CN113386582B - 一种纯电动汽车的电机转速滤波方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纯电动汽车的电机转速滤波方法，所述方法包括：1)采集车辆坡度信息；2)采集电机转速信息，设置通讯周期为t；3)判断电机转速实际值是否小于电机转速理论值；4)是则执行滤波程序，转步骤5)，否则不执行滤波程序，转步骤3)；5)计算电机转速变化率限值；6)判断电机转速实际值相对于上次记录的电机转速实际值的增加值ΔMotorSpeed的绝对值是否大于t*|K_MotorSpeed|；如果大于，则认为转速存在突变，调整电机转速控制值等于上次记录的电机转速实际值MotorSpeed_t‑1与t*K_MotorSpeed的和；如果不大于，则认为转速没有突变，调整电机转速控制值等于电机转速实际值MotorSpeed_t；得到的调整电机转速控制值即是当前时刻滤波后的电机转速7)重复步骤3)～6)直至整车控制器发出停止指令。本发明具有容易实施，成本低，效果好等优点。

Description

一种纯电动汽车的电机转速滤波方法

技术领域

本发明涉及纯电动车辆控制技术领域，具体指一种纯电动汽车的电机转速滤波方法。

背景技术

随着环境污染问题日益严重，石油资源日益枯竭，清洁能源受到人们的普遍关注，在汽车领域，尤其是纯电动汽车受到各国政府的推广和支持，我国政府也出台了一系列的补贴政策推动新能源汽车行业的发展。随着近年来，纯电动汽车的慢慢普及，人们对纯电动汽车的要求越来越高，包括静音性，舒适性，操控性等

纯电动汽车为了实现良好的舒适性和操控性，整车控制器发送给电机控制器的目标扭矩至关重要，扭矩是根据电机的转速计算出来的，公式为：T＝9550*P/n(T：扭矩，单位：Nm；P：电机功率，单位：KW；n：电机转速，单位：rpm)，电机功率是驾驶员的需求功率，一般是根据驾驶员的油门或刹车踏板百分比线性转换而来，所以电机转速的滤波好坏直接影响了整车的行驶舒适性和操控性。

目前纯电动汽车的动力传动系统多采用驱动电机结合单级减速器的结构形式，由于传动系采用刚性连接，同时齿轮间存在较大间隙，在车辆起步或低速驱动和制动模式切换时，齿轮间隙啮合的过程中由于电机没有负载或负载很小，电机的转动惯量较小，电机转速往往会突变，造成电机转速和传动齿轮轴之间速度不同步，有较大的速度差，转速差会引起齿轮撞击，在齿轮撞击瞬间也会造成电机转速突变和振荡，如果整车控制器对电机转速不加以合理的滤波，计算出来的扭矩也会突变和振荡，整个系统一旦形成正反馈，汽车会连续的抖动，对舒适性影响比较大。而车速较高时，由于转动惯量较大，反而不容易出现抖动。

现有技术中，中国专利《一种纯电动汽车消除车辆抖动的控制方法》(申请号为201410435003.8)中，公开了对于转速的滤波采用一阶RC滤波程序，标定出转速跟随性能与滤波性相平衡能平衡的一组对应关系的技术方案。而实际操作中车辆起步或低速驱动和制动模式切换时，齿轮间隙啮合的过程中，电机由于没有负载或负载很小，转速会突变，速度差DetlSpd会比较大，如果按该思路“当DetlSpd偏大时，减小时间常数，增强跟随性能”，减小时间常数相当于减弱滤波效果，这时的转速突变振荡无法有效被过滤，而且文中对于扭矩的校正同样效果有限，由于滤波时间常数小，实际转速和滤波后的转速差值小，校正扭矩也效果有限。另外，这种方法实际操作时线性查找表过多，由于生产工艺的差异，需要选取大量的标定样本，为了兼顾所有车的情况，必然对性能效果有所取舍，所以现有技术不能解决本文提出来的问题，而且成本较高，实现周期较长，对标定人员的经验要求较高，实施过程复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种纯电动汽车的电机转速滤波方法，通过对电机转速滤波解决纯电动车辆起步或低速驱动和制动模式切换时车辆出现抖动的问题。

