基于电机与ECU分离式电动转向系统的电机热保护系统及方法与流程

本发明涉及电动助力转向系统技术领域，尤其是一种基于电机与ECU分离式电动转向系统的电机热保护系统及基于该系统的保护方法。

背景技术：

电动助力转向系统(Electric Power Steering，缩写EPS)是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统，因其结构简单、稳定性高及节省动力等优点越来越受到各车辆生产厂商的重视。

电动助力转向系统在工作过程中的电流较大，而较大的电流会导致电机，甚至整个设备的温度增高，对整个电动助力转向系统造成损害。而在现有大多数的电机与ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)分离式电动助力转向系统中，为了减少电动助力转向系统的复杂程度，降低成本，通常只是在ECU与MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧半场效晶体管)处设置有温度传感器，在电机中并未设置温度传感器，因此，不能对转向电机进行有效的热性能控制；另外在现有技术中，对电动助力转向系统的热保护策略的全面性还有待提高，不能将热保护策略系统化及全面化，这使得在进行助力转向时，容易烧坏电机，降低车辆的安全性能。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种基于电机与ECU分离式电动转向系统的电机热保护系统及基于该系统的保护方法，该系统能够对较为准确及全面地对转向电机的温度进行控制，防止因转向系统温度过高造而损坏转向电机。

本发明提供了一种基于电机与ECU分离式电动转向系统的电机热保护系统，包括检测单元及控制单元，所述检测单元检测车辆所处状态的信息及在该状态下热保护系统所需的信息，并将车辆所处状态的信息及在该状态下热保护系统所需的信息传递至所述判断单元，所述车辆所处状态的信息及在该状态下热保护系统所需的信息分别为：车辆是否处于启动状态及启动状态时转向系统内ECU的第一温度T₁；所述转向电机是否处于堵转状态；车辆是否处于正常转向状态及在正常转向状态下所述转向电机的实时电流I与工作时间t；

所述控制单元在车辆处于启动状态时，将所述第一温度T₁与预先存储于所述控制单元中的第一温度阈值T₀进行比对，并在所述第一温度T₁大于所述第一温度阈值T₀时，控制所述转向电机在不超过第一限制电流I_LIN1的状态下进行工作；所述控制单元在所述转向电机处于堵转状态时，控制所述转向电机在不超过第二限制电流I_LIN2的状态下进行工作；所述控制单元在车辆处于正常转向状态时，通过所述实时电流I及所述工作时间t，得出在该时刻所述转向电机的实时热容积值Q_t，并将所述实时热容积值Q_t与预先存储于所述控制单元的热容积阈值Q₀进行对比，当所述实时热容积值Q_t小于热容积阈值Q₀时，控制所述转向电机在不超过第三限制电流I_LIN3的状态下进行工作；当所述热保护系统同时进行上述三个或上述三个中任意两个热保护限制时，所述控制单元控制所述转向电机在不超过已进行的热保护限制中最低的限制电流的工作状态下进行工作。

进一步地，当车辆处于启动状态时，所述第一温度T1由所述ECU内的温度传感器直接测得。

进一步地，当所述第一温度T₁大于所述第一温度阈值T₀时，所述控制单元控制所述转向电机在不超过所述第一限制电流I_LIN1的状态下进行工作，所述第限制电流I_LIN1由所述转向电机的最大电流I_MAX与第一调整值k_i之差求得。

进一步地，所述控制单元通过扭矩传感器采集方向盘扭矩信息，通过角度传感器采集方向盘转速信息。当方向盘扭矩达到最大，且方向盘转速为0时，所述转向电机进入堵转状态。

进一步地，在车辆处于正常转向状态时，所述控制单元通过所述实时电流I及所述工作时间t得出转向系统的发热量Q_A，通过转向系统的始热容积值Q_I、所述转向系统的发热量Q_A及转向系统的散热量Q_D得出所述实时热容积值Q_t。

