一种用加速度及功率在线获取永磁同步电机外特性的方法与流程

1.本发明涉及汽车的电动转向助力系统领域，具体的讲是一种用加速度及功率在线获取永磁同步电机外特性的方法。


背景技术：

2.当前汽车行业飞速发展，汽车电气化程度越来越高，消费者对汽车的驾驶体验越来越高。电动助力转向系统（eps）是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统，相对传统的液压阻力系统（hps）更加能够符合各家整车厂家对转向机手感提出的更高要求和标准。
3.eps一般采用体积小、功率密度大的永磁同步电机作为动力源。结合图1，表现了电机在额定电压下的最大输出能力，能够起到保证电机的稳定运行，限制母线电流，保证电机使用寿命的作用。因此，获取准确的外特性曲线是电机控制的重要先决条件之一。
4.传统的永磁同步电机外特性曲线获取方法是通过标定电机在不同电压下，不同转速下的最大输出扭矩来获得的。因此需要标定几个电压下的曲线，工作量大，需要储存的表格多。eps经常出现快速转动方向盘的工况，这种突变、频率比较高的工况会造成蓄电池电压、电流和电机转速的突然跌落，将限制电机的最大输出能力。此时，插值查表法获取电机最大输出扭矩的精度和动态性能不再满足要求。
5.因此设计一种用加速度及功率在线获取永磁同步电机外特性的方法是十分有必要的。


技术实现要素：

6.本发明突破了现有技术的难题，设计了一种用加速度及功率在线获取永磁同步电机外特性的方法。
7.为了达到上述目的，本发明设计了一种用加速度及功率在线获取永磁同步电机外特性的方法，步骤如下：步骤1：通过电机性能测试台架，标定电机在不同加速度下直流母线电流跌落值；步骤2：通过电机性能测试台架，标定电机在不同加速度下电机转速跌落值；步骤3：将步骤1与步骤2中标定的直流母线电流跌落值和电机转速跌落值存入芯片中；步骤4：当电机转速超过阈值时，通过当前加速度值查表获得当前母线电流跌落值及考虑加速度后的电机转速跌落值，所述的阈值为超过基速的5%；步骤5：计算获得真实可用的最大母线电流值和当前电机转速；步骤6：计算当前的理论最大输入功率、实际最大输入功率、最大损耗功率和实际损耗功率；步骤7：判断当前转速与基速关系，计算最大输出扭矩。
8.步骤1中标定直流母线电流跌落值的方法如下：通过使电机性能测试台架的伺服
电机在1s，5s，10s时完成0到4000rpm的升速过程并保持1s的4000rpm稳定转速，对电机升速过程的转速信号进行微分得到加速度信号，然后使用电流传感器采集母线电流，并且通过vector 的canape来记录加速度下的母线电流值和稳定转速下母线电流值，同时记录母线电流跌落值。
9.步骤2中标定电机在不同加速度下电机转速跌落值的方法如下：通过使电机性能测试台架的伺服电机在1s，5s，10s时完成0到4000rpm的升速过程并保持1s的4000rpm稳定转速，使用vector 的canape记录加速度下的电机转速跌落值 。
10.步骤3中最大母线电流值和当前转速的计算公式如下：；；其中为额定母线电流最大值，为电机当前转速，为步骤4中设置的阈值。
11.步骤6中当前理论最大输入功率、实际最大输入功率、最大损耗功率和实际损耗功率的计算公式如下：理论最大输入功率：；最大损耗功率：；实际损耗功率：；实际最大输入功率：；其中：为母线电压值，为定子电阻，为额定相电流峰值，为实际的相电流峰值，factor为误差系数，所述的误差系数factor是通过对比测量的实际功率和计算的功率得到的，为额定最大扭矩值；步骤7中判断方法如下：当前转速大于基速，则根据最大输入功率和实际损耗功率以及当前转速计算最大输出扭矩；当前转速小于基速，则根据最大输入功率和最大损耗功率计算最大输出扭矩，最大输出扭矩的计算公式如下：。
12.本发明与现有技术相比，基于功率和加速度实时在线计算得到外特性，使得获取到的电机最大输出扭矩的精度和动态性能能够满足现在的行业需求。
附图说明
13.图1为额定电压下永磁同步电机外特性曲线图。
14.图2为本发明的流程框图。
具体实施方式
15.结合附图对本发明做进步一描述。
16.结合图2，本发明设计了一种用加速度及功率在线获取永磁同步电机外特性的方法，步骤如下：步骤1：通过电机性能测试台架，标定电机在不同加速度下直流母线电流跌落值；标定直流母线电流跌落值的方法如下：通过使电机性能测试台架的伺服电机在1s，5s，10s时完成0到4000rpm的升速过程并保持1s的4000rpm稳定转速，对电机升速过程的转速信号进行微分得到加速度信号，然后使用电流传感器采集母线电流，并且通过vector 的canape来记录加速度下的母线电流值和稳定转速下母线电流值，同时记录母线电流跌落值。
17.步骤2：通过电机性能测试台架，标定电机在不同加速度下电机转速跌落值；标定电机在不同加速度下电机转速跌落值的方法如下：通过使电机性能测试台架的伺服电机在1s，5s，10s时完成0到4000rpm的升速过程并保持1s的4000rpm稳定转速，使用vector 的canape记录加速度下的电机转速跌落值。
18.步骤3：将步骤1与步骤2中标定的直流母线电流跌落值和电机转速跌落值存入芯片中；步骤4：当电机转速超过阈值时，通过当前加速度值查表获得当前母线电流跌落值及考虑加速度后的电机转速跌落值，所述的阈值为超过基速的5%；步骤5：计算获得真实可用的最大母线电流值和当前电机转速；其中最大母线电流值和当前转速的计算公式如下：；；其中为额定母线电流最大值，为电机当前转速，为步骤4中设置的阈值。
19.步骤6：计算当前的理论最大输入功率、实际最大输入功率、最大损耗功率和实际损耗功率，计算公式如下：理论最大输入功率：；最大损耗功率：；
实际损耗功率：；实际最大输入功率：；其中：为母线电压值，为定子电阻，为额定相电流峰值，为实际的相电流峰值， factor为误差系数，所述的误差系数factor是通过对比测量的实际功率和计算的功率得到的，为额定最大扭矩值。
20.步骤7：判断当前转速与基速关系，计算最大输出扭矩。判断方法如下：当前转速大于基速，则根据最大输入功率和实际损耗功率以及当前转速计算最大输出扭矩；当前转速小于基速，则根据最大输入功率和最大损耗功率计算最大输出扭矩，最大输出扭矩的计算公式如下：。


