一种永磁同步电机零点偏差检测方法、装置、设备和汽车与流程

1.本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种永磁同步电机零点偏差检测方法、装置、设备和汽车。


背景技术：

2.在纯电动汽车领域，永磁同步电机(pmsm)由于具有高效率、高输出转矩、高功率密度以及良好的动态性能等优点，目前成为纯电动汽车驱动系统的主流。对于以永磁同步电机作为动力核心的纯电动汽车而言，对转子旋转位置的精确检测是实现高精度控制的前提，而准确的零点位置又是精确检测转子旋转位置的基础。永磁同步电机采用电子换向，因此转子的位置信息直接影响着电机速度、位置控制的精度和动态性能。
3.关于永磁同步电机转子位置检测绝大多数采用旋转变压器(简称旋变)解决方案，通过利用旋转变压器信号解析到的位置信息加上零点偏移量最终获得电机转子的实际位置信息。考虑到车辆作为一种基础运输工具其行驶环境复杂多变，在一些特殊以及特定极限工况下会由于振动、温度、零部件老化等因素引起旋变零点位置偏差，永磁同步电机转子位置零点偏差将会引起不期望和不可控制的交轴电流，从而使驱动电机产生非预期的扭矩输出。一般情况下，在电机零点发生轻微偏差后不会对行车安全造成影响，但是会影响车上人员的驾乘体验，如电机的实际输出扭矩较扭矩命令偏小以及在电机高转速情况下驱动系统的抖动等，这些问题将会直接影响车辆的驾乘感受。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种永磁同步电机零点偏差检测方法、装置、设备和汽车，以解决对永磁同步电机的零点偏差故障检测效率低和不成熟的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
6.本发明实施例提供了一种永磁同步电机零点偏差检测方法，包括：
7.获取当前驱动电机转速信号，并判断所述当前驱动电机转速信号是否处于驱动电机低转速工况；
8.若处于所述电机低转速工况，则获取第一驱动电机输出扭矩以及第二驱动电机输出扭矩；
9.根据所述第一驱动电机输出扭矩和所述第二驱动电机输出扭矩，计算输出扭矩估算偏差系数；
10.再次获取驱动电机转速信号，并判断所述驱动电机转速信号是否处于驱动电机高转速工况；
11.若处于所述驱动电机高转速工况，对所述驱动电机转速进行滤波处理，并计算转速波动零点偏差系数；
12.根据所述输出扭矩估算偏差系数和所述转速波动零点偏差系数，计算电机零点偏差严重度系数，并根据所述电机零点偏差严重度系数进行电机故障评断。
13.进一步地，所述判断所述当前驱动电机转速信号是否处于驱动电机低转速工况，包括：
14.电机转速在[n1ω
s
，n2ω
s
]之间，且电机温度不高于第一常数时，所述当前驱动电机转速信号处于驱动电机低转速工况；
[0015]
其中，所述ω
s
表示电机的基速值，n1为第一预设值，n2为第二预设值。
[0016]
进一步地，所述第一驱动电机输出扭矩为：n3倍的电机控制器输入端的直流母线电压值、电机控制器的输入电流值和驱动系统的效率值三者的乘积与驱动电机当前转速值的比；
[0017]
通过t
e2
＝p0{ψ
f
(t)i
q
+[l
d
(t)-l
q
(t)]i
d
i
q
}获得第二驱动电机输出扭矩，其中，t
e2
表示第二驱动电机当前输出扭矩，p0表示电机的极对数，t表示电机温度，ψ
f
表示永磁体磁链，i
d
与i
q
表示驱动电机的d、q轴电流，l
d
与l
q
表示驱动电机的d、q轴电感，所述ψ
f
、l
d
与l
q
均是电机温度的函数，n3为第三预设值。
[0018]
进一步地，所述i
q
为电机相电流的有效值与sinβ的乘积，所述i
d
为电机相电流的有效值与cosβ的乘积；
[0019]
其中，所述β表示电机相电流与d轴电流i
d
的夹角。
[0020]
进一步地，所述计算输出扭矩估算偏差系数，包括：
[0021]
根据所述第一驱动电机输出扭矩和所述第二驱动电机输出扭矩，获得所述第一驱动电机输出扭矩和所述第二驱动电机输出扭矩的第一偏差扭矩值；
[0022]
对所述第一偏差扭矩值进行限制得到第二偏差扭矩值；
[0023]
