CN103568867A - 通过控制电动机转矩进行传动系减振的控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过控制电动机转矩进行传动系减振的控制方法和装置。该减振装置包括：处理器，被配置为：当车辆通过路面的突出部分时在传动系中产生振动；以及当车辆通过路面的突出部分而在传动系中产生振动时，计算用于减小传动系的振动的补偿转矩。

Description

通过控制电动机转矩进行传动系减振的控制方法和装置

技术领域

本发明涉及一种通过控制车辆的电动机转矩来进行传动系减振的控制方法和装置，具体地说，本发明涉及一种用于通过使用电动机转矩控制来减小当在路面的突出部分上行驶时在传动系中产生的振动的方法和装置。

背景技术

汽油电动机和柴油电动机都使用矿物燃料，并且由于其尾气导致环境污染而有害。这种环境污染被认为是由于二氧化碳导致的全球变暖现象并且由于产生臭氧还会促使产生呼吸系统有关的疾病。由于实质上地球上矿物燃料值量非常少，因此存在矿物燃料耗尽的危险。

为了克服上述问题，有几种矿物燃料的替换方式，诸如通过驱动电动机驱动的电动车（EV），由发动机和驱动电动机驱动的混合动力电动车（HEV），和由利用从燃料电池生成的电能的驱动电动机驱动的燃料电池电动车（FCEV）。

除了上述驱动电动机之外，电动车还可以包括作为电力充电装置的电池，该电池为驱动电动机和用于旋转驱动电动机的变换器供给电能。在燃料电池车中，诸如电池等电力充电装置可适用于作为与燃料电池（主驱动力源）并行连接的子驱动力源。近年来，已经开发出带有超级电容器的燃料电池混合系统并且目前正在使用中，该超级电容器起到除电池之外的子驱动力源的作用。因而，来自电力充电装置（或燃料电池）的电能是根据来自用于驱动驱动电动机的反向控制器的控制信号来进行相位转换的。

同时，在路面突出部分上，由于对电动车的冲击而会出现许多振动。而且，这些振动可能会被传递到车身并通过悬挂系统传递到传动系，然后还可能会通过座位和方向盘被传递到车辆内的乘客，因而导致不稳定性。由于冲击而产生的振动会影响到悬架的固有模式和传动系的固有模式；然而，由于振动是从传动系传递而来的，因而通过增加传动系的惯性力难以减小这些振动。

可以在安装架（mount）上配置橡胶安装衬套。该安装架可以是在电动机室中安装传动系时的连接件，用来防止传递振动。可选地，可以使用流体安装衬套（其利用流体）以防止传递振动。换句话说，已经尝试利用橡胶和流体的缓冲效应来减振。

上述方法（其可被称作被动方法）旨在通过利用缓冲材料作为振动的绝缘材料，来防止振动被传递到车辆的室内空间中。鉴于流体安装衬套需要昂贵的制造成本，以及装配安装衬套的空间需要，其通常使用在高档车辆中。

发明内容

因此，本发明致力于改善在背景技术中遇到的上述问题。本发明的一个目的是提供一种用于控制电动车的电动机转矩的传动系的减振方法和装置，旨在利用电动车的电动机控制快速地抵消传动系中的振动，并且利用加速度传感器来确定车辆是否通过路面的突出部分来控制电动机转矩，使其在与传动系的振动相反的方向上起作用。

为了达到上述目的，在此提供一种用于控制电动车的电动机转矩的传动系的减振装置，包括用于执行多个单元的处理器。这些单元包括：振动产生判断单元，被配置为在车辆通过路面的突出部分时确定从传动系产生振动；以及电动机反向转矩控制单元，被配置为当振动产生判断单元确定在车辆通过路面的突出部分时在传动系中已经出现了振动时，通过计算用于减小传动系的振动的补偿转矩来控制电动机转矩。

如本发明一个示例性实施例所述，车身加速度传感器可以检测车辆的加速度信号。车身加速度传感器可由带通滤波器处理，并且该带通滤波器仅让某个频带通过，并且可以计算通过该频带的加速度信号分量的变化率。

