CN117200647B - 抑制汽车变速器选换挡电机工作过热的方法及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明主要关于抑制汽车变速器选换挡电机工作过热的方法及车辆，方法包括：结合电机预估初始温度、电机预估温升值和海拔补偿计算获得电机预估温度；电机预估温度超过预设阈值时启动过温保护动作，并将输出PWM调整为电机预估温度输出限制PWM；结合电机电流输出限制PWM与电机预估温度输出限制PWM，取二者最小值作为输出限制PWM抑制电机过热。无需设置任何保护装置，在考虑了初始温度和海拔补偿的基础上，结合环境温度、风速、对流、散热等多重因素对电机温度进行精准估算，从而有效抑制电机工作过热，保证电机的工作性能。
Description
技术领域
本发明主要关于汽车高温工作安全技术领域，特别是关于抑制汽车变速器选换挡电机工作过热的方法及车辆。
背景技术
对于使用直流电机来辅助实现变速器换挡的AMT变速器，目前在商用车市场大致分为两种情况，第一种变速器是早期的无电机过热保护措施和装置的选换挡控制系统；第二种是有保护装置的，但是基于安装热温度传感器装置的选换挡电机控制系统。
对于第一种无电机过热保护措施和装置的选换挡控制系统的变速器来讲，既没有电机过热保护措施，也没有安装热温度传感器装置，这一种变速器在交通运输高度繁忙的中国，在各种复杂道路上行驶工作，电机频繁连续工作执行换挡，不仅存在着电机过热失效的风险，汽车变速器也会因而温度过高无法执行换挡，容易造成汽车交通事故。同时也会因为电机长时间工作在高温状态下，降低了电机的性能，缩短了电机的整个设计使用寿命，提高了整车的维护使用成本。
对于第二种有保护装置的变速器而言，虽然其可以起到保护电机工作过温的作用，满足设计要求，但需要额外增加一套温度检测装置，在批量使用的情况下会大大提高变速器产品整体成本，降低了产品市场竞争力。
前述背景技术知识的记载旨在帮助本领域普通技术人员理解与本发明较为接近的现有技术，同时便于对本申请发明构思及技术方案的理解，应当明确的是，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日前已公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请技术方案的新创性。
发明内容
为解决上述背景技术中提及的至少一种技术问题，本发明的目的旨在提供一种抑制汽车变速器选换挡电机工作过热的方法及车辆，无需设置任何保护装置，在考虑了初始温度和海拔补偿的基础上，结合环境温度、风速、对流、散热等多重因素对电机温度进行精准估算，从而有效抑制电机工作过热，保证电机的工作性能。
抑制汽车变速器选换挡电机工作过热的方法，包括：
步骤S100、结合电机预估初始温度、电机预估温升值和海拔补偿计算获得电机预估温度；
步骤S200、电机预估温度超过预设阈值时启动过温保护动作，并将输出PWM调整为电机预估温度输出限制PWM；
步骤S300、结合电机电流输出限制PWM与步骤S200的电机预估温度输出限制PWM，取二者最小值作为输出限制PWM抑制电机过热。
在电机工作温度较高或工作电流较大时，电机温度过高会影响电机零件使用寿命，极端温度情况下甚至烧损停机，本发明方法通过降低PWM占空比控制电机，来降低电机的工作功率，使电机工作于低负荷区，减少热量产生，从而抑制电机温度的升高，防止电机烧损。
作为对本发明技术方案的进一步优选，所述电机预估温度经由下式计算得到：
Tm=Mot_T_intial+MotP_T+Altitude_T；
其中，Tm表示电机预估温度；Mot_T_intial表示电机预估初始温度；MotP_T表示电机预估温升值；Altitude_T表示海拔补偿。
作为对本发明技术方案的进一步优选，所述电机预估初始温度由车辆刚上电时的初始环境温度和电机温度补偿值来决定，即
Mot_T_intial=Ambt_T+Offset；
其中，Mot_T_intial表示电机预估初始温度；Ambt_T表示初始环境温度；Offset表示电机温度补偿值。
作为对本发明技术方案的进一步优选，所述电机温度补偿值是基于环境温度和变速器油温预设的试验测试数据。
作为对本发明技术方案的进一步优选，所述电机预估温升值经由电机累加功率和电机比热容系数计算得到，即：