进一步地，当所述实时热容积值Q_t小于所述热容积阈值Q₀时，所述控制单元控制所述转向电机在不超过所述第三限制电流I_LIN3的状态下进行工作，所述第三限制电流I_LIN3由转向电机的最大电流I_MAX与第二调整值k_s之差求得。

本发明还提供了一种基于电机与ECU分离式电动转向系统的电机热保护方法，该方法包括如下步骤：

通过检测单元检测车辆所处状态的信息及该状态下热保护系统所需的信息，并将该信息传递给控制单元；其中上述的车辆所述状态的信息及热保护系统所需的信息分别为：车辆是否处于启动状态及车辆处于启动状态时转向系统内ECU的第一温度T₁；转向电机是否处于堵转状态；车辆是否处于正常转向状态及在正常转向状态下转向电机的第一电流值I₁及转向电机的工作时间t；

通过所述控制单元根据所述检测单元检测的信息进行判断，当车辆处于启动状态时，将所述第一温度T₁与预先存储于控制单元中的第一温度阈值T₀进行比对，并在第一温度T₁大于第一温度阈值T₀时，控制所述转向电机在不超过第一限制电流I_LIN1的状态下进行工作；当所述转向电机处于堵转状态时，控制所述转向电机在不超过第二限制电流I_LI2的状态下进行工作；当车辆处于正常转向状态时，通过所述第一电流I₁及所述工作时间时间t，得出在该时刻的实时热容积值Q_t，并将该时刻的所述实时热容积值Q_t与预先存储于控制单元的热容积阈值Q₀进行对比，当所述实时热容积值Q₁小于所述热容积阈值Q₀时，控制所述转向电机在不超过第三限制电流I_LIN3的状态下进行工作；当所述热保护系统同时进行上述三个或上述三个中任意两个限制策略时，所述控制单元控制所述转向电机在不超过已进行的热保护限制中最低的限制电流的工作状态下进行工作。

进一步地，所述第一限制电流I_LIN1为所述转向电机最大电流I_MAX与第一调整值k_j之差。

进一步地，所述控制单元通过方向盘扭矩信息及方向盘转速信息来判断所述转向电机是否处于堵转状态。

进一步地，所述控制单元在车辆处于正常转向状态时对所述转向电机进行热保护的方法为：

通过所述实时电流I及所述工作时间t得出在所述工作时间t内的所述转向系统的发热量Q_A及所述转向系统的散热量Q_D；

根据所述转向系统的发热量Q_A、所述转向系统的散热量Q_D以及初始热容积值Q_I得出所述转向系统的实时热容积值Q_t；

将所述实时热容积值Q_t与所述热容积阈值Q₀进行对比，当所述实时热容积值Q_t小于所述热容积阈值Q₀时，所述控制单元控制所述转向电机在不超过所述第三限制电流I_LIN3的状态下进行工作。

总上所述，本发明通过对转向系统在不同工作状态时信息的采集及判断可以控制电动转向系统在不同工作状态时的电流来间接降低转向电机的温度，防止因转向系统温度过高造而损坏转向电机。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明实施例中基于电机与ECU分离式电动助力转向系统的热保护系统的结构示意图。

图2为基于电机与ECU分离式电动助力转向系统的热保护系统的控制策略图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，详细说明如下。

本发明提供一种基于电机与ECU分离式电动转向系统的电机热保护系统及基于该系统的保护方法，该系统能够对较为准确及全面地对电机的温度进行控制，防止因转向系统温度过高造而损坏转向电机。

图1为本发明实施例中基于电机与ECU分离式电动助力转向系统的热保护系统的结构示意图，图2为基于电机与ECU分离式电动助力转向系统的热保护系统的控制策略图。

如图1及图2所示，本发明提供的基于电机与ECU分离式电动助力转向系统的热保护系统包括检测单元10及控制单元20，检测单元10检测车辆所处的状态及该状态下热保护系统所需的信息，并传递给控制单元20；上述的车辆所述状态及热保护系统所需的信息分别为：车辆是否处于启动状态及车辆处于启动状态时转向系统内ECU的第一温度T₁；转向电机30是否处于堵转状态；车辆是否处于正常转向状态及在正常转向状态下转向电机30的实时电流I及转向电机30工作的时间t。

