混动变速器BLDC 电机霍尔传感器故障诊断

2022-03-24侯清亮

汽车电器 2022年3期

关键词：离合器霍尔混动

赵沂，张俊，侯清亮，罗翔

（上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海 201804）

1 前言

BLDC电机转动原理为：电机中每隔120°放置一个线圈，总共放置3个线圈，通过控制UVW的电流方向，使合成磁场的方向360°转动，永磁体转子也将跟随磁场方向发生转动。如图1所示。

图1 BLDC电机工作原理

对于BLDC电机磁场何时进行换向，需要获取转子的位置来确定，目前使用最多的是使用3个霍尔传感器来获取转子的位置。如图2所示， 3个霍尔传感器间隔120°，且与UVW供电相隔30°进行布置。通过3个霍尔传感器的信号组合，可以确定转子目前在哪个区域的位置，从而进行UVW的电流换向。

图2 霍尔传感器获取转子位置

目前AMT变速器较多使用BLDC电机来进行离合器和换挡的控制，其控制比较成熟。本文介绍的一种混动变速器控制也是采用BLDC电机进行控制，相比于AMT，混动变速器中增加了电机作为动力源，其控制相对更复杂一些，对于信号的准确度要求也更高一些，但其优势在于当离合器或发动机系统故障时，车辆仍能使用电机驱动继续行驶；当电机系统故障时，可使用发动机继续驱动行驶。

本文混动变速器的结构如图3所示，离合器与同步器通过BLDC电机进行控制。

图3 混动变速器结构

当电机转动时， 3个霍尔传感器信号的组合将按照一定序列周期性变化，序列如图4所示。对信号变化次数进行累积，可计算出电机旋转的角度，然后根据BLDC电机与离合器或同步器的机械连接结构，可计算出离合器或同步器的实际位置。

图4 霍尔传感器信号组合

综上， BLDC电机霍尔传感器不仅用于电机本身的转动控制，其角度位置还会转换为离合器、同步器的位置。因此对于霍尔传感器的诊断及保护还要结合整车的实际情况。对于混合动力汽车，由于其拥有双动力源，霍尔故障发生后的故障处理相对传统车会更复杂。

2 霍尔传感器故障诊断

霍尔传感器的接口如图5所示，传感器需要5V电压进行供电，并将采集的信号从输出端传递至控制器进行处理。

图5 霍尔传感器接口

根据其接口，霍尔传感器故障可分为两类：一类为传感器的供电端故障，一类为传感器信号输出端故障。

对于供电端故障，只需对供电电压大小进行监测。正常情况下供电电压为5V，供电电压过高或过低时，霍尔信号的准确性都会受到影响。当实际供电电压与5V相差较大时，可判断发生供电故障。

而对于信号输出端故障，当信号输出端对地短路时，输出信号为0；当对电源短路或开路时，输出信号为1。正常工作时，霍尔传感器输出信号可为0，也可为1，因此通过单个霍尔传感器的信号输出无法识别出是否出现故障，但可通过3个信号的组合识别出故障。正常工作时，信号组合只能出现图4的组合和变化顺序。当信号组合出现000或111的非法组合时，可判断出现故障（Hall Undefined）；另外当信号组合的变化顺序未按图4的顺序变化时，例如信号组合直接从011变换为101，也可判断出现故障（Hall Invalid）。

3 故障保护

当出现故障时需采取相应的措施进行处理，保护硬件及车辆安全。故障的影响见表1。

表1 霍尔传感器故障影响

对于离合器执行电机来说，当出现霍尔传感器故障时，应关闭执行电机使离合器自打开，停止使用离合器，发动机怠速控制或停机，可以使用电机单独驱动继续行驶。

对于换挡执行电机来说，当出现霍尔传感器故障时，应关闭执行电机。整车故障动作应根据之前的挡位情况进行处理，具体见表2。

表2 换挡执行电机霍尔故障处理

4 故障恢复

当故障源消失时，应能及时诊断出故障已恢复并恢复正常行驶。

对于供电的恢复检测比较简单，当检测到供电电压恢复正常，即可以判断故障源消失，可恢复故障。由于故障发生时，执行电机转过的角度未知，故障恢复后，需要重新进行参考点学习，找到参考点位置，随后车辆即可正常行驶。

对于信号输出端故障的恢复比较难判断。例如当霍尔传感器1出现对电源短路故障时，霍尔传感器1信号常为1，其信号组合如图6所示，可看出只有转子的实际位置在011时才能检测出故障，此时信号组合为111时，判断出故障，随后信号组合出现101，此时无法确定是线路短路消除导致，还是转子实际位置发生了变化导致。

图6 故障下信号组合

解决方案：如果000或111的非法组合消失了，暂时认为故障源消失，允许电机工作，但会记录下发生了故障。若故障源未消失，再次转动到011 位置时，将会再次检测出故障。如果发生故障的次数累计到一定值时，将会认为故障源未消失或频繁出现，本次点火循环故障将不再恢复。同样恢复到正常时，也需要参考点学习，车辆才能正常行驶。 Hall Undefined诊断及恢复机制如图7所示。