技术特征：
1.一种用加速度及功率在线获取永磁同步电机外特性的方法，其特征在于：步骤如下：步骤1：通过电机性能测试台架，标定电机在不同加速度下直流母线电流跌落值；步骤2：通过电机性能测试台架，标定电机在不同加速度下电机转速跌落值；步骤3：将步骤1与步骤2中标定的直流母线电流跌落值和电机转速跌落值存入芯片中；步骤4：当电机转速超过阈值时，通过当前加速度值查表获得当前母线电流跌落值及考虑加速度后的电机转速跌落值，所述的阈值为超过基速的5%；步骤5：计算获得真实可用的最大母线电流值和当前电机转速；步骤6：计算当前的理论最大输入功率、实际最大输入功率、最大损耗功率和实际损耗功率；步骤7：判断当前转速与基速关系，计算最大输出扭矩。2. 根据权利要求1所述的一种用加速度及功率在线获取永磁同步电机外特性的方法，其特征在于：所述的步骤1中标定直流母线电流跌落值的方法如下：通过使电机性能测试台架的伺服电机在1s，5s，10s时完成0到4000rpm的升速过程并保持1s的4000rpm稳定转速，对电机升速过程的转速信号进行微分得到加速度信号，然后使用电流传感器采集母线电流，并且通过vector 的canape来记录加速度下的母线电流值和稳定转速下母线电流值，同时记录母线电流跌落值。3. 根据权利要求1所述的一种用加速度及功率在线获取永磁同步电机外特性的方法，其特征在于：所述的步骤2中标定电机在不同加速度下电机转速跌落值的方法如下：通过使电机性能测试台架的伺服电机在1s，5s，10s时完成0到4000rpm的升速过程并保持1s的4000rpm稳定转速，使用vector 的canape记录加速度下的电机转速跌落值 。4.根据权利要求1所述的一种用加速度及功率在线获取永磁同步电机外特性的方法，其特征在于：所述的步骤5中最大母线电流值和当前转速的计算公式如下：；；其中为额定母线电流最大值，为电机当前转速，为步骤4中设置的阈值。5.根据权利要求1所述的一种用加速度及功率在线获取永磁同步电机外特性的方法，其特征在于：所述的步骤6中当前理论最大输入功率、实际最大输入功率、最大损耗功率和实际损耗功率的计算公式如下：理论最大输入功率：；
最大损耗功率：；实际损耗功率：；实际最大输入功率：；其中：为母线电压值，为定子电阻，为额定相电流峰值，为实际的相电流峰值，为基速，factor为误差系数，所述的误差系数factor是通过对比测量的实际功率和计算的功率得到的，为额定最大扭矩值。6.根据权利要求1所述的一种用加速度及功率在线获取永磁同步电机外特性的方法，其特征在于：所述的步骤7中判断方法如下：当前转速大于基速，则根据最大输入功率和实际损耗功率以及当前转速计算最大输出扭矩；当前转速小于基速，则根据最大输入功率和最大损耗功率计算最大输出扭矩，最大输出扭矩的计算公式如下：。

技术总结
本发明涉及汽车的电动转向助力系统领域，具体的讲是一种用加速度及功率在线获取永磁同步电机外特性的方法，标定电机在不同加速度下直流母线电流跌落值；标定电机在不同加速度下电机转速跌落值；当电机转速超过阈值时，查表获得当前母线电流跌落值及考虑加速度后的电机转速跌落值；计算获得真实可用的最大母线电流值和当前电机转速；计算当前的理论最大输入功率、实际最大输入功率、最大损耗功率和实际损耗功率；判断当前转速与基速关系，计算最大输出扭矩。与现有技术相比，基于功率和加速度实时在线计算得到外特性，使得获取到的电机最大输出扭矩的精度和动态性能能够满足现在的行业需求。的行业需求。的行业需求。


技术研发人员：赵宇 刁国亮 喻志刚 孙瑞 高鹏
受保护的技术使用者：博世华域转向系统有限公司
技术研发日：2020.12.29
技术公布日：2022/6/30