CN113059999A - 一种电动汽车电机堵转保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电动汽车电机堵转保护方法。所述方法包括：当检测到电机处于堵转状态时先使电机输出最大扭矩，然后使电机扭矩逐渐下降，如果汽车没有出现溜坡，使电机扭矩一直下降至0；如果汽车出现溜坡，保持一段时间后，将电机扭矩增大到大于保持汽车静止所需的最小扭矩，并维持一段时间使汽车可靠静止，然后使电机扭矩逐渐下降，直到再次出现溜坡，并再次使电机扭矩增大到大于保持汽车静止所需的最小扭矩，重复上述过程，直到驾驶员进行制动刹车和拉起手刹等驻车机构。本发明所述方法可以使电机扭矩一直维持明显小于电机最大扭矩的较小的扭矩，从而大大降低了堵转状态电机及电机控制器功率部件的温升，使它们不会因温度过高而烧毁。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车控制技术领域，具体涉及一种电动汽车电机堵转保护方法。
背景技术
目前，常见的电动汽车堵转保护方法大致可以分为两类：一是当检测到电动汽车进入堵转状态时，整车会按照电机系统最大堵转扭矩维持输出，当检测到电机或者电机控制器过温时限制功率输出；二是当检测到电动汽车进入堵转状态时，电驱动系统将电机输出扭矩线性降额，或采用阶梯性降低扭矩、电流等同类型措施。还有一种是直接切断动力电池继电器，由于这种方法极大损害动力电池继电器和动力电池，故基本不采用。
按照电机系统最大堵转扭矩维持输出策略可以保证车辆是静止的，车内人员可以安全撤出。但这种方法的弊端是存在电机系统过热损坏风险。因为在堵转时维持最大扭矩输出，电机电流与扭矩成正相关关系，维持堵转扭矩很大，则电机电流也很大。在大电流的情况下电机系统尤其是电机控制器中的功率器件热量快速累积，如MOSFET管和IGBT模块的温度会瞬间提升，如图1所示，图中的水平直线表示功率器件烧毁的温度阈值。然而，由于温度传感器不能直接检测到功率器件温度，无法实现瞬时反馈功率器件的实时温度进行过温限功率保护，温度的检测存在较大时间延迟，最终导致电机控制器过热损坏，甚至连带其他关联零件损坏，如带大负载切断继电器，导致继电器粘连、电池损坏，以及控制器损坏引起整车绝缘降低风险，甚至整车起火等。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种电动汽车电机堵转保护方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电动汽车电机堵转保护方法，包括以下步骤：
步骤1，当检测到电机处于堵转状态时，先使电机输出最大扭矩，并维持一段时间使汽车可靠静止，然后使电机扭矩逐渐下降；
步骤2，实时检测电机是否出现后退转速(即判断汽车是否出现溜坡)，如果没有检测到电机出现后退转速，使电机扭矩继续下降，直到电机扭矩下降至0或检测到电机出现后退转速；
步骤3，如果检测到电机出现后退转速，维持一段时间后，将电机扭矩增大至L1，并维持一段时间使汽车可靠静止，L1大于保持汽车静止所需的最小扭矩L0；
步骤4，使电机扭矩逐渐下降；
步骤5，循环执行步骤3、4，直到驾驶员进行制动刹车和拉起驻车机构。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过当检测到电机处于堵转状态时先使电机输出最大扭矩，然后使电机扭矩逐渐下降，如果汽车没有出现溜坡(平坦路况)，使电机扭矩一直下降至0；如果汽车出现溜坡(坡道路况)，保持一段时间后，将电机扭矩增大到大于保持汽车静止所需的最小扭矩，使汽车可靠静止，然后使电机扭矩逐渐下降，直到再次出现溜坡，并再次使电机扭矩增大到大于保持汽车静止所需的最小扭矩，重复上述过程，使汽车处于周期的“静止-溜坡”状态，直到驾驶员进行制动刹车和拉起手刹等驻车机构，这样可以使电机扭矩一直维持较小的扭矩(明显小于最大扭矩)，从而大大降低了堵转状态电机及电机控制器功率部件的温升，使它们不会因温度过高而烧毁。
