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一种具有失控保护的车载电机噪音抑制方法

申请号 CN202410408754.4 申请日 2024-04-07 公开(公告)号 CN117997202A 公开(公告)日 2024-05-07
申请人 博格华纳汽车零部件(武汉)有限公司; 发明人 韩罡; 刘存浩;
摘要 本 发明 提供一种具有失控保护的车载 电机 噪音抑制方法,其特征在于,包括:获得期望噪音阶次下的谐波 电流 并分解为正序轴谐波分量和负序轴谐波分量;查询各阶次噪音抑制电流指令表,将得到的期望噪音阶次对应的噪音抑制电流指令转换为正、负序轴指令交、直流四轴分量;将正序轴指令交、 直流分量 与正序轴谐波分量作差,将负序轴指令交、直流分量与负序轴谐波分量作差,得到的差值转换为正、负序交、直轴四轴 电压 输出量;对电压输出量进行第一次电压 限幅 后反向调节查表得到的指令电流幅值,对电压输出量进行第二次电压限幅后汇总注入车载电机控制主回路。本发明方法可实现噪音有效抑制,且具有噪音抑制失控保护功能,有效提升车内环境的舒适度。
权利要求

1.一种具有失控保护的车载电机噪音抑制方法,其特征在于,包括:
S1,采样车载电机控制主回路的三相电流,以获得期望噪音阶次下的谐波电流,将所述谐波电流分解为正序轴谐波分量和负序轴谐波分量;
S2,根据电机的转速和扭矩查询各阶次噪音抑制电流指令表,得到期望噪音阶次对应的噪音抑制电流指令,将所述噪音抑制电流指令转换为正序轴指令交、直流分量以及负序轴指令交、直流分量;将正序轴指令交、直流分量与所述正序轴谐波分量作差,且将负序轴指令交、直流分量与所述负序轴谐波分量作差,得到的差值通过第一次PI调节后,转换为正序交、直轴电压输出量和负序交、直轴电压输出量;
S3,根据主回路的剩余电压空间计算第一电压限幅值,所述第一电压限幅值为正常注入谐波电流时允许注入的最大电压值;根据第一电压限幅值对所述正序交、直轴电压输出量和负序交、直轴电压输出量进行第一次电压限幅,并将第一次电压限幅的结果通过第二次PI调节转换为正、负序轴电流限幅值,根据正、负序轴电流限幅值对所述噪音抑制电流指令进行电流限幅;
S4,根据主回路的剩余电压空间对所述正序交、直轴电压输出量和负序交、直轴电压输出量分别进行第二次电压限幅,将第二次电压限幅的结果汇总并注入车载电机控制主回路。
2.根据权利要求1所述的一种具有失控保护的车载电机噪音抑制方法,其特征在于,步骤S1中,将所述谐波电流分解为正序轴谐波分量和负序轴谐波分量后,还包括消除所述正序轴谐波分量和负序轴谐波分量之间的耦合效应。
3.根据权利要求1所述的一种具有失控保护的车载电机噪音抑制方法,其特征在于,步骤S2,包括:
S201,根据电机的转速和扭矩查询预设的各阶次噪音抑制电流指令表,得到期望噪音阶次对应的噪音抑制电流指令;
S202,结合所述噪音抑制电流指令的幅值与度信息,转换得到正序轴指令交流分量、正序轴指令直流分量、负序轴指令交流分量和负序轴指令直流分量;
S203,将所述正序轴指令交流分量与所述正序轴谐波分量作差,将所述正序轴指令直流分量与所述正序轴谐波分量作差,将所述负序轴指令交流分量与所述负序轴谐波分量作差,将所述负序轴指令直流分量与所述负序轴谐波分量作差,得到四组差值;
S204,将步骤S203得到的四组差值分别进行第一次PI调节,转换得到正序交轴电压输出量、正序直轴电压输出量、负序交轴电压输出量和负序直轴电压输出量。
4.根据权利要求3所述的一种具有失控保护的车载电机噪音抑制方法,其特征在于,步骤S3,包括:
S301,根据主回路的已用电压计算主回路的剩余电压空间,根据所述剩余电压空间计算第一电压限幅值,所述第一电压限幅值为正常注入谐波电流时允许注入的最大电压值;
S302,对所述正序交轴电压输出量和正序直轴电压输出量取最大值,得到正序轴电压输出最大值;对所述负序交轴电压输出量和负序直轴电压输出量取最大值,得到负序轴电压输出最大值;
S303,将所述正序轴电压输出最大值与所述第一电压限幅值作差,将所述负序轴电压输出最大值与所述第一电压限幅值作差,得到两组电压差值;
S304,将步骤S303得到的两组电压差值分别进行第二次PI调节,以转换得到正序轴电流限幅初始量和负序轴电流限幅初始量,对所述正序轴电流限幅初始量和负序轴电流限幅初始量中小于0的部分赋值为0,得到正序轴电流限幅量和负序轴电流限幅量;
S305,采用正序轴电流限幅量对所述噪音抑制电流指令中的正序指令电流幅值进行限幅,采用负序轴电流限幅量对所述噪音抑制电流指令中的负序指令电流幅值进行限幅。
5.根据权利要求4所述的一种具有失控保护的车载电机噪音抑制方法,其特征在于,S301中,所述根据主回路的已用电压计算主回路的剩余电压空间,根据所述剩余电压空间计算第一电压限幅值,包括:
获取主回路的最大电压空间 以及主回路已用的电压空间 ,以计算得到
主回路的剩余电压空间 ;
将主回路的剩余电压空间 平均分配到正、负序轴上,得到正、负序轴
的剩余电压空间均为 ;
设置系数k,计算得到第一电压限幅值为 ,所述第一电压限幅值
为正常注入谐波电流时所能允许注入的最大电压值。
