一种纯电动汽车蠕行扭矩消抖控制方法

摘要

本发明公开了一种纯电动汽车蠕行扭矩消抖控制方法。它在每个PI周期内，获取当前电机转速，根据PI周期计算刷新周期；对当前电机转速进行滤波处理得到当前周期的滤波转速，PI控制器基于当前周期的滤波转速确定当前周期的实际扭矩；比较刷新周期与设定的使能周期的大小，根据多个周期的实际扭矩及比较结果确定蠕行扭矩的大小，输出蠕行扭矩至电机控制器，电机控制器控制电机旋转。本发明将PI控制器输入源头滤波和输出结果定时刷新相结合，可有效实现扭矩的消抖控制，方法简单，减少了对KP\KI参数标定精准度的要求，提高了KP\KI参数的标定效率。

权利要求

1.一种纯电动汽车蠕行扭矩消抖控制方法，其特征在于：在每个PI周期内，获取当前电机转速，根据PI周期计算刷新周期；

对当前电机转速进行滤波处理得到当前周期的滤波转速，PI控制器基于当前周期的滤波转速确定当前周期的实际扭矩；

比较刷新周期与设定的使能周期的大小，根据多个周期的实际扭矩及比较结果确定蠕行扭矩的大小，输出蠕行扭矩至电机控制器，电机控制器控制电机旋转；

确定蠕行扭矩的大小的过程为：若刷新周期小于使能周期，则蠕行扭矩为上一PI周期确定的蠕行扭矩，计数加一，再次获取电机转速；

若刷新周期大于等于使能周期，则蠕行扭矩为当前PI周期确定的实际扭矩，计数清零，再次获取电机转速。

2.根据权利要求1所述的纯电动汽车蠕行扭矩消抖控制方法，其特征在于：将当前PI周期的电机转速与上一PI周期的滤波转速进行加权得到滤波转速。

3.根据权利要求2所述的纯电动汽车蠕行扭矩消抖控制方法，其特征在于：通过以下公式得到当前滤波转速

Y1＝αX+(1‑α)Y0其中，Y1为当前周期的滤波转速；α为滤波系数；X为当前电机转速；Y0为上一周期的滤波转速。

4.根据权利要求1所述的纯电动汽车蠕行扭矩消抖控制方法，其特征在于：所述使能周期与PI周期的比值为2‑20。

说明书

一种纯电动汽车蠕行扭矩消抖控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于汽车技术领域，具体涉及一种纯电动汽车蠕行扭矩消抖控制方法。

背景技术

[0002] 国内外有关汽车蠕行控制策略的研究较多，但大多是如何实现蠕行控制，目前针对消抖等控制稳定性方面的研究还没有相关论文与专利。对于蠕行控制，目前主流的控制
方法有两种：一是MAP控制，即标定一组车速‑力矩MAP，由不同时刻的车速查表得到整车蠕
行所需的驱动力来控制车辆以恒定车速行驶。二是PI控制，以车辆稳定到蠕行指定车速为
控制目标，调节驱动力矩。前者是开环控制，直接通过一组固定的车速‑力矩MAP来维持稳定
车速，方法直观简单对标定要求不高，但不能适应道路及整车参数的变化。后者是闭环控
制，通过电机反馈的实际转速与目标转速差来控制扭矩，使车速达到蠕行目标车速，能够适
应上下坡、及不同道路阻力，相比MAP控制更加灵活可靠。

[0003] 但由于PI控制策略中的KP\KI参数相互影响，实际标定中需要在找准参数区间的基础上对两个参数进行多次联调，标定过程复杂，对技术人员的调试经验要求较高，因此很
难找到一组理想参数使蠕行车速维持在目标车速附近；并且，在实际调试过程中，电机反馈
的转速具有很强的实时性，难免出现波动。

