一种车辆急停开关断开时过压保护策略的制作方法

1.本发明涉及车辆工程技术领域，尤其涉及一种车辆急停开关断开时过压保护策略。


背景技术：

2.在工程车辆运行中，如果突然断开急停开关，当电机处于回馈制动时，原本回馈到电池的能量，会进一步抬升回路中的电压。若不能及时处理，会导致回路中的设备因为过压而损坏。
3.公开号为cn112956106a的专利提供了一种车辆电源系统和过压保护的方法，保障在主电源发生过压故障时，每个电气负载装置不会再接受到主电源持续且过压的供电，完好地保护每个电气负载装置，使行车安全得到保障，降低行车风险。该车辆电源系统包括：主电源、第一控制装置、第一蓄电池、第二蓄电池、第一供电装置、第二供电装置和至少一个电气负载装置，第一供电装置包括第一供电开关，第二供电装置包括第二供电开关；主电源用于生成输出电压；第一控制装置用于：监测主电源生成的输出电压；在输出电压满足第一电压等级时，断开第一供电开关和第二供电开关，以使主电源停止向至少一个电气负载装置供电，第一电压等级对应的电压值反映主电源发生二级过压故障。
4.公开号为cn112997087a的发明专利提出一种用于车辆控制设备的过压保护电路。该过压保护电路具有用于施加输入电压的输入接口、用于施加测试电压的测试接口和用于提供输出电压以对控制设备进行供给的输出接口。该过压保护电路也具有参考装置，该过压保护电路构造成用于在使用输入电压的情况下提供参考电压。该过压保护电路还具有分压装置，该分压装置构造成用于在使用输出电压的情况下提供分电压。此外，该过压保护电路具有控制装置，该控制装置构造成用于在使用参考电压和分电压的情况下提供调节信号。该过压保护电路也具有连接到输入接口和输出接口之间的调节装置。在此，该调节装置构造成用于在使用输入电压和调节信号的情况下提供输出电压。该过压保护电路还具有修改装置，该修改装置构造成用于在使用测试电压的情况下修改分电压的值。
5.现有方案的思路如下：当母线电容的电压超过保护点时，控制主接触器断开。但由于主接触器断开时有几十到百毫秒级的延时，会导致回路的电压高于设定的保护点电压，其次为了避免运行过程中误判，过压保护点不能设置过低。
6.现有控制方案首先通过ad采样实时测得母线电压，然后不断与设定过压保护点进行比较，当到达过压保护点后，断开控制器主接触器，因主接触器为机械开关，断开后有几十到百毫秒级的延时，母线电压依旧会冲到很高。
7.本发明提出一种车辆急停开关断开时过压保护策略，在不改变母线电压和过压保护点的情况下，通过判断急停开关是否断开，由此触发主接触器提前断开，进而实现回路中设备的过压保护。
8.此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝
非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。


技术实现要素：

9.针对现有技术之不足，本发明提供了一种车辆急停开关断开时过压保护策略。所述保护策略在保持电压过压保护点不变的情况下，通过采集并计算处理车辆电路的数据判断急停开关是否断开，由此确定是否断开触发接触器进行电路回路中工作设备的过压保护。
10.根据一种优选实施方式，本发明的过压保护策略可以搭建仿真模型。建立母线电容电压变化率设定值与车辆电路系统因素的关系表。所述车辆电路系统因素至少包括电压，电流和温度。
11.根据一种优选实施方式，本发明的过压保护策略可以实时采样车辆电路的数据。其中实时采样的数据至少包括电机的电流和母线电容的电压，所述接触器温度。
12.根据一种优选实施方式，本发明的过压保护策略可以对实时采样的车辆电路数据进行计算处理。所述计算处理得出的结果至少包括母线电容的电压变化率。
13.根据一种优选实施方式，本发明的过压保护策略可以将母线电容的电压变化率与设定值进行比较判断急停开关是否断开。依据判断结果确定是否进行过压保护处理。
