CN104773160B - 用状态估算的动力分配式混合动力电动车辆马达扭矩控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及使用状态估算的动力分配式混合动力电动车辆马达扭矩控制，公开了一种车辆，所述车辆包括连接到传动系的牵引马达。发动机和发电机通过行星齿轮组连接到传动系。控制器基于驾驶员扭矩需求和估算的动力传动系统扭矩之间的差而对牵引马达扭矩给出命令。估算的动力传动系统扭矩基于实际的发动机速度和估算的发动机速度之间的误差以及实际的发电机速度和估算的发电机速度之间的误差。估算的动力传动系统扭矩可进一步基于命令的或估算的发动机扭矩和发电机扭矩。估算的动力传动系统扭矩可使用状态估算器来计算基于误差的内在状态。

Description

用状态估算的动力分配式混合动力电动车辆马达扭矩控制
技术领域
本公开涉及估算混合动力电动车辆中的行星齿轮组的齿轮上的扭矩。
背景技术
混合动力电动车辆(HEV)可被构造为将扭矩从发动机和一个或更多个电机传递到牵引车轮。牵引车轮处的扭矩是发动机扭矩和电机扭矩的函数。动力分配式结构在不同运行模式下使由发动机产生的驱动扭矩和由一个或更多个电机产生的扭矩相结合。
图1中示出了代表性的动力分配式结构。被称作马达和发电机的两个电机可通过具有三相电流输入的永磁AC电机而实施。发动机和发电机可通过行星齿轮组连接，所述行星齿轮组使得发动机曲轴通过机械阻尼器连接到行星齿轮架和使得发电机转子连接到中心齿轮。机械阻尼器用于将扭矩从发动机传递到传动系并补偿由发动机的运转引起的短暂的动力波动。阻尼器用作滤波器并防止短期有效的(short acting)扭矩脉动通过传动系传递。机械阻尼器还可延迟发动机扭矩的快速改变传递到传动系。马达输出轴上的齿轮可以以固定的传动比啮合到中间轴。环形齿轮还可以以固定的传动比布置连接到中间轴。
驱动轴扭矩是马达扭矩和环形齿轮扭矩的函数。环形齿轮扭矩受发动机扭矩和发电机扭矩影响。在发动机扭矩改变的瞬变事件期间，发动机速度和环形齿轮速度可由于机械阻尼器的挠曲(deflection)而不同。在这些瞬变事件期间，发动机扭矩可不立即影响驱动轴扭矩。可期望使用更快作用的马达，以产生扭矩来填补被延迟的发动机扭矩。然而，为了将额外的扭矩的合适的量提供到马达，必须估算缺失的发动机扭矩的量。如混合动力传动系统中所描述的，环形齿轮扭矩的估算是重要的量。
现有技术的环形齿轮扭矩的估算是基于如下的发电机扭矩和发电机惯性：
其中，Jg是发电机和中心齿轮的总转动惯量(lumped moment of inertia)。这种环形齿轮扭矩的具体计算在一些情形下产生了正反馈环，所述一些情况可夸大由任何扰动所产生的传动系振荡。这种计算对测量噪声和系统扰动来说还不够稳健。该计算是基于发电机速度的导数，并且发电机速度信号上的噪声可导致噪声导数，该噪声导数影响估算的准确性。可对发电机速度信号进行过滤，但是这可能会在控制系统中引入不能接受的延迟。
发明内容
一种车辆，包括连接到传动系的马达、通过行星齿轮组连接到传动系的发动机和发电机以及至少一个控制器。所述控制器被配置为根据驾驶员扭矩需求与由发动机和发电机产生的估算的动力传动系统扭矩之间的差而控制马达，所述估算的动力传动系统扭矩是基于实际的发动机速度和估算的发动机速度之间的误差以及实际的发电机速度和估算的发电机速度之间的误差。所述估算的动力传动系统扭矩可进一步基于命令的发动机扭矩。所述估算的动力传动系统扭矩可进一步基于估算的发动机扭矩。所述估算的动力传动系统扭矩可进一步基于发电机扭矩。行星齿轮组可被构造为将发动机和发电机通过行星齿轮组的环形齿轮连接到传动系，并且所述估算的动力传动系统扭矩可以是环形齿轮处的扭矩。所述估算的动力传动系统扭矩可进一步基于环形齿轮的速度。所述估算的动力传动系统扭矩可进一步基于通过带阻滤波器过滤的环形齿轮的速度，以提高传动系动力学的稳健性。实际的发动机速度和估算的发动机速度之间的误差可以是通过带阻滤波器过滤的测量的发动机速度和估算的发动机速度之间的差。实际的发电机速度和估算的发电机速度之间的误差可以是通过带阻滤波器过滤的测量的发电机速度和估算的发电机速度之间的差。
