CN118054706A - 车辆永磁同步电机的退磁补偿方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种车辆永磁同步电机的退磁补偿方法及装置，其中，方法包括：获取目标电机的多个输出扭矩估计值，检测目标电机是否满足预设退磁条件，在检测到目标电机满足预设退磁条件的情况下，根据目标电机的当前q轴电流和当前温度值确定对应的当前电机磁链值，并由当前电机磁链值计算目标电机的补偿扭矩，以利用补偿扭矩对目标电机的实际扭矩指令值进行退磁补偿。本申请实施例可以基于对车辆电机输出扭矩的高精度估算进行电机的退磁检测，利用估算扭矩与命令扭矩设计退磁补偿策略，从而避免因永磁体性能下降导致电机实际输出扭矩降低，增强了车辆永磁电机退磁检测的准确性，提高了车辆的驾乘体验。
Description
技术领域
本申请涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种车辆永磁同步电机的退磁补偿方法及装置。
背景技术
永磁同步电机(Permanent-magnet Synchronous Motor，PMSM)具有高效率、高输出转矩、高功率密度以及良好的动态性能等优点，目前已成为纯电动汽车驱动***的主流。相关技术中，永磁同步电机可能因电机本体温度过高、剧烈震动以及外磁场等因素的影响，使电机转子的永磁体产生永久性退磁的风险，且驱动电机长时间工作在大电流、高温及高电压的状态下，随着车辆行驶里程的增长，电机中的永磁体会发生老化与不可逆的性能下降，可通过对电机退磁现象进行检测，获取永磁电机的实际运转情况。
然而，相关技术在检测到车辆的永磁同步电机出现退磁现象后，难以对退磁造成的电机工作状态影响进行对应调整，针对电动汽车长期运行造成转子永磁体退磁尚未存在相关的退磁补偿方法，导致车辆电机退磁后的驱动***性能下降，影响了车辆的动力输出与能量利用效率，使用户使用体验下降。
发明内容
本申请提供一种车辆永磁同步电机的退磁补偿方法及装置，以解决相关技术在检测到车辆的永磁同步电机出现退磁现象后，难以对退磁造成的电机工作状态影响进行对应调整，针对电动汽车长期运行造成转子永磁体退磁尚未存在相关的退磁补偿方法，导致车辆电机退磁后的驱动***性能下降，影响了车辆的动力输出与能量利用效率，使用户使用体验下降等问题。
本申请第一方面实施例提供一种车辆永磁同步电机的退磁补偿方法，包括以下步骤：获取目标电机的多个输出扭矩估计值；基于所述多个输出扭矩估计值，检测所述目标电机是否满足预设退磁条件；在检测到所述目标电机满足所述预设退磁条件的情况下，根据所述目标电机的当前q轴电流和当前温度值确定对应的当前电机磁链值，并由所述当前电机磁链值计算所述目标电机的补偿扭矩，以利用所述补偿扭矩对所述目标电机的实际扭矩指令值进行退磁补偿。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述获取目标电机的多个输出扭矩估计值，包括：基于所述目标电机的当前转速和所述实际扭矩指令值，确认所述目标电机的当前***驱动效率和当前扭矩估算补偿系数；根据所述当前***驱动效率和所述当前扭矩估算补偿系数计算当前输出扭矩估计值，并记录所述当前输出扭矩估计值与估算次数，以在所述估算次数达到预设估算次数的情况下，输出所有记录的输出扭矩估计值作为所述多个输出扭矩估计值。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述基于所述多个输出扭矩估计值，检测所述目标电机是否满足预设退磁条件，包括：根据所述多个输出扭矩估计值和所述实际扭矩指令值得到多个扭矩偏差值；计算所述多个扭矩偏差值的负偏差比例和平均负偏差值，以根据所述负偏差比例和所述平均负偏差值检测所述目标电机是否满足预设退磁条件。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述预设退磁条件为：在预设上电周期的每次上电过程中所述负偏差比例大于第一预设比值且所述平均负偏差值大于第二预设比值。
可选地，在本申请的一个实施例中，在根据所述目标电机的当前q轴电流和当前温度值确定对应的当前电机磁链值之前，还包括：检查所述目标电机是否满足预设标定条件；在检查到所述目标电机满足所述预设标定条件的情况下，由所述目标电机的过温故障阀值和q轴电流阈值标定所有目标电机工况，遍历所述所有目标电机工况得到电机温度、q轴电流与永磁体磁链之间的映射关系；基于所述映射关系修正所述目标电机的原始磁链表，得到所述目标电机在退磁情况下的修正磁链表，以基于所述修正磁链表查询所述当前电机磁链值。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述由所述当前电机磁链值计算目标电机的补偿扭矩，包括：根据所述当前q轴电流和所述当前温度值，在所述原始磁链表中查询原始电机磁链值；基于预设补偿函数，根据所述原始电机磁链值和所述当前电机磁链值计算所述补偿扭矩。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述预设补偿函数的计算公式为：
Tint＝1.5KTp0(ψold-ψnew)iq
