CN106915278A - 一种纯电动汽车急加速抖动的自适应抑制方法 - Google Patents

一种纯电动汽车急加速抖动的自适应抑制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纯电动汽车急加速抖动的自适应抑制方法，包括：整车控制器计算出驾驶员需求扭矩；整车控制器接收电机反馈的实际转速信号并通过高阶帯通滤波器进行滤波；将控制目标零转速与滤波后的电机转速做差值得到偏差转速；根据偏差转速利用PID控制算法得到PID控制器输出的自适应防抖动态扭矩；将PID控制器输出的自适应防抖动态扭矩做最大最小的饱和值限制最后得到自适应防抖动态扭矩；将驾驶员需求扭矩与自适应防抖动态扭矩相加，得到最后发送给电机控制器的目标扭矩值。与限制扭矩增长斜率以及利用电机转速滤波值为目标的PID控制方式相比，该方法自适应能力强、易标定验证，同时兼顾整车舒适性能和加速性能。

Description

一种纯电动汽车急加速抖动的自适应抑制方法
技术领域
本发明涉及电动汽车驱动控制技术领域，具体是一种纯电动汽车急加速抖动的自适应抑制方法。
背景技术
随着全球石油资源的逐渐匮乏和环境问题的日益突出，纯电动汽车以其低噪声、零排放等优势逐步迈入产业化阶段，相对研究对其性能的关注也从单纯行驶功能的实现而越来越倾向于动力性、经济性、操纵稳定性、驾驶舒适性等性能的全面提高。
目前纯电动汽车的动力传动系统多采用驱动电机结合单级减速器的结构形式,由于传动系采用刚性连接，同时齿轮间存在较大间隙，并且牵引电机本身转动惯量也较小，急加速过程中扭矩上升很快，会导致传动系统的弹性形变，传动系统在动力传递的瞬态过渡过程中，整车牵引力矩和电机输出力矩存在非线性关系，出现抖动现象。同时如果出现抖动的频率和整车传动系统的频率在同一个频率范围内会加剧问题的发生。传动系统在动力传递的稳态过程中，整车牵引力矩和电机输出力矩存在线性关系，抖动消失。
专利文献1(CN102887080A)中主要通过增加力矩平滑环节，通过限制电机输出扭矩瞬间跳变的步长和采用滤波的方式控制电机扭矩逐步逼近期望扭矩，减小电机输出扭矩对传动系统的影响，使抖动现象得到改善。但是由于对需求期望扭矩进行了限制导致急踩加速踏板时电机扭矩响应变慢，影响车辆的加速性能。
专利文献2(CN104228606A)中是对实际电机转速信号进行滤波，消除电机转速信号的抖动，控制实际电机转速信号趋近于滤波后的转速信号，达到消除电机转速短时间的上下波动，从而达到消除车辆抖动的问题。但是由于将电机转速滤波值作为控制目标值，而实际车辆在行驶时的电机转速随行驶工况变化是动态变化的，如果将滤波后的电机转速作为目标值很难满足驾驶员的驾驶意图。另外，转速滤波通过一阶滤波的方式来计算，滤波所需的时间常数与转速差的对应关系，通过实车标定获得工作量很大或者很难实现。
因此，现有的纯电动急加速抖动的抑制方法无法同时兼顾整车舒适性和加速性，同时没有考虑到由于车辆一致性的差异对控制方法的影响。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种纯电动汽车急加速抖动的自适应抑制方法，该方法是基于高阶帯通转速滤波和根据电机转速波动峰峰值来实现的自适应防抖控制方法，使电机转速波动峰峰值处于可接受的一定范围之内，通过该方法能够很好的解决纯电动汽车急加速时的抖动问题，同时兼顾整车舒适性能和加速性能。
本发明采用的技术方案为：
本发明的实施例提供一种纯电动汽车急加速抖动的自适应抑制方法，包括以下步骤：
(1)整车控制器基于采集加速踏板信号、制动踏板信号、档位信号以及车速信号，实时计算出当前驾驶员需求扭矩；
(2)整车控制器接收电机反馈的实际转速信号，将接收的电机转速信号通过高阶带通滤波器进行滤波后反馈至PID控制器；
