CN111993902A - 一种氢燃料汽车驱动电机的失控处理方法及系统 - Google Patents

一种氢燃料汽车驱动电机的失控处理方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氢燃料汽车驱动电机的失控处理方法及系统。该失控处理方法包括以下步骤：获取驱动电机的目标扭矩、驱动电机转速和驱动电机的实际扭矩；根据目标扭矩、驱动电机转速和实际扭矩的数据判断驱动电机是否处于失控状态；若判断出驱动电机处于失控状态，则进入驱动电机失控处理，通过控制电机供电装置的输出功率，然后断开电机供电装置的内部电路，来切断驱动电机的供电电源，停止驱动电机对外输出扭矩。该失控处理系统安全性好、可靠性高；该失控处理方法能够快速、有效且精确地判断出驱动电机是否处于失控状态；在驱动电机处于失控状态时，能及时且有效的进行相应失控处理，保障了车辆安全和人身安全。

Description

一种氢燃料汽车驱动电机的失控处理方法及系统
技术领域
本发明涉及氢燃料汽车技术领域，尤其涉及一种氢燃料汽车驱动电机的失控处理方法及系统。
背景技术
随着全世界大力提倡发展氢能源战略，国内外掀起了一阵氢燃料电池汽车的浪潮，大量氢燃料电池汽车已经逐步开发面市。伴随着越来越多的氢燃料电池汽车开发出来，在开发阶段和量产阶段大量的电机驱动系统装到整车上调试量产，由于很多电机驱动系统尚未量产，导致产品的稳定性和安全性无法保证，存在电机驱动系统异常失控的状况，从而给车辆的安全性带来很大的不确定性，因此需要有针对性的设计一种简单高效、可靠性高的失控处理方法及系统，在电机驱动系统发生异常失控时，能够采取相应的措施来保护行车安全。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种简单高效、准确度高、可靠性高的氢燃料汽车驱动电机的失控处理方法及系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种氢燃料汽车驱动电机的失控处理方法，包括以下步骤：
整车控制器通过制动踏板和加速踏板的位置获取驱动电机的目标扭矩的数据，整车控制器通过驱动电机控制器获取驱动电机转速和驱动电机的实际扭矩的数据，并根据所获得的数据判断驱动电机是否处于失控状态；
若判断出驱动电机处于失控状态，则进行驱动电机的失控处理，所述整车控制器控制电机供电装置的输出功率，然后断开所述电机供电装置的内部电路，以切断所述驱动电机的供电电源，停止所述驱动电机对外输出扭矩。
优选的，所述驱动电机失控的判断过程包括如下：
如果所述目标扭矩为0，则在所述驱动电机转速的绝对值连续M帧随时间递增且所述驱动电机转速的变化率大于第一设定值时，判断所述驱动电机处于失控状态；
如果所述目标扭矩不为0，且所述目标扭矩的方向与所述实际扭矩的方向相反，则在所述驱动电机转速的绝对值连续M帧随时间递增且所述驱动电机转速的变化率大于第二设定值时，判断所述驱动电机处于失控状态；
如果目标扭矩不为0，且所述目标扭矩的方向与所述实际扭矩的方向相同，则在所述实际扭矩的绝对值与所述目标扭矩的绝对值的差值大于第三设定值时，判断所述驱动电机处于失控状态。
优选的，所述M的取值为3～5。
优选的，所述第一设定值为200rpm/s；所述第二设定值为50rpm/s；所述第三设定值为6N.m。
优选的，所述电机供电装置包括辅助能源系统、氢燃料电池系统和高压配电系统，所述高压配电系统的输入端分别与所述辅助能源系统和氢燃料电池系统电连接，其输出端与所述驱动电机控制器电连接；所述驱动电机控制器与所述驱动电机电连接；所述整车控制器分别与所述辅助能源系统、氢燃料电池系统和高压配电系统电连接；其中，所述驱动电机的失控处理过程如下：所述驱动电机处于失控状态时，所述整车控制器通过发指令给所述氢燃料电池系统和辅助能源系统，控制所述氢燃料电池系统和辅助能源系统的输出功率为0；同时所述整车控制器通过预设延时时间，以延时切断所述高压配电系统、氢燃料电池系统和辅助能源系统的内部电路，以切断所述驱动电机的供电电源，停止所述驱动电机对外输出扭矩。
