一种前级容错时电动汽车驱动电机的控制方法及系统与流程

1.本发明涉及电动汽车技术领域，具体地涉及一种前级容错时电动汽车驱动电机的控制方法及系统。


背景技术：

2.目前电动汽车驱动电机通常采用非隔离型驱动变流器，无法实现高压电气隔离，增加了电动汽车的安全隐患，隔离型驱动变流器可以提高电气安全性，但采用前级隔离型dc/dc变换器加后级dc/ac逆变器的结构，存在电路的不可靠性，尤其前级隔离型dc/dc变换器出现故障时，会导致驱动变流器无法工作，可容错的双绕组耦合型dc/dc变换器可以实现无冗余部件投切的容错，可以应用于前级，但其容错时可输出的功率会减少，此时若后级可以满功率工作，会导致前级过流，导致安全隐患。


技术实现要素：

3.本发明实施方式的目的是提供一种前级容错时电动汽车驱动电机的控制方法及系统。该方法及系统针对驱动电机的端口，结合电机所需求最大功率的三种工况，分别探讨前级容错时的控制方法，保障车辆形式的安全性。
4.为了实现上述目的，本发明一方面提供一种前级容错时电动汽车驱动电机的控制方法，所述方法包括：
5.确定电动汽车当前的工况；
6.根据所述工况确定所述电动汽车的电机的最大输出功率。
7.可选地，根据所述工况确定所述电动汽车的电机的最大输出功率包括：
8.在所述电动汽车处于水平路面最高车速的最大需求功率工况的情况下，根据公式(1)确定所述电动汽车的电机的最大输出功率，
9.p
max1
＝v
max
(a1+a2v
max2
)，
ꢀꢀ
(1)
10.其中，p
max1
为所述电动汽车处于水平路面最高车速的最大需求功率工况的情况下的电机的最大输出功率，v
max
为容错模式下的最大车速，a1、a2为所述电动汽车处于水平里面最高车速的最大需求功率工况的情况下相关变量组成的系数。
11.可选地，根据公式(1)确定所述电动汽车的电机的最大输出功率包括：
12.根据公式(2)确定系数a1，
[0013][0014]
根据公式(3)确定系数a2，
[0015][0016]
其中，η
t
为传动系机械效率，m为汽车整备质量，g为重力加速度，g＝9.8m/s2，f为滚动摩擦系数，cd为空气阻力系数，a为整车的迎风面积。
[0017]
可选地，根据所述工况确定所述电动汽车的电机的最大输出功率包括：
[0018]
在所述电动汽车处于固定车速爬坡的最大需求功率工况的情况下，根据公式(4)确定所述电动汽车的电机的最大输出功率，
[0019]
p
max 2
＝va(a3+a4v
a2
)，
ꢀꢀꢀ
(4)
[0020]
其中，p
max 2
为所述电动汽车处于固定车速爬坡的最大需求功率工况的情况下的电机的最大输出功率，va为容错模式下的爬坡速度，a3、a4为所述电动汽车处于固定车速爬坡的最大需求功率工况的情况下变量组成的系数。
[0021]
可选地，根据公式(4)确定所述电动汽车的电机的最大输出功率包括：
[0022]
根据公式(5)确定系数a3，
[0023][0024]
根据公式(6)确定系数a4，
[0025]
a4＝a2，
ꢀꢀꢀ
(6)
[0026]
其中，η
t
为传动系机械效率，m为汽车整备质量，g为重力加速度，g＝9.8m/s2，f为滚动摩擦系数，cd为空气阻力系数，a为整车的迎风面积，α为最大爬坡度。
[0027]
可选地，根据所述工况确定所述电动汽车的电机的最大输出功率包括：
[0028]
在所述电动汽车处于固定加速工况的情况下，根据公式(7)确定所述电动汽车的电机的最大输出功率，
[0029][0030]
其中，p
max 3
为所述固定加速工况的情况下的电机的最大输出功率，t
acc
为容错模式下的加速时间，a5、a6为所述固定加速工况的情况下变量组成的系数。
[0031]
可选地，根据公式(7)确定所述电动汽车的电机的最大输出功率包括：
[0032]
根据公式(8)确定系数a5，
[0033][0034]
根据公式(9)确定系数a6，
[0035][0036]
其中，η
t
为传动系机械效率，m为汽车整备质量，g为重力加速度，g＝9.8m/s2，f为滚动摩擦系数，cd为空气阻力系数，δ为电动汽车旋转质量转换系数，um为加速过程达到的目标速度。
[0037]
另一方面，本发明实施方式提供一种前级容错时电动汽车驱动电机的控制系统所述系统包括控制器，所述控制器被配置成执行如上任一所述的控制方法。
[0038]
另一方面，本发明实施方式提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有指令，所述指令用于被机器读取以使得所述机器执行如上任一项所述的控制方法。
[0039]
