CN110682798A - 电机扭矩控制方法、装置、系统和计算机存储介质 - Google Patents

电机扭矩控制方法、装置、系统和计算机存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电机控制技术，特别涉及用于新能源汽车的电机扭矩控制方法、装置、整车控制器、包含该整车控制器的车辆巡航控制系统以及实施所述方法的计算机存储介质。按照本发明一个方面的用于新能源汽车的电机扭矩控制方法包含下列步骤：确定电机扭矩是否将发生越过零点的变化；以及如果将发生越过零点的变化，则将电机扭矩设定为其在零点附近时具有比远离零点时更小的变化率。

Description

电机扭矩控制方法、装置、系统和计算机存储介质
技术领域
本发明涉及电机控制技术，特别涉及用于新能源汽车的电机扭矩控制方法、装置、整车控制器、包含该整车控制器的车辆巡航控制系统以及实施所述方法的计算机存储介质。
背景技术
巡航控制作为车辆基本功能，在传统燃油车辆中已基本成熟。诸如电动汽车、插电混合动力汽车之类的新能源汽车，其发展迅猛，正在被越来越多的消费者接受。与传统燃油车辆相比，在新能源汽车中，作为动力核心的电机既能输出正扭矩以驱动整车行驶，又能输出负扭矩以回收制动能量。但是电机扭矩的变化越过零扭矩时(例如驾驶员松油门进入巡航模式或巡航恢复过程中)，很容易造成车辆抖动，形成对车辆巨大的冲击度，顿挫感严重，从而带来很差的乘坐舒适性。
因此需要一种电机扭矩控制方法和装置来解决上述技术问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于新能源汽车的电机扭矩控制方法和装置，其能够减少越过零点的扭矩变化对车辆的冲击度，从而提高乘坐舒适性。
按照本发明一个方面的用于新能源汽车的电机扭矩控制方法包含下列步骤：
确定电机扭矩是否将发生越过零点的变化；以及
如果将发生越过零点的变化，则将电机扭矩设定为其在零点附近时具有比远离零点时更小的变化率。
优选地，在上述方法中，越过零点的变化为从负扭矩变为正扭矩，其在车辆进入巡航控制模式的情况下发生。
优选地，在上述方法中，按照下列方式将电机扭矩设定为其在零点附近时具有比远离零点时更小的变化率：
Figure BDA0001720460400000021
其中，Tq_cruise为下一控制周期的电机扭矩，T-1 q_cruise为当前控制周期的电机扭矩，j为车辆冲击度，m为整车质量，a为车辆加速度，v为当前的车辆速度，i为传动比，η为机械传动效率，r为车轮滚动半径，Δt为控制周期长度，ΔTmax为扭矩变化率限制值，所述扭矩变化率限制值被设定为在包含零点的设定区间内，随着趋近于零点而不断减小。
优选地，在上述方法中，所述扭矩变化率限制值被进一步设定为当所述电机扭矩由负扭矩越过零点一个第一设定阈值后逐渐增大以使车辆速度尽可能跟随巡航速度。
优选地，在上述方法中，越过零点的变化为从正扭矩变为负扭矩，其在车辆退出巡航控制模式或制动的情况下发生。
优选地，在上述方法中，按照下列方式将电机扭矩设定为其在零点附近时具有比远离零点时更小的变化率：
Figure BDA0001720460400000022
其中，Tq_cruise为下一控制周期的电机扭矩，T-1 q_cruise为当前控制周期的电机扭矩，j为车辆冲击度，m为整车质量，a为车辆加速度，v为当前的车辆速度，i为传动比，η为机械传动效率，r为车轮滚动半径，Δt为控制周期长度，ΔTmax为扭矩变化率限制值，所述扭矩变化率限制值被设定为在包含零点的设定区间内，随着趋近于零点而不断减小。
优选地，在上述方法中，所述扭矩变化率限制值被进一步设定为当所述电机扭矩由正扭矩越过零点一个第二设定阈值后逐渐增大以使所述电机扭矩快速达到目标值。
按照本发明另一个方面的用于新能源汽车的电机扭矩控制装置包含：
第一模块，用于确定电机扭矩是否将发生越过零点的变化；以及
第二模块，用于如果将发生越过零点的变化，则将电机扭矩设定为其在零点附近时具有比远离零点时更小的变化率。
按照本发明还有一个方面的整车控制器包含存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，执行所述程序以实现如上所述的方法。
