CN105717917B - 新能源汽车驱动电机台架的自动标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新能源汽车驱动电机台架的自动标定方法，提高了台架的标定效率，提高了标定精度，降低了标定工程师劳动强度。其技术方案为：在进行新能源汽车驱动电机的台架匹配工作时，整合台架系统资源，通过自动回温控制、自动电流设定与自动数据处理，对电机控制电流进行自动设定，从而提高电机台架标定的精度，并能大大提高电机台架标定工作效率。具体而言，本发明可以通过控制电机温度减小转子磁链波动，消除读数误差，提高电机控制电流标定的精度，可以通过自动化程序代替标定工程师频繁的手工操作和肉眼观察，实现持续运行和无人值守，从而大大提高电机台架标定的工作效率，节约宝贵的工程师资源。

Description

新能源汽车驱动电机台架的自动标定方法

技术领域

本发明涉及一种新能源汽车的测试领域，尤其涉及新能源汽车的驱动电机台架上的控制电流的自动标定技术，在新能源汽车驱动电机与电机台架匹配时，电机台架系统资源对电机控制电流进行自动标定，从而提高电机台架的标定效率和标定精度的方法。

背景技术

在新能源汽车测试领域中，新能源汽车的驱动电机控制电流需要进行台架标定，目前电机台架标定中控制电流的标定是通过手动方式进行的，手动标定电机控制电流，对匹配工程师的技术要求高、工作强度大、标定周期长、标定精度也不够理想。目前，电机控制比较成熟的算法是一种最佳定子电流控制算法，即在基速区采用最大转矩/电流比(MTPA)控制，而在弱磁区采取弱磁控制的方式。如图1所示，在基速区，最大转矩/电流比曲线，即MTPA曲线为最佳定子电流控制目标；随着电机转速升高，电压极限椭圆收缩，需要进行弱磁控制，同样的电流圆is限制下，最佳电流点将从A₂点移到B₂点。图中的id和iq也可以用is(控制电流为is)和is与iq的夹角θ表示，其中is^2＝id²+iq²。

考虑到电机驱动控制系统较为复杂，需要通过台架标定来实现定子电流控制算法，即通过台架标定找到如图1中所示的A₂点或者B₂点所对应的电流id和iq(直轴电流为id，交轴电流为iq)，从而得到不同需求的转矩T和电机转速n条件下的id和iq表格。为了保证一定精度，通常会将电流表格做的足够密，这样就会带来很大标定工作量。

以某型电动汽车驱动电机用id和iq为例。制作一张表格参数表，表格参数为电机转速、直轴电流id、交轴电流iq、输出扭矩、表格参数之间有对应的关系，电机转速从0到12000rpm，每间隔500rpm需要标定一组id和iq，而需求输出转矩则从-270Nm，到0，再到270Nm，每隔10.8Nm标定一组id和iq。共计需要52行，26列id和同样数量的iq。如果控制精度要求提高，电流表格则需要更稠密，而标定工作将耗费更多的人力和物力。

另外，电机台架标定时对台架运行环境(如电机温度等)也有一定要求。对于永磁电机来说，转子磁链会随温度变化而变化，而磁链变化会直接导致电机输出转矩的变化。以某型电机为例，当温度升高40℃，转子磁链会下降4％时，电机标定的精度会下降。因此，将电机温度控制在一定范围内，如65±2℃，对电机标定的精度有很大意义。

目前，大多数厂家在电机台架标定的过程中都采用人工标定的方法，即在不同的工况(不同需求转矩T和电机转速n)下，通过手工改变id或iq的数值来匹配到最佳转矩，从而得到需要的id和iq表格的方法。此种方法在人工处理过程中会产生读数误差；会导致电机温度变化范围较大，影响磁链大小，进而影响标定精度；更重要的是，会占用宝贵的工程师资源，花费较长的时间进行标定和数据处理，从而限制了电机台架标定的精度和标定工作效率的提高。

因此，目前迫切需要一种自动标定方法来改进标定工作。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明的目的在于解决上述问题，通过提供一种新能源汽车驱动电机台架的自动标定方法，提高了台架的标定效率，提高了标定精度，同时大大降低了标定工程师的劳动强度。

本发明的技术方案为：本发明揭示了一种新能源汽车驱动电机台架的自动标定方法，包括：

利用台架上位机进行自动回温控制，将电机温度控制在目标范围内，使直轴电流id和交轴电流iq都在基本相同的温度环境下标定；

在基速区和/或弱磁区设定不同的控制电流is和夹角θ，读取当前转速n下的输出转矩T_bench；

将其控制电流is和/或其夹角θ和/或其当前转速n和/或其输出转矩T_bench进行数据汇总；

汇总的数据自动处理，计算出基速区的最佳电流或/和弱磁区的最佳电流，得到基速区和/或弱磁区的最佳输出扭矩；

其中：is^2＝id²+iq²，θ为is与iq的夹角。

根据本发明的新能源汽车驱动电机台架的自动标定方法的一实施例，在自动回温控制的过程中，首先判断电机温度是否在目标范围内，如果不在目标范围内，则电机台架以自动回温控制的方式，通过电机冷却系统进行水温调节，以使电机温度控制在目标范围内。

