CN107031643B - 用于混合动力车辆的主动振动控制的装置和方法 - Google Patents

用于混合动力车辆的主动振动控制的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供了用于混合电动车辆的主动振动控制的装置和方法。具体地，方法可以包括：检测发动机转速或者电动机转速；基于所检测的发动机转速或者电动机转速选择基准角度信号；设置快速傅里叶变换(FFT)的周期并且从基准角度信号执行对于FFT的周期的发动机转速或者电动机转速的FFT；设置基准谱；基于基准谱提取振动分量；基于频率合计要移除的振动分量并且执行逆FFT；基于发动机转速和发动机负荷确定基本振幅比以及基于SOC确定可调比；以及基于基本振幅比、可调比和发动机扭矩执行每个频率的主动振动控制。

Description

用于混合动力车辆的主动振动控制的装置和方法
相关申请的引证
本申请要求于2015年12月10日提交的韩国专利申请第 10-2015-0176324号的优先权和权益，其全部内容通过引证结合于此。
技术领域
本公开涉及用于混合电动车辆的主动振动控制的装置和方法。
背景技术
本部分中的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
混合动力车辆是使用两个以上不同种类的动力源的车辆，并且通常是由通过燃烧燃料获得驱动扭矩的发动机以及利用电池电力获得驱动扭矩的电动机驱动的车辆。
在车辆通过两个动力源(即，发动机和电动机)驱动的同时根据发动机和电动机如何操作，混合电动车辆可以被提供最佳输出扭矩。
混合电动车辆可以使用发动机和电动机作为动力源形成各种结构，并且混合电动车辆分为TMED(安装有变速器的电气设备)型和FMED(安装有飞轮的电气设备)型，在TMED型中，发动机和电动机通过发动机离合器连接并且电动机连接至变速器，而在FMED型中，电动机直接连接至发动机的曲轴并且通过飞轮连接至变速器。
在这些当中，由于FMED型混合电动车辆非常吵且具有严重的振动，因此，研究了其的减振。提取振动分量的频率分析的方法通常用于此。
在常规频率分析中已使用了使用带通滤波器的模拟方法，以及基于频带的每个预期点的振幅分析确定频率是否异常的模拟方法。
然而，区分发动机的振动分量与噪声分量的振动是困难的，并且振动的不必要的过度控制会负面影响控制效率和能量管理。进一步，因为仅能够相对于常规频率分析中的具体频率创建并且同步基准信号，所以对于可额外生成的其他频率不执行综合和主动控制。
发明内容
本公开提供用于混合电动车辆的主动振动控制的装置和方法，具有通过使用FFT(快速傅里叶变换)的整体频谱分析而精细控制异常振动分量以及通过反馈实时反映周围频率分量的变化的优势。
根据本公开的一个形式的用于混合电动车辆的主动振动控制的方法可以包括：检测发动机转速或者电动机转速；基于电动机或者发动机的位置信息选择基准角度信号；设置快速傅里叶变换(FFT)的周期并且从基准角度信号执行对应于FFT的周期的发动机转速或者电动机转速的FFT；基于发动机转速和发动机负荷设置基准谱；基于基准谱的信息提取要移除的振动分量；基于频率合计要移除的振动分量并且执行逆FFT；基于发动机转速和发动机负荷确定基本振幅比以及基于SOC确定可调比；以及基于基本振幅比、可调比以及发动机扭矩的信息执行每个频率的主动振动控制。
基准角度信号可以基于电动机的位置的信息通过分割多个(m个)旋转变压器极(resolver pole)而设置，或者基于发动机的位置的信息设置一号汽缸的上止点(TDC)与四号汽缸的下止点(BDC)之间的基准角度。
FFT周期可以考虑汽缸和发动机的冲程而设置。
分析FFT信号可以计算每个频率的幅度和相位信息。
可以选择FFT信号大于基准谱的频率分量作为要移除的振动分量。
要移除的振动分量可以通过输出对应于反演值(inverse value)的电动机扭矩而移除，反演值可以通过将由逆FFT创建的基准信号乘以发动机扭矩、基本振幅比以及可调比来计算。
可以确定基于SOC的可调比，使得当SOC低时反相扭矩减小，并且当SOC高时反相扭矩增加。
