CN106809051A - 电动汽车电机抖动抑制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种电动汽车电机抖动抑制方法及装置，所述电动汽车电机抖动抑制方法包括：根据转子的转动角度和转动时间计算所述电机转动的角速度；根据所述角速度和转动惯量计算扭矩抖动量；对所述扭矩抖动量进行滤波处理并进行滞环比较；所述扭矩抖动量达到设定扭矩范围时，得到所述电机的抖动频率为所述扭矩抖动量对应的抖动频率；结合所述扭矩抖动量和扭矩命令控制所述抖动频率内的所述电机。所述电动汽车电机抖动抑制方法及装置通过计算出电机的抖动频率段，利用相应的扭矩抖动量和扭矩命令结合，控制电机的转动，有效的抑制了低频段电动汽车的电机抖动。

Description

电动汽车电机抖动抑制方法及装置
技术领域
本发明涉及新能源汽车电控系统的控制策略领域，尤其涉及一种电动汽车电机抖动抑制方法及装置。
背景技术
随着汽车工业的高速发展，传统汽车的数量急剧上升。目前，传统汽车已经对气候变化、环境污染、能源紧缺等方面产生了巨大的影响。针对以上问题，纯电动汽车(Blade electric vehicle,BEV)得到了广泛的应用，电动汽车可以有效的解决上述一系列问题。
现有技术中，纯电动汽车的传动系统与传统汽车的传动系统结构不同，纯电动汽车没有离合器以及传统的变速箱，只有一个减速器，传动系统基本上属于刚性连接，齿轮间存在较大间隙，并且牵引电机本身的转动惯量也较小。电动汽车行驶起步、滑行或者在一定行驶速度区间时，由于上述特性，电动汽车的电机扭矩瞬间跳变，发生大范围变化，导致传动系统的弹性形变，也会触发电机转速周期的抖动，车辆会出现抖动，影响驾驶的舒适性。这种抖动通常发生在某一特定的低频频率范围段，抖动频率与整车的机械特性相关。传统的做法是在电动汽车上，通过整车控制器(Vehicle Control Unit,VCU)进行电机抖动的补偿，抑制电机抖动。
但是，现有技术对低频率段的电机抖动补偿运算周期长，并且仍需要依赖电机控制器(Microcontroller Unit,MCU)来进行扭矩补偿，而且从VCU发出指令到MCU按指令进行扭矩输出之间存在着一定的延迟，抑制电机抖动有限，电机仍然存在抖动现象。
发明内容
本发明解决的技术问题是如何有效的抑制低频段电动汽车的电机抖动，提高车辆驾驶舒适性。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种电动汽车电机抖动抑制方法，所述电动汽车电机抖动抑制方法包括：
根据转子的转动角度和转动时间计算所述电机转动的角速度；
根据所述角速度和转动惯量计算扭矩抖动量；
对所述扭矩抖动量进行滤波处理并进行滞环比较；所述扭矩抖动量达到设定扭矩范围时，得到所述电机的抖动频率为所述扭矩抖动量对应的抖动频率；
结合所述扭矩抖动量和扭矩命令控制所述抖动频率内的所述电机。
可选的，所述对所述扭矩抖动量进行滤波处理并进行滞环比较；所述扭矩抖动量达到所述设定扭矩范围时，得到所述电机的抖动频率为所述扭矩抖动量对应的抖动频率后，还包括：
对所述扭矩抖动量进行相位调整，使得所述扭矩抖动量的相位与所述扭矩命令的相位相同；其中，所述扭矩命令为平滑处理后的阶跃信号。
可选的，根据所述转子的位置变化对所述转动角度进行补偿，并根据补偿后的所述转动角度计算所述电机转动的角速度。
可选的，所述扭矩抖动量为所述转动惯量和所述电机的加速度之积；其中，所述加速度为所述角速度微分处理后得到。
