[發明專利]診斷馬達電路中的故障的方法

在審

• 申請號: 202010436225.7
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111987973A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: V·科羅班-施拉默
• 申請（專利權）人: ZF汽車英國有限公司
• 主分類號: H02P29/024
• 分類號: H02P29/024;H02P21/22;H02P27/08
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 駱希聰

一種診斷缺相故障狀態的方法包括以下步驟：確定馬達中的q軸馬達電流、馬達轉速、q軸馬達電流需求、以及來自控制器的需求相電壓，并且在滿足以下條件的情況下，輸出指示存在馬達的缺相故障狀態的信號：(1)q軸電流需求的幅度高于閾值；(2)q軸馬達電流低于需求q軸馬達電流的第一預定義分數；(3)需求相電壓大于馬達電路的飽和相電壓值的第二預定義分數；以及(4)馬達轉速低于閾值轉速。

技術領域

本發明涉及改進診斷電動馬達電路中的故障狀態、特別是多相電動馬達中的缺相的方法。

背景技術

已知許多類型的電動馬達，在機動車輛應用以及其他應用中流行的一個示例是無刷DC同步馬達。這種類型的馬達通常具有三個相但可以具有三個以上的相，每個相均由通常連接在公共點處的單獨繞組形成。取決于在任何時刻施加到每個相的電壓，電流可以通過公共點流入或流出每個相。可以通過向每個相施加經脈沖寬度調制的電壓波形來驅動每個相。這些波形通常是使用逆變器電路從DC電源(諸如12伏電池)合成的，該逆變器電路針對每個相具有頂部開關和底部開關，這些開關選擇性地將相連接到DC電池電源的正極側或接地側。這使得可以用與通過將相連接到AC波形所能實現的波形近似的波形來驅動每個相。通常，可以用具有與其余相相同的振幅和周期但是與用于其他相的波形異相120度的正弦波形來驅動三相中的每個相。

為了在使用PWM調制時控制馬達，必須測量或以其他方式計算馬達轉子的位置。這使得可以正確調整待確定的PWM正弦信號的相位。為了最準確地控制馬達，已知將需求馬達電流與在馬達中流動的實際電流或估計電流進行比較，以提供輸入到PI控制器的誤差信號。控制器輸出每個馬達相所需的單獨電壓，以將誤差項驅動至零或盡可能接近零。盡管在機動車輛應用中PI控制器是最常用的，但可以提供其他形式的控制器，包括PD控制器和PID控制器。在下文中，術語控制器用于涵蓋通過將誤差項驅動到最小以提供對馬達的精確控制而進行操作的所有類型的控制器。

已知在馬達的每個相中或者在除了一個相以外的所有相中提供隔離開關，該隔離開關在正常操作中通常閉合以允許電流在該相中流動，但是在某些故障狀態下可以將其斷開以防止電流流動。這對于確保當馬達處于發電模式時不會在電流可以流過的馬達相周圍形成閉環是有用的，因為這種閉環可能會產生制動轉矩，從而使馬達無法自由旋轉。在諸如馬達施加輔助轉矩的電動動力轉向的應用中，馬達在故障狀態下生成制動轉矩可能很危險，因為這可能會使駕駛員難以轉動方向盤。

固態開關最適合在逆變器和這些附加的常閉隔離開關中使用，因為它們由于沒有活動部件而非常可靠、可以快速斷開并應對相對較高的電流而不會造成損壞。然而，它們可能會在斷開狀態下失效。當在馬達應該正常運行的時候發生這種情況時，則認為馬達相存在缺相狀態的故障。沒有電流可以流過缺相，并且因此，由于其余無故障相中的電流不平衡，馬達通常會振動。

因此，期望在發生缺相故障時檢測到這種情況。然后，馬達可以在故障模式下運行，并且可以標記故障以進行調查。缺相狀態的檢測可以使用一種診斷技術來實現，在該技術中，周期性地獲取流經某一相的馬達電流的樣本，并且在這些樣本示出沒有電流流過多個連續樣本的情況下可以標記故障，因為這表明沒有電流在流動。必須獲取多個樣本，因為在正常運行時，任何一個樣本都可能意外地與在相中流動的正弦電流波形的過零時間一致。

申請人已經認識到，這種簡單的故障診斷方法在一些情況下可能會產生錯誤結果，特別是當馬達以低速和低轉矩旋轉時。在這種情況下，施加到馬達的每個相的PWM波形將具有相對較低的頻率，并且當電流接近過零點時可能會獲取大量樣本。這將導致所獲取的樣本將全部示出為零或接近于零的電流，從而表明存在缺相，但這是不正確的。

發明內容

本發明的目的是提供一種診斷多相馬達中的缺相故障狀態的魯棒方法。