根据本公开的另一个形式的用于包括发动机和电动机作为动力源的混合电动汽车的主动振动控制的装置可以包括：位置传感器，被配置为检测发动机或者电动机的位置信息；以及控制器，被配置为基于来自位置传感器的信号选择基准角度信号，执行发动机转速或者电动机转速的快速傅里叶变换(FFT)，通过FFT分析提取要移除的振动分量，并且通过执行逆FFT生成基准信号，以及通过反映基准信号、基于发动机转速和发动机负荷的基本振幅比并且基于SOC(充电状态)的可调比以及发动机扭矩，执行每个频率的主动振动控制。
控制器可以基于发动机转速和发动机负荷设置基准谱，并且通过比较基准谱与FFT信号而提取要移除的振动分量。
控制器可以基于频率合计要移除的振动分量，并且通过执行逆FFT生成基准信号。
控制器可以通过输出对应于反演值的电动机扭矩而移除振动分量。反演值可以通过将由逆FFT创建的基准信号乘以发动机扭矩、基本振幅比以及可调比来获得。
控制器可以基于电动机的位置的信息通过分割多个(m个)旋转变压器极设置基准角度信号，或者基于发动机的位置的信息设置一号汽缸的下止点(TDC)与四号汽缸的上止点(BDC)之间的基准角度信号。
控制器可以考虑汽缸和发动机的冲程而设置FFT周期，并且通过所计算的每个频率的幅度和相位信息而分析FFT信号。
如上所述，因为每个频率的精确振动分量可以通过FFT频谱分析而提取，因此可以主动控制振动。因此，由于可以利用原样的发动机和电动机的基准角度的确定系统，如在常规领域中使用的用于信号同步的额外设备或者算法可以删除。
此外，作为振动控制的对象的频率和振动调节量可以单独控制，因此能够避免当振动过度移除时来自于控制的低效，并且当发动机加速时随着电动机扭矩增加可以改善燃料消耗。特别地，通过使用可调比能够将电池的SOC恒定保持在预定范围内。
从本文提供的描述中，其他适用性领域将变得显而易见。应当理解，描述和具体实例仅为了说明的目的而并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
为了本公开可以得到很好的理解，现在将描述其各种形式，通过举例的方式参考附图给出本公开的形式，在附图中：
图1是用于混合电动车辆的主动振动控制的装置的示意图；
图2是示出用于混合电动车辆的主动振动控制的方法的流程图；
图3是示出当电池的SOC低时，应用了混合电动车辆的主动振动控制的方法的减振的示图；
图4是示出当电池的SOC高时，应用了混合电动车辆的主动振动控制的方法的减振的示图；以及
图5A至图5F是说明用于混合电动车辆的主动振动控制的方法的曲线图。
本文中描述的附图仅用于说明的目的而不旨在以任何方式限制本公开的范围。
具体实施方式
以下描述在本质上仅是示例性的且并不旨在限制本公开、应用或用途。应当理解，贯穿附图，相应的参考标号表示相同或相应的部分和特征。
作为本领域内的技术人员将理解，所描述的形式可以以各种不同的方式修改，而都不偏离本公开的精神或范围。
贯穿本说明书和以下权利要求，除非明确相反描述，否则词语“包括”以及变形诸如“包含”或者“含有”将理解为暗指包括所陈述的元件但不排除任何其他元件。
应当理解，如本文中使用的术语“车辆”或者“车辆的”或者其他相似术语包括广义上的机动车辆，包括混合动力车辆、插电式混合电动车辆以及其他替代燃料车辆(例如，来源于除石油以外的资源的燃料)。如本文中所提及的，混合电动车辆是具有两个以上动力源的车辆，例如汽油动力车辆和电动车辆。
另外，应当理解，一些方法可以通过至少一个控制器执行。术语“控制器”指包括存储器和处理器的硬件设备，其中处理器被配置为执行应解释为其算法结构的一个以上步骤。存储器被配置为存储算法步骤并且处理器被特别配置为执行所述算法步骤以执行以下进一步描述的一个以上处理。
此外，本公开的控制逻辑可以体现为计算机可读介质上的非瞬时性计算机可读介质，包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的实力包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动、智能卡以及光学数据存储设备。计算机可读记录介质还可以分布在联网的计算机系统中，使得计算机可读介质以分布方式(例如通过远程服务器或者控制器局域网(CAN))存储并执行。
图1是根据本公开的一个形式的用于混合电动车辆的主动振动控制的示意性框图。
如图1所示，用于混合电动车辆的主动振动控制的装置包括发动机 10、电动机20、位置传感器25、离合器30、变速器40、电池50以及控制器60。
