CN108859860A - 一种防过温控制方法及系统 - Google Patents

一种防过温控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种防过温控制方法及系统，其中的控制方法包括：判断驾驶员对车辆功率的需求是否满足设定的大功率需求条件；若满足设定的大功率需求条件，判断电机或其控制器的温度是否大于第一温度设定值；若大于第一温度设定值，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温度。在本发明中，当驾驶员对车辆功率的需求较大时，若电机或其控制器的温度高于设定值，控制降低车辆的驱动扭矩，有效防止了在电机及控制器在温度过高的情况下，由于驾驶员狠踩油门或踩油门时间过长时导致电机及控制器的温度快速升高，以至于烧坏电机的危险。

Description

一种防过温控制方法及系统
技术领域
本发明涉及一种防过温控制方法及系统，属于汽车电子技术领域。
背景技术
随着汽车保有量的急剧攀升，汽车带给地球的能源紧张和大气污染问题日益严重。新能源汽车成为各大厂家积极研发的方向，同时随着国家扶持力度的增加，和市场认可度的提升，新能源汽车已经具备较高的市场竞争力。
由于客车具有车身长、载荷大的特点，当车辆超载易造成电机的过温，烧毁电机控制器或者电机本身。公布号为CN104354693A的中国专利文件公开了一种混合动力汽车ISG电机过温保护方法，该方法从电机的角度进行分析，在电机即将达到温度阀值的时候，通过限制电机功率达到防止电机因温度过高而导致烧毁的目的。虽然该方法可有效实现电机过温保护，但没有考虑驾驶员对功率的需求和电机控制器的情况，导致控制粗暴，不符合人机交互的理念。
基于上述分析，如何在防止电机过温的同时，考虑驾驶员对功率的需求，增强人机交互，成为电机过温控制中需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种防过温控制方法及系统，用于解决在防止电机过温时不能兼顾考虑驾驶员对功率的需求这一技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种防过温控制方法，包括以下步骤：
步骤1，判断驾驶员对车辆功率的需求是否满足设定的大功率需求条件；
步骤2，若满足设定的大功率需求条件，判断电机或其控制器的温度是否大于第一温度设定值；
步骤3，若大于第一温度设定值，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温度。
进一步的，步骤3中还包括若不大于第一温度设定值，判断电机或其控制器的温升速度是否大于第一温升设定值，若大于第一温升设定值，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温升速度。
进一步的，步骤3中还包括若不大于第一温升设定值，在保证车辆动力性能的情况下控制降低车辆驱动扭矩。
进一步的，步骤2中还包括若不满足设定的大功率需求条件，判断电机或其控制器的温度是否大于第一温度设定值；若大于第一温度设定值，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温度。
进一步的，步骤2中还包括若不满足设定的大功率需求条件，且电机及其控制器的温度不大于第一温度设定值，判断电机或其控制器的温升速度是否大于第一温升设定值，若大于第一温升设定值，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温升速度。
进一步的，若满足设定的大功率需求条件，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温度的计算公式为：
其中，F驱为整车驱动扭矩，F电为电机当前扭矩，i为主减与差速器速比，E电为电机限功率系数，根据电机温度与电机限功率系数的二维查表获得，E电机控制器是电机控制器限功率系数，根据电机控制器温度与电机控制器限功率系数的二维查表获得，Max(E电，E电机控制器)为E电和E电机控制器二者的最大值，r为轮胎半径，W系为车速标定系数，根据车速与车速标定系数的二维查表获得。