6.根据权利要求4所述的一种具有失控保护的车载电机噪音抑制方法,其特征在于,步骤S305中,所述采用正序轴电流限幅量对所述噪音抑制电流指令中的正序指令电流幅值进行限幅,采用负序轴电流限幅量对所述噪音抑制电流指令中的负序指令电流幅值进行限幅,包括:
采用下式计算电流限幅后的正序指令电流幅值A和负序指令电流幅值A’:
A=min(A , A‑B)
A’=min(A’ , A’‑B’),
其中,A为从所述噪音抑制电流指令中获取的限幅前的正序指令电流幅值,B为正序轴电流限幅量,A’为从所述噪音抑制电流指令中获取的限幅前的负序指令电流幅值,B’为负序轴电流限幅量, 为求最小值函数。
7.根据权利要求4 6任一项所述的一种具有失控保护的车载电机噪音抑制方法,其特~
征在于,步骤S4,包括:
S401,根据主回路的剩余电压空间作为第二电压限幅值,通过正序轴的剩余电压空间对所述正序交轴电压输出量、正序直轴电压输出量分别进行第二次电压限幅,通过负序轴的剩余电压空间对所述负序交轴电压输出量、负序直轴电压输出量分别进行第二次电压限幅;
S402,将第二次电压限幅后的正序直轴电压输出量、负序直轴电压输出量进行汇合,得到直轴电压输出量;将第二次电压限幅后的正序交轴电压输出量、负序交轴电压输出量进行汇合,得到交轴电压输出量;将得到的直轴电压输出量和交轴电压输出量变换到主回路的电压下,并注入车载电机控制主回路的dq轴电流调节器。
8.根据权利要求1所述的一种具有失控保护的车载电机噪音抑制方法,其特征在于,还包括,根据车辆的噪音数据构建多阶次的噪音抑制电流指令表,具体包括:
采集车辆的噪音数据,根据车辆噪音数据的NVH瀑布图获取需消除噪音的各个谐波阶次,并计算各个阶次下对应的电机目标转速范围;
将各个阶次对应的目标转速范围、电机的扭矩波动范围通过有限元模型进行仿真,得到仿真优化的各个阶次对应的原始噪音消除指令电流,所述原始噪音消除指令电流包括正序指令电流幅值、正序指令电流角度值、负序指令电流幅值和负序指令电流角度值;
任选某一阶次对应的原始噪音消除指令电流,对被选定阶次对应的目标转速范围和扭矩波动范围进行分级,对每一级目标转速范围和扭矩波动范围对应所述原始噪音消除指令电流的正序指令电流幅值、正序指令电流角度值、负序指令电流幅值和负序指令电流角度值中的任意三项进行固定,以噪音幅值最低为目标,循环迭代调整另一项的值;遍历需消除噪音的全部目标转速范围级别、扭矩波动范围级别和谐波阶次,得到优化后的各阶次对应的噪音消除指令电流;
根据各阶次对应的目标转速范围、扭矩波动范围和优化后的噪音消除指令电流生成噪音抑制电流指令表。
9.根据权利要求8所述的一种具有失控保护的车载电机噪音抑制方法,其特征在于,所述根据车辆噪音数据的NVH瀑布图获取需消除噪音的各个谐波阶次,并计算各个阶次下对应的电机目标转速范围,包括:
根据噪音压最小值和噪音频率最大值,从车辆噪音数据的NVH瀑布图中获取需消除噪音的各个阶次K,其中,所述噪音频率最大值不大于系统PWM频率最大值的一半;
根据下式计算能消除噪音的目标转速范围:
;
;
其中,n为能消除噪音的目标转速值, 为噪音频率最大值, 为系统PWM频率最大值,表征系统运行程序的能力上限,K为阶次,P为电机极对数,60为秒到分钟的转换系数。
10.根据权利要求8或9所述的一种具有失控保护的车载电机噪音抑制方法,其特征在于,所述任选某一阶次对应的原始噪音消除指令电流,对被选定阶次对应的目标转速范围和扭矩波动范围进行分级,对每一级目标转速范围和扭矩波动范围对应所述原始噪音消除指令电流的正序指令电流幅值、正序指令电流角度值、负序指令电流幅值和负序指令电流角度值中的任意三项进行固定,以噪音幅值最低为目标,循环迭代调整另一项的值;遍历需消除噪音的全部目标转速范围级别、扭矩波动范围级别和谐波阶次,得到优化后的各阶次对应的噪音消除指令电流,包括:
任选一阶次对应的目标转速范围和扭矩波动范围,将选取的目标转速范围和扭矩波动范围按照预设的级差分别划分为若干个等级;
任选一级目标转速范围以及任选一级扭矩波动范围,运转车辆并采用原始噪音消除指令电流进行车辆电机的噪音控制,使车辆转速保持在选定的目标转速范围内、并使车辆扭矩保持在选定的扭矩波动范围内;
从原始噪音消除指令电流中获取正序指令电流幅值、正序指令电流角度值、负序指令电流幅值和负序指令电流角度值;
将获取的所述正序指令电流幅值、正序指令电流角度值、负序指令电流幅值和负序指令电流角度值中的任意三项进行固定,逐步调整未固定的一项的值,并实时检测噪音幅值,将噪音幅值最低点对应的噪音消除指令电流作为优化值,以迭代更新当前的噪音消除指令电流;
循环遍历正序指令电流幅值、正序指令电流角度值、负序指令电流幅值和负序指令电流角度值,直到满足当前级别目标转速范围以及当前级别扭矩波动范围对应的噪音消除指令电流迭代停止条件;
遍历各级目标转速范围以及各级扭矩波动范围,得到当前阶次下各级目标转速范围以及各级扭矩波动范围对应的优化的噪音消除指令电流;
遍历各个阶次,得到各个阶次下优化的噪音消除指令电流。

说明书全文

一种具有失控保护的车载电机噪音抑制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及自动控制技术领域,更具体地,涉及一种具有失控保护的车载电机噪音抑制方法。

背景技术

