技术领域
[0001] 本
发明属于
汽车驱动减振技术领域，特别是涉及一种基于纯电驱动的低频扭振消减控制系统构建方法。
背景技术
[0002] 新
能源汽车的
驱动轴在传递转矩时会发生弹性
变形，为
传动系统引入与驱动轴
刚度有关的谐振
频率，在传动系统带宽
覆盖谐振频率时，就会在传动系统动态响应中体现，表现为传动系统的低频扭振、驱动轴转矩的振荡，这在传动系统层面会降低驱动轴的使用寿命，在整车层面引起纵向抖振、影响整车动
力性能；这种低频扭振在车辆起步
加速、
油门突加/突减工况下表现得尤为明显。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种基于纯电驱动的低频扭振消减控制系统构建方法，利用本发明构建低频扭振消减控制系统，构建过程简单、控制系统作用效果良好，构建的控制系统能够实现对车辆低频扭振的主动消减，提高车辆的动力性和驾驶舒适性，延长驱动轴的使用寿命。
[0004] 本发明所采用的技术方案是，基于纯电驱动的低频扭振消减控制系统构建方法，具体包括以下步骤：
[0005] 步骤1，车载驱动轴转矩观测器对车辆各部分的转矩进行观测，通过对输入驱动系统的转矩命令和传动系统实际输出的转矩做差获得转矩偏差e及其微分de/dt，选择传递函数构建低通
滤波器对转矩偏差的微分进行滤波，保留小于截止频率的
信号，滤除高于截止频率的信号；
[0006] 步骤2，构建模糊PD
控制器，所述模糊PD控制器包括模糊化模
块、
知识库、模糊推理模块和解模糊模块；模糊化模块用于将输入的准确量模糊化为模糊PD控制器要求的模糊量，知识库由
数据库和规则库组成，数据库包含语言变量的隶属度信息，规则库包含用模糊语言变量表示的控制规则，模糊推理模块用于按照控制规则对输入量进行推理判断得出控制结论，解模糊模块用于将控制结论的模糊量转化为精确量；
[0007] 所述语言变量包括模糊PD控制器的输入量和输出量，所述输入量为转矩偏差e及滤波后的转矩偏差微分de/dt，输出量为模糊PD控制器参数的
修改量ΔKd、ΔKp；
[0008] 步骤3，将
低通滤波器和模糊PD控制器
串联后，接入车载驱动轴转矩观测器与驱动系统输入端之间，对实际转矩进行修正。
[0009] 进一步的，步骤1中低通滤波器的传递函数为：
[0010]
[0011] 其中F(s)是低通滤波器的截止频率，s是复变量，a为参数。
[0012] 进一步的，步骤2模糊化模块将模糊PD控制器的输入量模糊化为五级：负大NB、负小NS、零ZR、正小PS、正大PB，将模糊PD控制器的输出量ΔKd、ΔKp模糊化为13级：NS6、NS5、NS4、NS3、NS2、NS1、ZE、PS1、PS2、PS3、PS4、PS5、PS6。
[0013] 进一步的，步骤2数据库中语言变量的论域为：e∈[-30,30]、de/dt∈[-400,400]、ΔKd∈[-0.3,0.3]、ΔKp∈[-0.6,0.6]，各语言变量的隶属度函数为两侧采用Z型隶属度函数，中间采用三
角形隶属度函数。
[0014] 进一步的，步骤2构建规则库中所述控制规则的过程为：运用Matlab中的
模糊逻辑工具箱，查看经过模糊推理的模糊PD控制器输入量e、de/dt和输出量ΔKd、ΔKp之间的三维曲面，确定不同输入组合与模糊PD控制器参数整定量ΔKd、ΔKp之间的关系，进而根据控制器的作用效果，制定模糊PD控制器的控制规则。
[0015] 进一步的，步骤2解模糊模块使用加权平均法进行解模糊运算，取隶属度的加权平均值作为清晰值输出，求解公式如下：
[0016]
[0017] 其中zo为输出清晰值，z为模糊输出量，μc(z)为与模糊输出量对应的隶属度函数。
[0018] 本发明的有益效果是：本发明通过低通滤波器滤除转矩偏差微分中的
波动成分，使
输出信号更加平稳，同时构建模糊PD控制器对输入驱动系统的转矩命令进行调整，使得实际输出的转矩能够平稳跟随转矩命令，使得车辆低频扭振消减、动力学性能提高，驱动轴的使用寿命延长，还提高了车辆的安全性和驾驶舒适性，减少了故障的发生。
附图说明
[0019] 为了更清楚地说明本发明
实施例或
现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020] 图1是本发明结构图。
[0021] 图2是实施例与传统无控制的车辆转矩对比图。
[0022] 图3是实施例与传统无控制的
电机B转矩对比图。
