一种EPS相电流故障检测方法、装置及系统

技术领域

本申请涉及汽车技术领域，特别涉及一种EPS相电流故障检测方法、装置及系统。

背景技术

电动助力转向系统(Electric Power Steering，EPS)是依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统，目前，基于永磁同步电机的EPS一般可以采用一个至三个电流传感器采集其中的电流信息，将所采集的电流信息作为闭环控制的反馈量，实现实时地跟随驾驶员的操作进行转向助力。在EPS中，一旦助力电机的电流出现异常，将会相应地导致助力电机异常运行，大大降低车辆的转向性能，在车辆高速行驶时，转向性能出现异常可能会给驾乘人员带来极大的安全隐患。

当前对EPS的相电流进行诊断时，通常主要针对电机电流过流、电机检测电路短路以及电机检测电路断路这三种故障进行诊断，在检测到出现上述三种故障时及时地采取相应的保护措施，以保证EPS处于安全状态。但在一些情况下，如电机电流出现较大偏差、电机电流反向等，同样会导致助力电机工作异常，出现非预期的转向力，为驾乘人员带来危险。可见，在对EPS相电流进行检测时，除了需要检测过流、短路和断路外，还需要对电机电流的准确性以及合理性进行检测，以防止出现非预期的转向力。

现有技术中，用于检测电机电流的准确性以及合理性的方法主要有以下两种：第一种方法是对三路电机相电流进行检测，由于三相电流之和为零，因此可以通过其中两相电流推算出第三相电流，将推算得到的第三相电流与实际检测到的第三相电流进行校核，从而判断三相电流是否出现异常。第二种方法是采用两相电流方案加上固定点校核的方法，通过增加硬件电路，周期性地将电流采样电流钳位到固定值，通过AD采样采集该点电压，从而依据所采集的电压确定电流采样电路是否发生异常。

然而，上述第一种方法由于需要在电机三相上设置三个采样电阻和至少三个运算放大器及相关电路才能够采集三相电流，因此，会相应地增加硬件成本；上述第二种方法直接将固定的电压施加到运算放大器的正端和负端，然后再经过运放作用后将电压输出到微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)的采样端口，跳过了采样电阻，因此，该方法只能检测到电流采样电路的异常情况，如若采样电阻本身出现异常，该方法将无法检测出EPS相电流是否出现故障。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种EPS相电流故障检测方法，能够及时有效地检测EPS相电流是否出现故障。

本申请实施例公开了如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供了一种电动助力转向系统EPS相电流故障检测方法，所述方法包括：

获取电机三相电压占空比、母线电压、电机电角度以及电机本体特征参数；

根据所述电机三相电压占空比、所述母线电压、所述电机电角度以及所述电机本体特征参数，确定电机三相预测电流；

将所述电机三相预测电流与电机三相实际电流进行对比，根据对比结果确定EPS相电流是否出现故障。

可选的，所述根据所述电机三相电压占空比、所述母线电压、所述电机电角度以及所述电机本体特征参数，确定电机三相预测电流，包括：

根据所述电机三相电压占空比以及所述母线电压，计算电机三相电压；

根据所述电机三相电压以及所述电机电角度，计算d轴电压和q轴电压；

根据所述d轴电压、所述q轴电压和所述电机本体特征参数，计算d轴电流和q轴电流；

根据所述d轴电流、所述q轴电流和所述电机电角度，计算所述电机三相预测电流。

可选的，通过公式(1)计算所述电机三相电压：

其中，U

通过公式(2)计算所述d轴电压和所述q轴电压：

其中，U

通过公式(3)计算所述d轴电流和所述q轴电流：

其中，R为电机三相绕组相电阻，属于所述电机本体特征参数；L

通过公式(4)计算所述电机三相预测电流：

其中，i

可选的，所述将所述电机三相预测电流与电机三相实际电流进行对比，根据对比结果确定EPS相电流是否出现故障，包括：

分别计算所述电机三相预测电流与所述电机三相实际电流之间的差值，若所述差值的绝对值大于预设阈值，且持续预设时间段，则确定所述EPS相电流出现故障。

第二方面，本申请实施例提供了一种电动助力转向系统EPS相电流故障检测装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取电机三相电压占空比、母线电压、电机电角度以及电机本体特征参数；