通过上述技术方案，本发明提供的一种前级容错时电动汽车驱动电机的控制方法及系统通过确认电动汽车所需求最大功率的工况，根据工况确定电动汽车的最大输出功率，从而调整前级容错时的控制方法，能够保证在前级容错时电动汽车的驱动变流器中所有功率开关器件不过流，提升电动汽车的安全性，同时，还能够保证在前级容错时电动汽车
的驱动电机的流动性能，保证车辆行驶时的安全性和平顺性。
[0040]
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0041]
图1是根据本发明的一个实施方式的一种前级容错时电动汽车驱动电机的控制方法示意图；
[0042]
图2是根据本发明的一个实施方式的一种前级容错时电动汽车驱动电机的控制系统示意图；
[0043]
图3是根据本发明的一个实施方式的一种前级容错时电动汽车驱动电机的控制方法中电动汽车处于水平路面最高车速的最大需求功率工况的情况下电机转矩和功率曲线图；
[0044]
图4是根据本发明的一个实施方式的一种前级容错时电动汽车驱动电机的控制方法中电动汽车处于固定车速爬坡的最大需求功率工况和电动汽车处于固定加速工况的情况下电流的约束关系曲线图。
具体实施方式
[0045]
以下结合附图对本发明实施方式的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施方式，并不用于限制本发明实施方式。
[0046]
在本技术实施方式中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。
[0047]
另外，若本技术实施方式中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。
[0048]
在本发明的一个实施方式中，如图2所示，该图2是本发明的一个实施方式的一种前级容错时电动汽车驱动电机的控制系统示意图。考虑到目前电动汽车的驱动电机通常采用非隔离型驱动变流器，无法实现高压电气隔离，增加了电动汽车的安全隐患的情况，因此本发明采取隔离型变流器，从而提高电气的安全性。但是考虑到采用前级隔离型dc/dc变换器加后级dc/ac逆变器的结构，存在电路的不可靠性，尤其前级隔离型dc/dc变换器出现故障时，会导致驱动变流器无法工作的情况，因此本发明采取可容错的双绕组耦合型dc/dc变换器可以实现无冗余部件投切的容错，可以应用于前级，但其容错时可输出的功率会减少，此时若后级可以满功率工作，会导致前级过流，导致安全隐患，因此本发明提供一种前级容错时电动汽车驱动电机的控制方法，通过先确定电动汽车当前的工况，再根据工况确定电动汽车的电机的最大输出功率，最后对工况下的电动汽车进行调整，使得能够提高电动汽车的安全性。
[0049]
如图1所示是根据本发明的一个实施方式的一种前级容错时电动汽车驱动电机的控制方法示意图。在图1中，该方法包括：
[0050]
在步骤s1中，确定电动汽车当前的工况。
[0051]
在步骤s2中，根据公式(1)确定电动汽车的电机在电动汽车处于水平路面最高车速的最大需求功率工况的情况下的最大输出功率。
[0052]
在步骤s3中，根据公式(4)确定电动汽车的电机在电动汽车处于固定车速爬坡的最大需求功率工况的情况下的最大输出功率。
[0053]
在步骤s4中，公式(7)确定电动汽车的电机在电动汽车处于固定加速工况的情况下的最大输出功率。
[0054]
在本发明的一个实施方式中，针对驱动电机端口，综合电机所需求的最大功率的三种工况，分别为：电动汽车处于水平里面最高车速的最大需求功率工况、电动汽车处于固定车速爬坡的最大需求功率工况以及电动汽车处于固定加速工况。分别讨论这三种工况下，当前级容错时，其可输出的功率会减少，此时若后级可以满功率工作的情况下，会导致前级过流，因此要减少后级工作时的功率。
[0055]
在本发明的一个实施方式中，在电动汽车正常工作模式下，电机的最大功率等于变流器的最大功率，在前级容错的情况下，变流器的功率会减少，电机无法工作在最大功率p
max
下，而是工作在驱动变流器容错模式下允许的最大功率p
fau
，否则会导致变流器电流应力的过载，其中p
max
为三种工况下电机的最大功率。
[0056]
在电动汽车处于水平里面最高车速的最大需求功率工况的情况下，确定了电动汽车的电机的最大输出功率，如下公式(1)所示，
[0057]
p
max1
＝v
max
(a1+a2v
max2
)，
ꢀꢀꢀ
(1)
[0058]
其中p
max1
为电动汽车处于水平里面最高车速的最大需求功率工况的情况下的电机的最大输出功率，v
max
为容错模式(即当前电动汽车执行该控制方法的状态)下的最大车速，a1、a2为电动汽车处于水平路面最高车速的最大需求功率工况的情况下相关变量组成的系数。