14.根据一种优选实施方式，本发明的过压保护策略在将母线电容的电压变化率与设定值进行比较前，先进行车辆运行状态的判断。
15.根据一种优选实施方式，在急停开关未断开的情况下，电机回馈的能量分别由电池和母线电容吸收；在急停开关断开的情况下，电机回馈的能量只由母线电容吸收。
16.根据一种优选实施方式，设置电容电压变化率的设定值，在变化率超过设定值且维持一段时间后，所述过压保护策略判定车辆电路中的急停开关断开。
17.根据一种优选实施方式，所述过压保护策略对实时采样的车辆电路数据进行计算处理的同时通过查询所述关系表确定母线电压变化率设定值。
18.一种车辆急停开关断开时过压保护方法。所述方法至少包括：搭建仿真模型确定电压变化率设定值仿真；处理采样的电机电压和电流；查表检测母线电压变化斜率是否异常；过压保护处理。
附图说明
19.图1是本发明提供的一种优选实施方式的过压保护策略的简化流程图；
20.图2是本发明提供的优选地判断急停开关是否断开的简化流程图；
21.图3是本发明提供的执行优选地过压保护策略的母线电容电压波形示意图；
22.图4是本发明提供的一种优选实施方式的车辆电路的简化模块连接关系示意图。
23.附图标记列表
24.501：急停开关；502：接触器；503：母线电容；504：电机；505：工作设备。
具体实施方式
25.下面结合附图1至附图4进行详细说明。
26.目前，在整车设备原有硬件中，没有单独加装硬件实时检测急停开关的状态，因此当急停开关断开时，电机处于回馈制动。控制器不能及时的进行过压保护处理，进而导致设备因为过压而损坏。本发明提供了一种车辆急停开关断开时过压保护策略。
27.本发明的保护策略通过搭建仿真模型，建立母线电压变化率设定值与车辆电路系统电压，电流，温度等因素的关系表。实时采样电机电流和母线电压，控制器温度等信息，根据采样得到的电压，电流和温度信息，查询通过模型仿真得到的关系表,确定采样电压，电流和温度对应的母线电压变化率设定值。同时根据采样得到的母线电压计算出其电压变化率。根据电压变化率和设定值的关系，判断急停开关是否断开，进而进行相应的处理。本发明的保护策略在判定急停开关断开的情况下，触发接触器进行电路回路中工作设备的过压保护。
28.本发明的保护策略在保持电压过压保护点不变的情况下，通过采集并计算处理车辆电路的数据判断急停开关是否断开，由此确定是否断开触发接触器进行电路回路中工作设备的过压保护。
29.实施例1
30.本发明提供了一种车辆急停开关断开时过压保护策略。所述保护策略在保持电压过压保护点不变的情况下，通过采集并计算处理车辆电路的数据判断急停开关501是否断开，由此确定是否断开触发接触器502进行电路回路中工作设备505的过压保护。
31.优选地，本发明的过压保护策略可以搭建仿真模型。建立母线电容503电压变化率设定值与车辆电路系统因素的关系表。车辆电路系统因素至少包括电压，电流和温度。优选地，本发明的过压保护策略可以实时采样车辆电路的数据。其中实时采样的数据至少包括电机504的电流和母线电容503的电压，接触器502温度。优选地，本发明的过压保护策略可以对实时采样的车辆电路数据进行计算处理。计算处理得出的结果至少包括母线电容503的电压变化率。优选地，本发明的过压保护策略可以将母线电容503的电压变化率与设定值进行比较判断急停开关501是否断开。依据判断结果确定是否进行过压保护处理。优选地，本发明的过压保护策略在将母线电容503的电压变化率与设定值进行比较前，先进行车辆运行状态的判断。优选地，在急停开关501未断开的情况下，电机504回馈的能量分别由电池和母线电容503吸收；在急停开关501断开的情况下，电机504回馈的能量只由母线电容503吸收。优选地，设置电容电压变化率的设定值，在变化率超过设定值且维持一段时间后，过压保护策略判定车辆电路中的急停开关501断开。优选地，过压保护策略对实时采样的车辆电路数据进行计算处理的同时通过查询关系表确定母线电压变化率设定值。
