CN104417394B - 用于电马达的控制器及其控制电马达的扭矩输出的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于具有电马达的电动车辆的控制器。控制器包括马达控制处理器(MCP)模块，构造为控制电马达的扭矩输出。控制器还包括第一主处理器监视器(MPM)模块和第二PMP模块。第一MPM模块和第二MPM模块构造为单独地确定MCP模块的健康状态，且在确定MCP模块没有起作用之后，分别产生第一故障信号和第二故障信号。控制器还包括表决控制模块，其构造为接收来自第一MPM模块的第一故障信号和第二MPM模块的第二故障信号中的至少一个，且当其接收到第一故障信号和第二故障信号二者时，产生超驰命令。超驰命令对MCP模块进行超驰控制。

Description

用于电马达的控制器及其控制电马达的扭矩输出的方法
技术领域
本发明涉及用于在电动车辆中的电马达的控制器及其控制电马达的扭矩输出的方法。
背景技术
电动车辆，诸如混合动力电动车辆(HEV)等，通常利用一个或多个电马达，所述电马达可单独或与内燃机一起推进车辆。电马达典型地为三相交流电流(AC)马达，诸如永磁体马达。AC马达通过三相AC电流控制，其又被电马达控制器内的三相AC逆变器控制。处理器或主模块用于控制逆变器，且因此控制电马达的扭矩输出。
电动车辆可包括副模块，其监视主模块的健康状态。主模块的健康状态可以指主模块是否适当地操作和/或具有一个或多个故障。副模块可在主模块上执行诊断测试，以确定主模块的健康状态。如果模块用于以其意图目的的预定方式运行，则其被确定为健康。
发明内容
提供了一种用于具有电马达的电动车辆的控制器。控制器包括马达控制处理器(MCP)模块、第一主处理器监视器(MPM)模块、第二MPM模块、表决控制模块和超驰控制模块。MCP模块构造为产生至少一个马达命令，以控制电马达的扭矩输出。
第一MPM模块构造为确定MCP模块的健康状态，且如果其确定MCP模块没有起作用，则产生第一故障信号。类似地，第二MPM模块构造为单独地确定MCP模块的健康状态，且如果其确定MCP模块没有起作用，则产生第二故障信号。第一MPM模块和第二MPM模块中的至少一个可经由与MCP模块进行种子-秘钥交换而确定健康状态。
在种子-秘钥交换中，第一MPM模块和第二MPM模块中的所述至少一个产生种子值和预期秘钥，并将该种子值传送至MCP模块。MCP模块产生与种子值相对应的返回秘钥，并将其传送至第一MPM模块和第二MPM模块中的所述至少一个。当返回秘钥不等于期望秘钥时，第一MPM模块和第二MPM模块中的所述至少一个确定MCP模块没有起作用。
表决控制模块构造为接收来自第一MPM模块的第一故障信号和来自第二MPM模块的第二故障信号中的至少一个。表决控制模块还构造为，如果其接收到第一故障信号和第二故障信号二者，则产生超驰命令。超驰命令对MCP模块进行超驰控制。超驰控制模块构造为，从表决控制模块接收超驰命令，并执行超驰命令。
还提供一种经由上述控制器控制电马达的扭矩输出的方法。该方法首先包括通过第一MPM模块确定MCP模块的健康状态。如果第一MPM模块确定MCP模块没有起作用，则方法包括产生要传送至表决控制模块的第一故障信号。
该方法还包括通过第二MPM模块确定MCP模块的健康状态。如果第二MPM模块确定MCP模块没有起作用，则方法包括产生要传送至表决控制模块的第二故障信号。
如果表决控制模块没有接收到第一故障信号和第二故障信号二者，则方法包括执行通过MCP模块产生的马达命令。但是，如果表决控制模块接收到第一故障信号和第二故障信号二者，则方法还包括通过表决控制模块产生超驰命令，并将其传送至超驰控制模块。方法则包括，通过超驰控制模块执行超驰命令。
