CN103802688A - 车用电机低速转矩输出能力提升方法 - Google Patents

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Abstract

一种车用电机低速转矩输出能力提升方法是，根据检测到的实时电机转速调整电机控制器功率模块的开关频率，并在零转速大负载启动的情况下根据预先设定的时间按比例进行降扭矩处理，直到报零转速大负载启动故障，并记录连续踩踏油门踏板的次数；当连续踩踏油门踏板的次数和间歇踩踏油门踏板的次数总和大于3时作停机处理，否则清除故障使电机处于正常的状态；同时，采用降低功率模块开关频率的措施降低模块发热以保护功率模块，以实现在不降低峰值扭矩的前提下降低功率模块的发热从而提升电机低速转矩输出的能力。

Description

车用电机低速转矩输出能力提升方法
技术领域
本发明技术涉及一种车用电机低速转矩输出能力提升方法，特别是涉及电机低速转矩输出方法和低速转矩输出能力提升的方法。
背景技术
目前，随着技术的成熟，节能环保的电动汽车已经得到大众的认可，开始逐渐进入消费市场。但是因为其价格比同规格的内燃机汽车高出很多，因此阻碍了电动汽车的推广。除了动力电池之外，电驱动系统——驱动电机以及驱动电机控制器也是导致电动汽车价格高昂的原因。图1是永磁电机扭矩闭环控制基本控制系统原理图，如图1所示，高压直流电源经电机驱动器DC/AC变换为电压幅值和频率可调的三相交流电，驱动永磁同步电机运转；同时，通过检测当前的转子位置信号和对电机的相电流进行实时采样，并送入电机控制单元。电机控制单元通过CAN总线与整车控制器进行通信，从整车控制器获得当前扭矩指令、运行模式和旋转方向，并根据反馈得到电流和电机位置信号，控制电机驱动器产生所需要的三相交流电，从而实现电机正常运行。在实车使用中，交流电流等级超过原设计要求，当出现频繁大负载启动，而车载冷却条件不能保证时，功率模块发热严重，严重时导致烧坏。
电动汽车在设计时会考虑到爬坡度需求，但是在实际运行中，驾驶员很难根据肉眼观察坡度是否在电动汽车的合理设计范围内。这样在爬坡或遇到障碍物的过程中，假如驱动力小于或者等于电动汽车阻力，电动汽车就会堵转或者后溜。此时驾驶员可能会一直踩踏油门踏板以提高电机扭矩。而电机一旦堵转，构成MCU三相驱动桥的六个功率管不会换流，时间长了就会导致功率管过流发热而烧坏，从而大大增加电动汽车的成本。因此，采取适当的保护措施，避免MCU功率管因为电机堵转而烧坏就成了一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种车用电机低速转矩输出能力提升方法，包括提供车用电机低速转矩输出的方法，同时对低速转矩输出能力进行提升，以便在不降低峰值扭矩的前提下，对功率管进行最大程度的保护。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种车用电机低速转矩输出能力提升方法是，根据检测到的实时转速调整电机控制器功率模块的开关频率，并在发生零转速大负载启动运行的情况下根据预先设定的时间按比例进行降扭矩处理直到报零速大负载启动故障，并同时记录连续踩踏油门踏板的次数；当连续踩踏油门踏板的次数和间歇踩踏油门踏板的次数总和大于3时作停机处理，否则清除故障使电机处于正常的状态；同时，采用降低功率模块开关频率的措施降低模块发热以保护功率模块，以实现在不降低峰值扭矩的前提下降低功率模块的发热从而提升电机低速转矩输出的能力。
上述车用电机低速转矩输出能力提升方法，其中，判断电机是否处于零转速大负载启动状态是根据当前的转速和扭矩进行判断，当电机转速接近零而电机处于大扭矩的情况下，电机处于低速大负载状态启动运行状态。
上述车用电机低速转矩输出能力提升方法，其中，根据当前电机的运行状态和处于当前扭矩的运行时间来进行降扭矩处理，只有当前扭矩降为零的时间大于设定的最大运行时间时才上报低速大负载状态启动故障。
上述车用电机低速转矩输出能力提升方法，其中，采用降低功率模块开关频率的措施降低模块发热以保护功率模块从而提升低速转矩输出的能力，实现在不降低峰值扭矩的前提下提升低速转矩输出的能力。
上述车用电机低速转矩输出能力提升方法，其中，在必要的情况下对电驱动系统进行停机处理。
