CN111251900A - 一种能降低扭矩损失的抑抖方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能降低扭矩损失的抑抖方法，包括下列步骤：基于锁相环获取电机实时转速；确定不作任何抑抖的车辆运行过程中的抖动频率区间；通过驻点计算的方法获取电机转速实时抖动频率；设计PR比例谐振滤波器，通过PR比例谐振滤波器获取电机转速抖动量；对VCU发送的请求扭矩进行补偿，得到输出扭矩；判断所述的请求扭矩是否满足退出抑抖控制的条件，若是，则通过扭矩闭环对所述的输出扭矩进行调节进行，调节完成后，退出抑抖控制和扭矩闭环，控制电机按照调节后的输出扭矩运行，反之则控制电机按照输出扭矩运行。本发明公开的抑抖方法能够控制抑抖的退出，使抑抖不会全程介入汽车的运行过程，由此降低扭矩的损失。

Description

一种能降低扭矩损失的抑抖方法
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种能降低扭矩损失的抑抖方法。
背景技术
新能源车辆由于频繁工作在正负扭矩切换及急加速工况，且除了行业内比较领先的几家企业之外；目前并没有专门针对新能源车开发专用的底盘，底盘的不适配及加减速过快等特点，导致了车辆在松踩油门的过程中，会出现连续的低频抖动，严重影响驾驶人的驾驶体验。
现有的抑抖方法存在一个明显的弊端，即在高速时，由于速度基频幅值较大，为了尽可能的降低观测时延，观测器截止频率需要设计的尽量较大，这样导致了速度基频值衰减过慢，观测出来的抖动信号中往往存在较大的直流分量，较大直流分量的存在会导致补偿扭矩过大，从而使得VCU请求扭矩和经过补偿后的扭矩指令之间存在较大的差值，驾驶人此时会感觉到明显的扭矩响应不足，整车加速出现迟滞，同时也造成了扭矩的损失。
例如，中国专利文献CN201510868642.8公开了“电动汽车电机抖动抑制方法及装置”，所述电动汽车电机抖动抑制方法包括：根据转子的转动角度和转动时间计算所述电机转动的角速度；根据所述角速度和转动惯量计算扭矩抖动量；对所述扭矩抖动量进行滤波处理并进行滞环比较；所述扭矩抖动量达到设定扭矩范围时，得到所述电机的抖动频率为所述扭矩抖动量对应的抖动频率；结合所述扭矩抖动量和扭矩命令控制所述抖动频率内的所述电机。该专利文献只能够抑制电动汽车的电机抖动，无法减少电动汽车在抑抖过程中产生的扭矩损失。
发明内容
本发明主要解决原有的新能源电动汽车抑抖过程中扭矩损失的技术问题；提供一种能降低扭矩损失的抑抖方法，基于VCU的请求扭矩大小设定抑抖的退出点，在新能源汽车的运行过程中抑抖不会全程介入，由此降低扭矩的损失。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括下列步骤：
S1、基于锁相环获取电机实时转速；
S2、确定不作任何抑抖的车辆运行过程中的抖动频率区间；
S3、根据所述电机实时转速和抖动频率区间通过驻点计算的方法获取电机转速实时抖动频率；
S4、根据所述电机转速实时抖动频率设计PR比例谐振滤波器，通过PR比例谐振滤波器获取电机转速抖动量；
S5、根据所述电机转速抖动量对VCU发送的请求扭矩进行补偿，得到输出扭矩；
S6、判断所述的请求扭矩是否满足退出抑抖控制的条件，若是，则进行步骤S7操作，反之则控制电机按照输出扭矩运行；
S7、通过扭矩闭环对所述的输出扭矩进行调节；
S8、判断所述的扭矩闭环调节是否完成，若是，则同时退出抑抖控制和扭矩闭环，反之，则继续进行步骤S7操作；
S9、控制电机按照步骤S7所述的经调节后的输出扭矩运行。