[0059]
在电动汽车处于水平里面最高车速的最大需求功率工况的情况下，a1为公式(2)所确定的系数，a2为公式(3)所确定的系数，
[0060][0061][0062]
其中η
t
为传动系机械效率，m为汽车整备质量，g为重力加速度，g＝9.8m/s2，f为滚动摩擦系数，cd为空气阻力系数，a为整车的迎风面积。
[0063]
在本发明的一个实施方式中，考虑电动汽车处于水平路面最高车速的最大需求功率工况的情况，在此工况下与电动汽车的最高车速相关，如图3所示，该图3是根据本发明的一个实施方式的一种前级容错时电动汽车驱动电机的控制方法中电动汽车处于水平路面最高车速的最大需求功率工况下的电机转矩与功率曲线图。其中公式(10)确定电动汽车处于水平路面最高车速的最大需求功率工况下电机的额定功率pn，公式(11)确定电动汽车处于水平路面最高车速的最大需求功率工况下确定前级容错模式下允许的最大功率p
fau
，通
过比较电机的额定功率与容错模式下允许的最大功率的大小来确定前级容错对水平路面行驶的最高速度是否有影响，
[0064][0065]
p
fau
＝kp
max
，
ꢀꢀꢀ
(11)
[0066]
其中，λ为过载系数，通常λ取值为2～3，则pn＜0.5p
max
。容错模式下，电机的功率需要限制在电动汽车处于水平路面最高车速的最大需求功率工况下确定前级容错模式下允许的最大功率p
fau
，k为前级功率的下降系数，由于匹配系数大于0.5，因此p
fau
＞0.5p
max
，因此电动汽车处于水平路面最高车速的最大需求功率工况下确定前级容错模式下允许的最大功率p
fau
大于电动汽车处于水平路面最高车速的最大需求功率工况下电机的额定功率pn，即p
fau
＞pn，根据这些数据可以得出在前级容错的情况下，对水平路面行驶的最高车速没有影响。
[0067]
在电动汽车处于固定车速爬坡的最大需求功率工况的情况下，确定电动汽车的电机的最大输出功率p
max 2
，如公式(4)所示，
[0068]
p
max 2
＝va(a3+a4v
a2
)，
ꢀꢀꢀ
(4)
[0069]
其中，p
max 2
为电动汽车处于固定车速爬坡的最大需求功率工况的情况下的电机的最大输出功率，va为容错模式下的爬坡速度，a3、a4为电动汽车处于固定车速爬坡的最大需求功率工况的情况下变量组成的系数。
[0070]
在电动汽车处于固定车速爬坡的最大需求功率工况的情况下，a3为公式(5)所确定的，a4为公式(6)所确定的，
[0071][0072]
a4＝a2，
ꢀꢀꢀ
(6)
[0073]
其中，η
t
为传动系机械效率，m为汽车整备质量，g为重力加速度，g＝9.8m/s2，f为滚动摩擦系数，cd为空气阻力系数，a为整车的迎风面积，α为最大爬坡度。
[0074]
在电动汽车处于固定加速工况的情况下，确定电动汽车的电机的最大输出功率p
max 3
，如公式(7)所示，
[0075][0076]
其中，p
max 3
为固定加速工况的情况下的电机的最大输出功率，t
acc
为容错模式下的加速时间，a5、a6为固定加速工况的情况下变量组成的系数。
[0077]
在电动汽车处于固定加速工况的情况下，a5为公式(8)所确定的，a6为公式(9)所确定的，
[0078][0079][0080]
其中，η
t
为在电动汽车处于固定加速工况的情况下传动的系机械效率，m为汽车整备质量，g为重力加速度，g＝9.8m/s2，f为滚动摩擦系数，cd为空气阻力系数，δ为电动汽车旋转质量转换系数，um为加速过程达到的目标速度。
[0081]
在本发明的一个实施方式中，考虑电动汽车处于固定车速爬坡的最大需求功率工况和固定加速工况这两种工况的情况，电动汽车处于固定车速爬坡的最大需求功率工况与固定车速爬坡的爬坡速度有关，固定加速工况与加速时间有关。如图4所示，该图4是根据本发明的一个实施方式的一种前级容错时电动汽车驱动电机的控制方法中电动汽车处于固定车速爬坡的最大需求功率工况和电动汽车处于固定加速工况的情况下电流的约束关系曲线图。对于这两种工况都有可能出现电动汽车处于这两种工况下确定前级容错时允许的最大功率小于电机的最大功率的情况，理论上只要爬坡速度足够低、加速时间比较长，则爬坡和加速时的电机功率可以控制在前级容错模式下允许的最大功率之下，但是在正常工作模式下爬坡和加速通常采用最大转矩电流比控制，在图中4中mtpa曲线与电流极限圆曲线交点对应的转速ω
min
为电机允许的最低转速，电流极限圆是由后级dc/ac变流器决定的，若仅仅前级容错，电流极限圆不变，但受到电机电磁功率的限制，交直轴电流id和iq需要满足公式(12)，