优选的，所述预设延时时间为100ms，以确保在切断所述高压配电系统、氢燃料电池系统和辅助能源系统的内部电路时，所述氢燃料电池系统和辅助能源系统的输出功率已降至为0。
一种氢燃料汽车驱动电机的失控处理系统，所述失控处理系统应用如上所述的方法，所述失控处理系统包括整车控制器、辅助能源系统、氢燃料电池系统、高压配电系统和电机驱动系统；所述电机驱动系统包括驱动电机控制器和驱动电机，所述驱动电机控制器与所述驱动电机电连接；所述高压配电系统的输入端分别与所述辅助能源系统和氢燃料电池系统电连接，其输出端与所述电机驱动系统电连接；所述高压配电系统内设有第一高压接触器，所述第一高压接触器串接在所述高压配电系统的内部电路上；所述氢燃料电池系统内设有第二高压接触器，所述第二高压接触器串接在所述氢燃料电池系统的内部电路上；所述辅助能源系统内设有第三高压接触器，所述第三高压接触器串接在所述辅助能源系统的内部电路上，所述整车控制器分别与所述第一高压接触器、第二高压接触器、第三高压接触器、氢燃料电池系统、辅助能源系统、高压配电系统和驱动电机控制器电连接，并通过控制第一高压接触器、第二高压接触器和第三高压接触器的断开或闭合，以切断或接通所述高压配电系统、氢燃料电池系统和辅助能源系统的内部电路；所述整车控制器用于获取所述驱动电机的目标扭矩、所述驱动电机转速和所述驱动电机的实际扭矩。
优选的，所述整车控制器包括计时模块；通过所述计时模块预设延时时间，以延时切断所述高压配电系统、氢燃料电池系统和辅助能源系统的内部电路。
优选的，所述氢燃料电池系统、辅助能源系统、高压配电系统和驱动电机控制器均通过CAN总线与所述整车控制器电连接。
优选的，所述辅助能源系统包括超级电容系统和动力电池系统中的一种或两种。
本发明的一种氢燃料汽车驱动电机的失控处理方法及系统。该失控处理方法是通过整车控制器高效获取驱动电机的目标扭矩、驱动电机转速和驱动电机的实际扭矩；并且能够依据所获取的目标扭矩、驱动电机转速和实际扭矩的数据来快速判断驱动电机是否处于失控状态，当驱动电机处于失控状态时，整车控制器能够进行快速响应，通过控制电机供电装置的输出功率，然后断开电机供电装置的内部电路，以切断驱动电机的供电电源，停止驱动电机对外输出扭矩，在驱动电机失控状态下，保障了车辆安全和人身安全。该失控处理系统是通过在高压配电系统、辅助能源系统和氢燃料电池系统的内部电路上内设置高压接触器，并将高压接触器与整车控制器电连接，当氢燃料汽车的驱动电机发生异常失控时，整车控制器控制辅助能源系统和氢燃料电池系统的输出功率，然后整车控制器断开高压配电系统、辅助能源系统和氢燃料电池系统的内部电路上的高压接触器，从而安全切断高压配电系统、辅助能源系统和氢燃料电池系统的内部电路，从而切断了驱动电机的供电电源，驱动电机停止对外输出转矩，从而保障了行车安全。本发明的一种氢燃料汽车驱动电机的失控处理方法及系统，能够快速、有效且精确地判断出驱动电机是否处于失控状态；在驱动电机处于失控状态时，能及时且有效的进行相应失控处理，保障了车辆安全和人身安全。
附图说明
图1为本发明实施例的一种氢燃料汽车驱动电机的失控处理系统的结构示意图。
图中标记说明：
1、整车控制器；11、计时模块；2、辅助能源系统；3、氢燃料电池系统；4、高压配电系统；5、电机驱动系统；51、驱动电机控制器；52、驱动电机；6、第一高压接触器；7、第二高压接触器；8、第三高压接触器。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