在开启时发动机10通过燃烧燃料作为动力源输出驱动力。发动机10 可以是使用常规化石燃料的各种发动机，诸如汽油发动机或者柴油发动机。从发动机10生成的旋转动力通过离合器30传输至变速器40。
电动机20通过从电池50通过逆变器施加的3相AC电压操作以生成扭矩，并且作为发电机操作并在滑行减速模式中将再生能量供应至电池 50。
在一个形式中，电动机20可以直接连接至发动机10的曲轴。
位置传感器25获取发动机10或者电动机20的位置信息。发动机10 或者电动机20的位置信息传输到控制器60。位置传感器25可以包括检测曲轴的相位的曲轴位置传感器或者检测电动机的定子和转子的位置的电动机位置传感器。控制器60可以通过区分由曲轴位置传感器检测的旋转角度来计算发动机转速，并且可以通过区分由电动机位置传感器检测的电动机的定子和转子的位置来计算电动机转速。位置传感器25可以是用于测量发动机转速或者电动机转速的转速传感器(未示出)。
离合器30布置在连接至发动机10的曲轴的电动机20与变速器40之间，并且切换对于变速器40的动力输送。离合器30可以应用为液压型离合器或者干型离合器。
变速器40基于车辆速度和运行状况调节换档比，基于换档比分配输出扭矩，并且将输出扭矩传递至驱动轮，由此使车辆能够运行。变速器40 可以是自动变速器(AMT)或者双离合自动变速器(DCT)。
电池50由多个单元电池形成，并且用于向电动机20提供驱动电压的高压存储在电池50中。电池50根据驱动模式将驱动电压供应至电动机20，并且在再生制动中通过电动机20生成的电压充电。
控制器60基于来自位置传感器的信号选择基准角度信号，执行快速傅里叶变换(FFT)，经由FFT分析提取要移除的振动分量，并且通过执行逆FFT执行每个频率的主动振动控制。基准信号可以指基于频率要移除的振动分量的逆FFT信号。
此后，控制器60通过反映基准信号、基于发动机转速和发动机负荷的基本振幅比、基于SOC(充电状态)的可调比以及发动机扭矩执行每个频率的主动振动控制。
出于这些目的，控制器60可以实现为通过预定程序操作的至少一个处理器，并且预定程序可以被编程以便执行用于混合电动车辆的主动振动控制的方法的每个步骤。
可以在记录介质内实现本文中所描述的各种形式，例如，通过使用软件、硬件或其组合可由计算机或类似设备读取的记录介质。
根据硬件实现，本文中描述的形式可以通过使用专用集成电路 (ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑装置(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器以及被设计为执行任何其他功能的电单元中的至少一个来实现。
根据软件实现，本形式中描述的诸如程序和功能的形式可以通过分开的软件模块实现。软件模块中的每一个可以执行本公开中描述的一个以上功能和操作。软件代码可以通过以合适程序语言书写的软件应用程序实现。
在下文中，将参考图2至图5 详细描述根据本公开的一个形式的用于混合电动车辆的主动振动控制的方法。
图2是示出用于混合电动车辆的主动振动控制的方法的流程图。
图3是示出当电池的SOC低时应用了混合电动车辆的主动振动控制的方法的减振的示图。图4是示出当电池的SOC高时应用了混合电动车辆的主动振动控制的方法的减振的示图。图5A至图5F是说明用于混合电动车辆的主动振动控制的方法的曲线图。
如图2中所示，当在步骤S100处位置传感器25获得发动机10或者电动机20的位置信息时混合电动车辆的主动振动控制方法开始，并且在步骤S100处控制器60可以使用发动机10或者电动机20的位置信息获取发动机转速或者电动机转速(参考图5A)。
在步骤S120处控制器60基于位置传感器25的信号选择基准角度信号。即，控制器60根据发动机10和电动机20的位置的信息选择基准角度信号(参考图5A)。
控制器60可以基于电动机20的位置的信息通过分割多个(m个)旋转变压器极设置基准角度信号，或者可以基于发动机10的位置的信息设置一号汽缸或者四号汽缸的上止点(TDC)与下止点(BDC)之间的基准角度信号。例如，控制器60可以基于电动机20的位置的信息选择基准角度信号，并且可以通过将16个极信号分割为八个(8)而创建基准角度信号。基准角度信号意味着执行FFT的开始点。
此后，在步骤S120处控制器60设置FFT的周期用于执行FFT。控制器60可以考虑汽缸的数量和发动机10的冲程设置整个周期。例如，如果发动机10具有四个汽缸和四个冲程，那么曲柄角度可以是720度。