可选的，所述转动惯量为电机惯量、车轮惯量以及整车惯量之和。
可选的，所述对所述扭矩抖动量进行滤波处理并进行滞环比较，以得到所述电机的抖动频率包括：对所述扭矩抖动量进行二阶低通滤波处理，并将处理后的所述扭矩抖动量与设定扭矩范围进行比较，当所述扭矩抖动量位于所述设定扭矩范围两次时，得到所述电机的抖动频率为所述扭矩抖动量对应的抖动频率。
可选的，结合所述扭矩抖动量和所述扭矩命令控制所述抖动频率内的所述电机，包括：
将所述扭矩抖动量进行反向后得到补偿扭矩，对所述补偿扭矩进行限幅处理后结合扭矩命令控制所述抖动频率内的所述电机。
为解决上述技术问题，本发明实施例还公开了一种电动汽车电机抖动抑制装置，所述电动汽车电机抖动抑制装置包括：
角速度计算单元，根据转子的转动角度和转动时间计算所述电机转动的角速度；
扭矩抖动量计算单元，根据所述角速度和转动惯量计算扭矩抖动量；
抖动频率计算单元，对所述扭矩抖动量进行滤波处理并进行滞环比较；所述扭矩抖动量达到所述设定扭矩范围时，得到所述电机的抖动频率为所述扭矩抖动量对应的抖动频率；
控制输出单元，结合所述扭矩抖动量和扭矩命令控制所述抖动频率内的所述电机。
可选的，所述电动汽车电机抖动抑制装置还包括：
相位调制单元，耦接抖动频率计算单元，对所述扭矩抖动量进行相位调整，使得所述扭矩抖动量的相位与所述扭矩命令的相位相同；其中，所述扭矩命令为平滑处理后的阶跃信号。
可选的，所述抖动频率计算单元还包括：低通滤波单元，对所述扭矩抖动量进行二阶低通滤波处理；滞环比较单元，将处理后的所述扭矩抖动量与设定扭矩范围进行比较，当所述扭矩抖动量位于所述设定扭矩范围两次时，得到所述电机的抖动频率为所述扭矩抖动量对应的抖动频率。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
本发明实施例根据转子的转动角度和转动时间计算电机转动的角速度，并根据角速度和转动惯量得到电机的扭矩抖动量，通过对扭矩抖动量进行滤波处理和滞环比较，得到电机的抖动频率，并结合扭矩抖动量和扭矩命令控制抖动频率内的电机；通过计算出电机的抖动频率段，利用相应的扭矩抖动量和扭矩命令结合，控制电机的转动，有效的抑制了低频段电动汽车的电机抖动，提高了车辆驾驶的舒适性。
进一步，本发明实施例根据转子的位置变化对转动角度进行补偿，并根据补偿后的转动角度计算所述电机转动的角速度，保证计算出的电机转动角速度准确，进而保证了扭矩抖动量对电机抖动控制的准确性和有效性。
附图说明
图1是本发明实施例一种电动汽车电机抖动抑制方法流程图；
图2是本发明实施例一种电机转动的角速度计算方法流程图；
图3是本发明实施例另一种电动汽车电机抖动抑制方法流程图；
图4是本发明实施例一种电动汽车电机抖动抑制装置结构示意图。
具体实施方式
如背景技术中所述，现有技术对低频率段的电机抖动补偿运算周期长，并且仍需要依赖电机控制器(Microcontroller Unit,MCU)来进行扭矩补偿，而且从VCU发出指令到MCU按指令进行扭矩输出之间存在着一定的延迟，抑制电机抖动有限，电机仍然存在抖动现象。
本发明实施例根据转子的转动角度和转动时间计算电机转动的角速度，并根据角速度和转动惯量得到电机的扭矩抖动量，通过对扭矩抖动量进行滤波处理和滞环比较，得到电机的抖动频率，并结合扭矩抖动量和扭矩命令控制抖动频率内的电机；通过计算出电机的抖动频率段，利用相应的扭矩抖动量和扭矩命令结合，控制电机的转动，有效的抑制了低频段电动汽车的电机抖动。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图1是本发明实施例一种电动汽车电机抖动抑制方法流程图。
