技术领域
[0001] 本发明涉及车辆技术领域，具体而言，涉及一种电机功率模块的控制方法、装置及车辆。
相关背景技术
[0002] 在例如混动和纯电动车辆中，电机控制器能够基于各种传感器信号生成占空比信号发送给功率模块以控制功率模块的开关，进而实现将动力电池的直流电转化交流电供给交流电机。在这一过程中，功率模块运行的可靠性直接影响着车辆运行的安全性。
[0003] 目前一般通过判断占空比信号超出限值的时间是否达到一定值来识别是否发生堵转，进而采取相应的保护措施，避免功率模块受到严重的电流冲击和过载而导致损坏。然而，这种方式只能应对一些外部原因对功率模块安全性造成的威胁，无法应对诸如控制器芯片卡死等内部原因对于功率模块运行可靠性造成的影响，车辆运行的安全性依然得不到有效保障。
具体实施方式
[0038] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。
[0039] 应当理解，本发明的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本发明的范围在此方面不受限制。
[0040] 本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”；术语“可选地”表示“可选的实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
[0041] 需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
[0042] 如图1所示，本发明一实施例提供一种电机功率模块的控制方法，包括：
[0043] S1：当功率模块处于占空比控制模式时，获取当前占空比信号，当前占空比信号包括每相功率模组对应的占空比值。
[0044] 具体地，本实施例中所指功率模块表示用于将电机控制器输出的当前占空比信号转换为适合驱动电机的电压、电流信号的元器件，可以包括IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)或SiC(即碳化硅型功率半导体器件)。应当理解的是，当发动机的功率模块处于占空比控制模式，此时由电机控制器的主芯片基于各种传感器信号(如转速信号和电流信号等)生成当前控制周期对应的当前占空比信号，当前占空比信号经PWM调制后，即可实现基于当前占空比信号对各相功率模组中功率模块的控制。其中，当前占空比信号包括每相功率模组对应的占空比值，以三相交流电机为例，如图2所示，三相交流电机的电气结构示意图中包括a、b、c三相电路，其中每一相电路中都包含两个功率模块构成的功率模组，图2中包括Q1至Q6六个功率模块，M表示驱动电机。其中，Q1和Q2构成a相对应的功率模组，Q3和Q4构成b相对应的功率模组，Q5和Q6构成c相对应的功率模组。当前占空比信号包括a、b、c三相各自对应的三个占空比值，三个占空比值经PWM调制后即可实现基于当前占空比信号对于各相功率模组中功率模块的控制，进而控制电机输出。
[0045] 在本实施例中，当功率模块处于占空比控制模式时，获取当前占空比信号，有利于为后续监控当前占空比信号是否出现异常提供基础的数据支持。
[0046] S2：根据占空比值确定占空比变化率，并基于占空比变化率判断当前占空比信号是否出现异常。
[0047] 具体地，本实施例中所指占空比变化率表示每一相对应的占空比值在不同控制周期内占空比值的变化情况，优选地，本实施例中所指占空比变化率表示每一相对应的占空比值从上一控制周期到当前控制周期的变化情况。可以获取上一控制周期生成的历史占空比变化率，其中历史占空比变化率也包含每一相对应的历史占空比值，分别基于每一相对应的历史占空比值和当前周期的占空比值的差值得到每一相的占空比变化率。
[0048] 在一实施例中，对于交流电机而言，前后两个周期的占空比值的变化决定着功率模块开关时序的变化，影响着功率模块控制电机的输出情况。例如，前后两个周期对应的占空比变化率越小，表示功率模块对应开关状态基本保持不变，当功率模块的开关时序不随着电机转子而变化，而是保持固定时会造成电机转子抱死，反馈到整车的表现就是突然刹车。在车辆正常行驶的过程中，若出现上述情况，则极有可能是由于电机控制器主芯片异常(如功能核卡死)或是电机控制器输入信号异常(如传感器信号异常)导致的，而当这种情况没有得到有效干预时，功率模块持续在几乎固定的占空比值的控制下极易发生过热而损坏。因此，占空比变化率能够在一定程度上反映占空比信号的变化情况，可以基于占空比变化率判断占空比信号是否出现异常。