一种控制车辆中的牵引马达的方法，所述方法包括：通过至少一个控制器、根据驾驶员扭矩需求与由发动机和发电机产生的估算的动力传动系统扭矩之间的差而控制牵引马达扭矩，其中，所述估算的动力传动系统扭矩是基于实际的发动机速度和估算的发动机速度之间的误差以及实际的发电机速度和估算的发电机速度之间的误差。所述方法可进一步包括：通过带阻滤波器对测量的发动机速度和测量的发电机速度中的至少一个进行过滤，以提高传动系动力学的稳健性。估算的动力传动系统扭矩可进一步基于命令的发动机扭矩、估算的发动机扭矩或发电机扭矩。估算的动力传动系统扭矩还可以是状态观测器的输出，所述状态观测器被构造为驱使误差趋于零。
一种动力传动系统，包括传动系、发动机、发电机、被构造为将发动机和发电机连接到传动系的行星齿轮组、连接到传动系的牵引马达以及至少一个控制器。所述控制器被配置为根据驾驶员扭矩需求与由发动机和发电机产生的估算的动力传动系统扭矩之间的差而控制牵引马达，其中，所述估算的动力传动系统扭矩是基于估算的发动机速度的偏差和估算的发电机速度的偏差。估算的发动机速度的偏差可以是通过带阻滤波器过滤的测量的发动机速度与估算的发动机速度之间的差，以提高传动系的稳健性。估算的发电机速度的偏差可以是通过带阻滤波器过滤的测量的发电机速度和估算的发电机速度之间的差，以提高传动系动力学的稳健性。行星齿轮组可被构造为将发动机和发电机通过行星齿轮组的环形齿轮连接到传动系，并且所述估算的动力传动系统扭矩可以是由发动机和发电机在环形齿轮处产生的扭矩。所述估算的动力传动系统扭矩可进一步基于环形齿轮的速度。所述估算的动力传动系统扭矩可进一步基于通过带阻滤波器过滤的环形齿轮的速度，以提高传动系动力学的稳健性。可使用包括传动系模型的状态观测器估算所述估算的动力传动系统扭矩。
根据本发明，提供一种动力传动系统，所述动力传动系统包括：传动系；发动机；发电机；行星齿轮组，被构造为将发动机和发电机连接到传动系；牵引马达，连接到传动系；至少一个控制器，被配置为根据驾驶员扭矩需求与由发动机和发电机产生的估算的动力传动系统扭矩之间的差而控制牵引马达，其中，所述估算的动力传动系统扭矩是基于估算的发动机速度的偏差和估算的发电机速度的偏差。
根据本发明的一个实施例，所述估算的发动机速度的偏差是通过带阻滤波器过滤的测量的发动机速度与估算的发动机速度之间的差，以提高传动系动力学的稳健性。
根据本发明的一个实施例，所述估算的发电机速度的偏差是通过带阻滤波器过滤的测量的发电机速度与估算的发电机速度之间的差，以提高传动系动力学的稳健性。
根据本发明的一个实施例，行星齿轮组被构造为将发动机和发电机通过行星齿轮组的环形齿轮连接到传动系，并且所述估算的动力传动系统扭矩是由发动机和发电机在环形齿轮处产生的扭矩。
根据本发明的一个实施例，所述估算的动力传动系统扭矩进一步基于环形齿轮的速度。
根据本发明的一个实施例，所述估算的动力传动系统扭矩进一步基于通过带阻滤波器过滤的环形齿轮的速度，以提高传动系动力学的稳健性。
根据本发明的一个实施例，使用包括传动系模型的状态观测器估算所述估算的动力传动系统扭矩。
附图说明
图1以示意形式示出了HEV的动力分配式结构。
图2是示出车辆控制功能的框图。
图3示出了使用状态估算器的马达扭矩的控制。
图4是环形齿轮扭矩的状态观测器的框图。
图5是在状态观测器中使用发动机模型的框图。
具体实施方式
