電驅產品前期開發階段，時常遇到電機輸出扭矩波動或扭矩偏差的現象，甚至在后期客戶裝車時也會出現這現象，這就要求現場調試人員快速鎖定問題點，減少項目技術風險。然而，現場調試的工程師往往并不是開發和熟悉控制模型的算法工程師，可能是系統工程師、測試工程師、標定工程師或現場調試工程師，因此，電驅輸出扭矩波動、扭矩偏差等問題將帶給現場調試人員不小的壓力，如何快速切入問題點的分析就顯得尤為重要。

下面將介紹如何入手分析PMSM電機輸出扭矩波動和扭矩偏差的現象。

(相關資料圖)

**1. **扭矩控制的要求

為了分析扭矩波動和扭矩偏差問題，首先我們需要了解扭矩控制精度和扭矩階躍響應要求：

1).扭矩精度要求

在《GB/T18488.1-2015-電動汽車用電機及其控制器第1部分-技術條件》3.11中給出了轉矩控制精度的定義。某OEM提出扭矩精度要求：電機輸出扭矩在0~100Nm范圍內，精度控制在±3Nm內；而大于100Nm時，精度控制在±3%內。

2).扭矩階躍相應要求

扭矩階躍相應要求主要是關注“電機輸出扭矩”跟隨“車輛請求扭矩”的動態性能，例如：整車的Tip in工況，主要考核指標為“扭矩階躍相應時間”、“扭矩階躍相應的過沖量”，如圖1 所示，為某OEM對扭矩階躍響應的要求。

圖1. 扭矩階躍相應示意圖

另外，扭矩控制還有其他需求，如：堵轉以及功能安全對扭矩的限制要求等，這些都屬于電驅系統安全保護范疇，在此不作分析，后期另起篇幅來闡述。

2. 影響PMSM****電機輸出扭矩的因數

根據PMSM電機的FOC控制方法，如圖2所示，可知電機輸出扭矩的計算：

圖2.電機控制示意圖

其中，

λpm---為PSM電機轉子永磁體磁鏈；

id,iq---為根據參考扭矩T查表得出d軸和q軸等效參考電流，

Ld,Lq---為d軸q軸等效電感；

θ---電機轉子的電角度；

iu,iv,iw---電流傳感器采集的三相電流；

Udc---直流母線電壓；

TLoss---電機機械摩擦阻力；

根據上述扭矩的計算公式，可知與電機輸出扭矩的相關因數。

1). 轉子永磁體磁鏈λpm：

因轉子制造的誤差差，磁鋼的分布誤差，轉子上磁鏈的分布不均勻對稱，則導致電機輸出扭矩存在波動。另外，因永磁體是個熱敏感型材料，不同溫度下，轉子磁鏈的大小也不同，則導致電機輸出扭矩存在偏差。

2). d軸和q軸等效參考電流id,iq：

根據參考扭矩查表得出對應的參考電流id,iq，其給定值存在偏差，則導致電機的輸出扭矩存在偏差。另外，Id,Iq在進入電流環進行PID調節和解耦處理不當時，則導致電機輸出扭矩存在波動，特別是扭矩階躍響應的動態特性，如圖1所示。

3). 轉子電角度θ：

轉子電角度θ存在偏差，例如：位置傳感器輸出幅值不平衡，零位偏角誤差，正交誤差，以及運算處理延時誤差等，則導致電機輸出扭矩存在波動及偏差。

4). 定子電感Ld,Lq：

因電機制造和安裝偏差，定轉子不同軸，氣隙存在不均衡等，引起定子電感的偏差，則導致電機輸出扭矩存在波動及偏差。

5).三相電流iu,iv,iw:

因逆變器死區和IGBT開關管導通壓降等非理想因素影響的存在，同時在高速區為了提高電壓利用率而采用不同的SVPWM方法等，引起三相電流輸出存在許多高階次電流諧波，則導致電機輸出扭矩存在許多高階次波動；同時，三相電流傳感器采樣誤差以及反饋中id,iq運算延時誤差的存在，則導致電機輸出扭矩存在偏差。

6). 直流母線電壓Udc:

因母線電壓Udc未直接參與扭矩的計算過程，只是在參考電流id,iq查表時使用到參考量Udc, 相對而言，只要Udc偏差不離譜，則母線電壓紋波和測量誤差對電機輸出扭矩的影響甚微。

7). 電機機械摩擦力TLoss:

因電機軸承的摩擦而存在摩擦阻力，則導致電機輸出扭矩存在偏差。

針對上述影響電機扭矩輸出的因素，電機控制軟件都相應地做補償或修正，故當電機輸出扭矩存在波動或偏差時，我們可逐一分析上述因素及其修正的策略。另外，還需考慮電機控制器運算處理的時間延遲，即是整車請求扭矩到實際扭矩輸出存在時間差，是影響電機輸出扭矩階躍響應時間的重要因素之一。

**3. **整車運行環境對電機輸出扭矩的影響

為了車輛運行的舒適性和安全性，我們往往需要考慮整車運行的環境，相應地對驅動電機輸出扭矩做適當調整。如圖3所示，從整車控制器發出的請求扭矩T到電機的參考扭矩Te_ref ，（Te_ref見如圖2所示），往往因運行環境的非理想化而需要進行各種扭矩限制或補償修正，導致電機輸出扭矩與請求扭矩出現偏差，甚至出現扭矩波動。

圖2.整車動態控制示意圖

1) 跛行模式

當整車出現非嚴重性故障時，車輛需要跛行回家維修，則要求車輛驅動系統進入跛行模式，限制最大車速和驅動系統輸出的最大扭矩。

2) TCS****限制驅動系統最大/最小扭矩輸出

當TCS功能被觸發，例如：打滑工況，則要求限制驅動系統最大或最小輸出扭矩。

3）防抖功能

為了消除車速抖動，例如：tip in、tip out工況等，需要在現有請求扭矩的基礎上疊加一個消抖扭矩。

4）摩擦阻力矩

為了確保整車控制器請求扭矩與電驅動系統輸出扭矩的一致性，需要要補償電機或減速箱內摩擦力矩。

5）降功率模式

當電驅系統出現過溫、過壓、過速、過流等環境因素，即將影響驅動系統運行時，則要求電驅動系統進入降功率模式運行，限制電機輸出扭矩，避免電驅系統環境因素惡化。

上述前三點功能部分主機廠要求在整車控制器內部實施，也有部分主機廠會要求在電機控制器內部實施，同樣還有防滑控制、防騰空控制等要；后兩點基本電機控制軟件內部都要求實現。

為了快速鎖定電機輸出扭矩的波動和偏差的問題點，我們可以對比“整車控制器請求扭矩”、“電機參考扭矩Te_ref”和“電機實際輸出扭矩”來確定扭矩波動和偏差發生的大致方向，然后，結合車輛運行環境（例如：冷卻液流量、電驅系統溫度、電壓、電流、速度、故障燈等因素）以及第2節提到的電機控制來進一步確定問題點。