CN111288157B - 轮齿间隙补偿方法、系统及控制器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了轮齿间隙补偿方法、系统及控制器，该方案在检测到主动轮的输出转矩即将由零变为非零或即将反向时，进入轮齿间隙补偿策略，此时，获取主动轮与从动轮的相对转速，然后，将相对转速与相对转速目标值进行比较，输出双向转矩脉冲序列信号，依据双向转矩脉冲序列信号调整主动轮的输出转矩，直到检测到相对转速为零时结束轮齿间隙补偿。利用该方案能够消除主动齿轮的旋转方向反向过程中跨越轮齿间隙产生的冲击和反弹。

Description

轮齿间隙补偿方法、系统及控制器

技术领域

本发明属于齿轮传动技术领域，尤其涉及轮齿间隙补偿方法、系统及控制器。

背景技术

在存在齿轮传动结构的电机控制设备中，齿轮结构的固有特点决定了相互咬合的轮齿间都存在一定的冗余空间，即轮齿间隙。

请参见图1，示出了齿轮轮齿咬合过程的示意图，假设图1中上齿轮为主动轮，下齿轮为从动轮，主动轮顺时针旋转的某一时刻，主动轮的b齿与从动轮的B齿紧密贴合，此时b齿和C齿间存在较大的间隙。

由于轮齿间隙的存在，当齿轮运动方向发生变化时，例如，主动轮从正转变为反转，或者，主动轮从反转变为正转，相互咬合的齿轮轮齿会经历跨越轮齿间隙反向咬合的过程。例如，图1中主动轮的旋转方向从顺时针变为逆时针，则b齿经过与B齿脱离，再与C齿贴合这两个过程。主动轮反向后，在b齿与C齿贴合之前，主动轮所受从动轮的阻力消失，因此做反向加速运动；同时，从动轮失去动力源，做减速运动，b齿和C齿之间相对转速逐渐增大。当b齿和C齿贴合的瞬间会产生较大的冲击和反弹，进而导致b齿和C齿的接触面反复多次才能稳定贴合，即存在咬齿抖动。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供轮齿间隙补偿方法、系统及控制器，以解决主动轮的旋转方向反向时产生的咬齿抖动现象，其中具体的技术方案如下：

一方面，本申请提供了一种轮齿间隙补偿方法，包括：

当检测到主动轮的输出转矩即将由零变为非零或即将反向时，获取主动轮的转速作为与该主动轮咬合的从动轮的转速；

获取所述主动轮的实时转速，并计算所述主动轮的实时转速与所述从动轮的转速之间的相对转速；

比较所述相对转速与相对转速目标值的大小得到控制偏差方向，并输出脉冲宽度与所述控制偏差方向的维持时间正相关的双向转矩脉冲序列信号；

依据所述双向转矩脉冲序列信号调整所述主动轮的输出转矩，直到检测到所述相对转速为零结束。

可选地，检测主动轮的输出转矩即将由零变为非零的过程，包括：

当检测到控制主动轮转矩的指令转矩由零变为非零后，确定所述主动轮的输出转矩由零变为非零；

检测主动轮的输出转矩即将反向的过程，包括：

当检测到所述主动轮的输出转矩的绝对值小于或等于第一转矩阈值，同时，检测到所述主动轮当前周期的指令转矩与相邻的上一周期的指令转矩方向相反时，确定所述主动轮的输出转矩即将反向。

可选地，比较所述相对转速与相对转速目标值的大小得到控制偏差方向，并输出脉冲宽度与所述控制偏差方向的维持时间正相关的双向转矩脉冲序列信号，包括：

当所述主动轮的输出转矩由负向变为正向，且所述相对转速小于所述相对转速目标值时，确定控制偏差方向是负向，并输出脉宽与负向偏差的维持时间正相关的正向设定补偿转矩；

当所述主动轮的输出转矩由负向变为正向，且所述相对转速大于所述相对转速目标值时，确定所述控制偏差方向是正向，并输出脉宽与正向偏差的维持时间正相关的负向设定补偿转矩。