还提供了一种用于具有电马达的电动车辆的控制器，该控制器包括：马达控制处理器(MCP)模块，构造为控制电马达的扭矩输出；第一主处理器监视器(MPM)模块和第二MPM模块，其每个构造为确定MCP模块的健康状态，第一MPM模块还被构造为产生第一故障信号，第二MPM模块还被构造为产生第二故障信号，如果它们每个确定MCP模块没有起作用的话；表决控制模块，构造为，接收来自第一MPM模块的第一故障信号和来自第二MPM模块的第二故障信号，并产生超驰命令；和超驰控制模块，构造为从表决控制模块接收超驰命令，并执行超驰命令；其中，第一MPM模块和第二MPM模块中的至少一个被构造为与MCP模块经由种子-秘钥交换而通信，以确定健康状态；且其中，超驰命令对MCP模块进行超驰控制。
第一故障信号和第二故障信号中的至少一个是通过/失败信号。
第二故障信号是用于关闭电马达的关闭命令，该关闭命令基于至少一个参数。
所述至少一个参数是电马达的马达速度。
关闭命令是三相断开关闭命令和三相短路关闭命令的一个，其中，当电马达以低于预定速度的速度运行时，三相断开关闭命令是适当的，当电马达以高于预定速度的速度运行时，三相短路关闭命令是适当的。
超驰命令等于第二故障信号。
本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述连同附图时显而易见。
附图说明
图1是用于电动车辆的电马达的控制器的示意性***图；
图2是经由图1的控制器控制电模块的示例性方法的示意性流程图；和
图3是图2的方法的步骤的示意性流程图。
具体实施方式
本领域技术人员将认识到，诸如“之上”、“之下”、“向上”、“向下”等的术语用来描述附图，且不表示对本发明的范围的限制，所述范围如由所附的权利要求所限定的。任何数字指代，诸如“第一”或“第二”仅是示意性的，且不以任何方式意图限制本发明的范围。
如在此所用的，术语模块可以指作为以下的一部分，或包括以下：专用集成电路(ASIC)、电子电路、组合逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)、执行代码的处理器(共享、专用或组)；提供所述功能其他适当部件，或上述一些或全部的组合，诸如芯片上***。术语模块可包括存储器(共享、专用或组)，其存储由处理器执行的代码。
参考附图，其中无论何处在几幅图中相同的附图标记对应于相同或相似的部件，示出用于控制电动车辆的电马达12的控制器10的块图。电马达12可以是但不限于三相交流电流(AC)马达，诸如永磁体马达。另外，电马达12可以是马达发电机单元(MGU)，其除了作为马达操作之外，还可作为发电机操作，以将机械能(例如扭矩)转换为电。当显示一个电马达12时，应理解，控制器10可控制车辆中的多于一个电马达12。
控制器10包括马达诊断模块14、马达控制处理器(MCP)模块16、第一主处理器监视器(MPM)模块18和第二MPM模块20。马达诊断模块14接收各种输入，包括但不限于电马达12的马达速度、马达扭矩和马达电流。这些输入可通过各传感器(未示出)测量，传感器将输入传送至马达诊断模块14。马达诊断模块14则基于其接收的输入产生各信号22，并将这些信号22传送至MCP模块16和第二MPM20模块，如以下更详细所述。尽管仅第二MPM模块20被示出为从马达诊断模块14接收信号22，应理解，第一MPM模块18可还代替第二MPM模块20或除了第二MPM模块20之外接收信号22。
MCP模块16通常是主模块，其构造为控制车辆内的电马达12，特别是逆变器(未示出)，以控制电马达12的扭矩输出。为了实现此，MCP模块构造为，基于从马达诊断模块14接收的信号22产生马达命令(一个或多个)17，并将马达命令17传送至电马达12以被执行。应意识到，MCP模块16可还构造为从其他外部模块(未示出)、从车辆内的其他部件和***接收马达扭矩请求、马达速度请求等。期望确保的是，MCP模块16适当地运行，从而其准确地命令适当的扭矩被电马达12输出。
