一种轮毂电机驱动的电动汽车轮毂侧电磁减震控制方法
一种轮毂电机驱动的电动汽车轮毂侧电磁减震控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电动汽车，尤其是一种轮穀电机驱动的电动汽车轮穀侧电磁减震控制 方法。
【背景技术】
[0002] 轮穀电机是一种内定子、外转子形式的电机，其动力、传动和制动装置都整合在轮 穀内，因此将电动车辆的机械部件大大简化，与传统集中驱动形式相比，独立的轮边/轮穀 驱动形式具有独特的性能优势，如良好的机动性，简化的传动机构，极高的传动效率，较高 的车身内部空间利用率W及良好的动力学性能等。
[0003] 但由于常规轮边驱动电动车的轮穀电机和车轮刚性相连，其质量构成整车的非黃 载质量，使整车黃载质量和非黃载质量之比过小，不利于悬架系统的调校，影响了整车的垂 向性能。当车辆重载或者高速通过路况差的路面时，路面对车轮的冲击与振动通过轮穀电 机直接传递到悬架，使得行驶平顺性和车体稳定性变差。
[0004] 为了改善车辆轮穀电机垂向振动带来的不利影响，提高车辆行驶平顺性，国内外 相关生产厂商主要从悬架材质轻量化、电机本体动态阻尼吸收、主动/半主动悬架等方面解 决轮穀驱动电动汽车的垂向负效应。目前，较成熟的技术方案是在车架悬挂侧对轮穀电机 及悬挂整体结构采取减震措施。
[0005] 然而，在车架悬挂侧采取减震措施后，车辆行驶平顺性和车体稳定性虽然得到了 改善，但是，当车体重量的垂向载荷施加到轴承上时，轴承的形变会引起轮穀电机内定子和 外转子偏屯、，使垂直方向上的气隙磁场发生崎变，由于轴承具有较强的刚度，轴承的物理形 变非常小，由偏屯、引起的机械振动可W忽略不计，但磁场对定转子之间的气隙距离较敏感， 较小的偏屯、距会引起较大的磁密变化，造成轮穀电机产生电磁扭矩脉动现象，从而影响切 线方向上的电磁转矩。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题就是提供一种轮穀电机驱动的电动汽车轮穀侧电磁 减震控制方法，可W消除轮穀电机的电磁扭矩脉动现象。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[000引一种轮穀电机驱动的电动汽车轮穀侧电磁减震控制方法，通过轮穀电机电磁减震 装置进行控制，所述轮穀电机电磁减震装置包括轮穀电机、信号采集电路、核屯、控制单元和 驱动电路，所述轮穀电机具有内定子，所述内定子上设有补偿绕组，所述驱动电路具有驱动 桥臂，所述驱动桥臂与补偿绕组电连接，所述信号采集电路和驱动电路分别与核屯、控制单 元相连，减震控制方法包括W下步骤：
[0009]电信号采集:信号采集电路采集轮穀电机的实时电压、电流W及补偿绕组的实时 电流并将采集到的电信号发送至核屯、控制单元，核屯、控制单元根据电信号计算得到轮穀电 机的磁场磁链信号;S1
[0010] FFT分析:使用FFT快速傅里叶变换法对电机磁链进行分析，按频率抽取磁场波形 中与汽车车轮转速有关的频率成分，并对其幅值进行标定;S2
[ocm] 双闭环控制：包括外闭环控制和内闭环控制，外闭环控制为核屯、控制单元W零幅 值作为输入量W步骤S2中标定的幅值作为外闭环控制信号计算出补偿绕组的补偿电流期 望值，内闭环控制为核屯、控制单元W补偿电流期望值作为输入量W信号采集电路采集的补 偿绕组的实时电流为内闭环控制信号输出PWM驱动信号给驱动桥臂，对补偿绕组的补偿电 流进行闭环控制;S3
[0012] 磁场补偿与振动消除：补偿绕组获得补偿电流后激发出补偿磁场，补偿磁场与轮 穀电机的崎变磁场叠加实现崎变磁场的补偿。S 4
[0013] 进一步的，所述步骤S1中核屯、控制单元计算得到轮穀电机的磁场磁链信号的计算 公式为:4 = J(u-Rsi) · dt，其中，Φ为轮穀电机磁链，U为轮穀电机绕组端电压，i为轮穀电机 绕组线电流，Rs为轮穀电机绕组相电阻。
[0014] 进一步的，所述步骤S3的双闭环控制为双PID闭环控制，所述核屯、控制单元将零幅 值与步骤S2中标定的幅值进行差分运算后通过PI调节器输出补偿绕组的补偿电流期望值， 对补偿绕组的补偿电流期望值进行闭环控制;核屯、控制单元再将补偿绕组的补偿电流期望 值与补偿绕组的实时电流进行差分运算后通过带带限幅功能的PI调节器输出驱动桥臂所 需的PWM占空比信号，对补偿绕组的补偿电流进行闭环控制。
[0015] 进一步的，所述补偿绕组为两组相互并联且应数相同的单相线圈，所述内定子包 括定子铁忍，所述定子铁忍在垂直方向上设有两组定子槽，每组定子槽中嵌套一组单相线 圈，两组单相线圈同向设置。
[0016] 进一步的，所述信号采集电路包括采集轮穀电机电压的电压传感器、采集轮穀电 机电流和补偿绕组电流的电流传感器W及调理电路，所述调理电路将电压传感器和电流传 感器的采集信号经过调理后输出至核屯、控制单元。
[0017] 进一步的，所述驱动电路具有Ξ相桥臂，所述轮穀电机具有Ξ相进线端，所述Ξ相 桥臂对应连接轮穀电机的Ξ相进线端，所述核屯、控制单元连接Ξ相桥臂输出Ξ路PWM驱动 信号控制轮穀电机的转速和扭矩。