在此描述了本公开的实施例。然而，应理解的是，公开的实施例仅仅是示例，并且其它实施例可采用多种和可替代的形式。附图不一定按照比例绘制；可夸大或最小化一些特征以显示特定组件的细节。因此，在此所公开的具体结构和功能性细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式实施本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的多个特征可与一个或更多个其它附图中示出的特征相结合，以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的结合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的多种组合和变型可被期望用于特定应用或实施。
图1描绘了动力分配式混合动力车辆结构的示例。动力分配式结构10使由发动机12产生的驱动扭矩和由电机(14和16)产生的扭矩相结合，以推进车辆及使车辆减速。用于动力分配式系统10中的被称作马达16和发电机14的两个电机14、16可以是具有三相电流输入的永磁AC马达。发动机12和发电机14通过行星齿轮组18连接。发动机曲轴20通过机械阻尼器24连接到行星齿轮架22，发电机转子26连接到中心齿轮28。行星齿轮组18的环形齿轮30可以以固定的传动比连接到中间轴32。马达输出轴34上的齿轮36可以以固定的传动比啮合到中间轴32。中间轴32可以以固定的传动比通过齿轮驱动车辆最终驱动轴38。包括驱动轴38的组件和随后连接到驱动轴38的其它组件(例如，差速器，驱动半轴)可被称作传动系。环形齿轮30通过中间轴32和关联的齿轮连接到驱动轴38。马达16通过中间轴32和关联的齿轮连接到驱动轴38。
这种类型的动力分配式系统被熟知为输入动力分配式系统。行星齿轮组18具有两个自由度。这意味着环形齿轮30速度、行星齿轮架22速度和中心齿轮28速度中的两个变量在可计算出第三个变量之前必须是已知的。只要不违反系统约束，这种特征就允许发动机12速度通过发电机14速度调节而不依赖于车辆速度。然而，行星齿轮组18上的扭矩关系取决于任意车速与发动机12速度之比。在行星齿轮组18没有扭矩增加功能的情况下，行星齿轮组18的这种特征实现了无级变速器(CVT)的速度调节功能。这通常被称作电控CVT(eCVT)结构。
在任意车辆运行模式期间，发动机12输出扭矩与马达16输出扭矩处于并行路径。这对于在马达扭矩控制器中计算环形齿轮30扭矩产生了重要控制问题。
行星齿轮组18的速度耦合满足以下公式：
其中，ωc是行星齿轮架的旋转速度，ωr是环形齿轮的旋转速度，ωg是发电机轴/中心齿轮的旋转速度，几何参数ρ＝Rs/Rr代表中心齿轮28的尺寸关于环形齿轮30的尺寸的相对值。行星齿轮组18上的扭矩关系为：
其中，τr是环形齿轮扭矩，τs是中心齿轮扭矩，τc是行星齿轮架扭矩。
马达16以与发动机12并联的方式通过中间轴32连接到传动系，发动机12从环形齿轮30发起扭矩输出。驱动轴38、马达16和环形齿轮30之间的扭矩关系应满足以下等式：
τd(t)＝ρd2mτm(t)-ρd2rτr(t) (3)
其中，τr在稳定状态中为负。等式(1)、(2)、(3)可用作车辆控制系统设计的基础。可设置扭矩τd等于驾驶员需求扭矩。
在由于机械阻尼器24的挠曲而导致的瞬变状态期间，发动机12速度可能与行星齿轮架22速度不同。阻尼器24可被设计为具有几乎恒定的弹簧刚度并且阻尼器24在大部分运转期间提供部分机械阻尼。可通过以下状态空间等式建立发动机12和发电机14的动态系统模型：
其中，Je是发动机12惯量，Jg是发电机14惯量，α是阻尼器24的挠角。在曲轴20上产生发动机12扭矩τe。由阻尼器24传递的扭矩施加到行星齿轮架22并且可具有以下形式：