例如，可以根据实际情况提前预设异常条件，预设异常条件可以包括占空比变化率小于预设变化率阈值且未检测到刹车等减速信号。则当车辆处于行驶过程中，若占空比变化率小于预设变化率阈值时，转子极有可能出现抱死的情况，而此时若未接收到刹车等减速信号，说明转子出现了非预期的响应，大概率是由于占空比信号异常导致的，可认为占空比信号出现异常。又如，预设异常条件还可以包括占空比变化率大于预设最大值，其中预设最大值可以根据车辆性能提前确定。则当车辆处于行驶过程中，占空比变化率大于预设最大值时，说明大概率是传感器信号有误导致无法准确反馈整车真实的运行情况，造成电机控制器生成的占空比信号出现异常。
[0049] 在本实施例中，当功率模块处于占空比控制模式时，根据占空比值确定占空比变化率有利于准确掌握当前占空比信号的变化情况，进而能够有效反映期望电机输出的变化情况。当电机控制器由于芯片卡死或传感器信号有误等原因导致生成的当前占空比信号出现异常时，对应期望电机输出的变化情况往往也无法与车辆能达到的性能或当前的整车需求相匹配。如此，本实施例中基于占空比变化率判断当前占空比信号是否出现异常时，能够确保判断结果的可靠性，实现对于当前占空比信号的同步监控。同时，本实施例中的占空比变化率相较于占空比变化值来说更能够准确体现占空比信号的变化情况，从而能够准确反映期望电机输出的变化情况，不会受到变频控制时不同控制周期的影响，进一步确保判断结果的准确性和可靠性。
[0050] S3：若是，则获取转子转速，基于转子转速确定目标保护模式，并控制功率模块切换至目标保护模式。
[0051] 具体地，本实施例中的转子转速可以通过转速采集装置获取，本实施例中获取转子转速目的是为了掌握当前车辆运行情况，进而确定合理的目标保护模式。应当理解的是，本实施例中优选转子转速为依据来确定目标保护模式，但除转子转速以外，也可以通过能够反映当前电机或整车速度情况的其他速度信息(如电机转速等)确定相应的目标保护模式，不应将其理解为对本发明的特定限制。
[0052] 在一实施例中，当判断当前占空比信号出现异常时，继续基于当前占空比信号控制功率模块极有可能会对功率模块造成损害，进而影响整车的安全驾驶。需要中断基于当前占空比信号对于功率模块的控制，使其切换至目标保护模式。例如，本实施例中目标保护模式可以包括关管模式和主动短路模式等，可以根据当前转子转速情况选择合理的目标保护模式，并控制功率模块切换至所述目标保护模式，中断异常的占空比信号对于功率模块的控制，有效确保功率模块运行的可靠性。
[0053] 在本实施例中，当功率模块处于占空比控制模式时，获取当前占空比信号，有利于为后续监控当前占空比信号是否出现异常提供基础的数据支持。根据占空比值确定占空比变化率有利于准确掌握当前占空比信号的变化情况，进而能够有效反映期望电机输出的变化情况。当电机控制器由于芯片卡死或传感器信号有误等原因导致生成的当前占空比信号出现异常时，对应期望电机输出的变化情况往往也无法与车辆能达到的性能或当前的整车需求相匹配。如此，本实施例中基于占空比变化率判断当前占空比信号是否出现异常时，能够确保判断结果的可靠性，实现对于当前占空比信号的同步监控。同时，本实施例中的占空比变化率相较于占空比变化值来说更能够准确体现占空比信号的变化情况，从而能够准确反映期望电机输出的变化情况，不会受到变频控制时不同控制周期的影响，进一步确保判断结果的准确性和可靠性。在此基础上，确定当前占空比信号出现异常时，获取转子转速，有利于结合当前电机实际的运行情况确定目标保护模式，提升目标保护模式的合理性，避免对电器元件造成严重损害。本实施例中在功率模块处于占空比控制模式时，基于占空比变化率判断当前占空比信号是否出现异常，在不会造成控制时延的前提下，实现了对于当前占空比信号的无感监控。当前占空比信号出现异常时，控制功率模块切换至合理的目标保护模式，及时中断异常的占空比信号对于功率模块的控制，确保了功率模块运行的安全性和可靠性。
[0054] 可选地，根据占空比值确定占空比变化率，包括：
[0055] 获取每相功率模组对应的历史占空比值，基于历史占空比值和占空比值，确定每相功率模组对应的占空比变化率。
[0056] 具体地，本实施例中所指历史占空比值表示当前控制周期之前的历史控制周期中对应生成的占空比值。优选地，本实施例中选取上一控制周期中每相功率模组对应的历史占空比值，有利于快速识别当前占空比信号出现异常的情况。例如，如图2所示，以a相为例，假设上一控制周期对应a相的历史占空比值为0.5321，当前控制周期对应a相的占空比值为0.4221，则a相对应的占空比变化率即为(0.4221‑0.5321)/Ts，其中，Ts表示每一个控制周期对应的周期长度，假设Ts＝100us，则可以得到a相对应的占空比变化率为‑0.11/us。