为实现上述目的，本发明所设计的一种纯电动汽车的电机转速滤波方法，其特殊之处在于，所述方法包括如下步骤：

1)整车控制器通过坡道传感器采集车辆坡度信息；

2)整车控制器从CAN总线接收发送自电机控制器的电机转速信息，设置通讯周期为t；

3)整车控制器判断电机转速实际值MotorSpeed是否小于电机转速理论值MotorSpeed_threshold；

4)是则执行滤波程序，转步骤5)，否则不执行滤波程序，转步骤3)；

5)整车控制器计算电机转速变化率限值K_MotorSpeed；

6)整车控制器判断电机转速实际值相对于上次记录的电机转速实际值的增加值ΔMotorSpeed的绝对值是否大于t*|K_MotorSpeed|；如果大于，则认为转速存在突变，调整电机转速控制值等于上次记录的电机转速实际值MotorSpeed_t-1与t*K_MotorSpeed的和；如果不大于，则认为转速没有突变，调整电机转速控制值等于电机转速实际值MotorSpeed_t；得到的调整电机转速控制值即是当前时刻滤波后的电机转速；

7)重复步骤3)～6)直至整车控制器发出停止指令。

优选地，在纯电动车的电机和车轴完全刚性连接且不存在任何间隙的情况下，速度V(单位:m/s)和电机转速实际值MotorSpeed(单位：rpm)有对应关系：V＝MotorSpeed*2*π*d/n*60，式中d为轮胎半径(单位：m)，n为减速比(比例系数)。

优选地，所述步骤5)中电机转速变化率限值K_MotorSpeed的计算方法为：K_MotorSpeed＝K*π*d/30*n*(Torque*n/d-mg*sin(a))，式中，d为轮胎半径，n为减速比，Torque为电机控制器的扭矩(单位：Nm)，m为汽车质量(单位：kg)，g为重力加速度(单位：m/s2)，a为坡度值(单位：度)；考虑实际情况下的传动损耗等，加上标定系数K，K根据实际的情况标定，取相对较好的数值，比如取0.95。

优选地，所述电机转速理论值MotorSpeed_threshold取车速5km/h时对应的电机转速值。

优选地，所述步骤6)中电机转速实际值相对于上次记录的电机转速实际值的增加值ΔMotorSpeed的绝对值超过t*|K_MotorSpeed|是由于齿轮间隙和非刚性连接因素引起的转速突变，过滤了低速情况下的转速突变。

优选地，所述整车控制器中通过设置低通滤波器实现电机转速滤波方法。

优选地，所述步骤2)中通讯周期为t的范围为取10ms～20ms。

本发明过滤了低速情况下的转速突变，由于是从整车的受力分析角度出发，不会过滤掉正常的急加速，急减速等正常操作引起的转速变化，不会造成起步时电机转速和正常的司机操作情况不符，出现加速缓慢等现象，也不需要标定查找表，具有容易实施，成本低，效果好等优点。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

图2为本发明方法原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明提出的一种纯电动汽车的电机转速滤波方法，基于纯电动汽车的整车控制器、电机控制器以及坡道传感器实现，如图1所示，所述方法包括如下步骤：

1)整车控制器通过坡道传感器采集车辆坡度信息；

2)整车控制器从CAN总线接收发送自电机控制器的电机转速信息，设置通讯周期为t；

3)整车控制器判断电机转速实际值MotorSpeed是否小于电机转速理论值MotorSpeed_threshold；MotorSpeed_threshold(一般根据实际情况取5km/h车速对应的电机转速)；

4)如果电机转速实际值MotorSpeed小于MotorSpeed_threshold，则执行滤波程序，转步骤5)，否则不执行滤波程序，转步骤3)；

5)整车控制器计算电机转速变化率限值K_MotorSpeed；根据公式：K_MotorSpeed＝K*π*d/30*n*(Torque*n/d-mg*sin(a))计算电机转速变化率限值，式中，d为轮胎半径，n为减速比，Torque为电机控制器的扭矩，m为汽车质量，g为重力加速度，a为坡度值；

6)整车控制器判断电机转速实际值相对于上次记录的电机转速实际值的增加值ΔMotorSpeed的绝对值是否大于t*|K_MotorSpeed|；如果大于，则认为转速存在突变，调整电机转速控制值等于上次记录的电机转速实际值MotorSpeed_t-1与t*K_MotorSpeed的和；如果不大于，则认为转速没有突变，调整电机转速控制值等于电机转速实际值MotorSpeed_t；得到的调整电机转速控制值即是当前时刻滤波后的电机转速。

电机转速实际值相对于上次记录的电机转速实际值的增加值ΔMotorSpeed的绝对值超过t*|K_MotorSpeed|被认为是由于齿轮间隙和非刚性连接因素引起的转速突变，这就很好的过滤了低速情况下的转速突变。