其中，Tint为所述补偿扭矩，KT为扭矩补偿系数，p0为电机极对数，ψold为所述原始电机磁链值，ψnew为所述当前电机磁链值，iq为所述当前q轴电流。
本申请第二方面实施例提供一种车辆永磁同步电机的退磁补偿装置，包括：获取模块，用于获取目标电机的多个输出扭矩估计值；
检测模块，用于基于所述多个输出扭矩估计值，检测所述目标电机是否满足预设退磁条件；
补偿模块，用于在检测到所述目标电机满足所述预设退磁条件的情况下，根据所述目标电机的当前q轴电流和当前温度值确定对应的当前电机磁链值，并由所述当前电机磁链值计算所述目标电机的补偿扭矩，以利用所述补偿扭矩对所述目标电机的实际扭矩指令值进行退磁补偿。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述获取模块包括：
确认单元，用于基于所述目标电机的当前转速和所述实际扭矩指令值，确认所述目标电机的当前***驱动效率和当前扭矩估算补偿系数；
记录单元，用于根据所述当前***驱动效率和所述当前扭矩估算补偿系数计算当前输出扭矩估计值，并记录所述当前输出扭矩估计值与估算次数，以在所述估算次数达到预设估算次数的情况下，输出所有记录的输出扭矩估计值作为所述多个输出扭矩估计值。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述检测模块包括：
获取单元，用于根据所述多个输出扭矩估计值和所述实际扭矩指令值得到多个扭矩偏差值；
检测单元，用于计算所述多个扭矩偏差值的负偏差比例和平均负偏差值，以根据所述负偏差比例和所述平均负偏差值检测所述目标电机是否满足预设退磁条件。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述预设退磁条件为：在预设上电周期的每次上电过程中所述负偏差比例大于第一预设比值且所述平均负偏差值大于第二预设比值。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述装置还包括：
检查模块，用于在根据所述目标电机的当前q轴电流和当前温度值确定对应的当前电机磁链值之前，检查所述目标电机是否满足预设标定条件；
遍历模块，用于在检测到所述目标电机满足所述预设标定条件的情况下，由所述目标电机的过温故障阀值和q轴电流阈值标定所有目标电机工况，遍历所述所有目标电机工况得到电机温度、q轴电流与永磁体磁链之间的映射关系；
修正模块，用于基于所述映射关系修正所述目标电机的原始磁链表，得到所述目标电机在退磁情况下的修正磁链表，以基于所述修正磁链表查询所述当前电机磁链值。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述补偿模块包括：
查询单元，用于根据所述当前q轴电流和所述当前温度值，在所述原始磁链表中查询原始电机磁链值；
计算单元，用于基于预设补偿函数，根据所述原始电机磁链值和所述当前电机磁链值计算所述补偿扭矩。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述预设补偿函数的计算公式为：
Tint＝1.5KTp0(ψold-ψnew)iq
其中，Tint为所述补偿扭矩，KT为扭矩补偿系数，p0为电机极对数，ψold为所述原始电机磁链值，ψnew为所述当前电机磁链值，iq为所述当前q轴电流。
本申请第三方面实施例提供一种车辆，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的车辆永磁同步电机的退磁补偿方法。
本申请第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的车辆永磁同步电机的退磁补偿方法。
本申请实施例可以基于对车辆电机输出扭矩的高精度估算进行电机的退磁检测，利用估算扭矩与命令扭矩设计退磁补偿策略，从而避免因永磁体性能下降导致电机实际输出扭矩降低，增强了车辆永磁电机退磁检测的准确性，提高了车辆的驾乘体验。由此，解决了相关技术在检测到车辆的永磁同步电机出现退磁现象后，难以对退磁造成的电机工作状态影响进行对应调整，针对电动汽车长期运行造成转子永磁体退磁尚未存在相关的退磁补偿方法，导致车辆电机退磁后的驱动***性能下降，影响了车辆的动力输出与能量利用效率，使用户使用体验下降等问题。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本申请实施例提供的一种车辆永磁同步电机的退磁补偿方法的流程图；
图2为本申请一个实施例的扭矩估算补偿系数查询示意图；
图3为本申请一个实施例的永磁同步电机永磁体退磁检测的过程示意图；
图4为本申请一个实施例的永磁同步电机永磁体磁链参数修正的过程示意图；
图5为本申请一个实施例的修正后的电机磁链查询示意图；
图6为本申请一个实施例的车辆永磁同步电机的退磁检测与处理的过程示意图；
图7为根据本申请实施例的车辆永磁同步电机的退磁补偿装置的结构示意图；
