基于電機與ECU分離式電動轉向系統的電機熱保護系統及方法與流程

本發明涉及電動助力轉向系統技術領域，尤其是一種基于電機與ECU分離式電動轉向系統的電機熱保護系統及基于該系統的保護方法。

背景技術：

電動助力轉向系統(Electric Power Steering，縮寫EPS)是一種直接依靠電機提供輔助扭矩的動力轉向系統，因其結構簡單、穩定性高及節省動力等優點越來越受到各車輛生產廠商的重視。

電動助力轉向系統在工作過程中的電流較大，而較大的電流會導致電機，甚至整個設備的溫度增高，對整個電動助力轉向系統造成損害。而在現有大多數的電機與ECU(Electronic Control Unit，電子控制單元)分離式電動助力轉向系統中，為了減少電動助力轉向系統的復雜程度，降低成本，通常只是在ECU與MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧半場效晶體管)處設置有溫度傳感器，在電機中并未設置溫度傳感器，因此，不能對轉向電機進行有效的熱性能控制；另外在現有技術中，對電動助力轉向系統的熱保護策略的全面性還有待提高，不能將熱保護策略系統化及全面化，這使得在進行助力轉向時，容易燒壞電機，降低車輛的安全性能。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明提供一種基于電機與ECU分離式電動轉向系統的電機熱保護系統及基于該系統的保護方法，該系統能夠對較為準確及全面地對轉向電機的溫度進行控制，防止因轉向系統溫度過高造而損壞轉向電機。

本發明提供了一種基于電機與ECU分離式電動轉向系統的電機熱保護系統，包括檢測單元及控制單元，所述檢測單元檢測車輛所處狀態的信息及在該狀態下熱保護系統所需的信息，并將車輛所處狀態的信息及在該狀態下熱保護系統所需的信息傳遞至所述判斷單元，所述車輛所處狀態的信息及在該狀態下熱保護系統所需的信息分別為：車輛是否處于啟動狀態及啟動狀態時轉向系統內ECU的第一溫度T₁；所述轉向電機是否處于堵轉狀態；車輛是否處于正常轉向狀態及在正常轉向狀態下所述轉向電機的實時電流I與工作時間t；

所述控制單元在車輛處于啟動狀態時，將所述第一溫度T₁與預先存儲于所述控制單元中的第一溫度閾值T₀進行比對，并在所述第一溫度T₁大于所述第一溫度閾值T₀時，控制所述轉向電機在不超過第一限制電流I_LIN1的狀態下進行工作；所述控制單元在所述轉向電機處于堵轉狀態時，控制所述轉向電機在不超過第二限制電流I_LIN2的狀態下進行工作；所述控制單元在車輛處于正常轉向狀態時，通過所述實時電流I及所述工作時間t，得出在該時刻所述轉向電機的實時熱容積值Q_t，并將所述實時熱容積值Q_t與預先存儲于所述控制單元的熱容積閾值Q₀進行對比，當所述實時熱容積值Q_t小于熱容積閾值Q₀時，控制所述轉向電機在不超過第三限制電流I_LIN3的狀態下進行工作；當所述熱保護系統同時進行上述三個或上述三個中任意兩個熱保護限制時，所述控制單元控制所述轉向電機在不超過已進行的熱保護限制中最低的限制電流的工作狀態下進行工作。

進一步地，當車輛處于啟動狀態時，所述第一溫度T1由所述ECU內的溫度傳感器直接測得。

進一步地，當所述第一溫度T₁大于所述第一溫度閾值T₀時，所述控制單元控制所述轉向電機在不超過所述第一限制電流I_LIN1的狀態下進行工作，所述第限制電流I_LIN1由所述轉向電機的最大電流I_MAX與第一調整值k_i之差求得。

進一步地，所述控制單元通過扭矩傳感器采集方向盤扭矩信息，通過角度傳感器采集方向盤轉速信息。當方向盤扭矩達到最大，且方向盤轉速為0時，所述轉向電機進入堵轉狀態。

進一步地，在車輛處于正常轉向狀態時，所述控制單元通過所述實時電流I及所述工作時間t得出轉向系統的發熱量Q_A，通過轉向系統的始熱容積值Q_I、所述轉向系統的發熱量Q_A及轉向系統的散熱量Q_D得出所述實時熱容積值Q_t。

