[发明专利]用于电动汽车主动振动控制的系统和控制算法

权利要求书

1.一种用于电动汽车主动振动控制的系统，其特征在于：包括整车控制器、电机控制器、振动控制器及电动汽车传动系统，所述电动汽车传动系统包括电机及与其连接的电池、减速器，减速器通过差速器与车轮连接；

所述整车控制器分别与电机控制器、振动控制器互联，所述电机控制器与电动汽车传动系统的电机互联，所述电机控制器、电机均与振动控制器连接；

所述振动控制器包括时延模块1#、时延模块2#、信号端、状态观测器及反馈增益K，所述时延模块1#与时延模块2#连接，且时延模块1#、时延模块2#分别与加减法运算模块a端、b端连接，信号端的输入端与状态观测器连接，电动汽车传动系统与状态观测器连接，状态观测器连接反馈增益K，反馈增益K连接加减法运算模块c端，信号端与电机控制器连接；其中a、b、c端均为加减法运算模块的输入端，加减法运算模块的输出端为输入电机控制器的扭矩信号T_m；

将初始的电机参考扭矩信号T_m^*通过时延模块1#，使信号发生时间延迟Δt1，将通过时延模块1#的电机扭矩信号以比例r进行分流，一部分直接传输到b端，一部分通过时延模块2#，将发生时间延迟Δt2后输出到a端，将a、b两端信号叠加后即得到一个平稳的电机参考扭矩信号。叠加后的电机参考扭矩信号为：

式中，T_m^ref为叠加后电机参考扭矩信号，T_a为电机初始参考扭矩通过时延模块1#输出的电机参考扭矩信号以比例1-r进行分流后再经过时延模块2#得到的输出扭矩，T_b为电机初始参考扭矩通过时延模块1#输出的电机参考扭矩信号以比例r进行分流后得到的输出扭矩，t为时间变量；

基于极位移控制算法，设置一个极位移控制器为电动车辆动力传动系统提供补偿扭矩，该极位移控制器包含一个状态观测器和一个反馈增益矩阵K，

状态观测器的状态空间方程是：

式中：A、B、u为原系统的结构参数，C根据状态观测器的控制量决定，L为状态观测器的反馈矩阵，y为电机输出角速度ω_m，

所述A、B、u根据原系统的振动微分方程获得，电机扭矩T_m作为输入量，电机角速度ω_m、车轮角速度ω_l、传动轴扭转角θ作为输出量，

所述的传动轴扭转角为：

所述i为减速器的传动比，下标m、l分别代表电机和车轮。θ_m为电机转角，θ_l为车轮转角，

所述原系统为一个两自由度的电动车辆传动系统，该车辆驱动方式是前轮驱动方式，根据牛顿第二定律，系统的微分方程为：

式中J_m、J_l为电机等效转动惯量和车轮等效转动惯量，K_l、C_l、K_r、C_r分别为左右半轴的等效刚度和阻尼。式中，T_m为输入电机控制器的电机扭矩，T_r为右半轴扭矩，T_l为左半轴扭矩，m为车身质量，

设置状态量设置输出量设置输入量u＝[T_m 0]^T，根据所述的原系统的振动微分方程，其状态空间方程为：

式中

将ω_m作为状态观测器的控制量，所以状态观测器中所述的C矩阵选定为[1 0 0]^T；

所述的状态观测器的反馈矩阵L根据观测器的期望极点进行配置，其确定方式如下：

根据原系统所述的状态空间方程(2)，设置观测器预想配置的极点λ₁、λ₂、λ₃，

判断矩阵是否为满秩矩阵，若为满秩矩阵则该系统可观测，

另设L＝[h₁ h₂ h₃]计算观测器的特征多项式：

根据预想配置的极点λ₁、λ₂、λ₃得到的特征多项式为：

f^*(s)＝(s-λ₁)(s-λ₂)(s-λ₃)

＝s³-(λ₁+λ₂+λ₃)s²+(λ₁λ₂+λ₂λ₃+λ₁λ₃)s-λ₁λ₂λ₃ (8)

式中，s为系统经过拉普拉斯变换之后的复变量，

根据公式(3)和(4)对应系数相等可以得到状态观测器的反馈矩阵L；

所述状态观测器得到估计的电机角速度ω_m、车轮角速度ω_l和传动轴扭转角θ，将估计的状态变量通过一个反馈增益矩阵K获得电动车辆动力传动系统扭转振动量的补偿扭矩；

所述的反馈增益矩阵K类似状态观测器的反馈矩阵L，与L不同的是K是根据整车预想获得的极点配置而成；

初始的电机参考扭矩T_m^*为阶跃信号，当上升时间延迟Δt1后得到一个上升延迟的扭矩信号，将延迟后的信号按照比例r进行分流，一部分直接输出到b端一部分经过发生延迟Δt2后输出到a端，a、b两端信号的叠加值即得到一个平稳的参考扭矩；

所述参数Δt1、Δt2和r的获得，可以根据控制变量法仿真得到单一参数或者两个参数变化下时间与车轮角加速度最大值之间的关系，通过仿真得到的二维或者三维关系曲线获得Δt1、Δt2和r的最优解。