专利名称：诊断用于确定多相旋转电机的转子的角位置的传感器的功能故障的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于诊断用于确定包括定子的多相旋转电机的角位置的传感器的功能故障的方法。本发明还涉及用于实现该类型的方法的设备。其更具体地应用于处于交流发电机和发动机二者模式下的可逆电机，熟知为汽车工业中使用的交流发电机-起动机。本发明的背景下，术语“多相”更具体地涉及三相或六相旋转电机，但是其也可以涉及二相旋转电机或以很多个相工作的电机。为简洁起见，以下将应用本发明的优选应用情况，S卩，交流发电机-起动机类型的三相可逆旋转电机的情况，这并不以任何方式限制本发明的范围。
背景技术：
众所周知，可逆旋转电机包括交流发电机，其包括-转子，其构成感应器，其通常与两个集电环和两个电刷关联，借其提供激励电流； 以及-多相定子，其承载多个线圈或绕组，实施例中考虑为三个，其构成电枢并以星形、 或在三相结构的情况下最经常以三角形的形式连接，而且在交流发电机功能下向整流器电桥提供转换的电力。交流发电机也可以是可逆的，并构成电动机或旋转电机，其使得能够通过转子轴转动车辆的热机。该可逆交流发电机被熟知为交流发电机-起动机。其使得能够将机械能变换为电能，反之亦然。于是，在交流发电机模式下，交流发电机-起动机具体地将车辆的电池充电，而在起动机模式下，交流发电机-起动机驱动热机以便启动后者，其也被称为机动车辆的内燃发动机。汽车工业中的可逆电机中，例如，根据发动机或起动机模式工作的那些，必须控制定子的电流以便总是向转子提供用于启动其以及用于给予其电机工作所需的旋转所必需的扭矩。将要施加到转子的扭矩、乃至将要提供到定子的相的电流是转子相对于定子的角位置(由角度θ指示)的正弦函数。用于确定三相交流发电机-起动机的转子的瞬时角位置θ (t)和用于控制该单元 (在交流发电机模式和发动机(起动机)模式二者下)的完整系统典型地包括四个主要的子系统，即，交流发电机-起动机、可逆交流-直流电流转换器、用于控制该转换器的模块、 以及用于确定转子的角位置θ的模块。该转换器通常由电子整流器电桥构成，其包括与相一样多的MOSFET功率晶体管支路，例如在所述示例中为三个。在交流发电机模式下，交流发电机-起动机向转换器提供三相交流电流，而在发动机模式下，由在三相电流发生器模式下工作的可逆转换器向交流发电机-起动机提供三相电能。在发动机模式下，根据由控制模块产生的六个控制信号的适当的序列来控制 MOSFET晶体管。众所周知，必须根据转子的角位置θ产生这些信号。因而有必要以极大的准确度确定该角位置θ以便获得整流器电桥的正确工作， 特别是便于防止半导体组件退化的危险，而且最重要地，在发动机或起动机模式下，实现由交流发电机-起动机提供优化的扭矩。这是分配给用于确定转子的角位置的模块的功能，以便产生代表测量的角位置的瞬时变化的信号θ (t)，并向控制模块的输入端发送该信号。现有技术中，已经提出多种方法用于该目的。作为非限制性示例，在国际专利申请WO 2006/010864 A2中，申请人提出了一种用于确定包括定子的旋转电机的转子的位置的设备，其使得能够获得所需的精确角位置，同时廉价、易于实现、而且对磁干扰不敏感。该专利申请中教导的设备包括多个磁场测量传感器，其相对于旋转电机的定子固定，而且可以提供代表由这些传感器检测的旋转磁场的第一信号；以及用于通过运算器处理这些第一信号的装置，该装置可以提供依赖于转子到达的角位置的第二信号。所述传感器通常由线性霍尔效应传感器构成，例如，三个，以下称为S1至S3，置于三相旋转电机(该情况下为交流发电机-起动机)上120°电角处，面对与转子一体的目标，而且对于电机的每个磁极交替地北/南磁化。这些传感器S1至&分别提供正弦类型的信号￥51至￥&。关于更详细的描述，可以有利地参照前述国际专利申请WO 2006/010864 A2的说明书。实验上发现，由三个测量传感器S1至&产生的信号VS1至VS3 (其将被分类为“原始(raw) ”)，通常包括高电平的谐波，且具体地包括实质电平的3和5阶谐波，而且它们的相对幅度是不同的。基于这三个非常不完美的原始信号，因而难以构造近似于理想正弦函数(即，无谐波)、具有相同的幅度和零偏移、且以非平凡方式错相(dephased)(非180°的倍数的错相)的两个信号。为了消除该困难，基本原理在于，获得两个不同的线性组合，其使得能够获得所需的两个正弦波，同时尽可能避免上述问题。第一种近似中，可以允许传感器具有相同或至少非常类似的特性，而且置于相同的热和电磁环境中，因而传感器发出的信号保持共同的特性。这些假设给出如下考虑的理由-它们的偏移同时发展，依赖于任何干扰场(诸如，例如转子的磁化)；-它们的3阶谐波电平非常类似，而且与它们的基本谐波同相；以及-这些传感器产生的电信号错相大约120°。这些假设使得能够选择部分地抵消3阶谐波和偏移的两个线性组合。以简单的方式，通过选择传感器输出信号之间的差作为线性组合，获得两个正弦信号，其错相60°，且与上述选择准则对应。由此获得的信号被重新集中并且包含比原始信号更少的谐波。一旦获得两个正弦波，就可以直接提取转子的角位置的值Θ。为此目的，通过划分(divide)两个前述信号，接着借助数学函数或表去除幅度，可以反转该函数并借助信号的符号确定角象限。为简洁起见，作为非限制性示例，如果信号之间的错相例如为φ = 90°