计算模块，用于根据所述电机三相电压占空比、所述母线电压、所述电机电角度以及所述电机本体特征参数，确定电机三相预测电流；

判断模块，用于将所述电机三相预测电流与电机三相实际电流进行对比，根据对比结果确定EPS相电流是否出现故障。

可选的，所述计算模块包括：

第一计算子模块，用于根据所述电机三相电压占空比以及所述母线电压，计算电机三相电压；

第二计算子模块，用于根据所述电机三相电压以及所述电机电角度，计算d轴电压和q轴电压；

第三计算子模块，用于根据所述d轴电压、所述q轴电压和所述电机本体特征参数，计算d轴电流和q轴电流；

第四计算子模块，用于根据所述d轴电流、所述q轴电流和所述电机电角度，计算所述电机三相预测电流。

可选的，所述第一计算子模块具体用于通过公式(1)计算所述电机三相电压：

其中，U

所述第二计算子模块具体用于通过公式(2)计算所述d轴电压和所述q轴电压：

其中，U

所述第三计算子模块具体用于通过公式(3)计算所述d轴电流和所述q轴电流：

其中，R为电机三相绕组相电阻，属于所述电机本体特征参数；L

通过公式(4)计算所述电机三相预测电流：

其中，i

可选的，所述判断模块具体用于：

分别计算所述电机三相预测电流与所述电机三相实际电流之间的差值，若所述差值的绝对值大于预设阈值，且持续预设时间段，则确定所述EPS相电流出现故障。

第三方面，本申请实施例提供了一种EPS相电流故障检测系统，所述系统包括：微控制单元MCU、电机转子位置和转速检测模块、电机电流采样及管理模块和电机驱动模块；

所述电机驱动模块包括：占空比检测电路和母线电压检测电路；所述占空比检测电路，用于检测电机三相电压占空比，并将所述电机三相电压占空比发送至所述MCU；所述母线电压检测电路，用于检测母线电压，并将所述母线电压发送至所述MCU；

所述电机转子位置和转速检测模块，用于检测电机电角度，并将所述电机电角度发送至所述MCU；

所述电机电流采样及管理模块，用于采集电机三相实际电流，并将所述电机三相实际电流发送至所述MCU；

所述MCU，用于执行上述第一方面所述的EPS相电流故障检测方法，以确定所述EPS相电流是否出现故障。

由上述技术方案可以看出，本申请实施例提供的EPS相电流故障检测方法包括：先获取电机三相电压占空比、母线电压、电机电角度以及电机本体特征参数，然后根据所获取的电机三相电压占空比、母线电压、电机电角度以及电机本体特征参数，确定电机三相预测电流，进而将电机三相预测电流和电机三相实际电流进行对比，依据该对比结果确定EPS相电流是否出现故障。如此，即使在EPS中采用低成本的双电阻或单电阻进行采样，仍能对EPS相电流进行校核，达到对EPS相电流进行实时监控的目的，在降低硬件成本的同时，使得EPS系统电流采样满足功能安全ASIL D的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种EPS相电流故障检测系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种EPS相电流故障检测方法的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的一种EPS相电流故障检测装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了解决现有技术存在的技术问题，本申请提供了一种EPS相电流故障检测方法，该方法能够在不提高EPS系统硬件成本的基础上，实现及时有效地检测EPS相电流故障；下面对本申请实施例提供的EPS相电流故障检测方法的核心技术思路进行介绍：

