CN116660749B - 电动助力转向***的电机绕组的老化检测***和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及老化检测技术领域，提供电动助力转向***的电机绕组的老化检测***和方法。老化检测***包括：脉冲信号产生电路，其脉冲信号输出端连接与电机绕组相串联的三极管的基极；电势差检测电路，检测电机绕组两端的第一电势差和与电机绕组相串联的采样电阻两端的第二电势差；主控制器，根据第一电势差、第二电势差和采样电阻，计算电机绕组的动态电阻和动态电感，据此监测电机绕组的老化进度。本发明利用电机绕组老化过程中其动态电阻增大且动态电感增大的变化原理，基于对电机绕组两端及采样电阻两端的电势差等电变量的检测，客观、高效、可靠地监测电机绕组的老化进度，以便提前做出预警，提高电动助力转向***的可靠性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及老化检测技术领域，具体地说，涉及电动助力转向***的电机绕组的老化检测***和方法。
背景技术
电机绕组是电动助力转向***的助力电机的重要组成部分，电机绕组的正常运作对整个电动助力转向***的可靠性和安全性至关重要。
目前，电动助力转向***的电机绕组的老化检测主要依靠肉眼观察绕组损耗状况、测试绕组之间绝缘电阻等方式，存在如下问题：
肉眼观察绕组损耗状况需要拆解零部件，拆解过程不仅耗时长、而且容易对助力电机造成损害，且肉眼观察很难客观评估绕组老化程度；
测试绕组之间绝缘电阻，需要对绕组施加高压电荷，容易因控制不慎而引起绕组不可逆损伤。
需要说明的是，上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
有鉴于此，本发明提供电动助力转向***的电机绕组的老化检测***和方法，利用电机绕组老化过程中其动态电阻和动态电感的变化原理，基于对电机绕组的两端的电势差、与电机绕组相串联的采样电阻的两端的电势差等电变量的检测，客观、高效、可靠地监测电机绕组的老化进度，以便提前做出预警，提高电动助力转向***的可靠性和安全性。
本发明的一个方面提供一种电动助力转向***的电机绕组的老化检测***，包括：脉冲信号产生电路，所述脉冲信号产生电路的脉冲信号输出端连接与所述电机绕组相串联的三极管的基极；第一电势差检测电路，并联在所述电机绕组的两端，以检测所述电机绕组的两端的第一电势差；第二电势差检测电路，并联在与所述电机绕组相串联的采样电阻的两端，以检测所述采样电阻的两端的第二电势差；主控制器，连接所述第一电势差检测电路的输出端及所述第二电势差检测电路的输出端，所述主控制器配置为根据所述第一电势差、所述第二电势差和所述采样电阻，计算所述电机绕组的动态电阻和动态电感，并根据所述动态电阻和所述动态电感监测所述电机绕组的老化进度。
本发明的老化检测***，通过脉冲信号产生电路，产生高频脉冲信号，并通过三极管的饱和导通和关闭功能，有效加载同等频率的电压信号在电机绕组和采样电阻上；通过第一电势差检测电路和第二电势差检测电路，分别检测电机绕组的两端的第一电势差和采样电阻的两端的第二电势差，以使主控制器根据第一电势差、第二电势差和采样电阻计算电机绕组的动态电阻和动态电感；进而，基于电机绕组老化过程中其动态电阻增大且动态电感增大的变化原理，主控制器能够根据检测和计算获得的动态电阻和动态电感监测电机绕组的老化进度，以便提前做出预警，提高电动助力转向***的可靠性和安全性。
在一些实施例中，所述脉冲信号产生电路包括：晶体振荡器；第一电容和第二电容，并联在所述晶体振荡器的两端；第一施密特触发器，所述第一施密特触发器的两输入端相短接、并分别连接所述晶体振荡器的两端，所述第一施密特触发器的输出端连接所述脉冲信号输出端；第二施密特触发器，所述第二施密特触发器的两输入端相短接、并连接所述晶体振荡器，所述第二施密特触发器的输出端连接所述第一施密特触发器的输入端；其中，所述第一施密特触发器和所述第二施密特触发器采用与非门逻辑。
高频脉冲信号由晶体振荡器经过起振放大后产生；第一电容和第二电容作为晶振负载电容，使脉冲信号产生电路易于起振并处于合理的激励态下以便对频率进行微调；第一施密特触发器连接晶体振荡器，对晶体振荡器产生的信号进行放大；第二施密特触发器为晶体振荡器的两端提供正反馈电路，形成起震条件，同时整形出标准方波。
在一些实施例中，所述脉冲信号产生电路还包括：第一电阻，串联在所述晶体振荡器的一端与所述第一施密特触发器的一输入端之间；第二电阻，串联在所述晶体振荡器的另一端与所述第一施密特触发器的另一输入端之间；第三电容，串联在所述第一施密特触发器的输出端与所述脉冲信号输出端之间。
