車用永磁同步電機(jī)的各種弱磁策略

2將電機(jī)的三相ABC坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為D-Q軸坐標(biāo)系進(jìn)行電機(jī)等效模型分析:以旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子位置來定義正交D-Q軸坐標(biāo)系。D軸固定在永磁磁鏈的方向。所有電流、電壓和磁鏈都可用向量的方式展示在D-Q軸坐標(biāo)系中。永磁同步電機(jī)的原理3下述公式表示了永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生方式，分為永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩兩部分。永磁同步電機(jī)的原理4永磁同步電機(jī)的控制使用矢量控制。電流控制基于轉(zhuǎn)子位置?？刂撇呗詾殚]環(huán)控制，反饋量為三相電流和電機(jī)轉(zhuǎn)子位置。電壓調(diào)制方式一般采用SVPWM（空間矢量脈沖寬度調(diào)制）。函數(shù)fd和fq是從轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為Id和Iq指令的函數(shù)，遵照電機(jī)本身的MTPA（最大轉(zhuǎn)矩電流比控制）電流軌跡而設(shè)定。高速弱磁控制基于MTPA電流軌跡，進(jìn)行更進(jìn)一步的弱磁算法。永磁同步電機(jī)的控制原理5在D-Q坐標(biāo)系中，IPM電機(jī)運(yùn)行在第二(電動(dòng)狀態(tài))和第三象限(發(fā)電狀態(tài))。圖中的紅色軌跡即為MTPA(最大轉(zhuǎn)矩電流比)電流軌跡。圖中的黑色線為等轉(zhuǎn)矩曲線。圖中的綠色圓圈為電流極限圓。IPM電機(jī)的轉(zhuǎn)矩功率曲線包括兩個(gè)區(qū)域，

一個(gè)是恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，一個(gè)是恒功率區(qū)。兩個(gè)運(yùn)行區(qū)域的拐點(diǎn)轉(zhuǎn)速Wo稱為基速(basespeed,cornerspeed,ratedspeed)一般將F=Wmax/Wo定義電機(jī)的弱磁比，用于評(píng)價(jià)電機(jī)的弱磁深度。永磁同步電機(jī)的控制原理6綠色電流圓代表電機(jī)/控制器系統(tǒng)的最大運(yùn)行交流電流藍(lán)色電壓橢圓代表在固定直流母線電壓但不同轉(zhuǎn)速下的電壓限制運(yùn)行區(qū)間(IPM為橢圓，SPM為圓形)受限于電壓條件和電流條件，電機(jī)在某個(gè)轉(zhuǎn)速下，僅能運(yùn)行在此轉(zhuǎn)速下的電壓橢圓和電流圓的相交區(qū)域，如下圖粉色區(qū)間則代表了在某個(gè)高轉(zhuǎn)速下的電流可運(yùn)行區(qū)間橢圓的圓心為永磁磁鏈除以D軸電感，此數(shù)值被定義為特征電流，又被稱為短路電流，在電機(jī)控制上具有重要的意義。下文就特征電流的不同分三種情況進(jìn)行分析永磁同步電機(jī)的控制原理7情況1：橢圓圓心(特征電流點(diǎn))在電流極限圓外黑色電流軌跡為MTPA軌跡紅色電流軌跡為弱磁控制軌跡電機(jī)轉(zhuǎn)速存在理論最大值，即這個(gè)轉(zhuǎn)速下的電壓極限橢圓和電流極限圓相切，存在唯一交點(diǎn)，即負(fù)的最大D軸電流。電機(jī)功率在高速無法實(shí)現(xiàn)恒功率，會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的升高迅速衰減，直到輸出功率為零。控制上只需要考慮MTPA和弱磁兩種算法短路電流大，要考慮特殊情況下的電機(jī)和控制器發(fā)熱情況永磁同步電機(jī)的控制原理8情況2：橢圓圓心(特征電流點(diǎn))在電流極限圓上黑色電流軌跡為MTPA軌跡紅色電流軌跡為弱磁控制軌跡電機(jī)轉(zhuǎn)速理論上可以無限升高。電機(jī)功率在高速完全恒功率。控制上只需要考慮MTPA和弱磁兩種算法永磁同步電機(jī)的控制原理9情況3：橢圓圓心(特征電流點(diǎn))在電流極限圓內(nèi)黑色電流軌跡為MTPA軌跡紅色電流軌跡為弱磁控制軌跡藍(lán)色電流軌跡為MTPV軌跡，電流的最大幅值隨著轉(zhuǎn)速逐漸衰減，直到達(dá)到特征電流點(diǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)速理論上可以無限升高。電機(jī)功率在某個(gè)大于基速的轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)峰值功率，之后隨著轉(zhuǎn)速逐漸衰減到某個(gè)恒定值。控制上需要考慮MTPA、弱磁、MTPV三種算法在MTPV算法中，因?yàn)殡娏髟龃筠D(zhuǎn)矩未必增大，所以需要同時(shí)尋找電流和控制角的最優(yōu)化。永磁同步電機(jī)的控制原理10下圖使用一款物流車平臺(tái)的電機(jī)仿真數(shù)據(jù)，在D-Q軸平面用等高線方式畫出電機(jī)的等轉(zhuǎn)矩曲線。這款電機(jī)的電流軌跡分為三部分，存在等轉(zhuǎn)矩曲線的區(qū)間即電流的可運(yùn)行區(qū)間。紫色電壓極限橢圓代表最高轉(zhuǎn)速下的電壓極限橢圓。故此橢圓以內(nèi)沒有等轉(zhuǎn)矩曲線。永磁同步電機(jī)的控制原理11電壓閉環(huán)反饋法永磁同步電機(jī)的常見弱磁方法1

