一种扭矩估算方法、装置及汽车

技术领域

本申请涉及电机控制的技术领域，尤其涉及一种扭矩估算方法、装置及汽车。

背景技术

随着新能源汽车的快速大量普及，随之而来的安全问题也越来越突出。对于纯电动汽车而言，主驱电机是唯一的转矩输出装置。驱动电机的转矩输出异常可能导致车辆非预期加速或者非预期减速，从而有可能导致车祸的发生，存在很大的安全隐患。因此为了保证安全需要对电机输出转矩进行安全监控。

目前大部分具有实际输出转矩功能且满足功能安全要求的电机控制器，实现功能安全中转矩安全的方法是将电机的输出转矩与整车控制器请求转矩进行对比，在一定范围内认为输出正常，否则认为发生影响安全的异常。在主驱系统上面不具备扭矩传感器，因此需要对实际输出转矩通过算法进行估算。但是现有的扭矩估算方法的精度不高，很容易导致车辆非预期的关断，非预期的关断后，车辆需要重启才能运行，用户体验很不好。

发明内容

本申请提供了一种扭矩估算方法、装置及汽车，可提高对车辆实际输出扭矩的估算精度，从而减少非预期关断的车辆工况出现，以进一步保障驾乘安全。

第一方面，本申请实施例提供了一种扭矩估算方法，该方法包括：

获取电机转速，并基于电机转速确定扭矩估算模型，其中，扭矩估算模型包括电流模型与功率模型；

读取扭矩估算模型对应的目标数据段，得到预设组数的扭矩估算数据；

基于扭矩估算模型对预设组数的扭矩估算数据进行计算，得到预设个数的估算扭矩；

对预设个数的估算扭矩进行均值计算，得到估算的实际电机扭矩。

进一步的，所述基于电机转速确定扭矩估算模型的步骤包括：

确定电机转速所处的预设数值范围；

当确定电机转速处于第一预设数值范围内，则扭矩估算模型为电流模型；

当确定电机转速处于第二预设数值范围内，则扭矩估算模型为电流模型与功率模型，其中，第二预设数值范围的下限值大于第一预设数值范围的上限值；

当确定电机转速处于第三预设数值范围内，则扭矩估算模型为功率模型，其中，第三预设数值范围的下限值大于第二预设数值范围的上限值。

进一步的，在所述获取电机转速，并基于电机转速确定扭矩估算模型的步骤之前包括：

基于所采集的电机旋转变压器的正余弦信号进行计算，得到电机转子的位置数据；

基于电机转子的位置数据计算确定电机转速。

进一步的，在所述读取扭矩估算模型对应的目标数据段，得到预设组数的扭矩估算数据的步骤之前包括：

以预设周期将电机的三相电流值、电机旋转变压器的正余弦数据作为一组数据，按序存储在电流模型对应的目标数据段中；

以预设周期将电机的三相电流值、电机旋转变压器的正余弦数据、电机控制器直流母线的电压值以及电机三相桥臂开关状态数据作为一组数据，按序存储在功率模型对应的目标数据段中。

