一种汽车线束过载动态保护方法与流程

1.本发明属于车辆低压电气技术领域，具体涉及一种汽车线束过载动态保护方法。


背景技术：

2.现有客车低压过流保护常见两种，一种是匹配合适规格的保险丝；另外一种是采用mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)通过配置保护阈值到达过载保护的目的，以上两种保护方法均属于预先设定好保护阈值，再通过动态电流检测判断电流是否超过保护阈值，超过保护阈值则启动过流保护，未超过则不启动过流保护的方法。
3.保险丝是目前用量最大的电路过载保护方法，但是其固有特性导致匹配应用无法做到精确，实际应用效果不够好，安全隐患比较大，例如在面对110％～135％的过流时，其保护时间受保险丝上电次数和环境温度影响，110％过流时其保护时间最长可达400h，几乎可以认为不会保护；而135％过流时最大保护时间需要90s，这种情况下的保护动作用时太长，又因线束发热量与电流成指数关系，过载时发热量巨大，而且车辆线束散热条件较差，极易引发线束烧毁或车辆起火事故。
4.现有通过mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)预设电流保护阈值的保护方法，相比于保险丝其保护速度可提升到毫秒级别，但是该方法在面对容性、感性负载时，该类电气负载的启动电流通常会达到正常工作电流的3～5倍，mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)保护电路暂无法识别短路电流与冲击电流的区别，从而出现电路在上电时频繁误保护的情形，导致负载电路无法正常开启。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种汽车线束过载动态保护方法，用以解决现有基于mosfe的保护方法，因无法识别短路电流与冲击电流，而存在上电时频繁误保护的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供了一种汽车线束过载动态保护方法，包括如下步骤：
7.1)在车辆负载通电后，获取车辆负载的实时电流；
8.2)当实时电流大于该车辆负载稳态电流设定倍数，且持续时间超过该车辆负载冲击电流持续时间设定倍数时，切断该车辆负载电路。
9.其有益效果为：通过在车辆负载通电后，实时获取车辆负载端的实时电流，并在实时电流持续设定时间阈值的时间内(即该车辆负载冲击电流持续时间设定倍数的时间内)都大于过流门限值(即该车辆负载稳态电流设定倍数)时，才切断负载电路，则此通过将持续时间也作为判定电流是否异常的依据，能够避免负载端存在容性或感性负载时将正常冲击电流判定为异常电流的情况，进而避免了车辆负载通电后，频繁误保护的问题。
10.进一步地，步骤2)中，将实时电流大于该车辆负载稳态电流设定倍数且小于该车辆负载冲击电流设定倍数的情况判断为过电流故障，将实时电流大于该车辆负载冲击电流设定倍数的情况判断为短路故障。
11.因过电流故障与短路故障之间的电流异常的程度不同，因此通过增加冲击电流门限值(即该负载冲击电流设定倍数)的判据，能够在实时电流大于冲击电流门限值并持续时间超过设定时间阈值时，判断为短路故障，且在实时电流不超过冲击电流门限值且大于过流门限值，并持续时间超过设定时间阈值时，判断为过电流故障，即通过增设冲击电流门限值的判据，能够将电流异常情况细分，进而提高了判断结果的可靠性。
12.进一步地，当实时电流小于该车辆负载稳态电流设定开路保护倍数，且持续时间超过该车辆负载冲击电流持续时间设定倍数时，判断对应负载电路为开路状态。
13.将开路电流阈值(即车辆负载稳态电流设定开路保护倍数)作为判断车辆负载是否存在开路异常状况的依据，并通过增加持续时间超过设定时间阈值的方式，避免偶然情况导致车辆负载正常的电流减小状况，进而使得判断结果更加准确。
14.进一步地，根据相同车型对应负载正常工作时的若干个电流数据进行中位值滤波处理，得到该负载稳态电流。
