空比以产生全部三个相的短路状态。
在步骤215中，该方法200控制占空比以产生在所有相中的短路状态。仅举例而言，方法200可根据PWM占空比来控制动力控制装置41。在步骤216，该方法200对各个相电流求和。在步骤218，该方法200递减计数器值。在步骤220，该方法200判断计数器值是否为零。如果为真，则该方法200继续进入步骤221。如果为假，则该方法200重复步骤215至步骤220并重新对各个相电流求和。
在步骤221，该方法200计算对于各个相的相应的规一化相电流。仅举例而言，该方法200可利用下述方程式来计算规一化相电流：
NC N = SC N BC N
这里，NCN表示第N相的规一化电流；SCN表示根据步骤216的最终迭代之后所确定的第N相的总计相电流；BCN表示根据步骤211所确定的与初始计数器值相乘的第N相的基本相电流。在步骤222，该方法200判断各规一化相电流是否在校准范围内。如果为真，则该方法200指示测试进入步骤224。如果为假，则该方法在步骤226中指示测试失败。在其它实施方案中，该方法200可以在各规一化电流中的一个或多个大于或小于相应校准值时判定测试已失败。
方法200还可分别在执行步骤224或226之后起动或停止MGU38的运行。随后该方法200结束。作为备选，如果测试失败，则该方法可返回到步骤202。例如，该方法200可在测试已失败之后允许预定的时间段，以便通过测试。
参看图4，校验三相开路测试的方法300在步骤302开始。在步骤304，该方法300确定电动发电机单元38中转子的转子位置。仅举例而言，该方法300可利用分解器或旋转编码器来确定转子位置。在步骤306，方法300确定与转子位置的最接近相角。
MGU 38可根据预定的相数例如三相(如相A、相B和相C)来操作。各个相均包括正的部分(+)和负的部分(-)。例如对于三相而言，相角可以是A+、A-、B+、B-、C+和C-。在步骤306中所确定的最接近相角可基于这些相角中的一个来确定。在步骤308，方法300基于最接近相角来控制d轴电流(即对正电流)。换句话说，在步骤308，该方法300控制足够的电流以将MGU38的转子与最接近相角对正。
在步骤310，该方法300判断转子是否与最接近相角正确地对正。如果为真，则该方法300继续进入步骤311。如果为假，则该方法300返回到步骤308，并继续控制电流直到转子与相角中的一个正确地对正。
例如，基于经过各相的电流与相应阈值的比较，该方法300可判断转子是否正确地对正。仅举例而言，对应于转子与其对正的相的第一阈值可基于对正电流来设定。对应于其它两相(即转子未与其对正的相)的第二阈值可基于第一阈值的一半来设定。换句话说，第二阈值可基于对正电流的一半来设定。在各种实施方案中，第一阈值和第二阈值可分别基于小于对正电流和小于对正电流一半的预定量或百分数来设定。该方法300当相电流大于它们各自的阈值时可确定转子被正确地对正。
在步骤311，该方法300针对各相测量相电流。该方法300还可记录这些相电流。这些相电流将视作为基本相电流。在步骤312，该方法300利用对于三相开路测试的值来初始化计数器。仅举例而言，计数器值可根据基于MGU 38的特性所校准的时间段来设定。计数器值是用来确定测试的重复次数的。
在步骤315，该方法300控制占空比以产生在所有相中的开路状态。仅举例而言，方法300可根据PWM占空比来控制动力控制装置41。在步骤316，该方法300对各个相电流求和。在步骤318，该方法300递减计数器值。在步骤320，该方法300判断计数器值是否为零。如果为真，则该步骤300继续进入步骤321。如果为假，则该方法300重复步骤315至步骤320并重新对各个相电流求和。
在步骤321，该方法300计算对于各个相的相应的规一化相电流。仅举例而言，该方法300可利用以下方程式来计算规一化相电流：
NC N = SC N BC N
这里，NCN表示第N相的规一化电流；SCN表示根据步骤316的最终迭代之后所确定的第N相的总计相电流；BCN表示根据步骤311所确定的与初始计数器值相乘的第N相的基本相电流。在步骤322，该方法300判断各规一化相电流是否分别小于阈值。如果为真，则该方法300在步骤324中指示测试通过。如果为假，则该方法在步骤326中指示测试失败。
方法300还可分别在执行步骤324或326之后起动或停止MGU38的运行。随后该方法300结束。作为备选，如果测试失败，该方法300可返回到步骤302。例如，该方法300可在测试已失败之后允许预定的时间段，以便通过测试。
根据上述描述，本领域技术人员能够懂得本公开内容的广泛教导可以多种形式来实施。因此，尽管本公开内容包括特定示例，但本公开内容的真实范围不应如此限制，因为其它变体对于本领域技术人员而言通过对附图、说明书以及权利要求书的学习将变得显而易见。

