CN111086399A - 一种车辆、车辆驻坡控制方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本申请属于车辆技术领域，提供了一种车辆、车辆驻坡控制系统与方法。在本申请中，通过扭矩估算器获取电机的电磁转矩，速度观测器根据电磁转矩和前一时刻的负载转矩获取电机的电机估算转速，并反馈给负载观测器，进而负载观测器根据实际转速和电机估算转速获取车辆当前时刻的负载转矩，并将当前时刻的负载转矩前馈至速度环电路，以便于速度环电路根据目标转速、实际转速以及当前时刻的负载转矩对电机运行状态进行控制，以此实现扭矩补偿，进而减少比例积分的调节时间、减小驻坡的后溜距离，从而解决现有的车辆驻坡控制方法存在的因后溜距离和超调距离大，难以满足驻坡需求的问题。
Description
技术领域
本申请属于车辆技术领域，尤其涉及一种车辆、车辆驻坡控制方法与系统。
背景技术
驻坡作为车辆的一种行驶工况，其控制方法的重要程度对车辆的安全性不言而喻。目前，现有的车辆驻坡控制方法主要是在车辆进入驻坡控制时，按照目标转速为零的速度闭环完成驻坡功能需求。然而，由于车辆惯量大，因此现有的车辆驻坡控制方法会引起后溜距离与超调距离大，难以满足驻坡需求。
申请内容
本申请的目的在于提供一种车辆、车辆驻坡控制系统与方法，旨在解决现有的车辆驻坡控制方法存在的因后溜距离和超调距离大，难以满足驻坡需求的问题。
本申请是这样实现的，一种车辆驻坡控制方法，所述车辆驻坡控制方法包括：
扭矩估算器获取电机的三相电流，并根据所述三相电流获取电机的电磁转矩；
速度观测器获取车辆前一时刻的负载转矩，并根据所述前一时刻的负载转矩和所述电磁转矩获取所述电机的电机估算转速；
负载观测器获取电机的实际转速，并根据所述实际转速和所述电机估算转速获取车辆当前时刻的负载转矩；
速度环电路获取电机的目标转速和所述实际转速，并根据所述目标转速、所述实际转速以及所述当前时刻的负载转矩对所述电机运行状态进行控制；其中，所述目标转速为车辆驻坡状态时的电机运行转速。
本申请的另一目的在于提供一种车辆驻坡控制系统，所述车辆驻坡控制系统包括；
扭矩估算器，与电机连接，用于获取电机的三相电流，并根据所述三相电流获取电机的电磁转矩；
速度观测器，与所述扭矩估算器连接，用于获取车辆前一时刻的负载转矩，并根据所述前一时刻的负载转矩和所述电磁转矩获取所述电机的电机估算转速；
负载观测器，与所述速度观测器以及电机连接，用于获取电机的实际转速，并根据所述实际转速和所述电机估算转速获取车辆当前时刻的负载转矩；
速度环电路，与所述负载观测器以及电机连接，用于获取电机的目标转速和所述实际转速，并根据所述目标转速、所述实际转速以及所述当前时刻的负载转矩对所述电机运行状态进行控制；其中，所述目标转速为车辆驻坡状态时的电机运行转速。
本申请的又一目的在于提供一种车辆，所述车辆包括上述的车辆驻坡控制系统。
在本申请中，通过扭矩估算器获取电机的电磁转矩，速度观测器根据电磁转矩和前一时刻的负载转矩获取电机的电机估算转速，并反馈给负载观测器，进而负载观测器根据实际转速和电机估算转速获取车辆当前时刻的负载转矩，并将当前时刻的负载转矩前馈至速度环电路，以便于速度环电路根据目标转速、实际转速以及当前时刻的负载转矩对电机运行状态进行控制，以此实现扭矩补偿，进而减少比例积分的调节时间、减小驻坡的后溜距离，从而解决现有的车辆驻坡控制方法存在的因后溜距离和超调距离大，难以满足驻坡需求的问题。
附图说明
图1是本申请一实施例所提供的车辆驻坡控制系统的模块结构示意图；
图2是本申请一实施例所提供的车辆驻坡控制系统的电路结构示意图；
图3是本申请一实施例所提供的车辆驻坡控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