(3)将控制目标零转速与高阶带通滤波器反馈的电机转速反馈值做差值得到偏差转速；
(4)PID控制器根据初始P、I、D项的参数以及偏差转速计算得到防抖动态扭矩并进行输出；
(5)将PID控制器输出的防抖动态扭矩做最大最小饱和值限制，以得到最终的防抖动态扭矩。
可选地，在步骤(5)中，如果PID控制器输出的防抖动态扭矩在实车标定的最大防抖扭矩饱和值范围内，则将PID控制器输出的防抖动态扭矩作为最终的防抖动态扭矩，否则，则将最大防抖扭矩饱和值作为最终的防抖动态扭矩。
可选地，还包括：(6)在满足预设条件下，将所述最终的防抖动态扭矩与所述驾驶员需求扭矩相加，得到最后发送给电机控制器的扭矩需求值，电机控制器将该扭矩需求值转化为相应的三相交流电来控制电机输出扭矩。
可选地，所述预设条件包括：除抖控制使能为真、当前档位为D挡或R挡、ABS/ASR/MSR未介入、电机转速小于预设值。
可选地，还包括对PID控制器的P、I、D项的参数值进行动态调整，其中，当在预设时间内计算的电机转速波动峰峰值超过实车标定准许的电机转速波动峰峰值时，则增加P、I、D项的参数值；当PID控制器输出的防抖动态扭矩超过实车标定的最大防抖扭矩饱和值时，则减少P、I、D项的参数值。
可选地，所述初始P、I、D项的参数为设置为使得电机转速波动峰峰值位于实车标定准许的电机转速波动峰峰值内的值。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：利用高阶带通滤波计算反馈的实际电机转速，保证整车行驶时只有车辆抖动时的电机转速会通过高阶帯通滤波器反馈到PID控制器，而整车正常行驶时PID控制器不起作用，保证车辆行驶的安全性；考虑到由于车辆生产一致性的差异对控制方法的影响，直接选取能反应驾驶性能的电机转速参数作为反馈，利用电机转速波动峰峰值和实车准许的电机转速波动峰峰值做比较来动态调节PID的参数，实现自适应防抖控制。
附图说明
图1为本发明的纯电动急加速抖动的抑制方法的示意图。
图2为本发明的PID控制器的控制参数的动态调整示意图。
图3为本发明的防抖策略执行示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
图1为本发明的纯电动急加速抖动的抑制方法的示意图。图2为本发明的PID控制器的控制参数的动态调整示意图。图3为本发明的防抖策略执行示意图。
如图1所示，本发明的纯电动急加速抖动的抑制方法包括：整车控制器根据采集的信号计算出驾驶员需求扭矩；整车控制器接收电机反馈的实际转速信号并通过高阶帯通滤波器进行滤波；将控制目标零转速与滤波后的电机转速做差值得到偏差转速；根据偏差转速利用PID控制算法得到PID控制器输出的自适应防抖动态扭矩；将PID控制器输出的自适应防抖动态扭矩做最大最小的饱和值限制，最后得到自适应防抖动态扭矩；将驾驶员需求扭矩与做饱和值限制后的自适应防抖动态扭矩进行相加，得到最后发送给电机控制器的目标扭矩值。具体控制步骤如下：
(1)整车控制器采集加速踏板信号、制动踏板信号、档位信号以及车速信号，并基于采集的这些信号实时计算出当前驾驶员需求扭矩；驱动扭矩可利用加速踏板和车速通过查表得到，制动扭矩可利用制动踏板和车速通过查表得到。
(2)整车控制器接收电机反馈的实际转速信号，将接收的电机转速信号通过高阶带通滤波器进行滤波后反馈至PID控制器。具体地，整车控制器将对应于计算出的当前驾驶员需求扭矩的控制指令通过CAN信号发送给电机控制器，电机控制器根据整车控制器发送的控制指令控制电机输出与该控制指令相对应的扭矩，并采集电机反馈的实际转速信号，将采集的电机的实际转速信号通过CAN网络发送给整车控制器。整车控制器接收的电机转速信号经高阶带通滤波器进行滤波后反馈至PID控制器。车辆正常行驶时由于没有抖动信号，因此电机转速信号通过带通滤波器后的转速接近零转速，与控制目标值一致，PID控制器不会进行工作，以保证车辆的安全。当车辆有抖动时，因为抖动信号的干扰，电机转速信号通过高阶带通滤波器进行滤波后不会接近控制目标零转速，滤波后的电机转速信号会被反馈至PID控制器，PID控制器进行工作。本发明对高阶带通滤波器的型号没有特别限制，可以使用现有的标准高阶带通滤波器。