请参照图1，电动汽车电机抖动抑制方法包括：步骤S101，根据转子的转动角度和转动时间计算所述电机转动的角速度。
本实施例中，电机转动的角速度是根据旋转变压器输出的转子位置信息进行计算的。转子的位置信息包括转子的转动角度和转动时间。电机转动的角速度的计算公式为ω＝Δθ/ΔT；其中，Δθ为转子的转动角度，为当前检测状态的转子角度θ1与上一检测状态转子角度θ2之差，ΔT为转子的转动时间，为转子从上一检测状态到当前检测状态转动的时间。
具体实施中，电动汽车电机抖动抑制方法根据所述转子的位置变化对旋转变压器输出的转子位置信息，即所述转动角度进行补偿，并根据补偿后的所述转动角度计算所述电机转动的角速度。
具体转动角度补偿计算方法可参照图2，图2为电机转动的角速度计算方法流程图。
所述角速度计算方法包括：步骤S201，检测转子的位置信息。
本实施例中，转子的转动角度为0～2π，角速度计算方法实时检测转子的位置，所述位置信息包括转子在当前检测状态所处的角度。
步骤S202，判断转子位置是否达到设定补偿位置范围，如果是，则进入步骤S203，否则继续步骤S201。
本实施例中，转子在0～2π的角度范围内进行周期性的转动，当转子从角度0的位置转到角度2π的位置或者从角度2π的位置转到角度0的位置时，转子的转动角度Δθ的数值会突变，变为负值，导致角速度ω计算出现错误。为了保证角速度ω的准确性，在角度0和角度2π的位置设定补偿位置范围，并判断转子位置是否达到设定补偿位置范围。
具体实施中，设定补偿位置范围为角度0或角度2π附近一对相对应的数值，具体数值可以根据实际应用环境来确定并做适应性的调整。
步骤S203，对转子位置进行补偿并计算转子的当前角速度。
本实施例中，转子位置达到角度0或角度2π附近的设定补偿位置范围时，对转子当前检测状态的角度θ1进行补偿。所述补偿为将转子当前检测状态的角度θ1加上2π，保证了转子的转动角度Δθ的数值为正值。并根据补偿后的当前检测状态的角度θ1计算转子的当前角速度ω1。
步骤S204，计算当前角速度与上一检测状态角速度的差值。
步骤S205，判断差值是否达到设定误差阈值，如果是，则进入步骤S206，否则进入步骤S208。
本实施例中，由于转子的位置信息是通过旋转解码芯片进行输出的，当转子处于静止状态时，输出的转子的角度位置信息并不是一个固定不变的值，而是在某个角度附近不断跳变的值，导致转子的转动角度Δθ在正值、负值和零之间不断的变化。这种情况下，对转子的角度进行补偿将导致角速度ω达到非常大的数值，出现计算误差。所以需要计算当前角速度ω1与上一检测状态角速度ω2的差值Δω，并与设定误差阈值进行比较。
可以理解的是，所述设定阈值为一个根据实际应用环境而设定的值，本发明实施例对此不做限制。
步骤S206，更新角速度为当前角速度。
本发明实施例中，当前角速度ω1与上一检测状态角速度ω2的差值Δω达到设定误差阈值后，表示当前角速度ω1计算正确，并对角速度ω进行更新，即角速度ω为当前角速度ω1。
步骤S208，保持上一检测状态角速度。
本发明实施例中，当前角速度ω1与上一检测状态角速度ω2的差值Δω没有达到设定误差阈值，表示当前角速度ω1计算出现误差，保持角速度ω为上一检测状态角速度ω2。
步骤S207，对角速度进行滤波处理并输出。
