用于控制電機的方法和系統與流程

本發明涉及用于控制電機的方法和系統，并且更具體地，涉及在控制用于汽車電動水泵的電機的過程中，當因為用于檢測位置的霍爾效應傳感器出現故障時，允許跛行模式(limp home)功能的用于控制電機的方法和系統。

背景技術：

通常，在汽車電動水泵中使用3相無刷直流(BLDC)電機。此外，霍爾效應傳感器通常用于運行BLDC電機。霍爾效應傳感器是被配置為檢測轉子的位置的設備，并且三個霍爾效應傳感器以120度布置在3相BLDC電機中并且被配置為基于提供至3相BLDC電機的具有相位的電流來檢測轉子的位置。基于由霍爾效應傳感器檢測的具有相位的電流的位置信息輸出作為電壓，并且基于該電壓調整電機的轉速和扭矩。

在相關技術中，當在使用如上所述的霍爾效應傳感器來控制電機的方法中出現故障時，該傳統方法停止電機并輸出警報。例如，在相關技術中，當檢測到安裝于汽車電動水泵中的電機中的霍爾效應傳感器的故障時，通過停止電機而停止電動水泵，記錄針對霍爾效應傳感器的故障的診斷故障代碼(DTC)，并且通過開啟儀表板上的服務燈而將警報輸出至駕駛員。

根據相關技術的該控制方法，當因為霍爾效應傳感器而產生故障時，阻止電動水泵循環冷卻水，由此阻止車輛被驅動。此外，當駕駛員忽略或未識別到霍爾效應傳感器的故障的警報并繼續駕駛車輛時，電子設備可能由于受到該故障影響的設備的溫度增加而被損壞。

作為本發明的相關技術而提供的描述僅僅是為了幫助理解本發明的背景，并且不應被解釋為包括在本領域技術人員已知的相關技術中。

技術實現要素：

因此，本發明提供用于控制電機的方法和系統，其允許在由于被配置為檢測控制電機的過程中的電機中的轉子的位置的霍爾效應傳感器產生故障時，在不停止用于汽車電動水泵的電機的情況下，允許跛行模式功能。

根據本發明的一個方面，控制電機的方法可包括：確定霍爾效應傳感器的輸出故障，其中，霍爾效應傳感器被配置為檢測電機的轉子的位置；響應于確定霍爾效應傳感器的輸出故障，基于霍爾效應傳感器的輸出而停止電機的轉速調整；以及基于由電機中的具有不同相位的多個定子線圈生成的反電動勢來調整電機的轉速。

當霍爾效應傳感器的輸出對于電機的所有相位相同時，可檢測來自霍爾效應傳感器的故障。此外，當來自霍爾效應傳感器的輸出在預定次數內連續相同時，可檢測來自霍爾效應傳感器的故障。此外，可通過向具有不同相位的多個定子線圈提供預定極性，以預定轉速運行電機。

該方法可進一步包括：檢測電機中的多個線圈的相位中的任一個相位的反電動勢；使用在反電動勢檢測中檢測的反電動勢來估計其他相位的反電動勢；以及基于在反電動勢檢測和反電動勢估計中獲得的反電動勢來運行電機。反電動勢檢測可包括檢測線圈的相位中的未激勵相位的反電動勢。此外，反電動勢估計可包括使用被檢測反電動勢的線圈與其他線圈之間的相位差來估計其他線圈的反電動勢。

根據本發明的另一方面，用于控制電機的系統可包括：無刷直流(DC)電機，該無刷DC電機包括具有不同相位的多個定子線圈；逆變器，被配置為向無刷DC電機的線圈提供具有不同相位的電流；多個霍爾效應傳感器，被配置為檢測無刷DC電機的轉子的位置；反電動勢檢測器，被配置為檢測具有不同相位的定子線圈中的至少一個的反電動勢；以及電機控制器，被配置為當不存在霍爾效應傳感器的輸出故障時，基于來自霍爾效應傳感器的輸出來調整無刷DC電機的轉速；響應于檢測到來自霍爾效應傳感器的故障，基于來自霍爾效應傳感器的輸出而停止調整無刷DC電機的轉速；以及基于由反電動勢檢測器檢測的反電動勢來調整無刷DC電機的轉速。

