CN111456933A - 一种汽车电子水泵空转状态检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种汽车电子水泵空转状态检测方法，将定子三相电流变换到虚拟两轴αβ坐标系，并利用Park变换将电流I_α和I_β变换为电流I_d和I_q；随后通过位置估算模型估算电机转子角度θ和电机转子转速ω_r；并根据电机电磁转矩公式计算出电机实际转矩输出；根据电机机械转矩方程，当T_e‑Bω_r‑△T≤0时，判断电机若处于空转状态。本发明基于先进FOC控制与无传感器控制原理，适用于表贴式电机与内埋式电机，适用于I_d=0控制算法与MTPA控制算法，直接通过输出转矩的大小来判断电机负载是否变化，每次电流采样后都进行诊断，实时监测电子水泵状态。

Description

一种汽车电子水泵空转状态检测方法

技术领域

本发明涉及一种汽车电子水泵空转状态检测方法，属于电子水泵驱动领域。

背景技术

能源的可持续发展和节能减排是全世界发展共同努力的目标，此目标一直推动着汽车新能源化的发展。其中，汽车水泵也由机械式驱动水泵向电驱动水泵发展，并且电子水泵已经有了很广泛的市场应用。汽车电子水泵也是水泵电机类的一种，工作时电机腔体内充满流体，电机转子浸没在流体内，绕着电机轴转动，流体的存在减缓了转子与轴的冲击和摩擦。当电机内没有流体时，转子与轴直接接触，在极短的时间内便会磨损失效，导致电机报废，此工作状态称为空转，所以空转状态是电机运行过程中不被允许的。

水泵空转的表现与正常状态相比，主要为电流的减小，总功率的减小。所以，传统的方法是通过监控电机运行电流，功率来判断电机是否处于空转状态。但是随着控制要求的提高，电机部分时间会要求工作在低电流，低功率区域，传统方式很难定义监控变量的大小，容易造成误判或者未成功诊断，造成电机过早停机或诊断失败；且由于电机的强耦合性与铜损，电机电流方程和功率方程包含分量多，计算量大，所以传统方式诊断精度不高。

发明内容

为克服现有技术中的不足，本发明提出一种汽车电子水泵空转状态检测方法，基于FOC电机驱动算法，减少算法复杂度，提高空转状态检测精度和检测范围，用于防止汽车电子水泵空转导致的电机故障。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种汽车电子水泵空转状态检测方法，具体步骤如下：

S1将电流流经的相绕组产生的磁动势的轴线分别定义为相绕组的轴线，并以此三轴U轴，V轴，W轴建立空间参考坐标系；

S2在电机工作时周期性采集电机定子三相电流I_u，I_v，I_w；

S3建立定子虚拟αβ两轴坐标系，其中，α轴与U轴重合，β轴提前α轴90°；

S4根据Clark坐标变化理论，将定子三相电流I_u，I_v，I_w变换为定子虚拟αβ两轴坐标系下的两相电流I_α，I_β；

S5以转子励磁磁场与转矩磁场建立转子dq两轴坐标系，d轴与转子永磁体磁场方向重合，q轴提前d轴90°；

S6根据Park坐标变化理论，将定子虚拟αβ两轴坐标系下的两相电流I_α，I_β变换为转子坐标系下的两相电流I_d,I_q；

S7利用位置估算模型估算定子虚拟αβ两轴坐标系与转子dq两轴坐标系的夹角θ和电机转速ω_r；

S8根据电机电磁转矩公式计算出电机实时电磁输出转矩T_e；

S9根据电机机械转矩方程，在电机匀速空转时测试得到摩擦阻尼系数B＝T_空/ω_空；

S10假设水泵在诊断时间邻域内作匀速转动运动，用实时电磁输出转矩与摩擦阻力做比较判断电机是否处于空转状态，即当T_e-Bω_r-△T≤0时，电机处于空转状态，其中，△T为误差值；

S11当诊断到电机空转后停机，反馈给汽车ECU。

优选地，所述步骤S8中，电机电磁转矩公式如式(1)所示：

式(1)中，T_e为电磁输出转矩，n为电周期与机械周期之比，ψ_r为转子磁场强度，L_d和L_q分别为电机d轴和q轴的电感量，其中ψ_r，L_d，L_q，n为电机固有参数。