以下结合具体附图对本申请的实现进行详细的描述：
图1示出了本申请一实施例所提供的车辆驻坡控制方法的实现流程，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
步骤S11：扭矩估算器获取电机的三相电流，并根据所述三相电流获取电机的电磁转矩。
其中，在本实施例中，步骤S1 1中的获取电机的三相电流，并根据所述三相电流获取电机的电磁转矩具体为：
获取所述电机的三相电流，并对所述电机的三相电流进行坐标系变换，以获取直轴电流和交轴交流；
根据所述直轴电流和所述交轴电流计算所述电机的电磁转矩。
其中，在本实施例中，当扭矩估算器获取到电机的三相电流后，扭矩估算器可采用现有的park变换电路对电机的三相电流进行坐标变换，即通过现有的park变换电路实现根据三相电流获取到直轴电流和交轴电流。当扭矩估算器获取到直轴电流和交轴电流后，可根据直轴电流和交轴电流计算电机的电磁转矩。
进一步地，作为本申请一种实施方式，根据所述直轴电流和所述交轴电流计算所述电机的电磁转矩具体为：
根据公式：Teest＝1.5*Pn*[ψf*Iqest+(Ld-Lq)*Idest*Iqest]计算所述电机的电磁转矩；其中Teest为所述电机的电磁转矩，Pn为电机极对数，ψf为电机永磁体磁链，Ld为电机直轴电感，Lq为电机交轴电感，Iqest为交轴电流，Idest为直轴电流。
步骤S12：速度观测器获取车辆前一时刻的负载转矩，并根据所述前一时刻的负载转矩和所述电磁转矩获取所述电机的电机估算转速。
其中，在本实施例中，当扭矩估算器通过步骤S11获取到电机的电磁转矩Teest，扭矩估算器11将该电磁转矩Teest反馈至速度观测器12，以便于速度观测器12获取电机20的电机估算转速ωrest。
具体的，作为本申请一种实施方式，根据所述前一时刻的负载转矩和所述电磁转矩获取所述电机的电机估算转速具体为：
根据公式：
计算电机估算转速；其中，TLest1为前一时刻的负载转矩，J为转动惯量，B为粘滞摩擦系数，ωrest为电机估算转速。
步骤S13：负载观测器获取电机的实际转速，并根据所述实际转速和所述电机估算转速获取车辆当前时刻的负载转矩。
其中，在本实施例中，当速度观测器12通过步骤S12获取到电机20的电机估算转速ωrest后，速度观测器12将该电机估算转速ωrest反馈给负载观测器13，以便于负载观测器13计算当前时刻的负载转矩TLest2。
具体的，作为本申请一种实施方式，根据所述实际转速和所述电机估算转速获取车辆当前时刻的负载转矩具体为：
根据公式：
计算当前时刻的负载转矩；其中，TLest2为当前时刻的负载转矩，Kp和ki为负载观测器的比例积分系数，ωc为负载观测器的低通滤波器截止频率，ωr为电机的实际转速。
步骤S14：速度环电路获取电机的目标转速和所述实际转速，并根据所述目标转速、所述实际转速以及所述当前时刻的负载转矩对所述电机运行状态进行控制；其中，所述目标转速为车辆驻坡状态时的电机运行转速。
其中，在本实施例中，当负载观测器13获取到当前时刻的负载转矩TLest2后，负载观测器13将该当前时刻的负载转矩TLest2前馈至速度环电路14，以便于速度环电路14根据该当前时刻的负载转矩TLest2进行扭矩补偿。
进一步地，步骤S14中的根据所述目标转速、所述实际转速以及所述当前时刻的负载转矩对所述电机运行状态进行控制具体为：
对目标转速ωset和实际转速ωr做差，以获取第一转速；
对第一转速进行比例积分，以获取第二转速Tespd；
对第二转速Tespd和当前时刻的负载转矩TLest2做和，以获取第三转速Te；
根据第三转速Te对电机运行状态进行控制。