7)重复步骤3)～6)直至整车控制器发出停止指令，以上程序在整车控制器内部循环执行，可以采用低通滤波器实现滤波。

纯电动汽车中，整车控制器与电机控制器的通讯周期为t，整车控制器接收到电机控制器反馈的电机转速MotorSpeed(r/min)，判断转速是否比较低，当电机转速实际值MotorSpeed小于MotorSpeed_threshold(一般取车速5km/h对应的电机转速)，则对电机转速进行滤波处理。具体的滤波方法是：实时计算转速的最大变化率限值来实现滤波，理想情况下，电机和车轴是完全刚性连接且不存在任何间隙，低速时把整车假设成理想情况且认为电机的力是直接加在整车重心上，则可以有效滤除电机转速的突变。对整车进行受力分析，如图2所示。

坡度a为整车控制器采集坡度传感器信号后转换而来，减速比n为整车传动系统参数，轮胎半径为d(单位：m)，整车控制器发送给电机控制器的扭矩为Torque(单位：N*m)，电机作用于整车重心的力为：F＝Torque*n/d，汽车质量为m(单位：kg)，由于在低速情况下，可以忽略空气阻力和滚动阻力，车辆的加速度为A(单位：m/s²)，根据牛顿力学定律：Torque*n/d-mg*sin(a)＝mA；加速度即为速度V(m/s)的变化率，在电机和车轴纯刚性连接没有齿轮间隙的情况下，速度V和电机转速有对应关系，V＝MotorSpeed*2*π*d/n*60；所以，A＝K_MotorSpeed*2*π*d/n*60，整理上述公式得到：KMotorSpeed＝K*π*d/30*n*(Torque*n/d-mg*sin(a))。考虑实际情况下的传动损耗等，加上标定系数K，K根据实际的情况标定，取相对较好的数值，比如取0.95。

通过上述分析获得了理想情况下的电机转速变化率，超过此变化率的转速被认为是由于齿轮间隙和非刚性连接因素引起的转速突变，这就很好的过滤了低速情况下的转速突变，由于是从整车的受力分析角度出发，不会过滤掉正常的急加速，急减速等正常操作引起的转速变化，不会造成起步时K_MotorSpeed和正常的司机操作情况不符，出现加速缓慢等现象。该方法也不需要标定查找表，具有实施起来简单，成本低，效果好等优点。

最后需要说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本专利技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本专利进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本专利的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本专利的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种纯电动汽车的电机转速滤波方法，其特征在于：所述方法基于纯电动汽车的整车控制器、电机控制器以及坡道传感器实现，所述方法包括如下步骤：

1)整车控制器通过坡道传感器采集车辆坡度信息；

2)整车控制器从CAN总线接收发送自电机控制器的电机转速信息，设置通讯周期为t；

3)整车控制器判断电机转速实际值MotorSpeed是否小于电机转速理论值MotorSpeed_threshold；

4)是则执行滤波程序，转步骤5)，否则不执行滤波程序，转步骤3)；

5)整车控制器计算电机转速变化率限值K_MotorSpeed；

6)整车控制器判断电机转速实际值相对于上次记录的电机转速实际值的增加值ΔMotorSpeed的绝对值是否大于t*|K_MotorSpeed|；如果大于，则认为转速存在突变，调整电机转速控制值等于上次记录的电机转速实际值MotorSpeed_t-1与t*K_MotorSpeed的和；如果不大于，则认为转速没有突变，调整电机转速控制值等于电机转速实际值MotorSpeed_t；得到的调整电机转速控制值即是当前时刻滤波后的电机转速；

7)重复步骤3)～6)直至整车控制器发出停止指令；所述步骤5)中电机转速变化率限值K_MotorSpeed的计算方法为：K_MotorSpeed＝K*π*d/30*n*(Torque*n/d-mg*sin(a))，式中，K为标定系数，d为轮胎半径，n为减速比，Torque为电机控制器的扭矩，m为汽车质量，g为重力加速度，a为坡度值。

2.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车的电机转速滤波方法，其特征在于：在纯电动车的电机和车轴完全刚性连接且不存在任何间隙的情况下，速度V和电机转速实际值MotorSpeed有对应关系：V＝MotorSpeed*2*π*d/n*60，式中d为轮胎半径，n为减速比。

3.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车的电机转速滤波方法，其特征在于：所述电机转速理论值MotorSpeed_threshold取车速5km/h时对应的电机转速值。

4.根据权利要求2所述的一种纯电动汽车的电机转速滤波方法，其特征在于：所述步骤6)中电机转速实际值相对于上次记录的电机转速实际值的增加值ΔMotorSpeed的绝对值超过t*|K_MotorSpeed|是由于齿轮间隙和非刚性连接因素引起的转速突变，过滤了低速情况下的转速突变。

5.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车的电机转速滤波方法，其特征在于：所述整车控制器中通过设置低通滤波器实现电机转速滤波方法。

6.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车的电机转速滤波方法，其特征在于：所述步骤2)中通讯周期为t的范围为取10ms～20ms。

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