进一步的，所述扭矩估算模型对应的目标数据段的长度大小至少为预设组数的双倍。

进一步的，所述读取扭矩估算模型对应的目标数据段，得到预设组数的扭矩估算数据的步骤包括：

按序循环读取扭矩估算模型对应的目标数据段中的数据，并在读取每组扭矩估算数据时，将数据索引值加一；

当数据索引值达到预设阈值时，得到预设组数的扭矩估算数据，并输出循环结束的标志位，清零数据索引值。

进一步的，当扭矩估算模型为电流模型时，所述基于扭矩估算模型对预设组数的扭矩估算数据进行计算，得到预设个数的估算扭矩的步骤包括：

基于每组扭矩估算数据中的电机旋转变压器的正余弦数据计算确定电机转子的位置数据；

基于每组扭矩估算数据中的电机的三相电流值以及电机转子的位置数据进行计算，确定电机d轴和q轴上的实际控制电流值；

基于电机d轴和q轴上的实际控制电流值进行计算，得到电流矢量和其与电机转子旋转坐标系之间的夹角；

获取电机参数，基于电机参数、电流矢量及电流矢量与电机转子旋转坐标系之间的夹角进行计算，得到电机实际输出的电磁力矩；

基于电机转子的位置数据计算得到电机转速；

基于电机转速计算得到电机输出轴上的摩擦力矩；

基于电机实际输出的电磁力矩和电机输出轴上的摩擦力矩，得到每组扭矩估算数据对应的估算扭矩。

进一步的，当扭矩估算模型为功率模型时，所述基于扭矩估算模型对预设组数的扭矩估算数据进行计算，得到预设个数的估算扭矩的步骤包括：

基于每组扭矩估算数据中的电机控制器直流母线的电压值以及电机三相桥臂开关状态数据，计算得到重构出的三相电压值；

基于重构出的三相电压值与每组扭矩估算数据中的电机的三相电流值进行计算，得到电机控制器的输出功率；

基于每组扭矩估算数据中的电机旋转变压器的正余弦数据计算确定电机转子的位置数据；

基于电机转子的位置数据计算得到电机转速；

基于电机控制器的输出功率、系统效率以及电机转速，计算得到每组扭矩估算数据对应的估算扭矩。

第二方面，本发明还提供一种扭矩估算装置，所述扭矩估算装置包括：

模型确定模块，用于获取电机转速，并基于电机转速确定扭矩估算模型，其中，扭矩估算模型包括电流模型与功率模型；

数据读取模块，用于读取扭矩估算模型对应的目标数据段，得到预设组的扭矩估算数据；

第一扭矩计算模块，用于基于扭矩估算模型对预设组数的扭矩估算数据进行计算，得到预设个数的估算扭矩；

第二扭矩计算模块，用于对预设个数的估算扭矩进行均值计算，得到估算的实际电机扭矩。

进一步的，所述模型确定模块，还具体用于：

确定电机转速所处的预设数值范围；

当确定电机转速处于第一预设数值范围内，则扭矩估算模型为电流模型；

当确定电机转速处于第二预设数值范围内，则扭矩估算模型为电流模型与功率模型，其中，第二预设数值范围的下限值大于第一预设数值范围的上限值；

当确定电机转速处于第三预设数值范围内，则扭矩估算模型为功率模型，其中，第三预设数值范围的下限值大于第二预设数值范围的上限值。

进一步的，所述扭矩估算装置还包括转速计算模块，用于：

基于所采集的电机旋转变压器的正余弦信号进行计算，得到电机转子的位置数据；

基于电机转子的位置数据计算确定电机转速。

进一步的，所述扭矩估算装置还包括存储模块，用于：

以预设周期将电机的三相电流值、电机旋转变压器的正余弦数据作为一组数据，按序存储在电流模型对应的目标数据段中；

以预设周期将电机的三相电流值、电机旋转变压器的正余弦数据、电机控制器直流母线的电压值以及电机三相桥臂开关状态数据作为一组数据，按序存储在功率模型对应的目标数据段中。