如本发明另一个示例性实施例所述，电动机反向转矩控制单元可被配置为：计算由传动系中的振动引起的电动机转矩变化；以及利用被增加了补偿转矩的负反馈控制来控制电动机转矩，而将该电动机转矩变化计算为小于某个阈值。

如本发明又一个示例性实施例所述，由处理器执行的模型速度计算单元可被配置为：计算被认为没有振动的电动机的模型速度；而电动机反向转矩控制单元可被配置为：利用负反馈控制来控制电动机转矩，产生电动机的模型速度与实际速度之间的零速度偏差。

为了达到以上目的，在此提供一种用于控制车辆的电动机转矩的传动系的减振方法，包括：由处理器接收来自由带通滤波器处理的车身加速度传感器的车辆的加速度信号；由处理器测量已经通过带通滤波器的频带的加速度信号分量的大小，并且当加速度信号分量的大小的每小时变化率超过某个阈值时确定在传动系中发生了振动；当车辆通过路面的突出部分而在传动系中发生振动时，由处理器计算用于减小传动系的振动的补偿电动机转矩；以及由处理器将所计算的补偿电动机转矩应用于传动系以补偿传动系中的振动。

如本发明的又一个示例实施例所述，计算补偿电动机转矩包括：由处理器检测电动机测量转矩信号；由处理器计算补偿电动机转矩以测量已经通过带通滤波器的某个频带的电动机测量转矩信号分量的大小，以计算由传动系的振动引起的电动机转矩的变化，并且从根据电动车的驱动模式计算得到的电动机转矩中减去基于传动系的振动引起的电动机转矩的变化。

尤其是，当电动机转矩变化的大小小于某个阈值时，处理器可以确定传动系的振动已经被抵消，从而可以结束关于传动系的振动的补偿。

此外，可以通过下列等式来确定某个阈值：[阈值=增益*（在车辆通过路面的突出部分之后电动机转矩变化的峰值）]。

如本发明又一个示例实施例所述，由处理器计算没有来自传动系和传动轴的振动的电动机的模型速度；计算电动机的实际速度；通过获得电动机的模型速度与实际速度之间的速度偏差来计算速度偏差平均值；补偿传动系的振动，包括由处理器确定用于减小动力转动系的振动的电动机转矩补偿；以及响应于利用负反馈控制，计算电动机的模型速度与实际速度之间的零速度偏差，其中将电动机转矩补偿应用于该负反馈控制以补偿传动系中的振动。

具体地，补偿电动机转矩由下列等式来确定：[补偿转矩=增益*((模型速度-实际速度）-速度偏差平均值）]。

如本发明的另一个示例性实施例，在当前正在执行以下操作的电动机控制中的任何一个时，处理器不执行用于减小传动系的振动的电动机转矩控制：用于牵引控制系统的操作、ABS（防抱死制动系统）、用于电控悬架的操作、用于加/减油门过程中的反颠簸操作。

本发明可以通过利用电动机转矩控制来消除当电动车通过路面的突出部分时从传动系发生的振动分量，因而获得稳定的行车状况并降低电动车的制造成本。

附图说明

图1是示出根据本发明示例性实施例的用于电动车的传动系的减振装置的控制的示例性视图；

图2是示出根据本发明示例性实施例的包括加速器位置传感器的用于电动车的传动系减振装置的控制的示例性视图；

图3是示出根据本发明另一个示例性实施例的用于电动车的传动系减振装置的控制的示例性视图；

图4是根据本发明示例性实施例的用于电动车的传动系的减振方法的示例性的流程图；

图5是根据本发明另一个示例性实施例的用于电动车的传动系的减振方法的示例性流程图。

具体实施方式

可以理解的是，本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似的术语包括一般而言的机动车辆，比如包含运动型多用途车辆（SUV）、公共汽车、货车，各种商用车辆的客车、包含各种轮船和舰船的船只、飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动汽车、混合动力电动汽车、氢动力汽车和其它替代燃料汽车（例如，从除了石油以外的资源中取得的燃料）。如在本文中所引用的，混合动力车辆是具有两种或多种动力来源的车辆，例如汽油动力车辆和电动动力车辆二者。