按照本发明还有一个方面的车辆巡航控制系统包括：
如上所述的整车控制器；
与所述整车控制器耦合的电机控制器，其配置为响应于整车控制器的控制命令，对电机的输出扭矩进行控制；以及
与所述整车控制器耦合的巡航控制开关，其配置为启动和关闭车辆巡航控制功能。
按照本发明还有一个方面的计算机可读存储介质，其上存储计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的方法。
在本发明中，当电机扭矩在零点附近由负变正或由正变负时，通过减缓扭矩的变化率可以确保车辆平顺地变化，减小对车辆的冲击度。此外，在电机进入正扭矩输出状态之后，可以通过提高扭矩的变化率来增强加速能力，从而提高驾乘体验，并且在电机进入负扭矩输出的状态之后，可以通过提高扭矩的变化率来提高能量回收效率。
附图说明
本发明的上述和/或其它方面和优点将通过以下结合附图的各个方面的描述变得更加清晰和更容易理解，附图中相同或相似的单元采用相同的标号表示。附图包括：
图1A和1B示出了在零点附近和远离零点处采用不同扭矩滤波策略得到的电机扭矩随时间的变化曲线。
图2为新能源汽车巡航控制系统的示意框图。
图3为按照本发明一个实施例的用于新能源汽车的电机扭矩控制方法的流程图。
图4为按照本发明另一个实施例的用于新能源汽车的电机扭矩控制装置的示意框图。
图5为按照本发明还有一个实施例的用于新能源汽车的电机扭矩控制装置的示意框图。
具体实施方式
下下面参照其中图示了本发明示意性实施例的附图更为全面地说明本发明。但本发明可以按不同形式来实现，而不应解读为仅限于本文给出的各实施例。给出的上述各实施例旨在使本文的披露全面完整，以将本发明的保护范围更为全面地传达给本领域技术人员。
在本说明书中，诸如“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。
诸如“第一”和“第二”之类的用语并不表示单元在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元之用。
“耦合”应当理解为包括在两个单元之间直接传送电能量或电信号的情形，或者经过一个或多个第三单元间接传送电能量或电信号的情形。
导致电机扭矩从负扭矩变为正扭矩的操作通常包括巡航控制模式的进入和巡航控制模式的恢复等，而导致电机扭矩从正扭矩变为负扭矩的操作通常包括车速超过巡航预设车速而退出巡航控制模式、巡航过程中车辆被制动以及巡航控制模式被取消等。
按照本发明的还有一个方面，通过为零点附近的扭矩变化率和远离零点的扭矩变化率选择相应的扭矩滤波策略，可以在车辆平顺性与加速性之间和车辆平顺性与能量回收效率之间获得良好的平衡。以下将对此作进一步的描述。
当电机扭矩在零点附近或包含零点的设定区间内由负变正或由正变负地变化时，为了确保车辆平顺地变化，可以使变化率减小或使变化趋缓。需要指出的是，这里所述的变化率指的是单位时间内的电机扭矩的绝对变化量(即变化幅度的绝对值)。零点附近趋于减小的变化率使得越过零点时的顿挫感大幅度减小，甚至无法察觉。
当电机扭矩由负扭矩越过零点一个第一设定阈值后或电机扭矩远离零点时，增大电机扭矩的变化率以使车辆速度尽可能跟随巡航速度，从而增强加速能力；当电机扭矩由正扭矩越过零点一个第二设定阈值后或电机扭矩远离零点时，则通过增大电机扭矩的变化率使电机扭矩快速达到目标值，从而提高能量回收效率。优选地，这里所述的目标值为允许的负扭矩最大值或允许电机输出的最大发电扭矩，其可基于当前车速和电机外特性确定。需要指出的是，第一与第二设定阈值可以相等，也可以不相等。
以电动汽车为例，其扭矩经电机输出，经主减速器耦合至车轮，传动比单一，结构简单，因此车辆行驶过程中的冲击度可表示为：
Figure BDA0001720460400000051
其中，j为车辆冲击度，其可作为评价驾驶舒适性的客观参数，t为时间，m为整车质量，a为车辆加速度，v为当前的车辆速度，i为传动比，η为机械传动效率，r为车轮滚动半径，dT/dt为扭矩变化率。
由上式可见，加速度a越大，加速时间越短，则加速度变化率da/dt越大，因此冲击度j越大。
上式(1)可变换为：
Figure BDA0001720460400000061
