CN110758111A - 电机噪声衰减 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“电机噪声衰减”。用于控制车辆的电机的系统，尤其包括控制器模块，所述控制器模块被配置为通过响应于关于来自电机的噪声的反馈改变校正电压来衰减所述噪声。所述校正电压和基本电压命令作为组合的电压命令提供给所述电机。所述校正电压位于与所述噪声的谐波相邻的谐波上。控制与车辆的电机相关联的噪声的方法，尤其包括响应于关于噪声的反馈来改变校正电压以衰减所述噪声。所述校正电压和基本电压命令作为组合的电压命令提供给所述电机。所述校正电压位于与所述噪声的谐波相邻的谐波上。

Description

电机噪声衰减
技术领域
本公开总体上涉及衰减与电机相关的噪声，且更具体地涉及衰减可听谐波噪声。
背景技术
电动化车辆不同于传统的机动车辆，因为电动化车辆使用由牵引电池供电的一个或多个电机选择性地驱动。电机可以代替内燃发动机或者对内燃发动机进行补充来驱动电动化车辆。示例性电动化车辆包括混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)、燃料电池车辆(FCV)和电池电动车辆(BEV)。
在操作期间，电机可以在径向和切向产生相对高频的力。振动会产生可听谐波噪声和可听脉宽调制噪声。可听谐波噪声不能像可听脉宽调制噪声那样被有效地过滤。
发明内容
根据本公开的示例性方面的用于控制车辆的电机的系统尤其包括控制器模块，所述控制器模块被配置为通过响应于关于来自电机的噪声的反馈改变校正电压来衰减所述噪声。校正电压和基本电压命令作为组合的电压命令提供给电机。校正电压位于与噪声的谐波相邻的谐波上。
在前述系统的另一个非限制性实施例中，噪声是可听谐波噪声。
任何前述系统的另一个非限制性实施例包括收集反馈的至少一个传声器。
任何前述系统的另一个非限制性实施例包括收集反馈的至少一个加速度计。
在任何前述系统的另一个非限制性实施例中，反馈包括可听噪声反馈、振动反馈或两者。
在任何前述系统的另一个非限制性实施例中，噪声的谐波是n*6阶谐波，并且校正电压的谐波是(n*6)+1阶谐波、(n*6)-1阶谐波或两者。
在任何前述系统的另一个非限制性实施例中，校正电压的谐波与噪声的谐波直接相邻。
任何前述系统的另一个非限制性实施例包括并入有电机的电动化车辆。
任何前述系统的另一个非限制性实施例包括作为三相电动马达的电机。
任何前述系统的另一个非限制性实施例包括产生基本电压命令的第一电流调节器和产生校正电压的不同的第二电流调节器。
根据本公开的另一示例性方面的控制与车辆的电机相关联的噪声的方法尤其包括响应于关于噪声的反馈来改变校正电压以衰减噪声。校正电压和基本电压命令作为组合的电压命令提供给电机。校正电压位于与噪声的谐波相邻的谐波上。
前述方法的另一个示例包括使用至少一个传声器收集作为听觉反馈的反馈。
任何前述方法的另一个示例包括使用至少一个加速度计收集作为振动反馈的反馈。
在任何前述方法的另一个示例中，反馈包括可听噪声反馈、振动反馈或两者。
在任何前述方法的另一个示例中，噪声的谐波是n*6阶谐波，并且校正电压的谐波是(n*6)+1阶谐波、(n*6)-1阶谐波或两者。
在任何前述方法的另一个示例中，校正电压的谐波与噪声的谐波直接相邻。
任何前述方法的另一个示例包括利用电机产生的扭矩驱动电动化车辆。
在任何前述方法的另一个示例中，所述电机是三相电动马达。
任何前述方法的另一个示例包括使用第一电流调节器提供基本电压命令，以及使用不同的第二电流调节器提供校正电压。
前述段落、权利要求或以下描述和附图的实施例、示例和替代方案(包括其各个方面或相应的单独特征中的任一个)可以独立地或以任何组合方式进行。结合一个实施例描述的特征适用于所有实施例，除非这些特征不兼容。
附图说明
根据具体实施方式，所公开的示例的各种特征和优点对于本领域技术人员而言将变得明显。可以如下简短地描述随附于具体实施方式的附图：
