一种电机的控制方法、装置及电机控制器与流程
本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种电机的控制方法、装置及电机控制器。
背景技术：
面对日趋严峻的能源与环境问题，节能与新能源汽车正成为研究的热点，大力发展节能与新能源汽车对于实现全球可持续发展、保护人类赖以生存的地球环境具有重要意义。在我国，发展节能与新能源汽车，尤其是具有零污染、零排放的纯电动汽车，不仅对我国能源安全、环境保护具有重大意义，同时也是我国汽车领域今后发展的趋势。
安全、可靠是纯电动汽车正常运行的基本要求，对于车辆中的驱动系统(包括电机于电机控制器)，其功能正确、有效、安全的实现是保证车辆安全工作的前提。对于纯电动汽车，驱动系统扭矩的正确输出是行车安全最基本的前提，相对于传统燃油车而言，纯电动汽车驱动系统涉及到众多的高压、低压零部件，有更大的潜在失效风险，在这些失效风险中，以驱动电机发生故障时扭矩的非预期输出最为严重，这就需要在任何时刻及状态下防止驱动系统故障导致的扭矩的非预期输出，以避免造成关乎人身及车辆安全的事故发生。
技术实现要素：
本发明实施例要解决的技术问题是提供一种电机的控制方法、装置及电机控制器，用以实现应对电机故障，保证行车安全。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电机的控制方法，包括：
获取电机的偏差扭矩；
根据所述偏差扭矩，确定电机故障等级；
根据所述故障等级，执行与所述故障等级对应的预设处理机制。
进一步的，所述获取电机的偏差扭矩的步骤包括：
获取电机的实际扭矩和控制所述电机的电机控制器发出的命令扭转；
根据所述实际扭矩和命令扭转，获得所述电机的偏差扭矩。
进一步的，获得电机的实际扭矩的步骤包括：
获取所述电机反馈的三相电流；
根据克拉克Calrk变换与帕克Park变换将所述三相电流转化为D轴电流和Q轴电流；
根据所述D轴电流和Q轴电流，获得所述电机的实际扭矩。
进一步的，根据所述D轴电流和Q轴电流，获得所述电机的实际扭矩的步骤包括：
根据公式
估算获得的所述电机的实际扭矩，其中，TEstimate表示估算获得的实际扭矩，np表示极对数，Ld表示D轴电感，Lq表示Q轴电感，ψf表示电机磁链，id表示D轴电流，iq表示Q轴电流，并且，根据大量实验数据获得电流与电感对应的第一查询表，根据所述第一查询表及id查询获得Ld，根据所述第一查询表及iq查询获得Lq，根据大量实验数据获得电机转速与电机磁链对应的第二查询表，根据第二查询表及电机转速ω获得ψf。
进一步的，所述根据所述偏差扭矩，确定电机故障等级的步骤包括：
当所述偏差扭矩的绝对值大于第一预设扭矩且所述偏差扭矩的值为负时，确定所述电机为第一故障等级；
当所述偏差扭矩在第一预设扭矩和第二预设扭矩之间时，确定所述电机为第二故障等级，其中，所述第二预设扭矩大于第一预设扭矩；
当所述偏差扭矩在第二预设扭矩和第三预设扭矩之间时，获取所述电机的实时转速，其中，所述第三预设扭矩大于第二预设扭矩；
当所述实时转速小于预设转速时，确定所述电机为第三故障等级；
当所述实时转速大于预设转速时，确定所述电机为第四故障等级；
当所述偏差扭矩大于所述第三预设扭矩时，确定所述电机为第四故障等级。
进一步的，所述根据所述故障等级，执行与所述故障等级对应的预设处理机制的步骤包括：
当所述故障等级为第一故障等级时，控制车辆的仪表盘上的显示装置显示第一预设信息；