Claims (20)

1.一种用于混合车辆的诊断***，包括：
电机控制模块，其控制具有预定相数的电动机的输出扭矩；和
故障诊断模块，其确定所述电动机的转子的位置、将所述转子与其中一个所述相的相角对正、基于其中至少一个所述相的电流选择性地诊断故障，以及基于所述诊断选择性地使得所述电动机停止。
2.根据权利要求1所述的诊断***，其特征在于，所述故障诊断模块对于所述相中的各个相来确定正相角和负相角，并且将所述转子与其中一个所述相的所述正相角和所述负相角之一对正。
3.根据权利要求2所述的故障诊断***，其特征在于，所述故障诊断模块基于所述转子的所述位置和所述正相角以及所述负相角确定最接近的相角，并且将所述转子与所述最接近的相角对正。
4.根据权利要求1所述的诊断***，其特征在于，所述故障诊断模块通过基于所述转子的所述位置和所述相角控制施加到所述电动机上的对正电流来将所述转子与所述相角对正。
5.根据权利要求4所述的诊断***，其特征在于，所述故障诊断模块基于经过其中一个所述相的测得电流与用于所述其中一个所述相的相应电流阈值的比较，来确定何时所述转子与所述相角是对正的。
6.根据权利要求1所述的诊断***，其特征在于，所述电流是对于其中一个所述相的规一化电流。
7.根据权利要求6所述的故障诊断***，其特征在于，所述故障诊断模块基于当所述转子与所述相角对正时所测得的所述其中一个所述相的第一电流和在所述转子与所述相角对正之后的一时间段上所测得的所述其中一个所述相的第二电流来确定所述规一化电流。
8.根据权利要求6所述的故障诊断***，其特征在于，所述故障诊断模块当所述规一化电流大于第一电流阈值时诊断出所述故障。
9.根据权利要求6所述的故障诊断***，其特征在于，所述故障诊断模块当所述规一化电流为小于第二电流阈值和大于第三电流阈值中的至少一个时诊断出所述故障，其中，所述第三电流阈值大于所述第二电流阈值。
10.根据权利要求1所述的故障诊断***，其特征在于，所述故障诊断模块当诊断到所述故障时停止所述电动机的运行。
11.一种用于混合车辆的方法，包括：
控制具有预定相数的电动机的输出扭矩；
确定所述电动机的转子的位置；
将所述转子与其中一个所述相的相角对正；
基于其中至少一个所述相的电流选择性地诊断故障；以及
基于所述诊断来选择性地使得所述电动机停止。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，对于所述电动机的所述相中的各个相确定正相角和负相角，其中，所述对正所述转子包括将所述转子与其中一个所述相的所述正相角和所述负相角之一对正。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，基于所述转子的所述位置和所述正相角以及所述负相角确定最接近的相角，其中，所述对正所述转子包括将所述转子与所述最接近的相角对正。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述将所述转子与所述相角对正包括基于所述转子的所述位置和所述相角来控制施加到所述电动机上的对正电流。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于经过其中一个所述相的测得电流与用于所述其中一个所述相的相应电流阈值的比较，来确定何时所述转子与所述相角是对正的。
16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述电流是对于其中一个所述相而确定的规一化电流。
17.根据权利要求16所述方法，其特征在于，所述方法还包括，基于当所述转子与所述相角对正时所测得的所述其中一个所述相的第一电流和在所述转子与所述相角对正之后的一时间段上所测得的所述其中一个相的第二电流来确定所述规一化电流。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述选择性地诊断所述故障包括当所述规一化电流大于第一电流阈值时诊断出所述故障。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述选择性地诊断所述故障包括当所述规一化电流为小于第二电流阈值和大于第三电流阈值中的中至少一个时诊断出所述故障，其中，所述第三电流阈值大于所述第二电流阈值。
20.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述选择性地停止包括当诊断到所述故障时停止所述电动机的运行。
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