一種電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷集中控制器的制造方法
一種電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷集中控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷集中控制器，包括(1)左前/右前/左后/右后輪驅(qū)動控制器，內(nèi)嵌主控模塊、信號采集校正模塊、霍爾信號解算模塊、功率驅(qū)動模塊、輪速估算模塊、功率逆變開關(guān)擊穿故障診斷模塊、主輔霍爾信號冗余校驗?zāi)K和主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗?zāi)K；(2)整車輪速對比模塊；本發(fā)明基于信號特性分析原理，針對功率逆變開關(guān)擊穿故障，提出比較導(dǎo)通相電流和入地電流的在板診斷方法；針對輪轂電機(jī)霍爾傳感器失效故障，提出了主輔霍爾信號冗余校驗、主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗和整車輪速對比的在板診斷和整車診斷相結(jié)合的診斷方法；采用以上方法可極大提高電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性。
【專利說明】一種電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷集中控制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電動汽車診斷控制領(lǐng)域，特別涉及一種電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷集中控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]被稱為綠色環(huán)保汽車的電動汽車，因其具有零排放污染和節(jié)約石油資源等優(yōu)點，已經(jīng)受到了廣泛的重視。電動汽車有四個關(guān)鍵性技術(shù):電池技術(shù)、驅(qū)動控制技術(shù)、整車技術(shù)和能源管理技術(shù)。而驅(qū)動控制技術(shù)作為其核心部分，其性能的優(yōu)異程度直接影響到電動汽車行駛的安全性能。眾所周知，由于其在應(yīng)用中受到頻繁加載和工作環(huán)境惡劣等因素的影響，電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)出現(xiàn)故障是不可避免的。
[0003]目前，電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷的方法可以分為兩種:在板診斷(On-boardDiagnostic)和整車診斷(Vehicle Diagnostic)。在板診斷的原理是:電動汽車正常運行時，其驅(qū)動系統(tǒng)的輸入、輸出信號的電壓值都有一定的變化范圍，當(dāng)某一信號的電壓值超出了這一范圍，并且這一現(xiàn)象在一段時間內(nèi)不消失，可判斷驅(qū)動系統(tǒng)出現(xiàn)故障，并把這一故障以代碼的形式存入內(nèi)部隨機(jī)存儲器，同時點亮儀表板上的故障指示燈提醒駕駛員。整車診斷的原理是:驅(qū)動系統(tǒng)通過車載總線將其運行信息發(fā)送到整車控制器，再判斷運行信息的運行參數(shù)值是否均在對應(yīng)的參數(shù)值范圍內(nèi)，若是，表明運行信息正常；否則，表明包含有不在對應(yīng)的參數(shù)值范圍內(nèi)的異常運行信息，根據(jù)異常運行信息查詢本地的故障診斷數(shù)據(jù)庫，從故障診斷數(shù)據(jù)庫中讀取對應(yīng)于異常運行信息的故障信息。
[0004]上述故障診斷方法存在以下幾方面問題:
[0005]1、在板診斷雖然可以快速準(zhǔn)確的診斷電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障，但是無法診斷諸如功率驅(qū)動模塊中的逆變電路等硬件電路的元件擊穿故障。
[0006]2、整車診斷針對多個電子控制系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷，驅(qū)動系統(tǒng)只是其中之一，其運行信息通過車載總線傳輸，必然占用大量的總線時間，間接延長了故障診斷的時間，反而增加了發(fā)生危險的概率。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷集中控制器，采用基于信號特性分析的故障診斷方法，將在板診斷技術(shù)和整車診斷技術(shù)相結(jié)合，以保證良好的加載特性和制動特性為前提，旨在提高了電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)可靠性。
[0008]本發(fā)明提供一種電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷集中控制器，包括:主控模塊5、信號采集校正模塊6、霍爾信號解算模塊7、功率驅(qū)動模塊8、輪速估算模塊9、功率逆變開關(guān)擊穿故障診斷模塊10、主輔霍爾信號冗余校驗?zāi)K11、主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗?zāi)K12和整車輪速對比模塊13。
[0009]其中，主控模塊5、信號采集校正模塊6、霍爾信號解算模塊7、功率驅(qū)動模塊8、輪速估算模塊9、功率逆變開關(guān)擊穿故障診斷模塊10、主輔霍爾信號冗余校驗?zāi)K11和主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗?zāi)K12內(nèi)嵌在左前/右前/左后/右后輪驅(qū)動控制器中；整車輪速對比模塊通過車載總線接收左前/右前/左后/右后輪輪速，并在整車控制器內(nèi)進(jìn)行輪速對比。
[0010]主控模塊5，內(nèi)嵌主控芯片及其最小電路，主控芯片采用美國德州儀器公司的數(shù)字信號處理器DSP TMS320F2812。
[0011]信號采集校正模塊6，內(nèi)嵌母線電壓采集端口、電流采集端口、校正電壓采集端口，并通過校正處理來修正由主控芯片零點漂移引起的AD轉(zhuǎn)換誤差。
[0012]霍爾信號解算模塊7，將霍爾信號解算成主控芯片比較方式控制寄存器值，參照輪轂電機(jī)換向相序使之輸出相應(yīng)的PWM驅(qū)動信號，并將采集的主輔霍爾信號發(fā)送到主輔霍爾信號冗余校驗?zāi)K和主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗?zāi)K。
[0013]功率驅(qū)動模塊8，內(nèi)嵌驅(qū)動電路和功率逆變電路，在功率逆變電路的入地端和輪轂電機(jī)相端加入電流傳感器，并將采集的入地電流信號和相電流信號發(fā)送到功率逆變開關(guān)擊穿故障診斷模塊。
[0014]輪速估算模塊9，主控模塊5通過輪轂電機(jī)霍爾信號的高低電平變化來觸發(fā)主控芯片的捕獲中斷，通過記錄相鄰兩次中斷的間隔時間來估算輪轂電機(jī)的輪速，并將輪速值發(fā)送到整車輪速對比模塊。
[0015]功率逆變開關(guān)擊穿故障診斷模塊10，主控模塊5通過比較入地電流和輪轂電機(jī)導(dǎo)通相電流是否相等來診斷左前/右前/左后/右后輪驅(qū)動控制器的功率逆變電路的功率逆變開關(guān)擊穿故障。由于電機(jī)導(dǎo)通相和地構(gòu)成同一回路，故導(dǎo)通相電流和入地電路必然相等；反之，如果功率逆變電路的某個功率開關(guān)被擊穿，必然導(dǎo)致輪轂電機(jī)相應(yīng)的相出現(xiàn)短路，短路相電流為零，顯然入地電流不為零。
[0016]主輔霍爾信號冗余校驗?zāi)K11，主控模塊5通過輪轂電機(jī)自帶的兩組霍爾傳感器進(jìn)行信號冗余校驗來診斷左前/右前/左后/右后輪轂電機(jī)霍爾傳感器是否失效。
[0017]主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗?zāi)K12，輪轂電機(jī)的霍爾信號在相鄰換向周期內(nèi)的變化規(guī)律是固定的，主控模塊5利用這種固定規(guī)律即可診斷左前/右前/左后/右后輪轂電機(jī)的霍爾傳感器是否失效。