当所述故障等级为第二故障等级时，控制所述电机控制器对所述电机进行第一限制扭矩输出；
当所述故障等级为第三故障等级时，控制所述电机控制器对所述电机进行第二限制扭矩输出，并限制车辆的最高车速，其中，第二限制扭矩输出的限制程度大于第一限制扭矩输出；
当所述故障等级为第四故障等级时，切断车辆的动力输出。
进一步的，所述当所述故障等级为第四故障等级时，切断车辆的动力输出的步骤包括：
控制所述电机控制器延时执行电机零扭矩操作并关闭绝缘栅双极型晶体管IGBT的脉冲宽度调制PWM输出，向整车控制器发送关闭使能请求，切断车辆的动力输出。
进一步的，所述根据所述故障等级，执行与所述故障等级对应的预设处理机制的步骤还包括：
当所述故障等级为第二故障等级时，控制车辆的仪表盘上的显示装置显示第二预设信息并进行第一预设操作；
当所述故障等级为第三故障等级时，控制车辆的仪表盘上的显示装置显示第二预设信息并进行第二预设操作；
当所述故障等级为第四故障等级时，控制车辆的仪表盘上的显示装置显示第三预设信息并进行第三预设操作。
本发明实施例还提供了一种电机的控制装置，包括：
获取模块，用于获取电机的偏差扭矩；
确定模块，用于根据所述偏差扭矩，确定电机故障等级；
控制模块，用于根据所述故障等级，执行与所述故障等级对应的预设处理机制。
本发明实施例还提供了一种电机控制器，包括：主控板和驱动板，所述主控板包括：主控制芯片和从控制芯片，所述驱动板包括绝缘栅双极型晶体管IGBT控制模块；
其中，所述从控制芯片包括：
获取模块，用于获取电机的偏差扭矩；
确定模块，用于根据所述偏差扭矩，确定电机故障等级；
所述主控制芯片包括：
控制模块，用于根据所述故障等级，执行与所述故障等级对应的预设处理机制。
与现有技术相比，本发明实施例提供的一种电机的控制方法、装置及电机控制器，至少具有以下有益效果：本发明实施例通过偏差扭矩及时发现电机扭矩的非预期输出，并在此基础上，判断电机的故障等级，并根据故障等级给出不同的处理方法，在保证行车安全的前提下最大程度的对驾驶员驾乘感受进行保护。
附图说明
图1为本发明实施例的电机的控制方法的流程图之一；
图2为本发明实施例的电机的控制方法的流程图之二；
图3为本发明实施例的电机的控制方法的流程图之三；
图4为本发明实施例的电机的控制方法的流程图之四；
图5为本发明实施例的电机的控制方法的流程图之五；
图6为本发明实施例的电机的控制方法的流程图之六；
图7为本发明实施例的电机的控制装置的结构示意图；
图8为本发明实施例的电机控制器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
第一实施例
参见图1，本发明实施例提供了一种电机的控制方法，包括：
步骤101，获取电机的偏差扭矩；
步骤102，根据所述偏差扭矩，确定电机故障等级；
步骤103，根据所述故障等级，执行与所述故障等级对应的预设处理机制。
在本发明实施例的电机的控制方法中，对电机输出扭矩进行监控，通过偏差扭矩对车辆存在的故障进行分级，对不同故障程度给出不同的处理机制，不仅保证了行车安全，也极大地保护了驾驶员的驾驶感受。
第二实施例
参见图2，本实施例进一步限定了偏差扭矩的获取，对于第一实施例中，所述获取电机的偏差扭矩的步骤包括：
步骤201，获取电机的实际扭矩和控制所述电机的电机控制器发出的命令扭转；
步骤202，根据所述实际扭矩和命令扭转，获得所述电机的偏差扭矩。