進一步地，當所述實時熱容積值Q_t小于所述熱容積閾值Q₀時，所述控制單元控制所述轉向電機在不超過所述第三限制電流I_LIN3的狀態下進行工作，所述第三限制電流I_LIN3由轉向電機的最大電流I_MAX與第二調整值k_s之差求得。

本發明還提供了一種基于電機與ECU分離式電動轉向系統的電機熱保護方法，該方法包括如下步驟：

通過檢測單元檢測車輛所處狀態的信息及該狀態下熱保護系統所需的信息，并將該信息傳遞給控制單元；其中上述的車輛所述狀態的信息及熱保護系統所需的信息分別為：車輛是否處于啟動狀態及車輛處于啟動狀態時轉向系統內ECU的第一溫度T₁；轉向電機是否處于堵轉狀態；車輛是否處于正常轉向狀態及在正常轉向狀態下轉向電機的第一電流值I₁及轉向電機的工作時間t；

通過所述控制單元根據所述檢測單元檢測的信息進行判斷，當車輛處于啟動狀態時，將所述第一溫度T₁與預先存儲于控制單元中的第一溫度閾值T₀進行比對，并在第一溫度T₁大于第一溫度閾值T₀時，控制所述轉向電機在不超過第一限制電流I_LIN1的狀態下進行工作；當所述轉向電機處于堵轉狀態時，控制所述轉向電機在不超過第二限制電流I_LI2的狀態下進行工作；當車輛處于正常轉向狀態時，通過所述第一電流I₁及所述工作時間時間t，得出在該時刻的實時熱容積值Q_t，并將該時刻的所述實時熱容積值Q_t與預先存儲于控制單元的熱容積閾值Q₀進行對比，當所述實時熱容積值Q₁小于所述熱容積閾值Q₀時，控制所述轉向電機在不超過第三限制電流I_LIN3的狀態下進行工作；當所述熱保護系統同時進行上述三個或上述三個中任意兩個限制策略時，所述控制單元控制所述轉向電機在不超過已進行的熱保護限制中最低的限制電流的工作狀態下進行工作。

進一步地，所述第一限制電流I_LIN1為所述轉向電機最大電流I_MAX與第一調整值k_j之差。

進一步地，所述控制單元通過方向盤扭矩信息及方向盤轉速信息來判斷所述轉向電機是否處于堵轉狀態。

進一步地，所述控制單元在車輛處于正常轉向狀態時對所述轉向電機進行熱保護的方法為：

通過所述實時電流I及所述工作時間t得出在所述工作時間t內的所述轉向系統的發熱量Q_A及所述轉向系統的散熱量Q_D；

根據所述轉向系統的發熱量Q_A、所述轉向系統的散熱量Q_D以及初始熱容積值Q_I得出所述轉向系統的實時熱容積值Q_t；

將所述實時熱容積值Q_t與所述熱容積閾值Q₀進行對比，當所述實時熱容積值Q_t小于所述熱容積閾值Q₀時，所述控制單元控制所述轉向電機在不超過所述第三限制電流I_LIN3的狀態下進行工作。

總上所述，本發明通過對轉向系統在不同工作狀態時信息的采集及判斷可以控制電動轉向系統在不同工作狀態時的電流來間接降低轉向電機的溫度，防止因轉向系統溫度過高造而損壞轉向電機。

上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發明的上述和其他目的、特征和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。

附圖說明

圖1為本發明實施例中基于電機與ECU分離式電動助力轉向系統的熱保護系統的結構示意圖。

圖2為基于電機與ECU分離式電動助力轉向系統的熱保護系統的控制策略圖。

具體實施方式

為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，詳細說明如下。

本發明提供一種基于電機與ECU分離式電動轉向系統的電機熱保護系統及基于該系統的保護方法，該系統能夠對較為準確及全面地對電機的溫度進行控制，防止因轉向系統溫度過高造而損壞轉向電機。

