转矩控制精度的秘密 v3.0

文摘   汽车   2024-10-30 06:46   上海  

「SysPro | 动力系统性能解析」专栏内容节选

-  原创文章,作者:Mr.D, Mr.H,第三次更新
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导语:纯电动汽车动力总成中的转矩控制精度,是整车关注的关键指标之一,不仅直接影响了整车的驾驶性、能耗优化、转矩突变时的响应时间,而且对整车驾驶的安全性直接相关。那么,究竟什么是转矩精度?如何测试?2024版本的18488又是如何定义的呢?转矩精度和系统哪些参数相关?又要如何在设计开发过程中将其限制在一个可接受的范围内?站在功能安全视角,要如何考虑转矩精度?这一系列的问题是我们关注的焦点。


目录
1. 从新版《GB/T18488-2024》,见转矩控制精度
  • 1.1 基本概念
  • 1.2 技术要求
  • 1.3 如何测量?
  • 1.4 转矩精度测试的本质(知识星球发布)
2.转矩控制精度的估算
3. 转矩控制精度范围要求的定义(知识星球发布)
4. 估算模型的选用原则和适用范围(知识星球发布)
5. 转矩控制精度与功能安全(知识星球发布)
  • 5.1 Why:功能安全为什么要关注转矩控制精度?
  • 5.2 How:功能安全如何考虑?
6. QM/Safety转矩估算模型及应用说明(知识星球发布)
7. 总结
注:以上内容节选,完整内容在知识星球发布

01

从新版《GB/T18488-2024》,见转矩控制精度

1.1 基本概念

老规矩,我们还是从标准入手,看下官方的解释。下图《GB/T18488-2024》中关于转矩控制精度基本概念描述:

图片来源: GB/T 18488-2024

解读:可以看出,2024版18488中的定义与2015版基本一致,其中最大的差异是:在2024版18488中需要注意的是增加了“稳态"二字这意味着什么呢?

| SysPro备注:以下为2015版18488中的定义

关于这点,其实我们在聊转矩响应的时候有过提及,我们通过一张图片说明这背后的含义。如下图是典型的转矩响应历程,我详细解释下:T0时刻系统接收到Trq_Req的指令信息,经过一段延迟时间T_DelayTrq_Real 达到了Trq_Req 的10%;再经过一段的上升时间T_RiseTrq_Real达到了Trq_Req的90%;转矩继续上升到最大值后开始减小(其中,最大值和最小值之间是转矩动态偏差Trq_Dynamic_Dev),如此,Trq_Real沿着Trq_Req上下波动,经过T_Dyn,到达T1时刻Trq_Real的波动范围在容差范围内,这个容差范围也就是转矩静态误差Trq_Steady_Dev,这就是2024版中标准中规范的最大稳态偏差。可见,标委会为了避免因理解歧义产生的误差,特意对转矩的"对象"做了要求。
图片来源: SysPro系统工程智库

1.2 技术要求
除了基本概念外,技术要求也有所不同。下图《GB/T18488-2024》中关于转矩控制精度技术要求描述:

图片来源: GB/T 18488-2024

解读:对于电动车电驱动系统,输出转矩范围大,精度需要分情况定义,标准中给出了最大稳态偏差最大稳态偏差占转矩期望值百分比两种不同的定义方式。一般在低转矩段,采用转矩偏差定义;在高转矩段,采用百分比定义。如2024版中下所示:
  • 对于峰值转矩<=500Nm的系统:

    • 输出转矩0~100Nm,转矩控制精度±5Nm

    • 输出转矩大于100Nm,转矩控制精度±5% 

  • 对于峰值转矩>500Nm的系统:

    • 输出转矩0~TPeak/5 Nm,转矩控制精度±1%

    • 输出转矩大于TPeak/5 Nm,转矩控制精度±5%

有趣的是,在2024版中,驱动电机系统以500Nm峰值转矩为边界线区别定义,这一点是标委会在研读市场发展趋势之后,为了使标准更具广泛的适用性所新增的内容。

1.3 如何测量?

2024版本的GB/T18488《电动汽车用驱动电机系统》的6.3.9.2中已经具体地写明了转矩精度测试的方法

图片来源: GB/T 18488-2024
乍一看,相比2015版好像删减了很多,其实不然。如上图中所示,具体的内容其实,如测试电压、测试点选取、运行操作等内容已在6.3.8.2中有规范。

|SysPro备注:2024版本中的6.3.8.2中关于测试点的要求多次出现,适用于效率测试、转速测试、转矩测试等,重点关注!

图片来源: GB/T 18488-2024

| SysPro备注:以下为2015版18488中的定义
比较有意思的地方是: 我们知道,扭矩精度是电机标定的产物,而定子温度、转子温度、运行转速的选择直接影响精度标定的结果, 这一点在2015版本中并未明确规范,在2024中是否有所改善了呢?

1.4 转矩精度测试的补充说明

(知识星球发布)
...

通过1.4的解释可以看出,转矩控制精度测试不仅仅是对电机本体的考核,其好坏是对电驱系统在电机电磁、软件、硬件和结构设计上的综合挑战。那么,除了上述的转速、温度这些变量外,转矩精度和哪些还相关呢?


02

转矩精度的估算

(知识星球中发布)

电动车电驱动中很难集成高精度的转矩传感器,所以大多电驱动生产厂商用电流电压及转速传感器以及电机设计的相关参数估算电机输出转矩,比如以下分别是电流计算模型能量计算模型 ...

我们知道了影响转矩计算的参数,我们再看下电驱动系统的转矩控制图 ,看看哪部分对这些参数产生影响?...
图片来源:网络



03

转矩控制精度范围的合理定义

(知识星球中发布)

...

04

估算模型的选用原则和适用范围

(知识星球中发布)

...

05

转矩控制精度与功能安全

(知识星球中发布)

5.1 Why:功能安全为什么要关注转矩控制精度?...

5.2 How:功能安全如何考虑?...

06

转矩估算模型的应用说明

(知识星球中发布)

6.1 电流计算模型...

6.2 能量计算模型...


07 结束语

通过上述的解读,我们可以深刻感受到:转矩控制精度的好坏是对电驱系统在电机电磁、软件、硬件和结构设计上的综合挑战。并且,对这一概念的深刻认知和分析是对电驱动系统的性能提前预言的基础,是初期设计以及系统改进阶段必要的步骤。因此,也成为行业里小伙伴们最关心的问题点之一,希望V3.0的更新能给大家带来帮助!


以上「SysPro|新电动汽车性能解读」专栏关于"转矩控制精度"性能解析的节选,完整版在知识星球发布,更多关于驱动系统的功能解读、性能解读、标准解读、可靠性解读、计算工具、拓展阅读、培训视频已在知识星球「SysPro系统工程智库」发布,欢迎阅读学习(点击文末阅读原文)

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