第一MPM模块18和第二MPM模块20是副模块，其构造为单独地监视MCP模块16的健康状态，即其是否正确地运行。第一MPM模块18和第二MPM模块20确保，另一MPM模块20和18适当地运行，且当MCP模块16仍然起作用时，没有将MCP模块16错误地诊断为已经失效，且因此超驰MCP模块16的马达命令(一个或多个)17，如以下更详细所述。为了实现此，第一MPM模块18和第二MPM模块20可每个与MCP模块16分别在通信通道24和28上执行种子-秘钥交换或问题-答案交换。各种子-秘钥交换独立于彼此发生。
在第一MPM模块18和MCP模块16之间这样的交换中，第一MPM模块18产生种子值，且基于所述种子值确定预期秘钥。第一MPM模块18将种子值传送至MCP模块16，MCP模块16继而产生与种子值相对应的返回秘钥。返回秘钥可基于逻辑计算和/或查找表产生，在查找表中存储了大量种子和相应返回秘钥。MCP模块16随后将产生的返回秘钥传送至第一MPM模块18。当由MCP模块16返回的返回秘钥与预期秘钥相同时，第一MPM模块18确定MCP模块16起作用。但是，当返回秘钥与预期秘钥不同时，第一MPM模块18确定MCP模块16没有起作用，且随后产生第一故障信号26，其将该第一故障信号传送至表决控制模块34，如在此之后更详细所述。第一故障信号26可以是通过/失败信号，其通知表决控制模块34第一MPM模块18已经确定MCP模块16起作用或其已经故障。
另外，当第一MPM模块18在将种子值传送至MCP模块16之后没有观察到来自MCP模块16的任何数据活动时，例如，在特定时间框内没有接收到返回秘钥，第一MPM模块18确定在通信通道24中存在故障。在这样的情况下，第一MPM模块18还产生第一故障信号26，并将其发送至表决控制模块34。
类似地，在第二MPM模块20和MCP模块16之间的种子-秘钥交换中，第二MPM模块20产生种子值，对此其确定预期秘钥，并将该种子值传送至MCP模块16。MCP模块16产生相应的返回秘钥，且将其传送至第二MPM模块20。当返回秘钥与预期秘钥相同时，第二MPM模块20确定MCP模块16起作用。当返回秘钥与预期秘钥不同时，第二MPM模块20确定MCP模块16没有起作用，且随后产生第二故障信号30，其将该第二故障信号传送至表决控制模块34。第二故障信号30可以是通过/失败信号，其通知表决控制模块34第二MPM模块20已经确定MCP模块16起作用或其已经故障。
在第二MPM模块20构造为从马达诊断模块14接收任何输入22(具体为马达速度)的另一实施例中，第二故障信号30可以是增强的信号，表示用于使电马达12关闭的关闭方法。关闭方法可以是但不限于三相短路关闭命令或三相断开关闭命令，且基于输入(一个或多个)22(即，马达速度)被确定。在三相短路关闭时，被电马达12从机械能转换的电能循环通过电马达12。在高马达速度下的三相断开关闭中，电能存储在车辆内的电池(未示出)中。当车辆在临界马达速度之下运行时，超驰命令32是三相断开关闭命令，当车辆在临界马达速度之上运行时，其是三相短路关闭命令。这确保在电马达12已经关闭之后，车辆滑行，即保持稳定的减速。
与第一MPM模块18一样，当第二MPM模块20在将种子值传送至MCP模块16之后没有观察到来自MCP模块16的任何数据活动时，例如，在特定时间框内没有接收到返回秘钥，第二MPM模块20确定在通信通道28中存在故障。在这样的情况下，第二MPM模块20还产生第二故障信号30，并将其发送至表决控制模块34。
