CN113726241B - 电机转矩的温升补偿的方法、设备和计算机可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电机转矩的温升补偿的方法、设备和计算机可读存储介质，所述方法应用于新能源汽车技术领域，所述方法包括在电机的运行过程中获取电机的当前转子温度，根据当前转子温度和电机的磁链数据数组获取电机的当前需要补偿的转矩值；将当前需要补偿的转矩值前馈到原始转矩指令中以对原始转矩指令进行更新，得到新的转矩指令；根据新的转矩指令对电流查表进行更新，所述电流查表为在预设温度下对电机的电流数据进行标定后获得，从更新后的电流查表中查找与新的转矩指令对应的目标电流指令。本发明能够减小新能源汽车内部程序运行压力，同时能够保证新能源汽车的电机在不同温度下转矩的输出精度。

Description

电机转矩的温升补偿的方法、设备和计算机可读存储介质
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种电机转矩的温升补偿的方法、设备和计算机可读存储介质。
背景技术
在电动汽车领域，电机输出转矩的精度十分重要。当电机控制器接收到转矩指令后，首先根据转矩指令Te*和当前磁链限制Ψlim进行二维查表得到对应的dq轴电流指令，再由电流环控制保证电机电流跟随dq轴电流给定，从而输出指令转矩。在电动汽车领域，用于查表的电流数据都是通过标定获得的，以保证控制所用的电流数据与电机完全匹配。在标定过程中，要求电机的转子温度恒定，以保证电机的永磁体磁链不变。
在电机实际运行中，若转子温度与标定时相同，则利用电流查表数据就能够获得与标定时相同的输出转矩。但定转子损耗的存在会导致转子温度的升高，引起永磁体磁链下降，此时即使dq轴电流大小与标定工况一致，实际输出的转矩也会减小。
为了保证不同温度下转矩输出的精度，现有技术通常是采用多表插值的方法来获得合适的电流指令，即标定不同温度下的电流数据，再根据当前转子温度进行插值。
现有技术中为了保证不同温度下转矩输出的精度，现有技术通常是采用多表插值的方法来获得合适的电流指令，即标定不同温度下的电流数据，再根据当前转子温度进行插值。具体步骤如下：
步骤一：在最低温度Tmin、常温Tnorm和最高温度Tmax下分别对电机进行标定，得到三组标定数据IdqMap(Tmin)、IdqMap(Tnorm)和IdqMap(Tmax)；
步骤二：根据转矩指令Te*和当前磁链限制Ψlim分别在三组标定数据中查找到对应的电流指令Idqmin、Idqnorm和Idqmax；
步骤三：根据当前估计的转子温度对Idqmin、Idqnorm和Idqmax进行插值处理，得到合适的电流指令Idq。
可以将现有技术的上述步骤理解为，在电动汽车领域，VCU将驾驶员控制的油门大小转化成转矩指令，输入到电机控制器中，控制器驱动电机输出转矩。在此过程中，要求电机的输出转矩严格跟随VCU的转矩指令。当电机控制器收到VCU的转矩指令Te*后，会进行转矩指令和磁链限幅值的二维查表，查找到对应的id*/iq*，该组id*/iq*满足：Te*＝3/2Pn·(Ψf0+(Lq-Ld)·id*)·iq*。在电机运行过程中，如果按照id*/iq*的电流指令来控制，Pn与Ldq都是不变的，但是随着电机温度的上升，永磁体磁链会下降，导致电机的输出转矩也减小，此时实际的输出转矩变为Te＝3/2Pn·(Ψf+(Lq-Ld)·id*)·iq*，其中Ψf＝Ψf0-ΔΨf，ΔΨf是永磁体磁链下降的幅值。可以看到，相比于转矩指令，实际的输出转矩减小了ΔTe＝Te*-Te＝3/2Pn·ΔΨf·iq*。因此，如果在VCU的转矩指令上加上ΔTe的补偿，就能够保证输出的转矩与VCU的期望转矩一致。
现有技术中的上述多表插值的方法虽然容易理解，但也带来了若干问题：
