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電動廢氣門電機(jī)溫度模型及其過熱保護(hù)研究

文檔作者：周俊宏習(xí)綱劉寧曾宇喻凡文檔來源： 1．上海交通大學(xué) 2．聯(lián)合汽車電子有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月12日
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· 基礎(chǔ)研究·
電動廢氣門電機(jī)溫度模型及其過熱保護(hù)研究
周俊宏 習(xí) 綱 劉 寧 曾 宇 喻凡
(1．上海交通大學(xué)；2．聯(lián)合汽車電子有限公司)
【摘要】電動廢氣門執(zhí)行電機(jī)性能直接決定廢氣門的控制精度和響應(yīng)速度，而溫度是影響電機(jī)輸出力矩和壽命的關(guān)
鍵因素。對永磁直流電機(jī)的發(fā)熱一散熱機(jī)理進(jìn)行分析，建立了基于功率算法的電機(jī)溫度模型，通過試驗對電機(jī)參數(shù)進(jìn)行
了辨識及模型驗證。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了根據(jù)電機(jī)溫度限制電機(jī)占空比的實時過熱保護(hù)控制算法，試驗結(jié)果表明，該控
制算法可以有效預(yù)防電機(jī)溫度過高。
主題詞：電動廢氣門永磁直流電機(jī)溫度模型過熱保護(hù)
中圖分類號：U464 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1000—3703(2015)05-0045—04
Study on M otor Temperature M odel and Overheat Protection fl0r
Electric W aste Gate
Zhou Junhong ，Xi Gang2，Liu Ning ，Zeng Yu ，Yu Fan’
(1．Shanghai Jiaotong University；2．United Automotive Electronics System Co．，Ltd)
【Abstract】The control accuracy and response speed of electric waste gate rely directly on motor performance，
while motor temperature is a critical factor to influence motor output torque and life．By analyzing the heat generating／
dissipating mechanism of the motor，we build a motor temperature model based on power algorithm．Based on
experiments，motor parameters are identified and model is verified．On this basis，a real—time overheat protection control
algorithm is designed，which can limit motor duty cycle according to prevailing motor temperature．The experiment
results show that the control algorithm can prevent the motor from overheating effectively．
Key wOrds：Electric waste gate，PM DC motor，Temperature model，Overheat protection
1 電動廢氣門簡介
對于渦輪增壓發(fā)動機(jī)，為獲得低速大扭矩性能、防
止渦輪轉(zhuǎn)速過高導(dǎo)致增壓器損壞，需采用廢氣門進(jìn)行增
壓器壓力控制 。
傳統(tǒng)的氣動廢氣門驅(qū)動力受進(jìn)氣壓力控制，在發(fā)動
機(jī)小負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時會形成節(jié)氣門前、后壓力差，從而產(chǎn)生
節(jié)流損失；另外，進(jìn)氣壓力的波動使得氣動廢氣門的控
制精度和響應(yīng)速度也不夠理想。電動廢氣門采用集成
于永磁直流電機(jī)的蝸桿驅(qū)動廢氣門，因永磁直流電機(jī)具
有體積小、動作反應(yīng)靈敏、運(yùn)行平穩(wěn)、低速力矩大、頻率
可調(diào)特點，可以滿足廢氣門的性能需求，故電動廢氣門