本技术方案根据电机实时转速和抖动频率通过驻点计算的方法获取电机转速实时抖动频率，并将实时抖动频率作为设计的PR比例谐振滤波器的中心频率，通过PR比例谐振滤波器获取电机转速抖动量，根据电机转速抖动量对VCU发送的请求扭矩进行补偿，得到输出扭矩，然后判断请求扭矩是否满足退出抑抖控制的条件，若不满足则控制电机按照输出扭矩运行，若满足则通过扭矩闭环对输出扭矩进行调节，将输出扭矩调整到接近请求扭矩的大小后，同时退出抑抖控制和扭矩闭环，控制电机按照经调节后的输出扭矩运行。
本技术方案在新能源汽车的运行过程中通过判断请求扭矩是否满足退出抑抖控制的条件来控制抑抖的退出，使抑抖不会全程介入汽车的运行过程，由此降低扭矩的损失，同时本技术方案中抑抖的退出是通过扭矩闭环将输出扭矩调整到接近请求扭矩的大小后再退出抑抖控制，防止在退出时电机的扭矩出现较大突变从而降低了用户的驾驶体验，抑抖控制退出的同时扭矩闭环也退出，有效防止两者长时间共同作用，互相干涉，引发系统调节共振，进而导致输出扭矩出现周期性波动。
作为优选，所述的步骤S6具体包括：
S61、对VCU的请求扭矩进行斜率判断，若请求扭矩的上升斜率超过设定值，则判断汽车处于百公里加速状态，进行步骤S7操作，反之则进行步骤S62操作；
S62、根据电机的实时转速查扭矩判断表获取退出扭矩值；
S63、判断请求扭矩是否小于退出扭矩值，若是，则控制电机按照输出扭矩运行，反之则进行步骤S7操作。
为了保证汽车运行过程中百公里加速不受抑抖限制，因此对VCU的请求扭矩进行斜率的判断，当判断为百公里加速时，则退出抑抖控制，当判断不处于百公里加速的状态时，则依据电机的实时转速查表获取退出扭矩值，再将请求扭矩与退出扭矩值进行比较，若请求扭矩的值超出退出扭矩值，则进行抑抖退出操作，反之则继续抑抖操作。
作为优选，所述的步骤S7中通过扭矩闭环对输出扭矩进行调节采用纯P调节。
纯P调节指的是纯比例调节，采用纯P调节避免了由积分环节带来的饱和影响及微分环节带来的噪声干扰，使最终的输出扭矩值更加精准。
作为优选，所述的步骤S8中判断所述的扭矩闭环调节是否完成具体包括：判断所述的请求扭矩与电机反馈扭矩的差值是否达到设定的阈值且进入扭矩闭环的时间是否到达设定的时长。
在判断扭矩闭环调节是否完成的过程中需要判断两个条件是否同时满足，一是VCU发送的扭矩请求与电机反馈扭矩的差值是否达到设定的阈值，二是进入扭矩闭环的时间是否到达设定的时长。因为扭矩闭环和抑抖调节是同时进行的，但只可以在短时间内共同作用，若长时间共同作用，两者会互相干涉，引发系统调节共振，进而导致输出扭矩出现周期性波动，因此第二个条件时长的限制可以有效防止扭矩闭环和抑抖调节的长时间共同作用。
作为优选，所述的步骤S3具体包括：
S31、实时计算电机转速的驻点；
S32、计算当前驻点和前一个驻点之间的时间差，所获差值即为电机转速信号中所含周期信号的一半；
S33、对所获周期信号进行排序，其中，接近步骤S2所述的抖动频率区间的周期信号即为实时抖动频率，由此可获得周期信号；
S34、对所述实时抖动频率进行确信度验证，若实时抖动频率不在正常抖动频率区间内，则舍去该周期信号，并重新进行步骤S33，反之则进行步骤S4；
S35、若数次计算所得的实时抖动频率都不在正常抖动频率区间内，则重新确认车辆状态是否发生变化，若发生变化则重新调整车辆的正常抖动频率区间，再进行步骤S34。
车辆的实际运行过程中，随着车辆的老化，进而会发生机械连接部件的松动等无法意料状况的发生，由此会导致车辆抖动频率发生较大改变，基于驻点计算的方法实时计算电机转速的抖动频率，并对计算所得的实时抖动频率进行确信度验证，可有效避免噪声干扰，保证了电机抖动频率的准确，进而保证了经补偿后的请求扭矩对电机抖动抑制的准确性和有效性。
作为优选，所述的步骤S5具体包括：
S51、建立高阶卡尔曼滤波观测器，对电机的抖动加速度进行观测，获取电机转速抖动加速度量；
S52、结合电机转速抖动加速度量和电机转速抖动量通过PD闭环控制获取补偿扭矩；
S53、将所述的补偿扭矩和请求扭矩相加得到输出扭矩，控制电机按照输出扭矩运行，以抑制抖动。