可选地，比较所述相对转速与相对转速目标值的大小得到控制偏差方向，并输出脉冲宽度与所述控制偏差方向的维持时间正相关的双向转矩脉冲序列信号，包括：

当所述主动轮的输出转矩由正向变为负向，且所述相对转速小于所述相对转速目标值时，确定控制偏差方向是负向，并输出脉宽与负向偏差的维持时间正相关的负向设定补偿转矩；

当所述主动轮的输出转矩由负向变为正向，且所述相对转速大于所述相对转速目标值时，确定控制偏差方向是正向，并输出脉宽与正向偏差的维持时间正相关的正向设定补偿转矩。

可选地，所述方法还包括：

当所述相对转速为零后，控制所述主动轮的输出转矩按照指定转矩步长逐步增加，且不同周期对应的所述指定转矩步长的绝对值由小到大增大。

可选地，所述方法还包括：

当用于控制主动轮转矩的指令转矩小于或等于咬合保持转矩且未反向时，控制所述主动轮的输出转矩维持在所述咬合保持转矩。

另一方面，本申请还提供了一种轮齿间隙补偿系统，包括：电机、齿轮传动机构和控制器；

所述齿轮传动机构中的主动轮与所述电机的转子轴连接；

所述控制器，用于当检测到主动轮的输出转矩即将由零变为非零或者主动轮的输出转矩即将反向时，获取主动轮的转速作为与该主动轮咬合的从动轮的转速；获取所述主动轮的实时转速，并计算所述主动轮的实时转速与所述从动轮的转速之间的相对转速；比较所述相对转速与相对转速目标值的大小得到控制偏差方向，并输出脉冲宽度与所述控制偏差方向的维持时间正相关的双向转矩脉冲序列信号；依据所述双向转矩脉冲序列信号调整所述主动轮的输出转矩，直到检测到所述相对转速为零结束。

可选地，所述控制器具体用于检测主动轮的输出转矩即将由零变为非零时，具体用于：

当检测到控制主动轮转矩的指令转矩由零变为非零后，确定所述主动轮的输出转矩由零变为非零；

所述控制器用于检测主动轮的输出转矩即将反向时，具体用于：当检测到所述主动轮的输出转矩的绝对值小于或等于第一转矩阈值，同时，检测到所述主动轮的当前周期的指令转矩与相邻的上一周期的指令转矩方向相反时，确定所述主动轮的输出转矩即将反向。

可选地，所述控制器还用于：

当所述相对转速为零后，控制所述主动轮的输出转矩按照指定转矩步长逐步增加，且不同周期对应的所述指定转矩步长的绝对值由小到大增大；

当用于控制主动轮转矩的指令转矩小于或等于咬合保持转矩且未反向时，控制所述主动轮的输出转矩维持在所述咬合保持转矩。

再一方面，本申请还提供了一种控制器，包括存储器和处理器；所述存储器内存储有程序指令，所述处理器调用所述存储器内的程序指令执行上述任一种可能的实现方式所述的轮齿间隙补偿方法。

本申请提供的轮齿间隙补偿方法，该方案在检测到主动轮的输出转矩即将由零变为非零或即将反向时，进入轮齿间隙补偿策略，获取主动轮此时的转速作为从动轮的转速；然后，获取主动轮的实时转速，并计算主动轮的实时转速与从动轮的转速之间的差值得到主从轮的相对转速。再将相对转速与相对转速目标值进行比较，输出双向转矩脉冲序列信号，依据双向转矩脉冲序列信号调整主动轮的输出转矩，直到检测到相对转速为零时结束轮齿间隙补偿。利用该方案能够避免主动齿轮的输出转矩由零变为非零或者转矩反向过程中跨越轮齿间隙产生的冲击和反弹。该方案从咬齿抖动本质出发检测到主动轮的输出转矩即将由零变为非零或即将反向时进入轮齿间隙补偿策略，与根据设备的不同工况进行转矩补偿的方案相比，该方案针对所有需要进行补偿的工况实现自适应的转矩补偿，简化了补偿逻辑，提高了补偿准确性。而且，该方案依据主从轮的相对转速与相对转速目标值的偏差方向产生双向转矩脉冲序列信号，且双向转矩脉冲序列信号的脉宽与偏差方向的维持时间正相关，因此适用于不同轮齿间隙大小的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是齿轮的运动方向反向后轮齿咬合过程的示意图；

图2是本申请实施例提供的一种轮齿间隙补偿方法的流程图；

图3～图6是本申请实施例提供的四种典型工况下轮齿间隙补偿过程示意图；

图7是本申请实施例提供的另一种轮齿间隙补偿方法的流程图；

图8是本申请实施例提供的又一种轮齿间隙补偿方法的流程图；

图9是本申请实施例提供的一种轮齿间隙补偿系统的结构示意图。

具体实施方式

新能源电动汽车传动系统结构包括驱动电机、变速箱、传动轴三个部分，三部分以齿轮结构连接，由于轮齿间隙的存在，当齿轮的运动方向反向时跨越轮齿间隙引起咬齿抖动，进而导致整车顿挫，舒适性及驾驶体验差。