(3)将控制目标零转速与高阶带通滤波器反馈的电机转速反馈值做差值得到偏差转速。PID控制器将控制目标零转速与高阶带通滤波器反馈的电机转速反馈值进行比较，将它们进行做差处理得到偏差转速。
(4)PID控制器根据初始P、I、D项的参数以及偏差转速，利用PID控制算法计算得到防抖动态扭矩并进行输出。初始P、I、D项的参数为设置为使得电机转速波动峰峰值位于实车标定准许的电机转速波动峰峰值内的值，为常数，可通过对不同车辆的测试来选取满足车辆要求前提下的比较大的值，从而进行实车标定，以保证PID控制器的效果。例如，以10辆车为例，对于P项参数，其中参数0.3可以满足7辆车的电机转速波动峰峰值位于实车标定准许的电机转速波动峰峰值内，参数0.4可以满足3辆车的电机转速波动峰峰值位于实车标定准许的电机转速波动峰峰值内，这种情况下，可将初始的P参数选取为P＝0.3，类似地，可得到初始的I、D项的参数。
(5)将PID控制器输出的防抖动态扭矩做最大最小饱和值限制，以得到最终的防抖动态扭矩。具体地，如图1所示，如果PID控制器输出的防抖动态扭矩在实车标定的最大防抖扭矩饱和值范围内，则PID控制器会将输出的防抖动态扭矩作为最终的防抖动态扭矩，否则，则将最大防抖扭矩饱和值作为最终的防抖动态扭矩。最大防抖扭矩饱和值可根据实车标定来进行设置。
(6)在满足预设条件下，将所述最终的防抖动态扭矩与所述驾驶员需求扭矩相加，得到最后发送给电机控制器的扭矩需求值，电机控制器将该扭矩需求值转化为相应的三相交流电来控制电机输出扭矩。本发明中的预设条件包括：1.除抖控制使能为真；2.当前档位为D挡或R挡；3.防抱死制动系统(Anti-lock Braking System：ABS)/驱动防滑系统(Acceleration Slip Regulation：ASR)/发动机阻力矩控制系统(Motor control SlideRetainer：MSR)未介入；4.电机转速小于预设值。如图3所示，自适应防抖控制策略必须在基本标定完成后才能进行，因此在做基本标定时要屏蔽将驾驶员需求力矩与PID控制器输出的防抖动态扭矩进行相加这个功能，只有在防抖控制使能标定量为真时且同时满足条件2至4时才执行防抖策略，即将计算的驾驶员需求扭矩与PID控制器输出的防抖动态扭矩进行相加来控制电机的输出，从而增强整车的舒适性能。在实车标定时如果电机转速比较高时，由于此时车辆惯性比较大不会出现车辆抖动的情况，因此这个功能限制在一定转速下，具体限制在多少转速下可根据车辆上的具体标定来设置。因而，为了保证车辆的安全性，只有在同时满足这些预设条件时才执行自适应防抖控制功能。
考虑到车辆一致性的差异，实车标定的初始P、I、D项的参数可能不会适用所有的车辆，某些车辆在利用初始P、I、D项的参数进行计算时，得到的电机转速波动峰峰值可能会超过实车标定准许的电机转速波动峰峰值，因此本发明在自适应抑制方法的过程中还包括对PID控制器的P、I、D项的参数值进行自适应动态调整。如图2所示，当在预设时间内计算的电机转速波动峰峰值超过实车标定准许的电机转速波动峰峰值时，则增加P、I、D项的参数值；当PID控制器输出的防抖动态扭矩超过实车标定的最大防抖扭矩饱和值时，则减少P、I、D项的参数值。当在预设时间内计算的电机转速波动峰峰值超过实车标定准许的电机转速波动峰峰值时，说明PID控制器参数值过小，无法满足实时性的要求需要增大参数，此时需要增大PID控制器的参数值，以调整电机转速波动峰峰值。