CN111332134B - 氢燃料电池汽车的防电机抖动控制系统及方法 - Google Patents

氢燃料电池汽车的防电机抖动控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氢燃料电池汽车的防电机抖动控制系统，它包括整车控制器和电机控制器；所述整车控制器用于判定整车是否处于可行驶的动力电源电压下，当整车处于可行驶的动力电源电压下时，整车控制器根据手刹开关状态和刹车开度确定是否进入电机防抖准备状态；在电机防抖准备状态下整车控制器根据档位状态，判定需要加载的电机及其传动系统预紧力矩的方向，若此时整车档位为前进档，则执行前进档电机防抖策略，若此时整车档位为倒退档，则执行倒退档电机防抖策略；本发明增加电机防抖动状态进入识别判断逻辑，在不需要进入防抖控制情况下不进行防抖控制，不仅提升了能量利用率，避免不必要的能量消耗。

Description

氢燃料电池汽车的防电机抖动控制系统及方法
技术领域
本发明属于新能源汽车电机控制技术领域，具体涉及一种氢燃料电池汽车的防电机抖动控制系统及方法。
技术背景
随着新能源汽车的普及，电机与减速器越来越多的使用在各种氢燃料电池汽车上，而电机与减速器机械结构的可靠性和差异性使得在保证整车舒适性前提下控制电机的难度加大。
在目前现有技术状态下，电机防抖控制技术还不是很成熟，实现方法多种多样，现有其方案或多或少都存在一些不足。传统的电机防抖动补偿算法是通过车辆发生抖动时对电机扭矩进行反向补偿来降低转速进行减小抖动值，通过计算实际转矩和目标转矩的差值，乘以补偿系数Kp得到实际需要补偿的电机扭矩，对电机扭矩补偿参进行调整。如果电机花键与减速器齿轮之间、减速器齿轮与减速器齿轮之间以及减速器齿轮与传动轴连接之间都间隙发生变化，原有的补偿系数Kp不能满足抖动补偿需要，会导致原本的防抖控制策略效果下降问题，因此需要不断通过大数据来优化补偿系数Kp，造成防抖动控制程序复杂，计算量大。同时电机消抖功能需要消耗整车很大的能量，如果整车防抖动策略中存在无进入防抖状态识别和识别工况不全等问题，就会一直处于电机防抖控制过程中，会导致整车动力性能大大降低。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种氢燃料电池汽车的防电机抖动控制系统及方法，本发明增加电机防抖动状态进入识别判断逻辑，在不需要进入防抖控制情况下不进行防抖控制，不仅提升了能量利用率，避免不必要的能量消耗，同时也提高了驾驶舒适感。同时增加了防抖预紧力矩加载措施，使得上述传功系统间的机械间隙减小到之前状态，不用更改和优化之前的防抖控制程序，使得电机防抖控制效果更加平稳、高效和可靠。
为实现此目的，本发明所设计的一种氢燃料电池汽车的防电机抖动控制系统，它包括整车控制器和电机控制器；所述整车控制器用于判定整车是否处于可行驶的动力电源电压下，当整车处于可行驶的动力电源电压下时，整车控制器根据手刹开关状态和刹车开度确定是否进入电机防抖准备状态；在电机防抖准备状态下整车控制器根据档位状态，判定需要加载的电机及其传动系统预紧力矩的方向，若此时整车档位为前进档，则执行前进档电机防抖策略，若此时整车档位为倒退档，则执行倒退档电机防抖策略；
在前进档电机防抖策略下整车控制器向电机控制器发送周期为B1，目标预紧力矩为A1的电机扭矩控制指令C1帧，随后持续发送周期为B1，目标预紧力矩为A2的电机扭矩控制指令，D1秒内完成防抖预紧力加载；电机控制器执行电机扭矩控制指令，其中，前C1帧执行周期为B1，目标预紧力矩为A1的电机扭矩控制指令，进行第一次预紧力矩加载，随后电机控制器控制电机以A2扭矩输出；
在倒退档电机防抖策略下整车控制器向电机控制器发送周期为B1，目标预紧力矩为-A1的电机扭矩控制指令C1帧，随后持续发送周期为B1，目标预紧力矩为-A2的电机扭矩控制指令，D1秒内完成防抖预紧力加载；电机控制器执行电机扭矩控制指令，其中，前C1帧执行周期为B1，目标预紧力矩为-A1的电机扭矩控制指令，进行第一次预紧力矩加载，随后电机控制器控制电机以-A2扭矩输出。