在本申请实施例提供的EPS相电流故障检测方法中，先获取电机三相电压占空比、母线电压、电机电角度以及电机本体特征参数，然后根据所获取的电机三相电压占空比、母线电压、电机电角度以及电机本体特征参数，确定电机三相预测电流，进而将电机三相预测电流和电机三相实际电流进行对比，依据该对比结果确定EPS相电流是否出现故障。如此，即使在EPS中采用低成本的双电阻或单电阻进行采样，仍能对EPS相电流进行校核，达到对EPS相电流进行实时监控的目的，在降低硬件成本的同时，使得EPS系统电流采样满足功能安全ASIL D的要求。

应理解，本申请实施例提供的EPS相电流故障检测方法通常应用于EPS相电流故障检测系统，下面结合附图，对本申请实施例提供的EPS相电流故障检测系统进行介绍。

参见图1，图1为本申请实施例提供的EPS相电流故障检测系统的结构示意图，如图1所示，该EPS相电流故障检测系统中包括：微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)、电机转子位置和转速检测模块、电机电流采样及管理模块和电机驱动模块。

其中，电机驱动模块中包括占空比检测电路和母线电压检测电路，占空比检测电路用于检测电机三相电压占空比Duty

其中，电机转子位置和转速检测模块用于检测电机电角度θ，并将该电机电角度θ发送至MCU。

其中，电机电流采样及管理模块用于采集电机三相实际电流i’

其中，MCU(即为图1中的控制算法模块)用于执行本申请实施例提供的EPS相电流故障检测方法；具体的，MCU获取到电机驱动模块发送的电机三相电压占空比、母线电压，以及电机转子位置和转速检测模块发送的电机电角度后，将这些数据与电机本体特征参数结合起来，根据电机三相电压占空比、母线电压、电机电角度以及电机本体特征参数，确定电机三相预测电流，进而，将所确定的电机三相预测电流与电机电流采样及管理模块采集的电机三相实际电流进行对比，根据该对比结果确定EPS相电流是否出现故障。

可选的，该EPS相电流故障检测系统中还可以包括：永磁同步电机本体、电机位置传感器以及电机控制算法模块等。

下面通过实施例的方式对本申请提供的EPS相电流故障检测方法进行介绍。

参见图2，图2为本申请实施例提供的EPS相电流故障检测方法的流程示意图；为了便于描述，下面以MCU作为执行主体，对本申请实施例提供的EPS相电流故障检测方法进行描述；如图2所示，该EPS相电流故障检测方法包括以下步骤：

步骤201：获取电机三相电压占空比、母线电压、电机电角度以及电机本体特征参数。

根据上文介绍的EPS相电流故障检测系统的工作原理可知，MCU可以从电机驱动模块出获取到电机三相电压占空比Duty

需要说明的是，上述电机的本体特征参数具体可以包括电机三相绕组电阻R、电机直轴同步电感L

步骤202：根据所述电机三相电压占空比、所述母线电压、所述电机电角度以及所述电机本体特征参数，确定电机三相预测电流。

MCU获取到上述电机三相电压占空比、母线电压、电机电角度以及电机本体特征参数，即可根据所获取的电机三相电压占空比、母线电压、电机电角度以及电机本体特征参数，计算电机三相预测电流。

具体实现时，MCU可以根据电机三相电压占空比Duty

其中，U

然后，MCU可以根据经式(1)计算得到的电机三相电压以及电机电角度，计算d轴电压和q轴电压，具体计算公式如式(2)所示：

其中，U

接下来，MCU可以根据经式(2)计算得到的d轴电压、q轴电压和电机本体特征参数，计算d轴电流和q轴电流，具体计算公式如式(3)所示：

其中，R为电机三相绕组相电阻，属于电机本体特征参数；L

最后，根据经式(3)计算得到的d轴电流、q轴电流和电机电角度，计算电机三相预测电流，具体计算公式如式(4)所示：

其中，i

步骤203：将所述电机三相预测电流与电机三相实际电流进行对比，根据对比结果确定EPS相电流是否出现故障。

经步骤202计算得到电机三相预测电流i

需要说明的是，通常情况下电机电流采样及管理模块可以采集三相电流中的任意两相电流，将所采集的两相电流发送至MCU后，MCU可以基于电机三相电流矢量和为零的原理，计算得到第三相电流，从而得到电机三相实际电流。