優(yōu)缺點(diǎn)不依賴電機(jī)參數(shù)，僅需要兩條MTPA的一維曲線，測試過程非常簡單。擁有一定的魯棒性，電機(jī)一致性不好時(shí)可以調(diào)節(jié)輸出性能的一致性。動(dòng)態(tài)性能較差。對(duì)于MTPV區(qū)域的弱磁較難處理。Source:ThomasM.Jahns2001,<ANewControlTechniqueforAchievingWideConstantPowerSpeedOperationwithanInteriorPMAlternatorMachine>12電壓閉環(huán)反饋法優(yōu)化永磁同步電機(jī)的常見弱磁方法1續(xù)

Source:LeiZhu2010,<

ANewDeepField-WeakeningStrategyofIPMMachinesBasedonSingleCurrentRegulatorandVoltageAngleControl>13永磁同步電機(jī)的常見弱磁方法2轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩二維表查表法方法（單張表）一：在額定電壓下使用測功機(jī)對(duì)電機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，測試不同轉(zhuǎn)速，不同轉(zhuǎn)矩下的Id表格和Iq表格，最終形成兩張二維表格二：將兩個(gè)表格放入程序中，在不同的運(yùn)行轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩工況下，直接進(jìn)行Id和Iq查表三：使用Id和Iq直接進(jìn)行電機(jī)的控制優(yōu)缺點(diǎn)基于電機(jī)實(shí)際標(biāo)定數(shù)據(jù)，精確度高動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，無額外弱磁過程無法應(yīng)對(duì)電壓的波動(dòng)，魯棒性差無法應(yīng)對(duì)電機(jī)一致性差引起的性能差異，魯棒性差方法（多張表）一：在電壓1下使用測功機(jī)對(duì)電機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，測試不同轉(zhuǎn)速，不同轉(zhuǎn)矩下的Id表格和Iq表格，最終形成兩張二維表格二：在電壓2下重復(fù)工作一三：在電壓N下重復(fù)工作一四：將N*兩個(gè)表格放入程序中，在不同的運(yùn)行轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩電壓工況下，直接進(jìn)行Id和Iq查表五：使用Id和Iq直接進(jìn)行電機(jī)的控制優(yōu)缺點(diǎn)基于電機(jī)實(shí)際標(biāo)定數(shù)據(jù)，精確度高動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，無額外弱磁過程可以處理電壓波動(dòng)的問題，魯棒性好標(biāo)定工作量巨大對(duì)芯片存儲(chǔ)資源要求較高無法應(yīng)對(duì)電機(jī)一致性差引起的性能差異，魯棒性差優(yōu)化：將兩個(gè)表格放入程序中，額外產(chǎn)生一個(gè)查表量轉(zhuǎn)速/電壓，使用轉(zhuǎn)速/電壓和轉(zhuǎn)矩來查表14永磁同步電機(jī)的常見弱磁方法3基于電感/磁鏈參數(shù)在線公式計(jì)算法方法一：在固定電壓固定轉(zhuǎn)速下，測試所有Id和Iq組合的性能，記錄當(dāng)時(shí)的Vd，Vq和T。二：根據(jù)測試數(shù)據(jù)得出定子電阻信息，根據(jù)電壓方程和步驟一中的數(shù)據(jù)，得出Id和Iq對(duì)應(yīng)的電感/磁鏈表格。三：將轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、直流電壓三個(gè)輸入條件代入Id和Iq的理論計(jì)算公式，電感Ld/Lq或者磁鏈PsiD和PsiQ作為參數(shù)輸入，計(jì)算當(dāng)前狀態(tài)下的Id和Iq指令。優(yōu)缺點(diǎn)基于電機(jī)實(shí)際標(biāo)定的電感/磁鏈數(shù)據(jù)，精確度高能夠應(yīng)對(duì)各種運(yùn)行工況下的控制電流適應(yīng)性問題，魯棒性強(qiáng)電感/磁鏈表格可以用于轉(zhuǎn)矩估算以及電壓解耦的環(huán)節(jié)，提高這兩個(gè)環(huán)節(jié)的性能15永磁同步電機(jī)的常見弱磁方法4開環(huán)/閉環(huán)磁鏈閉環(huán)查表法

