CN112416030B - 一种基于油泵电机电气特性的油温估算方法 - Google Patents
一种基于油泵电机电气特性的油温估算方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于油泵电机电气特性的油温估算方法，将油泵电机的输出转速调整到最低工作转速；将润滑油的油温调至最低工作温度，记录对应电流；按照温升步长提升油温，依次获取各油温对应的电流，直到将油温升至最高工作温度，获取最低工作转速下油温与油泵电机电流之间的映射关系，获取最低工作转速下油温与油泵电机电流的计算公式；按照转速升速步长逐步提高输出转速直到最高工作转速，记录每个输出转速下油温与电机电流的映射关系，得到各输出转速下的油温与油泵电机电流的计算公式。优点是：通过使用油温估算方法即可获取油温，降低了成本和硬件的故障率，避免了现有技术中油温传感器故障导致油温数据获取不准确的情况。
Description
技术领域
本发明涉及油温估算技术领域，尤其涉及一种基于油泵电机电气特性的油温估算方法。
背景技术
电机和减速器等传动类系统，在齿轮啮合和轴承内旋转过程中不可避免的存在一定磨损，为了减少摩擦损耗，保护传动部件，通常会采用润滑油对部件表面进行润滑。润滑油在部件表面流动的过程中，除了减少磨损提供润滑功能之外，还能把热量带走，通过在油循环回路内增加换热器或者制冷器的方式，把油温带走的热量散发掉，从而实现油冷却的效果。润滑油在油路内的循环有多种形式，有的通过离心力甩油，有的采用齿轮搅油，还有的采用油泵加压喷油的方式。比较常见的轴承、齿轮、电机内部发热部件，经常采用润滑油喷淋或者甩油的方式进行润滑和冷却。而由于润滑油系统内不可避免的存在一定高度差，因此需要油泵对润滑油系统加压，提供一定的扬程和流量，从而实现润滑油在油路内的循环。根据系统实际运行需要，调节油泵电机转速，进而实现油泵流量和泵压的调节。
润滑油或者冷却油由于自身物理特性的原因，当油温变化时，油的粘度会有明显变化，尤其当润滑油油温较低的时候，油的粘滞度-温度曲线呈现指数形式变化，粘度的增加导致油泵电机负载的提高，从而导致油泵电机过载保护、报警或者失效。油温过高或者过低，还会对润滑冷却效果产生较大影响，甚至油本身在极端高温下还会发生变质，从而影响整体润滑系统的寿命。因此，目前主流的润滑和冷却油系统中，通常都会采用油温传感器，通过实时监测油温信号，反馈给油泵控制单元或者主控单元。当油温过高时候，通过增加油泵转速，提高油流量，加强润滑和散热效果；当油温过低的时候，油的粘滞度增加，油泵电机会根据恒功率控制的原理降低油泵转速，避免油泵电机出现过载保护的问题。同时油温信号还会发送给上位机，进行油温的显示、监控和报警。
油温传感器的增加虽然增加了油循环系统控制的灵活性和稳定性。但是额外增加的油温传感器，也增加了系统成本和系统复杂度，油温传感器自身的故障和信号失真还会给系统保护带来负面影响。但是目前行业内也没有更简单更低成本的油温检测方案。油温传感器的布置受限于空间，也有一定局限性。并且油温传感器往往只能表征局部位置的油温，而系统整体的平均油温往往与油温传感器位置的油温仍有一定偏差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于油泵电机电气特性的油温估算方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于油泵电机电气特性的油温估算方法，包括如下步骤，
S1、确定润滑油的最低工作温度和最高工作温度，以获取油温温升步长；确定油泵电机的最低工作转速和最高工作转速，以获取转速升速步长；
S2、将油泵电机的输出转速调整到最低工作转速；将润滑油的当前油温调至最低工作温度，获取油泵电机的电流；按照温升步长提升润滑油的油温，依次获取每个油温对应的油泵电机的电流，直到将油温升至最高工作温度，获取最低工作转速下油温与油泵电机电流之间的映射关系；使用映射关系中的数据进行多项式拟合，获取在最低工作转速下的油温与油泵电机电流之间的计算公式；