第一电阻起到调整驱动电位作用，防止晶体振荡器被过度驱动而工作在高次谐波频率之上；第二电阻作为反馈电阻，使第一施密特触发器初始工作时处于线性工作区；第三电容能够隔离脉冲信号产生电路中的直流成分。
在一些实施例中，所述脉冲信号产生电路还包括：第三施密特触发器，所述第三施密特触发器的两输入端相短接、并连接所述第二施密特触发器的输出端；第四施密特触发器，所述第四施密特触发器的两输入端相短接、并连接所述第三施密特触发器的输出端；相串联的限流电阻和发光二极管，并联在所述第四施密特触发器的输入端与输出端之间；其中，所述第三施密特触发器和所述第四施密特触发器采用与非门逻辑。
第三施密特触发器起到缓冲隔离作用；第四施密特触发器为发光二极管提供驱动信号，限流电阻对发光二极管起限流和反馈的作用；当晶体振荡器正常工作时，发光二极管以相同的频率进行闪烁。
在一些实施例中，所述第一电势差检测电路包括：第一运算放大器，所述第一运算放大器的反相输入端连接所述电机绕组的正极端且正相输入端连接所述电机绕组的负极端；第三电阻，串联在所述电机绕组的正极端与所述第一运算放大器的反相输入端之间；第四电阻，连接所述第一运算放大器的输出端和反相输入端；第五电阻，串联在所述电机绕组的负极端与所述第一运算放大器的正相输入端之间；第六电阻，连接所述第一运算放大器的正相输入端、并接地。
通过由第一运算放大器及第三至第六电阻形成的第一电势差检测电路，能够利用运算放大器的特性，准确检测获得电机绕组的两端的第一电势差；且第四电阻充当第一运算放大器的负反馈电阻、第六电阻充当第一运算放大器的下拉电阻，使第一电势差检测电路稳定可靠。
在一些实施例中，所述第二电势差检测电路包括：第二运算放大器，所述第二运算放大器的反相输入端连接所述采样电阻的正极端且正相输入端连接所述采样电阻的负极端；第七电阻，串联在所述采样电阻的正极端与所述第二运算放大器的反相输入端之间；第八电阻，连接所述第二运算放大器的输出端和反相输入端；第九电阻，串联在所述采样电阻的负极端与所述第二运算放大器的正相输入端之间；第十电阻，连接所述第二运算放大器的正相输入端、并接地。
通过由第二运算放大器及第七至第十电阻形成的第二电势差检测电路，能够利用运算放大器的特性，准确检测获得采样电阻的两端的第二电势差；且第八电阻充当第二运算放大器的负反馈电阻、第十电阻充当第二运算放大器的下拉电阻，使第二电势差检测电路稳定可靠。
在一些实施例中，所述主控制器根据所述动态电阻和所述动态电感监测所述电机绕组的老化进度，包括：当所述动态电阻大于阻值安全阈值且所述动态电感大于感值安全阈值，基于所述动态电阻对应的第一安全里程和所述动态电感对应的第二安全里程中较小的安全里程，监测未来行驶里程；当所述未来行驶里程超过所述较小的安全里程，发出提示所述电机绕组老化的预警信息。
当动态电阻和/或动态电感大于对应的安全阈值，表明电机绕组开始老化；动态电阻和动态电感分别具有对应的安全里程，车辆继续行驶超过对应的安全里程则电机绕组老化严重，需要更换；当动态电阻大于阻值安全阈值且动态电感大于感值安全阈值，基于二者对应的安全里程中较小的安全里程监测此后车辆行驶里程，能够准确地监测电机绕组的老化进度，以便在监测到电机绕组老化严重时发出预警信息。
在一些实施例中，所述主控制器根据所述动态电阻和所述动态电感监测所述电机绕组的老化进度，包括：当仅所述动态电阻大于阻值安全阈值，基于所述动态电阻对应的第一安全里程监测未来行驶里程；当所述未来行驶里程超过所述第一安全里程，发出提示所述电机绕组老化的预警信息。
在动态电阻大于阻值安全阈值的情况下，基于动态电阻对应的第一安全里程监测此后车辆行驶里程可以准确地监测电机绕组的老化进度，以便在监测到电机绕组老化严重时发出预警信息。
在一些实施例中，所述主控制器还配置为：监测所述动态电阻随历史行驶里程变化的第一函数关系；其中，所述第一安全里程根据阻值极限阈值、所述动态电阻和所述第一函数关系确定。
通过监测动态电阻随历史行驶里程的变化，获得第一函数关系，根据第一函数关系、阻值极限阈值和当前的动态电阻，准确确定第一安全里程。
在一些实施例中，所述主控制器根据所述动态电阻和所述动态电感监测所述电机绕组的老化进度，包括：当仅所述动态电感大于感值安全阈值，基于所述动态电感对应的第二安全里程监测未来行驶里程；当所述未来行驶里程超过所述第二安全里程，发出提示所述电机绕组老化的预警信息。
在动态电感大于感值安全阈值的情况下，基于动态电感对应的第二安全里程监测此后车辆行驶里程可以准确地监测电机绕组的老化进度，以便在监测到电机绕组老化严重时发出预警信息。