[0082][0083]
考虑可以由变流器控制的变量，公式(12)可以简化为公式(13)，
[0084][0085]
其中，pe为电动汽车处于固定车速爬坡的最大需求功率工况和固定加速工况这两种工况的情况下电机的额定功率，ωm为电机转速，n
p
为电机极对数，id和iq为交直轴电流，ld和lq为交直轴电感，ψf为定子磁链，b1和b2为电动汽车处于固定车速爬坡的最大需求功率工况和电动汽车处于固定加速工况的相关变量组成的系数。
[0086]
b1为公式(14)所确定的，b2为公式(15)所确定的，
[0087][0088][0089]
其中，n
p
为电机极对数，ψf为定子磁链，ld和lq为交直轴电感。
[0090]
在本发明的一个实施方式中，由公式(12)至公式(15)可以得出电流约束关系，如图4所示，当a点为正常模式下的极限点，那么对应着电流约束范围内的最大转矩，此时的转速为ω1，在前级容错时，增加了如公式(16)所示的约束条件，
[0091]
pe＝p
fau
(ωm＝ω1)，
ꢀꢀꢀ
(16)
[0092]
此时a点不满足公式(16)的约束条件，可以变更到d点维持转速，但是转矩会减少，如果变更到e点来降速提升转矩，但是无法达到最大转矩，当e点落到极限圆上时，对应的转矩为前级容错时能够达到的最大转矩，使得电动汽车驱动电机的控制方法中电动汽车处于固定车速爬坡的最大需求功率工况和电动汽车处于固定加速工况的情况下，前级容错时允许的最大功率大于电机的最大功率，从而使得前级容错时对电动汽车驱动电机的控制方法中电动汽车处于固定车速爬坡的最大需求功率和电动汽车处于固定加速这两种工况没有影响。
[0093]
在本发明的一个实施方式中，由公式(12)至公式(15)可以得出电流约束关系，如图4所示，当b点为正常模式下的极限点，此时的转速为ω2，在前级容错时，增加了公式(17)
所示的约束条件，
[0094]
pe＝p
fau
(ωm＝ω2)，
ꢀꢀꢀ
(17)
[0095]
此时，b点不满足公式(17)的约束条件，那么可以变更到f点以降速维持转矩，使得电动汽车驱动电机的控制方法中电动汽车处于固定车速爬坡的最大需求功率工况和电动汽车处于固定加速工况的情况下，前级容错时允许的最大功率大于电机的最大功率，从而使得前级容错时对电动汽车驱动电机的控制方法中电动汽车处于固定车速爬坡的最大需求功率和电动汽车处于固定加速这两种工况没有影响。
[0096]
在本发明的一个实施方式中，由公式(12)至公式(15)可以得出电流约束关系，如图4所示，当c点为正常模式下的极限点，此时的转速为ω3，在前级容错时，增加了公式(18)所示的约束条件，
[0097]
pe＝p
fau
(ωm＝ω3)，
ꢀꢀꢀ
(18)
[0098]
此时，c点满足公式(18)的约束条件，可以在前级容错时继续维持在c点，使得电动汽车驱动电机的控制方法中电动汽车处于固定车速爬坡的最大需求功率工况和电动汽车处于固定加速工况的情况下，前级容错时允许的最大功率大于电机的最大功率，从而使得前级容错时对电动汽车驱动电机的控制方法中电动汽车处于固定车速爬坡的最大需求功率和电动汽车处于固定加速这两种工况没有影响。
[0099]
另一方面，本发明还提供一种前级容错时电动汽车驱动电机的控制系统，该系统包括控制器，控制器用于被配置成执行如上任一控制方法。
[0100]
另一方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有指令，指令用于被机器读取以使得机器执行如上的任一方法。
[0101]
通过上述技术方案，本发明提供的一种前级容错时电动汽车驱动电机的控制方法及系统通过确认电动汽车所需求最大功率的工况，根据工况确定电动汽车的最大输出功率，从而调整前级容错时的控制方法，能够保证在前级容错时电动汽车的驱动变流器中所有功率开关器件不过流，提升电动汽车的安全性，同时，还能够保证在前级容错时电动汽车的驱动电机的流动性能，保证车辆行驶时的安全性和平顺性。
[0102]
以上结合附图详细描述了本发明例的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。
[0103]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0104]
本领域技术人员可以理解实现上述实施方式方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本技术各个实施方式方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0105]