可以克服氣動廢氣門的缺點，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2015年第5期
圖1 電動廢氣門結(jié)構(gòu)
從圖1可以看出，廢氣門開度控制決定了渦輪與旁
通道的廢氣流量分布，進(jìn)而決定增壓壓力。電動廢氣門
- 45-
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開度由蝸桿推力決定，其控制原理如圖2所示。
圖2 電動廢氣門控制原理
由圖2可知，蝸桿推力決定廢氣門開度，而電機(jī)溫
度升高會導(dǎo)致蝸桿推力減小，參數(shù)如表1所列。另外，
高溫可能導(dǎo)致電機(jī)絕緣材料損壞和永磁體消磁 ，使電
機(jī)壽命隨溫度呈指數(shù)下降。
表1 不同溫度下的電機(jī)輸出
電機(jī)溫度PC 電機(jī)最大持續(xù)占空I~L／％ 蝸桿最大推力，N
25 73 155
100 54 1l9
l40 26 55
由表1可知，蝸桿最大推力隨電機(jī)溫度升高而減
小，而且100～140cc的平均下降速度為25～100~C的3倍
多。因此，為了防止蝸桿推力影響廢氣門開度控制，需
要防止電機(jī)過熱。
由于熱電偶成本高昂且在發(fā)動機(jī)艙內(nèi)不便于安裝，
本文通過建立電機(jī)溫度模型實時監(jiān)測電機(jī)溫度，并設(shè)計
過熱保護(hù)控制算法防止電機(jī)溫度超限。
2 電機(jī)溫度模型建立
2．1 發(fā)熱一散熱機(jī)理分析
電機(jī)各部分材料導(dǎo)熱能力、散熱條件相差很大，且
受熱不均勻，溫度達(dá)到穩(wěn)定以前，各點溫度不斷變化，是
一個發(fā)熱一散熱過程非常復(fù)雜的不穩(wěn)定導(dǎo)熱過程。若
要分析、計算每個節(jié)點的溫度，將會使模型難度大大增
加_8_，不利于工程實現(xiàn)。對于廢氣門采用的小型永磁直
流電機(jī)，本文將其視為常物性的均質(zhì)物體，即物理性質(zhì)
不發(fā)生變化、表面各點散熱情況相同且其內(nèi)部沒有溫差
的物體。
永磁直流電機(jī)工作時產(chǎn)生的熱量來源有繞組銅損、
定子鐵損、渦流損耗等，其中，繞組銅損占絕大部份，因
此繞組是電機(jī)溫度最高的地方 。忽略其他損耗，即假
設(shè)除了繞組銅損，電機(jī)其余功率均作為機(jī)械輸出，得到
永磁直流電機(jī)等效發(fā)熱原理如圖3所示。
- 46
丁
圖3 永磁直流電機(jī)等效發(fā)熱原理
電機(jī)工作時的電壓平衡方程為：
U=E+，· (1)
E=C ∞ (2)
式中， 為電機(jī)等效工作電壓；E為電機(jī)反電勢；，為
電機(jī)等效工作電流；R為電機(jī)等效電阻；C 為反電勢系
數(shù)； 為磁通； 為電機(jī)角速度。
于是，可以得到電機(jī)的發(fā)熱功率g．為：
q，：， ．尺=—
(U- Coq'a,)~ (3)
電機(jī)與周圍介質(zhì)之間的傳熱方式主要為對流散熱，
根據(jù)牛頓冷卻公式，可得電機(jī)的散熱功率g：為：
q =h·A‘( 一Ta) (4)
式中，h為對流換熱系數(shù)；A為電機(jī)表面積；T、 分別
為電機(jī)溫度和環(huán)境溫度。
考慮風(fēng)速影響的對流換熱系數(shù)為 ：
h=ho" (5)
式中，h。為無風(fēng)環(huán)境下的對流換熱系數(shù)； 為風(fēng)速；n為
風(fēng)速影響因子。
2．2 數(shù)學(xué)模型建立
根據(jù)能量守恒定律，由式(3)、式(4)可得基于功率
的永磁直流電機(jī)溫度模型算法如下：
。m
dT ： T
- ) (6)
式中，c為電機(jī)比熱容；m為電機(jī)質(zhì)量；t為時間。
根據(jù)傳熱學(xué)知識，可知熱容日 =cm，熱阻H =1 。
當(dāng)電機(jī)溫度飽和時有dT／dt，由式(6)可得電機(jī)穩(wěn)態(tài)溫
度 為：
： ．Hr+To (7)
R
將式(7)帶入式(6)，可得電機(jī)的發(fā)熱方程為：
一 = ( 一To)【1一e I (8)
斷電時，電機(jī)的冷卻方程為：
一 = (To— )e (9)
式中，71o為電機(jī)(發(fā)熱／冷卻)初始溫度； =Hei日 ，為發(fā)
熱／冷卻時間常數(shù)。
根據(jù)前文所述可得風(fēng)速與時間常數(shù)的關(guān)系為：
： f 1 (10)
2 Vl／
式中，．r。、r 分別表示風(fēng)速為 、 時的電機(jī)發(fā)熱／冷卻
時間常數(shù)。
汽車技術(shù)
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考慮到永磁直流電機(jī)溫度變化并不十分靈敏，取計
算周期At=ls，即可滿足廢氣門需求，于是得到電機(jī)發(fā)
熱方程的離散解析式為：
Tk= +【 一 ]寺△f?)
