用于动力总成系统中的振动衰减的方法和设备与流程

本发明涉及用于车辆的动力总成系统，以及与其相关的控制。

背景技术：

已知的车辆动力总成系统包括内燃机和电动机/发电机，其可被联接至传动装置，以将扭矩传递至车辆的动力传动系，用于牵引作用。已知的电动机/发电机被从高压能量存储系统供应电能。动力总成系统可采用再生控制系统，以回收电能，用于充电高压能量储存系统，作为对包括制动和/或滑行的操作员命令的响应。在一个实施例中，在发动机与电动机/发电机之间经由皮带驱动机构可传递扭矩，该皮带驱动机构可旋转地联接发动机曲轴和电动机/发电机的转子。由于各种设计和操作特性，在发动机与电动机/发电机之间的扭矩传递过程中可产生机械振动。机械振动可包括可产生声学噪声的周期性波纹。

技术实现要素：

描述了一种包括电机的动力总成系统，该电机经由皮带被可旋转地联接至内燃机的曲轴，其中，该电机被设置成用于产生扭矩。用于控制电机的方法包括：监测电机的旋转位置，以及周期性地执行速度观测器以基于监测的电机的旋转位置来确定电机的旋转速度。加速度观测器被周期性地执行以确定加速速率，其中，基于电机旋转速度的基于时间的变化来确定加速速率。基于加速速率来确定虚拟惯性项，以及基于虚拟惯性项和加速速率来确定扭矩补偿项。基于扭矩补偿项来控制电机以产生扭矩。

从以下结合附图对实现本发明的最佳模式和其它实施例中的一些的详细描述中，如所附权利要求书限定，将很容易清楚本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点。

附图说明

现在通过实例，参考附图将描述一个或多个实施例，其中：

图1示意性地示出了根据本发明的包括动力总成系统的车辆，该动力总成系统包括具有曲轴的内燃机，该曲轴经由滑轮机构联接至电机，该滑轮机构包括蛇形皮带；

图2-1示意性地示出了根据本发明的用于确定电机的旋转速度和加速速率的电动机速度监测例程的流程图，其可在参考图1所描述的动力总成系统的实施例上采用；

图2-2示意性地示出了根据本发明的用于确定用于电机的一实施例的扭矩确定例程的流程图，其可在参考图1所描述的动力总成系统的实施例上采用；以及

图3示意性地示出了根据本发明的可由参考图2-1所描述的电动机速度监测例程所采用的分析过程的细节，以基于电动机位置来确定电动机速度，其中，电动机速度为基于电动机位置所评估的电动机速度，且电动机加速速率为基于评估的电动机速度所评估的电动机加速速率。

具体实施方式

现在参考附图，它们仅仅用于示出某些示例性实施例的目的而不是为了限制该实施例。图1示意性地示出了包括动力总成系统20的车辆100，该动力总成系统包括具有曲轴36的内燃机40，该曲轴经由滑轮机构38联接至电力扭矩机器(电机)35，该滑轮机构包括蛇形皮带并由控制系统10来控制。内燃机40的曲轴36还经由扭矩变换器44可旋转地联接至传动装置50，该传动装置被联接至动力传动系60。在整个说明书中，相同的附图标记指示相同的元件。

电机35和内燃机40为扭矩产生装置。电机35包括经由滑轮机构38而机械地可旋转地联接至发动机40的曲轴36的输出构件，这提供了电机与发动机之间的机械动力路径。滑轮机构38被配置成用于产生发动机40与电机35之间的扭矩传递，包括从电机35传递扭矩至发动机40，用于发动机自动启动/自动停车操作、牵引扭矩辅助、和再生制动，以及从发动机40传递扭矩至电机35，用于高压充电。在一个实施例中，滑轮机构38包括在附接至发动机40的曲轴36的滑轮与附接至电机35的输出构件的另一滑轮之间缠绕的蛇形皮带，其中，电机35的输出构件可以为联接至电机35的转子的可旋转轴。例如，系统可以被称作为皮带发电机起动器(bas)系统。可选地，滑轮机构38可包括任何适当的扭矩联接机构，例如容积式齿轮机构或柔性链条。传动装置50包括联接至动力传动系60的输出构件62。在一个实施例中，发动机40可包括低压电磁致动电起动器42，用于响应于在一个实施例中的关键曲柄事件而起动。

发动机40优选地为多汽缸内燃机，该多汽缸内燃机通过燃烧过程将燃料转换成机械能。发动机40配备有多个致动器和感测装置，用于监测操作并输送燃料来形成燃烧装料，以产生响应于输出扭矩需求的扭矩。感测装置可包括曲轴位置传感器41，其可为任何适当的旋转位置感测系统，且优选地经由导线束13直接地通信至控制模块12，并经由通信总线18通信至逆变器控制器11。可选地，曲轴位置传感器41经由导线束13直接地通信至控制模块12，且经由第二导线束直接地通信至逆变器控制器11。