图8为根据本申请实施例的车辆的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图描述本申请实施例的车辆永磁同步电机的退磁补偿方法及装置。针对上述背景技术中提到的相关技术在检测到车辆的永磁同步电机出现退磁现象后，难以对退磁造成的电机工作状态影响进行对应调整，针对电动汽车长期运行造成转子永磁体退磁尚未存在相关的退磁补偿方法，导致车辆电机退磁后的驱动***性能下降，影响了车辆的动力输出与能量利用效率，使用户使用体验下降的问题，本申请提供了一种车辆永磁同步电机的退磁补偿方法，在该方法中，可以基于对车辆电机输出扭矩的高精度估算进行电机的退磁检测，利用估算扭矩与命令扭矩设计退磁补偿策略，从而避免因永磁体性能下降导致电机实际输出扭矩降低，增强了车辆永磁电机退磁检测的准确性，提高了车辆的驾乘体验。由此，解决了相关技术在检测到车辆的永磁同步电机出现退磁现象后，难以对退磁造成的电机工作状态影响进行对应调整，针对电动汽车长期运行造成转子永磁体退磁尚未存在相关的退磁补偿方法，导致车辆电机退磁后的驱动***性能下降，影响了车辆的动力输出与能量利用效率，使用户使用体验下降等问题。
具体而言，图1为本申请实施例所提供的一种车辆永磁同步电机的退磁补偿方法的流程示意图。
如图1所示，该车辆永磁同步电机的退磁补偿方法包括以下步骤：
在步骤S101中，获取目标电机的多个输出扭矩估计值。
可以理解的是，在本申请的实施例中，可以首先获取待退磁检测的目标电机的多个输出扭矩估计值，即基于命令扭矩进行实际工作的永磁同步电机的输出扭矩估算数值。
可选地，在本申请的一个实施例中，获取目标电机的多个输出扭矩估计值，包括：基于目标电机的当前转速和实际扭矩指令值，确认目标电机的当前***驱动效率和当前扭矩估算补偿系数；根据当前***驱动效率和当前扭矩估算补偿系数计算当前输出扭矩估计值，并记录当前输出扭矩估计值与估算次数，以在估算次数达到预设估算次数的情况下，输出所有记录的输出扭矩估计值作为多个输出扭矩估计值。
需要说明的是，预设估算次数可由本领域技术人员根据实际情况进行设置，在此不作具体限定。
可以理解的是，在本申请的实施例中，因现有技术关于纯电动汽车永磁同步电机的矢量控制可以采用旋转坐标系d-q轴电流查表法来获得电流指令，即根据整车的扭矩指令以及电机的当前转速查询到一组d-q轴电流命令，之后通过矢量控制中的电流环控制使电机的实际d-q轴电流与命令电流保持一致，从而确保电机按照整车的扭矩指令输出预期扭矩，实现车辆的行驶功能，***式永磁同步电机扭矩公式为：
Te＝1.5·p0·[(Ld-Lq)·id·iq+ψf·iq]，
其中，Te表示电机输出扭矩，p0表示电机极对数，id与iq分别表示电机实际的d-q轴电流，Ld与Lq表示电机d-q轴等效电感；ψf表示永磁体磁链。基于上述公式可知电机的输出扭矩与永磁体磁链密切相关，当永磁体发生退磁后电机的输出扭矩也会降低，本申请实施例可以基于磁链与输出扭矩的特性进行电机退磁的判断。
然而在实际应用中，利用该扭矩公式进行电机输出扭矩的估算需要实时获得电机永磁体的磁链值，而在电机永磁体发生退磁后电机控制器内部原先存储的磁链值将不准确，故若继续采用扭矩公式进行电机输出扭矩估算会产生较大的误差，可采用功率法进行电机输出扭矩的估算，功率法扭矩估算公式为：
其中，Testimate为估算的电机当前输出扭矩，UDC为电机控制器直流母线电压值，IDC为电机控制器直流母线电流值，η表示驱动***(电机控制器+驱动电机)的总效率，n表示电机的当前转速，Kc表示扭矩估算补偿系数。式中的直流母线电压UDC、直流母线电流IDC与电机的当前转速n，电机控制器均能够通过自身传感器对其进行精确检测。
其中，驱动***的效率η不是一个固定值，其与电机的工作状态有关，即与电机的输出扭矩与电机的转速呈二维单调映射关系，电动汽车的驱动***在出厂前会进行效率map测试，测试不同输出扭矩与转速条件下的***效率，可以利用该效率map表，根据电机的转速与扭矩指令查询得到当前驱动***的总效率η。
Kc为扭矩估算补偿系数，其作用为提高扭矩估算的精度。当Kc＝1时，上式为传统的功率法扭矩估算公式，具体为：
其中，Tcon为传统功率法所估算出的电机输出扭矩，受电机***参数摄动因素的影响，单纯采用传统功率法进行扭矩估算其估算误差较大，不足以支持后续的永磁体退磁检测，故此处引入补偿系数Kc，该系数不为定值，其根据电机工作状态的不同在1的左右邻域内小范围变化，在驱动***出厂前，通过台架测试的方法建立电机输出扭矩、电机转速与补偿系数Kc的二维map表。
具体而言，可以设计从电机转速n＝1000rpm开始，以100rpm的步长增加电机转速，直到电机转速达到基速点；在每一个电机转速点中以10Nm的步长从0.2TMax开始遍历扭矩命令Tcmd，使电机按照扭矩指令输出扭矩，直到电机输出最大扭矩TMax；得到表1，电机状态与Kc参数map表，根据电机转速n与扭矩指令Tcmd的组合得到有限个工作状态。其中，表1中以一最大输出扭矩为300Nm、基速为4000rpm的永磁同步电机为例对电机状态与Kc参数map表进行了说明。
表1
在每一个工作状态下利用电机对拖测试台架测量出电机的实际输出扭矩，定义该扭矩为Tq，同时根据传统的功率法扭矩估算公式计算估算扭矩Tcon，之后计算得到当前工作状态下的补偿系数Kc，公式为：
