新能源汽车用永磁同步电机堵转控制方法及系统

1.本发明属于电机拖动技术领域，特别是涉及新能源汽车用永磁同步电机堵转控制方法及系统。


背景技术：

2.由于永磁同步电机具有低扭性能高以及电能利用率高等优点，新能源汽车广泛采用永磁同步电机作为驱动电机。但是在车辆遇到障碍物或者爬坡角度过大的时候，轮胎无法移动使得电机堵转。永磁同步电机在堵转情况下永磁体产生的恒定磁场无法阻碍线圈中的电流，导致线圈中的电流瞬间骤增十几乃至二十多倍，会迅速导致电机损坏乃至融毁。
3.为了避免车辆在遇到障碍物、陡坡以及汽车传动系统本身故障情况下电机堵转损坏，传统方式需要依赖驾驶员的经验判断路况控制加速踏板，无法自动根据车身传感器自动判断是否需要尝试对电机通电驱动脱离堵转状态。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供新能源汽车用永磁同步电机堵转控制方法及系统，通过汽车的各类传感采集单元获取行驶以及车身状态，尝试自动对电机进行供电用以使得电机脱离堵转状态。
5.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
6.本发明提供一种新能源汽车用永磁同步电机堵转控制方法，包括，
7.实时获取所述汽车的爬坡角，并得到所述汽车的爬坡角的历史记录；
8.实时获取所述汽车的胎压，并得到所述汽车的胎压的历史记录；
9.实时获取所述汽车的行驶速度，并得到所述汽车的行驶速度的历史记录；
10.根据所述汽车的爬坡角、胎压、行驶速度以及分别对应的历史记录，得到所述汽车的行驶状态；
11.获取所述电机的额定最高温度；
12.实时获取所述电机的温度；
13.根据所述汽车的行驶状态向所述电机输入测试驱动电流，获取测试期间向所述电机输入测试驱动电流、所述汽车的胎压、爬坡角以及移动速度与时间的关系；
14.根据所述电机的额定最高温度、所述电机的实时温度以及输入所述测试驱动电流期间所述汽车的胎压、爬坡角以及移动速度与时间的关系，得到所述电机的防堵转驱动电流输入策略；
15.根据所述防堵转驱动电流输入策略驱动所述电机。
16.在本发明的一个实施例中，所述根据所述汽车的爬坡角、胎压、行驶速度以及分别对应的历史记录，得到所述汽车的行驶状态的步骤，包括，
17.所述行驶状态包括碾压障碍物状态、爬坡状态以及传动机构故障状态；
18.根据所述汽车的胎压的历史记录得到所述汽车的轮胎的正常行驶胎压和静止胎
压；
19.判断所述汽车的若干个轮胎的胎压突变大于对应所述汽车的轮胎的正常行驶胎压或静止胎压，
20.若否，则判定此时所述汽车处于传动机构故障状态；
21.若是，则判定此时处于碾压障碍物状态和/或爬坡状态；
22.判断所述汽车的驱动轮的胎压同步突变大于对应所述汽车的轮胎的静止胎压，且所述汽车的从动轮的胎压均等于对应所述汽车的轮胎的正常行驶胎压或静止胎压，若是，则判定此时所述汽车处于爬坡状态；
23.若否，则判定此时所述汽车处于碾压障碍物状态。
24.在本发明的一个实施例中，所述根据所述汽车的行驶状态向所述电机输入测试驱动电流，获取测试期间向所述电机输入测试驱动电流、所述汽车的胎压、爬坡角以及移动速度与时间的关系的步骤，包括，
25.获取所述汽车的动力电池向所述电机输出的最大电流；
26.根据所述电机输出的最大电流以及所述电机内线圈绕组的布线结构得到所述电机内线圈绕组接收到最大电流，记为截至电流；