目前，传统的轮齿间隙补偿方案均是针对出现咬齿抖动的不同工况分别进行转矩补偿，例如，整车运行过程中出现咬齿抖动的工况如下：①无轮齿间隙补偿，踩油门起步瞬间；②无咬合补偿，低速，踩油门进入驱动模式瞬间；③无轮齿间隙补偿，低速，松油门退出驱动模式瞬间；④无轮齿间隙补偿，高速，踩油门，由回馈模式转为驱动模式瞬间；⑤无轮齿间隙补偿，高速，松油门，由驱动模式转为回馈模式瞬间；⑥无轮齿间隙补偿，连续点踩油门；⑦有简单轮齿间隙补偿，换挡瞬间；⑧有简单轮齿间隙补偿，连续点踩油门；⑨有简单轮齿间隙补偿，SOC电量较高，不允许进回馈模式时；⑩有简单轮齿间隙补偿，上下坡踩油门和松油门等。针对如此多需要补偿的工况，传统的针对不同工况进行补偿的方式存在考虑不全面、条件可变性大、补偿逻辑复杂等问题。而且，传统的补偿方式针对不同的工况以与该工况相对应的恒定转矩进行补偿，此种补偿方式很难适应不同工况。

为解决上述问题，本申请提供了轮齿间隙补偿方法，该方案在检测到主动轮的输出转矩即将由零变为非零或即将反向时，进入轮齿间隙补偿策略，此时，获取主动轮与从动轮的相对转速，然后，比较相对转速与相对转速目标值，输出双向转矩脉冲序列信号，依据双向转矩脉冲序列信号调整主动轮的输出转矩，直到检测到相对转速为零时结束轮齿间隙补偿。该方案从咬齿抖动本质出发检测到主动轮的输出转矩即将由零变为非零或即将反向时进入轮齿间隙补偿策略，与根据设备的不同工况进行转矩补偿的方案相比，该方案针对所有需要进行补偿的工况均能进行转矩补偿，简化了补偿逻辑，提高了补偿准确性。而且，该方案依据主从轮的相对转速与相对转速目标值的偏差方向产生双向转矩脉冲序列信号，且双向转矩脉冲序列信号的脉宽与上述偏差方向的维持时间正相关，因此适用于不同轮齿间隙大小。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做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范围。

请参见图2，示出了本申请实施例提供的一种轮齿间隙补偿方法的流程图，该方法用于消除齿轮反向跨越轮齿间隙时导致咬齿抖动现象。

发明人在研究咬齿抖动的过程中发现，影响咬齿抖动的因素主要有两个：一是轮齿咬合瞬间主动轮的输出转矩大小，主要影响轮齿咬合接触瞬间的作用力；二是轮齿咬合瞬间主动轮齿和从动轮齿之间的相对速度，主要影响轮齿咬合瞬间冲量的大小。根据整车实测情况，在驱动电机的输出转矩(即主动轮的输出转矩)不是特别大的情况下，实际影响咬齿抖动的主要因素是轮齿咬合瞬间的相对速度，因此轮齿间隙补偿控制即将咬合在一起的两个齿轮的相对速度即可，但具体实施时发现解决咬齿抖动问题主要存在以下难点：

①引起咬齿抖动的情况较多，如何准确判定进入轮齿间隙补偿策略的时机，不误补偿又不漏补偿，同时又能做到对工况条件变化自适应性；

②无法准确获取除主齿轮之外的其它传动齿轮的旋转速度，从而导致无法获取主从轮的相对转速；

③传统的轮齿间隙补偿方式无法适应由于长期磨损导致轮齿间隙大小发生的变化。

本申请提供轮齿间隙补偿方法将逐个解决上述三个难点，如图2所示，该方法主要包括以下步骤：

S110，当检测到主动轮的输出转矩即将由零变为非零或即将反向时，获取主动轮的转速作为与从动轮的转速。

发明人对各种工况进行深入分析后发现，咬齿抖动的本质是当主动轮的输出转矩即将由零变为非零或即将反向时，因此，本申请以主动轮的输出转矩即将反向作为进入补偿逻辑的判断条件。

