VCU学习笔记-扭矩管理 （2）

xiaocheng

前言

扭矩限制的目的是根据电池功率、电机特性、车速限制、故障等整车状态参数对电机扭矩进行管理，以防止电机或电池过载造成损害。

电池放电功率管理

我们在《Matlab/simulink整车动力经济性仿真从入门到秃头-电池控制模块（BMS）建模》一文中介绍过电池功率管理的控制逻辑，并建立了控制模型。

我们在上文提到：电池的峰值功率是由电芯的电化学特性决定的，从电池角度来说，短时间内能放出的能量是相对固定的，当其短时间内释放的能量超出许用值时，会导致电池出现不可逆的损伤，如电子的过渡迁移、析锂、结晶等。那么我们做电池控制的主要目的就是：防止电池短时间内释放的能量超出许用峰值放电的总能量，其值可用如下图所示的矩形的面积表示。



为了提高VCU对于电池功率控制的灵活性，这里我们引入一个概念：峰值放电系数，其按下式计算。

峰值放电系数=峰值放电剩余能量/峰值放电总能量

方法一：放电功率目标限值=（峰值放电功率-持续放电功率）*峰值放电系数+持续放电功率。

方法二：放电功率目标限值=（峰值放电功率-持续放电功率）*放电功率系数+持续放电功率。

放电功率系数可根据需求自由调节，若实现“先呜呜跑一会，再溜下来型”控制方式，可将放电功率系数与峰值放电系数的关系标定如下表所示。



电机最大扭矩限制

通过电机最大可用功率对电机扭矩进行限制，电机最大可用功率按以下过程计算：

【1】电机最大可用功率=电池输出功率-空调系统功率-附件功率

其中，空调功率包括压缩机功率和PTC功率，附件功率通常是计算DCDC端的输入功率。

这里多扯一点，有的策略里还会保留一些储备功率，其功率的优先级为：

储备功率>DCDC>空调>MCU

有的电池包内需求的PTC加热功率也会由BMS直接扣除，这里需要注意一下。

【2】根据挡位及驾驶模式判断许用的电机最大功率，与【1】中功率取最小值

【3】根据故障情况对【2】中计算的功率进行处理，例如一级故障限0.9倍，二级故障限0.7倍，三级故障限0.5倍。

【4】输出【3】中计算得到的功率作为电机最大功率限值。

对于驱动状态：

电机驱动扭矩限值=9550*（电机最大功率限值*电机效率）/电机转速

对于制动状态：

电机制动扭矩限值=9550*（电机最大功率限值/电机效率）/电机转速

最高车速触发的扭矩限制

通过限制扭矩实现最高车速控制，当车辆车速超过设定阈值时，触发最高车速限扭使能。车速阈值与驾驶模式、挡位、故障等级、SOC等有关。

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最高车速限扭标志位

通常根据驾驶模式、挡位等定义最高车速滞回区间，当车辆当前车速大于等于当前档位限制下的最高车速上限时，最高车速限扭标志位有效；当车速小于等于当前档位限制下的最高车速阈值下限时，最高车速限扭标志位无效。

也可以通过车速差控制，例如车速限扭标志位有效时车速差定义为3km/h，车速限扭标志位无效时定义车速差为6km/h，当当前档位限制下的最高车速与车辆当前车速车速差小于3km/h时，最高车速限扭标志位有效；当当前档位限制下的最高车速与车辆当前车速车速差大于6km/h时，最高车速限扭标志位无效。

“

最高车速扭矩限值计算

最高车速的限扭策略可以通过map的形式实现，也可以通过PI调节的方式实现，下面介绍下通过PI控制实现的思路。

当实际车速和目标最高车速之差大于5km/h（标定量），限制扭矩输出为0；当实际车速小于目标最高车速时，采用PI控制算法计算限制扭矩。



其中，Tlmt为最高车速限制扭矩；Tinit为最高车速限扭标志位有效时的初始扭矩；Tp为比例环节调节扭矩；Ti为积分环节调节扭矩。

Tp可以通过车速差与比例系数的乘积计算得到，比例系数可根据不同的模式定义不同的map。

Ti通过下式计算：



其中Ti（k）为当前时刻积分环节扭矩，Ti（k-1）为上一时刻积分环节扭矩；Vdiff目标车速与当前车速车速差；Coffi为积分系数，积分系数可根据不同的模式定义不同的map；Tstep为运行步长。

结语

本文简单介绍了VCU对于电机扭矩限值的处理方式，对于扭矩的斜率控制、过零控制、滤波控制等在EV04模型建模中有所介绍，后面不再赘述。有兴趣的铁子可以参考文章《Matlab/simulink整车动力经济性仿真从入门到秃头-整车控制模块(VCU)建模（3）》

由于作者非VCU专业人士，文章在细节上难免有所疏漏，望铁子们见谅。