CN109818549B - 一种电机的保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电机的保护方法，包括：获取电机的当前转速；根据所述电机的最大转速和所述电机的当前转速，计算差速值；将所述差速值和电机初始转速做和，所得的和值为最小限制转速；其中，所述电机的最大转速为电机的额定转速；判断电机的当前转速是否大于预设的转速临界值；如果所述电机的当前转速大于所述转速临界值，判定车辆打滑，控制所述电机的当前转速不超过预设的最小限制转速；本发明从电机传动系统冲击度的角度，设定车轮失去负载情况下电机转速的临界值，来限定电机转速，减小车轮恢复负载时对电机传动系统的冲击度，降低对电机传动系统的冲击度，避免损坏电机，保证汽车工作安全，避免发生安全事故。

Description

一种电机的保护方法
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种电机的保护方法。
背景技术
随着社会的发展，电动汽车驱动电机在工业生产及人们生活中作为不可替代的动力和驱动装置应用越来越广泛。由于过载导致电机烧毁或者驱动电机突然失去负载导致驱动电机损坏的情况时有发生。
电动汽车驱动电机一侧轮胎打滑，电机负载端的负载突然变小，会造成电机转速突然上升，若再突然遭遇一个较大负载，电机转速又会突然下降，相当于对系统施加一个冲击力矩，存在对电机传动系统，包括电机、齿轮及传动轴等部件造成结构破坏的可能性，因此需要对电机在失去负载过程中设定临界值，限制电机的转速或转矩，保护动力系统部件；整车驱动控制策略主要是根据传动系统、电机转速和传动轴承载极限等信息参数经过一定的控制算法，计算电机转矩，控制电机转矩，从而控制车辆按照驾驶员意图行驶，合理的制定驱动控制策略，对于提高整车的动力性、经济性、舒适性、安全性等都有重要的意义。
目前对纯电动汽车驱动电机的保护主要从最高转速、最高扭矩、最高功率方面，限制电机的输出，现有过载保护方法主要包括：首先判断电机是否发生或将要过载，在判断过载时采用停机、降低转速或输出功率的方式保护电机，并没有一套针对车轮失去负载情况下考虑电机传动系统冲击度限制的电机保护策略。
发明内容
为了解决上述技术问题，为了解决上述技术问题，本发明公开了一种电机的保护方法，从电机传动系统冲击度的角度，设定车轮失去负载情况下电机转速的临界值，进而限定电机转速，减小车轮恢复负载时对电机传动系统的冲击度，还可以降低对电机传动系统的冲击度，避免损坏电机，保证汽车工作安全，从而避免发生安全事故。
本发明公开了一种电机的保护方法，包括：
获取电机的当前转速；
根据所述电机的最大转速和所述电机的当前转速，计算差速值；
将所述差速值和电机初始转速做和，所得的和值为最小限制转速；其中，所述电机的最大转速为电机的额定转速；
判断电机的当前转速是否大于预设的转速临界值；
如果所述电机的当前转速大于所述转速临界值，判定车辆打滑，控制所述电机的当前转速不超过预设的最小限制转速。
所述获取电机的当前转速包括：
通过电机转速传感器检测电机的当前转速。
根据所述电机的最大转速和所述电机的当前转速，计算差速值包括：
将电机最大转速和电机的当前转速做差，所得的差值为差速值。
根据所述差速值和电机初始转速，计算所述电机的最小限制转速包括：
将所述差速值和电机初始转速做和，所得的和值为最小限制转速。
所述控制所述电机的当前转速不超过预设的最小限制转速包括：
减小电源频率，限制电机的当前转速直至电机的当前转速小于所述转速临界值。
所述转速临界值根据车型从数据表中查询获得，所述数据表用于记录车型与转速临界值的映射关系；所述转速临界值的取值范围为 100r/min-300r/min。
所述电机的初始转速为电机启动时的转速。
所述电机的最大转速为电机的额定转速。
本发明另一方面保护一种电机保护系统，所述系统用于实现如上任一项所述电机的保护方法，包括电机、控制器和电机转速传感器，所述控制器分别与所述电机和所述电机转速传感器通信，所述电机转速传感器用于采集电机的当前转速，并将电机的当前转速传递给所述控制器；所述控制器用于根据所述电机的最大转速和所述电机的当前转速计算差速值，将所述差速值和电机初始转速做和，所得的和值为最小限制转速，判断电机的当前转速是否大于预设的转速临界值，当所述电机的当前转速大于所述转速临界值，判定车辆打滑，控制所述电机的当前转速不超过预设的最小限制转速；其中，所述电机的最大转速为电机的额定转速。