采用PD闭环控制获取补偿扭矩，并将补偿扭矩与请求扭矩相加得到输出扭矩，来对整车的抖动进行抑抖控制，且卡尔曼观测器可以实时观测电机抖动加速度，这可以有效抑制PR滤波在高速阶段抑制抖动过程中产生的噪声干扰，因此，采用本发明方法可以对整车运行的所有转速区间进行抑抖，相对于传统的抑抖方法仅适用于低速及中速区间，本发明方法的使用转速范围更广。
作为优选，所述的步骤S52中获取的补偿扭矩需进行限幅。
对补偿扭矩进行限幅，可以防止抑抖控制出现失稳的情况。
本发明的有益效果是：1)通过判断请求扭矩是否满足退出抑抖控制的条件来控制抑抖的退出，使抑抖不会全程介入汽车的运行过程，由此降低扭矩的损失；2)抑抖的退出是通过扭矩闭环将输出扭矩调整到接近请求扭矩的大小后再退出抑抖控制，防止在退出时电机的扭矩出现较大突变从而降低了用户的驾驶体验；3)抑抖控制退出的同时扭矩闭环也退出，有效防止两者长时间共同作用，互相干涉，引发系统调节共振，进而导致输出扭矩出现周期性波动；4)扭矩闭环采用纯P调节避免了由积分环节带来的饱和影响及微分环节带来的噪声干扰，使最终的输出扭矩值更加精准；5)通过卡尔曼观测器实时观测电机抖动加速度，通过PD闭环控制获取补偿扭矩，有效抑制PR滤波在高速阶段抑制抖动过程中产生的噪声干扰，扩大了本发明方法的使用转速范围。
附图说明
图1是本发明方法的一种流程图。
图2是本发明驻点计算方法的一种流程图。
图3是本发明抑抖前整车车速信号的一种仿真图。
图4是本发明抑抖后整车车速信号的一种仿真图。
图5是本发明实际请求扭矩和电机反馈扭矩的一种对比数据图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种能降低扭矩损失的抑抖方法，如图1～图2所示，包括包括下列步骤：
S1、基于锁相环获取电机实时转速，具体包括：
S11、基于旋转变压器实时采集电机转子位置信号，将获取的转子位置信号和估计位置信号作差输入锁相环模块中，经过闭环调节得到电机的转速信号；
S12、将电机的转速信号和固定增益相乘进行单位转换，对所获值进行二阶滤波处理，最终得到的目标值即为电机实时转速；
S2、确定不作任何抑抖的车辆运行过程中的抖动频率区间，具体包括：
S21、在整车上不作任何抑抖，进行急加速、急减速、定点起步实验，采集整车抖动下的电机转速数据；
S22、对获取的电机转速数据进行FFT(快速傅里叶变换)运算得到抖动频率，或者通过抖动周期解算得到抖动频率，抖动频率包括电机正转过程中的抖动频率和电机反转过程中的抖动频率，从抖动频率中可获取抖动频率区间；
S3、通过驻点计算的方法获取电机转速实时抖动频率，具体包括：
S31、根据步骤S1获取的电机实时转速计算电机转速的驻点；
S32、计算当前驻点和前一个驻点之间的时间差，所获差值即为电机转速信号中所含周期信号的一半，由此可获得周期信号；
S33、对所获周期信号进行排序，其中，接近步骤S2确定的抖动频率区间的周期信号即为实时抖动频率；
S34、对实时抖动频率进行确信度验证，若实时抖动频率不在正常抖动频率区间2-10HZ内，则舍去该周期信号，并重新进行步骤S33，反之则进行步骤S4；
S35、若数次计算所得的实时抖动频率都不在正常抖动频率区间内，则重新确认车辆状态是否发生变化，若发生变化则重新调整车辆的正常抖动频率区间，再进行步骤S34；
S4、设计PR比例谐振滤波器，通过PR比例谐振滤波器获取电机转速抖动量，具体包括：
S41、建立仿真模型，输入PR比例谐振滤波器的带宽和步骤S3所获取的实时抖动频率，通过MATLAB仿真，计算整个PR比例谐振滤波器传递系统的伯德图；
S42、基于伯德图，对中心频率和带宽进行修改，中心频率即为步骤S3获取的实时抖动频率；
S43、通过PR比例谐振滤波器获取电机转速抖动量，即通过PR比例谐振滤波器的传递函数获取电机转速抖动量，其中PR比例谐振滤波器的传递函数如下所示：