根据本发明的新能源汽车驱动电机台架的自动标定方法的一实施例，所述输出转矩T_bench为台架实测转矩，判断当前转速n是否大于设定的基速阈值n₀，若大于基速阈值n₀，设定控制电流is和夹角θ，其中夹角θ的范围是0°到90°；若小于基速阈值n₀，设定控制电流is和夹角θ，其中夹角θ的范围是0°到45°；读取当前转速n下的台架实测转矩。

根据本发明的新能源汽车驱动电机台架的自动标定方法的一实施例，控制电流is和夹角θ的设定是由台架上位机对电机控制器进行的设定，电机控制器根据设定的控制电流is和夹角θ来控制电机的运行状态，再由电机将反馈信号经由电机控制器传输至台架上位机。

根据本发明的新能源汽车驱动电机台架的自动标定方法的一实施例，数据自动处理是通过最佳定子电流控制算法实现。

根据本发明的新能源汽车驱动电机台架的自动标定方法的一实施例，在数据自动处理过程中，首先判断当前转速n是否大于设定的基速阈值n₀，若大于设定的基速阈值n₀，在满足幅值电压Udq不大于设定的电压阈值Ulim的条件下计算出最大输出扭矩和对应的夹角θ，再基于最大输出扭矩和对应的夹角θ得到弱磁区的最佳弱磁电流；若小于设定的基速阈值n₀则求出不同的控制电流is对应的最大输出扭矩和对应的夹角θ，再基于最大输出扭矩和对应的夹角θ得到基速区的最佳电流；

其中：(Udq)²＝Ud²+Uq²，Ud为直轴电压，Uq为交轴电压。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明在进行新能源汽车驱动电机的台架匹配工作时，整合台架系统资源，通过自动回温控制、自动电流设定与自动数据处理，对电机控制电流进行自动设定，从而提高电机台架标定的精度，并能大大提高电机台架标定工作效率。具体而言，本发明可以通过控制电机温度减小转子磁链波动，消除读数误差，提高电机控制电流标定的精度，可以通过自动化程序代替标定工程师频繁的手工操作和肉眼观察，实现持续运行和无人值守，从而大大提高电机台架标定的工作效率，节约宝贵的工程师资源。

附图说明

图1示出了最佳定子电流控制的示意图。

图2示出了实现新能源汽车驱动电机台架自动标定的系统示意图。

图3和图4共同示出了本发明的新能源汽车驱动电机台架的自动标定方法的较佳实施例的流程图。

具体实施方式

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图2简单示出了实现本发明的方法的系统原理。请参见图2，系统主要是由台架上位机、电机控制器、电机、电机冷却系统、测功机组成，系统运行中涉及了转速控制、回温控制、温度控制、电流设定、电流控制、信号反馈、台架实测扭矩T_bench和电机转速n等工作过程。

本发明的新能源汽车驱动电机台架的自动标定方法的具体实施步骤请同时参见图3和图4，其中图3示出了测试流程的详细步骤，而图4示出了数据处理流程的详细步骤。

首先是自动回温控制的实现。简单而言，就是利用台架上位机对电机冷却系统的控制，实现了电机的自动回温控制，将电机温度控制在目标范围内，以使每一个直轴电流id和交轴电流iq在基本相同的温度环境下标定。其中在本实施例中的电机冷却系统可以使用冷、热交换器来进行降温和升温的控制。

表现在图3中，首先需要判断电机温度是否在目标范围内。如果否，则调节水温，等待电机温度被控制在目标范围内。同时参见图2，自动回温控制是点击台架回温控制，通过电机冷却系统进行水温调节，从而实施对电机的温度控制。

这种自动回温控制可以将电机定、转子温度控制在合理范围内，从而自动将温度对电机标定精度的影响控制在合理范围内。与已有手动标定方式相比，无需人工长期观察等待电机的回温，节省了人力资源，并自动实现了电机温度精确控制。