15.通过将先前的车辆工作状态下的车辆负载的电流数据，并基于中位值滤波处理后，能够克服因偶然因素引起的波动干扰，因此得到的电流数据能够准确的反应车辆工作状态下的车辆负载的稳态电流，并根据此稳态电流获取过流门限值，并将此过流门限值与车辆实时获取的电流数据进行比较的过程，能够准确反应车辆负载端的电流变化，进而能够识别到车辆负载的电流异常状况或正常状态。
16.进一步地，根据相同车型对应负载先前通电时的若干个冲击电流持续时间数据进行中位值滤波处理，得到该车辆负载冲击电流持续时间。
17.通过将先前的车辆负载的冲击电流持续时间数据，并基于中位值滤波处理后，能够克服因偶然因素引起的波动干扰，因此得到的该车辆负载冲击电流持续时间更为准确。
18.进一步地，根据相同车型对应负载先前通电时的若干个冲击电流数据进行中位值滤波处理，得到该车辆负载冲击电流；所述冲击电流数据为：该负载的稳态电流的m倍，且持续时间小于冲击电流持续时间的电流数据；m的取值为3～7。
19.通过将对应车辆的先前的冲击电流数据进行中位值滤波处理，基于中位值滤波的方法，得到的中位值滤波后的数据，克服了因偶然因素引起的波动干扰，因此经中位值滤波后的结果，获取冲击电流门限值能够准确反应车辆负载的冲击电流值，进而通过将此冲击电流值与车辆实时获取的电流数据进行比较的过程，能够准确反应车辆负载端的电流变化，因负载短路时的电流大小比此冲击电流值大，因此基于此冲击电流值的大小以及维持时间能够准确判定车辆负载是否存在短路异常状态。
20.进一步地，所述设定倍数的取值为1.2～3。
21.进一步地，所述设定开路保护倍数的取值为0.2～0.5。
22.进一步地，在车辆负载通电后，还与同款车辆相同负载横向对比电流，当电流大于同款车辆相同负载的电流平均值设定倍数，且持续时间超过该车辆负载冲击电流持续时间设定倍数时，判断该车辆负载为过载。
23.不仅通过车辆自身的实时电流与自身的电流门限值进行比较，还通过将车辆负载的实时电流与同一类型的其他车辆负载的实时电流进行比较，获取此车辆负载的实时电流与其他车辆之间的差异，并在差异过大时，认定为此车辆负载存在问题，并在差异过大持续时间超过设定时间阈值时才确定异常状况避免了偶然因素导致的差异性而引起误判的情
况，因同一类型的车辆负载的电流数据应处于相对稳定状态，若出现电流数据差异较大的情况，则差异较大的数据所处的车辆负载存在问题，因此基于此过程，能够准确预测车辆负载的故障。
24.进一步地，在车辆负载通电后，还与同款车辆相同负载横向对比电流，当电流小于同款车辆相同负载的电流平均值设定开路保护倍数，且持续时间超过该车辆负载冲击电流持续时间设定倍数时，判断该车辆负载为开路。
25.因通过与车辆之间的实时电流比较，存在此车辆的实时电流过大或过小的两种情况，因此基于两种情况会存在两种异常状态，即电流过大时存在过载状态，电流过小时存在开路状态，因此将此车辆的实时电流与实时过载电流门限以及实时开路电流门限(同款车辆相同负载的电流平均值设定开路保护倍数)进行比较，能够准确判断车辆的故障类型，并且基于持续时间的判断避免了偶然因素导致的差异性而引起误判的情况，进而提高了判断结果的可靠性。
附图说明
26.图1是本发明的平均冲击电流和负载稳态电流与冲击电流持续时间的关系示意图；
27.图2是本发明的单台车辆过载判断流程图；
28.图3是本发明的同一车型不同车辆的同类型负载的实时电流汇总对比示意图；
29.图4是本发明的实现汽车线束过载动态保护方法的系统示意图。
具体实施方式
30.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
31.汽车线束过载动态保护方法实施例：
32.本实施例通过将车辆负载的实时电流与过流门限值进行比较，并且增加了持续时间的判据，即当实时电流超过过流门限且持续时间也超过设定时间阈值时，才将车辆负载判断为电流异常，而设定时间阈值是通过冲击电流持续时间为依据设定的，进而此设定时间阈值是为了避免将车辆负载端存在电感或电流时的正常冲击电流误判为异常电流的情况，因此通过将实时电流超过过流门限且持续时间也超过设定时间阈值时，才将车辆负载判断为电流异常，进而避免了误保护的情况，有利于车辆负载的正常启动。