本发明另一方面保护一种汽车，包括如上任一项所述电机保护系统。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
1、本发明的电机的保护方法从电机传动系统冲击度的角度，设定车轮失去负载情况下电机转速的临界值，可以限定电机转速，减小车轮恢复负载时对电机传动系统的冲击度。
2、本发明的电机的保护方法可以降低对电机传动系统的冲击度，避免损坏电机，保证汽车工作安全，从而避免发生安全事故。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明实施例提供的电机的保护方法在打滑情况下电机转速图；
图2为本发明实施例提供的电机的保护方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
实施例1
参见附图1～图2，本实施例提供了一种电机的保护方法，包括以下步骤：
S101:获取电机的当前转速。
本发明实施例中，所述获取电机的当前转速可以包括：通过电机转速传感器检测电机的当前转速；优选地，由控制器实时采集电机的转速。
S102:根据所述电机的最大转速和所述电机的当前转速，计算差速值。
本发明实施例中，所述根据所述电机的最大转速和所述电机的当前转速，计算差速值可以包括：将电机最大转速和电机的当前转速做差，所得的差值为差速值，电机的最大转速为电机铭牌上的转速，电机的当前转速由控制器提供，所述差速值用于设定所述最小限制转速。
优选地，本发明从电机传动系统冲击度的角度，设定车轮失去负载情况下电机转速的新阈值，限制电机转速，减小车轮恢复负载时电机传动系统的冲击度，可以知道电机半轴、减速齿轮和传动轴都承受一定的负载，电机半轴、减速齿轮和传动轴的负载限制分别为TM、TG、TS，根据公式 Te-Tload＝Jα+Bω计算得出电机半轴的负载限制要更大，则系统的最危险部件为电机，之后的转速分析在电机端考虑，其中Te为系统输出作用到电机的驱动转矩、Tload为车轮折算到电机受到的负载转矩、在腾空时，忽略摩擦阻力及风阻，负载转矩较小约为10Nm、J为汽车折算到电机转轴上的等效转动惯量、B为动摩擦系数、ω为电机转速、α为电机角加速度；
具体地，当汽车打滑时，进行计算，考虑四个车轮平均分摊冲击，单个车轮+半轴+转动部件重量，不考虑落地时车辆打滑与系统扭矩损失；考虑恢复负载时打滑车轮在较短时间内电机转速从一个较大速度减速为实时车辆速度下的电机转速；
计算时，以轮胎为参考点，计算一个轮胎承受的扭矩：
Figure RE-BDA0001987393970000041
其中R为车轮半径，电机的负载限制为TM，电机驱动的z个轮胎打滑，所述 z＝1或2。
恢复负载时轮胎扭矩需满足
Figure RE-BDA0001987393970000042
n为电机到车轮的减速比，即
Figure RE-BDA0001987393970000043
经过公式变换得出电机的差速值
Figure RE-BDA0001987393970000044
其中Tm/mr为常数，ΔSlim为差速值。
具体地，所述电机的差速值ΔSlim受t和z影响，当所述电机控制的轮胎个数越多，所述电机的限制转速越小，进而对电机转速的限制更严格；所述电机恢复负载的时间t越短，所述电机的限制转速越小，进而对电机转速的限制更严格。
S103:将所述差速值和电机初始转速做和，所得的和值为最小限制转速；
S104:判断电机的当前转速是否大于预设的转速临界值；
所述转速临界值根据车型从数据表中查询获得，所述数据表用于记录车型与转速临界值的映射关系；所述转速临界值的取值范围为100r/min-300r/min。
S105:如果所述电机的当前转速大于所述转速临界值，判定车辆打滑，控制所述电机的当前转速不超过预设的最小限制转速。
所述电机的初始转速为电机启动时的转速。
