技术领域
[0001] 本公开涉及混合动力
电动车辆领域。更具体地，本公开涉及一种验证电气连接正确的方法。
背景技术
[0002] 许多车辆在宽范围的车速(包括前进运动和后退运动两者)上使用。然而，某些类型的
发动机能够仅在窄的速度范围内有效地操作。因此，经常采用能够以各种
传动比有效地传递动力的变速器。当车辆处于低速时，变速器通常以高传动比操作，使得其将
发动机扭矩倍增以获得改善的
加速。在高车速下，以低传动比操作变速器允许与安静、
燃料高效的巡航关联的
发动机转速。
[0003] 为了减少燃料消耗，一些车辆包括电动
动力传动系统。电动动力传动系统包括完全依靠存储的电力操作的
电池电动车辆，以及利用
能量存储来补充内燃发动机产生的动力的混合动力传动系统。混合动力传动系统还能够捕获并随后使用否则将由
制动系统消耗的能量。一些混合动力传动系统，称为插电式混合动力传动系统，允许在车辆停放时用
电网对电池充电。
发明内容
[0004] 一种电动车辆包括同步
马达、逆变器和
控制器。马达包括
定子和
转子。逆变器通过三根
电缆连接到三个定子绕组。控制器被编程为在电缆被不正确地连接的情况下禁用马达。具体地，控制器被编程为在转子静止时命令逆变器在马达中建立旋转
磁场，以及基于
电流响应和转子的
位置选择性地阻止动力操作。逆变器
开关频率与旋转磁场的频率的比率可以在10和20之间。控制器可以基于电流响应的样本，使用离散傅里叶变换来计算负响应电流的
相位角。正确的连接将由响应电流的相位角是转子位置的两倍减去pi/2来指示。当负响应电流的相位角与该值相差超过
阈值时，推断不正确的连接。控制器可以向操作者指示三根电缆中的哪些电缆应当被交换以建立正确的连接。控制器还可以通知用户电流响应是否与正确连接一致，但也与可能的不正确连接一致。控制器还可以在转子静止时命令逆变器向电缆中建立两个
电压脉冲，这些脉冲量值相等且相位角相反，以及响应于所得到的
直流分量与解析器的正确连接不一致而禁用车辆操作。
[0005] 一种检测逆变器和同步马达之间的电力电缆的不正确连接的方法，包括：保持转子静止；测量转子位置；命令逆变器改变所述电缆的电压，以在马达中建立旋转磁场；测量响应电流；以及响应于负响应电流的相位角和转子位置之间的关系而报告不正确的连接。具体地，当负响应电流的相位角与转子位置的两倍减去pi/2之间的差的绝对值超过阈值时，可以报告不正确的连接。
附图说明
[0006] 图1是混合动力车辆动力传动系统的示意图。
[0007] 图2是适于在图1的混合动力车辆动力传动系统中使用的同步马达和逆变器的示意图。
[0008] 图3是示出验证图2的马达和逆变器之间的正确电气连接的方法的
流程图。
[0009] 图4是详细描述在图3的过程中的解析器极性检查的流程图。
[0010] 图5是指示在图4的过程期间电压和电流之间的关系的曲线图。
[0011] 图6是详细描述图3的过程中的电缆交换检查的流程图。
[0012] 图7是指示在图6的过程期间电压和电流之间的关系的图。
具体实施方式
[0013] 根据需要，在此公开了本发明的详细
实施例；然而，应当理解的是，所公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明可以以各种和替代的形式实施。附图无需按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性
基础。
[0014] 图1是功率分流混合动力传动系统的横截面。机械连接用实线表示。电功率连接由虚线表示。
信号流由虚线表示。机械动力由内燃发动机10提供。发动机10的
曲轴固定地联接到简单行星
齿轮组的
行星架12。第一
电机14的转子固定地联接到
行星齿轮组的中心齿轮16。
输出轴18可驱动地连接到行星齿轮组的环形齿轮20。动力从输出轴18传递到
差速器，差速器将机械动力引导到
驱动轮。第二电机24的转子可驱动地连接到输出轴18。虽然在图1中示出了马达24和输出轴18彼此固定地联接并且联接到环形齿轮20，但是在一些实施例中可以存在中间齿轮。一组行星齿轮24被
支撑以相对于行星架12旋转并且与中心齿轮16和环形齿轮20