完成表1中所有扭矩估算补偿系数Kc的计算，并将其以表格的形式存储在电机控制器中，在实际的扭矩估算中通过电机转速n与扭矩命令Tcmd便能够惟一的获得补偿系数Kc值，实现电机输出扭矩的精确估算。采用以上方法能够将电机扭矩估算精度提高到±2％。
特别地，Kc标定过程中分别规定了表1中电机转速与电机输出扭矩指令的选值范围，其中将转速n的范围规定为[1000,电机基速]，将输出扭矩指令的范围规定为[0.2TMax,TMax]，以考虑功率法估算扭矩的适用性问题，在低转速及小扭矩输出工况下，出于估算精度方面的考虑，估算电机输出扭矩大多采用电流法而非功率法；另外，永磁同步电机在基速点以下时业内均采用最大转矩电流比控制(Maximum Torque per Ampere Control，MTPA)，弱磁控制未介入，此时扭矩估算精度较高，基于以上方面的原因确定电机状态与Kc参数map表中的电机转速和扭矩指令的取值范围。
进一步地，图2为扭矩估算补偿系数查询示意图，根据图2，在实际的驱动***工作过程中根据电机的转速与扭矩指令通过查表的方式可获得参数Kc，以利用功率法扭矩估算公式实现电机输出扭矩的实时估算。进而基于一定时间间隔，在同一车辆上电过程中多次获取电机输出扭矩估算值，并记录多次上电所得输出扭矩估计值。
在步骤S102中，基于多个输出扭矩估计值，检测目标电机是否满足预设退磁条件。
需要说明的是，预设退磁条件可由本领域技术人员根据实际情况进行设置，在此不作具体限定。
可以理解的是，在本申请的实施例中，可以基于上述步骤所得多个目标电机的输出扭矩估计值，检测此时目标电机是否满足预设退磁条件。
可选地，在本申请的一个实施例中，基于多个输出扭矩估计值，检测目标电机是否满足预设退磁条件，包括：根据多个输出扭矩估计值和实际扭矩指令值得到多个扭矩偏差值；计算多个扭矩偏差值的负偏差比例和平均负偏差值，以根据负偏差比例和平均负偏差值检测目标电机是否满足预设退磁条件。
在实际执行过程中，如图3所示，为本申请一个实施例的永磁同步电机永磁体退磁检测的过程示意图，具体地：
步骤S301：开始。
其中，开始永磁同步电机永磁体退磁检测。
步骤S302：电机转速与扭矩命令条件符合性判断n∈[1000,基速]且Tcmd∈[0.2Tmax,Tmax]。
其中，进行电机转速与扭矩命令条件符合性判断，为判断n∈[1000,基速]且Tcmd∈[0.2Tmax,Tmax]。
步骤S303：判断是否符合。
其中，若符合，则进入步骤S304，若不符合，则进入步骤S302，以保障输出扭矩估算的准确性。
步骤S304：电机当前输出扭矩估算：Testimate。
其中，采用功率法扭矩估算公式计算当前输出扭矩估算值。
步骤S305：估算扭矩与扭矩命令偏差计算：△T＝Testimate-Tcmd(扭矩命令值)。
其中，估算扭矩与扭矩命令间的偏差，△T表示偏差扭矩。根据功率法扭矩估算公式，当电机转子的永磁体发生退磁后电机的输出扭矩能力会减小，这种状态下估算出的电机输出扭矩会低于实际扭矩指令，即偏差扭矩△T为持续的负偏差(对应△T<0)。
步骤S306：电机转子永磁体退磁条件综合判断。
其中，进行永磁体退磁条件的综合判断，以检测是否发生永磁体永久性退磁。
步骤S307：结束。
其中，结束永磁体退磁判断，得到退磁检测结果。
可选地，在本申请的一个实施例中，预设退磁条件为：在预设上电周期的每次上电过程中负偏差比例大于第一预设比值且平均负偏差值大于第二预设比值。
需要说明的是，预设上电周期、第一预设比值和第二预设比值可由本领域技术人员根据实际情况进行设置，在此不作具体限定。
具体而言，判定电机永磁体发生退磁需满足：其一，在单次车辆上电周期内，电机估算扭矩中负偏差的比例高于90％，定义在车辆的单次上电周期内共进行了Ns次电机输出扭矩估算，其中扭矩负偏差△T<0的次数为Nneg，扭矩正偏差△T≥0的次数为Npos，Ns＝Nneg+Npos，规定当以下不等式成立时则认为电机估算扭矩中负偏差的比例高于90％：
其二，在单次车辆上电周期内，估算扭矩平均负偏差超过10％，定义在车辆的单次上电周期内共进行了Ns次电机输出扭矩估算，规定当以下不等式成立时则认为电机估算扭矩平均负偏差超过10％：
其中，Testimate(n)为第n个输出扭矩估计值，Tcmd(n)为第n个实际扭矩指令值，Ns为电机输出扭矩估算次数。当在连续30次车辆上电周期内，上述条件均满足，即认为电机发生永久性退磁，通过以上方式能够有效地检测出电机转子永磁体退磁的情况，其中上电周期条件可以避免因为由于外部环境因素影响所造成的永磁体退磁误判。
在步骤S103中，在检测到目标电机满足预设退磁条件的情况下，根据目标电机的当前q轴电流和当前温度值确定对应的当前电机磁链值，并由当前电机磁链值计算目标电机的补偿扭矩，以利用补偿扭矩对目标电机的实际扭矩指令值进行退磁补偿。
可以理解的是，在本申请的实施例中，可以根据上述步骤中的检测结果，在检测到目标电机满足预设退磁条件的情况下，根据目标电机的当前q轴电流和当前温度值确定对应的当前电机磁链值，并由当前电机磁链值计算目标电机的补偿扭矩，以利用补偿扭矩对目标电机的实际扭矩指令值进行退磁补偿。
具体地，可以将补偿扭矩叠加在扭矩指令上，通过人为增加驱动电机的扭矩输出来补偿由于电机永磁体退磁对去发动***动力输出的影响。
TFC＝Tcmd+Tcomp，