Source:Tae-SukKwon2008,<NovelFlux-WeakeningControlofanIPMSMforQuasi-Six-StepOperation>16永磁同步電機(jī)的常見弱磁方法總結(jié)總結(jié)弱磁控制的核心是在有限的直流電壓限制以及確定的電壓利用率設(shè)定之內(nèi)，盡量輸出更大的轉(zhuǎn)矩達(dá)到更高的轉(zhuǎn)速。搭配過調(diào)制算法，會(huì)在一定程度上提高系統(tǒng)的弱磁性能。各種弱磁算法的目的是均是為了找出一個(gè)合理的Id/Iq指令組合，用于控制，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的性能目標(biāo)。電壓閉環(huán)反饋弱磁法是弱磁的基礎(chǔ)方法，常用于初學(xué)者以及對(duì)于性能要求不高的場合。其各種優(yōu)化算法可以較好的解決這一問題，并真正實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。單張/多張表格查表算法，國內(nèi)有較多企業(yè)使用，其中不乏第一梯隊(duì)第二梯隊(duì)的供應(yīng)商。單張表格轉(zhuǎn)速/電壓查表的方法，是一種性價(jià)比比較好的方法，值得推薦，國內(nèi)第一梯隊(duì)的供應(yīng)商有使用?；陔姼?磁鏈參數(shù)查表的算法，在部分有外企背景的供應(yīng)商里面使用的較多，而且在此基礎(chǔ)上有各種變形，以及優(yōu)化。磁鏈閉環(huán)弱磁方法，在國內(nèi)多個(gè)第一梯隊(duì)的供應(yīng)商中有使用，值得關(guān)注。查表和電壓閉環(huán)一般結(jié)合起來使用，弱磁動(dòng)態(tài)性能和魯棒性會(huì)更好。17

要點(diǎn)：特征電流18FOC控制中，電流反饋需要使用ADC采樣，所以對(duì)于ADC采樣的精度以及同步性要求很高。一：ADC采樣要盡量和位置采樣同步發(fā)生，兩段程序要盡量在執(zhí)行時(shí)間上靠近二：ADC采樣盡量要避開PWM切換的時(shí)間點(diǎn)三：ADC采樣主要采集兩相用于FOC控制，另外一相用于冗余策略。四：在芯片支持的情況下，用于FOC控制的兩相要盡量雙路同步采樣。五：在基礎(chǔ)軟件支持的情況下，可以考慮多次采樣。譬如采集兩次求均值，采集三次去掉最大去掉最小使用中間值，采集四次去掉最大去掉最小使用中間兩個(gè)的平均。要點(diǎn)：電流ADC采樣車用永磁同步高速深度弱磁位置反饋

20位置反饋傳感器-旋轉(zhuǎn)變壓器電機(jī)極對(duì)數(shù)是旋變極對(duì)數(shù)的公倍數(shù)且在可行的情況下，最好實(shí)現(xiàn)旋變極對(duì)數(shù)等于電機(jī)極對(duì)數(shù)圖片來源：多摩川官網(wǎng)產(chǎn)品手冊(cè)1570N15EJ_shusei.pdf：《Stabletechnologyforharshenvironment-Singlsyn》21位置反饋傳感器-旋轉(zhuǎn)變壓器的安裝旋轉(zhuǎn)變壓器常見的安裝機(jī)械問題旋變定轉(zhuǎn)子軸向竄動(dòng)（左下圖）：

為了避免此問題，旋變?cè)O(shè)計(jì)時(shí)定轉(zhuǎn)子的厚度一般會(huì)存在幾mm的差異，當(dāng)超出此范圍時(shí)，變壓比會(huì)發(fā)生較大變化，并引起少量的電氣角度誤差。旋變定轉(zhuǎn)子偏心（右上圖）：