[0057] 可选地，还可以获取多个连续的历史控制周期对应的占空比值，分别得到每两个相邻控制周期对应的占空比变化率，并基于多个占空比变化率判断当前控制信号是否出现异常，例如，当连续三个控制周期对应的占空比变化率均小于预设阈值时，说明当前占空比信号出现异常，有利于提高判断结果的准确性。
[0058] 在本实施例中，获取每相功率模组对应的历史占空比值有利于准确掌握历史控制周期对应的历史占空比信号的情况，确保后续基于历史占空比值和占空比值得到的占空比变化率的准确性和可靠性。当历史占空比值为上一控制周期对应的占空比值时，有利于快速识别当前占空比信号是否出现异常，提高响应速度。
[0059] 可选地，基于占空比变化率判断当前占空比信号是否出现异常，包括：
[0060] 当每相功率模组对应的占空比变化率的绝对值小于预变化率阈值时，获取占空比值的最大值；
[0061] 当最大值大于预设占空比阈值时，指示当前占空比信号出现异常。
[0062] 具体地，本实施例中预设变化率阈值可以根据实际情况提前设定，优选地，本实施例中预设变化率阈值可以选取0.01/Ts(Ts表示周期长度)。本实施例中采用占空比变化率的绝对值与预变化率阈值进行比较，有利于兼容PWM调制信号在上升趋势和下降趋势中的占空比值的变化情况(即占空比变化率大于0或小于0的情况)。应当理解的是，单相的占空比变化率很难准确反映电机输出的变化情况，例如，在经过PWM调制的正弦信号中，波峰处信号变化平缓，相邻的两个占空比值差别不大，对应的占空比变化率可能小于预设变化率阈值。对于三相交流电机而言，其相位差通常为120°，因此至少需要两相占空比变化率小于预设变化率阈值时，才能保障占空比信号的实际变化情况。优选地，本实施例中综合每一相占空比变化率来判断占空比信号是否出现异常，确保判断结果的准确性。
[0063] 在一实施例中，占空比值通常表示为[0 1]之间的小数，例如，假设b相的占空比值为0.3526，则表示高电平需要占据整个控制周期的35.26％。预设占空比阈值可以根据车辆的情况提前设定，本实施例中预设占空比阈值的取值范围为55％至75％。当每相功率模组对应的占空比变化率的绝对值小于预变化率阈值时，说明期望电机输出几乎为0，这种情况可能是由于电机控制器芯片卡死或传感器信号异常引发的当前占空比信号异常导致的，也有可能是由当前整车需求导致的，例如，在静止工况中，连续几个控制周期内三相的占空比是相等的(如均为0.5)，对应每一相的占空比变化率几乎为0。因此，需要进一步判断整车的实际需求，当最大值大于预设占空比阈值时，说明实际需求期望转子继续转动，而此时每相功率模组对应的占空比变化率的绝对值小于预变化率阈值，对应反映了电机转子有抱死的变化趋势(即转子停止转动)，此时电机控制器生成的占空比信号会导致电机的变化情况与实际期望相反，说明当前占空比信号出现异常。而当最大值小于或等于预设占空比阈值时，说明大概率是实际需求期望停止转子转动，当前占空比信号控制转子逐渐停止符合整车的实际需求。
[0064] 在本实施例中，当每相功率模组对应的占空比变化率的绝对值小于预变化率阈值时，电机转子出现抱死趋势，在此基础上，获取占空比值的最大值，并将最大值与预设占空比阈值进行比较，有利于识别电机转子的变化情况到底是由于当前占空比信号异常导致的还是由当前整车需求导致的，避免将整车实际需求导致的占空比变化率较小的正常情况误认为是由于当前占空比信号异常导致的，极大地提高了判断结果的准确性和可靠性。
[0065] 可选地，当最大值大于预设占空比阈值时，指示当前占空比信号出现异常之前，还包括：
[0066] 获取功率模块温度和电机温度之间的最高温度，并基于最高温度和预设映射关系确定预设占空比阈值。
[0067] 具体地，功率模块温度和电机温度均会对占空比阈值造成影响，一般来说温度越高允许的占空比阈值越低，本实施例中获取功率模块温度和电机温度之间的最高温度能够确定当前允许的最低占空比阈值，有效保护各个电器元件的安全运行。其中，预设映射关系可以提前设定。
[0068] 表1为预设最高温度与预设占空比阈值的映射关系样例：
[0069] 表1
[0070]预设最高温度(℃) 50 70 90 110 130
预设占空比阈值(％) 75 70 65 60 55