发电机14扭矩τg由电机14产生。由于相对于系统内的其它动力学响应时间来说，机械瞬变响应时间极短，所以这里省略机械瞬变。可使用多个不同的模型建立发动机12扭矩输出模型。作为示例，一阶发动机12扭矩模型可用于马达控制结构中。可使用更复杂的发动机扭矩建模方法。
一阶发动机模型可具有以下形式：
其中，T是发动机扭矩响应时间，是发动机扭矩命令。
图2示出了车辆控制功能和子系统控制的关系。HEV 98可具有控制并管理HEV运行的不同方面的一个或更多个控制器。变速器10可连接到发动机12、马达16和发电机14，以提供车辆的推进。马达16和发电机14可连接到一个或更多个电力电子模块146。电力电子模块146可控制马达16和发电机14的运转。电力电子模块146可将来自牵引电池102的DC电压106转换为用于马达16和发电机14的三相AC电流(136、140)。在再生模式下，电力电子模块146可将来自马达16和发电机14的三相AC电流(136、140)转换为与牵引电池102兼容的DC电压106。电力电子模块146还可接收来自马达16和发电机14的传感器信号(138、142)。传感器信号(138、142)可包括马达轴及发电机轴的速度和温度。电力电子模块146还可具有电路，以测量马达和发电机的电流和电压。
可存在车辆系统控制(VSC)100模块，VSC 100在车辆运行期间解释驾驶员需求、确定车辆运行模式、确定系统及子系统的扭矩和动力极限、并管理发动机12和电池102的动力分配比例。VSC 100还可确定用于系统效率目的的发动机运转点并确定车轮扭矩命令，以满足驾驶员需求。VSC 100可通过任何合适的方式与子系统控制模块通信。通信方式可以是通过诸如CAN总线的串行通信或通过专用硬件信号。如图2中模块之间的虚线所表示的是通信。控制信号的通信可以是VSC 100和子系统模块之间的双向通信。
VSC 100可命令子系统控制模块以传递期望的系统扭矩和速度。变速器10可具有关联的控制器，所述控制器实施与变速器相关的控制功能。变速器10可接收并解释来自VSC100的车轮扭矩命令，并将该命令转换为马达扭矩命令和发电机扭矩命令。变速器可将多种控制信号与电力电子模块146通信。控制信号144可包括马达扭矩命令和发电机扭矩命令以及马达速度命令和发电机速度命令。电力电子模块146可以以相似的方式将控制信息传递到变速器10。控制信息144可包括马达及发电机的速度、电压和扭矩。
VSC 100可使用多种输入以确定合适的运行模式和扭矩命令。所述输入可包括点火开关状态112、变速器档位选择器位置114(例如，PRNDL)、加速器踏板输入116、制动踏板输入118、方向盘输入120、速度控制输入122和气候控制输入124。可接收其它车辆状态输入126。每个输入可代表多种信号。所述信号可以是独立的硬件输入或可从串行通信总线接收所述信号。这些信号可用于计算驾驶员需求扭矩。
VSC 100可产生控制信号以控制动力传动系统的运转。VSC 100可与和发动机关联的控制器通信，以交换多个控制信号130。发送到发动机12的控制信号130可包括发动机扭矩命令和起动/停止请求。从发动机12接收的控制信号130可包括发动机速度和扭矩。
VSC 100可与和制动系统104关联的控制器通信。发送到制动系统104的控制信号128可包括由电机和摩擦扭矩命令实现的再生制动扭矩。从制动系统104接收的控制信号128可包括总体制动扭矩命令、车轮速度和施加的摩擦扭矩。制动系统可在每个车轮处电连接或液压连接(110所表示的)到制动模块。
VSC 100可与和牵引电池102关联的控制器通信。发送到牵引电池102的控制信号134可包括接触器命令。从牵引电池102接收的控制信号134可包括电池电压、电流、电力极限和荷电状态。
