CN111731111B - 一种用于新能源车辆的电机扭矩过零防抖控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于新能源车辆的电机扭矩过零防抖控制方法，步骤1：判断电机扭矩是否处于过零工况；步骤2：限制扭矩输出斜率，降低扭矩过零冲击；步骤3：判断在限制扭矩输出斜率的时间内，请求扭矩是否再次发生过零工况；步骤4：判断限制扭矩输出斜率的时间是否超时；步骤5：判断请求扭矩与经过限制扭矩输出斜率后扭矩差值是否小于第一预设阈值；步骤6：采用跟随控制算法获得输出扭矩；步骤7：判断当前输出扭矩与请求扭矩的差值是否小于第二预设阈值；步骤8：完成扭矩过零控制，返回步骤1，等待下次扭矩过零工况。与现有技术相比，本发明具有可预测扭矩过零工况、扭矩响应速度较快、提升驾驶体验和汽车动力性等优点。

Description

一种用于新能源车辆的电机扭矩过零防抖控制方法

技术领域

本发明涉及新能源车辆防抖控制领域，尤其是涉及一种用于新能源车辆的电机扭矩过零防抖控制方法。

背景技术

永磁同步电机集驱动与发电功能于一身，在新能源汽车领域被广泛应用，对新能源电机扭矩命令控制的精度和响应扭矩抖动的问题，尤其是扭矩命令过零点的抖动问题，产生的非预期动力冲击，严重影响新能源汽车的驾驶舒适性和换挡平顺性，严重影响新能源汽车的驾驶体验。新能源电机扭矩过零防抖问题，是新能源汽车控制领域需要解决的一个技术问题。

目前，针对新能源电机扭矩过零的控制方法可以分为两种：一种是通过整车控制器(VCU)来判断新能源电机是否存在扭矩过零，当电机扭矩处于过零工况时，VCU对电机的扭矩请求命令进行平滑处理，并将平滑处理过后的扭矩命令通过CAN网络发送至电机控制器(PEU)，然后电机控制按照平滑化后的扭矩命令对电机进行扭矩控制，采用该类控制方法可以在一定程度上抑制电机扭矩过零的扭矩抖动，平滑电机扭矩变化，减弱由于电机扭矩方向变化产生的转速波动和扭矩冲击，但其存在如下缺点：VCU检测电机扭矩过零存在滞后性，无法预测扭矩过零，在检测到电机过零时，扭矩冲击已经产生；由于整车控制器和电机控制器通过10ms周期CAN网络进行通讯，通过VCU平滑下发扭矩指令，控制时间周期过长，使扭矩响应速度和响应精度变差，抑制电机扭矩过零抖动效果有限。

另一种是通过电机控制器内部判断扭矩命令是否过零，扭矩过零包括电机正扭矩向负扭矩过零以及负扭矩向正扭矩过零，当检测到扭矩过零时，限制扭矩上升或下降的斜率，改变扭矩命令原变化路径，达到平滑过零扭矩的作用，可以降低扭矩过零的抖动，例如中国专利CN109159673A中公开了一种新能源车电机扭矩过零冲击的优化方法，但其存在如下缺点：电机扭矩处于过零工况时，通过降低扭矩上升或下降斜率可以起到减小扭矩过零的电机抖动，但也显著降低了扭矩响应速度，对新能源车辆的动力性影响过大。

不管何种新能源电机扭矩过零控制方法，都存在无法预测过零工况的产生以及扭矩响应速度较慢的缺陷。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可预测扭矩过零工况，扭矩响应速度较快的用于新能源车辆的电机扭矩过零防抖控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于新能源车辆的电机扭矩过零防抖控制方法，该方法为内嵌在电机控制器内程序，包括：