[0018]整車輪速對比模塊13，通過車載總線接收輪速估算模塊對左前/右前/左后/右后輪轂電機(jī)的輪速估算值，如果某個輪轂電機(jī)的估算輪速值的相對誤差超過閾值，說明相應(yīng)的輪轂電機(jī)霍爾傳感器失效。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是:
[0020]1、采用AD校正的方法解決由主控芯片零點漂移引起AD轉(zhuǎn)換精度降低的問題，使得電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)可靠性更高、適用性強(qiáng)更強(qiáng)。
[0021]2、采用比較導(dǎo)通相電流和入地電流的方法來診斷和定位功率逆變電路的功率逆變開關(guān)擊穿故障，其診斷方法原理簡單、易于實現(xiàn)。
[0022]3、采用在板診斷和整車診斷相結(jié)合的輪轂電機(jī)霍爾傳感器失效故障診斷模式，使得其故障診斷的準(zhǔn)確率大大提聞。
【專利附圖】
【附圖說明】
:
[0023]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
[0024]圖2是本發(fā)明的校正處理方法框圖。
[0025]圖3是本發(fā)明的霍爾信號示意圖。
[0026]圖4是本發(fā)明的功率逆變電路結(jié)構(gòu)框圖。
[0027]圖5是本發(fā)明的霍爾信號解算程序流程圖。
[0028]圖6是本發(fā)明的功率逆變開關(guān)擊穿故障診斷程序流程圖。
[0029]圖7是本發(fā)明的主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗程序流程圖。
[0030]圖8是本發(fā)明的輪速估算程序流程圖。
【具體實施方式】
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[0031]下面結(jié)合【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0032]圖1表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖，包括:主控模塊5、信號采集校正模塊6、霍爾信號解算模塊7、功率驅(qū)動模塊8、輪速估算模塊9、功率逆變開關(guān)擊穿故障診斷模塊10、主輔霍爾信號冗余校驗?zāi)K11、主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗?zāi)K12、整車輪速對比模塊13。
[0033]其中，主控模塊5、信號采集校正模塊6、霍爾信號解算模塊7、功率驅(qū)動模塊8、輪速估算模塊9、功率逆變開關(guān)擊穿故障診斷模塊10、主輔霍爾信號冗余校驗?zāi)K11和主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗?zāi)K12內(nèi)嵌在左前/右前/左后/右后輪驅(qū)動控制器中；整車輪速對比模塊通過車載總線接收左前/右前/左后/右后輪輪速，并在整車控制器內(nèi)進(jìn)行輪速對比。
[0034]主控模塊5采用德州儀器公司生產(chǎn)的數(shù)字信號處理器TMS320F2812為主控芯片，該處理器具有單周期32 X 32位的乘法累加功能，能夠完成64位的數(shù)據(jù)處理，可方便地實現(xiàn)軟件升級。此外，還包括豐富的外設(shè)單元:12位高精度AD轉(zhuǎn)換器、面向電機(jī)控制的事件管理器、增強(qiáng)型總線控制器等功能模塊，由于控制靈活且抗干擾能力強(qiáng)，非常適合于輪轂電機(jī)控制系統(tǒng)。
[0035]信號采集校正模塊6，內(nèi)嵌了母線電壓采集端口、電流采集端口、參考電壓采集端口，其中母線電壓信號經(jīng)外部電阻輸入到隔離放大器ACPL-782T后轉(zhuǎn)換為正比于母線電壓的單端信號；電流傳感器選用ACS755LCB-050 ;所有外部采集信號經(jīng)以上接口集中輸入，接入主控芯片的ADINAl?ADINA7引腳，然后通過參考電壓(1.8V和2.5V)的模擬量及其數(shù)字量來校正AD轉(zhuǎn)換過程中由主控芯片的零點漂移引起的偏移誤差和增益誤差。
[0036]霍爾信號解算模塊7，內(nèi)嵌主輔霍爾信號采集端口，主輔霍爾信號經(jīng)RC濾波和兩次反向處理后，接入主控芯片的CAPl?CAP6引腳。主控芯片將主輔霍爾信號解算成主控芯片比較方式控制寄存器值，參照輪轂電機(jī)換向相序，輸出與霍爾信號對應(yīng)的PWM信號來驅(qū)動功率驅(qū)動模塊。
[0037]功率驅(qū)動模塊8，內(nèi)嵌驅(qū)動電路和功率逆變電路，主控芯片輸出的PWM驅(qū)動信號首先經(jīng)過總線收發(fā)器74HC245，起到將驅(qū)動信號電平轉(zhuǎn)換、提高驅(qū)動信號負(fù)載能力以及隔離驅(qū)動模塊與主控模塊的作用。然后，三路高側(cè)開關(guān)信號PWM1、PWM3、PWM5分別接入驅(qū)動芯片IR2130的HIN1、HIN2、HIN3引腳，三路低側(cè)開關(guān)信號PWM2、PWM4、PWM6分別接入驅(qū)動芯片IR2130的HIN4、HIN5、HIN6引腳。PWM驅(qū)動信號經(jīng)過驅(qū)動芯片后，其高側(cè)開關(guān)信號需要經(jīng)過自舉電路進(jìn)行升壓，以達(dá)到功率逆變模塊的功率開關(guān)的驅(qū)動電壓。PWM調(diào)制方式采用上管調(diào)制下管常閉的單極性調(diào)制，這種方式具有調(diào)制電流脈動小的優(yōu)點，同時RC濾波電路可避免電壓和電流浪涌，抑制干擾。
[0038]輪速估算模塊9，主控模塊5通過輪轂電機(jī)霍爾信號的高低電平變化來觸發(fā)主控芯片的捕獲中斷，記錄相鄰兩次中斷的間隔時間即轉(zhuǎn)子經(jīng)過1/120圈(極對數(shù)為20)的時間，通過上述方法來估算輪轂電機(jī)的輪速，并將估算的輪速發(fā)送到整車輪速對比模塊。
[0039]功率逆變開關(guān)擊穿故障診斷模塊10，主控模塊5通過比較入地電流和輪轂電機(jī)導(dǎo)通相電流是否相等來診斷左前/右前/左后/右后輪驅(qū)動控制器的功率逆變電路的功率逆變開關(guān)擊穿故障。由于電機(jī)導(dǎo)通相和地構(gòu)成同一回路，故導(dǎo)通相電流和入地電路必然相等；反之，如果功率逆變電路的某個功率開關(guān)被擊穿，必然導(dǎo)致輪轂電機(jī)相應(yīng)的相出現(xiàn)短路，短路相電流為零，顯然入地電流不為零。
[0040]主輔霍爾信號冗余校驗?zāi)K11，主控模塊5通過輪轂電機(jī)自帶的兩組霍爾傳感器進(jìn)行信號冗余校驗來診斷左前/右前/左后/右后輪轂電機(jī)霍爾傳感器是否失效。
[0041]主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗?zāi)K12，輪轂電機(jī)的霍爾信號在相鄰換向周期內(nèi)的變化規(guī)律是固定的，主控模塊5利用這種固定規(guī)律即可診斷左前/右前/左后/右后輪轂電機(jī)的霍爾傳感器是否失效。
[0042]整車輪速對比模塊13，通過車載總線接收輪速估算模塊對左前/右前/左后/右后輪轂電機(jī)的輪速估算值，如果某個輪轂電機(jī)的估算輪速值的相對誤差超過閾值，說明相應(yīng)的輪轂電機(jī)霍爾傳感器失效。
[0043]圖2表示本發(fā)明的校正處理程序流程圖。下面結(jié)合校正方法來說明校正處理程序流程圖，AD轉(zhuǎn)換的輸入模擬電壓和轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量的關(guān)系為:
[0044]V = (DX 3)/4095 (I)
[0045]上式中，V為輸入的模擬電壓，D為轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。
[0046]經(jīng)式(I)換算后的模擬電壓與實際電壓理論上應(yīng)該大小相等。但是如果主控芯片出現(xiàn)零點漂移，經(jīng)式(I)換算后的模擬電壓則與實際電壓值存在一定的誤差，即AD轉(zhuǎn)換誤差，經(jīng)式⑴換算后的模擬電壓⑴與實際電壓⑴的對應(yīng)關(guān)系(即校正方程)表示為:
[0047]Y = KX+B (2)
[0048]式中，K為增益誤差系數(shù)，B為偏移誤差系數(shù)。
[0049]取兩路校正電壓(1.8V和2.5V)經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后再通過(I)式換算成VjP V2，最后把(V1L 8)和(V22.5)代入⑵式，求得增益誤差系數(shù)⑷和偏移誤差系數(shù)⑶。
[0050]K = (2.5-1.8)/(V2-V1) (3)
[0051 ] B= (2.5 X V「l.8 X V2) / (V2-V1) (4)
[0052]再將增益誤差系數(shù)和偏移誤差系數(shù)代入(2)式，這樣，把信號采集模塊采集的母線電壓信號、相電流和入地電流信號經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后換算的模擬電壓反代入式(2)，經(jīng)過校正處理即可得到上述信號準(zhǔn)確的實際電壓。
[0053]步驟S201輸入兩路校正電壓、母線電壓信號、相電流和入地電流信號。
[0054]步驟S202計算增益誤差系數(shù)，計算公式見式(3)。
[0055]步驟S203計算偏移誤差系數(shù)，計算公式見式(4)。
[0056]步驟S204代入增益誤差系數(shù)和偏移誤差系數(shù)得出校正方程，計算公式見式(2)。
[0057]步驟S205把母線電壓信號、相電流和入地電流信號代入校正方程，得出校正處理后的準(zhǔn)確的實際電壓。
[0058]圖3表示本發(fā)明的霍爾信號示意圖。該輪轂電機(jī)帶有三個安裝方式為60°的霍爾傳感器，霍爾信號為脈沖寬度為180°電角度、依次滯后60°、占空比為50%的PWM波形，轉(zhuǎn)子每隔60°電角度進(jìn)行I次換向，6次換向為一個換向周期。輪轂電機(jī)驅(qū)動模式時一個換向周期內(nèi)三路霍爾信號為001、000、100、110、111、011，對應(yīng)的輪轂電機(jī)導(dǎo)通相為UW、UV、W、WU、VU、VW。輪轂電機(jī)制動模式時一個換向周期內(nèi)三路霍爾信號為011、111、110、100、
000、001，對應(yīng)的輪轂電機(jī)導(dǎo)通相為WU、VU、VW、UW、UV、W。
[0059]圖4是本發(fā)明的功率逆變電路結(jié)構(gòu)框圖。功率逆變電路由六個功率逆變開關(guān)組成，上橋臂由功率逆變開關(guān)1、功率逆變開關(guān)3和功率逆變開關(guān)5組成，下橋臂由功率逆變開關(guān)2、功率逆變開關(guān)4和功率逆變開關(guān)6組成。
[0060]圖5是本發(fā)明的霍爾信號解算程序流程圖。主控芯片的比較方式控制寄存器的低12位數(shù)據(jù)代表輸出PWMl?PWM6的輸出方式，二進(jìn)制數(shù)10代表高有效(調(diào)制上橋臂功率逆變開關(guān)1/3/5)、11代表強(qiáng)制高(常開下橋臂功率逆變開關(guān)2/4/6)，即上管調(diào)制下管常閉的PWM調(diào)制方式，首先根據(jù)模式標(biāo)志位判斷控制器的工作模式。
[0061]如果模式標(biāo)志位為1，則進(jìn)入步驟S501驅(qū)動模式，執(zhí)行驅(qū)動相序解算:
[0062]霍爾信號為001時進(jìn)入步驟S503，比較方式控制寄存器值為0C02 (0000110000000010)，輸出控制信號PWM1/PWM6驅(qū)動功率逆變開關(guān)I/功率逆變開關(guān)6。
[0063]霍爾信號為000時進(jìn)入步驟S504，比較方式控制寄存器值為00C2 (0000000011000010)，輸出控制信號PWM1/PWM4驅(qū)動功率逆變開關(guān)I/功率逆變開關(guān)4。
[0064]霍爾信號為100時進(jìn)入步驟S505，比較方式控制寄存器值為02C0 (0000001011000000)，輸出控制信號PWM5/PWM4驅(qū)動功率逆變開關(guān)5/功率逆變開關(guān)4。
[0065]霍爾信號為110時進(jìn)入步驟S506，比較方式控制寄存器值為020C(0000001000001100)，輸出控制信號PWM5/PWM2驅(qū)動功率逆變開關(guān)5/功率逆變開關(guān)2。
[0066]霍爾信號為111時進(jìn)入步驟S507，比較方式控制寄存器值為002C(0000000000101100)，輸出控制信號PWM3/PWM2驅(qū)動功率逆變開關(guān)3/功率逆變開關(guān)2。
[0067]霍爾信號為011時進(jìn)入步驟S508，比較方式控制寄存器值為0C20 (0000110000100000)，輸出控制信號PWM3/PWM6驅(qū)動功率逆變開關(guān)3/功率逆變開關(guān)6。
[0068]如果模式標(biāo)志位為0，則進(jìn)入步驟S502制動模式，執(zhí)行制動相序解算:
[0069]霍爾信號為001時進(jìn)入步驟S509，比較方式控制寄存器值為020C(0000001000001100)，輸出控制信號PWM5/PWM2驅(qū)動功率逆變開關(guān)5/功率逆變開關(guān)2。
[0070]霍爾信號為000時進(jìn)入步驟S510，比較方式控制寄存器值為002C(0000000000101100)，輸出控制信號PWM3/PWM2驅(qū)動功率逆變開關(guān)3/功率逆變開關(guān)2。
[0071]霍爾信號為100時進(jìn)入步驟S511，比較方式控制寄存器值為0C20 (0000110000100000)，輸出控制信號PWM3/PWM6驅(qū)動功率逆變開關(guān)3/功率逆變開關(guān)6。
[0072]霍爾信號為110時進(jìn)入步驟S512，比較方式控制寄存器值為0C02 (0000110000000010)，輸出控制信號PWM1/PWM6驅(qū)動功率逆變開關(guān)I/功率逆變開關(guān)6。
[0073]霍爾信號為111時進(jìn)入步驟S513，比較方式控制寄存器值為00C2 (0000000011000010)，輸出控制信號PWM1/PWM4驅(qū)動功率逆變開關(guān)I/功率逆變開關(guān)4。
[0074]霍爾信號為011時進(jìn)入步驟S514，比較方式控制寄存器值為02C0 (0000001011000000)，輸出控制信號PWM3/PWM6驅(qū)動功率逆變開關(guān)3/功率逆變開關(guān)6。
[0075]圖6是本發(fā)明的功率逆變開關(guān)擊穿故障診斷程序流程圖。
[0076]霍爾信號為001時進(jìn)入步驟S601，輪轂電機(jī)導(dǎo)通相為UW，正常情況下U相電流=W相電流=入地電流；如果U相電流古入地電流，說明功率逆變開關(guān)I擊穿導(dǎo)致U相電流=O ;如果W相電流古入地電流，說明功率逆變開關(guān)6擊穿導(dǎo)致W相電流=O。
[0077]霍爾信號為000時進(jìn)入步驟S602，輪轂電機(jī)導(dǎo)通相為UV，正常情況下U相電流=V相電流=入地電流；如果U相電流古入地電流，說明功率逆變開關(guān)I擊穿導(dǎo)致U相電流=O ;如果V相電流古入地電流，說明功率逆變開關(guān)4擊穿導(dǎo)致V相電流=O。
[0078]霍爾信號為100時進(jìn)入步驟S603，輪轂電機(jī)導(dǎo)通相為WV，正常情況下W相電流=V相電流=入地電流；如果W相電流古入地電流，說明功率逆變開關(guān)5擊穿導(dǎo)致W相電流=O ;如果V相電流古入地電流，說明功率逆變開關(guān)4擊穿導(dǎo)致V相電流=O。
[0079]霍爾信號為110時進(jìn)入步驟S604，輪轂電機(jī)導(dǎo)通相為WU，正常情況下W相電流=U相電流=入地電流；如果W相電流古入地電流，說明功率逆變開關(guān)5擊穿導(dǎo)致W相電流=O ;如果U相電流古入地電流，說明功率逆變開關(guān)2擊穿導(dǎo)致U相電流=O。
[0080]霍爾信號為111時進(jìn)入步驟S605，輪轂電機(jī)導(dǎo)通相為VW，正常情況下V相電流=W相電流=入地電流；如果V相電流古入地電流，說明功率逆變開關(guān)3擊穿導(dǎo)致V相電流=O ;如果W相電流古入地電流，說明功率逆變開關(guān)2擊穿導(dǎo)致W相電流=O。