此外，本发明实施方式的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

技术特征：
1.一种前级容错时电动汽车驱动电机的控制方法，其特征在于，所述方法包括：确定电动汽车当前的工况；根据所述工况确定所述电动汽车的电机的最大输出功率。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据所述工况确定所述电动汽车的电机的最大输出功率包括：在所述电动汽车处于水平路面最高车速的最大需求功率工况的情况下，根据公式(1)确定所述电动汽车的电机的最大输出功率，p
max1
＝v
max
(a1+a2v
max2
)， (1)其中，p
max1
为所述电动汽车处于水平路面最高车速的最大需求功率工况的情况下的电机的最大输出功率，v
max
为容错模式下的最大车速，a1、a2为所述电动汽车处于水平里面最高车速的最大需求功率工况的情况下相关变量组成的系数。3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，根据公式(1)确定所述电动汽车的电机的最大输出功率包括：根据公式(2)确定系数a1，根据公式(3)确定系数a2，其中，η
t
为传动系机械效率，m为汽车整备质量，g为重力加速度，g＝9.8m/s2，f为滚动摩擦系数，c
d
为空气阻力系数，a为整车的迎风面积。4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据所述工况确定所述电动汽车的电机的最大输出功率包括：在所述电动汽车处于固定车速爬坡的最大需求功率工况的情况下，根据公式(4)确定所述电动汽车的电机的最大输出功率，p
max2
＝v
a
(a3+a4v
a2
)， (4)其中，p
max2
为所述电动汽车处于固定车速爬坡的最大需求功率工况的情况下的电机的最大输出功率，v
a
为容错模式下的爬坡速度，a3、a4为所述电动汽车处于固定车速爬坡的最大需求功率工况的情况下变量组成的系数。5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，根据公式(4)确定所述电动汽车的电机的最大输出功率包括：根据公式(5)确定系数a3，根据公式(6)确定系数a4，a4＝a2，
ꢀꢀ
(6)其中，η
t
为传动系机械效率，m为汽车整备质量，g为重力加速度，g＝9.8m/s2，f为滚动摩擦系数，c
d
为空气阻力系数，a为整车的迎风面积，α为最大爬坡度。6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据所述工况确定所述电动汽车的电
机的最大输出功率包括：在所述电动汽车处于固定加速工况的情况下，根据公式(7)确定所述电动汽车的电机的最大输出功率，其中，p
max3
为所述固定加速工况的情况下的电机的最大输出功率，t
acc
为容错模式下的加速时间，a5、a6为所述固定加速工况的情况下变量组成的系数。7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，根据公式(7)确定所述电动汽车的电机的最大输出功率包括：根据公式(8)确定系数a5，根据公式(9)确定系数a6，其中，η
t
为传动系机械效率，m为汽车整备质量，g为重力加速度，g＝9.8m/s2，f为滚动摩擦系数，c
d
为空气阻力系数，δ为电动汽车旋转质量转换系数，u
m
为加速过程达到的目标速度。8.一种前级容错时电动汽车驱动电机的控制系统，其特征在于，所述系统包括控制器，所述控制器被配置成执行如权利要求1至7任一所述的控制方法。9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有指令，所述指令用于被机器读取以使得所述机器执行如权利要求1至7任一所述的控制方法。

技术总结
本发明提供的一种前级容错时电动汽车驱动电机的控制方法及系统，属于电动汽车技术领域，所述方法包括：确定电动汽车当前的工况以及根据所述工况确定所述电动汽车的电机的最大输出功率，然后根据工况确定电动汽车的最大输出功率，调整电动汽车前级容错时的控制方法，使得在前级容错时电动汽车的驱动变流器中所有功率开关器件不过流，提升电动汽车的安全性，同时，还能够保证在前级容错时电动汽车的驱动电机的流动性能，保证车辆行驶时的安全性和平顺性。和平顺性。和平顺性。


技术研发人员：曾国建 吉祥 杨彦辉 蔡华娟
受保护的技术使用者：安徽锐能科技有限公司
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/8/13