[0002] 目前纯电动或者混合动汽车越来越受到消费者的青睐,这类车普遍采用的是电机和齿轮箱二合一的组合形式,或者电机、齿轮箱和控制器三合一的组合形式。这些组合形式会在车辆行驶过程中导致电磁噪音或机械噪音传导到车厢内部,降低车内环境的舒适度。
[0003] 为了消除各种频谱段的噪音,可能会用到不同的噪音消除手段。一般在中低频率段(指电机的旋转电频率为基波频率,谐波基本为基波频率的倍数)采用的是软件形式的噪音抑制策略。部分方案会限定抑制的噪音的谐波次数,比如只能消除5阶或者7阶噪音。也有部分方案是以注入电压信号的形式进行谐波噪音抑制,但是谐波抑制信号注入到基波电压上若没有添加保护策略,容易造成谐波环路的失控,进而导致主环路控制的失控,为车辆行驶带来险。
[0004] 因此,有必要研究一种既能有效抑制车内噪音,又能实现环路失控保护的方案。

发明内容

[0005] 本发明针对现有技术中存在的技术问题,提供一种具有失控保护的车载电机噪音抑制方法,其可实现噪音有效抑制,且具有噪音抑制失控保护功能,能有效提升车内环境的舒适度以及行车安全性。
[0006] 本发明提供了一种具有失控保护的车载电机噪音抑制方法,包括:
[0007] S1,采样车载电机控制主回路的三相电流,以获得期望噪音阶次下的谐波电流,将所述谐波电流分解为正序轴谐波分量和负序轴谐波分量;
[0008] S2,根据电机的转速和扭矩查询各阶次噪音抑制电流指令表,得到期望噪音阶次对应的噪音抑制电流指令,将所述噪音抑制电流指令转换为正序轴指令交、直流分量以及负序轴指令交、直流分量;将正序轴指令交、直流分量与所述正序轴谐波分量作差,且将负序轴指令交、直流分量与所述负序轴谐波分量作差,得到的差值通过第一次PI调节后,转换为正序交、直轴电压输出量和负序交、直轴电压输出量;
[0009] S3,根据主回路的剩余电压空间计算第一电压限幅值,所述第一电压限幅值为正常注入谐波电流时允许注入的最大电压值;根据第一电压限幅值对所述正序交、直轴电压输出量和负序交、直轴电压输出量进行第一次电压限幅,并将第一次电压限幅的结果通过第二次PI调节转换为正、负序轴电流限幅值,根据正、负序轴电流限幅值对所述噪音抑制电流指令进行电流限幅;
[0010] S4,根据主回路的剩余电压空间对所述正序交、直轴电压输出量和负序交、直轴电压输出量分别进行第二次电压限幅,将第二次电压限幅的结果汇总并注入车载电机控制主回路。
[0011] 在上述技术方案的基础上,本发明还可以作出如下改进。
[0012] 可选的,步骤S1中,将所述谐波电流分解为正序轴谐波分量和负序轴谐波分量后,还包括消除所述正序轴谐波分量和负序轴谐波分量之间的耦合效应。
[0013] 可选的,步骤S2,包括:
[0014] S201,根据电机的转速和扭矩查询预设的各阶次噪音抑制电流指令表,得到期望噪音阶次对应的噪音抑制电流指令;
[0015] S202,结合所述噪音抑制电流指令的幅值与度信息,转换得到正序轴指令交流分量、正序轴指令直流分量、负序轴指令交流分量和负序轴指令直流分量;
[0016] S203,将所述正序轴指令交流分量与所述正序轴谐波分量作差,将所述正序轴指令直流分量与所述正序轴谐波分量作差,将所述负序轴指令交流分量与所述负序轴谐波分量作差,将所述负序轴指令直流分量与所述负序轴谐波分量作差,得到四组差值;
[0017] S204,将步骤S203得到的四组差值分别进行第一次PI调节,转换得到正序交轴电压输出量、正序直轴电压输出量、负序交轴电压输出量和负序直轴电压输出量。
[0018] 可选的,步骤S3,包括:
[0019] S301,根据主回路的已用电压计算主回路的剩余电压空间,根据所述剩余电压空间计算第一电压限幅值,所述第一电压限幅值为正常注入谐波电流时允许注入的最大电压值;
[0020] S302,对所述正序交轴电压输出量和正序直轴电压输出量取最大值,得到正序轴电压输出最大值;对所述负序交轴电压输出量和负序直轴电压输出量取最大值,得到负序轴电压输出最大值;
[0021] S303,将所述正序轴电压输出最大值与所述第一电压限幅值作差,将所述负序轴电压输出最大值与所述第一电压限幅值作差,得到两组电压差值;
[0022] S304,将步骤S303得到的两组电压差值分别进行第二次PI调节,以转换得到正序轴电流限幅初始量和负序轴电流限幅初始量,对所述正序轴电流限幅初始量和负序轴电流限幅初始量中小于0的部分赋值为0,得到正序轴电流限幅量和负序轴电流限幅量;
[0023] S305,采用正序轴电流限幅量对所述噪音抑制电流指令中的正序指令电流幅值进行限幅,采用负序轴电流限幅量对所述噪音抑制电流指令中的负序指令电流幅值进行限幅。
[0024] 可选的,S301中,所述根据主回路的已用电压计算主回路的剩余电压空间,根据所述剩余电压空间计算第一电压限幅值,包括:
[0025] 获取主回路的最大电压空间 以及主回路已用的电压空间 ,以计算得到主回路的剩余电压空间 ;
[0026] 将主回路的剩余电压空间 平均分配到正、负序轴上,得到正、负序轴的剩余电压空间均为 ;
[0027] 设置系数k,计算得到第一电压限幅值为 ,所述第一电压限幅值为正常注入谐波电流时所能允许注入的最大电压值。