[0081]霍爾信號為011時進(jìn)入步驟S606，輪轂電機(jī)導(dǎo)通相為VU，正常情況下V相電流=U相電流=入地電流；如果V相電流古入地電流，說明功率逆變開關(guān)3擊穿導(dǎo)致V相電流=
O;如果U相電流古入地電流，說明功率逆變開關(guān)6擊穿導(dǎo)致U相電流=O。
[0082]通過以上方法，可以準(zhǔn)確地診斷出功率逆變電路中哪個功率逆變開關(guān)被擊穿。
[0083]圖7是本發(fā)明的主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗程序流程圖。輪轂電機(jī)驅(qū)動時的一個換向周期內(nèi)三路霍爾信號為001、000、100、110、111、011，此為霍爾信號規(guī)則序列。
[0084]步驟S701讀取上一時刻霍爾信號。
[0085]步驟S702判斷步驟S701讀取的霍爾信號是否符合霍爾信號規(guī)則序列，如果不符合或者超出霍爾信號規(guī)則序列，說明三路霍爾信號中至少有一路出現(xiàn)故障，據(jù)此判定輪轂電機(jī)霍爾傳感器失效。
[0086]步驟S703?S708為設(shè)定霍爾信號規(guī)則序列。
[0087]步驟S703為設(shè)定霍爾信號001上一時刻的霍爾信號為011。
[0088]步驟S704為設(shè)定霍爾信號000上一時刻的霍爾信號為001。
[0089]步驟S705為設(shè)定霍爾信號100上一時刻的霍爾信號為000。
[0090]步驟S706為設(shè)定霍爾信號110上一時刻的霍爾信號為100。
[0091]步驟S707為設(shè)定霍爾信號111上一時刻的霍爾信號為110。
[0092]步驟S708為設(shè)定霍爾信號011上一時刻的霍爾信號為111。
[0093]圖8是本發(fā)明的輪速估算程序流程圖。輪轂電機(jī)的極對數(shù)為20，故轉(zhuǎn)子每經(jīng)過I轉(zhuǎn)觸發(fā)120次中斷(即每次中斷轉(zhuǎn)子經(jīng)過1/120轉(zhuǎn))，通過計算相鄰兩次中斷發(fā)生的間隔時間來估算電機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0094]步驟S801讀取上次捕獲中斷發(fā)生時刻計數(shù)器的計數(shù)值。
[0095]步驟S802記錄當(dāng)前捕獲中斷發(fā)生時刻計數(shù)器的計數(shù)值。
[0096]接下來判斷當(dāng)前捕獲中斷發(fā)生時計數(shù)器是否發(fā)生溢出，即定時器計數(shù)值超過65535，可通過查詢定時器周期中斷標(biāo)志位來判斷是否發(fā)生溢出。
[0097]如果發(fā)生溢出則進(jìn)入步驟S803，記錄發(fā)生溢出的次數(shù)。
[0098]步驟S804計算發(fā)生溢出情況下相鄰兩次中斷的間隔時間，計算公式為:相鄰兩次中斷的計數(shù)差=當(dāng)前時刻發(fā)生捕獲中斷時的計數(shù)值-上次捕獲中斷發(fā)生時刻計數(shù)器的計數(shù)值+溢出次數(shù)X65535，再乘以計數(shù)周期即可得到相鄰兩次中斷的間隔時間。
[0099]如果沒有發(fā)生溢出則進(jìn)入步驟S805步驟，計算沒有發(fā)生溢出情況下相鄰兩次中斷的間隔時間，計算公式為:相鄰兩次中斷的計數(shù)差=當(dāng)前時刻發(fā)生捕獲中斷時的計數(shù)值-上次捕獲中斷發(fā)生時刻計數(shù)器的計數(shù)值，再乘以計數(shù)周期即可得到相鄰兩次中斷的間隔時間。
[0100]步驟S806更新捕獲中斷計數(shù)器的計數(shù)值。
[0101]步驟S807計算輪速，計算公式為:輪速=60.0/(1.7X10_6X120X相鄰兩次中斷的間隔時間)，其中1.7X 1-6為計數(shù)周期，常數(shù)120為轉(zhuǎn)子每經(jīng)過一轉(zhuǎn)發(fā)生120次中斷，再乘以常數(shù)60將單位轉(zhuǎn)/秒轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)/分。
【權(quán)利要求】
1.一種電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷集中控制器，具備: 主控模塊，內(nèi)嵌主控芯片及其最小電路； 信號采集校正模塊，內(nèi)嵌母線電壓采集端口、電流采集端口、校正電壓采集端口，同時通過校正處理來修正由主控芯片零點漂移引起的AD轉(zhuǎn)換誤差； 霍爾信號解算模塊，采集主輔霍爾信號并將其解算成主控芯片比較方式控制寄存器值，參照輪轂電機(jī)換向相序使之輸出相應(yīng)的PWM信號； 功率驅(qū)動模塊，內(nèi)嵌驅(qū)動電路和功率逆變電路，在入地端和輪轂電機(jī)相端加入電流傳感器采集入地電流和相電流； 輪速估算模塊，通過輪轂電機(jī)霍爾信號估算輪轂電機(jī)的輪速； 針對功率逆變電路的功率開關(guān)擊穿故障，設(shè)計了功率逆變開關(guān)擊穿故障診斷模塊；針對輪轂電機(jī)霍爾傳感器失效故障，設(shè)計了主輔霍爾信號冗余校驗?zāi)K、主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗?zāi)K和整車輪速對比模塊； 其中，主控模塊、信號采集校正模塊、霍爾信號解算模塊、功率驅(qū)動模塊、輪速估算模塊、功率逆變開關(guān)擊穿故障診斷模塊、主輔霍爾信號冗余校驗?zāi)K和主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗?zāi)K內(nèi)嵌在左前/右前/左后/右后輪驅(qū)動控制器中；整車輪速對比模塊通過車載總線接收左前/右前/左后/右后輪輪速，并在整車控制器內(nèi)進(jìn)行輪速對比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷集中控制器，其特征在于，所述的信號校正處理:通過參考電壓的模擬量及其數(shù)字量求解AD轉(zhuǎn)換過程中存在的增益誤差系數(shù)和偏移誤差系數(shù)，并用其來校正由主控芯片零點飄移引起的AD轉(zhuǎn)換誤差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷集中控制器，其特征在于，所述的功率逆變開關(guān)擊穿故障診斷模塊:由于電機(jī)導(dǎo)通相和地構(gòu)成同一回路，故導(dǎo)通相電流和入地電路必然相等；反之，如果功率逆變電路的某個功率開關(guān)被擊穿，必然導(dǎo)致輪轂電機(jī)相應(yīng)的相出現(xiàn)短路，短路相電流為零，顯然入地電流不為零；通過比較入地電流和輪轂電機(jī)導(dǎo)通相電流是否相等來診斷左前/右前/左后/右后輪驅(qū)動控制器的功率逆變開關(guān)擊穿故障。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷集中控制器，其特征在于，所述的主輔霍爾信號冗余校驗?zāi)K:通過輪轂電機(jī)自帶的兩組霍爾傳感器進(jìn)行冗余診斷來判斷左前/右前/左后/右后輪轂電機(jī)的霍爾傳感器是否失效。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷集中控制器，其特征在于，所述的主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗?zāi)K:輪轂電機(jī)霍爾信號在相鄰的換向周期內(nèi)變化規(guī)律是固定的，利用這種固定規(guī)律即可診斷左前/右前/左后/右后輪轂電機(jī)的霍爾傳感器是否失效。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷集中控制器，其特征在于，所述的整車輪速對比模塊:通過車載總線接收輪速估算模塊對左前/右前/左后/右后輪轂電機(jī)的輪速估算值，如果某個輪轂電機(jī)的估算輪速值的相對誤差超過閾值，說明相應(yīng)的輪轂電機(jī)霍爾傳感器失效。
【文檔編號】B60L3/00GK104149628SQ201410449465