当在步骤S120中设置FFT周期时，在步骤S130处控制器60执行FFT。即，控制器60执行对应于从基准角度信号FFT的周期的发动机转速或者电动机转速的FFT(参考图5B)。控制器60可以通过分析FFT信号计算每个频率的幅度和相位信息。
此外，在步骤S140处控制器60根据发动机转速和负荷设置基准谱(参考图5B)。即，控制器60可以根据发动机的操作点设置每个频率的振动基准值。
当在步骤S140中设置基准谱时，在步骤S150处控制器60通过比较 FFT信号与基准谱而提取要在步骤处移除的振动分量。即，控制器60可以在FFT分析的值与预定振动基准值的比较结果中选择需要振动控制的对象。控制器60可以提取FFT信号大于基准谱的频率分量作为要移除的振动分量。
由于基准谱指根据发动机转速和发动机负荷的常规振动分量，控制器 60确定FFT信号大于基准谱的频率分量作为要移除的异常振动分量。例如，参考图5B，可以选择f2频率分量作为要移除的频率分量。
参考图3和图4，在图的左上侧示出通过执行FFT分析计算的每个频率的振动分量的幅度和相位。
当在步骤S150中选择了要移除的振动分量时，控制器60根据频率合计要移除的振动分量并且在步骤S160处执行逆FFT以创建基准信号(参考图5C)。如上所述，基准信号指要移除的振动分量的逆FFT信号。
在步骤S170处控制器60根据发动机转速和发动机负荷确定基本振幅比，并且根据SOC(充电状态)确定可调比。可以通过预定映射预先确定根据发动机转速和发动机负荷的振幅比。可以确定根据SOC的可调比，使得当SOC低时反相扭矩减少，当SOC高时反相扭矩增加。
参考图3和图4，图中左下侧示出所表示的与要移除的振动的分量重叠的反相扭矩值(参考虚线)。如图3中的实线所示，可以确定可调比使得反相扭矩减少以便当SOC低时对电池进行充电。
相反，如图4中的实线所示，可以确定可调比使得反相扭矩增加以便当SOC高时使电池放电。
此后，在步骤S180处控制器60基于基本振幅比、可调比以及发动机扭矩执行每个频率的主动振动控制。即，控制器60可以通过输出对应于反演值的电动机扭矩(反相扭矩)移除振动分量的所有正分量和负分量(参考图5D)，其中反演值通过逆FFT创建的基准信号乘以发动机扭矩、可调比以及基本振幅比所计算。
参考图3和图4，反映了如左侧中所描述的反相扭矩施加至每个频率的振动分量，由此可以控制使得移除要移除的振动分量而期望的振动分量依然存在，如图右侧中所描述。
换言之，由于基准信号表达为根据时间的转速，控制器60通过将发动机扭矩和基本振幅比反映为基准信号并且将基准信号转换为扭矩分量而移除要移除的振动分量。即，如图5E和图5F所示，能够控制发动机转速或者电动机转速，使对应于基准谱的频率分量依然存在。
为了管理电池的SOC，当控制振动分量时应当控制电池的充电量或者放电量。即，需要通过同时执行主动振动控制和电池控制(即，电荷耗尽控制或者电荷维持控制)将电池的SOC保持在预定范围内。因此，当应用根据SOC的可调比时，由于电池的SOC恒定保持在预定范围内，能够恒定保持最终扭矩。
如上所述，因为可以通过FFT频谱分析提取每个频率的精确振动分量而可以主动控制振动。因此，由于可以照原样利用发动机和电动机的基准角度的确定系统，可以删除如在常规领域中使用的用于信号同步的额外设备或者算法。
此外，作为振动控制的对象的频率和振动调节量可以单独控制，因此当振动过度移除时能够减小或者避免来自控制的低效并且当发动机加速时随着电动机扭矩增加可以改进燃料消耗。具体地，通过使用可调比能够将电池的SOC恒定保持在预定范围内。
虽然本公开结合目前认为实用的示例性形式进行描述，应当理解本公开不限于所公开的形式，相反，本公开旨在覆盖包含在本公开的精神和范围内的各种变形和等同布置。

Claims (14)

1.一种用于混合电动车辆的主动振动控制的方法，所述方法包括：
由传感器检测发动机转速或者电动机转速；
由控制器基于电动机或者发动机的位置信息选择基准角度信号；
由所述控制器设置快速傅里叶变换(FFT)的周期并且从所述基准角度信号执行对应于所述快速傅里叶变换的周期的所述发动机转速或者所述电动机转速的快速傅里叶变换；
由所述控制器基于所述发动机转速和发动机负荷设置基准谱；