MotP_T=P_c/(m*Cp)
其中，MotP_T表示电机预估温升值；P_c表示电机累加功率；m表示电机质量；Cp表示电机比热容系数。
作为对本发明技术方案的进一步优选，所述电机累加功率由电机电压、电机电流、功率转化系数及散热功率计算得到，即：
P_c=V*I*Mot_Eff-P0
其中，V表示电机电压；I表示电机电流；Mot_Eff表示功率转化系数，即电功率转化为电机机械功率的效率系数；P0表示散热功率。
作为对本发明技术方案的进一步优选，所述散热功率为依据牛顿定律冷却公式通过电机与周围介质之间的对流换热计算得到，即：
P0=h*A*(Tm-1-Ta)；
h=h0*v𝑛；
v=v0+Ofset_C；
n=v_map；
其中，所述h表示风速影响的对流换热系数；A表示电机散热面积；Tm-1表示上一个步长计算得到的电机预估温度；Ta表示环境温度；h0表示无风对流换热系数；v表示风速；n表示风速影响因子，其由风速的map值决定；v0表示车速；Ofset_C表示在车速v0基础上设置的车速偏移值，作为电机承受的风速；v_map表示风速的map值。
作为对本发明技术方案的进一步优选，所述步骤S300中，所述输出限制PWM的计算公式包括：
Mot_PWM=MIN (PWM_map_T,PWM_map_I)；
其中，Mot_PWM表示输出限制PWM；所述PWM_map_T表示电机预估温度输出限制PWM；PWM_map_I表示电机电流输出限制PWM；MIN表示取最小值函数。
车辆，所述车辆应用前述所述方法对变速器选换挡电机工作过热进行抑制。
抑制汽车变速器选换挡电机工作过热的系统，包括：
采集模块，配置为采集电机电压、电机电流、功率转化系数、电机比热容系数、电机散热面积、无风对流换热系数、风速、发动机转速、车速、环境温度的参数；
分析模块，依据前述所述抑制汽车变速器选换挡电机工作过热的方法计算得到电机预估温度，当检测到电机预估温度超过预设阈值时启动过温保护动作，并将输出限制PWM调整为电机预估温度输出限制PWM；
通讯模块，将分析模块获得的输出限制PWM信号传输给汽车网络进行控制。
作为对本发明技术方案的进一步优选，所述采集模块根据整车网络获取电机电压、电机电流、发动机转速、车速参数。
作为对本发明技术方案的进一步优选，所述采集模块根据温度传感器获取环境温度参数。
作为对本发明技术方案的进一步优选，所述采集模块根据车辆风速传感器获取风速参数。
作为对本发明技术方案的进一步优选，所述采集模块根据车辆手册获取功率转化系数、电机比热容系数、电机散热面积、无风对流换热系数参数。
作为对本发明技术方案的进一步优选，所述分析模块还包括将电机预估温度输出限制PWM与电机电流输出限制PWM进行对比，取二者最小值作为输出限制PWM。
作为对本发明技术方案的进一步优选，所述抑制汽车变速器选换挡电机工作过热的系统还包括显示模块，配置为显示电机预估温度及输出限制PWM。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述抑制汽车变速器选换挡电机工作过热的方法的各个过程。
电机的发热度由“温升”而不是“温度”决定。当“温升”突然升高或超过最高工作温度，这个时候，电机就已经发生了故障。如果运行温度长期超过材料的极限工作温度，则将加快绝缘的老化加剧，寿命大大缩短。电机发热温度的预估在设计和计算中是一个重要部分，尽管有了计算机的帮助，但是对于温升的精确估算仍然是难以做到的，目前在一定程度上还是依赖实际测试与标定经验数值，基于温度的变化限制电机的duty输出。本发明方法在综合考虑了初始温度和海拔补偿的基础上，结合风速影响及电机与周围介质间的对流换热计算获得电机累加功率，再结合电机比热容系数计算得到电机预估温升值，因此对电机“温升”的计量综合考虑了环境温度、风速、对流、散热等多重因素，可对电机温度进行精准的估算，从而对电机过热进行抑制性保护。
本申请的有益效果为：
本技术与现有技术相比，不需要额外增加温度传感器等其它外部温度检测装置，也可以实现对电机温度的估算，从而对电机过热进行保护，防止电机损坏，保证了电机的工作性能，延长了使用寿命，确保了变速器的正常换挡，与其它安装温度检测装置的电机相比省去了安装步骤，节省了产品成本，提高了产品市场竞争力，而且装置复杂程度的降低也减少了可能的损坏及确定的维修，有利于延长整机使用寿命。