27.根据所述电机的温度，在所述电机的温度不超过的所述电机的额定最高温度前提下，向所述电机输入所述截至电流作为预测试驱动电流；
28.根据所述汽车的实时胎压与时间的关系，获取所述汽车的从向所述电机输入所述预测试驱动电流至所述汽车的驱动轮胎压发声变化的时间长度，即传动机械波传动间隔时长；
29.根据所述传动机械波传动间隔时长获取向所述电机输入的所述测试驱动电流的数值和时间；
30.在向所述电机输入所述测试驱动电流的过程中，获取向所述电机输入测试驱动电流、所述汽车的胎压、爬坡角以及移动速度与时间的关系。
31.在本发明的一个实施例中，所述根据所述传动机械波传动间隔时长获取向所述电机输入的所述测试驱动电流的数值和时间的步骤，包括，
32.获取未向所述电机输入预测试驱动电流时所述电机的初始温度；
33.获取向所述电机输入所述传动机械波传动间隔时长的所述预测试驱动电流之后所述电机的温度；
34.根据所述传动机械波传动间隔时长、向所述电机输入所述传动机械波传动间隔时长的所述预测试驱动电流之后所述电机的温度、所述电机的初始温度得到按照向所述电机输入的所述测试驱动电流使得所述电机达到额定最高温度的预估时间长度，记为测试驱动时长；
35.在所述测试驱动时长内，向所述电机由零至所述截至电流的数值向所述电机输入测试驱动电流。
36.在本发明的一个实施例中，所述在所述测试驱动时长内，向所述电机由零至所述截至电流的数值向所述电机输入测试驱动电流的步骤，包括，
37.获取测量所述电机中电流的测试精度作为最小测量电流粒度；
38.获取测量所述电机中电流的最小时间间隔作为最小测量时间粒度；
39.在所述测试驱动时长内，向所述电机输入的所述测试驱动电流，每隔所述最小测量时间粒度的整数倍，以所述最小测量电流粒度的整数倍增长；
40.其中所述测试驱动电流在所述测试驱动时长内单调递增。
41.在本发明的一个实施例中，所述在向所述电机输入所述测试驱动电流的过程中，获取向所述电机输入测试驱动电流、所述汽车的胎压、爬坡角以及移动速度与时间的关系的步骤，包括，
42.在所述测试驱动时长的时间区间内向所述电机输入所述测试驱动电流的过程中，持续监测所述汽车的驱动轮的胎压；
43.若所述汽车的驱动轮的胎压达到峰值之后降低至所述汽车的轮胎的正常行驶胎压，则，
44.获取所述汽车的驱动轮的胎压降低至所述汽车的轮胎的正常行驶胎压状态下所述汽车的爬坡角；
45.获取所述汽车的从动轮发生转动位移的时刻；
46.将所述汽车的从动轮发生转动位移的时刻倒退所述传动机械波传动间隔时长得到第一驱动时刻；
47.获取所述第一驱动时刻倒推减去所述传动机械波传动间隔时长的时刻作为第二驱动时刻；
48.获取所述第二驱动时刻向所述电机输入的测试驱动电流。
49.在本发明的一个实施例中，所述在向所述电机输入所述测试驱动电流的过程中，获取向所述电机输入测试驱动电流、所述汽车的胎压、爬坡角以及移动速度与时间的关系的步骤，还包括，
50.若所述汽车的驱动轮的胎压达到峰值之后保持峰值，则获取所述汽车的驱动轮的胎压达到峰值的时刻；
51.获取所述汽车的驱动轮的胎压达到峰值的时刻所述汽车从动轮的胎压；
52.若所述汽车的驱动轮的胎压达到峰值的时刻，所述汽车从动轮的胎压为所述汽车的轮胎的正常行驶胎压状态，则获取所述汽车的驱动轮的胎压达到峰值的时刻所述汽车的爬坡角。
53.在本发明的一个实施例中，所述在向所述电机输入所述测试驱动电流的过程中，获取向所述电机输入测试驱动电流、所述汽车的胎压、爬坡角以及移动速度与时间的关系的步骤，还包括，