32.参见图1，本实施列的执行流程包括：
33.s100：搭建仿真模型，生成母线电容503电压变化率设定值与车辆电路系统因素的关系表；
34.s200：实时采样电机504的电流和母线电容503的电压，接触器502温度；
35.s300：对实时采样的车辆电路数据进行计算处理得出的母线电容503的电压变化率
36.s400：判断车辆电路中的急停开关501是否断开，执行相应保护措施。
37.优选地，s400至少包括：
38.s401：判断车辆是否处于制动状态，若车辆不处于制动状态则不执行保护，反之进
行下一步；
39.s402：在车辆处于制动状态的情况下，判断母线电容503的电压变化率是否大于设定值，若不大于不执行保护，反之进行下一步；
40.s403：在母线电容503的电压变化率是大于设定值的情况下，策略判定急停开关断开，执行过压保护，断开接触器502。
41.当急停开关501未断开时，电机504回馈的能量分别由电池和控制器中的母线电容503吸收。优选地，控制器至少包括接触器502和母线电容503。当急停开关501断开后，电机505回馈的能量只能由母线电容503来吸收。两种情况下，对应同等的回馈能量，显然第二种对应的母线电容503的电压上升更明显。因此本实施例基于母线电容503的电压的变化斜率来判断急停开关501是否断开。
42.母线电容503的电压变化斜率数学模型通常可以表示为：
43.δt＝t
2-t1……………………
(1-1)
44.k＝(v
m2-v
m1
)/δt
………………
(1-2)
45.其中v
m2
为t2时刻母线电压，v
m1
为t1时刻母线电压，
△
t为时间，k为斜率；
46.由于母线电容503的电压变化率和车辆电路系统工作情况相关，因此在设计中，设置母线电容503的电压变化率设定值，当变化率超过设定值且维持一段时间后，即判断车辆电路系统中急停开关501断开。在设定值设计中，本文考虑正常工作时影响该斜率的关键因素，如电流，温度，母线电容503特性，电池特性。其中母线电容503特性包括电容容值，等效串联电阻。电池特性为特定的电池仿真模型。考虑其相关因素，本实施例在仿真软件中搭建仿真模型，离线建立在不同工作点时，母线电容503电压斜率与参考因素的关系表。
47.本实施例通过采集母线电压vm，根据式(1-2)，计算得到母线电容503电压变化曲线斜率。再根据计算结果查询仿真表得出是否在合理区间，进一步判断是否做相应的过压保护处理。在急停开关501断开时，依然将母线电容503电压控制在合理范围内。
48.参见图3，波形中母线电容503电压稳定后为28v,当急停开关501断开后，电机504处于回馈制动，母线电容503电压开始升高，100ms后达到36v，母线电压变化斜率不在合理区间内，然后控制器执行过压保护策略，电压迅速降低。该结果基本验证了本实施例方案的正确性。
49.参见图4，车辆电路至少包括急停开关501，接触器502，母线电容503，电机504和工作设备505。优选地，急停开关501分别电连接接触器502和工作设备505，接触器502的前端连接急停开关501后端分别连接母线电容503和电机504。优选地，母线电容503和电机504并联。优选地，母线电容503和电机504并联后与工作设备505的后端连接。
50.优选地，电机505回馈的能量逆方向传输。当急停开关501未断开时，电机504回馈的能量分别由电池和控制器中的母线电容503吸收。优选地，控制器至少包括接触器502和母线电容503。当急停开关501断开后，接触器502断开，电机505回馈的能量只能由母线电容503来吸收。