所述电机的最大转速为电机的额定转速。
本发明实施例中，所述控制所述电机的当前转速不超过预设的最小限制转速包括：减小电源频率，限制电机的当前转速直至电机的当前转速小于所述转速临界值；
所述减小电源频率，限制电机的当前转速包括：采用PI调节方法调节电机转速，启动汽车内部的变频器，减小电源频率，从而达到限制电机的当前转速的效果。
优选地，所述电机为异步交流电动机。
优选地，所述电机在车辆打滑时，电机负载变小，电机转速上升，So 为电机的初始转速。
优选地，所述电机的差速值与实时转速的和值不大于电机的最高转速时，此时主要适用于电机转速为低中速情况。
具体地，电机的限制转速为一个变化值，根据图1可知，t1时刻车辆车轮打滑，电机负载变小，电机转速上升，电机初始转速为So；t2时刻，控制器检测到电机转速上升到一个临界值s1，启动打滑情况下的电机转速限制，最大转速限制由原先的limmax下降到limtem，limtem＝S+ΔSlim；t3时刻电机转速被限制在转速s2，使s2-s0的差值小于差速值；t4时刻，轮胎恢复正常工作，电机负载回到正常情况，电机转速下降；t5时刻，控制器检测到电机转速下降到临界值s3，关闭打滑情况下的电机转速限制，最大转速限制由limtem上升到limmax；t6时刻，电机转速下降到正常负载情况下的转速s0，其中limmax为最大限制转速，limtem为最小限制转速。
具体地，当计算出来的差速值和实时转速的和值大于电机的最高转速时，此时主要适用于电机转速为高速情况，此时电机不应用本发明的电机空载的保护方法。
当汽车轮胎打滑时，其本质是驱动力矩大于轮胎可承受的最大力矩，会造成电机转速突然上升，若再突然遭遇一个较大负载，例如又恢复正常的路面附着系数，电机转速又会突然下降，相当于对系统施加一个冲击力矩，存在对电机、齿轮及传动轴等部件造成结构破坏的可能性；通过计算了打滑情况下对电机输出转速的限制，发现两个车轮打滑比一个车轮打滑的情况电机转速限制更严格，即限制转速越小；着陆减速时间越小，限制越严格，即限制转速越小。并且对打滑情况下，电机转速限制设计了一种控制方法，就是设定转速临界值，使电机实时转速不超过电机转速的临界值，减小车轮恢复负载时对电机传动系统的冲击度，从而保护电机。
本实施例中，具体地实施方式如下：
当汽车轮胎打滑时，控制器检测到电机转速突然上升，控制器判断电机的当前转速是否大于预设的转速临界值，如果所述电机的当前转速大于所述转速临界值，判定车辆打滑，控制所述电机的当前转速不超过预设的最小限制转速，对打滑情况下对电机输出转速进行限制，启动限速保护；启动汽车内部的变频器，减小电源频率，从而达到限制电机的当前转速的效果，进而控制电机的转速小于所述限制转速；此时轮胎恢复正常工作，电机负载回到正常情况，电机转速下降，控制器检测到电机转速下降到临界值s3，关闭打滑情况下的电机转速限制，减小车轮恢复负载时对电机传动系统的冲击度，从而保护电机；如果所述电机的当前转速小于所述转速临界值，判定车辆不打滑，则不进行限速。
本发明实施例的另一个方面，还提供了一种电机保护系统，所述电机保护系统包括电机、控制器和电机转速传感器，所述电机转速传感器将电机的当前转速，传递给所述控制器，所述控制器控制所述电机的当前转速不超过预设的最小限制转速，所述电机保护系统应用如上任一项所述电机的保护方法，本发明的电机的保护方法可以从电机传动系统冲击度的角度，设定车轮失去负载情况下电机转速的新临界值，可以限定电机转速，减小车轮恢复负载时对电机传动系统的冲击度，也可以降低对电机传动系统的冲击度，避免损坏电机，从而避免发生安全事故。
实施例2
参见附图1～图2，本实施例提供了一种电机的保护方法，包括以下步骤：
S101:获取电机的当前转速。
本发明实施例中，所述获取电机的当前转速可以包括：通过电机转速传感器检测电机的当前转速；优选地，由控制器实时采集电机的转速。
S102:根据所述电机的最大转速和所述电机的当前转速，计算差速值。
本发明实施例中，所述根据所述电机的最大转速和所述电机的当前转速，计算差速值可以包括：将电机最大转速和电机的当前转速做差，所得的差值为差速值，电机的最大转速为电机铭牌上的转速，电机的当前转速由控制器提供，所述差速值用于设定所述最小限制转速。
