CN101997478A - 用于处理分解器故障的方法和电路 - Google Patents

Abstract

一种处理电动机/发电机单元(MGU)中的分解器故障的方法，包括：从分解器接收描述MGU的转子的测量的角度位置的位置信号；利用位置信号确定是否存在分解器故障；当判断存在分解器故障时，计算或推断估计的转子位置。可利用分解器故障的测量的持续时间确定预定的分解器故障状态，并可在分解器故障状态的至少一部分持续时间上利用估计的转子位置控制MGU。电动机控制电路可操作以利用上面的方法处理分解器故障，并可基于分解器故障持续时间自动地改变MGU的转矩输出或脉宽调制(PWM)。

Description

用于处理分解器故障的方法和电路

技术领域

本发明涉及一种适于处理电动机/发电机单元(MGU)分解器故障的方法和电动机控制电路。

背景技术

在诸如混合动力电动车辆(HEV)或电动车辆(EV)之类的高压推进的车辆中，车载储能***(ESS)提供了至少一部分必要的推进功率的来源。为了节省燃料，当车辆怠速时，可关闭内燃机或选择性地降低内燃机的动力。为了对ESS再充电，可在再生制动事件过程中获取能量，并由此进一步优化燃料经济性。ESS可构造为一组蓄电池单格电池，这些蓄电池单个电池一起储存相当高的电压(例如，300伏或更高)。该电压通过高压总线和功率逆变器模块(PIM)传送到一个或多个高压装置，高压装置包括一个或多个电动机/发动机单元(MGU)。

为了确保HEV或EV上的各种车载电气***的性能最优，可使用电子控制单元或控制器执行各种电测量和/或车载诊断。这种部件的其中之一为分解器。该装置可构造为绝对角度传感器，并可用于监测MGU的转子部的变化的角度位置和旋转速度。可利用转子位置和其它的反馈信号控制电动机转矩。某些传统的车辆控制***可利用本技术领域中已知类型的简单的开关防抖程序，该程序进而可在分解器故障期间使车辆停止，从而试图防止在分解器故障的期间产生非期望的电动机转矩。

发明内容

因此，本文提供了一种使MGU(例如，用于推进HEV或EV的MGU)的控制器具有充分的时间“渡过”间断的分解器故障而不需要关闭车辆的方法，由此提供了从分解器故障状态到正常操作状态的相对较平滑的过渡。该方法可通过算法的形式实现，并通过控制器在所检测的分解器故障的期间自动地执行该方法。可通过控制器以与检测到的故障一致的方式确定电动机位置、所需电动机最大转矩以及故障恢复逻辑。

利用本发明的算法，控制器可例如通过检查分散的故障输入或者来自本技术领域中的已知类型的12位分解器解码芯片或其它解码芯片的控制输出信号来检测分解器故障。当控制器发现特定的分解器故障(例如，如下文在一个具体的实施例中描述的四个分解器故障状态的其中之一)时，由分解器传输的转子位置信号被暂时忽略，取而代之，从上一个已知的有效位置和电动机速度计算或推断不同的估计值。随后，上一个已知的有效速度可作为当前速度使用，并且分解器故障状态可自动地被变化到警报性状态。

根据一个实施例，四个分解器故障可包括：短期故障(SD故障)、中期故障(MD故障)、长期故障(LD故障)以及重复的中期故障(RMD故障)。如在此使用的，术语“SD故障”表示当分解器故障持续时间比标定阈值(即，初始滑行时间段)短时发生的分解器故障，在初始滑行时间段中，PIM正常地工作或者无任何性能上的衰退或变化。当分解器故障的持续时间比初始滑行时间段长但比标定的允许的最大分解器重试时间段短时，发生MD故障。当分解器故障的持续时间比标定的分解器重试时间段长时，发生LD故障。当一系列分解器故障的持续时间大于初始滑行时间段但小于标定的分解器重试时间段时，发生RMD故障。