33.本实施例具体的汽车线束过载动态保护方法的过程为：
34.如图4所示，是本实施例实现汽车线束过载动态保护方法的系统，每台车辆都包括电流检测单元、执行单元以及控制单元，电流检测单元用于在车辆负载带电后定期采集设备电流数据，来获取车辆负载的实时电流数据(本实施例中通过以t1的采样周期来检测流经mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)的实时电流)，控制单元用于采集电流检测单元获取的实时电流数据、接收信号指令以及向执行单元下发控制指令，执行单元即mosfet等功率器件，主要作用就是执行控制单元发出的命令，以实现负载线路电源的通断，本实施例中执行单元在接收到控制单元的打开指令时，执行单元执行闭合操作，负载设备通电，执行单元在接收到控制单元的关闭指令时，执行单元执行断开操作，负载设备断电；且每台车
辆的控制单元还与云数据分析单元通信连接，以通过控制单元将车辆负载的实时电流数据发送到云数据分析单元，云数据分析单元将接收的实时电流数据进行处理后，将处理结果反馈给控制单元。
35.本实施例中的云数据分析单元，能够得到车辆负载稳态电流i
normal
、平均冲击电流i
peak
、冲击电流持续时间t
peak
以及同一车型不同车辆的同类型负载的平均负载电流i
avg
。
36.其中i
normal
的获取过程为：对同一辆车对应负载(作为其他实时方式可以为对相同车型的对应负载)获取的最近n次电流采样数据(此电流采样数据为负载正常工作时的电流采样数据)进行中位值滤波处理后，得到此车辆的负载稳态电流i
normal
。i
peak
以及t
peak
的获取过程为：对同一辆车获取的最近n次冲击电流采样数据进行中位值滤波处理后，得到此车辆的平均冲击电流i
peak
，并对n次冲击电流持续时间采样数据进行中位值滤波处理，得到此车辆的冲击电流持续时间t
peak
，其中平均冲击电流和负载稳态电流与冲击电流持续时间的关系如图1所示，本实施例中定义大于m倍(基于试验数据，m取值范围3～7)负载稳态电流i
normal
且持续时间小于xms(基于试验数据，x取值范围：10～100)的采样电流为冲击电流。i
avg
的获取过程为：对同一车型不同车辆的同类型负载的稳态电流进行平均计算，得到平均负载电流i
avg
。因负载稳态电流i
normal
是基于中位值滤波处理后，能够克服因偶然因素引起的波动干扰，因此得到的电流数据能够准确的反应车辆工作状态下的车辆负载的稳态电流，进而通过负载稳态电流i
normal
得到的i
peak
以及t
peak
数据的准确性更高，并且基于负载稳态电流i
normal
是获取的最近n次冲击电流采样数据并进行相应处理后得到的，所以负载稳态电流i
normal
反应的是最接近实时状态下的电流值，并能够动态改变。
37.基于云数据分析单元得到的i
normal
、i
peak
以及t
peak
传输至对应车辆的控制单元中，能够实现单台车辆的本地保护。首先，控制单元中定义了过载保护灵敏度系数k(基于试验数据，k取值范围：1.2～3)，通过调节k值可调节过载保护灵敏度；控制单元中还定义了开路保护灵敏度系数l(基于试验数据，l取值范围：0.2～0.5)，通过调节l值可调节开路保护灵敏度。
38.通过定义的保护灵敏度系数，能够实现如图2所示的控制过程：
39.1)在车辆负载通电后，获取车辆负载的实时电流i
real
；
40.2)根据实时电流判断对应的车辆负载的负载电路状态(即车辆负载的设备状态)；负载电路状态包括开路状态、短路状态、过流状态以及正常状态；
41.3)当k*i
normal
＜i
real
＜k*i
peak
，且t
dely
＞k*t
peak
，其中t
dely
为满足k*i
normal
＜i
real
＜k*i
peak
的实时电流持续时间(即异常电流持续时间)，即实时电流超过动态过流门限，且持续时间超过冲击电流持续时间(即设定时间阈值)的，判断负载电路状态为过流状态；
