CN114274871A - 基于马达振动控制电动车辆的音调的方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于马达振动控制电动车辆的音调的方法，包括：从电动车辆(EV)的旋转马达的振动信号计算阶次分量；提取具有确定系数R2的第N阶次分量，该确定系数R2表示相对于马达的输出扭矩的线性关系并且大于或等于预定值；将马达的RPM转换为频率并且计算阶次频率；通过将第N阶次分量的振动水平应用于待输出的阶次频率的水平，来布置阶次分量，并且设定EV模式音调；并且在EV减速时，确定减速条件，并将第N阶次分量的振动水平应用于阶次频率的水平控制。

Description

基于马达振动控制电动车辆的音调的方法
技术领域
本公开的示例性实施例涉及一种在减速或再生制动条件下基于马达振动来控制电动车辆(EV)的音调的方法。
背景技术
最近，由于出现了不产生发动机噪音的车辆(例如能够使用所有马达行驶的电动车辆(EV))，因存在一种趋势，即必须在环保型车辆中安装噪声发生器。通常，从车辆产生的噪声在一定程度上会引起驾驶员以及附近的行人的不适，并且使行人通过视觉和听觉来增强识别周围车辆的车辆识别能力，从而起到预防交通事故的作用。
相应地，用于EV的音调控制已被主要开发为存储和回放虚拟声音。原因在于，与内燃机车辆不同，EV在加速和减速期间非常安静，并且仅从EV产生高频电磁噪声。
最近的音调控制技术通过被认为是车辆适销性的视觉和听觉来增加驾驶员的驾驶乐趣。因此，需要存储并产生适合于EV的音乐或声音，并且具体地，甚至有必要在减速或再生制动期间控制音调。
发明内容
本公开的示例性实施例涉及在减速或再生制动条件下基于马达振动来控制电动车辆(EV)的音调的方法，该方法基于使用马达作为动力源的EV的马达振动来对EV执行音调控制。
本公开的实施例作为提议，提供：用于控制音调的技术，该技术基于替代普通内燃机的动力的电动车辆(EV)马达的特性，与EV的性能相对应并且是用户期望的；用于控制EV音调的技术，该技术能够实时提取与EV的马达输出特性高度相关的马达振动的阶次分量，马达输出特性与内燃发动机的动力性能相对应，实现内燃机所需声音，该所需声音与EV的动力性能特性相吻合，并使用高频特性控制超现代声音，并且涉及即使在EV的减速或再生制动中也用于控制EV音调的技术。
通过以下描述可以理解本公开的其他优点，并且参照本公开的实施例，本公开的其他优点将变得显而易见。同样，对于本公开所属领域的技术人员而言显而易见的是，本公开的目的和优点可以通过所要求保护的手段及其组合来实现。
根据本公开的实施例，在减速或再生制动条件下基于马达振动来控制EV的音调的方法包括：由振动传感器信号处理控制器计算来自EV的旋转马达的振动信号的阶次分量；由振动传感器信号处理控制器从所计算的阶次分量当中提取具有确定系数R2的第N阶次分量，该确定系数R2表示相对于马达的输出扭矩的线性关系并且大于或等于预定值，由振动传感器信号处理控制器将EV的马达的每分钟转数(RPM)转换为频率并计算阶次频率；由振动传感器信号处理控制器通过将第N阶次分量的振动水平应用于待输出的阶次频率的水平，来布置阶次分量，并且设定EV模式音调；在EV的减速条件下，确定减速条件并且将减速条件应用于阶次频率的水平控制，以用于设定EV模式音调；并且输出应用了减速意图的EV模式音调，其中，减速条件由驾驶员制动或/和再生制动确定。阶次分析用于量化旋转机械中的噪声或者振动，该旋转机械的旋转速度随时间变化。阶次频率是指作为参考转速的特定倍数的频率，阶次即对应于该特定倍数。
当确定为减速条件时，可以在阶次频率的水平控制中使用淡出算法，并且淡出算法可以使用减速权重值的乘积结果，该减速权重值的乘积结果使用EV的马达的RPM的减小量、加速器踏板的开度量的减小量、车速的减小量、以及制动器的踏板作用力的增加量中的一种或多种。
阶次分量的重新布置可以使用室内音频或室内扬声器以向驾驶员提供减速通知声音，并且阶次分量的重新布置可以使用室外扬声器以提供减速声音以用于保护外部的行人。
同时，除了振动传感器信号处理控制器之外，放大器的信号处理控制器可以应用于从车辆控制器局域网(CAN)数据获取并计算EV的减速条件。
附图说明
图1是示出应用了本公开的实施例的电动车辆(EV)的图。