51.优选地，在搭建仿真模型时，本实施例采用计算机仿真技术来搭建模拟车辆急停的模型。仿真流程为：根据对象分析方案设计，建立相关的数学模型，建立系统仿真模型，再系统的分析完模型后编写仿真程序，完成编写后即运行该程序，看程序运行结果是否合理，若合理则继续分析运行的结果，若不合理则考虑是否是程序编写时有问题，并相应的修改
程序，若还是解决不了则考虑是否是系统仿真模型建立有问题，相应的修改仿真模型，若还是有问题最后就考虑是否是系统数学模型的问题，相应的修改数学模型，当运行完毕，分析完结果，再根据结果和任务对象进行仿真研究，最后进行仿真结果处理。
52.现有工程车辆运行中，如果突然断开急停开关，当电机处于回馈制动时，原本因回馈到电池的能量，会进一步抬升回路中的电压。若不能及时处理，会导致回路中的设备因为过压而损坏。现有方案为当母线电容的电压超过保护点时，控制主接触器断开。但由于主接触器断开时有几十到百毫秒级的延时，会导致回路的电压高于设定的保护点电压，其次为了避免运行过程中误判，过压保护点不能设置过低。
53.仿真模型对现有车辆过压保护系统进行研究和分析，将电路系统进行分解，至少将电路分解为急停开关模块，接触器模块，母线电容模块，电机模块，电源模块和其他模块。优选地，在搭建仿真模型时，技术人员通过代码为每一个模块设置有相应的模拟模块。
54.模拟电源模块在仿真模型中为所有模拟模块提供模拟电流。模拟电源模块配置有控制台程序，在仿真过程中技术人员能够通过控制台改变模拟电源模块输出的模拟电流参数。优选地，在仿真过程中技术人员可以设置模拟电源模块的参数，可以包括电流、电压、波形、频率、功率、谐波、公差、峰值等。优选地，在本次仿真模拟中，模拟电源模块模拟直流电输出，在仿真过程中技术人员主要通过控制台改变模拟电源模块输出的电压值和电流值大小。
55.优选地，模拟急停开关模块可以配置控制台，在仿真过程中模拟急停开关模块可以通过预设代码程序进行自动触发断开，也可以由技术人员通过控制台触发断开。优选地，模拟急停开关模块配置有储存器。当模拟急停开关模块通过预设代码程序或由技术人员通过控制台触发断开时，模拟急停开关模块配置的储存器记录下当模拟急停开关模块触发断开的第一时间戳。
56.优选地，模拟接触器模块，模拟母线电容模块和模拟电机模块均设置有监视器和储存器。
57.优选地，模拟接触器模块配置的储存器在模拟接触器模块响应于模拟急停开关模块的断开信号而断开时记录下模拟接触器模块断开的第二时间戳。优选地，模拟接触器模块配置的储存器可以预存储监视器监视的数据。优选地，模拟接触器模块配置的监视器监视的数据至少包括模拟接触器模块的电压和温度。优选地，当模拟接触器模块配置的储存器在模拟接触器模块响应于模拟急停开关模块的断开信号而断开时记录下模拟接触器模块断开的第二时间戳时，模拟接触器模块的预设程序对模拟接触器模块配置的储存器预存储监视器监视的数据进行数据清洗，仅保留对应第二时间戳时间段的数据，将其余数据删除，进行新数据的预存储。优选地，对应第二时间戳时间段指的是对应第二时间戳时刻前后1000毫秒的时段。优选地，模拟接触器模块配置的储存器存储的数据是模拟接触器模块的温度。
58.优选地，模拟电机模块配置的储存器在模拟电机模块响应于模拟急停开关模块的断开信号而停止工作时记录下模拟电机模块停止工作的第三时间戳。优选地，模拟电机模块配置的储存器可以预存储监视器监视的数据。优选地，模拟电机模块配置的监视器监视的数据至少包括模拟电机模块的电压和电流。优选地，当模拟电机模块配置的储存器在模拟电机模块响应于模拟急停开关模块的断开信号而停止工作时记录下模拟电机模块断开
的第三时间戳时，模拟电机模块的预设程序对模拟电机模块配置的储存器预存储监视器监视的数据进行数据清洗，仅保留对应第三时间戳时间段的数据，将其余数据删除，进行新数据的预存储。优选地，对应第三时间戳时间段指的是对应第三时间戳时刻前后1000毫秒内的时间。
