專利名稱：用于診斷電動機中的定子線圈的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
這里描述的主題的實施例總體上涉及機動車輛的電氣系統(tǒng)，更具體地，本發(fā)明主 題的實施例涉及用于診斷電動機的定子線圈內(nèi)的故障狀態(tài)的系統(tǒng)和方法。
背景技術：
近年來，技術的進步，以及風格品味的發(fā)展導致了汽車設計中的本質變化。由于汽 車驅動系統(tǒng)的電氣化，電動機(或電機)在汽車工業(yè)中已經(jīng)大量應用。在汽車驅動系統(tǒng)中， 電動和/或混合動力車輛使用電動機作為驅動系統(tǒng)主要的或輔助的扭矩源。這些電動機被 希望在極端操作條件下工作，且仍能在一段延長的時間里保持極高的可靠性。然而，隨著時 間的過去，施加在電動機上的操作應力可能使定子線圈的狀態(tài)劣化。例如，熱應力和/或電 壓應力可導致絕緣擊穿，反過來，絕緣擊穿可導致定子線圈的單個匝的部分短路和/或開 路。當電機被脈寬調(diào)制(PWM)逆變器驅動時，功率半導體的高頻轉換增加了在定子線圈上 的電壓應力。一些現(xiàn)有技術試圖通過計算由定子線圈內(nèi)的故障狀態(tài)引起的電動機電流的負序 分量來診斷定子線圈內(nèi)匝的故障。然而，廣泛使用在電動和/或混合動力車輛上的場控制 (FOC)和其他閉路電流調(diào)節(jié)控制技術在電動機內(nèi)保持對稱和平衡的電流波形。因此，即使定 子線圈內(nèi)存在故障狀態(tài)，電機電流中也沒有負序分量，因為電機電流被調(diào)節(jié)以維持平衡和 對稱。其他一些現(xiàn)有技術包括了廣泛的計算，例如，快速傅立葉序列分析通常不足以用于扭 矩和速度經(jīng)常變化的不穩(wěn)定的瞬時電機操作狀態(tài)。此外，定子線圈內(nèi)的初始故障狀態(tài)可迅 速地嚴重化，因此，計算延遲削弱了辨別并在有限的時間內(nèi)響應于初始故障狀態(tài)的能力。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個實施例，提供一種用于車輛中的電氣系統(tǒng)的裝置。電氣系統(tǒng)包括具有定 子線圈的電動機、能量源、和連接在能量源和定子線圈之間的逆變器模塊。逆變器模塊配置 為從能量源向電動機的定子線圈提供指令電壓。多個電流傳感器連接在逆變器模塊和定子 線圈之間并配置為測量通過定子線圈的電流，從而形成測得電流?？刂颇K連接到逆變器 模塊和多個電流傳感器?？刂颇K配置為獲取與用于電動機的定子線圈的指令電流相對應 的電流指令、基于測得電流和指令電流之間的差值產(chǎn)生與指令電壓相對應的電壓指令、基 于電壓指令確定用于定子線圈的電壓的負序分量、并基于負序電壓分量識別定子線圈內(nèi)的 故障狀態(tài)。根據(jù)另一個實施例，提供一種用于診斷電動機內(nèi)的定子線圈的方法。該方法包括 生成配置為將通過定子線圈的電流調(diào)整到指令值的電壓指令，和基于電壓指令確定負序電 壓分量。該方法進一步包括基于負序電壓分量識別故障狀態(tài)。在另一個實施例中，提供一種用于診斷在電流調(diào)節(jié)控制回路的控制下運轉的電動 機內(nèi)的定子線圈的方法。該電流調(diào)節(jié)控制回路配置為向電動機提供指令電壓。該指令電壓 包括基于指令電流和通過定子線圈的測得電流之間的差值的電流調(diào)節(jié)電壓。該方法包括確定指令電壓的負序分量，和當負序分量的特征值大于閾值時識別故障狀態(tài)。方案1、一種用于車輛中的電氣系統(tǒng)，所述電氣系統(tǒng)包括具有定子線圈的電動機；能量源；連接在所述能量源和所述定子線圈之間的逆變器模塊，所述逆變器模塊配置為從 所述能量源向所述電動機的定子線圈提供指令電壓；連接在所述逆變器模塊和所述定子線圈之間的多個電流傳感器，所述多個電流傳 感器配置為測量通過所述定子線圈的電流，從而形成測得電流；和連接到所述逆變器模塊和所述多個電流傳感器的控制模塊，所述控制模塊配置 為獲取與所述電動機的定子線圈的指令電流相對應的電流指令；基于所述測得電流和所述指令電流之間的差值產(chǎn)生與所述指令電壓相對應的電 壓指令；基于所述電壓指令確定用于所述定子線圈的負序電壓；以及基于負序電壓分量識別所述定子線圈內(nèi)的故障狀態(tài)。方案2、如方案1所述的電氣系統(tǒng)，其中所述控制模塊配置為通過以下方式識別所 述定子線圈內(nèi)的故障狀態(tài)確定所述負序電壓的DC分量；并且當所述負序電壓的DC分量的大小超過閾值時識別故障狀態(tài)。方案3、如方案1所述的電氣系統(tǒng)，其中所述控制模塊配置為通過以下方式識別所 述定子線圈內(nèi)的故障狀態(tài)確定所述負序電壓的DC分量；并且當所述負序電壓的DC分量的變化率超過閾值時識別故障狀態(tài)。