计算n4个控制周期内的每个控制周期的所述第二偏差扭矩值与扭矩命令值的比值，取平均值后得到输出扭矩估算偏差系数，所述输出扭矩估算偏差系数的取值范围为[0，1]；
[0024]
其中，当所述第一偏差扭矩小于或等于估算扭矩合理误差值时，所述第二偏差扭矩为0，当所述第一偏差扭矩大于所述估算扭矩合理误差值时，所述第二偏差扭矩等于所述第一偏差扭矩；其中，所述估算扭矩合理误差值大于0；n4为第四预设值。
[0025]
进一步地，所述再次获取驱动电机转速信号，判断所述驱动电机转速信号是否处于驱动电机高转速工况，包括：
[0026]
电机转速高于n5ω
s
，且电机的扭矩命令高于n6t
w
处于驱动电机高转速工况；
[0027]
其中，所述ω
s
表示电机的基速值，所述t
w
表示电机的外特性扭矩，n5为第五预设值，n6为第六预设值。
[0028]
进一步地，所述若处于所述驱动电机高转速工况，对所述驱动电机转速进行滤波处理，并计算转速波动零点偏差系数，包括：
[0029]
对所述再次获取驱动电机转速信号进行二阶低通滤波处理；
[0030]
对低通滤波处理处理后的信号再进行一阶高通滤波处理，得到第一电机转速波动信号值；
[0031]
对所述第一电机转速波动信号值进行限制得到第二电机转速波动信号值；
[0032]
计算n4个控制周期内的每个控制周期的第二电机转速波动信号值与转速波动信号的最大限制值的比值，取平均值后得到转速波动零点偏差系数，所述转速波动零点偏差系数的取值范围为[0，1]；
[0033]
其中，所述转速波动信号的最大限制值大于0；n4为第四预设值。
[0034]
进一步地，对所述第一电机转速波动信号值进行限制得到第二电机转速波动信号值，包括：
[0035]
所述第一电机转速波动信号值的绝对值小于电机转速波动信号的最低限值时，所述第二电机转速波动信号值为0；
[0036]
所述第一电机转速波动信号值的绝对值大于或等于所述电机转速波动信号的最低限值，且小于或等于所述转速波动信号的最大限制值时，所述第二电机转速波动信号值等于所述第一电机转速波动信号值的绝对值；
[0037]
所述第一电机转速波动信号值的绝对值大于所述转速波动信号的最大限制值时，所述第二电机转速波动信号值等于所述转速波动信号的最大限制值；
[0038]
其中，所述电机转速波动信号的最低限值大于0。
[0039]
进一步地，根据所述输出扭矩估算偏差系数和所述转速波动零点偏差系数，计算电机零点偏差严重度系数，包括：
[0040]
对所述输出扭矩估算偏差系数的平方与所述转速波动零点偏差系数的平方的和进行二次开根得到一个二次开根值；
[0041]
所述二次开根值的倍为所述电机零点偏差严重度系数；
[0042]
其中，所述电机零点偏差严重度系数的取值范围∈[0，1]。
[0043]
进一步地，根据所述电机零点偏差严重度系数进行电机故障评断，包括：
[0044]
当所述电机零点偏差严重度系数大于故障判断阀值，且持续时间为故障确认时间，则判断驱动电机发生零点偏差故障。
[0045]
本发明实施例还提供一种永磁同步电机零点偏差检测装置，包括：
[0046]
第一处理模块，用于获取当前驱动电机转速信号，并判断所述当前驱动电机转速信号是否处于驱动电机低转速工况；
[0047]
第一获取模块，用于若处于所述电机低转速工况，则获取第一驱动电机输出扭矩以及第二驱动电机输出扭矩；
[0048]
第一计算模块，用于根据所述第一驱动电机输出扭矩和所述第二驱动电机输出扭矩，计算输出扭矩估算偏差系数；
[0049]
第二处理模块，用于再次获取驱动电机转速信号，并判断所述驱动电机转速信号是否处于驱动电机高转速工况；
[0050]
第二计算模块，用于若处于所述驱动电机高转速工况，对所述驱动电机转速进行滤波处理，并计算转速波动零点偏差系数；
[0051]
第三处理模块，用于根据所述输出扭矩估算偏差系数和所述转速波动零点偏差系数，计算电机零点偏差严重度系数，并根据所述电机零点偏差严重度系数进行电机故障评断。
[0052]
本发明实施例还提供一种永磁同步电机零点偏差检测设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的永磁同步电机零点偏差检测方法中的步骤。
[0053]
