基于双电机线控转向系统控制的电机热力学保护策略技术方案

本发明专利技术提供了双电机线控转向系统的电机热力学保护策略，利用模型预测控制（MPC）通过电机热模型进行电机温度的预测。当一个电机过热后可以通过降低该电机的输出扭矩降低电机的温度，并采用另一个电机进行扭矩的补偿。当过热电机冷却后，双电机在恢复到正常的工作分配状态。综上，本发明专利技术专利提出的一种考虑电机热力学保护的双电机线控转向系统控制策略既可以实现线控转向系统转向电机的热力学保护防止电机热力学损害，又可以保证汽车的转向特性。

Motor thermodynamic protection strategy based on the control of dual motor steer by wire system

【技术实现步骤摘要】
基于双电机线控转向系统控制的电机热力学保护策略
本专利技术涉及电机热保护容错
，具体是双电机线控转向系统的电机热力学保护策略。
技术介绍
线控转向作为一种智能化电子控制技术日益凸显出其独特的优势。线控转向系统可以实现主动转向，显著提高了转向系统的操作稳定性。机械连接的取消提高了汽车稳定性与操作稳定性，但采用线控代替机械连接的方式，使容错控制变成了确保线控转向汽车安全的关键。转向执行电机作为系统的执行机构，在转向过程中充当重要的组成部分，它的状态对汽车转向有极大影响。在转向过程中，转向电机是转向的动力源，一旦电机出现故障，电机的转向特性就很难保证，可能会出现较大的安全隐患。转向电机的工作环境恶劣，电机的寿命极大的受到电机温度的影响，同时电机也很容易因为过热而损坏进而影响车辆的转向性能，因此有必要针对线控转向系统制定相应的电机热力学保护策略，在保证线控转向系统转向性能的同时，改善转向电机的工作条件，提高转向电机的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术的问题，提供了双电机线控转向系统的电机热力学保护策略，可以实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.双电机线控转向系统的电机热力学保护策略，其特征在于包括以下步骤：/n1)构建线控转向双电机耦合转向系统，包括采集单元、转向盘总成、ECU控制模块、主辅双电机执行单元；/n2)在汽车行驶过程中，通过采集单元实时采集方向盘转角信号θ

【技术特征摘要】
1.双电机线控转向系统的电机热力学保护策略，其特征在于包括以下步骤：
1)构建线控转向双电机耦合转向系统，包括采集单元、转向盘总成、ECU控制模块、主辅双电机执行单元；
2)在汽车行驶过程中，通过采集单元实时采集方向盘转角信号θsw,实际横摆角速度信号ωr，质心侧偏角β，车速u，转向电机的电流，电压信号和转向电机的转速，转矩信号；
3)当驾驶员给方向盘施加转角信号θsw时，理想横摆角速度计算单元基于方向盘转角信号和车速信号u，根据便传动比规律得出该时刻的理想横摆角速度以及前轮转角δf；
4)以汽车质心为原点，建立汽车的二自由度模型；
5)根据步骤4)，通过稳定性控制器保证汽车在转向过程中的转向稳定性，并将此时车辆的两个转向执行电机命令信号并传递给电机热力学保护单元；
6)建立电机热力学模型：



其中：a1＝H/C，Tmi是电机的温度，角标i＝1代表主电机的参数，角标i＝2代表辅电机的参数，C是电机特定的热力学系数，R是电机的电阻，H是电机的运行散热系数，cu是电机的电流常数；
7)电机热力学保护和扭矩补偿分配策略：
定义umax是电机输出扭矩的极限，输出扭矩极限定义范围是0-1.当转向电机在正常的转向工况时，umax＝1；当其中的一个转向电机进入热力学失效的时候，电机的热力学保护策略将会在Ti＞＝Tc2时工作，过热电机将会降低输出扭矩为正常值的0.7倍umax＝0.7，降低过热电机的输出扭矩可以使过热电机降低温度，但同时也会影响转向效果，因此采用另一个转向电机补偿转矩的形式，以此保证汽车的正常转向特性；当过热电机经过一定的时间冷却后，温度从Tc2降到Tc1，此时过热电机温度恢复到正常水平，此时当前转向电机恢复到正常的工作扭矩，而另一个转向电机也取消相应的转矩补偿；
由于电机的热力学保护策略，随着电机的输出扭矩极限对应电压随着电机温度变化为：



结合电机的热力学保护过程，实际的电机的输出扭矩电压和电机输出扭矩极限电压的关系为：



结合车辆的动力学模型和电机的热模型构建线控转向系统的预测模型，车辆的动力学预测模型被使用去预测车辆的状态，转向电机的热力学预测模型结合模型预测控制方法被使用可以预测出一定时间内电机的温度状况，并采用相应的热力学保护策略防止电机的热失效，电机的动力学模型以及电机的热模型被离散化形成转向系统的预测模型，如下：



其中：Ts是离散的时间步长，是电机的输出扭矩向量，ua1(k)是第一个电机k时刻的输出扭矩，ua2(k)是第二个电机的k时刻的输出扭矩；Tm1(k)，Tm2(k)代表着左右转向电机k时刻的温度，β(k)和ωr(k)是k时刻电机的质心侧偏角和横摆角速度，β(k+1)，ωr(k+1)是k+1时刻电机的质心侧偏角和横摆角速度，Tm1(k+1)Tm2(k+1)是第一个和第二个转向电机在k+1时刻的温度；电机的热力学模型被包括在预测模型中，采用MATLAB工具箱中的模型预测算法实现提前预测N步长的电机温度和车辆的横摆角速度和质心侧偏角；
通过Tm1(k)，Tm2(k)，Tc1，Tc2之间做差判断电机是否过热，Tm1-Tc2＞Δ时，s1设为1，表示第一个电机过热，否则为0；Tm2-Tc2＞Δ时，表示第二个电机过热，否则为0；s3,s4表示两个电机输出扭矩各自在总需求扭矩Treq中的占比。当两个电机均工作正常时，两个电机平均分配扭矩；第一个电机过热时，S3＝0.8,S4＝0.2；第二个电机过热时，S3＝0.2,S4＝0.8；综上，若S＝[000.50.5]，两个转向电机都正常，两个电机平均扭矩分配；若S＝[010.80.2]，第一个转向电机都正常，第二个转向电机故障，两个电机扭矩分配比为0.8：0.2；若第一个转向电机故障...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵万忠，王安，张寒，王春燕，陈莉娟，匡登明，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32