例如标定的工作量变为了原来的三倍，需要花费更多的时间、人力和资源；电流查表的数据量也变为原来的三倍，占用了芯片的存储空间；同时，因为要根据当前转子温度在最低温度Tmin、常温Tnorm和最高温度Tmax的标定数据之间进行电流插值，所以要IdqMap(Tmin)、IdqMap(Tnorm)和IdqMap(Tmax)中的某两组标定数据中进行电流查表。所以电流查表的程序运行时间变为原来的两倍，占用了芯片的运行时间。因为还需要在高温和低温的恒温工况下进行电机标定，就必须使用到恒温箱或恒温水箱的资源，无法在没有这些资源的条件下保证转矩精度。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种电机转矩的温升补偿的方法、设备和计算机可读存储介质，旨在解决现有技术中如何能够减小新能源汽车内部程序运行压力的同时，能够保证新能源汽车的电机在不同温度下转矩的输出精度的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出一种电机转矩的温升补偿的方法，所述方法包括以下步骤：
在电机的运行过程中获取所述电机的当前转子温度，并根据所述当前转子温度和所述电机的磁链数据数组获取所述电机的当前需要补偿的转矩值；
将所述当前需要补偿的转矩值前馈到原始转矩指令中以对所述原始转矩指令进行更新，得到新的转矩指令；
根据所述新的转矩指令对电流查表进行更新，所述电流查表为在预设温度下对所述电机的电流数据进行标定后获得，从更新后的电流查表中查找与所述新的转矩指令对应的目标电流指令。
优选地，所述根据所述当前转子温度和所述电机的磁链数据数组获取所述电机的当前需要补偿的转矩值，包括：
从所述磁链数据数组中查找与所述当前转子温度对应的当前永磁体磁链，并计算所述当前永磁体磁链相对于标定工况的磁链变化值；
获取所述电机的极对数以及所述电机的当前q轴电流指令，根据所述极对数、所述当前q轴电流指令和所述磁链变化值计算所述电机的当前需要补偿的转矩值。
优选地，所述磁链数据数组通过以下方式获得：
对预设温度下的所述电机的电流数据进行标定，得到电流查表；
计算不同磁钢温度下的剩磁，基于所述不同磁钢温度下的剩磁构建剩磁数据数组，并从所述剩磁数据数组中获取与所述预设温度对应的目标剩磁；
根据剩磁数据数组和所述目标剩磁计算不同的磁钢温度下的永磁体磁链，基于所述不同的磁钢温度下的永磁体磁链构建磁链数据数组。
优选地，所述方法还包括：
获取所述电机的空载线电压的有效值；
根据所述空载线电压的有效值计算所述电机的初始磁链；
相应地，所述计算所述当前永磁体磁链相对于标定工况的磁链变化值的步骤，包括：
基于所述当前永磁体磁链和所述初始磁链计算磁链变化值。
优选地，所述电机的初始磁链通过以下计算式计算获得：计算所述电机的初始磁链，其中，Ψf0表示初始磁链，E0表示所述电机的空载线电压的有效值，f表示频率；
相应地，所述当前永磁体磁链相对于标定工况的磁链变化值通过以下计算式计算获得：ΔΨf＝Ψf-Ψf0，其中，Ψf表示当前永磁体磁链，ΔΨf表示磁链变化值。
优选地，所述电机的当前需要补偿的转矩值通过以下计算式计算获得：ΔTe＝3/2×Pn×ΔΨf×iq*，其中，ΔTe表示所述电机的当前需要补偿的转矩值，Pn表示所述电机的极对数，iq*表示所述电机的当前q轴电流指令。
优选地，所述从更新后的电流查表中查找与所述新的转矩指令对应的目标电流指令的步骤，具体包括：
确定所述电机的磁链限幅值；
根据所述磁链限幅值和所述新的转矩指令从更新后的电流查表中查找对应的目标电流指令。
优选地，所述计算不同磁钢温度下的剩磁的步骤，具体包括：
获取磁钢供应商提供的磁钢温升数据；
根据所述磁钢温升数据来计算不同磁钢温度下的剩磁。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种电机转矩的温升补偿设备，电机转矩的温升补偿设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可在所述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如上所述的电机转矩的温升补偿方法的步骤。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述电机转矩的温升补偿方法的步骤。
本发明提供的电机转矩的温升补偿的方法，该方法应用到新能源汽车领域，采用前馈补偿方式来补偿电动汽车的输出转矩，根据实际运行时的转子温度计算出当前需要补偿的转矩值，直接前馈到转矩指令上。相比于现有的多表插值的方法，本方法仅需要标定一个温度下的电流查表数据，减少了标定的工作量，不依赖恒温水箱的资源，降低了标定的人力物力成本，且减少了查表程序的数据量和程序量，实现简单。
附图说明