电机35优选地为高压多相电动机/发电机，其被配置成用于将储存的电能转换成机械能以及将机械能转换成电能，该电能可被储存在高压dc电源(电池)25内。电机35包括转子和定子以及所附的电动机位置传感器37，其可为分解器、霍尔效应传感器、或另一适当的旋转位置感测机构。电动机位置传感器37经由线束33直接地通信至逆变器控制器11，且被采用来监测电机35的转子的旋转位置，即电动机位置(θm)302。电机35的电动机位置(θm)302在逆变器控制器11中被解析，以控制逆变器模块32的控制电机35操作，参考图2-1、2-2和3来描述这种解析。逆变器控制器11优选地共同位于逆变器模块32(如所示)内，或可选地可遥远地位于例如控制模块12内。

高压电池25经由高压dc总线29电连接至逆变器模块32，以传输高压dc电能至电机35，来响应于源于控制系统10中的控制信号。逆变器模块32经由多相电动机控制电源总线31电连接至电机35。逆变器模块32配置有适当的控制电路，该控制电路包括功率晶体管，例如用于将高压dc电能转换成高压ac电能以及将高压ac电能转换成高压dc电能的绝缘栅双极型晶体管(igbt)。逆变器模块32优选地采用脉冲宽度调制(pwm)控制来将储存的源于高压电池25中的dc电能变换成ac电能，以驱动电机35来产生扭矩。类似地，逆变器模块32将传递至电机35的机械能变换成dc电能，以产生可储存在高压电池25内的电能，包括作为再生控制策略的一部分。可理解的是，逆变器模块32被配置成用于接收电动机控制命令并控制逆变器状态来提供发动机驱动和再生功能。

在一个实施例中，dc/dc电能变换器34电连接至低压总线28和低压电池27，以及电连接至高压总线29。这种电能连接是公知的且并未详细描述。在一个实施例中，低压电池27可电连接至辅助动力系统45，以提供低压电能至车辆上的低压系统，包括例如电动窗户、hvac风扇、座椅、和低压电磁致动电起动器42。可选地，电能变换器34可提供低压电能至车辆上的低压系统，因而代替辅助动力系统45。

扭矩变换器44为在发动机40与传动装置50之间布置的可旋转扭矩联接装置。扭矩变换器44优选地包括经由内部泵和叶片的流体扭矩联接器以及经由可控的离合器机构的机械扭矩联接器。

传动装置50可以以步进齿轮配置被布置，且可包括一或多个差速齿轮组和可激活的离合器，该离合器被配置成用于产生在多个步进齿轮状态中的一个下的在一速度比范围内的发动机40与输出构件62之间的扭矩传递。传动装置50包括任何适当的配置，且可被配置为自动传动装置，以在步进齿轮状态中自动地变换，以在一齿轮比下操作，其获得输出扭矩需求与发动机操作点之间的优选匹配。传动装置的操作可由传动装置控制器55来控制，该传动装置控制器优选地与控制器12相通信。在一个实施例中，动力传动系60可包括差速齿轮装置65，其可机械地联接至机械地联接至轮子66的车轴64或半轴。动力传动系60在传动装置50与道路表面之间传递牵引动力。动力总成系统20为示意性的，且本文描述的概念适用于类似配置的其它动力总成系统。

控制系统10包括通信至操作员界面14的控制模块12。控制模块12优选地与动力总成系统20的单独元件直接地相通信，或经由通信总线18相通信。控制模块12通信至高压电池25、逆变器模块32、电机35、发动机40和传动装置50中的每个的感测装置，以监测它们的操作和确定它们的参数状态。车辆100的操作员界面14包括多个人/机界面装置，通过该人/机界面装置车辆操作员来命令车辆100的操作，包括例如，使得操作员能够开动和起动发动机40的点火开关、加速踏板15、制动踏板16、传动装置档位选择器(prndl)17、转向轮和前照灯开关。加速踏板15提供信号输入，包括表明用于车辆加速的操作员需求的加速踏板位置；以及刹车踏板16提供信号输入，包括表面用于车辆制动的操作员需求的制动踏板位置。传动装置档位选择器17提供表明操作员期望的车辆移动方向的信号输入，包括若干离散的操作员可选择的位置，该位置表明输出构件62的优选的旋转方向为前进方向或为倒退方向。

形式为控制系统10与动力总成系统20的元件之间的传感器信号或致动器命令信号的通信可以使用一个或多个通信系统和装置来完成，包括例如，通信总线18、直接连接、局域网总线、串行外围接口总线和无线通信。