其中，TFC为经过补偿的扭矩指令，Tcmd为原始扭矩指令，Tcomp为补偿扭矩。通过进行扭矩补偿，改善电机永磁体退磁对车辆动力输出的影响，以改善退磁时车辆的驾驶感受。
可选地，在本申请的一个实施例中，在根据目标电机的当前q轴电流和当前温度值确定对应的当前电机磁链值之前，还包括：检查目标电机是否满足预设标定条件；在检查到目标电机满足预设标定条件的情况下，由目标电机的过温故障阀值和q轴电流阈值标定所有目标电机工况，遍历所有目标电机工况得到电机温度、q轴电流与永磁体磁链之间的映射关系；基于映射关系修正目标电机的原始磁链表，得到目标电机在退磁情况下的修正磁链表，以基于修正磁链表查询当前电机磁链值。
需要说明的是，预设标定条件可由本领域技术人员根据实际情况进行设置，在此不作具体限定。
在实际执行过程中，永磁同步电机矢量控制中的电压方程在稳态下具有以下形式：
其中，ud与uq分别为永磁同步电机的d-q轴电压；Rs为电机定子绕组电阻；id与iq为电机的d-q轴电流；Ld与Lq为电机的d-q轴电流；ωe为电机的电角速度；ψf表示永磁体磁链。将id控制为0，则上中uq所表示的q轴电压方程可化简为：
对于电动汽车电机控制器，绝非大部分具备U、V、W三相电流与三相电压的检测能力，对三相电流与三相电压实施Clark及Park变换便能够得到基于永磁同步电机d-q轴旋转坐标系的电压及电流，即永磁同步电机的d-q轴电流与电压ud、uq；电机定子绕组电阻Rs用于永磁同步电机矢量控制中的电流环解耦，其阻值为事先测量完成；电机的电角速度ωe是实施电机控制不可或缺的关键信息，其值被实时采集获取。综上可知，q轴电压化简方程中除电机永磁体的磁链ψf之外，其他参数均能够被直接获得，可以基于该公式计算电机永磁体的磁链值。
须知，在电动汽车领域，驱动***的小型化、高功率密度以及大扭矩输出是当前的技术发展趋势，在该趋势的推动下电动汽车中驱动电机在工作状态下会具有较高的电磁负荷，此时电机内部会出现严重的磁路饱和，而在高磁路饱和的情况下，永磁体磁链会随电流的改变而发生非线性变化；另外转子的温度对于永磁体磁链也会有较大的影响，因此在测量电机转子磁链的过程中需要考虑该影响因素。由此可以通过建立磁链map表来建立电机温度、q轴电流与永磁体磁链的映射关系，通过在所划分的每个工作状态下计算电机的磁链值来建立这种映射，该映射关系建立完成后以表格的形式进行存储，完成对电机永磁体磁链参数的修正，之后在驱动***工作状态下根据电机温度与q轴电流便可查询出当前的电机磁链，该磁链值将用于完成相应的控制策略。如图4所示，为本申请一个实施例的永磁同步电机永磁体磁链参数修正的过程示意图，具体地：
步骤S401：开始。
其中，开始进行电机永磁体磁链参数修正。
步骤S402：建立电机温度、q轴电流与电机磁链map表，划分电机状态。
其中，建立磁链map表来建立电机温度、q轴电流与永磁体磁链的映射关系，通过在所划分的每个工作状态下计算电机的磁链值进行映射建立。
步骤S403：永磁体磁链允许标定条件判断。
其中，判断电机工作状态是否满足永磁体磁链允许标定条件。
步骤S404：遍历电机工作状态，电机d-q轴电流指令确定。
其中，在电机工作状态满足永磁体磁链允许标定条件的情况下，遍历电机工作状态，确定不同工作状态下电机d-q轴电流指令。
步骤S405：永磁体磁链值计算及电机磁链map表更新。
其中，永磁体磁链值计算值以表格的形式进行存储，更新电机磁链map表。
步骤S406：电机工作状态遍历完成判断。
其中，检测电机工作状态遍历是否完成。
步骤S407：判断遍历是否完成。
其中，若遍历完成，则进入步骤S408，否则进入步骤S403。
步骤S408：结束。
其中，得到修正磁链表，结束进程。
在实际执行过程中，映射关系建立可以规定电机温度从20℃起，按照10℃间隔区间增加，当达到永磁同步电机过温故障阀值时结束；q轴电流则从20A起始，按照20A的间隔增加，增大到最大q轴电流值结束。如表2所示，为电机状态与磁链参数map表，Tmot-max表示永磁同步电机过温故障阀值，iq-max表示最大q轴电流值。
表2
在完成电机工作状态划分的基础上进行永磁体磁链标定工况的判断，其中，规定进行电机永磁体磁链的标定前，需满足预设标定条件：其一，电机转速在200rpm以上但不超过基速，通过进行磁链值的计算，此时d轴电流为0，对于***式永磁同步电机，d轴电流为0时无法实施弱磁控制，为此规定了基速点的限制条件，且对于目前普遍的旋转变压器电机转子位置检测方案，低转速时旋转变压器的误差较大，为保证磁链计算的精度本发明给出了200rpm的最低转速限制；其二，电机的扭矩指令不超过Tq-max，可以进行电机磁链的修正计算，此时需要d轴电流为0，将id＝0带入永磁同步电机扭矩公式(1)，得到
Te＝1.5·p0·ψf·iq，
此时电机的最大输出扭矩不会超过Tq-max，Tq-max的表达式为：
Tq-max＝1.5p0ψfiq-max，
根据上两式，规定电机的扭矩指令不超过Tq-max。若当前工况满足永磁体磁链标定条件，则按照表2所划分的状态进行电机工作状态的遍历，并在遍历过程中计算电机的d-q轴电流指令。举例而言，若当前的电机温度为100℃，电机的输出扭矩指令为Tcmd，则根据计算q轴电流指令，此时电机的d-q轴电流指令为id-cmd与iq-cmd：