本实施例中，由于计算出的角速度ω中含有高频杂波成分，故对角速度ω进行低通滤波处理，保证输出的角速度ω的精度。
本发明实施例的角速度计算方法根据转子的位置变化对转动角度进行补偿，并根据补偿后的转动角度计算所述电机转动的角速度，保证计算出的电机转动角速度准确，进而保证了扭矩抖动量对电机抖动控制的准确性和有效性。
电动汽车电机抖动抑制方法根据步骤S101得到电机的转动角速度ω后，进入步骤S102，根据角速度和转动惯量计算扭矩抖动量。
本实施例中，扭矩是使电机发生转动的一种特殊的力矩。电机的扭矩是指发动机从曲轴端输出的力矩。在功率固定的条件下与电机转动角速度成反比，转速越快扭矩越小，反之越大。
本实施例中，电动汽车电机抖动抑制方法首先对角速度ω进行微分处理，得到电机转动的加速度aω，加速度aω的计算公式为aω＝(ω1-ω2)/T1，其中，T1为电动汽车电机抖动抑制方法的采样周期。然后将加速度aω与转动惯量J做积得到电机的扭矩抖动量L，即所述扭矩抖动量L为电机转动角速度引起的负载扭矩抖动量。
具体实施中，所述转动惯量J为电机惯量、车轮惯量以及整车惯量之和。
步骤S103，对扭矩抖动量进行滤波处理并进行滞环比较；扭矩抖动量达到设定扭矩范围时，得到电机的抖动频率为扭矩抖动量对应的抖动频率。
本实施例中，由于计算出的角速度ω中含有高频杂波成分，根据角速度ω得到的扭矩抖动量L也会存在大幅度的高频杂波。故对扭矩抖动量进行二阶低通滤波处理，使得扭矩抖动量L的函数变得平滑，提高抖动频率的检测精度。
本实施例中，将处理后的所述扭矩抖动量L与设定扭矩范围进行滞环比较，判断扭矩抖动量L过零符号的变化，即判断扭矩抖动量L的正负变化。滞环比较的结果输出至一个计数器，当扭矩抖动量L的符号变化一次，计数器加一。当所述扭矩抖动量L过零符号的变化为两次时，可以判定电机出现抖动，且所述电机的抖动频率为所述扭矩抖动量L对应的抖动频率，否则，判定电机没有出现抖动或者电机抖动轻微，电机的抖动频率为不需要补偿的频率。
具体实施中，所述设定扭矩范围为上下限值为0附近的一对正负值，具体数值可根据实际应用环境确定并做适应性调整。
可以理解的是，本实施例采用滞环比较，根据比较结果与预置的两个限值比较。滞环比较有两个比较值，更适合浮动较大数值的比较以及逻辑判断，相对于单限比较稳定性提高。
本实施例中，采用另一个计数器为抖动周期进行计数。最大计数值为所需检测的频率对应的周期值与当前采样周期T1的比值。
步骤S104，结合扭矩抖动量和扭矩命令控制抖动频率内的所述电机。
本实施例中，由于电机控制系统对波动信号的响应存在固定的相位延迟，即根据步骤S102计算得到的扭矩抖动量L的相位与扭矩命令的相位存在固定的误差。其中，所述扭矩命令为电机控制系统对电机实施控制的指令，具体可以为阶跃信号。由于上述误差的存在，如果直接结合扭矩抖动量和扭矩命令控制电机，将会导致电机的抖动加剧。故在步骤S103后，还可以对所述扭矩抖动量L的相位进行相位调整，使扭矩抖动量L的相位与扭矩命令的相位一致；其中，所述扭矩命令为平滑处理后的阶跃信号。
本实施例中，在检测到需要补偿的电机抖动频率后，对经过相位调整后的扭矩抖动量进行反向得到补偿扭矩，并对所述补偿扭矩进行限幅，与平滑处理后的扭矩命令结合作为矢量控制的扭矩指令，控制抖动频率内的所述电机。
具体实施中，所述对所述补偿扭矩进行限幅包括根据抖动扭矩量的幅值、电机控制系统可控性以及车辆用户驾乘感受进行调整。