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】李春善, 宗長富, 陳國迎, 李靜, 鄭宏宇, 張東 申請人:吉林大學(xué)
【專利摘要】本發(fā)明公開一種電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷集中控制器，包括(1)左前/右前/左后/右后輪驅(qū)動控制器，內(nèi)嵌主控模塊、信號采集校正模塊、霍爾信號解算模塊、功率驅(qū)動模塊、輪速估算模塊、功率逆變開關(guān)擊穿故障診斷模塊、主輔霍爾信號冗余校驗?zāi)K和主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗?zāi)K；(2)整車輪速對比模塊；本發(fā)明基于信號特性分析原理，針對功率逆變開關(guān)擊穿故障，提出比較導(dǎo)通相電流和入地電流的在板診斷方法；針對輪轂電機(jī)霍爾傳感器失效故障，提出了主輔霍爾信號冗余校驗、主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗和整車輪速對比的在板診斷和整車診斷相結(jié)合的診斷方法；采用以上方法可極大提高電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性。
【專利說明】一種電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷集中控制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電動汽車診斷控制領(lǐng)域，特別涉及一種電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷集中控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]被稱為綠色環(huán)保汽車的電動汽車，因其具有零排放污染和節(jié)約石油資源等優(yōu)點，已經(jīng)受到了廣泛的重視。電動汽車有四個關(guān)鍵性技術(shù):電池技術(shù)、驅(qū)動控制技術(shù)、整車技術(shù)和能源管理技術(shù)。而驅(qū)動控制技術(shù)作為其核心部分，其性能的優(yōu)異程度直接影響到電動汽車行駛的安全性能。眾所周知，由于其在應(yīng)用中受到頻繁加載和工作環(huán)境惡劣等因素的影響，電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)出現(xiàn)故障是不可避免的。
[0003]目前，電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷的方法可以分為兩種:在板診斷(On-boardDiagnostic)和整車診斷(Vehicle Diagnostic)。在板診斷的原理是:電動汽車正常運行時，其驅(qū)動系統(tǒng)的輸入、輸出信號的電壓值都有一定的變化范圍，當(dāng)某一信號的電壓值超出了這一范圍，并且這一現(xiàn)象在一段時間內(nèi)不消失，可判斷驅(qū)動系統(tǒng)出現(xiàn)故障，并把這一故障以代碼的形式存入內(nèi)部隨機(jī)存儲器，同時點亮儀表板上的故障指示燈提醒駕駛員。整車診斷的原理是:驅(qū)動系統(tǒng)通過車載總線將其運行信息發(fā)送到整車控制器，再判斷運行信息的運行參數(shù)值是否均在對應(yīng)的參數(shù)值范圍內(nèi)，若是，表明運行信息正常；否則，表明包含有不在對應(yīng)的參數(shù)值范圍內(nèi)的異常運行信息，根據(jù)異常運行信息查詢本地的故障診斷數(shù)據(jù)庫，從故障診斷數(shù)據(jù)庫中讀取對應(yīng)于異常運行信息的故障信息。
[0004]上述故障診斷方法存在以下幾方面問題:
[0005]1、在板診斷雖然可以快速準(zhǔn)確的診斷電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障，但是無法診斷諸如功率驅(qū)動模塊中的逆變電路等硬件電路的元件擊穿故障。
[0006]2、整車診斷針對多個電子控制系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷，驅(qū)動系統(tǒng)只是其中之一，其運行信息通過車載總線傳輸，必然占用大量的總線時間，間接延長了故障診斷的時間，反而增加了發(fā)生危險的概率。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷集中控制器，采用基于信號特性分析的故障診斷方法，將在板診斷技術(shù)和整車診斷技術(shù)相結(jié)合，以保證良好的加載特性和制動特性為前提，旨在提高了電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)可靠性。
[0008]本發(fā)明提供一種電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷集中控制器，包括:主控模塊5、信號采集校正模塊6、霍爾信號解算模塊7、功率驅(qū)動模塊8、輪速估算模塊9、功率逆變開關(guān)擊穿故障診斷模塊10、主輔霍爾信號冗余校驗?zāi)K11、主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗?zāi)K12和整車輪速對比模塊13。
[0009]其中，主控模塊5、信號采集校正模塊6、霍爾信號解算模塊7、功率驅(qū)動模塊8、輪速估算模塊9、功率逆變開關(guān)擊穿故障診斷模塊10、主輔霍爾信號冗余校驗?zāi)K11和主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗?zāi)K12內(nèi)嵌在左前/右前/左后/右后輪驅(qū)動控制器中；整車輪速對比模塊通過車載總線接收左前/右前/左后/右后輪輪速，并在整車控制器內(nèi)進(jìn)行輪速對比。
[0010]主控模塊5，內(nèi)嵌主控芯片及其最小電路，主控芯片采用美國德州儀器公司的數(shù)字信號處理器DSP TMS320F2812。
[0011]信號采集校正模塊6，內(nèi)嵌母線電壓采集端口、電流采集端口、校正電壓采集端口，并通過校正處理來修正由主控芯片零點漂移引起的AD轉(zhuǎn)換誤差。
[0012]霍爾信號解算模塊7，將霍爾信號解算成主控芯片比較方式控制寄存器值，參照輪轂電機(jī)換向相序使之輸出相應(yīng)的PWM驅(qū)動信號，并將采集的主輔霍爾信號發(fā)送到主輔霍爾信號冗余校驗?zāi)K和主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗?zāi)K。
[0013]功率驅(qū)動模塊8，內(nèi)嵌驅(qū)動電路和功率逆變電路，在功率逆變電路的入地端和輪轂電機(jī)相端加入電流傳感器，并將采集的入地電流信號和相電流信號發(fā)送到功率逆變開關(guān)擊穿故障診斷模塊。
[0014]輪速估算模塊9，主控模塊5通過輪轂電機(jī)霍爾信號的高低電平變化來觸發(fā)主控芯片的捕獲中斷，通過記錄相鄰兩次中斷的間隔時間來估算輪轂電機(jī)的輪速，并將輪速值發(fā)送到整車輪速對比模塊。
[0015]功率逆變開關(guān)擊穿故障診斷模塊10，主控模塊5通過比較入地電流和輪轂電機(jī)導(dǎo)通相電流是否相等來診斷左前/右前/左后/右后輪驅(qū)動控制器的功率逆變電路的功率逆變開關(guān)擊穿故障。由于電機(jī)導(dǎo)通相和地構(gòu)成同一回路，故導(dǎo)通相電流和入地電路必然相等；反之，如果功率逆變電路的某個功率開關(guān)被擊穿，必然導(dǎo)致輪轂電機(jī)相應(yīng)的相出現(xiàn)短路，短路相電流為零，顯然入地電流不為零。
[0016]主輔霍爾信號冗余校驗?zāi)K11，主控模塊5通過輪轂電機(jī)自帶的兩組霍爾傳感器進(jìn)行信號冗余校驗來診斷左前/右前/左后/右后輪轂電機(jī)霍爾傳感器是否失效。
[0017]主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗?zāi)K12，輪轂電機(jī)的霍爾信號在相鄰換向周期內(nèi)的變化規(guī)律是固定的，主控模塊5利用這種固定規(guī)律即可診斷左前/右前/左后/右后輪轂電機(jī)的霍爾傳感器是否失效。