[0071] 如表1所示，在确定功率模块温度和电机温度之间的最高温度后，可以根据表格中与最高温度差值最小的预设最高温度确定预设占空比阈值。例如，假设功率模块温度为105℃，电机温度为60℃，则最高温度为105℃，则可以选取表1中与最高温度差值最小的110℃对应的60％作为预设占空比阈值。
[0072] 在本实施例中，预设占空比阈值基于功率模块温度和电机温度之间的最高温度和预设映射关系确定。使得预设占空比阈值更加贴合实际运行情况，有利于进一步提高判断结果的准确性以及合理性。
[0073] 可选地，获取转子转速之前，还包括：
[0074] 获取转速采集装置的状态信息，并基于状态信息判断转速采集装置是否出现故障；
[0075] 若是，则获取电机运行信息，基于电机运行信息得到转子预估转速，并将转子预估转速作为转子转速；
[0076] 若否，则将转速采集装置采集的转速作为转子转速。
[0077] 具体地，本实施例中所指转速采集装置表示能够采集转子转速的装置(如转子角度传感器)，转速采集装置的状态信息可以为转速采集装置的状态信号(如Open circuit，断路故障)或电流信号，可以基于状态信息判断转速采集装置是否出现故障。例如，状态信号可以包括电流信号，当电流为0时表示转速采集装置出现断路，可以判断采集装置出现故障；当电流大于预设电流阈值时，表示转速采集装置出现短路，可以判断采集装置出现故障。
[0078] 在一实施例中，当转速采集装置出现故障时，可能无法直接获取到转子转速或者获取的转子转速无法反应实际情况。此时，可以获取电机运行信息，并基于电机运行信息得到转子预估转速，并将转子预估转速作为转子转速。例如，电机运行信息可以包括电机的电压和电流等信息，基于预先构建的数学模型，通过预设的观测器(如现有的滑膜观测器)观测电机的状态变化(如电机的电流和电压的响应)来估计转子的转速，进而得到转子预估转速。
[0079] 在本实施例中，在获取转子转速之前，基于状态信息判断转速采集装置是否出现故障有利于确保基于转速采集装置采集转速的准确性。对于电机控制器生成当前占空比信号出现异常是由于转速采集装置故障导致的情形，若直接基于转速采集装置采集的转速确定目标保护模式，目标保护模式对应的合理性和可靠性得不到保障，很可能对元器件造成损害。本实施例中当转速采集装置出现故障时，基于电机运行信息得到转子预估转速，并将转子预估转速作为转子转速，即使在转速采集装置出现故障时，也能够为后续确定目标保护模式提供可靠的参考依据，确保目标保护模式和可靠性，进一步提高整车运行的安全性。
[0080] 可选地，基于转子转速确定目标保护模式，包括：
[0081] 当转子转速大于预设转速阈值时，目标保护模式为主动短路模式；
[0082] 当转子转速小于或等于预设转速阈值时，目标保护模式为关管模式。
[0083] 在本实施例中，预设转速阈值可以根据实际情况提前设定(如预设转速阈值可以基于电机的基速确定)，当前占空比信号出现异常时，需要对功率模块进行有效保护，当转子转速大于预设转速阈值时，若控制功率模块直接切换至关管模式则会产生反电动势以及较大的制动扭矩，同时也容易损害电气元件。因此，本实施例中通过比较转子转速与预设转速阈值的大小，明确当前运行情况，有利于为功率模块确定更加合理的目标保护模式，确保功率模块的安全，同时避免给车内人员带来不好的乘车体验。
[0084] 可选地，控制功率模块切换至目标保护模式之前，还包括：
[0085] 将每相功率模组对应的占空比值设为零。
[0086] 在本实施例中，当判断当前占空比信号出现异常时，可以首先将每相功率模组对应的占空比值设为零，立即切断异常的占空比信号对于功率模块的控制，提高系统的响应速度，避免功率模块进一步受到冲击，防止动力系统出现进一步失控等情况。
[0087] 示例性地，如图3所示，现以一个具体实施例对电机功率模块的控制方法进行进一步介绍，包括如下步骤：
[0088] 当功率模块处于占空比控制模式时，生成当前占空比信号，当前占空比信号包括每相功率模组对应的占空比值；
[0089] 基于当前占空比信号控制功率模块；
[0090] 获取当前占空比信号，以及每相功率模组对应的历史占空比值，并基于历史占空比值和占空比值确定每相功率模组对应的占空比变化率；
[0091] 判断每相功率模组对应的占空比变化率的绝对值是否小于预变化率阈值；
[0092] 若否，则返回获取当前占空比信号的步骤；
[0093] 若是，则获取所述占空比值的最大值，并基于功率模块温度和电机温度之间的最高温度和预设映射关系确定预设占空比阈值；
[0094] 判断最大值是否大于预设占空比阈值；
