一種電動車驅動軸扭矩的觀測方法及相關觀測控制系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種控制估計方法，具體設及一種電動車驅動軸扭矩的觀測方法及相 關觀測控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 近年，隨著地球環(huán)境的惡化和人們環(huán)保意識的提高，傳統(tǒng)化石燃料機動車尾氣污 染問題越發(fā)引起人們關注，為解決運個問題，一方面人們研究開發(fā)了一些尾氣處理裝置，另 一方面人們也開始積極研究電動汽車來逐步替代傳統(tǒng)機動車;此外，電動汽車還有許多其 他優(yōu)點，比如較汽油機驅動汽車的能源利用率更高，省去了發(fā)動機、變速器、油箱、冷卻和排 氣系統(tǒng)，結構較簡單，噪聲小，可在用電低峰時進行汽車充電，可W平抑電網的峰谷差，使發(fā) 電設備得到充分利用等，鑒于上述優(yōu)點，可見電動車有著很大的發(fā)展?jié)摿Γ?br>[0003] 電動汽車上一般都是配置自動變速器(AMT)或雙離合變速器(DCT)，而想要將變速 器更好地運用于電動車，那么變速箱換擋質量就至關重要，眾所周知，精確的驅動軸扭矩信 息對變速箱換擋質量W及驅動系統(tǒng)的振蕩抑制控制有很重要的影響，然而，出于成本和安 裝條件的限制，驅動軸扭矩在車輛系統(tǒng)中無法直接測量，因此設計一種可W觀測驅動軸扭 矩信息的方法顯得十分重要。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種電動車驅動軸扭矩的觀測方法及相關觀測控制系統(tǒng)， 其將傳感器測量得到的輪速和電機轉速作為輸入，根據(jù)驅動系統(tǒng)內動力學建立狀態(tài)空間模 型建立UKF算法，實現(xiàn)對驅動軸扭矩的觀測估計。
[0005] 為了達到上述目的，本發(fā)明通過W下技術方案實現(xiàn)：
[0006] -種電動車中驅動軸扭矩的觀測方法，其特征是，該觀測方法具體包含W下步驟：
[0007] S1、由傳感器模塊檢測驅動系統(tǒng)的電機轉速、輪速W及車輪偏轉角；
[000引S2、將傳感器模塊檢測到的電機轉速、輪速W及車輪偏轉角數(shù)據(jù)傳輸給UKF觀測模 塊進行仿真運算，并輸出驅動軸扭矩估計結果。
[0009]上述的電動車中驅動軸扭矩的觀測方法，其中，步驟S2中的UKF觀測模塊的仿真運 算具體包含W下步驟：
[0010] S21、根據(jù)驅動系統(tǒng)內動力學原理建立狀態(tài)空間模型；
[0011] S22、將建立的數(shù)學狀態(tài)空間模型運用于UKF計算模型中，形成UKF算法；
[0012] S23、運用軟件編碼所述的狀態(tài)空間模型和UKF算法，進行計算仿真，并輸出驅動軸 扭矩估計結果。
[0013] 上述的電動車中驅動軸扭矩的觀測方法，其中，所述步驟S21中的狀態(tài)空間模型為 W驅動電機轉速、輪速W及變速箱驅動軸扭轉角作為狀態(tài)變量，驅動電機力矩作為控制輸 入的狀態(tài)空間方程：
[0014] xi=c〇m
[0020] 其中，COm是電機轉動角速度，COw是車輪角速度;0m是變速箱驅動軸扭轉角，是車 輪偏轉角；ig是變速箱齒輪傳動比，io是主減速器傳動比；Tm是電機扭矩;Cm是電機轉子軸黏 性阻力系數(shù)，Cf是驅動軸黏性阻力系數(shù)山是驅動軸剛度，Ca為空氣阻力線性化系數(shù);Jv是車 輪轉動慣量;Troll轉動扭矩，Tgrade摩擦阻力扭矩。
[0021] 上述的電動車中驅動軸扭矩的觀測方法，其中，所述步驟S22中的UKF算法包含兩 步：
[0022] S221，預測過程；
[0023] S222,更新過程。
[0024] 上述的電動車中驅動軸扭矩的觀測方法，其中，所述的步驟S221中：
[0025] 選擇狀態(tài)空間模型中的X3=0m/igi(HM乍為預測方程，Xl= com和X2= Ww作為觀測 方程。
[0026] 上述的電動車中驅動軸扭矩的觀測方法，其中，所述的步驟S221具體包含：
[0027] A)構造 sigma 點：
[002引在k-1步，根據(jù)隨機狀態(tài)變量X的統(tǒng)計量?和協(xié)方差Pk-i構造 sigma點集；
[0029]
"
[0030] 其中，λ是尺度參數(shù)，λ = α2(ηχ+9)-ηχ，ηχ為狀態(tài)空間維數(shù)，q是第二個尺度參數(shù)，α設 定為一個常數(shù)；
[0031] Β)對sigma點進行傳播計算：
[0032] 轉換公式如下，其中U代表輸入；
[0033]
[0034] C)計算輸出均值與誤差協(xié)方差；
[0035] 輸出的先驗均值與誤差協(xié)方差計算公式計算如下：
[003引其中，Q為噪聲協(xié)方差，聽和Wf為計算均值和協(xié)方差的加權，定義如下：
[0041] 其中，β為常數(shù)。
[0042] 上述的電動車中驅動軸扭矩的觀測方法，其中，所述的步驟S222具體包含：
[0043] Α)、構造 sigma 點：
[0044] 根據(jù)步驟Sill中計算出的先驗均值，再次構造 sigma點；
[0045]
7
[0046] B)、計算預測輸出：
[0047] 傳播計算每個sigma點
[004引
[0049]則預測輸出公式如下：
[(K)加 ]
[0化1] C)、計算卡爾曼增益：