[0018] 进一步的，所述轮穀电机电磁减震装置还包括车载电源，所述车载电源包括蓄电 池组和电源变换器，所述蓄电池组通过直流母线连接驱动电路输出高压直流电，所述电源 变换器连接驱动电路的直流母线将高压直流电转换为低压直流电，电源变换器的输出端连 接信号采集电路、核屯、控制单元和驱动电路。
[0019] 进一步的，所述轮穀电机还包括外转子、轴承、电机轴和端盖，所述端盖与外转子 固定连接，所述内定子与电机轴固定连接，所述端盖上设有轴承，所述电机轴与轴承配合连 接。
[0020] 进一步的，所述驱动桥臂采用IGBT或M0SFET作为开关器件。
[0021] 进一步的，所述信号采集电路、核屯、控制单元和驱动电路集成为一体形成电机控 制器。
[0022] 本发明的有益效果为：
[0023] 本发明通过信号采集电路采集轮穀电机的实时电压、电流W及补偿绕组的实时电 流，再通过FFT分析提取磁场波形中与汽车车轮转速有关的频率成分的幅值，核屯、控制单元 w信号采集电路采集实现对补偿绕组的补偿电流进行双闭环控制，根据震动状态不同对补 偿电流进行精确的动态调整，使补偿绕组激发出精确的补偿磁场，该补偿磁场与轮穀电机 因轴承形变形成的崎变磁场叠加，实现轮穀电机崎变磁场的实时补偿，使轮穀电机周向磁 密的分布更均匀，从而减小转矩脉动，改善电动车辆的垂向特性，提高了车辆行驶的平顺 性。
[0024] 本发明的具体技术效果将在【具体实施方式】中予W进一步说明。
【附图说明】
[0025] W下结合附图和【具体实施方式】对本发明进行进一步描述：
[0026] 图1是本发明一种轮穀电机驱动的电动汽车轮穀侧电磁减震控制方法中轮穀电机 一种视角的剖视图；
[0027] 图2是本发明一种轮穀电机驱动的电动汽车轮穀侧电磁减震控制方法中轮穀电机 另一种视角的剖视图；
[0028] 图3是本发明一种轮穀电机驱动的电动汽车轮穀侧电磁减震控制方法中轮穀电机 电磁减震装置的电气连接图；
[0029] 图4是本发明一种轮穀电机驱动的电动汽车轮穀侧电磁减震控制方法中轮穀电机 电磁减震装置的结构流程图；
[0030] 图5是本发明一种轮穀电机驱动的电动汽车轮穀侧电磁减震控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作详细说明。
[0032] 如图1至图4所示，一种电动汽车的轮穀电机电磁减震装置，包括车载电源1、信号 采集电路2曰、核屯、控制单元化、驱动电路2c和轮穀电机3,轮穀电机3包括外转子31、内定子 33、轴承34、电机轴35和端盖36，内定子33设在外转子31的内周，端盖36与外转子31固定连 接，内定子33与电机轴35固定连接，端盖36上设有轴承34，电机轴35与轴承34配合连接，外 转子31的内周面上设有永磁体31曰，轮穀电机3为永磁无刷直流电机或永磁同步电机，外转 子31的内周面与内定子33的外周面之间具有气隙32,当车体重量的垂向载荷施加到轴承上 时，轴承34的形变会引起轮穀电机3的内定子33和外转子31偏屯、，使垂直方向上的气隙磁场 发生崎变。
[0033] 为了修正轮穀电机3的崎变磁场，轮穀电机3的内定子33上设有补偿绕组4,补偿绕 组4为两组相互并联且应数相同的单相线圈，内定子33包括定子铁忍，定子铁忍在垂直方向 上设有两组定子槽，每组定子槽中嵌套一组单相线圈，一组定子槽包括两个定子槽，每个定 子槽上设有开口，单相线圈穿过定子槽的开口进行绕制，两组单相线圈同向设置，由于两组 单相线圈设在定子铁忍的垂直方向上，两组单相线圈通电后就可W激发垂直方向的补偿磁 场，该补偿磁场与轮穀电机3的崎变磁场相叠加，实现崎变磁场的补偿。
[0034] 为了精确控制补偿绕组4的补偿磁场的强度对轮穀电机3不同崎变程度的崎变磁 场进行相适应的补偿，驱动电路2c为PWM功率驱动模块并且其具有驱动桥臂，驱动桥臂与补 偿绕组4电连接，为了提高驱动桥臂的开关响应速度，驱动桥臂优选采用IGBT或M0SFET作为 开关器件，信号采集电路2a和驱动电路2c分别与核屯、控制单元化相连，核屯、控制单元化采 用单片机或DSP忍片构成的微处理器，信号采集电路2a采集轮穀电机3的电压、电流W及补 偿绕组4的电流并将采集信号发送至核屯、控制单元化，信号采集电路2a包括采集轮穀电机3 电压的电压传感器、采集轮穀电机3电流和补偿绕组4电流的电流传感器W及调理电路，调 理电路将电压传感器和电流传感器的信号经过调理后输出至核屯、控制单元化，核屯、控制单 元化根据接收到电压和电流采集信号向驱动桥臂输出PWM驱动信号闭环控制补偿绕组4的 电流大小，驱动桥臂上具有功率元件，该功率元件通过PWM驱动信号控制输出的电流大小， 通过控制补偿绕组4的电流大小控制补偿绕组4激发的补偿磁场的强度，实现轮穀电机3崎 变磁场的精确补偿，使轮穀电机3周向磁密的分布更均匀，从而减小转矩脉动，改善电动车 辆的垂向特性，提高了车辆行驶的平顺性。
