CN113602102B - 一种电动汽车主动防抖控制方法及系统 - Google Patents

一种电动汽车主动防抖控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车主动防抖控制方法及系统，所述方法主要为：系统检测整车相关参数，判断是否进入主动防抖功能，通过滤波模块与阻尼控制用来处理车辆在各种工况下转速的波动或转速变化导致的震荡，通过标定参数调取相应的滤波参数值来完成相应的控制，使得电机输出转速趋于目标转速；所述系统主要包括滤波控制模块和阻尼控制模块。本发明解决了车辆在多种工况下的使用一套参数的情况，使得系统在应对各种场景下的扭矩突变都能有很好的控制效果，提升了系统的鲁棒性；本发明对两种典型工况精确控制，降低了整车抖动，保证了整车控制的平顺性，提升了车辆的乘坐舒适感。

Description

一种电动汽车主动防抖控制方法及系统
技术领域
本发明涉及电动汽车，特别是一种电动汽车主动防抖控制方法及系统。
背景技术
与传统的燃油车发动机动力及传动系统相比，新能源汽车的电机驱动系统EDS到车辆的车轮之间没有传统内燃机车上的扭转阻尼减振器，这样导致电驱动总成以及传动系上的抖动无法被有效地阻断和吸收掉，它将直接通过总成壳体、悬置等部件耦合到整车车身，进而导致整车都将出现抖动的情况。另外，通过实验表明：车辆的电机驱动及传动所组成的系统在大多数情况下可以抽象为一个二阶的振荡环节，在车辆突然急加速或者突然急减速工况时，因为这种外在负荷需求的急剧变化，也会导致整车出现抖动的现象。同时，这种车辆抖动的频率是在人所能感知的范围内，它严重降低整车的NVH性能，也就降低了整车的乘坐舒适感，因此完全有必要采取主动防抖控制来抑制抖动。当前抑制抖动的方法主要有两种：
1、首先通过转速传感器，采样获得转速实际值，与设定值进行对比获得转速波动量。利用特定的频率分析方法(如FFT，Bode diagram)获得转速的波动，基于上述方法得到转速波动量之后，再经过一定的策略获得补偿扭矩，最终传动系的抖动被抑制，平顺输出。但因为实时性不好，系统的转速响应性不高。该方法也有通过传感器实测转速波动的方法，但该方法需要较大的硬件成本投入，所以应用不高。
2、通过在控制回路中增加一个低通滤波器，来“抑制”因为驾驶员的快速动作导致的转速的波动，从而引起的车辆的抖动。
以上的控制方法都只适合在某转速或者某个小的转速区间范围内，且对车辆从大负荷到完全卸负荷的工况不理想，或者使得车辆系统出现偏“软”的情况，因为车辆的运行工况、车辆的减速器的作用，数据在很多极端情况下出现恶化的可能。比如车辆在卸掉负荷时出现非预期的加速，车辆在加速时，出现加速慢，甚至达不到设定转速的情况。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够降低整车抖动、提升乘坐舒适感的电动汽车主动防抖控制方法及系统。
技术方案：如图1所示，本发明所述的一种电动汽车主动防抖控制方法，包括如下过程：
通过安装在电驱系统中的旋转变压器转速传感器，采集驱动电机当前的转速，传递给扰动控制器中的阻尼模块，输出控制扭矩，再通过对扭矩进行相关的限制，最终输出修正阻尼控制扭矩；
扰动控制器通过各传感器的数据以及电机状态评估现有的系统需求与当前的车辆状态，判断是否进入主动防抖阻尼模式，选择合适的设置参数，提供给扰动控制器阻尼模块；
通过在车辆上整车ECU传递过来的扭矩，传递给滤波控制器滤波模块；
滤波控制器通过各传感器的数据以及电机状态评估现有的系统需求与当前车辆状态，判断是否进入主动防抖滤波模式，选择合适的设置参数，提供给滤波控制器滤波模块，输出控制扭矩，再通过对扭矩进行负载突变工况阻尼控制的限制，最终输出修正滤波控制扭矩；
修正阻尼控制扭矩与修正滤波控制扭矩之差作为最终修正扭矩，加到扭矩需求中作为电驱动的请求扭矩。
所述传感器包括车速传感器、电机位置传感器、油门踏板传感器。
判断是否进入主动防抖的阻尼模式的标准为：当车速低于或者高于给定阈值，或者转速变化，扭矩需求变化小于标定阈值时，或者电机不是工作在正常状态时，不进入阻尼模式；否则，则进入阻尼模式。