會(huì)引起較大的電氣角度誤差，同樣偏心距離時(shí)旋變極對(duì)數(shù)越低時(shí)誤差越大。旋變定轉(zhuǎn)子傾斜（右下圖）：

會(huì)引起較大的電氣角度誤差，因盡量避免。22位置反饋傳感器-旋轉(zhuǎn)變壓器的接線旋轉(zhuǎn)變壓器線束（電機(jī)端）接錯(cuò)時(shí)的各種故障現(xiàn)象序號(hào)正弦互反余弦互反正余弦對(duì)調(diào)勵(lì)磁互反正弦4象限符號(hào)余弦4象限符號(hào)位置象限順序位置偏差轉(zhuǎn)速方向1

正正負(fù)負(fù)正負(fù)負(fù)正1234正常正常2正弦互反

負(fù)負(fù)正正正負(fù)負(fù)正4321正常反向3

余弦互反

正正負(fù)負(fù)負(fù)正正負(fù)2143差180度反向4正弦互反余弦互反

負(fù)負(fù)正正負(fù)正正負(fù)3412差180度正常5

正余弦對(duì)調(diào)

正負(fù)負(fù)正正正負(fù)負(fù)1432差90度反向6正弦互反

正余弦對(duì)調(diào)

正負(fù)負(fù)正負(fù)負(fù)正正2341差90度正常7

余弦互反正余弦對(duì)調(diào)

負(fù)正正負(fù)正正負(fù)負(fù)4123差270度正常8正弦互反余弦互反正余弦對(duì)調(diào)

負(fù)正正負(fù)負(fù)負(fù)正正3214差270度反向9

勵(lì)磁互反負(fù)負(fù)正正負(fù)正正負(fù)3412差180度正常10正弦互反

勵(lì)磁互反正正負(fù)負(fù)負(fù)正正負(fù)2143差180度反向11

余弦互反

勵(lì)磁互反負(fù)負(fù)正正正負(fù)負(fù)正4321正常反向12正弦互反余弦互反

勵(lì)磁互反正正負(fù)負(fù)正負(fù)負(fù)正1234正常正常13

正余弦對(duì)調(diào)勵(lì)磁互反負(fù)正正負(fù)負(fù)負(fù)正正3214差270度反向14正弦互反

正余弦對(duì)調(diào)勵(lì)磁互反負(fù)正正負(fù)正正負(fù)負(fù)4123差270度正常15

余弦互反正余弦對(duì)調(diào)勵(lì)磁互反正負(fù)負(fù)正負(fù)負(fù)正正2341差90度正常16正弦互反余弦互反正余弦對(duì)調(diào)勵(lì)磁互反正負(fù)負(fù)正正正負(fù)負(fù)1432差90度反向備注正弦互反：指余弦兩根線SIN+和SIN-接反。余弦互反：指余弦兩根線COS+和COS-接反。勵(lì)磁互反：指勵(lì)磁兩根線EXT+和EXT-接反。正余弦對(duì)調(diào)：指SIN當(dāng)作COS，COS當(dāng)作SIN。23位置反饋的處理-旋轉(zhuǎn)變壓器的解碼和信號(hào)傳輸旋變RDC解碼芯片ADI公司的12xx系列，當(dāng)前主要使用AD2S1205，AD2S1210兩款。TAMAGAWA公司的AU6800x系列，當(dāng)前主要使用AU6805芯片。TI公司的PGA411芯片。另外有些主控芯片集成了內(nèi)置RDC的功能，值得推薦。瑞薩的SH72（硬解碼），英飛凌的AURIX系列（軟解碼）。芯片使用時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：注意選擇解碼分辨率，一般常用10bits或12bits。注意解碼芯片對(duì)于輸出電壓的要求范圍，進(jìn)而在解碼芯片外圍電路調(diào)節(jié)輸入勵(lì)磁的電壓范圍。注意最高解碼速度的限制，一般為60000rpm，即1000Hz，更高頻率時(shí)會(huì)降低解碼分辨率。注意旋變的故障位（LOS，DOS，LT）的傳輸與處理：鎖存以及XY算法。位置信號(hào)的傳輸旋變解碼芯片可以將絕對(duì)位置轉(zhuǎn)換成以下三種形式，供電機(jī)控制器FOC算法使用：并行IO傳輸，絕對(duì)位置，占用10或12個(gè)IO口，傳輸速率快，不占用額外軟件資源，但對(duì)硬件IO資源要求較高，且較高M(jìn)SB突變時(shí)，位置會(huì)異常，需要做額外策略防止較高M(jìn)SB突變引起的位置異常。串口傳輸，絕對(duì)位置，占用軟件讀取資源，一般耗時(shí)幾微秒。ABZ正交編碼傳輸，相對(duì)位置，僅占用三個(gè)IO口，且抗干擾能力強(qiáng)。但是在啟動(dòng)時(shí)無初始絕對(duì)位置，需用額外方法解決。24

