CN110588365B - 电机转矩控制方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种电机转矩控制方法、系统、设备及存储介质，该方法通过实时获取所述车辆的电机的转速和所述车辆的踏板电压；在所述转速小于或等于第一转速时，根据预设的比例系数和所述踏板电压实时调整所述电机控制器的给定转矩电流；在所述转速大于所述第一转速时，根据所述踏板电压实时调整所述电机控制器的给定转矩电流，以提高电机的转矩控制的灵敏度。

Description

电机转矩控制方法、系统、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种电机转矩控制方法、系统、设备及存储介质。

背景技术

近年来，新能源汽车产业在国家政府大力支持下，迅猛发展。新能源车主驱电机及其控制系统，是整车动力总成的关键部件，主驱电机的转矩控制性能，直接影响了驾驶体验，而电机控制中转矩指令电流的规划，又直接影响加速体验和操纵体验。

新能源汽车在不同的工况下，如启动、爬坡、高速巡航等，主驱动电机可能会在恒转矩区域和恒功率区域运行。常规控制中，电机运行于恒转矩区时，汽车踏板深度与电机转矩指令成线性关系；当车辆运行转速升高，到达恒功率区时，由于电机过载能力限制，必须对电机输出转矩进行限制，使得电机发热功率在安全范围内，防止电机烧毁；而如果仅仅简单限转矩，会造成高速运行时，踏板可控范围变小，即踏板踩下很小角度时，已经到达该运行状态下的转矩限制输出。

发明内容

本发明实施例提供一种电机转矩控制方法、系统、计算机设备及存储介质，以提高电机的转矩控制的灵敏度。

一种电机转矩控制方法，用于调整车辆的电机控制器的给定转矩电流，包括：

实时获取所述车辆的电机的转速和所述车辆的踏板电压；

在所述转速小于或等于第一转速时，根据预设的比例系数和所述踏板电压实时调整所述电机控制器的给定转矩电流；

在所述转速大于所述第一转速时，根据所述踏板电压实时调整所述电机控制器的给定转矩电流。

优选地，所述比例系数为

其中，所述I_max＝3I_r，且所述I_r为所述电机的额定电流，所述V_{ref_max}为预设的踏板最大电压；

所述根据预设的比例系数和所述踏板电压实时调整所述电机的给定转矩电流，包括：使用以下计算式获得所述给定转矩电流：

I＝kV

其中，所述I为给定转矩电流，所述V为所述踏板电压。

优选地，所述根据预设的比例系数和所述踏板电压实时调整所述电机控制器的给定转矩电流，包括在所述转速大于或等于第二转速且小于第三转速时执行的以下步骤：

采样所述电机控制器的输出电流，并根据所述输出电流和转速获取第一电流限制值，其中，所述第二转速小于所述第一转速；

在所述电机控制器的输出电流小于所述第一电流限制值时，根据预设的比例系数和所述踏板电压实时调整所述电机控制器的给定转矩电流；

在所述电机控制器的输出电流大于或等于所述第一电流限制值时，以所述第一电流限制值作为给定转矩电流输出。

优选地，所述第一电流限制值通过以下计算式得到：

其中，所述I_t为第一电流限制值，所述P为所述电机的额定功率，所述n为所述电机的转速，所述ρ为所述电机的极对数，所述L_m为所述电机的互感，所述L_r为所述电机的转子电感，所述λ为所述电机的转子磁链。

优选地，所述根据预设的比例系数和所述踏板电压实时调整所述电机控制器的给定转矩电流，包括在所述转速大于所述第三转速且小于所述第一转速时执行以下步骤：

采样所述电机控制器的输出电流；

在所述电机控制器的输出电流小于或等于预设的第二电流限制值时，根据预设的比例系数和所述踏板电压实时调整所述电机控制器的给定转矩电流；

在所述踏板电压大于电压预设值，或者所述电机控制器的输出电流大于或等于所述第二电流限制值时，以所述第二电流限制值作为给定转矩电流输出。

优选地，所述根据所述踏板电压实时调整所述电机的输出转矩对应的给定转矩电流，包括：

在所述踏板电压小于所述电压预设值时，实时计算动态比例系数；

根据所述动态比例系数实时调整电机控制器的给定转矩电流，其中所述给定电流为：

I＝k_r(V_ref-V_min)