附图说明
为让本发明的上述和/或其他目的、特征、优点与实例能更明显易懂，下面将对本发明的具体实施方式中所需要使用的附图进行简单的介绍，显然地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1表示抑制汽车变速器选换挡电机工作过热的方法流程图；
图2表示散热功率计算流程框图；
图3表示电机预估温度计算流程框图；
图4表示输出限制PWM计算流程框图。
具体实施方式
本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当替换和/或改动工艺参数实现，然而特别需要指出的是，所有类似的替换和/或改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明所述产品和制备方法已经通过较佳实例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的产品和制备方法进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
除非另有定义，本文所使用的技术和科学术语，具有本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同的含义。本发明使用本文中所描述的方法和材料；但本领域中已知的其他合适的方法和材料也可以被使用。本文中所描述的材料、方法和实例仅是说明性的，并不是用来作为限制。所有出版物、专利申请案、专利案、临时申请案、数据库条目及本文中提及的其它参考文献等，其整体被并入本文中作为参考。若有冲突，以本说明书包括定义为准。
除非具体说明，本文所描述的材料、方法和实例仅是示例性的，而非限制性的。尽管与本文所述的那些方法和材料类似或等同的方法和材料可用于本发明的实施或测试，但本文仍描述了合适的方法和材料。
为了便于理解本发明的实施例，首先对本发明实施例中可能涉及的缩略语和关键术语进行解释说明或定义。
PWM：脉冲宽度调制，Pulse Width Modulation。
以下详细描述本发明。
本发明的输入信号包括：电机电压、电机电流、功率转化系数、电机比热容系数、电机散热面积、无风对流换热系数、风速、发动机转速、温度、车速、环境温度，分别来自相关传感器、车机网络或车辆手册的至少一种。
本发明的输出信号包括：电机预估温度和输出限制PWM信号。
如图1所示，对于使用直流电机来辅助实现变速器换挡的AMT变速器，提供一种抑制汽车变速器选换挡电机工作过热的方法，具体包括下述步骤。
步骤S110、基于环境温度和变速器油温预设的试验测试数据获得电机温度补偿值Offset。
步骤S120、计算电机预估初始温度Mot_T_intial，所述电机预估初始温度由车辆刚上电时的初始环境温度和电机温度补偿值来决定，即
Mot_T_intial=Ambt_T+Offset；
其中，Mot_T_intial表示电机预估初始温度；Ambt_T表示初始环境温度；Offset表示电机温度补偿值。
步骤S130、获取环境温度Ta、电机预估温度T、车速v、无风对流换热系数h0、电机散热表面积A并计算电机散热功率P0，电机与周围介质之间的传热方式主要为对流换热，如图2所示，根据牛顿定律冷却公式，可得电机的散热功率P0：所述散热功率P0为依据牛顿定律冷却公式通过电机与周围介质之间的对流换热计算得到，即：
P0=h*A*(Tm-1-Ta)；
h=h0*v𝑛；
v=v0+Ofset_C；
n=v_map；
其中，所述h表示风速影响的对流换热系数；A表示电机散热面积；Tm-1表示上一个步长计算得到的电机预估温度，T0=Ta；Ta表示环境温度；h0表示无风对流换热系数；v表示风速；n表示风速影响因子，其由风速的map值决定；v0表示车速；Ofset_C表示在车速v0基础上设置的车速偏移值，作为电机承受的风速；v_map表示风速的map值。散热功率的计算公式中包含了上一个步长计算得到的电机预估温度，基于此可以依据上一个步长计算得到的电机预估温度来计算当前的电机预估温度，因此可以实时的、精准的预估电机的温度，便于整车系统及时的调整输出PWM，在不借助任何外加测温装置的情况下即可对电机过热进行预防性、实时性的控制，节省了成本。
步骤S130、获取电机电压、电机电流、功率转化系数并根据散热功率计算电机累加功率P_c，即：