方案4、如方案1所述的電氣系統(tǒng)，其中所述控制模塊包括配置為基于所述測得電 流和所述指令電流之間的差值產(chǎn)生所述電壓指令的電流調(diào)節(jié)器，使得所述測得電流被調(diào)節(jié) 為所述指令電流。方案5、如方案4所述的電氣系統(tǒng)，所述電流調(diào)節(jié)器包括同步幀電流調(diào)節(jié)器，所述 同步幀電流調(diào)節(jié)器配置為在逆時針同步參考幀內(nèi)產(chǎn)生所述電壓指令，從而形成同步幀電壓 指令。方案6、如方案5所述的電氣系統(tǒng)，其中所述控制模塊配置為通過以下方式確定所 述負序電壓獲取轉換角；并且基于所述轉換角將所述同步幀電壓指令轉換為順時針同步參考幀。方案7、如方案6所述的電氣系統(tǒng)，其中所述控制模塊配置為基于所述測得電流和 所述電壓指令之間的關系確定所述轉換角。方案8、如方案6所述的電氣系統(tǒng)，進一步包括連接在所述電動機和所述控制模塊 之間的分解器系統(tǒng)，所述分解器系統(tǒng)配置為獲取所述電動機的轉子位置，其中所述控制模 塊配置為基于所述轉子位置確定所述轉換角。方案9、一種用于診斷車輛中的電動機內(nèi)的定子線圈的方法，所述方法包括
產(chǎn)生用于所述定子線圈的電壓指令，所述電壓指令配置為將通過所述定子線圈的 電流調(diào)節(jié)為指令值；基于所述電壓指令確定負序電壓；以及基于所述負序電壓識別故障狀態(tài)。方案10、如方案9所述的方法，其中識別故障狀態(tài)包括確定所述負序電壓的DC分量；并且基于所述負序電壓的DC分量的特征值識別故障狀態(tài)。方案11、如方案10所述的方法，其中基于所述負序電壓的DC分量的特征值識別故 障狀態(tài)包括當所述負序電壓的DC分量的大小超過閾值時識別故障狀態(tài)。方案12、如方案10所述的方法，其中基于所述負序電壓的DC分量的特征值識別故 障狀態(tài)包括當所述負序電壓的DC分量的變化率超過閾值時識別故障狀態(tài)。方案13、如方案10所述的方法，進一步包括獲取用于所述電動機的電流指令，所述電流指令對應于所述指令值；并且測量通過所述定子線圈的電流，從而形成測得電機電流，其中產(chǎn)生用于所述定子 線圈的電壓指令包括基于所述電流指令和所述測得電機電流之間的差值產(chǎn)生電壓指令，使 得所述測得電機電流被調(diào)節(jié)為所述指令值。方案14、如方案10所述的方法，進一步包括獲取用于所述電動機的同步幀電流指令；并且獲取通過所述定子線圈的同步幀電機電流，其中產(chǎn)生用于所述定子線圈的電壓指 令包括基于所述同步幀電流指令和所述同步幀電機電流之間的差值產(chǎn)生同步幀電壓指令， 使得所述同步幀電機電流被調(diào)節(jié)為所述同步幀電流指令。方案15、如方案14所述的方法，其中確定所述負序電壓包括將所述同步幀電壓指令轉換為負的同步參考幀，從而形成負的同步幀電壓；對所述負的同步幀電壓進行濾波，從而形成濾波的負的同步幀電壓；并且確定所述濾波的負的同步幀電壓的大小。方案16、一種用于診斷在電流調(diào)節(jié)控制回路的控制下操作的電動機內(nèi)的定子線圈 的方法，所述電流調(diào)節(jié)控制回路配置為向所述電動機提供指令電壓，所述指令電壓包括基 于指令電流和通過所述定子線圈的測得電流之間的差值的電流調(diào)節(jié)電壓，所述方法包括
確定所述指令電壓的負序分量；并且當所述負序分量的特征值大于閾值時識別故障狀態(tài)。方案17、如方案16所述的方法，所述指令電壓被表示為同步參考幀，其中確定所 述指令電壓的負序分量包括將所述指令電壓從同步參考幀轉換為負的同步參考幀，從而形成負的同步參考幀 電壓；并且確定所述負的同步參考幀電壓的DC分量的大小。方案18、如方案17所述的方法，其中基于所述負序分量的特征值識別故障狀態(tài)包 括當所述負的同步參考幀電壓的DC分量的大小超過閾值大小時識別故障狀態(tài)。方案19、如方案17所述的方法，其中基于所述負序分量的特征值識別故障狀態(tài)包 括當所述負的同步參考幀電壓的DC分量的變化率超過閾值變化率時識別故障狀態(tài)。
方案20、如方案17所述的方法，進一步包括對所述負的同步參考幀電壓進行低通 濾波，從而形成所述負的同步參考幀電壓的DC分量。本發(fā)明內(nèi)容簡略地介紹了可供選擇的理念，其將在以下詳細說明中進一步描述。 本發(fā)明內(nèi)容并非旨在確定要求保護的主題的關鍵特征或必要特征，也不是用來確定要求保 護的主題的范圍。


當結合附圖進行考慮時，通過參考詳細說明和權利要求，可以更完整地理解本發(fā) 明的主題，其中在所有附圖中相同的參考標記表示相同的部件。圖1為根據(jù)一個實施例的適合用于車輛的電氣系統(tǒng)的結構圖；和圖2為根據(jù)一個實施例的適合與圖1中的電氣系統(tǒng)結合使用的示例性定子診斷過 程的流程圖。
