[发明专利]双电机线控转向系统的电机热力学保护方法

权利要求书

1.双电机线控转向系统的电机热力学保护方法，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θ_sw,实际横摆角速度信号ω_r，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方向盘转角信号θ_sw时，理想横摆角速度计算单元基于方向盘转角信号和车速u，根据变传动比规律得出该时刻的理想横摆角速度以及前轮转角δ_f；

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，T_mi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，c_u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u_max是电机输出扭矩极限电压，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，u_max＝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T_i＞＝T_c2时工作，过热电机将会降低输出扭矩为正常值的0.7倍u_max＝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T_c2降到T_c1，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，随着电机输出扭矩极限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：T_s是离散的时间步长，是电机的输出扭矩向量，u_a1(k)是第一个电机k时刻的输出扭矩，u_a2(k)是第二个电机的k时刻的输出扭矩；T_m1(k)，T_m2(k)代表着左右转向电机k时刻的温度，β(k)和ω_r(k)是k时刻电机的质心侧偏角和横摆角速度，β(k+1)，ω_r(k+1)是k+1时刻电机的质心侧偏角和横摆角速度，T_m1(k+1)是左转向电机在k+1时刻的温度，T_m2(k+1)是右转向电机在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T_m1(k)，T_m2(k)，T_c1，T_c2之间做差判断电机是否过热，T_m1-T_c2＞Δ₁时，s1设为1，表示第一个电机过热，否则为0；T_m2-T_c2＞Δ₁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T_req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＝[0 0 0.5 0.5]，两个转向电机都正常，两个电机平均扭矩分配；若S＝[01 0.8 0.2]，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S＝[1 0 0.2 0.8]，第一个转向电机故障，第二个转向电机正常，两个电机扭矩分配比为0.2：0.8。