在本文中使用的术语仅仅为了描述具体的实施方式，而并不是用于限制本发明。如这里所用，除非上下文清楚地限定，否则，单数形式“一（a）”、“一种（an）”和“该（the）”也意图包括复数形式。还可以理解的是，术语“包括”和/或“包含”当用在说明书中时，指定所述特征、整数，步骤、操作、元素和/或组件的存在，但是没有排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其组的存在或添加。这里所用的术语“和/或”包括一个或多个相关列表选项的任何和所有的组合。

尽管上述示例性实施例被描述成利用多个单元来执行上述处理，但是可以理解的是，上述处理也可以由单个控制器或单元来执行。

此外，本发明的控制逻辑可被实施为包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非短暂计算机可读介质。计算机可读介质的例子包括，但不局限于，ROM、RAM、光盘（CD）-ROM、磁带、闪存盘、智能卡和光数据存储装置。计算机可读记录介质也可以分布在连接计算机系统的网络中，以使计算机可读介质可以以分布式方式，例如，通过电信息通信服务器或控制器区域网（CAN），被存储和执行。

将参考附图来描述本发明的示例性实施例。

图1是示出根据本发明示例性实施例的用于电动车的传动系的减振装置的控制的示例性视图。图2和3是示出根据本发明另一个示例性实施例的传动系的减振装置的示例性视图。图4和5是示出根据本发明示例性实施例的用于电动车的传动系的减振方法的示例性流程图。

如图1所示，传动系的减振装置10包括执行多个单元的处理器。这些单元包括：振动产生判断单元20，被配置为当车辆经过路面的突出部分时分析由置于车身中的加速度传感器11测量的加速度的频率，以确定传动系40产生的振动；以及电动机反向转矩控制单元30，被配置为当确定在传动系40中已经产生振动时计算用于减小传动系40的振动的补偿转矩，以通过将所计算的补偿转矩提供给传动系40的电动机来控制电动机转矩。

此外，振动产生判断单元20可以包括带通滤波器（BPF）21，其被配置为处理来自加速度传感器11的加速度传感器信号，并且仅让某个频带通过。此外，振动判断单元22可被配置为测量已经通过带通滤波器21的加速度信号分量的幅度，从而计算某个时间加速度信号分量的变化率，从而识别路面的状态，并且当车辆通过路面的突出部分时确定传动系中产生的振动。

图2是示出根据本发明的示例性实施例的传动系的减振装置的控制的示例性视图，其具体地限定了由处理器执行的用于图1所示的电动车的传动系的减振装置10的电动机反向转矩控制单元30。

在根据本发明示例性实施例的传动系的减振装置中，电动机反向转矩控制单元30可以包括：带通滤波器31，由处理器执行，被配置为处理来自电动机转矩测量单元12的电动机测量转矩信号，并且仅让某个频带通过；以及电动机转矩补偿单元32，由处理器执行，被配置为通过测量来自加速器位置传感器13的加速器踏板的位置来估算驾驶者的需求转矩，以及从需求转矩中提取已经通过带通滤波器31的特定频带的转矩，并且将其应用于传动系40。

图3是示出根据本发明另一个示例性实施例的传动系的减振装置10的控制的示例性视图。

根据本发明另一个示例性实施例的传动系的减振装置，如图3所示，包括：模型速度计算单元50，由处理器执行，被配置为计算没有出现振动的速度的模型速度。模型速度可以通过从电动机转矩指令值减去阻力矩，然后通过对减去传动轴的总转矩获得的值求积分来计算。

此外，如图3所示，电动机反向转矩控制单元30可以包括速度偏差计算单元33，由处理器执行，被配置为实时地计算电动机的模型速度与实际速度之间的速度偏差；低通滤波器（LPF）34，被配置为通过特定频带的速度偏差以获得速度偏差平均值；以及补偿转矩计算单元35，由处理器执行，被配置为通过借助于模型速度、实际速度和速度偏差平均值，计算电动机的补偿转矩，从而控制用于减小传动系振动的电动机转矩。