S3、按照转速升速步长改变输出转速，并循环重复步骤S2，直到输出转速等于最高工作转速，跳出循环，获取多个在相应输出转速下的油温与油泵电机电流之间的计算公式。
优选的，进行多项式拟合,获取在预设转速下的油温与油泵电机电流之间的计算公式如下，
T_rpmX＝f(I_rpmX)＝knX*I_rpmX^nX+
knX-1*I_rpmX^(nX-1)+……k1X*I_rpmX+k0X
其中，T_rpmx油泵电机的第X个输出转速所对应的油温，I_rpmx表示油泵电机的第X个输出转速所对应的电机工作电流；X＝1,2,3，…n；nx表示多项式拟合的次数，knx、knx-1…k11、k01分别对应各多项式拟合的系数；通过标定过程，可知多项式拟合系数，因此当各个输出转速对应的电机电流已知，即可带入公式，计算得到对应输出转速下的油温。
本发明的有益效果是：取消了现有技术中使用油温传感器机器相应电源电路和检测电路获取油温的方式，简化了油温检测系统的结构，通过使用油温估算方法即可准确的获取油温，降低了成本和硬件的故障率。利用油泵电机的转速和电流信号，即可估算油温，避免了现有技术中油温传感器故障导致油温数据获取不准确的情况。
附图说明
图1是本发明实施例中油温估算方法的流程示意图；
图2是本发明中内置有油温估算方法的油温检测硬件系统。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
如图1所示，本实施例中，提供了一种基于油泵电机电气特性的油温估算方法，包括如下步骤，
S1、确定润滑油的最低工作温度和最高工作温度，以获取油温温升步长；确定油泵电机的最低工作转速和最高工作转速，以获取转速升速步长；
S2、将油泵电机的输出转速调整到最低工作转速；将润滑油的当前油温调至最低工作温度，获取油泵电机的电流；按照温升步长提升润滑油的油温，依次获取每个油温对应的油泵电机的电流，直到将油温升至最高工作温度，获取最低工作转速下油温与油泵电机电流之间的映射关系；使用映射关系中的数据进行多项式拟合，获取在最低工作转速下的油温与油泵电机电流之间的计算公式；
S3、按照转速升速步长改变输出转速，并循环重复步骤S2，直到输出转速等于最高工作转速，跳出循环，获取多个在相应输出转速下的油温与油泵电机电流之间的计算公式。
本实施例中，进行多项式拟合,获取在预设转速下的油温与油泵电机电流之间的计算公式如下，
T_rpmX＝f(I_rpmX)＝knX*I_rpmX^nX+
knX-1*I_rpmX^(nX-1)+……k1X*I_rpmX+k0X
其中，T_rpmx油泵电机的第X个输出转速所对应的油温，I_rpmx表示油泵电机的第X个输出转速所对应的电机工作电流；X＝1,2,3，…n；nx表示多项式拟合的次数，knx、knx-1…k11、k01分别对应各多项式拟合的系数；通过标定过程，可知多项式拟合系数，因此当各个输出转速对应的电机电流已知，即可带入公式，计算得到对应输出转速下的油温。
实施例二
本实施例中，假设最低工作转速为T_rpm1，那么根据实施例一中的计算方式，即可得到最低工作转速与油温之间的对应关系公式即为
T_rpm1＝f(I_rpm1)＝kn1*I_rpm1^n1+
kn1-1*I_rpm1^(n1-1)+……k11*I_rpm1+k01
以上公式中，T_rpm1表示最低工作转速对应的油温，I_rpm1表示最低工作转速对应的电机工作电流，T_rpm1是I_rpm1的函数，函数表达形式如以上公式所示。其中，n1表示多项式拟合的次数，kn1、knx-1…k11、k01分别对应多项式拟合的系数，通过标定过程，可知多项式拟合系数，因此当最低工作转速对应的电机电流已知，即可带入以上公式，计算得到油温。
以此类推，增加油泵电机转速，可得其他典型油泵工作转速T_rpm2、T_rpm3、…T_rpmn对应的多项式拟合公式。根据常见的油泵控制策略可知，油泵电机调速通常不需要无级调速，通常只会工作在比较典型的工作转速，例如5-10个转速工作点，因此根据油泵电机实际运行转速，即可根据不同转速的“油温—油泵电机电流”标定多项式函数，估算得到油温。