图1为本发明一种电机转矩的温升补偿的方法的一实施例流程示意图；
图2为本发明一种电机转矩的温升补偿的方法的又一实施例流程示意图；
图3为本发明一实施例中的电机转矩的温升补偿设备的示意简框图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现有技术中的多表插值的方法虽然容易理解，但也带来了新能源汽车内部程序运行时间变长和内部运行程序较多的问题，如何能够减小新能源汽车内部程序运行压力的同时，保证新能源汽车的电机在不同温度下转矩的输出精度正是本发明要解决的技术问题。
为解决上述技术问题，本实施例提出一种电机转矩的温升补偿的方法，参照图1，图1为本发明一实施例中一种电机转矩的温升补偿的方法的一实施例流程示意图，该方法可应用于新能源汽车的电机运行过程的实时场景中。
本实施例中，所述电机转矩的温升补偿的方法包括以下步骤：
步骤S10:电机控制器在电机的运行过程中获取所述电机的当前转子温度Tmag，根据当前转子温度Tmag和上述电机的磁链数据数组Ψf_Tmag获取所述电机的当前需要补偿的转矩值ΔTe；
需要说明的是，本实施例的每个步骤的执行主体为新能源汽车的电机控制器，即执行主体为电机转矩的温升补偿设备处理器1001；
本实施例的磁链数据数组Ψf_Tmag是基于磁钢供应商提供的磁钢温升数据获得的；
而本实施例的转子温度Tmag可以由是传感器获得，也可以由算法估计得到；转子温度Tmag估计的算法可以是基于反电势模型，也可以是基于电机热模型。转子温度Tmag的获取方式并不影响转矩补偿的方案。
步骤S20:将所述当前需要补偿的转矩值ΔTe前馈到原始转矩指令Te*中以对所述原始转矩指令Te*进行更新，得到新的转矩指令Te’；
在具体实现中，本实施例将ΔTe前馈到新能源汽车整车控制器(VCU，Vehiclecontrol unit)的转矩指令Te*上，得到更新后的转矩指令Te’。将更新后的转矩指令Te’作为电流查表的输入，根据Te’和磁链限幅值Ψlim二维查找出新的电流指令id*/iq*。
步骤S30:根据所述新的转矩指令Te’对电流查表IdqMap(Tnorm)进行更新，所述电流查表IdqMap(Tnorm)为在预设温度下对所述电机的电流数据进行标定后获得，从更新后的电流查表中查找与所述新的转矩指令对应的目标电流指令id*/iq*；
在具体实现中，电机控制器在电机实际运行过程中，会重复步骤S10～步骤S30来控制所述新能源汽车的电机运行；
本实施例的所述电流查表IdqMap(Tnorm)为在预设温度下对所述电机的电流数据进行标定后获得，所述预设温度优选为在常温Tnorm，即对电机标定可以是在常温Tnorm下进行；当然只要保证转子温度恒定，选择在其他温度下对电流进行标定也可行，本实施例仅需要标定一个温度下的电流查表数据IdqMap(Tnorm)就能保证转矩的输出精度，减少了标定的工作量；
此外，本实施例可以先确定所述电机的磁链限幅值Ψlim，再根据所述磁链限幅值Ψlim和所述新的转矩指令Te’从更新后的电流查表中查找对应的目标电流指令id*/iq*；
需要说明的是，在本实施例中，根据转矩指令查找电流指令的过程，在电机的弱磁区是通过对转矩指令和磁链限幅值的二维查表实现，在电机的非弱磁区则简化成对转矩指令的一维查表。
本实施例提供的电机转矩的温升补偿的方法应用到新能源汽车领域，采用前馈补偿方式来补偿电动汽车的输出转矩，根据实际运行时的转子温度计算出当前需要补偿的转矩值，直接前馈到转矩指令上。相比于现有的多表插值的方法，本方法仅需要标定一个温度下的电流查表数据，减少了标定的工作量，不依赖恒温水箱的资源，降低了标定的人力物力成本，且减少了查表程序的数据量和程序量，实现简单。
参考图2，本实施例在具体实现中，所述(步骤S10的)获取所述电机的当前需要补偿的转矩值ΔTe通过以下方式获得：
S101：获取所述电机的当前转子温度Tmag，从所述磁链数据数组Ψf_Tmag中查找与所述当前转子温度Tmag对应的当前永磁体磁链Ψf，并计算所述当前永磁体磁链Ψf相对于标定工况的磁链变化值ΔΨf；
S102：获取所述电机的极对数Pn以及所述电机的当前q轴电流指令，根据所述极对数Pn、所述当前q轴电流指令和所述磁链变化值ΔΨf计算所述电机的当前需要补偿的转矩值ΔTe。