具體實施例方式以下詳細說明本質上僅僅是說明性的，且并非旨在限制本發(fā)明主題的實施例或其 應用以及這些實施例的使用。如這里使用的，詞語“示例性的”表示“用作示例、例子或說 明”。在這里作為示例性描述的任何實施方案都不是必須被認為是優(yōu)選于或有利于其他實 施方案的。此外，在之前的技術領域、背景技術、發(fā)明內(nèi)容或下面的詳細說明中提出的任何 明示或暗示的理論都不對本發(fā)明構成限制。技術和工藝在這里可能從功能性和/或邏輯塊部件的角度進行描述，并參照通過 各種計算部件和裝置實現(xiàn)的操作、處理任務和功能的符號表示。圖中所示的各種塊部件可 通過多個配置為執(zhí)行特定作用的硬件、軟件、和/或固件部件來實現(xiàn)。例如，系統(tǒng)或部件的 實施例可使用各種集成電路部件，如存儲器元件、數(shù)字信號處理元件、邏輯元件、查詢表等 等，其在一個或多個微處理器或其他控制裝置的控制下可執(zhí)行多種功能。以下說明表示“連接”或“連結”在一起的元件或節(jié)點或特征。如在這里所使用 的，除非特別聲明，“連接”表示一個元件/節(jié)點/特征直接與另一個元件/節(jié)點/特征連 接(直接連通)，未必是機械地連接。同樣地，除非特別聲明，“連結”表示一個元件/節(jié)點 /特征直接或間接與另一個元件/節(jié)點/特征連接(直接或間接連通)，而未必是機械地連 接。因此，盡管附圖示出了元件的一個示例性布置，另外的插入元件、裝置、特征或部件可在 所描述的主題的實施例中出現(xiàn)。此外，特定的術語僅僅出于參考的目的還可使用在以下說 明中，因此不受限制。表示結構的術語“第一、“第二”和其他數(shù)字化術語不暗示順序或次序， 除非在上下文中清楚指出。為了簡潔起見，涉及電動機結構和/或操作、信號傳輸、感應、脈寬調(diào)制(PWM)和該 系統(tǒng)其他作用方面(和該系統(tǒng)的獨立操作部件)的傳統(tǒng)技術不在這里詳述。此外，在這里 包含的各圖中所示連接線旨在表示示例性的作用關系和/或在各元件之間的物理連結。要 注意很多可選擇的或額外的作用關系或物理連接可出現(xiàn)在本發(fā)明主題的實施例中。這里討論的技術和概念通常涉及用于診斷運行在電流調(diào)節(jié)控制回路的控制下的 電動機的定子線圈內(nèi)的故障狀態(tài)。用于電動機的負序分量，是基于施加在定子線圈上的電 流調(diào)節(jié)指令電壓來進行識別的。然后分析負序分量并確定負序分量是否可歸因于定子線圈內(nèi)的故障狀態(tài)。初始故障狀態(tài)可在有限量時間內(nèi)識別，從而減輕故障狀態(tài)對電動機的影響。 如這里使用的，下標和上標的含義如下下標d和q:d_q幀的量。在笛卡爾坐標系中，基準的d_q幀在電動機內(nèi)是與轉子 特征(如轉子通量角)的旋轉是同步的。上標s 在靜止參考幀中的電動機的定子線圈的量。上標e 旋轉(同步)參考幀的量。上標指令的量。圖1示出了用于車輛的電氣系統(tǒng)100的示例性實施例。電氣系統(tǒng)100包括但不限 于，能量源102、逆變器模塊104、電動機106、分解器系統(tǒng)108，控制模塊110和多個電流傳 感器112。在示例性實施例中，控制模塊110產(chǎn)生與從能量源102經(jīng)由逆變器模塊104施 加到電動機106的定子線圈的電壓相應的電壓指令。在這點上，逆變器模塊104和控制模 塊110共同配置為使用脈寬調(diào)制(PWM)技術以調(diào)節(jié)逆變器模塊104的相位并且施加或向電 動機106提供指令電壓?？梢岳斫獾氖?，圖1是電氣系統(tǒng)100的簡略示圖，旨在闡述本發(fā)明 主題，而非以任何方式限制本發(fā)明主題的方位或適用性。在這點上，盡管圖1描述控制模塊 110和逆變器模塊104作為截然不同的且單獨的元件，實際上，控制模塊110可與逆變器模 塊104集成(結合)在一起。在示例性實施例中，逆變器模塊104連結在能量源102和電動機106之間。在示 例性實施例中，電流傳感器112連結在逆變器模塊104和電動機106之間并配置為測量從 逆變器模塊104流經(jīng)電動機106的定子線圈的電流，如下詳細描述?？刂颇K110連接到 電流傳感器112并從電流傳感器112獲得通過電動機106的定子線圈的測量電流。分解器 系統(tǒng)108連接在電動機106和控制模塊110之間，且分解器系統(tǒng)108適合配置為測量、感應 或獲取電動機106的轉子位置。如下詳細描述，在示例性實施例中，控制模塊110配置為通 過控制從能量源102提供給電動機106的電壓來調(diào)節(jié)通過定子線圈的電流。在示例性實施 例中，控制模塊110配置為基于提供給電動機106的電壓的負序分量識別電動機106的定 子線圈內(nèi)的故障狀態(tài)，以下將更詳細地描述。在示例性實施例中，車輛為汽車。在可選擇的實施例中，車輛可以是各種不同類型 的汽車的任何一種，例如，轎車、貨車、或運動型車輛(SUV)，且可以是兩輪驅動(2WD)(后輪 驅動或前輪驅動)、四輪驅動(4WD)、或全輪驅動(AWD)。