通过使用电压指令误差对电子驱动系统中的电流传感器故障的检测方法
【专利摘要】检测FOC电机系统中电流传感器误差的系统、装置和方法。监测电压指令以检测ac分量的存在，ac分量的存在可以指示在电流传感器中出现的误差。举例来说，传感器故障检测模块可以配置为确定实际电压指令和理想电压指令之间的偏差以提供复合偏差向量。通过将偏差向量变换为以指令电压的基础频率旋转的参考系，可以滤除正序和负序的dc分量以及确定他们的振幅。误差检测可以基于基波分量的总振幅进行并通过正和负分量振幅确定。本发明使FOC系统能够以两个而不是三个电流传感器运行，并提供了用于电流传感器的专用误差诊断。
【专利说明】通过使用电压指令误差对电子驱动系统中的电流传感器故 障的检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体上涉及电子驱动系统诊断，并尤其涉及用于磁场定向机器控制的电流 传感器的故障检测。
【背景技术】
[0002] 电机可W用来向各种类型的系统提供扭矩，该些系统诸如但不限于用于电气化车 辆的电驱动系统，其中机器产生的扭矩用于车辆推进。电驱动系统经常依赖于磁场定向技 术来控制机器运行和扭矩输出。磁场定向控制需要反馈电流提供给机器控制器W便可W做 出关于是否需要调整扭矩输出的确定W及可W执行的任何所需要的调整。相应地，设置多 个电流传感器来检测电流并提供必要的反馈。在典型的布置中，两个电流传感器专口用于 扭矩控制，W及第H个电流传感器用于检测非有意的扭矩传递。可W设计诊断算法对所有 H个传感器的读数求和并将总和与预设的阔值比较W检测扭矩传递故障。当设计校验和算 法来检测导致非有意的扭矩传递的扭矩控制中的误差时，在许多情况下，该校验和算法依 赖于作为检测电流传感器故障的手段，因为即便不是全部，大多数磁场定向控制系统缺乏 用于电流传感器的专用故障诊断。
[0003] 然而，多个不确定的问题与用于传感器故障检测的校验和方法的使用相互联系。 例如，没有确定用于校验和比较的阔值的一致途径。多个因素会影响阔值的确定，包括传感 器精确度、信号噪声水平和传感器电流范围，所W阔值可W是特定于传感器和应用的，并且 对阔值的确定会需要耗时的校准过程。另外，包含用来使校验和算法可执行的第H传感器 增加了系统组件的数量。当车辆驱动系统包括牵引电动机和发电机时，则增加了两个附加 的组件，每个附加的组件增加系统成本的同时降低了整个系统的可靠性。
【发明内容】
[0004] 示例系统可W包括电机（EM)、配置用来与电机进行能量交换的能量转换模块 巧CM)、配置为检测ECM和电机之间的相电流的一个或多个传感器、配置为提供电压指 令一该电压指令配置为影响EM产生的所需扭矩一的控制器，W及配置为使用所述电压 指令检测一个或多个传感器的误差的传感器故障检测模块（SFDM)。在示例实施例中，SFDM 可W配置为监测电压指令的ac分量，并将分量的属性与预设的阔值进行比较W检测传感 器故障的存在。举例来说，该SFDM可W配置为将电压指令的基波分量的振幅与预设阔值相 比较。在示例实施例中，S抑M可W配置为确定控制器提供的电压指令和理想的电压指令之 间的偏差，并使用该偏差检测传感器误差的存在。
[0005] 示例的SFDM可W包括配置为监测电压指令信号的一个或多个ac分量的ac分 量监测模块（ACMM)，W及配置为基于一个或多个ac分量进行故障确定的误差确定模块 巧DM)。在示例实施例中，ACMM可W配置为隔离指令电压的基波分量，并且邸M可W配置为 将基波分量的振幅与预设阔值相比较。
[0006] 示例的S抑M可W包括配置为基于指令扭矩提供用于电机的理想的电压指令的电 压映射模块（VMM)，W及配置为确定所述理想的电压指令和为电机提供的实际电压指令之 间的偏差的偏差确定模块值DM)。举例来说，基于理想的和实际的电压指令之间的d-轴和 q-轴上的偏差可W提供偏差向量。