42.当k*i
peak
＜i
real
，且t
dely
＞k*t
peak
，其中t
dely
为满足k*i
peak
＜i
real
的实时电流持续时间(即异常电流持续时间)，即实时电流已超动态冲击电流门限且持续时间超过冲击电流持续时间的，判断负载电路状态为短路状态；
43.当l*i
normal
＞i
real
，且t
dely
＞k*t
peak
，其中t
dely
为满足l*i
normal
＞i
real
的实时电流持续时间(即异常电流持续时间)，即实时电流小于动态开路电流门限且持续时间超过冲击电流时间的，判断负载电路状态为开路状态；
44.当不满足上述三种情况时，判断负载电路状态为正常状态；
45.4)当判断负载电路状态为过流状态、短路状态以及开路状态时，保护启动，即控制
单元向执行单元发送断开mosfet的指令，进而执行单元执行对应指令将负载电路关闭；当判断负载电路状态为正常状态时，不做处理，负载端能够正常运行。
46.通过在车辆负载通电后，实时获取车辆负载端的实时电流，并在实时电流持续设定时间阈值的时间内都大于过流门限值时，才判定为电流异常，则此通过将持续时间也作为判定电流是否异常的依据，能够避免负载端存在容性或感性负载时将正常冲击电流判定为异常电流的情况，进而避免了车辆负载通电后，频繁误保护的问题。并且因负载短路与负载过流之间的电流异常的程度不同，因此通过增加冲击电流门限值的判据，能够在实时电流大于冲击电流门限值并持续时间超过设定时间阈值时，判断为负载短路(即短路异常状态)，且在实时电流不超过冲击电流门限值且大于过流门限值，并持续时间超过设定时间阈值时，判断负载电流为过电流(即过流异常状态)，通过增设冲击电流门限值的判据，能够将电流异常情况细分，进而提高了判断结果的可靠性。
47.基于云数据分析单元得到的i
avg
，除单台车辆本地电流保护，也可以通过云端数据分析，对电路进行如下故障预警：
48.当k*i
avg
＜i
real
，且t
dely
＞k*t
peak
，即单台车辆的实时电流横向比较时，明显大于其他车辆(如图3中的车辆3)，此时判断该车辆负载电流为过载，应及时将异常信息传送给故障车辆，并在仪表显示报警信息，告知驾驶人员车辆故障信息；当l*i
avg
＞i
real
，且t
dely
＞k*t
peak
，即单台车辆的实时电流横向比较时，明显小于其他车辆(如图3中的车辆13)，判断该车辆负载电路为开路状态，应及时将异常信息传送给故障车辆，并在仪表显示报警信息，告知驾驶人员车辆故障信息。因通过与车辆之间的实时电流比较，存在此车辆的实时电流过大或过小的两种情况，因此基于两种情况会存在两种异常状态，即电流过大时存在过载状态，电流过小时存在开路状况，因此将此车辆的实时电流与实时过载电流门限以及实时开路电流门限进行比较，能够准确判断车辆的故障类型，并且基于持续时间的判断避免了偶然因素导致的差异性而引起误判的情况，进而提高了判断结果的可靠性。
49.不仅通过车辆自身的实时电流与自身的电流门限值进行比较，还通过将车辆负载的实时电流与同一类型的其他车辆负载的实时电流进行比较，获取此车辆负载的实时电流与其他车辆之间的差异，并在差异性大于差异门限时，认定为此车辆负载存在问题，并在差异性大于差异门限设定时间才确定异常状况，再进行预警处理，避免了偶然因素导致的差异性而引起误判的情况，因同一类型的车辆负载的电流数据应处于相对稳定状态，若出现电流数据差异较大的情况，则差异较大的数据所处的车辆负载存在问题，因此基于此过程，能够准确预测车辆负载的故障，并向车辆发出准确的预警信息。
50.本发明提供了一种基于不同负载特性能够动态校正过载保护参数的保护方法，该方法在保证过流保护及时性和准确性的前提下，又能准确识别短路电流和冲击电流，避免因不同用电设备的启动特性和工作中冲击电流导致的误保护的发生；同时借助云数据分析单元的强大算力，可实时追踪负载电流变化趋势，及时识别工作状态异常的负载设备。
51.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。