具体地，处理电动机发电机单元(MGU)(例如但不限于，通常用于推进如上所述的HEV或EV的MGU)的分解器故障的方法，包括：从分解器接收描述MGU的转子的测量的位置的转子位置信号；检测分解器故障；以及当检测到分解器故障时，计算或推断转子的位置。可利用分解器故障的持续时间选择或确定预定的分解器故障状态。控制器在该分解器故障状态的至少一部分期间中，利用估计的位置(即，计算或推断的转子位置)控制MGU的操作(例如，转矩输出或/或脉宽调制(PWM)过程)。

还提供了用于具有适于监测转子位置的分解器的电动机/发电机单元(MGU)的控制器。控制器适于利用来自分解器的信号检测分解器故障；当检测到分解器故障时，推断转子的位置；基于分解器故障的持续时间选择分解器故障状态；以及在所选择的分解器故障状态的至少一部分持续时间上，利用推断的转子位置控制MGU的输出。可通过基于传感器故障持续时间自动地改变MGU的PWM操作，或者当持续时间大于第一阈值持续时间并小于第二阈值持续时间时通过至少暂时地减小MGU的转矩输出来控制MGU的输出。当持续时间大于第二阈值持续时间时，转矩输出可减小到零。

通过下面结合附图对用于实施本发明的最佳方式的详细描述，本发明的上述特征、优点以及其它的特征和优点将变得显而易见。

本申请还提供了以下技术方案：

技术方案1.一种控制电动机/发电机单元(MGU)的方法，包括：

从电连接到所述MGU的转子的分解器接收位置信号，所述信号描述所述转子的测量的角度位置；

利用所述位置信号的值确定是否存在分解器故障；

当确定存在所述分解器故障时，计算所述转子的估计位置；

设置利用所述分解器故障的持续时间确定的预定的分解器故障状态；以及

在所述分解器故障状态的至少一部分持续时间上，利用所述转子的估计位置控制所述MGU。

技术方案2.如技术方案1所述的方法，还包括：在确定存在所述分解器故障后就启动定时器。

技术方案3.如技术方案1所述的方法，还包括：记录所述转子的上一个已知的有效位置。

技术方案4.如技术方案1所述的方法，其中，控制所述MGU包括：当所述分解器故障的持续时间小于阈值持续时间时，维持所述MGU的转矩输出的水平。

技术方案5.如技术方案4所述的方法，其中，控制所述MGU包括：当所述分解器故障的持续时间大于所述阈值持续时间时，减小所述MGU的转矩输出的水平。

技术方案6.如技术方案1所述的方法，还包括：利用所述MGU推进车辆。

技术方案7.一种控制电动机/发电机单元(MGU)的方法，包括：

从电连接到所述MGU的转子的分解器接收信号，所述位置信号至少描述所述转子的测量的角度位置；

利用来自所述分解器的所述信号检测分解器故障；

当检测到所述分解器故障时，从所述转子的上一个已知的有效位置推断所述转子的位置；

基于所述分解器故障的持续时间选择多个不同的分解器故障状态的其中之一；以及

在所选择的分解器故障状态的至少一部分持续时间上，利用所述转子的所述推断的位置控制所述MGU的转矩输出。

技术方案8.如技术方案7所述的方法，其中，检测所述分解器故障包括检测信号损失(LOS)、信号衰退(DOS)以及追踪损失(LOT)的其中之一。

技术方案9.如技术方案7所述的方法，其中，选择多个不同的分解器故障状态的其中之一包括：选择短期(SD)故障、中期(MD)故障、长期(LD)故障以及重复的中期(RMD)故障的其中之一。

技术方案10.如技术方案7所述的方法，其中控制所述MGU的转矩输出包括改变脉宽调制(PWM)操作。

技术方案11.如技术方案7所述的方法，其中，控制所述MGU的转矩输出包括：当所述分解器故障的持续时间大于第一阈值持续时间且小于第二阈值持续时间时，至少暂时地减小转矩输出。