59.优选地，模拟母线电容模块配置的储存器在模拟母线电容模块响应于模拟电机模块的回馈电压导致模拟母线电容模块的电压开始升高时记录下模拟母线电容模块电压开始升高的第四时间戳。优选地，模拟母线电容模块配置的储存器可以预存储监视器监视的数据。优选地，模拟母线电容模块配置的监视器监视的数据至少包括模拟母线电容模块的电压和对应时间。优选地，当模拟母线电容模块配置的储存器在模拟母线电容模块记录下模拟母线电容模块的第四时间戳时，模拟母线电容模块的预设程序对模拟母线电容模块配置的储存器预存储监视器监视的数据进行数据清洗，仅保留对应第四时间戳时间段的数据，将其余数据删除，进行新数据的预存储。优选地，对应第四时间戳时间段指的是对应第四时间戳时刻前后1000毫秒内的电压数据。优选地，模拟母线电容模块的电压数据可以是电压波形图。
60.优选地，仿真模型还包括数据库和表格生成器。优选地，数据库用于储存仿真模型在进行仿真时产生的所有数据，包括各模拟模块在进行数据删除时删除的数据。优选地，表格生成器对仿真数据进行处理生成母线电容电压变化率设定值与车辆电路系统因素的关系表。
61.第一时间戳对应时刻与第二时间戳对应时刻间的模拟母线电容模块的电压波形图数据。优选地，第二时间戳所属时间段的数据为对应时刻前后的1000毫秒的模拟接触器模块的温度；第三时间戳所属时间段的数据对应时刻前后的1000毫秒内的模拟电机模块回馈电流参数；第四时间戳所属时间段的数据对应时刻前后的1000毫秒内的电压波形图。优选地，因主接触器为机械开关，断开后有几十到几百毫秒级的延时，技术人员在仿真时将各个数据的时间段设置为相应时间戳的前后1000毫秒以确保在延时内的数据被采集。
62.优选地，表格生成器在模拟母线电容模块第四时间戳对应时刻前后的1000毫秒内的电压波形图中分别截取出多段波形图。优选地，截取的图包括第一时间戳对应时刻与第二时间戳对应时刻间的模拟母线电容模块的电压波形图数据；第一时间戳对应时刻与第三时间戳对应时刻间的模拟母线电容模块的电压波形图数据；第三时间戳对应时刻与第二时间戳对应时刻间的模拟母线电容模块的电压波形图数据。
63.优选地，第一时间戳对应时刻与第二时间戳对应时刻间的模拟母线电容模块的电压波形图数据代表从模拟急停开关模块触发断开到模拟接触器模块断开时的模拟母线电容模块的电压波形图数据。优选地，第一时间戳对应时刻与第二时间戳对应时刻间的模拟母线电容模块的电压波形图数据，表示出传统过压保护方式全过程中模拟母线电容模块的电压波形图数据，即从急停开关断开到模拟接触器模块断开过程中的模拟母线电容模块的电压波形图数据。
64.优选地，第一时间戳对应时刻与第三时间戳对应时刻间的模拟母线电容模块的电压波形图数据代表从模拟急停开关模块触发断开到模拟电机模块停止工作时的模拟母线电容模块的电压波形图数据。优选地，第一时间戳对应时刻与第三时间戳对应时刻间的模拟母线电容模块的电压波形图数据，表示出传统过压保护方式过程中从急停开关断开到电
机模块产生回馈电流过程中的模拟母线电容模块的电压波形图数据。
65.优选地，第三时间戳对应时刻与第二时间戳对应时刻间的电压波形图数据代表从模拟电机模块停止工作到模拟接触器模块断开时的模拟母线电容模块的电压波形图数据。优选地，第三时间戳对应时刻与第二时间戳对应时刻间的模拟母线电容模块的电压波形图数据，表示出传统过压保护方式过程中从模拟电机模块停止工作产生回馈电流到模拟接触器模块断开过程中模拟母线电容模块的电压波形图数据。
66.优选地，仿真模型模拟的是传统过压保护方式。通过对传统过压保护方式进行仿真模拟分析，技术人员能够得出下列结论：
67.当急停开关断开后，工作设备会接收到回馈电流电压，且在某一段时间内回馈电流的电压会持续上升并超过耐受值，最在某一时刻回馈电流的电压会下降，其中，回馈电流的电压在模拟接触器模块断开后下降；