本发明的车用电机低速转矩输出能力提升方法中，根据油门踏板的扭矩需求，利用电机控制器的三相驱动桥来驱动电机，并实时监测电机的转速和扭矩，并根据当前的转速和扭矩值来判断电机当前是否处于低速大负载状态。根据预先设定的滞环转速下限V1和滞环转速上限V2(V1＜V2)并设定转速标志，当前转速V＜V1或当前转速V上升且＜V2，转速标志设为1；当前转速V＞V2或当前转速V下降且＞V1，转速标志设为0。当转速标志为0时，此电机系统没有处于低速大负载状态；当转速标志为1时，需根据当前扭矩的状态判断此系统是否处于低速大负载状态。将峰值扭矩的30％(Tq1)设为滞环扭矩下限，将峰值扭矩的70％(Tq2)设为滞环扭矩上限(Tq1＜Tq2)，并设定转矩标志，当前转矩Tq＜Tq1或当前转矩Tq上升且＜Tq2，转矩标志设为0；当前转矩Tq＞Tq2或当前转矩Tq下降且＞Tq1，转矩标志设为1。当转矩标志为0时，此电机系统没有处于低速大负载状态；当转矩标志为1时，此电机系统处于低速大负载状态。
本发明的车用电机低速转矩输出能力提升方法中，当确定当前状态已处于低速大负载状态后，根据峰值扭矩和额定扭矩设定低速大负载状态处于峰值扭矩的时间为T1，从峰值扭矩下降到额定扭矩的时间为T2，处于额定扭矩的时间为T3，从额定扭矩下降到0扭矩的时间为T4，当运行时间T＜T1时，当前状态已由低速大负载状态转为非低速大负载状态；当T1＜T＜T1+T2时，将进行降实际扭矩处理，同时当前状态已由低速大负载状态转为非低速大负载状态；当T1+T2＜T＜T1+T2+T3时，将实际扭矩将为额定扭矩，同时当前状态已由低速大负载状态转为非低速大负载状态；当T1+T2+T3＜T＜T1+T2+T3+T4时，将进行降实际扭矩处理，同时当前状态已由低速大负载状态转为非低速大负载状态；当T＞T1+T2+T3+T4时，电机上报低速大负载启动故障。
本发明的车用电机低速转矩输出能力提升方法中，当电机上报低速大负载启动故障后，延时5S后，对故障进行处理：当连续踩踏油门踏板的次数＞3或者连续踩踏油门踏板的次数+间歇踩踏油门踏板次数＞3，进行停机处理，否则清除故障。
本发明的车用电机低速转矩输出能力提升方法中，为了在不降低峰值扭矩的前提下降低功率模块的发热从而提升低速转矩输出的能力，本发明根据电机当前转速采用改变开关频率的策略来改变电机堵转的发热情况从而对功率模块进行保护。
附图说明
图1是永磁电机扭矩闭环控制基本控制系统原理图；
图2是永磁同步电动机及其驱动系统与外部电气接口原理图；
图3是电机低速转矩输出能力提升流程图；
图4是PWM变频控制流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施实例，进一步阐述本发明。
以永磁同步电机及其控制系统为例。如图1永磁同步电机扭矩闭环控制基本控制系统原理图所示，高压直流电源经电机驱动器DC/AC变换为电压幅值和频率可调的三相交流电，驱动永磁同步电机运转；同时，通过检测当前的转子位置信号和对电机的相电流进行实时采样，并送入电机控制单元。电机控制单元通过CAN总线与整车控制器进行通信，从整车控制器获得当前扭矩指令、运行模式和旋转方向，并根据反馈得到电流和电机位置信号，控制电机驱动器产生所需要的三相交流电，从而实现电机正常运行。
图2为永磁同步电动机及其驱动系统与外部电气接口原理图，永磁同步电动机及其驱动系统与外部的电气接口共包括高压电部分、低压部分和通信接口三部分；永磁同步电动机与驱动器之间的接口包括高压电部分和信号接口两部分。与整车连接的高压直流部分：P为电机控制器直流正端，N为电机控制器直流负端；电机驱动器与永磁同步电动机连接的三相交流电部分：A为电机A相，B为电机B相，C为电机C相；电机驱动器与电机及车辆控制器的接口：控制电源、与车辆控制器通过CAN总线的通信信号、转子位置信号检测信号和温度检测信号。
图3为本发明车用电机低速转矩输出能力提升方法流程图，图中介绍了怎样根据当前转速和当前扭矩判断该系统是否处于低速大负载状态，并在该状态下根据各个扭矩阶段所处的时间进一步判断当前状态是否为低速大负载状态，当故障成立时，根据踩踏油门踏板的次数来对此故障进行处理，当满足停机处理条件时需进行停机处理，否则清除故障。
图4为PWM(Pulse Wide Module脉宽调制技术)变开关频率控制流程图，图中介绍了怎样根据当前的转速对此系统进行变频控制，同时通过大量实验证明频率升高和降低过程均无明显电流突变且扭矩平稳。
如果在同一开关频率下进行低速转矩输出，那么低速转矩输出的时间将受到限制，很有可能因为发热过快而导致功率模块烧坏，为了提升低速转矩输出的能力，本发明在不改变峰值扭矩的前提下根据当前转速改变开关频率以减慢模块发热，同时可以延长低速转矩输出的时间。
进一步的，如果在低速转矩输出中采用水冷方式，其低速转矩输出时间会更长于自然冷却方式的低速转矩输出时间，能更好的对功率模块进行保护。