附图说明
图1为现有技术电机堵转状态下电机控制器中功率器件的温度变化示意图；
图2为本发明实施例电机扭矩和车速随时间变化的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例一种电动汽车电机堵转保护方法，包括以下步骤：
S101、当检测到电机处于堵转状态时，先使电机输出最大扭矩，并维持一段时间，使汽车可靠静止，然后使电机扭矩逐渐下降；
S102、实时检测电机是否出现后退转速，如果没有检测到电机出现后退转速，使电机扭矩继续下降，直到电机扭矩下降至0或检测到电机出现后退转速；
S103、如果检测到电机出现后退转速，维持一段时间后，将电机扭矩增大至L1并维持一段时间，使汽车可靠静止，L1大于保持汽车静止所需的最小扭矩L0；
S104、使电机扭矩逐渐下降；
S105、循环执行步骤S103、S104，直到驾驶员进行制动刹车和拉起驻车机构。
在本实施例中，步骤S101给出了电机刚进入堵转状态时的对策。同现有技术一样，电机刚进入堵转状态时也是使电机输出最大扭矩并维持一段时间，以保证汽车可靠静止。与现有技术使电机一直保持最大扭矩不同的是，当保证汽车可靠静止后，开始逐渐降低电机扭矩。电机扭矩下降，电机和电机控制器功率器件消耗的功率就会下降，温升速度就会减缓，有利于电机和功率器件的安全。堵转状态是电机转速为0扭矩不为0的一种状态，根据电机转速和电机扭矩大小可以判断电机是否处于堵转状态。
在本实施例中，步骤S102是汽车在平坦路况下行驶时应对电机堵转的一种策略。步骤S102通过实时检测电机是否出现后退转速，判断汽车是否出现溜坡现象。后退转速就是与汽车前进时电机相反的转速。如果没有检测到电机出现后退转速，就使电机扭矩一直下降。当汽车静止在平坦路面上时，由于摩擦力的作用，即使电机扭矩下降至0也不会出现溜坡现象，因此，平坦路况下电机扭矩可以一直下降至0。平坦路况下，电机扭矩曲线是一条单调下降的曲线，位于最大扭矩和0之间；电机转速则始终为0。
在本实施例中，步骤S103～S105是汽车在坡道路况下行驶时应对电机堵转的一种策略。当汽车静止在坡道上时，如果电机扭矩较小，在汽车重力的作用下就有可能出现溜坡现象。汽车在重力作用下的溜坡是一种加速运动，如果不加遏止可能会造成非常严重的后果。因此，坡道路况下的电机扭矩不能像平坦路况下那样一直下降至0。本实施例采取的策略是，当检测到电机出现后退转速时，保持一段时间，也就是说让汽车保持溜坡一段时间，在这段时间内电机扭矩继续下降。然后，将电机扭矩增大到L1，L1大于保持汽车静止所需的最小扭矩L0，使汽车静止。本实施例没有在刚出现溜坡就立即增大扭矩使汽车静止，是为了使扭矩降得更小一些。汽车溜坡的时间不能太长，太长可能会发生危险；也不能太短，太短不利于减小扭矩，可根据经验折中考虑。汽车静止后，不能让汽车一直保持静止(否则电机处于堵转状态，电机电流很大，容易烧毁)，而是维持一段时间使汽车可靠静止后，再次降低汽车扭矩，直到汽车再次出现溜坡，保持一段时间后，再次将电机扭矩增大到L1，使汽车静止。重复上述过程，汽车处于周期的“静止-溜坡”状态，即让汽车缓慢溜坡。这样就能给驾驶员足够的反应时间进行制动刹车和拉起手刹等驻车机构。因为手刹等制动机构的钳制力足以保证车辆可靠静止，所以不会再出现溜坡现象，电机扭矩会一直下降至0。坡道路况下电机扭矩和转速随时间的变化曲线如图2所示。图2(a)是电机扭矩变化情况，先从最大扭矩下降，一直下降至水平直线处(左边一条竖直虚线处)开始出现溜坡，所述水平直线表示保持汽车静止所需的最小扭矩L0。