图1示出了并入有至少一个电机的电动化车辆动力传动系统的示意图。
图2示出了可以在图1的电动化车辆动力传动系统中使用的电机的示意图。
图3示出了与用于减少可听谐波噪声的系统相结合的图2的电机的示意图。
图4示出了图3的系统的另一示意图。
图5示出了图4的系统的更详细的示意图。
具体实施方式
本公开总体上涉及降低来自电机的可听谐波噪声。
图1示意性地示出了用于电动化车辆的动力传动系统10。尽管示出为混合动力电动化车辆(HEV)，但是应理解，本文中描述的概念不限于HEV并且可以延伸到其他电动化车辆，包括但不限于插电式混合动力电动化车辆(PHEV)、燃料电池车辆，和电池电动化车辆(BEV)。
在该示例性非限制性实施例中，动力传动系统10为采用第一驱动系统和第二驱动系统的功率分流动力传动系统。第一驱动系统包括发动机14和发电机18(即，第一电机)的组合。第二驱动系统至少包括马达22(即，第二电机)、发电机18和电池24。在该示例中，第二驱动系统被认为是动力传动系统10的电动驱动系统。第一驱动系统和第二驱动系统产生扭矩以驱动电动化车辆的一组或多组车辆驱动轮28。
发动机14(其在该示例中为内燃发动机)和发电机18可以通过动力传递单元30连接。在一个非限制性实施例中，动力传递单元30是行星齿轮组，该行星齿轮组包括环形齿轮32、中心齿轮34和齿轮架总成36。当然，其他类型的动力传递单元(包括其他齿轮组和变速器)可以用于将发动机14连接至发电机18。
发电机18可以由发动机14通过动力传递单元30驱动以将动能转换成电能。发电机18可以替代地用作马达以将电能转换成动能，从而将扭矩输出到轴38，所述轴38连接到动力传递单元30。由于发电机18可操作地连接到发动机14，因此发动机14的转速可以由发电机18控制。
动力传递单元30的环形齿轮32可以连接到轴40，所述轴40通过第二动力传递单元44连接到车辆驱动轮28。第二动力传递单元44可以包括具有多个齿轮46的齿轮组。其他动力传递单元也可能是合适的。齿轮46将扭矩从发动机14传输到差速器48，从而最终为车辆驱动轮28提供牵引力。差速器48可以包括能够向车辆驱动轮28传递扭矩的多个齿轮。在该示例中，第二动力传递单元44通过差速器48机械地联接到车桥50，以将扭矩分配给车辆驱动轮28。
马达22(即，第二电机)还可以用于通过将扭矩输出至也连接至第二动力传递单元44的轴52来驱动车辆驱动轮28。在一个实施例中，马达22和发电机18配合作为再生制动系统的一部分，其中马达22和发电机18都可以用作马达来输出扭矩。例如，马达22和发电机18可以各自将电力输出到电池24。
电池可以具有高压电池的形式，其能够输出电力以操作马达22和发电机18。其他类型的能量存储装置和/或输出装置也可以与具有动力传动系统10的电动化车辆一起使用。
现在参考图2，示例性电机60可操作地联接到控制器模块64。电机60是永磁(PM)同步马达68。通常，电机60响应于来自控制器模块64的命令而操作。所述命令可以包括电压命令。
电机60可以与图1的动力传动系统10结合使用，或者在使用PM同步马达的另一种类型的电动化车辆的动力传动系统内使用。例如，电机60可以用作图1中的发电机18，或者用作组合式马达-发电机。电机60可以表示某种其他类型的电机。
现在参考图3并继续参考图2，电机60可以与动力传动系统(诸如图1的动力传动系统10)结合使用。电机60被示为并入到用于降低来自电机60的可听谐波噪声N的系统中。
在示例性实施例中，电机60通过传动装置76为驱动轮74提供动力。可听谐波噪声N源自电机60，但是可以从电机60或类似传动装置76的周围部件传播。
电机60由从控制器模块64发送的命令控制。所述命令从控制器模块64通过逆变器84移动到电机60。逆变器84可以是脉宽调制(PWM)逆变器。
