用于動力總成系統中的振動衰減的方法和設備與流程

本發明涉及用于車輛的動力總成系統，以及與其相關的控制。

背景技術：

已知的車輛動力總成系統包括內燃機和電動機/發電機，其可被聯接至傳動裝置，以將扭矩傳遞至車輛的動力傳動系，用于牽引作用。已知的電動機/發電機被從高壓能量存儲系統供應電能。動力總成系統可采用再生控制系統，以回收電能，用于充電高壓能量儲存系統，作為對包括制動和/或滑行的操作員命令的響應。在一個實施例中，在發動機與電動機/發電機之間經由皮帶驅動機構可傳遞扭矩，該皮帶驅動機構可旋轉地聯接發動機曲軸和電動機/發電機的轉子。由于各種設計和操作特性，在發動機與電動機/發電機之間的扭矩傳遞過程中可產生機械振動。機械振動可包括可產生聲學噪聲的周期性波紋。

技術實現要素：

描述了一種包括電機的動力總成系統，該電機經由皮帶被可旋轉地聯接至內燃機的曲軸，其中，該電機被設置成用于產生扭矩。用于控制電機的方法包括：監測電機的旋轉位置，以及周期性地執行速度觀測器以基于監測的電機的旋轉位置來確定電機的旋轉速度。加速度觀測器被周期性地執行以確定加速速率，其中，基于電機旋轉速度的基于時間的變化來確定加速速率。基于加速速率來確定虛擬慣性項，以及基于虛擬慣性項和加速速率來確定扭矩補償項。基于扭矩補償項來控制電機以產生扭矩。

從以下結合附圖對實現本發明的最佳模式和其它實施例中的一些的詳細描述中，如所附權利要求書限定，將很容易清楚本發明的上述特征和優點以及其它特征和優點。

附圖說明

現在通過實例，參考附圖將描述一個或多個實施例，其中：

圖1示意性地示出了根據本發明的包括動力總成系統的車輛，該動力總成系統包括具有曲軸的內燃機，該曲軸經由滑輪機構聯接至電機，該滑輪機構包括蛇形皮帶；

圖2-1示意性地示出了根據本發明的用于確定電機的旋轉速度和加速速率的電動機速度監測例程的流程圖，其可在參考圖1所描述的動力總成系統的實施例上采用；

圖2-2示意性地示出了根據本發明的用于確定用于電機的一實施例的扭矩確定例程的流程圖，其可在參考圖1所描述的動力總成系統的實施例上采用；以及

圖3示意性地示出了根據本發明的可由參考圖2-1所描述的電動機速度監測例程所采用的分析過程的細節，以基于電動機位置來確定電動機速度，其中，電動機速度為基于電動機位置所評估的電動機速度，且電動機加速速率為基于評估的電動機速度所評估的電動機加速速率。

具體實施方式

現在參考附圖，它們僅僅用于示出某些示例性實施例的目的而不是為了限制該實施例。圖1示意性地示出了包括動力總成系統20的車輛100，該動力總成系統包括具有曲軸36的內燃機40，該曲軸經由滑輪機構38聯接至電力扭矩機器(電機)35，該滑輪機構包括蛇形皮帶并由控制系統10來控制。內燃機40的曲軸36還經由扭矩變換器44可旋轉地聯接至傳動裝置50，該傳動裝置被聯接至動力傳動系60。在整個說明書中，相同的附圖標記指示相同的元件。

電機35和內燃機40為扭矩產生裝置。電機35包括經由滑輪機構38而機械地可旋轉地聯接至發動機40的曲軸36的輸出構件，這提供了電機與發動機之間的機械動力路徑。滑輪機構38被配置成用于產生發動機40與電機35之間的扭矩傳遞，包括從電機35傳遞扭矩至發動機40，用于發動機自動啟動/自動停車操作、牽引扭矩輔助、和再生制動，以及從發動機40傳遞扭矩至電機35，用于高壓充電。在一個實施例中，滑輪機構38包括在附接至發動機40的曲軸36的滑輪與附接至電機35的輸出構件的另一滑輪之間纏繞的蛇形皮帶，其中，電機35的輸出構件可以為聯接至電機35的轉子的可旋轉軸。例如，系統可以被稱作為皮帶發電機起動器(bas)系統。可選地，滑輪機構38可包括任何適當的扭矩聯接機構，例如容積式齒輪機構或柔性鏈條。傳動裝置50包括聯接至動力傳動系60的輸出構件62。在一個實施例中，發動機40可包括低壓電磁致動電起動器42，用于響應于在一個實施例中的關鍵曲柄事件而起動。