下面参考用于图1和图2的电动车的传动系的减振装置来描述图4的用于电动车的传动系的减振方法。

在步骤S10中，为了确定在电动车通过路面的突出部分时在传动系中产生振动，从车身加速度传感器11接收车辆的加速度信号（S11），车身加速度传感器11可以由置于车身上的加速度传感器，诸如用于车身的姿势（posture）控制装置（VDC）的加速度传感器等形成。

此外，加速度信号可以由车身加速度传感器11传送到带通滤波器21，并且仅仅从中通过某种频带，并且在步骤S12中可以提取加速度的AC分量。此外，由于因传动系的固有模式引起的振动可以扩展在5~20Hz，因此通过带通滤波器21的频带可以是5~20Hz。

此外，可以测量已经通过带通滤波器21的特定频带的加速度的AC分量的大小，并且可以计算每小时加速度分量的变化率。因此，在步骤S13中，处理器可以确定变化率值是否超过某个阈值。

图4是示出0.5G/100ms的某个阈值的范例的示例性视图。就车辆通过路面的突出部分时出现的振动而言，随着某个阈值的值的降低，可以更加容易地起到作用。

如步骤S13中所举例说明的，当加速度的AC分量的变化率值不超过某个阈值时，该方法返回到步骤S11，并且可以重复地执行步骤S11－S13。另外，如果加速度的AC分量的变化率超过某个阈值，则可以确定当车辆通过路面的突出部分时在传动系中出现了振动，并且该方法前进到电动机反向转矩控制步骤S20。

然而，如图4所示，当不执行用于传动系的减振的其它电动机反向转矩控制（S20）时，该方法可以返回到步骤S11，并且重复执行之前的步骤（S14）。当目前正在执行牵引控制系统、ABS（防抱死制动系统）或电控悬架时，可以不执行电动机转矩控制以消除在加/减油门（tip in/tip out）期间的反颠簸（aiti-jerk）。当驾驶者向加速器踏板施加压力或者从加速器踏板释放压力时，都会出现加/减油门的动作。当电动机转矩控制已经在运行中时，可以不执行电动机反向转矩控制（S20）以防止反颠簸控制干扰。

在电动机反向控制步骤S20中，可以接收来自电动机转矩测量部件12的电动机测量转矩信号（S21）。

此外，为了提取由于传动系的振动带来的电动机转矩变化值，可以将电动机测量转矩信号传送到带通滤波器31，并且仅仅通过某个频带，可以提取由传动系的振动引起的电动机转矩变化（S22）。

由传动系的固有模式引起的振动可以分布在5~20Hz的范围内，通过带通滤波器31的频带可以是5~20Hz，以便提取由于传动系中的振动而引起的电动机转矩的变化。

此外，可以通过利用加速器位置传感器13测量加速器踏板的位置来估算驾驶者的需求转矩，并且可以从驾驶者的需要转矩中减去在步骤S22中提取的电动机转矩变化，从而计算施加到传动系的驱动力源的电动机的补偿转矩，并且可以将计算的补偿转矩应用于传动系，从而减少在传动系中产生的振动（S23）。

此外，可以将电动机转矩变化与车辆刚好在路面的突出部分上通过以后提取的电动机转矩变化的峰值进行比较（S24）。

换句话说，该处理器可以确定电动机转矩变化量是否小于某个阈值。当上述情况不满足时，该方法返回到步骤S21，并且重复执行预先说明的方法。此外，当确定电动机转矩变化小于某个阈值时，可以完成反向转矩控制，并且可以保持当前操作条件。利用上述操作，可以有效衰减车辆在路面突出部分上通过时在传动系中产生的振动。

此外，可以通过下列等式来确定某个阈值：[增益*（车辆刚刚通过路面上的突出部分之后电动机转矩变化量的峰值）。如图4所示，该增益值例如可以是0.3。随着增益值的减小，可以抵消少量的振动；然而，可能会延长用于振动控制的时间。

在下文中，将参考图1和图3所示电动车的传动系的减振装置，来描述图5的用于电动车的传动系的减振方法。

在用于电动车的传动系的减振方法的步骤S10中，可以确定当车辆通过路面的突出部分时在传动系中产生振动。图5的步骤S10与图4的用于确定传动系的振动的步骤相同，因此省略对其的详细描述。