位置反饋的處理-位置信號(hào)的補(bǔ)償25

旋變安裝誤差-定義和成因26

旋變安裝誤差-影響電氣偏差電機(jī)極對(duì)數(shù)機(jī)械偏差功率降低量整車設(shè)計(jì)

最高車速達(dá)到最高車速8對(duì)極0%70km/h70km/h4%約68km/h8%約66km/h16%約64km/h27安裝誤差的修正方法旋變安裝誤差-解決方案人工調(diào)整法國內(nèi)大部分電機(jī)供應(yīng)商使用電機(jī)裝好再調(diào)整旋變定位邊被拖低速空轉(zhuǎn)邊調(diào)整在同一電氣角度固定螺絲精度高確保每臺(tái)同樣角度需要額外一個(gè)旋變蓋板操作流程繁瑣無法自動(dòng)化生產(chǎn)離線測試法國外大部分供應(yīng)商使用精度高，可自動(dòng)化軟件額外寫入旋變參數(shù)有時(shí)需要電機(jī)電控一一對(duì)應(yīng)離線測試法有以下幾種：一：BEMF與Z脈沖過零二：Iq=0,給大Id轉(zhuǎn)矩為零三：高速空載時(shí)Vd=0在線自學(xué)習(xí)法精度一般，自學(xué)習(xí)適應(yīng)性強(qiáng)存在額外學(xué)習(xí)過程在線自學(xué)習(xí)法有以下幾種：一：通固定矢量強(qiáng)拉二：硬件比較器BEMF自學(xué)習(xí)三：空載Vd=0自學(xué)習(xí)四：轉(zhuǎn)速控制大Id自學(xué)習(xí)五：高頻注入自學(xué)習(xí)車用永磁同步電機(jī)控制故障矩陣FaultMatrix

29內(nèi)容列表關(guān)于故障故障矩陣的要素故障矩陣的實(shí)現(xiàn)故障矩陣定義及實(shí)現(xiàn)實(shí)例主動(dòng)放電超時(shí)故障交流電流過流故障旋變芯片DOS故障母線過壓故障控制器溫度傳感器超限故障30汽車電子與故障相關(guān)的設(shè)計(jì)需求Diagnostics：診斷

監(jiān)控并檢測軟件與硬件中的非正常情況。FaultTolerant：故障容錯(cuò)性

同時(shí)也被稱為功能平穩(wěn)退化(gracefuldegradation)，是指當(dāng)一個(gè)或多個(gè)故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)仍然能夠正常工作或部分正常工作的功能。FailSafe：失效安全

是指當(dāng)系統(tǒng)因故障產(chǎn)生失效后不會(huì)其他系統(tǒng)產(chǎn)生危害或者盡量小的產(chǎn)生危害，并且不會(huì)對(duì)人員產(chǎn)生危險(xiǎn)的功能和機(jī)制。

有問題，請(qǐng)報(bào)告！

可以殘，不能倒！

倒下后，別自爆！31關(guān)于故障的幾個(gè)名詞OBD(OnBoardDiagnostics)：車載在線故障診斷

在車輛運(yùn)行中通過實(shí)時(shí)監(jiān)控電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而根據(jù)FaultMatrix分析相關(guān)故障類型，執(zhí)行對(duì)應(yīng)FaultAction(包括對(duì)故障指示燈MIL的操作)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)DTC代碼，并將DTC代碼通過UDS的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行存儲(chǔ)傳輸以供通用診斷設(shè)備可以讀取相關(guān)故障信息的過程和功能即可以認(rèn)為是在線故障診斷。DTC(DiagnosticTroubleCode)：診斷故障代碼

通過在線故障診斷，針對(duì)當(dāng)前故障判斷之后，形成的具體的故障代碼。UDS(UnifiedDiagnosticsService)：通用診斷服務(wù)協(xié)議

是診斷服務(wù)的統(tǒng)一規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，擁有多種服務(wù)，譬如，診斷會(huì)話，清除診斷信息，讀DTC信息，通過ID讀數(shù)據(jù)，通過ID寫數(shù)據(jù)，等。FaultMatrix：故障矩陣