54.若所述汽车的驱动轮和从动轮的胎压保持所述汽车的轮胎的正常行驶胎压或静止胎压，则获取所述汽车的移动速度与时间的关系。
55.在本发明的一个实施例中，所述根据所述电机的额定最高温度、所述电机的实时温度以及输入所述测试驱动电流期间所述汽车的胎压、爬坡角以及移动速度与时间的关系，得到所述电机的防堵转驱动电流输入策略的步骤，包括，
56.若所述汽车的驱动轮的胎压达到峰值之后降低至所述汽车的轮胎的正常行驶胎压，且所述第二驱动时刻向所述电机输入的测试驱动电流不高于所述电机的额定电流，则将所述第二驱动时刻向所述电机输入的测试驱动电流作为汽车的工作电流进行驱动；
57.若所述汽车的驱动轮的胎压达到峰值之后保持峰值，则判断为电机堵转，停止对
所述电机进行供电；
58.若所述汽车的驱动轮和从动轮的胎压保持所述汽车的轮胎的正常行驶胎压或静止胎压，则判断为电机堵转，停止对所述电机进行供电。
59.本发明还公开了一种新能源汽车用永磁同步电机堵转控制系统，其特征在于，
60.传感采集单元，用于实时获取所述汽车的爬坡角，并得到所述汽车的爬坡角的历史记录；
61.实时获取所述汽车的胎压，并得到所述汽车的胎压的历史记录；
62.实时获取所述汽车的行驶速度，并得到所述汽车的行驶速度的历史记录；
63.实时获取所述电机的温度；
64.控制单元，用于根据所述汽车的爬坡角、胎压、行驶速度以及分别对应的历史记录，得到所述汽车的行驶状态；
65.获取所述电机的额定最高温度；
66.根据所述汽车的行驶状态向所述电机输入测试驱动电流，获取测试期间所述汽车的胎压、爬坡角以及移动速度与时间的关系；
67.根据所述电机的额定最高温度、所述电机的实时温度以及输入所述测试驱动电流期间所述汽车的胎压、爬坡角以及移动速度与时间的关系，得到所述电机的防堵转驱动电流输入策略；
68.根据所述防堵转驱动电流输入策略驱动所述电机。
69.本发明通过汽车的各类传感采集单元获取行驶以及车身状态，尝试自动对电机进行供电用以使得电机脱离堵转状态
70.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
71.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
72.图1为本发明所述一种新能源汽车用永磁同步电机堵转控制方法于一实施例的步骤流程示意图；
73.图2为本发明所述步骤s4于一实施例的步骤流程示意图；
74.图3为本发明所述步骤s7于一实施例的步骤流程示意图；
75.图4为本发明所述步骤s75于一实施例的步骤流程示意图；
76.图5为本发明所述步骤s754于一实施例的步骤流程示意图；
77.图6为本发明所述步骤s76于一实施例的步骤流程示意图一；
78.图7为本发明所述步骤s76于一实施例的步骤流程示意图二；
79.图8为本发明所述步骤s76于一实施例的步骤流程示意图三；
80.图9为本发明所述步骤s8于一实施例的步骤流程示意图；
81.图10为本发明所述一种新能源汽车用永磁同步电机堵转控制系统的模块连接及信息流向示意图。
82.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
83.1-传感采集单元，2-控制单元。
具体实施方式
84.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