然后是自动电流设置的实现。在此过程中，需要分情况设定，即分为在基速区和弱磁区分别进行控制电流is和夹角θ(is和iq的夹角)，读取当前转速下的台架实测扭矩作为输出扭矩T_bench，最终可以得到不同转速n下的、不同设定值n0的控制电流is和夹角θ、及其对应的输出扭矩T_bench、Udq(直轴电压Ud和交轴电压Uq的幅值，即(Udq)²＝Ud²+Uq²的数据汇总，且其中is^2＝id²+iq²。表现在图3中，首先判断当前转速n是否大于设定的基速阈值n₀，若大于基速阈值则代表是在弱磁区，设定控制电流is和夹角θ，其中夹角θ的范围是0°到90°，若小于基速阈值则代表是在基速区，设定控制电流is和夹角θ，其中夹角θ的范围是0°到45°。在设定好控制电流is和夹角θ后，读取当前转速n下的台架实测转矩作为输出转矩T_bench。循环运行直至结束，最后可以得到不同转速n下的、不同设定值n0的控制电流is和夹角θ、及其对应的输出扭矩T_bench、Udq的数据汇总(表现形式可以是上述这些关键数据组成的数据表格)。基于图2可知，这些操作是由电机台架、电机控制器、电机共同实现的，即控制电流is和夹角θ的设定是由电机台架对电机控制器进行的设定，电机控制器根据设定的控制电流is和夹角θ来控制电机的运行，再由电机将反馈信号经由电机控制器传输至电机台架。与手动标定方式相比，可设定更多更密的电流，充分涵盖最佳电流区(MTPA电流和最佳弱磁电流)，从而得到更高的标定精度。

最后是通过一定的控制算法(如最大转矩/电流比和强磁控制)对测试数据的自动处理，对于基速区计算得到基速区的最佳电流(MTPA电流)，对于弱磁区则根据弱磁控制的要求得到不同弱磁程度要求下的最佳弱磁电流，实现弱磁控制和输出转矩稳定性的平衡。表现在图4中，首先判断当前转速是否大于设定的基速阈值n₀，若大于设定的基速阈值则代表是在弱磁区，求出满足Udq≤Ulim(Ulim为设定的阈值，Ulim≤Udq_max)条件下的最大输出扭矩和对应的夹角θ，然后得到弱磁区的最佳弱磁电流。否则代表是在基速区，求出不同的控制电流对应的最大输出扭矩和对应的夹角，再通过最佳定子电流控制算法计算得到基速区的MTPA电流。在自动处理结束后得到符合控制目标的电流表格(iq和id随着转速和需求扭矩变化的表格)，从而大大提高数据处理效率。

以上的这种自动标定方式，解放了电机台架匹配工程师，大大提高电机台架标定工作效率，获得更高精度的电机控制电流，节约了宝贵的人力资源。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑板块、模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (4)

1.一种新能源汽车驱动电机台架的自动标定方法，其特征在于，包括：

利用台架上位机进行自动回温控制，将电机温度控制在目标范围内，使直轴电流id和交轴电流iq都在基本相同的温度环境下标定；

在基速区和/或弱磁区设定不同的控制电流is和夹角θ，读取当前转速n下的输出转矩T_bench；

将其控制电流is和/或其夹角θ和/或其当前转速n和/或其输出转矩T_bench进行数据汇总；

汇总的数据通过最佳定子电流控制算法实现自动处理，计算出基速区的最佳电流或/和弱磁区的最佳电流，得到基速区和/或弱磁区的最佳输出扭矩，在数据自动处理过程中首先判断当前转速n是否大于设定的基速阈值n₀，若大于设定的基速阈值n0，在满足幅值电压Udq不大于设定的电压阈值Ulim的条件下计算出最大输出扭矩和对应的夹角θ，再基于最大输出扭矩和对应的夹角θ得到弱磁区的最佳弱磁电流；若小于设定的基速阈值n₀则求出不同的控制电流is对应的最大输出扭矩和对应的夹角θ，再基于最大输出扭矩和对应的夹角θ得到基速区的最佳电流；

其中：(Udq)²＝Ud²+Uq²，Ud为直轴电压，Uq为交轴电压；

is^2＝id²+iq²，θ为is与iq的夹角。

2.根据权利要求1所述的新能源汽车驱动电机台架的自动标定方法，其特征在于，在自动回温控制的过程中，首先判断电机温度是否在目标范围内，如果不在目标范围内，则电机台架以自动回温控制的方式，通过电机冷却系统进行水温调节，以使电机温度控制在目标范围内。

3.根据权利要求1所述的新能源汽车驱动电机台架的自动标定方法，其特征在于，所述输出转矩T_bench为台架实测转矩，判断当前转速n是否大于设定的基速阈值n0，若大于基速阈值n0，设定控制电流is和夹角θ，其中夹角θ的范围是0°到90°；若小于基速阈值n0，设定控制电流is和夹角θ，其中夹角θ的范围是0°到45°；读取当前转速n下的台架实测转矩。

4.根据权利要求3所述的新能源汽车驱动电机台架的自动标定方法，其特征在于，控制电流is和夹角θ的设定是由台架上位机对电机控制器进行的设定，电机控制器根据设定的控制电流is和夹角θ来控制电机的运行状态，再由电机将反馈信号经由电机控制器传输至台架上位机。