进一步的，所述扭矩估算模型对应的目标数据段的长度大小至少为预设组数的双倍。

进一步的，所述数据读取模块，还具体用于：

按序循环读取扭矩估算模型对应的目标数据段中的数据，并在读取每组扭矩估算数据时，将数据索引值加一；

当数据索引值达到预设阈值时，得到预设组数的扭矩估算数据，并输出循环结束的标志位，清零数据索引值。

进一步的，当扭矩估算模型为电流模型时，所述第一扭矩计算模块，还具体用于：

基于每组扭矩估算数据中的电机旋转变压器的正余弦数据计算确定电机转子的位置数据；

基于每组扭矩估算数据中的电机的三相电流值以及电机转子的位置数据进行计算，确定电机d轴和q轴上的实际控制电流值；

基于电机d轴和q轴上的实际控制电流值进行计算，得到电流矢量和其与电机转子旋转坐标系之间的夹角；

获取电机参数，基于电机参数、电流矢量及电流矢量与电机转子旋转坐标系之间的夹角进行计算，得到电机实际输出的电磁力矩；

基于电机转子的位置数据计算得到电机转速；

基于电机转速计算得到电机输出轴上的摩擦力矩；

基于电机实际输出的电磁力矩和电机输出轴上的摩擦力矩，得到每组扭矩估算数据对应的估算扭矩。

进一步的，当扭矩估算模型为功率模型时，所述第二扭矩计算模块，还具体用于：

基于每组扭矩估算数据中的电机控制器直流母线的电压值以及电机三相桥臂开关状态数据，计算得到重构出的三相电压值；

基于重构出的三相电压值与每组扭矩估算数据中的电机的三相电流值进行计算，得到电机控制器的输出功率；

基于每组扭矩估算数据中的电机旋转变压器的正余弦数据计算确定电机转子的位置数据；

基于电机转子的位置数据计算得到电机转速；

基于电机控制器的输出功率、系统效率以及电机转速，计算得到每组扭矩估算数据对应的估算扭矩。

第三方面，本发明还提供一种汽车，所述汽车包括处理器，存储器，存储于所述存储器上并可在所述处理器上运行的扭矩估算程序，所述处理器执行所述扭矩估算程序时实现如上述所述的扭矩估算方法的步骤。

综上，与现有技术相比，本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本申请实施例提供的一种扭矩估算方法、装置及汽车，对每个扭矩估算模型设置包括若干组扭矩估算数据的数据段，在基于电机转速所处的不同范围确定需要进行扭矩估算的模型保障扭矩估算精度的基础上，通过读取并计算模型对应目标数据段的预设组扭矩估算数据，可得到预设个数的估算扭矩并进行均值计算，得到精度更高的实际电机扭矩，通过本申请可以提高对车辆实际输出扭矩的估算精度，从而减少由于估算扭矩精度不高导致非预期关断的车辆工况出现，以进一步保障驾乘安全。

附图说明

图1为本申请一个实施例提供的扭矩估算方法的流程示意图。

图2为本申请又一个实施例提供的扭矩估算方法中基于电流模型估算电机扭矩的流程示意图。

图3为本申请再一个实施例提供的扭矩估算方法中基于功率模型估算电机扭矩的流程示意图。

图4为本申请一个实施例提供的扭矩估算装置的功能模块示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参见图1，本申请实施例提供了扭矩估算方法，该方法具体包括：

步骤S10，获取电机转速，并基于电机转速确定扭矩估算模型，其中，扭矩估算模型包括电流模型与功率模型；

步骤S20，读取扭矩估算模型对应的目标数据段，得到预设组数的扭矩估算数据；

步骤S30，基于扭矩估算模型对预设组数的扭矩估算数据进行计算，得到预设个数的估算扭矩；

步骤S40，对预设个数的估算扭矩进行均值计算，得到估算的实际电机扭矩。

本实施例中，电机处于不同转速范围时，不同扭矩估算模型的计算精度不一样，扭矩估算模型包括电流模型与功率模型。其中，电流模型在电机转速较低时，对扭矩的估算精度较高，功率模型在电机转速较高时，对扭矩的估算精度较高。因此本实施例方案在进行扭矩估算时，需要先获取电机转速，再基于电机转速确定进行扭矩高精度估算的模型，以保障扭矩估算的精度。

考虑到现有方案中电流模型与功率模型这两种扭矩估算模型均需运行在与电机控制同频的中断中，而基于这两种扭矩估算模型的融合输出需运行在定周期的周期性任务中，还有若干保护性程序运行的中断，会导致实现扭矩估算方法的车载软件架构，不利于实现功能安全的要求，本实施方案中，对每个扭矩估算模型设置数据段，将扭矩估算模型需要采集的原始信号数据进行周期性采集后存储在扭矩估算模型对应的目标数据段中，目标数据段中包括若干组的扭矩估算数据。通过设置数据缓存数据段，整个安全层的软件只有一个定周期的主任务，降低了软件的复杂度。

