集成電子液壓制動系統用永磁同步電機復合弱磁方法

李建濤 楊繼斌* 徐曉惠 冉曉珂

（西華大學汽車與交通學院，四川 成都610065）

集成式電子液壓制動系統（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駕駛員的踩踏動作，主動制動功能要求快速響應到目標壓力。在緊急制動工況下，SPMSM在達到一定轉速時無法繼續上升[1]，主動制動模式下會出現壓力響應速度慢，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轉速[2]。

弱磁控制算法分為依賴電機參數和不依賴電機參數的方法。依賴電機參數的方法有模型公式計算法、梯度下降法，存在計算復雜、獲取準確電機參數困難、電機參數受工況影響的問題，難以用于工程中。不依賴電機參數的方法有查表法、電壓反饋法[3]。查表法能提升電機的快速響應能力[4]，但存在測量過程復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，能夠實現電機的最優運行，但是電機的動態響應速度很慢。

因此，本文針對I-EHB 對電機動態響應的需求，結合查表法和電壓反饋法的優點，提出了一種查表結合電壓負反饋的SPMSM復合弱磁方法。

1 弱磁控制在I-EHB 的應用

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反應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*。弱磁控制模塊根據目標力矩和電機轉子機械角速度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過ClarK 和ParK 變換得到同步旋轉坐標上的d、q 軸實際電流，d、q 軸電流誤差經過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對SPMSM動態轉矩控制[5]。

圖1 I-EHB 整體控制框圖

傳統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PI 控制器進入飽和狀態，需要進行弱磁控制，電壓誤差ΔV經過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域附近工作，當SPMSM迅速進入弱磁區或負載突然增加時，電壓負反饋控制響應會出現滯后，d 軸電流上升慢，電機動態響應差，還會導致電流環PI 調節器在短時間內飽和，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 傳統電壓負反饋弱磁控制框圖

2 復合弱磁控制器設計

圖3 復合弱磁SPMSM 控制框圖

模糊控制器以反應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。據經驗和知覺推理制定模糊控制規則，如表1、表2 所示，再通過面積中心法轉化為清晰量。

表1 KP 模糊規則表

表2 KI 模糊規則表

3 實驗

實驗臺架如圖4 所示，主要參數如表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

圖4 I-EHB 實驗臺架

分別對傳統弱磁算法和復合弱磁算法進行q 軸電流階躍響應實驗，結果如圖5、圖6 所示。復合弱磁方法速度響應更快，在高轉速區域持續時間更長，壓力到達10Mpa 的時間更短，約為310ms。復合弱磁方法在q 軸電流階躍響應末端，id 絕對值減小的速度更加緩和，加上目標id 對目標iq 的微調整，實際iq 超調更小，避免對控制器和I-EHB 機構造成損壞。

圖5 I-EHB 復合弱磁

圖6 I-EHB 傳統弱磁

4 結論

通過分析傳統弱磁控制在I-EHB 機構上動態性能不佳的原因，提出了一種查表結合電壓負反饋的弱磁控制方法。I-EHB臺架測試表明復合弱磁方法方法壓力響應更快，q 軸電流超調小，具有實用性。