本发明实施例还提供一种汽车，包括如上所述的永磁同步电机零点偏差检测设
备。
[0054]
本发明的有益效果是：
[0055]
本发明提供的检测方法能够实现在动态下，即驱动电机输出动力的状态下的零点偏差故障检测，并且尤其适用于电机转子零点发生轻微偏差的情况；以本发明提供的检测方法为基础，配合一定合理的故障处理措施，能够有效地将电机零点偏差所引起的行车安全隐患降到最低，从而为保障行车安全打下坚实的基础；本发明通过在规定电机转速、规定电机状态条件下通过以上两种方式对电机的输出扭矩进行估算，并根据估算扭矩的偏差计算得到输出扭矩估算偏差系数，该系数实现了对低速工况下零点偏差程度的量化表征；本发明提供的零点偏差严重度系数对于车辆驱动系统的售后维修还具有积极地指导意义。
附图说明
[0056]
图1表示本发明实施例提供的永磁同步电机零点偏差检测方法的流程示意图；
[0057]
图2表示本发明实施例提供的永磁同步电机零点偏差检测方法的滤波处理的流程框图；
[0058]
图3表示本发明实施例提供的永磁同步电机零点偏差检测方法的零点偏差严重度系数示意图；
[0059]
图4表示本发明实施例提供的永磁同步电机零点偏差检测装置的模块示意图。
具体实施方式
[0060]
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对本发明进行详细描述。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。
[0061]
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。
[0062]
在本发明的各种实施例中，应理解，下述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
[0063]
本发明针对目前如何对永磁同步电机的零点偏差故障进行有效检测的问题，本，提供了一种永磁同步电机零点偏差检测方法、装置、设备和汽车，该方法能够实现在动态下，即驱动电机输出动力的状态下的零点偏差故障检测，并且尤其适用于电机转子零点发生轻微偏差的情况。
[0064]
如图1所示，本发明一实施例的永磁同步电机零点偏差检测方法，包括：
[0065]
步骤100，获取当前驱动电机转速信号，并判断所述当前驱动电机转速信号是否处于驱动电机低转速工况；
[0066]
步骤200，若处于所述电机低转速工况，则获取第一驱动电机输出扭矩以及第二驱
动电机输出扭矩；
[0067]
步骤300，根据所述第一驱动电机输出扭矩和所述第二驱动电机输出扭矩，计算输出扭矩估算偏差系数；
[0068]
步骤400，再次获取驱动电机转速信号，并判断所述驱动电机转速信号是否处于驱动电机高转速工况；
[0069]
步骤500，若处于所述驱动电机高转速工况，对所述驱动电机转速进行滤波处理，并计算转速波动零点偏差系数；
[0070]
步骤600，根据所述输出扭矩估算偏差系数和所述转速波动零点偏差系数，计算电机零点偏差严重度系数，并根据所述电机零点偏差严重度系数进行电机故障评断。
[0071]
本发明提供的永磁同步电机零点偏差故障检测方法为基础，配合一定合理的故障处理措施，能够有效地将电机零点偏差所引起的行车安全隐患降到最低，从而为保障行车安全打下坚实的基础。
[0072]
本发明中实施例分别在驱动电机低转速条件下与高转速条件下进行零点偏差故障的程度检测，并最终综合两种转速条件下的检测结果判断出车辆的故障(零点偏差故障)状态。之所以这样做目的在于提高故障检测的准确程度，即针对永磁同步电机零点偏差在不同工况下所可能产生的影响，通过一定方法将影响的特征提取出来，并根据影响特征进行故障的判断。
[0073]
以上是本发明提供的零点偏差故障检测方法的实现机理。其中在驱动电机低转速工况下，本发明利用两种不同的方法对驱动电机的输出扭矩进行估算，之所以在低转速工况下进行出于以下考虑：
[0074]
低转速工况下一般指的是永磁同步电机基速点以下，此时电机采用mtpa控制(最大转矩电流比控制)，驱动系统处于高效工作区间，因此估算精度容易得到保证；
[0075]