在具体实现中，通过算式ΔTe＝3/2×Pn×ΔΨf×iq*计算所述电机的当前需要补偿的转矩值，其中，ΔTe表示所述电机的当前需要补偿的转矩值，Pn表示所述电机的极对数，iq*表示所述电机的当前q轴电流指令。
本实施例能够准确地计算出新能源汽车的电机当前需要补偿的转矩值，确保了转矩的输出精度。
进一步地，所述电流查表IdqMap(Tnorm)和所述磁链数据数组Ψf_Tmag通过以下方式获得：
步骤S01:对预设温度下的所述电机的电流数据进行标定，得到电流查表IdqMap(Tnorm)；
需要说明的是，所述预设温度优选为常温Tnorm，即对电机的电流数据标定可以是在常温Tnorm下进行；当然只要保证转子温度恒定，选择在其他温度下对电流进行标定也可行；
在具体实现中，所述电机控制器在预设温度下的对电机的电流数据标定的同时还会测试电机的空载线电压有效值E0，保证标定过程中E0基本不变；
获取所述电机的空载线电压的有效值E0之后，根据所述空载线电压的有效值E0计算所述电机的初始磁链Ψf0；并基于所述当前永磁体磁链Ψf和所述初始磁链Ψf0计算磁链变化值ΔΨf；
具体地，本实施例通过算式计算所述电机的初始磁链，其中，Ψf0表示初始磁链，E0表示所述电机的空载线电压的有效值，f表示频率；
并通过算式ΔΨf＝Ψf-Ψf0计算所述当前永磁体磁链相对于标定工况的磁链变化值，其中，Ψf表示当前永磁体磁链，ΔΨf表示磁链变化值。
步骤S02:计算不同磁钢温度下的剩磁，基于所述不同磁钢温度下的剩磁构建剩磁数据数组Br_Tmag，并从所述剩磁数据数组Br_Tmag中获取与所述预设温度对应的目标剩磁Br(Tnorm)；
需要说明的是，本实施例的磁钢剩磁与磁钢温度之间的关系可以是由磁钢供应商提供，也可以是实测不同转子温度下空载反电势后计算得到，也可以是根据磁钢的温度系数进行大致拟合得到；
在具体实现中，不同磁钢温度下的剩磁通过以下方式获得：
电机控制器会获取磁钢供应商提供的磁钢温升数据；根据所述磁钢温升数据来计算不同磁钢温度下的剩磁。
具体地，电机控制器根据磁钢供应商提供的磁钢温升数据，计算不同磁钢温度下的剩磁，构成数组Br_Tmag，有Br_Tmag＝[Br(0℃),Br(10℃),Br(20℃)…]，同时插值出Tnorm下的剩磁Br(Tnorm)。
步骤S03:根据剩磁数据数组Br_Tmag和所述目标剩磁Br(Tnorm)计算不同的磁钢温度下的永磁体磁链，基于所述不同的磁钢温度下的永磁体磁链构建磁链数据数组Ψf_Tmag；
可理解的是，考虑到永磁体磁链与磁钢剩磁成正比，根据Br_Tmag和Br(Tnorm)计算出不同磁钢温度下的永磁体磁链，构成数组Ψf_Tmag，有：
Ψf_Tmag＝Ψf0×Br_Tmag/Br(Tnorm)＝[Ψf(0℃),Ψf(10℃),Ψf(20℃)…]
本实施例能够准确地计算出一个磁链数据数组，使得本方案最终获得目标电流指令更加准确，进一步确保了转矩的输出精度。
为了解决上述问题，本发明实施例提供一种电机转矩的温升补偿设备，所述电机转矩的温升补偿设备可设于新能源汽车的内部，参考图3，图3为所述电机转矩的温升补偿设备的示意简框图。
如图3所示，所述电机转矩的温升补偿设备包括处理器1001，即MCU(Microcontroller Unit)，该处理器可以是新能源汽车内部的电机控制器，也可以是一个独立的MCU；通讯总线1002，用于连接各个硬件设备；所述电机转矩的温升补偿设备还包括存储器1003、以及存储在所述存储器1003上并可在所述处理器1001上运行的计算机程序。
本领域技术人员可以理解，图3中示出的结构并不构成对所述电机转矩的温升补偿设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图3所示，作为一种计算机存储介质的存储器1003中可以包括操作系统以及计算机程序，所述计算机程序配置为实现所述电机转矩的温升补偿方法的步骤。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的温升补偿方法的步骤。