[0007] 用于检测传感器误差的存在的示例方法可W包括；接收用于电机的电压指令、监 测电压指令的ac分量，W及使用ac分量确定是否存在传感器误差。举例来说，监测ac分量 可W包含：滤除或隔离ac分量的基波分量，并将基波分量的振幅与预设的阔值相比较W确 定是否存在传感器故障。方法可W进一步包括当检测到故障时给故障状态设置故障标记。 [000引示例方法可W包含；提供理想的电压指令、接收实际的电压指令、确定理想的和实 际的指令之间的偏差，W及使用该偏差检测传感器故障的存在。举例来说，方法可W包括： 提供包含理想的和实际的d-轴和q-轴电压指令之间的偏差的偏差向量。可W隔离和滤除 偏差向量电压的正序和负序，并且可W确定正分量和负分量的振幅并将他们求和W提供用 于基波频率分量的总振幅。可W将总振幅与预设的阔值比较W确定是否存在传感器故障。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1示出了用于传感器误差检测的示例系统。
[0010] 图2A示出了在正常和故障运行期间的q-轴电压指令。
[0011] 图2B示出了在正常和故障运行期间的d-轴电压指令。
[0012] 图3示出了指令电压的复合频谱。
[0013] 图4A示出了示例传感器故障检测模块。
[0014] 图4B示出了示例传感器故障检测模块。
[0015] 图4C示出了示例传感器故障检测模块。
[0016] 图5示出了用于检测传感器故障的示例方法。
[0017] 图6示出了用于检测传感器故障的示例方法。
[0018] 图7示出了用于检测传感器故障的示例方法。
[0019] 图8示出了示例滞后故障检测响应。
【具体实施方式】
[0020] 在此提出本发明的示例实施例；然而，本发明可W体现为各种可选择的形式，该对 于所属【技术领域】的技术人员将是显而易见的。为便于本发明的理解，W及为权利要求提供 依据，在说明书中包括了各种附图。附图并非按照比例绘制并且可W省略相关元件W便强 调本发明的新颖的特征。提供附图中所描述的结构和功能上的细节用于向所属【技术领域】的 技术人员教导本发明的实践的目的而非作为对本发明的限制。例如，可W对用于系统的模 块和控制器进行不同的布置和/或结合并且在此可W不W示例实施例的图解来描述W便 于更好的强调本发明的新颖的方面。此外，系统组件可所属【技术领域】已知的方式进行 不同的布置。
[0021] 图1示出了电机系统10,举例来说，其可W作为诸如纯电动或混合动力车辆该样 的电气化车辆的电驱动系统来实施。该示例系统10包括配置为执行AC到DC、DC到AC W 及DC到DC转换的能量转换模块巧CM) 12, W及配置用于与ECM 12进行能量交换的电机 (EM) 14,该电机14可W产生可W用于车辆推进的扭矩。在示例实施例中，该ECM 12可W配 置为转换来自诸如电池或电容器组该样的能量存储装置巧SD)(未示出）的DC电压W向EM 14提供H相交流电。可W设置一个或多个传感器16来检测提供给EM 14的一相或多相电 流并向配置为控制EM 14运行和扭矩输出的机器控制器18提供反馈。在示例实施例中，系 统10可W包括配置为检测提供给EM 14的第一"a相"电流的第一传感器16a，W及配置为 检测提供给EM 14的第二"b相"电流的第二传感器16b。该控制器18可W连通性地禪接 到传感器故障检测模块（SFDM) 20。在示例实施例中，该SFDM 20可W配置为使用由控制器 18提供的电压指令信号W检测一个或多个传感器16上的误差。
[002引当该系统10作为电气化车辆的电驱动系统来使用时，该ECM 12可則衣赖于诸如 但不限于300V裡离子电池该样的高压电池作为能量来源。在示例实施例中，该ECM 12可 W包括用于升高或降低所接收到的电压的DC/DC转换器（未示出），W及用于将DC信号转 换为AC信号的DC/AC逆变器（未示出）。因此，该ECM 12可W配置为从ESD向诸如电动 发动机该样的电机转移能量，并且可W配置为从诸如发电机该样的电机向ESD转移能量。 W举例而非限制的方式，该EM 14可W为在磁场定向控制（FOC)下运行的永磁同步电动机 (PMSM)的形式。