Figure BDA0002283059110000081
其中，K为所设计的PR比例谐振滤波器的带宽，ωn为中心频率，s为拉普拉斯变量；
S5、根据步骤S4滤波获得的电机转速抖动量对VCU(整车控制器)发送的请求扭矩进行补偿,具体包括：
S51、建立高阶卡尔曼滤波观测器，对电机的抖动加速度进行观测，获取电机转速抖动加速度量；
S52、以电机转速抖动加速度量作为微分误差，以电机转速抖动量作为比例误差，通过PD闭环控制获取补偿扭矩，其中PD闭环控制的函数如下所示：
Gs＝Kp(1+Tds)
其中，Kp为比例系数，即电机转速抖动量，Td为微分时间常数，即电机转速抖动加速度量；
S54、对补偿扭矩进行限幅；
S53、将补偿扭矩和请求扭矩相加得到输出扭矩；
S6、判断VCU发送的请求扭矩是否满足退出抑抖控制的条件，具体包括：
S61、对VCU的请求扭矩进行斜率判断，若请求扭矩的上升斜率超过设定值，则判断汽车处于百公里加速状态，进行步骤S7操作，反之则进行步骤S62操作；
S62、根据电机的实时转速查扭矩判断表获取退出扭矩值，其中扭矩判断表为一维表，只和转速信号相关，电机的转速大致可以分为3个层次，低速、中速和高速，低速层次相对应的退出扭矩值设定为略低于外特性，高速层次相对应的退出扭矩值设定为较小扭矩值，因为随着转速升高，扭矩损失会逐渐增加，判断扭矩值需要逐渐变小；
S63、判断请求扭矩是否小于退出扭矩值，若是，则控制电机按照输出扭矩运行，反之则进行步骤S7操作。
S7、通过扭矩闭环对所述的输出扭矩进行调节，采用纯P调节；
S8、判断请求扭矩与电机反馈扭矩的差值是否达到设定的阈值且进入扭矩闭环的时间是否到达设定的时长，若是，则同时退出抑抖控制和扭矩闭环，反之，则继续进行步骤S7操作；
S9、控制电机按照步骤S7中经调节后的输出扭矩运行。
本发明在新能源汽车的运行过程中通过判断请求扭矩是否满足退出抑抖控制的条件来控制抑抖的退出，使抑抖不会全程介入汽车的运行过程，由此降低扭矩的损失，同时本发明抑抖的退出是通过扭矩闭环将输出扭矩调整到接近请求扭矩的大小后再退出抑抖控制，防止在退出时电机的扭矩出现较大突变从而降低了用户的驾驶体验，抑抖控制退出的同时扭矩闭环也退出，有效防止两者长时间共同作用，互相干涉，引发系统调节共振，进而导致输出扭矩出现周期性波动，本发明在扭矩闭环过程中采用纯P调节，避免了由积分环节带来的饱和影响及微分环节带来的噪声干扰，提高了最终的输出扭矩的精准度。
本发明根据基于锁相环获取的电机实时转速和不作任何抑抖的车辆运行过程中的抖动频率区间这2个数据通过驻点计算的方法计算电机转速的实时抖动频率，并对计算所得的实时抖动频率进行确信度验证，可有效避免噪声干扰，保证了电机抖动频率的准确，进而保证了经补偿后的请求扭矩对电机抖动抑制的准确性和有效性；本发明采用了PR比例谐振滤波器进行电机转速抖动量的提取，最大限度的避免了由于二阶滤波器的使用带来的信号延时，保证了电机抖动抑制的及时性和实时性，增强了汽车的平稳性，提高了用户的驾驶体验；本发明将实时抖动频率作为PR滤波的中心频率进行电机转速抖动量的滤波获取，使电机转速抖动量的数值更加精准，抑制抖动的效果也更好；本发明通过卡尔曼观测器实时观测电机抖动加速度，通过PD闭环控制获取补偿扭矩，有效抑制PR滤波在高速阶段抑制抖动过程中产生的噪声干扰，扩大了本发明方法的使用转速范围。
为验证所提方法的有效性，本发明对基于PR滤波器的抑抖控制系统的控制效果进行仿真实验:
设置实验中的初始条件和控制参数为：采取仿真步长0.0001s；电机参数设置为母线电压udc＝360V,Ld＝0.0006H，Ld＝0.0008H；取PI参数为kp＝0.5,ki＝0.067；总成的转动惯量设置为1；整车的转动惯量设置为10；总成的阻尼系数设置为0.2；所有的相关状态变量初始值均设置为0；整车车速从0KM/h上升到60KM/h；仿真时间设定为60s；整车的驱动扭矩设定为10N.M。