本发明的优点在于：
1、目前电机防抖策略没有防抖动状态识别或者识别工况不全，而电机消抖功能需要消耗整车大量的能量，如果整车一直处于电机防抖控制逻辑中，会导致整车动力性能大大降低，本发明增加了电机防抖状态进入识别，根据车辆当前状态和驾驶员的操作意图，对电机防抖动状态进入进行识别判断，通过识别车辆即将进入的状态，对于需要执行电机防抖的状态进行相应电机防抖控制，保证了进入电机防抖动状态的有效性，同时对不需要进入电机防抖动状态的识别，节省了整车的能耗；
2、增加了防抖动预紧力矩加载措施，直接愈合电机花键与减速器齿轮之间间隙、减速器齿轮与减速器齿轮之间间隙以及减速器齿轮与传动轴连接之间间隙，防止因为系统共振问题造成间隙变化，让齿轮之间啮合更加平稳。这样不会影响原有防抖效果，不需要更改基础防抖策略软件参数来实现，使得整个系统防抖动效果进一步提升。
附图说明
图1为本发明的原理示意图；
图2为本发明的逻辑流程图；
图3为本发明中前进档预紧力加载时序图；
图4为本发明中倒退档预紧力加载时序图。
其中，1—整车控制器、2—电机控制器、3—电机。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：
如图1～4所示的一种氢燃料电池汽车的防电机抖动控制系统，它包括整车控制器1和电机控制器2；所述整车控制器1用于判定整车是否处于可行驶的动力电源电压下，确保整车处于可驱动状态(电源系统正常且电机系统正常)，保证进入电机防抖的有效性，当整车处于可行驶的动力电源电压下时，整车控制器1根据手刹开关状态和刹车开度确定是否进入电机防抖准备状态；在电机防抖准备状态下整车控制器1根据档位状态，判定需要加载的电机及其传动系统预紧力矩的方向，若此时整车档位为前进档，则执行前进档电机防抖策略，若此时整车档位为倒退档，则执行倒退档电机防抖策略(即先判定整车是否具备行驶条件后，再判定是否进入电机防抖状态条件，否则程序不停进入防抖程序，会消耗能量，该设计节省整车能耗，提高续航里程)；
在前进档电机防抖策略下整车控制器1向电机控制器2发送周期为B1，目标预紧力矩为A1的电机扭矩控制指令C1帧，随后持续发送周期为B1，目标预紧力矩为A2的电机扭矩控制指令，D1秒内完成防抖预紧力加载；电机控制器2执行电机扭矩控制指令，其中，前C1帧执行周期为B1，目标预紧力矩为A1的电机扭矩控制指令，进行第一次预紧力矩加载，减小电机与减速器齿轮、减速器齿轮与齿轮和减速器输出轴与传动轴之间的间隙，使它们完成初步啮合，随后电机控制器控制电机3以A2扭矩输出，进一步啮合它们之间的间隙，使它们完全啮合；
在倒退档电机防抖策略下整车控制器1向电机控制器2发送周期为B1，目标预紧力矩为-A1的电机扭矩控制指令C1帧，随后持续发送周期为B1，目标预紧力矩为-A2的电机扭矩控制指令，D1秒内完成防抖预紧力加载；电机控制器2执行电机扭矩控制指令，其中，前C1帧执行周期为B1，目标预紧力矩为-A1的电机扭矩控制指令，进行第一次预紧力矩加载，减小电机与减速器齿轮、减速器齿轮与齿轮和减速器输出轴与传动轴之间的间隙，使它们完成初步啮合，随后电机控制器控制电机3以-A2扭矩输出，进一步啮合它们之间的间隙，使它们完全啮合(齿轮之间有间隙，是产生抖动的原因，减小间隙就是减小抖动)。
上述技术方案中，当整车处于可行驶的动力电源电压下时，整车控制器1再进行手刹开关状态是否为解除手刹状态，且刹车开度是否≤刹车满开度的10％的判断，若手刹开关状态为解除手刹状态且刹车开度≤刹车满开度的10％，整车控制器1进入电机防抖准备状态，否则，判定整车不具备进入电机防抖准备状态条件(如果不判断就会一直执行，因此本设计能节省整车能耗，提高续航里程)。
上述技术方案中，所述整车控制器1用于根据当前时刻整车的档位信息和车速信息以及驾驶员操作意图信息识别整车下一时刻档位状态、加速状态和减速状态(通过档位，加速和减速这个判断预紧力矩的方向)。
上述技术方案中，整车控制器1判定整车处于可行驶的动力电源电压下的依据是氢燃料电池系统功能工作正常、电池管理系统工作正常、电机驱动系统工作正常、PDU正常、空压机系统正常和DC/DC正常。