[0095] 若否，则返回获取当前占空比信号的步骤；
[0096] 若是，则获取转速采集装置的状态信息；
[0097] 基于状态信息判断转速采集装置是否出现故障；
[0098] 若是，则基于电机运行信息得到转子预估转速，并将转子预估转速作为转子转速；
[0099] 若否，则将转速采集装置采集的转速作为转子转速；
[0100] 基于转子转速确定目标保护模式，将每相功率模组对应的占空比值设为零，并控制功率模块切换至目标保护模式。
[0101] 本发明又一实施例还提供一种电机功率模块的控制装置，包括：
[0102] 监控核模块，其用于当功率模块处于占空比控制模式时，获取当前占空比信号，当前占空比信号包括每相功率模组对应的占空比值；
[0103] 根据占空比值确定占空比变化率，并基于占空比变化率判断当前占空比信号是否出现异常；
[0104] 若是，则获取转子转速，基于转子转速确定目标保护模式，并控制功率模块切换至目标保护模式。
[0105] 本实施例提供的电机功率模块的控制装置与电机功率模块的控制方法能够产生的技术效果基本相同，在此不再赘述。
[0106] 可选地，电机功率模块的控制装置还包括功能核模块，功能核模块用于生成当前占空比信号，并基于当前占空比信号控制功率模块。
[0107] 优选地，功能核模块和监控核模块对应的控制周期相等，有利于实现每个控制周期内当前占空比信号的异常监控以及功率模块的保护。
[0108] 如图4所示，在本实施例中，电机功率模块的控制装置包括功能核模块和监控核模块。电机控制器的主控芯片中通常分为功能核以及非功能核，本实施例中功能核模块可以对应视为其中的一个功能核，主要用于生成当前占空比信号，并基于当前占空比信号控制功率模块。而在这一过程中，监控核模块(可以视为一个非功能核)主要用于根据占空比值确定占空比变化率，并基于占空比变化率判断当前占空比信号是否出现异常，当前占空比信号出现异常时，控制功率模块切换至目标保护模式，中断功能核基于异常的当前占空比信号对于功率模块的控制，有效保护功率模块的安全可靠运行。由此可见，本实施例中将当前占空比信号的生成以及基于当前占空比信号对功率模块的控制功能放在功能核模块中完成，将当前占空比信号的异常监控以及保护功能放在监控核中完成，实现了功能隔离，有效避免当功能核模块发生卡死时，系统丧失了对于当前占空比信号的异常监控以及保护功能，进一步确保功率模块的有效运行。
[0109] 本发明又一实施例还提供一种车辆，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，当计算机程序被处理器读取并运行时，实现如上所述的电机功率模块的控制方法。
[0110] 本实施例提供的车辆与所述电机功率模块的控制方法能够产生的技术效果基本相同，在此不再赘述。
[0111] 现将描述可以作为本发明的服务器或客户端的电子设备，其是可以应用于本发明的各方面的硬件设备的示例。电子设备旨在表示各种形式的数字电子的计算机设备，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
[0112] 电子设备包括计算单元，其可以根据存储在只读存储器(ROM)中的计算机程序或者从存储单元加载到随机访问存储器(RAM)中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM中，还可存储设备操作所需的各种程序和数据。计算单元、ROM以及RAM通过总线彼此相连。输入/输出(I/O)接口也连接至总线。
[0113] 计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端‑服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。
[0114] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read‑Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。在本申请中，所述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单元来实现本发明实施例方案的目的。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0115] 虽然本发明披露如上，但本发明的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。
