电机扭矩控制方法及控制装置与流程

1.本发明属于电机扭矩控制技术领域，特别是涉及一种电机扭矩控制方法及控制装置。


背景技术：

2.复合功率分流混合动力系统的电机直接与行星排连接，传动系统中阻尼元件不足。在系统纯电动运行时，电机转矩响应灵敏，在驱动转矩及扰动的快速、大幅激励下极易发生传动系扭转振动。同时，电机低速转矩纹波也会加剧抖幅值度，严重影响整车驾乘舒适性。例如双电机p1 p2构型 混动dht变速器的混合动力系统，双电机混动系统电机有三种模式，纯电模式、串联模式和并联模式。串联模式下p2电机驱动车轮，串联模式下p1电机与传动系统之间离合器不结合，发动机通过p1给电池充电，p2驱动车轮。在并联模式下，该离合器结合，发动机直接驱动车轮。
3.对于上述的双电机结构的混动车来说，电机和传动系统都有各种的工作频率，而电机的请求转速和实际转速的转速差超过一定值也会产生电机抖动，上述共振和抖动的存在会影响整车的驾乘舒适性，造成用户的不良体验。


技术实现要素：

4.本发明第一方面的一个目的是提供一种电机扭矩控制方法，能够提高驾乘舒适性。
5.本发明的进一步的一个目的是要减轻低速、扭矩过零等工况下电机的转速抖动。
6.本发明第二方面的一个目的是提供一种包括上述电机扭矩控制方法的控制装置。
7.特别地，本发明提供了一种电机扭矩控制方法，包括：
8.在接收到防抖请求信息时，根据以消除电机的实际转速和预估的请求转速之间的差为目标计算第一校正扭矩；
9.根据所述电机的实际转速判断是否需要进行抑制车辆的动力系统的共振频率的谐波补偿，若是则根据所述动力系统的共振频率所对应的谐波的相位和幅值计算第二校正扭矩；
10.判断车辆当前的状态是否满足防抖动控制开启条件；
11.若是，根据所述第一校正扭矩、所述第二校正扭矩和请求扭矩计算所述电机的总请求扭矩，并根据所述总请求扭矩控制所述电机运行。
12.可选地，根据以消除电机的实际转速和预估的请求转速之间的差为目标计算第一校正扭矩的步骤包括：
13.预估所述请求转速；
14.根据所述请求扭矩和所述请求转速查询预先标定的控制项系数表，以获取相应的控制项系数，所述控制项系数为以所述实际转速和所述请求转速为输入、所述第一校正扭矩为输出的pid控制器中的各个项的系数；
15.根据所述防抖请求信息中的防抖等级信息获取控制项增益；
16.根据所述实际转速和所述请求转速的差、所述控制项系数和所述控制项增益计算所述第一校正扭矩。
17.可选地，所述控制项系数包括p项系数和d项系数；
18.根据所述防抖请求信息中的防抖等级信息获取控制项增益的步骤包括：
19.根据所述防抖等级信息获取当前的防抖等级，根据所述防抖等级查询预先标定的防抖等级信息表，以获取p项增益和d项增益；
20.所述防抖等级信息表还包括与每一所述防抖等级对应的工况扭矩限值，根据所述实际转速和所述请求转速的差、所述控制项系数和所述控制项增益计算所述第一校正扭矩的步骤包括：
21.将所述实际转速和所述请求转速的差、所述p项系数和所述p项增益的积作为p项校正扭矩；
22.将所述实际转速和所述请求转速的差的斜率、所述d项系数和所述d项增益的积作为d项校正扭矩；
23.将所述p项校正扭矩和所述d项校正扭矩的和的绝对值与工况扭矩限值的绝对值中的较小值作为所述第一校正扭矩。
24.可选地，所述车辆正常稳态行驶时，所述防抖等级为低级；
25.所述车辆的车速小于低速阈值、所述电机的输出扭矩小于第扭限值且所述电机不处于全油门加速状态时，所述防抖等级为中级；
26.所述电机的输出扭矩过零时，所述防抖等级为高级；
27.所述防抖等级越高所述工况扭矩限值的绝对值越大。
28.可选地，预估所述请求转速的步骤包括：