永磁同步电机在基速点以下工况运行时，不会满功率输出，这样一来驱动系统的效率偏差对估算扭矩的影响会较低，同样可以提高电机输出扭矩的估算精度，从而使提取的零点偏差故障影响特征更加明显。
[0076]
因此首先进行步骤100，具体地，所述步骤100包括：
[0077]
电机转速在[n1ω
s
，n2ω
s
]之间，且电机温度不高于第一常数时，所述当前驱动电机转速信号处于驱动电机低转速工况；
[0078]
其中，所述ω
s
表示电机的基速值，n1为第一预设值，n2为第二预设值。这里，所述第一预设值为30％，所述第二预设值为90％，即电机转速在[30％ω
s
，90％ω
s
]之间，且电机温度不高于第一常数时，所述当前驱动电机转速信号处于驱动电机低转速工况。
[0079]
需要说明的是，通过对获取当前驱动电机转速信号进行判断，是为了保证后续采用两种方法估算得到电机扭矩的准确性，一般来讲在电机转速较低时，通过解析旋转变压器信号得到的电机转速值误差会偏大，这将影响扭矩估算的准确性；而当电机转速过高时，会导致其工作在非最高效率区间，这也会对估算扭矩的精度造成影响。在驱动电机温度较高时会引起电机参数的摄动，如电机的等效电感、永磁体磁链、电机绕组的内阻等，这些参数的摄动会影响扭矩的估算精度，所以本发明规定以上两个条件为驱动电机低转速工况下的零点偏差故障检测条件，其最终目的为保证后续两种扭矩估算方法的准确性，从而使零点偏差故障的特征信息能够被精确的提取出来，以便于后续的故障判断。
[0080]
进一步地，通过步骤200的两种方法估算得到电机扭矩，包括：
[0081]
所述第一驱动电机输出扭矩为：
[0082]
n3倍的电机控制器输入端的直流母线电压值、电机控制器的输入电流值和驱动系统的效率值三者的乘积与驱动电机当前转速值的比；其中，，n3为第三预设值，所述第三预设值为9.55。
[0083]
具体地，所述第一驱动电机输出扭矩公式表达为：
[0084][0085]
需要说明的是，t
e1
表示第一驱动电机输出扭矩；u
dc
表示电机控制器输入端的直流母线电压；i
dc
表示电机控制器的输入电流；ω表示驱动电机当前转速；η(ω)表示驱动系统的效率值，可以看出所述效率值是电机转速的函数。由于在所述步骤100的时候已经对故障检测条件进行了限制，即处于所述电机低转速工况，当电机转速在[30％ω
s
，90％ω
s
]内时，电机采用所述mtpa控制，而所述mtpa控制均是通过标定好的d、q轴电流命令表实现的，因此这种情况下驱动系统的效率变化较为平缓，因此可准确的通过不同电机转速ω标定获得。所述η(ω)曲线可通过前期试验方法获取，并以表格的方式存储在电机控制器中，实际应用过程通过查表方式确定。
[0086]
具体地，通过t
e2
＝p0{ψ
f
(t)i
q
+[l
d
(t)-l
q
(t)]i
d
i
q
}获得第二驱动电机输出扭矩，其中，t
e2
表示第二驱动电机输出扭矩，p0表示电机的极对数，t表示电机温度，ψ
f
表示永磁体磁链，i
d
与i
q
表示驱动电机的d、q轴电流，l
d
与l
q
表示驱动电机的d、q轴电感，所述ψ
f
、l
d
与l
q
均是电机温度的函数。
[0087]
进一步地，所述i
q
为电机相电流的有效值i
s
与sinβ的乘积；所述i
d
为电机相电流的有效值i
s
与cosβ的乘积；
[0088]
其中，所述β表示电机相电流与d轴电流i
d
的夹角；i
s
表示电机相电流的有效值；通过公式表达为i
q
＝i
s
sinβ；i
d
＝i
s
cosβ。
[0089]
需要说明的是，在计算所述第二驱动电机输出扭矩公式时电机转子的位置会影响估算结果。而计算所述第二驱动电机输出扭矩公式中的所述ψ
f
、l
d
与l
q
均是电机温度的函数，这三个参数均通过前期电机标定获得与所述电机温度t的关系曲线，并将其以表格形式存储在电机控制器中，实际应用过程通过查表方式确定。
[0090]
在步骤200中用第二方法估算第二驱动电机输出扭矩的扭矩估算结果与电机转子位置有关，即其会受到电机转子位置，尤其是零点偏差的影响；而用第一方法估算第一驱动电机输出扭矩，所用到的是电机的转速，转速是位置的导数，此时即使电机零点存在偏差，该偏差也会由于求导过程而被消除；因此计算所述第一驱动电机输出扭矩和所述第二驱动电机输出扭矩的方法不同。