在本实施例中，本申请通过获取电机的电磁转矩，根据电磁转矩和前一时刻的负载转矩获取电机的电机估算转速，并根据实际转速和电机估算转速获取车辆当前时刻的负载转矩，进而将当前时刻的负载转矩前馈至速度环电路，以便于速度环电路根据目标转速、实际转速以及当前时刻的负载转矩对电机运行状态进行控制，以此实现扭矩补偿，减少比例积分的调节时间、减小驻坡的后溜距离，从而解决现有的车辆驻坡控制方法存在的因后溜距离和超调距离大，难以满足驻坡需求的问题。
进一步地，图2示出了本申请一实施例所提供的车辆驻坡控制系统10的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
如图2所示，该车辆驻坡控制系统10包括扭矩估算器11、速度观测器12、负载观测器13以及速度环电路14。
其中，扭矩估算器11，与电机20连接，用于获取电机20的三相电流，并根据三相电流获取电机20的电磁转矩；
速度观测器12，与扭矩估算器11连接，用于获取车辆前一时刻的负载转矩，并根据前一时刻的负载转矩和电磁转矩获取电机20的电机估算转速；
负载观测器13，与速度观测器12以及电机20连接，用于获取电机20的实际转速，并根据实际转速和电机估算转速获取车辆当前时刻的负载转矩；
速度环电路14，与所述负载观测器13以及电机20连接，用于获取电机20的目标转速和实际转速，并根据目标转速、实际转速以及当前时刻的负载转矩对电机运行状态进行控制；其中，目标转速为车辆驻坡状态时的电机运行转速。
在本实施例中，通过采用包括扭矩估算器11、速度观测器12、负载观测器13及速度环电路14，使得扭矩估算器11获取电机20的电磁转矩，速度观测器12根据电磁转矩和前一时刻的负载转矩获取电机的电机估算转速，并反馈给负载观测器13，进而负载观测器13根据实际转速和电机估算转速获取车辆当前时刻的负载转矩，并将当前时刻的负载转矩前馈至速度环电路14，以便于速度环电路14根据目标转速、实际转速以及当前时刻的负载转矩对电机运行状态进行控制，以此实现扭矩补偿，进而减少比例积分的调节时间、减小驻坡的后溜距离。
进一步地，作为本申请一种实施方式，如图3所示，扭矩估算器11包括：
坐标变换电路111，与电机20连接，用于获取电机20的三相电流Iabc，并对电机20的三相电流进行坐标系变换，以获取直轴电流Idest和交轴交流Iqest；
扭矩估算电路112，与坐标变换电路111以及速度观测器12连接，用于根据直轴电流Idest和交轴电流Iqest计算电机20的电磁转矩Teest。
具体的，在本实施例中，左边变换电路111可以采用现有的park变换电路实现，其具体的工作原理可参考现有技术，此处不再赘述。
进一步地，作为本申请一种实施方式，扭矩估算电路112根据公式：Teest＝1.5*Pn*[ψf*Iqest+(Ld-Lq)*Idest*Iqest]计算电机的电磁转矩；其中Teest为电机的电磁转矩，Pn为电机极对数，ψf为电机永磁体磁链，Ld为电机直轴电感，Lq为电机交轴电感，Iqest为交轴电流，Idest为直轴电流。
承上述，当扭矩估算器11获取到电机的电磁转矩Teest，扭矩估算器11将该电磁转矩Teest反馈至速度观测器12，以便于速度观测器12获取电机20的电机估算转速ωrest。
具体的，作为本申请一种实施方式，速度观测器12根据公式：
计算电机估算转速；其中，TLest1为前一时刻的负载转矩，J为转动惯量，B为粘滞摩擦系数，ωrest为电机估算转速。
进一步地，当速度观测器12获取到电机20的电机估算转速ωrest后，速度观测器12将该电机估算转速ωrest反馈给负载观测器13，以便于负载观测器13计算当前时刻的负载转矩TLest2。
具体的，作为本申请一种实施方式，负载观测器13根据公式：
计算当前时刻的负载转矩；其中，TLest2为当前时刻的负载转矩，Kp和ki为负载观测器的比例积分系数，ωc为负载观测器的低通滤波器截止频率，ωr为电机的实际转速。