[0018]整車輪速對比模塊13，通過車載總線接收輪速估算模塊對左前/右前/左后/右后輪轂電機(jī)的輪速估算值，如果某個輪轂電機(jī)的估算輪速值的相對誤差超過閾值，說明相應(yīng)的輪轂電機(jī)霍爾傳感器失效。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是:
[0020]1、采用AD校正的方法解決由主控芯片零點漂移引起AD轉(zhuǎn)換精度降低的問題，使得電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)可靠性更高、適用性強(qiáng)更強(qiáng)。
[0021]2、采用比較導(dǎo)通相電流和入地電流的方法來診斷和定位功率逆變電路的功率逆變開關(guān)擊穿故障，其診斷方法原理簡單、易于實現(xiàn)。
[0022]3、采用在板診斷和整車診斷相結(jié)合的輪轂電機(jī)霍爾傳感器失效故障診斷模式，使得其故障診斷的準(zhǔn)確率大大提聞。
【專利附圖】
【附圖說明】
:
[0023]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
[0024]圖2是本發(fā)明的校正處理方法框圖。
[0025]圖3是本發(fā)明的霍爾信號示意圖。
[0026]圖4是本發(fā)明的功率逆變電路結(jié)構(gòu)框圖。
[0027]圖5是本發(fā)明的霍爾信號解算程序流程圖。
[0028]圖6是本發(fā)明的功率逆變開關(guān)擊穿故障診斷程序流程圖。
[0029]圖7是本發(fā)明的主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗程序流程圖。
[0030]圖8是本發(fā)明的輪速估算程序流程圖。
【具體實施方式】
:
[0031]下面結(jié)合【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0032]圖1表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖，包括:主控模塊5、信號采集校正模塊6、霍爾信號解算模塊7、功率驅(qū)動模塊8、輪速估算模塊9、功率逆變開關(guān)擊穿故障診斷模塊10、主輔霍爾信號冗余校驗?zāi)K11、主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗?zāi)K12、整車輪速對比模塊13。
[0033]其中，主控模塊5、信號采集校正模塊6、霍爾信號解算模塊7、功率驅(qū)動模塊8、輪速估算模塊9、功率逆變開關(guān)擊穿故障診斷模塊10、主輔霍爾信號冗余校驗?zāi)K11和主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗?zāi)K12內(nèi)嵌在左前/右前/左后/右后輪驅(qū)動控制器中；整車輪速對比模塊通過車載總線接收左前/右前/左后/右后輪輪速，并在整車控制器內(nèi)進(jìn)行輪速對比。
[0034]主控模塊5采用德州儀器公司生產(chǎn)的數(shù)字信號處理器TMS320F2812為主控芯片，該處理器具有單周期32 X 32位的乘法累加功能，能夠完成64位的數(shù)據(jù)處理，可方便地實現(xiàn)軟件升級。此外，還包括豐富的外設(shè)單元:12位高精度AD轉(zhuǎn)換器、面向電機(jī)控制的事件管理器、增強(qiáng)型總線控制器等功能模塊，由于控制靈活且抗干擾能力強(qiáng)，非常適合于輪轂電機(jī)控制系統(tǒng)。
[0035]信號采集校正模塊6，內(nèi)嵌了母線電壓采集端口、電流采集端口、參考電壓采集端口，其中母線電壓信號經(jīng)外部電阻輸入到隔離放大器ACPL-782T后轉(zhuǎn)換為正比于母線電壓的單端信號；電流傳感器選用ACS755LCB-050 ;所有外部采集信號經(jīng)以上接口集中輸入，接入主控芯片的ADINAl?ADINA7引腳，然后通過參考電壓(1.8V和2.5V)的模擬量及其數(shù)字量來校正AD轉(zhuǎn)換過程中由主控芯片的零點漂移引起的偏移誤差和增益誤差。
[0036]霍爾信號解算模塊7，內(nèi)嵌主輔霍爾信號采集端口，主輔霍爾信號經(jīng)RC濾波和兩次反向處理后，接入主控芯片的CAPl?CAP6引腳。主控芯片將主輔霍爾信號解算成主控芯片比較方式控制寄存器值，參照輪轂電機(jī)換向相序，輸出與霍爾信號對應(yīng)的PWM信號來驅(qū)動功率驅(qū)動模塊。
[0037]功率驅(qū)動模塊8，內(nèi)嵌驅(qū)動電路和功率逆變電路，主控芯片輸出的PWM驅(qū)動信號首先經(jīng)過總線收發(fā)器74HC245，起到將驅(qū)動信號電平轉(zhuǎn)換、提高驅(qū)動信號負(fù)載能力以及隔離驅(qū)動模塊與主控模塊的作用。然后，三路高側(cè)開關(guān)信號PWM1、PWM3、PWM5分別接入驅(qū)動芯片IR2130的HIN1、HIN2、HIN3引腳，三路低側(cè)開關(guān)信號PWM2、PWM4、PWM6分別接入驅(qū)動芯片IR2130的HIN4、HIN5、HIN6引腳。PWM驅(qū)動信號經(jīng)過驅(qū)動芯片后，其高側(cè)開關(guān)信號需要經(jīng)過自舉電路進(jìn)行升壓，以達(dá)到功率逆變模塊的功率開關(guān)的驅(qū)動電壓。PWM調(diào)制方式采用上管調(diào)制下管常閉的單極性調(diào)制，這種方式具有調(diào)制電流脈動小的優(yōu)點，同時RC濾波電路可避免電壓和電流浪涌，抑制干擾。
[0038]輪速估算模塊9，主控模塊5通過輪轂電機(jī)霍爾信號的高低電平變化來觸發(fā)主控芯片的捕獲中斷，記錄相鄰兩次中斷的間隔時間即轉(zhuǎn)子經(jīng)過1/120圈(極對數(shù)為20)的時間，通過上述方法來估算輪轂電機(jī)的輪速，并將估算的輪速發(fā)送到整車輪速對比模塊。
[0039]功率逆變開關(guān)擊穿故障診斷模塊10，主控模塊5通過比較入地電流和輪轂電機(jī)導(dǎo)通相電流是否相等來診斷左前/右前/左后/右后輪驅(qū)動控制器的功率逆變電路的功率逆變開關(guān)擊穿故障。由于電機(jī)導(dǎo)通相和地構(gòu)成同一回路，故導(dǎo)通相電流和入地電路必然相等；反之，如果功率逆變電路的某個功率開關(guān)被擊穿，必然導(dǎo)致輪轂電機(jī)相應(yīng)的相出現(xiàn)短路，短路相電流為零，顯然入地電流不為零。
[0040]主輔霍爾信號冗余校驗?zāi)K11，主控模塊5通過輪轂電機(jī)自帶的兩組霍爾傳感器進(jìn)行信號冗余校驗來診斷左前/右前/左后/右后輪轂電機(jī)霍爾傳感器是否失效。
[0041]主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗?zāi)K12，輪轂電機(jī)的霍爾信號在相鄰換向周期內(nèi)的變化規(guī)律是固定的，主控模塊5利用這種固定規(guī)律即可診斷左前/右前/左后/右后輪轂電機(jī)的霍爾傳感器是否失效。
[0042]整車輪速對比模塊13，通過車載總線接收輪速估算模塊對左前/右前/左后/右后輪轂電機(jī)的輪速估算值，如果某個輪轂電機(jī)的估算輪速值的相對誤差超過閾值，說明相應(yīng)的輪轂電機(jī)霍爾傳感器失效。
[0043]圖2表示本發(fā)明的校正處理程序流程圖。下面結(jié)合校正方法來說明校正處理程序流程圖，AD轉(zhuǎn)換的輸入模擬電壓和轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量的關(guān)系為:
[0044]V = (DX 3)/4095 (I)
[0045]上式中，V為輸入的模擬電壓，D為轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。
[0046]經(jīng)式(I)換算后的模擬電壓與實際電壓理論上應(yīng)該大小相等。但是如果主控芯片出現(xiàn)零點漂移，經(jīng)式(I)換算后的模擬電壓則與實際電壓值存在一定的誤差，即AD轉(zhuǎn)換誤差，經(jīng)式⑴換算后的模擬電壓⑴與實際電壓⑴的對應(yīng)關(guān)系(即校正方程)表示為:
[0047]Y = KX+B (2)