[0035] 为了提高电路集成度，缩 小电路体积，信号采集电路2曰、核屯、控制单元化和驱动电 路2c优选集成为一体形成电机控制器2,车载电源1包括蓄电池组la和电源变换器Ib，蓄电 池组la通过直流母线连接驱动电路2输出高压直流电，电源变换器化从驱动电路2的直流母 线获取高压直流电压再降压为低压直流电，电源变换器lb的输出端连接信号采集电路2曰、 核屯、控制单元化和驱动电路2c，根据信号采集电路2曰、核屯、控制单元2b和驱动电路2c的额 定电压要求，电源变换器lb采用DC-DC电源变换器的降压装置将高压直流电转换为15V和5V 的低压直流电对信号采集电路2曰、核屯、控制单元化和驱动电路2c进行供电。
[0036] 为了进一步提高电路集成效率，轮穀电机3的转速和扭矩也通过电机控制器2进行 控制，驱动电路2c具有Ξ相桥臂，轮穀电机3具有Ξ相进线端，Ξ相桥臂对应连接轮穀电机3 的Ξ相进线端，核屯、控制单元化连接Ξ相桥臂输出Ξ路PWM驱动信号控制轮穀电机3的转速 和扭矩，电压传感器和电流传感器也连接轮穀电机3的Ξ相进线端采集电压信号和电流信 号。
[0037] 如图5所示，一种轮穀电机驱动的电动汽车轮穀侧电磁减震控制方法，包括W下步 骤：
[0038] 电信号采集:信号采集电路2a采集轮穀电机3的实时电压、电流W及补偿绕组4的 实时电流并将采集到的电信号发送至核屯、控制单元化，核屯、控制单元化根据电信号计算得 到轮穀电机3的磁场磁链信号;S1
[0039] FFT分析:使用FFT快速傅里叶变换法对电机磁链进行分析，按频率抽取磁场波形 中与汽车车轮转速有关的频率成分，并对其幅值进行标定;S2
[0040] 双闭环控制：包括外闭环控制和内闭环控制，外闭环控制为核屯、控制单元化W零 幅值作为输入量W步骤S2中标定的幅值作为外闭环控制信号计算出补偿绕组4的补偿电流 期望值，内闭环控制为核屯、控制单元化W补偿电流期望值作为输入量W信号采集电路2a采 集的补偿绕组4的实时电流为内闭环控制信号输出PWM驱动信号给驱动桥臂，对补偿绕组4 的补偿电流进行闭环控制;S3
[0041] 磁场补偿与振动消除:补偿绕组4获得补偿电流后激发出补偿磁场，补偿磁场与轮 穀电机3的崎变磁场叠加实现崎变磁场的补偿。S 4
[0042] 步骤S1中核屯、控制单元化计算得到轮穀电机3的磁场磁链信号的计算公式为:Φ = J(u-Rsi) · dt，其中，Φ为轮穀电机磁链，U为轮穀电机绕组端电压，i为轮穀电机绕组线电 流，Rs为轮穀电机绕组相电阻。
[0043] 步骤S2中对磁链信号进行FFT快速离散傅里叶变换，获得磁链信号中各频率成分 的幅值，获得的磁链信号中包含电机基频电频率、二倍电频率、六倍电频率w及高频开关频 率成分，针对本发明所设及的偏屯、轮穀电机则还有较显著的电机机械频率成分，该频率与 车轮旋转频率相同，电机机械频率与电机基频电频率的关系取决于轮穀电机的磁极对数， 由核屯、控制单元化进行计算，具体的计算公式为：其中，Ω为轮穀电机机械频率， ω为轮穀电机基频电频率，Ρ为轮穀电机极对数。由于轮穀电机包含较多的磁极，因此该成 分的频率远低于所有电信号，核屯、控制单元化可实现数字滤波器功能，用数字滤波器提取 该低频成分并标定为震动特征信号。
[0044] 步骤S3中核屯、控制单元化的双闭环控制为双PID闭环控制，该控制过程的外闭环 控制信号是震动特征信号，即磁场在特定频率下的磁密幅值信号，该信号与零振幅的理想 震动特性进行差分运算，并通过一个ΡΙ调节器，输出补偿绕组4所需的补偿电流期望值，对 补偿绕组的补偿电流期望值进行闭环控制;该控制过程的内闭环控制信号是由电流传感器 检测出补偿绕组4的电流信号，该电流信号与指令电流进行差分运算，通过一个带限幅功能 的ΡΙ调节器，输出驱动桥臂所需的nm占空比信号，对补偿绕组的补偿电流进行闭环控制， 从而实现精确控制补偿绕组4的电流，其中的差分运算和PI调节器均通过核屯、控制单元化 的数字运算实现，其基于单片机或DSP进行设计，具体不做寶述。
[0045] 步骤S4具体的，补偿电流在补偿绕组4上产生垂直方向的磁场，该磁场与轮穀电机 3的崎变磁场叠加后能够改善崎变磁场的正弦度，使轮穀电机3的输出转矩脉动降低，震动 削弱。核屯、控制单元化、电压传感器和电流传感器采用市售的高性能产品，0.2秒内可完成 一次步骤S1~步骤S4的循环控制，减震装置处于不断更新的动态调整过程，其响应速度远 快于机械响应速度，能够实时补偿车辆载荷变化或路面的震动激励，实现减震功能。
[0046] W上就本发明较佳的实施例做了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发 明不仅局限于W上实施例，其具体结构允许有变化，本领域技术人员可W根据本发明作出 各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均属于本发明所附权利要求所定义的范围。
【主权项】