P_c=V*I*Mot_Eff-P0
其中，V表示电机电压；I表示电机电流；Mot_Eff表示功率转化系数，即电功率转化为电机机械功率的效率系数；P0表示散热功率。
步骤S140、获取电机质量、电机比热容系数，并根据电机累加功率计算电机预估温升值MotP_T，即：
MotP_T=P_c/(m*Cp)
其中，MotP_T表示电机预估温升值；P_c表示电机累加功率；m表示电机质量；Cp表示电机比热容系数。
步骤S150、如图3所示，依据电机预估初始温度和电机预估温升值计算电机预估温度，即：
Tm=Mot_T_intial+MotP_T+Altitude_T；
其中，Tm表示电机预估温度；Mot_T_intial表示电机预估初始温度；MotP_T表示电机预估温升值；Altitude_T表示海拔补偿。
因此，电机预估温度Tm表示为：
Tm=Ambt_T+Offset+
(V*I*Mot_Eff-h0*(v0+Ofset_C)v_map*A*(Tm-1-Ta))/(m*Cp)+
Altitude_T；
其中，Ambt_T表示车辆刚上电时的初始环境温度；Offset表示电机温度补偿值；V表示电机电压；I表示电机电流；Mot_Eff表示功率转化系数，即电功率转化为电机机械功率的效率系数；h0表示无风对流换热系数；v表示风速；n表示风速影响因子，其由风速的map值决定；v0表示车速；Ofset_C表示在车速v0基础上设置的车速偏移值，作为电机承受的风速；v_map表示风速的map值；Tm-1表示上一个步长计算得到的电机预估温度，T0=Ta；Ta表示环境温度；m表示电机质量；Cp表示电机比热容系数。车辆刚上电启动时，m=1，Tm-1=T0=Ta，代入电机预估温度Tm公式后计算得到T1，迭代计算即可获取实时的电机预估温度Tm。也即是通过迭代计算将上一个步长获得的电机预估温度代入公式可计算当前电机预估温度，而并非依据当前参数重新计算电机预估温度，基于此可以获取实时的电机预估温度，可对电机温度进行精准、实时的估算。
步骤S200、判断当电机预估温度超过预设阈值时启动过温保护动作，并将输出PWM调整为电机预估温度输出限制PWM。
步骤S300、如图4所示，结合电机电流输出限制PWM与步骤S200的电机预估温度输出限制PWM，取二者最小值作为输出限制PWM抑制电机过热，即：
Mot_PWM=MIN(PWM_map_T,PWM_map_I)；
其中，Mot_PWM表示输出限制PWM；所述PWM_map_T表示电机预估温度输出限制PWM；PWM_map_I表示电机电流输出限制PWM；MIN表示取最小值函数。
对电机“温升”的计量综合考虑了环境温度、风速、对流、散热等多重因素，可对电机温度进行精准、实时的估算，依据计算得到的实时电机预估温度，通过判断当电机预估温度过高甚至超过预设阈值时，将输出PWM调整为电机预估温度输出限制PWM，并将电机预估温度输出限制PWM与电机电流输出限制PWM进行比较，将二者最小值作为输出限制PWM抑制电机过热，可对电机过热进行预先性、抑制性保护，防止电机过热损毁，保证了电机的工作性能，延长了使用寿命，确保了变速器的正常换挡，与其它安装温度检测装置相比省去了安装步骤，节省了产品成本，提高了产品市场竞争力，而且装置复杂程度的降低也减少了可能的损坏及确定的维修，有利于延长整机使用寿命。
提供一种车辆，所述车辆应用前述所述方法对变速器选换挡电机工作过热进行抑制。
提供一种抑制汽车变速器选换挡电机工作过热的系统，包括采集模块、分析模块、通讯模块和显示模块。
其中采集模块被配置为根据整车网络获取电机电压、电机电流、发动机转速、车速参数；根据温度传感器获取环境温度参数；根据车辆风速传感器获取风速参数；根据车辆手册获取功率转化系数、电机比热容系数、电机散热面积、无风对流换热系数参数。
分析模块依据前述所述抑制汽车变速器选换挡电机工作过热的方法计算得到电机预估温度，当检测到电机预估温度超过预设阈值时启动过温保护动作，并将输出限制PWM调整为电机预估温度输出限制PWM；进一步的将电机预估温度输出限制PWM与电机电流输出限制PWM进行对比，取二者最小值作为输出限制PWM。
通讯模块将分析模块获得的输出限制PWM信号传输给汽车网络进行控制。
显示模块配置为显示电机预估温度及输出限制PWM。