2．3 電機(jī)參數(shù)確定
由式(8)、式(9)可知，電機(jī)的溫度變化服從指數(shù)規(guī)
律，當(dāng)t= 時，電機(jī)溫升／溫降為其飽和溫升／溫降的
63．21％。在環(huán)境溫度為25℃、電壓為l2 V的條件下，
分別進(jìn)行無風(fēng)、風(fēng)速為10 m／s、風(fēng)速為20 m／s的電機(jī)自
加熱試驗，根據(jù)電機(jī)發(fā)熱一冷卻曲線可以確定各風(fēng)速條
件下的電機(jī)發(fā)熱一冷卻時間常數(shù)，根據(jù)式(1O)可計算出
風(fēng)速影響因子。不同風(fēng)速條件下的電機(jī)發(fā)熱一冷卻曲
線如圖4所示。
圖4 電機(jī)發(fā)熱一冷卻曲線
由圖4可知，無風(fēng)條件下的電機(jī)發(fā)熱、冷卻時間常
數(shù)分別為17．37 min、113．3—93．01=20．29 min；10 m／s風(fēng)速
下的電機(jī)發(fā)熱、冷卻時間常數(shù)分別為15．63 min、75．65—
61．78=13．87 min；20 m／s風(fēng)速下的電機(jī)發(fā)熱、冷卻時間
常數(shù)分別為l0．15 min、57．85—46．49=11．36 min。于是，
根據(jù)式(10)可以計算出發(fā)熱、冷卻時的風(fēng)速影響因子分
別為：
log2( )_0．6228
log2( )_0288
從而可以計算出不同風(fēng)速條件下的發(fā)熱、冷卻時間
常數(shù)。
堵轉(zhuǎn)情況下，即∞=0時，電機(jī)不輸出機(jī)械功率，根
據(jù)式(1)、式(2)，可得電機(jī)等效電阻：
R= (12)
通過測量不同溫度下的電機(jī)工作電壓和電流，即可
求得電機(jī)等效電阻，如圖5所示。
2015年第5期
溫度／。C
圖5 電阻一溫度曲線
從圖5可以看出，電機(jī)等效電阻與溫度基本呈線性
關(guān)系，作簡化處理，即：
R=4．5+0．0l· (13)
3 過熱保護(hù)控制算法設(shè)計
傳統(tǒng)反時限保護(hù)只適用于電流恒定的電機(jī)發(fā)熱過
程u”，實際運(yùn)行過程中，電機(jī)負(fù)載波動較大且頻繁，而且
電源電壓也可能出現(xiàn)波動，電機(jī)穩(wěn)態(tài)溫度隨之相應(yīng)變
化，因此反時限保護(hù)容易導(dǎo)致誤動作。
本文通過建立溫度模型實時監(jiān)控電機(jī)溫度，由表1
所示數(shù)據(jù)，根據(jù)當(dāng)前電機(jī)溫度線性插值，限制電機(jī)最大
持續(xù)占空比，即限制電流大小在允許范圍內(nèi)，從而減小
電機(jī)發(fā)熱功率，對電機(jī)起到過熱保護(hù)作用。一般情況
下，電機(jī)允許低倍過載，但不能持續(xù)較長時間，當(dāng)電機(jī)占
空比長時間持續(xù)超限時，需要切斷驅(qū)動級。
綜上所述，設(shè)計的電機(jī)過熱保護(hù)控制算法如圖6
所示
比
圖6 過熱保護(hù)控制算法
4 試驗驗證及結(jié)果分析
4．1 試驗平臺搭建
基于前文所述方法，利用Ascet軟件建立電機(jī)溫度
模型并集成到控制器中；將控制器連接到負(fù)載箱，通過
CAN通訊模塊ES590采集控制器信號；在電機(jī)各部分貼
一47—
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上熱電偶，放人溫控箱內(nèi)，利用熱電偶溫度測量模塊
Thermo—Scan和電流傳感器分別采集熱電偶所貼位置
電機(jī)溫度信號和電機(jī)電流信號；所有信號最終都通過
INCA軟件在計算機(jī)上顯示并記錄；反之，通過ES590和
負(fù)載箱，計算機(jī)可發(fā)出控制信號驅(qū)動電機(jī)工作。搭建的
試驗平臺如圖7所示。
7 試驗半臺，下恿
4．2 模型準(zhǔn)確性驗證
由于發(fā)動機(jī)高溫部件的熱輻射，廢氣門安裝位置的
環(huán)境溫度較高且波動頻繁，為此，設(shè)計不同環(huán)境溫度的
電機(jī)自加熱試驗。保持直流電源電壓為電機(jī)額定工作
電壓12V，使溫控箱內(nèi)溫度穩(wěn)定在25℃ 、50~C、75℃ 、
