一种换挡电机绕组开路检测方法、检测装置、换挡电机及车辆与流程

本技术属于换挡电机，尤其涉及一种换挡电机绕组开路检测方法、检测装置、换挡电机及车辆。

背景技术：

1、在自动变速器、新能源汽车换挡执行机构、amt（机械式自动变速器）等应用场景中，无刷直流电机因其响应快、控制精度高而被广泛用作换挡动作的执行元件。换挡电机通常与换挡拨叉、离合器或齿轮选择机构形成刚性机械连接，电机转子的任何微小转动都会直接转化为执行机构的位移，实现挡位置的高精度调整。鉴于换挡电机长期处于频繁动作、大扭矩输出、高温振动等恶劣工况下，其绕组极易因绝缘老化、疲劳断裂等原因发生开路故障，从而导致电机无法正常输出换挡力矩，导致换挡失败，严重时甚至引发安全事故

2、因此，通常需要在换挡电机启动前进行开路故障检测。现有无刷直流电机绕组开路检测技术主要包括电流检测法、电压检测法和信号注入法等方法。但是，上述检测方案实施过程中，都会在绕组中产生一定程度的电流。由于换挡电机的转子与换挡执行机构存在刚性机械耦合，检测过程中即使绕组内流过微小电流，所产生的电磁转矩也足以使执行机构发生非预期的微动位移，这种位移虽小，但在换挡位置精度以毫米甚至丝米计量的场景下，可能导致拨叉偏离目标位置、换挡行程误差累积、挡位啮合不充分等严重后果，直接危及行车安全。

技术实现思路

1、本技术提供了一种换挡电机绕组开路检测方法、检测装置、换挡电机及车辆，旨在至少能够在一定程度上解决换挡电机静止状态下的绕组开路故障检测操作易导致电机绕组转动移位，影响换挡执行机构位置精度的技术问题。为此，

2、本技术实施例的一方面，提供的一种换挡电机绕组开路检测方法，应用于换挡电机控制系统，所述系统包括三相电压采样电路和三相逆变桥，所述三相逆变桥的各相桥臂中点对应连接换挡电机的星形连接三相绕组的首端，所述三相电压采样电路分别电性连接所述各相桥臂中点，用于采集所述三相绕组的首端电压；所述检测方法包括：

3、控制与第一相绕组对应的相桥支路的上桥臂开关器件导通，并控制所述三相逆变桥中其余的上桥臂开关器件和下桥臂开关器件关断，以使所述第一相绕组连接至直流电源并断开所述三相绕组的导通回路；

4、通过所述三相电压采样电路，分别获取所述三相绕组首端的电压；

5、计算所述三相绕组中其余两相绕组的首端电压与所述第一相绕组的首端电压的差值；

6、根据所述差值与预设阈值的比较结果，判断所述三相绕组是否存在开路故障并定位故障相绕组。

7、在一些实施例中，所述三相绕组首端的电压包括第一相绕组的首端电压、第二相绕组的首端电压以及第三相绕组的首端电压；

8、所述根据所述差值与预设阈值的比较结果，判断所述三相绕组是否存在开路故障并定位故障相绕组包括：

9、若所述三相绕组首端的电压的差值均小于所述预设阈值，则未出现开路故障；

10、若第一相绕组的首端电压与第二相绕组的首端电压的差值大于或等于所述预设阈值，且第一相绕组的首端电压与第三相绕组的首端电压的差值小于所述预设阈值，则确定所述第二相绕组开路；

11、若第一相绕组的首端电压与第二相绕组的首端电压的差值小于所述预设阈值，且第一相绕组的首端电压与第三相绕组的首端电压的差值大于或等于所述预设阈值，则确定所述第三相绕组开路；

12、若第一相绕组的首端电压与第二相绕组的首端电压的差值、第一相绕组的首端电压与第三相绕组的首端电压的差值均大于或等于所述预设阈值，则确定所述第一相绕组开路。

13、在一些实施例中，所述三相绕组是否存在开路故障并定位故障相绕组的判断结果依据所述比较结果查表获得。

14、在一些实施例中，所述预设阈值预先通过如下步骤确定：

15、获取无开路故障换挡电机的不同相绕组之间的最大电压的差值；

16、获取存在开路故障换挡电机的开路相绕组与非开路相绕组之间的最小电压的差值；

17、基于调节系数对最大电压差值与所述最小电压差值的加权融合，得到所述预设阈值。

18、在一些实施例中，所述基于调节系数对最大电压差值与所述最小电压差值的加权融合，得到所述预设阈值包括：

19、基于确定所述预设阈值；

20、其中，为无开路故障换挡电机的不同相绕组之间的最大电压的差值，为存在开路故障换挡电机的开路相绕组与非开路相绕组之间的最小电压的差值，为调节系数，且的取值范围为0.2~0.8。

