CN110901392B - 依据电机损耗判断车辆运行状态的保护方法、装置及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及依据电机损耗判断车辆运行状态的保护方法、装置及车辆，首先采集驱动电机的实际转速，并根据当前运行状态下的驱动电机的输入功率和电机损耗计算驱动电机转速的正常范围；然后比较驱动电机的实际转速与当前运行状态下的转速正常范围，如果驱动电机的实际转速在该正常范围内，则驱动电机正常运行，如果不在该正常范围内，则判断为故障状态，控制驱动电机停止输出，进行相应的保护。因此，该方法能够根据电机转速判断车辆运行状态，在电机转速与正常运行范围，即期望值偏差过大的时候，及时介入控制，保证车辆安全运行，提升车辆运行的安全系数。

Description

依据电机损耗判断车辆运行状态的保护方法、装置及车辆
技术领域
本发明涉及依据电机损耗判断车辆运行状态的保护方法、装置及车辆。
背景技术
目前纯电动汽车多采用扭矩控制，即根据当前档位、转速、油门踏板开度、刹车踏板开度等具体车辆工况需求，由整车控制器(VCU)根据需求功率给出瞬时扭矩需求值，将扭矩需求值发送给电机控制器(MCU)，电机控制器通过控制交流侧电流的输出值大小，实现驱动电机输出对应扭矩值和功率，以满足车辆的运行需求。采用扭矩控制的控制方式相对简单、稳定，目前已在大多数车辆上使用。
上述扭矩控制方式，不论控制精度还是响应速度，在技术上均已成熟。但是，在驱动电机运行过程中电角度出现偏差时，如果扭矩正常输出，那么，就会造成电机转速的大小与期望值偏差过大，造成不期望的加速或者制动，不但影响驾驶体验，而且，也会很大程度上影响车辆安全运行。因此需要针对此种情况，制定对应的保护策略，以提升车辆运行安全。
发明内容
本发明的目的是提供依据电机损耗判断车辆运行状态的保护方法、装置及车辆，用以解决当驱动电机的转速与期望值偏差过大时会很大程度上影响车辆安全运行的问题。
为实现上述目的，本发明包括以下技术方案。
本发明提供一种依据电机损耗判断车辆运行状态的保护方法，包括以下步骤：
(1)采集驱动电机的实际转速；
(2)比较驱动电机的实际转速与当前运行状态下的转速正常范围，当实际转速不在所述转速正常范围内时，控制驱动电机停止输出；
其中，当前运行状态下的转速正常范围的计算过程包括以下步骤：
1)计算当前运行状态下的驱动电机的输入功率和电机损耗；
2)计算转速正常范围，为：
[k*(P输入-P损耗)*(1-a)/E，k*(P输入-P损耗)*(1+a)/E]
其中，k为系数，P输入为当前状态下驱动电机的输入功率，P损耗为电机损耗，a为误差裕量，0＜a＜1，E为驱动电机当前状态下的转矩，由当前车速和油门踏板的开度确定。
根据驱动电机的输入功率以及电机损耗计算得到驱动电机在对应运行状态下的转速正常范围，那么，在运行过程中，如果驱动电机的实际转速在对应的正常范围内，则驱动电机正常运行，如果不在正常范围内，则判断为故障状态，控制驱动电机停止输出。因此，根据电机转速判断车辆运行状态，在电机转速与正常运行范围，即期望值偏差过大的时候，能够及时介入控制，保证车辆安全运行，提升车辆运行的安全系数。
进一步地，根据电机控制器交流侧输出的电压和电流计算驱动电机的输入功率。由于驱动电机一般为交流电机，因此，根据电机控制器交流侧输出的电压和电流能够计算得到驱动电机的输入功率。
进一步地，所述电机损耗有以下两种计算方式：
方式1：P损耗＝P输入-P输入*η，其中，η为电机效率；
方式2：P损耗＝P铜耗+P铁耗+P机械损耗，其中，P铜耗为电机铜耗，P铁耗为电机铁耗，P机械损耗为电机机械损耗。
通过这两种方式中的任意一个均可以计算得到驱动电机的电机损耗。
本发明还提供一种依据电机损耗判断车辆运行状态的保护装置，包括：
转速采集模块，用于采集驱动电机的实际转速；
控制模块，用于比较驱动电机的实际转速与当前运行状态下的转速正常范围，当实际转速不在所述转速正常范围内时，控制驱动电机停止输出；
其中，当前运行状态下的转速正常范围的计算过程包括以下步骤：
1)计算当前运行状态下的驱动电机的输入功率和电机损耗；
2)计算转速正常范围，为：
[k*(P输入-P损耗)*(1-a)/E，k*(P输入-P损耗)*(1+a)/E]
其中，k为系数，P输入为当前状态下驱动电机的输入功率，P损耗为电机损耗，a为误差裕量，0＜a＜1，E为驱动电机当前状态下的转矩，由当前车速和油门踏板的开度确定。