术语控制器、控制模块、模块、控制、控制单元、处理器和类似术语指的是专用集成电路(asic)、电子电路、中央处理单元(例如，微处理器和相关联的形式为存储器和存储装置的非暂时性存储器部件(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动等))中的任何一个或各种组合。非暂时性存储器部件能够储存机器可读指令，该机器可读指令的形式为：一个或多个软件或固件程序或例程、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、信号调节以及能够由一个或多个处理器访问以提供期望的功能的其它部件。输入/输出电路和装置包括模拟/数字变换器以及监测来自传感器的输入的相关装置，以预设的采样频率或响应于触发事件来监测这种输入。软件、固件、程序、指令、控制例程、代码、算法和类似术语意味着任何包括校准和查找表的控制器可执行的指令集。每个控制系执行控制例程来提供期望的功能，包括监测来自感测装置和其它联网控制器的输入以及执行控制和诊断例程来控制致动器的操作。在正在进行的操作过程中，例程可以定期被执行，例如每100微秒或每2毫秒。可选地，可执行例程来响应于触发事件的发生。控制器之间的通信，以及控制器、致动器和/或传感器之间的通信可使用直接有线链接、网络通信总线链接、无线链接或任何另一适当的通信链接来完成。通信包括以任何适当的形式来交换数据信号，包括例如，经由导电介质的电信号、经由空气的电磁信号、经由光波导的光信号等类似信号。数据信号可包括代表来自传感器输入的信号、代表致动器命令的信号、以及控制器之间的通信信号。术语“模块”指的是基于处理器的或处理器可执行的代码以及仿真装置或物理过程的物理存在的相关联的校准。如本文所使用，术语“动态的”和“动态地”描述了实时执行的步骤或古城，且其特征在于在执行例程或例程执行的间隔之间过程中，监测或以其它方式确定参数的状态以及定期地或周期性地更新参数的状态。

参考图1所描述的动力总成系统20和车辆100的实施例当发动机40或电机35产生扭矩时可经历可引起声学噪声的振动。这种振动可包括电动机轴速度的周期性波纹，其可包含振动特征。如参考图2-1、2-2和3所描述，基于从发动机轴速度波纹中提取的加速速率可确定虚拟惯性项，且经由校准可确定并调整等价惯性。一旦计算出虚拟惯性扭矩，它可被添加至扭矩命令，以产生用于电机35的最终扭矩命令，以便减轻速度波纹并因而使得噪声和振动最小化或消除，而优选地无需添加或重新设计硬件。这种配置通过消除包含发动机曲柄位置监测来适应车辆到车辆的变化。

本领域技术人员将认识到的是，在本文中可依照功能和/或逻辑框部件和/或各种处理步骤来描述本发明。应当意识到的是，这种方框部件可由任何数目的配置成执行指定功能的硬件、软件和/或固件部件组成。

图2-1示意性地示出了描绘用于确定用于电机的旋转速度和加速速率的电动机速度监测例程200的流程图，例如，在参考图1所描述的动力总成系统20的实施例上采用的电机35的实施例。表格1被提供为密钥，其中，数字标记方框和相应的功能如下被提出。

表格1

电动机速度监测例程200优选地以相对较快的重复率被周期性地执行，在一个实施例中，其可以为具有100us重复率的第一周期性速率。每个迭代(210)、原始电动机位置(θm)被监测，且由此基于自速度监测例程200的最后迭代的运行时间来确定电动机速度(ωm)(212)。电动机加速速率(αm)被确定，且优选地为来自发动机速度的发动机速度的基于时间的变化，该发动机速度在例程200的先前迭代过程中被确定(214)。电动机加速速率(αm)和电动机速度(ωm)优选地作为通信总线上的消息被通信(216)，且该迭代结束(218)。电动机速度(ωm)可被确定为评估的电动机速度ωest，以及电动机加速速率(αm)可被确定为评估的电动机加速速率αest。参考图3来描述上述内容。

图3示意性地示出了用于基于电动机位置来确定电动机速度的分析过程300的细节。分析过程300可为基于观测器的评估方法，其包括速度观测器301，该速度观测器与加速度观测器320以级联的形式一起布置，以确定评估的电动机速度ωest313和评估的电动机加速速率αest328。

速度观测器301基于原始测得的电动机位置θm302来评估电动机速度ωest313。速度观测器301可被配置为位置观测器分析模块，其操作如下。原始的电动机位置θm302基于来自电动机位置传感器37的信号输出来确定，且优选地为0与2π弧度之间的数值，其代表电机35的转子的旋转位置，其例如通过旋转位置传感器37被周期性地测量。参考元件303以图形方式示出了原始的电动机位置θm302的实例。差分运算器304计算原始的电动机位置θm302与评估的电动机位置θest315之间的数值差305。数值差305被提供作为比例-积分-微分分析器的输入，该比例-积分-微分分析器包括比例元件307、积分元件308和微分元件309。