优选地，本发明从电机传动系统冲击度的角度，设定车轮失去负载情况下电机转速的新阈值，限制电机转速，减小车轮恢复负载时电机传动系统的冲击度，可以知道电机半轴、减速齿轮和传动轴都承受一定的负载，电机半轴、减速齿轮和传动轴的负载限制分别为TM、TG、TS，根据公式 Te-Tload＝Jα+Bω计算得出电机半轴的负载限制要更大，则系统的最危险部件为电机，之后的转速分析在电机端考虑，其中Te为系统输出作用到电机的驱动转矩、Tload为车轮折算到电机受到的负载转矩、在腾空时，忽略摩擦阻力及风阻，负载转矩较小约为10Nm、J为汽车折算到电机转轴上的等效转动惯量、B为动摩擦系数、ω为电机转速、α为电机角加速度；
具体地，当汽车打滑时，进行计算，考虑四个车轮平均分摊冲击，单个车轮+半轴+转动部件重量，不考虑落地时车辆打滑与系统扭矩损失；考虑恢复负载时打滑车轮在较短时间内电机转速从一个较大速度减速为实时车辆速度下的电机转速；
计算时，以轮胎为参考点，计算一个轮胎承受的扭矩：
Figure RE-BDA0001987393970000071
其中R为车轮半径，电机的负载限制为TM，电机驱动的z个轮胎打滑，所述 z＝1或2。
恢复负载时轮胎扭矩需满足
Figure RE-BDA0001987393970000072
n为电机到车轮的减速比，即
Figure RE-BDA0001987393970000073
经过公式变换得出电机的差速值
Figure RE-BDA0001987393970000074
其中Tm/mr为常数，ΔSlim为差速值。
具体地，所述电机的差速值ΔSlim受t和z影响，当所述电机控制的轮胎个数越多，所述电机的限制转速越小，进而对电机转速的限制更严格；所述电机恢复负载的时间t越短，所述电机的限制转速越小，进而对电机转速的限制更严格。
S103:将所述差速值和电机初始转速做和，所得的和值为最小限制转速；
S104:判断电机的当前转速是否大于预设的转速临界值；
所述转速临界值的取值范围为100r/min-300r/min，所述转速临界值根据车型从数据表中查询获得，所述数据表用于记录车型与转速临界值的映射关系。
S105:如果所述电机的当前转速大于所述转速临界值，判定车辆打滑，控制所述电机的当前转速不超过预设的最小限制转速。
所述电机的初始转速为电机启动时的转速。
所述电机的最大转速为电机的额定转速。
本发明实施例中，所述控制所述电机的当前转速不超过预设的最小限制转速包括：减小电源频率，限制电机的当前转速直至电机的当前转速小于所述转速临界值；
所述减小电源频率，限制电机的当前转速包括：采用PI调节方法调节电机转速，启动汽车内部的变频器，减小电源频率，从而达到限制电机的当前转速的效果。
优选地，所述电机为异步交流电动机。
优选地，所述电机在车辆打滑时，电机负载变小，电机转速上升，So 为电机的初始转速。
优选地，所述电机的差速值与实时转速的和值不大于电机的最高转速时，此时主要适用于电机转速为低中速情况。
具体地，电机的限制转速为一个变化值，根据图1可知，t1时刻车辆车轮打滑，电机负载变小，电机转速上升，电机初始转速为So；t2时刻，控制器检测到电机转速上升到一个临界值s1，启动打滑情况下的电机转速限制，最大转速限制由原先的limmax下降到limtem，limtem＝S+ΔSlim；t3时刻电机转速被限制在转速s2，使s2-s0的差值小于差速值；t4时刻，轮胎恢复正常工作，电机负载回到正常情况，电机转速下降；t5时刻，控制器检测到电机转速下降到临界值s3，关闭打滑情况下的电机转速限制，最大转速限制由limtem上升到limmax；t6时刻，电机转速下降到正常负载情况下的转速s0，其中limmax为最大限制转速，limtem为最小限制转速。
具体地，当计算出来的差速值和实时转速的和值大于电机的最高转速时，此时主要适用于电机转速为高速情况，此时电机不应用本发明的电机空载的保护方法。
