集成電子液壓制動系統(tǒng)用永磁同步電機復(fù)合弱磁方法

李建濤 楊繼斌* 徐曉惠 冉曉珂

（西華大學(xué)汽車與交通學(xué)院，四川 成都610065）

集成式電子液壓制動系統(tǒng)（I-EHB）助力功能要求表貼式永磁同步電機（SPMSM）能夠快速準確地響應(yīng)駕駛員的踩踏動作，主動制動功能要求快速響應(yīng)到目標壓力。在緊急制動工況下，SPMSM在達到一定轉(zhuǎn)速時無法繼續(xù)上升[1]，主動制動模式下會出現(xiàn)壓力響應(yīng)速度慢，汽車制動距離長。為解決這個問題需要采用弱磁算法，進一步提高SPMSM轉(zhuǎn)速[2]。

弱磁控制算法分為依賴電機參數(shù)和不依賴電機參數(shù)的方法。依賴電機參數(shù)的方法有模型公式計算法、梯度下降法，存在計算復(fù)雜、獲取準確電機參數(shù)困難、電機參數(shù)受工況影響的問題，難以用于工程中。不依賴電機參數(shù)的方法有查表法、電壓反饋法[3]。查表法能提升電機的快速響應(yīng)能力[4]，但存在測量過程復(fù)雜和標定點不能涵蓋所有的電機工作點的缺點。電壓反饋法能保證電機一定運行在電壓極限圓上，能夠?qū)崿F(xiàn)電機的最優(yōu)運行，但是電機的動態(tài)響應(yīng)速度很慢。

因此，本文針對I-EHB 對電機動態(tài)響應(yīng)的需求，結(jié)合查表法和電壓反饋法的優(yōu)點，提出了一種查表結(jié)合電壓負反饋的SPMSM復(fù)合弱磁方法。

1 弱磁控制在I-EHB 的應(yīng)用

I-EHB 基本控制框圖如圖1 所示，制動助力&主動制動控制模塊根據(jù)反應(yīng)盤主副面位移差信號、SPMSM 絕對位置信號θr和主缸壓力信號，計算得到SPMSM目標力矩Te*。弱磁控制模塊根據(jù)目標力矩和電機轉(zhuǎn)子機械角速度ωr計算得到目標d、q 軸電流。SPMSM采用矢量控制，靜止三相坐標系上的電機定子電流經(jīng)過ClarK 和ParK 變換得到同步旋轉(zhuǎn)坐標上的d、q 軸實際電流，d、q 軸電流誤差經(jīng)過PI 控制器得到d、q 軸目標電壓值，進行電機矢量控制，最后通過三相逆變電路實現(xiàn)對SPMSM動態(tài)轉(zhuǎn)矩控制[5]。

圖1 I-EHB 整體控制框圖

傳統(tǒng)電壓負反饋弱磁控制如圖2 所示。當ΔV＜0，電機反電動勢高于逆變器所能提供的最大值，電流環(huán)PI 控制器進入飽和狀態(tài)，需要進行弱磁控制，電壓誤差ΔV經(jīng)過PI 控制器后得到目標電流i*dl。由于電壓負反饋法只在電壓飽和區(qū)域附近工作，當SPMSM迅速進入弱磁區(qū)或負載突然增加時，電壓負反饋控制響應(yīng)會出現(xiàn)滯后，d 軸電流上升慢，電機動態(tài)響應(yīng)差，還會導(dǎo)致電流環(huán)PI 調(diào)節(jié)器在短時間內(nèi)飽和，引起d、q 軸電流振蕩，輸出扭矩的變化，會影響駕駛員的制動感覺。

圖2 傳統(tǒng)電壓負反饋弱磁控制框圖

2 復(fù)合弱磁控制器設(shè)計

圖3 復(fù)合弱磁SPMSM 控制框圖

模糊控制器以反應(yīng)盤主副面位移差誤差及其變化率作為輸入量，PI 控制器的參數(shù)KP、KI作為輸出量。誤差exr論域和誤差變化率dexr論域采用7 個模糊變量，模糊集為{NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB}，其中：NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB 分別代表較負大、負中、負小、零、正小、正中、正大。KP、KI參數(shù)論域采用5 個模糊變量，模糊集為{VS、S、M、B、VB},其中：VS、S、M、B、VB 分別代表較小、小、中、大、較大。模糊語言輸入、輸出變量采用三角形隸屬度函數(shù)。據(jù)經(jīng)驗和知覺推理制定模糊控制規(guī)則，如表1、表2 所示，再通過面積中心法轉(zhuǎn)化為清晰量。

表1 KP 模糊規(guī)則表

表2 KI 模糊規(guī)則表

3 實驗

實驗臺架如圖4 所示，主要參數(shù)如表3 所示，制動主缸與四個鼓式制動相連。

表3 I-EHB 臺架主要參數(shù)

圖4 I-EHB 實驗臺架

分別對傳統(tǒng)弱磁算法和復(fù)合弱磁算法進行q 軸電流階躍響應(yīng)實驗，結(jié)果如圖5、圖6 所示。復(fù)合弱磁方法速度響應(yīng)更快，在高轉(zhuǎn)速區(qū)域持續(xù)時間更長，壓力到達10Mpa 的時間更短，約為310ms。復(fù)合弱磁方法在q 軸電流階躍響應(yīng)末端，id 絕對值減小的速度更加緩和，加上目標id 對目標iq 的微調(diào)整，實際iq 超調(diào)更小，避免對控制器和I-EHB 機構(gòu)造成損壞。

圖5 I-EHB 復(fù)合弱磁

圖6 I-EHB 傳統(tǒng)弱磁

4 結(jié)論

通過分析傳統(tǒng)弱磁控制在I-EHB 機構(gòu)上動態(tài)性能不佳的原因，提出了一種查表結(jié)合電壓負反饋的弱磁控制方法。I-EHB臺架測試表明復(fù)合弱磁方法方法壓力響應(yīng)更快，q 軸電流超調(diào)小，具有實用性。