发明内容

[0004] 本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种纯电动汽车蠕行扭矩消抖控制方法。

[0005] 本发明采用的技术方案是：一种纯电动汽车蠕行扭矩消抖控制方法，在每个PI周期内，获取当前电机转速，根据PI周期计算刷新周期；

[0006] 对当前电机转速进行滤波处理得到当前周期的滤波转速，PI控制器基于当前周期的滤波转速确定当前周期的实际扭矩；

[0007] 比较刷新周期与设定的使能周期的大小，根据多个周期的实际扭矩及比较结果确定蠕行扭矩的大小，输出蠕行扭矩至电机控制器，电机控制器控制电机旋转。

[0008] 进一步地，将当前PI周期的电机转速与上一PI周期的滤波转速进行加权得到滤波转速。

[0009] 进一步地，通过以下公式得到当前滤波转速

[0010] Y1＝αX+(1‑α)Y0

[0011] 其中，Y1为当前周期的滤波转速；α为滤波系数；X为当前电机转速；Y0为上一周期的滤波转速。

[0012] 进一步地，所述使能周期与PI周期的比值为2‑20。

[0013] 更进一步地，确定蠕行扭矩的大小的过程为：

[0014] 若刷新周期小于使能周期，则蠕行扭矩为上一PI周期确定的蠕行扭矩，计数加一，再次获取电机转速；

[0015] 若刷新周期大于等于使能周期，则蠕行扭矩为当前PI周期确定的实际扭矩，计数清零，再次获取电机转速。

[0016] 本发明的有益效果是：

[0017] 本发明在扭矩PI控制过程中对电机转速进行一阶线性滤波处理，以滤波后的转速与蠕行目标转速的转速差作为PI控制器的输入，能够消除PI控制器输入量的波动。

[0018] 对于PI控制器扭矩输出量的波动，本发明通过周期性刷新扭矩的方式来消除抖动，使PI控制策略效果更加稳定，扭矩输出更加平滑，解决了现有电机反馈转速实时性较强
带来的扭矩控制抖动问题。

[0019] 本发明将PI控制器输入源头滤波和输出结果定时刷新相结合，可有效实现扭矩的消抖控制，方法简单，减少了对KP\KI参数标定精准度的要求，基于此开发的仿真系统方便
现场调试工程师更好的模拟PI控制曲线，提高标定效率。

附图说明

[0020] 图1为本发明的控制流程图。

[0021] 图2不采用本发明消抖控制方法的仿真结果示意图。

[0022] 图3采用采用本发明消抖控制方法的仿真结果示意图。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述
的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

[0024] PI控制器采用电机转速差作为输入，反馈转速一旦波动就会引起控制扭矩的抖动，影响驾驶舒适性，因此在PI控制策略的基础上考虑消抖的控制成为必要。另外，对于蠕
行控制参数的标定，主要通过技术人员在现场依靠经验数据不断试车，消耗大量时间最终
得到一组控制参数，没有一个方便快捷的仿真软件来快速定位一组标定数据从而提高工作
效率。

[0025] 本发明针对蠕行PI控制策略设计了一种消抖方法，并且开发了GUI仿真工具，目的是提高蠕行控制的舒适性，缩短控制参数标定周期(标定kpki参数)，使PI控制策略在实际
运用中效果更加稳定，标定更加简单。

[0026] 本发明结合以下两种方式消除扭矩的抖动：1.对电机转速一阶线性滤波，减少PI控制输入量的抖动。2.周期性刷新PI控制器输出扭矩，减少输出扭矩的抖动，如图1所示，具
体流程为：在每个PI周期内，获取当前电机转速，根据PI周期计算刷新周期；对当前电机转
速进行滤波处理得到当前周期的滤波转速，PI控制器基于当前周期的滤波转速确定当前周
期的实际扭矩；比较刷新周期与设定的使能周期的大小，根据多个周期的实际扭矩及比较
结果确定蠕行扭矩的大小，输出蠕行扭矩至电机控制器，电机控制器控制电机旋转。

[0027] 上述方案中，本发明采用一阶线性滤波算法对电机反馈的实时转速进行滤波，该算法将当前PI周期的电机转速与上一PI周期的滤波转速进行加权，得到有效滤波值，使得
输出对输入有反馈作用，具体公式如下：

[0028] Y1＝αX+(1‑α)Y0

[0029] 其中，Y1为当前周期的滤波转速；α为滤波系数；X为当前电机转速；Y0为上一周期的滤波转速。

[0030] 在使用一阶线性滤波算法时需要兼顾滤波平稳性及数据实时性。滤波系数越大实时性(灵敏度)越好，同时滤波稳定性越差，反之实时性越差稳定性越好。因此本发明在转速
波动小于300rpm时，采用一阶线性滤波算法，当转速波动超过300rpm时采用实时转速，不进
行滤波以保证数据的实时性。本发明将滤波系数设置为0.1，以兼顾滤波平稳性及数据实时
性。