在上式中d-q轴电流指令的作用下，驱动电机会按照预期输出扭矩，但此时的电机效率较低，可利用电机输出扭矩不变、暂时牺牲***效率的方式在车辆运行过程中计算出当前的磁链。根据实际采集得到的电机三相电流通过坐标变换计算得到电机的实际q轴电流，当该q轴电流为表2中横坐标中的规定点时计算得到当前状态下的电机永磁体磁链值，并将其记录在表2中。
按照以上过程进行表2中所有状态的遍历，并计算出所对应的磁链值，当完成表2中所有工作状态的遍历后结束，此时建立完成新的磁链map表。在后续的控制过程中，如矢量控制电流环解耦，根据修正后的磁链map表，利用电机q轴电流与电机的温度值，通过查表的方式便可获得电机转此永磁体当前的磁链值，该值用于完成相应的控制逻辑，具体如图5所示，根据目标电机的当前q轴电流和当前温度值，由修正后的电机磁链map表确定对应的当前电机磁链值。
本申请实施例可以在检测到永磁体退磁后进行永磁同步电机永磁体磁链在线修正，在不改变驱动***动力输出的前提下，在电机的最大转矩电流比控制区域通过控制驱动电机进入非高效工作点获得计算永磁体磁链的参数，参数包括电机的q轴电压、q轴电流以及电机的转速、电机温度等，利用所获得的参数值计算出当前工况下永磁体的磁链，通过对以上过程的重复迭代最终建立电机永磁体磁链与电机温度、电机q轴电流的映射关系，实现对电机永磁体磁链参数表的修正。且磁链修正方法能够在线完成，不影响车辆的正常行驶，考虑了电机电流与温度对磁链值复杂的非线性影响，使修正后的磁链能够满足驱动电机在高磁路饱和下精确获得磁链值，从而提高***的控制性能，计算磁链所使用的中间变量不包含电机的电感等受工作状态影响较大的参数，使中间变量均能够实时、准确的获得，因此具有优良的实际工程价值。
可选地，在本申请的一个实施例中，由当前电机磁链值计算目标电机的补偿扭矩，包括：根据当前q轴电流和当前温度值，在原始磁链表中查询原始电机磁链值；基于预设补偿函数，根据原始电机磁链值和当前电机磁链值计算补偿扭矩。
需要说明的是，预设补偿函数可由本领域技术人员根据实际情况进行设置，在此不作具体限定。
在实际执行过程中，对于电动汽车，驱动***具有电动与发电两种工作模式，电动模式下驱动***消耗电能并输出动力，实现车辆的前进、倒退等功能，发电模式一般用于车辆的制动能量回收或滑动能量回收过程，此时驱动***产生制动扭矩，将部分制动能量转换为电能给电池充电。相对于发电模式，驾驶员的驾乘感受更容易在电动模式下受到电机退磁的影响，即感受到由于永磁体退磁所引起车辆动力性能的下降，例如驾驶员实施加速操作过程中若车辆的动力输出达不到其心理预期，则将降低车辆的驾驶感受。在发电模式下，永磁体退磁会降低车辆能量回收过程中的制动扭矩，降低制动扭矩可以提高驾驶员的驾驶体验，避免退磁破坏车辆的驾驶感受，故本申请实施例仅在电机为电动模式下才实施电机输出扭矩的补偿控制。车辆完成修正磁链表的标定后，实际上电机控制器内部存储了两个磁链查询表，原始磁链表和修正磁链表，根据当前q轴电流和当前温度值，在原始磁链表中查询原始电机磁链值，根据原始电机磁链值和当前电机磁链值计算补偿扭矩。
本申请实施例可以基于修正后的永磁体磁链进行电机输出扭矩补偿控制，以避免电机的实际输出扭矩由于永磁体性能下降而降低，从而提高车辆的驾乘感受。
可选地，在本申请的一个实施例中，预设补偿函数的计算公式为：
Tint＝1.5KTp0(ψold-ψnew)iq，
其中，Tint为补偿扭矩，KT为扭矩补偿系数，p0为电机极对数，ψold为原始电机磁链值，ψnew为当前电机磁链值，iq为当前q轴电流。
具体地，可以通过原始磁链表查询到的磁链值为ψold，通过修正后磁链表查询到的磁链值为ψnew，利用两个磁链值由预设补偿函数计算补偿扭矩指令，以实现电机输出扭矩的补偿控制。
其中，扭矩补偿系数KT，KT∈[0,1]。当KT＝1时，Tint则完全为由于电机永磁体磁链差异所引起的电机输出扭矩偏差，考虑到由于磁链参数摄动等因素对补偿扭矩的影响，可引入扭矩补偿系数KT，KT的取值推荐在0.6～0.8范围，此时通过人为降低补偿扭矩的大小来避免补偿扭矩超出驾驶员的预期(过补偿)，确保行车过程的安全。
此外，获取补偿扭矩后需利用判别式：
其中，Tcomp为最终得到的补偿扭矩。通过磁链修正以及扭矩补偿来降低由于永磁体退磁对***动力性能输出的影响，则退磁状态下计算得到的Tint应该为正值，若Tint<0时则表明该工作状态下电机的磁链正常，此时不需要进行扭矩补偿。
如图6所示，下面以一个具体实施例对本申请实施例的工作内容进行详细阐述。
步骤S601：开始。
其中，开始永磁同步电机退磁检测及处理。
步骤S602：电机转子永磁体退磁检测。
其中，进行电机转子永磁体退磁检测。
步骤S603：判断是否发生退磁。
其中，若是则进入步骤S604，若否则进入步骤S602。
步骤S604：电机永磁体磁链参数修正。
其中，根据电机运行过程中的参数对永磁体的磁链数值进行修正，该过程并非在单次车辆上电周期内全部完成，可为分次完成。
步骤S605：判断是否修正完成。
其中，若是则进入步骤S606，若否则进入步骤S604。
步骤S606：电机输出扭矩补偿控制。
其中，根据新的磁链值对电机输出扭矩实施补偿控制.