1. 一种轮毂电机驱动的电动汽车轮毂侧电磁减震控制方法，其特征在于，通过轮毂电 机电磁减震装置进行控制，所述轮毂电机电磁减震装置包括轮毂电机、信号采集电路、核心 控制单元和驱动电路，所述轮毂电机具有内定子，所述内定子上设有补偿绕组，所述驱动电 路具有驱动桥臂，所述驱动桥臂与补偿绕组电连接，所述信号采集电路和驱动电路分别与 核心控制单元相连，减震控制方法包括以下步骤： 步骤S1，电信号采集:信号采集电路采集轮毂电机的实时电压、电流以及补偿绕组的实 时电流并将采集到的电信号发送至核心控制单元，核心控制单元根据电信号计算得到轮毂 电机的磁场磁链信号； 步骤S2，FFT分析:使用FFT快速傅里叶变换法对电机磁链进行分析，按频率抽取磁场波 形中与汽车车轮转速有关的频率成分，并对其幅值进行标定； 步骤S3，双闭环控制:包括外闭环控制和内闭环控制，外闭环控制为核心控制单元以零 幅值作为输入量以步骤S2中标定的幅值作为外闭环控制信号计算出补偿绕组的补偿电流 期望值，内闭环控制为核心控制单元以补偿电流期望值作为输入量以信号采集电路采集的 补偿绕组的实时电流为内闭环控制信号输出PWM驱动信号给驱动桥臂，对补偿绕组的补偿 电流进行闭环控制； 步骤S4,磁场补偿与振动消除：补偿绕组获得补偿电流后激发出补偿磁场，补偿磁场与 轮毂电机的畸变磁场叠加实现畸变磁场的补偿。2. 根据权利要求1所述的一种轮毂电机驱动的电动汽车轮毂侧电磁减震控制方法，其 特征在于，所述步骤S1中核心控制单元计算得到轮毂电机的磁场磁链信号的计算公式为:Φ =J(u-Rsi) ·dt，其中，Φ为轮毂电机磁链，u为轮毂电机绕组端电压，i为轮毂电机绕组线电 流，Rs为轮毂电机绕组相电阻。3. 根据权利要求2所述的一种轮毂电机驱动的电动汽车轮毂侧电磁减震控制方法，其 特征在于，所述步骤S3的双闭环控制为双PID闭环控制，所述核心控制单元将零幅值与步骤 S2中标定的幅值进行差分运算后通过PI调节器输出补偿绕组的补偿电流期望值，对补偿绕 组的补偿电流期望值进行闭环控制;核心控制单元再将补偿绕组的补偿电流期望值与补偿 绕组的实时电流进行差分运算后通过带带限幅功能的PI调节器输出驱动桥臂所需的PWM占 空比信号，对补偿绕组的补偿电流进行闭环控制。4. 根据权利要求1所述的一种轮毂电机驱动的电动汽车轮毂侧电磁减震控制方法，其 特征在于，所述补偿绕组为两组相互并联且匝数相同的单相线圈，所述内定子包括定子铁 芯，所述定子铁芯在垂直方向上设有两组定子槽，每组定子槽中嵌套一组单相线圈，两组单 相线圈同向设置。5. 根据权利要求1所述的一种轮毂电机驱动的电动汽车轮毂侧电磁减震控制方法，其 特征在于，所述信号采集电路包括采集轮毂电机电压的电压传感器、采集轮毂电机电流和 补偿绕组电流的电流传感器以及调理电路，所述调理电路将电压传感器和电流传感器的采 集信号经过调理后输出至核心控制单元。6. 根据权利要求1所述的一种轮毂电机驱动的电动汽车轮毂侧电磁减震控制方法，其 特征在于，所述驱动电路具有三相桥臂，所述轮毂电机具有三相进线端，所述三相桥臂对应 连接轮毂电机的三相进线端，所述核心控制单元连接三相桥臂输出三路PWM驱动信号控制 轮毂电机的转速和扭矩。7. 根据权利要求1~6任意一项所述的一种轮毂电机驱动的电动汽车轮毂侧电磁减震 控制方法，其特征在于，所述轮毂电机电磁减震装置还包括车载电源，所述车载电源包括蓄 电池组和电源变换器，所述蓄电池组通过直流母线连接驱动电路输出高压直流电，所述电 源变换器连接驱动电路的直流母线将高压直流电转换为低压直流电，电源变换器的输出端 连接信号采集电路、核心控制单元和驱动电路。8. 根据权利要求1所述的一种轮毂电机驱动的电动汽车轮毂侧电磁减震控制方法，其 特征在于，所述轮毂电机还包括外转子、轴承、电机轴和端盖，所述端盖与外转子固定连接， 所述内定子与电机轴固定连接，所述端盖上设有轴承，所述电机轴与轴承配合连接。9. 根据权利要求1所述的一种轮毂电机驱动的电动汽车轮毂侧电磁减震控制方法，其 特征在于，所述驱动桥臂采用IGBT或MOSFET作为开关器件。10. 根据权利要求1所述的一种轮毂电机驱动的电动汽车轮毂侧电磁减震控制方法，其 特征在于，所述信号采集电路、核心控制单元和驱动电路集成为一体形成电机控制器。
【专利摘要】本发明公开了一种轮毂电机驱动的电动汽车轮毂侧电磁减震控制方法，包括以下步骤：电信号采集：信号采集电路将采集到的电信号发送至核心控制单元，核心控制单元根据电信号计算得到轮毂电机的磁场磁链信号；FFT分析：使用FFT快速傅里叶变换法对电机磁链进行分析；双闭环控制：外闭环控制为核心控制单元以零幅值作为输入量以步骤S2中标定的幅值作为外闭环控制信号计算出补偿绕组的补偿电流期望值，内闭环控制为核心控制单元以补偿电流期望值作为输入量以信号采集电路采集的补偿绕组的实时电流为内闭环控制信号输出PWM驱动信号给驱动桥臂；磁场补偿与振动消除：补偿绕组获得补偿电流后激发出补偿磁场，消除轮毂电机的电磁扭矩脉动现象。
【IPC分类】H02P21/05
【公开号】CN105490603
【申请号】CN201511006191
【发明人】王子辉, 张震宇
【申请人】浙江科技学院
