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新能源电驱系统标准解读与拓展：转矩控制精度
2020-07-18 11:01:46· 来源：臭皮匠试验室
导语纯电动汽车动力总成中的转矩控制精度，是整车关注的关键指标之一，直接影响了整车的驾驶性、能耗优化、以及转矩突变时的响应时间。究竟什么是转矩精度？如何
导语
纯电动汽车动力总成中的转矩控制精度，是整车关注的关键指标之一，直接影响了整车的驾驶性、能耗优化、以及转矩突变时的响应时间。究竟什么是转矩精度？如何测试？转矩精度和系统哪些参数相关？又要如何在设计开发过程中将其限制在一个可接受的范围内？这些问题是我们关注的焦点。
▼
关于转矩控制精度，分三部分解读：
1. 什么是转矩控制精度？
2. 转矩控制精度的测试方法
3. 转矩精度的估算
1. 什么是转矩控制精度
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》3.11中给出了转矩控制精度的定义：
解读：对于电动车电驱动系统，输出转矩范围大，精度需要分情况定义，标准中给出了偏差与百分比两种不同的定义方式，一般在低转矩段，采用转矩偏差定义，在高转矩段，采用百分比定义，如输出转矩0~100Nm，转矩控制精度±5Nm，大于100Nm，转矩控制精度±5%。
2. 转矩控制精度测试方法
《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》7.3.2 中已经具体地写明了转矩精度测试的方法：
解读：标准中试验步骤已经写的很详细，BUT，从标出的重点中还可以看出，电机的运行温度与转速还未明确。而电控的标定过程，会在某特定温度与转速下进行，如定子70°C，转速3500rpm。在此条件下测试的转矩精度相对较高，然而若偏离了此温度或者转速，控制参数需根据电机温度模型自适应调整，温度模型的好坏对转矩精度还是有很大影响的，笔者认为测试中对转速与温度采样点也应有具体的规定。
3. 转矩精度估算
电动车电驱动中很难集成高精度的转矩传感器，所以大多电驱动生产厂商用电流电压及转速传感器以及电机设计的相关参数估算电机输出转矩，比如以下计算模型，分别是转矩电流计算模型和转矩能量计算模型：
其中：
• f1,f2：计算函数
• T_estimate：估算转矩
• n：电机转速
• id,iq：d轴与q轴电流
• φd, φq：d轴与q轴磁链
• ud，uq：d轴与q轴电压
• T_friction：电机摩擦阻力
• T_iron：电机铁耗转矩损失
• Ploss_ac,dc：交流和直流母线损耗
我们知道了影响转矩计算的参数，我们再看下电驱动系统的转矩控制图，看看哪部分对这些参数产生影响：
对照控制图，依据转矩估计的公式，我们可以分析出影响转矩精度计算的因素，大致可以分为三类：
i. 延迟：控制器计算延迟、直流电压获取延迟、调制延迟、电流传感器延迟
ii. 传感器精度：电流传感器、旋变
iii.电机参数，包括：
1）电机磁链偏差
2）电机磁链随温度变化的改变
3）定子电阻偏差
4）摩擦损耗偏差
5）铁耗的偏差
当然，考虑因素的越多越好，可以对每一点定量分析，如电流传感器精度±2%，旋变角度误差0.7°等，再依据蒙特卡洛法，可以对系统每个工作点的静态转矩精度做分析，这里不做详细展开，想详细了解的读者可以留言。
转矩控制精度的分析，可以对电驱动系统的性能提前预言，是初期设计以及系统改进阶段必要的步骤，这方面的测试标准也要随着控制技术的提高不断改进。
写在最后：
关于”转矩精度估算“这一块，除了文中所示的电流和能量计算模型外，根据功能安全等级的不同，其计算模型和变量参数也有所侧重，这里仅示意说明，感兴趣朋友的可留言交流。
关于”转矩精度对整车性能的影响分析”这一块，涉及到控制策略和标定流程，了解有限，期待能得到同行专家的点拨。
纯电动汽车动力总成中的转矩控制精度，是整车关注的关键指标之一，直接影响了整车的驾驶性、能耗优化、以及转矩突变时的响应时间。究竟什么是转矩精度？如何测试？转矩精度和系统哪些参数相关？又要如何在设计开发过程中将其限制在一个可接受的范围内？这些问题是我们关注的焦点。
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关于转矩控制精度，分三部分解读：
1. 什么是转矩控制精度？
2. 转矩控制精度的测试方法
3. 转矩精度的估算
1. 什么是转矩控制精度
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》3.11中给出了转矩控制精度的定义：
解读：对于电动车电驱动系统，输出转矩范围大，精度需要分情况定义，标准中给出了偏差与百分比两种不同的定义方式，一般在低转矩段，采用转矩偏差定义，在高转矩段，采用百分比定义，如输出转矩0~100Nm，转矩控制精度±5Nm，大于100Nm，转矩控制精度±5%。
2. 转矩控制精度测试方法
《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》7.3.2 中已经具体地写明了转矩精度测试的方法：
解读：标准中试验步骤已经写的很详细，BUT，从标出的重点中还可以看出，电机的运行温度与转速还未明确。而电控的标定过程，会在某特定温度与转速下进行，如定子70°C，转速3500rpm。在此条件下测试的转矩精度相对较高，然而若偏离了此温度或者转速，控制参数需根据电机温度模型自适应调整，温度模型的好坏对转矩精度还是有很大影响的，笔者认为测试中对转速与温度采样点也应有具体的规定。
3. 转矩精度估算
电动车电驱动中很难集成高精度的转矩传感器，所以大多电驱动生产厂商用电流电压及转速传感器以及电机设计的相关参数估算电机输出转矩，比如以下计算模型，分别是转矩电流计算模型和转矩能量计算模型：
其中：
• f1,f2：计算函数
• T_estimate：估算转矩
• n：电机转速
• id,iq：d轴与q轴电流
• φd, φq：d轴与q轴磁链
• ud，uq：d轴与q轴电压
• T_friction：电机摩擦阻力
• T_iron：电机铁耗转矩损失
• Ploss_ac,dc：交流和直流母线损耗
我们知道了影响转矩计算的参数，我们再看下电驱动系统的转矩控制图，看看哪部分对这些参数产生影响：
对照控制图，依据转矩估计的公式，我们可以分析出影响转矩精度计算的因素，大致可以分为三类：
i. 延迟：控制器计算延迟、直流电压获取延迟、调制延迟、电流传感器延迟
ii. 传感器精度：电流传感器、旋变
iii.电机参数，包括：
1）电机磁链偏差
2）电机磁链随温度变化的改变
3）定子电阻偏差
4）摩擦损耗偏差
5）铁耗的偏差
当然，考虑因素的越多越好，可以对每一点定量分析，如电流传感器精度±2%，旋变角度误差0.7°等，再依据蒙特卡洛法，可以对系统每个工作点的静态转矩精度做分析，这里不做详细展开，想详细了解的读者可以留言。
转矩控制精度的分析，可以对电驱动系统的性能提前预言，是初期设计以及系统改进阶段必要的步骤，这方面的测试标准也要随着控制技术的提高不断改进。
写在最后：
关于”转矩精度估算“这一块，除了文中所示的电流和能量计算模型外，根据功能安全等级的不同，其计算模型和变量参数也有所侧重，这里仅示意说明，感兴趣朋友的可留言交流。
关于”转矩精度对整车性能的影响分析”这一块，涉及到控制策略和标定流程，了解有限，期待能得到同行专家的点拨。
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