技术方案12.如技术方案11所述的方法，其中，控制所述MGU的转矩输出包括：当所述分解器故障的持续时间大于第二阈值持续时间时，将所述转矩输出水平减小到零。

技术方案13.一种电动机控制电路，包括：

具有转子的电动机/发动机单元(MGU)；

电连接到所述转子并适于监测所述转子的角度位置的分解器；以及

具有算法的控制器，所述算法适于：

利用来自所述分解器的信号检测分解器故障；

当检测到所述分解器故障时，推断所述转子的位置；

基于所述分解器故障的持续时间选择分解器故障状态；以及

在所选择的分解器故障状态的至少一部分持续时间上，利用所述推断的转子位置控制所述MGU的转矩输出。

技术方案14.如技术方案13所述的电路，其中，所述控制器适于通过基于所述传感器故障持续时间自动地改变脉宽调制(PWM)的操作来控制所述MGU的输出。

技术方案15.如技术方案13所述的电路，其中，所述控制器适于控制所述MGU的转矩输出，并包括当所述分解器故障的持续时间大于第一阈值持续时间且小于第二阈值持续时间时至少暂时地减小所述转矩输出。

技术方案16.如技术方案15所述的电路，其中，所述控制器适于在所述分解器故障的持续时间大于所述第二阈值持续时间时，通过使所述转矩输出值减小到零来控制所述MGU的所述转矩输出。

技术方案17.如技术方案15所述的电路，其中，所述分解器包括解码芯片，其中，所述控制器与所述解码芯片通讯，并从所述解码芯片接收多个不同的故障信号的其中之一。

技术方案18.如技术方案13所述的电路，其中所述控制器适于推进车辆。

附图说明

图1是具有分解器和电动机控制器的示意图；

图2是描述可使用图1所示的控制器执行的第一分解器故障状况的曲线图；

图3是描述可使用图1所示的控制器执行的第二分解器故障状况的曲线图；

图4是描述可使用图1所示的控制器执行的第三分解器故障状况的曲线图；

图5是描述可使用图1所示的控制器执行的第四分解器故障状况的视图；

图6是描述用于执行本发明的方法的算法的流程图。

具体实施方式

参照附图，其中在各个附图中相同的附图标记对应于相同或相似的部件，图1示出了具有电动机控制电路11的车辆10，但在不偏离本发明的预期范围的情况下该电路可与车辆分离进行使用。电路11包括具有算法100的控制器12，算法100适于在预定的分解器故障状况中执行本发明的方法，如将在下面参照图2至图6描述的。车辆10包括具有至少一个高压电动机/发电机单元(MGU)16和至少一个齿轮组(GS)17的变速器14。

控制器12可构造为通过包括CPU的数字计算机，并具有足以执行它的所需功能的存储器，例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可编程只读存储器(EPROM)等。控制器12可包括高速时钟、模-数(A/D)和/或数-模(D/A)电路、输入/输出(I/O)电路和装置，以及适合的信号调节和缓冲电路。常驻在控制器12中或可由该控制器访问的任何算法(包括下面参照图6描述的算法100，或者任何其它所需的控制算法)可储存于ROM中，并由控制器12自动地执行以提供所需的控制功能。

车辆100包括：高压储能***(ESS)18(例如，锂离子蓄电池模块或其它适合的能够按照需要选择性储存和分配电能的高压装置)；以及具有用作变速器14的输入构件或连接到变速器14的输入构件的输出构件21的内燃机(E)20。最终驱动组件(未示出)可以可操作地连接到变速器14的输出构件22和用于推进车辆10的驱动轮24。在本发明的预定范围内可使用其它的动力源来推进车辆10，例如，燃料电池(未示出)。有时可仅使用ESS18和MGU16推进车辆10。

在图1的混合动力车辆的实施例中，ESS18通过高压DC总线26和DC至AC脉宽调制(PWM)功率逆变器模块或PIM28电连接到MGU16。如本领域的普通技术人员将理解的，PIM(例如，PIM28)构造为接收电动机控制指令并控制逆变器状态，以提供电动机驱动或再生功能。当MGU16作为电动机工作时，MGU16可从ESS18获取电能，类似地，当MGU16作为发电机工作时，可产生电能至ESS18将电能储存在其中。根据一个实施例，MGU16可构造为三相交流(AC)高压电动机，例如，现有技术中的已知类型的永磁同步电动机。

