CN111216564B - 一种车辆扭矩控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆扭矩控制方法及装置，通过计算电机转速变化率，根据电机转速变化率判断如果电机转速变化率大于设定变化率阈值，则将设定变化率阈值输入PI控制器计算得到扭矩调节量，PI控制器的参数根据电机系统参数确定；根据扭矩调节量调整设定输出扭矩，得到最终的输出扭矩值，当电机转速变化率大于设定变化率阈值时为了防止电池过放电，将设定变化率阈值作为输入进行PI控制计算得到扭矩调节量，相比通过转速变化率限值与实际转速变化率之比直接乘以设定扭矩的方式，本方法的调节更加精细，基于电机运动方程，通过比例积分调节将实际电机转速变化率转变为扭矩变化量，取反后叠加到扭矩设定值中作为输出扭矩，控制更加精准，更加可靠。

Description

一种车辆扭矩控制方法及装置

技术领域

本发明涉及车辆控制技术领域，特别是一种车辆扭矩控制方法及装置。

背景技术

电动汽车行驶在结冰路面、雪地路面、沙地路面等低附着系数路面时或者车轮悬空过程，当驾驶员踩油门踏板加速时，车轮会发生打滑。该过程由于驱动电机转速短时间快速飙升，会造成整车控制器来不及保护而使动力电池出现短时多度放电问题。电池过放，特别是以较大电流过放电，或反复过放电会对电池寿命产生很大影响，加速电池容量衰减。

行业内普遍采用HCU(整车控制器)根据BMS(动力电池管理系统)当前允许峰值放电能力、整车各高压附件功率分配情况，计算出允许DCU(驱动电机控制器)用于放电的功率值，然后通过效率MAP查表，获取允许电机输出端的机械放电功率。再结合当前电机转速，计算当前电机允许的最大驱动扭矩，以此来保证电机输出功率在动力电池允许能力范围内。

有中国专利申请公布号为CN107215244A的发明专利申请文件公开了一种低附路面的电动汽车电驱动系统扭矩控制系统及方法，先是获取电机转速的变化率，并与设定门限值进行比较，根据比较结果，结合整车控制器的扭矩指令，计算最终的输出扭矩。但是在判定车辆出现打滑时，调整电机输出扭矩时是将整车控制器的设定扭矩与转速变化率限值占实际电机转速变化率之比做乘积。上述的方法未考虑电机系统实际情况，仅从设定转速变化率限值与际转速变化率比值，同比例缩小扭矩指令值作为实际扭矩输出值，调节能力及调节精度不足，甚至会出现振荡。

发明内容

本发明的目的是提供一种车辆扭矩控制方法及装置，用以解决现有技术没有考虑电机系统实际情况导致扭矩调节能力与调节精度不足甚至会出现振荡的问题。

为了实现车辆扭矩的控制，解决现有技术没有考虑电机系统实际情况导致扭矩调节能力与调节精度不足甚至会出现振荡的问题。本发明提供一种车辆扭矩控制方法，包括以下步骤：

1)计算电机转速变化率，根据电机转速变化率判断电机转速变化率是否大于设定变化率阈值；

2)如果电机转速变化率大于设定变化率阈值，则将设定变化率阈值输入PI控制器计算得到扭矩调节量，PI控制器的参数根据电机系统参数确定；

3)根据扭矩调节量调整设定输出扭矩，得到最终的输出扭矩值。

有益效果是，当电机转速变化率大于设定变化率阈值时为了防止电池过放电，将设定变化率阈值作为输入进行PI控制计算得到扭矩调节量，相比直接通过转速变化率限值与实际转速变化率之比直接乘以设定扭矩的方式，本方法的调节更加精细，基于电机运动方程，通过比例积分调节将实际电机转速变化率转变为扭矩变化量，取反后叠加到扭矩设定值中作为输出扭矩，控制更加精准，更加可靠。

进一步地，为了防止扭矩调节量过大导致的电池过放电，步骤3)中还将扭矩调节量与设定扭矩调节量上限值进行比较，根据扭矩调节量与设定扭矩调节量上限值的小值调整所述设定输出扭矩，得到最终的输出扭矩值。