[0023] 图4是实施例与传统无控制的电机B车速对比图。
[0024] 图5是实施例与传统无控制的
车轮车速对比图。
[0025] 图6是本发明控制、模糊PID控制和无控制的驱动转矩对比图。
[0026] 图7是本发明控制、模糊PID控制和无控制的转速对比图。
具体实施方式
[0027] 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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028] 混合动力汽车在正常行驶时传动系统的频带较窄，传动系统输出转矩与输入转矩呈比例关系，然而在车辆起步加速、油门突加突减等传动系统频带较宽覆盖谐振频率时，传动系统发生低频扭振，使得输出转矩发生波动，输出转矩与输入转矩不再是固定的比例关系，低频扭振在车辆起步加速、油门突加突减工况下尤为明显，本发明通过构建低通滤波器和模糊PD控制器，使车辆驱动轴的实际转矩能够平稳
跟踪车辆控制器的目标信号，实现低频扭振的主动消减。
[0029] 基于纯电驱动的低频扭振消减控制系统构建方法，具体包括以下步骤：
[0030] 步骤1：根据车载驱动轴转矩观测器记载的车辆各部分的转矩情况，对输入驱动系统的转矩命令和传动系统实际输出的转矩做差获得转矩偏差e，对转矩偏差进行微分后获得de/dt，选择传递函数构建低通滤波器对微分de/dt进行滤波，最大限度保留小于截止频率的信号，过滤高于截止频率的信号；
[0031] 设置低通滤波器对车载观测器输出的驱动轴波动转矩进行滤波，要最大限度保留小于截止频率的信号，过滤高于截止频率的信号，经过滤波后的信号将作为对输入驱动系统的转矩命令进行修正的输入量，低通滤波器要具有低频增益为0dB、相角近似为0°、高频增益衰减较快的特性，以便更好的保留、控制滤波获得频率小于截止频率的信号，便于后期的控制与处理，因此选择传递函数如公式(1)所示的低通滤波器：
[0032]
[0033] 其中F(s)是低通滤波器的截止频率，s是复变量，a为参数，根据纯电驱动时传动系统冲击工况下的扭振特性，调节参数a，改变截至频率，提高控制系统消减
扭矩波动的能力；
[0034] 步骤2：构建模糊PD控制器，所述模糊PD控制器包括模糊化模块、知识库、模糊推理模块和解模糊模块；模糊化模块用于将输入模糊PD控制器的准确量模糊化为模糊PD控制器要求的模糊量，知识库由数据库和规则库组成，数据库包含语言变量的隶属度信息，规则库包含用模糊语言变量表示的控制规则，模糊推理模块用于按照控制规则对输入量进行推理判断得出控制结论，解模糊模块用于将控制结论的模糊量转化为精确量；
[0035] 模糊PD控制器的语言变量包括模糊PD控制器的输入量和输出量，模糊PD控制器的输入量为转矩偏差e及其滤波后的微分de/dt，输出量为需要对驱动系统输入的转矩命令进行修正的修改量ΔKd、ΔKp；
[0036] 模糊PD控制器的各部分具体如下：
[0037] (1)模糊化模块将模糊PD控制器的输入量模糊化为五级：负大NB、负小NS、零ZR、正小PS、正大PB，二维模糊控制器的输出量ΔKd、ΔKp模糊化为13级：NS6、NS5、NS4、NS3、NS2、NS1、ZE、PS1、PS2、PS3、PS4、PS5、PS6；模糊PD控制器的数据库中各语言变量两侧采用Z型隶属度函数，中间采用三角形隶属度函数，即模糊等级NB、PB、NS6和PS6采用Z型隶属度函数，其他模糊等级采用三角形隶属度函数，语言变量的论域为：e∈[-30,30]、de/dt∈[-400,400]、ΔKd∈[-0.3,0.3]、ΔKp∈[-0.6,0.6]，经过仿真分析，确定输入量的变化范围，由此即可确定尺度变换因子，将各输入量变换到各自的论域范围之内；
[0038] (2)制定模糊控制器规则，
[0039] 运用Matlab中的模糊逻辑工具箱，查看经过模糊推理后模糊PD控制器的输入量e、de/dt和输出量ΔKd、ΔKp之间的三维曲面，确定不同输入组合与模糊PD控制器参数整定量ΔKd、ΔKp之间的关系，进而根据控制器的作用效果，制定模糊PD控制器的控制规则：
[0040] 当转矩偏差e较大时应增大Kp、减小Kd，以加快系统的响应速度，迅速减小转矩偏差e，同时避免微分过饱和；