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月28日
【技术领域】
[0001] 本发明设及电动汽车，尤其是一种轮穀电机驱动的电动汽车轮穀侧电磁减震控制 方法。
【背景技术】
[0002] 轮穀电机是一种内定子、外转子形式的电机，其动力、传动和制动装置都整合在轮 穀内，因此将电动车辆的机械部件大大简化，与传统集中驱动形式相比，独立的轮边/轮穀 驱动形式具有独特的性能优势，如良好的机动性，简化的传动机构，极高的传动效率，较高 的车身内部空间利用率W及良好的动力学性能等。
[0003] 但由于常规轮边驱动电动车的轮穀电机和车轮刚性相连，其质量构成整车的非黃 载质量，使整车黃载质量和非黃载质量之比过小，不利于悬架系统的调校，影响了整车的垂 向性能。当车辆重载或者高速通过路况差的路面时，路面对车轮的冲击与振动通过轮穀电 机直接传递到悬架，使得行驶平顺性和车体稳定性变差。
[0004] 为了改善车辆轮穀电机垂向振动带来的不利影响，提高车辆行驶平顺性，国内外 相关生产厂商主要从悬架材质轻量化、电机本体动态阻尼吸收、主动/半主动悬架等方面解 决轮穀驱动电动汽车的垂向负效应。目前，较成熟的技术方案是在车架悬挂侧对轮穀电机 及悬挂整体结构采取减震措施。
[0005] 然而，在车架悬挂侧采取减震措施后，车辆行驶平顺性和车体稳定性虽然得到了 改善，但是，当车体重量的垂向载荷施加到轴承上时，轴承的形变会引起轮穀电机内定子和 外转子偏屯、，使垂直方向上的气隙磁场发生崎变，由于轴承具有较强的刚度，轴承的物理形 变非常小，由偏屯、引起的机械振动可W忽略不计，但磁场对定转子之间的气隙距离较敏感， 较小的偏屯、距会引起较大的磁密变化，造成轮穀电机产生电磁扭矩脉动现象，从而影响切 线方向上的电磁转矩。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题就是提供一种轮穀电机驱动的电动汽车轮穀侧电磁 减震控制方法，可W消除轮穀电机的电磁扭矩脉动现象。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[000引一种轮穀电机驱动的电动汽车轮穀侧电磁减震控制方法，通过轮穀电机电磁减震 装置进行控制，所述轮穀电机电磁减震装置包括轮穀电机、信号采集电路、核屯、控制单元和 驱动电路，所述轮穀电机具有内定子，所述内定子上设有补偿绕组，所述驱动电路具有驱动 桥臂，所述驱动桥臂与补偿绕组电连接，所述信号采集电路和驱动电路分别与核屯、控制单 元相连，减震控制方法包括W下步骤：
[0009]电信号采集:信号采集电路采集轮穀电机的实时电压、电流W及补偿绕组的实时 电流并将采集到的电信号发送至核屯、控制单元，核屯、控制单元根据电信号计算得到轮穀电 机的磁场磁链信号;S1
[0010] FFT分析:使用FFT快速傅里叶变换法对电机磁链进行分析，按频率抽取磁场波形 中与汽车车轮转速有关的频率成分，并对其幅值进行标定;S2
[ocm] 双闭环控制：包括外闭环控制和内闭环控制，外闭环控制为核屯、控制单元W零幅 值作为输入量W步骤S2中标定的幅值作为外闭环控制信号计算出补偿绕组的补偿电流期 望值，内闭环控制为核屯、控制单元W补偿电流期望值作为输入量W信号采集电路采集的补 偿绕组的实时电流为内闭环控制信号输出PWM驱动信号给驱动桥臂，对补偿绕组的补偿电 流进行闭环控制;S3
[0012] 磁场补偿与振动消除：补偿绕组获得补偿电流后激发出补偿磁场，补偿磁场与轮 穀电机的崎变磁场叠加实现崎变磁场的补偿。S 4
[0013] 进一步的，所述步骤S1中核屯、控制单元计算得到轮穀电机的磁场磁链信号的计算 公式为:4 = J(u-Rsi) · dt，其中，Φ为轮穀电机磁链，U为轮穀电机绕组端电压，i为轮穀电机 绕组线电流，Rs为轮穀电机绕组相电阻。
[0014] 进一步的，所述步骤S3的双闭环控制为双PID闭环控制，所述核屯、控制单元将零幅 值与步骤S2中标定的幅值进行差分运算后通过PI调节器输出补偿绕组的补偿电流期望值， 对补偿绕组的补偿电流期望值进行闭环控制;核屯、控制单元再将补偿绕组的补偿电流期望 值与补偿绕组的实时电流进行差分运算后通过带带限幅功能的PI调节器输出驱动桥臂所 需的PWM占空比信号，对补偿绕组的补偿电流进行闭环控制。
[0015] 进一步的，所述补偿绕组为两组相互并联且应数相同的单相线圈，所述内定子包 括定子铁忍，所述定子铁忍在垂直方向上设有两组定子槽，每组定子槽中嵌套一组单相线 圈，两组单相线圈同向设置。
[0016] 进一步的，所述信号采集电路包括采集轮穀电机电压的电压传感器、采集轮穀电 机电流和补偿绕组电流的电流传感器W及调理电路，所述调理电路将电压传感器和电流传 感器的采集信号经过调理后输出至核屯、控制单元。
[0017] 进一步的，所述驱动电路具有Ξ相桥臂，所述轮穀电机具有Ξ相进线端，所述Ξ相 桥臂对应连接轮穀电机的Ξ相进线端，所述核屯、控制单元连接Ξ相桥臂输出Ξ路PWM驱动 信号控制轮穀电机的转速和扭矩。