本发明实施例的电动汽车电机抖动抑制方法适用于MCU内部，抑制了地面负载以及电机特殊转速范围内VCU进行整车速度闭环控制时导致的电机抖动。
本发明实施例的电动汽车电机抖动抑制方法根据转子的转动角度和转动时间计算电机转动的角速度，并根据角速度和转动惯量得到电机的扭矩抖动量，通过对扭矩抖动量进行滤波处理和滞环比较，得到电机的抖动频率，并结合扭矩抖动量和扭矩命令控制抖动频率内的电机；通过计算出电机的抖动频率段，利用相应的扭矩抖动量和扭矩命令结合，控制电机的转动，有效的抑制了低频段电动汽车的电机抖动。
图3是本发明实施例另一种电动汽车电机抖动抑制方法流程图。
请参照图3，所述电动汽车电机抖动抑制方法包括：
步骤S301，根据转子的转动角度和转动时间计算电机转动的角速度。
步骤S302，根据角速度和转动惯量计算扭矩抖动量。
步骤S303，对扭矩抖动量进行滤波处理并进行滞环比较。
步骤S304，判断扭矩抖动量是否达到设定扭矩范围，如果是，进入步骤S305，否则进入步骤S308。
步骤S305，对扭矩抖动量进行相位调整。
步骤S306，将扭矩抖动量进行反向后得到补偿扭矩。
步骤S307，对补偿扭矩进行限幅处理后结合扭矩命令控制抖动频率内的电机。
步骤S308，当前抖动频率内的电机不需要补偿。
本发明实施例的具体实施方式可参照前述相应实施例，此处不再赘述。
本发明实施例还公开了一种电动汽车电机抖动抑制装置，图4是本发明实施例一种电动汽车电机抖动抑制装置结构示意图。
请参照图4，一并参照图1，所述电动汽车电机抖动抑制装置包括：
角速度计算单元401，根据转子的转动角度和转动时间计算所述电机转动的角速度。
具体实施中，角速度计算单元401根据所述转子的位置变化对旋转变压器输出的转子位置信息，即所述转动角度，进行补偿，并根据补偿后的所述转动角度计算所述电机转动的角速度。
扭矩抖动量计算单元402，耦接角速度计算单元401，根据所述角速度和转动惯量计算扭矩抖动量。
本实施例中，电动汽车电机抖动抑制方法首先对角速度ω进行微分处理，得到电机转动的加速度aω，加速度aω的计算公式为aω＝(ω1-ω2)/T1，其中，T1为电动汽车电机抖动抑制方法的采样周期。然后将加速度aω与转动惯量J做积得到电机的扭矩抖动量L，即所述扭矩抖动量L为电机转动角速度引起的负载扭矩抖动量。
抖动频率计算单元403，耦接扭矩抖动量计算单元402，对所述扭矩抖动量进行滤波处理并进行滞环比较；所述扭矩抖动量达到所述设定扭矩范围时，得到所述电机的抖动频率为所述扭矩抖动量对应的抖动频率。
本发明实施例中，抖动频率计算单元403还包括低通滤波单元404，对所述扭矩抖动量进行二阶低通滤波处理使得扭矩抖动量L的函数变得平滑，提高抖动频率的检测精度。
本实施例中，抖动频率计算单元403还包括滞环比较单元405，将处理后的所述扭矩抖动量与设定扭矩范围进行比较，当所述扭矩抖动量位于所述设定扭矩范围两次时，得到所述电机的抖动频率为所述扭矩抖动量对应的抖动频率。
相位调制单元406，耦接抖动频率计算单元403，对所述扭矩抖动量进行相位调整，使得所述扭矩抖动量的相位与所述扭矩命令的相位相同；其中，所述扭矩命令为平滑处理后的阶跃信号。
控制输出单元407，结合所述扭矩抖动量和扭矩命令控制所述抖动频率内的所述电机。
本实施例中，在检测到需要补偿的电机抖动频率后，对经过相位调整后的扭矩抖动量进行反向得到补偿扭矩，并对所述补偿扭矩进行限幅，与平滑处理后的扭矩命令结合作为矢量控制的扭矩指令，控制抖动频率内的所述电机。