T_rpm2＝f(I_rpm2)＝kn2*I_rpm2^n2+
kn2-1*I_rpm2^(n2-1)+……k12*I_rpm2+k02
T_rpm3＝f(I_rpm3)＝kn3*I_rpm3^n3+
kn3-1*I_rpm3^(n3-1)+……k13*I_rpm3+k03
………………………………………………
T_rpmn＝f(I_rpmn)＝knn*I_rpmn^nn+
knn-1*I_rpmn^(nn-1)+……k1n*I_rpmn+k0n
如果对于特殊工况，油泵电机需要无级调速，具有多个工作转速，可以通过减小标定过程中转速升高步长，增大标定转速数据量，以及转速就近原则，进行油温估算。每个输出转速都能得到一个对应的油温关系公式。将这些对应关系公式固化到油温估算算法中即可。
举例说明油温估算方法在实施的过程中的具体实施步骤，
表1中以某型号油泵电机为例进行说明，假设油泵电机工作电流范围是6-14A，油泵电机转速工作范围是500-3000rpm。标定过程简述如下：
第1步：首先明确润滑油温工作范围，最低工作温度Tmin和最高工作温度Tmax，以及标定过程温升步长△T；确定油泵电机工作转速范围最低工作转速n_min和最高工作转速n_max，以及工作转速升速步长△n；
第2步：通过油泵电机控制器，调整油泵电机输出转速为n_min＝500rpm，通过油温控制系统调节油温至最低工作温度Tmin，记录此时油泵电机电流I0_500rpm；然后使用温度步长△T，增加油温，分别记录不同油温对应的油泵电机电流，直到最高工作温度Tmax；至此，完成500rpm转速下的油温-油泵电机电流的映射关系标定，如表1第一列数据所示；
第3步：利用表1中第一列500rpm下电流-油温数据，通过多项式拟合，可得T_500rpm＝f(I0_500rpm)＝kn1*I0_500rpm^n1+…kn1-1*I0_500rpm^(n1-1)+……k1*I0_500rpm+k0，通过此公式，可以在已知油泵电机工作转速500rpm的情况下，根据油泵电机电流，估算油温；
第4步：增加油泵电机工作转速至1000rpm，按照步骤二同样的方法，得到表1中第二列1000rpm下油温和电流数据，同样通过多项式拟合，可得T_1000rpm＝f(I0_1000rpm)＝kn2*I0_1000rpm^n2+…kn2-1*I0_1000rpm^(n2-1)+……k1*I0_500rpm+k0，通过此公式，可以在已知油泵电机工作转速1000rpm的情况下，根据油泵电机电流，估算油温；
第5步：参考步骤2-3中方法，完车所有工作转速点的电流-油温数据标定和多项式拟合，得到T_2000rpm＝f(I0_2000rpm)，T_2500rpm＝f(I0_2500rpm)，T_3000rpm＝f(I0_3000rpm)，至此完成所有数据标定，将油泵电机电流和油温信号的多项式拟合公式固化到油温估算算法中即可；
表1不同油泵电机转速下的油温-电流标定数据
表1中最低工作转速n_min假设为500rpm，最高工作转速n_max假设为3000rpm，转速升速步长△n假设为500rpm。
实际运行中，通过检测油泵电机转速和电流的方法，根据多项式拟合公式，计算得到油温信号，进而输出给上位机进行监测和保护。
本实施例中，可以通过一个硬件系统(如图2所示)去实时检测油温。硬件系统包括电机/减速器的润滑油腔体、循环油管、循环水管、水泵、散热器、换热器、过滤器、油泵、油泵电机和控制器；循环油管的进油口和出油口均与所述润滑油腔体连通，循环油管上沿润滑油流动的方向依次设置有过滤器和油泵，油泵与油泵电机相连，油泵电机与控制器相连，位于过滤器和润滑油腔体之间的循环油管经过换热器；循环水管两端都与谁能连通，循环水管上设置有散热器，水泵与散热器之间的循环水管经过换热器；而控制器中设置有完整的油温估算方法，通过控制器获取油泵电机的转速和电流，即可根据内置算法，计算获知当前润滑油油温，当油温过高时，可通过换热器上连接的循环水管为其降温，保证电机或减速器的正常工作。相比于现有技术中使用温度传感器检测油温的方式，内置有油温估算方法能够更为方便的获知当前油温，简化了油温检测的电路结构，无需设置温度传感器，不用增加其他硬件结构，成本低廉。还避免了油温传感器故障导致的无法检测油温的情况。