[0018] 进一步的，所述轮穀电机电磁减震装置还包括车载电源，所述车载电源包括蓄电 池组和电源变换器，所述蓄电池组通过直流母线连接驱动电路输出高压直流电，所述电源 变换器连接驱动电路的直流母线将高压直流电转换为低压直流电，电源变换器的输出端连 接信号采集电路、核屯、控制单元和驱动电路。
[0019] 进一步的，所述轮穀电机还包括外转子、轴承、电机轴和端盖，所述端盖与外转子 固定连接，所述内定子与电机轴固定连接，所述端盖上设有轴承，所述电机轴与轴承配合连 接。
[0020] 进一步的，所述驱动桥臂采用IGBT或M0SFET作为开关器件。
[0021] 进一步的，所述信号采集电路、核屯、控制单元和驱动电路集成为一体形成电机控 制器。
[0022] 本发明的有益效果为：
[0023] 本发明通过信号采集电路采集轮穀电机的实时电压、电流W及补偿绕组的实时电 流，再通过FFT分析提取磁场波形中与汽车车轮转速有关的频率成分的幅值，核屯、控制单元 w信号采集电路采集实现对补偿绕组的补偿电流进行双闭环控制，根据震动状态不同对补 偿电流进行精确的动态调整，使补偿绕组激发出精确的补偿磁场，该补偿磁场与轮穀电机 因轴承形变形成的崎变磁场叠加，实现轮穀电机崎变磁场的实时补偿，使轮穀电机周向磁 密的分布更均匀，从而减小转矩脉动，改善电动车辆的垂向特性，提高了车辆行驶的平顺 性。
[0024] 本发明的具体技术效果将在【具体实施方式】中予W进一步说明。
【附图说明】
[0025] W下结合附图和【具体实施方式】对本发明进行进一步描述：
[0026] 图1是本发明一种轮穀电机驱动的电动汽车轮穀侧电磁减震控制方法中轮穀电机 一种视角的剖视图；
[0027] 图2是本发明一种轮穀电机驱动的电动汽车轮穀侧电磁减震控制方法中轮穀电机 另一种视角的剖视图；
[0028] 图3是本发明一种轮穀电机驱动的电动汽车轮穀侧电磁减震控制方法中轮穀电机 电磁减震装置的电气连接图；
[0029] 图4是本发明一种轮穀电机驱动的电动汽车轮穀侧电磁减震控制方法中轮穀电机 电磁减震装置的结构流程图；
[0030] 图5是本发明一种轮穀电机驱动的电动汽车轮穀侧电磁减震控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作详细说明。
[0032] 如图1至图4所示，一种电动汽车的轮穀电机电磁减震装置，包括车载电源1、信号 采集电路2曰、核屯、控制单元化、驱动电路2c和轮穀电机3,轮穀电机3包括外转子31、内定子 33、轴承34、电机轴35和端盖36，内定子33设在外转子31的内周，端盖36与外转子31固定连 接，内定子33与电机轴35固定连接，端盖36上设有轴承34，电机轴35与轴承34配合连接，外 转子31的内周面上设有永磁体31曰，轮穀电机3为永磁无刷直流电机或永磁同步电机，外转 子31的内周面与内定子33的外周面之间具有气隙32,当车体重量的垂向载荷施加到轴承上 时，轴承34的形变会引起轮穀电机3的内定子33和外转子31偏屯、，使垂直方向上的气隙磁场 发生崎变。
[0033] 为了修正轮穀电机3的崎变磁场，轮穀电机3的内定子33上设有补偿绕组4,补偿绕 组4为两组相互并联且应数相同的单相线圈，内定子33包括定子铁忍，定子铁忍在垂直方向 上设有两组定子槽，每组定子槽中嵌套一组单相线圈，一组定子槽包括两个定子槽，每个定 子槽上设有开口，单相线圈穿过定子槽的开口进行绕制，两组单相线圈同向设置，由于两组 单相线圈设在定子铁忍的垂直方向上，两组单相线圈通电后就可W激发垂直方向的补偿磁 场，该补偿磁场与轮穀电机3的崎变磁场相叠加，实现崎变磁场的补偿。
[0034] 为了精确控制补偿绕组4的补偿磁场的强度对轮穀电机3不同崎变程度的崎变磁 场进行相适应的补偿，驱动电路2c为PWM功率驱动模块并且其具有驱动桥臂，驱动桥臂与补 偿绕组4电连接，为了提高驱动桥臂的开关响应速度，驱动桥臂优选采用IGBT或M0SFET作为 开关器件，信号采集电路2a和驱动电路2c分别与核屯、控制单元化相连，核屯、控制单元化采 用单片机或DSP忍片构成的微处理器，信号采集电路2a采集轮穀电机3的电压、电流W及补 偿绕组4的电流并将采集信号发送至核屯、控制单元化，信号采集电路2a包括采集轮穀电机3 电压的电压传感器、采集轮穀电机3电流和补偿绕组4电流的电流传感器W及调理电路，调 理电路将电压传感器和电流传感器的信号经过调理后输出至核屯、控制单元化，核屯、控制单 元化根据接收到电压和电流采集信号向驱动桥臂输出PWM驱动信号闭环控制补偿绕组4的 电流大小，驱动桥臂上具有功率元件，该功率元件通过PWM驱动信号控制输出的电流大小， 通过控制补偿绕组4的电流大小控制补偿绕组4激发的补偿磁场的强度，实现轮穀电机3崎 变磁场的精确补偿，使轮穀电机3周向磁密的分布更均匀，从而减小转矩脉动，改善电动车 辆的垂向特性，提高了车辆行驶的平顺性。