在本发明的一个或多个优选实施例中，当电机扭矩从负扭矩变为正扭矩的变化过程中，按照下列方式控制所述电机扭矩：
Figure BDA0001720460400000062
在上式(3)中，Tq_cruise为下一控制周期的电机扭矩，T-1 q_cruise为当前控制周期的电机扭矩，j为车辆冲击度，其在包含零点的设定区间内，随着趋近于零点而不断减小，m为整车质量，a为车辆加速度，v为当前的车辆速度，i为传动比，η为机械传动效率，r为车轮滚动半径，Δt为控制周期长度，ΔTmax为扭矩变化率限制值，所述扭矩变化率限制值在包含零点的设定区间内，随着趋近于零点而不断减小，并且当电机扭矩由负扭矩越过零点一个设定阈值后逐渐增大以使车辆速度尽可能跟随巡航速度。
对于上式(3)，优选地，在零点附近，可以按照下列方式确定前述扭矩变化率限制值ΔTmax：首先基于当前控制周期的电机扭矩和当前的车辆速度确定基础扭矩变化率ΔTbase，并且计算前n个控制周期的扭矩变化率的平均值ΔTaverage，随后将基础扭矩变化率ΔTbase和扭矩变化率的平均值ΔTaverage中的最小值选作扭矩变化率限制值ΔTmax。在所述优选方式中，示例性地，可以将当前控制周期的电机扭矩、当前的车辆速度以及基础扭矩变化率ΔTbase三者之间的映射关系以查询表方式存储在整车控制器210的存储器内，或者将该映射关系以解析形式表示以使整车控制器210基于当前控制周期的电机扭矩和当前的车辆速度计算得到基础扭矩变化率。
对于上式(3)，在电机扭矩越过零点一个预设阈值后，其将逐步增加以达到目标扭矩。在此过程中，车辆冲击度j逐渐增大，扭矩变化率限制值ΔTmax也逐渐增大。优选地，可以根据当前的车辆速度与目标车速差值确定扭矩变化率限制值ΔTmax，其中，差值越大，则相应的扭矩变化率限制值ΔTmax越大，从而确保车辆尽快达到目标车速。在所述优选方式中，示例性地，可以将当前的车辆速度、目标车速以及扭矩变化率限制值ΔTmax三者之间的映射关系以查询表方式存储在整车控制器210的存储器内，或者将该映射关系以解析形式表示以使整车控制器210基于当前的车辆速度和、目标车速计算得到扭矩变化率限制值。
另一方面，当电机扭矩从正扭矩变为负扭矩的变化过程中，按照下列方式控制所述电机扭矩：
Figure BDA0001720460400000071
在上式(4)中，Tq_cruise为下一控制周期的电机扭矩，T-1 q_cruise为当前控制周期的电机扭矩，j为车辆冲击度，其在包含零点的设定区间内，随着趋近于零点而不断减小，m为整车质量，a为车辆加速度，v为当前的车辆速度，i为传动比，η为机械传动效率，r为车轮滚动半径，Δt为控制周期长度，ΔTmax为扭矩变化率限制值，所述扭矩变化率限制值在包含零点的设定区间内，随着趋近于零点而不断减小，并且当电机扭矩由正扭矩越过零点一个设定阈值后逐渐增大以使电机扭矩快速达到目标值。
对于上式(4)，优选地，在零点附近，可以按照下列方式确定前述扭矩变化率限制值ΔTmax：基于当前控制周期的电机扭矩和当前的车辆速度确定基础扭矩变化率ΔTbase，如果基于基础扭矩变化率ΔTbase得到的下一控制周期的电机扭矩低于设定的扭矩值时，将对基础扭矩变化率ΔTbase进行修正得到扭矩变化率限制值ΔTmax，从而确保车辆平稳度过零点。
对于上式(4)，在电机扭矩越过零点一个预设阈值后，其将逐步减小以达到目标扭矩。在此过程中，车辆冲击度j先减小后增大，相应地，扭矩变化率限制值ΔTmax也先减小后增大，其中，ΔTmax的设置应确保车辆回收更多的制动能量。
当扭矩变化率限制值ΔTmax在零点附近连续变化时，电机扭矩的变化率连续减小，由此进一步提高了平顺性。
图1A和1B示出了在零点附近和远离零点处采用不同扭矩滤波策略得到的电机扭矩随时间的变化曲线，其中图1A所示曲线对应于电机扭矩由负扭矩变为正扭矩的情形，图1B所示曲线对应于电机扭矩由正扭矩变为负扭矩的情形。在图1A和1B中，横轴表示时间t，纵轴表示扭矩值T。