VSC 100可与和电力电子模块146关联的控制器通信。发送到电力电子模块146的控制信号108可包括马达扭矩命令、发电机扭矩命令、马达速度命令和发电机速度命令。从电力电子模块146接收的控制信号108可包括马达扭矩、发电机扭矩、马达速度、发电机速度、总线电压、马达电流和发电机电流。和变速器10关联的控制器还可与电力电子模块146交换控制信号144。
VSC 100可与和变速器10关联的控制器通信。发送到变速器10的控制信号132可包括车轮扭矩命令。从变速器10接收的控制信号132可包括变速器输出速度和扭矩。VSC 100可处理这些输入并计算驾驶员扭矩命令。
马达16的主要功能可包括：以电动车辆(EV)模式通过全部驾驶员扭矩驱动车辆；基于驾驶员扭矩命令(熟知为马达扭矩补偿(MTC))补偿环形齿轮扭矩输出；抑制传动系振荡。由于马达的快速响应以及机械系统的小阻尼比，使得传动系共振模式可通过马达扭矩输入而被激发。这会产生车辆驾驶性能问题并会要求改进马达扭矩控制。主动阻尼(防颠簸、防拖曳)控制可期望用于HEV的平稳运行。
动力分配式HEV还被熟知为串-并联式混合动力电动结构。再次参照图1，马达16扭矩处于环形齿轮30扭矩的并行路径上。通过发动机12经过行星齿轮组18连接到中间轴32来构建发动机12一侧的并行路径。另一并行路径是由中间轴32传递马达16扭矩。动力分配式HEV的驱动桥控制可确定合适的马达16扭矩命令，以按照给定的环形齿轮30扭矩输出满足车轮上的驾驶员期望扭矩。在瞬变发动机14运转期间，由于系统中不存在扭矩传感器，使得环形齿轮30扭矩和行星齿轮架22扭矩可能不能准确地得知。因此，对于马达16扭矩计算来说，环形齿轮30扭矩的估算可能是必需的。
可通过使用估算的动力传动系统扭矩计算马达16扭矩。关注的动力传动系统扭矩可以是由发动机12和发电机14在环形齿轮30上产生的扭矩。在本示例中，动力传动系统扭矩是环形齿轮扭矩。在不存在扭矩传感器的情况下，可使用动力传动系统扭矩的估算。该计算可表达为：
其中，是驾驶员车轮扭矩需求，ρd2m是从车轮到马达的传动比，ρm2r是从马达到环形齿轮的传动比。该计算可被称作马达扭矩补偿(MTC)。估算的环形齿轮扭矩输出可以是源于发动机12和发电机14的运转的估算扭矩。在该运转模式中，可使用马达扭矩实现不由发动机产生的任意量的驾驶员车轮扭矩命令。
为了计算发动机扭矩路径上的动力传动系统扭矩，现有技术的驱动桥控制通过使用发电机扭矩和发电机惯量来估算环形齿轮扭矩。在瞬变状态下，可通过发电机扭矩减去发电机惯性扭矩来计算中心齿轮扭矩。然后，反映的环形齿轮扭矩可被确定为：
其中，Jg是发电机和中心齿轮的总转动惯量。
现有技术使用等式(8)来确定合适的马达扭矩命令。该计算虽然简单，但是对马达扭矩计算带来了挑战。当使用这样的估算时，可产生正反馈环。由于正反馈环可通过闭环控制系统放大由任意扰动产生的传动系振荡，所以在控制系统中不期望正反馈环。通常观测到的是当所述状态发生时振荡存在于扭矩信号、速度信号和系统动力信号中。
另外，由于加速项的计算，使得等式(8)的现有的环形齿轮扭矩估算对于测量噪声和系统扰动来说是不够稳健。理论上，等式(8)基于系统动力学(来自等式(4))的逆模型根据中心齿轮上的瞬变扭矩而计算环形齿轮上的瞬变扭矩。实际上，通过等式(8)给出的估算由于对速度信号进行实际测量而不够精确。不可避免地，对ωg的速度测量引入了噪声测量并且还受系统扰动影响。当通过测量的发电机速度ωg计算导数时，该信号上的任何噪声和扰动将影响环形齿轮扭矩估算的准确性。当计算微分时，快速改变噪声脉动可在计算中引起较大的误差。为了防止这种情况，需要对ωg进行重度滤波，将延迟引入扭矩估算。该延迟的信号可影响马达响应时间。
基于之前的分析，由于环形齿轮扭矩计算的方法，所以现有技术驱动桥控制可引入传动系振荡。因此，期望更稳健的算法。公开了基于状态观测器的方法的示例，以代替现有的计算，所述基于状态观测器的方法具有更稳健且不易受噪声影响的估算。