具体将电机三相预测电流与电机三相实际电流进行对比时，MCU可以将电机三相预测电流i

应理解，上述预设阈值以及预设时间段均可根据实际需求进行设定，在此不对该预设阈值以及预设时间段做具体限定。

在上述实施例提供的EPS相电流故障检测方法中，MCU先获取电机三相电压占空比、母线电压、电机电角度以及电机本体特征参数，然后根据所获取的电机三相电压占空比、母线电压、电机电角度以及电机本体特征参数，确定电机三相预测电流，进而将电机三相预测电流和电机三相实际电流进行对比，依据该对比结果确定EPS相电流是否出现故障。如此，即使在EPS中采用低成本的双电阻或单电阻进行采样，仍能对EPS相电流进行校核，达到对EPS相电流进行实时监控的目的，在降低硬件成本的同时，使得EPS系统电流采样满足功能安全ASIL D的要求。

针对上文所述的EPS相电流故障检测方法，本申请实施例还相应地提供了EPS相电流故障检测装置，参见图3，图3为本申请实施例提供的EPS相电流故障检测装置的结构示意图；如图3所示，该EPS相电流故障检测装置包括：

获取模块301，用于获取电机三相电压占空比、母线电压、电机电角度以及电机本体特征参数；

计算模块302，用于根据所述电机三相电压占空比、所述母线电压、所述电机电角度以及所述电机本体特征参数，确定电机三相预测电流；

判断模块303，用于将所述电机三相预测电流与电机三相实际电流进行对比，根据对比结果确定EPS相电流是否出现故障。

可选的，所述计算模块包括：

第一计算子模块，用于根据所述电机三相电压占空比以及所述母线电压，计算电机三相电压；

第二计算子模块，用于根据所述电机三相电压以及所述电机电角度，计算d轴电压和q轴电压；

第三计算子模块，用于根据所述d轴电压、所述q轴电压和所述电机本体特征参数，计算d轴电流和q轴电流；

第四计算子模块，用于根据所述d轴电流、所述q轴电流和所述电机电角度，计算所述电机三相预测电流。

可选的，所述第一计算子模块具体用于通过公式(1)计算所述电机三相电压：

其中，U

所述第二计算子模块具体用于通过公式(2)计算所述d轴电压和所述q轴电压：

其中，U

所述第三计算子模块具体用于通过公式(3)计算所述d轴电流和所述q轴电流：

其中，R为电机三相绕组相电阻，属于所述电机本体特征参数；L

通过公式(4)计算所述电机三相预测电流：

其中，i

可选的，所述判断模块具体用于：

分别计算所述电机三相预测电流与所述电机三相实际电流之间的差值，若所述差值的绝对值大于预设阈值，且持续预设时间段，则确定所述EPS相电流出现故障。

在上述实施例提供的EPS相电流故障检测装置中，获取模块先获取电机三相电压占空比、母线电压、电机电角度以及电机本体特征参数，然后计算模块根据所获取的电机三相电压占空比、母线电压、电机电角度以及电机本体特征参数，确定电机三相预测电流，进而判断模块将电机三相预测电流和电机三相实际电流进行对比，依据该对比结果确定EPS相电流是否出现故障。如此，即使在EPS中采用低成本的双电阻或单电阻进行采样，仍能对EPS相电流进行校核，达到对EPS相电流进行实时监控的目的，在降低硬件成本的同时，使得EPS系统电流采样满足功能安全ASIL D的要求。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备及系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的设备及系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本申请的一种具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。