響應于檢測到來自霍爾效應傳感器的故障，電機控制器可被配置為基于來自霍爾效應傳感器的輸出而停止調整無刷DC電機的轉速，并且可被配置為通過確定用于具有不同相位的定子線圈的預定極性而以預定轉速運行電機。反電動勢檢測器可被配置為檢測線圈的相位中的未激勵相位的反電動勢，并且電機控制器可被配置為使用被檢測反電動勢的線圈與其他線圈之間的預定相位差來估計其他線圈的反電動勢并且可被配置為基于由反電動勢檢測器檢測的反電動勢以及估計的反電動勢來運行電機。

根據用于控制電機的方法和系統，當由用于控制電機的霍爾效應傳感器產生故障時，能夠基于在電機的線圈中生成的反電動勢來開關電機的控制，而不是停止電機。因此，能夠在不會由于電子部件/設備的過熱/溫度增加而慢轉的情況下，將車輛駕駛至修理廠。因此，能夠降低當車輛由于霍爾效應傳感器的故障而不能被驅動時導致的駕駛員的不便利，并且能夠避免拖車的額外成本。

附圖說明

當結合附圖時，通過以下詳細描述，將更清晰地理解本發明的以上和其他目標、特征和其他優點，在附圖中：

圖1是示出根據本發明的示例性實施方式的用于控制電機的系統的框圖；以及

圖2是示出根據本發明的示例性實施方式的控制電機的方法的流程圖。

具體實施方式

應理解，本文使用的術語“車輛”或“車輛的”或其他類似術語包括廣義的機動車輛，諸如包括運動型多用途車輛(SUV)、公共汽車、卡車、各種商用車輛的載客車輛；包括各種小船、海船的船只；航天器等；并且包括混合動力車輛、電動車輛、燃油車、插入式混合電動車輛、氫動力車輛和其他替代燃料車輛(例如，燃料來源于非汽油能源)。

盡管示例性實施方式描述為使用多個單元來執行示例性過程，然而，應理解的是，還可通過一個或多個模塊來執行示例性過程。此外，應理解的是，術語控制器/控制單元是指包括存儲器和處理器的硬件設備。存儲器被配置為存儲模塊，并且處理器特別地被配置為執行所述模塊，以實現在下文進一步描述的一個或多個過程。

進一步地，本發明的控制邏輯可實施為計算機可讀介質上的包含由處理器、控制器/控制單元等執行的可執行程序指令非暫存性計算機可讀介質。計算機可讀介質的實例包括但不限于ROM、RAM、光盤(CD)-ROM、磁帶、軟盤、閃存驅動器、智能卡以及光學數據存儲設備。計算機可讀記錄介質也可分布在網絡耦接的計算機系統中，從而例如通過遠程信息處理服務器或控制器局域網(CAN)以分布式方式存儲和執行該計算機可讀介質。

本文使用的術語僅是用于描述具體實施方式的目的，而非旨在限制本發明。除非上下文另有明確指示，否則，如本文所用的，單數形式“一”、“一個”以及“該”旨在也包括復數形式。應進一步理解的是，當在本說明書中使用時，術語“包含”和/或“含有”規定了闡述的特征、整數、步驟、運行、元件和/或組件的存在，但并不排除存在或附加有一個或多個其他特征、整數、步驟、運行、元件、組件和/或它們的組合。如本文使用的，術語“和/或”包括一個或多個相關所列項的任何和所有組合。

在下文中，將參考附圖描述根據本發明的各種示例性實施方式的用于控制電機的方法和系統。

圖1是示出根據本發明的示例性實施方式的用于控制電機的系統的框圖。參考圖1，根據本發明的示例性實施方式的用于控制電機的系統可包括無刷DC電機100、逆變器11、多個霍爾效應傳感器13以及反電動勢檢測器(未示出)。該系統的各種元件可由具有處理器和存儲器的控制器(例如，車輛控制器)運行。

無刷DC電機100(用于汽車電動水泵的電機)可由具有多個相位的電流運行。例如，3相無刷DC電機100可由U相、V相和W相的電流運行。逆變器11可被配置為接收DC電力，并且隨后使用開關設備將該DC電力轉換和輸出為具有多個相位的交流電(AC)電流。從逆變器11輸出的具有多個相位的電流可輸入作為運行電機100的電流。逆變器11可被配置為通過向電機中的用于相位的定子線圈周期性地提供具有不同相位的電流來重復地生成在定子線圈之間具有相反極性的磁力而旋轉電機100中的轉子。