詳細(xì)定義故障名稱，檢測方式，檢測邏輯，故障動(dòng)作，恢復(fù)條件等信息的表格。FaultAction/Reaction：故障動(dòng)作/響應(yīng)

發(fā)生故障之后采取的動(dòng)作。譬如比較有代表性的整車故障的動(dòng)作“Limp-home跛行回家”模式即是整車發(fā)生某些故障之后的故障動(dòng)作的一部分。32故障矩陣的要素故障分類故障名稱故障等級(jí)檢測周期判斷條件故障動(dòng)作/響應(yīng)故障恢復(fù)條件故障代碼電機(jī)控制系統(tǒng)故障矩陣的規(guī)模是衡量電機(jī)控制器系統(tǒng)能力的一個(gè)細(xì)節(jié)性指標(biāo)，領(lǐng)先的海外乘用車供應(yīng)商都普遍在100條以上，國內(nèi)也有個(gè)別乘用車供應(yīng)商做到了這個(gè)水平。33故障矩陣的要素故障分類，故障按照類型，一般可以分為電流故障：與三相交流電流相關(guān)的故障，包括不同級(jí)別的過流，電流變化率故障，三相不均衡故障等。電壓故障：包括直流母線電壓欠壓、過壓，12V/24V控制電壓欠壓、過壓，驅(qū)動(dòng)電路欠壓，芯片供電欠壓等。速度故障：包括不同級(jí)別的電機(jī)超速。溫度故障：與電機(jī)、控制器的溫度相關(guān)的故障，包括控制器電路板溫度、IGBT溫度、電機(jī)溫度、冷卻液溫度的過溫等。傳感器故障：與電流傳感器、速度傳感器（包括旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片上報(bào)的DOS、LOS、LOT等故障代碼）、溫度傳感器、電壓傳感器等傳感器模塊本身功能相關(guān)的故障，譬如傳感器對(duì)地短路，傳感器超出量程，傳感器失效等。通信故障：包括CAN通信以及其他使用的通信方式相關(guān)的各種故障。內(nèi)存故障：在進(jìn)行EEPROM等的讀寫以及校驗(yàn)時(shí)的故障。電機(jī)本體故障：缺相故障，匝間短路故障。其他故障：主動(dòng)放電，高壓HVIL故障，時(shí)鐘故障，轉(zhuǎn)矩安全，自學(xué)習(xí)故障等。34故障矩陣的要素故障名稱描述故障的具體名稱，譬如“U相電流變化率超限故障”、“旋變信號(hào)丟失LOS故障”故障等級(jí)：是用來簡化故障處理邏輯，并執(zhí)行對(duì)應(yīng)的FaultReaction描述故障的級(jí)別，一般可以分為3-5級(jí)，以5級(jí)為例;1級(jí)：報(bào)警，將報(bào)警信息傳遞給駕駛員，性能輸出不影響。2級(jí)：輕微故障，降功率運(yùn)行。故障條件不成立時(shí)自動(dòng)恢復(fù)。3級(jí)：一般故障，進(jìn)入故障模式停機(jī)，故障條件不成立時(shí)通過通信或其他方式恢復(fù)。4級(jí)：一般故障，進(jìn)入故障模式停機(jī)，故障條件不成立時(shí)重新上鑰匙才能恢復(fù)。5級(jí)：嚴(yán)重故障，立即停機(jī)（開路或短路），斷開高壓快速放電，需停車。35故障矩陣的要素檢測周期根據(jù)不同類型的故障源，可以定義不同的檢測類型，在確保及時(shí)快速的發(fā)現(xiàn)故障響應(yīng)故障的情況下降低計(jì)算負(fù)載率。檢測周期分為多個(gè)級(jí)別。有些復(fù)雜的系統(tǒng)會(huì)定義數(shù)十個(gè)不同的檢測周期來進(jìn)行故障響應(yīng)性和計(jì)算負(fù)載率的最佳匹配。常見級(jí)別如下：實(shí)時(shí)（開關(guān)頻率周期）：電流、電壓、時(shí)鐘、硬件、看門狗等故障。1ms級(jí)別：旋變相關(guān)的故障。10ms級(jí)別：控制器溫度、轉(zhuǎn)速、CAN通訊等故障。100ms級(jí)別：電機(jī)溫度等故障。1s級(jí)別：溫度傳感器等故障。檢測周期級(jí)別的選取取決于以下幾個(gè)因素：運(yùn)行時(shí)間、策略基因（保守OR激進(jìn)）、故障信號(hào)本身的變化周期。該周期并非固定的，故本文后面舉得實(shí)例上的故障檢測周期與此處未完全一致。