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新能源电驱系统标准解读与拓展：转速控制
2020-03-14 01:30:24· 来源：臭皮匠试验室
导语我们已经讨论过电动汽车动力总成中的转矩控制，根据静态特性与动态特性，分别对转矩控制精度和转矩响应时间进行分析，在GB/T18488中有一标准定义与之很像，
导语
我们已经讨论过电动汽车动力总成中的转矩控制，根据静态特性与动态特性，分别对转矩控制精度和转矩响应时间进行分析，在GB/T18488中有一标准定义与之很像，就是转速控制。转速控制影响了电动车的驾驶性与舒适性，它与转矩控制是怎么联系的呢？究竟怎么评估转速控制？如何测试？为什么要用转速控制呢？
带着这些问题，我们会结合相关标准从以下进行解读：
1. 转速控制相关指标
2. 转速控制相关测试
3. 转速控制方式与应用
1. 转速控制相关指标
在《GB/T 18488.1-2015-电动汽车用电机及其控制器第1部分-技术条件》3.10和3.12中分别给出了转速控制的相关指标：
解读：
以一个典型响应为例，看一下转速控制的响应历程，找到响应的标准定义：
其中，Spd_Req为需求转速，Spd_Real为实际转速，T0时刻系统接收到请求转速的指令信息，经过一段延迟时间T_Delay，实际转速达到需求转速的10%，再经过一定的上升时间T_Rise，实际转速达到需求转速的90%，转速再上升到最大值随后减小（其中，最大值与最小值之间是转速动态偏差Spd_Dynamic_Dev)，就这样实际转速沿着需求转速上下波动，经过T_Dyn，到达T1时刻，实际转速的波动范围到达容差范围内，这个容差范围也就是转速静态误差Trq_Steady_Dev，根据静态误差，可以算出偏差的百分比，这个过程中转速响应时间为T_Delay+T_Rise+T_Dyn。
通常，对具有转速控制功能的驱动电机系统，转速控制精度应按转速范围分段定义，如<±20rpm@<2000rpm，<±1%@≥2000rpm。但是，对于转速响应时间，按照测试标准，通常在无负载的情况下定义（下一节会说明），驱动电机从静止上升至额定转速的响应时间不高于100ms，但应根据实际整车功能设计，提出更好的带负载测试的标准要求。
2. 转速控制相关测试
《GB/T 18488.2-2015-电动汽车用电机及其控制器第2部分-实验方法》7.3.1和7.4.1 中分别具体地写明了转速控制精度与转速响应时间测试的方法：
解读：
重点已经标出，测试标准中设定的条件都是在空载的情况下，如果转速控制器只在这种情况下进行参数校正，不考虑带负载的情况，显然是不充分的。转速控制是电机控制必有的功能，不过现阶段极少使用，还有待开发利用，整车应根据转速控制功能开启的不同场景，进行严格定义，考虑不同电压、电流、转速、温度下更完善的测试计划。
3. 转速控制方式与应用
在之前的"转矩控制"文章中，已经对基于矢量控制的转矩控制框图进行过介绍，在这个框图的基础上，我们再加上转速控制环：
可以看出，转矩控制其实是转速控制的内环，需求转速与实际电机转速做比较，转速差给转速控制器，得到需求扭矩，进入扭矩控制环，对电机进行控制，实际转速通过旋变得到，形成转速控制闭环。显而易见，由于转速环相对于扭矩环更大一些，速度环同样是通过扭矩控制来实现，因此响应时间也会较长一些。
通常转速控制器为PI控制器，控制器参数需要根据转速的控制精度与响应时间进行校正，不考虑内环的影响，这个转速控制器的设计决定了转速控制的性能。
在纯电动车上，考虑到电机特性和单挡减速器的应用，较扭矩控制而言，转速控制应用较少；但对于多档位的混动车，控制目标不仅仅是要实现多大的扭矩，而且要实现某特定的同步转速，此时就要进入速度环，根据换挡策略实现换挡。
同时，在某些特定情形下，这个功能的可玩性还是有的，如定速巡航，在高速运行区间计算整车所需的扭矩范围，针对这个负扭矩，对转速控制器进行调教；如打滑控制，在冰面或者雨后路面，MCU结合ESP相关信号，做出最优的转速控制策略，防止失速；如上下坡，通过转速控制限速等，可以集成很多整车控制器的功能。
4. 结束语
转矩控制是转速控制的一环，影响转矩控制的因素同样也影响着转速控制。目前大部分纯电动车对转速控制功能很少使用，也没有严格要求，但是笔者认为这个功能需求在电动车不断发展的时代会不断强化，在扭矩控制参数设定好的基础上，针对不用的应用场景对转速控制器进行参数调校，提高驾驶的舒适性与操控性。