[0035] 为了提高电路集成度，缩 小电路体积，信号采集电路2曰、核屯、控制单元化和驱动电 路2c优选集成为一体形成电机控制器2,车载电源1包括蓄电池组la和电源变换器Ib，蓄电 池组la通过直流母线连接驱动电路2输出高压直流电，电源变换器化从驱动电路2的直流母 线获取高压直流电压再降压为低压直流电，电源变换器lb的输出端连接信号采集电路2曰、 核屯、控制单元化和驱动电路2c，根据信号采集电路2曰、核屯、控制单元2b和驱动电路2c的额 定电压要求，电源变换器lb采用DC-DC电源变换器的降压装置将高压直流电转换为15V和5V 的低压直流电对信号采集电路2曰、核屯、控制单元化和驱动电路2c进行供电。
[0036] 为了进一步提高电路集成效率，轮穀电机3的转速和扭矩也通过电机控制器2进行 控制，驱动电路2c具有Ξ相桥臂，轮穀电机3具有Ξ相进线端，Ξ相桥臂对应连接轮穀电机3 的Ξ相进线端，核屯、控制单元化连接Ξ相桥臂输出Ξ路PWM驱动信号控制轮穀电机3的转速 和扭矩，电压传感器和电流传感器也连接轮穀电机3的Ξ相进线端采集电压信号和电流信 号。
[0037] 如图5所示，一种轮穀电机驱动的电动汽车轮穀侧电磁减震控制方法，包括W下步 骤：
[0038] 电信号采集:信号采集电路2a采集轮穀电机3的实时电压、电流W及补偿绕组4的 实时电流并将采集到的电信号发送至核屯、控制单元化，核屯、控制单元化根据电信号计算得 到轮穀电机3的磁场磁链信号;S1
[0039] FFT分析:使用FFT快速傅里叶变换法对电机磁链进行分析，按频率抽取磁场波形 中与汽车车轮转速有关的频率成分，并对其幅值进行标定;S2
[0040] 双闭环控制：包括外闭环控制和内闭环控制，外闭环控制为核屯、控制单元化W零 幅值作为输入量W步骤S2中标定的幅值作为外闭环控制信号计算出补偿绕组4的补偿电流 期望值，内闭环控制为核屯、控制单元化W补偿电流期望值作为输入量W信号采集电路2a采 集的补偿绕组4的实时电流为内闭环控制信号输出PWM驱动信号给驱动桥臂，对补偿绕组4 的补偿电流进行闭环控制;S3
[0041] 磁场补偿与振动消除:补偿绕组4获得补偿电流后激发出补偿磁场，补偿磁场与轮 穀电机3的崎变磁场叠加实现崎变磁场的补偿。S 4
[0042] 步骤S1中核屯、控制单元化计算得到轮穀电机3的磁场磁链信号的计算公式为:Φ = J(u-Rsi) · dt，其中，Φ为轮穀电机磁链，U为轮穀电机绕组端电压，i为轮穀电机绕组线电 流，Rs为轮穀电机绕组相电阻。
[0043] 步骤S2中对磁链信号进行FFT快速离散傅里叶变换，获得磁链信号中各频率成分 的幅值，获得的磁链信号中包含电机基频电频率、二倍电频率、六倍电频率w及高频开关频 率成分，针对本发明所设及的偏屯、轮穀电机则还有较显著的电机机械频率成分，该频率与 车轮旋转频率相同，电机机械频率与电机基频电频率的关系取决于轮穀电机的磁极对数， 由核屯、控制单元化进行计算，具体的计算公式为：其中，Ω为轮穀电机机械频率， ω为轮穀电机基频电频率，Ρ为轮穀电机极对数。由于轮穀电机包含较多的磁极，因此该成 分的频率远低于所有电信号，核屯、控制单元化可实现数字滤波器功能，用数字滤波器提取 该低频成分并标定为震动特征信号。
[0044] 步骤S3中核屯、控制单元化的双闭环控制为双PID闭环控制，该控制过程的外闭环 控制信号是震动特征信号，即磁场在特定频率下的磁密幅值信号，该信号与零振幅的理想 震动特性进行差分运算，并通过一个ΡΙ调节器，输出补偿绕组4所需的补偿电流期望值，对 补偿绕组的补偿电流期望值进行闭环控制;该控制过程的内闭环控制信号是由电流传感器 检测出补偿绕组4的电流信号，该电流信号与指令电流进行差分运算，通过一个带限幅功能 的ΡΙ调节器，输出驱动桥臂所需的nm占空比信号，对补偿绕组的补偿电流进行闭环控制， 从而实现精确控制补偿绕组4的电流，其中的差分运算和PI调节器均通过核屯、控制单元化 的数字运算实现，其基于单片机或DSP进行设计，具体不做寶述。
[0045] 步骤S4具体的，补偿电流在补偿绕组4上产生垂直方向的磁场，该磁场与轮穀电机 3的崎变磁场叠加后能够改善崎变磁场的正弦度，使轮穀电机3的输出转矩脉动降低，震动 削弱。核屯、控制单元化、电压传感器和电流传感器采用市售的高性能产品，0.2秒内可完成 一次步骤S1~步骤S4的循环控制，减震装置处于不断更新的动态调整过程，其响应速度远 快于机械响应速度，能够实时补偿车辆载荷变化或路面的震动激励，实现减震功能。
[0046] W上就本发明较佳的实施例做了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发 明不仅局限于W上实施例，其具体结构允许有变化，本领域技术人员可W根据本发明作出 各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均属于本发明所附权利要求所定义的范围。
【主权项】