承上述，当负载观测器13获取到当前时刻的负载转矩TLest2后，负载观测器13将该当前时刻的负载转矩TLest2前馈至速度环电路14，以便于速度环电路14根据该当前时刻的负载转矩TLest2进行扭矩补偿。
具体的，作为本申请一种实施方式，如图3所示，速度环电路14包括：
第一运算电路141，用于对目标转速ωset和实际转速ωr做差，以获取第一转速；
第一比例积分电路142，用于对第一转速进行比例积分，以获取第二转速Tespd；
第二运算电路143，用于对第二转速Tespd和当前时刻的负载转矩TLest2做和，以获取第三转速Te；
速度控制电路144，用于根据第三转速Te对电机运行状态进行控制。
具体实施时，目标转速ωset是电机在驻坡状态时的目标运行速度，实际转速ωr是电机在当前非驻坡状态时的实际运行速度，而对目标转速ωset和实际转速ωr做差的第一运算电路141可采用现有的差值运算电路实现，此处不做详细描述；同样，对第一转速进行比例积分的第一比例积分电路142同样采用现有的比例积分电路实现，此处不做具体描述。
另外，具体实施时，对第二转速Tespd和当前时刻的负载转矩TLest2做和的第二运算电路143可采用现有的和值运算电路实现，此处不做详细描述；此外，速度控制电路144采用传统速度闭环电路中的表格查询器LUT144、第三运算电路145、第四运算电路146、第二比例积分电路147、脉冲控制电路148、逆变器149以及积分电路150实现，并且表格查询器LUT144、第三运算电路145、第四运算电路146、第二比例积分电路147、脉冲控制电路148、逆变器149以及积分电路150的工作原理可参考现有技术，此处不再赘述。
下面以图2所示的电路为例对本申请所提供的车辆驻坡控制系统10的工作原理作具体说明，详述如下：
如图3所示，当车辆工作在驻坡工况，即需要控制车辆驻坡时，此时坐标变换电路111获取电机20的三相电流Iabc，并对该三相电流Iabc进行park坐标系变换后得到直轴电流Idest和交轴交流Iqest，进而将该直轴电流Idest和交轴交流Iqest反馈给扭矩估算电路112。扭矩估算电路112在得到该直轴电流Idest和交轴交流Iqest后，根据公式Teest＝1.5*Pn*[ψf*Iqest+(Ld-Lq)*Idest*Iqest]计算电机20的电磁转矩Teest，并将计算得到的电磁转矩Teest反馈给速度观测器12。
承上述，速度观测器12在得到扭矩估算器11反馈的电磁转矩Teest后，其将根据获取的前一时刻的负载转矩TLest1和扭矩估算器11反馈的电磁转矩Teest计算电机估算转速，具体的速度观测器12根据公式
计算电机估算转速ωrest，并且在计算得到该电机估算转速ωrest后，将该电机估算转速ωrest反馈给负载观测器13。
进一步地，负载观测器13在得到速度观测器12反馈的电机估算转速ωrest后，将根据该电机估算转速ωrest和电机的实际转速ωr计算当前时刻的负载转矩TLest2。具体的，负载观测器13根据公式
计算当前时刻的负载转矩TLest2。当负载观测器13计算得到该当前时刻的负载转矩TLest2后，负载观测器13将一方面该当前时刻的负载转矩TLest2反馈给速度环电路14中的第二运算电路142，以便于速度环电路14中的第二运算电路142根据该当前时刻的负载转矩TLest2进行第一比例积分电路142的输出项扭矩补偿，以此减少第一比例积分电路142的调节时间，进而减少驻坡的后溜距离，另一方面速度观测器13将该当前时刻的负载转矩TLest2反馈给速度观测器12，以使得速度观测器12将该当前时刻的负载转矩TLest2作为当前时刻的后一时刻的前一时刻负载转矩TLest1。