在基于电机转速确定需要进行扭矩估算的模型后，即可读取扭矩估算模型对应的目标数据段，得到预设组数的扭矩估算数据，以免估算数据单一为电机短时波动的数据，以保证数据的鲁棒性，从而进一步提高扭矩估算的精度。在得到预设组数的扭矩估算数据后，基于所确定的扭矩估算模型分别对预设组数的扭矩估算数据进行计算，可得到预设个数的估算扭矩。此时对该预设个数的估算扭矩进行均值计算，可得到估算的实际电机扭矩。经过均值计算后估算得到的实际电机扭矩精度较高，减少了由于估算扭矩精度不高导致的误触发关断的车辆工况。其中，电流模型的均值计算如

进一步地，一实施例中，所述基于电机转速确定扭矩估算模型的步骤包括：

确定电机转速所处的预设数值范围；

当确定电机转速处于第一预设数值范围内，则扭矩估算模型为电流模型；

当确定电机转速处于第二预设数值范围内，则扭矩估算模型为电流模型与功率模型，其中，第二预设数值范围的下限值大于第一预设数值范围的上限值；

当确定电机转速处于第三预设数值范围内，则扭矩估算模型为功率模型，其中，第三预设数值范围的下限值大于第二预设数值范围的上限值。

本实施例中，为了保障扭矩估算的精度，对处于不同转速范围的电机，采用不同的扭矩估算模型进行扭矩估算。其中，电流模型在电机转速较低时扭矩的估算精度较高，功率模型在电机转速较高时扭矩的估算精度较高，而在电机转速处于不高不低的中间值时，单独采用电流模型或功率模型，其估算精度差别不大，因而在中间值可以综合两种扭矩估算模型的特点。基于上述考虑，本实施例方案预先设置三个数值范围，此三个数值范围的值基于有限次试验或者技术人员的实际经验对各个扭矩估算精度进行比对确定，然后对应标定。在获取电机转速后，确定电机转速所处的数值范围即可确定后续进行扭矩估算时所使用的模型。其中，第二预设数值范围的下限值大于第一预设阈值的上限值，第三预设数值范围的下限值大于第二预设数值范围的上限值。当电机转速处于第一预设数值范围内时，扭矩估算模型为电流模型。当电机转速处于第二预设数值范围内时，扭矩估算模型为电流模型与功率模型。当电机转速处于第三预设数值范围内时，扭矩估算模型为功率模型。通过上述分配扭矩估算模型的方式，可以进一步提高扭矩估算的精度，保证了在整个工作转速范围内都具有很高的扭矩估算精度。

进一步地，一实施例中，在所述步骤S10之前包括：

基于所采集的电机旋转变压器的正余弦信号进行计算，得到电机转子的位置数据；

基于电机转子的位置数据计算确定电机转速。

本实施例中，在获取电机转速之前，需要先计算确定电机转速，相较于现有方案基于设置的硬件芯片解码确定电机转子位置数据，再基于电机转子的位置数据计算确定电机转速的方式，本实施例方案可以基于所采集的电机旋转变压器的正余弦信号进行计算，得到电机转子的位置数据，再基于电机转子的位置数据计算确定电机转速。通过该方式确定电机转速可以节省硬件芯片，进一步降低电机控制器系统成本。

进一步地，一实施例中，在所述步骤S20之前包括：

以预设周期将电机的三相电流值、电机旋转变压器的正余弦数据作为一组数据，按序存储在电流模型对应的目标数据段中；

以预设周期将电机的三相电流值、电机旋转变压器的正余弦数据、电机控制器直流母线的电压值以及电机三相桥臂开关状态数据作为一组数据，按序存储在功率模型对应的目标数据段中。

本实施例中，电流模型对应的数据段中包含若干组数据，其中，一组数据又包含相电流检测装置检测得到的电机的三相电流值以及旋转变压器检测装置检测旋转变压器基于周期激励信号输出的连续正余弦信号数据。功率模型对应的数据段中包含若干组数据，其中，一组数据又包含母线电压检测装置检测得到的直流母线上的电压、PWM检测装置检测得到包括一个周期内上半桥三个功率管给定的瞬时相电压占空比的电机三相桥臂开关状态数据、相电流检测装置检测得到的电机的三相电流值以及旋转变压器检测装置检测旋转变压器基于周期激励信号输出的连续正余弦信号数据。将以上数据按检测采集的先后顺序存储在电流模型和功率模型对应的目标数据段中，以供后续估算扭矩时按组读取使用。