[0028] 可选的,步骤S305中,所述采用正序轴电流限幅量对所述噪音抑制电流指令中的正序指令电流幅值进行限幅,采用负序轴电流限幅量对所述噪音抑制电流指令中的负序指令电流幅值进行限幅,包括:
[0029] 采用下式计算电流限幅后的正序指令电流幅值A和负序指令电流幅值A’:
[0030] A=min(A , A‑B)
[0031] A’=min(A’ , A’‑B’),
[0032] 其中,A为从所述噪音抑制电流指令中获取的限幅前的正序指令电流幅值,B为正序轴电流限幅量,A’为从所述噪音抑制电流指令中获取的限幅前的负序指令电流幅值,B’为负序轴电流限幅量, 为求最小值函数。
[0033] 可选的,步骤S4,包括:
[0034] S401,根据主回路的剩余电压空间作为第二电压限幅值,通过正序轴的剩余电压空间对所述正序交轴电压输出量、正序直轴电压输出量分别进行第二次电压限幅,通过负序轴的剩余电压空间对所述负序交轴电压输出量、负序直轴电压输出量分别进行第二次电压限幅;
[0035] S402,将第二次电压限幅后的正序直轴电压输出量、负序直轴电压输出量进行汇合,得到直轴电压输出量;将第二次电压限幅后的正序交轴电压输出量、负序交轴电压输出量进行汇合,得到交轴电压输出量;将得到的直轴电压输出量和交轴电压输出量变换到主回路的电压下,并注入车载电机控制主回路的dq轴电流调节器。
[0036] 可选的,该方法还包括,根据车辆的噪音数据构建多阶次的噪音抑制电流指令表,具体包括:
[0037] 采集车辆的噪音数据,根据车辆噪音数据的NVH瀑布图获取需消除噪音的各个谐波阶次,并计算各个阶次下对应的电机目标转速范围;
[0038] 将各个阶次对应的目标转速范围、电机的扭矩波动范围通过有限元模型进行仿真,得到仿真优化的各个阶次对应的原始噪音消除指令电流,所述原始噪音消除指令电流包括正序指令电流幅值、正序指令电流角度值、负序指令电流幅值和负序指令电流角度值;
[0039] 任选某一阶次对应的原始噪音消除指令电流,对被选定阶次对应的目标转速范围和扭矩波动范围进行分级,对每一级目标转速范围和扭矩波动范围对应所述原始噪音消除指令电流的正序指令电流幅值、正序指令电流角度值、负序指令电流幅值和负序指令电流角度值中的任意三项进行固定,以噪音幅值最低为目标,循环迭代调整另一项的值;遍历需消除噪音的全部目标转速范围级别、扭矩波动范围级别和谐波阶次,得到优化后的各阶次对应的噪音消除指令电流;
[0040] 根据各阶次对应的目标转速范围、扭矩波动范围和优化后的噪音消除指令电流生成噪音抑制电流指令表。
[0041] 可选的,所述根据车辆噪音数据的NVH瀑布图获取需消除噪音的各个谐波阶次,并计算各个阶次下对应的电机目标转速范围,包括:
[0042] 根据噪音压力最小值和噪音频率最大值,从车辆噪音数据的NVH瀑布图中获取需消除噪音的各个阶次K,其中,所述噪音频率最大值不大于系统PWM频率最大值的一半;
[0043] 根据下式计算能消除噪音的目标转速范围:
[0044]
[0045]
[0046] 其中,n为能消除噪音的目标转速值, 为噪音频率最大值, 为系统PWM频率最大值, 表征系统运行程序的能力上限,K为阶次,P为电机极对数,60为秒到分钟的转换系数。
[0047] 可选的,所述任选某一阶次对应的原始噪音消除指令电流,对被选定阶次对应的目标转速范围和扭矩波动范围进行分级,对每一级目标转速范围和扭矩波动范围对应所述原始噪音消除指令电流的正序指令电流幅值、正序指令电流角度值、负序指令电流幅值和负序指令电流角度值中的任意三项进行固定,以噪音幅值最低为目标,循环迭代调整另一项的值;遍历需消除噪音的全部目标转速范围级别、扭矩波动范围级别和谐波阶次,得到优化后的各阶次对应的噪音消除指令电流,包括:
[0048] 任选一阶次对应的目标转速范围和扭矩波动范围,将选取的目标转速范围和扭矩波动范围按照预设的级差分别划分为若干个等级;
[0049] 任选一级目标转速范围以及任选一级扭矩波动范围,运转车辆并采用原始噪音消除指令电流进行车辆电机的噪音控制,使车辆转速保持在选定的目标转速范围内、并使车辆扭矩保持在选定的扭矩波动范围内;
[0050] 从原始噪音消除指令电流中获取正序指令电流幅值、正序指令电流角度值、负序指令电流幅值和负序指令电流角度值;
[0051] 将获取的所述正序指令电流幅值、正序指令电流角度值、负序指令电流幅值和负序指令电流角度值中的任意三项进行固定,逐步调整未固定的一项的值,并实时检测噪音幅值,将噪音幅值最低点对应的噪音消除指令电流作为优化值,以迭代更新当前的噪音消除指令电流;
[0052] 循环遍历正序指令电流幅值、正序指令电流角度值、负序指令电流幅值和负序指令电流角度值,直到满足当前级别目标转速范围以及当前级别扭矩波动范围对应的噪音消除指令电流迭代停止条件;
[0053] 遍历各级目标转速范围以及各级扭矩波动范围,得到当前阶次下各级目标转速范围以及各级扭矩波动范围对应的优化的噪音消除指令电流;
[0054] 遍历各个阶次,得到各个阶次下优化的噪音消除指令电流。