圖1為本發明實施例中基于電機與ECU分離式電動助力轉向系統的熱保護系統的結構示意圖，圖2為基于電機與ECU分離式電動助力轉向系統的熱保護系統的控制策略圖。

如圖1及圖2所示，本發明提供的基于電機與ECU分離式電動助力轉向系統的熱保護系統包括檢測單元10及控制單元20，檢測單元10檢測車輛所處的狀態及該狀態下熱保護系統所需的信息，并傳遞給控制單元20；上述的車輛所述狀態及熱保護系統所需的信息分別為：車輛是否處于啟動狀態及車輛處于啟動狀態時轉向系統內ECU的第一溫度T₁；轉向電機30是否處于堵轉狀態；車輛是否處于正常轉向狀態及在正常轉向狀態下轉向電機30的實時電流I及轉向電機30工作的時間t。

控制單元20在車輛處于啟動狀態時，將轉向系統內ECU的第一溫度T₁與預先存儲于控制單元20中的第一溫度閾值T₀進行比對，并在第一溫度T₁大于第一溫度閾值T₀時，控制轉向電機30在不超過第一限制電流I_LIN1的狀態下進行工作；控制單元20在轉向電機30處于堵轉狀態時，控制轉向電機30在不超過第二限制電流I_LIN2的狀態下進行工作；控制單元20在車輛處于正常轉向狀態時，通過實時電流I及轉向電機30工作時間t，得出在該時刻轉向電機30的實時熱容積值Q_t，并將該時刻的實時熱容積值Q_t與預先存儲于控制單元20的熱容積閾值Q₀進行對比，當實時熱容積值Q_t小于熱容積閾值Q₀時，控制轉向電機30在不超過第三限制電流I_LIN3的狀態下進行工作，當轉向系統同時滿足上述三個或任意兩個條件時，所述控制單元10控制所述轉向電機30在不超過已進行的熱保護限制中最低的限制電流的工作狀態下進行工作。可以理解地，當車輛的各個狀態不滿足上述條件時，轉向電機正常工作。

在本發明中，通過對轉向系統在不同工作狀態時信息的采集及判斷可以控制電動轉向系統在不同工作狀態時的電流來間接降低轉向電機30的溫度，該系統能夠對較為準確及全面地對轉向電機的溫度進行控制，防止因轉向系統溫度過高造而損壞轉向電機。

進一步地，當車輛處于啟動狀態時，轉向系統內ECU的第一溫度T₁可以由轉向系統內ECU內的溫度傳感器直接測得，第一溫度閾值T₀是保證ECU正常工作的限定溫度，當第一溫度T₁大于第一溫度閾值T₀時，控制單元20控制轉向電機30在不超過第一限制電流I_LIN1的狀態下進行工作，在本實施例中第一限制電流I_LIN1由以下公式求得：

I_LIN1＝I_MAX-k_i

其中：I_LIN1為第一限制電流；

I_MAX為轉向電機的最大電流；

k_i為第一調整值。

在本實施例中，第一調整值k_i可以隨第一溫度T₁的值進行分段設定，即某一個第一溫度值T₁的區間與一個k_i相對應，可以理解地，第一溫度T₁的值越大，第一調整值k_i的值也越大。通過對車輛啟動狀態使轉向電機30的保護，可以防止車輛啟動狀態電流突然增大對轉向電機30造成損傷。

進一步地，控制單元20通過方向盤扭矩信息及方向盤轉速信息來判斷轉向電機30是否處于堵轉狀態，當方向盤扭矩達到最大，且方向盤轉速為0時，表明轉向電機30進入堵轉狀態，此時控制單元20控制轉向電機30在不超過第二限制電流I_LIN2的狀態下進行工作，在本實施例中，第二限制電流I_LIN2為允許電機持續在標定值的條件下運轉而不導致電機升溫的一個具體值。在本實施例中，方向盤扭矩及方向盤轉速可以通過扭矩傳感器及角度傳感器來測得。

進一步地，當車輛處于正常轉向狀態時，某一時刻的實時熱容積值Q_t可以由以下公式求得：

其中，Q_I為轉向系統的初始熱容積值；

Q_A為轉向系統的發熱量；

Q_D為轉向系統的散熱量；

在本實施例中，轉向系統的初始熱容積值Q_I，該參數是一個定值，根據整車轉向熱保護調試結果確定，影響系統進入熱保護模型的時間。可以理解地，初始熱容積值Q_I越大，正常轉向時進入熱保護的時間越晚。轉向系統的發熱量Q_A可以由公式求得(I是電機實時工作電流，t是工作時間)。散熱量Q_D可以由公式Q_D＝k_jt求得，其中t為工作時間，k_j為電機在非工作狀態下的散熱系數。