車輛還可以任何一種或多種不同類 型的發(fā)動機的組合，例如，汽油或柴油發(fā)動機、“flex燃油車輛”(FFV)發(fā)動機(如，使用汽 油和酒精的混合物)、氣體混合物(如氫氣和天然氣)發(fā)動機、燃燒/電機混合發(fā)動機和電 動機。在可選擇的實施例中，車輛可以是插入式混合車輛、純電動車輛、燃料電池車輛(FCV) 或其他適合選擇的燃油車輛。在示例性實施例中，能量源102(或動力源)能向逆變器模塊104提供直流(DC)電 壓以操作電動機106。依據(jù)實施例，能量源102可以是電池、燃料電池、可充電高壓電池組、 超電容或其他本領域已知的適合的能量源。在圖1所示的實施例中，電動機106優(yōu)選為感應電動機，然而，這里描述的本發(fā)明 主題不應被認為限制使用其他特殊類型的電動機。在其他實施例中，電動機106可認為是 內(nèi)部永磁體電動機，同步磁阻電動機或其他本領域已知的合適的電動機。在這點上，電動機 106可認為是具有空間阻抗的獨立于轉子位置的隱極電動機(例如，感應電動機、永久表面貼裝電動機)或具有空間阻抗的相對于定子線圈依賴于轉子位置的凸極電動機(例如，同 步磁阻電動機、內(nèi)部永磁體電動機)，這將在本文中被理解。在示例性實施例中，電動機106是具有轉子和定子線圈(線組)的三相交流(AC) 電機。在示例性實施例中，作為三相電機，定子線圈以三組線圈布置，其中每組線圈相應于 電動機106的相位布置。在這點上，每個電流傳感器112與電動機106的特殊相位關聯(lián)并 以傳統(tǒng)的方式獲取用于電動機各個相位的電流?？梢岳斫獾氖?，盡管對本發(fā)明主題的描述 是在使用三相電動機的情況下，本發(fā)明主題不限于三相電機且可適合于具有多個相位的電 動機或具有多個電流傳感器的電氣系統(tǒng)。在示例性實施例中，逆變器模塊104包括配置為從能量源102將DC電源轉換為以 傳統(tǒng)方式驅動電動機106的AC電源的功率變換器，這將在本文中被理解。在這點上，逆變器 模塊104包括一個或多個相應于電動機106的一個或多個相位的相位引線。其中，在特定 的轉化頻率下調(diào)節(jié)相位引線的轉換(打開或關閉)以產(chǎn)生穿過電動機106的定子線圈的AC 電壓，其反過來在定子線圈內(nèi)產(chǎn)生扭矩生成電流并操作電動機106，這將在本文中被理解。在示例性實施例中，分解器系統(tǒng)108包括連接到電動機106的分解器，且分解器的 輸出連接到分解器-數(shù)字轉換器。分解器(或相似的感應裝置)感應電動機106的轉子位 置(θ γ)。分解器_數(shù)字轉換器將來自分解器的信號轉換為提供給控制模塊110的數(shù)字信 號(例如，數(shù)字轉子位置信號)?？刂颇K110通常代表被適合地配置為通過控制和/或操作逆變器模塊104完成 電動機106的現(xiàn)場導向控制或電流調(diào)節(jié)控制以提供從能量源到電動機106的指令電壓的 構件。在這點上，指令電壓為電流調(diào)節(jié)電壓，也就是，配置為調(diào)節(jié)電動機106的定子線圈內(nèi) 的電流為特定值的電壓，以下將更詳細地描述。根據(jù)本實施例，控制模塊110可由通用處 理器、內(nèi)容可尋址存儲器、數(shù)字信號處理器、專用集成電路、現(xiàn)場可編程門陣列、離散硬件部 件、或其任意組合來執(zhí)行或實現(xiàn)這里所述的功能。在這點上，控制模塊110可以是微處理 器、控制器、微控制器、狀態(tài)機等等?？刂颇K110還可以作為計算裝置的組合執(zhí)行，例如數(shù) 字信號處理器和微處理器組合，多個微處理器的組合，一個或多個微處理器連同數(shù)字信號 處理器核心的組合，或其他這樣的配置。實際上，控制模塊110包括配置為執(zhí)行與操作電氣 系統(tǒng)100相關的功能、技術和處理任務的處理邏輯，這將在以下詳細描述。此外，結合這里 所公開的實施例進行描述的方法或算法步驟直接包含在控制模塊110執(zhí)行的硬件、固件、 軟件模塊或其特殊組合中。在示例性實施例中，控制模塊110在d_q同步參考幀內(nèi)執(zhí)行，也就是，參考幀的d_q 軸前后緊接電動機106的轉子的參考特征(如轉子位置、轉子通量角)轉動，這樣轉子特性 的轉動(角位移)產(chǎn)生d-q軸相應的轉動(角位移)。在示例性實施例中，控制模塊110在 逆時針方向的同步參考幀內(nèi)執(zhí)行，這樣轉子特性的轉動產(chǎn)生d_q軸相應的逆時針方向的轉 動。如圖1所示的實施例，在感應電動機的情況下，同步參考幀優(yōu)選相對于轉子通量角(θ e) 確定。在示例性實施例中，控制模塊110包括速度調(diào)節(jié)器114、通量調(diào)節(jié)器116、電流調(diào)節(jié) 器118、第一轉換塊120、第二轉換塊122、速度計算器124、通量估計器126、和定子線圈診斷 塊128?？