进一步地，为了与电机进行匹配，确定PI控制器参数的过程为根据电机系统参数构成的运动方程：

由

得到

式中，J为系统转动惯量，B为转子粘滞摩擦系数，n为电机转速(r/min)，ω为电机转子角速度(rad/s)，T_L为负载转矩，T_q为电机转矩；

定义传递函数W(s)是输出量(T_q-T_L)与输入量转速n之比，则

则PI控制器的参数与J、B相关。

进一步地，为了更好的接近实车工况，使得标定值更加准确，所述设定变化率阈值为根据车辆在正常工况时的最大加速度计算得到。

本发明提供一种车辆扭矩控制装置，包括控制器和存储器以及存储在存储器中并可在控制器上运行的计算机程序，控制器连接有检测装置，所述检测装置用于检测电机转速，所述控制器执行所述程序时实现以下步骤：

1)计算电机转速变化率，根据电机转速变化率判断电机转速变化率是否大于设定变化率阈值；

2)如果电机转速变化率大于设定变化率阈值，则将设定变化率阈值输入PI控制器计算得到扭矩调节量，PI控制器的参数根据电机系统参数确定；

3)根据扭矩调节量调整设定输出扭矩，得到最终的输出扭矩值，当电机转速变化率大于设定变化率阈值时为了防止电池过放电，将设定变化率阈值作为输入进行PI控制计算得到扭矩调节量，相比直接通过转速变化率限值与实际转速变化率之比直接乘以设定扭矩的方式，本装置的调节更加精细，基于电机运动方程，通过比例积分调节将实际电机转速变化率转变为扭矩变化量，取反后叠加到扭矩设定值中作为输出扭矩，控制更加精准，更加可靠。

进一步地，为了防止扭矩调节量过大导致的电池过放电，装置中步骤3)中还将扭矩调节量与设定扭矩调节量上限值进行比较，根据扭矩调节量与设定扭矩调节量上限值的小值调整所述设定输出扭矩，得到最终的输出扭矩值。

进一步地，为了与电机进行匹配，装置中确定PI控制器参数的过程为根据电机系统参数构成的运动方程：

由

得到

式中，J为系统转动惯量，B为转子粘滞摩擦系数，n为电机转速(r/min)，ω为电机转子角速度(rad/s)，T_L为负载转矩，T_q为电机转矩；

定义传递函数W(s)是输出量(T_q-T_L)与输入量转速n之比，则

则PI控制器的参数与J、B相关。

进一步地，为了更好的接近实车工况，使得标定值更加准确，装置中所述设定变化率阈值为根据车辆在正常工况时的最大加速度计算得到。

进一步地，为了便于直接控制电机，所述控制器为电机控制器。

附图说明

图1是本发明的一种车辆扭矩控制方法的策略图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

方法实施例

本发明提供一种车辆扭矩控制方法，如图1所示，包括以下步骤：

1)计算电机转速变化率，根据电机转速变化率判断电机转速变化率是否大于设定变化率阈值。

经过该转速变化率与设定变化率阈值的判断，当电机转速变化率大于设定变化率阈值时，车辆应该处于非正常状态，该状态可能为车轮发生打滑，例如，电动汽车行驶在结冰路面、雪地路面、沙地路面等低附着系数路面时又或者车轮悬空时都可能造成车轮打滑。

2)如果电机转速变化率大于设定变化率阈值，则将设定变化率阈值输入PI控制器计算得到扭矩调节量，PI控制器的参数根据电机系统参数确定。

3)根据扭矩调节量调整设定输出扭矩，得到最终的输出扭矩值。

另外，步骤3)中还将扭矩调节量与设定扭矩调节量上限值进行比较，根据扭矩调节量与设定扭矩调节量上限值的小值调整设定输出扭矩，得到最终的输出扭矩值。

如图1所示，具体过程如下：

首先，计算的到电机的转速变化率Δn_Act，并于设定变化率阈值Δn_Max进行比较运算得到判断是否输出进入PI控制器；其次，当需要进行PI控制时，将设定变化率阈值Δn_Max作为输入，而且通过乘法运算加入扭矩方向运算符，进行PI计算得到扭矩调节量ΔT_q，再与设定扭矩调节量上限值ΔT_qMax进行比较得到其中的最小值，将该最小值与设定输出扭矩值T_Req进行加法运算，并与扭矩方向运算符进行乘法运算得到最终的输出扭矩值，即为线之后的扭矩设定值T_ReqLtd。