在本实施例中，通过电机的实际扭矩和电机控制器发送给电机的命令扭矩获得偏差扭矩，定义实际扭矩为TEstimate，命令扭矩为TCommand，偏差扭矩为ΔT，则根据公式ΔT＝TEstimate-TCommand可获得偏差扭矩。
第三实施例
参见图3，本实施例进一步限定了实际扭矩的获取，对于第二实施例中，获得电机的实际扭矩的步骤包括：
步骤301，获取所述电机反馈的三相电流；
步骤302，根据克拉克Calrk变换与帕克Park变换将所述三相电流转化为D轴电流和Q轴电流；
步骤303，根据所述D轴电流和Q轴电流，获得所述电机的实际扭矩。
在本实施例中，考虑到实际扭矩关系到车辆驱动系统的安全判断，以及后续的故障处理，因此对实际扭矩必须具有一定的精度要求，故而采用上述方法尽可能获得精确的实际扭矩。车辆运行过程中，对电机反馈的三相电流iA、iB、iC进行采集，将采集到的三相电流经过Calrk(克拉克变换)得到iα与iβ，再经过Park(帕克变换)变换得到旋转坐标系下的D轴电流id和Q轴电流iq，在此基础上获得实际扭矩TEstimate。
第四实施例
本实施例对实际扭矩的获取进行进一步解释，对于第三实施例中，根据所述D轴电流和Q轴电流，获得所述电机的实际扭矩的步骤包括：
根据公式
估算获得的所述电机的实际扭矩，其中，TEstimate表示估算获得的实际扭矩，np表示极对数，Ld表示D轴电感，Lq表示Q轴电感，ψf表示电机磁链，id表示D轴电流，iq表示Q轴电流，并且，根据大量实验数据获得电流与电感对应的第一查询表，根据所述第一查询表及id查询获得Ld，根据所述第一查询表及iq查询获得Lq，根据大量实验数据获得电机转速与电机磁链对应的第二查询表，根据第二查询表及电机转速ω获得ψf。
实际扭矩TEstimate的精度对后续功能安全策略的实现有很大影响，若精度不能够满足要求则会导致功能安全策略失效。以永磁同步电机为例，正常工作过程中D、Q轴电感与D、Q轴电流呈强耦合关系，尤其是在磁路饱和时；由于Ld与Lq在电机正常工作区间内变化较大，因此不能够在上述公式中将其按照定值处理，若按照定值进行计算将会严重影响估算扭矩的准确性，针对这一问题，前期通过理论公式与台架试验分别获得id、iq与Ld、Lq的对应关系，并将该对应关系存储在表格中，实际扭矩估算过程中利用得到的D、Q轴电流实时查询到D、Q轴电感，之后再根据上述公式计算实际扭矩。同样，电机永磁体的磁链在工作区间同样会发生变化，尤其是在深度弱磁控制中，针对这一问题，前期通过台架试验得到电机转速与磁链的对应关系，将其存储成表格，实际扭矩估算过程中通过电机当前转速直接查询得到磁链值，并利用该值进行扭矩估算以提高精度。
本实施例给出了根据D轴电流和Q轴电流获得较高精度的实际扭矩的方法，以保证后续策略安全有效的实现。
第五实施例
参见图4，对于第一实施例中，所述根据所述偏差扭矩，确定电机故障等级的步骤包括：
步骤401，当所述偏差扭矩的绝对值大于第一预设扭矩且所述偏差扭矩的值为负时，确定所述电机为第一故障等级；
步骤402，当所述偏差扭矩在第一预设扭矩和第二预设扭矩之间时，确定所述电机为第二故障等级，其中，所述第二预设扭矩大于第一预设扭矩；
步骤403，当所述偏差扭矩在第二预设扭矩和第三预设扭矩之间时，获取所述电机的实时转速，其中，所述第三预设扭矩大于第二预设扭矩；
步骤404，当所述实时转速小于预设转速时，确定所述电机为第三故障等级；
步骤405，当所述实时转速大于预设转速时，确定所述电机为第四故障等级；