当汽车轮胎打滑时，其本质是驱动力矩大于轮胎可承受的最大力矩，会造成电机转速突然上升，若再突然遭遇一个较大负载，例如又恢复正常的路面附着系数，电机转速又会突然下降，相当于对系统施加一个冲击力矩，存在对电机、齿轮及传动轴等部件造成结构破坏的可能性；通过计算了打滑情况下对电机输出转速的限制，发现两个车轮打滑比一个车轮打滑的情况电机转速限制更严格，即限制转速越小；着陆减速时间越小，限制越严格，即限制转速越小。并且对打滑情况下，电机转速限制设计了一种控制方法，就是设定转速临界值，使电机实时转速不超过电机转速的临界值，减小车轮恢复负载时对电机传动系统的冲击度，从而保护电机。
本实施例中，具体地实施方式如下：
当汽车轮胎打滑时，控制器检测到电机转速突然上升，控制器判断电机的当前转速是否大于预设的转速临界值，如果所述电机的当前转速大于所述转速临界值，判定车辆打滑，控制所述电机的当前转速不超过预设的最小限制转速，对打滑情况下对电机输出转速进行限制，启动限速保护；启动汽车内部的变频器，减小电源频率，从而达到限制电机的当前转速的效果，进而控制电机的转速小于所述限制转速；此时轮胎恢复正常工作，电机负载回到正常情况，电机转速下降，控制器检测到电机转速下降到临界值s3，关闭打滑情况下的电机转速限制，减小车轮恢复负载时对电机传动系统的冲击度，从而保护电机；如果所述电机的当前转速小于所述转速临界值，判定车辆不打滑，则不进行限速。
本发明实施例的另一个方面，还提供了一种汽车，包括电机保护系统，所述电机保护系统包括上述的电机的保护方法，本发明的电机的保护方法可以从电机传动系统冲击度的角度，设定车轮失去负载情况下电机转速的临界值，可以限定电机转速，减小车轮恢复负载时对电机传动系统的冲击度，也可以降低对电机传动系统的冲击度，避免损坏电机，保证汽车工作安全，从而避免发生安全事故。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种电机的保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取电机的当前转速；
根据所述电机的最大转速和所述电机的当前转速，计算差速值；
将所述差速值和电机初始转速做和，所得的和值为最小限制转速；其中，所述电机的最大转速为电机的额定转速；
判断电机的当前转速是否大于预设的转速临界值；
如果所述电机的当前转速大于所述转速临界值，判定车辆打滑，控制所述电机的当前转速不超过预设的最小限制转速。
2.根据权利要求1所述的一种电机的保护方法，其特征在于，所述获取电机的当前转速包括：
通过电机转速传感器检测电机的当前转速。
3.根据权利要求1所述的一种电机的保护方法，其特征在于，根据所述电机的最大转速和所述电机的当前转速，计算差速值包括：
将电机最大转速和电机的当前转速做差，所得的差值为差速值。
4.根据权利要求1所述的一种电机的保护方法，其特征在于，所述控制所述电机的当前转速不超过预设的最小限制转速包括：
减小电源频率，限制电机的当前转速直至电机的当前转速小于所述转速临界值。
5.根据权利要求4所述的一种电机的保护方法，其特征在于，所述转速临界值根据车型从数据表中查询获得，所述数据表用于记录车型与转速临界值的映射关系；所述转速临界值的取值范围为100r/min-300r/min。
6.根据权利要求1所述的一种电机的保护方法，其特征在于，所述电机的初始转速为电机启动时的转速。
7.根据权利要求1所述的一种电机的保护方法，其特征在于，所述电机的最大转速为电机的额定转速。
8.一种电机保护系统，所述系统用于实现权利要求1-7中任一项所述电机的保护方法，其特征在于，包括电机、控制器和电机转速传感器，所述控制器分别与所述电机和所述电机转速传感器通信，所述电机转速传感器用于采集电机的当前转速，并将电机的当前转速传递给所述控制器；所述控制器用于根据所述电机的最大转速和所述电机的当前转速计算差速值，将所述差速值和电机初始转速做和，所得的和值为最小限制转速，判断电机的当前转速是否大于预设的转速临界值，当所述电机的当前转速大于所述转速临界值，判定车辆打滑，控制所述电机的当前转速不超过预设的最小限制转速；其中，所述电机的最大转速为电机的额定转速。
9.一种汽车，其特征在于，包括权利要求8所述电机保护系统。
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