上述的转速变化率的计算过程如下：

其中，t≥2T；n(t)为当前时刻电机转速，单位：r/min；n(t-T)为上一时刻电机转速，单位：r/min；T为转速采样周期，单位：s；Δn_Act为转速变化率，单位：r/s²。

确定PI控制器参数的过程为根据电机系统参数构成的运动方程：

由

得到

式中，J为系统转动惯量，B为转子粘滞摩擦系数，n为电机转速(r/min)，ω为电机转子角速度(rad/s)，T_L为负载转矩，T_q为电机转矩；

定义传递函数W(s)是输出量(T_q-T_L)与输入量转速n之比，则

则PI控制器的参数与J、B相关。

另外，为了更好的接近实车工况，使得标定值更加准确，设定变化率阈值为根据车辆在正常工况时的最大加速度计算得到。

装置实施例

本发明提供一种车辆扭矩控制装置，包括控制器和存储器以及存储在存储器中并可在控制器上运行的计算机程序，控制器连接有检测装置，检测装置用于检测电机转速，控制器执行程序时实现上述方法。

上述的控制器优选为电机控制器，但并不局限于此，还可以是另外设置的控制器。

以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种车辆扭矩控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)计算电机转速变化率，根据电机转速变化率判断电机转速变化率是否大于设定变化率阈值；

2)如果电机转速变化率大于设定变化率阈值，则将设定变化率阈值输入PI控制器计算得到扭矩调节量，PI控制器的参数根据电机系统参数确定；

3)根据扭矩调节量调整设定输出扭矩，得到最终的输出扭矩值；

确定PI控制器参数的过程为根据电机系统参数构成的运动方程：

由

得到

式中，J为系统转动惯量，B为转子粘滞摩擦系数，n为电机转速(r/min)，ω为电机转子角速度(rad/s)，T_L为负载转矩，T_q为电机转矩；

定义传递函数W(s)是输出量(T_q-T_L)与输入量转速n之比，则

则PI控制器的参数与J、B相关。

2.根据权利要求1所述的车辆扭矩控制方法，其特征在于，步骤3)中还将扭矩调节量与设定扭矩调节量上限值进行比较，根据扭矩调节量与设定扭矩调节量上限值的小值调整所述设定输出扭矩，得到最终的输出扭矩值。

3.根据权利要求1所述的车辆扭矩控制方法，其特征在于，所述设定变化率阈值为根据车辆在正常工况时的最大加速度计算得到。

4.一种车辆扭矩控制装置，其特征在于，包括控制器和存储器以及存储在存储器中并可在控制器上运行的计算机程序，控制器连接有检测装置，所述检测装置用于检测电机转速，所述控制器执行所述程序时实现以下步骤：

1)计算电机转速变化率，根据电机转速变化率判断电机转速变化率是否大于设定变化率阈值；

2)如果电机转速变化率大于设定变化率阈值，则将设定变化率阈值输入PI控制器计算得到扭矩调节量，PI控制器的参数根据电机系统参数确定；

3)根据扭矩调节量调整设定输出扭矩，得到最终的输出扭矩值；

确定PI控制器参数的过程为根据电机系统参数构成的运动方程：

由

得到

式中，J为系统转动惯量，B为转子粘滞摩擦系数，n为电机转速(r/min)，ω为电机转子角速度(rad/s)，T_L为负载转矩，T_q为电机转矩；

定义传递函数W(s)是输出量(T_q-T_L)与输入量转速n之比，则

则PI控制器的参数与J、B相关。

5.根据权利要求4所述的车辆扭矩控制装置，其特征在于，步骤3)中还将扭矩调节量与设定扭矩调节量上限值进行比较，根据扭矩调节量与设定扭矩调节量上限值的小值调整所述设定输出扭矩，得到最终的输出扭矩值。

6.根据权利要求4所述的车辆扭矩控制装置，其特征在于，所述设定变化率阈值为根据车辆在正常工况时的最大加速度计算得到。

7.根据权利要求4所述的车辆扭矩控制装置，其特征在于，所述控制器为电机控制器。

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