进一步地，一实施例中，扭矩估算模型对应的目标数据段的长度大小至少为预设组数的双倍。

本实施例中，缓存区的目标数据段中的数据会经过采集、缓存、读取、计算以及更新的过程。为了保障计算时原始数据的完整性，读取目标数据段中的预设组数的数据时，需要目标数据段中有预设组数的数据可以进行新采集数据的缓存，因此每一扭矩估算模型对应的目标数据段的长度至少为预设组数的双倍，其中预设组数为单次读取计算的最大允许数组量。

进一步地，一实施例中，所述步骤S20包括：

按序循环读取扭矩估算模型对应的目标数据段中的数据，并在读取每组扭矩估算数据时，将数据索引值加一；

当数据索引值达到预设阈值时，得到预设组数的扭矩估算数据，并输出循环结束的标志位，清零数据索引值。

本实施例中，按照数据进入缓存区的顺序对扭矩估算模型对应的目标数据段中的数据进行循环读取，循环读取的结束条件为得到预设组数的扭矩估算数据。因此在循环读取目标数据段中的数据时，每读取一组数据，将缓存数据计数器的数据索引值加一。预设阈值即对应预设组数的数值，当数据索引值达到预设阈值时，此时可以输出循环结束的标志位，结束读取目标缓存区的缓存，清零数据索引值，以供下一次读取数据时进行计数。同时由于预设组数的数据已读取完成，可以清空该预设组数的数据所在位置，用于更新缓存新的采集数据。