發動機40優選地為多汽缸內燃機，該多汽缸內燃機通過燃燒過程將燃料轉換成機械能。發動機40配備有多個致動器和感測裝置，用于監測操作并輸送燃料來形成燃燒裝料，以產生響應于輸出扭矩需求的扭矩。感測裝置可包括曲軸位置傳感器41，其可為任何適當的旋轉位置感測系統，且優選地經由導線束13直接地通信至控制模塊12，并經由通信總線18通信至逆變器控制器11。可選地，曲軸位置傳感器41經由導線束13直接地通信至控制模塊12，且經由第二導線束直接地通信至逆變器控制器11。

電機35優選地為高壓多相電動機/發電機，其被配置成用于將儲存的電能轉換成機械能以及將機械能轉換成電能，該電能可被儲存在高壓dc電源(電池)25內。電機35包括轉子和定子以及所附的電動機位置傳感器37，其可為分解器、霍爾效應傳感器、或另一適當的旋轉位置感測機構。電動機位置傳感器37經由線束33直接地通信至逆變器控制器11，且被采用來監測電機35的轉子的旋轉位置，即電動機位置(θm)302。電機35的電動機位置(θm)302在逆變器控制器11中被解析，以控制逆變器模塊32的控制電機35操作，參考圖2-1、2-2和3來描述這種解析。逆變器控制器11優選地共同位于逆變器模塊32(如所示)內，或可選地可遙遠地位于例如控制模塊12內。

高壓電池25經由高壓dc總線29電連接至逆變器模塊32，以傳輸高壓dc電能至電機35，來響應于源于控制系統10中的控制信號。逆變器模塊32經由多相電動機控制電源總線31電連接至電機35。逆變器模塊32配置有適當的控制電路，該控制電路包括功率晶體管，例如用于將高壓dc電能轉換成高壓ac電能以及將高壓ac電能轉換成高壓dc電能的絕緣柵雙極型晶體管(igbt)。逆變器模塊32優選地采用脈沖寬度調制(pwm)控制來將儲存的源于高壓電池25中的dc電能變換成ac電能，以驅動電機35來產生扭矩。類似地，逆變器模塊32將傳遞至電機35的機械能變換成dc電能，以產生可儲存在高壓電池25內的電能，包括作為再生控制策略的一部分。可理解的是，逆變器模塊32被配置成用于接收電動機控制命令并控制逆變器狀態來提供發動機驅動和再生功能。

在一個實施例中，dc/dc電能變換器34電連接至低壓總線28和低壓電池27，以及電連接至高壓總線29。這種電能連接是公知的且并未詳細描述。在一個實施例中，低壓電池27可電連接至輔助動力系統45，以提供低壓電能至車輛上的低壓系統，包括例如電動窗戶、hvac風扇、座椅、和低壓電磁致動電起動器42。可選地，電能變換器34可提供低壓電能至車輛上的低壓系統，因而代替輔助動力系統45。

扭矩變換器44為在發動機40與傳動裝置50之間布置的可旋轉扭矩聯接裝置。扭矩變換器44優選地包括經由內部泵和葉片的流體扭矩聯接器以及經由可控的離合器機構的機械扭矩聯接器。