根据驱动电机的输入功率以及电机损耗计算得到驱动电机在对应运行状态下的转速正常范围，那么，在运行过程中，如果驱动电机的实际转速在对应的正常范围内，则驱动电机正常运行，如果不在正常范围内，则判断为故障状态，控制驱动电机停止输出。因此，根据电机转速判断车辆运行状态，在电机转速与正常运行范围，即期望值偏差过大的时候，能够及时介入控制，保证车辆安全运行，提升车辆运行的安全系数。
进一步地，根据电机控制器交流侧输出的电压和电流计算驱动电机的输入功率。由于驱动电机一般为交流电机，因此，根据电机控制器交流侧输出的电压和电流能够计算得到驱动电机的输入功率。
进一步地，所述电机损耗有以下两种计算方式：
方式1：P损耗＝P输入-P输入*η，其中，η为电机效率；
方式2：P损耗＝P铜耗+P铁耗+P机械损耗，其中，P铜耗为电机铜耗，P铁耗为电机铁耗，P机械损耗为电机机械损耗。
通过这两种方式中的任意一个均可以计算得到驱动电机的电机损耗。
本发明还提供一种车辆，包括车辆本体和一种依据电机损耗判断车辆运行状态的保护装置，所述保护装置包括：
转速采集模块，用于采集驱动电机的实际转速；
控制模块，用于比较驱动电机的实际转速与当前运行状态下的转速正常范围，当实际转速不在所述转速正常范围内时，控制驱动电机停止输出；
其中，当前运行状态下的转速正常范围的计算过程包括以下步骤：
1)计算当前运行状态下的驱动电机的输入功率和电机损耗；
2)计算转速正常范围，为：
[k*(P输入-P损耗)*(1-a)/E，k*(P输入-P损耗)*(1+a)/E]
其中，k为系数，P输入为当前状态下驱动电机的输入功率，P损耗为电机损耗，a为误差裕量，0＜a＜1，E为驱动电机当前状态下的转矩，由当前车速和油门踏板的开度确定。
根据驱动电机的输入功率以及电机损耗计算得到驱动电机在对应运行状态下的转速正常范围，那么，在运行过程中，如果驱动电机的实际转速在对应的正常范围内，则驱动电机正常运行，如果不在正常范围内，则判断为故障状态，控制驱动电机停止输出。因此，根据电机转速判断车辆运行状态，在电机转速与正常运行范围，即期望值偏差过大的时候，能够及时介入控制，保证车辆安全运行，提升车辆运行的安全系数。
进一步地，根据电机控制器交流侧输出的电压和电流计算驱动电机的输入功率。由于驱动电机一般为交流电机，因此，根据电机控制器交流侧输出的电压和电流能够计算得到驱动电机的输入功率。
进一步地，所述电机损耗有以下两种计算方式：
方式1：P损耗＝P输入-P输入*η，其中，η为电机效率；
方式2：P损耗＝P铜耗+P铁耗+P机械损耗，其中，P铜耗为电机铜耗，P铁耗为电机铁耗，P机械损耗为电机机械损耗。
通过这两种方式中的任意一个均可以计算得到驱动电机的电机损耗。
附图说明
图1是依据电机损耗判断车辆运行状态的保护方法的流程示意图。
具体实施方式
依据电机损耗判断车辆运行状态的保护方法实施例
一种依据电机损耗判断车辆运行状态的保护方法，包括以下步骤：
(1)采集驱动电机的实际转速；
(2)比较驱动电机的实际转速与当前运行状态下的转速正常范围，当实际转速不在所述转速正常范围内时，控制驱动电机停止输出。
其中，当前运行状态下的转速正常范围的计算过程包括以下步骤：
1)计算当前运行状态下的驱动电机的输入功率和电机损耗；
2)计算转速正常范围，为：
[k*(P输入-P损耗)*(1-a)/E，k*(P输入-P损耗)*(1+a)/E]
其中，k为系数，P输入为当前状态下驱动电机的输入功率，P损耗为电机损耗，a为误差裕量，0＜a＜1，E为驱动电机当前状态下的转矩，由当前车速和油门踏板的开度确定。
本实施例中，该方法所适用的车辆以新能源车辆为例。下面结合附图对本发明提供的依据电机损耗判断车辆运行状态的保护方法做进一步详细的说明。
车辆在正常运行过程中，VCU实时监控车辆运行状态，包括工作模式(驱动、发电、滑行等)、油门信号、制动信号等，根据运行状态生成相应的需求扭矩，并输出当前需求扭矩给MCU。MCU从动力电池取电，根据整车扭矩需求值将动力电池输出的直流电逆变为相应的交流电压和交流电流，并输出给驱动电机做功，由驱动电机执行扭矩和功率输出。
车辆在运行过程中，通过转速采集模块实时采集驱动电机的实际转速，其中，转速采集模块可为常规的转速检测设备。