[0055] 本发明提供的一种具有失控保护的车载电机噪音抑制方法,其谐波噪音抵消的方式是通过查表法获取预先标定的多个阶次的噪音抑制电流指令表中的最优噪音抑制电流指令,不局限于抵消某一个特定的谐波阶次,适用性强;结合噪音抑制电流指令与采样的谐波正、负序轴谐波分量,为主回路提供与车辆噪声阶次相同、方向相反的信号,从而实现各阶次噪声的抵消。本方法通过对噪音抑制电流指令的正、负序轴分量分别进行两次电压限幅,并采样闭环负反馈的控制方式对噪音抑制电流指令的正、负序轴分量分别进行电流限幅,为噪音消除环路提供了电压保护和指令反馈修正环节,能在最大程度满足主回路控制效果的前提下实现噪音消除功能,且不会因为噪音消除环路的失控导致主回路的失控。本发明噪音消除回路与主回路形成闭环控制回路,控制效率及控制精度高,噪音消除效果更好;且主回路与谐波回路电流互相解耦,使得主回路与谐波回路不会产生干扰,影响控制性能。附图说明
[0056] 图1为本发明提供的一种具有失控保护的车载电机噪音抑制方法的控制原理示意图;
[0057] 图2为某一实施例中根据车辆的噪音数据构建多阶次的噪音抑制电流指令表的流程图
[0058] 图3为某一实施例提供的NVH瀑布图;
[0059] 图4为某一实施例提供的迭代优化噪音消除指令电流的流程图;
[0060] 图5a为某一实施例中迭代优化正序电流角度的仿真图;图5b为某一实施例提供的迭代优化正序电流幅值的仿真图;
[0061] 图6为某一实施例提供的18阶次噪音消除效果对比示意图。

具体实施方式

[0062] 下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
[0063] 图1为本发明提供的一种具有失控保护的车载电机噪音抑制方法的控制原理示意图。如图1所示,方法包括:
[0064] S1,采样车载电机控制主回路的三相电流,以获得期望噪音阶次下的谐波电流,将所述谐波电流分解为正序轴谐波分量和负序轴谐波分量;
[0065] S2,根据电机的转速和扭矩查询各阶次噪音抑制电流指令表,得到期望噪音阶次对应的噪音抑制电流指令,将所述噪音抑制电流指令转换为正序轴指令交、直流分量以及负序轴指令交、直流分量;将正序轴指令交、直流分量与所述正序轴谐波分量作差,且将负序轴指令交、直流分量与所述负序轴谐波分量作差,得到的差值通过第一次PI调节后,转换为正序交、直轴电压输出量和负序交、直轴电压输出量;
[0066] S3,根据主回路的剩余电压空间计算第一电压限幅值,所述第一电压限幅值为正常注入谐波电流时允许注入的最大电压值;根据第一电压限幅值对所述正序交、直轴电压输出量和负序交、直轴电压输出量进行第一次电压限幅,并将第一次电压限幅的结果通过第二次PI调节转换为正、负序轴电流限幅值,根据正、负序轴电流限幅值对所述噪音抑制电流指令进行电流限幅;
[0067] S4,根据主回路的剩余电压空间对所述正序交、直轴电压输出量和负序交、直轴电压输出量分别进行第二次电压限幅,将第二次电压限幅的结果汇总并注入车载电机控制主回路。
[0068] 可以理解的是,基于背景技术中的缺陷,本发明实施例提出了一种具有失控保护的车载电机噪音抑制方法。该方法本发明提供的一种具有失控保护的车载电机噪音抑制方法,其谐波噪音抵消的方式是通过查表法获取预先标定的多个阶次的噪音抑制电流指令表中的最优噪音抑制电流指令,不局限于抵消某一个特定的谐波阶次,适用性强;结合噪音抑制电流指令与采样的谐波正、负序轴谐波分量,为主回路提供与车辆噪声阶次相同、方向相反的信号,从而实现各阶次噪声的抵消。本方法通过对噪音抑制电流指令的正、负序轴分量分别进行两次电压限幅,并采样闭环负反馈的控制方式对噪音抑制电流指令的正、负序轴分量分别进行电流限幅,为噪音消除环路提供了电压保护和指令反馈修正环节,能在最大程度满足主回路控制效果的前提下实现噪音消除功能,且不会因为噪音消除环路的失控导致主回路的失控。本发明噪音消除回路与主回路形成闭环控制回路,控制效率及控制精度高,噪音消除效果更好;且主回路与谐波回路电流互相解耦,使得主回路与谐波回路不会产生干扰,影响控制性能。
[0069] 在一种可能的实施例方式中,步骤S1中,将所述谐波电流分解为正序轴谐波分量和负序轴谐波分量后,还包括消除所述正序轴谐波分量和负序轴谐波分量之间的耦合效应。
[0070] 可以理解的是,如图1所示,居于上部的模为噪音消除模块,居于下部的模块为主回路模块,其中主回路用于驱动电机产生扭矩。噪音消除模块首先从采样的主回路的三相电流中获取谐波电流,谐波电流中包含了期望噪音阶次下的电流反馈,即需要消除的噪音阶次的电流反馈,将谐波电流进行分解,可以分别得到正序谐波电流分量和负序谐波电流分量。然后消除正序谐波电流分量和负序谐波电流分量之间的耦合效应,这样就得到单独的正序和负序电流的真正的反馈量,使其不会产生干扰,影响控制性能。
[0071] 在一种可能的实施例方式中,步骤S2,包括:
[0072] S201,根据电机的转速和扭矩查询预设的各阶次噪音抑制电流指令表,得到期望噪音阶次对应的噪音抑制电流指令;
[0073] S202,结合所述噪音抑制电流指令的幅值与角度信息,转换得到正序轴指令交流分量、正序轴指令直流分量、负序轴指令交流分量和负序轴指令直流分量;
[0074] S203,将所述正序轴指令交流分量与所述正序轴谐波分量作差,将所述正序轴指令直流分量与所述正序轴谐波分量作差,将所述负序轴指令交流分量与所述负序轴谐波分量作差,将所述负序轴指令直流分量与所述负序轴谐波分量作差,得到四组差值;