在图5的用于电动车的传动系的减振方法中，在电动机反向转矩控制步骤S30中，可以通过模型速度计算部件50来计算模型速度，该模型速度是指没有来自传动系40和传动轴的振动的电动机速度（S31)。可以通过对电动机转矩命令值进行减法运算得到的作为阻力矩的值进行积分，然后减去传动轴的总转矩，来计算该模型速度。

此外，可以计算电动机的模型速度与实时的实际速度之间的速度偏差值，并且该速度偏差可以通过低通滤波34，从而计算速度偏差的平均值（S32)。

接着，可以通过由处理器执行的补偿转矩计算单元35，计算用于传动系减振的电动机补偿转矩量，且电动机转矩补偿可被应用于传动系。因此，电动机转矩控制（S33）减小了传动系的振动。电动机补偿可以由下列式子来计算：[补偿转矩=增益*（（模型速度-实际速度)-速度偏差平均值)]，在加/减油门和制动操作过程中，在变速时，上述增益可以根据断开的离合器而不同地被确定。

此外，在步骤S34中，确定模型速度与实际速度之间的速度偏差是否为零，从而确定抵消传动系中的振动。

换句话说，当电动机的模型速度与实际速度之间的速度偏差不为零时，该方法返回到步骤S31，重复执行前面的方法。当电动机的模型速度与实际速度之间的速度偏差为零时，可以完成反向转矩控制（S30），并且可以保持当前操作条件。利用上述已说明的操作，可以抵消当车辆通过路面的突出部分时出现的传动系的振动。

Claims (18)

1.一种用于控制车辆的电动机转矩的传动系的减振装置，包括：处理器，被配置为：

当所述车辆通过路面的突出部分时在传动系中产生振动；以及

当所述车辆通过所述路面的突出部分而在所述传动系中产生振动时，计算用于减小所述传动系的振动的补偿转矩。

2.如权利要求1所述的装置，还包括车身加速度传感器，被配置为检测所述车辆的加速度信号，其中所述车身加速度传感器由带通滤波器处理，且所述带通滤波器仅让某个频带通过；并且响应于所述处理器确定在所述传动系中已经产生振动来计算所述通过频带的加速度信号分量的变化率。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述处理器还被配置为：

计算由所述传动系中的振动引起的电动机转矩变化；以及

响应于负反馈控制的使用而将所述电动机转矩变化计算为小于阈值的值，所述负反馈控制使补偿转矩被加入从而控制电动机转矩。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述处理器还被配置为：

计算没有来自于传动系和传动轴的振动的电动机的模型速度；以及

响应于利用所述负反馈控制来控制所述电动机转矩，计算所述电动机的模型速度与实际速度之间的零速度偏差。

5.一种用于控制车辆的电动机转矩的传动系的减振方法，包括：

由处理器接收来自由带通滤波器处理的车身加速度传感器的所述车辆的加速度信号，其中所述带通滤波器仅让某个频带通过；

由所述处理器测量通过所述带通滤波器的频带的加速度信号分量的大小，并且当所述加速度信号分量大小的每小时变化率超过阈值时确定在所述传动系中发生振动；

当所述车辆通过路面的突出部分而在所述传动系中发生振动时，由所述处理器计算用于减小所述传动系的振动的补偿电动机转矩；以及

由所述处理器将所计算的补偿电动机转矩应用于所述传动系以补偿所述传动系中的振动。

6.如权利要求5所述的方法，其中计算所述补偿电动机转矩包括：

由所述处理器利用带通滤波器检测电动机测量转矩信号，其中所述带通滤波器仅让某个频带通过；以及

由所述处理器计算所述补偿电动机转矩以测量通过所述带通滤波器的某个频带的所述电动机测量转矩信号分量的大小，计算由所述传动系的振动引起的所述电动机转矩的变化，并且从根据车辆的驱动模式计算的所述电动机转矩中减去基于所述传动系的振动引起的所述电动机转矩的变化。

7.如权利要求6所述的方法，还包括当所述电动机转矩变化的大小小于阈值时检测所述传动系的抵消振动，导致所述传动系的振动没有补偿。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述阈值由以下等式确定：