刂颇K110的元件適合配置為產(chǎn)生電流調(diào)節(jié)控制回路130(或可選擇地，現(xiàn)場導 向控制回路或電流控制反饋回路)，以下將更詳細地描述。在示例性實施例中，定子線圈診斷塊128配置為基于施加到電動機106的定子線圈的電壓的負序分量來識別或檢測電動機 106的定子線圈內(nèi)故障狀態(tài)，以下將更詳細地描述。在所示實施例中，第一相加點113連接到速度調(diào)節(jié)器114的輸出，且速度調(diào)節(jié)器的 輸出連接到第二相加點115。第三相加點117的輸出連接到通量調(diào)節(jié)器116的輸入，并且通 量調(diào)節(jié)器116的輸出連接到第四相加點119。第二相加點115的輸出和第四相加點119的 輸出均與電流調(diào)節(jié)器118的輸入連接。電流調(diào)節(jié)器118的輸出與第一轉換塊120連接，且 第一轉換塊120的輸出與逆變器模塊104連接。第二轉換塊122與電流傳感器112連接， 且第二轉換塊122的各自輸出與第二相加點115和第四相加點119連接，以下將更詳細地 描述。在示例性實施例中，通量估計器126的輸入連接到第二轉換塊122和電流調(diào)節(jié)器118 的輸出，以下將更詳細地描述。通量估計器126的第一輸出連接到第三相加點117，通量估 計器126的第二輸出連接到轉換塊120、122和定子線圈診斷塊128。在示例性實施例中，定 子線圈診斷塊128還與電流調(diào)節(jié)器118的輸出連接，以下將更詳細地描述。在示例性實施例中，第一相加點113配置為接收代表電動機106的轉子的理想速 度(或指令速度)的速度指令(ω/)。速度指令可通過車輛內(nèi)的其他模塊提供，例如電控 單元(ECU)。速度計算器124基于轉子位置(θ γ)相對于時間的變化計算或確定觀測(或 測量)的轉子速度(ω γ)，這將在本文被理解。第一相加點113配置為確定速度指令(ω /) 和觀測到的轉子速度(ωγ)之間的差值并向速度調(diào)節(jié)器114提供該差值。基于速度指令 (ω/)和觀測到的轉子速度(ωγ)之間的差值，速度調(diào)節(jié)器114確定和/或產(chǎn)生q軸線同
步幀電流指令O/)(例如，扭矩生成q軸線電流指令)。速度調(diào)節(jié)器114可以是比例積分
(PI)控制器或在本領域中已知的其他合適的元件。在示例性實施例中，第三相加點117配置為接收代表電動機106理想的轉子通量
的通量指令(λ6*)。通量指令可通過車輛內(nèi)的其他模塊提供，例如，電控單元(ECU)。通量估
計器126基于同步電機電流(id% iqe)和同步電機電壓(vd% ν；)之間的關系計算或估計轉 子通量(λε)，這將在本文中被理解并在以下更詳細地描述。第三相加點117配置為確定通
量指令O^)和估計的轉子通量U6)之間的差值并向通量調(diào)節(jié)器116提供該差值。基于通
量指令(λ6*)和估計的轉子通量(X,之間的差值，通量調(diào)節(jié)器116確定和/或產(chǎn)生q軸線
同步幀電流指令( /)(例如，通量生成d軸線電流指令)。通量調(diào)節(jié)器116可以是比例積
分(PI)控制器或在本領域中已知的其他合適的元件。在示例性實施例中，通量估計器126還基于同步電機電流(id% iqe)和同步電機電 壓(vd% ν二之間的關系計算或估計電動機106的轉子的轉子通量角(9e)。在圖1所示實 施例中，轉子通量角(θ e)被用于控制回路130的轉換角，這將在本文中被理解。在這點上， 轉換角表示當在同步參考幀內(nèi)的質量轉換和/或轉化為靜止參考幀內(nèi)的相應質量時使用 的角度，反之亦然(例如，“dqo”或“dqO”到“abc”轉換，反之亦然)。在可選的實施例中， 轉換角可包括角轉子位置(θ r)或另一個合適的角位置。通量估計器126的輸出配置為向 第一轉換塊120、122提供估計的轉子通量角(Θ》。第二轉換塊122與電流傳感器112連 接并配置為基于轉換角，例如，估計的轉子通量角(θ e)，將測量到的定子電流從靜止參考 幀(i/，ibs，i。s)轉換到同步參考幀(id% iqe)o在相似的方式中，第一轉換塊120配置為基于估計的轉子通量角(9J將指令電壓(或電壓指令)從同步參考幀(V/，V/)轉換到靜 止參考幀(vas*，vbs*, v/)，以下將更詳細地描述。電流調(diào)節(jié)器118通過為逆變器模塊104生成和/或提供相應于用于電動機106定 子線圈的指令電壓的電壓指令來調(diào)節(jié)穿過定子線圈的電流，以便將穿過定子線圈的測量電 流調(diào)節(jié)為或追蹤為指令電機電流(或電流指令)。在示例性實施例中，電流調(diào)節(jié)器118被認 為是配置為基于指令電流(i/，、6)(這里可選地表示為同步參考幀電流指令)和測量電機
電流(id%V)(這里可選地表示為同步幀電機電流)之間的差值在同步參考幀(V/，V/)
(這里可選地表示為同步參考幀電壓指令)內(nèi)產(chǎn)生電壓指令的同步幀電流調(diào)節(jié)器。在這點