[0048]式中，K為增益誤差系數(shù)，B為偏移誤差系數(shù)。
[0049]取兩路校正電壓(1.8V和2.5V)經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后再通過(I)式換算成VjP V2，最后把(V1L 8)和(V22.5)代入⑵式，求得增益誤差系數(shù)⑷和偏移誤差系數(shù)⑶。
[0050]K = (2.5-1.8)/(V2-V1) (3)
[0051 ] B= (2.5 X V「l.8 X V2) / (V2-V1) (4)
[0052]再將增益誤差系數(shù)和偏移誤差系數(shù)代入(2)式，這樣，把信號采集模塊采集的母線電壓信號、相電流和入地電流信號經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后換算的模擬電壓反代入式(2)，經(jīng)過校正處理即可得到上述信號準(zhǔn)確的實際電壓。
[0053]步驟S201輸入兩路校正電壓、母線電壓信號、相電流和入地電流信號。
[0054]步驟S202計算增益誤差系數(shù)，計算公式見式(3)。
[0055]步驟S203計算偏移誤差系數(shù)，計算公式見式(4)。
[0056]步驟S204代入增益誤差系數(shù)和偏移誤差系數(shù)得出校正方程，計算公式見式(2)。
[0057]步驟S205把母線電壓信號、相電流和入地電流信號代入校正方程，得出校正處理后的準(zhǔn)確的實際電壓。
[0058]圖3表示本發(fā)明的霍爾信號示意圖。該輪轂電機(jī)帶有三個安裝方式為60°的霍爾傳感器，霍爾信號為脈沖寬度為180°電角度、依次滯后60°、占空比為50%的PWM波形，轉(zhuǎn)子每隔60°電角度進(jìn)行I次換向，6次換向為一個換向周期。輪轂電機(jī)驅(qū)動模式時一個換向周期內(nèi)三路霍爾信號為001、000、100、110、111、011，對應(yīng)的輪轂電機(jī)導(dǎo)通相為UW、UV、W、WU、VU、VW。輪轂電機(jī)制動模式時一個換向周期內(nèi)三路霍爾信號為011、111、110、100、
000、001，對應(yīng)的輪轂電機(jī)導(dǎo)通相為WU、VU、VW、UW、UV、W。
[0059]圖4是本發(fā)明的功率逆變電路結(jié)構(gòu)框圖。功率逆變電路由六個功率逆變開關(guān)組成，上橋臂由功率逆變開關(guān)1、功率逆變開關(guān)3和功率逆變開關(guān)5組成，下橋臂由功率逆變開關(guān)2、功率逆變開關(guān)4和功率逆變開關(guān)6組成。
[0060]圖5是本發(fā)明的霍爾信號解算程序流程圖。主控芯片的比較方式控制寄存器的低12位數(shù)據(jù)代表輸出PWMl?PWM6的輸出方式，二進(jìn)制數(shù)10代表高有效(調(diào)制上橋臂功率逆變開關(guān)1/3/5)、11代表強(qiáng)制高(常開下橋臂功率逆變開關(guān)2/4/6)，即上管調(diào)制下管常閉的PWM調(diào)制方式，首先根據(jù)模式標(biāo)志位判斷控制器的工作模式。
[0061]如果模式標(biāo)志位為1，則進(jìn)入步驟S501驅(qū)動模式，執(zhí)行驅(qū)動相序解算:
[0062]霍爾信號為001時進(jìn)入步驟S503，比較方式控制寄存器值為0C02 (0000110000000010)，輸出控制信號PWM1/PWM6驅(qū)動功率逆變開關(guān)I/功率逆變開關(guān)6。
[0063]霍爾信號為000時進(jìn)入步驟S504，比較方式控制寄存器值為00C2 (0000000011000010)，輸出控制信號PWM1/PWM4驅(qū)動功率逆變開關(guān)I/功率逆變開關(guān)4。
[0064]霍爾信號為100時進(jìn)入步驟S505，比較方式控制寄存器值為02C0 (0000001011000000)，輸出控制信號PWM5/PWM4驅(qū)動功率逆變開關(guān)5/功率逆變開關(guān)4。
[0065]霍爾信號為110時進(jìn)入步驟S506，比較方式控制寄存器值為020C(0000001000001100)，輸出控制信號PWM5/PWM2驅(qū)動功率逆變開關(guān)5/功率逆變開關(guān)2。
[0066]霍爾信號為111時進(jìn)入步驟S507，比較方式控制寄存器值為002C(0000000000101100)，輸出控制信號PWM3/PWM2驅(qū)動功率逆變開關(guān)3/功率逆變開關(guān)2。
[0067]霍爾信號為011時進(jìn)入步驟S508，比較方式控制寄存器值為0C20 (0000110000100000)，輸出控制信號PWM3/PWM6驅(qū)動功率逆變開關(guān)3/功率逆變開關(guān)6。
[0068]如果模式標(biāo)志位為0，則進(jìn)入步驟S502制動模式，執(zhí)行制動相序解算:
[0069]霍爾信號為001時進(jìn)入步驟S509，比較方式控制寄存器值為020C(0000001000001100)，輸出控制信號PWM5/PWM2驅(qū)動功率逆變開關(guān)5/功率逆變開關(guān)2。
[0070]霍爾信號為000時進(jìn)入步驟S510，比較方式控制寄存器值為002C(0000000000101100)，輸出控制信號PWM3/PWM2驅(qū)動功率逆變開關(guān)3/功率逆變開關(guān)2。
[0071]霍爾信號為100時進(jìn)入步驟S511，比較方式控制寄存器值為0C20 (0000110000100000)，輸出控制信號PWM3/PWM6驅(qū)動功率逆變開關(guān)3/功率逆變開關(guān)6。
[0072]霍爾信號為110時進(jìn)入步驟S512，比較方式控制寄存器值為0C02 (0000110000000010)，輸出控制信號PWM1/PWM6驅(qū)動功率逆變開關(guān)I/功率逆變開關(guān)6。
[0073]霍爾信號為111時進(jìn)入步驟S513，比較方式控制寄存器值為00C2 (0000000011000010)，輸出控制信號PWM1/PWM4驅(qū)動功率逆變開關(guān)I/功率逆變開關(guān)4。
[0074]霍爾信號為011時進(jìn)入步驟S514，比較方式控制寄存器值為02C0 (0000001011000000)，輸出控制信號PWM3/PWM6驅(qū)動功率逆變開關(guān)3/功率逆變開關(guān)6。
[0075]圖6是本發(fā)明的功率逆變開關(guān)擊穿故障診斷程序流程圖。
[0076]霍爾信號為001時進(jìn)入步驟S601，輪轂電機(jī)導(dǎo)通相為UW，正常情況下U相電流=W相電流=入地電流；如果U相電流古入地電流，說明功率逆變開關(guān)I擊穿導(dǎo)致U相電流=O ;如果W相電流古入地電流，說明功率逆變開關(guān)6擊穿導(dǎo)致W相電流=O。
[0077]霍爾信號為000時進(jìn)入步驟S602，輪轂電機(jī)導(dǎo)通相為UV，正常情況下U相電流=V相電流=入地電流；如果U相電流古入地電流，說明功率逆變開關(guān)I擊穿導(dǎo)致U相電流=O ;如果V相電流古入地電流，說明功率逆變開關(guān)4擊穿導(dǎo)致V相電流=O。
[0078]霍爾信號為100時進(jìn)入步驟S603，輪轂電機(jī)導(dǎo)通相為WV，正常情況下W相電流=V相電流=入地電流；如果W相電流古入地電流，說明功率逆變開關(guān)5擊穿導(dǎo)致W相電流=O ;如果V相電流古入地電流，說明功率逆變開關(guān)4擊穿導(dǎo)致V相電流=O。
[0079]霍爾信號為110時進(jìn)入步驟S604，輪轂電機(jī)導(dǎo)通相為WU，正常情況下W相電流=U相電流=入地電流；如果W相電流古入地電流，說明功率逆變開關(guān)5擊穿導(dǎo)致W相電流=O ;如果U相電流古入地電流，說明功率逆變開關(guān)2擊穿導(dǎo)致U相電流=O。
[0080]霍爾信號為111時進(jìn)入步驟S605，輪轂電機(jī)導(dǎo)通相為VW，正常情況下V相電流=W相電流=入地電流；如果V相電流古入地電流，說明功率逆變開關(guān)3擊穿導(dǎo)致V相電流=O ;如果W相電流古入地電流，說明功率逆變開關(guān)2擊穿導(dǎo)致W相電流=O。