还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述抑制汽车变速器选换挡电机工作过热的方法的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体，可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PR AM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitorymedia)，如调制的数据信号和载波。
上述实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，故在此不再详细赘述。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。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做各种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精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。
虽然上述具体实施方式已经显示、描述并指出应用于各种实施方案的新颖特征，但应理解，在不脱离本公开内容的精神的前提下，可对所说明的装置或方法的形式和细节进行各种省略、替换和改变。另外，上述各种特征和方法可彼此独立地使用，或可以各种方式组合。所有可能的组合和子组合均旨在落在本公开内容的范围内。上述许多实施方案包括类似的组分，并且因此，这些类似的组分在不同的实施方案中可互换。虽然已经在某些实施方案和实施例的上下文中公开了本发明，但本领域技术人员应理解，本发明可超出具体公开的实施方案延伸至其它的替代实施方案和/或应用以及其明显的修改和等同物。因此，本发明不旨在受本文优选实施方案的具体公开内容限制。
本发明未尽事宜均为公知技术。
Claims (4)
1.抑制汽车变速器选换挡电机工作过热的方法，其特征在于包括：
步骤S100、结合电机预估初始温度、电机预估温升值和海拔补偿计算获得电机预估温度；
所述电机预估温度经由下式计算得到：
；
其中，表示电机预估温度；/>表示电机预估初始温度；/>表示电机预估温升值；/>表示海拔补偿；
所述电机预估初始温度由车辆刚上电时的初始环境温度和电机温度补偿值来决定，即
；
其中，表示电机预估初始温度；/>表示初始环境温度；/>表示电机温度补偿值；
所述电机预估温升值经由电机累加功率和电机比热容系数计算得到，即：
其中，表示电机预估温升值；/>表示电机累加功率；/>表示电机质量；/>表示电机比热容系数；
所述电机累加功率由电机电压、电机电流、功率转化系数及散热功率计算得到，即：
其中，表示电机电压；/>表示电机电流；/>表示功率转化系数，即电功率转化为电机机械功率的效率系数；/>表示散热功率；
所述散热功率为依据牛顿定律冷却公式通过电机与周围介质之间的对流换热计算得到，即：
；
；
；
；
其中，所述表示风速影响的对流换热系数；/>表示电机散热面积；/>表示上一个步长计算得到的电机预估温度；/>表示环境温度；/>表示无风对流换热系数；/>表示风速；/>表示风速影响因子，其由风速的/>值决定；/>表示车速；/>表示在车速/>基础上设置的车速偏移值，作为电机承受的风速；/>表示风速的/>值；
步骤S200、电机预估温度超过预设阈值时启动过温保护动作，并将输出PWM调整为电机预估温度输出限制PWM；
步骤S300、结合电机电流输出限制PWM与步骤S200的电机预估温度输出限制PWM，取二者最小值作为输出限制PWM抑制电机过热。
2.根据权利要求1所述的抑制汽车变速器选换挡电机工作过热的方法，其特征在于：
所述电机温度补偿值是基于环境温度和变速器油温预设的试验测试数据。
3.车辆，其特征在于：所述车辆应用权利要求1或2所述方法对变速器选换挡电机工作过热进行抑制。
4.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1或2所述抑制汽车变速器选换挡电机工作过热的方法的各个过程。
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