优选地，所述步骤S9中，电机机械转矩方程如式(2)所示：

式(2)中，J为电机转动惯量，B为摩擦阻尼系数，T_l为负载，电机匀速运动时dω_r/dt＝0，电机空转时T_l＝0。

有益效果：本发明提供一种汽车电子水泵空转状态检测方法，与现有技术相比，具有如下优点：

1)普适性强，适用于表贴式电机与内埋式电机，适用于I_d＝0控制算法与MTPA控制算法；

2)先进性，基于先进FOC控制与无传感器控制原理；

3)诊断精度高，空转本质是电机负载变化，本发明直接通过输出转矩的大小来判断电机负载是否变化；

4)实时性强，每次电流采样后都进行诊断，实时监测电子水泵状态。

附图说明

图1为本发明的三轴U，V，W空间参考坐标系；

图2为本发明的定子虚拟αβ两轴坐标系；

图3为本发明的转子dq两轴坐标系。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

一种汽车电子水泵空转状态检测方法，具体步骤如下：

S1将电流流经的相绕组产生的磁动势的轴线分别定义为相绕组的轴线，并以此三轴U轴，V轴，W轴建立空间参考坐标系；

S2在电机工作时周期性采集电机定子三相电流I_u，I_v，I_w；

S3建立定子虚拟αβ两轴坐标系，其中，α轴与U轴重合，β轴提前α轴90°；

S4根据Clark坐标变化理论，将定子三相电流I_u，I_v，I_w变换为定子虚拟αβ两轴坐标系下的两相电流I_α，I_β；

S5以转子励磁磁场与转矩磁场建立转子dq两轴坐标系，d轴与转子永磁体磁场方向重合，q轴提前d轴90°；

S6根据Park坐标变化理论，将定子虚拟αβ两轴坐标系下的两相电流I_α，I_β变换为转子坐标系下的两相电流I_d,I_q；

S7利用位置估算模型估算定子虚拟αβ两轴坐标系与转子dq两轴坐标系的夹角θ和电机转速ω_r；

S8根据电机电磁转矩公式计算出电机实际转矩输出；

S9根据电机机械转矩方程，在电机匀速空转时测试得到摩擦阻尼系数B＝T_空/ω_空；

S10假设水泵在诊断时间邻域内作匀速转动运动，用实时电磁输出转矩与摩擦阻力做比较判断电机是否处于空转状态，即当T_e-Bω_q-△T≤0时，电机处于空转状态，因为转动惯量项匀速运动时等于0，若负载T_l>0,则T_e-Bω_r-△T＞0，若T_l＝0，则T_e-Bω_r-△T≤0；△T为误差值，△T根据转子与轴磨损情况和产品参数误差而设定。

S11当诊断到电机空转后停机，反馈给汽车ECU。

优选地，所述步骤S8中，电机电磁转矩公式如式(1)所示：

式(1)中，T_e为电磁转矩，n为电周期与机械周期之比，ψ_r为转子磁场强度，L_d和L_q分别为电机d轴和q轴的电感量，其中ψ_r，L_d，L_q，n为电机固有参数。

优选地，所述步骤S9中，电机机械转矩方程如式(2)所示：

式(2)中，J为电机转动惯量，B为摩擦阻尼系数，T_l为负载，电机匀速运动时dω_r/dt＝0，电机空转时T_l＝0。

本发明中提及的“Clark变换”、“Park变换”和“位置估算模型”均属于本领域技术人员掌握的常规技术，故而未加详述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种汽车电子水泵空转状态检测方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1将电流流经的相绕组产生的磁动势的轴线分别定义为相绕组的轴线，并以此三轴U轴，V轴，W轴建立空间参考坐标系；

S2在电机工作时周期性采集电机定子三相电流I_u，I_v，I_w；

S3建立定子虚拟αβ两轴坐标系，其中，α轴与U轴重合，β轴提前α轴90°；

S4根据Clark坐标变化理论，将定子三相电流I_u，I_v，I_w变换为定子虚拟αβ两轴坐标系下的两相电流I_α，I_β；

S5以转子励磁磁场与转矩磁场建立转子dq两轴坐标系，d轴与转子永磁体磁场方向重合，q轴提前d轴90°；

S6根据Park坐标变化理论，将定子虚拟αβ两轴坐标系下的两相电流I_α，I_β变换为转子坐标系下的两相电流I_d,I_q；

S7利用位置估算模型估算定子虚拟αβ两轴坐标系与转子dq两轴坐标系的夹角θ和电机转速ω_r；

S8根据电机电磁转矩公式计算出电机实时电磁输出转矩T_e；

S9根据电机机械转矩方程，在电机匀速空转时测试得到摩擦阻尼系数B＝T_空/ω_空；S10假设水泵在诊断时间邻域内作匀速转动运动，用实时电磁输出转矩与摩擦阻力做比较判断电机是否处于空转状态，即当T_e-Bω_r-ΔT≤0时，电机处于空转状态，其中，ΔT为误差值；

S11当诊断到电机空转后停机，反馈给汽车ECU。

2.根据权利要求1所述的一种汽车电子水泵空转检测方法，其特征在于，所述步骤S8中，电机电磁转矩公式如式(1)所示：

式(1)中，T_e为电磁输出转矩，n为电周期与机械周期之比，ψ_r为转子磁场强度，L_d和L_q分别为电机d轴和q轴的电感量，其中ψ_r，L_d，L_q，n为电机固有参数。

3.根据权利要求1所述的一种汽车电子水泵空转检测方法，其特征在于，所述步骤S9中，电机机械转矩方程如式(2)所示：

式(2)中，J为电机转动惯量，B为摩擦阻尼系数，T_l为负载，电机匀速运动时dω_r/dt＝0，电机空转时T_l＝0。

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