上述技术方案中，在执行完电机防抖策略后整车控制器1若采集到油门信号，为保证预紧力矩加载的有效性，则整车控制器1控制的电机扭矩输出绝对值不低于预紧力矩A2，这样即保证了行驶驱动扭矩加载的连续性，同时保证了之前预紧力矩加载的有效性，防止初始0NM扭矩输出导致系统机械间隙回复到初始状态。
上述技术方案中，在前进档电机防抖策略下整车控制器1向电机控制器2发送周期为10ms，目标预紧力矩(电机以及其传动系统的目标预紧力矩)为1NM的电机扭矩控制指令5帧，随后持续发送周期为10ms，目标预紧力矩(电机以及其传动系统的目标预紧力矩)为3NM的电机扭矩控制指令；电机控制器2执行电机扭矩控制指令，其中，前5帧执行周期为10ms，目标预紧力矩为1NM的电机扭矩控制指令，进行第一次预紧力矩加载，随后电机控制器控制电机3以3NM扭矩输出；
在倒退档电机防抖策略下整车控制器1向电机控制器2发送周期为10ms，目标预紧力矩(电机以及其传动系统的目标预紧力矩)为-1NM的电机扭矩控制指令5帧，随后持续发送周期为10ms，目标预紧力矩为-3NM的电机扭矩控制指令；电机控制器2执行电机扭矩控制指令，其中，前5帧执行周期为10ms，目标预紧力矩(电机以及其传动系统的目标预紧力矩)为-1NM的电机扭矩控制指令，进行第一次预紧力矩加载，随后电机控制器控制电机3以-3NM扭矩输出。
上述技术方案中，如果传功系统间隙变化就会导致之前基础的防抖策略不再有较好的消抖效果，因此电机防抖的核心是在实施基础防抖策略之前先减小电机花键与减速器齿轮的间隙、减小减速器齿轮与减速器齿轮的间隙和减小减速器齿轮与传动轴连接的间隙，从而预防系统共振所带来的电机异常抖动问题。所以本系统电机防抖策略是先施加1NM的预紧力矩，让间隙先减小后再进一步施加3NM的预紧力矩，使得齿轮间完全啮合后再实施基础防抖策略，可以使得防抖效果更加平稳和有效。
上述技术方案中，整车控制器1与电机控制器2之间通过CAN(Controller AreaNetwork，控制器局域网络)总线进行信息的发送和接收，电机控制器2通过交流U、V、W三相线和电机相连，用以驱动三相交流电机，而减速器和电机通过机械结构连接在一起。
上述技术方案中，电机控制器2通过采集油门开度信号、刹车开度信号、档位状态信号、手刹状态信号、车速信号、PDU(Power Distribution Unit，电源分配单元)信号、动力电池状态、电机状态、12V降压DC/DC(直流转直流电源)状态、燃料电池工作状态，并根据当前时刻整车的档位信息和车速信息以及驾驶员操作意图信息识别整车下一时刻档位状态、加速状态和减速状态，所述驾驶员操作意图信息包括油门信息、刹车信息、手刹信息和档位信息。这样能对不需要进入电机防抖的状态进行有效识别，避免不必要的能量浪费。
上述技术方案中，整车控制器1和电机控制器2会有基础的防抖动策略，通过整车控制器1反馈实际电机转矩和电机控制器2给出的目标差值得到电机补偿扭矩，使得电机转速趋于目标转速，达到电机消抖目的。当进入电机防抖准备状态后，优选的，若此时整车档位为D档(前进挡)或R档(倒退档)，则开始执行这个电机防抖策略，整车控制器以一定规律发送目标扭矩，电机控制器按照整车控制器的指令执行相应扭矩，最终实现电机防抖功能。
一种氢燃料电池汽车的防电机抖动控制方法，它包括如下步骤：
步骤1：整车控制器1判定整车是否处于可行驶的动力电源电压下，如果不是，则不会进入电机防抖策略，确保是否进入电机防抖的必要性，若整车不具备行驶功能，则不再进入电机防抖；
步骤2：当整车处于可行驶的动力电源电压下时，整车控制器1根据手刹开关状态和刹车开度确定是否进入电机防抖准备状态；在电机防抖准备状态下整车控制器1根据档位状态，判定需要加载的电机及其传动系统预紧力矩的方向，若此时整车档位为前进档，则执行前进档电机防抖策略，若此时整车档位为倒退档，则执行倒退档电机防抖策略；