29.根据当前的请求扭矩、请求制动扭矩、驱动力、齿轮速比和车轮半径计算目标加速度；
30.根据所述目标加速度获取所述请求转速。
31.可选地，根据所述第一校正扭矩、所述第二校正扭矩和请求扭矩计算所述电机的总请求扭矩的步骤包括：
32.将所述第一校正扭矩与所述第二校正扭矩的和的绝对值与预设的总扭矩限值的绝对值中的较小值作为总校正扭矩；
33.将所述总校正扭矩和所述请求扭矩的和作为所述总请求扭矩。
34.可选地，根据所述电机的实际转速判断是否需要进行避开车辆的动力系统的共振频率的谐波补偿的步骤包括：
35.将所述电机的实际转速通过傅里叶变换得到目标频率的正弦函数的线性组合，其中所述目标频率的正弦函数对应于1次谐波和6次谐波；
36.利用最小二乘法预估所述目标频率的正弦函数的幅值和相位；
37.判断所述1次谐波的幅值是否大于第一幅值且所述电机的实际转速超过第一速度阈值的时间是否超过第一预设时间，和/或所述6次谐波的幅值是否大于第二幅值且所述电机的实际转速超过第二速度阈值的时间是否超过第二预设时间。
38.可选地，根据所述动力系统的共振频率所对应的谐波的相位计算第二校正扭矩的
步骤包括：
39.在所述1次谐波的幅值大于第一幅值且所述电机的实际转速超过第一速度阈值的时间超过第一预设时间时，则将所述1次谐波不包括幅值的正弦函数值与第一扭矩的积作为所述1次校正扭矩，其中，所述第一扭矩为1次扭矩的绝对值与预设的1次扭矩限值的绝对值中的较小值，所述1次扭矩通过将1次幅值差作为比例积分控制器的输入计算得出，所述1次幅值差为所述1次谐波的幅值与预设的第一目标幅值的差值；
40.在所述6次谐波的幅值大于第二幅值且所述电机的实际转速超过第二速度阈值的时间超过第二预设时间时，将所述6次谐波不包括幅值的正弦函数值与第二扭矩的积作为所述6次校正扭矩，其中，所述第二扭矩为6次扭矩的绝对值与预设的6次扭矩限值的绝对值中的较小值，所述6次扭矩通过将6次幅值差作为比例积分控制器的输入计算得出，所述6次幅值差为所述6次谐波的幅值与预设的第二目标幅值的差值；
41.将所述1次校正扭矩和所述6次校正扭矩的和作为所述第二校正扭矩。
42.可选地，当同时满足所述电机与所述齿轮传动系统之间的离合器闭合、所述离合器不处于自学习过程、所述车辆不处于动力模式切换过程且所述电机处于扭矩控制模式的条件时，判定满足所述防抖动控制开启条件。
43.特别地，本发还提供了一种控制装置，包括存储器和处理器，所述存储器内存储有控制程序，所述控制程序被所述处理器执行时用于实现上述任一项所述的电机扭矩控制方法。
44.根据本发明的一个实施例，通过以用于消除转速差的第一校正扭矩和用于避开车辆的动力系统的共振的第二校正扭矩来对电机的扭矩进行补偿，能够有效地降低动力传动系统的振动，尽量避免车辆因动力传动系统的振动带来的整车抖动，从而改善车辆的驾乘舒适性。
45.根据本发明的一个实施例，基于根据电机的实际转速得到与共振有关的1次谐波和6次谐波，并估算相应的幅值和相位，通过幅值大小确定是否进行扭矩校正，在需要进行扭矩校正时，将对应的1次谐波或6次谐波的相位来进行相位校正，以消除或减弱电机转子和定子对齐时的脉动以及来自齿轮传动系统的共振频率，减轻低速、扭矩过零等工况下电机的转速抖动，改善车辆的驾驶性、舒适性和安全性。
46.根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
47.后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
48.图1是根据本发明一个实施例的电机扭矩控制方法的流程图；
49.图2是根据本发明一个实施例的电机扭矩控制方法中计算第一校正扭矩的流程图；
