汽车电机飞车故障检测装置及其工作方法与流程

本发明涉及电机控制技术领域，具体地，涉及一种纯电动汽车的汽车电机飞车故障检测装置及其工作方法。

背景技术：

纯电动汽车由于其操控体验好、对环境污染小、效率高，使用可再生能源等诸多优点而广泛受到关注。电机和电控作为关键部位，对其的故障检测和保护更加应该引起重视。纯电动车电机在运行过程中，由于某种原因导致电机转速突然大幅度剧烈开放式上升，这种现象称之为电机飞车。一旦发生飞车故障，电机转速很可能超出控制能承受的转速而发生失控，电机的极高反电动势会导致控制器和电池的损坏。导致飞车的原因有很多，常见的有比如车辆在大扭矩爬坡过程中，如果此时连接电机和车辆传动轴之间的螺丝断裂，电机瞬间失去负载而转速急剧加速，造成飞车。又如车辆的驱动轮在悬空状态下或者电机和车辆传动没有连接好的情况下，电机处于轻载或者空载状态，此时如果不小心踩下油门，由于电机响应极快，电机转速急速增加导致飞车。针对上述问题，本发明提供一种检测飞车故障和处理的方法。

现有技术1，《一种电动车防飞车装置》(申请号：201410815553.2)公开了一种电动车防飞车装置，提出了针对双控制器电动车，能够在故障时实现双控制器的迅速切换。该方法只提出出现故障或者飞车时，控制器切换到另一个控制器上，不仅需要高成本且没有对功率器件进行保护。

现有技术2，《一种防止风机飞车的控制方法》(申请号：201510541962.2)公开了一种防止风机飞车的控制方法。该方法仅通过转速来判断是否飞车，由于纯电动车电机具有很宽的调速范围，正常运行也能达到额定转速的两倍以上，所以并不适用。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种汽车电机飞车故障检测装置及其工作方法。

为了解决上述技术问题，本发明汽车电机飞车故障检测装置，包括：飞车故障监测模块，用于监测汽车电机的状态；飞车故障保护模块，飞车故障保护模块用于接收汽车电机的状态，对出现飞车状态的汽车电机进行保护操作。

优选地，飞车故障监测模块包括：转速传感器，转速传感器与汽车电机连接，用于采集汽车电机当前的转速值；加速计算单元，加速计算单元与转速传感器连接，用于接收汽车电机当前的转速值并计算得到汽车电机当前的转速值下的加速度值；阈值计算单元，阈值计算单元与汽车电机连接，用于通过获取汽车电机当前的扭矩信号，并通过与空载扭矩的汽车电机的加速度值进行匹配，获得相应的加速度阈值；飞车判断单元，飞车判断单元与加速计算单元及阈值存储单元连接，用于将汽车电机当前的转速值下的加速度值与加速度阈值进行比较，判断汽车电机当前的状况；故障累计判断单元，飞车判断单元与飞车判断单元连接，用于对汽车电机的飞车状况的次数n进行计数，当次数n≥3，则判定汽车电机处于飞车状态。

优选地，飞车故障监测模块还包括低通滤波器，低通滤波器连接在转速传感器与加速计算单元之间，用于滤除高频干扰信号。

优选地，飞车故障保护模块包括：故障保护策略分析单元，故障保护策略分析单元分别与低通滤波器及故障累计判断单元连接，用于判断当前的汽车电机的转速方向；驱动单元，驱动单元分别与故障保护策略分析单元及汽车电机连接，用于对汽车电机进行控制，对出现飞车状态的汽车电机进行保护操作。

优选地，还包括控制芯片，控制芯片分别与飞车故障监测模块及飞车故障保护模块连接。

一种汽车电机飞车故障检测装置的工作方法，包括如下步骤：

步骤1，采用转速传感器检测汽车电机当前的转速值；

步骤2，加速计算单元接收汽车电机当前的转速值并计算得到汽车电机当前的转速值下的加速度值；

步骤3，飞车判断单元用于将汽车电机当前的转速值下的加速度值与加速度阈值进行比较，判断汽车电机的状态；

步骤4，对处于飞车状态的汽车电机进行保护操作直至汽车电机恢复正常，关闭驱动单元；其中

阈值计算单元通过获取汽车电机当前的扭矩信号，并通过与空载扭矩的汽车电机的加速度值进行匹配，获得相应的加速度阈值。

优选地，步骤1包括：

步骤1.1，采用转速传感器检测电机当前的转速信号；

步骤1.2，通过低通滤波器滤除高频干扰信号，获得汽车电机当前的转速值。

优选地，步骤3包括：

步骤3.1，飞车判断单元将汽车电机当前的转速值下的加速度值与加速度阈值进行比较，判断汽车电机当前的状况；

步骤3.2，故障累计判断单元对汽车电机的飞车状况的次数n进行计数，当次数n≥3，则判定汽车电机处于飞车状态。

优选地，步骤4包括：

步骤4.1，故障保护策略分析单元判断当前的汽车电机的转速方向；

步骤4.2，对汽车电机进行控制，对处于飞车状态的汽车电机进行保护操作直至汽车电机恢复正常，关闭驱动单元。

优选地，步骤4.2中，

当汽车电机处于正转速时，则驱动单元进入较小的负扭矩状态；

当汽车电机处于负转速时，则驱动单元进入较小的正扭矩状态。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)不需要额外增加任何硬件成本，且能在飞车故障到达不可控制之前判断并保护控制器和电源不受到损坏。