啮合。电机14和22都是可逆电机，其能够将电功率转换为机械功率并将机械功率转换为电功率。第一电机可被称为发电机，第二电机可被称为牵引马达。这些术语仅仅是与电机的最常见功能相关的标签。两个电机在电池26中存储电功率和/或从电池26接收电功率。
控制器28向发动机10和电机14和22发送信号以调节由每个部件产生的扭矩。控制器还接收来自这些部件，来自电池26和来自图1中未示出的其他部件的信号。
[0015] 图2更详细地示出了牵引马达22的结构。马达22是三相同步马达。发电机14被类似地构造。定子30固定到变速箱。转子32被支撑以相对于定子30旋转。小的空气间隙径向地将定子30和转子32分开。定子30包括三相绕组。这些通过三根电力电缆36连接到逆变器34。逆变器34通过DC总线38连接到电池26。逆变器34通过将电缆电气连接到DC总线的正
端子、DC总线的负端子或两者都不建立跨越绕组的电压。为了建立低于DC总线电压的电压
水平，逆变器间歇地进行这些连接并且通过改变相应DC端子连接的时间百分比来控制电压。这被称为脉冲宽度调制(PWM)。在PWM操作期间端子连接和断开的频率称为开关频率。
[0016] 定子绕组两端的电压导致通过定子绕组的电流，这在马达中产生磁场。转子包括由磁场吸引或排斥的
永磁体。这些磁力导致转子上的机械扭矩。扭矩的量值取决于电流的量值并且还取决于磁场相对于转子的位置的取向。转子的旋转还在定子绕组中感应电流。为了获得期望的扭矩，通过绕组的电流必须随着转子旋转而改变。为了实现这一点，跨越绕组两端的电压必须随着转子旋转而变化。控制器可以
指定相对于转子的电压。换句话说，在旋转参考系中指定电压。通常，在旋转笛卡尔参考系中通过d和q分量， 和 来指定电压命令。为了将 和 转换成三根电力电缆36上的电压，逆变器34必须知道转子的位置。逆变器34使用解析器40确定转子的位置，解析器40通过信号总线42连接到逆变器34。逆变器34还测量通过绕组的电流，将这些值转换为旋转参考系，并且向控制器28报告d和q分量， 和为了最精确的扭矩控制，控制器28可以以闭环方式调节 和 来实现期望的 和[0017] 对于具有两个磁极的马达，在稳态操作期间，对于转子的每次物理旋转，电压和电流将经历一个完整的周期。然而，许多马达有两个以上的磁极。对于具有N个磁极的马达，电压和电流将在转子的每次物理旋转中经历N/2个循环。为了控制马达
电子器件，转子相对于磁极的位置(称为电气位置)是重要的标准。除非另有说明，否则在本文件中，转子位置或速度的任何讨论都是指电气位置。
[0018] 马达、解析器和逆变器被单独制造，因此电力电缆36和解析器信号总线42必须在部件被组装到变速器中之后被连接。维修或修理混合动力变速器可能需要断开和重新连接该布线。解析器信号总线42可以以相反的极性安装。如果发生这种情况，则逆变器可能误计算转子位置，导致控制器命令不正确地转换为相电压并且将相电流不适当地转换为笛卡尔坐标。此外，电力电缆可彼此交换。如果发生这种情况，则马达扭矩可能具有不期望的量值或甚至方向。由于这些原因，期望在变速器的组装或重新组装之后验证连接已被正确地进行。
[0019] 图3示出了用于自动检查正确布线的过程。在50处，控制器通过检查标记的状态来检查布线是否已经潜在地改变。可以在进入在任何服务过程之后执行的经销商模式时设置标志。可替代地，控制器可以感测断开状态并且自动设置标志。如果标志未被设置为50，这意味着布线已经连续连接，则过程结束。在52处，控制器确保转子保持静止。在图1的功率分流混合动力配置中，只要车辆处于停车状态且发动机未操作，两个马达都将是静止的。在54处，如在图4中进一步详细描述的，控制器进行解析器极性检查。
[0020] 现在参考图4，控制器通过将 设置为参考电压并将 设置为零持续预定的相对短的持续时间来命令正电压脉冲。正电压脉冲导致正电流脉冲。在56处，控制器记录正电流脉冲的峰值结果 和 分量，并将这些值分别存储为 和 类似地，在60处，控制器通过将 设置为具有与参考电压相同量值的负值并且将 设置为零持续相同的预定持续时间来命令负电压脉冲。在62处，控制器分别将所得电流尖峰的峰值 和 分量存储为 和由于永磁同步马达的特性， 的量值应该大于 控制器在64处检查量值是否相差至少阈值量。如果不是，则检查结束，而不得出关于解析器极性是否正确的确定结论。如果在64处存在量值分离，则控制器继续到66。如果正电流脉冲的峰值d分量 的量值大于负电流脉冲的峰值分量 则控制器在68处断定解析器被正确布线。否则，控制器在70处断定解析器以相反的极性布线。在图5中示出了对正确布线的响应。