控制器10还包括上述表决控制模块34和超驰控制模块(override controlmodule)36。表决控制模块34构造为从第一MPM模块18接收第一故障信号26，和从第二MPM模块20接收第二故障信号30。当表决控制模块34接收第一故障信号26和第二故障信号30二者时，其得出结论，MCP模块16已经故障，如由第一MPM模块18和第二MPM模块20所共识的。表决控制模块34随后产生可通过第二故障信号30确定的超驰命令32，并将其传送至超驰控制模块36。超驰命令32是指例如通过关闭电马达12而超驰MCP模块16的控制和马达命令(一个或多个)17，且可以但不限于三相断开关闭命令或三相短路关闭命令，如通过第二故障信号30确定的。但是，当表决控制模块34仅接收第一故障信号26而没有第二故障信号30时，表决控制模块34不采取动作。类似地，当表决控制模块34接收第二故障信号30而没有第一故障信号26时，表决控制模块34不采取动作。
超驰控制模块36构造为执行超驰命令32，例如经由三相断开关闭或三相短路关闭而关闭电马达12，如通过第二MPM模块20确定的，如上所述。当MCP模块16起作用且产生要发送至电马达12的马达命令17时，超驰控制模块36不执行动作，且允许马达命令17经过其至电马达12。
现参考图2，显示了用于经由控制器10控制电马达12的扭矩输出的方法100。方法100在步骤102处开始，其中，电马达12和MCP模块16操作，MCP模块16产生马达命令17以控制电马达12。
在步骤102之后，方法100行进至步骤104。在步骤104处，第一MPM模块18确定MCP模块16的健康状态。如果第一MPM模块18确定MCP模块16起作用，如图2中的(+)所指示的，则方法100在步骤118处结束。如果第一MPM模块18确定MCP模块16没有起作用，如(-)所指示的，则方法100行进至步骤106。如上所述，第一MPM模块18可通过与MCP模块16进行种子-秘钥交换而确定MCP模块16的健康状态，且这样，可包括多个子步骤，如图3所示。
参考图3，在子步骤104a处，第一MPM模块18传送种子值给MCP模块16。在子步骤104b处，MCP模块16产生与种子值相对应的返回秘钥。如上所述，相应的返回秘钥可基于查找表和/或逻辑计算确定。在子步骤104c处，第一MPM模块18从MCP模块16接收返回秘钥。在子步骤104d处，第一MPM模块18将返回秘钥与对应于种子值的预期秘钥相比较。如上所述，如果返回秘钥与预期秘钥匹配时，则第一MPM模块18确定MCP模块16起作用。如果返回秘钥与预期秘钥不匹配时，第一MPM模块18确定MCP模块16没有起作用。
参考图2，在步骤106处，第一MPM模块18产生第一故障信号26，并将其传送至表决控制模块34。
还在步骤102之后，方法100行进至步骤108，其独立于步骤104发生，且这样，可与步骤104同时、在其之前或在其之后发生。在步骤108处，第二MPM模块20确定MCP模块16的健康状态。如果第二MPM模块20确定MCP模块16起作用，如图2中的(+)所指示的，则方法100在步骤118处结束。如果第二MPM模块20确定MCP模块16没有起作用，如(-)所指示的，则方法100行进至步骤110。与步骤104中的第一MPM模块18一样，这可经由与MCP模块16进行种子-秘钥交换而完成。这样，步骤108可涉及图3所示的相似子步骤。
在步骤110处，第二MPM模块20产生第二故障信号30，并将其传送至表决控制模块34。如上所述，第二故障信号30可以是，但不限于三相断开关闭命令或三相短路关闭命令，且可取决于电马达12的马达速度。
在步骤106和110之后，方法100行进至步骤112至116。在步骤112和114处，表决控制模块34产生如由第二故障信号30确定的超驰命令32，并将其传送至超驰控制模块36。在步骤116处，超驰控制模块36执行超驰命令32。方法100则在步骤118处终结。