檢測與判斷的XY算法：有時(shí)為了進(jìn)一步確認(rèn)故障的真實(shí)性會(huì)在連續(xù)多個(gè)檢測周期(Y)內(nèi)檢測并判斷其中滿足故障條件的檢測周期大于(X)個(gè)，方判斷為故障。36故障矩陣的要素判斷條件在不同的故障類型中，一般都有一個(gè)閥值來判斷是否為故障狀態(tài)，譬如在電流故障中是x安培，在電壓故障中是b伏特，在轉(zhuǎn)速故障中是crpm，等。有時(shí)為了進(jìn)一步確認(rèn)故障的真實(shí)性會(huì)在連續(xù)多個(gè)檢測周期(Y)內(nèi)檢測并判斷其中滿足故障條件的檢測周期大于(X)個(gè)，方判斷為故障。這里的X值也是一種判斷條件。X/YDiagnosticStrategy：共有三個(gè)標(biāo)定量，X為故障計(jì)數(shù)，Y為采樣計(jì)數(shù)，T為檢測周期，譬如這樣定義旋變的LOS故障-每1ms(T)判斷一次，連續(xù)判斷100(Y)次，如果其中有30(X)次收到了旋變RDC解碼芯片發(fā)來的LOS故障，則認(rèn)為系統(tǒng)當(dāng)前處于LOS旋變信號(hào)丟失故障中。37故障矩陣的要素故障動(dòng)作/響應(yīng)即故障發(fā)生時(shí)，具體采取的動(dòng)作/響應(yīng)，譬如：報(bào)警：輕微故障，可被冗余回路完全代替工作的原回路故障。降額：跛行回家，根據(jù)監(jiān)控變量(電壓/溫度/轉(zhuǎn)速等)進(jìn)行實(shí)時(shí)降額，或根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行一次性限功率/轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速處理。電壓降額時(shí)在電動(dòng)和發(fā)電狀態(tài)，應(yīng)該進(jìn)行不同的欠壓和過壓降額策略。停機(jī)，三相開路：各種會(huì)導(dǎo)致停機(jī)的故障的默認(rèn)保護(hù)狀態(tài)。停機(jī)，三相短路：在高速狀態(tài)下停機(jī)時(shí)，一般采用三相短路，也有一些歐美的供應(yīng)商將三相短路作為停機(jī)故障的默認(rèn)保護(hù)狀態(tài)。需要注意進(jìn)入三相短路ASC狀態(tài)后的電流幅值發(fā)熱問題，以及進(jìn)入瞬間的電流尖峰。停機(jī)，快速放電：在尚未輸出動(dòng)力之前遇到的各種停機(jī)類型故障，以及HVIL、碰撞crash等故障類型時(shí)，一般會(huì)執(zhí)行快速放電。關(guān)于放電一般有這樣幾種形式：被動(dòng)安規(guī)放電、通過繞組大Id電流的主動(dòng)放電、通過DCDC的主動(dòng)放電、通過內(nèi)部IO口加一個(gè)快速放電電阻的可控快速放電（一般采用正溫度系數(shù)電阻）。38故障矩陣的要素故障恢復(fù)條件當(dāng)故障條件不滿足時(shí)自動(dòng)恢復(fù)當(dāng)故障條件不滿足，并且經(jīng)過X/Y算法認(rèn)為故障消失時(shí)自動(dòng)恢復(fù)CAN通訊清除故障重新上電后恢復(fù)故障代碼用以表示該故障的唯一代碼。一般常見的形式為：使用兩位或者三位數(shù)字編碼，譬如13,097,121等，而且這些故障碼在CAN通訊中使用不同的位，可以多個(gè)同時(shí)發(fā)生。使用SAE的標(biāo)準(zhǔn)DTC代碼，如下圖：Source:SAEJ2012DiagnosticTroubleCodeDefinitions39關(guān)于故障矩陣的工作流程編寫故障矩陣列表實(shí)現(xiàn)故障矩陣?yán)锏南嚓P(guān)信息（代碼編程或MATLAB/Stateflow自動(dòng)代碼生成）Source:文中未標(biāo)注來源的圖片均為內(nèi)部自有資料，僅供技術(shù)交流與學(xué)習(xí)用途。未經(jīng)許可不可用于其他有盈利性質(zhì)的技術(shù)分享培訓(xùn)等40故障矩陣：實(shí)例1主動(dòng)放電超時(shí)故障故障分類故障名稱具體