在新能源汽车的应用场景中，指令转矩是整车VCU下发的用于控制电机转子转矩的控制指令所包含的目标转矩，即控制电机转子的输出转矩达到该目标转矩。电机控制器接收到整车VCU下发的控制指令后，调整电机的输出转矩使其达到指令转矩值。因此，电机(即主动轮)的输出转矩滞后于指令转矩，因此，通过检测指令转矩即可确定输出转矩是否即将由零变为非零或即将反向。

其中，用于控制主动轮转矩的指令转矩从无到有时，即主动轮的指令转矩从零到非零，因此，主动轮的输出转矩即将由零变为非零；当检测到主动轮的指令转矩过零反向时，确定主动轮的输出转矩即将反向，例如，指令转矩从正向转矩变为负向转矩，或者，从负向转矩变为正向转矩。

在本申请的一个实施例中，为了降低整车运动中电动状态与发电状态相互切换时补偿策略对转矩响应速度的影响，减少延时，设定进入补偿策略的转矩判定阈值(即，第一转矩阈值)，在实际执行时，当主动轮的输出转矩的绝对值小于或等于第一转矩阈值(包括输出转矩为零的情况)，同时，主动轮在当前周期的指令转矩与相邻的上一周期的指令转矩相反时(即相邻两个周期的指令转矩跨越零点)，此时确定主动轮的输出转矩即将反向。

相反地，当主动轮的输出转矩的绝对值大于第一转矩阈值，同时，主动轮在当前周期的指令转矩与相邻的上一周期的指令转矩同向，确定主动轮的输出转矩不会反向。

本申请提供的进入补偿策略的判定条件包含了所有存在咬齿抖动的工况，实现不同工况的咬齿抖动问题的统一，提高了识别轮齿间隙跨越动作的准确性，简化了轮齿间隙补偿逻辑。

前已叙及，当主动轮的输出转矩反向时，存在主动轮的轮齿与当前咬合面的从动轮的轮齿脱离的过程，两个轮齿脱离前可以认为两轮齿边缘的线速度一致。两轮齿脱离瞬间，失去动力源的从齿轮做自由减速运动，但整车惯性较大导致从齿轮的速度变化很慢；同时，驱动电机的转子惯性很小，主动轮与从动轮脱离后，在驱动电机扭矩作用下主动轮速度变化较快，跨越轮齿间隙的时间很短，一般在一百毫秒左右。因此，在主动轮与反向前的从动轮轮齿脱离到跨越轮齿间隙的时间范围内，可以粗略认为从齿轮的速度不变。因此，在主动轮轮齿与从动轮轮齿脱离的瞬间(即检测到主动轮的输出转矩即将由零变为非零或即将反向时)获取主动轮的转速(即，驱动电机的转速)作为从动轮的转速。

S120，获取主动轮的实时转速，并计算主动轮的实时转速与从动轮的转速之间的相对转速。

当主动轮的输出转矩反向或由零变为非零后，主动轮轮的轮齿受到从动轮轮齿的阻力消失，而且，驱动电机的转子惯性较小，所以主动轮的轮齿做反向加速运动，且速度变化较快。因此，需要获取主动轮的实时转速，并计算主动轮的实时转速与从动轮的转速之间的差值得到主从轮的相对转速。并以主从轮的相对转速作为控制目标。

S130，比较相对转速与相对转速目标值的大小得到控制偏差方向，并输出脉冲宽度与控制偏差方向的维持时间正相关的双向转矩脉冲序列信号。

发明人在研究轮齿间隙补偿过程中发现：现有的一种轮齿间隙补偿方式，采用给定恒定的补偿转矩驱动电机加速运动直至跨过轮齿间隙实现反向咬合。这种方式存在如下缺点，如果补偿转矩设置过大会导致跨过轮齿间隙咬合的瞬间转速较大，冲击较大；如果补偿转矩设置较小会导致电机不能有效转起，或跨过轮齿间隙时间过长，或不能有效跨过整个轮齿间隙，可靠性低。另一种现有的轮齿间隙补偿方式，采用单方向脉冲补偿转矩，同时逐渐降低转矩幅值，以减小咬合冲击，但是，单个方向的脉冲转矩导致转速超调后下降过慢；此外，转矩幅值逐渐减小是基于进入补偿策略时的轮齿间隙最大，而实际上进入补偿策略之前两个轮齿的相对位置是随机的，因此轮齿间隙的大小是随机的，并非都是最大间隙。如果轮齿间隙较小，可能在补偿转矩幅值较大时就完成反向咬合，此时的冲击仍比较明显；如果轮齿间隙较大，后面降低补偿转矩幅值后也会导致转速响应变慢，控制效果不易保证。