(正弦-余弦信号)，则是反正切函数。同样，关于该方法的更详细的描述，可以有利地参照前述国际专利申请WO 2006/010864 Α2。实践中，很少满足这些函数条件，其可以被分类为“理想”。因此，同样在实践中，上述方法常常不能令人满意。从而，在其提交于2008年5月23日的法国专利申请No. 0853359中，申请人提出了一种用于确定角位置的方法和设备，其消除现有技术的不足。为此目的，根据该方法的核心特性，利用用于在真实角位置与估计角位置之间进行控制的系统来确定旋转电机的转子的真实角位置。该专利申请教导的设备包括反馈环， 以下称为跟踪环，其行为与锁相环或PLL的行为类似。构成用于确定转子的角位置的设备的电路被设计为使得满足以下等式(1)
权利要求
1.一种用于诊断在用于测量包括定子的多相旋转电机的转子的角位置的系统中实现的传感器中存在的功能故障的方法，所述传感器相对于定子固定，而且能够检测磁场并提供代表该磁场的第一信号，其特征在于，该方法包括如下的至少一个步骤从所述第一信号(101-10 的线性组合产生代表转子的角位置的、以与零和180°不同的预定值错相的至少一对第一(200)和第二 O01)正弦信号的步骤；确定被称为转子的速度状态Evt的第一参数的步骤，其假定两个值Evt > 0或Evt > 0， 计算以下第一和第二公式的步骤GO)-[(Spp < TRIG_PP) OR (Cpp < TRIG_PP)]；-[(Vref-A < S < Vref+Δ)AND[(Vref-Δ <C<Vref+A)],其中“OR”是非排他性析取逻辑运算符，“AND”是合取逻辑运算符，Spp是第一正弦信号 (200)的最大峰到峰幅度，S是第一正弦信号(200)的瞬时值，Cpp是第二正弦信号(201)的最大峰到峰幅度，C是第二正弦信号001)的瞬时值，而TRIG_PP、Δ是三个预定阈值；当所述速度参数Evt大于零时确定第一公式的逻辑状态“真”或“假”、产生当第一公式未被确认时指示所述传感器功能无故障、当第一公式被确认时指示这些传感器中的至少一个的功能故障的信号G00)的步骤；以及当所述速度参数Evt等于或大于零时确定第二公式的逻辑状态“真”或“假”、产生当第二公式未被确认时指示所述传感器功能无故障、当第二公式被确认时指示这些传感器中的至少一个的功能故障的信号G00)的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括第一预备阶段，其在所述用于测量角位置的系统(1)的设计期间完成，包括构造所述系统的数学模型的步骤、将根据被称为蒙特卡罗方法的统计方法的多个随机修改应用于该模型以便在达到稳定状态时获得被称为玻尔兹曼分布的状态分布的步骤、以及基于所述分布确定所述预定阈值TRIG_PP的步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用于测量位置的系统(1)包括用于计算角位置的链(7)，其包括模拟-数字转换器以及将所谓的偏移值应用于所述第一(200) 和第二 001)正弦信号的电路(32-33)，该方法包括第二预备阶段，其在所述用于测量角位置的系统(1)的设计期间完成，包括基于所述偏移值和所述模拟-数字转换器的电气特性来确定所述预定阈值和Δ的步骤。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括获取所述用于测量转子的角位置的系统(1)的所谓的速度分布参数的步骤、以及用于基于所述速度分布计算短暂的时间段之外使得能够完成所述第一和第二正弦信号的有效的峰到峰测量的最小时间段。
5.根据权利要求1或2之一所述的方法，其特征在于，对于包括对所述用于测量转子的角位置的系统(1)的预定工作范围中的温度变化不敏感的磁材料的所述多相旋转电机， 将所述阈值TRIG_PP设置为恒定最小值(C2)以便界定两个区域，即，关于大于所述阈值的值的第一区域，其表现所述传感器(10)功能无故障，以及关于小于所述阈值的值的第二区域，其表现所述传感器(10)的功能故障。