在一些实施例中，所述主控制器还配置为：监测所述动态电感随历史行驶里程变化的第二函数关系；其中，所述第二安全里程根据感值极限阈值、所述动态电感和所述第二函数关系确定。
通过监测动态电感随历史行驶里程的变化，获得第二函数关系，根据第二函数关系、感值极限阈值和当前的动态电感，准确确定第二安全里程。
在一些实施例中，所述主控制器还配置为：于下一次接收到车辆启动信号，若所述预警信息未解除，关闭所述电动助力转向***的助力输出；其中，所述主控制器在检测到所述动态电阻小于阻值安全阈值且所述动态电感小于感值安全阈值的情况下，解除所述预警信息。
主控制器监测到电机绕组老化严重时，发出预警信息，以提示车主及时更换电机绕组；若预警信息被处理，主控制器会重新检测电机绕组的动态电阻和动态电感，并在检测到二者分别小于对应的安全阈值的情况下解除预警信息；下一次车辆启动时，若主控制器检测到预警信息未解除，表明电机绕组的老化问题未解决，此时控制电动助力转向***不提供助力，以避免安全隐患，并迫使车主尽快更换电机绕组。
在一些实施例中，所述电动助力转向***包括多相电机绕组，所述脉冲信号产生电路、所述第一电势差检测电路和所述第二电势差检测电路分别对应每相电机绕组设置；所述主控制器配置为根据任意相电机绕组的动态电阻大于阻值安全阈值和/或动态电感大于感值安全阈值的老化进度，监测所述未来行驶里程。
电动助力转向***的助力电机通常包含三相电机绕组，主控制器监测到任意相电机绕组的动态电阻和/或动态电感大于对应的安全阈值，即进行未来行驶里程的监测，以便及时准确地处理电机绕组的老化问题。
本发明的又一个方面提供一种电动助力转向***的电机绕组的老化检测方法，基于如上述任意实施例所述的老化检测***，所述老化检测方法包括：通过所述脉冲信号产生电路产生高频脉冲信号，并通过所述三极管将所述高频脉冲信号加载至所述电机绕组和所述采样电阻；通过所述第一电势差检测电路检测所述电机绕组的两端的第一电势差；通过所述第二电势差检测电路检测所述采样电阻的两端的第二电势差；通过所述主控制器根据所述第一电势差、所述第二电势差和所述采样电阻，计算所述电机绕组的动态电阻和动态电感，并根据所述动态电阻和所述动态电感监测所述电机绕组的老化进度。
本发明的老化检测方法，通过脉冲信号产生电路，产生高频脉冲信号，并通过三极管的饱和导通和关闭功能，有效加载同等频率的电压信号在电机绕组和采样电阻上；通过第一电势差检测电路和第二电势差检测电路，分别检测电机绕组的两端的第一电势差和采样电阻的两端的第二电势差，以使主控制器根据第一电势差、第二电势差和采样电阻计算电机绕组的动态电阻和动态电感；进而，基于电机绕组老化过程中其动态电阻增大且动态电感增大的变化原理，主控制器能够根据检测和计算获得的动态电阻和动态电感监测电机绕组的老化进度，以便提前做出预警，提高电动助力转向***的可靠性和安全性。
本发明与现有技术相比的有益效果至少包括：
本发明利用电机绕组老化过程中其动态电阻增大且动态电感增大的变化原理，基于对电机绕组的两端的电势差及与电机绕组相串联的采样电阻的两端的电势差等电变量的检测，客观、高效、可靠地监测电机绕组的老化进度，以便提前做出预警，提高电动助力转向***的可靠性和安全性。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本发明实施例中电动助力转向***的电机绕组的老化检测***的结构示意图；
图2示出本发明实施例中脉冲信号产生电路的原理示意图；
图3示出本发明实施例中第一电势差检测电路的原理示意图；
图4示出本发明实施例中第二电势差检测电路的原理示意图；
图5示出本发明实施例中脉冲信号产生电路产生的高频脉冲信号的示意图；
图6示出本发明实施例中电机绕组的两端的第一电势差的信号示意图；
图7示出本发明实施例中采样电阻的两端的第二电势差的信号示意图；
图8示出本发明实施例中主控制器对电机绕组的动态电阻/动态电感异常的老化进度的处理流程示意图；
图9示出本发明实施例中电动助力转向***的电机绕组的老化检测方法的步骤示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使本发明全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
此外，附图中所示的流程仅是示例性说明，不是必须包括所有的步骤。例如，有的步骤可以分解，有的步骤可以合并或部分合并，且实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。具体描述时使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及不同实施例中的特征可以相互组合。