步骤S607：结束。
其中，结束退磁检测及处理进程。
根据本申请实施例提出的车辆永磁同步电机的退磁补偿方法，可以基于对车辆电机输出扭矩的高精度估算进行电机的退磁检测，利用估算扭矩与命令扭矩设计退磁补偿策略，从而避免因永磁体性能下降导致电机实际输出扭矩降低，增强了车辆永磁电机退磁检测的准确性，提高了车辆的驾乘体验。由此，解决了相关技术在检测到车辆的永磁同步电机出现退磁现象后，难以对退磁造成的电机工作状态影响进行对应调整，针对电动汽车长期运行造成转子永磁体退磁尚未存在相关的退磁补偿方法，导致车辆电机退磁后的驱动***性能下降，影响了车辆的动力输出与能量利用效率，使用户使用体验下降等问题。
其次参照附图描述根据本申请实施例提出的车辆永磁同步电机的退磁补偿装置。
图7是本申请实施例的车辆永磁同步电机的退磁补偿装置的结构示意图。
如图7所示，该车辆永磁同步电机的退磁补偿装置10包括：获取模块100、检测模块200和补偿模块300。
其中，获取模块100，用于获取目标电机的多个输出扭矩估计值。
检测模块200，用于基于多个输出扭矩估计值，检测目标电机是否满足预设退磁条件。
补偿模块300，用于在检测到目标电机满足预设退磁条件的情况下，根据目标电机的当前q轴电流和当前温度值确定对应的当前电机磁链值，并由当前电机磁链值计算目标电机的补偿扭矩，以利用补偿扭矩对目标电机的实际扭矩指令值进行退磁补偿。
可选地，在本申请的一个实施例中，获取模块100包括：确认单元和记录单元。
其中，确认单元，用于基于目标电机的当前转速和实际扭矩指令值，确认目标电机的当前***驱动效率和当前扭矩估算补偿系数。
记录单元，用于根据当前***驱动效率和当前扭矩估算补偿系数计算当前输出扭矩估计值，并记录当前输出扭矩估计值与估算次数，以在估算次数达到预设估算次数的情况下，输出所有记录的输出扭矩估计值作为多个输出扭矩估计值。
可选地，在本申请的一个实施例中，检测模块200包括：获取单元和检测单元。
其中，获取单元，用于根据多个输出扭矩估计值和实际扭矩指令值得到多个扭矩偏差值。
检测单元，用于计算多个扭矩偏差值的负偏差比例和平均负偏差值，以根据负偏差比例和平均负偏差值检测目标电机是否满足预设退磁条件。
可选地，在本申请的一个实施例中，预设退磁条件为：在预设上电周期的每次上电过程中负偏差比例大于第一预设比值且平均负偏差值大于第二预设比值。
可选地，在本申请的一个实施例中，装置10还包括：检查模块、遍历模块和修正模块。
其中，检查模块，用于在根据目标电机的当前q轴电流和当前温度值确定对应的当前电机磁链值之前，检查目标电机是否满足预设标定条件。
遍历模块，用于在检测到目标电机满足预设标定条件的情况下，由目标电机的过温故障阀值和q轴电流阈值标定所有目标电机工况，遍历所有目标电机工况得到电机温度、q轴电流与永磁体磁链之间的映射关系。
修正模块，用于基于映射关系修正目标电机的原始磁链表，得到目标电机在退磁情况下的修正磁链表，以基于修正磁链表查询当前电机磁链值。
可选地，在本申请的一个实施例中，补偿模块300包括：查询单元和计算单元。
其中，查询单元，用于根据当前q轴电流和当前温度值，在原始磁链表中查询原始电机磁链值。
计算单元，用于基于预设补偿函数，根据原始电机磁链值和当前电机磁链值计算补偿扭矩。
可选地，在本申请的一个实施例中，预设补偿函数的计算公式为：
Tint＝1.5KTp0(ψold-ψnew)iq
其中，Tint为补偿扭矩，KT为扭矩补偿系数，p0为电机极对数，ψold为原始电机磁链值，ψnew为当前电机磁链值，iq为当前q轴电流。
需要说明的是，前述对车辆永磁同步电机的退磁补偿方法实施例的解释说明也适用于该实施例的车辆永磁同步电机的退磁补偿装置，此处不再赘述。
根据本申请实施例提出的车辆永磁同步电机的退磁补偿装置，可以基于对车辆电机输出扭矩的高精度估算进行电机的退磁检测，利用估算扭矩与命令扭矩设计退磁补偿策略，从而避免因永磁体性能下降导致电机实际输出扭矩降低，增强了车辆永磁电机退磁检测的准确性，提高了车辆的驾乘体验。由此，解决了相关技术在检测到车辆的永磁同步电机出现退磁现象后，难以对退磁造成的电机工作状态影响进行对应调整，针对电动汽车长期运行造成转子永磁体退磁尚未存在相关的退磁补偿方法，导致车辆电机退磁后的驱动***性能下降，影响了车辆的动力输出与能量利用效率，使用户使用体验下降等问题。
图8为本申请实施例提供的车辆的结构示意图。该车辆可以包括：
存储器801、处理器802及存储在存储器801上并可在处理器802上运行的计算机程序。
处理器802执行程序时实现上述实施例中提供的车辆永磁同步电机的退磁补偿方法。
进一步地，车辆还包括：
通信接口803，用于存储器801和处理器802之间的通信。
存储器801，用于存放可在处理器802上运行的计算机程序。
存储器801可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
如果存储器801、处理器802和通信接口803独立实现，则通信接口803、存储器801和处理器802可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，简称为ISA)总线、外部设备互连(PeripheralComponent Interconnect，简称为PCI)总线或扩展工业标准体系结构(Extended IndustryStandard Architecture，简称为EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图8中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