仍参照图1，MGU16包括具有可确定的转子角度位置(箭头P_R)的转子19。具有解码芯片23的分解器(R)27电连接到转子19，并适于连续地监测和/或测量转子位置(P_R)，并适于将转子位置值连同转子速度传递到控制器12供算法100使用。控制器12利用一组控制输入信号(包括但不一定局限于测量的转子位置(P_R))、响应于检测的分解器故障状况执行一个或多个电动机控制响应。

在预定的分解器故障状况期间自动地执行算法100，根据一个实施例，分解器故障状况可包括下列中的每一个：短期故障(SD故障)、中期故障(MD故障)、长期故障(LD故障)以及重复的中期故障(RMD故障)，如图2至图5分别所示。当故障持续时间比初始滑行时间段(即，在该时间段中，对于机械时间常数转子速度基本保持不变)短时，发生SD故障，而当故障的持续时间比初始滑行时间段长但比标定的分解器重试时间段短时，发生MD故障。类似地，当故障的持续时间比标定的分解器重试时间段长时，发生LD故障，而当故障的持续时间大于初始滑行时间段但小于标定的重试时间段时，发生RMD故障。

参照图2，第一分解器故障状况(即，SD故障)可通过曲线图30描述。当故障追迹34中的所检测的分解器故障32的持续时间(T_F)(即，在点33与点35之间测量的时间)比标定的初始滑行时间段(T1)短时，执行下面描述的图6的算法100。例如，如果分解器故障32的持续时间为5ms而标定的初始滑行时间段(T1)为20ms，则故障状态追迹36可在点33从“良好”切换到“警告”，故障计数器追迹38可在点33以标定速率开始上升。分解器故障32在点35终止，之后故障状态追迹36可从“警告”自动地切换到“良好”。故障计数器追迹38随后依据期望的功能可以以相同或不同的标定速率下降。

通过改变故障计数器的标定速率，可按需要改变从“警告”状态切换到“良好”状态的时刻以使性能最优化。如果在标定的初始滑行时间段(T1)之后检测到分解器故障，则控制器12将执行图3所示的顺序，即，MD故障。曲线图30还示出了电动机状态追迹40、描述PIM28的情况的脉宽调制(PWM)追迹50、描述MGU16的输出情况的最大转矩追迹60以及转子角度或位置有效性追迹70。

对于图2的SD故障状况，电动机状态追迹40描述了MGU16在100％的最大转矩下的不间断的操作，如追迹60所示。在轨迹70中证实了利用分解器27的任何测量的有效性，并且PWM通过PIM28按照正常的标定PWM功能继续进行。在点33，控制器利用上一个已知的位置/速度推断转子位置。在点35，控制器12再次利用由分解器27传输的转子位置值。

参照图3，中等持续时间或MD故障可通过曲线图130表示。曲线图130示出了：在追迹34中的传感器故障32的持续时间(TF)(即，在点33与点35之间测量的时间)比标定的初始滑行时间段(T1)长但比分解器重试时间段(T2)短时，算法100的“分解器重试”功能。故障状态追迹36可在点33从“良好”状态自动切换到“警告”状态，随后在整个初始滑行时间段(即，直到T1)保持在警告状态，并保持在警告性状态的变体(“关闭4重试”)直到与追迹34的点35A对应的时刻。恢复在点35A开始，并持续标定的恢复时间段(T3)。转矩上升时间段在T3开始、在T4结束。故障计数器追迹38可在点33开始以标定的速率上升，其中这种上升在初始滑行时间段(T1)之后终止。在点35，即，当分解器故障32最初终止时，故障状态追迹36可继续指示警告性状态(在图3中示为“关闭4重试”)。在重试诊断时间段(Tsd到T2)中，另一分解器故障32A可自动地开始，其中开始点和结束点分别为33A和35A。故障计数器追迹38的下降可仍以标定的速率在点35A开始。