进一步的，若满足设定的大功率需求条件，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温升速度的计算公式为：
其中，F驱为整车驱动扭矩，F电为电机当前扭矩，i为主减与差速器速比，Q系为温度标定系数，根据电机或电机控制器的温度与温度标定系数的二维查表获得，r为轮胎半径。
进一步的，若满足设定的大功率需求条件，在保证车辆动力性能的情况下控制降低车辆驱动扭矩的计算公式为：
其中，F驱为整车驱动扭矩，F电为电机当前扭矩，i为主减与差速器速比，D系为电机温度限制功率系数，根据电机温度与电机温度限制功率系数的二维查表获得，r为轮胎半径。
进一步的，若不满足设定的大功率需求条件，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温度的计算公式为：
其中，F驱为整车驱动扭矩，F电为电机当前扭矩，i为主减与差速器速比，E电为电机限功率系数，根据电机温度与电机限功率系数的二维查表获得，E电机控制器是电机控制器限功率系数，根据电机控制器温度与电机控制器限功率系数的二维查表获得，Max(E电，E电机控制器)为E电和E电机控制器二者的最大值，r为轮胎半径。
进一步的，若不满足设定的大功率需求条件，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温升速度的计算公式为：
其中，F驱为整车驱动扭矩，F电为电机当前扭矩，i为主减与差速器速比，Q系为温度标定系数，根据电机或电机控制器的温度与温度标定系数的二维查表获得，r为轮胎半径。
进一步的，该控制方法还包括根据电机或其控制器的温度控制风扇和/或水泵的工作的步骤。
本发明还提供了一种防过温控制系统，包括电机、电机控制器以及整车控制器，所述整车控制器控制连接电机和电机控制器，所述整车控制器用于判断驾驶员对车辆功率的需求是否满足设定的大功率需求条件；若满足设定的大功率需求条件，判断电机或其控制器的温度是否大于第一温度设定值；若大于第一温度设定值，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温度。
进一步的，所述整车控制器还用于若不大于第一温度设定值，判断电机或其控制器的温升速度是否大于第一温升设定值，若大于第一温升设定值，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温升速度。
进一步的，所述整车控制器还用于若不大于第一温升设定值，在保证车辆动力性能的情况下控制降低车辆驱动扭矩。
进一步的，所述整车控制器还用于若不满足设定的大功率需求条件，判断电机或其控制器的温度是否大于第一温度设定值；若大于第一温度设定值，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温度。
进一步的，所述整车控制器还用于若不满足设定的大功率需求条件，且电机及其控制器的温度不大于第一温度设定值，判断电机或其控制器的温升速度是否大于第一温升设定值，若大于第一温升设定值，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温升速度。
进一步的，该冷却系统还包括风扇和/或水泵，所述整车控制器控制连接所述风扇和/或水泵。
本发明的有益效果是：
当驾驶员对车辆功率的需求较大时，若电机或其控制器的温度高于设定值，控制降低车辆的驱动扭矩，有效防止了电机及控制器在温度过高的情况下，由于驾驶员狠踩油门或踩油门时间过长时导致电机及控制器的温度快速升高，以至于烧坏电机或电机控制器的危险。
进一步的，当驾驶员对车辆功率的需求较大时，在电机及其控制器的温度不高于设定值的情况下，若电机或其控制器的温度升高速度高于设定值，控制降低车辆的驱动扭矩以降低电机或其控制器的温升速度，防止电机或其控制器的温度升高最终导致烧坏电机的危险。
进一步的，当驾驶员对车辆功率的需求较小时，若电机或其控制器的温度高于设定值，控制降低车辆的驱动扭矩，防止在电机及控制器在温度过高的情况下烧坏电机。
进一步的，当驾驶员对车辆功率的需求较小时，在电机及其控制器的温度不高于设定值的情况下，若电机或其控制器的温度升高速度高于设定值，控制略微降低车辆的驱动扭矩以降低电机或其控制器的温升速度，防止电机或其控制器的温度升高最终导致烧坏电机的危险。