为了解决现有的轮齿间隙补偿方式存在的问题，本实施例采用双向转矩脉冲序列信号(即由正向脉冲和负向脉冲组成的脉冲序列)，而且，该双向转矩脉冲序列信号的脉宽与主从轮的相对转速的偏差方向维持时间正相关，即，相对转速对应的同一偏差方向上维持时间越长则脉宽越宽，同一偏差方向的维持时间越短则脉宽越窄。

其中，可以按照指定的周期确定偏差方向，当检测到偏差方向变化时，得到当前偏差方向的维持时间。

采用双向脉冲能够提高转速响应速度，减少转速控制超调时间。而且，脉冲幅值保持不变可以减少控制参数，同时保证转速响应速度。脉宽根据相对转速与相对转速目标值的偏差方向进行自适应调整。

其中，脉冲幅值根据电机转速的响应情况设定，脉宽根据主从轮的相对转速与相对转速目标值之间的偏差方向维持时间自动调整。

相对转速目标值可以根据实际情况设置，相对转速的大小决定了齿轮咬合瞬间冲量的大小，相对转速越大咬合瞬间冲量越大。而相对转速目标值是相对转速最终要达到的值，因此，相对转速目标值尽量小以提高咬合补偿效果，但是，为了同时兼顾转矩响应时间，相对转速目标值不能设置太小，因此在保证咬合补偿质量的前提下尽量将相对转速目标值设置大一些。

在一种应用场景中，主动轮的输出转矩由负向变为正向(即正向咬合)，此时，若主从轮的相对转速小于或等于相对转速目标值，即控制偏差方向为负向，输出脉宽与负向偏差的维持时间正相关的正向设定补偿转矩；若主从轮的相对转速大于相对转速目标值，即控制偏差方向为正向，输出脉宽与正向偏差的维持时间正相关的负向设定补偿转矩。

在另一种应用场景中，主动轮的输出转矩由正向变为负向(即负向咬合)，此种应用场景下，若主从轮的相对转速小于或等于相对转速目标值，即控制偏差方向为负向，输出脉宽与负向偏差的维持时间正相关的负向设定补偿转矩；若主从轮的相对转速大于相对转速目标值，即控制偏差方向为正向，输出脉宽与正向偏差的维持时间正相关的正向设定补偿转矩。

如此反复，将主从轮的相对转速控制在相对转速目标值附近，即实现即将咬合的两个轮齿的相对速度可控，从而实现两个轮齿咬合瞬间的冲力可控。

S140，依据双向转矩脉冲序列信号控制主动轮的转速，直到检测到相对转速为零结束。

依据输出的双向转矩脉冲序列信号控制电机的转速，相当于控制主动轮的转速，当两个轮齿咬合成功后(即两个轮齿的相对转速为零)，退出双向转矩脉冲序列调制控制方式。即，以主从轮的相对转速为零作为退出咬合补偿的条件，实现补偿时间和轮齿间隙大小的自适应。

下面将结合图3～图6，介绍四种典型工况下轮齿间隙补偿过程：

如图3所示，为整车从发电状态切换至电动状态的工况下轮齿间隙补偿的示意图，当整车处于发电状态时，电机的输出转矩(即主动轮的输出转矩)为负向转矩，而若整车处于电动状态时，电机的输出转矩为正向转矩。因此，当整车从发电状态切换至电动状态时，电机的输出转矩会由负向变为正向。

实际运行时，当检测到电机(即主动轮)的输出转矩的绝对值小于或等于第一转矩阈值，且相邻两个周期的指令转矩反向时，进入双向转矩脉冲序列补偿阶段，即图3中的脉宽调制阶段，在此阶段，采用双向转矩脉冲序列将主从轮的相对速度控制在相对转速目标值附近，如图3的上图所示的相对转速在相对转速目标值附近微小变化。

其中，图3中的双向转矩脉冲序列信号的脉宽能够基于相对转速与相对转速目标值的差值进行自适应调整，脉冲幅值根据电机转速的响应情况设定。

图4为整车从电动状态切换至发电状态的工况下轮齿间隙补偿的示意图，与图3的不同之处在于，电机的输出转矩由正向变为负向，主动轮的相对转速小于零，具体的补偿原理相同，此处不再赘述。

图5为整车正向起步时轮齿间隙补偿的示意图，整车未起步时，电机的输出转矩为零，正向起步后输出转矩从零变为非零的正向转矩，即输出转矩从无到有。此种情况下，当检测到有指令转矩后，进入补偿策略，即采用双向转矩脉冲序列信号控制电机的转速进而将主从轮的相对转速控制在一定范围内，直到相对转速为零时退出补偿策略。