50.图3是根据本发明另一个实施例的电机扭矩控制方法的流程图；
51.图4是根据本发明一个实施例的电机扭矩控制方法中计算第二校正扭矩的流程
图。
具体实施方式
52.图1是根据本发明一个实施例的电机扭矩控制方法的流程图。如图1所示，一个实施例中，该电机扭矩控制方法包括：
53.步骤s100，在接收到防抖请求信息时，根据以消除电机的实际转速和预估的请求转速之间的差为目标计算第一校正扭矩。这里可以通过闭环控制方法进行求解，例如利用pid控制器以消除转速差为目的进行控制。
54.步骤s200，根据电机的实际转速判断是否需要进行抑制车辆的动力系统的共振频率的谐波补偿，若是则进入步骤s300。这里所说的动力系统的共振频率可以包括电机的共振频率和齿轮传动系统的共振频率。
55.步骤s300，根据动力系统的共振频率所对应的谐波的相位和幅值计算第二校正扭矩。
56.步骤s400，判断车辆当前的状态是否满足防抖动控制开启条件，若是则进入步骤s500。满足防抖控制开启条件即表示车辆当前的状态允许通过调节电机的扭矩来防止抖动，一个实施例中，如果车辆具有多种动力模式，例如背景技术中的串联、并联等模式时，当同时满足电机与齿轮传动系统之间的离合器闭合、离合器不处于自学习过程、车辆不处于动力模式切换过程且电机处于扭矩控制模式的条件时，判定满足防抖动控制开启条件。
57.步骤s500，根据第一校正扭矩、第二校正扭矩和请求扭矩计算电机的总请求扭矩。
58.步骤s600，根据总请求扭矩控制电机运行。
59.本实施例通过以用于消除转速差的第一校正扭矩和用于避开车辆的动力系统的共振的第二校正扭矩来对电机的扭矩进行补偿，能够有效地降低动力传动系统的振动，尽量避免车辆因动力传动系统的振动带来的整车抖动，从而改善车辆的驾乘舒适性。
60.图2是根据本发明一个实施例的电机扭矩控制方法中计算第一校正扭矩的流程图。如图2所示，一个实施例中，步骤s100中根据以消除电机的实际转速和预估的请求转速之间的差为目标计算第一校正扭矩的步骤包括：
61.步骤s102，预估请求转速。
62.一个实施例中，可以根据电机的历史实际转速、电机当前的输出转速变化率和车辆所处的坡度计算请求转速。具体地，根据过去一段时间内(例如200个运行周期)的电机的实际转速的平均值和电机当前的输出转速变化率预估请求转速，并结合车辆所处坡度来进行补偿，例如赋予一定的坡度偏移量，在上坡时根据坡度相应地增加请求转速，在下坡时根据坡度相应地降低请求转速。将补偿后的请求转速进行滤波得到最终的请求转速。
63.另一个实施例中，还可以根据当前的请求扭矩、请求制动扭矩、驱动力、齿轮速比和车轮半径计算目标加速度，如下公式所示：
[0064][0065]
f为驱动力，t
req
是驾驶员的请求扭矩，t
brake
是请求的制动扭矩，rt是齿轮传动系统的齿轮速比，r是车轮的半径。
[0066]
再根据目标加速度获取请求转速。例如标定目标加速度和请求转速的对应关系
表，通过查询该表格就可以得出请求转速。
[0067]
步骤s104，根据请求扭矩和请求转速查询预先标定的控制项系数表，以获取相应的控制项系数，控制项系数为以实际转速和请求转速为输入、第一校正扭矩为输出的pid控制器中的各个项的系数，即p项系数、i项系数和d项系数。
[0068]
步骤s106，根据防抖请求信息中的防抖等级信息获取控制项增益。控制项增益是反映防抖等级的一个系数，防抖等级越高则该系数越大，可以通过试验标定或经验值的方式确定该控制项增益。
[0069]
步骤s108，根据实际转速和请求转速的差、控制项系数和控制项增益计算第一校正扭矩。
[0070]