上，根據(jù)一個或多個實施例，第二相加點115基于q-軸線電流指令(iq6*)和測量q軸線電機
電流(ij之間的差值確定q軸線電流錯誤指令(i/f)，并且第四相加點119基于d軸線電
流指令(i/)和測量d軸線電機電流(i/)之間的差值確定d軸線電流錯誤指令(i/α)。電
流調(diào)節(jié)器118基于反映在同步參考幀內(nèi)的指令電流和測量電機電流之間的差值的同步幀
電流錯誤指令(i/i，i/i)產(chǎn)生同步幀電壓指令(v/，ν/)。在這點上，電流調(diào)節(jié)器118
可以認為是比例積分導函數(shù)(PID)控制器、滯后電流控制器、復向量電流調(diào)節(jié)器、或在本領 域中已知的其他合適的電流調(diào)節(jié)元件。值得注意的是，電流調(diào)節(jié)器118在電動機106內(nèi)產(chǎn) 生完全平衡和對稱的電流。因此，通常因響應定子線圈內(nèi)故障狀態(tài)(例如，定子線圈的其中 至少一個相位相對于其他相位的電阻和/或電感的變化導致的定子線圈的相位阻抗的不 平衡)而出現(xiàn)在測量電機電流內(nèi)的任意負序分量都將反映在電流調(diào)節(jié)器118的輸出上(例 如，電壓指令和/或電機相位電壓)，以下將更詳細地描述。如上所述，第一轉換塊120將同步幀電壓指令(V/，Vq6*)從電流調(diào)節(jié)器118的輸
出轉換到靜止參考幀，產(chǎn)生相應于電動機106的定子線圈的各自相位的指令電壓的三相靜
止電壓指令(Vas*，y/, ν/)。在示例性實施例中，逆變器模塊104配置為處理靜止電壓指
令和產(chǎn)生用于操作電源逆變器的相位引線以傳統(tǒng)的方式向定子線圈的各自相位提供指令 電壓的PWM指令信號，在本文中將被理解。照這樣，同步幀電壓指令的變化產(chǎn)生相應的靜
止電壓指令(ν/, ν/)的變化，因此，PWM指令的負載周期用來調(diào)節(jié)逆變器相位引線的轉
換。在這點上，假定逆變器模塊104精確地在定子線圈內(nèi)再生指令電壓(Vas*，y/, γ/), 而非使用電壓傳感器來感應穿過定子線圈的電壓或執(zhí)行其他計算上強化任務以獲得電機 電壓，可以使用同步幀電壓指令(ν/,、ν/)來估計轉子通量(Xe)和轉換角(θε)(例如，
v/Wde, Vq6Wqe ) O現(xiàn)在參考圖2，在示例性實施例中，電氣系統(tǒng)可配置為執(zhí)行定子診斷過程200和其 他任務、作用、和以下描述的操作。各種任務可通過軟件、硬件、固件、或其組合來完成。為 了說明的目的，以下說明可表示與圖1相關的上述元件。實際上，任務、作用、和操作可通過上述系統(tǒng)的不同元件完成，如逆變器模塊104、控制模塊110、電流調(diào)節(jié)器118、通量估計器 126、和/或定子線圈診斷塊128。需要理解的是，多個額外的或可選擇的任務可以被包括其 中，且也以被一個更全面的具有此處未描述的額外功能的程序或功能所合并。再次參考圖2，并繼續(xù)參考圖1，在示例性實施例中，定子診斷過程200在電流調(diào)節(jié) 控制回路的控制下的電動機的操作期間執(zhí)行診斷電動機的定子線圈。定子診斷過程200始 于通過從電流調(diào)節(jié)控制回路(任務202)的電流調(diào)節(jié)器的輸出獲得穿過電動機的定子線圈 的電壓(電機電壓)。在示例性實施例中，定子診斷過程200和/或定子線圈診斷塊128通
過從電流調(diào)節(jié)器118的輸出獲取同步幀電壓指令(V/，ν/)來獲取同步幀電機電壓。如 上所述，只要逆變器模塊104精確地在定子線圈內(nèi)產(chǎn)生相應的指令電壓(v/，y/, Vc8*), 來自電流調(diào)節(jié)器118的電壓指令(Vde*，ν/)基本等于穿過電動機106的定子線圈的實際同 步幀電壓(例如，V/Wde，VqefWqe )。在示例性實施例中，定子診斷過程200通過獲取轉換角用于將電壓指令從同步參 考幀轉化為靜止參考幀(任務204)繼續(xù)。如上所述，在圖1所示的實施例中，轉換角可認 為是估計的轉子通量角(θ e)，其中定子診斷過程200和/或定子線圈診斷塊128可從估計 器126獲取轉換角(θε)。在可選實施例中，轉換角可基于電動機106的其他特征。例如， 如果轉換角基于轉子位置(θ ，控制模塊110和/或定子線圈診斷塊128可從分解器系統(tǒng) 108獲取轉子位置(θ r)并確定基于轉子位置(θ r)的轉換角。在示例性實施例中，定子診斷過程200通過基于獲得的轉換角將同步幀電機電 壓轉換為負的同步參考幀繼續(xù)，導致同步幀電機電壓(任務206)為負。在這點上，負的 同步參考幀的轉動與轉子的參考特征的轉動同步，并與同步參考幀(正序同步參考幀) 的轉動反向。例如，如果正序同步參考幀被認為是逆時針同步參考幀，則負序同步參考幀
包括逆時針同步參考幀。在示例性實施例中，同步參考電壓指令(V/，Vq6*)在逆時針