6.根据权利要求1或2之一所述的方法，其特征在于，对于包括对所述用于测量转子的角位置的系统(1)的预定工作范围中的温度变化敏感的磁材料的所述多相旋转电机，该方法包括测量或估计所述磁材料的温度0 的步骤、以及包括使得所述阈值TRIG_PP依赖于温度、从而具有形式为TRIG_PP = pT+Ks的线性函数的步骤，其中ρ是代表该线性函数的直线(C3)的梯度，T是温度，而Ks是常数，以便界定两个区域，S卩，关于位于所述直线(C3)上方的值的第一区域，其表现所述传感器(10)功能无故障，以及关于位于所述直线(C3)下方的值的第二区域，其表现所述传感器(10)的功能故障。
7.一种用于实现根据前述权利要求中的任何一个所述的方法的设备，其特征在于，该设备包括用于测量所述转子的速度、并产生代表所述速度状态Evt的信号的装置；以及电子诊断模块(40)，其至少在第一(ei)和第二(e2)输入处接收所述第一(200)和第二 O01)正弦信号、并在第三(e3)输入处接收代表所述速度状态Evt的信号，所述诊断模块 (40)包括用于基于这些信号和所述预定阈值展开所述第一和第二公式以便确认这些公式的“真”或“假”逻辑状态、并根据所述逻辑状态产生代表所述传感器(10)功能无故障、或代表所述传感器(10)中的至少一个的功能故障的信号作为输出G00)的装置。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述多相旋转电机包括对所述用于测量转子的角位置的系统(1)的预定工作范围中的温度变化敏感的磁材料，而且还包括用于测量或估计该材料的温度的装置(42)，其提供代表该温度的信号(T)，该信号被发送到所述诊断模块GO)的第四(e4)输入，而且该诊断模块GO)产生遵循形式为TRIG_PP = pT+Ks 的线性函数的阈值TRIG_PP，其中ρ是代表所述线性函数的直线的梯度，T是温度，而Ks是常数。
9.根据权利要求7或8之一所述的设备，其特征在于，由于所述多相旋转电机是三相电机，所述用于测量转子的角位置的系统(1)包括分别被称为S1至&的三个传感器(10)，该设备额外地包括用于向所述传感器(10)供应电能的装置(100)，其提供具有预定幅度的电压V。。，而且当所述第一公式被确认时，所述设备产生作为输出(400)的诊断信号，其指示包括在以下类别当中的故障类型S1短路，同时连接到预定电势(0V或V。。)； S1断路；S2或&短路，同时连接到预定电势(0V或VJ或彼此连接； S1和(S2或S3)断路；S1和&和&短路，同时连接到预定电势(0V或V。。)或彼此连接； S1和S2和S3断路；或电能供应装置(100)故障。
10.根据权利要求7或8之一所述的设备，其特征在于，由于所述多相旋转电机是三相电机，所述用于测量转子的角位置的系统(1)包括分别被称为S1至&的三个传感器(10)， 该设备额外地包括用于向所述传感器(10)供应电能的装置(100)，其提供具有预定幅度的电压V。。，而且当所述第二公式被确认时，所述设备产生作为输出(400)的诊断信号，其指示包括在以下类别当中的故障类型S1和S2和S3断路；S1和S2和S3短路，同时连接到预定电势(0V或VJ ；S1和&和&短路，同时连接到预定电势(0V或V。。)或彼此连接；或电能供应装置(100)故障。
11.根据权利要求7至10中的任何一个所述的设备，其特征在于，所述传感器(10)由霍尔效应传感器构成。
12.根据权利要求7至11中的任何一个所述的设备，其特征在于，所述多相旋转电机是交流发电机-起动机。
13.根据权利要求7至12中的任何一个所述的设备，其特征在于，所述诊断模块GO) 由具有预记录程序的车载数字计算机构成。
全文摘要
本发明涉及用于诊断用于测量交流发电机-起动机转子的角位置的传感器(10)的故障的方法和设备(4)，所述传感器(10)输出多相信号(100-103)。从传感器(10)输出的信号(100-103)的线性组合产生两个正弦信号(200-201)，其被非平凡地相移。根据该方法，从所述两个信号(200-201)和在初始阶段计算的阈值计算两个不等式复合对应，通过向用于测量转子的角位置的系统(1)的数学模型应用蒙特卡罗方法来计算第一阈值，从应用于两个正弦信号的偏移值(30-32)特别地计算另外两个阈值。所述对应的一个和/或另一个的“真”逻辑状态指示至少一个传感器具有预定性质的故障。
文档编号G01D3/08GK102422127SQ201080020111
公开日2012年4月18日 申请日期2010年3月8日 优先权日2009年3月31日
发明者L.拉比斯特 申请人:法雷奥电机设备公司