参数的设置通过基于频率响应测量的扰动控制器通过频率响应的Bode diagram来确定，该方法需要获得在抖动频率时的相位以及在截至频率时的增益，其中在截至频率时的相位为-180°，在频率范围内的扰动控制器的相关参数确定通过以下公式获得：
Figure GDA0004187762210000021
Figure GDA0004187762210000031
其中，K为系统系数，取值范围在3～3.5；A为临界状态的系统增益；f临界为截止频率；φ抖为相频特性曲线抖动点的相角，Kd为双DT2环节增益系数，f抖为车辆抖动时的频率，T1与T2为双DT2环节的时间常数；
然后在不同的电机转速与油门踏板工况范围内作出脉谱图，形成扰动控制器参数库。
判断是否进入主动防抖的滤波模式的标准为：当车速低于或者高于给定阈值，或者转速变化，扭矩需求变化小于标定阈值时，或者电机不是工作在正常状态时，不进入滤波模式；否则，则进入滤波模式。
一种电动汽车主动防抖控制系统，包括滤波控制模块和阻尼控制模块，所述滤波控制模块的功能为使用滤波器过滤在车辆在稳态时的转速波动，使输出转速保持稳定；所述的阻尼控制模块功能为用来处理在外部输入扭矩发生增减时的转速的变化控制，通过标定参数调取相应的滤波参数值来完成相应的控制，将修正阻尼控制扭矩与修正滤波控制扭矩之差输入给电驱动系统，通过速度闭环来不断调整，使得电机输出转速趋于目标转速；其中，修正阻尼控制扭矩的来源为：通过安装在电驱系统中的旋转变压器转速传感器，采集驱动电机当前的转速，传递给扰动控制器中的阻尼模块，输出控制扭矩，再通过对扭矩进行相关的限制，最终输出修正阻尼控制扭矩；修正滤波控制扭矩的来源为：通过在车辆上整车ECU传递过来的扭矩，传递给滤波控制器滤波模块，滤波控制器通过各传感器的数据以及电机状态评估现有的系统需求与当前车辆状态，判断是否进入主动防抖滤波模式，选择合适的设置参数，提供给滤波控制器滤波模块，输出控制扭矩，再通过对扭矩进行负载突变工况阻尼控制的限制，最终输出修正滤波控制扭矩。
一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的电动汽车主动防抖控制方法。
一种计算机设备，包括储存器、处理器及存储在存储器上并可再处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的电动汽车主动防抖控制方法。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、系统在应对各种场景下的扭矩突变都能有很好的控制效果，进一步提升了系统的鲁棒性，增加了系统的控制精度与响应速度；
2、对加、减速这两种典型工况精确控制，使得车辆转速响应快，震荡小，保证了整车控制的平顺性，提升了车辆的乘坐舒适感。
附图说明
图1为本发明的系统原理图；
图2为本发明的步骤流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1：
如图1所示为本发明的系统原理图，本发明所述的一种电动汽车主动防抖控制方法，包括如下过程：
通过安装在电驱系统中的旋转变压器转速传感器，采集驱动电机当前的转速，传递给扰动控制器中的阻尼模块，输出控制扭矩，再通过对扭矩进行相关的限制，最终输出修正阻尼控制扭矩；
扰动控制器通过各传感器的数据以及电机状态评估现有的系统需求与当前的车辆状态，判断是否进入主动防抖阻尼模式，选择合适的设置参数，提供给扰动控制器阻尼模块；
通过在车辆上整车ECU传递过来的扭矩，传递给滤波控制器滤波模块；
滤波控制器通过各传感器的数据以及电机状态评估现有的系统需求与当前车辆状态，判断是否进入主动防抖滤波模式，选择合适的设置参数，提供给滤波控制器滤波模块，输出控制扭矩，再通过对扭矩进行负载突变工况阻尼控制的限制，最终输出修正滤波控制扭矩；
修正阻尼控制扭矩与修正滤波控制扭矩之差作为最终修正扭矩，加到扭矩需求中作为电驱动的请求扭矩。
如图2所示为本发明的步骤流程图，本发明所述的一种电动汽车主动防抖控制方法具体包括以下步骤：
(1)扰动控制器通过车辆车速、电机工作状态、油门踏板开度及踩踏速度，判断是否进入主动防抖的阻尼模式，当车速低于或者高于给定阈值，或者转速变化，扭矩需求变化小于标定阈值时，或者电机不是工作在正常状态时，不进入阻尼模式；