步骤1：电机控制器PEU根据接收到的扭矩请求命令判断电机扭矩是否处于过零工况，若是，则执行步骤2，否则，电机输出扭矩即为电机请求扭矩，然后重新执行步骤1；

步骤2：限制扭矩输出斜率，降低扭矩过零冲击，然后执行步骤3；

步骤3：判断在限制扭矩输出斜率的时间内，请求扭矩是否再次发生过零工况，若是，则返回步骤1，否则，执行步骤4；

步骤4：判断限制扭矩输出斜率的时间是否超时，若是，则执行步骤5，否则，返回步骤2；

步骤5：判断请求扭矩与经过限制扭矩输出斜率后扭矩差值是否小于第一预设阈值，若是，则执行步骤8，否则，执行步骤6；

步骤6：采用跟随控制算法获得输出扭矩，然后执行步骤7；

步骤7：判断当前输出扭矩与请求扭矩的差值是否小于第二预设阈值，若是，则执行步骤8，否则，返回步骤6；

步骤8：完成扭矩过零控制，返回步骤1，等待下次扭矩过零工况。

优选地，所述步骤1中的过零工况包括负扭矩向正扭矩过零、正扭矩向负扭矩过零、零扭矩向正扭矩切换和零扭矩向负扭矩切换。

优选地，所述步骤2中降低扭矩过零冲击的具体方法为：

在设定时间内，通过经过限制的扭矩输出斜率来限制电机输出扭矩，降低扭矩过零冲击。

更加优选地，所述的设定时间为标定值，预设为0.1秒。

更加优选地，所述经过限制的扭矩斜率为标定值，预设为100Nm/s。

优选地，所述的第一预设阈值为标定值，预设为2Nm。

优选地，所述的第二预设阈值为标定值，预设为2Nm。

优选地，所述的步骤6中获取输出扭矩的具体方法为：输出扭矩采用跟随控制算法响应请求扭矩，来获得输出扭矩。

更加优选地，所述的跟随控制算法具体为比例跟随控制算法。

优选地，所述的步骤8具体为：最终的输出扭矩即为请求扭矩，完成扭矩过零防抖控制，然后返回步骤1。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、可预测扭矩过零工况，扭矩响应速度较快：在电机控制器内，采用限制扭矩斜率结合比例跟随控制算法，可以预测扭矩过零工况，提前介入，提前响应，可以显著降低扭矩过零带来的动力冲击，可以平滑电机扭矩变化，降低扭矩过零引起的转速波动和动力冲击。

二、提升驾驶体验：由于扭矩过零的冲击主要来源于前期，在设定可调节的时间内采用限制扭矩斜率的方法，采用较小的扭矩斜率可显著降低过零冲击，提升新能源汽车的驾驶舒适性和平顺性，提升驾驶体验。

三、提升新能源车辆的动力性：扭矩过零的后期主要控制目标不是过零冲击问题，而是扭矩响应速度问题，在扭矩过零后期采用比例跟随控制方法，可以加快扭矩的响应速度，提升新能源车辆的动力性。

四、考虑工况更加全面：控制策略识别扭矩过零工况的情况更全面，包括负扭矩向正扭矩过零、正扭矩向负扭矩过零、零扭矩向正扭矩切换和零扭矩向负扭矩切换四种过零工况，可以在广义的扭矩过零工况降低扭矩过零带来的冲击，减缓电机零件损耗，提高输出扭矩的平顺性。

附图说明

图1为本发明中电机扭矩过零防抖控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中负扭矩向正扭矩过零的扭矩波形图；

图3为本发明实施例中正扭矩向负扭矩过零的扭矩波形图；

图4为本发明实施例中负扭矩向正扭矩过零的仅存在限制扭矩斜率阶段时的扭矩波形图。

具体实施方式

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的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

一种用于新能源车辆的电机扭矩过零防抖控制方法，其流程如图1所示，包括：

步骤1：电机控制器PEU根据接收到的扭矩请求命令判断电机扭矩是否处于过零工况，若是，则执行步骤2，否则，电机输出扭矩即为电机请求扭矩，然后重新执行步骤1；

本实施例中的过零工况包括如负扭矩向正扭矩过零、正扭矩向负扭矩过零、零扭矩向正扭矩切换和零扭矩向负扭矩切换。

步骤2：在设定时间内，通过经过限制的扭矩输出斜率来限制电机输出扭矩，降低扭矩过零冲击，然后执行步骤3；

本实施例中的设定时间为标定值，设为0.1秒，经过限制的扭矩输出斜率为100Nm/s；

步骤3：判断在限制扭矩输出斜率的时间内，请求扭矩是否再次发生过零工况，若是，则返回步骤1，否则，执行步骤4；

步骤4：判断限制扭矩输出斜率的时间是否超时，此处判断是否超时，即判断是否执行完成设定时间0.1秒，若是，则执行步骤5，否则，返回步骤2；

步骤5：判断请求扭矩与经过限制扭矩输出斜率后的扭矩差值是否小于第一预设阈值，本实施例中第一预设阈值为标定值，设为2Nm，若是，则执行步骤8，否则，执行步骤6；

步骤6：输出扭矩采用比例跟随控制算法响应请求扭矩，来获得输出扭矩，然后执行步骤7；

步骤7：判断当前输出扭矩与请求扭矩的差值是否小于第二预设阈值，本实施例中的第二预设阈值为标定值，设为2Nm，若是，则执行步骤8，否则，返回步骤6；

步骤8：最终的输出扭矩即为请求扭矩，完成扭矩过零控制，返回步骤1，等待下次扭矩过零工况。

下面提供一种具体实施例：

步骤1：来自乘车控制器单元VCU的扭矩请求命令或其他控制端的扭矩请求命令发送到电机控制器PEU，结合既有的扭矩过零识别算法判断是否为扭矩过零工况，若是，则执行步骤2，否则，则输出扭矩等于请求扭矩，并继续保持在步骤1，对过零工况进行实时监测；

步骤2：确认属于扭矩过零工况，设定时间0.1秒内采用100Nm/s的扭矩斜率限制输出扭矩跟随扭矩指令的响应速度，限制后的输出扭矩不可以超过请求扭矩，然后执行步骤3；