[002引在示例实施例中，该控制器18电压指令可W应用于EM 14 W通过配置的ECM逆变 器向EM14提供H相电流。该一个或多个传感器16可W配置为提供相电流反馈，该相电流 反馈可W按照F0C技术通过控制器18用于EM 14扭矩控制。
[0024] 如所属【技术领域】已知的，电流反馈在F0C中起着重要的作用。参考图1，该控制器 18可W接收扭矩指令T*和反馈电流if,并使用W上两者提供电压指令V*。传感器16上 的误差会导致错误的电流反馈，相应地，其造成控制器18提供可W不利地影响扭矩控制的 错误的电压指令。不正确的扭矩传递会显著地影响车辆性能，让操作者大为懊恼。
[00巧]反馈电流上的传感器误差的影响可W解析地进行表述。通常，存在两种类型的电 流传感器误差：偏移误差，其中0电流输入导致非0电压输出；W及增益误差，其中增益为 除了 1 W外的一些值，W便在电流输入中的递增变化不会产生传感器电压输出上的正确的 递增变化。传感器故障会造成W上误差中的一种或两种类型，并且两种类型的误差会促成 电压指令和扭矩控制误差。如所属【技术领域】已知的，F0C技术使用固定和旋转的参照系，并 执行用于电流控制操作的两种参照系之间的变换。在固定的参照系中，由电流传感器提供 的作为反馈的相电流可W表述为：
[0026]
【权利要求】
1. 一种系统，其特征在于，包含： 电机（EM); 配置为向所述EM提供能量的能量转换模块（ECM); 配置为检测所述ECM和所述EM之间的相电流的传感器； 配置为提供电压指令的控制器，其中该电压指令配置为通过所述EM导致所需要的扭 矩的产生；以及 配置为使用所述电压指令检测在所述传感器上的误差的传感器故障检测模块（SFDM)。
2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述SFDM配置为监测所述电压指令的交流 (ac)分量。
3. 如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述SFDM配置为监测所述电压指令ac分量 的基波频率分量。
4. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述SFDM配置为确定由所述控制器提供的 所述电压指令和理想电压指令之间的偏差。
5. 如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述SFDM配置为使用所述偏差检测所述传 感器误差。
6. -种传感器故障检测模块（SFDM)，其特征在于，包含： 配置为提供理想的电压指令的电压映射模块（VMM)，其中理想的电压指令配置为影响 所需要的电机（EM)扭矩输出； 配置为确定所述理想的电压指令和为所述EM提供的实际电压指令之间的偏差的偏差 确定模块（DDM);以及 其中所述SFDM配置为使用所述偏差确定传感器误差是否存在。
7. 如权利要求6所述的SFDM，其特征在于，所述DDM配置为隔离所述电压指令的交流 (ac)分量。
8. 如权利要求7所述的SFDM，其特征在于，所述SFDM配置为隔离所述实际电压指令的 基波频率分量。
9. 如权利要求8所述的SFDM，其特征在于，所述SFDM配置为确定所述基波频率分量的 振幅。
10. -种方法，其特征在于，包含： 接收运行参数； 响应于所述参数提供理想电压指令； 接收用于电机的实际电压指令； 确定所述理想电压指令和所述实际电压指令之间的偏差；以及 使用所述偏差确定在电流传感器上是否存在故障。
【文档编号】G01R35/00GK104422918SQ201410427631
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2013年8月27日
【发明者】王长江, 迈克尔·德格内尔, 瑞马·艾沙耶弗, 徐利文, 丹尼尔·R·利德基 申请人:福特全球技术公司