进一步的，根据电机或其控制器的温度控制风扇和/或水泵的工作过程，当电机或其控制器的温度较低时，只控制开启风扇对电机或其控制器进行降温；而当电机或其控制器的温度较高时，同时开启风扇和水泵，增强电机或其控制器的降温能力，防止烧坏电机或其控制器。
附图说明
图1是防过温控制系统的结构示意图；
图2是零部件层面的控制拓扑图；
图3是整车层面的控制逻辑拓扑图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体的实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明的防过温控制系统的结构示意图如图1所示，该冷却系统包括风扇、水泵、电机、电机控制器、仪表以及整车控制器，其中，整车控制器控制风扇和水泵工作，整车控制器与电机、电机控制器以及仪表进行CAN信息交互。整车控制器能够实现对电机和电机控制器的监控和控制，并能把电机温度和电机控制器温度信息上报给仪表，达到提醒驾驶员的目的。
该冷却系统主要从零部件层面和整车层面实现防止车辆电机或其控制器过温的冷却控制，零部件控制和整车控制相互独立。通过该冷却系统，在恶劣工况下，可以在保证车辆动力性的前提下，实现电机及其控制器的温度保持在一定的范围内，保证车辆的正常运行，同时能通过声光等仪表信息对驾驶员提示，实现软件层面和硬件层面对整车的防过温保护。
一、零部件层面的控制
零部件层面的控制主要涉及到风扇、水泵、电机、电机控制器、仪表以及整车控制器，是指根据电机或其控制器的温度，整车控制器控制风扇与水泵的启停，实现风扇与水泵对电机或其控制器温度的协调控制，仪表能够实时显示电机温度和电机控制器的温度，并当电机或电机控制器的温度过高时进行声光报警。
其中，风扇能够单独工作，也能够与水泵同时工作，可以按照最大功率或最小功率进行工作，也能够变频工作，风扇的工作功率受整车控制器的控制；水泵可以单独工作，也可以与风扇共同工作，水泵一开启将恒功率工作。电机及其控制器的温度可以在仪表上进行显示，当电机或者控制器的温度高于某一设定值时，仪表通过声光报警对驾驶员提示，该设定值可以由用户进行设定。
如图2所示，零部件层面的具体控制过程包括：
当电机或者其电机控制器的温度低于设定值a时，风扇和水泵均不开启，例如当电机或者其电机控制器的温度低于30度时，风扇和水泵均不开启。当电机或其电机控制器的温度一旦达到设定值a时，整车控制器控制开启风扇，且当电机或者电机控制器的温度低于设定值b时，即电机或者电机控制器的温度介于温度[a,b)时，风扇随着电机或者其控制温度的升高进行变频工作，例如当电机或者电机控制器的温度介于温度[30,45)度时，风扇进行变频工作。当电机或者电机控制器的温度达到b时，且电机或者电机控制器的温度低于设定值c时，即电机或者电机控制器的温度介于温度[b,c)时，风扇按照最高功率工作，例如当电机或者电机控制器的温度介于温度[45,50)度时，风扇按照最高功率工作。也就是，当电机或者电机控制器的温度介于温度[a,c)时，只控制开启风扇，风扇的功率随着电机或者电机控制器的温度的升高进行变化，而当电机或者电机控制器的温度到达接近c的一个温度值b时，风扇的功率达到最大值，开始按照最大功率进行工作。
当电机或者电机控制器的温度达到设定值c时，且电机或者电机控制器的温度不高于设定值d时，即电机或者电机控制器的温度介于温度[c,d]时，整车控制器控制启动水泵，此时风扇和水泵同时工作；为防止风扇长时间大功率工作造成寿命缩短，在电机或者电机控制器的温度一旦达到温度c，风扇开始按照最小功率工作，之后随着电机或者电机控制器温度的继续升高，风扇在温度[c,d]之间进行变频工作，水泵定功率工作，例如当电机或者电机控制器的温度介于温度[50,80)度时，风扇从最小功率开始进行变频工作，水泵定功率工作。当电机或者电机控制器的温度继续升高，且高于设定值d时，水泵恒功率工作的同时，风扇按照最大功率工作，例如当电机或者电机控制器的温度高于80度时，风扇按照最大功率工作，水泵定功率工作。当电机或电机控制器的温度的达到设定值e时，例如120度时，仪表进行声光报警。
二、整车层面的控制