[0021] 现在返回到图3，如果极性检查未能断定解析器极性正确，如在70处所确定的，则控制器在72处通知操作者结果。例如，可以通过设置由服务人员可读取的故障代码、通过所显示的消息或通过音频消息来通知操作者。当极性检查断定解析器是反向布线时，该消息可以指示操作者应当执行什么步骤(诸如断开解析器并且将其以相反极性重新连接)来补救该问题。当极性检查是不确定的时，该消息可以指示操作者应当重复该过程并且可以建议增加获得确定性结果的可能性的动作。在74处，车辆被禁用，使得在不能确认正确的布线之前不允许正常操作。可启用一些有限操作以促进重新检查。例如，如果图1的功率分流混合动力传动系统中的电机中只有一个未通过验证，则可以允许仅利用另一电机和发动机的操作。如在图6中进一步详细描述的，如果控制器断定解析器极性正确，则控制器继续在76处执行电缆交换检查。
[0022] 现在参考图6，在78处，控制器命令在静止参考系中旋转的电压。该 和 分量都是正弦的。所命令的电压的频率ω优选在开关频率的1/20与1/10之间。在命令旋转电压的同时，每隔一定间隔，控制器记录 和 电流分量的值，使得控制器获得这些分量的时间序列。图7示出在转子静止的情况下由旋转电压引起的电流。具体地，所得到的电流包括两个
叠加的响应电流，一个沿与电压相同的方向旋转，而另一个沿电压的相反方向旋转。在与电压相同的方向上旋转的那个被称为正序电流响应，并且在图7中由分量 和 表示。在与电压相反的方向上旋转的那个被称为负序电流响应，并且在图7中由分量 和 表示。图7示出了特定时刻的电压和响应电流。随着时间的推移，电压和正响应电流逆
时针旋转，而负响应电流顺时针旋转。数学上，作为时间函数的响应电流遵循以下等式:
[0023]
[0024] 在82处，离散傅里叶变换被用于分别根据所测量的电流的时间序列来计算正序电流响应和负序电流响应的量值、Icp和Icn以及相位角θcp和θcn。在84处，基于来自解析器的信号确定转子位置θe。下面的表1表示转子位置θe与负序电流响应的相位角θcn之间的关系。所述关系根据电力电缆连接的方式而变化。实际连接由三个字母顺序表示，其中abc表示正确连接，bac表示a和b电缆的反转，acb表示b和c电缆的反转，依此类推。假设每根电缆被插入到插口中，则存在六种不同的实际连接可能性。
[0025] 表格1
[0026]
[0027] 在86处，控制器检查所计算的θe值和θcn值是否与表1中的关系一致。请注意，θe和θcn的一些组合与一种以上的电力电缆布置相一致。具体地，当θe是2π/6的倍数时，组合将可能满足一致性标准中的两个。如果在88处这些值不能满足正确布线的一致性标准，则控制器在90处断定布线不正确。如果在88处这些值满足正确布线的一致性标准，并且在92处不满足五种不正确可能性中的任何一种的一致性标准，则控制器在94处断定电力电缆连接正确。如果在88处这些值满足正确布线的一致性标准，并且在92处也满足五种不正确可能性中的一种或多种的一致性标准，则不能得出关于电力电缆是否正确连接的结论。
[0028] 现在返回到图3，如果电缆交换检查未能断定电力电缆被正确地布线，如在96处所确定的，则控制器在98处通知操作者该结果。通知操作者的潜在方法与在72处相同。当电缆交换检查断定解析器布线不正确时，该消息可以指示操作者应该反转哪些电缆以根据满足不正确布线的一致性标准来补救问题。当电缆交换检查是不确定的时，该消息可以指示操作者应当重复该过程并且可以建议重新
定位转子并重新测试。在74处，如前所述，车辆被禁用。如果控制器断定电力电缆连接正确，则控制器清除标志，以防止在再次设置该标志之前重新执行该程序。
[0029] 不同于检测三根电力电缆的错误连接的其他已知方法，上面提出的方法不需要转子的旋转，并且可以用较小量值的电压和电流来执行。由此避免了可由这些已知方法引起的振动。此外，已知的方法不确定必须交换哪些电缆来补救错误连接。
[0030] 虽然以上描述了示例性实施例，但并不意味着这些实施例描述了本发明的所有可能形式。相反，