图6为整车负向起步时轮齿间隙补偿的示意图，与图5的不同之处在于：负向起步时，电机的输出转矩由零变为负向转矩，相对速度为负值，具体的补偿原理与上述补偿过程相同，此处不再赘述。

本实施例提供的轮齿间隙补偿方法，该方案从咬齿抖动本质出发检测到主动轮的输出转矩由零变为非零或者即将反向时进入轮齿间隙补偿策略，与根据设备的不同工况进行转矩补偿的方案相比，该方案针对所有需要进行补偿的工况均能实现转矩补偿，简化了补偿逻辑，提高了补偿准确性。而且，该方案依据主从轮的相对转速与相对转速目标值的偏差方向产生双向转矩脉冲序列信号，且双向转矩脉冲序列信号的脉宽与偏差方向的维持时间正相关，因此适用于不同轮齿间隙大小。

新能源电动汽车中包括多级齿轮传动结构，其中，电机转子连接的主动轮与减速器第一级齿轮咬合时的咬齿抖动最剧烈，因此，应该主要解决主动轮与第一级齿轮的咬合抖动问题。上述的补偿方法消除了电机转子连接的齿轮与减速器第一级齿轮咬合时的抖动现象。

为了进一步消除其它级齿轮的咬合抖动问题，本申请还提供了另一种轮齿间隙补偿方法实施例，如图7所示，该方法在图2所示实施例的基础上还包括以下步骤：

S210，当相对转速为零后，按照指定转矩步长增加输出转矩，且不同周期对应的指定转矩步长的绝对值由小到大增大，直到指定转矩步长达到指定限值后，按该指定限值增加输出转矩直到达到指令转矩。

由于后级齿轮间的相对速度及力的作用与前级的关系非常复杂，难以准确获取，所以本实施例提出了以下优化策略：

在第一级齿轮完成轮齿咬合后，通过由慢到快逐步改变对转矩增长速度的限制，使得输出转矩在一定时间内不至增长过快，为后级齿轮留出一定的咬合缓冲时间，进而达到消除多传动齿轮结构齿轮连续咬齿导致的抖动问题。

参见图3～图6所示的四种典型工况下的轮齿间隙补偿示意图，在第一级齿轮咬合完成后(即，主动轮与第一级从动轮之间的相对转速为零后)，电机的输出转矩呈现缓慢增长趋势，即电机的输出转矩曲线的斜率由小到大逐渐增加。

本实施例提供的轮齿间隙补偿方法，控制主动轮的输出转矩的增长步长由小到大逐步增加，从而为后级齿轮留出一定的咬合缓冲时间，进而达到消除多级传动齿轮结构齿轮连续咬齿导致的咬齿抖动。

为了保证补偿后相互咬合的轮齿不会脱离，本申请提供了又一种轮齿间隙补偿方法实施例，该方法在图2或图7所示实施例的基础上增加咬齿保持策略。

如图8所示，该方法在图7所示实施例的基础上，还包括以下步骤：

S310，当用于控制主动轮转矩的指令转矩小于或等于咬合保持转矩且未反向时，控制主动轮的输出转矩维持在咬合保持转矩。

设定一个较小的咬合保持转矩，当主动轮的指令转矩小于或等于该咬合保持转矩但未反向时，即主动轮的指令转矩减小到比较小的值但未过零点，也即当前周期及相邻的上一周期电机控制器接收到整车VCU下发的指令转矩未反向，此时，控制电机的输出转矩保持为咬合保持转矩，防止咬合的轮齿由于转矩减小而脱离。

相应于上述的轮齿间隙补偿方法实施例，本申请实施例还提供了轮齿间隙补偿系统。

请参见图9，示出了本申请实施例提供的一种轮齿间隙补偿系统的结构示意图，如图9所示，该系统包括电机110、齿轮传动机构120和控制器130。

齿轮传动机构120中的主动轮与电机110的转子轴连接，即电机转子转动带动连接的齿轮转动，因此，该齿轮称为主动轮。

控制器130，用于当检测到主动轮的输出转矩即将由零变为非零或即将反向时，获取主动轮的转速作为与该主动轮咬合的从动轮的转速；然后，获取主动轮的实时转速，并计算主动轮的实时转速与从动轮的转速之间的相对转速；比较相对转速与相对转速目标值的大小得到控制偏差方向，并输出脉冲宽度与控制偏差方向的维持时间正相关的双向转矩脉冲序列信号；依据双向转矩脉冲序列信号调整主动轮的输出转矩，直到检测到相对转速为零结束。

