電動汽車電機驅動系統的故障診斷系統的製作方法

2023-06-14 06:51:11 1

一種用於電動汽車電機驅動系統的故障診斷系統，屬於電動汽車電機驅動控制技術領域。

背景技術：

電機驅動系統是電動汽車的重要組成部分，主要包括電機、電機控制器、蓄電池等核心部件以及加速踏板、制動踏板和主接觸器等附件。其中電機控制器根據加速踏板和制動踏板的開度或位置，基於矢量控制算法，產生PWM信號對其主迴路中的電力電子器件(如IGBT或功率MOSFET)通斷進行控制，實現直流和交流電能之間的變換，以此來控制電機的輸出轉矩或運行轉速；而電機根據整車的能量需求，可以工作在電動狀態或發電狀態，實現電能和機械能的轉換；電機控制器通過主接觸器(或開關)與車載電源(如蓄電池)相連接。

電機控制器容易出現的故障有很多種，常見的有加速踏板和制動踏板與電機控制器控制系統之間連線斷路、主接觸器控制迴路斷路或主接觸器觸點不受控、主電路電力電子器件斷路或短路等。這些故障會嚴重影響電驅動系統的正常運行，進而對整車安全性產生直接的影響。目前，對這些故障進行診斷的途徑有很多種，對踏板與電機控制器直接連線以及主接觸器控制迴路斷路的診斷常用的方法是在電機運行狀態不正確時，人為檢查的方法去診斷出發生故障的原因和類型；而診斷電機控制器主電路電力電子功率器件的故障則往往通過加裝傳感器或通過複雜的軟體算法來實現對電力電子器件的斷路或短路狀態的識別。這些方法普遍存在著需要人工參與、成本較高或診斷不及時等不足。作為電氣化、智能化的機電一體化產品——電動汽車對零部件的故障診斷提出了越來越高的要求，電機驅動系統除在上電自檢過程中，對整個系統進行故障檢測外，還應具有在線和實時故障診斷的功能。只有這樣，當出現故障時，才能快速採取應對措施，對故障進行處理或提醒司乘人員對電驅動系統及時進行維護。

本發明給出了一種電動汽車電驅動系統故障診斷系統，可以對電動汽車電機驅動系統進行在線實時診斷，並可以通過DSP把診斷結果實時通過CAN總線向外傳遞。本發明對提高電動汽車電機驅動系統以及整車安全性具有重大的意義。

技術實現要素：

本發明提供一種用於電動汽車電機驅動系統的故障診斷系統，該系統可以對電動汽車電機驅動系統故障進行實時在線診斷，並將診斷結果通過CAN總線向整車其他控制器發送。該系統提高了電機驅動系統以及整車的安全性。

為達到上述目的，電動汽車電機驅動系統的故障診斷系統可以分為四個部分：踏板診斷模塊、主接觸器診斷模塊、主電路診斷模塊、信息處理模塊。

所述踏板診斷模塊用於加速和制動踏板的故障診斷，診斷內容為踏板與信息處理模塊之間連線是否正常；

所述主接觸器診斷模塊用於主接觸器故障診斷，診斷內容為主接觸控制線圈是否斷路、主接觸器觸點狀態是否正常；

所述主電路診斷模塊用於主電路電力電子功率器件故障診斷，診斷內容為主電路電力電子功率器件是否斷路、主電路電力電子器件是否短路；

所述信息處理模塊由一個DSP晶片以及使其正常工作外圍電路構成。DSP晶片即為電機控制器執行電機控制算法的核心數字處理晶片。信息處理模塊通過CAN總線發送踏板、主接觸器、主電路故障診斷信息，供整車其他控制器使用。

本發明可以實時在線對電動汽車電機驅動系統加速踏板和制動踏板、主接觸器以及主電路電力電子功率器件進行故障診斷，使得當這些部件發生故障時，能及時得到處理，從而提高電動汽車的行車安全。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖簡單說明。

圖1電動汽車電機驅動系統及其故障診斷系統結構圖

圖2故障診斷系統踏板診斷模塊結構圖

圖3故障診斷系統主接觸器診斷模塊結構圖

圖4故障診斷系統主電路診斷模塊結構以及與主電路連接方式圖

具體實施方式

參照附圖，下面詳細敘述本發明的具體實施方式。

圖1為本發明涉及的電動汽車電機驅動系統及其故障診斷系統結構圖。由圖中可以看出：電動汽車電機驅動系統由電機9、蓄電池8、電機控制器10構成，電機控制器10由主電路11、主接觸器7、加速踏板和制動踏板16以及故障診斷系統18構成，主電路10由電容器19以及電力電子功率器件1、2、3、4、5、6構成，本發明所涉及的故障診斷系統由踏板診斷模塊17、主接觸器診斷模塊13、主電路診斷模塊14、信息處理模塊15構成，信息處理模塊15可以向CAN總線20發送診斷結果，供整車其他控制器使用。