一个实施例中，控制项系数包括p项系数和d项系数，这是由于根据实车表现，发现pid控制器的i项系数对消除转速差的效果不明显。下表1和表2分别示出了部分的p项系数表和d项系数表，表1和表2中的第一行数据为请求转速，单位为rpm，第一列数据为扭矩，单位为n.m，其他单元格中的数据表示控制项系数。
[0071]
表1
[0072][0073][0074]
表2
[0075][0076]
步骤s106包括：根据防抖等级信息获取当前的防抖等级，根据防抖等级查询预先标定的防抖等级信息表，以获取p项增益和d项增益。一个实施例中，车辆正常稳态行驶时，防抖等级为低级；车辆的车速小于低速阈值、电机的输出扭矩小于第扭限值且电机不处于全油门加速状态时，防抖等级为中级；电机的输出扭矩过零时，防抖等级为高级；防抖等级越高扭矩限值的绝对值越大。
[0077]
根据某一型号实车标定试验得出防抖等级表如下表3所示：
[0078]
表3
[0079]
防抖等级工况扭矩限值p项增益d项增益低
±
15nm0.020.02中
±
20nm0.030.03高
±
25nm0.030.05
[0080]
步骤s108包括：将实际转速和请求转速的差、p项系数和p项增益的积作为p项校正扭矩。
[0081]
将实际转速和请求转速的差的斜率、d项系数和d项增益的积作为d项校正扭矩。
[0082]
进一步地，防抖等级信息表还包括与每一防抖等级对应的工况扭矩限值，步骤s108之后还包括：
[0083]
将p项校正扭矩和d项校正扭矩的和的绝对值与工况扭矩限值的绝对值中的较小值作为第一校正扭矩t1。
[0084]
图3是根据本发明另一个实施例的电机扭矩控制方法的流程图。如图3所示，另一个实施例中，步骤s500包括：
[0085]
步骤s502，将第一校正扭矩与第二校正扭矩的和的绝对值与预设的总扭矩限值的绝对值中的较小值作为总校正扭矩。这里的总扭矩限值可以取为电机的最大输出扭矩的10％。
[0086]
步骤s504，将总校正扭矩和请求扭矩的和作为总请求扭矩。
[0087]
图4是根据本发明一个实施例的电机扭矩控制方法中计算第二校正扭矩的流程
图。如图4所示，步骤s200包括：
[0088]
步骤s202，将电机的实际转速通过傅里叶变换得到目标频率的正弦函数的线性组合，其中目标频率的正弦函数对应于1次谐波和6次谐波。
[0089]
步骤s204，利用最小二乘法预估目标频率的正弦函数的幅值和相位。
[0090]
通过将电机的实际转速进行傅里叶变换，可以实现时域到频域的变换，将电机的实际转速分解成目标频率的正弦函数的线性组合，其中目标频率的正弦函数对应于1次谐波和6次谐波。这里的1次谐波对应于电机的定子和转子对齐时注入的脉动，相当于电机的共振频率，一个实施例的电机的共振频率大概为6.6hz，在转速为100rpm附近时产生。6次谐波来自齿轮传动系统的共振频率，齿轮传动系统由几个齿轮和轴组成，有一个交互感应的频率，电机转速在30rpm时齿轮传动系统的谐波频率大概为12hz，因此齿轮传动系统对应6次谐波。谐波次数公式可以参见以下公式(2)：
[0091]
f＝λ*(n*p)/60
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0092]
其中，f是频率，n是电机转速，λ是阶次(对应谐波次数)，p是电机的极对数，f、n是可以测得的，p是已知的。
[0093]
然后再利用最小二乘法预估目标频率的正弦函数的幅值和相位，即1次谐波的幅值a1和相位6次谐波的幅值a6和相位1次谐波的表达式为6次谐波的表达式为ωt为随时间变化的角度变量。
[0094]
步骤s206，判断1次谐波的幅值a1是否大于第一幅值f1且电机的实际转速n超过第一速度阈值n1的时间t是否超过第一预设时间t1，若是，进入步骤s208，否则进入步骤s210。这里的第一速度阈值n1可以取为30rpm，第一预设时间t1可以取为1s，均为设定值。