(2)基于频率响应测量的扰动控制器通过频率响应的Bode diagram来确定相应的参数值，需要在抖动频率时的相位，以及频率在临界状态的增益，其中相位为-180°，在频率范围内的扰动控制器的相关参数确定，通过以下公式获得：
Figure GDA0004187762210000051
Figure GDA0004187762210000052
其中，K为系统系数，取值范围在3～3.5；A为临界状态的系统增益；f临界为截止频率；φ抖为相频特性曲线抖动点的相角，Kd为双DT2环节增益系数，f抖为车辆抖动时的频率，T1与T2为双DT2环节时间常数；
然后在不同的电机转速与油门踏板工况范围内作出脉谱图，形成扰动控制器参数库；
(3)扰动控制参数库通过当前的系统状态，从参数库中选取合适的值传递给双DT2环节，电机转速输入通过双DT2阻尼环节，再经过相应的扭矩限制后输出；
(4)滤波控制器通过车辆车速、电机工作状态、油门踏板开度及踩踏速度，判断是否进入主动防抖的阻尼模式，当车速低于或者高于给定阈值，或者转速变化，扭矩需求变化小于标定阈值时，或者电机不是工作在正常状态时，不进入滤波模式；
(5)在滤波模式中，分成“运动模式”和“舒适模式”两种模式，运动模式时，PDT1环节的T,Kd的参数值使得系统的响应性好，但转速会出现可接受的超调，也就是系统抖动降低，但仍然存在一定的抖动；在舒适模式时，系统的响应一般，但系统不会出现超调，也就是系统没有抖动；首先确定T，T＝k/f抖动，其中k为经验数据，可取初值为0.05-0.3，精细值可通过台架标定验证获得，T越大，响应越慢，则系统越舒适，Kd越大，响应越快，Kd的选取必须保证系统超调从0到满足可接受的范围，即通过不断调整Kd使得系统相应最快，同时不出现大的超调，然后在不同的电机转速与油门踏板工况范围内作出脉谱图，形成滤波控制器参数库；
(6)滤波控制参数库通过当前的系统状态，从参数库中选取合适的(T,Kd)值传递给PDT1环节，电机转速输入通过PDT1阻尼环节，再经过相应的扭矩限制后输出；
(7)当系统从驱动状态转为自由滑行，或者馈电状态时，此时，为了使得系统下冲降低，同时保证系统有较好的响应性，需要对负荷进行阻尼限制，通过限定值限定扭矩的增加或减少，采用分段控制，前一段时，下降的速度逐渐变缓，当扭矩到达零点后，下降速度变快，最后“顺利过渡”到达到系统设定值；整个过程，可以用函数表示：dy/dt＝A*(y-Trqset)+B，其中，Trqset为系统摩擦扭矩值，A、B的值通过在台架上进行标定获得；同理，当系统从自由滑行，或者馈电状态转为驱动状态时，此时，也需要通过限定值来防止转速的抖动。
实施例2：
本发明公开了一种电动汽车主动防抖控制系统，包括滤波控制模块和阻尼控制模块，所述滤波控制模块的功能为使用滤波器过滤在车辆在稳态时的转速波动，使输出转速保持稳定；所述的阻尼控制模块功能为用来处理在外部输入扭矩发生增减时的转速的变化控制，通过标定参数调取相应的滤波参数值来完成相应的控制，将修正阻尼控制扭矩与修正滤波控制扭矩之差输入给电驱动系统，通过速度闭环来不断调整，使得电机输出转速趋于目标转速；其中，修正阻尼控制扭矩的来源为：通过安装在电驱系统中的旋转变压器转速传感器，采集驱动电机当前的转速，传递给扰动控制器中的阻尼模块，输出控制扭矩，再通过对扭矩进行相关的限制，最终输出修正阻尼控制扭矩；修正滤波控制扭矩的来源为：通过在车辆上整车ECU传递过来的扭矩，传递给滤波控制器滤波模块，滤波控制器通过各传感器的数据以及电机状态评估现有的系统需求与当前车辆状态，判断是否进入主动防抖滤波模式，选择合适的设置参数，提供给滤波控制器滤波模块，输出控制扭矩，再通过对扭矩进行负载突变工况阻尼控制的限制，最终输出修正滤波控制扭矩。
实施例3：
本发明公开了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的电动汽车主动防抖控制方法。
实施例4：
本发明公开了一种计算机设备，包括储存器、处理器及存储在存储器上并可再处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的电动汽车主动防抖控制方法。

Claims (8)

1.一种电动汽车主动防抖控制方法，其特征在于，包括如下过程：