當實時熱容積值Q_t小于熱容積閾值Q₀時，控制單元20控制轉向電機30在不超過第三限制電流I_LIN3的狀態下進行工作，其中I_LIN3可由以下公式求得：

I_LIN3＝I_MAX-k_s

其中I_LIN3為第三限制電流；

I_MAX為轉向電機的最大電流；

K_s為第二調整值；

在本實施例中，第二調整值k_s可以隨實時熱容積Q_t的值進行分段設定，即某一個實時熱容積Q_t的區間與一個k_s相對應，在本實施例中，k_s的值隨著Q_t的變大而減小。

在本發明中，熱保護系統在車輛運行過程中全程檢測轉向電機30是否處于堵轉狀態以防止轉向電機30被電流燒壞。當轉向系統同時滿足上述三個或任意兩個條件時，控制單元20控制轉向電機30在不超過第一至第三限制電流中較低的限制電流的狀態下進行工作。在本實施例中，第一限制電流I_LIN1、第二限制電流I_LIN2及第三限制電流I_LIN3依次增大，因此在車輛處于啟動狀態時，優先以第一限制電流I_LIN1進行限定，在其他狀態下，優先以第二限制電流I_LIN2進行限定。

本發明還提供了一種基于電機與ECU分離式電動轉向系統的電機熱保護方法，該方法通過上述的熱保護系統進行控制，并包括如下步驟：

通過檢測單元10檢測車輛所處的狀態及該狀態下熱保護系統所需的信息，并將該信息傳遞給控制單元20；其中上述的車輛所述狀態及熱保護系統所需的信息分別為：車輛是否處于啟動狀態及車輛處于啟動狀態時轉向系統內ECU的第一溫度T₁；轉向電機30是否處于堵轉狀態；車輛是否處于正常轉向狀態及在正常轉向狀態下轉向電機30的第一電流值I₁及轉向電機30工作的時間t；

通過控制單元20根據檢測單元10檢測的信息進行判斷，當車輛處于啟動狀態時，將轉向系統內ECU的第一溫度T₁與預先存儲于控制單元20中的第一溫度閾值T₀進行比對，并在第一溫度T₁大于第一溫度閾值T₀時，控制轉向電機30在不超過第一限制電流I_LIN1的狀態下進行工作；當轉向電機30處于堵轉狀態時，控制轉向電機30在不超過第二限制電流I_LIN2的狀態下進行工作；當車輛處于正常轉向狀態時，通過第一電流值I₁及轉向電機30運行的時間t，得出在該時刻的實時熱容積值Q_t，并將該時刻的實時熱容積值Q_t與預先存儲于控制單元20的熱容積閾值Q₀進行對比，當實時熱容積值Q₁小于熱容積閾值Q₀時，控制轉向電機30在不超過第三限制電流I_LIN3的狀態下進行工作，當熱保護系統同時進行上述三個或上述三個中任意兩個限制策略時，所述控制單元10控制所述轉向電機30在不超過已進行的熱保護限制中最低的限制電流的工作狀態下進行工作。

第一限制電流I_LIN1為轉向電機30最大電流I_MAX與第一調整值k_j之差。

控制單元20通過方向盤扭矩信息及方向盤轉速信息來判斷轉向電機30是否處于堵轉狀態。

更為具體地，在車輛處于正常轉向狀態時對所述轉向電機30進行熱保護的方法為：

通過實時電流I及工作時間t得出在工作時間t內的發熱量Q_A及散熱量Q_D，然后根據工作時間t內的發熱量Q_A、散熱量Q_D以及初始熱容積值Q_I得出實時熱容積值Q_t；然后將實時熱容積值Q_t與熱容積閾值Q₀進行對比，當實時熱容積值Q_t小于熱容積閾值Q₀時，控制單元20控制轉向電機30在不超過第三限制電流I_LIN3的狀態下進行工作。第三限制電流I_LIN3為轉向電機30最大電流I_MAX與第二調整值k_s之差。

總上所述，本發明通過對轉向系統在不同工作狀態時信息的采集及判斷可以控制電動轉向系統在不同工作狀態時的電流來間接降低轉向電機30的溫度，該系統能夠對較為準確及全面地對轉向電機30的溫度進行控制，防止因轉向系統溫度過高造而損壞轉向電機30。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。