其中，所述I为转矩指令电流，所述V_ref为所述踏板电压，所述V_min为所述踏板最小启动电压；

在所述踏板电压大于或等于所述电压预设值时，以第三限制电流值作为给定转矩电流输出。

优选地，所述动态比例系数通过以下计算式得到：

其中，所述k_r为所述动态比例系数，所述n_max为所述电机的最大预设转速，所述n为所述电机的转速，所述V₂为电压预设值；

所述第三电流限制值通过以下计算式得到：

其中，所述I为第三限制电流值，所述n为所述电机的转速。

一种电机转矩控制系统，用于调整车辆的电机控制器的给定转矩电流，包括：

获取模块，用于实时获取所述车辆的电机的转速和所述车辆的踏板电压；

第一调整模块，用于在所述转速小于或等于第一转速时，根据预设的比例系数和所述踏板电压实时调整所述电机控制器的给定转矩电流；

第二调整模块，用于在所述转速大于所述第一转速时，根据所述踏板电压实时调整所述电机控制器的给定转矩电流。

一种电机转矩控制设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述电机转矩控制方法的步骤。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述电机转矩控制方法的步骤。

上述电机转矩控制方法、系统、设备及存储介质，通过控制电机控制器在不同转速时根据不同的参数设置给定转矩电流，使得电机控制器在不同的转速区域内，输出不同的给点转矩电流，从而改变电机的转矩，实现了提高转矩控制的灵敏度的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提出的电机转矩控制方法的示意图；

图2是各个转速范围内，踏板电压与电机电流关系；

图3是本发明一实施例中电机转矩控制系统的一示意图；

图4是本发明一实施例中电机转矩控制设备的一示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的区间。

以下以三相异步电机为例对本发明实施例进行说明(需要说明的是，本发明不限定电机的种类)：

三相异步电机励磁电流和电枢电流均由定子绕组提供，通过矢量控制可以独立控制磁通和转矩电流，进而实时控制转矩。转子磁链大小λ正比于d轴电流I。三相异步电机电磁转矩表达式为：

其中，T_e为电机的电磁转矩；ρ为电机的极对数；Lm为电子的互感；Lr为电机转子电感；λ为电机的转子磁链；I为电机的q轴电流。

忽略电机的电感变化，则控制转子磁链λ的大小和定子q轴电流，即可控制电机的转矩，需要说明的是转子磁链大小λ，有专门控制方法，不在本发明讨论范围内。

为此，本发明实施例提供了一种电机转矩控制方法，通过对电机控制器输出的给定转矩电流进行控制，以提高车辆中驱动电机(以下简称电机)的转矩控制的灵敏度。

在一实施例中，如图1和图2所示，提供一种电机转矩控制方法，以该方法应用电机控制器为例进行说明，包括如下步骤：

S10：实时获取车辆的电机的转速和车辆的踏板电压。上述踏板电压根据车辆的油门踏板的开度变化而变化，即在油门踏板被踩下时，踏板电压升高；油门踏板释放时，踏板电压降低。

S20：在转速小于或等于第一转速时，根据预设的比例系数和踏板电压实时调整电机控制器的给定转矩电流。

其中，比例系数为：

其中，I_max＝3I_r，且I_r为电机的额定电流，V_{ref_max}为预设的踏板最大电压。

给定转矩电流具体通过以下计算式获得：

I＝kV (2)

其中，I为给定转矩电流，V为踏板电压。

需要说明的是，在低速段(在转速小于第二转速，例如n<500rpm)，为了保证低速大转矩输出，在电机控制器的最大控制范围内，需要尽量加大输出电流(即给定转矩电流)；但是过大的电流会产生过大的铜损，严重时甚至会烧毁电机，因此在低速段时，输出电流最大不能超过3倍的电机额定电流。

随着转速上升，电机输出功率不断变大，直到额定功率，此时电机的转速在中速段，也即转速大于或等于第二转速且小于第三转速(例如500<n<3000)，其中，第二转速小于第一转速、第三转速小于第二转速，此时，由

并结合(1)可知，电机的输出电流随着转速升高，不断减小，即踏板电压对给定转矩电流的控制区间不断变小，即电机的输出转矩不断变小，为了防止电机的转矩过小，可通过执行以下步骤来实现控制：