[0081]霍爾信號為011時進(jìn)入步驟S606，輪轂電機(jī)導(dǎo)通相為VU，正常情況下V相電流=U相電流=入地電流；如果V相電流古入地電流，說明功率逆變開關(guān)3擊穿導(dǎo)致V相電流=
O;如果U相電流古入地電流，說明功率逆變開關(guān)6擊穿導(dǎo)致U相電流=O。
[0082]通過以上方法，可以準(zhǔn)確地診斷出功率逆變電路中哪個功率逆變開關(guān)被擊穿。
[0083]圖7是本發(fā)明的主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗程序流程圖。輪轂電機(jī)驅(qū)動時的一個換向周期內(nèi)三路霍爾信號為001、000、100、110、111、011，此為霍爾信號規(guī)則序列。
[0084]步驟S701讀取上一時刻霍爾信號。
[0085]步驟S702判斷步驟S701讀取的霍爾信號是否符合霍爾信號規(guī)則序列，如果不符合或者超出霍爾信號規(guī)則序列，說明三路霍爾信號中至少有一路出現(xiàn)故障，據(jù)此判定輪轂電機(jī)霍爾傳感器失效。
[0086]步驟S703?S708為設(shè)定霍爾信號規(guī)則序列。
[0087]步驟S703為設(shè)定霍爾信號001上一時刻的霍爾信號為011。
[0088]步驟S704為設(shè)定霍爾信號000上一時刻的霍爾信號為001。
[0089]步驟S705為設(shè)定霍爾信號100上一時刻的霍爾信號為000。
[0090]步驟S706為設(shè)定霍爾信號110上一時刻的霍爾信號為100。
[0091]步驟S707為設(shè)定霍爾信號111上一時刻的霍爾信號為110。
[0092]步驟S708為設(shè)定霍爾信號011上一時刻的霍爾信號為111。
[0093]圖8是本發(fā)明的輪速估算程序流程圖。輪轂電機(jī)的極對數(shù)為20，故轉(zhuǎn)子每經(jīng)過I轉(zhuǎn)觸發(fā)120次中斷(即每次中斷轉(zhuǎn)子經(jīng)過1/120轉(zhuǎn))，通過計算相鄰兩次中斷發(fā)生的間隔時間來估算電機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0094]步驟S801讀取上次捕獲中斷發(fā)生時刻計數(shù)器的計數(shù)值。
[0095]步驟S802記錄當(dāng)前捕獲中斷發(fā)生時刻計數(shù)器的計數(shù)值。
[0096]接下來判斷當(dāng)前捕獲中斷發(fā)生時計數(shù)器是否發(fā)生溢出，即定時器計數(shù)值超過65535，可通過查詢定時器周期中斷標(biāo)志位來判斷是否發(fā)生溢出。
[0097]如果發(fā)生溢出則進(jìn)入步驟S803，記錄發(fā)生溢出的次數(shù)。
[0098]步驟S804計算發(fā)生溢出情況下相鄰兩次中斷的間隔時間，計算公式為:相鄰兩次中斷的計數(shù)差=當(dāng)前時刻發(fā)生捕獲中斷時的計數(shù)值-上次捕獲中斷發(fā)生時刻計數(shù)器的計數(shù)值+溢出次數(shù)X65535，再乘以計數(shù)周期即可得到相鄰兩次中斷的間隔時間。
[0099]如果沒有發(fā)生溢出則進(jìn)入步驟S805步驟，計算沒有發(fā)生溢出情況下相鄰兩次中斷的間隔時間，計算公式為:相鄰兩次中斷的計數(shù)差=當(dāng)前時刻發(fā)生捕獲中斷時的計數(shù)值-上次捕獲中斷發(fā)生時刻計數(shù)器的計數(shù)值，再乘以計數(shù)周期即可得到相鄰兩次中斷的間隔時間。
[0100]步驟S806更新捕獲中斷計數(shù)器的計數(shù)值。
[0101]步驟S807計算輪速，計算公式為:輪速=60.0/(1.7X10_6X120X相鄰兩次中斷的間隔時間)，其中1.7X 1-6為計數(shù)周期，常數(shù)120為轉(zhuǎn)子每經(jīng)過一轉(zhuǎn)發(fā)生120次中斷，再乘以常數(shù)60將單位轉(zhuǎn)/秒轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)/分。
【權(quán)利要求】
1.一種電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷集中控制器，具備: 主控模塊，內(nèi)嵌主控芯片及其最小電路； 信號采集校正模塊，內(nèi)嵌母線電壓采集端口、電流采集端口、校正電壓采集端口，同時通過校正處理來修正由主控芯片零點漂移引起的AD轉(zhuǎn)換誤差； 霍爾信號解算模塊，采集主輔霍爾信號并將其解算成主控芯片比較方式控制寄存器值，參照輪轂電機(jī)換向相序使之輸出相應(yīng)的PWM信號； 功率驅(qū)動模塊，內(nèi)嵌驅(qū)動電路和功率逆變電路，在入地端和輪轂電機(jī)相端加入電流傳感器采集入地電流和相電流； 輪速估算模塊，通過輪轂電機(jī)霍爾信號估算輪轂電機(jī)的輪速； 針對功率逆變電路的功率開關(guān)擊穿故障，設(shè)計了功率逆變開關(guān)擊穿故障診斷模塊；針對輪轂電機(jī)霍爾傳感器失效故障，設(shè)計了主輔霍爾信號冗余校驗?zāi)K、主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗?zāi)K和整車輪速對比模塊； 其中，主控模塊、信號采集校正模塊、霍爾信號解算模塊、功率驅(qū)動模塊、輪速估算模塊、功率逆變開關(guān)擊穿故障診斷模塊、主輔霍爾信號冗余校驗?zāi)K和主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗?zāi)K內(nèi)嵌在左前/右前/左后/右后輪驅(qū)動控制器中；整車輪速對比模塊通過車載總線接收左前/右前/左后/右后輪輪速，并在整車控制器內(nèi)進(jìn)行輪速對比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷集中控制器，其特征在于，所述的信號校正處理:通過參考電壓的模擬量及其數(shù)字量求解AD轉(zhuǎn)換過程中存在的增益誤差系數(shù)和偏移誤差系數(shù)，并用其來校正由主控芯片零點飄移引起的AD轉(zhuǎn)換誤差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷集中控制器，其特征在于，所述的功率逆變開關(guān)擊穿故障診斷模塊:由于電機(jī)導(dǎo)通相和地構(gòu)成同一回路，故導(dǎo)通相電流和入地電路必然相等；反之，如果功率逆變電路的某個功率開關(guān)被擊穿，必然導(dǎo)致輪轂電機(jī)相應(yīng)的相出現(xiàn)短路，短路相電流為零，顯然入地電流不為零；通過比較入地電流和輪轂電機(jī)導(dǎo)通相電流是否相等來診斷左前/右前/左后/右后輪驅(qū)動控制器的功率逆變開關(guān)擊穿故障。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷集中控制器，其特征在于，所述的主輔霍爾信號冗余校驗?zāi)K:通過輪轂電機(jī)自帶的兩組霍爾傳感器進(jìn)行冗余診斷來判斷左前/右前/左后/右后輪轂電機(jī)的霍爾傳感器是否失效。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷集中控制器，其特征在于，所述的主輔霍爾信號規(guī)則序列校驗?zāi)K:輪轂電機(jī)霍爾信號在相鄰的換向周期內(nèi)變化規(guī)律是固定的，利用這種固定規(guī)律即可診斷左前/右前/左后/右后輪轂電機(jī)的霍爾傳感器是否失效。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷集中控制器，其特征在于，所述的整車輪速對比模塊:通過車載總線接收輪速估算模塊對左前/右前/左后/右后輪轂電機(jī)的輪速估算值，如果某個輪轂電機(jī)的估算輪速值的相對誤差超過閾值，說明相應(yīng)的輪轂電機(jī)霍爾傳感器失效。
【文檔編號】B60L3/00GK104149628SQ201410449465
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】李春善, 宗長富, 陳國迎, 李靜, 鄭宏宇, 張東 申請人:吉林大學(xué)
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