电动助力转向***（Electric Power Steering，EPS）的助力电机通常采用直流无刷电机，包含三相电机绕组。电动助力转向***工作时，主控制器按照一定顺序开启三相电机绕组，以驱动助力电机工作。电机绕组在频繁开关状态电应力和EPS固有温湿度环境下会发生老化，当电机绕组老化时其动态电阻增大、且动态电感增大。
本发明即利用电机绕组老化过程中其动态电阻增大且动态电感增大的变化原理，基于对电机绕组的两端的电势差、与电机绕组相串联的采样电阻的两端的电势差等电变量的检测，客观、高效、可靠地监测电机绕组的老化进度，以便提前做出预警，提高电动助力转向***的可靠性和安全性。
图1示出电动助力转向***的电机绕组的老化检测***的主要结构；参照图1所示，本发明的实施例提供的电动助力转向***的电机绕组的老化检测***，包括：
脉冲信号产生电路210，脉冲信号产生电路210的脉冲信号输出端210x连接与电机绕组L相串联的三极管Q的基极；
第一电势差检测电路220，并联在电机绕组L的两端，以检测电机绕组L的两端的第一电势差；
第二电势差检测电路230，并联在与电机绕组L相串联的采样电阻RS的两端，以检测采样电阻RS的两端的第二电势差；
主控制器240，连接第一电势差检测电路220的输出端OUT1及第二电势差检测电路230的输出端OUT2，主控制器240配置为根据第一电势差、第二电势差和采样电阻RS，计算电机绕组L的动态电阻和动态电感，并根据动态电阻和动态电感监测电机绕组L的老化进度。
其中，主控制器可以是ECU（Electronic Control Unit，电子控制器单元），电机绕组L可以是任意相电机绕组。
上述的老化检测***，通过脉冲信号产生电路210，产生频率大于设定值的高频脉冲信号，并利用三极管Q的饱和导通和关闭功能，有效加载同等频率的电压信号在电机绕组L和采样电阻RS上。当脉冲信号输出端210x输出高电平信号时，三极管Q饱和导通，供电电压VCC加载至电机绕组L和采样电阻RS；当脉冲信号输出端210x输出低电平信号时，三极管Q处于关闭状态，此时电机绕组L处于放电状态。进一步地，通过第一电势差检测电路220和第二电势差检测电路230，分别检测电机绕组L的两端的第一电势差和采样电阻RS的两端的第二电势差，以使主控制器240根据第一电势差、第二电势差和采样电阻RS计算电机绕组L的动态电阻和动态电感；进而，基于电机绕组L老化过程中其动态电阻增大且动态电感增大的变化原理，主控制器240能够根据检测和计算获得的动态电阻和动态电感监测电机绕组L的老化进度，以便提前做出预警，提高电动助力转向***的可靠性和安全性。
图2示出脉冲信号产生电路的原理；结合图1和图2所示，在一些实施例中，脉冲信号产生电路210包括：
晶体振荡器X；
第一电容C1和第二电容C2，并联在晶体振荡器X的两端；
第一施密特触发器U1，第一施密特触发器U1的两输入端相短接、并分别连接晶体振荡器X的两端，第一施密特触发器U1的输出端连接脉冲信号输出端210x；
第二施密特触发器U2，第二施密特触发器U2的两输入端相短接、并连接晶体振荡器X，第二施密特触发器U2的输出端连接第一施密特触发器U1的输入端；
其中，第一施密特触发器U1和第二施密特触发器U2采用与非门逻辑。
高频脉冲信号由晶体振荡器X经过起振放大后产生；为了提高检测稳定性、精确性和可靠性，晶体振荡器X可采用石英晶振，具体可根据需求选择频率合适的石英晶振，石英晶振的频率越高则时间越精确。第一电容C1和第二电容C2作为晶振负载电容，使脉冲信号产生电路210易于起振并处于合理的激励态下以便对频率进行微调；第一施密特触发器U1连接晶体振荡器X，对晶体振荡器X产生的信号进行放大；第二施密特触发器U2为晶体振荡器X的两端提供正反馈电路，形成起震条件，同时整形出标准方波。
继续结合图1和图2所示，在一些实施例中，脉冲信号产生电路210还包括：
第一电阻R1，串联在晶体振荡器X的一端与第一施密特触发器U1的一输入端之间；
第二电阻R2，串联在晶体振荡器X的另一端与第一施密特触发器U1的另一输入端之间；
第三电容C3，串联在第一施密特触发器U1的输出端与脉冲信号输出端210x之间。
第一电阻R1起到调整驱动电位作用，防止晶体振荡器X被过度驱动而工作在高次谐波频率之上；第二电阻R2作为反馈电阻，使第一施密特触发器U1初始工作时处于线性工作区，第二电阻R2的阻值通常大于1MΩ；第三电容C3能够隔离脉冲信号产生电路210中的直流成分。
继续结合图1和图2所示，在一些实施例中，脉冲信号产生电路210还包括：