1. 一种轮毂电机驱动的电动汽车轮毂侧电磁减震控制方法，其特征在于，通过轮毂电 机电磁减震装置进行控制，所述轮毂电机电磁减震装置包括轮毂电机、信号采集电路、核心 控制单元和驱动电路，所述轮毂电机具有内定子，所述内定子上设有补偿绕组，所述驱动电 路具有驱动桥臂，所述驱动桥臂与补偿绕组电连接，所述信号采集电路和驱动电路分别与 核心控制单元相连，减震控制方法包括以下步骤： 步骤S1，电信号采集:信号采集电路采集轮毂电机的实时电压、电流以及补偿绕组的实 时电流并将采集到的电信号发送至核心控制单元，核心控制单元根据电信号计算得到轮毂 电机的磁场磁链信号； 步骤S2，FFT分析:使用FFT快速傅里叶变换法对电机磁链进行分析，按频率抽取磁场波 形中与汽车车轮转速有关的频率成分，并对其幅值进行标定； 步骤S3，双闭环控制:包括外闭环控制和内闭环控制，外闭环控制为核心控制单元以零 幅值作为输入量以步骤S2中标定的幅值作为外闭环控制信号计算出补偿绕组的补偿电流 期望值，内闭环控制为核心控制单元以补偿电流期望值作为输入量以信号采集电路采集的 补偿绕组的实时电流为内闭环控制信号输出PWM驱动信号给驱动桥臂，对补偿绕组的补偿 电流进行闭环控制； 步骤S4,磁场补偿与振动消除：补偿绕组获得补偿电流后激发出补偿磁场，补偿磁场与 轮毂电机的畸变磁场叠加实现畸变磁场的补偿。2. 根据权利要求1所述的一种轮毂电机驱动的电动汽车轮毂侧电磁减震控制方法，其 特征在于，所述步骤S1中核心控制单元计算得到轮毂电机的磁场磁链信号的计算公式为:Φ =J(u-Rsi) ·dt，其中，Φ为轮毂电机磁链，u为轮毂电机绕组端电压，i为轮毂电机绕组线电 流，Rs为轮毂电机绕组相电阻。3. 根据权利要求2所述的一种轮毂电机驱动的电动汽车轮毂侧电磁减震控制方法，其 特征在于，所述步骤S3的双闭环控制为双PID闭环控制，所述核心控制单元将零幅值与步骤 S2中标定的幅值进行差分运算后通过PI调节器输出补偿绕组的补偿电流期望值，对补偿绕 组的补偿电流期望值进行闭环控制;核心控制单元再将补偿绕组的补偿电流期望值与补偿 绕组的实时电流进行差分运算后通过带带限幅功能的PI调节器输出驱动桥臂所需的PWM占 空比信号，对补偿绕组的补偿电流进行闭环控制。4. 根据权利要求1所述的一种轮毂电机驱动的电动汽车轮毂侧电磁减震控制方法，其 特征在于，所述补偿绕组为两组相互并联且匝数相同的单相线圈，所述内定子包括定子铁 芯，所述定子铁芯在垂直方向上设有两组定子槽，每组定子槽中嵌套一组单相线圈，两组单 相线圈同向设置。5. 根据权利要求1所述的一种轮毂电机驱动的电动汽车轮毂侧电磁减震控制方法，其 特征在于，所述信号采集电路包括采集轮毂电机电压的电压传感器、采集轮毂电机电流和 补偿绕组电流的电流传感器以及调理电路，所述调理电路将电压传感器和电流传感器的采 集信号经过调理后输出至核心控制单元。6. 根据权利要求1所述的一种轮毂电机驱动的电动汽车轮毂侧电磁减震控制方法，其 特征在于，所述驱动电路具有三相桥臂，所述轮毂电机具有三相进线端，所述三相桥臂对应 连接轮毂电机的三相进线端，所述核心控制单元连接三相桥臂输出三路PWM驱动信号控制 轮毂电机的转速和扭矩。7. 根据权利要求1~6任意一项所述的一种轮毂电机驱动的电动汽车轮毂侧电磁减震 控制方法，其特征在于，所述轮毂电机电磁减震装置还包括车载电源，所述车载电源包括蓄 电池组和电源变换器，所述蓄电池组通过直流母线连接驱动电路输出高压直流电，所述电 源变换器连接驱动电路的直流母线将高压直流电转换为低压直流电，电源变换器的输出端 连接信号采集电路、核心控制单元和驱动电路。8. 根据权利要求1所述的一种轮毂电机驱动的电动汽车轮毂侧电磁减震控制方法，其 特征在于，所述轮毂电机还包括外转子、轴承、电机轴和端盖，所述端盖与外转子固定连接， 所述内定子与电机轴固定连接，所述端盖上设有轴承，所述电机轴与轴承配合连接。9. 根据权利要求1所述的一种轮毂电机驱动的电动汽车轮毂侧电磁减震控制方法，其 特征在于，所述驱动桥臂采用IGBT或MOSFET作为开关器件。10. 根据权利要求1所述的一种轮毂电机驱动的电动汽车轮毂侧电磁减震控制方法，其 特征在于，所述信号采集电路、核心控制单元和驱动电路集成为一体形成电机控制器。
【专利摘要】本发明公开了一种轮毂电机驱动的电动汽车轮毂侧电磁减震控制方法，包括以下步骤：电信号采集：信号采集电路将采集到的电信号发送至核心控制单元，核心控制单元根据电信号计算得到轮毂电机的磁场磁链信号；FFT分析：使用FFT快速傅里叶变换法对电机磁链进行分析；双闭环控制：外闭环控制为核心控制单元以零幅值作为输入量以步骤S2中标定的幅值作为外闭环控制信号计算出补偿绕组的补偿电流期望值，内闭环控制为核心控制单元以补偿电流期望值作为输入量以信号采集电路采集的补偿绕组的实时电流为内闭环控制信号输出PWM驱动信号给驱动桥臂；磁场补偿与振动消除：补偿绕组获得补偿电流后激发出补偿磁场，消除轮毂电机的电磁扭矩脉动现象。
【IPC分类】H02P21/05
【公开号】CN105490603
【申请号】CN201511006191
【发明人】王子辉, 张震宇
【申请人】浙江科技学院
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月28日
最新回复(0)