步骤406，当所述偏差扭矩大于所述第三预设扭矩时，确定所述电机为第四故障等级。
需要注意的是，步骤401、步骤402、步骤404、步骤405、步骤406为同级的判断选择关系，并不存在顺序关系。
在本实施例中，根据预先的大量实验数据对偏差扭矩的大小所可能造成安全隐患的危害程度进行评估分级。
通过判断偏差扭矩的绝对值是否超过第一预设扭矩(该扭矩为正值)，若未超过则认为偏差扭矩在合理误差或安全范围，此时不进行任何处理。
当判断偏差扭矩的绝对值超过第一预设扭矩但小于零时，也就是车辆实际输出扭矩低于扭矩命令，此时由扭矩偏差所可能造成的安全隐患属于轻微范畴，因此定义为第一故障等级并采取相应措施。
若偏差扭矩超过第一预设扭矩但未超过第二预设扭矩，此时的偏差扭矩未超出太大，由该偏差扭矩所能够引起的安全隐患属于轻度范畴，因此定义为第二故障等级并采取相应措施。较第一故障等级的处理而言，第二更故障等级的处理更为严苛。
若偏差扭矩超过第二预设扭矩但未超过第三预设扭矩，此时的偏差扭矩已经达到较大程度，此时需要另外引入电机转速信息来确定处理方式。
若电机转速未超过阈值，此时虽然偏差扭矩较大，但仍属于可控范围，该状态所引起的安全隐患属于中度范畴，此时定义为第三故障等级并采取相应措施。若电机转速超过阈值，则表明车辆处于高速行驶，该状态下车辆存在扭矩失控的风险，该偏差扭矩所能够引起的安全隐患属于重度范畴，因此定义为第四故障等级并采取相应措施。其中第三故障等级的处理方式较第二故障等级的处理方式更为严苛，并且以第四故障等级的处理方式最为严苛。
若偏差扭矩不超过第三预设扭矩，则表明此时的偏差扭矩已经很大并达到不可控程度，该偏差扭矩所引起的安全隐患同样属于重度范畴，因此定义为第四故障等级并采取相应措施。
第六实施例
参见图5，本实施例将结合第五实施例进行解释，对于第一实施例中，所述根据所述故障等级，执行与所述故障等级对应的预设处理机制的步骤包括：
步骤501，当所述故障等级为第一故障等级时，控制车辆的仪表盘上的显示装置显示第一预设信息；
步骤502，当所述故障等级为第二故障等级时，控制所述电机控制器对所述电机进行第一限制扭矩输出；
步骤503，当所述故障等级为第三故障等级时，控制所述电机控制器对所述电机进行第二限制扭矩输出，并限制车辆的最高车速，其中，第二限制扭矩输出的限制程度大于第一限制扭矩输出；
步骤504，当所述故障等级为第四故障等级时，切断车辆的动力输出。
在本实施例中，对不同故障等级给出不同的应对策略。对于第一故障等级，考虑到这种情况下偏差扭矩造成的安全隐患属于轻微范畴，因此仅通过仪表文字显示第一预设信息来提醒驾驶员。例如在仪表上通过文字提示驾驶员：车辆发生轻微故障，建议前往维修点对车辆进行检修，该故障不影响正常行车。对于第二故障等级，偏差扭矩造成的安全隐患属于轻度范畴，此时必须对电机进行限制，控制所述电机控制器对所述电机进行第一限制扭矩输出，通过限制扭矩输出方式对车辆及车上人员进行保护。对于第三故障等级，扭矩偏差造成的安全隐患已经属于中度范畴，通过限制扭矩输出及最高车速这种更严格的方式对车辆及车上人员进行保护，其中限制后的车速仅能够保证车辆最基本的行驶需求。对于第四故障等级，这种情况下，车辆面临扭矩失控的风险，此时偏差扭矩造成的安全隐患已经属于严重范畴，需要通过延时切断动力输出这种严厉的措施对车辆及车上人员进行保护，防止扭矩失控所可能造成的严重后果。
第七实施例
对于第六实施例中，所述当所述故障等级为第四故障等级时，切断车辆的动力输出的步骤包括：