进一步地，一实施例中，当扭矩估算模型为电流模型时，所述步骤S30包括：

基于每组扭矩估算数据中的电机旋转变压器的正余弦数据计算确定电机转子的位置数据；

基于每组扭矩估算数据中的电机的三相电流值以及电机转子的位置数据进行计算，确定电机d轴和q轴上的实际控制电流值；

基于电机d轴和q轴上的实际控制电流值进行计算，得到电流矢量和其与电机转子旋转坐标系之间的夹角；

获取电机参数，基于电机参数、电流矢量及电流矢量与电机转子旋转坐标系之间的夹角进行计算，得到电机实际输出的电磁力矩；

基于电机转子的位置数据计算得到电机转速；

基于电机转速计算得到电机输出轴上的摩擦力矩；

基于电机实际输出的电磁力矩和电机输出轴上的摩擦力矩，得到每组扭矩估算数据对应的估算扭矩。

本实施例中，当扭矩估算模型为电流模型时，每组扭矩估算数据包括相电流检测装置检测得到的电机的三相电流值

进一步地，一实施例中，当扭矩估算模型为功率模型时，所述步骤S30包括：

基于每组扭矩估算数据中的电机控制器直流母线的电压值以及电机三相桥臂开关状态数据，计算得到重构出的三相电压值；

基于重构出的三相电压值与每组扭矩估算数据中的电机的三相电流值进行计算，得到电机控制器的输出功率；

基于每组扭矩估算数据中的电机旋转变压器的正余弦数据计算确定电机转子的位置数据；

基于电机转子的位置数据计算得到电机转速；

基于电机控制器的输出功率、系统效率以及电机转速，计算得到每组扭矩估算数据对应的估算扭矩。

本实施例中，当扭矩估算模型为功率模型时，每组扭矩估算数据包括电机的三相电流值

本申请实施例还提供一种扭矩估算装置。

参照图4，扭矩估算装置第一实施例的功能模块示意图。

本实施例中，所述扭矩估算装置包括：

模型确定模块10，用于获取电机转速，并基于电机转速确定扭矩估算模型，其中，扭矩估算模型包括电流模型与功率模型；

数据读取模块20，用于读取扭矩估算模型对应的目标数据段，得到预设组的扭矩估算数据；

第一扭矩计算模块30，用于基于扭矩估算模型对预设组数的扭矩估算数据进行计算，得到预设个数的估算扭矩；

第二扭矩计算模块40，用于对预设个数的估算扭矩进行均值计算，得到估算的实际电机扭矩。

进一步的，所述模型确定模块10，还具体用于：

确定电机转速所处的预设数值范围；

当确定电机转速处于第一预设数值范围内，则扭矩估算模型为电流模型；

当确定电机转速处于第二预设数值范围内，则扭矩估算模型为电流模型与功率模型，其中，第二预设数值范围的下限值大于第一预设数值范围的上限值；

当确定电机转速处于第三预设数值范围内，则扭矩估算模型为功率模型，其中，第三预设数值范围的下限值大于第二预设数值范围的上限值。

进一步的，一实施例中，所述扭矩估算装置还包括转速计算模块，用于：

基于所采集的电机旋转变压器的正余弦信号进行计算，得到电机转子的位置数据；

基于电机转子的位置数据计算确定电机转速。

进一步的，一实施例中，所述扭矩估算装置还包括存储模块，用于：

以预设周期将电机的三相电流值、电机旋转变压器的正余弦数据作为一组数据，按序存储在电流模型对应的目标数据段中；

以预设周期将电机的三相电流值、电机旋转变压器的正余弦数据、电机控制器直流母线的电压值以及电机三相桥臂开关状态数据作为一组数据，按序存储在功率模型对应的目标数据段中。

进一步的，一实施例中，所述扭矩估算模型对应的目标数据段的长度大小至少为预设组数的双倍。

进一步的，一实施例中，所述数据读取模块20，还具体用于：

按序循环读取扭矩估算模型对应的目标数据段中的数据，并在读取每组扭矩估算数据时，将数据索引值加一；

当数据索引值达到预设阈值时，得到预设组数的扭矩估算数据，并输出循环结束的标志位，清零数据索引值。

进一步的，一实施例中，当扭矩估算模型为电流模型时，所述第一扭矩计算模块30，还具体用于：

基于每组扭矩估算数据中的电机旋转变压器的正余弦数据计算确定电机转子的位置数据；

基于每组扭矩估算数据中的电机的三相电流值以及电机转子的位置数据进行计算，确定电机d轴和q轴上的实际控制电流值；

基于电机d轴和q轴上的实际控制电流值进行计算，得到电流矢量和其与电机转子旋转坐标系之间的夹角；

获取电机参数，基于电机参数、电流矢量及电流矢量与电机转子旋转坐标系之间的夹角进行计算，得到电机实际输出的电磁力矩；

基于电机转子的位置数据计算得到电机转速；

基于电机转速计算得到电机输出轴上的摩擦力矩；

基于电机实际输出的电磁力矩和电机输出轴上的摩擦力矩，得到每组扭矩估算数据对应的估算扭矩。

进一步的，一实施例中，当扭矩估算模型为功率模型时，所述第一扭矩计算模块30，还具体用于：

基于每组扭矩估算数据中的电机控制器直流母线的电压值以及电机三相桥臂开关状态数据，计算得到重构出的三相电压值；

基于重构出的三相电压值与每组扭矩估算数据中的电机的三相电流值进行计算，得到电机控制器的输出功率；

基于每组扭矩估算数据中的电机旋转变压器的正余弦数据计算确定电机转子的位置数据；

基于电机转子的位置数据计算得到电机转速；

基于电机控制器的输出功率、系统效率以及电机转速，计算得到每组扭矩估算数据对应的估算扭矩。

其中，上述扭矩估算装置中各个模块的功能实现与上述扭矩估算方法实施例中各步骤相对应，其功能和实现过程在此处不再一一赘述。

本申请实施例提供一种汽车，所述汽车包括处理器，存储器，存储于所述存储器上并可在所述处理器上运行的扭矩估算程序，其中，所述处理器可以调用存储的扭矩估算程序，并执行本申请实施例提供的扭矩估算方法的步骤。

其中，扭矩估算程序被执行时所实现的方法可参照本申请扭矩估算方法的各个实施例，此处不再赘述。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。