[0075] S204,将步骤S203得到的四组差值分别进行第一次PI调节,转换得到正序交轴电压输出量、正序直轴电压输出量、负序交轴电压输出量和负序直轴电压输出量。
[0076] 可以理解的是,噪音消除的电流指令值是通过电机转速和扭矩指令的二维查表得到的,即,根据电机的转速和扭矩可从预先标定好的各阶次噪音抑制电流指令表直接查询获得对应的噪音抑制电流指令。噪音抑制电流指令会受到控制环路PI积分项与设定的上限(电压限幅值、电流限幅值,例如该上限为计算到的每个轴的可用电压的90%)之间差值经过PI调节后反馈的噪音抑制电流指令的限制。这样在一些工况下,如果噪音抑制环路出现异常情况能够及时减小噪音抑制电流指令,从而保护噪音消除功能。
[0077] 如图1所示,在正序指令电流幅值和负序指令电流幅值经过限幅之后,与噪音抑制电流指令的角度一起转换为该噪音阶次下的直轴和交轴电流指令分量,这样一共得到了四个电流指令分量:正序轴指令交流分量、正序轴指令直流分量、负序轴指令交流分量和负序轴指令直流分量。每个指令电流分量与谐波反馈回路得到的该轴下的电流反馈值做差,得到的差值经过PI调节器的第一次PI调节后得到该轴下的电压输出量,该电压输出量经过后续的电压限幅后可用于抑制主回路的噪音。
[0078] 在一种可能的实施例方式中,如图1所示,步骤S3,包括:
[0079] S301,根据主回路的已用电压计算主回路的剩余电压空间,根据所述剩余电压空间计算第一电压限幅值,所述第一电压限幅值为正常注入谐波电流时允许注入的最大电压值,并且系统正常稳定运行时噪音消除模块的电压输出量不会超过这个第一电压限幅值;计算过程具体包括:
[0080] 获取主回路的最大电压空间 以及主回路已用的电压空间 ,以计算得到主回路的剩余电压空间 ;其中,Ud为主回路的d轴电压,Uq为主回路的q
轴电压;
[0081] 将主回路的剩余电压空间 平均分配到正、负序轴上,得到正、负序轴的剩余电压空间均为 ;
[0082] 设置系数k,计算得到第一电压限幅值为 ,系数k的值应使得所述第一电压限幅值为正常注入谐波电流时所能允许注入的最大电压值;
[0083] S302,对所述正序交轴电压输出量和正序直轴电压输出量取最大值,得到正序轴电压输出最大值;对所述负序交轴电压输出量和负序直轴电压输出量取最大值,得到负序轴电压输出最大值;
[0084] S303,将所述正序轴电压输出最大值与所述第一电压限幅值作差,将所述负序轴电压输出最大值与所述第一电压限幅值作差,得到两组电压差值;
[0085] S304,将步骤S303得到的两组电压差值分别进行第二次PI调节,以转换得到正序轴电流限幅初始量和负序轴电流限幅初始量,对所述正序轴电流限幅初始量和负序轴电流限幅初始量中小于0的部分赋值为0,得到正序轴电流限幅量和负序轴电流限幅量;
[0086] S305,采用正序轴电流限幅量对所述噪音抑制电流指令中的正序指令电流幅值进行限幅,采用负序轴电流限幅量对所述噪音抑制电流指令中的负序指令电流幅值进行限幅,具体包括:
[0087] 采用下式计算电流限幅后的正序指令电流幅值A和负序指令电流幅值A’:
[0088] A=min(A , A‑B)
[0089] A’=min(A’ , A’‑B’),
[0090] 其中,A为从所述噪音抑制电流指令中获取的限幅前的正序指令电流幅值,B为步骤S304获得的正序轴电流限幅量,A’为从所述噪音抑制电流指令中获取的限幅前的负序指令电流幅值,B’为步骤S304获得的负序轴电流限幅量, 为求最小值函数,例如A=min(A , A‑B)表示从A和(A‑B)中求最小值,A’=min(A’  , A’‑B’)表示从A’和(A’‑B’)中求最小值。
[0091] 可以理解的是,步骤S3中对步骤S2得到的正序交轴电压输出量、正序直轴电压输出量、负序交轴电压输出量和负序直轴电压输出量进行第一次电压限幅,限幅后的电压输出量作为PI调节器的输入项,限幅后的电压输出量经过第二次PI调节后转换为用于对所述噪音抑制电流指令进行限幅的电流限幅量。通过步骤S3结合步骤S2形成了对所述噪音抑制电流指令的闭环负反馈,反馈项为对应轴下d/q电流调节器的输出最大值。如果任意d/q调节器的输出超过此电流限幅量,那么就会输出一个与其方向相反的电流指令用来抵消电流指令查表得到的噪音抑制电流指令值,从而在电压超过可接受范围时降低电流指令,保护主回路的正常扭矩响应。
[0092] 在一种可能的实施例方式中,步骤S4,包括:
[0093] S401,根据主回路的剩余电压空间作为第二电压限幅值(主回路的剩余电压空间计算过程可参考步骤S3),通过正序轴的剩余电压空间对所述正序交轴电压输出量、正序直轴电压输出量分别进行第二次电压限幅,通过负序轴的剩余电压空间对所述负序交轴电压输出量、负序直轴电压输出量分别进行第二次电压限幅;
[0094] S402,将第二次电压限幅后的正序直轴电压输出量、负序直轴电压输出量进行汇合,得到直轴电压输出量;将第二次电压限幅后的正序交轴电压输出量、负序交轴电压输出量进行汇合,得到交轴电压输出量;将得到的直轴电压输出量和交轴电压输出量变换到主回路的电压下,并注入车载电机控制主回路的dq轴电流调节器。