如图1所示，本发明的一种氢燃料汽车驱动电机的失控处理系统，包括整车控制器1、辅助能源系统2、氢燃料电池系统3、高压配电系统4和电机驱动系统5；电机驱动系统5包括驱动电机控制器51和驱动电机52，驱动电机控制器51与驱动电机52电连接；高压配电系统4的输入端分别与辅助能源系统2和氢燃料电池系统3电连接，其输出端与电机驱动系统5电连接；高压配电系统4内设有第一高压接触器6，第一高压接触器6串接在高压配电系统4的内部电路上；氢燃料电池系统3内设有第二高压接触器7，第二高压接触器7串接在氢燃料电池系统3的内部电路上；辅助能源系统2内设有第三高压接触器8，第三高压接触器8串接在辅助能源系统2的内部电路上；整车控制器1分别与第一高压接触器6、第二高压接触器7和第三高压接触器8电连接，并通过控制第一高压接触器6、第二高压接触器7和第三高压接触器8的断开或闭合，以切断或接通高压配电系统4、氢燃料电池系统3和辅助能源系统2的内部电路；整车控制器1分别与氢燃料电池系统3、辅助能源系统2和高压配电系统4电连接，使得整车控制器1能够获取高压配电系统4、氢燃料电池系统3、辅助能源系统2中的电压和电流等信息，从而判断高压配电系统4、氢燃料电池系统3、辅助能源系统2的内部电路是否断开；整车控制器1能够通过发指令来控制辅助能源系统2和燃料电池系统的输出功率；整车控制器1用于获取驱动电机52的目标扭矩、驱动电机转速和驱动电机52的实际扭矩。
该失控处理系统通过将第一高压接触器6、第二高压接触器7和第三高压接触器8分别串接在高压配电系统4的高压配电系统4、氢燃料电池系统3和辅助能源系统2的内部电路上，并将第一高压接触器6、第二高压接触器7和第三高压接触器8与整车控制器1电连接，当氢燃料汽车的驱动电机52发生异常失控时，整车控制器1控制氢燃料电池系统和辅助能源系统的输出功率；然后整车控制器1控制第一高压接触器6、第二高压接触器7和第三高压接触器8断开，切断高压配电系统4、氢燃料电池系统3和辅助能源系统2的内部电路，从而安全地切断驱动电机52的供电电源，驱动电机52停止对外输出转矩，从而保障了行车安全，提高了车辆行驶过程中的安全性和可靠性。
整车控制器1可以包括计时模块11，可以通过计时模块11来预设延时时间，以实现延时断开高压配电系统4、氢燃料电池系统3和辅助能源系统2的内部电路。
氢燃料电池系统3、辅助能源系统2、高压配电系统4和驱动电机控制器51均可以通过CAN总线与整车控制器1电连接，能够提高整个系统在使用过程的可靠性。
辅助能源系统2的类型可以有多种，在这里不作限定，辅助能源系统2可以包括超级电容系统和动力电池系统中的一种或两种；辅助能源系统2可以满足氢燃料汽车在不同工况下的能源需求。
本发明的一种氢燃料汽车驱动电机的失控处理方法，应用于上述失控处理系统中，具体包括如下：
整车控制器1通过制动踏板和加速踏板的位置获取驱动电机52的目标扭矩；整车控制器1通过驱动电机控制器51获取驱动电机转速和驱动电机的实际扭矩；
当整车控制器1获取的目标扭矩为0时，若连续3帧驱动电机转速的绝对值随时间递增并且驱动电机转速的变化率大于200rpm/s，则整车控制器1判断驱动电机处于失控状态，整车控制器1发指令给氢燃料电池系统3和辅助能源系统2，控制氢燃料电池系统3和辅助能源系统2的输出功率为0；同时计时模块11开始倒计时，倒计时达到100ms的预设延时时间后，整车控制器1断开第一高压接触器6、第二高压接触器7和第三高压接触器8，以切断高压配电系统4、氢燃料电池系统3和辅助能源系统2的内部电路，驱动电机52的供电电源被切断，驱动电机52停止对外输出扭矩。
当整车控制器1获取的目标扭矩不为0，且目标扭矩的方向与实际扭矩的方向相反时，若连续3帧驱动电机转速的绝对值随时间递增并且驱动电机转速的变化率大于50rpm/s时，判断驱动电机处于失控状态；整车控制器1发指令给氢燃料电池系统3和辅助能源系统2，控制氢燃料电池系统3和辅助能源系统2的输出功率为0；同时计时模块11开始倒计时，倒计时达到100ms的预设延时时间后，整车控制器1断开第一高压接触器6、第二高压接触器7和第三高压接触器8，以切断高压配电系统4、氢燃料电池系统3和辅助能源系统2的内部电路，驱动电机52的供电电源被切断，驱动电机52停止对外输出扭矩。