傳動裝置50可以以步進齒輪配置被布置，且可包括一或多個差速齒輪組和可激活的離合器，該離合器被配置成用于產生在多個步進齒輪狀態中的一個下的在一速度比范圍內的發動機40與輸出構件62之間的扭矩傳遞。傳動裝置50包括任何適當的配置，且可被配置為自動傳動裝置，以在步進齒輪狀態中自動地變換，以在一齒輪比下操作，其獲得輸出扭矩需求與發動機操作點之間的優選匹配。傳動裝置的操作可由傳動裝置控制器55來控制，該傳動裝置控制器優選地與控制器12相通信。在一個實施例中，動力傳動系60可包括差速齒輪裝置65，其可機械地聯接至機械地聯接至輪子66的車軸64或半軸。動力傳動系60在傳動裝置50與道路表面之間傳遞牽引動力。動力總成系統20為示意性的，且本文描述的概念適用于類似配置的其它動力總成系統。

控制系統10包括通信至操作員界面14的控制模塊12。控制模塊12優選地與動力總成系統20的單獨元件直接地相通信，或經由通信總線18相通信。控制模塊12通信至高壓電池25、逆變器模塊32、電機35、發動機40和傳動裝置50中的每個的感測裝置，以監測它們的操作和確定它們的參數狀態。車輛100的操作員界面14包括多個人/機界面裝置，通過該人/機界面裝置車輛操作員來命令車輛100的操作，包括例如，使得操作員能夠開動和起動發動機40的點火開關、加速踏板15、制動踏板16、傳動裝置檔位選擇器(prndl)17、轉向輪和前照燈開關。加速踏板15提供信號輸入，包括表明用于車輛加速的操作員需求的加速踏板位置；以及剎車踏板16提供信號輸入，包括表面用于車輛制動的操作員需求的制動踏板位置。傳動裝置檔位選擇器17提供表明操作員期望的車輛移動方向的信號輸入，包括若干離散的操作員可選擇的位置，該位置表明輸出構件62的優選的旋轉方向為前進方向或為倒退方向。

形式為控制系統10與動力總成系統20的元件之間的傳感器信號或致動器命令信號的通信可以使用一個或多個通信系統和裝置來完成，包括例如，通信總線18、直接連接、局域網總線、串行外圍接口總線和無線通信。

術語控制器、控制模塊、模塊、控制、控制單元、處理器和類似術語指的是專用集成電路(asic)、電子電路、中央處理單元(例如，微處理器和相關聯的形式為存儲器和存儲裝置的非暫時性存儲器部件(只讀、可編程只讀、隨機存取、硬盤驅動等))中的任何一個或各種組合。非暫時性存儲器部件能夠儲存機器可讀指令，該機器可讀指令的形式為：一個或多個軟件或固件程序或例程、組合邏輯電路、輸入/輸出電路和裝置、信號調節以及能夠由一個或多個處理器訪問以提供期望的功能的其它部件。輸入/輸出電路和裝置包括模擬/數字變換器以及監測來自傳感器的輸入的相關裝置，以預設的采樣頻率或響應于觸發事件來監測這種輸入。軟件、固件、程序、指令、控制例程、代碼、算法和類似術語意味著任何包括校準和查找表的控制器可執行的指令集。每個控制系執行控制例程來提供期望的功能，包括監測來自感測裝置和其它聯網控制器的輸入以及執行控制和診斷例程來控制致動器的操作。在正在進行的操作過程中，例程可以定期被執行，例如每100微秒或每2毫秒。可選地，可執行例程來響應于觸發事件的發生。控制器之間的通信，以及控制器、致動器和/或傳感器之間的通信可使用直接有線鏈接、網絡通信總線鏈接、無線鏈接或任何另一適當的通信鏈接來完成。通信包括以任何適當的形式來交換數據信號，包括例如，經由導電介質的電信號、經由空氣的電磁信號、經由光波導的光信號等類似信號。數據信號可包括代表來自傳感器輸入的信號、代表致動器命令的信號、以及控制器之間的通信信號。術語“模塊”指的是基于處理器的或處理器可執行的代碼以及仿真裝置或物理過程的物理存在的相關聯的校準。如本文所使用，術語“動態的”和“動態地”描述了實時執行的步驟或古城，且其特征在于在執行例程或例程執行的間隔之間過程中，監測或以其它方式確定參數的狀態以及定期地或周期性地更新參數的狀態。