控制所述电机控制器延时执行电机零扭矩操作并关闭绝缘栅双极型晶体管IGBT的脉冲宽度调制PWM输出，向整车控制器发送关闭使能请求，切断车辆的动力输出。
通过该实施例的方法可以有效延时切断动力输出，对车辆及车上人员进行保护，防止扭矩失控所可能造成的严重后果。需要注意的是，此仅为本发明关于切断动力输出提出的一优选实施例，本发明对于切断动力输出并不限于该实施例。
第八实施例
参见图6，相比于第六实施例，所述根据所述故障等级，执行与所述故障等级对应的预设处理机制的步骤还包括：
步骤601，当所述故障等级为第二故障等级时，控制车辆的仪表盘上的显示装置显示第二预设信息并进行第一预设操作；
步骤602，当所述故障等级为第三故障等级时，控制车辆的仪表盘上的显示装置显示第二预设信息并进行第二预设操作；
步骤603，当所述故障等级为第四故障等级时，控制车辆的仪表盘上的显示装置显示第三预设信息并进行第三预设操作。
在本实施例中，相比于第六实施例，不但控制所述电机控制器对所述电机进行限制扭矩输出，还通过仪表盘显示等手段提示驾驶员车辆的状况。
当故障等级为第二故障等级时，此时偏差扭矩造成的安全隐患被划分到轻度范畴，此时不仅需要通过仪表文字显示第二预设信息提示，例如在仪表上通过文字提示驾驶员：车辆驱动系统轻度故障，动力输出将受到限制，请安全驾驶并尽快前往维修点对车辆进行检修。还需要进行第一预设操作更为显著的提示驾驶员，例如，点亮报警灯来提醒驾驶员。
当故障等级为第三故障等级时，偏差扭矩造成的安全隐患已经属于中度范畴，此时通过仪表文字显示第三预设信息提示，例如在仪表上通过文字提示驾驶员：车辆驱动系统故障，最高车速将受到限制，请低速行驶并尽快前往维修点对车辆进行检修。并且进行第二预设操作更为显著的提示驾驶员，通过点亮报警灯以及鸣响报警音来提醒驾驶员。
当故障等级为第四故障等级时，车辆面临扭矩失控的风险，此时偏差扭矩造成的安全隐患已经属于严重范畴，此时需通过仪表文字显示第三预设信息提示驾驶员，例如在仪表上通过文字提示驾驶员：车辆驱动系统故障，动力即将中断，请尽快安全停车并与售后维修人员取得联系。并且进行第三预设操作更为显著的提示驾驶员，通过点亮整车系统故障灯(提醒效果优于上述的报警灯)以及鸣响报警音来提醒驾驶员。
第九实施例
参见图7，本发明实施例还提供了一种电机的控制装置，包括：
获取模块1，用于获取电机的偏差扭矩；
确定模块2，用于根据所述偏差扭矩，确定电机故障等级；
控制模块3，用于根据所述故障等级，执行与所述故障等级对应的预设处理机制。
进一步的，所述获取模块1，用于获取电机的偏差扭矩中，所述获取模块1包括：
第一获取模块，用于获取电机的实际扭矩和控制所述电机的电机控制器发出的命令扭转；
第二获取模块，用于根据所述实际扭矩和命令扭转，获得所述电机的偏差扭矩。
进一步的，所述第一获取模块，用于获得电机的实际扭矩中，所述第一获取模块包括：
第三获取模块，用于获取所述电机反馈的三相电流；
转换模块，用于根据克拉克Calrk变换与帕克Park变换将所述三相电流转化为D轴电流和Q轴电流；
第四获取模块，用于根据所述D轴电流和Q轴电流，获得所述电机的实际扭矩。
进一步的，所述第四获取模块，用于根据所述D轴电流和Q轴电流，获得所述电机的实际扭矩中，所述第四获取模块用于：
根据公式