例如，三相電機可被配置為通過向線圈提供具有120度的相位差的電流來周期性地改變線圈的極性而通過U相線圈、V相線圈和W相線圈在相反方向上生成磁力，而生成用于定子的扭矩。通過逆變器11的開關是本領域眾所周知的，并且因此已省略其詳細說明。此外，被配置為檢測無刷DC電機100的轉子的位置的霍爾效應傳感器13可以以規則間隔圍繞電機的轉子布置并且可被配置為檢測轉子的位置。換言之，霍爾效應傳感器13可被配置為通過使用由于轉子的旋轉而產生的磁場的改變而生成的霍爾電壓來檢測轉子的位置。使用霍爾效應傳感器13檢測電機的轉子的方法也是本領域眾所周知的，并且因此已省略其詳細說明。

此外，反電動勢檢測器(未示出)可被配置為檢測多個相位的線圈中的任一個的反電動勢。當運行電機100時，可通過電流不通過其流動的線圈(即，在電機100中的具有相位的定子線圈中不被激勵的線圈)生成反電動勢。反電動勢檢測器可被配置為檢測反電動勢。此外，反電動勢檢測器可布置在所有相位線圈上以檢測相位線圈的反電動勢。在本發明的示例性實施方式中，反電動勢檢測器可被提供用于至附近修理廠的相對短的駕駛(即，當由霍爾效應傳感器產生故障時的跛行模式功能)，并且因此，反電動勢檢測器可布置在一個相位線圈上，并且可基于相位的數量，考慮預先設置的相位差來估計其他相位線圈的反電動勢力。用于該估計的計算可由電機控制器15執行。

當霍爾效應傳感器13正常運行(例如，沒有故障)時，電機控制器15可被配置為根據由霍爾效應傳感器13檢測的電機100中的轉子的位置信息來調整電機的轉速。例如，電機控制器15可被配置為基于轉子的位置信息來計算當前電機轉速，比較當前電機轉速與來自外部的指示電機轉速，并且確定逆變器11的開關設備的開關轉速以便調整電機轉速以對應于指示的電機轉速。由電機控制器15確定的開關轉速可提供至PEM開關單元17，并且PEM開關單元17然后可被配置為輸出基于輸入開關轉速的用于開關逆變器11中的開關設備的信號。PWM開關單元17可以是常見PWM驅動器。

此外，電機控制器15可被配置為檢測是否由霍爾效應傳感器13產生輸出故障。當電機控制器15未檢測到霍爾效應傳感器13的故障(例如，傳感器無故障地運行時)，電機控制器15可被配置為基于來自霍爾效應傳感器13的輸出來運行電機100。當電機控制器15檢測到來自霍爾效應傳感器13的故障時，電機控制器15可被配置為終止基于霍爾效應傳感器對電機100的轉速的調整并且基于由反電動勢檢測器檢測的反電動勢來調整電機100的轉速。從以下將描述的根據本發明的示例性實施方式的控制電機的方法，將更清晰地理解使用電機控制器15來控制電機的方法。

圖2是示出根據本發明的示例性實施方式的控制電機的方法的流程圖。參考圖2，根據本發明的示例性實施方式的控制電機的方法可包括：由控制器確定被配置為檢測電機100的轉子的位置的霍爾效應傳感器13的輸出故障(S11和S13)；由控制器響應于檢測到霍爾效應傳感器13的輸出故障，停止基于霍爾效應傳感器13的輸出來調整電機的轉速(S15和S17)；以及由控制器基于由電機100中的具有不同相位的多個定子線圈生成的反電動勢來調整電機100的轉速(S19、S21和S23)。

根據本發明的示例性實施方式的控制電機的方法的步驟可由以上描述的用于控制電機的系統的電機控制器15來執行。

首先，電機控制器15可被配置為執行故障檢測過程(S11和S13)，在該故障檢測過程中，以規則間隔接收來自霍爾效應傳感器13的輸出并且基于該輸出檢測來自霍爾效應傳感器的故障。通常，在以規則間隔布置在包括具有多個相位的線圈的電機中的多個霍爾效應傳感器13中，至少一個或多個霍爾效應傳感器可示出高狀態并且至少一個或多個霍爾效應傳感器可示出低狀態。因此，當多個霍爾效應傳感器13全部處于高狀態或低狀態時，可檢測到來自霍爾效應傳感器13的故障。然而，由于電機100的運行環境所造成的噪聲，所有霍爾效應傳感器13可臨時處于高狀態或低狀態，并且因此，在本發明的示例性實施方式中，當來自霍爾效應傳感器13的所有輸出連續處于高狀態或低狀態超過預定次數N時，可檢測到來自霍爾效應傳感器13的故障(S13)。即，可通過監控霍爾效應傳感器13的高狀態和低狀態達預定時間段，來防止不正確的故障檢測。