S21：采样电机控制器的输出电流，并根据输出电流和转速获取第一电流限制值。

其中，第一电流限制值通过以下计算式得到：

其中，I_t为第一电流限制值，P为电机的额定功率，n为电机的转速，ρ为电机的极对数，L_m为电机的互感，L_r为电机的转子电感，λ为电机的转子磁链。

S22：在电机控制器的输出电流小于第一电流限制值时，根据预设的比例系数和踏板电压实时调整电机控制器的给定转矩电流。

也即根据计算式(2)实时调整电机控制器的给定转矩电流。

S23：在电机控制器的输出电流大于或等于第一电流限制值时，以第一电流限制值作为给定转矩电流输出。

需要说明的是，在本发明实施例中，第三转速可通过上述(1)和(2)式推导得到：

将(1)代入(2)中，得到：

其中，I＝2I_r。

随着电机转速的提高，车辆运行速度的加快，为了提高车辆高速运行时电机的转矩，可在转速大于第三转速且小于第一转速时执行以下步骤：

S24：采样电机控制器的输出电流；

S25：在电机控制器的输出电流小于或等于预设的第二电流限制值时，根据预设的比例系数和踏板电压实时调整电机控制器的给定转矩电流。

也即根据计算式(2)实时调整电机控制器的给定转矩电流。

S26：在踏板电压大于电压预设值，或者电机控制器的输出电流大于或等于第二电流限制值时，以第二电流限制值作为给定转矩电流输出。

示例性地，在本发明实施例中，第二电流限制值可以是2倍的电机的额定电流，即I＝2I_r。

当电机转速不断升高，到达电机最高转速时，为了减小对电机轴承及周边机械的磨损，及可能产生的振动，需要对电机最高转速进行限制。因此在n₁<n<n_max(n₁为第一转速，n_max为电机的最高转速，示例性地，n₁＝n_max-500rpm，n_max可以为5500rpm)范围内，将电机输出转矩线性降为零，则电机运行转速不会超过最高转速n_max。由牛顿第二定律可知，在电机转矩下降过程中，加速度不断下降，转速会自动平衡在电机输出转矩与当前转速对应的摩擦转矩相等的状态，最终平衡状态的转速不会高于最高运行转速设定。具体可通过电机控制器输出最大电流随转速线性下降实现：

S30：在转速大于第一转速时，根据踏板电压实时调整电机控制器的给定转矩电流。

具体地，在转速大于第一转速时，执行以下步骤：

S31：在踏板电压小于电压预设值时，实时计算动态比例系数；

其中，动态比例系数通过以下计算式(6)得到：

k_r为动态比例系数，n_max为电机的最大预设转速，n为电机的转速，V₂为电压预设值；

S32：根据动态比例系数实时调整电机控制器的给定转矩电流，其中给定电流为：

I＝k_r(V_ref-V_min) (7)

其中，I为转矩指令电流，V_ref为踏板电压，V_min为踏板最小启动电压；

S33：在踏板电压大于或等于电压预设值时，以第三限制电流值作为给定转矩电流输出。

其中，第三电流限制值通过以下计算式(8)得到：

其中，I为第三限制电流值，n为电机的转速。

本发明实施例通过控制电机控制器在不同转速时根据不同的参数设置给定转矩电流，使得电机控制器在不同的转速区域内，输出不同的给点转矩电流，从而改变电机的转矩，实现了提高转矩控制的灵敏度的目的。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

在一实施例中，提供一种电机转矩控制系统，该电机转矩控制系统与上述实施例中电机转矩控制方法一一对应。如图3所示，该电机转矩控制系统包括获取模块10、第一调整模块20和第二调整模块30。各功能模块详细说明如下：

获取模块10，用于实时获取车辆的电机的转速和车辆的踏板电压；

第一调整模块20，用于在转速小于或等于第一转速时，根据预设的比例系数和踏板电压实时调整电机控制器的给定转矩电流；

第二调整模块30，用于在转速大于第一转速时，根据踏板电压实时调整电机控制器的给定转矩电流。

关于电机转矩控制系统的具体限定可以参见上文中对于电机转矩控制方法的限定，在此不再赘述。上述电机转矩控制系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

如图4所示，本发明实施例还提供一种电机转矩控制设备，该设备与上述图1对应实施例中的电流幅值调节方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本设备实施例中均对应适用，这里不再赘述。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，该存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现如上所述电机转矩控制方法的步骤。本实施例中的计算机可读存储介质与上述图1对应实施例中的电机转矩控制方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本设备实施例中均对应适用，这里不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理器中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的电机转矩控制方法、系统及设备，可以通过其它的方式实现。另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理器中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或界面切换设备、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电机转矩控制方法，用于调整车辆的电机控制器的给定转矩电流，其特征在于，包括：