控制单元20在车辆处于启动状态时，将转向系统内ECU的第一温度T₁与预先存储于控制单元20中的第一温度阈值T₀进行比对，并在第一温度T₁大于第一温度阈值T₀时，控制转向电机30在不超过第一限制电流I_LIN1的状态下进行工作；控制单元20在转向电机30处于堵转状态时，控制转向电机30在不超过第二限制电流I_LIN2的状态下进行工作；控制单元20在车辆处于正常转向状态时，通过实时电流I及转向电机30工作时间t，得出在该时刻转向电机30的实时热容积值Q_t，并将该时刻的实时热容积值Q_t与预先存储于控制单元20的热容积阈值Q₀进行对比，当实时热容积值Q_t小于热容积阈值Q₀时，控制转向电机30在不超过第三限制电流I_LIN3的状态下进行工作，当转向系统同时满足上述三个或任意两个条件时，所述控制单元10控制所述转向电机30在不超过已进行的热保护限制中最低的限制电流的工作状态下进行工作。可以理解地，当车辆的各个状态不满足上述条件时，转向电机正常工作。

在本发明中，通过对转向系统在不同工作状态时信息的采集及判断可以控制电动转向系统在不同工作状态时的电流来间接降低转向电机30的温度，该系统能够对较为准确及全面地对转向电机的温度进行控制，防止因转向系统温度过高造而损坏转向电机。

进一步地，当车辆处于启动状态时，转向系统内ECU的第一温度T₁可以由转向系统内ECU内的温度传感器直接测得，第一温度阈值T₀是保证ECU正常工作的限定温度，当第一温度T₁大于第一温度阈值T₀时，控制单元20控制转向电机30在不超过第一限制电流I_LIN1的状态下进行工作，在本实施例中第一限制电流I_LIN1由以下公式求得：

I_LIN1＝I_MAX-k_i

其中：I_LIN1为第一限制电流；

I_MAX为转向电机的最大电流；

k_i为第一调整值。

在本实施例中，第一调整值k_i可以随第一温度T₁的值进行分段设定，即某一个第一温度值T₁的区间与一个k_i相对应，可以理解地，第一温度T₁的值越大，第一调整值k_i的值也越大。通过对车辆启动状态使转向电机30的保护，可以防止车辆启动状态电流突然增大对转向电机30造成损伤。

进一步地，控制单元20通过方向盘扭矩信息及方向盘转速信息来判断转向电机30是否处于堵转状态，当方向盘扭矩达到最大，且方向盘转速为0时，表明转向电机30进入堵转状态，此时控制单元20控制转向电机30在不超过第二限制电流I_LIN2的状态下进行工作，在本实施例中，第二限制电流I_LIN2为允许电机持续在标定值的条件下运转而不导致电机升温的一个具体值。在本实施例中，方向盘扭矩及方向盘转速可以通过扭矩传感器及角度传感器来测得。

进一步地，当车辆处于正常转向状态时，某一时刻的实时热容积值Q_t可以由以下公式求得：

其中，Q_I为转向系统的初始热容积值；

Q_A为转向系统的发热量；

Q_D为转向系统的散热量；

在本实施例中，转向系统的初始热容积值Q_I，该参数是一个定值，根据整车转向热保护调试结果确定，影响系统进入热保护模型的时间。可以理解地，初始热容积值Q_I越大，正常转向时进入热保护的时间越晚。转向系统的发热量Q_A可以由公式求得(I是电机实时工作电流，t是工作时间)。散热量Q_D可以由公式Q_D＝k_jt求得，其中t为工作时间，k_j为电机在非工作状态下的散热系数。