但是，在确保电机转速波动峰峰值处于一定范围内时，还需要同时考虑PID控制器输出的防抖动态扭矩的饱和限制，使得PID控制器输出的防抖动态扭矩也处于一定的范围内，而不超过实车标定的最大防抖扭矩饱和值，当某时刻PID控制器输出的防抖动态扭矩超过实车标定的最大防抖扭矩饱和值时，则相应减少P、I、D项的参数值来动态调整防抖动态扭矩。在自适应动态调整过程中，第一次计算的是初始的P、I、D项的参数值，后续根据计算的电机转速波动峰峰值来对前次调整的P、I、D项的参数值进行选择性地调整。如图1所示，PID每项系数由基础参数*自适应参数构成，基础参数是常值，而自适应参数是0～1的权重系数，自适应动态调整的是权重系数，权重系数具体为多少，可根据计算电机转速波动峰峰值和PID控制器输出的防抖动态扭矩来进行确定。预设时间要略大于一个抖动周期，以便保证能够计算出电机转速波动峰峰值，电机转速波动峰峰值需要在实际车辆上标定，一般车速低时准许的电机转速波动峰峰值也低，例如在怠速爬行时准许转速波动峰峰值为20rpm，车速高时准许的电机转速波动峰峰值也高，例如60rpm。
综上，本发明的纯电动急加速抖动的抑制方法基于高阶带通转速滤波与动态自适应参数PID控制算法来解决纯电动汽车车辆抖动问题，与限制扭矩增长斜率以及利用电机转速滤波值为目标的PID控制方式相比，该方法自适应能力强、易标定验证，同时兼顾整车舒适性能和加速性能。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种纯电动汽车急加速抖动的自适应抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)整车控制器基于采集加速踏板信号、制动踏板信号、档位信号以及车速信号，实时计算出当前驾驶员需求扭矩；
(2)整车控制器接收电机反馈的实际转速信号，将接收的电机转速信号通过高阶带通滤波器进行滤波后反馈至PID控制器；
(3)将控制目标零转速与高阶带通滤波器反馈的电机转速反馈值做差值得到偏差转速；
(4)PID控制器根据初始P、I、D项的参数以及偏差转速计算得到防抖动态扭矩并进行输出；
(5)将PID控制器输出的防抖动态扭矩做最大最小饱和值限制，以得到最终的防抖动态扭矩。
2.根据权利要求1所述的纯电动汽车急加速抖动的自适应抑制方法，其特征在于，在步骤(5)中，如果PID控制器输出的防抖动态扭矩在实车标定的最大防抖扭矩饱和值范围内，则将PID控制器输出的防抖动态扭矩作为最终的防抖动态扭矩，否则，则将最大防抖扭矩饱和值作为最终的防抖动态扭矩。
3.根据权利要求1所述的纯电动汽车急加速抖动的自适应抑制方法，其特征在于，还包括：
(6)在满足预设条件下，将所述最终的防抖动态扭矩与所述驾驶员需求扭矩相加，得到最后发送给电机控制器的扭矩需求值，电机控制器将该扭矩需求值转化为相应的三相交流电来控制电机输出扭矩。
4.根据权利要求3所述的纯电动汽车急加速抖动的自适应抑制方法，其特征在于，所述预设条件包括：除抖控制使能为真、当前档位为D挡或R挡、ABS/ASR/MSR未介入、电机转速小于预设值。
5.根据权利要求1所述的纯电动汽车急加速抖动的自适应抑制方法，其特征在于，还包括对PID控制器的P、I、D项的参数值进行动态调整，其中，当在预设时间内计算的电机转速波动峰峰值超过实车标定准许的电机转速波动峰峰值时，则增加P、I、D项的参数值；当PID控制器输出的防抖动态扭矩超过实车标定的最大防抖扭矩饱和值时，则减少P、I、D项的参数值。
6.根据权利要求1所述的纯电动汽车急加速抖动的自适应抑制方法，其特征在于，所述初始P、I、D项的参数为设置为使得电机转速波动峰峰值位于实车标定准许的电机转速波动峰峰值内的值。。
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