[0091]
进一步地，所述步骤300，包括：
[0092]
步骤301，根据所述第一驱动电机输出扭矩和所述第二驱动电机输出扭矩，获得所述第一驱动电机输出扭矩和所述第二驱动电机输出扭矩的第一偏差扭矩值；这里，获得两种扭矩估算方法的第一偏差扭矩为
△
t，所述δt＝|t
e1-t
e2
|。
[0093]
步骤302，对所述第一偏差扭矩值进行限制得到第二偏差扭矩值δt
l
；
[0094]
其中，当所述第一偏差扭矩
△
t小于或等于估算扭矩合理误差值时，所述第二偏差
扭矩δt
l
为0，当所述第一偏差扭矩
△
t大于所述估算扭矩合理误差值时，所述第二偏差扭矩δt
l
等于所述第一偏差扭矩；其中，所述估算扭矩合理误差值大于0；通过k
lm
表示估算扭矩合理误差，k
lm
>0，对所述第一偏差扭矩值进行限制得到第二偏差扭矩值δt
l
的公式表达为：
[0095][0096]
当所述δt≤k
lm
条件成立时，认为所述第一偏差扭矩
△
t在合理的误差范围之内，此时经限制的第二偏差扭矩δt
l
为0；若δt>k
lm
条件成立，则认为所述第一偏差扭矩
△
t超过了合理的误差范围，因此这种情况下所述δt
l
＝δt。
[0097]
步骤303，计算n4个控制周期内的每个控制周期的所述第二偏差扭矩值与扭矩命令值的比值，取平均值后得到输出扭矩估算偏差系数，所述输出扭矩估算偏差系数的取值范围为[0，1]；n4为第四预设值；所述n4为10000。
[0098]
具体地，通过k
et
表示输出扭矩估算偏差系数，所述扭矩估算偏差系数将用于表征永磁同步电机零点偏差故障的严重程度；n表示控制周期，即第n个控制周期；t
cmd
表示扭矩命令值，所述δt
l
≤t
cmd
。所述步骤303可以通过公式表达为：
[0099][0100]
通过所述步骤303可以看出，所述δt
l
占所述扭矩命令t
cmd
的比例越高则所述扭矩估算偏差系数k
et
也越大，此时认为电机零点偏差的严重程度越高，从而输出扭矩估算偏差系数，实现了永磁同步电机零点偏差程度的量化表征，并为后续的故障判断打下了坚实的基础。
[0101]
进一步地，所述步骤400，包括：
[0102]
电机转速高于n5ω
s
，且电机的扭矩命令高于n6t
w
处于驱动电机高转速工况；
[0103]
其中，所述ω
s
表示电机的基速值，所述t
w
表示电机的外特性扭矩，n5为第五预设值，n6为第六预设值。这里，所述n5为150％，所述n6为50％，即驱动电机高转速工况的条件为电机转速高于150％ω
s
，且电机的扭矩命令高于50％t
w
。
[0104]
需要说明的是，在高转速工况下电机估算扭矩精度会受到较大的影响，而电机零点偏差所能够引起的输出扭矩波动(该扭矩波动会最终在电机转速中予以体现)在高转速下会更加明显，因此进一步在高转速工况下给出故障检测，使得驱动电机零点偏差故障的特征能够在高转速工况下被有效检测出。若只考虑所述电机转速高于150％ω
s
，则只规定了电机的转速区间，另外考虑到在小扭矩输出工况下电机扭矩的波动程度也会降低，这样一来体现在电机转速中的波动将会不明显，因此还需要满足电机的扭矩命令高于50％t
w
，以保证故障特征被有效提取出。
[0105]
在高转速工况下由于电机零点偏差所引起的电机输出扭矩波动会最终体现在电机的转速中，即电机的转速产生振动，相对于通过估算电机输出扭矩来获得其波动信息，在高转速工况下电机的高精度转速信号更容易获得，因此本发明通过获得电机转速的波动信息来提取电机零点位置偏差故障的特征信息。
[0106]
进一步地，结合图2所示，所述步骤500包括：
[0107]
步骤501，对所述再次获取驱动电机转速信号进行二阶低通滤波处理；
[0108]
步骤502，对低通滤波处理处理后的信号再进行一阶高通滤波处理，得到第一电机转速波动信号值；
[0109]
需要说明的是，本发明实施例利用一个低通滤波器和一个高通滤波器的串联来实现带通滤波，最终实现对固定频率区间非预期波动信号的筛选。根据图2所示的流程框图，电机转速信号首先经过二阶低通滤波处理，之后再进行一阶高通滤波处理，经过以上两个环节后筛选出固定频率区间非预期扰动信号，即得到第一电机转速波动信号值。其中，具体二阶低通滤波处理的具体实现公式为：f