步骤3：在前进档电机防抖策略下整车控制器1向电机控制器2发送周期为B1，目标预紧力矩为A1的电机扭矩控制指令C1帧，随后持续发送周期为B1，目标预紧力矩为A2的电机扭矩控制指令，D1秒内完成防抖预紧力加载；电机控制器2执行电机扭矩控制指令，其中，前C1帧执行周期为B1，目标预紧力矩为A1的电机扭矩控制指令，进行第一次预紧力矩加载，减小电机与减速器齿轮、减速器齿轮与齿轮和减速器输出轴与传动轴之间的间隙，使它们完成初步啮合，随后电机控制器控制电机3以A2扭矩输出，进一步啮合它们之间的间隙，使它们完全啮合；
在倒退档电机防抖策略下整车控制器1向电机控制器2发送周期为B1，目标预紧力矩为-A1的电机扭矩控制指令C1帧，随后持续发送周期为B1，目标预紧力矩为-A2的电机扭矩控制指令，D1秒内完成防抖预紧力加载；电机控制器2执行电机扭矩控制指令，其中，前C1帧执行周期为B1，目标预紧力矩为-A1的电机扭矩控制指令，进行第一次预紧力矩加载，减小电机与减速器齿轮、减速器齿轮与齿轮和减速器输出轴与传动轴之间的间隙，使它们完成初步啮合，随后电机控制器控制电机3以-A2扭矩输出，进一步啮合它们之间的间隙，使它们完全啮合。
步骤4：在执行完电机防抖策略后整车控制器1若采集到油门信号，为保证预紧力矩加载的有效性，则整车控制器1控制的电机扭矩输出绝对值不低于预紧力矩A2，这样即保证了行驶驱动扭矩加载的连续性，同时保证了之前预紧力矩加载的有效性，防止初始0NM扭矩输出导致系统机械间隙回复到初始状态。
本发明中预紧力加载不到0.2s即可完成间隙的完全啮合，时间很短，由于预紧力矩加载是在踩油门前就执行的，完全不影响后续的踩油门扭矩输出。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种氢燃料电池汽车的防电机抖动控制系统，其特征在于：它包括整车控制器(1)和电机控制器(2)；所述整车控制器(1)用于判定整车是否处于可行驶的动力电源电压下，当整车处于可行驶的动力电源电压下时，整车控制器(1)根据手刹开关状态和刹车开度确定是否进入电机防抖准备状态；在电机防抖准备状态下整车控制器(1)根据档位状态，判定需要加载的电机及其传动系统预紧力矩的方向，若此时整车档位为前进档，则执行前进档电机防抖策略，若此时整车档位为倒退档，则执行倒退档电机防抖策略；
在前进档电机防抖策略下整车控制器(1)向电机控制器(2)发送周期为B1，目标预紧力矩为A1的电机扭矩控制指令C1帧，随后持续发送周期为B1，目标预紧力矩为A2的电机扭矩控制指令，D1秒内完成防抖预紧力加载；电机控制器(2)执行电机扭矩控制指令，其中，前C1帧执行周期为B1，目标预紧力矩为A1的电机扭矩控制指令，进行第一次预紧力矩加载，随后电机控制器控制电机(3)以A2扭矩输出；
在倒退档电机防抖策略下整车控制器(1)向电机控制器(2)发送周期为B1，目标预紧力矩为-A1的电机扭矩控制指令C1帧，随后持续发送周期为B1，目标预紧力矩为-A2的电机扭矩控制指令，D1秒内完成防抖预紧力加载；电机控制器(2)执行电机扭矩控制指令，其中，前C1帧执行周期为B1，目标预紧力矩为-A1的电机扭矩控制指令，进行第一次预紧力矩加载，随后电机控制器控制电机(3)以-A2扭矩输出；
所述整车控制器(1)用于根据当前时刻整车的档位信息和车速信息以及驾驶员操作意图信息识别整车下一时刻档位状态、加速状态和减速状态；
在执行完电机防抖策略后整车控制器(1)若采集到油门信号，则整车控制器(1)控制的电机扭矩输出绝对值不低于预紧力矩A2；
整车控制器(1)和电机控制器(2)有基础的防抖动策略，通过整车控制器(1)反馈实际电机转矩和电机控制器(2)给出的目标差值得到电机补偿扭矩，使得电机转速趋于目标转速，当进入电机防抖准备状态后，若此时整车档位为D档或R档，则开始执行这个电机防抖策略，整车控制器以一定规律发送目标扭矩，电机控制器按照整车控制器的指令执行相应扭矩。
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车的防电机抖动控制系统，其特征在于：当整车处于可行驶的动力电源电压下时，整车控制器(1)再进行手刹开关状态是否为解除手刹状态，且刹车开度是否≤刹车满开度的10％的判断，若手刹开关状态为解除手刹状态且刹车开度≤刹车满开度的10％，整车控制器(1)进入电机防抖准备状态。