当实时热容积值Q_t小于热容积阈值Q₀时，控制单元20控制转向电机30在不超过第三限制电流I_LIN3的状态下进行工作，其中I_LIN3可由以下公式求得：

I_LIN3＝I_MAX-k_s

其中I_LIN3为第三限制电流；

I_MAX为转向电机的最大电流；

K_s为第二调整值；

在本实施例中，第二调整值k_s可以随实时热容积Q_t的值进行分段设定，即某一个实时热容积Q_t的区间与一个k_s相对应，在本实施例中，k_s的值随着Q_t的变大而减小。

在本发明中，热保护系统在车辆运行过程中全程检测转向电机30是否处于堵转状态以防止转向电机30被电流烧坏。当转向系统同时满足上述三个或任意两个条件时，控制单元20控制转向电机30在不超过第一至第三限制电流中较低的限制电流的状态下进行工作。在本实施例中，第一限制电流I_LIN1、第二限制电流I_LIN2及第三限制电流I_LIN3依次增大，因此在车辆处于启动状态时，优先以第一限制电流I_LIN1进行限定，在其他状态下，优先以第二限制电流I_LIN2进行限定。

本发明还提供了一种基于电机与ECU分离式电动转向系统的电机热保护方法，该方法通过上述的热保护系统进行控制，并包括如下步骤：

通过检测单元10检测车辆所处的状态及该状态下热保护系统所需的信息，并将该信息传递给控制单元20；其中上述的车辆所述状态及热保护系统所需的信息分别为：车辆是否处于启动状态及车辆处于启动状态时转向系统内ECU的第一温度T₁；转向电机30是否处于堵转状态；车辆是否处于正常转向状态及在正常转向状态下转向电机30的第一电流值I₁及转向电机30工作的时间t；

通过控制单元20根据检测单元10检测的信息进行判断，当车辆处于启动状态时，将转向系统内ECU的第一温度T₁与预先存储于控制单元20中的第一温度阈值T₀进行比对，并在第一温度T₁大于第一温度阈值T₀时，控制转向电机30在不超过第一限制电流I_LIN1的状态下进行工作；当转向电机30处于堵转状态时，控制转向电机30在不超过第二限制电流I_LIN2的状态下进行工作；当车辆处于正常转向状态时，通过第一电流值I₁及转向电机30运行的时间t，得出在该时刻的实时热容积值Q_t，并将该时刻的实时热容积值Q_t与预先存储于控制单元20的热容积阈值Q₀进行对比，当实时热容积值Q₁小于热容积阈值Q₀时，控制转向电机30在不超过第三限制电流I_LIN3的状态下进行工作，当热保护系统同时进行上述三个或上述三个中任意两个限制策略时，所述控制单元10控制所述转向电机30在不超过已进行的热保护限制中最低的限制电流的工作状态下进行工作。

第一限制电流I_LIN1为转向电机30最大电流I_MAX与第一调整值k_j之差。

控制单元20通过方向盘扭矩信息及方向盘转速信息来判断转向电机30是否处于堵转状态。

更为具体地，在车辆处于正常转向状态时对所述转向电机30进行热保护的方法为：

通过实时电流I及工作时间t得出在工作时间t内的发热量Q_A及散热量Q_D，然后根据工作时间t内的发热量Q_A、散热量Q_D以及初始热容积值Q_I得出实时热容积值Q_t；然后将实时热容积值Q_t与热容积阈值Q₀进行对比，当实时热容积值Q_t小于热容积阈值Q₀时，控制单元20控制转向电机30在不超过第三限制电流I_LIN3的状态下进行工作。第三限制电流I_LIN3为转向电机30最大电流I_MAX与第二调整值k_s之差。

总上所述，本发明通过对转向系统在不同工作状态时信息的采集及判断可以控制电动转向系统在不同工作状态时的电流来间接降低转向电机30的温度，该系统能够对较为准确及全面地对转向电机30的温度进行控制，防止因转向系统温度过高造而损坏转向电机30。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。