估算获得的所述电机的实际扭矩，其中，TEstimate表示估算获得的实际扭矩，np表示极对数，Ld表示D轴电感，Lq表示Q轴电感，ψf表示电机磁链，id表示D轴电流，iq表示Q轴电流，并且，根据大量实验数据获得电流与电感对应的第一查询表，根据所述第一查询表及id查询获得Ld，根据所述第一查询表及iq查询获得Lq，根据大量实验数据获得电机转速与电机磁链对应的第二查询表，根据第二查询表及电机转速ω获得ψf。
进一步的，所述确定模块2，用于根据所述偏差扭矩，确定电机故障等级中，所述确定模块2用于：
当所述偏差扭矩的绝对值大于第一预设扭矩且所述偏差扭矩的值为负时，确定所述电机为第一故障等级；
当所述偏差扭矩在第一预设扭矩和第二预设扭矩之间时，确定所述电机为第二故障等级，其中，所述第二预设扭矩大于第一预设扭矩；
结合第五获取模块获取的转速确定故障等级，其中，第五获取模块，用于当所述偏差扭矩在第二预设扭矩和第三预设扭矩之间时，获取所述电机的实时转速，其中，所述第三预设扭矩大于第二预设扭矩；
当所述实时转速小于预设转速时，所述确定模块2用于确定所述电机为第三故障等级；
当所述实时转速大于预设转速时，所述确定模块2用于确定所述电机为第四故障等级；
当所述偏差扭矩大于所述第三预设扭矩时，所述确定模块2用于确定所述电机为第四故障等级。
进一步的，所述控制模块3，用于根据所述故障等级，执行与所述故障等级对应的预设处理机制中，所述控制模块3用于：
当所述故障等级为第一故障等级时，控制车辆的仪表盘上的显示装置显示第一预设信息；
当所述故障等级为第二故障等级时，控制所述电机控制器对所述电机进行第一限制扭矩输出；
当所述故障等级为第三故障等级时，控制所述电机控制器对所述电机进行第二限制扭矩输出，并限制车辆的最高车速，其中，第二限制扭矩输出的限制程度大于第一限制扭矩输出；
当所述故障等级为第四故障等级时，切断车辆的动力输出。
进一步的，所述控制模块3用于当所述故障等级为第四故障等级时，切断车辆的动力输出中，所述控制模块3还用于：
控制所述电机控制器延时执行电机零扭矩操作并关闭绝缘栅双极型晶体管IGBT的脉冲宽度调制PWM输出，向整车控制器发送关闭使能请求，切断车辆的动力输出。
进一步的，所述控制模块3，用于根据所述故障等级，执行与所述故障等级对应的预设处理机制中，所述控制模块3还用于：
当所述故障等级为第二故障等级时，控制车辆的仪表盘上的显示装置显示第二预设信息并进行第一预设操作；
当所述故障等级为第三故障等级时，控制车辆的仪表盘上的显示装置显示第二预设信息并进行第二预设操作；
当所述故障等级为第四故障等级时，控制车辆的仪表盘上的显示装置显示第三预设信息并进行第三预设操作。
第十实施例
参见图8，本发明实施例还提供了一种电机控制器4，包括：主控板5和驱动板6，所述主控板5包括：主控制芯片51和从控制芯片52，所述驱动板6包括绝缘栅双极型晶体管IGBT控制模块61；
其中，所述从控制芯片51包括：
获取模块，用于获取电机的偏差扭矩；
确定模块，用于根据所述偏差扭矩，确定电机故障等级；
所述主控制芯片52包括：
控制模块，用于根据所述故障等级，执行与所述故障等级对应的预设处理机制。
综上，本发明实施例通过偏差扭矩及时发现电机扭矩的非预期输出，并在此基础上，判断电机的故障等级，并根据故障等级给出不同的处理方法，在保证行车安全的前提下最大程度的对驾驶员驾乘感受进行保护。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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