如上所述，響應于確定在霍爾效應傳感器13中不存在故障，可執行基于來自霍爾效應傳感器13的輸出的電機控制(S24)。響應于檢測到來自霍爾效應傳感器13的故障，電機控制器15可被配置為終止基于來自霍爾效應傳感器13的輸出對電機轉速的調整。在終止基于來自霍爾效應傳感器13的輸出而調整轉速時，電機控制器15可被配置為向被配置為運行車輛以記錄故障代碼的另一控制器(例如，總體控制器/車輛控制器)發送故障代碼，并且總體控制器可被配置為在車輛內的儀表板等上開啟警報燈以便向駕駛員提供關于來自霍爾效應傳感器的故障的通知。

此外，在S17中，電機發電機5可被配置為通過向電機100中的具有不同相位的多個定子線圈提供預定極性而以預定轉速運行電機100。在S17中執行的控制是一類開環控制，在該開環控制中，電機控制器15可被配置為確定逆變器11的開關轉速以使得電機具有對應于預定轉速的預定極性的線圈，并且向PWM開關單元17發送開關轉速。電機100的預定轉速可以是適于使用反電動勢的電機控制(將隨后執行)的電機轉速。

此外，電機控制器15可被配置為對電機100執行無傳感器控制，該無傳感器控制可包括：檢測電機中的多個線圈的相位中的任一個相位的反電動勢(S19)；使用在反電動勢檢測中檢測的反電動勢來估計其他相位的反電動勢(S21)；以及基于在反電動勢檢測(S19)和反電動勢估計(S21)中獲得的反電動勢來運行電機。反電動勢的檢測(S19)可通過反電動勢檢測器執行，該反電動勢檢測器被配置為檢測電機100中的多個線圈中的未被激勵的線圈的相位的反電動勢，但是在圖中未示出該反電動勢檢測器。

在估計反電動勢時(S21)，能夠使用由反電動勢檢測器(未示出)檢測反電動勢的線圈與其他線圈之間的相位差來估計其他線圈的反電動勢。例如，當反電動勢檢測器(未示出)布置在3相線圈的W相線圈上并且檢測W相線圈的反電動勢時，電機控制器15可被配置為通過向W相線圈的反電動勢波形加120度的相位差來檢測V相線圈的反電動勢波形。此外，電機控制器15可被配置為通過從W相線圈的反電動勢波形減去120度的相位差來檢測U相線圈的反電動勢波形。

最后，電機控制器15可被配置為基于在反電動勢的檢測(S19)以及反電動勢的估計(S21)中獲得的相位的反電動勢來運行電機100(S23)。在步驟S23中執行的轉速控制是閉環控制，在閉環控制中，例如，可使用檢測反電動勢的在反電動勢的每個交叉處進行的零交叉點以及電機100的多個線圈的公用點的零相位并且運行逆變器11使得電流流動至電機100的控制方法。

如上所述，根據本發明的示例性實施方式，當由用于控制電機的霍爾效應傳感器產生故障時，能夠基于在電機的線圈中生成的反電動勢通過電機的開關控制來連續運行電機而不是停止電機。具體地，當根據本發明的示例性實施方式應用至汽車電動水泵時，甚至由水泵電機中的霍爾效應傳感器產生故障，也不需要停止車輛并且在存在由于車輛內的電子部件的過熱/溫度增加而慢轉的情況下，駕駛員可繼續將車輛駕駛至修理廠。

具體地，根據本發明的示例性實施方式的方法不檢測和調整將應用至相對短距離駕駛的電機中的具有不同相位的所有線圈的反電動勢來用于移除霍爾效應傳感器的故障，而是只計算一個相位線圈的反電動勢并且估計其他相位線圈的反電動勢，以便由此最大抑制制造成本的提高，并且提高駕駛員的安全性和便利性。

盡管參考附圖中示出的示例性實施方式描述了本發明，但對本領域技術人員顯而易見的是，在不背離在以下權利要求中所描述的本發明的范圍的情況下，可以以各種方式改變和修改本發明。