通过比较所转换的快速傅里叶变换信号与所述基准谱，由所述控制器提取要移除的振动分量；
由所述控制器基于频率对要移除的所述振动分量求和并且执行逆快速傅里叶变换以生成基准信号；
由所述控制器基于所述发动机转速和所述发动机负荷确定基本振幅比并且基于充电状态(SOC)确定可调比；以及
由所述控制器基于所述基准信号、所述基本振幅比、所述可调比以及发动机扭矩的信息执行每个频率的主动振动控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基准角度信号通过基于所述电动机的位置的信息分割多个旋转变压器极而设置，或者基于所述发动机的位置信息将所述基准角度信号设置在一号气缸或者四号汽缸的上止点(TDC)与下止点(BDC)之间。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述快速傅里叶变换周期基于所述发动机的冲程和汽缸的数量设置。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括通过分析所述快速傅里叶变换信号，由所述控制器计算每个频率的幅度和相位信息。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括当频率分量的快速傅里叶变换信号大于所述基准谱时，选择频率分量作为要移除的振动分量。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，要移除的所述振动分量通过输出对应于反演值的电动机扭矩而移除，所述反演值通过将由所述逆快速傅里叶变换创建的基准信号乘以所述发动机扭矩、所述基本振幅比以及所述可调比而计算。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，
确定基于所述充电状态的所述可调比使得当所述充电状态低时反相扭矩减少，并且当所述充电状态高时所述反相扭矩增加。
8.一种用于包括发动机和电动机作为动力源的混合电动车辆的主动振动控制的装置，所述装置包括：
位置传感器，被配置为获取所述发动机或者所述电动机的位置信息；以及
控制器，被配置为基于来自所述位置传感器的信号选择基准角度信号，设置快速傅里叶变换(FFT)的周期并且从所述基准角度信号执行对应于所述快速傅里叶变换的周期的所述发动机转速或者所述电动机转速的快速傅里叶变换，基于所述发动机转速和发动机负荷设置基准谱，通过比较所转换的快速傅里叶变换信号与所述基准谱，提取要移除的振动分量，以及基于频率对要移除的所述振动分量进行求和并且执行逆快速傅里叶变换生成基准信号，
其中，所述控制器被配置为基于所述基准信号、基于所述发动机转速和发动机负荷的基本振幅比、基于充电状态(SOC)的可调比以及发动机扭矩执行每个频率的主动振动控制。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述控制器被配置为基于所述发动机转速和所述发动机负荷建立基准谱，并且通过比较所述基准谱与从进行所述快速傅里叶变换获得的信号而提取要移除的所述振动分量。
10.根据权利要求8所述的装置，其中，所述控制器被配置为通过执行所述逆快速傅里叶变换生成基准信号。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述控制器被配置为通过输出对应于反演值的电动机扭矩而移除所述振动分量，所述反演值通过将由所述逆快速傅里叶变换创建的所述基准信号乘以所述发动机扭矩、所述基本振幅比以及所述可调比而计算。
12.根据权利要求8所述的装置，其中，所述控制器被配置为通过基于所述电动机的位置信息分割多个旋转变压器极设置所述基准角度信号，或者基于所述发动机的位置信息将所述基准角度信号设置在一号气缸或者四号汽缸的上止点(TDC)与下止点(BDC)之间。
13.根据权利要求8所述的装置，其中，所述控制器被配置为基于所述发动机的冲程和汽缸的数量设置快速傅里叶变换周期，并且基于所计算的每个频率的幅度和相位信息分析经所述快速傅里叶变换处理的信号。
14.根据权利要求8所述的装置，其中，
所述控制器被配置为确定所述可调比使得当所述充电状态低时反相扭矩减少，并且当所述充电状态高时所述反相扭矩增加。
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