2.6-三相驱动的执行器控制原理与检修

2.汽车电子控制系统故障诊断与修复2.6三相驱动的执行器控制原理与检修的供油脉动和噪声，但供油压力大任务引入

某奥迪A4L汽车，燃油泵电动机为三相无刷直流电动机，车辆在行驶中发动机突然熄火，且无法再次起动。该车曾因无低压燃油供给进厂检修，更换燃油泵控制单元和燃油泵总成后，故障2天后重现，且故障码均显示无低压燃油供给。使用示波器和电流钳检测燃油泵某一相的端电压和三相电流，结果显示端电压正常，相电流过低，明显负载过低；示波器测量燃油泵PWM信号和转速正常；转速正常单电流偏低。请依据必要信息分析故障原因，诊断故障部位。知识目录CATALOG1执行器三相驱动概述2三相驱动电路控制方式3三相驱动的执行器故障诊断执行器三相驱动概述1一、执行器三相驱动概述

三相驱动的执行器，是指执行器内部具有三相绕组，且三相绕组均与汽车电子控制单元（ECU，如电机控制器MCU）相连，ECU通过由六个电子开关器件（如MOSFET或IGBT）构成的三相全桥逆变电路来连接直流电源的正负极，从而形成驱动回路。1.定义2.应用

三相驱动的执行器是现代汽车特别是新能源汽车中，用于控制大功率、高性能旋转执行器（如驱动电机、电动空调压缩机等）的核心驱动方案。与简单的直流驱动相比，它是一个集成了电力电子转换、数字控制和电机理论的复杂系统。典型的三相驱动的执行器有无刷直流电机、交流异步电机、永磁同步电机。一、执行器三相驱动概述三相驱动电路控制方式2间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式1.无刷直流电机驱动电路

一台完整的三相无刷直流电机系统由三部分组成：电机本体、转子位置传感器（最常用为霍尔传感器）、电子控制器与逆变桥。（1）无刷直流电机基本结构间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式1.无刷直流电机驱动电路

电机本体由定子和转子等部分组成。转子由永磁体构成，磁极对数（N-S极）通常为多对，它是被驱动旋转的部分。定子由硅钢片叠压而成，嵌有三相对称绕组，它们以星形或三角形连接，用来产生旋转磁场。（1）无刷直流电机基本结构间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式1.无刷直流电机驱动电路

转子位置传感器的作用是实时检测转子磁极的准确位置，并将位置信号（通常是3个数字脉冲信号）发送给控制器。（1）无刷直流电机基本结构间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式1.无刷直流电机驱动电路

电子控制电路也就是微处理器（MCU），接收转子位置传感器信号和指令（如油门信号），根据内置逻辑决定让哪组开关管导通。（1）无刷直流电机基本结构间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式1.无刷直流电机驱动电路

三相全桥逆变电路，由6个功率开关管组成，6个开关管分成3组，构成3支桥臂，每支桥臂由两只开关管构成，分别称为上桥和下桥，桥臂两端连接电池正负极，3支桥臂的中间节点分别与电机的三相定子绕组相连接。（1）无刷直流电机基本结构间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式1.无刷直流电机驱动电路

三相绕组中A相及C相通电时，电流由A极流向C极，这样形成了定子合成磁场，转子会根据定子合成磁场的方向进行旋转。（2）无刷直流电机换向控制原理间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式1.无刷直流电机驱动电路（2）无刷直流电机换向控制原理--六步换相法间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式1.无刷直流电机驱动电路（2）无刷直流电机换向控制原理--六步换相法间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式1.无刷直流电机驱动电路（2）无刷直流电机换向控制原理--六步换相法间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式1.无刷直流电机驱动电路（2）无刷直流电机换向控制原理--六步换相法间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式1.无刷直流电机驱动电路（2）无刷直流电机换向控制原理--六步换相法间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式1.无刷直流电机驱动电路（2）无刷直流电机换向控制原理--六步换相法间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式1.无刷直流电机驱动电路

捷豹路虎车系中英吉利Ⅰ31.5升汽油发动机配备的燃油泵模块使用了无刷直流电机。该电机U、V和W三相定子绕组采用星形连接，每相绕组的连接导线都充当电源和接地供应。（3）无刷直流电机的应用实例间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式1.无刷直流电机驱动电路

根据所需的燃油压力，PCM向燃油泵驱动模块（FPDM）发送一个脉宽调制（PWM）信号来控制燃油泵的输出。FPDM沿3根连接导线分相供电以运行泵，当其中一相绕组接电源时，其他相位会为电流提供接地路径。（3）无刷直流电机的应用实例间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式1.无刷直流电机驱动电路

若要停止燃油泵，来自PCM的PWM信号需达到75%。可通过测量相位1和相位2之间的电阻以及相位1和相位3之间的电阻来检查电机的完好性，如果任意一相发生断路，泵将无法运行。（3）无刷直流电机的应用实例间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式2.交流电机驱动控制

永磁同步电机由转子和定子两部分组成。（1）永磁同步电机的基本结构间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式2.交流电机驱动控制

电机的静止部分为定子，由定子绕组和定子铁心组成。定子铁心由硅钢片叠压而成，，内部带有凹槽用于镶嵌定子绕组、构成定子磁路。

定子绕组由铜线绕制而成，有圆线绕组也有扁线绕组。（1）永磁同步电机的基本结构间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式2.交流电机驱动控制

电机绕组的接线端固定在与电机壳体绝缘的接线板上，通过三相高压电缆与汽车的变频器相连。当三相绕组中通入三相交流电时，它们共同作用会产生一个强度恒定、匀速旋转的合成磁场--即旋转磁场。（1）永磁同步电机的基本结构间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式2.交流电机驱动控制