如图1A所示，在初始值与包含零点的设定区间之间，通过设置较大的扭矩变化率限制值，使得电机扭矩以较快的速率到达零点附近或设定区间的下限TH11；随后，通过将扭矩变化率限制值设置为随着趋近于零点而不断减小，使得在零点附近，电机扭矩T随时间t变化缓慢；当电机扭矩越过零点并且达到该小区间的上限时(即越过零点一个设定阈值TH12后)，逐渐增大扭矩变化率限制值，使得电机扭矩以较快的速率升高，从而在不影响舒适性的前提下(例如车辆冲击度j不大于一个设定的阈值)使车辆速度尽可能跟随巡航速度。
如图1B所示，在初始值与包含零点的设定区间之间，通过设置较大的扭矩变化率限制值，使得电机扭矩以较快的速率到达零点附近或设定区间的上限TH21；随后，通过将扭矩变化率限制值设置为随着趋近于零点而不断减小，使得在零点附近，电机扭矩T随时间t变化缓慢；当电机扭矩越过零点并且达到该小区间的下限时(即越过零点一个设定阈值TH22后)，逐渐增大扭矩变化率限制值，使得电机扭矩快速达到目标值(例如允许的负扭矩最大值或允许电机输出的最大发电扭矩)。
图2为新能源汽车巡航控制系统的示意框图。
如图2所示，该巡航控制系统包括整车控制器(VCU)210、与整车控制器210耦合的电机控制器(PEU)220和与整车控制器210耦合的巡航控制开关230。
用户可通过操作巡航控制开关220来启动车辆巡航控制功能、设定巡航速度、恢复巡航控制功能以及关闭巡航控制功能。整车控制器210与电机控制器(PEU)220和巡航控制开关230耦合，其配置为根据巡航控制开关的操作状态来启动或关闭巡航控制功能，以及向电机控制器230输出控制命令。电机控制器230配置为响应于整车控制器210的控制命令，对电机的输出扭矩进行控制。
图3为按照本发明一个实施例的用于新能源汽车的电机扭矩控制方法的流程图。示例性地，以下的描述以图2所示控制系统中的整车控制器作为实现本实施例的方法的装置，但是应该理解的是，本发明并不局限于特定结构和类型的装置。
如图3所示，在步骤310，整车控制器210检测是否发生导致电机扭矩越过零点的触发事件。这里所述的触发事件例如包括但不限于巡航控制模式的进入、巡航控制模式的恢复、因车速超过巡航预设车速而退出巡航控制模式、巡航过程中车辆被制动以及巡航控制模式被取消等。如果检测到触发事件，则进入步骤320，否则继续检测。
在本实施例中，电机扭矩控制过程被划分为多个控制周期。因而在步骤320中，整车控制器210例如从电机控制器220获取当前控制周期的电机扭矩以用于调整下一控制周期的电机扭矩。
接着进入步骤330，整车控制器210判断当前控制周期的电机扭矩是否已经达到目标值，如果达到，则返回步骤310，否则进入步骤340。在本实施例中，对于电机扭矩从负扭矩变为正扭矩的操作过程，电机扭矩的目标值可以设定为与巡航速度相对应，对于电机扭矩从正扭矩变为负扭矩的操作过程，电机扭矩的目标值可以是允许的负扭矩最大值或允许电机输出的最大发电扭矩。
在步骤340，整车控制器210基于当前控制周期的电机扭矩确定上式(3)或(4)中的扭矩变化率限制值。有关确定扭矩变化率限制值的方式在上面已经作了描述，此处不再赘述。
随后进入步骤350，整车控制器210确定下一控制周期的电机扭矩。具体而言，对于电机扭矩从负扭矩变为正扭矩的操作过程，整车控制器210可利用上式(3)计算下一控制周期的电机扭矩，而对于电机扭矩从正扭矩变为负扭矩的操作过程，整车控制器210可利用上式(4)计算下一控制周期的电机扭矩。
接着进入步骤360，整车控制器210向电机控制器220发送控制命令，以使电机在电机控制器220的控制下，输出与下一控制周期的电机扭矩对应的电机扭矩。
执行步骤360之后，图3所示的方法流程将返回步骤310。
图4为按照本发明另一个实施例的用于新能源汽车的电机扭矩控制装置的示意框图。
图4所示的电机扭矩控制装置40包含存储器410、处理器420以及存储在存储器410上并可在处理器420上运行的计算机程序430，其中，执行计算机程序430可以实现上面借助图3所述的电机扭矩控制方法。在本实施例中，电机扭矩控制装置40例如可以是图2所示系统中的整车控制器。
图5为按照本发明还有一个实施例的用于新能源汽车的电机扭矩控制装置的示意框图。
图5所示的装置50包括第一模块510和第二模块520。第一模块510用于确定电机扭矩是否将发生越过零点的变化，第二模块520用于如果将发生越过零点的变化，则将电机扭矩设定为其在零点附近时具有比远离零点时更小的变化率。