如图3所示，当分解器故障32持续比初始滑行时间段(T1)更长的时间时，则可向图1的控制器12提供两种选择：(1)如果标定被设为第一值(例如，值为1)，则控制器12可使故障状态从“警告”变化到“重试”，控制器随后将执行关闭PIM28并启动重试过程的诊断。如果标定被设为第二值(例如，0)，则代替地，控制器将转到图4所示的LF故障模式。当标定被设为第一值时，PIM28被关闭，可用的电动机转矩(追迹60)减小到最小阈值。在PIM28被关闭之后，在最小关闭时间段(T1到Tsd)中控制器12等待，并且随后在重试时间段(Tsd到T2)中检测分解器故障。

对于感应电动机，应当标定最小关闭时间段(T1到Tsd)以使MGU16的电流(即，它的定子电流和它的转子电流)衰减到最小阈值。当MGU16构造为感应电动机时，PIM28一被关闭定子电流就变为零，而转子电流(i转子)将以转子时间常数(Tr)的函数衰减，根据函数(其中i_rotor是i转子，是

)：

$i_{\mathrm{rotor}}=i_{{\mathrm{rotor}}_{\mathrm{initial}}}{e}^{-\frac{t}{\mathrm{Tr}}}$

因此，对于感应电动机，最小关闭时间段可约为转子时间常数(Tr)的三倍到四倍。

在永磁体(PM)电动机的情况中，最小关闭时间段可被标定成避免因三相短操作引起的过冲，该最小关闭时间段可被标定为当分解器信号不存在时继续进行。可在T1到T2的时间间隔中一直检查分解器故障恢复。可阻止或延迟PWM直到分解器状态为良好。在任一情况中(即，PM型电动机或感应型电动机)，Tsd的值都可被标定。

在重试诊断时间段(从Tsd到T2)中，分解器故障一在任意点(例如，点35)消失，控制器12就可通过计数器(CNT3)向下计数，如追迹37、137所示。当在整个恢复时间段中未出现故障时，计数器将在点39达到零。如果计数器在分解器重试时间段终止之前达到零，则控制器可在例如点39使故障状态从“恢复”变化到“良好”。随后，PIM18可开启，如追迹50所示。在点39的初始转矩能力将为零，并在转矩回升时间段中在点61线性地恢复到100％。在点39之后从分解器27获得转子位置。

参照图4，LD故障的长持续时间可通过曲线图230表示，其中，当故障的持续时间比标定分解器重试时间段长时，发生LD故障。如果计数器(CNT3)在分解器重试时间段(T2)结束(即，点39)之前未达到零，则发生LD故障。随后，控制器12可使分解器故障状态(追迹36)在点39变化到“故障”，并可使电动机状态在点39从运行变化到故障，如追迹40所示。图1的PIM28根据预先设定的故障动作作出响应。注意到，在点71，有效性追迹70切换到“无效”，最大转矩减小到0％，如追迹60所示。如追迹50所示，PWM功能终止。

参照图5，分解器重试功能通过曲线图330用重复的中等持续时间的故障(即，RMD故障状况)表示。由于具有多个重复的中等持续时间的故障32，所以可发生多次恢复。然而，恢复中的故障的最大数量(n)可限制为标定值。如果MD故障发生(n)次，则图1的控制器12可使故障状态在点41从“警告”变化到“故障”。

结合图1的车辆10参照图6，以从步骤102开始的流程图的形式图示算法100。控制器12从分解器27接收信号，并检测或以其它方式确定分解器故障是否存在。分解器27可包括将各种信号传输到控制器12的解码芯片23，例如，信号丢失(LOS)、信号衰退(DOS)、或追踪丢失(LOT)。如本领域的技术人员将理解的，当分解器输入降到低于指定的阈值时可通过比较监测信号和固定的最小值检测到LOS。当分解器输入超过该指定的阈值时，可检测到DOS。当内部错误信号超过阈值水平或者当输入信号超过最大追踪速率时，可检测到LOT。

在检测到分解器故障之后，算法100行进到步骤104，其中定时器可被启动并以标定的速率增加。一旦定时器被启动，则在步骤106，算法100使分解器故障状态从“良好”切换到“警告”，随后算法100行进到步骤108。