马达扭矩命令确定可能是动力分配式HEV控制的重要特征。图3示出了马达扭矩确定中的主要函数及其相关的关系的示例。可基于环形齿轮扭矩估算154和驾驶员扭矩需求150来计算马达扭矩命令的前馈项152。主动阻尼特征160可调节马达扭矩156以抑制传动系振荡。主动阻尼特征160可以是基于传动系振荡的测量的反馈机构。马达扭矩可以被限制值的大小并被过滤164，以避免在急加速/减速事件(lash crossing event)期间导致噪声和振动。然后，可由电力电子模块处理马达扭矩命令158，以提供实际马达扭矩。然后，可结合发动机扭矩和发电机扭矩施加马达扭矩，并且动力传动系统可根据传动系动力学作出响应。
环形齿轮扭矩估算154对于车轮扭矩传递的准确性和平稳性来说是重要的。环形齿轮扭矩估算154对于系统扰动和测量噪声(尤其是由传动系共振所激发的那些系统扰动和测量噪声)而言应该是稳健的。公开了使用状态观测器或状态估算器162的示例，以估算未测量的阻尼挠角α、环形齿轮扭矩及发动机扭矩的值。
系统动力学可写为如下的状态空间表达式：
y＝Cx
其中，可将状态向量x、输入向量u和扰动变量w限定为：
状态向量包括发动机扭矩、发动机速度、发电机速度和阻尼器挠角。对系统的输入包括发动机扭矩命令、发电机扭矩和环形齿轮速度。
系统系数矩阵可源于等式(4)至等式(6)并可被限定为：
两个测量的输出信号可以是发动机速度和发电机速度，y＝(ωe,ωg)T。这些信号可通过发动机和发电机上的速度传感器而直接获得。这些传感器输入的分辨力和更新率可能是不同的。因此，可调节用于估算器设计中的反馈增益，以优先处理具有较高准确性和更新率的测量值。
状态观测器可具有以下形式：
其中，是估算的系统状态，是估算的输出，L是反馈修正项的增益。图4示出了状态观测器162的示图。观测器162计算测量的输出(y)204和估算的输出()222之间的误差200并使用该误差调节观测的状态214。估算的输出222可以是估算的发动机速度和发电机速度。在该设计中L为4行2列的矩阵，并且L可表示为：
估算的状态和实际的状态之间的误差动态值可限定为：
通过结合(9)和(12)，可导出误差动态值：
在一个示例中，状态观测器162可具有五个输入并提供两个输出。图4的状态估算器162描绘了等式(12)的图示。描绘了表示等式(9)的车辆动力学模型220。车辆动力学模型220表示动力传动系统的实际性能。车辆动力学模型220的输出y 204可以是实际的发动机速度和发电机速度。车辆中的控制器能够测量并处理这些输入，并假设这些输入适用于状态估算器162。
用于观测器的设计问题是驱动估算器误差200，这主要是由于系统扰动和的值的初始误差为0。这是线性多变量观测器设计问题。从现代控制理论中已知：如果系统可观测，则可找到系数矩阵L 202，该系数矩阵L 202可驱动误差状态200渐近于0。该设计中的系统满足该条件，并且多种设计方法可适用于这样的设计。这里未明确讨论具体的设计过程，但是可从通常的控制理论原理中获知该设计过程。作为示例，可通过使用直接极点配置(direct pole placement)通过直接修改L 202而导出L 202。作为另一示例，可通过间接方法(例如LQR机构)导出L 202，所述间接方法在不直接改变极点位置的情况下构建L 202。使用任一设计方法，假设：使用合适的设计找到L 202，以使(A-LC)严格具有左半平面极点。
还可基于测量系统输出y＝(ωe,ωg)T204的准确性的置信度来确定L 202的设计方法的选择。如果y 204的一个测量值比另一个测量值更准确，则可调整L 202中相应的列，以使观测器162的收敛性具有更好的效果。