參考圖1所描述的動力總成系統20和車輛100的實施例當發動機40或電機35產生扭矩時可經歷可引起聲學噪聲的振動。這種振動可包括電動機軸速度的周期性波紋，其可包含振動特征。如參考圖2-1、2-2和3所描述，基于從發動機軸速度波紋中提取的加速速率可確定虛擬慣性項，且經由校準可確定并調整等價慣性。一旦計算出虛擬慣性扭矩，它可被添加至扭矩命令，以產生用于電機35的最終扭矩命令，以便減輕速度波紋并因而使得噪聲和振動最小化或消除，而優選地無需添加或重新設計硬件。這種配置通過消除包含發動機曲柄位置監測來適應車輛到車輛的變化。

本領域技術人員將認識到的是，在本文中可依照功能和/或邏輯框部件和/或各種處理步驟來描述本發明。應當意識到的是，這種方框部件可由任何數目的配置成執行指定功能的硬件、軟件和/或固件部件組成。

圖2-1示意性地示出了描繪用于確定用于電機的旋轉速度和加速速率的電動機速度監測例程200的流程圖，例如，在參考圖1所描述的動力總成系統20的實施例上采用的電機35的實施例。表格1被提供為密鑰，其中，數字標記方框和相應的功能如下被提出。

表格1

電動機速度監測例程200優選地以相對較快的重復率被周期性地執行，在一個實施例中，其可以為具有100us重復率的第一周期性速率。每個迭代(210)、原始電動機位置(θm)被監測，且由此基于自速度監測例程200的最后迭代的運行時間來確定電動機速度(ωm)(212)。電動機加速速率(αm)被確定，且優選地為來自發動機速度的發動機速度的基于時間的變化，該發動機速度在例程200的先前迭代過程中被確定(214)。電動機加速速率(αm)和電動機速度(ωm)優選地作為通信總線上的消息被通信(216)，且該迭代結束(218)。電動機速度(ωm)可被確定為評估的電動機速度ωest，以及電動機加速速率(αm)可被確定為評估的電動機加速速率αest。參考圖3來描述上述內容。

圖3示意性地示出了用于基于電動機位置來確定電動機速度的分析過程300的細節。分析過程300可為基于觀測器的評估方法，其包括速度觀測器301，該速度觀測器與加速度觀測器320以級聯的形式一起布置，以確定評估的電動機速度ωest313和評估的電動機加速速率αest328。

速度觀測器301基于原始測得的電動機位置θm302來評估電動機速度ωest313。速度觀測器301可被配置為位置觀測器分析模塊，其操作如下。原始的電動機位置θm302基于來自電動機位置傳感器37的信號輸出來確定，且優選地為0與2π弧度之間的數值，其代表電機35的轉子的旋轉位置，其例如通過旋轉位置傳感器37被周期性地測量。參考元件303以圖形方式示出了原始的電動機位置θm302的實例。差分運算器304計算原始的電動機位置θm302與評估的電動機位置θest315之間的數值差305。數值差305被提供作為比例-積分-微分分析器的輸入，該比例-積分-微分分析器包括比例元件307、積分元件308和微分元件309。

比例元件307將數值差305與比例增益項kpω相乘，以產生第一結果。數值差305被傳送至第一積分運算器306，其產生由積分元件308中的積分增益項kiω所乘得的項，以產生第二結果，且使用加法運算器310來自組合第一結果和第二結果，并在第二積分運算器311中被積分。

微分元件309將數值差305和微分增益項kdω相乘以產生第三結果，該第三結果與第一結果在另一加法運算器312中相組合，以確定評估的電動機速度ωest313，由元件318來以圖形的方式示出其實例。

比例增益項kpω、積分增益項kiω和微分增益項kdω為應用特定增益項，當電機在操作狀況的范圍內操作時，它們被調整以獲取近似于實際電動機速度的評估的電動機速度ωest313的值。