详细描述和附图或视图支持和描述本发明，但是本发明的范围仅由权利要求限定。尽管已详细描述了用于执行要求保护的发明的最佳模式和其他实施例，存在各种替换涉及和实施例，用于实践限定在所附权利要求中的本发明。

Claims (7)

1.一种用于具有电马达的电动车辆的控制器，该控制器包括：
马达控制处理器模块，构造为产生至少一个马达命令，以控制电马达的扭矩输出；
第一主处理器监视器模块，构造为确定马达控制处理器模块的健康状态，且如果其确定马达控制处理器模块没有起作用，则产生第一故障信号；
第二主处理器监视器模块，构造为确定马达控制处理器模块的健康状态，且如果其确定马达控制处理器模块没有起作用，则产生第二故障信号；
表决控制模块，构造为接收来自第一主处理器监视器模块的第一故障信号和来自第二主处理器监视器模块的第二故障信号中的至少一个，且如果其接收到第一故障信号和第二故障信号二者，则产生超驰命令；和
超驰控制模块，构造为从表决控制模块接收超驰命令，并执行超驰命令；
其中，超驰命令对马达控制处理器模块进行超驰控制；
其中，第二故障信号是用于关闭电马达的关闭命令，该关闭命令基于电马达的马达速度。
2.如权利要求1所述的控制器，其中，第一主处理器监视器模块和第二主处理器监视器模块中的至少一个构造为，经由种子-秘钥交换而确定马达控制处理器模块的健康状态，其中，第一主处理器监视器模块和第二主处理器监视器模块中的所述至少一个产生种子值和预期秘钥，并将该种子值传送至马达控制处理器模块，和马达控制处理器模块产生与种子值相对应的返回秘钥，并将其返回至第一主处理器监视器模块和第二主处理器监视器模块中的所述至少一个，当返回秘钥不等于预期秘钥时，第一主处理器监视器模块和第二主处理器监视器模块的所述至少一个确定马达控制处理器模块没有起作用。
3.如权利要求1所述的控制器，其中，第一故障信号和第二故障信号中的至少一个是通过/失败信号。
4.如权利要求1所述的控制器，其中，关闭命令是三相断开关闭命令和三相短路关闭命令中的一个，其中，当电马达以低于预定速度的速度运行时，三相断开关闭命令是适当的，当电马达以高于预定速度的速度运行时，三相短路关闭命令是适当的。
5.如权利要求4所述的控制器，其中，超驰命令等于第二故障信号。
6.一种经由控制器控制电马达的扭矩输出的方法，该控制器具有构造为产生马达命令的马达控制处理器模块、第一主处理器监视器模块、第二主处理器监视器模块、表决控制模块和超驰控制模块，该方法包括：
通过第一主处理器监视器模块确定马达控制处理器模块的健康状态；
如果第一主处理器监视器模块确定马达控制处理器模块没有起作用，则产生要传送至表决控制模块的第一故障信号；
通过第二主处理器监视器模块确定马达控制处理器模块的健康状态；
如果第二主处理器监视器模块确定马达控制处理器模块没有起作用，则产生要传送至表决控制模块的第二故障信号；
如果表决控制模块没有接收到来自第一主处理器监视器模块的第一故障信号和来自第二主处理器监视器模块的第二故障信号二者，则执行马达命令；
如果表决控制模块接收到来自第一主处理器监视器模块的第一故障信号和来自第二主处理器监视器模块的第二故障信号，则通过表决控制模块产生超驰命令，以超控马达命令；
将超驰命令传送至超驰控制模块；
通过超驰控制模块执行超驰命令；
其中，第二故障信号的产生包括，基于电马达的马达速度，确定适当的关闭命令以关闭电马达。
7.如权利要求6所述的方法，其中，第二故障信号是三相断开关闭命令和三相短路关闭命令中的一个，其中，当电马达的马达速度低于预定速度时，三相断开关闭命令是适当的，当马达速度等于或高于预定速度时，三相短路关闭命令是适当的，且其中，超驰命令的产生基于第二故障信号。
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