同步參考幀內(nèi)表示。定子診斷過程200和/或定子線圈診斷塊128將電壓指令基于轉換
角從逆時針(正序)同步參考幀(V/，Vqe*)轉換為靜止參考幀(例如，v/"，Vb5*, ν/
)，然后再次利用轉換角將電壓指令從靜止參考幀轉換為負序同步參考幀，導致負序同步 幀電機電壓(V(T，ν；6) 0在這點上，負序同步幀電機電壓可基于以下公式計算或確定
"v"e1 「cos(—2的-sin(-2^)l Γνε*"
% 二 . ‘..，其中θ表示用于從靜止參考巾貞轉化為正序同步參考
vd sm(-2ff) cos(-26') _ vd
幀的轉換角(例如，9^或Θ》。在示例性實施例中，定子診斷過程200根據(jù)負的同步幀電機電壓(任務208)確 定電機電壓的負序分量(或可選地，負序電壓分量)得以繼續(xù)。如上所述，由于電動機106 的完全平衡和對稱的電流調(diào)節(jié)控制的優(yōu)點，由定子線圈內(nèi)的故障狀態(tài)引發(fā)的任何負序電流 分量將在電壓指令中反映，其響應于由負序分量引起的同步幀電機電流(i/，。)中的不平 衡。在這點上，電機電流的負序分量包括負的同步幀電機電壓的DC分量和正序電壓分量的 AC諧波分量。在這點上，定子診斷過程200和/或定子線圈診斷塊128通過數(shù)字濾波負的 同步幀電機電壓(V(r，V(r)確定電機電壓的負序分量并計算濾波的負的同步幀電機電壓的大小。在示例性實施例中，負的同步幀電機電壓(V(T，v;e)被低通濾波以消除正序電壓分 量的AC諧波分量和其他噪聲，只剩余DC分量(例如，具有零后其他微細的低頻率的分量)。 在這點上，數(shù)字濾波器的切斷頻率小于電機電流的激勵(或基礎)頻率。在示例性實施例中，定子診斷過程200通過基于電機電壓的負序分量識別或確定 故障狀態(tài)是否存在于電動機的定子線圈內(nèi)(任務210)。根據(jù)一個實施例，定子診斷過程200 通過比較負序分量值和閾值并確定負序分量值是否大于閾值來識別故障狀態(tài)。閾值選取表 征故障狀態(tài)的負序分量的大小。在這點上，閾值優(yōu)選為足夠大以便超過閾值的負序分量歸 因于故障狀態(tài)(例如，短路和/或開路的定子線圈轉動)而非噪聲、瞬變、元件偏差或其他 的線路影響，而同時，閾值優(yōu)選為足夠小以便檢測初始的故障狀態(tài)。換句話說，小于閾值的 負序分量值歸因于定子線圈的一個或多個相位相對于定子線圈的一個或多個其他相位的 阻抗變化(例如，定子線圈的電阻和/或電感的變化)，并表明故障狀態(tài)的存在(或故障狀 態(tài)的可能性)。根據(jù)一個實施例，閾值大約為整個電機電壓的大小(例如，同步幀電壓指令 的大小)的百分之五。根據(jù)一個實施例，定子診斷過程200通過計算負序分量大小的變化率并確定變化 率是否大于變化率閾值來識別故障狀態(tài)。變化率閾值選取表征故障狀態(tài)的值，如上所述。 在這點上，定子診斷過程200和/或定子線圈診斷塊128可在給定的時間間隔內(nèi)(基于示 例)計算或確定負序分量大小的變化率(例如，負序分量的導數(shù))。任何超過變化率閾值的 負序分量大小的變化率歸因于故障狀態(tài)(例如，短路和/或開路的定子線圈轉動)，而非噪 聲、瞬變、元件偏差或其他的線路影響。根據(jù)一個實施例，變化率閾值大約為每秒五伏特。在示例性實施例中，如果定子診斷過程200確定故障狀態(tài)不存在，由任務202、 204,206,208和210定義的回路在整個電動機操作中按設定地重復直到故障狀態(tài)被識別。 照這樣，電動機106的定子線圈可連續(xù)和/或不斷地被監(jiān)測(例如，基于示例或控制回路 130每次更新時)。例如，由于控制回路130以IOkHz的取樣率運行，定子線圈可每隔0. 1 毫秒診斷，因此可以識別到初始的故障狀態(tài)(例如，故障狀態(tài)可在0.1毫秒內(nèi)識別)。作為 對識別故障狀態(tài)的響應，定子診斷過程200通過補救動作和/或其他方式以保證電氣系統(tǒng) 的安全和/或有效操作來繼續(xù)(任務212)。根據(jù)一個實施例，定子診斷過程200阻止電動 機運轉作為對識別故障狀態(tài)的進一步響應。例如，控制模塊110可設置逆變器模塊104的 所有轉換為開啟狀態(tài)以防止電流流到定子線圈。在另一個實施例中，定子診斷過程200可 使電動機以較低的性能運轉，例如，通過改進控制配置以限制通過電動機的電流或通過限 制扭矩形成和/或轉子速度。此外，定子診斷過程200可配置為實施額外的補救措施，例 如，向電氣控制系統(tǒng)或車輛內(nèi)其他可引起可聽和/或可視的警告的其他部件提供故障狀態(tài) 通知。可以理解的是，多種補救措施及其各種組合可使用在任意示例性實施例中。簡單地總結，上述本系統(tǒng)和/或方法的一個優(yōu)點是電動機的定子線圈可連續(xù)監(jiān) 測，因此可以輕易地識別初始的或早期階段的故障狀態(tài)并減輕故障狀態(tài)的不利影響。