85.为了避免新能源汽车在永磁电机遇到堵转故障之后用户深踩踏板导致电机损坏，本发明提供以下方案。
86.请参阅图1所示，本发明提供了一种新能源汽车用永磁同步电机堵转控制方法，在汽车还未遇到障碍物或陡坡的时候，执行步骤s1实时获取汽车的爬坡角，并得到汽车的爬坡角的历史记录，并且执行步骤s2实时获取汽车的胎压，并得到汽车的胎压的历史记录，以及步骤s3实时获取汽车的行驶速度，并得到汽车的行驶速度的历史记录。之后可以执行步骤s4根据汽车的爬坡角、胎压、行驶速度以及分别对应的历史记录，得到汽车的行驶状态。接下来可以执行步骤s5获取电机的额定最高温度，接下来可以执行步骤s6实时获取电机的温度。接下来可以执行步骤s7根据汽车的行驶状态向电机输入测试驱动电流，获取测试期间向电机输入测试驱动电流、汽车的胎压、爬坡角以及移动速度与时间的关系。接下来可以执行步骤s8根据电机的额定最高温度、电机的实时温度以及输入测试驱动电流期间汽车的胎压、爬坡角以及移动速度与时间的关系，得到电机的防堵转驱动电流输入策略。最后可以执行步骤s9根据防堵转驱动电流输入策略驱动电机。通过对汽车以及电机的状态进行持续监控，得到汽车的运行状态以及电机的性能，并且自动根据汽车和电机的堵转状态进行驱动尝试，有效避免驾驶者驾驶汽车陷入堵转状态。
87.请参阅图2所示，由于新能源汽车的电机与驱动轮为刚性连接，尤其是对于轮毂电机而言，电机和驱动轮合为一体，两者之间没有离合结构，因为汽车在行驶过程中遇到障碍物和陡坡会导致电机堵转，如此传动机构本身的故障也会导致电机堵转，因此行驶状态包括碾压障碍物状态、爬坡状态以及传动机构故障状态。为了获取汽车的行驶状态，上述的步骤s4中可以首先执行步骤s41根据汽车的胎压的历史记录得到汽车的轮胎的正常行驶胎压和静止胎压。接下来判断汽车的若干个轮胎的胎压突变大于对应汽车的轮胎的正常行驶胎压或静止胎压，若否，则接下来可以执行步骤s42判定此时汽车处于传动机构故障状态，若是，则接下来可以执行步骤s43判定此时处于碾压障碍物状态和/或爬坡状态。接下来判断汽车的驱动轮的胎压同步突变大于对应汽车的轮胎的静止胎压，且汽车的从动轮的胎压均等于对应汽车的轮胎的正常行驶胎压或静止胎压，若是，则接下来可以执行步骤s44判定此时汽车处于爬坡状态，若否，则接下来可以执行步骤s45判定此时汽车处于碾压障碍物状态。通过对汽车轮胎的胎压进行分析，得到汽车的行驶状态。
88.请参阅图3所示，由于传动机构并非是理想的绝对刚体，因此电机响应驱动到轮胎转动之间会有时间差，为了避免此部分时间差对后续的分析判断造成不良影响，因此在获取测试期间向电机输入测试驱动电流、汽车的胎压、爬坡角以及移动速度与时间的关系的过程中，需要首先执行步骤s71获取汽车的动力电池向电机输出的最大电流。接下来可以执
行步骤s72根据电机输出的最大电流以及电机内线圈绕组的布线结构得到电机内线圈绕组接收到最大电流，记为截至电流。接下来可以执行步骤s73根据电机的温度，在电机的温度不超过的电机的额定最高温度前提下，向电机输入截至电流作为预测试驱动电流。接下来可以执行步骤s74根据汽车的实时胎压与时间的关系，获取汽车的从向电机输入预测试驱动电流至汽车的驱动轮胎压发声变化的时间长度，即传动机械波传动间隔时长。接下来可以执行步骤s75根据传动机械波传动间隔时长获取向电机输入的测试驱动电流的数值和时间。最后可以执行步骤s7在向电机输入测试驱动电流的过程中，获取向电机输入测试驱动电流、汽车的胎压、爬坡角以及移动速度与时间的关系。通过首先向电机输入预测试驱动电流分析获取传动机械波传动间隔时长，从而避免传动机构的机械传递延迟导致的不良问题。