由图3和图4的对比可以看出，整车的车速信号在同样的10N.M驱动力驱动下，抑抖后的转速信号相比抑抖前的转速信号上升更为平顺，基本没有转速波动的现象，由此抑抖方法取得了预期的效果。
在整车进行实际应用验证，实际请求扭矩和电机反馈扭矩对比数据图如图5所示，由图5可以看出，电机输出扭矩基本可以正常跟踪VCU请求扭矩，抖动退出控制实现了预期的效果。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种能降低扭矩损失的抑抖方法，其特征在于包括下列步骤：
S1、基于锁相环获取电机实时转速；
S2、确定不作任何抑抖的车辆运行过程中的抖动频率区间；
S3、根据所述电机实时转速和抖动频率区间通过驻点计算的方法获取电机转速实时抖动频率；
S4、根据所述电机转速实时抖动频率设计PR比例谐振滤波器，通过PR比例谐振滤波器获取电机转速抖动量；
S5、根据所述电机转速抖动量对VCU发送的请求扭矩进行补偿，得到输出扭矩；
S6、判断所述的请求扭矩是否满足退出抑抖控制的条件，若是，则进行步骤S7操作，反之则控制电机按照输出扭矩运行；
S7、通过扭矩闭环对所述的输出扭矩进行调节；
S8、判断所述的扭矩闭环调节是否完成，若是，则同时退出抑抖控制和扭矩闭环，反之，则继续进行步骤S7操作；
S9、控制电机按照步骤S7所述的经调节后的输出扭矩运行。
2.根据权利要求1所述的一种能降低扭矩损失的抑抖方法，其特征在于所述步骤S6具体包括：
S61、对VCU的请求扭矩进行斜率判断，若请求扭矩的上升斜率超过设定值，则判断汽车处于百公里加速状态，进行步骤S7操作，反之则进行步骤S62操作；
S62、根据电机的实时转速查扭矩判断表获取退出扭矩值；
S63、判断请求扭矩是否小于退出扭矩值，若是，则控制电机按照输出扭矩运行，反之则进行步骤S7操作。
3.根据权利要求1或2所述的一种能降低扭矩损失的抑抖方法，其特征在于所述步骤S7中通过扭矩闭环对输出扭矩进行调节采用纯P调节。
4.根据权利要求1所述的一种能降低扭矩损失的抑抖方法，其特征在于所述步骤S8中判断所述的扭矩闭环调节是否完成具体包括：判断所述的请求扭矩与电机反馈扭矩的差值是否达到设定的阈值且进入扭矩闭环的时间是否到达设定的时长。
5.根据权利要求1所述的一种能降低扭矩损失的抑抖方法，其特征在于所述步骤S3具体包括：
S31、实时计算电机转速的驻点；
S32、计算当前驻点和前一个驻点之间的时间差，所获差值即为电机转速信号中所含周期信号的一半；
S33、对所获周期信号进行排序，其中，接近步骤S2所述的抖动频率区间的周期信号即为实时抖动频率，由此可获得周期信号；
S34、对所述实时抖动频率进行确信度验证，若实时抖动频率不在正常抖动频率区间内，则舍去该周期信号，并重新进行步骤S33，反之则进行步骤S4；
S35、若数次计算所得的实时抖动频率都不在正常抖动频率区间内，则重新确认车辆状态是否发生变化，若发生变化则重新调整车辆的正常抖动频率区间，再进行步骤S34。
6.根据权利要求1所述的一种能降低扭矩损失的抑抖方法，其特征在于所述步骤S5具体包括：
S51、建立高阶卡尔曼滤波观测器，对电机的抖动加速度进行观测，获取电机转速抖动加速度量；
S52、结合电机转速抖动加速度量和电机转速抖动量通过PD闭环控制获取补偿扭矩；
S53、将所述的补偿扭矩和请求扭矩相加得到输出扭矩，控制电机按照输出扭矩运行，以抑制抖动。
7.根据权利要求6所述的一种能降低扭矩损失的抑抖方法，其特征在于所述步骤S52中获取的补偿扭矩需进行限幅。
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