可以使用至少一个传声器88、至少一个加速度计92或两者来监测可听谐波噪声N。可听谐波噪声N可以作为来自电机60的可听谐波噪声N，或者作为来自其他区域(诸如传动装置76)的噪声被监测。来自控制器模块64的命令可以响应于关于来自电机60的可听谐波噪声N的反馈而改变。
传声器86检测噪声并将噪声水平作为信号提供给控制器模块64。加速度计92监测振动，然后将所述振动作为信号提供给控制器模块64。控制器模块64捕获所述信号并基于所述信号执行衰减来自电机60的噪声的算法。也就是说，控制器模块64可以基于关于可听谐波噪声N的反馈来调整发送到马达68的命令。
在一些示例中，传声器86、加速度计92或其两者是数字装置。传声器86可以是例如通用串行总线(USB)数字传声器。数字装置的使用有助于减少控制器模块64的计算负担，并减少所需的电缆长度。例如，模拟电缆可以用一根数字电缆代替。
捕获信号的控制器模块64可以是微控制器单元(MCU)。替代地，控制器模块64可以包括与用于捕获信号的MCU分离的另一个控制器。另一个控制器可以通过数字信道与MCU通信，所述数字信道例如控制器局域网(CAN)、内置集成电路(I2C)、串行外围接口(SPI)等。
控制器模块64尤其可以包括处理器和存储器部分。处理器可以被编程为执行存储在存储器部分中的程序。处理器可以是定制的或市售的处理器、中央处理单元(CPU)、与控制器模块相关联的若干处理器中的辅助处理器、基于半导体的微处理器(微芯片或芯片组的形式)或通常用于执行软件指令的任何装置。存储器部分可以包括易失性存储器元件中的任何一个或组合。程序可以作为软件代码存储在这种存储器部分中。程序可以包括一个或多个附加或独立的程序，每个所述程序包括可执行指令的有序列表，以用于实施与基于关于可听谐波噪声N的反馈对发送到电机60的命令进行调整相关联的逻辑功能。
参考图4，从控制器模块64发送到电机60的命令是组合的电压命令100，其是基本电压命令104和校正电压108的组合。
基本电压命令104由控制器模块64的第一电流调节器112传送。校正电压108由控制器模块64的独立的第二电流调节器116提供。第一电流调节器112和第二电流调节器可以并行操作，以分别提供基本电压命令104和校正电压108。组合的电压命令100从控制器模块64输出到电机60。
控制器模块64可以执行使得第一电流调节器112调整基本电压命令104的程序。基本电压命令104使得电机60传递期望的马达扭矩。
校正电压108可以被注入基本电压命令104，以提供组合的电压命令100。不同谐波阶次的电压注入基本上不会相互影响，因为它们不共享相同的频率，除非在零转速下。在零转速下，不需要执行主动噪声衰减，因为在零转速下操作的电机60基本上不产生可听谐波噪声。
控制器模块64执行使得第二电流调节器116基于关于可听谐波噪声N的反馈来调整校正电压108的程序。所述反馈在图4中的框118处表示，并且可以如结合图3所描述的那样被收集和监测。所述反馈可以是关于振动、可听噪声或某一其他变量的快速傅立叶变换(FFT)反馈。
在示例性实施例中，校正电压108用于降低来自电机60的n*6阶谐波噪声。为此，第二电流调节器116调整与噪声的n*6阶谐波相邻的校正电压108的谐波。因此，校正电压108调整(n*6)+1阶谐波、(n*6)-1阶谐波，或两者。对校正电压108的调整可以包括振幅调整和相角调整。
在示例性实施例中，控制器模块80的算法动态地改变校正电压108，特别是5阶和7阶电压，直到反馈指示来自电机60的6阶噪声和振动已经达到降低的值，或者在一些示例中达到最小值。
在一些示例中，第二电流调节器116可以调整与n*12阶谐波相邻的校正电压108的谐波，以降低来自电机60的n*12阶谐波噪声，校正电压108调整(n*12)+1阶谐波、(n*12)-1阶谐波或两者，以衰减与n*12阶谐波相关联的可听噪声。
参考图5，第一电流调节器112可以接收基本命令电流输入Iq_cmd和Id_cmd。第一电流调节器112可以输出基本命令电压输出Vq_cmd和Vd_cmd，它们在框120处被转换，然后在框124处与校正电压108组合。