l
(n)＝f
l
(n)-f
l
(n-2)，其中f
l
(n)＝wk
la-k
lb
f
l
(n-1)-k
lc
f
l
(n-2)。w表示电机当前转速；k
la
、k
lb
与k
lc
表示低通滤波系数，这三个系数用于调节低通滤波截止频率等参数；f
l
(n)表示经过低通滤波处理后的信号；具体一阶高通滤波处理的具体实现公式为：f
h
(n)＝f
h
(n)-f
h
(n-1)，其中，f
h
(n)＝f
l
(n)k
ha-k
hb
f
h
(n-1)，k
ha
与k
hb
为高通滤波系数，这两个系数用于调节高通滤波截止频率等参数，f
h
(n)表示经过高通滤波处理后的信号，即第一电机转速波动信号值。
[0110]
步骤503，对所述第一电机转速波动信号值进行限制得到第二电机转速波动信号值；
[0111]
具体地，所述第一电机转速波动信号值的绝对值小于电机转速波动信号的最低限值时，所述第二电机转速波动信号值为0；
[0112]
所述第一电机转速波动信号值的绝对值大于或等于所述电机转速波动信号的最低限值，且小于或等于所述转速波动信号的最大限制值时，所述第二电机转速波动信号值等于所述第一电机转速波动信号值的绝对值；
[0113]
所述第一电机转速波动信号值的绝对值大于所述转速波动信号的最大限制值时，所述第二电机转速波动信号值等于所述转速波动信号的最大限制值；
[0114]
其中，所述电机转速波动信号的最低限值大于0。
[0115]
进一步地，通过f
l
表示经过限制的电机转速波动信号值，f
max
表示转速波动信号的最大限制值，f
max
>0，f
min
表示电机转速波动信号的最低限值，f
min
>0，f
l
表示为所述第二电机转速波动信号值，用公式表达步骤503，即：
[0116][0117]
当所述|f
h
|<f
min
认为该波动是控制过程中的正常现象，因此这种情况下所述f
l
等于0。可以看出，所述f
l
被限制在了[0，f
max
]区间。
[0118]
步骤504，计算n4个控制周期内的每个控制周期的第二电机转速波动信号值与转速波动信号的最大限制值的比值，取平均值后得到转速波动零点偏差系数，所述转速波动零点偏差系数的取值范围为[0，1]；
[0119]
其中，所述转速波动信号的最大限制值大于0；n4为第四预设值，优选n4为10000。
[0120]
需要说明的是，通过k
wt
表示转速波动零点偏差系数，该偏差系数同样用于表征永磁同步电机零点偏差故障的严重程度，所述k
wt
越大表示电机转速波动越剧烈，即电机零点偏差越严重。与计算所述输出扭矩估算偏差系数k
et
相同，参数所述k
wt
同样实现了对电机零点位置偏差程度的量化表征，该系数将同样用于下一环节中的电机零点偏差严重度系数计算。具体地，公式表示为：
[0121][0122]
进一步地，所述步骤600，包括：
[0123]
步骤601，对所述输出扭矩估算偏差系数的平方与所述转速波动零点偏差系数的平方的和进行二次开根得到一个二次开根值；
[0124]
所述二次开根值的n7倍为所述电机零点偏差严重度系数；
[0125]
其中，所述电机零点偏差严重度系数的取值范围∈[0，1]，所述n7为第七预设值，优选所述n7为
[0126]
需要说明的是，通过k
z
表示电机零点偏差严重度系数，联系上述的所述输出扭矩估算偏差系数k
et
和所述转速波动零点偏差系数k
wt
，具体公式表达为：
[0127][0128]
该实施例中，所述k
z
系数用于表征电机零点偏差的严重程度，并用于后续的故障判断；可以看出本发明中的k
et
与k
wt
已经实现了归一化处理，即k
et
与k
wt
的取值范围为[0，1]，之所以对其进行归一化处理目的在于本发明将所述输出扭矩估算偏差系数k
et
与所述转速波动零点偏差系数k
wt
当作评价电机零点偏差的两个评价向量，这两个评价向量呈正交分布(两向量间的夹角为90
°
)，之后通过计算这两个正交向量的合成向量，并对该合成向量的模进行归一化处理，最终得到所述电机零点偏差严重度系数k
z
，其中，k
z
∈[0，1]。所述电机零点偏差严重度系数k
z