整车层面的控制是指通过对动力性的计算，实现对电机或其控制器功率的限制，达到降功率的目的。整车控制器根据车辆当前的动力F、车辆当前的加速度，油门踏板开度、车速、驾驶员踩油门的时间等值，电机及其电机控制器的温度，对整车的动力性进行进一步控制。若驾驶员踩油门较深，达到某一开度，例如80％以上，并且持续时间达到设定时间，例如达到10s，则认为驾驶员对整车动力性需要较大；否则认为驾驶员对整车功率需求较小。
如图3所示，整车层面的具体控制过程包括：
判断驾驶员对车辆功率的需求是否满足设定的大功率需求条件。
若驾驶员踩油门力度较大，油门踏板达到某一设定的开度，并且持续时间达到设定的时间，则认为驾驶员对整车动力性需要较大，满足设定的大功率需求条件；否则认为驾驶员对整车功率需求较小，不满足设定的大功率需求条件。因此，整车层面的控制可分为驾驶员需求较大和驾驶员需求较小两种情况：
情况一：驾驶员对车辆功率的需求满足设定的大功率需求条件
(1)判断电机或其控制器的温度是否大于第一温度设定值。
其中，第一温度设定值可以由用户根据车辆的实际情况进行设定，例如可以设定为80度。
(2)若大于第一温度设定值，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温度过高；否则，判断电机或其控制器的温升速度是否大于第一温升设定值t1，若大于第一温升设定值t1，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温升速度过大。
也就是，在驾驶员对整车功率需求较大的情况下，若整车温度高于第一温度设定值，整车为了防止车辆抛锚及过温对电机或者电机控制器的损害，需要牺牲整车动力性对整车进行限功率处理，进入限功率保护，对整车动力性进行限制，达到保护电机及其控制器的目的，其计算公式为：
其中，F驱为整车驱动扭矩，F电为电机当前扭矩，i为主减与差速器速比，E电为电机限功率系数，根据电机温度与电机限功率系数的二维查表获得，E电机控制器是电机控制器限功率系数，根据电机控制器温度与电机控制器限功率系数的二维查表获得，Max(E电，E电机控制器)为E电和E电机控制器二者的最大值，r为轮胎半径，W系为车速标定系数，根据车速与车速标定系数的二维查表获得，车速越高，W系越大。
在驾驶员对整车功率需求较大的情况下，若整车温度不高于第一温度设定值，但是电机或其控制器的温升过快的情况下，按照整车功率需求较小的温升过快限制算法对功率进行限制，也就是控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温升速度过大，具体的，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温升速度过大的计算公式为：
其中，F驱为整车驱动扭矩，F电为电机当前扭矩，i为主减与差速器速比，Q系为温度标定系数，根据电机或电机控制器的温度与温度标定系数的二维查表获得，r为轮胎半径。
另外，步骤(2)中还包括若满足设定的大功率需求条件，整车温度不高于第一温度设定值，且电机及其控制器的温升速度不大于第一温升设定值，即温升正常时，控制降低车辆驱动扭矩并保证车辆动力性能，计算公式为：
其中，F驱为整车驱动扭矩，F电为电机当前扭矩，i为主减与差速器速比，D系为电机温度限制功率系数，根据电机温度与电机温度限制功率系数的二维查表获得，r为轮胎半径。
控制降低车辆驱动扭矩并保证车辆动力性能是指，在对车辆功率进行限制的同时，需保证车辆能够达到最高车速，F驱应大于整车理论阻力，即车辆加速性能和加速度值应大于0，也就是有
Δa加＜0
其中，Δa加为加速度变化差值，Δa加＝a2-a1，a1＞0为前一时刻车辆加速度，a2＞0为后一时刻车辆加速度。
情况二：驾驶员对车辆功率的需求不满足设定的大功率需求条件
1)判断电机或其控制器的温度是否大于第一温度设定值。
其中，第一温度设定值的取值需要根据车辆的实际情况标定，例如可取80度。
2)若大于第一温度设定值，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温度过高；否则，判断电机或其控制器的温升速度是否大于第一温升设定值t1，若大于第一温升设定值t1，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温升速度过大。