步骤3：判断在限制扭矩输出斜率的时间内，请求扭矩命令是否再次发生了扭矩过零工况，如果是，则返回步骤1；否则，则执行步骤4；

步骤4：判断限制输出扭矩斜率的时间是否超过了设定的时间0.1秒，如果超时，则执行步骤5；如果未超时，则返回步骤2，继续以100Nm/s的扭矩斜率限制输出扭矩指令，以较小的扭矩斜率限制输出扭矩指令，可以在过零工况的前期最大限度的降低电机扭矩的过零切换冲击，减小转速波动；

步骤5：判断限制输出扭矩斜率结束后的扭矩指令与请求扭矩的差值是否小于第一预设阈值2Nm，若是，则执行步骤8；否则，执行步骤6；

步骤6，由于限制输出扭矩斜率结束后的扭矩指令与扭矩请求命令的差值较大，直接跟随扭矩请求命令会产生较大的冲击，采用比例跟随控制可以最大限度的在保持扭矩响应速度的基础上，减小扭矩跟随产生的冲击，然后执行步骤7；

步骤7，判断比例跟随后的的输出扭矩与请求扭矩的差值是否小于设定的第二预设阈值2Nm，如果是，则执行步骤8；如果不是，则返回步骤6；

步骤8，完成扭矩过零控制过程，扭矩输出指令等于扭矩请求命令，返回步骤1，等待下次扭矩过零工况的发生。

图2展示了负扭矩向正扭矩切换过零的工况扭矩请求命令与扭矩输出指令的扭矩波形图。从图中可以看出使用本申请的扭矩过零控制方法，在扭矩请求命令从-5Nm阶跃到50Nm的过零过程中，在识别到过零工况后，输出扭矩指令前0.1s内采用100Nm/s的斜率限制下跟随扭矩请求命令，可以显著降低过零冲击；在0.1s过后，由于扭矩输出指令与扭矩请求命令的差值大于设定的阈值2Nm，输出扭矩指令采用比例跟随控制响应扭矩请求命令，提高了扭矩的响应速度。扭矩过零工况采用限制扭矩斜率和比例跟随控制相结合的分段控制方法，过零的前期阶段采用限制扭矩斜率的方法可以降低动力冲击和转速波动，过零的后期阶段采用比例跟随的控制方法可以在保证动力冲击的前提下加快扭矩的响应速度。

图3、图4分别展示了正扭矩向负扭矩切换过零的工况扭矩请求命令与扭矩输出指令的扭矩波形图和仅存在扭矩斜率限制阶段的扭矩请求命令与扭矩输出指令的扭矩波形图。从图中可以看出，无论何种过扭矩零工况都不存在输出扭矩指令存在较大波动的情形，在降低扭矩抖动的前提下，最大保证了扭矩的响应速度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种用于新能源车辆的电机扭矩过零防抖控制方法，该方法为内嵌在电机控制器内程序，其特征在于，包括：

步骤1：电机控制器PEU根据接收到的扭矩请求命令判断电机扭矩是否处于过零工况，若是，则执行步骤2，否则，电机输出扭矩即为电机请求扭矩，然后重新执行步骤1；

步骤2：限制扭矩输出斜率，降低扭矩过零冲击，然后执行步骤3；

步骤3：判断在限制扭矩输出斜率的时间内，请求扭矩是否再次发生过零工况，若是，则返回步骤1，否则，执行步骤4；

步骤4：判断限制扭矩输出斜率的时间是否超时，若是，则执行步骤5，否则，返回步骤2；

步骤5：判断请求扭矩与经过限制扭矩输出斜率后的扭矩差值是否小于第一预设阈值，若是，则执行步骤8，否则，执行步骤6；

步骤6：采用跟随控制算法响应请求扭矩，来获得输出扭矩，然后执行步骤7；

所述的跟随控制算法具体为比例跟随控制算法；

步骤7：判断当前输出扭矩与请求扭矩的差值是否小于第二预设阈值，若是，则执行步骤8，否则，返回步骤6；

步骤8：最终的输出扭矩即为请求扭矩，完成扭矩过零防抖控制，然后返回步骤1，等待下次扭矩过零工况；

所述步骤1中的过零工况包括负扭矩向正扭矩过零、正扭矩向负扭矩过零、零扭矩向正扭矩切换和零扭矩向负扭矩切换。

2.根据权利要求1所述的一种用于新能源车辆的电机扭矩过零防抖控制方法，其特征在于，所述步骤2中降低扭矩过零冲击的具体方法为：

在设定时间内，通过限制扭矩输出斜率来限制电机输出扭矩，降低扭矩过零冲击。

3.根据权利要求2所述的一种用于新能源车辆的电机扭矩过零防抖控制方法，其特征在于，所述的设定时间为标定值，预设为0.1秒。

4.根据权利要求2所述的一种用于新能源车辆的电机扭矩过零防抖控制方法，其特征在于，所述经过限制的扭矩斜率为标定值，预设为100Nm/s。

5.根据权利要求1所述的一种用于新能源车辆的电机扭矩过零防抖控制方法，其特征在于，所述的第一预设阈值为标定值，预设为2Nm。

6.根据权利要求1所述的一种用于新能源车辆的电机扭矩过零防抖控制方法，其特征在于，所述的第二预设阈值为标定值，预设为2Nm。

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