Claims (5)

1.一种车用电机低速转矩输出能力提升方法，该电动汽车电驱动系统与外部的电气接口包括高压电部分、低压部分和通信接口三部分，高压直流电源经电机驱动器DC/AC变换为电压幅值和频率可调的三相交流电，驱动电机运转；同时，通过检测当前的转子位置信号和对电机的相电流进行实时采样，并送入电机控制单元；电机控制单元通过CAN总线与整车控制器进行通信，从整车控制器获得当前扭矩指令、运行模式和旋转方向，并根据反馈得到电流和电机位置信号，控制电机驱动器产生所需要的三相交流电，从而实现电机正常运行；
其特征在于：根据检测到的实时转速调整电机控制器功率模块的开关频率，并在发生零转速大负载启动运行的情况下根据预先设定的时间按比例进行降扭矩处理直到报零速大负载启动故障，并同时记录连续踩踏油门踏板的次数；当连续踩踏油门踏板的次数和间歇踩踏油门踏板的次数总和大于3时作停机处理，否则清除故障使电机处于正常的状态；同时，采用降低功率模块开关频率的措施降低模块发热以保护功率模块，以实现在不降低峰值扭矩的前提下降低功率模块的发热从而提升电机低速转矩输出的能力。
2.根据权利要求1所述的车用电机低速转矩输出能力提升方法，其特征在于：判断电机是否处于零速大负载启动状态是根据当前的转速和扭矩进行判断，当电机转速接近零而电机处于大扭矩的情况下，电机处于零速大负载启动运行状态。
3.根据权利要求1或2所述的车用电机低速转矩输出能力提升方法，其特征在于：根据当前电机的运行状态和处于当前扭矩的运行时间来进行降扭矩处理，只有当前扭矩降为0的时间大于设定的最大设定时间时才上报零速大负载启动故障。
4.根据权利要求1所述的车用电机低速转矩输出能力提升方法，其特征在于：采用降低开关频率的措施降低模块发热以保护功率模块从而提升低速转矩输出的能力，实现在不降低峰值扭矩的前提下提升低速转矩输出的能力。
5.根据权利要求1所述的车用电机低速转矩输出能力提升方法，其特征在于：在必要的情况下对电驱动系统进行停机处理。
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