我们已经讨论过电动汽车动力总成中的转矩控制，根据静态特性与动态特性，分别对转矩控制精度和转矩响应时间进行分析，在GB/T18488中有一标准定义与之很像，就是转速控制。转速控制影响了电动车的驾驶性与舒适性，它与转矩控制是怎么联系的呢？究竟怎么评估转速控制？如何测试？为什么要用转速控制呢？
带着这些问题，我们会结合相关标准从以下进行解读：
1. 转速控制相关指标
2. 转速控制相关测试
3. 转速控制方式与应用
1. 转速控制相关指标
在《GB/T 18488.1-2015-电动汽车用电机及其控制器第1部分-技术条件》3.10和3.12中分别给出了转速控制的相关指标：
解读：
以一个典型响应为例，看一下转速控制的响应历程，找到响应的标准定义：
其中，Spd_Req为需求转速，Spd_Real为实际转速，T0时刻系统接收到请求转速的指令信息，经过一段延迟时间T_Delay，实际转速达到需求转速的10%，再经过一定的上升时间T_Rise，实际转速达到需求转速的90%，转速再上升到最大值随后减小（其中，最大值与最小值之间是转速动态偏差Spd_Dynamic_Dev)，就这样实际转速沿着需求转速上下波动，经过T_Dyn，到达T1时刻，实际转速的波动范围到达容差范围内，这个容差范围也就是转速静态误差Trq_Steady_Dev，根据静态误差，可以算出偏差的百分比，这个过程中转速响应时间为T_Delay+T_Rise+T_Dyn。
通常，对具有转速控制功能的驱动电机系统，转速控制精度应按转速范围分段定义，如<±20rpm@<2000rpm，<±1%@≥2000rpm。但是，对于转速响应时间，按照测试标准，通常在无负载的情况下定义（下一节会说明），驱动电机从静止上升至额定转速的响应时间不高于100ms，但应根据实际整车功能设计，提出更好的带负载测试的标准要求。
2. 转速控制相关测试
《GB/T 18488.2-2015-电动汽车用电机及其控制器第2部分-实验方法》7.3.1和7.4.1 中分别具体地写明了转速控制精度与转速响应时间测试的方法：
解读：
重点已经标出，测试标准中设定的条件都是在空载的情况下，如果转速控制器只在这种情况下进行参数校正，不考虑带负载的情况，显然是不充分的。转速控制是电机控制必有的功能，不过现阶段极少使用，还有待开发利用，整车应根据转速控制功能开启的不同场景，进行严格定义，考虑不同电压、电流、转速、温度下更完善的测试计划。
3. 转速控制方式与应用
在之前的"转矩控制"文章中，已经对基于矢量控制的转矩控制框图进行过介绍，在这个框图的基础上，我们再加上转速控制环：
可以看出，转矩控制其实是转速控制的内环，需求转速与实际电机转速做比较，转速差给转速控制器，得到需求扭矩，进入扭矩控制环，对电机进行控制，实际转速通过旋变得到，形成转速控制闭环。显而易见，由于转速环相对于扭矩环更大一些，速度环同样是通过扭矩控制来实现，因此响应时间也会较长一些。
通常转速控制器为PI控制器，控制器参数需要根据转速的控制精度与响应时间进行校正，不考虑内环的影响，这个转速控制器的设计决定了转速控制的性能。
在纯电动车上，考虑到电机特性和单挡减速器的应用，较扭矩控制而言，转速控制应用较少；但对于多档位的混动车，控制目标不仅仅是要实现多大的扭矩，而且要实现某特定的同步转速，此时就要进入速度环，根据换挡策略实现换挡。
同时，在某些特定情形下，这个功能的可玩性还是有的，如定速巡航，在高速运行区间计算整车所需的扭矩范围，针对这个负扭矩，对转速控制器进行调教；如打滑控制，在冰面或者雨后路面，MCU结合ESP相关信号，做出最优的转速控制策略，防止失速；如上下坡，通过转速控制限速等，可以集成很多整车控制器的功能。
4. 结束语
转矩控制是转速控制的一环，影响转矩控制的因素同样也影响着转速控制。目前大部分纯电动车对转速控制功能很少使用，也没有严格要求，但是笔者认为这个功能需求在电动车不断发展的时代会不断强化，在扭矩控制参数设定好的基础上，针对不用的应用场景对转速控制器进行参数调校，提高驾驶的舒适性与操控性。
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