本实施例中，根据实际转速进行的相关安全控制由MCU实现，那么，转速采集模块将实际转速信号输出给MCU。MCU比较接收到的驱动电机的实际转速与当前运行状态下的转速正常范围，并作以下判断：如图1所示，当实际转速在转速正常范围内时，表示转速合理，判断为正常状态，MCU继续正常输出，车辆继续正常运行；当实际转速不在转速正常范围内时，表示转速不合理，判断为故障状态，MCU控制驱动电机停止输出，并执行报警或者执行零力矩开关保护等保护措施，以增强车辆的运行安全性。
这里，MCU根据电机输入功率和电机损耗等参量计算当前运行状态下的转速正常范围，具体如下：
依据MCU交流侧输出的交流电压U交流侧和交流电流I交流侧计算当前状态下驱动电机的输入功率P输入，计算公式为：
P输入＝1.732*U交流侧*I交流侧*功率因数
结合电机设计时的标定数据，计算电机损耗P损耗。电机标定数据为电机开发时，通过测功机针对电机的各个转速点在不同转矩下的输出功率、效率等内容的测试数据。电机损耗P损耗有以下两种计算方式，采用任意一个均能够得到电机损耗P损耗：
方式1：
P损耗＝P输入-P输入*η
其中，η为电机效率，具体为电机效率标定数据，为已知值。
方式2：
P损耗＝P铜耗+P铁耗+P机械损耗
其中，P铜耗为电机铜耗，P铁耗为电机铁耗，P机械损耗为电机机械损耗。P铜耗由交流电流I交流侧和电机相电阻R相计算得到，对于三相永磁同步电机：
P铜耗＝I交流侧 2*R相*3
P铁耗和P机械损耗可以通过假转子测试试验，测试各个电流和转速下的损耗值就能够得到P铁耗和P机械损耗，并将测试数据写入MCU程序。
当然，还可以计算驱动电机的输出功率P输出，计算公式为：
P输出＝转速*转矩/9.55
因此，考虑到误差裕量a(0＜a＜1，如a＝10％)，若输出功率P输出满足：
(P输入-P损耗)*(1-a)≤P输出≤(P输入-P损耗)*(1+a)
则判定为正常状态，若输出功率P输出不在此范围内，则判断为故障状态，中断输出。
将上述输出功率P输出满足的不等式进行转换，得到以下正常情况下转速n的范围：
k*(P输入-P损耗)*(1-a)/E≤n≤k*(P输入-P损耗)*(1+a)/E
其中，k为系数，取9.55。E为驱动电机当前状态下的转矩。
对于驱动电机当前状态下的转矩E：在不同车速以及不同的油门踏板开度下，驱动电机具有不同的转矩。因此，驱动电机的转矩能够根据车辆电机输出特性和车辆加速性能得到，即由当前车速和油门踏板的开度确定。整车控制器VCU结合当前车速和油门踏板的开度，由仿真能够计算得到对应的转矩标定值，而且，在不同车速以及不同的油门踏板开度下，驱动电机具有不同的转矩标定值。因此，车辆实际运行时，根据不同车速和油门踏板开度能够得到对应的转矩标定值，根据得到的转矩标定值输出具体转矩。因此，根据上述过程能够得到驱动电机当前状态下的转矩，而且该转矩值为标定值，非计算值。
因此，转速n的正常范围为：
[k*(P输入-P损耗)*(1-a)/E，k*(P输入-P损耗)*(1+a)/E]
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
依据电机损耗判断车辆运行状态的保护装置实施例
本实施例提供一种依据电机损耗判断车辆运行状态的保护装置，包括两个模块，分别是：
转速采集模块，用于采集驱动电机的实际转速；
控制模块，用于比较驱动电机的实际转速与当前运行状态下的转速正常范围，当实际转速不在所述转速正常范围内时，控制驱动电机停止输出。
其中，当前运行状态下的转速正常范围的计算过程包括以下步骤：
1)计算当前运行状态下的驱动电机的输入功率和电机损耗；
2)计算转速正常范围，为：
[k*(P输入-P损耗)*(1-a)/E，k*(P输入-P损耗)*(1+a)/E]
其中，k为系数，P输入为当前状态下的输入功率，P损耗为电机损耗，a为误差裕量，0＜a＜1，E为驱动电机当前状态下的转矩，由当前车速和油门踏板的开度确定。
因此，该依据电机损耗判断车辆运行状态的保护装置本质上是一种依据电机损耗判断车辆运行状态的保护方法。由于该保护方法在上述依据电机损耗判断车辆运行状态的保护方法实施例中已给出了详细地描述，这里就不再具体说明。
车辆实施例
本实施例提供一种车辆，包括车辆本体，除此之外，该车辆中还设置有一种依据电机损耗判断车辆运行状态的保护装置，用于实现车辆安全运行控制。由于该保护装置在上述依据电机损耗判断车辆运行状态的保护方法实施例中已给出了详细地描述，这里就不再具体说明。

Claims (9)

1.一种依据电机损耗判断车辆运行状态的保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采集驱动电机的实际转速；