本实施例的具体实施方式可参考前述相应实施例，此处不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于以计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种电动汽车电机抖动抑制方法，其特征在于，包括：
根据转子的转动角度和转动时间计算所述电机转动的角速度；
根据所述角速度和转动惯量计算扭矩抖动量；
对所述扭矩抖动量进行滤波处理并进行滞环比较；所述扭矩抖动量达到设定扭矩范围时，得到所述电机的抖动频率为所述扭矩抖动量对应的抖动频率；
结合所述扭矩抖动量和扭矩命令控制所述抖动频率内的所述电机。
2.根据权利要求1所述的电动汽车电机抖动抑制方法，其特征在于，所述对所述扭矩抖动量进行滤波处理并进行滞环比较；所述扭矩抖动量达到所述设定扭矩范围时，得到所述电机的抖动频率为所述扭矩抖动量对应的抖动频率后，还包括：
对所述扭矩抖动量进行相位调整，使得所述扭矩抖动量的相位与所述扭矩命令的相位相同；其中，所述扭矩命令为平滑处理后的阶跃信号。
3.根据权利要求1所述的电动汽车电机抖动抑制方法，其特征在于，根据所述转子的位置变化对所述转动角度进行补偿，并根据补偿后的所述转动角度计算所述电机转动的角速度。
4.根据权利要求1所述的电动汽车电机抖动抑制方法，其特征在于，所述扭矩抖动量为所述转动惯量和所述电机的加速度之积；其中，所述加速度为所述角速度微分处理后得到。
5.根据权利要求1所述的电动汽车电机抖动抑制方法，其特征在于，所述转动惯量为电机惯量、车轮惯量以及整车惯量之和。
6.根据权利要求1所述的电动汽车电机抖动抑制方法，其特征在于，所述对所述扭矩抖动量进行滤波处理并进行滞环比较，以得到所述电机的抖动频率包括：对所述扭矩抖动量进行二阶低通滤波处理，并将处理后的所述扭矩抖动量与设定扭矩范围进行比较，当所述扭矩抖动量位于所述设定扭矩范围两次时，得到所述电机的抖动频率为所述扭矩抖动量对应的抖动频率。
7.根据权利要求1所述的电动汽车电机抖动抑制方法，其特征在于，结合所述扭矩抖动量和所述扭矩命令控制所述抖动频率内的所述电机，包括：
将所述扭矩抖动量进行反向后得到补偿扭矩，对所述补偿扭矩进行限幅处理后结合扭矩命令控制所述抖动频率内的所述电机。
8.一种电动汽车电机抖动抑制装置，其特征在于，包括：
角速度计算单元，根据转子的转动角度和转动时间计算所述电机转动的角速度；
扭矩抖动量计算单元，根据所述角速度和转动惯量计算扭矩抖动量；
抖动频率计算单元，对所述扭矩抖动量进行滤波处理并进行滞环比较；所述扭矩抖动量达到所述设定扭矩范围时，得到所述电机的抖动频率为所述扭矩抖动量对应的抖动频率；
控制输出单元，结合所述扭矩抖动量和扭矩命令控制所述抖动频率内的所述电机。
9.根据权利要求8所述的电动汽车电机抖动抑制装置，其特征在于，还包括：相位调制单元，耦接抖动频率计算单元，对所述扭矩抖动量进行相位调整，使得所述扭矩抖动量的相位与所述扭矩命令的相位相同；其中，所述扭矩命令为平滑处理后的阶跃信号。
10.根据权利要求8所述的电动汽车电机抖动抑制装置，其特征在于，所述抖动频率计算单元还包括：低通滤波单元，对所述扭矩抖动量进行二阶低通滤波处理；滞环比较单元，将处理后的所述扭矩抖动量与设定扭矩范围进行比较，当所述扭矩抖动量位于所述设定扭矩范围两次时，得到所述电机的抖动频率为所述扭矩抖动量对应的抖动频率。
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