100~C，分別進(jìn)行自加熱測試，得到電機(jī)發(fā)熱一冷卻曲線
如圖8所示。
驀 1 蠢 霧匡 O 3O 60 9O 120 150 0 30 6O 9O 12O 150
時間／min 時間／rnin
(a)25。C (b)50。C
O 3O 60 90 120 l50
時間／min 時間／rain
(c)75。C (d)100。C
圖8 不同環(huán)境溫度下的電機(jī)發(fā)熱一冷卻曲線
從圖8可以看出，電機(jī)溫度模型計算值能實時跟隨
熱電偶實測值，兩者吻合度較高。試驗過程溫度誤差分
析如表2所示。
表2 模型誤差分析 ℃
環(huán)境溫度 穩(wěn)定溫度偏差 動態(tài)溫度偏差
25 103—97=6 10／一5
50 124-120=4 1o／一6
75 147-141=6 9／-5
100 168-168=0 5／-9
根據(jù)表2所示數(shù)據(jù)，穩(wěn)態(tài)溫度偏差最大僅為6cC，動
一48一
態(tài)溫度偏差在~10~C以內(nèi)，滿足廢氣門的性能需求，證明
此模型準(zhǔn)確可靠。
導(dǎo)致模型計算誤差的原因有：
a． 由于溫控箱功率有限且電機(jī)發(fā)熱時對周圍環(huán)
境的熱輻射，試驗過程中溫控箱內(nèi)環(huán)境溫度有所波動且
各點溫度不完全一致；
b． 試驗過程中電源電壓和負(fù)載會有波動，造成電
機(jī)自加熱不能維持恒定；
c． 離散化導(dǎo)致計算精度降低；
d． 由單次試驗(環(huán)境溫度為25％)確定的電機(jī)參
數(shù)可能對于其它試驗工況存在偏差；
e． 模型忽略了電機(jī)熱輻射的作用。
為驗證風(fēng)速對電機(jī)溫升的影響，進(jìn)行了不同車速下
的車載隨機(jī)試驗，試驗結(jié)果如圖9所示。
時間／min
圖9 電機(jī)溫升隨機(jī)試驗
從圖9可以看出，電機(jī)溫度模型計算值能實時、準(zhǔn)
確跟蹤實際值，誤差在5℃以內(nèi)，表明模型動態(tài)準(zhǔn)確性
高，驗證了風(fēng)速影響因子的計算準(zhǔn)確性。 ． ．
隨機(jī)試驗中，分析模型誤差的來源為：
a． 車速變化頻繁且無規(guī)律；
b． 風(fēng)的流動狀態(tài)變化無常。
4．3 過熱保護(hù)控制算法驗證
保持與上述自加熱試驗條件相同，采取圖6所示過
熱保護(hù)控制算法，在25℃、50oC、75oC、100oC下分別進(jìn)行
電機(jī)自加熱試驗，并與無過熱保護(hù)進(jìn)行對比。試驗結(jié)果
如圖10所示。
125
u
100
寇75
贈5O
25
O 30 60 90 120 150
時間／rain
(a)25。C
150
125
100
贈75
50
0 30 60 9O 120 150
時間／min
(b)50oC
(下轉(zhuǎn)第62頁)
汽車技術(shù)
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· 試驗測試-
(上接第48頁)
175
50
25
O0
75
0 30 60 90 12O 15O
時間／min
(c)75。C
200
175
l50
125
100
時間／min
(d)100。C
圖1O 有／無過熱保護(hù)的電機(jī)發(fā)熱一冷卻曲線
由圖10可以看出，有過熱保護(hù)比無過熱保護(hù)的電
機(jī)溫度上升速度慢、穩(wěn)態(tài)溫度低，如表3所列。
表3 有，無過熱保護(hù)的電機(jī)溫度對比
環(huán)境 穩(wěn)態(tài)溫度 平均溫升速度
溫度，。C 降幅／。C 降幅／。C·rain
25 97-60=37 0．77—0．58=0．19
50 l 20-80=40 0．78-0．43=0_35
75 14l一101=40 0．73-0．3 1=0．42
100 168-114=54 0．93-0_23：0．7O
由表3可知，以環(huán)境溫度為100 oC為例，采取過熱
保護(hù)后，電機(jī)穩(wěn)態(tài)溫度降低54℃，平均溫升速度降低
0．70％／min，且降幅隨環(huán)境溫度上升而增大。由此證
明該控制算法可對電機(jī)進(jìn)行有效的過熱保護(hù)，廢氣