说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，并且应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。另外，可组合各种实现的实施例的特征以形成本发明的另外的实施例。
[0031] 根据本发明，提供了一种电动车辆，其具有:同步马达，其具有定子和转子；逆变器，其通过三根电缆连接到三个定子绕组；以及控制器，其被编程为在所述转子静止时命令所述逆变器在所述马达中建立旋转磁场，以及基于所述电缆上的电流响应和所述转子的位置选择性地阻止动力马达操作。
[0032] 根据一个实施例，控制器还被编程为使用解析器测量转子位置；对所述电流响应进行
采样；以及使用离散傅里叶变换来计算负响应电流的相位角。
[0033] 根据一个实施例，电流响应包括负响应电流的相位角与转子位置的两倍减去pi/2之间的差的绝对值大于阈值。
[0034] 根据一个实施例，逆变器开关频率与旋转磁场的频率的比率在10和20之间。
[0035] 根据一个实施例，控制器还被编程为向操作者指示三根电缆中的哪些电缆应当被交换以建立正确的连接。
[0036] 根据一个实施例，控制器还被编程为当电流响应与正确的连接和不正确的连接两者都一致时通知操作者。
[0037] 根据一个实施例，控制器还被编程为在转子静止时命令逆变器向电缆中建立两个电压脉冲，脉冲量值相等且相位角相反，以及响应于所得到的直流分量与解析器的正确连接不一致而禁用车辆操作。
[0038] 根据一个实施例，上述发明的特征还在于行星齿轮组，其具有可驱动地联接到输出轴和转子的第一部件、可驱动地连接到内燃发动机的第二部件和可驱动地连接到第二电机的第三部件。
[0039] 根据一个实施例，上述发明的特征还在于行星齿轮组，其具有可驱动地联接到输出轴和第二电机的第一部件、可驱动地连接到内燃发动机的第二部件和可驱动地连接到转子的第三部件。
[0040] 根据本发明，提供了一种检测逆变器和同步马达之间的电力电缆的不正确连接的方法:保持转子静止；测量转子位置；命令所述逆变器改变所述电缆的电压以在所述马达中建立旋转磁场；测量响应电流；以及响应于负响应电流的相位角与转子位置之间的关系来报告不正确的连接。
[0041] 根据一个实施例，负响应电流的相位角与转子位置之间的关系包括负响应电流的相位角与转子位置的两倍减去pi/2之间的差的绝对值大于阈值。
[0042] 根据一个实施例，逆变器开关频率和旋转磁场频率的比率在10和20之间。
[0043] 根据一个实施例，上述发明的特征还在于报告应该交换电力电缆中的那些以建立正确的连接。
[0044] 根据一个实施例，上述发明的特征还在于:当转子静止时，命令逆变器向电缆中建立两个电压脉冲，这些脉冲量值相等且相位角相反，以及响应于所得到的直流分量与解析器的正确连接不一致而报告解析器的不正确连接。
[0045] 根据一个实施例，同步马达和逆变器安装在车辆中，并且该方法由也安装在车辆中的控制器执行。
[0046] 根据本发明，提供了一种电动车辆，其具有:同步马达，其具有定子和转子；解析器，其被配置为测量转子的位置；逆变器，其通过三根电缆连接到三个定子绕组；以及控制器，其被编程为在所述转子静止时命令所述逆变器改变所述电缆的电压以在所述马达中建立旋转磁场，计算负响应电流的相位角，以及响应于所述相位角与所述转子位置的两倍减去pi/2之间的差的绝对值大于阈值而禁用车辆操作。
[0047] 根据一个实施例，控制器还被编程为向操作者指示三根电缆中的哪些电缆应当被交换以建立正确的连接。
[0048] 根据一个实施例，控制器还被编程为在转子静止时命令逆变器向电缆中建立两个电压脉冲，脉冲量值相等且相位角相反，以及响应于所得到的直流分量与解析器的正确连接不一致而禁用车辆操作。
[0049] 根据一个实施例，上述发明的特征还在于行星齿轮组，其具有可驱动地联接到输出轴和转子的第一部件、可驱动地连接到内燃发动机的第二部件和可驱动地连接到第二电机的第三部件。
[0050] 根据一个实施例，上述发明的特征还在于行星齿轮组，其具有可驱动地联接到输出轴和第二电机的第一部件、可驱动地连接到内燃发动机的第二部件和可驱动地连接到转子的第三部件。