可选地，在具体实现上，如果存储器801、处理器802及通信接口803，集成在一块芯片上实现，则存储器801、处理器802及通信接口803可以通过内部接口完成相互间的通信。
处理器802可能是一个中央处理器(Central Processing Unit，简称为CPU)，或者是特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称为ASIC)，或者是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的车辆永磁同步电机的退磁补偿方法。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行***、装置或设备(如基于计算机的***、包括处理器的***或其他可以从指令执行***、装置或设备取指令并执行指令的***)使用，或结合这些指令执行***、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行***、装置或设备或结合这些指令执行***、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种车辆永磁同步电机的退磁补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取目标电机的多个输出扭矩估计值；
基于所述多个输出扭矩估计值，检测所述目标电机是否满足预设退磁条件；
在检测到所述目标电机满足所述预设退磁条件的情况下，根据所述目标电机的当前q轴电流和当前温度值确定对应的当前电机磁链值，并由所述当前电机磁链值计算所述目标电机的补偿扭矩，以利用所述补偿扭矩对所述目标电机的实际扭矩指令值进行退磁补偿。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取目标电机的多个输出扭矩估计值，包括：
基于所述目标电机的当前转速和所述实际扭矩指令值，确认所述目标电机的当前***驱动效率和当前扭矩估算补偿系数；
根据所述当前***驱动效率和所述当前扭矩估算补偿系数计算当前输出扭矩估计值，并记录所述当前输出扭矩估计值与估算次数，以在所述估算次数达到预设估算次数的情况下，输出所有记录的输出扭矩估计值作为所述多个输出扭矩估计值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述多个输出扭矩估计值，检测所述目标电机是否满足预设退磁条件，包括：
根据所述多个输出扭矩估计值和所述实际扭矩指令值得到多个扭矩偏差值；
计算所述多个扭矩偏差值的负偏差比例和平均负偏差值，以根据所述负偏差比例和所述平均负偏差值检测所述目标电机是否满足预设退磁条件。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设退磁条件为：在预设上电周期的每次上电过程中所述负偏差比例大于第一预设比值且所述平均负偏差值大于第二预设比值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述目标电机的当前q轴电流和当前温度值确定对应的当前电机磁链值之前，还包括：
检查所述目标电机是否满足预设标定条件；
在检查到所述目标电机满足所述预设标定条件的情况下，由所述目标电机的过温故障阀值和q轴电流阈值标定所有目标电机工况，遍历所述所有目标电机工况得到电机温度、q轴电流与永磁体磁链之间的映射关系；
基于所述映射关系修正所述目标电机的原始磁链表，得到所述目标电机在退磁情况下的修正磁链表，以基于所述修正磁链表查询所述当前电机磁链值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述由所述当前电机磁链值计算目标电机的补偿扭矩，包括：
根据所述当前q轴电流和所述当前温度值，在所述原始磁链表中查询原始电机磁链值；
基于预设补偿函数，根据所述原始电机磁链值和所述当前电机磁链值计算所述补偿扭矩。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预设补偿函数的计算公式为：
Tint＝1.5KTp0(ψold-ψnew)iq
其中，Tint为所述补偿扭矩，KT为扭矩补偿系数，p0为电机极对数，ψold为所述原始电机磁链值，ψnew为所述当前电机磁链值，iq为所述当前q轴电流。
8.一种车辆永磁同步电机的退磁补偿装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取目标电机的多个输出扭矩估计值；
检测模块，用于基于所述多个输出扭矩估计值，检测所述目标电机是否满足预设退磁条件；
补偿模块，用于在检测到所述目标电机满足所述预设退磁条件的情况下，根据所述目标电机的当前q轴电流和当前温度值确定对应的当前电机磁链值，并由所述当前电机磁链值计算所述目标电机的补偿扭矩，以利用所述补偿扭矩对所述目标电机的实际扭矩指令值进行退磁补偿。
9.一种车辆，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求1-7任一项所述的车辆永磁同步电机的退磁补偿方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-7任一项所述的车辆永磁同步电机的退磁补偿方法。
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|---|---|---|---|
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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