[0095] 可以理解的是,由于噪音抑制电流指令可用于主回路的电机控制,噪音抑制电流指令通过查询噪音抑制电流指令表得到。第二次电压限幅的作用为对经过电流限幅后转换为电压输出量的噪音抑制电流指令再次进行第二次电压限幅,然后注入主回路用于电机控制。在第二次电压限幅时,通过取最小值函数进行第二次电压限幅,例如:Min(第二次电压限幅前电压值,第二次电压限幅前电压值‑第二电压限幅值),计算得到的四个轴的第二次电压限幅结果经过汇合后,即可变换到主回路的控制电压下,注入到主回路的dq轴中就能达到噪音消除的目的。
[0096] 在一种可能的实施例方式中,还包括根据车辆的噪音数据构建多阶次的噪音抑制电流指令表,图2为本实施例中根据车辆的噪音数据构建多阶次的噪音抑制电流指令表的流程图,该流程具体包括步骤A D:~
[0097] A.采集车辆的噪音数据,根据车辆噪音数据的NVH瀑布图获取需消除噪音的各个谐波阶次,并计算各个阶次下对应的电机目标转速范围;步骤A具体包括:
[0098] 如图3所示为某一实施例提供的NVH瀑布图,通过NVH瀑布图横轴的噪音频率和纵轴的噪音压力,可直接读取选定范围内的噪音阶次。根据噪音压力最小值和噪音频率最大值,从车辆噪音数据的NVH瀑布图中获取需消除噪音的各个阶次K,其中,所述噪音频率最大值不大于系统PWM频率最大值的一半;
[0099] 根据下式计算能消除噪音的目标转速范围:
[0100]
[0101]
[0102] 其中,n为能消除噪音的目标转速值, 为噪音频率最大值, 为系统PWM频率最大值, 表征系统运行程序的能力上限,K为阶次,P为电机极对数,60为秒到分钟的转换系数。
[0103] 可以理解的是,目标转速范围的最大值小于n,以图3为例,假设系统PWM频率最大值为10000Hz,则需消除噪音的频率最大值不能超过10000/2=5000Hz,假设需消除噪音的压力最小值为45分贝,而图3中的斜线为噪音阶次,则从图3中的斜线很明显可以找到18阶次和25阶次是噪音严重区域,需进行噪音消除。
[0104] B.将各个阶次对应的目标转速范围、电机的扭矩波动范围通过有限元模型进行仿真,得到仿真优化的各个阶次对应的原始噪音消除指令电流,所述原始噪音消除指令电流包括正序指令电流幅值、正序指令电流角度值、负序指令电流幅值和负序指令电流角度值;
[0105] 可以理解的是,本实施例中使用NVH仿真软件,配合电机有限元模型仿真输出的扭矩波动数据,能够仿真得到该电机系统的最优噪音消除电流指令。通过有限元仿真,可以得到目标转速和扭矩范围内的正序、负序电流幅值和正序、负序电流角度值。
[0106] C.任选某一阶次对应的原始噪音消除指令电流,对被选定阶次对应的目标转速范围和扭矩波动范围进行分级,对每一级目标转速范围和扭矩波动范围对应所述原始噪音消除指令电流的正序指令电流幅值、正序指令电流角度值、负序指令电流幅值和负序指令电流角度值中的任意三项进行固定,以噪音幅值最低为目标,循环迭代调整另一项的值;遍历需消除噪音的全部目标转速范围级别、扭矩波动范围级别和谐波阶次,得到优化后的各阶次对应的噪音消除指令电流;例如图4为本实施例提供的迭代优化噪音消除指令电流的流程图,本步骤具体包括1)7):~
[0107] 1)任选一阶次对应的目标转速范围和扭矩波动范围,将选取的目标转速范围和扭矩波动范围按照预设的级差分别划分为若干个等级;
[0108] 2)任选一级目标转速范围以及任选一级扭矩波动范围,运转车辆并采用原始噪音消除指令电流进行车辆电机的噪音控制,使车辆转速保持在选定的目标转速范围内、并使车辆扭矩保持在选定的扭矩波动范围内;
[0109] 3)从原始噪音消除指令电流中获取正序指令电流幅值、正序指令电流角度值、负序指令电流幅值和负序指令电流角度值;
[0110] 4)将获取的所述正序指令电流幅值、正序指令电流角度值、负序指令电流幅值和负序指令电流角度值中的任意三项进行固定,逐步调整未固定的一项的值,并实时检测噪音幅值,将噪音幅值最低点对应的噪音消除指令电流作为优化值,以迭代更新当前的噪音消除指令电流;
[0111] 5)循环遍历正序指令电流幅值、正序指令电流角度值、负序指令电流幅值和负序指令电流角度值,直到满足当前级别目标转速范围以及当前级别扭矩波动范围对应的噪音消除指令电流迭代停止条件;
[0112] 6)遍历各级目标转速范围以及各级扭矩波动范围,得到当前阶次下各级目标转速范围以及各级扭矩波动范围对应的优化的噪音消除指令电流;
[0113] 7)遍历各个阶次,得到各个阶次下优化的噪音消除指令电流。
[0114] 可以理解的是,本步骤中,在某一等级的目标转速范围和扭矩波动范围下,对应需进行优化的正序指令电流幅值、正序指令电流角度值、负序指令电流幅值和负序指令电流角度值这四个量,每次固定其中三个量并寻找第四个量的最优值,经过多次循环迭代后,可对此四个量均进行优化。
[0115] 例如图5a为某一实施例中迭代优化正序电流角度的仿真图;图5b为某一实施例提供的迭代优化正序电流幅值的仿真图。本实施例中,台架标定流程按照图4中所示的步骤进行循环迭代操作:
[0116] ①先达到需要标定的转速和扭矩条件。比如恒定给转速1000rpm和扭矩200Nm。