[0095]
步骤s208，将1次谐波不包括幅值的正弦函数值与第一扭矩t01的积作为1次校正扭矩t21，即再进入步骤s212。其中，第一扭矩为1次扭矩的绝对值与预设的1次扭矩限值的绝对值中的较小值，1次扭矩通过将1次幅值差作为比例积分控制器的输入计算得出，1次幅值差为1次谐波的幅值与预设的第一目标幅值的差值。这里的第一目标幅值是根据实车试验获得的经验值，可以取为3。比例积分控制器相当于将d项均取为0的pid控制器，得到的扭矩包括p项扭矩和i项扭矩，这里的比例积分控制器的i项系数可以取为0.003，p项系数可以取为0.002。1次扭矩限值可以取为电机的最大输出功率的10％。
[0096]
步骤s210，将1次校正扭矩置零。然后进入步骤s212。
[0097]
步骤s212，判断6次谐波的幅值a6是否大于第二幅值f2且电机的实际转速n超过第二速度阈值n2的时间t是否超过第二预设时间t2，若是进入步骤s214，否则进入步骤s216。这里的第二速度阈值n2可以取为10rpm，第二预设时间t2可以取为1s，均为设定值。
[0098]
步骤s214，将6次谐波不包括幅值的正弦函数值与第二扭矩t02的积作为6次校正扭矩t26，即其中，第二扭矩为6次扭矩的绝对值与6次扭矩限值的绝对值中的较小值，6次扭矩通过将6次幅值差作为比例积分控制器的输入计算得出，6次幅值差为6次谐波的幅值与预设的第二目标幅值的差值。这里的第二目标幅值是根据实车试验获得的经验值，可以取为3。这里的比例积分控制器的i项系数也可以取为0.003，p项系数也可以取为0.002。6次扭矩限值可以取为电机的最大输出功率的10％。
[0099]
步骤s216，将6次校正扭矩置零。
[0100]
步骤s218，将1次校正扭矩和6次校正扭矩的和作为第二校正扭矩t2，即t2＝t21 t26。
[0101]
本实施例基于根据电机的实际转速得到与共振有关的1次谐波和6次谐波，并估算相应的幅值和相位，通过幅值大小确定是否进行扭矩校正，在需要进行扭矩校正时，将对应的1次谐波或6次谐波的相位来进行相位校正，以消除或减弱电机转子和定子对齐时的脉动以及来自齿轮传动系统的共振频率，减轻低速、扭矩过零等工况下电机的转速抖动，改善车辆的驾驶性、舒适性和安全性。
[0102]
本发明还提供了一种控制装置，包括存储器和处理器，存储器内存储有控制程序，控制程序被处理器执行时用于实现上述任一实施例和实施例组合中的电机扭矩控制方法。处理器可以是一个中央处理单元(central processing unit，简称cpu)，或者为数字处理单元等等。处理器通过通信接口收发数据。存储器用于存储处理器执行的程序。存储器是能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何介质，也可以是多个存储器的组合。上述计算程序可以从计算机可读存储介质下载到相应计算/处理设备或者经由网络(例如因特网、局域网、广域网和/或无线网络)下载到计算机或外部存储设备。
[0103]
该控制装置基于根据电机的实际转速得到与共振有关的第一谐波和第二谐波，并估算相应的幅值和相位，通过幅值大小确定是否进行扭矩校正，在需要进行扭矩校正时，将对应的第一谐波或第二谐波的相位来进行相位校正。校正后的总请求扭矩可以消除或减弱电机转子和定子对齐时的脉动以及来自齿轮传动系统的共振频率，减轻低速、扭矩过零等工况下电机的转速抖动，改善车辆的驾驶性、舒适性和安全性。
[0104]
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。