第三施密特触发器U3，第三施密特触发器U3的两输入端相短接、并连接第二施密特触发器U2的输出端；
第四施密特触发器U4，第四施密特触发器U4的两输入端相短接、并连接第三施密特触发器U3的输出端；
相串联的限流电阻Rcl和发光二极管LED，并联在第四施密特触发器U4的输入端与输出端之间；
其中，第三施密特触发器U3和第四施密特触发器U4采用与非门逻辑。
第三施密特触发器U3起到缓冲隔离作用；第四施密特触发器U4为发光二极管LED提供驱动信号，限流电阻Rcl对发光二极管LED起限流和反馈的作用；当晶体振荡器X正常工作时，发光二极管LED以相同的频率进行闪烁。
图3示出第一电势差检测电路的原理；结合图1和图3所示，在一些实施例中，第一电势差检测电路220包括：
第一运算放大器A1，第一运算放大器A1的反相输入端连接电机绕组L的正极端L1且正相输入端连接电机绕组L的负极端L2；
第三电阻R3，串联在电机绕组L的正极端L1与第一运算放大器A1的反相输入端之间；
第四电阻R4，连接第一运算放大器A1的输出端（即第一电势差检测电路220的输出端OUT1）和反相输入端；
第五电阻R5，串联在电机绕组L的负极端L2与第一运算放大器A1的正相输入端之间；
第六电阻R6，连接第一运算放大器A1的正相输入端、并接地。
通过由第一运算放大器A1及第三至第六电阻形成的第一电势差检测电路220，能够利用运算放大器的特性，准确检测获得电机绕组L的两端的第一电势差；且第四电阻R4充当第一运算放大器A1的负反馈电阻、第六电阻R6充当第一运算放大器A1的下拉电阻，使第一电势差检测电路220稳定可靠。
具体而言，设电机绕组L的正极端L1的电压为UL1、电机绕组L的负极端L2的电压为UL2、电机绕组L的两端的第一电势差为UL、第一电势差检测电路220的输出端OUT1输出的电压值为UOUT1。根据运算放大器虚短和虚短原理得如下方程式：
(UOUT1－UL1)÷(R3＋R4)×R3＋UL1＝UL2×R6÷(R5＋R6)；
其中R3=R4=R5=R6，解方程可得：UL1－UL2＝UL＝UOUT1；也即，第一电势差检测电路220的输出端OUT1输出的电压值即为精准的第一电势差。
图4示出第二电势差检测电路的原理；结合图1和图4所示，在一些实施例中，第二电势差检测电路230包括：
第二运算放大器A2，第二运算放大器A2的反相输入端连接采样电阻RS的正极端RS1且正相输入端连接采样电阻RS的负极端RS2；
第七电阻R7，串联在采样电阻RS的正极端RS1与第二运算放大器A2的反相输入端之间；
第八电阻R8，连接第二运算放大器A2的输出端（即第二电势差检测电路230的输出端OUT2）和反相输入端；
第九电阻R9，串联在采样电阻RS的负极端RS2与第二运算放大器A2的正相输入端之间；
第十电阻R10，连接第二运算放大器A2的正相输入端、并接地。
通过由第二运算放大器A2及第七至第十电阻形成的第二电势差检测电路230，能够利用运算放大器的特性，准确检测获得采样电阻RS的两端的第二电势差；且第八电阻R8充当第二运算放大器A2的负反馈电阻、第十电阻R10充当第二运算放大器A2的下拉电阻，使第二电势差检测电路230稳定可靠。
具体而言，设采样电阻RS的正极端RS1的电压为URS1、采样电阻RS的负极端RS2的电压为URS2、采样电阻RS的两端的第二电势差为URS、第二电势差检测电路230的输出端OUT2输出的电压值为UOUT2。根据运算放大器虚短和虚短原理得如下方程式：
(UOUT2－URS1)÷(R7＋R8)×R7＋URS1＝URS2×R10÷(R9＋R10)；
其中R7=R8=R9=R10，解方程可得：URS1－URS2＝URS＝UOUT2；也即，第二电势差检测电路230的输出端OUT2输出的电压值即为精准的第二电势差。
此外，采样电阻RS与电机绕组L相串联，设流过采样电阻RS的电流为IS，也即流过电机绕组L的电流为IS，则IS＝UOUT2÷RS，其中采样电阻RS具有已知、精密的阻值。
图5示出脉冲信号产生电路产生的高频脉冲信号的示意，图6示出电机绕组的两端的第一电势差的信号示意，图7示出采样电阻的两端的第二电势差的信号；结合图2至图7所示，在一个具体示例中，脉冲信号产生电路210输出如第一波形500所示的电压值u随时间t变化的高频脉冲信号，第一电势差检测电路220检测到如第二波形600所示的电压值u随时间t变化的第一电势差，第二电势差检测电路230检测到如第三波形700所示的电压值u随时间t变化的第二电势差。
结合上述的实施例，根据第一电势差、第二电势差和采样电阻RS，计算获得电机绕组L的动态电阻RL和动态电感LL的过程包括：