[0041] 当转矩偏差e与de/dt同号时，表示此时系统误差正在增大，当|e|和|de/dt|中等大小时，应取较小的Kp和中等大小的Kd，以减小系统的超调量并保证系统响应速度；当|e较小而|de/dt|较大时，应取较小的Kd和Kp值；当|e|和|de/dt|均较小时，可取较小的Kp和较大的Kd值；
[0042] 当转矩偏差e与de/dt异号时，表示此时系统误差正在减小；当|e|较大时取较大的Kp并取适中的Kd，以快速减小转矩偏差；当|e|较小时，取较小的Kp并取适中的Kd以保证稳态性能；
[0043] 其中Kd、Kp为模糊PD控制器参数的初始值；
[0044] 根据以上原则，制定模糊控制规则，如表1所示：
[0045] 表1 模糊控制规则表
[0046]e de/dt ΔKd ΔKp E de/dt ΔKd ΔKp
NB NB PS2 PS6 ZE PS NS1 NS2
NB NS NS5 PS4 ZE PB ZE NS4
NB ZE NS6 PS3 PS NB ZE PS2
NB PS NS6 PS2 PS NS ZE ZE
NB PB PS1 PS1 PS ZE ZE NS2
NS NB ZE PS5 PS PS ZE NS3
NS NS NS4 PS3 PS PB ZE NS5
NS ZE NS3 PS2 PB NB PS6 NS1
NS PS NS2 ZE PB NS PS4 NS2
NS PB ZE NS3 PB ZE PS3 NS3
ZE NB ZE PS4 PB PS PS2 NS4
ZE NS NS1 PS2 PB PB PS5 NS6
ZE ZE NS2 ZE
[0047] (3)模糊推理模块与解模糊模块，
[0048] 利用模糊蕴含最小运算方法对输入量进行计算，得到模糊控制结果，使用加权平均法对控制结果进行解模糊运算，取隶属度的加权平均值作为清晰值zo输出，解模糊运算公式如式(2)所示：
[0049]
[0050] 公式(2)中zo为输出清晰值，z为模糊输出量，μc(z)为与模糊输出量对应的隶属度函数；
[0051] 步骤3，将低通滤波器和模糊PD控制器串联后，接入车载驱动轴转矩观测器与驱动系统输入端之间，利用模糊PD控制器的输出对输入驱动系统的转矩命令进行修正，进而对传动系统实际输出转矩进行修正，使得实际输出转矩能够平稳跟踪输入的转矩命令，实现低频扭振的主动削减。
[0052] 本发明构建的纯电驱动低频扭振消减控制系统如图1所示，其中Tneed表示车辆状态转换的目标转矩，Tcom为车辆驱动系统接收到的转矩指令，Td为需求驱动功率，Tv为车辆负载转矩，本发明将转矩观测器观测到的波动转矩信号经过低通滤波器LPF，以消除转矩信号的波动成分，将滤波后的驱动轴转矩与驱动轴转矩的差值及其微分de/dt作为模糊PD控制器的输入量，对输入量进行模糊化处理，利用制定的规则对模糊量得出控制量，进行解模糊后输出用于实际控制，使得驱动轴转矩跟踪输出目标信号，实现低频扭振的主动消减。
[0053] 实施例
[0054] 混合动力车辆的前驱动轴由
发动机和电机A进行驱动，后驱动轴由电机B进行驱动，电机A与电机B间电气连接有动力
电池，根据车辆动力学原理搭建车辆纵向动力学模型，在起步工况下对本发明的扭振消减效果进行验证，将油门设置由0突变到1，以模拟车辆起步加速过程、油门突变过程中可能存在的冲击最剧烈情况仿真结果如图2所示，由图2可知，本发明能够完全消除车辆驱动轴的转矩波动，原始驱动轴转矩需约1.5s才能收敛到稳态转矩，控制后的驱动转矩仅需0.65s即可稳定在稳态转矩，时间缩短了56％；由图3可知，与原始电机B输出转矩相比，本发明控制后电机B输出转矩并不是直接从0上升到目标转矩，而是在用时约0.8s的调整之后到达目标转矩；由图4～图5可知，本发明对电机B转速、车轮转速有一个较小延迟，这是由于驱动轴中高频的波动转矩被消减，该延迟对车辆动力性的影响很小。
[0055] 采用不同的驱动轴刚度和负载惯量，以模拟驱动轴刚度参数存在误差和车辆
载荷变化时的情况，仿真结果如图6～图7所示，由图6～图7可知在驱动轴刚度参数存在误差、车辆载荷发生变化时，与无控制相比，传统的PID方法有一定效果，但是仍存在低频振动，而本发明能不受参数变化的影响，仍能保持良好的扭振抑制效果，具有良好的鲁棒性。
[0056] 本
说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0057] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