实时获取所述车辆的电机的转速和所述车辆的踏板电压；

在所述转速小于或等于第一转速时，根据预设的比例系数和所述踏板电压实时调整所述电机控制器的给定转矩电流；

在所述转速大于所述第一转速时，根据所述踏板电压实时调整所述电机控制器的给定转矩电流；

所述根据预设的比例系数和所述踏板电压实时调整所述电机控制器的给定转矩电流，包括在所述转速大于或等于第二转速且小于第三转速时执行的以下步骤：

采样所述电机控制器的输出电流，并根据所述输出电流和转速获取第一电流限制值，其中，所述第二转速小于所述第一转速；

在所述电机控制器的输出电流小于所述第一电流限制值时，根据预设的比例系数和所述踏板电压实时调整所述电机控制器的给定转矩电流；

在所述电机控制器的输出电流大于或等于所述第一电流限制值时，以所述第一电流限制值作为给定转矩电流输出；

所述第一电流限制值通过以下计算式得到：

其中，所述I_t为第一电流限制值，所述P为所述电机的额定功率，所述n为所述电机的转速，所述ρ为所述电机的极对数，所述L_m为所述电机的互感，所述L_r为所述电机的转子电感，所述λ为所述电机的转子磁链。

2.如权利要求1所述的电机转矩控制方法，其特征在于，所述比例系数为

其中，所述I_max＝3I_r，且所述I_r为所述电机的额定电流，所述V_{ref_max}为预设的踏板最大电压；

所述根据预设的比例系数和所述踏板电压实时调整所述电机的给定转矩电流，包括：使用以下计算式获得所述给定转矩电流：

I＝kV

其中，所述I为给定转矩电流，所述V为所述踏板电压。

3.如权利要求1所述的电机转矩控制方法，其特征在于，所述根据预设的比例系数和所述踏板电压实时调整所述电机控制器的给定转矩电流，包括在所述转速大于所述第三转速且小于所述第一转速时执行以下步骤：

采样所述电机控制器的输出电流；

在所述电机控制器的输出电流小于或等于预设的第二电流限制值时，根据预设的比例系数和所述踏板电压实时调整所述电机控制器的给定转矩电流；

在所述踏板电压大于电压预设值，或者所述电机控制器的输出电流大于或等于所述第二电流限制值时，以所述第二电流限制值作为给定转矩电流输出。

4.如权利要求1所述的电机转矩控制方法，其特征在于，所述根据所述踏板电压实时调整所述电机的输出转矩对应的给定转矩电流，包括：

在所述踏板电压小于电压预设值时，实时计算动态比例系数；

根据所述动态比例系数实时调整电机控制器的给定转矩电流，所述给定转矩电流为：

I＝k_r(V_ref-V_min)

其中，所述I为转矩指令电流，所述V_ref为所述踏板电压，所述V_min为所述踏板最小启动电压；

所述根据所述踏板电压实时调整所述电机的输出转矩对应的给定转矩电流，还包括：在所述踏板电压大于或等于所述电压预设值时，以第三电流限制值作为给定转矩电流输出。

5.如权利要求4所述的电机转矩控制方法，其特征在于，所述动态比例系数通过以下计算式得到：

其中，所述k_r为所述动态比例系数，所述n_max为所述电机的最大预设转速，所述n为所述电机的转速，所述V₂为电压预设值；

所述第三电流限制值通过以下计算式得到：

其中，所述I为第三限制电流值，所述n为所述电机的转速。

6.一种电机转矩控制系统，用于调整车辆的电机控制器的给定转矩电流其特征在于，包括：

获取模块，用于实时获取所述车辆的电机的转速和所述车辆的踏板电压；

第一调整模块，用于在所述转速小于或等于第一转速时，根据预设的比例系数和所述踏板电压实时调整所述电机控制器的给定转矩电流；

第二调整模块，用于在所述转速大于所述第一转速时，根据所述踏板电压实时调整所述电机控制器的给定转矩电流；

所述根据预设的比例系数和所述踏板电压实时调整所述电机控制器的给定转矩电流，包括在所述转速大于或等于第二转速且小于第三转速时执行的以下步骤：

采样所述电机控制器的输出电流，并根据所述输出电流和转速获取第一电流限制值，其中，所述第二转速小于所述第一转速；

在所述电机控制器的输出电流小于所述第一电流限制值时，根据预设的比例系数和所述踏板电压实时调整所述电机控制器的给定转矩电流；

在所述电机控制器的输出电流大于或等于所述第一电流限制值时，以所述第一电流限制值作为给定转矩电流输出；

所述第一电流限制值通过以下计算式得到：

其中，所述I_t为第一电流限制值，所述P为所述电机的额定功率，所述n为所述电机的转速，所述ρ为所述电机的极对数，所述L_m为所述电机的互感，所述L_r为所述电机的转子电感，所述λ为所述电机的转子磁链。

7.一种电机转矩控制设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述电机转矩控制方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述电机转矩控制方法的步骤。

Images