电机的转子包括永磁体、转子铁心、转轴等，依据永磁体在转子铁心中的位置不同可以分为外置式和内置式两种。（1）永磁同步电机的基本结构间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式2.交流电机驱动控制

永磁同步电机的工作原理基于定子产生的旋转磁场与转子永磁体磁场的相互作用实现机电能量转换。当交流电通入电机定子的三相绕组时，电流产生的磁动势合成一个幅值恒定、空间旋转的圆形磁场（同步旋转磁场），其转速（同步转速）由电源频率f和电机磁极对数p决定；转子内嵌有的高性能永磁体，形成固定极性的恒定磁场。该磁场与定子旋转磁场相互耦合，通过磁极间的吸引力与排斥力产生电磁转矩，驱动转子转动。转子严格跟随定子旋转磁场的转速转动，即转子实际转速n恒等于同步转速。（2）永磁同步电机的工作原理间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式2.交流电机驱动控制

永磁同步电机的驱动控制由电机控制器完成。电机控制器是电驱系统的控制中心，其内部结构主要包括控制电路、驱动电路和IGBT模块（逆变电路）三部分，控制原理如图所示。（3）永磁同步电机的驱动控制间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式2.交流电机驱动控制

控制电路接收各种输入信号，经过运算向驱动电路输出PWM控制信号；驱动电路接收到PWM信号后，进行电压放大和功率放大等处理，驱动IGBT导通和关断，并进行电压隔离。（3）永磁同步电机的驱动控制间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式2.交流电机驱动控制IGBT模块接受驱动，按照PWM指令要求不断导通和关断，通过SVPWM技术，将直流电压“切割”成一系列高频脉冲，这些脉冲的宽度按正弦规律变化，给驱动电机提供波形近似正弦波、相位差120°的三相交流电，驱动电机运转。（3）永磁同步电机的驱动控制间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式2.交流电机驱动控制

逆变电路与无刷直流电机逆变桥结构基本相同，不同的是永磁同步电机控制IGBT工作时不仅要调整其频率，还要调整其占空比，使得三相绕组中的电流接近正弦波。（3）永磁同步电机的驱动控制--三相桥式逆变电路间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式2.交流电机驱动控制

电机控制器通过PWM信号控制IGBT的通断，通断过程中实时调整PWM占空比改变平均电压和电流，使每相定子绕组的电压波形逼近正弦交流电，从而模拟出理想的正弦交流波形，将直流电逆变为交流电供给驱动电机。（3）永磁同步电机的驱动控制--正弦交流电的产生间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式2.交流电机驱动控制（3）永磁同步电机的驱动控制--正弦交流电的产生间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式2.交流电机驱动控制（3）永磁同步电机的驱动控制--正弦交流电的产生间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式2.交流电机驱动控制（3）永磁同步电机的驱动控制--变压和变频原理

通过改变IGBT的导通频率和占空比是能改变输出电压。

若正弦交流电的有效值不变，通过改变IGBT导通频率和占空比也能够使交流电的频率发生变化，这就是变频原理。间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大二、三相驱动电路控制方式2.交流电机驱动控制

无刷直流电机与交流电机相比，虽然都是三相驱动，但是有本质区别。无刷直流电机定子绕组通入的是梯形波或方波电流，来产生交替变化的“方波旋转磁场”；交流电机的定子绕组通入的是正弦波电流，生成平滑的正弦波旋转磁场；无刷直流电机方波磁场的“台阶式”变化导致扭矩周期性波动，低速时可能伴随轻微震动，中高速效率较高；交流电机的正弦波磁场实现了扭矩平滑输出，可显著降低车内噪音，全转速范围效率达90%~97%。总之，交流电机相比于无刷直流电机在控制上更复杂也更精确，需要根据应用场合选择相应的电机。三相驱动的执行器故障诊断3间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大1.诊断思维

三相驱动执行器的故障可大致分为三大类：电控系统故障、电路与电机本体故障以及机械负载系统故障。诊断三相驱动系统故障，需建立“信号流-能量流-机械传动”一体化分析的系统思维。

信号流分析：使用诊断仪读取故障码、数据流，确认控制逻辑是否正常。

能量流分析：这是诊断的核心环节。需使用万用表、示波器配合电流钳，系统测量。

对比分析与推理：将实测的电压、电流波形与标准波形或正常工况下的数据对比，结合电机转速数据，进行推理。三、三相驱动的执行器故障诊断间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大2.诊断实例现象：某奥迪A4L汽车，行驶中发动机熄火，熄火后无法再起动。用故障诊断仪显示无低压燃油供给，更换燃油泵控制单元和燃油泵总成后交车，2天后发动机再次在车辆行驶中突然熄火且无法起动，故障诊断仪显示相同信息。三、三相驱动的执行器故障诊断间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大2.诊断实例故障诊断仪显示无低压燃油供给。三、三相驱动的执行器故障诊断电路分析：查询维修手册发现该车燃油泵电动机为三相无刷直流电动机，由燃油泵控制单元J538提供三相驱动电源。间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大2.诊断实例

用示波器和电流钳同时测量燃油泵某一相的端电压及三相电流。发现端电压为0V到12V的PWM，正常；而最大相电流约为2A，查询技术资料发现正常约为7A，相电流过低。三、三相驱动的执行器故障诊断间歇性供油，会产生较大的供油脉动和噪声，但供油压力大2.诊断实例

计算PWM信号的占空比，约为27%；计算燃油泵转速（转速与转子的磁极对数有关，该车的燃油泵转子有2对磁极，转子旋转1圈，对应