具体的，第一运算电路141对目标转速ωset和实际转速ωr做差之后得到目标转速ωset和实际转速ωr之间的差值，并将该目标转速ωset和实际转速ωr之间的差值输出至第一比例积分电路142，使得该第一比例积分电路142对该目标转速ωset和实际转速ωr之间的差值进行比例积分后获取到第二转速Tespd，并将该第二转速Tespd输出至第二运算电路143。第二运算电路143一方面接收第一比例积分电路142输出的第二转速Tespd，一方面接收负载观测器13反馈的当前时刻的负载转矩TLest2，并且对该第二转速Tespd和当前时刻的负载转矩TLest2进行和值运算后输出第三转速Te至后端的表格查询器144，以便于表格查询器144根据该第三转速Te输出电流Id和电流Iq。
进一步地，在表格查询器144输出电流Id和电流Iq后，第三运算电路145将该输出电流Id与直轴电流Idest进行差值运算后输出至第二比例积分电路147，第四运算电路156将该输出电流Iq与交轴电流Iqest进行差值运算后输出至第二比例积分电路147。第二比例积分电路147对输出电流Id与直轴电流Idest的差值，以及输出电流Iq与交轴电流Iqest的差值分别进行比例积分后输出电压Ud和电压Uq至脉冲控制电路148，以便于脉冲控制电路148根据该电压Ud和电压Uq生成脉冲控制信号，以控制电机20的运行状态，进而实现车辆的驻坡控制。
在本实施例中，该车辆驻坡控制系统10根据采集的实际的电机转速和采集的电机电流来估算电磁扭矩，并利用电磁扭矩和负载观测器观测的负载扭矩来产生电机估算转速，进而根据电机估算转速和电机实际转速完成负载扭矩观测，负载扭矩直接前馈加入到PI的输出项实现扭矩补偿，可以减少PI的调节时间，减少驻坡的后溜距离，提高乘客驾驶满意度，并且提高了整车安全性。
进一步地，本申请还提供了一种车辆，该车辆包括车辆驻坡控制系统10。需要说明的是，由于本申请实施例所提供的车辆中的车辆驻坡控制系统10和图2和图3所示出的车辆驻坡控制系统10相同，因此，本申请实施例所提供的车辆中的车辆驻坡控制系统10的具体工作原理，可参考前述关于图2和图3的详细描述，此处不再赘述。
在本申请中，通过采用包括扭矩估算器、速度观测器、负载观测器及速度环电路，使得扭矩估算器获取电机的电磁转矩，速度观测器根据电磁转矩和前一时刻的负载转矩获取电机的电机估算转速，并反馈给负载观测器，进而负载观测器根据实际转速和电机估算转速获取车辆当前时刻的负载转矩，并将当前时刻的负载转矩前馈至速度环电路，以便于速度环电路根据目标转速、实际转速以及当前时刻的负载转矩对电机运行状态进行控制，以此实现扭矩补偿，进而减少比例积分的调节时间、减小驻坡的后溜距离。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种车辆驻坡控制方法，其特征在于，所述车辆驻坡控制方法包括：
扭矩估算器获取电机的三相电流，并根据所述三相电流获取电机的电磁转矩；
速度观测器获取车辆前一时刻的负载转矩，并根据所述前一时刻的负载转矩和所述电磁转矩获取所述电机的电机估算转速；
负载观测器获取电机的实际转速，并根据所述实际转速和所述电机估算转速获取车辆当前时刻的负载转矩；
速度环电路获取电机的目标转速和所述实际转速，并根据所述目标转速、所述实际转速以及所述当前时刻的负载转矩对所述电机运行状态进行控制；其中，所述目标转速为车辆驻坡状态时的电机运行转速。
2.根据权利要求1所述的车辆驻坡控制方法，其特征在于，所述获取电机的三相电流，并根据所述三相电流获取电机的电磁转矩具体为：
获取所述电机的三相电流，并对所述电机的三相电流进行坐标系变换，以获取直轴电流和交轴交流；
根据所述直轴电流和所述交轴电流计算所述电机的电磁转矩。
3.根据权利要求2所述的车辆驻坡控制方法，其特征在于，所述根据所述直轴电流和所述交轴电流计算所述电机的电磁转矩具体为：