图2是示出本公开的实施例中的输入值和输出值的流程的示例的图。
图3是用于描述从各种信号的输入到声音输出装置的输出的算法的流程图。
图4示出室内噪声水平以及根据在EV的车速的从0kph到100kph的满负荷加速/加速条件之后的减速行驶来执行EV减速模式音调控制的结果。
图5示出在EV的车速的从0kph到100kph的满负荷加速/加速条件之后，根据再生制动操作执行EV减速模式音调控制的结果。
图6示出EV减速信号或再生制动信号被识别，并且然后权重值被分配给EV减速信号或再生制动信号。
图7是用于描述应用计算量少的阶次跟踪算法的情况的流程图，其中，第N阶次分量基于每分钟转数(RPM)信息而被提取阶次分量。
图8是用于描述从各种信号的输入到声音输出装置的输出的算法的另一示例的流程图。
具体实施方式
以下将参考附图更详细地描述本公开的示例性实施例，并且这些实施例是本公开的示例，并且可以由本公开所属领域的技术人员以各种不同的形式来实施，使得本公开不限于这些实施例。
图1是示出应用了本公开的实施例的电动车辆(EV)的图，并且图2是示出本公开的实施例中的输入值和输出值的流程的示例的图。
参照图1，用于测量在马达旋转时产生的振动信号的振动传感器10、通过车辆中的控制器局域网(CAN)通信连接的CAN信号20、用于处理振动信号和CAN信号20的信号处理控制器30、以及声音输出装置40都被安装在EV中以实现本公开的实施例。
由振动传感器10测量的马达的振动信号输入到信号处理控制器30，使得可以根据马达的旋转实时地测量振动特性。振动传感器10可以采用微机电系统(MEMS)传感器，该微机电系统传感器包括爆震传感器方法，该爆震传感器方法能够通过数字信号转换模块将模拟信号转换为数字信号，并且在该数字信号转换模块中数字信号本身被处理。
可以从CAN信号20获取马达的每分钟转数(RPM)、加速踏板的开度量和车速，并且还可以获取关于驱动模式改变、马达功率和车辆行驶特性的信息。
信号处理控制器30可以确定关于车辆是以加速速度、减速速度还是恒定速度行驶的行驶条件，或者可以根据作为输入信号的振动信号和CAN信号20确定驾驶员的意图，并且可以使用马达的RPM和振动信号生成目标音调信号，以将目标音调信号作为输出数据发送到声音输出装置40。数字信号处理器(DSP)可以应用于车辆的音频层。DSP也可以用于使作为模拟信号的语音数字化的语音编码，并且是指允许机械装置快速处理数字信号的集成电路。
声音输出装置40通过扬声器来输出从信号处理控制器30接收的输出数据，该扬声器被安装成在构建有马达的发动机室中输出特定的频带。为了保护行人，声音输出装置40可以安装在发动机室的外侧而不是其内侧，并且可以通过安装在车辆内部的扬声器将声音输出给驾驶员或乘客。
图2是示出信号处理控制器30从振动传感器10获取并计算关于马达的RPM和振动的实时信息以及车辆CAN信息，并且然后通过外部音频放大器将加速声音或减速声音输出至车辆的内部的图。如上所述，声音输出装置40的位置可以是车辆的外部或发动机室的内部。
当与由于内燃机的燃烧引起的振动水平相比时，由EV的马达的旋转引起的振动水平显示出了非常低的值。因此，重要的是选择传感器的位置，在该位置传感器能够准确地提取振动水平的小变化。选择传感器的位置的方法如下。
(1)首先，通过对EV的马达的结构分析模型进行分析，来在扫频的同时选择高幅度的位置。由于振动传感器应安装在平坦的表面上，因此应根据平坦的表面选择振幅灵敏度高的位置。另外，振动传感器测量与座位表面垂直的方向上的振动。即，可以通过结构分析来相对于座位表面预测在竖直方向上的振幅变化。
(2)在结构分析之后，实际测量马达的每个负荷的输出扭矩，并同时测量马达的每个振动阶次的水平变化，并且根据马达的负荷针对马达的输出扭矩的变化和阶次水平的变化进行回归分析。因此，可以使用马达的输出特性和确定系数R2为0.9以上的第N阶次分量来以高灵敏度提取一位置，在该位置处形成了最大振幅。即，可以选择最能代表由于马达的振动引起的振幅特性的位置作为最终位置。
在EV中，马达的功率性能表示为马达的输出扭矩。在本公开的实施例中，为了基于马达的振动执行音调控制，应当在与马达的振动信号有关的许多信息当中，基于马达的RPM提取并选择一个分量作为第N阶次分量，该分量与马达的阶次水平特性和具有阶次特性的马达的输出扭矩的趋势具有高相关性。阶次分量根据包括磁芯数量的马达的内部结构而不同地显示阶次分量。