通过两个维度方面最终实现了对电机零点偏差严重程度的量化表征，为下一环节的故障判断，提供了有力的依据。
[0129]
又结合图3所示，k
et
与k
wt
分别表示输出扭矩估算偏差系数与转速波动零点偏差系数评价向量；k
z
′
表示以上两个评价向量的合成向量；k
z
则表示最终经过归一化后的合成向量，该向量的模即为电机零点偏差严重度系数。
[0130]
所述步骤602，包括：
[0131]
当所述电机零点偏差严重度系数大于故障判断阀值，且持续时间为故障确认时间，则判断驱动电机发生零点偏差故障。
[0132]
具体地，通过k
err
表示故障判断阀值，t
err
表示故障确认时间，所述k
err
和所述t
err
参数可通过实际标定来确定。
[0133]
本发明提供的方法可以实现在动态下，即驱动电机输出动力的状态下的零点偏差故障检测，并且尤其适用于电机转子零点发生轻微偏差的情况；以本发明提供的检测方法为基础，配合一定合理的故障处理措施，能够有效地将电机零点偏差所引起的行车安全隐患降到最低，从而为保障行车安全打下坚实的基础；除此之外零点偏差严重度系数对于车辆驱动系统的售后维修还具有积极地指导意义。本发明提供的以上方法具有思路清晰、实现方便，不涉及到驱动系统硬件的更改，因此具有广泛的推广价值。
[0134]
如图4所示，本发明实施例还提供了一种永磁同步电机零点偏差检测装置，包括：
[0135]
第一处理模块10，用于获取当前驱动电机转速信号，并判断所述当前驱动电机转速信号是否处于驱动电机低转速工况；
[0136]
第一获取模块20，用于若处于所述电机低转速工况，则获取第一驱动电机输出扭
矩以及第二驱动电机输出扭矩；
[0137]
第一计算模块30，用于根据所述第一驱动电机输出扭矩和所述第二驱动电机输出扭矩，计算输出扭矩估算偏差系数；
[0138]
第二处理模块40，用于再次获取驱动电机转速信号，并判断所述驱动电机转速信号是否处于驱动电机高转速工况；
[0139]
第二计算模块50，用于若处于所述驱动电机高转速工况，对所述驱动电机转速进行滤波处理，并计算转速波动零点偏差系数；
[0140]
第三处理模块60，用于根据所述输出扭矩估算偏差系数和所述转速波动零点偏差系数，计算电机零点偏差严重度系数，并根据所述电机零点偏差严重度系数进行电机故障评断。
[0141]
可选的，所述第一处理模块10，包括：
[0142]
第一处理单元，用于判断电机转速在[n1ω
s
，n2ω
s
]之间，且电机温度不高于第一常数时，所述当前驱动电机转速信号处于驱动电机低转速工况；
[0143]
其中，所述ω
s
表示电机的基速值，n1为第一预设值，n2为第二预设值。
[0144]
可选的，第一获取模块20，包括，第一获取单元，用于获取所述第一驱动电机输出扭矩为：
[0145]
n3倍的电机控制器输入端的直流母线电压值、电机控制器的输入电流值和驱动系统的效率值三者的乘积与驱动电机当前转速值的比；
[0146]
第二获取单元，用于通过t
e2
＝p0{ψ
f
(t)i
q
+[l
d
(t)-l
q
(t)]i
d
i
q
}获得第二驱动电机输出扭矩，其中，t
e2
表示第二驱动电机当前输出扭矩，p0表示电机的极对数，t表示电机温度，ψ
f
表示永磁体磁链，i
d
与i
q
表示驱动电机的d、q轴电流，l
d
与l
q
表示驱动电机的d、q轴电感，所述ψ
f
、l
d
与l
q
均是电机温度的函数，n3为第三预设值。
[0147]
需要说明的是，所述i
q
为电机相电流的有效值与sinβ的乘积，所述i
d
为电机相电流的有效值与cosβ的乘积；
[0148]
其中，所述β表示电机相电流与d轴电流i
d
的夹角。
[0149]
可选的，第一计算模块30，包括：
[0150]
第三获取单元，用于根据所述第一驱动电机输出扭矩和所述第二驱动电机输出扭矩，获得所述第一驱动电机输出扭矩和所述第二驱动电机输出扭矩的第一偏差扭矩值；
[0151]
第一限制单元，用于对所述第一偏差扭矩值进行限制得到第二偏差扭矩值；
[0152]
第一计算单元，用于计算n4个控制周期内的每个控制周期的所述第二偏差扭矩值与扭矩命令值的比值，取平均值后得到输出扭矩估算偏差系数，所述输出扭矩估算偏差系数的取值范围为[0，1]；