[0117] ②例如图5a为某一实施例中迭代优化正序电流角度的仿真图,如图5a所示,固定负序轴电流指令的幅值和相位(第一次迭代使用FEA仿真值),固定正序轴电流的幅值(第一次迭代使用FEA仿真值),改变正序轴电流角度,从0 360度依次调整,可以分两次实现。在调~整过程中检测NVH在该噪音频率下的噪音幅值情况。可以发现角度在0 360度变化过程中存~
在一个噪音的最低点。那么选择这个最低点对应的正序电流分量的角度作为最优角(如图
5a所示)。然后进入步骤③。
[0118] ③图5b为某一实施例提供的迭代优化正序电流幅值的仿真图,如图5b所示,固定负序轴电流指令的幅值和相位(第一次迭代使用FEA仿真值),固定正序轴电流的角度(使用上一步得到的最优角),逐渐改变正序轴电流幅值从0 3倍FEA仿真电流。可以看到随着电流~增加过程噪音的程度存在先减小后增大的过程,那么可以选择最优幅值在噪音最低点处。
同时观察此时的噪音幅值是否小于等于第2步得到的噪音幅值。
[0119] ④基于同样的操作原理,固定正序轴电流指令的幅值和相位(使用第一步和第二步得到的最优幅值和相位),固定负序轴电流的幅值(使用FEA得到的参考幅值),从0 360度~改变正序轴电流角度,可以分两次实现。同样的方法找到正序电流对应的最优角度。要保证第4步得到的噪音值低于前面步骤的噪音值。
[0120] ⑤基于同样的操作原理,固定正序轴电流指令的幅值和相位(使用第一步和第二步得到的最优幅值和相位),固定负序轴电流的相位(使用第三步得到的参考幅值),改变正序轴电流幅值从0 3倍FEA仿真电流。同样的方法找到正序电流对应的最优幅值。要保证第5~步得到的噪音值低于前面步骤的噪音值。
[0121] ⑥经过前面步骤就得到了初步的最优噪音优化电流指令点,可以把这一组数据带到下一次的迭代循环中当做初始值使用。
[0122] 经过两到三次的迭代就可以得到本轮更新的最优指令值。
[0123] 对指令进行优化后,还需进行实车验证,以求证迭代优化的各个指令值是否有效。
[0124] 可以理解的是,经过前面的标定已经得到最优指令值,集成到软件中。通过不同的转速和扭矩指令下查表得到最终的噪音消除指令值进行对应工况下的噪音消除。整车环境中需要在车辆驾驶室内不同位置布置多个NVH测试探测点,可获得更加准确的噪音数据,以验证噪音消除的有效性。
[0125] D.根据各阶次对应的目标转速范围、扭矩波动范围和优化后的噪音消除指令电流生成噪音抑制电流指令表。
[0126] 可以理解的是,生成噪音抑制电流指令表后,通过目标转速、扭矩波动即可查询适合的噪音抑制电流指令。
[0127] 图6为某一实施例提供的18阶次噪音消除效果对比示意图。图6所示,细实线为目标噪音曲线,虚线为通过本发明方法进行噪音抑制后得到的噪音结果,粗实线为采用传统方法进行噪音抑制得到的噪音结果。从图6可看出,实际实施的效果,车上测试噪音消除针对18阶次噪音在噪音消除的转速范围内,以固定加速车辆过程中测试本发明方法对应的软件和传统方法对应的软件,本发明方法的噪音消除效果明显更优,图6中本发明噪音消除方法对应的软件最大能降低18阶噪音达到15db以上,全转速段基本上都有5 10db的下~降。
[0128] 本发明实施例提供的一种具有失控保护的车载电机噪音抑制方法,其谐波噪音抵消的方式是通过查表法获取预先标定的多个阶次的噪音抑制电流指令表中的最优噪音抑制电流指令,不局限于抵消某一个特定的谐波阶次,适用性强;结合噪音抑制电流指令与采样的谐波正、负序轴谐波分量,为主回路提供与车辆噪声阶次相同、方向相反的信号,从而实现各阶次噪声的抵消。本方法通过对噪音抑制电流指令的正、负序轴分量分别进行两次电压限幅,并采样闭环负反馈的控制方式对噪音抑制电流指令的正、负序轴分量分别进行电流限幅,为噪音消除环路提供了电压保护和指令反馈修正环节,能在最大程度满足主回路控制效果的前提下实现噪音消除功能,且不会因为噪音消除环路的失控导致主回路的失控。本发明噪音消除回路与主回路形成闭环控制回路,控制效率及控制精度高,噪音消除效果更好;且主回路与谐波回路电流互相解耦,使得主回路与谐波回路不会产生干扰,影响控制性能。
[0129] 需要说明的是,在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详细描述的部分,可以参见其它实施例的相关描述。
[0130] 本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD‑ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0131] 本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0132] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0133] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0134] 尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0135] 显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
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