3.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车的防电机抖动控制系统，其特征在于：整车控制器(1)判定整车处于可行驶的动力电源电压下的依据是氢燃料电池系统功能工作正常、电池管理系统工作正常和电机驱动系统工作正常。
4.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车的防电机抖动控制系统，其特征在于：在前进档电机防抖策略下整车控制器(1)向电机控制器(2)发送周期为10ms，目标预紧力矩为1NM的电机扭矩控制指令5帧，随后持续发送周期为10ms，目标预紧力矩为3NM的电机扭矩控制指令；电机控制器(2)执行电机扭矩控制指令，其中，前5帧执行周期为10ms，目标预紧力矩为1NM的电机扭矩控制指令，进行第一次预紧力矩加载，随后电机控制器控制电机(3)以3NM扭矩输出；
在倒退档电机防抖策略下整车控制器(1)向电机控制器(2)发送周期为10ms，目标预紧力矩为-1NM的电机扭矩控制指令5帧，随后持续发送周期为10ms，目标预紧力矩为-3NM的电机扭矩控制指令；电机控制器(2)执行电机扭矩控制指令，其中，前5帧执行周期为10ms，目标预紧力矩为-1NM的电机扭矩控制指令，进行第一次预紧力矩加载，随后电机控制器控制电机(3)以-3NM扭矩输出。
5.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车的防电机抖动控制系统，其特征在于：电机控制器(2)通过交流U、V、W三相线和电机相连，用以驱动三相交流电机。
6.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车的防电机抖动控制系统，其特征在于：电机控制器(2)通过采集油门开度信号、刹车开度信号、档位状态信号、手刹状态信号，并根据当前时刻整车的档位信息和车速信息以及驾驶员操作意图信息识别整车下一时刻档位状态、加速状态和减速状态。
7.一种根据权利要求1所述系统的氢燃料电池汽车的防电机抖动控制方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：整车控制器(1)判定整车是否处于可行驶的动力电源电压下；
步骤2：当整车处于可行驶的动力电源电压下时，整车控制器(1)根据手刹开关状态和刹车开度确定是否进入电机防抖准备状态；在电机防抖准备状态下整车控制器(1)根据档位状态，判定需要加载的电机及其传动系统预紧力矩的方向，若此时整车档位为前进档，则执行前进档电机防抖策略，若此时整车档位为倒退档，则执行倒退档电机防抖策略；
步骤3：在前进档电机防抖策略下整车控制器(1)向电机控制器(2)发送周期为B1，目标预紧力矩为A1的电机扭矩控制指令C1帧，随后持续发送周期为B1，目标预紧力矩为A2的电机扭矩控制指令，D1秒内完成防抖预紧力加载；电机控制器(2)执行电机扭矩控制指令，其中，前C1帧执行周期为B1，目标预紧力矩为A1的电机扭矩控制指令，进行第一次预紧力矩加载，随后电机控制器控制电机(3)以A2扭矩输出；
在倒退档电机防抖策略下整车控制器(1)向电机控制器(2)发送周期为B1，目标预紧力矩为-A1的电机扭矩控制指令C1帧，随后持续发送周期为B1，目标预紧力矩为-A2的电机扭矩控制指令，D1秒内完成防抖预紧力加载；电机控制器(2)执行电机扭矩控制指令，其中，前C1帧执行周期为B1，目标预紧力矩为-A1的电机扭矩控制指令，进行第一次预紧力矩加载，随后电机控制器控制电机(3)以-A2扭矩输出。
8.根据权利要求7所述的氢燃料电池汽车的防电机抖动控制方法，其特征在于：步骤4：在执行完电机防抖策略后整车控制器(1)若采集到油门信号，则整车控制器(1)控制的电机扭矩输出绝对值不低于预紧力矩A2。
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