本發明所涉及的踏板診斷模塊12結構如圖2所示，主要包含加速踏板診斷單元和制動踏板診斷單元，兩個單元具有相同的電路結構。踏板診斷模塊與加速踏板和制動踏板之間的連線為加速踏板信號輸入線IN2、加速踏板信號地線G1、制動踏板信號輸入線IN4和制動踏板信號地線G2；踏板診斷模塊與信息處理模塊之間的連線為診斷輸入線IN1、IN3，診斷信息輸出線OUT1和OUT2以及直流電源正極線V1、直流電源地線G3。加速踏板診斷單元中，電阻21一端與電晶體22的集電極連接；電阻21另一端與直流電源正極線V1連接；電阻24一端與電晶體22的基極連接，電阻24另一端與診斷輸入線IN1連接；電晶體22的發射極與二極體23陽極相連接，二極體23陰極與信息輸出線OUT1、電阻25一端相連接；電阻25另一端與加速踏板信號輸入線IN2連接。制動踏板診斷單元中，電阻30一端與電晶體27的集電極連接；電阻30另一端與直流電源正極線V1連接；電阻26一端與電晶體27的基極連接，電阻26另一端與診斷輸入線IN3連接；電晶體27的發射極與二極體28陽極相連接，二極體28陰極與信息輸出線OUT2、電阻29一端相連接；電阻29另一端與制動踏板信號輸入線IN4連接。在所述故障診斷系統中，加速踏板信號輸入線IN2和加速踏板信號地線G1之間的電壓大小與加速踏板開度成正比；制動踏板信號輸入線IN4和制動踏板信號地線G2之間的電壓大小與加速踏板開度成正比；直流電源正極線V1、直流電源地線G3之間直流電壓由信息處理模塊15提供，並且電壓值大於IN2與G1之間、IN4與G2之間電壓。

本發明中所涉及的主接觸器診斷模塊13結構如圖3所示，主接觸器診斷模塊與主接觸器控制線圈由線圈控制正極線V2和線圈控制負極線C1連接，主接觸器診斷模塊13與信息處理模塊15之間由直流電源正極線V3、直流電源地線G4、診斷輸入線IN5以及診斷信息輸出線OUT3連接，直流電源正極線V3和直流電源地線G4由信息處理模塊15提供直流電壓。線圈控制正極線V2、直流電源正極線V3與二極體32的陰極相連，二極體32陽極、電阻34一端、電晶體31集電極以及線圈控制負極線C1連在一起；電阻34另一端、電阻33一端與診斷信息輸出線OUT3連在一起，電阻33另一端和電晶體31的發射極、直流電源地線G4連接；診斷輸入線IN5和電阻35一端連接，電阻35的另一端與電晶體31基極連接。

本發明所涉及的主電路診斷模塊14結構以及與主電路連接方式如圖4所示，主電路診斷模塊14與主電路11之間由連接線C2和C3連接，主電路診斷模塊14與信息處理模塊15之間由直流電源正極線V3、直流電源地線G5以及診斷信息輸出線OUT4連接，直流電源正極線V3、直流電源地線G5之間直流電壓由信息處理模塊15提供。直流電源正極線V3與二極體39陽極相連接；二極體39陽極和電阻36一端連接；電阻36另一端和電阻37一端以及連接線C2一端連接；連接線C2另一端與電機控制器主電路中一相橋臂的電力電子功率器件1和4之間的連線相連接；電阻37的另一端與電阻38的一端以及診斷信息輸出線OUT4相連接；電阻38的另一端與直流電源地線G5、以及連接線C3一端連接；連接線C3另一端與主電路直流母線-連接。

本發明所涉及的信息處理模塊15，由數字處理晶片DSP與外圍電路構成，其可以通過自身CAN總線接口與整車CAN總線連接，把診斷信息實時傳送到CAN總線上。DSP晶片可以對蓄電池電壓、主電路11的直流母線+和直流母線-之間電壓進行採集。

本發明所涉及的信息處理模塊15與踏板診斷模塊13之間的連線為圖2中的診斷輸入線IN1、IN3，診斷信息輸出線OUT1和OUT2以及直流電源正極線V1、直流電源地線G3。當對加速踏板信號輸入線IN2的通斷狀態進行診斷時，需要通過IN1驅動電晶體22導通，此時OUT1上的電位應明顯高於加速踏板整車正常工作的電位範圍，否則IN2斷路；當對制動踏板信號連接線IN4的通斷狀態進行診斷時，需要通過IN3驅動電晶體27導通，此時OUT2上的電位應明顯高於制動踏板正常工作的電位範圍，否則IN4斷路。

本發明所涉及的信息處理模塊15與主接觸器診斷模塊13的連線為圖3中直流電源正極線V3、直流電源地線G4、診斷輸入線IN5以及診斷信息輸出線OUT3。當對主接觸器進行故障診斷時，首先通過IN5控制電晶體31斷開，當主接觸器線圈斷路時，OUT3電位和G4電位相等，否則主接觸器線圈正常；此時，如果檢測到主電路電容19兩端電壓和蓄電池8電壓相等，則主接觸器觸點不斷開，主接觸器觸點故障；通過IN5驅動電晶體31導通，此時若主接觸器觸點沒有導通，則主電路電容19兩端電壓和蓄電池8電壓不相等，此時主接觸器觸點不閉合，主接觸器觸點故障。

本發明所涉及的信息處理模塊15與主電路診斷模塊14的連線為圖4中直流電源正極線V3、直流電源地線G5以及診斷信息輸出線OUT4連接。信息處理模塊15通過V3和G6施加一遠小於蓄電池8電壓的直流電壓，同時信息處理模塊15中DSP可以通過驅動電路控制電力電子功率器件1、2、3、4、5、6通斷。當電力電子功率器件1、2、3、4、5、6全部控制為斷的狀態時，若OUT4電位不為零，且為V3通過電阻36、37在電阻38上的分壓，否則電力電子功率器件出現短路；當主電路上橋臂電力電子功率器件1、3、5某一個導通時，OUT4電位應為蓄電池電壓通過37在電阻38上的分壓，否則該電力電子功率器件斷路；當主電路下橋臂電力電子功率器件4、6、2某一個導通時，OUT4電位應為零，否則該電力電子功率器件斷路。