[0153]
其中，当所述第一偏差扭矩小于或等于估算扭矩合理误差值时，所述第二偏差扭矩为0，当所述第一偏差扭矩大于所述估算扭矩合理误差值时，所述第二偏差扭矩等于所述第一偏差扭矩；
[0154]
其中，所述估算扭矩合理误差值大于0，n4为第四预设值。
[0155]
可选的，所述第二处理模块40，包括：
[0156]
第二处理单元，用于判断电机转速高于n5ω
s
，且电机的扭矩命令高于n6t
w
处于驱动电机高转速工况；
[0157]
其中，所述ω
s
表示电机的基速值，所述t
w
表示电机的外特性扭矩，n5为第五预设值，n6为第六预设值。
[0158]
可选的，所述第二计算模块50，包括：
[0159]
第三处理单元，用于对所述再次获取驱动电机转速信号进行二阶低通滤波处理；
[0160]
第四处理单元，用于对低通滤波处理处理后的信号再进行一阶高通滤波处理，得到第一电机转速波动信号值；
[0161]
第二限制单元，用于对所述第一电机转速波动信号值进行限制得到第二电机转速波动信号值；
[0162]
第二计算单元，用于计算n4个控制周期内的每个控制周期的第二电机转速波动信号值与转速波动信号的最大限制值的比值，取平均值后得到转速波动零点偏差系数，所述转速波动零点偏差系数的取值范围为[0，1]；
[0163]
其中，所述转速波动信号的最大限制值大于0，n4为第四预设值。
[0164]
需要说明的是，所述第一电机转速波动信号值的绝对值小于电机转速波动信号的最低限值时，所述第二电机转速波动信号值为0；
[0165]
所述第一电机转速波动信号值的绝对值大于或等于所述电机转速波动信号的最低限值，且小于或等于所述转速波动信号的最大限制值时，所述第二电机转速波动信号值等于所述第一电机转速波动信号值的绝对值；
[0166]
所述第一电机转速波动信号值的绝对值大于所述转速波动信号的最大限制值时，所述第二电机转速波动信号值等于所述转速波动信号的最大限制值；
[0167]
其中，所述电机转速波动信号的最低限值大于0。
[0168]
可选的，所述第三处理模块60，包括：
[0169]
第三计算单元，用于对所述输出扭矩估算偏差系数的平方与所述转速波动零点偏差系数的平方的和进行二次开根得到一个二次开根值；
[0170]
所述二次开根值的n7倍为所述电机零点偏差严重度系数；
[0171]
其中，所述电机零点偏差严重度系数的取值范围∈[0，1]，n7为第七预设值。
[0172]
可选的，所述第三处理模块60，还包括：
[0173]
第五处理单元，用于当所述电机零点偏差严重度系数大于故障判断阀值，且持续时间为故障确认时间，则判断驱动电机发生零点偏差故障。
[0174]
需要说明的是，该装置的实施例是与上述方法的实施例相对应的装置，上述方法的实施例中的所有实现方式均适用于该装置的实施例中，也能达到相同的技术效果。
[0175]
本发明实施例还提供一种永磁同步电机零点偏差检测设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的永磁同步电机零点偏差检测方法中的步骤。
[0176]
本发明实施例还提供一种汽车，包括如上所述的永磁同步电机零点偏差检测设备。
[0177]
综上所述，本发明实施例提供的永磁同步电机零点偏差检测方法、装置、设备和汽车可以实现在动态下，即驱动电机输出动力的状态下的零点偏差故障检测，并且尤其适用于电机转子零点发生轻微偏差的情况；以本发明提供的检测方法为基础，配合一定合理的故障处理措施，能够有效地将电机零点偏差所引起的行车安全隐患降到最低，从而为保障
行车安全打下坚实的基础；本发明通过在规定电机转速、规定电机状态条件下通过以上两种方式对电机的输出扭矩进行估算，并根据估算扭矩的偏差计算得到输出扭矩估算偏差系数，该系数实现了对低速工况下零点偏差程度的量化表征；本发明提供的零点偏差严重度系数对于车辆驱动系统的售后维修还具有积极地指导意义。
[0178]
以上所述的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人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。