按照本发明的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储计算机程序，该程序被处理器执行时可实现上面借助图3所述的用于新能源汽车的电机扭矩控制方法。
虽然上面以新能源汽车为例描述了本发明的各种实施例及变化方式，但是需要指出的是，本发明的电机扭矩控制方法并不局限于在新能源汽车上的应用，其同样适合于其它需要进行扭矩控制的应用场合。
提供本文中提出的实施例和示例，以便最好地说明按照本技术及其特定应用的实施例，并且由此使本领域的技术人员能够实施和使用本发明。但是，本领域的技术人员将会知道，仅为了便于说明和举例而提供以上描述和示例。所提出的描述不是意在涵盖本发明的各个方面或者将本发明局限于所公开的精确形式。
鉴于以上所述，本公开的范围通过以下权利要求书来确定。

Claims (11)

1.一种电机扭矩控制方法，其特征在于，包含下列步骤：
确定电机扭矩是否将发生越过零点的变化；以及
如果将发生越过零点的变化，则将电机扭矩设定为其在零点附近时具有比远离零点时更小的变化率。
2.如权利要求1所述的电机扭矩控制方法，其中，越过零点的变化为从负扭矩变为正扭矩，其在车辆进入巡航控制模式的情况下发生。
3.如权利要求2所述的电机扭矩控制方法，其中，按照下列方式将电机扭矩设定为其在零点附近时具有比远离零点时更小的变化率：
Figure FDA0001720460390000011
其中，Tq_cruise为下一控制周期的电机扭矩，T-1 q_cruise为当前控制周期的电机扭矩，j为车辆冲击度，m为整车质量，a为车辆加速度，v为当前的车辆速度，i为传动比，η为机械传动效率，r为车轮滚动半径，Δt为控制周期长度，ΔTmax为扭矩变化率限制值，所述扭矩变化率限制值被设定为在包含零点的设定区间内，随着趋近于零点而不断减小。
4.如权利要求3所述的电机扭矩控制方法，其中，所述扭矩变化率限制值被进一步设定为当所述电机扭矩由负扭矩越过零点一个第一设定阈值后逐渐增大以使车辆速度尽可能跟随巡航速度。
5.如权利要求1所述的电机扭矩控制方法，其中，越过零点的变化为从正扭矩变为负扭矩，其在车辆退出巡航控制模式或制动的情况下发生。
6.如权利要求5所述的电机扭矩控制方法，其中，按照下列方式将电机扭矩设定为其在零点附近时具有比远离零点时更小的变化率：
Figure FDA0001720460390000021
其中，Tq_cruise为下一控制周期的电机扭矩，T-1 q_cruise为当前控制周期的电机扭矩，j为车辆冲击度，m为整车质量，a为车辆加速度，v为当前的车辆速度，i为传动比，η为机械传动效率，r为车轮滚动半径，Δt为控制周期长度，ΔTmax为扭矩变化率限制值，所述扭矩变化率限制值被设定为在包含零点的设定区间内，随着趋近于零点而不断减小。
7.如权利要求6所述的电机扭矩控制方法，其中，所述扭矩变化率限制值被进一步设定为当所述电机扭矩由正扭矩越过零点一个第二设定阈值后逐渐增大以使所述电机扭矩快速达到目标值。
8.一种用于新能源汽车的电机扭矩控制装置，包含：
第一模块，用于确定电机扭矩是否将发生越过零点的变化；以及
第二模块，用于如果将发生越过零点的变化，则将电机扭矩设定为其在零点附近时具有比远离零点时更小的变化率。
9.一种整车控制器，其包含存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，执行所述程序以实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。
10.一种车辆巡航控制系统，其特征在于，包括：
如权利要求9所述的整车控制器；
与所述整车控制器耦合的电机控制器，其配置为响应于整车控制器的控制命令，对电机的输出扭矩进行控制；以及
与所述整车控制器耦合的巡航控制开关，其配置为启动和关闭车辆巡航控制功能。
11.一种计算机可读存储介质，其上存储计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。
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