故障碼故障等級(jí)檢測周期判斷條件相應(yīng)處理措施故障

恢復(fù)條件其他故障主動(dòng)放電超時(shí)故障P1U08

310高壓下電后（KeyOn_Off=1），在200次檢測周期后，若檢測到母線電壓采樣值大于55V（Discharge_DC_Limit），則報(bào)主動(dòng)放電超時(shí)3級(jí)故障；繼續(xù)檢測到第550個(gè)檢測周期后，重置該檢測邏輯，如果此時(shí)電壓仍大于電池的最低電壓，則將主動(dòng)放電超時(shí)故障變更為主動(dòng)放電異常故障，并復(fù)位該檢測邏輯。（被動(dòng)放電時(shí)間小于2min）報(bào)主動(dòng)放電超時(shí)3級(jí)故障或主動(dòng)放電異常3級(jí)故障，記錄故障碼重新上弱電故障清除41故障矩陣：實(shí)例1主動(dòng)放電超時(shí)故障42故障矩陣：實(shí)例2交流電流過流故障故障分類故障名稱具體

故障碼故障等級(jí)檢測周期判斷條件相應(yīng)處理措施故障

恢復(fù)條件電流故障U相過流故障P1I012實(shí)時(shí)（0.1ms）以每15000個(gè)周期為檢測窗口（一次2級(jí)過流故障后開始該檢測窗口計(jì)時(shí)），在一個(gè)檢測窗口內(nèi)，如果檢測到一次電流超出3級(jí)過流點(diǎn)，則直接判定為3級(jí)過流故障；如果檢測到一次電流超出2級(jí)過流點(diǎn)，則監(jiān)測第二次檢測到電流超出2級(jí)過流點(diǎn)時(shí)是否間隔在10000個(gè)周期以內(nèi)，如果沒有超出10000個(gè)周期則判定為2級(jí)過流故障，反之如果超出10000個(gè)周期則繼續(xù)檢測是否在10000各周期內(nèi)出現(xiàn)新的超過2級(jí)過流點(diǎn)。（PS：連續(xù)多次2級(jí)故障會(huì)升級(jí)為3級(jí)故障）2級(jí)別故障限功率跛行，通過CAN通訊上報(bào)2級(jí)U相過電流故障；3級(jí)故障停機(jī)，記錄故障碼，上報(bào)儀表2級(jí)故障在50000個(gè)周期內(nèi)不再出現(xiàn)2級(jí)過流則自動(dòng)清除2級(jí)別故障；3級(jí)故障重新上弱電故障清除43故障矩陣：實(shí)例2交流電流過流故障3級(jí)過流部分邏輯2級(jí)過流恢復(fù)邏輯

2級(jí)過流逐次

升級(jí)判斷部分邏輯44故障矩陣：實(shí)例3旋變芯片DOS故障故障分類故障名稱具體

故障碼故障等級(jí)檢測周期判斷條件相應(yīng)處理措施故障

恢復(fù)條件傳感器故障信號(hào)降級(jí)DOSP1S0231ms以每500個(gè)周期為檢測窗口（一次故障后開始該檢測窗口計(jì)時(shí)），在一個(gè)檢測窗口內(nèi)，如果檢測到一次旋變故障引腳（DOS為0，LOT為1）顯示為旋變DOS故障，則故障計(jì)數(shù)器加一，當(dāng)故障計(jì)數(shù)器大于30時(shí)，看產(chǎn)生這些故障的時(shí)間是否超出100個(gè)周期，如果沒有超出100個(gè)周期，則認(rèn)為旋變DOS故障。即：在不超過100個(gè)周期內(nèi)出現(xiàn)超過30個(gè)旋變故障周期，則認(rèn)為旋變故障。PS：這個(gè)算法是X/Y算法的增強(qiáng)版本，采用移動(dòng)計(jì)數(shù)。停機(jī)，記錄故障碼，上報(bào)儀表提示3級(jí)故障需重新上電清除45故障矩陣：實(shí)例3旋變芯片DOS故障46故障矩陣：實(shí)例4母線過壓故障故障分類故障名稱具體

故障碼故障等級(jí)檢測周期判斷條件相應(yīng)處理措施故障

恢復(fù)條件電壓故障母線過壓故障P1U023實(shí)時(shí)（0.1ms）以每15000個(gè)周期為檢測窗口（一次故障后開始該檢測窗口計(jì)時(shí)），在一個(gè)檢測窗口內(nèi)，如果檢測到三次及以上的電壓過壓故障，則認(rèn)為是母線過壓故障