RL＝UOUT1÷IS＝UOUT1×RS÷UOUT2；
设第一电势差为UL相对时间t的函数为：UOUT1=UL(t)，设第二电势差URS相对时间t函数为UOUT2=URS(t)；
根据电势差公式可得：UOUT1=UL(t)=-LL×di/dt=-LL×dURS(t)/RSdt；
故得电机绕组L两端的动态电感LL=-UOUT1÷dURS(t)/RSdt=-UL(t)÷dURS(t)/RSdt。
进一步地，于EPS的非助力输出状态，主控制器可基于上述实施例的检测电路检测和计算电机绕组的动态电阻和动态电感，并根据动态电阻和动态电感监测电机绕组的老化进度。
主控制器每当接收到车辆启动信号，即可检测和计算电机绕组的动态电阻和动态电感；或者，主控制器周期性地计算电机绕组的动态电阻和动态电感。其中，周期性的时间间隔可以小时为单位（优选的范围如1h~100h）或以天为单位；每次检测时，以毫秒级间隔进行多次检测，以确保检测结果的可靠性。
在一些实施例中，主控制器根据动态电阻和动态电感监测电机绕组的老化进度，包括：
当动态电阻大于阻值安全阈值且动态电感大于感值安全阈值，基于动态电阻对应的第一安全里程和动态电感对应的第二安全里程中较小的安全里程，监测未来行驶里程；
当未来行驶里程超过较小的安全里程，发出提示电机绕组老化的预警信息。
当动态电阻和/或动态电感大于对应的安全阈值，表明电机绕组开始老化；动态电阻和动态电感分别具有对应的安全里程，车辆继续行驶超过对应的安全里程则电机绕组老化严重，需要更换。当动态电阻大于阻值安全阈值且动态电感大于感值安全阈值，基于二者对应的安全里程中较小的安全里程监测此后车辆行驶里程，能够准确地监测电机绕组的老化进度，以便在监测到电机绕组老化严重时发出预警信息。
在一些实施例中，主控制器还配置为：监测动态电阻随历史行驶里程变化的第一函数关系；其中，第一安全里程根据阻值极限阈值、动态电阻和第一函数关系确定。
通过监测动态电阻随历史行驶里程的变化，获得第一函数关系；动态电阻随历史行驶里程增多而增大的第一函数关系例如是线性增长关系、对数增长关系、指数增长关系等。阻值极限阈值是电机绕组濒临失效时的电阻值，可通过测试获得。根据第一函数关系、阻值极限阈值和当前的动态电阻，可以准确确定第一安全里程。
在一些实施例中，主控制器还配置为：监测动态电感随历史行驶里程变化的第二函数关系；其中，第二安全里程根据感值极限阈值、动态电感和第二函数关系确定。
通过监测动态电感随历史行驶里程的变化，获得第二函数关系，动态电感随历史行驶里程增多而增大的第二函数关系例如是线性增长关系、对数增长关系、指数增长关系等。感值极限阈值是电机绕组濒临失效时的电感值，可通过测试获得。根据第二函数关系、感值极限阈值和当前的动态电感，可以准确确定第二安全里程。
在一些实施例中，主控制器根据动态电阻和动态电感监测电机绕组的老化进度，包括：
当仅动态电阻大于阻值安全阈值，基于动态电阻对应的第一安全里程监测未来行驶里程；
当未来行驶里程超过第一安全里程，发出提示电机绕组老化的预警信息。
在动态电阻大于阻值安全阈值的情况下，基于动态电阻对应的第一安全里程监测此后车辆行驶里程可以准确地监测电机绕组的老化进度，以便在监测到电机绕组老化严重时发出预警信息。
在一些实施例中，主控制器根据动态电阻和动态电感监测电机绕组的老化进度，包括：
当仅动态电感大于感值安全阈值，基于动态电感对应的第二安全里程监测未来行驶里程；
当未来行驶里程超过第二安全里程，发出提示电机绕组老化的预警信息。
在动态电感大于感值安全阈值的情况下，基于动态电感对应的第二安全里程监测此后车辆行驶里程可以准确地监测电机绕组的老化进度，以便在监测到电机绕组老化严重时发出预警信息。
图8示出主控制器对电机绕组的动态电阻/动态电感异常的老化进度的处理流程；结合图1和图8所示，主控制器对电机绕组的动态电阻和/或动态电感出现异常的老化进度的处理流程包括：
S810，主控制器以规定时间间隔计算电机绕组的动态电阻和动态电感。其中，规定时间间隔例如每次车辆启动时自检，或者周期性地自检。动态电阻和动态电感的计算过程可参照上述实施例的说明。
S820，判断动态电阻是否大于阻值安全阈值、动态电感是否大于感值安全阈值；若有条件判断为是则进入后续步骤，否则返回S810继续监测。
S830a，当动态电阻大于阻值安全阈值且动态电感大于感值安全阈值，以动态电阻对应的第一安全里程和动态电感对应的第二安全里程中较小的安全里程为最终安全里程，监测未来行驶里程。
S830b，当仅动态电阻大于阻值安全阈值，以第一安全里程为最终安全里程，监测未来行驶里程。
S830c，当仅动态电感大于感值安全阈值，以第二安全里程为最终安全里程，监测未来行驶里程。