第二电流调节器116可以接收由框128处的自适应或自学习算法提供的第n*6幅值和角度的Id和Iq命令。所述算法可以基于关于来自电机60的可听谐波噪声N的信息来调整幅度和角度。如果需要，框128处的算法可以参考框132处的预设电流值的映射。
第二电流调节器116可以输出第N*6电压命令，所述命令在框136处被转换，然后在框124处与基本电压命令104组合。
框124将组合的电压命令100提供给框140处的PWM算法。组合的电压命令100从框140移动到逆变器144，然后移动到电机60。
电压命令100是控制信号。逆变器144仅能使用PWM信号来输出电力。PWM算法140将控制信号100转换成PWM信号，因此逆变器144可以使用该PWM信号为电机60产生高功率。
根据需要，电流和转子位置可以在框150处被转换，然后作为反馈被提供给第一电流调节器112、第二电流调节器116或两者。
所公开示例的示例性特征包括利用校正电压衰减来自电机的噪声，这可以减少对噪声掩蔽材料的需求。校正电压不会显著增加马达的电损耗。
前面的描述在本质上是示例性的而不是限制性的。对所公开的示例做出的变化和修改对于本领域技术人员而言可以变得明显，所述变化和修改未必脱离本公开的实质。因此，对本公开的法律保护范围只能通过研究以下权利要求来确定。

Claims (15)

1.一种用于控制车辆的电机的系统，包括：
控制器模块，其被配置为通过响应于关于来自电机的噪声的反馈改变校正电压来衰减所述噪声，所述校正电压和基本电压命令作为组合的电压命令提供给所述电机，所述校正电压位于与所述噪声的谐波相邻的谐波上。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述噪声是可听谐波噪声，并且任选地，其中所述反馈包括可听噪声反馈、振动反馈或两者。
3.如权利要求1所述的系统，还包括收集所述反馈的至少一个传声器。
4.如权利要求1所述的系统，还包括收集所述反馈的至少一个加速度计。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述噪声的谐波是n*6阶谐波，并且所述校正电压的谐波是(n*6)+1阶谐波、(n*6)-1阶谐波或两者。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述校正电压的谐波与所述噪声的谐波直接相邻。
7.如权利要求1所述的系统，还包括并入有所述电机的电动化车辆，并且任选地，其中所述电机是三向电动马达。
8.如权利要求1所述的系统，还包括产生所述基本电压命令的第一电流调节器和产生所述校正电压的不同的第二电流调节器。
9.一种控制与车辆的电机相关联的噪声的方法，包括：
响应于关于噪声的反馈来改变校正电压以衰减所述噪声，所述校正电压和基本电压命令作为组合的电压命令提供给所述电机，所述校正电压位于与所述噪声的谐波相邻的谐波上。
10.如权利要求9所述的方法，还包括使用至少一个传声器收集作为听觉反馈的所述反馈。
11.如权利要求9所述的方法，还包括使用至少一个加速度计收集作为振动反馈的反馈。
12.如权利要求9所述的方法，其中所述反馈包括可听噪声反馈、振动反馈或两者。
13.如权利要求9所述的方法，其中所述校正电压的谐波与所述噪声的谐波直接相邻，并且任选地，
其中所述噪声的谐波是n*6阶谐波，并且所述校正电压的谐波是(n*6)+1阶谐波、(n*6)-1阶谐波或两者。
14.如权利要求9所述的方法，还包括利用所述电机产生的扭矩驱动电动化车辆，并且任选地，其中所述电机是三向电动马达。
15.如权利要求9所述的方法，还包括使用第一电流调节器提供所述基本电压命令，以及使用不同的第二电流调节器提供所述校正电压。
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