(2)比较驱动电机的实际转速与当前运行状态下的转速正常范围，当实际转速不在所述转速正常范围内时，控制驱动电机停止输出；
其中，当前运行状态下的转速正常范围的计算过程包括以下步骤：
1)计算当前运行状态下的驱动电机的输入功率和电机损耗；
2)计算转速正常范围，为：
[k*(P输入-P损耗)*(1-a)/E，k*(P输入-P损耗)*(1+a)/E]
其中，k为系数，P输入为当前状态下驱动电机的输入功率，P损耗为电机损耗，a为误差裕量，0＜a＜1，E为驱动电机当前状态下的转矩，由当前车速和油门踏板的开度确定。
2.根据权利要求1所述的依据电机损耗判断车辆运行状态的保护方法，其特征在于，根据电机控制器交流侧输出的电压和电流计算驱动电机的输入功率。
3.根据权利要求1所述的依据电机损耗判断车辆运行状态的保护方法，其特征在于，所述电机损耗有以下两种计算方式：
方式1：P损耗＝P输入-P输入*η，其中，η为电机效率；
方式2：P损耗＝P铜耗+P铁耗+P机械损耗，其中，P铜耗为电机铜耗，P铁耗为电机铁耗，P机械损耗为电机机械损耗。
4.一种依据电机损耗判断车辆运行状态的保护装置，其特征在于，包括：
转速采集模块，用于采集驱动电机的实际转速；
控制模块，用于比较驱动电机的实际转速与当前运行状态下的转速正常范围，当实际转速不在所述转速正常范围内时，控制驱动电机停止输出；
其中，当前运行状态下的转速正常范围的计算过程包括以下步骤：
1)计算当前运行状态下的驱动电机的输入功率和电机损耗；
2)计算转速正常范围，为：
[k*(P输入-P损耗)*(1-a)/E，k*(P输入-P损耗)*(1+a)/E]
其中，k为系数，P输入为当前状态下驱动电机的输入功率，P损耗为电机损耗，a为误差裕量，0＜a＜1，E为驱动电机当前状态下的转矩，由当前车速和油门踏板的开度确定。
5.根据权利要求4所述的依据电机损耗判断车辆运行状态的保护装置，其特征在于，根据电机控制器交流侧输出的电压和电流计算驱动电机的输入功率。
6.根据权利要求4所述的依据电机损耗判断车辆运行状态的保护装置，其特征在于，所述电机损耗有以下两种计算方式：
方式1：P损耗＝P输入-P输入*η，其中，η为电机效率；
方式2：P损耗＝P铜耗+P铁耗+P机械损耗，其中，P铜耗为电机铜耗，P铁耗为电机铁耗，P机械损耗为电机机械损耗。
7.一种车辆，包括车辆本体，其特征在于，还包括一种依据电机损耗判断车辆运行状态的保护装置，所述保护装置包括：
转速采集模块，用于采集驱动电机的实际转速；
控制模块，用于比较驱动电机的实际转速与当前运行状态下的转速正常范围，当实际转速不在所述转速正常范围内时，控制驱动电机停止输出；
其中，当前运行状态下的转速正常范围的计算过程包括以下步骤：
1)计算当前运行状态下的驱动电机的输入功率和电机损耗；
2)计算转速正常范围，为：
[k*(P输入-P损耗)*(1-a)/E，k*(P输入-P损耗)*(1+a)/E]
其中，k为系数，P输入为当前状态下驱动电机的输入功率，P损耗为电机损耗，a为误差裕量，0＜a＜1，E为驱动电机当前状态下的转矩，由当前车速和油门踏板的开度确定。
8.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于，根据电机控制器交流侧输出的电压和电流计算驱动电机的输入功率。
9.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于，所述电机损耗有以下两种计算方式：
方式1：P损耗＝P输入-P输入*η，其中，η为电机效率；
方式2：P损耗＝P铜耗+P铁耗+P机械损耗，其中，P铜耗为电机铜耗，P铁耗为电机铁耗，P机械损耗为电机机械损耗。
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Address after: 450061 Yudao Road, Guancheng District, Zhengzhou City, Henan Province

Patentee after: Yutong Bus Co.,Ltd.

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Patentee before: ZHENGZHOU YUTONG BUS Co.,Ltd.