S840，当未来行驶里程超过最终安全里程，发出提示电机绕组老化的预警信息。如此，提示车主该EPS的电机绕组老化严重需要及时检查更换，以避免出现安全隐患。
在一些实施例中，电动助力转向***包括多相电机绕组；脉冲信号产生电路、第一电势差检测电路和第二电势差检测电路分别对应每相电机绕组设置；主控制器配置为根据任意相电机绕组的动态电阻大于阻值安全阈值和/或动态电感大于感值安全阈值的老化进度，监测未来行驶里程，以便及时准确地处理电机绕组的老化问题。
在一些实施例中，主控制器还配置为：于下一次接收到车辆启动信号，若预警信息未解除，关闭电动助力转向***的助力输出；其中，主控制器在检测到动态电阻小于阻值安全阈值且动态电感小于感值安全阈值的情况下，解除预警信息。
主控制器监测到电机绕组老化严重时，发出预警信息，以提示车主及时更换电机绕组；若预警信息被处理，主控制器会重新检测电机绕组的动态电阻和动态电感，并在检测到二者分别小于对应的安全阈值的情况下解除预警信息；下一次车辆启动时，若主控制器检测到预警信息未解除，表明电机绕组的老化问题未解决，此时控制电动助力转向***不提供助力，以避免安全隐患，并迫使车主尽快更换电机绕组。
本发明实施例还提供一种电动助力转向***的电机绕组的老化检测方法，可基于上述任意实施例所描述的老化检测***实现。图9示出电动助力转向***的电机绕组的老化检测方法的主要步骤，参照图9所示，本发明实施例提供的老化检测方法，包括：
S910，通过脉冲信号产生电路产生高频脉冲信号，并通过三极管将高频脉冲信号加载至电机绕组和采样电阻；
S920，通过第一电势差检测电路检测电机绕组的两端的第一电势差；
S930，通过第二电势差检测电路检测采样电阻的两端的第二电势差；
S940，通过主控制器根据第一电势差、第二电势差和采样电阻，计算电机绕组的动态电阻和动态电感，并根据动态电阻和动态电感监测电机绕组的老化进度。
上述的老化检测方法，通过脉冲信号产生电路，产生高频脉冲信号，并通过三极管的饱和导通和关闭功能，有效加载同等频率的电压信号在电机绕组和采样电阻上；通过第一电势差检测电路和第二电势差检测电路，分别检测电机绕组的两端的第一电势差和采样电阻的两端的第二电势差，以使主控制器根据第一电势差、第二电势差和采样电阻计算电机绕组的动态电阻和动态电感；进而，基于电机绕组老化过程中其动态电阻增大且动态电感增大的变化原理，主控制器能够根据检测和计算获得的动态电阻和动态电感监测电机绕组的老化进度，以便提前做出预警，提高电动助力转向***的可靠性和安全性。
综上，本发明的老化检测***和老化检测方法，利用电机绕组老化过程中其动态电阻增大且动态电感增大的变化原理，基于对电机绕组的两端的电势差及与电机绕组相串联的采样电阻的两端的电势差等电变量的检测，客观、高效、可靠地监测电机绕组的老化进度，以便提前做出预警，提高电动助力转向***的可靠性和安全性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种电动助力转向***的电机绕组的老化检测***，其特征在于，包括：
脉冲信号产生电路，所述脉冲信号产生电路的脉冲信号输出端连接与所述电机绕组相串联的三极管的基极；
第一电势差检测电路，并联在所述电机绕组的两端，以检测所述电机绕组的两端的第一电势差；
第二电势差检测电路，并联在与所述电机绕组相串联的采样电阻的两端，以检测所述采样电阻的两端的第二电势差；
主控制器，连接所述第一电势差检测电路的输出端及所述第二电势差检测电路的输出端，所述主控制器配置为根据所述第一电势差、所述第二电势差和所述采样电阻，计算所述电机绕组的动态电阻和动态电感，并根据所述动态电阻和所述动态电感监测所述电机绕组的老化进度；
其中，所述主控制器根据所述动态电阻和所述动态电感监测所述电机绕组的老化进度，包括：
当所述动态电阻大于阻值安全阈值且所述动态电感大于感值安全阈值，基于所述动态电阻对应的第一安全里程和所述动态电感对应的第二安全里程中较小的安全里程，监测未来行驶里程；
当所述未来行驶里程超过所述较小的安全里程，发出提示所述电机绕组老化的预警信息。
2.如权利要求1所述的老化检测***，其特征在于，所述脉冲信号产生电路包括：
晶体振荡器；
第一电容和第二电容，并联在所述晶体振荡器的两端；
第一施密特触发器，所述第一施密特触发器的两输入端相短接、并分别连接所述晶体振荡器的两端，所述第一施密特触发器的输出端连接所述脉冲信号输出端；
第二施密特触发器，所述第二施密特触发器的两输入端相短接、并连接所述晶体振荡器，所述第二施密特触发器的输出端连接所述第一施密特触发器的输入端；