[阈值=增益*（在车辆通过路面的突出部分之后电动机转矩变化的峰值）]。

9.如权利要求5所述的方法，还包括：

由所述处理器计算没有来自所述传动系和传动轴的振动的电动机的模型速度；

由所述处理器计算所述电动机的实际速度；

由所述处理器通过获得所述电动机的所述模型速度与所述电动机的所述实际速度之间的速度偏差来计算速度偏差平均值；

由所述处理器确定用于减小所述传动系的振动的电动机转矩补偿量；以及

响应于利用负反馈控制，由所述处理器计算所述电动机的所述模型速度与所述实际速度之间的零速度偏差，其中将所述电动机转矩补偿应用于所述负反馈控制以补偿所述传动系的振动。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述补偿电动机转矩由以下等式确定：

[补偿转矩=增益*（（模型速度-实际速度）-速度偏差平均值）]。

11.如权利要求5所述的方法，其中在当前正在执行以下操作的电动机控制中的任何一个时，所述处理器不执行用于减小所述传动系的振动的电动机转矩控制：用于牵引控制系统的操作、ABS（防抱死制动系统）、用于电控悬架的操作、用于加/减油门过程中的反颠簸操作。

12.一种非短暂计算机可读介质，包含由处理器执行的程序指令，所述计算机可读介质包括：

接收来自由带通滤波器处理的车身加速度传感器的所述车辆的加速度信号的程序指令，其中所述带通滤波器仅让某个频带通过；

测量通过所述带通滤波器的频带的加速度信号分量的大小并且当所述加速度信号分量大小的每小时变化率超过阈值时确定在所述传动系中发生振动的程序指令；

当所述车辆通过路面的突出部分而在所述传动系中发生振动时计算用于减小所述传动系的振动的补偿电动机转矩的程序指令；以及

将所计算的补偿电动机转矩应用于所述传动系以补偿所述传动系的振动的程序指令。

13.如权利要求12所述的非短暂计算机可读介质，其中计算所述补偿电动机转矩的程序指令包括：

利用带通滤波器检测电动机测量转矩信号的程序指令，其中所述带通滤波器仅让某个频带通过；以及

计算所述补偿电动机转矩以测量通过所述带通滤波器的某个频带的所述电动机测量转矩信号分量的大小，以计算由所述传动系的振动引起的所述电动机转矩的变化，并且从根据所述车辆的驱动模式计算的所述电动机转矩中减去基于所述传动系的振动引起的所述电动机转矩的变化的程序指令。

14.如权利要求13所述的非短暂计算机可读介质，还包括当所述电动机转矩变化的大小小于阈值时检测所述传动系的抵消振动而导致所述传动系的振动没有补偿的程序指令。

15.如权利要求14所述的非短暂计算机可读介质，其中还包括通过以下等式来确定所述阈值的程序指令：[阈值=增益*（在车辆通过路面的突出部分之后电动机转矩变化的峰值）]。

16.如权利要求12所述的非短暂计算机可读介质，还包括：

计算没有来自所述传动系和传动轴的振动的电动机的模型速度的程序指令；

计算所述电动机的实际速度的程序指令；

通过获得所述电动机的所述模型速度与所述电动机的所述实际速度之间的速度偏差来计算速度偏差平均值的程序指令；

确定用于减小所述传动系的振动的电动机转矩补偿量的程序指令；以及

响应于利用负反馈控制来计算所述电动机的所述模型速度与所述实际速度之间的零速度偏差的程序指令，其中将所述电动机转矩补偿应用于所述负反馈控制以补偿所述传动系的振动。

17.如权利要求16所述的非短暂计算机可读介质，还包括通过以下等式来确定所述补偿电动机转矩的程序指令：[补偿转矩=增益*（（模型速度-实际速度）-速度偏差平均值）]。

18.如权利要求12所述的非短暂计算机可读介质，还包括在当前正在执行以下操作的电动机控制中的任何一个时，所述处理器不执行用于减小所述传动系的振动的电动机转矩控制的程序指令：用于牵引控制系统的操作、ABS（防抱死制动系统）、用于电控悬架的操作、用于加/减油门过程中的反颠簸操作。

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