21、在一些实施例中，所述预设阈值预先通过如下步骤确定：

22、获取所述电压采样电路的电压幅值；

23、基于误差系数与检测精度对所述电压采样电路的电压幅值进行修正，得到所述预设阈值。

24、在一些实施例中，所述基于误差系数与检测精度对所述电压采样电路的电压幅值的加权融合，得到所述预设阈值包括：

25、基于确定所述预设阈值；

26、其中，为误差系数，且大于2，为所述电压采样电路的检测精度。

27、本技术的另一方面，还提供一种换挡电机的绕组开路检测装置，包括：

28、直流电源；

29、驱动芯片，具备三相电压采样电路和三相逆变桥，所述三相逆变桥连接于所述直流电源的正极与负极，所述三相逆变桥的各相桥臂中点配置为对应连接换挡电机的星形连接三相绕组的首端，所述三相电压采样电路分别电性连接所述各相桥臂中点；

30、控制器，与所述驱动芯片连接，且所述控制器被配置为执行所述的换挡电机绕组开路检测方法。

31、在一些实施例中，所述电压采样电路为所述驱动芯片内部集成的电压传感器。

32、在一些实施例中，所述三相逆变桥包括三路相桥支路，每路所述相桥支路均配置有上桥臂开关器件与下桥臂开关器件，同一所述相桥支路中的上桥臂开关器件和下桥臂开关器件的连接点为桥臂中点。

33、在一些实施例中，所述上桥臂开关器件和/或所述下桥臂开关器件为所述驱动芯片内部集成的mosfet或igbt。

34、本技术的另一方面，还提供一种换挡电机，

35、所述的换挡电机的绕组开路检测装置，所述三相逆变桥的三相桥臂中点分别与所述三相绕组的三个首端对应连接。

36、本技术的另一方面，还提供一种车辆，包括所述的换挡电机，所述控制器为车辆的电子控制单元ecu、变速箱控制单元tcu或者换挡电机控制器。

37、本技术实施例至少具有如下有益效果：

38、本技术实施例提供的换挡电机绕组开路检测方法、检测装置、换挡电机及车辆，基于换挡电机的星形连接三相绕组以及相配合的三相逆变桥和三相电压采样电路实施绕组开路故障检测方案；通过控制三相逆变桥中某一相桥支路中的上桥臂开关器件（也可以是下桥臂开关器件）导通，并控制所述三相逆变桥的其余上桥臂开关器件和下桥臂开关器件关断，以使所述第一相绕组连接至直流电源正极，使得三相绕组与直流电源的负极断开，从而断开所述三相绕组的导通回路，即使三相绕组与直流电源之间无法形成完整的功率回路，从而在检测过程中三相绕组内不产生持续的负载电流；因此，在检测过程中并不存在持续的负载电流流过三相绕组，从而电机转子不会产生能够驱动其旋转的电磁转矩，严格限制了检测过程对换挡执行机构位置的干扰，使得换挡电机在检测过程中保持静止，保持换挡执行机构的位置精度。与现有技术中依赖电流注入的检测方案（如信号注入法、芯片静态诊断法等）相比，本技术实施例消除了检测电流对换挡执行机构位置精度的潜在影响。

39、另一方面，通过计算第一相绕组分别与第二相绕组、第三相绕组的首端电压差值，并将两个差值与预设阈值进行组合比较，根据比较结果可精准定位具体是哪一相绕组发生了开路故障，而非仅笼统地表明存在开路故障。这一精准定位能力为后续的故障处理和容错控制提供了精确的故障信息，有利于维修人员快速定位故障点，也有利于系统根据故障相位置启动相应的容错运行策略。同时，本技术检测操作简便，仅需单次开关动作（控制相桥支路的上桥臂开关器件导通，其余关断）和单次三相电压采样即可完成检测和故障定位，无需复杂的信号处理、多次重复检测或长时间的数据积累，不影响车辆的正常上电流程和换挡准备时间，检测结果可靠性高。

40、进一步地，本技术实施例的检测方案不依赖反电动势信号，因此可在换挡电机完全静止的状态下实施检测，特别适用于车辆上电后、换挡动作执行前的上电自检场景，以及换挡电机长时间停机后的定期诊断场景。这一特性使得本发明能够有效覆盖换挡电机在启动前这一最容易暴露开路故障的检测窗口期，与现有技术中需要在电机运行过程中检测的方案形成互补。同时，检测方法可利用换挡电机的驱动芯片内部已有的三相电压采样电路和三相逆变桥（包括上桥臂开关器件和下桥臂开关器件），无需增设任何额外的电压传感器、电流传感器、分压电路、虚拟中性点电路或信号注入模块。硬件实现成本低，不增加系统的物理体积和布线复杂度，易于在现有换挡电机控制系统中进行集成实施和改造升级。

41、综上所述，本技术实施例针对换挡电机，从零电流检测、故障精准定位、低成本硬件、检测流程简化和静止状态适用性等多个维度出发，提供了一套完整、可靠且工程实用性强的换挡电机绕组开路故障检测解决方案。