89.请参阅图4所示，为了获取测试堵转状态的测试驱动电流的数值和通电时间，上述步骤s75中可以首先执行步骤s751获取未向电机输入预测试驱动电流时电机的初始温度。接下来可以执行步骤s752获取向电机输入传动机械波传动间隔时长的预测试驱动电流之后电机的温度。接下来可以执行步骤s753根据传动机械波传动间隔时长、向电机输入传动机械波传动间隔时长的预测试驱动电流之后电机的温度、电机的初始温度得到按照向电机输入的测试驱动电流使得电机达到额定最高温度的预估时间长度，记为测试驱动时长。最后可以执行步骤s754在测试驱动时长内，向电机由零至截至电流的数值向电机输入测试驱动电流。通过参考传动机械波传动间隔时长，提高了对电机输入测试驱动电流的数值和通电时间的精度。
90.请参阅图5所示，为了避免电机过热，同时也是为了测试过程可控，上述的步骤s754中可以首先执行步骤s7541获取测量电机中电流的测试精度作为最小测量电流粒度。接下来可以执行步骤s7542获取测量电机中电流的最小时间间隔作为最小测量时间粒度。最后可以执行步骤s7543在测试驱动时长内，向电机输入的测试驱动电流，每隔最小测量时间粒度的整数倍，以最小测量电流粒度的整数倍增长，并且测试驱动电流在测试驱动时长内单调递增。通过对测试驱动电流进行控制，不仅能够避免电机过热，而且还让整个测试过程中的采集的数据具有较高的可用度。
91.请参阅图6所示，为了获取汽车运行状态和电机的堵转状态，需要获取向电机输入测试驱动电流、汽车的胎压、爬坡角以及移动速度与时间的关系，为了实现此技术目的，上述的步骤s76中首先可以执行步骤s7611在测试驱动时长的时间区间内向电机输入测试驱动电流的过程中，持续监测汽车的驱动轮的胎压。若汽车的驱动轮的胎压达到峰值之后降低至汽车的轮胎的正常行驶胎压，则说明车辆遇到陡坡，接下来可以执行步骤s7612获取汽车的驱动轮的胎压降低至汽车的轮胎的正常行驶胎压状态下汽车的爬坡角。接下来可以执行步骤s7613获取汽车的从动轮发生转动位移的时刻，接下来可以执行步骤s7614将汽车的从动轮发生转动位移的时刻倒退传动机械波传动间隔时长得到第一驱动时刻。接下来可以执行步骤s7615获取第一驱动时刻倒推减去传动机械波传动间隔时长的时刻作为第二驱动时刻，最后可以执行步骤s7616获取第二驱动时刻向电机输入的测试驱动电流。通过获取汽车的爬坡角、胎压、电机输入电流等间接获取向电机输入测试驱动电流、汽车的胎压、爬坡角以及移动速度与时间的关系。
92.请参阅图7所示，若汽车的驱动轮的胎压达到峰值之后保持峰值，则说明车辆碰到
障碍物的情况下，可以执行步骤s7621获取汽车的驱动轮的胎压达到峰值的时刻。接下来可以执行步骤s7622获取汽车的驱动轮的胎压达到峰值的时刻汽车从动轮的胎压。若汽车的驱动轮的胎压达到峰值的时刻，汽车从动轮的胎压为汽车的轮胎的正常行驶胎压状态，则接下来可以执行步骤s7623获取汽车的驱动轮的胎压达到峰值的时刻汽车的爬坡角。
93.请参阅图8所示，若汽车的驱动轮和从动轮的胎压保持汽车的轮胎的正常行驶胎压或静止胎压，则说明汽车遇到传动机构的故障，可以执行步骤s7631获取汽车的移动速度与时间的关系。