比例元件307将数值差305与比例增益项kpω相乘，以产生第一结果。数值差305被传送至第一积分运算器306，其产生由积分元件308中的积分增益项kiω所乘得的项，以产生第二结果，且使用加法运算器310来自组合第一结果和第二结果，并在第二积分运算器311中被积分。

微分元件309将数值差305和微分增益项kdω相乘以产生第三结果，该第三结果与第一结果在另一加法运算器312中相组合，以确定评估的电动机速度ωest313，由元件318来以图形的方式示出其实例。

比例增益项kpω、积分增益项kiω和微分增益项kdω为应用特定增益项，当电机在操作状况的范围内操作时，它们被调整以获取近似于实际电动机速度的评估的电动机速度ωest313的值。

评估的电动机速度ωest313被传送至评估算法314，该算法基于以下式子来评估电动机位置θest315。

θest＝kω2θ-∫dt

参考元件316以图形方式示出的评估的电动机位置θest315被提供为用于在差分运算器304处与原始的电动机位置θm302进行比较的反馈。用于该迭代的评估的电动机速度ωest313被提供作为至加速度观测器320的输入，以确定评估的电动机加速速率αest328。加速度观测器320经由差分运算器321来计算评估的电动机速度ωest313与第二评估的电动机速度ω'est331之间的数值差322，如在本文中所述地来确定该数值差。数值差322被提供作为至比例-积分分析器的输入，该比例-积分分析器包括比例元件324和积分元件325。

比例元件324将数值差322与比例增益项kpα相乘，以产生第一结果。数值差305被传送至第三积分运算器323，其产生由积分元件325中的积分增益项kiα所乘得的项，以产生第二结果，且使用加法运算器326来自组合第一结果和第二结果，以确定评估的电动机加速速率αest328。由元件329来以图形方式示出评估的电动机加速速率αest328。评估的电动机加速速率αest328被传送至第四积分运算器330，以确定第二评估的电动机速度ω'est331。比例增益项kpα和积分增益项kiα为应用特定增益项，当电机在操作状况的范围内操作时，它们被调整以获取近似于实际电动机加速度的评估的电动机加速速率αest328的值。

图2-2示意性地示出了描绘用于确定用于电机的实施例的扭矩命令的扭矩确定例程220的流程图，例如，在参考图1所描述的动力总成系统20的实施例上采用的电机35的实施例。该扭矩命令结合包括电机的转子的轴上的速度波纹的虚拟惯性扭矩项。电机35的转子的轴上的速度波纹反射出扭矩相关的振动特性，其通过发动机40的曲轴36与电机35之间的滑轮机构38被传递。表格2被提供为密钥，其中，数字标记框和相应的功能如下被提出。

表格2

扭矩确定例程220优选地以相对较慢的重复率被周期性地执行，在一个实施例中，其可以为具有2.083ms重复率的第二周期性速率。每次迭代(222)，基于预定的校准来确定虚拟惯性项jvirtual，该预定的校准评估用于电机的该速度和扭矩操作点的期望的惯性项(224)。

用于虚拟惯性项jvirtual的预定的校准为应用特定阵列值，其基于旋转质量、轴承摩擦、以及与电机35、滑轮机构38和发动机40的曲轴36有关的其它元件可被计算、评估或另外被确定。用于虚拟惯性项jvirtual的应用特定阵列值可被预定被储存在存储器装置内，用于检索。

从电动机速度监测例程200来确定用于评估的电动机加速速率αest的当前值，且优选地通过将虚拟惯性项jvirtual和评估的电动机加速速率αest相乘来计算扭矩补偿项t*cmp(228)。用于电机的电动机扭矩命令t*em_hcp从控制器12捕获或另外地确定(230)，并且基于与操作员请求的用于车辆加速度的幅度、操作员请求的用于车辆制动的幅度、高压电池25的充电状态相关的因素以及其它因素。

通过组合电动机扭矩命令tem_hcp和扭矩补偿项t*em_cmp来确定用于电机的最终扭矩命令t*em(232)。用于电机的最终扭矩命令t*em被通信至用于实施的电动机控制器，且该迭代结束(234)。因此，可采用控制例程200来降低在参考图1所描述的动力总成系统的实施例上的噪声产生。此外，与确定电动机速度和加速度，以及关于确定电机的最终扭矩命令而采用它们所相关联的延迟可被降低，因而改进了响应性。

详细的说明和附图或图支持并描述本发明，但本发明的范围仅仅由权利要求书来限定。尽管已经详细地描述了用于实施本发明的最佳模式和其它实施例的一些，但存在用于实践在所附权利要求书中限定的本发明的各种可选设计和实施例。