也就是，在驾驶员对整车功率需求较小的情况下，若整车温度高于第一温度设定值，整车将通过控制算法对整车动力性进行控制。经过测试，正确的标定参数，从司机本身的感受来看，整车动力性能的减弱基本无法感知，但是由于电机扭矩的下降，将使电机及其控制器温升降慢。在尽量减少损失动力性的前提下，实现提前控制温升的目的，具体控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温度过高的计算公式为：
其中，F驱为整车驱动扭矩，F电为电机当前扭矩，i为主减与差速器速比，E电为电机限功率系数，根据电机温度与电机限功率系数的二维查表获得，该表根据车辆的实际状态进行标定，E电机控制器是电机控制器限功率系数，根据电机控制器温度与电机控制器限功率系数的二维查表获得，该表根据车辆的实际状态进行标定，Max(E电，E电机控制器)为E电和E电机控制器二者的最大值，r为轮胎半径。
在驾驶员对整车功率需求较小的情况下，若整车温度不高于第一温度设定值，但是电机或其控制器的温升过快的情况下，整车控制器将按照驾驶员需求扭矩请求动力性，目的是对整车动力性进行调整，即对整车的功率进行略微限制。具体的，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温升速度过大的计算公式为：
其中，F驱为整车驱动扭矩，F电为电机当前扭矩，i为主减与差速器速比，Q系为温度标定系数，根据电机或电机控制器的温度与温度标定系数的二维查表获得，r为轮胎半径。
需要说明的是，上述所有的二维查表可以采用现有技术中已知的关于相关系数的二维查表，也可以是通过反复实验建立起来的关于相关系数的二维查表。
另外，如果电机及其控制器温度较低，即低于第一温度设定值，并且电机及其控制器的温升速度不大于第一温升设定值t1，则认为电机或者电机控制器温度较低，且温升速度较慢，整车不对整车动力性进行限制。
通过以上零部件和整车两个层面的控制，能够保证整车的动力性能，极端条件下，整车功率下降，动力性变差，但是电机和电机控制器得到了有效的保护。

Claims (17)

1.一种防过温控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，判断驾驶员对车辆功率的需求是否满足设定的大功率需求条件；
步骤2，若满足设定的大功率需求条件，判断电机或其控制器的温度是否大于第一温度设定值；
步骤3，若大于第一温度设定值，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温度。
2.根据权利要求1所述的防过温控制方法，其特征在于，步骤3中还包括若不大于第一温度设定值，判断电机或其控制器的温升速度是否大于第一温升设定值，若大于第一温升设定值，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温升速度。
3.根据权利要求2所述的防过温控制方法，其特征在于，步骤3中还包括若不大于第一温升设定值，在保证车辆动力性能的情况下控制降低车辆驱动扭矩。
4.根据权利要求3所述的防过温控制方法，其特征在于，步骤2中还包括若不满足设定的大功率需求条件，判断电机或其控制器的温度是否大于第一温度设定值；若大于第一温度设定值，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温度。
5.根据权利要求4所述的防过温控制方法，其特征在于，步骤2中还包括若不满足设定的大功率需求条件，且电机及其控制器的温度不大于第一温度设定值，判断电机或其控制器的温升速度是否大于第一温升设定值，若大于第一温升设定值，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温升速度。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的防过温控制方法，其特征在于，若满足设定的大功率需求条件，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温度的计算公式为：