图3是用于描述算法的图，该算法示出从各种信号的输入(S10)到声音输出装置40的输出(S43)的计算过程。
可以测量所输入的信号，使得使用振动传感器10来测量EV的马达的振动信号，并且EV的马达的RPM、踏板的开度量、车速数据和再生制动设定值可以从CAN信号20输入。在信号处理控制器30中执行将在下面描述的算法的计算，并且计算包括室内音频扬声器和室外音频扬声器的声音输出装置40中的最终输出。
从马达的输入振动信号中提取第N阶次分量，将第N阶次分量设定为参考阶次分量，并且确定相对于第N阶次分量的水平(即相对于参考阶次分量的水平)(S30)。
首先从第N阶次分量一次计算参考阶次分量，然后将该参考阶次分量输入到信号处理控制器30，使得参考阶次分量可以总是用作参考阶次分量。可替代地，还可以设定成使得每隔特定时间从马达的振动信号中新提取第N阶次分量，并且由信号处理控制器30自动确定该第N阶次分量。
同时，可以生成相对于实时获取的马达的RPM而生成的阶次分量(例如，第二阶、第四阶、第六阶或第十二阶)(S31)。
当在步骤S30中确定了第N阶次分量成为阶次水平的输入的参考时，可以通过将第N阶次分量与在S31中生成的阶次分量进行匹配来布置阶次，并且可以确定所布置的阶次分量的放大水平，以执行实时放大控制(S40)。
首先，将可变频带滤波器应用于来自CAN信号20的EV的马达的RPM(S37)。可变频带滤波器是带通滤波器，并且是从输入信号中去除具有小于或等于预定频率的频率分量和具有大于或等于预定频率的频率分量的滤波器，以仅在预定频带内输出分量。可变频带滤波器可以由低通滤波器和高通滤波器的组合形成。因此，在S37之后的S40或S41中，可以仅针对预定频带区域实施EV模式音调。
同时，为了在EV的音调控制中反映车辆动力性能的变化并实现与驾驶员的加速/减速意图相对应的声音，可以将权重值分配给来自CAN信号20的EV的马达的RPM(S32)。
权重值甚至可以被分配给来自CAN信号20的加速器踏板的开度量(S33)，并且可以将车速的微分方差应用于来自CAN信号20的车速数据(S34)。
根据相对于马达的RPM的权重值(S32)、加速踏板的开度量的权重值(S33)以及车速的微分方差(S34)来确定加速条件(S38)或减速条件(S39)。即，可以从车速的增加量、马达的RPM的增加量和加速器踏板的开度量的增加量中的一种或多种来确定加速条件，并且可以从车速的减小量、马达的RPM的减小量和加速器踏板的开度量的减小量中的一种或多种来确定减速条件。
可替代地，甚至可以根据来自CAN信号20的车速数据或再生制动信息来确定减速条件。当确定了减速条件时，可以将车速权重值分配给车速数据(S35)，并且，当通过实时监控根据再生制动设定值确定了再生制动时(S36)，可以确定减速条件。
在当前条件被确定为加速条件时，在S40中执行EV加速模式音调控制。从马达的输入振动信号中提取的第N阶次分量被设定为参考阶次分量，并且将第N阶次分量(即相对于参考阶次分量的水平输入(S30))与在S31中生成的阶次分量匹配，以执行阶次布置(S40)，从而执行EV加速模式音调控制。
同时，在EV加速模式音调控制中，可以应用来自CAN信号20的EV的马达的RPM和经过可变频带滤波器的EV的马达的RPM。
在当前条件被确定为减速条件时，在S41中执行EV减速模式音调控制。从马达的输入振动信号中提取的第N阶次分量被设定为参考阶次分量，并且将第N阶次分量(即相对于参考阶次分量的水平输入(S30))与在S31中生成的阶次分量匹配，以执行阶次布置(S40)，从而执行EV减速模式音调控制。
同时，在EV减速模式音调控制中，可以应用来自CAN信号20的EV的马达的RPM和经过可变频带滤波器的EV的马达的RPM。
通过将阶次布置设定为与EV加速模式下的阶次布置相同，将电动车辆减速模式音调控制应用于音调控制，并且确定所布置的阶次分量的降低水平，从而可以实时控制水平的降低。
输出通过EV加减/减速模式音调控制而设定的EV模式音调(S43)。EV模式音调的最终输出在包括室内音频扬声器和室外音频扬声器的声音输出装置40中执行。在加速模式下输出加速声音，在减速模式下输出减速声音。