此外， 即使在電機操作狀態(tài)下的非靜止瞬時，也可檢測和/或診斷故障狀態(tài)，因為識別故障狀態(tài) 不依賴于快速傅立葉序列或其他計算精確技術。此外，可避免使用額外的用于測量電機電 壓的傳感器(其增加了整個電機診斷系統(tǒng)的成本并降低了其可靠性)。盡管在前述詳細說明中給出了至少一個示例性實施例，可以理解的是，還存在大 量變型。同樣可以理解的是，這里描述的示例性實施例并非旨在以任何方式限制要求保護的主題的范圍、應用或配置。相反，前述詳細說明將為本領域技術人員提供實施所述實施例 的方便的路線圖?？梢岳斫獾氖?，在不脫離權利要求界定的范圍的情況下，可以對元件的功 能和配置做出各種變化，前述范圍包括在提交本專利申請時已知的等同物和可預見到的等 同物。
權利要求
一種用于車輛中的電氣系統(tǒng)，所述電氣系統(tǒng)包括具有定子線圈的電動機；能量源；連接在所述能量源和所述定子線圈之間的逆變器模塊，所述逆變器模塊配置為從所述能量源向所述電動機的定子線圈提供指令電壓；連接在所述逆變器模塊和所述定子線圈之間的多個電流傳感器，所述多個電流傳感器配置為測量通過所述定子線圈的電流，從而形成測得電流；和連接到所述逆變器模塊和所述多個電流傳感器的控制模塊，所述控制模塊配置為獲取與所述電動機的定子線圈的指令電流相對應的電流指令；基于所述測得電流和所述指令電流之間的差值產(chǎn)生與所述指令電壓相對應的電壓指令；基于所述電壓指令確定用于所述定子線圈的負序電壓；以及基于負序電壓分量識別所述定子線圈內(nèi)的故障狀態(tài)。
2.如權利要求1所述的電氣系統(tǒng)，其中所述控制模塊配置為通過以下方式識別所述定 子線圈內(nèi)的故障狀態(tài)確定所述負序電壓的DC分量；并且當所述負序電壓的DC分量的大小超過閾值時識別故障狀態(tài)。
3.如權利要求1所述的電氣系統(tǒng)，其中所述控制模塊配置為通過以下方式識別所述定 子線圈內(nèi)的故障狀態(tài)確定所述負序電壓的DC分量；并且當所述負序電壓的DC分量的變化率超過閾值時識別故障狀態(tài)。
4.如權利要求1所述的電氣系統(tǒng)，其中所述控制模塊包括配置為基于所述測得電流和 所述指令電流之間的差值產(chǎn)生所述電壓指令的電流調(diào)節(jié)器，使得所述測得電流被調(diào)節(jié)為所 述指令電流。
5.如權利要求4所述的電氣系統(tǒng)，所述電流調(diào)節(jié)器包括同步幀電流調(diào)節(jié)器，所述同步 幀電流調(diào)節(jié)器配置為在逆時針同步參考幀內(nèi)產(chǎn)生所述電壓指令，從而形成同步幀電壓指 令。
6.如權利要求5所述的電氣系統(tǒng)，其中所述控制模塊配置為通過以下方式確定所述負 序電壓獲取轉換角；并且基于所述轉換角將所述同步幀電壓指令轉換為順時針同步參考幀。
7.如權利要求6所述的電氣系統(tǒng)，其中所述控制模塊配置為基于所述測得電流和所述 電壓指令之間的關系確定所述轉換角。
8.如權利要求6所述的電氣系統(tǒng)，進一步包括連接在所述電動機和所述控制模塊之間 的分解器系統(tǒng)，所述分解器系統(tǒng)配置為獲取所述電動機的轉子位置，其中所述控制模塊配 置為基于所述轉子位置確定所述轉換角。
9.一種用于診斷車輛中的電動機內(nèi)的定子線圈的方法，所述方法包括產(chǎn)生用于所述定子線圈的電壓指令，所述電壓指令配置為將通過所述定子線圈的電流 調(diào)節(jié)為指令值；基于所述電壓指令確定負序電壓；以及 基于所述負序電壓識別故障狀態(tài)。
10. 一種用于診斷在電流調(diào)節(jié)控制回路的控制下操作的電動機內(nèi)的定子線圈的方法， 所述電流調(diào)節(jié)控制回路配置為向所述電動機提供指令電壓，所述指令電壓包括基于指令電 流和通過所述定子線圈的測得電流之間的差值的電流調(diào)節(jié)電壓，所述方法包括 確定所述指令電壓的負序分量；并且 當所述負序分量的特征值大于閾值時識別故障狀態(tài)。
全文摘要
一種用于診斷在電流調(diào)節(jié)控制回路的控制下操作的電動機內(nèi)的定子線圈的系統(tǒng)和方法。該電流調(diào)節(jié)控制回路配置為向電動機提供指令電壓。該指令電壓包括基于指令電流和通過定子線圈的測得電流之間的差值的電流調(diào)節(jié)電壓。該方法包括確定指令電壓的負序分量以及當負序分量的特征值大于閾值時識別故障狀態(tài)。
文檔編號B60L3/00GK101927700SQ20101025377
公開日2010年12月29日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權日2009年6月18日
發(fā)明者C-C·葉, M·N·安瓦, S·E·舒爾茨 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司