在本申请的一个实施例中，控制器130用于检测主动轮的输出转矩即将由零变为非零的过程时，具体用于：

当检测到控制主动轮转矩的指令转矩由零变为非零后，确定所述主动轮的输出转矩由零变为非零。

在本申请的另一个实施例中，控制器130用于检测主动轮的输出转矩即将反向时，具体用于：

当检测到主动轮的输出转矩的绝对值小于或等于第一转矩阈值，同时，检测到主动轮当前周期的指令转矩与相邻的上一周期的指令转矩方向相反时，确定主动轮的输出转矩即将反向。

在一种应用场景中，主动轮的输出转矩由负向变为正向(即正向咬合)，此时，若主从轮的相对转速小于或等于相对转速目标值，即控制偏差方向为负向，输出脉宽与负向偏差的维持时间正相关的正向设定补偿转矩；若主从轮的相对转速大于相对转速目标值，即控制偏差方向为正向，输出脉宽与正向偏差的维持时间正相关的负向设定补偿转矩。

在另一种应用场景中，主动轮的输出转矩由正向变为负向(即负向咬合)，此种应用场景下，若主从轮的相对转速小于或等于相对转速目标值，即控制偏差方向为负向，输出脉宽与负向偏差的维持时间正相关的负向设定补偿转矩；若主从轮的相对转速大于相对转速目标值，即控制偏差方向为正向，输出脉宽与正向偏差的维持时间正相关的正向设定补偿转矩。

如此反复，将主从轮的相对转速控制在相对转速目标值附近，即实现即将咬合的两个轮齿的相对速度可控，从而实现两个轮齿咬合瞬间的冲力可控。

本实施例提供的轮齿间隙补偿系统，从咬齿抖动本质出发检测到主动轮的输出转矩即将由零变为非零或即将反向时进入轮齿间隙补偿策略，与根据设备的不同工况进行转矩补偿的方案相比，该方案针对所有需要进行补偿的工况均能实现转矩补偿，简化了补偿逻辑，提高了补偿准确性。而且，该方案依据主从轮的相对转速与相对转速目标值的偏差方向产生双向转矩脉冲序列信号，且双向转矩脉冲序列信号的脉宽与偏差方向的维持时间正相关，因此适用于不同轮齿间隙大小。

为了进一步消除其它级齿轮的咬合抖动问题，在本申请一个优选实施例中，控制器130还用于：当主从轮的相对转速为零后，控制所述主动轮的输出转矩按照指定转矩步长逐步增加，且不同周期对应的所述指定转矩步长的绝对值由小到大增大。

本实施例中，控制主动轮的输出转矩的增长步长由小到大逐步增加，从而为后级齿轮留出一定的咬合缓冲时间，进而达到消除多级传动齿轮结构齿轮连续咬齿导致的咬齿抖动。

为了保证补偿后相互咬合的轮齿不会脱离，在本申请另一个优选实施例中，控制器130还用于：当主动轮的指令转矩小于或等于咬合保持转矩且未反向时，控制主动轮的输出转矩维持在咬合保持转矩。

本实施例中，当主动轮的指令转矩小于或等于该咬合保持转矩但未反向时，即主动轮的指令转矩减小到比较小的值但未过零点，此时，控制电机的输出转矩保持为咬合保持转矩，防止咬合的轮齿由于转矩减小而脱离。

另一方面，本申请实施例提供了一种控制器，该控制器包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现上述任一种轮齿间隙补偿方法实施例。

本申请还提供了一种计算设备可执行的存储介质，该存储介质中存储有程序，该程序由计算设备执行时实现上述的任一种轮齿间隙补偿方法实施例。

对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本申请各实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。

本申请各实施例中的装置及终端中的模块和子模块可以根据实际需要进行合并、划分和删减。

本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的终端，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的终端实施例仅仅是示意性的，例如，模块或子模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个子模块或模块可以结合或者可以集成到另一个模块，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的模块或子模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块或子模块的部件可以是或者也可以不是物理模块或子模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块或子模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块或子模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块或子模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块或子模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块或子模块集成在一个模块中。上述集成的模块或子模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块或子模块的形式实现。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种轮齿间隙补偿方法，其特征在于，包括：