94.请参阅图9所示，为了获取电机的防堵转驱动电流输入策略，在上述的步骤s8中，若汽车的驱动轮的胎压达到峰值之后降低至汽车的轮胎的正常行驶胎压，且第二驱动时刻向电机输入的测试驱动电流不高于电机的额定电流，则可以执行步骤s81将第二驱动时刻向电机输入的测试驱动电流作为汽车的工作电流进行驱动。若汽车的驱动轮的胎压达到峰值之后保持峰值，则可以执行步骤s82判断为电机堵转，停止对电机进行供电。若汽车的驱动轮和从动轮的胎压保持汽车的轮胎的正常行驶胎压或静止胎压，则可以执行步骤s83判断为电机堵转，停止对电机进行供电。通过对汽车不同的运行状态进行分类处理，尽量帮助驾驶人员脱离电机堵转状态。
95.请参阅图10所示，本方案还提供一种新能源汽车用永磁同步电机堵转控制系统，在模块上可以包括传感采集单元1和控制单元2。在实际实施中，传感采集单元1可以包括角度传感器、加速度传感器、速度传感器、温度传感器、压力传感器以及电流检测器等。传感采集单元1在实施中用于实时获取汽车的爬坡角，并得到汽车的爬坡角的历史记录，并且还实时获取汽车的胎压，并得到汽车的胎压的历史记录，同时还实时获取汽车的行驶速度，并得到汽车的行驶速度的历史记录。最后还实时获取电机的温度，在实施中特指获取电机中线圈的温度。控制单元2在实施过程中用于根据汽车的爬坡角、胎压、行驶速度以及分别对应的历史记录，得到汽车的行驶状态。并且还获取电机的额定最高温度，接下来根据汽车的行驶状态向电机输入测试驱动电流，获取测试期间汽车的胎压、爬坡角以及移动速度与时间的关系。之后根据电机的额定最高温度、电机的实时温度以及输入测试驱动电流期间汽车的胎压、爬坡角以及移动速度与时间的关系，得到电机的防堵转驱动电流输入策略。最后根据防堵转驱动电流输入策略驱动电机。
96.综上所述，本方案在实施过程中采集汽车各种运行状态以及内部电机的输入电流状态，之后通过预测试驱动电流和测试驱动电流对电机和车辆的堵转原因进行分析，从而得到电机的防堵转驱动电流输入策略，最终实现帮助用户脱离电机堵转的不利境地。
97.本发明所示实施例的上述描述(包括在说明书摘要中的内容)并非意在详尽列举或将本发明限制到本文所公开的精确形式。尽管在本文仅为说明的目的而描述了本发明的具体实施例和本发明的实例，但是正如本领域技术人员将认识和理解的，各种等效修改是可以在本发明的精神和范围内的。如所指出的，可以按照本发明实施例的上述描述来对本发明进行这些修改，并且这些修改将在本发明的精神和范围内。
98.本文已经在总体上将系统和方法描述为有助于理解本发明的细节。此外，已经给出了各种具体细节以提供本发明实施例的总体理解。然而，相关领域的技术人员将会认识到，本发明的实施例可以在没有一个或多个具体细节的情况下进行实践，或者利用其它装置、系统、配件、方法、组件、材料、部分等进行实践。在其它情况下，并未特别示出或详细描
述公知结构、材料和/或操作以避免对本发明实施例的各方面造成混淆。
99.因而，尽管本发明在本文已参照其具体实施例进行描述，但是修改自由、各种改变和替换意在上述公开内，并且应当理解，在某些情况下，在未背离所提出发明的范围和精神的前提下，在没有对应使用其他特征的情况下将采用本发明的一些特征。因此，可以进行许多修改，以使特定环境或材料适应本发明的实质范围和精神。本发明并非意在限制到在下面权利要求书中使用的特定术语和/或作为设想用以执行本发明的最佳方式公开的具体实施例，但是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的任何和所有实施例及等同物。因而，本发明的范围将只由所附的权利要求书进行确定。