根据公式：Teest＝1.5*Pn*[ψf*Iqest+(Ld-Lq)*Idest*Iqest]计算所述电机的电磁转矩；其中Teest为所述电机的电磁转矩，Pn为电机极对数，ψf为电机永磁体磁链，Ld为电机直轴电感，Lq为电机交轴电感，Iqest为交轴电流，Idest为直轴电流。
4.根据权利要求3所述的车辆驻坡控制方法，其特征在于，所述根据所述前一时刻的负载转矩和所述电磁转矩获取所述电机的电机估算转速具体为：
根据公式：
计算电机估算转速；其中，TLest1为所述前一时刻的负载转矩，J为转动惯量，B为粘滞摩擦系数，ωrest为所述电机估算转速。
5.根据权利要求4所述的车辆驻坡控制方法，其特征在于，所述根据所述实际转速和所述电机估算转速获取车辆当前时刻的负载转矩具体为：
根据公式：
计算所述当前时刻的负载转矩；其中，TLest2为所述当前时刻的负载转矩，Kp和ki为所述负载观测器的比例积分系数，ωc为所述负载观测器的低通滤波器截止频率，ωr为所述电机的实际转速。
6.一种车辆驻坡控制系统，其特征在于，所述车辆驻坡控制系统包括；
扭矩估算器，与电机连接，用于获取电机的三相电流，并根据所述三相电流获取电机的电磁转矩；
速度观测器，与所述扭矩估算器连接，用于获取车辆前一时刻的负载转矩，并根据所述前一时刻的负载转矩和所述电磁转矩获取所述电机的电机估算转速；
负载观测器，与所述速度观测器以及电机连接，用于获取电机的实际转速，并根据所述实际转速和所述电机估算转速获取车辆当前时刻的负载转矩；
速度环电路，与所述负载观测器以及电机连接，用于获取电机的目标转速和所述实际转速，并根据所述目标转速、所述实际转速以及所述当前时刻的负载转矩对所述电机运行状态进行控制；其中，所述目标转速为车辆驻坡状态时的电机运行转速。
7.根据权利要求6所述的车辆驻坡控制系统，其特征在于，所述扭矩估算器包括：
坐标变换电路，与所述电机连接，用于获取所述电机的三相电流，并对所述电机的三相电流进行坐标系变换，以获取直轴电流和交轴交流；
扭矩估算电路，与所述坐标变换电路以及所述速度观测器连接，用于根据所述直轴电流和所述交轴电流计算所述电机的电磁转矩。
8.根据权利要求7所述的车辆驻坡控制系统，其特征在于，所述扭矩估算电路根据公式：Teest＝1.5*Pn*[ψf*Iqest+(Ld-Lq)*Idest*Iqest]计算所述电机的电磁转矩；其中Teest为所述电机的电磁转矩，Pn为电机极对数，ψf为电机永磁体磁链，Ld为电机直轴电感，Lq为电机交轴电感，Iqest为交轴电流，Idest为直轴电流。
9.根据权利要求8所述的车辆驻坡控制系统，其特征在于，所述速度观测器根据公式：
计算电机估算转速；其中，TLest1为所述前一时刻的负载转矩，J为转动惯量，B为粘滞摩擦系数，ωrest为所述电机估算转速。
10.根据权利要求9所述的车辆驻坡控制系统，其特征在于，所述负载观测器根据公式：
计算所述当前时刻的负载转矩；其中，TLest2为所述当前时刻的负载转矩，Kp和ki为所述负载观测器的比例积分系数，ωc为所述负载观测器的低通滤波器截止频率，ωr为所述电机的实际转速。
11.根据权利要求6至10任一项所述的车辆驻坡控制系统，其特征在于，所述速度环电路包括：
第一运算电路，用于对所述目标转速和所述实际转速做差，以获取第一转速；
第一比例积分电路，用于对所述第一转速进行比例积分，以获取第二转速；
第二运算电路，用于对所述第二转速和所述当前时刻的负载转矩做和，以获取第三转速；
速度控制电路，用于根据所述第三转速对所述电机运行状态进行控制。
12.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求6至11任一项所述的车辆驻坡控制系统。
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