在步骤108，算法100比较分解器故障持续时间(T_F)和第一标定值，如上所述，第一标定值在上文称作初始滑行时间段。如果持续时间(T_F)小于第一标定值/初始滑行时间段，算法100行进到步骤120，否则算法100行进到步骤110。

在步骤110，算法100比较持续时间(T_F)和第二标定值(即，允许的最大分解器重试时间段)。如果持续时间(T_F)比第二标定值/分解器重试时间段长，算法100行进到步骤112，否则算法100行进到步骤114。

在步骤112，算法100执行上面详述的长持续时间(LD)故障过程。

在步骤114，算法100确定分解器故障的数量是否大于标定阈值(n)，如上所述。如果大于标定阈值，则算法100行进到步骤118。否则，算法100行进到步骤116。

在步骤116，算法100执行上面详述的中等持续时间(MD)故障过程。

在步骤118，算法100执行上述的重复的中等持续时间或RMD故障过程。

结合如上所述的车辆10利用算法100，提供了用于处理分解器故障而不需要关闭车辆的稳固的策略。算法100的执行能减小设置分解器故障代码的可能性、降低关闭车辆的频率以及减小保险费用。

尽管详细地描述了用于执行本发明的最佳模式，但熟知本发明所属技术领域的技术人员将构想到在所附权利要求的范围内的用于实施本发明的各种可替换的设计和实施例。

Claims (10)

1.一种控制电动机/发电机单元(MGU)的方法，包括：

从电连接到所述MGU的转子的分解器接收位置信号，所述信号描述所述转子的测量的角度位置；

利用所述位置信号的值确定是否存在分解器故障；

当确定存在所述分解器故障时，计算所述转子的估计位置；

设置利用所述分解器故障的持续时间确定的预定的分解器故障状态；以及

在所述分解器故障状态的至少一部分持续时间上，利用所述转子的估计位置控制所述MGU。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：在确定存在所述分解器故障后就启动定时器。

3.如权利要求1所述的方法，还包括：记录所述转子的上一个已知的有效位置。

4.如权利要求1所述的方法，其中，控制所述MGU包括：当所述分解器故障的持续时间小于阈值持续时间时，维持所述MGU的转矩输出的水平。

5.如权利要求4所述的方法，其中，控制所述MGU包括：当所述分解器故障的持续时间大于所述阈值持续时间时，减小所述MGU的转矩输出的水平。

6.如权利要求1所述的方法，还包括：利用所述MGU推进车辆。

7.一种控制电动机/发电机单元(MGU)的方法，包括：

从电连接到所述MGU的转子的分解器接收信号，所述位置信号至少描述所述转子的测量的角度位置；

利用来自所述分解器的所述信号检测分解器故障；

当检测到所述分解器故障时，从所述转子的上一个已知的有效位置推断所述转子的位置；

基于所述分解器故障的持续时间选择多个不同的分解器故障状态的其中之一；以及

在所选择的分解器故障状态的至少一部分持续时间上，利用所述转子的所述推断的位置控制所述MGU的转矩输出。

8.如权利要求7所述的方法，其中，检测所述分解器故障包括检测信号损失(LOS)、信号衰退(DOS)以及追踪损失(LOT)的其中之一。

9.如权利要求7所述的方法，其中，选择多个不同的分解器故障状态的其中之一包括：选择短期(SD)故障、中期(MD)故障、长期(LD)故障以及重复的中期(RMD)故障的其中之一。

10.一种电动机控制电路，包括：

具有转子的电动机/发动机单元(MGU)；

电连接到所述转子并适于监测所述转子的角度位置的分解器；以及

具有算法的控制器，所述算法适于：

利用来自所述分解器的信号检测分解器故障；

当检测到所述分解器故障时，推断所述转子的位置；

基于所述分解器故障的持续时间选择分解器故障状态；以及

在所选择的分解器故障状态的至少一部分持续时间上，利用所述推断的转子位置控制所述MGU的转矩输出。

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