通过安装在电驱系统中的旋转变压器转速传感器，采集驱动电机当前的转速，传递给扰动控制器中的阻尼模块，输出控制扭矩，再通过对扭矩进行相关的限制，最终输出修正阻尼控制扭矩；
扰动控制器通过各传感器的数据以及电机状态评估现有的系统需求与当前的车辆状态，判断是否进入主动防抖阻尼模式，选择合适的设置参数，提供给扰动控制器阻尼模块；
通过在车辆上整车ECU传递过来的扭矩，传递给滤波控制器滤波模块；
滤波控制器通过各传感器的数据以及电机状态评估现有的系统需求与当前车辆状态，判断是否进入主动防抖滤波模式，选择合适的设置参数，提供给滤波控制器滤波模块，输出控制扭矩，再通过对扭矩进行负载突变工况阻尼控制的限制，最终输出修正滤波控制扭矩；
修正阻尼控制扭矩与修正滤波控制扭矩之差作为最终修正扭矩，加到扭矩需求中作为电驱动的请求扭矩。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车主动防抖控制方法，其特征在于，所述传感器包括车速传感器、电机位置传感器、油门踏板传感器。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车主动防抖控制方法，其特征在于，判断是否进入主动防抖的阻尼模式的标准为：当车速低于或者高于给定阈值，或者转速变化，扭矩需求变化小于标定阈值时，或者电机不是工作在正常状态时，不进入阻尼模式；否则，则进入阻尼模式。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车主动防抖控制方法，其特征在于，参数的设置通过基于频率响应测量的扰动控制器通过频率响应的Bode diagram来确定，该方法需要获得在抖动频率时的相位以及在截至频率时的增益，其中在截至频率时的相位为-180°，在频率范围内的扰动控制器的相关参数确定通过以下公式获得：
Figure FDA0004187762200000011
Figure FDA0004187762200000021
其中，K为系统系数，取值范围在3～3.5；A为临界状态的系统增益；f临界为截止频率；φ抖为相频特性曲线抖动点的相角，Kd为双DT2环节增益系数，f抖为车辆抖动时的频率，T1与T2为双DT2环节的时间常数；
然后在不同的电机转速与油门踏板工况范围内作出脉谱图，形成扰动控制器参数库。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车主动防抖控制方法，其特征在于，判断是否进入主动防抖的滤波模式的标准为：当车速低于或者高于给定阈值，或者转速变化，扭矩需求变化小于标定阈值时，或者电机不是工作在正常状态时，不进入滤波模式；否则，则进入滤波模式。
6.一种电动汽车主动防抖控制系统，其特征在于，包括滤波控制模块和阻尼控制模块，所述滤波控制模块的功能为使用滤波器过滤在车辆在稳态时的转速波动，使输出转速保持稳定；所述的阻尼控制模块功能为用来处理在外部输入扭矩发生增减时的转速的变化控制，通过标定参数调取相应的滤波参数值来完成相应的控制，将修正阻尼控制扭矩与修正滤波控制扭矩之差输入给电驱动系统，通过速度闭环来不断调整，使得电机输出转速趋于目标转速；其中，修正阻尼控制扭矩的来源为：通过安装在电驱系统中的旋转变压器转速传感器，采集驱动电机当前的转速，传递给扰动控制器中的阻尼模块，输出控制扭矩，再通过对扭矩进行相关的限制，最终输出修正阻尼控制扭矩；修正滤波控制扭矩的来源为：通过在车辆上整车ECU传递过来的扭矩，传递给滤波控制器滤波模块，滤波控制器通过各传感器的数据以及电机状态评估现有的系统需求与当前车辆状态，判断是否进入主动防抖滤波模式，选择合适的设置参数，提供给滤波控制器滤波模块，输出控制扭矩，再通过对扭矩进行负载突变工况阻尼控制的限制，最终输出修正滤波控制扭矩。
7.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一项所述的电动汽车主动防抖控制方法。
8.一种计算机设备，包括储存器、处理器及存储在存储器上并可再处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-5中任一项所述的电动汽车主动防抖控制方法。
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