(2)不依靠转速大小来判断是否飞车，由于纯电动车电机调速范围广，这种方法不适用。依据转速加速度来判断是否飞车。且飞车故障加速度阈值通过实际测试表所得，兼顾了故障判断的准确性和快速性。

(3)飞车保护策略不仅防止了转速继续快速上升，而且较为快速的使转速下降，达到安全转速后关闭电机，很大程度上保护了电机电控、电池以及现场人员的安全。

附图说明

图1为本发明汽车电机飞车故障检测装置原理图；

图2为本发明汽车电机飞车故障检测装置的工作方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明汽车电机飞车故障检测装置，包括：飞车故障监测模块，用于监测汽车电机的状态；飞车故障保护模块，飞车故障保护模块用于接收汽车电机的状态，对出现飞车状态的汽车电机进行保护操作。

飞车故障监测模块包括：转速传感器，转速传感器与汽车电机连接，用于采集汽车电机当前的转速值；加速计算单元，加速计算单元与转速传感器连接，用于接收汽车电机当前的转速值并计算得到汽车电机当前的转速值下的加速度值；阈值计算单元，阈值计算单元与汽车电机连接，用于通过获取汽车电机当前的扭矩信号，并通过与空载扭矩的汽车电机的加速度值进行匹配，获得相应的加速度阈值；飞车判断单元，飞车判断单元与加速计算单元及阈值存储单元连接，用于将汽车电机当前的转速值下的加速度值与加速度阈值进行比较，判断汽车电机当前的状况；故障累计判断单元，飞车判断单元与飞车判断单元连接，用于对汽车电机的飞车状况的次数n进行计数，当次数n≥3，则判定汽车电机处于飞车状态。

飞车故障监测模块还包括低通滤波器，低通滤波器连接在转速传感器与加速计算单元之间，用于滤除高频干扰信号。

飞车故障保护模块包括：故障保护策略分析单元，故障保护策略分析单元分别与低通滤波器及故障累计判断单元连接，用于判断当前的汽车电机的转速方向；驱动单元，驱动单元分别与故障保护策略分析单元及汽车电机连接，用于对汽车电机进行控制，对出现飞车状态的汽车电机进行保护操作。

还包括控制芯片，控制芯片分别与飞车故障监测模块及飞车故障保护模块连接。

如图2所示，本发明汽车电机飞车故障检测装置的工作方法，具体执行如下：

第一步：通过电机的转速传感器采集电机转速数据，得到电机实时转速v0。

第二步：使用低通滤波器对转速v0进行滤波，得到电机滤波转速v1,其中低通滤波器的截止频率f设定的范围(100k～500k)。

第三步：使用转速v1进行加速度计算，计算获得电机的加速度a0，且对加速度a0求绝对值，得到加速度a1，其中单片机计算加速度的周期范围设定为(20ms～100ms)。

第四步：使用当前电机扭矩值查询电机扭矩-加速度阈值表，获取判断电机飞车加速度阈值amax，其中电机扭矩-加速度阈值表时通过测试车辆空载时各个扭矩电机平均加速度来获取。具体方法是：把车辆驱动轮抬起离开地面保持空转模式，设定固定扭矩驱动电机运行，记录转速数据计算转速转从零到最大值过程的平均加速度。按同样方法从小到大改变扭矩值，整理出随着扭矩变化的加速度阈值表。

第五步：通过比较当前电机的加速度a1和飞车故障加速度阈值amax，如果a1≥amax则认为加速度异常，否则电机正常工作。

第六步：如果连续n次发生加速度异常状态，则判定此时发生飞车故障。否则判定电机正常工作。其中n的设定范围(3次～10次)。异常累计的目的是为了增加判定的准确性。

第七步：检测到飞车故障后，控制器上报故障，并启动飞车故障保护模块。

第八步：如果当前转速为正，则进入步骤九，如果当前转速为负，则进入步骤十。

第九步：控制驱动单元执行负扭矩，扭矩范围(-5n～-20n)，使得电机转速较为快速的下降，且电机的发电电流较小，电池能够完全正常的承受该发电电流。直到电机转速下降到额定正转速的一半以下，进入第十一步。

第十步：控制驱动单元执行正扭矩，扭矩范围(5n～20n)，使得电机较为快速下降，且电机的发电电流较小，电池能够完全正常的承受该发电电流。直到电机的转速下降到额定负转速的一半以下。

第十一步：关闭驱动单元。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。