其中，所述第一施密特触发器和所述第二施密特触发器采用与非门逻辑。
3.如权利要求2所述的老化检测***，其特征在于，所述脉冲信号产生电路还包括：
第一电阻，串联在所述晶体振荡器的一端与所述第一施密特触发器的一输入端之间；
第二电阻，串联在所述晶体振荡器的另一端与所述第一施密特触发器的另一输入端之间；
第三电容，串联在所述第一施密特触发器的输出端与所述脉冲信号输出端之间。
4.如权利要求2所述的老化检测***，其特征在于，所述脉冲信号产生电路还包括：
第三施密特触发器，所述第三施密特触发器的两输入端相短接、并连接所述第二施密特触发器的输出端；
第四施密特触发器，所述第四施密特触发器的两输入端相短接、并连接所述第三施密特触发器的输出端；
相串联的限流电阻和发光二极管，并联在所述第四施密特触发器的输入端与输出端之间；
其中，所述第三施密特触发器和所述第四施密特触发器采用与非门逻辑。
5.如权利要求1所述的老化检测***，其特征在于，所述第一电势差检测电路包括：
第一运算放大器，所述第一运算放大器的反相输入端连接所述电机绕组的正极端且正相输入端连接所述电机绕组的负极端；
第三电阻，串联在所述电机绕组的正极端与所述第一运算放大器的反相输入端之间；
第四电阻，连接所述第一运算放大器的输出端和反相输入端；
第五电阻，串联在所述电机绕组的负极端与所述第一运算放大器的正相输入端之间；
第六电阻，连接所述第一运算放大器的正相输入端、并接地。
6.如权利要求1所述的老化检测***，其特征在于，所述第二电势差检测电路包括：
第二运算放大器，所述第二运算放大器的反相输入端连接所述采样电阻的正极端且正相输入端连接所述采样电阻的负极端；
第七电阻，串联在所述采样电阻的正极端与所述第二运算放大器的反相输入端之间；
第八电阻，连接所述第二运算放大器的输出端和反相输入端；
第九电阻，串联在所述采样电阻的负极端与所述第二运算放大器的正相输入端之间；
第十电阻，连接所述第二运算放大器的正相输入端、并接地。
7.如权利要求1所述的老化检测***，其特征在于，所述主控制器根据所述动态电阻和所述动态电感监测所述电机绕组的老化进度，包括：
当仅所述动态电阻大于阻值安全阈值，基于所述动态电阻对应的第一安全里程监测未来行驶里程；
当所述未来行驶里程超过所述第一安全里程，发出提示所述电机绕组老化的预警信息。
8.如权利要求1或7所述的老化检测***，其特征在于，所述主控制器还配置为：
监测所述动态电阻随历史行驶里程变化的第一函数关系；
其中，所述第一安全里程根据阻值极限阈值、所述动态电阻和所述第一函数关系确定。
9.如权利要求1所述的老化检测***，其特征在于，所述主控制器根据所述动态电阻和所述动态电感监测所述电机绕组的老化进度，包括：
当仅所述动态电感大于感值安全阈值，基于所述动态电感对应的第二安全里程监测未来行驶里程；
当所述未来行驶里程超过所述第二安全里程，发出提示所述电机绕组老化的预警信息。
10.如权利要求1或9所述的老化检测***，其特征在于，所述主控制器还配置为：
监测所述动态电感随历史行驶里程变化的第二函数关系；
其中，所述第二安全里程根据感值极限阈值、所述动态电感和所述第二函数关系确定。
11.如权利要求1、7和9任一项所述的老化检测***，其特征在于，所述主控制器还配置为：
于下一次接收到车辆启动信号，若所述预警信息未解除，关闭所述电动助力转向***的助力输出；
其中，所述主控制器在检测到所述动态电阻小于阻值安全阈值且所述动态电感小于感值安全阈值的情况下，解除所述预警信息。
12.如权利要求1、7和9任一项所述的老化检测***，其特征在于，所述电动助力转向***包括多相电机绕组，所述脉冲信号产生电路、所述第一电势差检测电路和所述第二电势差检测电路分别对应每相电机绕组设置；
所述主控制器配置为根据任意相电机绕组的动态电阻大于阻值安全阈值和/或动态电感大于感值安全阈值的老化进度，监测所述未来行驶里程。
13.一种电动助力转向***的电机绕组的老化检测方法，其特征在于，基于如权利要求1-12任一项所述的老化检测***，所述老化检测方法包括：
通过所述脉冲信号产生电路产生高频脉冲信号，并通过所述三极管将所述高频脉冲信号加载至所述电机绕组和所述采样电阻；
通过所述第一电势差检测电路检测所述电机绕组的两端的第一电势差；
通过所述第二电势差检测电路检测所述采样电阻的两端的第二电势差；
通过所述主控制器根据所述第一电势差、所述第二电势差和所述采样电阻，计算所述电机绕组的动态电阻和动态电感，并根据所述动态电阻和所述动态电感监测所述电机绕组的老化进度。
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