以后电机扭矩围绕L0上下周期波动，实际上大部分时间位于L0以下，直到驾驶员拉手刹或者其他驻车机构(右边一条竖直虚线处)，电机扭矩不再上下波动，而是一直下降至0，并保持一直为0。图2(b)是车速或电机转速变化情况，其随时间变化曲线是位于横轴上方、两条竖直虚线之间的一段锯齿波。由于电机扭矩大部分时间位于L0以下，而L0明显小于电机最大扭矩，因此可以有效地遏止电机和功率器件的温升速度，使它们的温度保持在烧毁阈值以下，从而消除了因过热而烧毁的危险。
作为一种可选实施例，所述L0等于刚开始出现溜坡即后退转速为0时的电机扭矩。
本实施例给出了计算保持汽车静止所需的最小扭矩的一种技术方案。刚开始出现溜坡是静止和溜坡的临界状态，根据力平衡原理，此时的电机扭矩就是保持汽车静止所需的最小扭矩。本实施例只是一种较佳的实施方式，并不排斥其它可行的计算方法。
作为一种可选实施例，所述L1的确定方法是：在保证汽车可靠静止的情况下，使L1尽量接近L0。
本实施例给出了确定L1的一种技术方案。L1是出现溜坡时电机扭矩最大值。L1的确定应考虑两个因素：一是能够使汽车可靠地静止在坡道上；二是使电机扭矩尽量小，有利于保证电机及功率器件的安全。L0是使汽车静止在坡道上的最小扭矩，只能使汽车处于静止与溜坡的临界状态，要保证汽车可靠静止，须使L1大于L0。为了使电机扭矩尽量小，应使L1尽量接近L0，即L1略大于L0。
作为一种可选实施例，所述电机扭矩线性下降。
本实施例给出了电机扭矩下降的一种具体方式。线性下降是控制方法最简单也是最常用的一种方式，计算的复杂度最低。平坦路况下，电机扭矩随时间的变化曲线是位于第一象限的一段斜率为负值的直线，最小值为0，最大值为电机最大扭矩；坡道路况下，电机扭矩随时间的变化曲线大部分(溜坡期间)接近一个比较规范的倒三角锯齿波，如图2(a)所示。平坦路况下，由于汽车不会出现溜坡，电机扭矩的下降速率也就是直线斜率的绝对值可以尽量大一些，这样可以使电机扭矩尽快降为0，有利于电机及功率器件的安全；坡道路况下，电机扭矩的下降速率不宜太大，因为电机扭矩小时溜坡速度快，可能会造成驾驶员的恐慌。另外，坡道的坡度大小也影响电机扭矩下降速率的选取，具体数值可根据经验确定。
上述仅对本发明中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所做出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种电动汽车电机堵转保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，当检测到电机处于堵转状态时，先使电机输出最大扭矩，并维持一段时间使汽车可靠静止，然后使电机扭矩逐渐下降；
步骤2，实时检测电机是否出现后退转速，如果没有检测到电机出现后退转速，使电机扭矩继续下降，直到电机扭矩下降至0或检测到电机出现后退转速；
步骤3，如果检测到电机出现后退转速，维持一段时间后，将电机扭矩增大至L1，并维持一段时间使汽车可靠静止，L1大于保持汽车静止所需的最小扭矩L0；
步骤4，使电机扭矩逐渐下降；
步骤5，循环执行步骤3、4，直到驾驶员进行制动刹车和拉起驻车机构。
2.根据权利要求1所述的电动汽车电机堵转保护方法，其特征在于，所述L0等于刚开始出现溜坡即后退转速为0时的电机扭矩。
3.根据权利要求1所述的电动汽车电机堵转保护方法，其特征在于，所述L1的确定方法是：在保证汽车可靠静止的情况下，使L1尽量接近L0。
4.根据权利要求1所述的电动汽车电机堵转保护方法，其特征在于，所述电机扭矩线性下降。
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