设计的观测器162的一个特殊方面可能是处理观测器的测量的输入的方法。带阻滤波器(206、208)或陷波滤波器可用于对测量的环形齿轮速度210和测量的发动机和/或发电机速度204的输入进行过滤。目前，这种类型的滤波器由车辆控制系统用于动力计算路径中。然而，如果实施基于车轮扭矩的控制，则这种滤波器可能不会存在于之后的车辆控制中。本示例在扭矩估算的速度反馈路径中采用相似的滤波器结构，以提高动力传动系振动的稳健性。使用陷波滤波器的原因是去除传动系振荡的共振的频率含量，使得环形齿轮扭矩估算对于传动系动力学来说将是稳健的。可选择使用陷波滤波器。
如所述的观测器162使用命令的发动机扭矩作为一个输入212。可期望使用实际发动机扭矩作为观测器的输入。由于发动机扭矩传感器通常不可用，所以代替地可使用发动机扭矩的估算。可使用不同的建模方法来模拟发动机对扭矩命令作出响应。其它输入212可包括发电机扭矩，该发电机扭矩可以是请求的发电机扭矩、测量的发电机扭矩或估算的发电机扭矩。如图5中所示，这样的观测器可由两部分组成：发动机瞬变扭矩估算300(x1)和行星齿轮组动力学估算302(x2-x4)。发动机扭矩估算特征300可提供更多的信息以预测发动机曲轴上的输出扭矩304。为了产生扭矩还可使用更高阶的模型。在这种情况下，可替换发动机扭矩模型，而系统动力学的其它部分可保持不变。虽然可改变系统系数矩阵(A、B、C)，但是用于环形齿轮扭矩估算的方法将与图4中示出的相同。
再次参照图4，可从观测器162估算状态变量214。本示例中的未测量变量为x1和x4。观测器的输出(216、218)可以是如下的两个未测量状态变量的函数：
观测器的输出可包括环形齿轮扭矩218的估算。然后，估算的环形齿轮扭矩218可用于等式(7)以计算必须满足驾驶员扭矩需求的马达扭矩。状态估算可基于测量的发动机速度或实际的发动机速度与估算的发动机速度的偏差。状态估算可基于测量的发电机速度或实际的发电机速度与估算的发电机速度的偏差。换句话说，该估算可基于实际的发动机速度和估算的发动机速度之间的误差以及实际的发电机速度和估算的发电机速度之间的误差。
公开的示例具有优于现有系统的多种优势。系统提供了可用于其它应用的阻尼器挠曲的估算。可在没有明确使用任何加速度信号的情况下，估算环形齿轮扭矩，从而提高测量噪声的稳健性。通过陷波滤波器去除传动系共振对扭矩计算的正反馈，从而实现系统的阻尼效果。可通过已知阻尼器的挠曲而准确估算行星齿轮架和环形齿轮上的瞬变扭矩。通过去除正反馈而提高瞬变马达扭矩控制的稳健性。在瞬变期间，在阻尼器的挠曲瞬变的情况下，由于更准确地获知环形齿轮扭矩，而提高了马达扭矩控制的准确性。
在此公开的程序、方法或算法可被传送到处理装置、控制器或计算机/通过处理装置、控制器或计算机实现，所述处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或者专用的电子控制单元。类似地，所述程序、方法或算法可以以多种形式被存储为可被控制器或计算机执行的数据和指令，所述多种形式包括但不限于永久地存储在非可写存储介质(诸如，ROM装置)上的信息以及可变地存储在可写存储介质(诸如，软盘、磁带、CD、RAM装置以及其它磁介质和光学介质)上的信息。所述程序、方法或算法还可被实现为软件可执行对象。可选地，所述程序、方法或算法可利用合适的硬件组件(诸如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其它硬件组件或装置)或者硬件、软件和固件组件的结合被整体或部分地实施。