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：
本发明提供了一种基于油泵电机电气特性的油温估算方法，取消了现有技术中使用油温传感器机器相应电源电路和检测电路获取油温的方式，简化了油温检测系统的结构，通过使用油温估算方法即可准确的获取油温，降低了成本和硬件的故障率。利用油泵电机的转速和电流信号，即可估算油温，避免了现有技术中油温传感器故障导致油温数据获取不准确的情况。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种基于油泵电机电气特性的油温估算方法，其特征在于：包括如下步骤，
S1、确定润滑油的最低工作温度和最高工作温度，以获取油温温升步长；确定油泵电机的最低工作转速和最高工作转速，以获取转速升速步长；
S2、将油泵电机的输出转速调整到最低工作转速；将润滑油的当前油温调至最低工作温度，获取油泵电机的电流；按照温升步长提升润滑油的油温，依次获取每个油温对应的油泵电机的电流，直到将油温升至最高工作温度，获取最低工作转速下油温与油泵电机电流之间的映射关系；使用映射关系中的数据进行多项式拟合，获取在最低工作转速下的油温与油泵电机电流之间的计算公式；
S3、按照转速升速步长改变输出转速，并循环重复步骤S2，直到输出转速等于最高工作转速，跳出循环，获取多个在相应输出转速下的油温与油泵电机电流之间的计算公式；
进行多项式拟合,获取在预设转速下的油温与油泵电机电流之间的计算公式如下，
T_rpmX=f(I_rpmX)=knX*I_rpmX^nX+ knX-1*I_rpmX^(nX-1)+……k1X*I_rpmX+k0X
其中，T_rpmX油泵电机的第X个输出转速所对应的油温，I_rpmX表示油泵电机的第X个输出转速所对应的电机工作电流；X=1,2,3，…n;nX表示多项式拟合的次数，knX、knX-1…k11、k01分别对应各多项式拟合的系数；通过标定过程，可知多项式拟合系数，因此当各个输出转速对应的电机电流已知，即可带入公式，计算得到对应输出转速下的油温；
假设最低工作转速为T_rpm1，即可得到最低工作转速与油温之间的对应关系公式即为
T_rpm1=f(I_rpm1)=kn1*I_rpm1^n1+ kn1-1*I_rpm1^(n1-1)+……k11*I_rpm1+k01
以上公式中，T_rpm1表示最低工作转速对应的油温，I_rpm1表示最低工作转速对应的电机工作电流，T_rpm1是I_rpm1的函数，函数表达形式如以上公式所示；其中，n1表示多项式拟合的次数，kn1、knX-1…k11、k01分别对应多项式拟合的系数，通过标定过程，可知多项式拟合系数，因此当最低工作转速对应的电机电流已知，即可带入以上公式，计算得到油温；
以此类推，增加油泵电机转速，可得其他典型油泵工作转速T_rpm2、T_rpm3、… T_rpmn对应的多项式拟合公式；因此，根据油泵电机实际运行转速，即可根据不同转速的“油温—油泵电机电流”标定多项式函数，估算得到油温；
通过一个硬件系统去实时检测油温；硬件系统包括电机/减速器的润滑油腔体、循环油管、循环水管、水泵、散热器、换热器、过滤器、油泵、油泵电机和控制器；循环油管的进油口和出油口均与所述润滑油腔体连通，循环油管上沿润滑油流动的方向依次设置有过滤器和油泵，油泵与油泵电机相连，油泵电机与控制器相连，位于过滤器和润滑油腔体之间的循环油管经过换热器；循环水管两端都与谁能连通，循环水管上设置有散热器，水泵与散热器之间的循环水管经过换热器；而控制器中设置有完整的油温估算方法，通过控制器获取油泵电机的转速和电流，即可根据油温估算方法，计算获知当前润滑油油温，当油温过高时，可通过换热器上连接的循环水管为其降温，保证电机/减速器的正常工作。
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