当检测到主动轮的输出转矩即将由零变为非零或即将反向时，获取主动轮的转速作为与该主动轮咬合的从动轮的转速；

获取所述主动轮的实时转速，并计算所述主动轮的实时转速与所述从动轮的转速之间的相对转速；

比较所述相对转速与相对转速目标值的大小得到控制偏差方向，并输出脉冲宽度与所述控制偏差方向的维持时间正相关的双向转矩脉冲序列信号；

依据所述双向转矩脉冲序列信号调整所述主动轮的输出转矩，直到检测到所述相对转速为零结束。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检测主动轮的输出转矩即将由零变为非零的过程，包括：

当检测到控制主动轮转矩的指令转矩由零变为非零后，确定所述主动轮的输出转矩由零变为非零；

检测主动轮的输出转矩即将反向的过程，包括：

当检测到所述主动轮的输出转矩的绝对值小于或等于第一转矩阈值，同时，检测到所述主动轮当前周期的指令转矩与相邻的上一周期的指令转矩方向相反时，确定所述主动轮的输出转矩即将反向。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，比较所述相对转速与相对转速目标值的大小得到控制偏差方向，并输出脉冲宽度与所述控制偏差方向的维持时间正相关的双向转矩脉冲序列信号，包括：

当所述主动轮的输出转矩由负向变为正向，且所述相对转速小于所述相对转速目标值时，确定控制偏差方向是负向，并输出脉宽与负向偏差的维持时间正相关的正向设定补偿转矩；

当所述主动轮的输出转矩由负向变为正向，且所述相对转速大于所述相对转速目标值时，确定所述控制偏差方向是正向，并输出脉宽与正向偏差的维持时间正相关的负向设定补偿转矩。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，比较所述相对转速与相对转速目标值的大小得到控制偏差方向，并输出脉冲宽度与所述控制偏差方向的维持时间正相关的双向转矩脉冲序列信号，包括：

当所述主动轮的输出转矩由正向变为负向，且所述相对转速小于所述相对转速目标值时，确定控制偏差方向是负向，并输出脉宽与负向偏差的维持时间正相关的负向设定补偿转矩；

当所述主动轮的输出转矩由负向变为正向，且所述相对转速大于所述相对转速目标值时，确定控制偏差方向是正向，并输出脉宽与正向偏差的维持时间正相关的正向设定补偿转矩。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述相对转速为零后，控制所述主动轮的输出转矩按照指定转矩步长逐步增加，且在周期数由小到大的过程中，所述指定转矩步长的绝对值由小到大增大。

6.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当用于控制主动轮转矩的指令转矩小于或等于咬合保持转矩且未反向时，控制所述主动轮的输出转矩维持在所述咬合保持转矩。

7.一种轮齿间隙补偿系统，其特征在于，包括：电机、齿轮传动机构和控制器；

所述齿轮传动机构中的主动轮与所述电机的转子轴连接；

所述控制器，用于当检测到主动轮的输出转矩即将由零变为非零或者主动轮的输出转矩即将反向时，获取主动轮的转速作为与该主动轮咬合的从动轮的转速；获取所述主动轮的实时转速，并计算所述主动轮的实时转速与所述从动轮的转速之间的相对转速；比较所述相对转速与相对转速目标值的大小得到控制偏差方向，并输出脉冲宽度与所述控制偏差方向的维持时间正相关的双向转矩脉冲序列信号；依据所述双向转矩脉冲序列信号调整所述主动轮的输出转矩，直到检测到所述相对转速为零结束。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制器具体用于检测主动轮的输出转矩即将由零变为非零时，具体用于：

当检测到控制主动轮转矩的指令转矩由零变为非零后，确定所述主动轮的输出转矩由零变为非零；

所述控制器用于检测主动轮的输出转矩即将反向时，具体用于：当检测到所述主动轮的输出转矩的绝对值小于或等于第一转矩阈值，同时，检测到所述主动轮的当前周期的指令转矩与相邻的上一周期的指令转矩方向相反时，确定所述主动轮的输出转矩即将反向。

9.根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，所述控制器还用于：

当所述相对转速为零后，控制所述主动轮的输出转矩按照指定转矩步长逐步增加，且在周期数由小到大的过程中，所述指定转矩步长的绝对值由小到大增大；

当用于控制主动轮转矩的指令转矩小于或等于咬合保持转矩且未反向时，控制所述主动轮的输出转矩维持在所述咬合保持转矩。

10.一种控制器，其特征在于，包括存储器和处理器；所述存储器内存储有程序指令，所述处理器调用所述存储器内的程序指令执行权利要求1-6任一项所述的轮齿间隙补偿方法。

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