門在高溫惡劣環(huán)境下工作時，可以保證其電機(jī)持續(xù)
運(yùn)行。
5 結(jié)束語
建立了電機(jī)溫度模型，并設(shè)計了一種基于模型的電
機(jī)過熱保護(hù)控制算法，試驗結(jié)果表明：
a． 該電機(jī)溫度模型能實時計算電機(jī)當(dāng)前溫度，準(zhǔn)
確可靠，可以替代熱電偶，降低了成本，并擴(kuò)展了ECU
的功能。
b． 過熱保護(hù)控制算法能有效防止電機(jī)過熱，簡單
可靠，在保護(hù)電機(jī)的同時可使電機(jī)利用率最大化。
上述建模方法和控制算法設(shè)計思想對其它車用永
磁直流電機(jī)同樣適用，但由于試驗條件所限，只進(jìn)行了
恒溫、無風(fēng)環(huán)境下的電機(jī)自加熱試驗，模型準(zhǔn)確性和控
制算法有效性還有待整車試驗驗證。
- 62-
參考文獻(xiàn)
1 Goetz M ，Levesley M．Steady and pulsating flow efficiency
of a waste——gated turbocharger radial flow turbine for automo—
tive application．Energy，201 1，36：459-465．
2 Zimmer M T，Kakoczki R J，Davis J A，et a1．Turbocharger
Control Management System：US Patent，5，605，044．1997—
2-25．
3 Free P D，Lewis S C ，Nelson C R，et a1．Electronic Turbo—
charger W astegate Controller： US Patent， 5，755，101．
1998-5-26．
4 Zurlo J R，Shorewodd，Wis．Electronically Controlled Wa—
stegate Valve for a Turbocharger：US Patent，5，8 1 6，047．
1998-10-6．
5 Kim J R．Electric Waste Gate Actuator for Turbocharger：US
Patent．2012／0l24993 A1．2012-5-24．
6 Gilch M ，Heinrich S．W aste Gate Actuator for an Exhaust
Gas Turbocharger：US Patent，8，109，089 B2．2012—2—7．
7 Daesuk Joo，Ju—Hee Cho，Kyungil Woo，et a1．Electromag—
netic Field and Thermal Linked Analysis of Interior Perma—
nent— Magnet Synchronous Motor for Agriculture Electric
Vehicle．IEEE transactions on magnetics，201 1，47：4242-
4245．
8 Berry D J，Mithal P，Turnbull P F，et a1．Motor Tempera—
ture Estimation based on Thermal Model：US Patent，8，
482，237 B2．2013-7—9．
9 Huang Xuzhen，Liu Jiaxi，Zhang Chengming，et a1．Calcula—
tion and Experimental Study on Temperature Rise of a High
Overload Tubular Permanent Magnet Linear Motor．IEEE
transactions on plasma science．2013．41：1182～1187．
10 張新波。電機(jī)三圍溫度場的綜合分析．電工技術(shù)，
2000(3)。
11 遲長春，李奎，岳大為．基于熱積累的過載保護(hù)算法．電力
系統(tǒng)及其自動化學(xué)報．2008(2)：52～56．
(責(zé)任編輯簾青)
修改稿收到日期為2014年11月1日。
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