当整车控制器1获取的目标扭矩不为0，且目标扭矩的方向与实际扭矩的方向相同，若实际扭矩的绝对值与目标扭矩的绝对值的差值大于6N.m且持续一段时间，本实施例中可以设定这个持续为1s，则判断驱动电机处于失控状态；整车控制器1发指令给氢燃料电池系统3和辅助能源系统2，控制氢燃料电池系统3和辅助能源系统2的输出功率为0；同时计时模块11开始倒计时，倒计时达到100ms的预设延时时间后，整车控制器1断开第一高压接触器6、第二高压接触器7和第三高压接触器8，以切断高压配电系统4、氢燃料电池系统3和辅助能源系统2的内部电路，驱动电机52的供电电源被切断，驱动电机52停止对外输出扭矩。
预设延时时间可以为100ms，为氢燃料电池系统3和辅助能源系统2能够预留了响应控制器指令的时间，能够保证在执行断开高压接触器的指令时，氢燃料电池系统3和辅助能源系统2的输出功率已经降至0，氢燃料电池系统3、辅助能源系统2和高压配电系统4的内部电路上的电压和电流大幅降低，使得高压接触器的断开过程中不会发生由于瞬时电流过大造成的高压接触器触点的粘连或烧蚀，保证了高压接触器的使用寿命，并且也降低了对氢燃料电池系统3、辅助能源系统2和高压配电系统4造成的损伤，保证了失控处理的安全性。
在另一种可实施方式中，在判断驱动电机是否处于失控状态过程中，可以采用连续5帧或连续4帧驱动电机转速的绝对值随时间递增来衡量。具体过程如下：当整车控制器1获取的目标扭矩为0时，若连续4帧或5帧驱动电机转速的绝对值随时间递增并且驱动电机转速的变化率大于200rpm/s，则整车控制器1判断驱动电机处于失控状态，整车控制器1发指令给氢燃料电池系统3和辅助能源系统2，控制氢燃料电池系统3和辅助能源系统2的输出功率为0；同时计时模块11开始倒计时，倒计时达到100ms的预设延时时间后，整车控制器1断开第一高压接触器6、第二高压接触器7和第三高压接触器8，以切断高压配电系统4、氢燃料电池系统3和辅助能源系统2的内部电路，驱动电机52的供电电源被切断，驱动电机52停止对外输出扭矩。
当整车控制器1获取的目标扭矩不为0，且目标扭矩的方向与实际扭矩的方向相反时，若连续4帧或5帧驱动电机转速的绝对值随时间递增并且驱动电机转速的变化率大于50rpm/s时，判断驱动电机处于失控状态；整车控制器1发指令给氢燃料电池系统3和辅助能源系统2，控制氢燃料电池系统3和辅助能源系统2的输出功率为0；同时计时模块11开始倒计时，倒计时达到100ms的预设延时时间后，整车控制器1断开第一高压接触器6、第二高压接触器7和第三高压接触器8，以切断高压配电系统4、氢燃料电池系统3和辅助能源系统2的内部电路，驱动电机52的供电电源被切断，驱动电机52停止对外输出扭矩。
以上未涉及之处，适用于现有技术。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种氢燃料汽车驱动电机的失控处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
整车控制器通过制动踏板和加速踏板的位置获取驱动电机的目标扭矩的数据，整车控制器通过驱动电机控制器获取驱动电机转速和驱动电机的实际扭矩的数据，并根据所获得的数据判断驱动电机是否处于失控状态；
若判断出驱动电机处于失控状态，则进行驱动电机的失控处理，所述整车控制器控制电机供电装置的输出功率，然后断开所述电机供电装置的内部电路，以切断所述驱动电机的供电电源，停止所述驱动电机对外输出扭矩。
2.如权利要求1所述的一种氢燃料汽车驱动电机的失控处理方法，其特征在于，所述驱动电机失控的判断过程包括如下：
如果所述目标扭矩为0，则在所述驱动电机转速的绝对值连续M帧随时间递增且所述驱动电机转速的变化率大于第一设定值时，判断所述驱动电机处于失控状态；
如果所述目标扭矩不为0，且所述目标扭矩的方向与所述实际扭矩的方向相反，则在所述驱动电机转速的绝对值连续M帧随时间递增且所述驱动电机转速的变化率大于第二设定值时，判断所述驱动电机处于失控状态；
如果目标扭矩不为0，且所述目标扭矩的方向与所述实际扭矩的方向相同，则在所述实际扭矩的绝对值与所述目标扭矩的绝对值的差值大于第三设定值时，判断所述驱动电机处于失控状态。