需要说明的是，在本文中，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、物品或者系统不仅包括那些要素，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、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、或顺序。本发明的描述中，除非另有说明，“多条”、“多个”的含义是两个(两条)或两个(两条)以上。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种电机转矩的温升补偿方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
在电机的运行过程中获取所述电机的当前转子温度，并根据所述当前转子温度和所述电机的磁链数据数组获取所述电机的当前需要补偿的转矩值；
将所述当前需要补偿的转矩值前馈到原始转矩指令中以对所述原始转矩指令进行更新，得到新的转矩指令；
根据所述新的转矩指令对电流查表进行更新，所述电流查表为在预设温度下对所述电机的电流数据进行标定后获得，从更新后的电流查表中查找与所述新的转矩指令对应的目标电流指令；
所述磁链数据数组通过以下方式获得：
对预设温度下的所述电机的电流数据进行标定，得到电流查表；
计算不同磁钢温度下的剩磁，基于所述不同磁钢温度下的剩磁构建剩磁数据数组，并从所述剩磁数据数组中获取与所述预设温度对应的目标剩磁；
根据剩磁数据数组和所述目标剩磁计算不同的磁钢温度下的永磁体磁链，基于所述不同的磁钢温度下的永磁体磁链构建磁链数据数组。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前转子温度和所述电机的磁链数据数组获取所述电机的当前需要补偿的转矩值，包括：
从所述磁链数据数组中查找与所述当前转子温度对应的当前永磁体磁链，并计算所述当前永磁体磁链相对于标定工况的磁链变化值；
获取所述电机的极对数以及所述电机的当前q轴电流指令，根据所述极对数、所述当前q轴电流指令和所述磁链变化值计算所述电机的当前需要补偿的转矩值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取所述电机的空载线电压的有效值；
根据所述空载线电压的有效值计算所述电机的初始磁链；
相应地，所述计算所述当前永磁体磁链相对于标定工况的磁链变化值的步骤，包括：
基于所述当前永磁体磁链和所述初始磁链计算磁链变化值。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电机的初始磁链通过以
初始磁链，E0表示所述电机的空载线电压的有效值，f表示频率；
所述当前永磁体磁链相对于标定工况的磁链变化值通过以下计算式计算获得：ΔΨf＝Ψf-Ψf0，其中，Ψf表示当前永磁体磁链，ΔΨf表示磁链变化值。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述电机的当前需要补偿的转矩值通过以下计算式计算获得：ΔTe＝3/2×Pn×ΔΨf×iq*，其中，ΔTe表示所述电机的当前需要补偿的转矩值，Pn表示所述电机的极对数，iq*表示所述电机的当前q轴电流指令。
6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述从更新后的电流查表中查找与所述新的转矩指令对应的目标电流指令的步骤，具体包括：
确定所述电机的磁链限幅值；
根据所述磁链限幅值和所述新的转矩指令从更新后的电流查表中查找对应的目标电流指令。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算不同磁钢温度下的剩磁的步骤，具体包括：
获取磁钢供应商提供的磁钢温升数据；
根据所述磁钢温升数据来计算不同磁钢温度下的剩磁。
8.一种电机转矩的温升补偿设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可在所述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如权利要求1至7中任一项所述的电机转矩的温升补偿方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至7中任一项所述电机转矩的温升补偿方法的步骤。
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