其中，F驱为整车驱动扭矩，F电为电机当前扭矩，i为主减与差速器速比，E电为电机限功率系数，根据电机温度与电机限功率系数的二维查表获得，E电机控制器是电机控制器限功率系数，根据电机控制器温度与电机控制器限功率系数的二维查表获得，Max(E电，E电机控制器)为E电和E电机控制器二者的最大值，r为轮胎半径，W系为车速标定系数，根据车速与车速标定系数的二维查表获得。
7.根据权利要求2-5中任一项所述的防过温控制方法，其特征在于，若满足设定的大功率需求条件，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温升速度的计算公式为：
其中，F驱为整车驱动扭矩，F电为电机当前扭矩，i为主减与差速器速比，Q系为温度标定系数，根据电机或电机控制器的温度与温度标定系数的二维查表获得，r为轮胎半径。
8.根据权利要求3-5中任一项所述的防过温控制方法，其特征在于，若满足设定的大功率需求条件，在保证车辆动力性能的情况下控制降低车辆驱动扭矩的计算公式为：
其中，F驱为整车驱动扭矩，F电为电机当前扭矩，i为主减与差速器速比，D系为电机温度限制功率系数，根据电机温度与电机温度限制功率系数的二维查表获得，r为轮胎半径。
9.根据权利要求4或5所述的防过温控制方法，其特征在于，若不满足设定的大功率需求条件，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温度的计算公式为：
其中，F驱为整车驱动扭矩，F电为电机当前扭矩，i为主减与差速器速比，E电为电机限功率系数，根据电机温度与电机限功率系数的二维查表获得，E电机控制器是电机控制器限功率系数，根据电机控制器温度与电机控制器限功率系数的二维查表获得，Max(E电，E电机控制器)为E电和E电机控制器二者的最大值，r为轮胎半径。
10.根据权利要求5所述的防过温控制方法，其特征在于，若不满足设定的大功率需求条件，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温升速度的计算公式为：
其中，F驱为整车驱动扭矩，F电为电机当前扭矩，i为主减与差速器速比，Q系为温度标定系数，根据电机或电机控制器的温度与温度标定系数的二维查表获得，r为轮胎半径。
11.根据权利要求1-5中任一项所述的防过温控制方法，其特征在于，该控制方法还包括根据电机或其控制器的温度控制风扇和/或水泵的工作的步骤。
12.一种防过温控制系统，其特征在于，包括电机、电机控制器以及整车控制器，所述整车控制器控制连接电机和电机控制器，所述整车控制器用于判断驾驶员对车辆功率的需求是否满足设定的大功率需求条件；若满足设定的大功率需求条件，判断电机或其控制器的温度是否大于第一温度设定值；若大于第一温度设定值，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温度。
13.根据权利要求12所述的防过温控制系统，其特征在于，所述整车控制器还用于若不大于第一温度设定值，判断电机或其控制器的温升速度是否大于第一温升设定值，若大于第一温升设定值，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温升速度。
14.根据权利要求13所述的防过温控制系统，其特征在于，所述整车控制器还用于若不大于第一温升设定值，在保证车辆动力性能的情况下控制降低车辆驱动扭矩。
15.根据权利要求14所述的防过温控制系统，其特征在于，所述整车控制器还用于若不满足设定的大功率需求条件，判断电机或其控制器的温度是否大于第一温度设定值；若大于第一温度设定值，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温度。
16.根据权利要求15所述的防过温控制系统，其特征在于，所述整车控制器还用于若不满足设定的大功率需求条件，且电机及其控制器的温度不大于第一温度设定值，判断电机或其控制器的温升速度是否大于第一温升设定值，若大于第一温升设定值，控制降低车辆驱动扭矩以限制电机或其控制器的温升速度。
17.根据权利要求12-16中任一项所述的防过温控制系统，其特征在于，该冷却系统还包括风扇和/或水泵，所述整车控制器控制连接所述风扇和/或水泵。
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