虽然上面描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了由权利要求包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可作出各种改变。如之前描述的，可组合各个实施例的特征以形成可能未被明确描述或示出的本发明的进一步的实施例。虽然多个实施例已被描述为提供优点或者可在一个或更多个期望的特性方面优于其它实施例或现有技术实施方式，但是本领域的普通技术人员应该认识到，可折衷一个或更多个特征或特点，以实现期望的整体系统属性，所述期望的整体系统属性取决于具体的应用和实施方式。这些属性包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、维护保养方便性、重量、可制造性、装配容易性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术实施方式的实施例并不在本公开的范围之外并且可被期望用于具体的应用。

Claims (13)

1.一种车辆，所述车辆包括：
马达，连接到传动系；
行星齿轮组，行星齿轮组的每个齿轮连接到传动系、发动机和发电机中的一者；
至少一个控制器，被配置为根据驾驶员扭矩需求与由发动机和发电机产生的估算的马达处的扭矩之间的差而控制马达，所述估算的马达处的扭矩是基于实际的发动机速度和估算的发动机速度之间的误差以及实际的发电机速度和估算的发电机速度之间的误差。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述估算的马达处的扭矩进一步基于命令的发动机扭矩。
3.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述估算的马达处的扭矩进一步基于估算的发动机扭矩。
4.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述估算的马达处的扭矩进一步基于发电机扭矩。
5.根据权利要求1所述的车辆，其中，行星齿轮组被构造为通过行星齿轮组的环形齿轮连接传动系，并且所述估算的马达处的扭矩与环形齿轮处的扭矩成比例。
6.根据权利要求5所述的车辆，其中，所述估算的马达处的扭矩进一步基于环形齿轮的速度。
7.根据权利要求5所述的车辆，其中，所述估算的马达处的扭矩进一步基于通过带阻滤波器过滤的环形齿轮的速度，以提高传动系动力学的稳健性。
8.根据权利要求1所述的车辆，其中，实际的发动机速度和估算的发动机速度之间的误差是通过带阻滤波器过滤的测量的发动机速度与估算的发动机速度之间的差。
9.根据权利要求1所述的车辆，其中，实际的发电机速度和估算的发电机速度之间的误差是通过带阻滤波器过滤的测量的发电机速度与估算的发电机速度之间的差。
10.一种用于控制车辆中的牵引马达的方法，所述方法包括：
通过至少一个控制器根据驾驶员扭矩需求与由发动机和发电机产生的估算的牵引马达处的扭矩之间的差而控制牵引马达扭矩，其中，所述估算的牵引马达处的扭矩是基于实际的发动机速度和估算的发动机速度之间的误差以及实际的发电机速度和估算的发电机速度之间的误差。
11.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括：通过带阻滤波器对测量的发动机速度和测量的发电机速度中的至少一个进行过滤，以提高传动系动力学的稳健性。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述估算的牵引马达处的扭矩进一步基于命令的发动机扭矩、估算的发动机扭矩或发电机扭矩。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述估算的牵引马达处的扭矩是状态观测器的输出，所述状态观测器被构造为驱使误差趋于0。
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