68.当急停开关断开后，电机模块停止工作产生回馈电流，这一过程中存在信号传输延时，但此延时的存在不会导致设备接收到的回馈电流电压超过耐受值，不会影响工作设备的安全；
69.电机模块停止工作产生回馈电流后，模拟接触器模块会断开通过阻止电机模块停止工作产生的回馈电流流向工作设备的方式以保护工作设备，但由于接触器为机械开关，断开后有几十到几百毫秒级的延时，在这段延时内会出现回馈电流的电压持续上升并超过工作设备耐受值的情况。
70.优选地，模拟仿真模型通过对回馈电流电压上升时的变化斜率做分析汇总，生成母线电压变化率设定值与系统电压，电流，温度等因素的关系表。优选地，母线电压变化率即为模拟母线电容模块的电压波形图数据中电压上升时的电压变化率。优选地，关系表中的母线电压变化率设定值均标明了相应的系统电压，电机回馈电流，接触器温度等参数。
71.优选地，本实施例的过压保护策略可以试试监测母线电容503的电压变化率并通过将监测到的电压变化率与仿真得到的母线电压变化率设定值关系表进行对照以判定急停开关是否断开。优选地，当监测到的电压变化率低于仿真得到的关系表中相应条件下的母线电压变化率设定值时，本实施例的过压保护策略可以判定急停开关未断开，从而不向接触器发送断开信号。优选地，当监测到的电压变化率不低于仿真得到的关系表中相应条件下的母线电压变化率设定值时，本实施例的过压保护策略可以判定急停开关已断开，在此情况下，接触器断开对工作设备进行过压保护。优选地，本实施例的过压保护策略通过监测到的电压变化率的方式对工作设备进行过压保护，可以在电压变化初期(回馈电流的电压未超过工作设备耐受值的时候)即执行过压保护，从而避免传统过压保护方式通过对电压进行采样，当采样电压达到阈值时才执行过压保护，产生因过压保护执行延时导致回馈电流的电压超过工作设备耐受值的情况。
72.实施例2
73.本实施例是对实施例1的进一步改进，重复的内容不再赘述。不能及时检测出急停开关的状态，当母线电压达到保护点后再做过压保护处理，母线电压依旧会冲到很高，导致设备损坏。
74.搭建仿真模型确定电压变化率设定值仿真；处理采样的电机电压和电流；查表看母线电压变化斜率是否异常；过压保护处理。
75.本发明技术方案通过下列方法实现：
76.步骤1：搭建仿真模型，建立母线电压变化率设定值与车辆电路系统电压，电流，温度等因素的关系表。
77.步骤2:实时采样电机电流和母线电压，控制器温度等信息，
78.步骤3：根据步骤2得到的电压，电流和温度信息，查表,确定母线电压变化率设定值。同时根据母线电压计算其电压变化率。
79.步骤4：根据电压变化率和设定值的关系，判断急停开关是否断开。进而进行相应的处理。
80.优选地，在母线电容503的电压变化率是大于设定值的情况下，策略判定急停开关断开，进而断开接触器502，执行过压保护。
81.优选地，当急停开关断开后，电机处于回馈制动，电机产生的回馈电流使得母线电压开始升高，本方法判定母线电压变化斜率不在合理区间内，然后控制器执行过压保护策略，电压迅速降低。
82.本发明的保护策略通过搭建仿真模型，建立母线电压变化率设定值与车辆电路系统电压，电流，温度等因素的关系表。实时采样电机电流和母线电压，控制器温度等信息，根据采样得到的电压，电流和温度信息，查询通过模型仿真得到的关系表,确定采样电压，电流和温度对应的母线电压变化率设定值。同时根据采样得到的母线电压计算出其电压变化率。根据电压变化率和设定值的关系，判断急停开关是否断开，进而进行相应的处理。本发明的保护策略在判定急停开关断开的情况下，触发接触器进行电路回路中工作设备的过压保护。本发明的保护策略在保持电压过压保护点不变的情况下，通过采集并计算处理车辆电路的数据判断急停开关是否断开，由此确定是否断开触发接触器进行电路回路中工作设备的过压保护。
83.需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。