3.如权利要求2所述的一种氢燃料汽车驱动电机的失控处理方法，其特征在于，所述M的取值为3～5。
4.如权利要求2所述的一种氢燃料汽车驱动电机的失控处理方法，其特征在于，所述第一设定值为200rpm/s；所述第二设定值为50rpm/s；所述第三设定值为6N.m。
5.如权利要求1所述的一种氢燃料汽车驱动电机的失控处理方法，其特征在于，所述电机供电装置包括辅助能源系统、氢燃料电池系统、高压配电系统，所述高压配电系统的输入端分别与所述辅助能源系统和氢燃料电池系统电连接，其输出端与所述驱动电机控制器电连接；所述驱动电机控制器与所述驱动电机电连接，所述整车控制器分别与所述辅助能源系统、氢燃料电池系统和高压配电系统电连接；其中，所述驱动电机的失控处理过程如下：所述驱动电机处于失控状态时，所述整车控制器通过发指令给所述氢燃料电池系统和辅助能源系统，控制所述氢燃料电池系统和辅助能源系统的输出功率为0；同时所述整车控制器通过预设延时时间，以延时切断所述高压配电系统、氢燃料电池系统和辅助能源系统的内部电路，以切断所述驱动电机的供电电源，停止所述驱动电机对外输出扭矩。
6.如权利要求5所述的一种氢燃料汽车驱动电机的失控处理方法，其特征在于，所述预设延时时间为100ms，以确保在切断所述高压配电系统、氢燃料电池系统和辅助能源系统的内部电路时，所述氢燃料电池系统和辅助能源系统的输出功率已降至为0。
7.一种氢燃料汽车驱动电机的失控处理系统，其特征在于，所述失控处理系统应用如权利要求1-6任一项所述的方法，所述失控处理系统包括整车控制器(1)、辅助能源系统(2)、氢燃料电池系统(3)、高压配电系统(4)和电机驱动系统(5)；所述电机驱动系统(5)包括驱动电机控制器(51)和驱动电机(52)，所述驱动电机控制器(51)与所述驱动电机(52)电连接；所述高压配电系统(4)的输入端分别与所述辅助能源系统(2)和氢燃料电池系统(3)电连接，其输出端与所述电机驱动系统(5)电连接；所述高压配电系统(4)内设有第一高压接触器(6)，所述第一高压接触器(6)串接在所述高压配电系统(4)的内部电路上；所述氢燃料电池系统(3)内设有第二高压接触器(7)，所述第二高压接触器(7)串接在所述氢燃料电池系统(3)的内部电路上；所述辅助能源系统(2)内设有第三高压接触器(8)，所述第三高压接触器(8)串接在所述辅助能源系统(2)的内部电路上，所述整车控制器(1)分别与所述第一高压接触器(6)、第二高压接触器(7)、第三高压接触器(8)、氢燃料电池系统(3)、辅助能源系统(2)、高压配电系统(4)和驱动电机控制器(51)电连接，并通过控制第一高压接触器(6)、第二高压接触器(7)和第三高压接触器(8)的断开或闭合，以切断或接通所述高压配电系统(4)、氢燃料电池系统(3)和辅助能源系统(2)的内部电路；所述整车控制器(1)用于获取所述驱动电机(52)的目标扭矩、所述驱动电机转速和所述驱动电机(52)的实际扭矩。
8.如权利要求7所述的一种氢燃料汽车驱动电机的失控处理系统，其特征在于，所述整车控制器(1)包括计时模块(11)；通过所述计时模块(11)预设延时时间，以延时切断所述高压配电系统(4)、氢燃料电池系统(3)和辅助能源系统(2)的内部电路。
9.如权利要求7所述的一种氢燃料汽车驱动电机的失控处理系统，其特征在于，所述氢燃料电池系统(3)、辅助能源系统(2)、高压配电系统(4)和驱动电机控制器(51)均通过CAN总线与所述整车控制器(1)电连接。
10.如权利要求7所述的一种氢燃料汽车驱动电机的失控处理系统，其特征在于，所述辅助能源系统(2)包括超级电容系统和动力电池系统中的一种或两种。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113386574A (zh) * 2021-07-30 2021-09-14 重庆长安新能源汽车科技有限公司 一种电动汽车扭矩方向的监控方法、整车控制器及汽车

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