[0031] 上述方案中，本发明通过对PI控制器周期性使能来实现输出扭矩的刷新，从而过滤掉PI调节过程所计算出的扭矩波动，即当KP\KI参数标定不够精准时，周期性刷新扭矩可
起到辅助消除PI调节器输出数据波动的效果，从而达到扭矩消抖的目的。当kp、ki确定后，
使能周期越小消抖效果越好。通常PI调节的PI周期为10ms，，因此本发明将使能周期设置为
20ms‑200ms，为PI周期的整数倍，优选为20ms，即每20ms调用一次PI控制算法，将PI控制器
输出的扭矩作为当前电机蠕行扭矩由VCU发给电机执行，以达到电机蠕行扭矩每20ms刷新
一次的效果。

[0032] 上述方案中，周期性刷新力矩的方式确定蠕行扭矩的大小的过程为：初始时刻，PI控制器中计数器计数为零，之后每个周期的蠕行扭矩确定后改变计数大小，每个周期内若
刷新周期小于使能周期，则蠕行扭矩为上一PI周期确定的蠕行扭矩，即两次的蠕行扭矩保
持不变，同时计数加一，再次获取电机转速；若刷新周期大于等于使能周期，则蠕行扭矩为
当前PI周期确定的实际扭矩，计数清零，再次获取电机转速。刷新周期为计数大小与PI周期
的乘积。在某一周期中

[0033] 基于上述的控制方法，本发明还提供一种蠕行消抖控制仿真系统，包括基于Simulink搭建蠕行控制仿真模型、搭建车辆动力学模型、搭建PI控制器消抖模型、基于
Matlab‑GUI开发人机交互界面，步骤如下：

[0034] 1、电动汽车蠕行控制仿真模型建立

[0035] 电动汽车蠕行控制仿真模型是基于Simulink搭建的，以便适应基于模型的整车控制器开发模式。模型包括车辆动力学模型和PI控制器消抖模型，将PI控制器消抖模型的输
出力矩作为车辆动力学模型的输入，从而算出车速，再将车速转化成电机转速作为PI控制
器的输入参数，两个模型形成一个闭环控制链路，来仿真出蠕行车速的控制效果和输出扭
矩的平滑性。

[0036] 1.1、车辆动力学模型建立

[0037] 采用汽车动力学平衡方程，由驱动力矩Ttq得到车速ua，如公式(1.1)所示，

[0038]

[0039] 式中：Ttq为电机端的驱动力矩；im为速比；ηT为机械效率；r为轮胎半径；G为整车重量；f为滚动阻力系数；i为道路坡度；CD为风阻

[0040] 再将车速ua由公式(1.2)转化成电机转速。

[0041]

[0042] 式中：n为电机转速；im为速比；r为轮胎半径；ua为当前车速。

[0043] 1.2、PI控制器消抖模型建立

[0044] PI控制器消抖模型分为三部分：转速滤波模块、PI调节模块及周期性使能模块。采用一阶滤波算法将电机转速作处理，再由公式(1.2)将蠕行目标车速换算成目标转速，将目
标转速和电机转速差作为PI调节器的输入，扭矩作为PI调节器的输出，并每20ms周期性使
能PI调节器从而刷新输出扭矩。

[0045] 2、PI控制参数标定工具开发

[0046] 本发明基于MATLAB GUI进行人机交互界面的开发，支持界面参数修改和Excel参数导入，将控制参数录入WorkSpace后即可调用仿真模型，将仿真结果以图像的形式显示出
来，以便观测PI控制结果和扭矩输出的平滑性。

[0047] 3.离线仿真验证

[0048] 为验证消抖策略的控制效果，应用所开发的PI控制参数标定工具，进行纯PI控制和加上消抖策略的输出扭矩平滑性对比验证，如图2、图3所示。

[0049] 两组试验所用的参数如下：

[0050]

[0051] 由图2曲线可知，KP\KI在确定后调节效果仍存在波动，扭矩曲线在15s前存在大幅震荡，20s后存在密集的小幅抖动。图3在不改变KP\KI的前提下增加了扭矩消抖策略，15s前
的曲线震荡明显改善，20s后的抖动频率也有所减小，能够弥补PI参数标定不精确的不足，
起到一定的消抖作用。

[0052] 以上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，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在
本发明的保护范围之内。本说明书中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。