評估的電動機速度ωest313被傳送至評估算法314，該算法基于以下式子來評估電動機位置θest315。

θest＝kω2θ-∫dt

參考元件316以圖形方式示出的評估的電動機位置θest315被提供為用于在差分運算器304處與原始的電動機位置θm302進行比較的反饋。用于該迭代的評估的電動機速度ωest313被提供作為至加速度觀測器320的輸入，以確定評估的電動機加速速率αest328。加速度觀測器320經由差分運算器321來計算評估的電動機速度ωest313與第二評估的電動機速度ω'est331之間的數值差322，如在本文中所述地來確定該數值差。數值差322被提供作為至比例-積分分析器的輸入，該比例-積分分析器包括比例元件324和積分元件325。

比例元件324將數值差322與比例增益項kpα相乘，以產生第一結果。數值差305被傳送至第三積分運算器323，其產生由積分元件325中的積分增益項kiα所乘得的項，以產生第二結果，且使用加法運算器326來自組合第一結果和第二結果，以確定評估的電動機加速速率αest328。由元件329來以圖形方式示出評估的電動機加速速率αest328。評估的電動機加速速率αest328被傳送至第四積分運算器330，以確定第二評估的電動機速度ω'est331。比例增益項kpα和積分增益項kiα為應用特定增益項，當電機在操作狀況的范圍內操作時，它們被調整以獲取近似于實際電動機加速度的評估的電動機加速速率αest328的值。

圖2-2示意性地示出了描繪用于確定用于電機的實施例的扭矩命令的扭矩確定例程220的流程圖，例如，在參考圖1所描述的動力總成系統20的實施例上采用的電機35的實施例。該扭矩命令結合包括電機的轉子的軸上的速度波紋的虛擬慣性扭矩項。電機35的轉子的軸上的速度波紋反射出扭矩相關的振動特性，其通過發動機40的曲軸36與電機35之間的滑輪機構38被傳遞。表格2被提供為密鑰，其中，數字標記框和相應的功能如下被提出。

表格2

扭矩確定例程220優選地以相對較慢的重復率被周期性地執行，在一個實施例中，其可以為具有2.083ms重復率的第二周期性速率。每次迭代(222)，基于預定的校準來確定虛擬慣性項jvirtual，該預定的校準評估用于電機的該速度和扭矩操作點的期望的慣性項(224)。

用于虛擬慣性項jvirtual的預定的校準為應用特定陣列值，其基于旋轉質量、軸承摩擦、以及與電機35、滑輪機構38和發動機40的曲軸36有關的其它元件可被計算、評估或另外被確定。用于虛擬慣性項jvirtual的應用特定陣列值可被預定被儲存在存儲器裝置內，用于檢索。

從電動機速度監測例程200來確定用于評估的電動機加速速率αest的當前值，且優選地通過將虛擬慣性項jvirtual和評估的電動機加速速率αest相乘來計算扭矩補償項t*cmp(228)。用于電機的電動機扭矩命令t*em_hcp從控制器12捕獲或另外地確定(230)，并且基于與操作員請求的用于車輛加速度的幅度、操作員請求的用于車輛制動的幅度、高壓電池25的充電狀態相關的因素以及其它因素。

通過組合電動機扭矩命令tem_hcp和扭矩補償項t*em_cmp來確定用于電機的最終扭矩命令t*em(232)。用于電機的最終扭矩命令t*em被通信至用于實施的電動機控制器，且該迭代結束(234)。因此，可采用控制例程200來降低在參考圖1所描述的動力總成系統的實施例上的噪聲產生。此外，與確定電動機速度和加速度，以及關于確定電機的最終扭矩命令而采用它們所相關聯的延遲可被降低，因而改進了響應性。

詳細的說明和附圖或圖支持并描述本發明，但本發明的范圍僅僅由權利要求書來限定。盡管已經詳細地描述了用于實施本發明的最佳模式和其它實施例的一些，但存在用于實踐在所附權利要求書中限定的本發明的各種可選設計和實施例。