[0052]提供一個最佳的卡爾曼增益Kk，計算方程如下所示：
[ο化5]
[0化6] 其中，是預測出輸出誤差協(xié)方差，Ci,,是均值與預測輸出交叉協(xié)方差，R是噪聲 協(xié)方差；
[0057] D)、計算后驗均值和后驗協(xié)方差：
[005引在第k步，根據(jù)輸出的測量值，計算出后驗的狀態(tài)和協(xié)方差，
[0061] 其中&表示第k步的實際測量值。
[0062] -種電動車觀測控制系統(tǒng)，其特征是，包含：
[0063] 驅動系統(tǒng)，其執(zhí)行當前k-1時刻的操作輸入，使電機和車輪轉動，該驅動系統(tǒng)包含 一控制單元；
[0064] 傳感器模塊，用于檢測驅動系統(tǒng)中的電機轉速、輪速W及車輪偏轉角數(shù)據(jù)；
[0065] UKF觀測模塊，其包含根據(jù)驅動系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型所建立的UKF算法;所述傳感 器模塊檢測到的電機轉速、輪速W及車輪偏轉角數(shù)據(jù)作為其輸入，其根據(jù)UKF算法對所述的 檢測數(shù)據(jù)進行運算并估計出k時刻變速箱驅動軸扭轉角，運用驅動軸扭矩計算方程計算得 出驅動軸扭矩，將該輸出結果傳送至所述驅動系統(tǒng)的控制單元，由控制單元決定電機扭矩， 傳給驅動系統(tǒng)后由驅動系統(tǒng)執(zhí)行命令。
[0066] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有W下優(yōu)點：
[0067] 1、運種觀測方法利用傳感器測量得到的輪速和電機轉速作為輸入，再根據(jù)驅動系 統(tǒng)內動力學建立狀態(tài)空間模型建立UKF算法，實現(xiàn)對驅動軸扭矩的觀測估計；
[0068] 2、將運種觀測方法運用到驅動系統(tǒng)控制中，實現(xiàn)了汽車控制器對驅動軸扭矩的提 前預判和處理，起到了對汽車驅動系統(tǒng)的可靠控制的目的。
【附圖說明】
[0069] 圖1為本發(fā)明的觀測控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；
[0070] 圖2為本發(fā)明的實施例中車速曲線；
[0071] 圖3為本發(fā)明的實施例中變速箱驅動軸扭轉角的估計數(shù)據(jù)曲線與參考數(shù)據(jù)曲線對 比。
【具體實施方式】
[0072] W下結合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發(fā)明做進一步闡述。
[0073] 如圖1所示，一種電動車觀測控制系統(tǒng)，其包含:驅動系統(tǒng)，其執(zhí)行當前k-1時刻的 操作輸入，運個輸入通常為負載TlDad，使電機和車輪轉動，該驅動系統(tǒng)包含一控制單元;傳 感器模塊，用于檢測驅動系統(tǒng)中的電機轉速、輪速W及車輪偏轉角數(shù)據(jù);UKF觀測模塊，其包 含根據(jù)驅動系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型所建立的UKF算法;所述傳感器模塊檢測到的電機轉速、輪 速W及車輪偏轉角數(shù)據(jù)作為其輸入，其根據(jù)UKF算法對所述的檢測數(shù)據(jù)進行運算并估計出k 時刻變速箱驅動軸扭轉角目m，運用Tf驅動軸扭矩計算方程Tf = kf (目m/igi〇-M+Cf(C〇m/igi〇- Ww)計算得出驅動軸扭矩Tf，將該輸出結果傳送至所述驅動系統(tǒng)的控制單元，由控制單元決 定電機扭矩Tm，傳給驅動系統(tǒng)后由驅動系統(tǒng)執(zhí)行命令。
[0074] -種電動車中驅動軸扭矩的觀測方法，該觀測方法具體包含W下步驟：
[0075] S1、由傳感器模塊檢測驅動系統(tǒng)的電機轉速、輪速W及車輪偏轉角；
[0076] S2、將傳感器模塊檢測到的電機轉速、輪速W及車輪偏轉角數(shù)據(jù)傳輸給UKF觀測模 塊進行仿真運算，并輸出驅動軸扭矩估計結果。
[0077] 所述步驟S2中的UKF觀測模塊的仿真運算具體包含W下步驟：
[0078] S21、根據(jù)驅動系統(tǒng)內動力學原理建立狀態(tài)空間模型；
[0079] S22、將建立的數(shù)學狀態(tài)空間模型運用于UKF計算模型中，形成UKF算法；
[0080] S23、運用軟件編碼所述的狀態(tài)空間模型和UKF算法，進行計算仿真，并輸出驅動軸 扭矩估計結果。
[0081 ] 本實施例中，所述步驟S21具體為：
[0082]采用變速箱檔位固定下的驅動系統(tǒng)動力學方程：
[0092] 根據(jù)驅動軸的特性-阻尼模型及上述方程，驅動軸扭矩的計算方法可W表示為:Tf _ kf (白 m/igio-白W) +Cf ( W m/igio- Ww) (10),
[0093] 方程(10)中可W看出，由于輪速、車輪偏轉角W及電機轉速可W測量得出，因此估 計驅動軸扭矩Tf的關鍵所在是估計出變速箱驅動軸扭轉角0m。
[0094] 其中，Jmg是驅動系統(tǒng)總的轉動慣量，是電機的轉動慣量，Jg是變速箱的轉動慣 量，Jv是車輪轉動慣量。Tm是電機扭矩，Tf是驅動軸扭矩，TlDad是外部負載扭矩，它包括Troll轉 動扭矩，Tgrade摩擦阻力扭矩，T