图4示出室内噪声水平以及根据在EV的车速的从0kph到100kph的满负荷加速/加速条件之后的减速行驶来执行EV减速模式音调控制的结果。即，结果是加速模式和减速模式下的音调控制的结果，并且即使在减速模式下，与加速模式下的音调相同的音调也以与车辆的控制性能相同的方式提供淡出感。e-ESEV意味着EV中增强的电子声音。
当在EV减速模式下不执行音调控制时，在加速期间提供充沛的EV声音。但是，在减速期间不执行声音控制，并且仅识别出马达/减速齿轮的高频细噪声，从而产生不适感。因此，可以通过EV减速模式音调控制来实现与加速模式相同的音调。
图5示出根据在EV的车速的从0kph到100kph的满负荷加速/加速条件之后的再生制动操作，执行EV减速模式音调控制的结果。EV再生制动是在加速后的惯性行驶期间用于使用制动力(反向扭矩)对EV电池进行充电的模式。随着再生制动级的提高，制动器的制动力在滑行行驶条件下强烈地产生。因此，需要声音控制，并且随着再生制动级从第一再生制动级升高，针对再生制动条件的每级控制在EV减速模式下控制的声级(sound level)以增加减速的声级。
由于再生制动阶段高并且强烈地产生制动器的制动力，所以在满负荷加速条件下，EV的车速从0kph加速到100kph并且然后再次达到0kph期间，再生制动阶段所需的时间变得更短。
在图3的S39中，在识别出EV减速信号或再生制动信号之后，EV减速模式音调控制的减速条件的确定如下。首先，行驶期间的减速条件包括缓踩加速踏板(例如，加速踏板的开度从50％变为0％)、EV马达的RPM降低(例如，从高RPM到低RPM的变化)、车速减慢(从高速到低速的变化)以及是否操作了制动器(例如，在减速期间操作制动器)。第二，再生制动条件是这样的条件，在该条件中仅排除行驶期间的减速条件当中的是否操作制动器，并且包括缓踩加速踏板(例如，加速踏板的开度从50％变为0％)、EV马达的RPM降低(例如，从高RPM到低RPM的变化)和车速减慢(从高速到低速的变化)，并且再生制动级可以由驾驶员设定和监控。
参考图6，识别出EV减速信号或再生制动信号，然后将权重值分配给EV减速信号或再生制动信号，从而可以执行淡出触发。即，对加速踏板下降的斜率、EV的马达的RPM的下降斜率、车速的下降斜率以及制动的踏板作用力中的每一项分配从0到1的权重值，以便执行逐渐降低声级的淡出操作。
从图6中可以看出，当执行时间计数以允许随着时间的流逝实时地施加权重值时，在减速期间，声级的权重值随着时间而减小。这可以表示为淡出查找表或映射，并且应用这种淡出表或映射以使得最终输出减速声音。同时，图6示出随着时间的推移，声级的权重值的斜率由于淡出操作而减小的趋势，这意味着声级的权重值迅速减小然后逐渐减小。
如上所述，在图3中，从CAN数据的获取到音调控制的所有处理在信号处理控制器30中执行。同时，在图7中，使用振动传感器10测量EV的马达的振动信号，并且提取第N阶次分量(S30)，并且可以在车辆信号处理控制器中执行根据加速度条件确定的EV加速模式音调控制和根据减速条件确定的EV减速模式音调控制，但是CAN数据的获取和计算可以在放大器中设置的放大器信号处理控制器中执行。
也就是说，信号处理控制器可以分为：振动传感器信号处理控制器50，用于处理由振动传感器10测量的振动信号；以及外部放大器信号处理控制器60，用于获取和计算CAN数据。也就是说，振动传感器信号处理控制器50可以提取第N阶次分量(S30)并且确定加速条件和减速条件(S38和S39)以执行EV模式音调控制(S40和S41)。
同时，外部放大器信号处理控制器60可以控制除S30和S38至S41之外的其余操作。
也就是说，外部放大器信号处理控制器60的微控制单元(MCU)可以通过在S30和S38至S41中从振动传感器信号处理控制器50接收EV音调控制的输出信号和车辆CAN数据来执行集成EV音调控制，然后可以通过各种扬声器输出集成EV音调控制的结果。用于提供振动传感器信号处理控制器50的目标音调输出信号的功能直接执行图3中的计算处理(S30和S38至S41)。
同时，通过将EV加速模式下的阶次布置设置为彼此相等，将图3的减速条件下的EV减速模式音调控制应用于音调控制，而在图8中可以考虑另一实施例。即，代替加速模式中使用的阶次布置，可以在减速期间重新布置和设置阶次。如图8的S42所示，当确定为减速条件时，布置和设置阶次，以便向驾驶员提供有关减速的通知，以便可以将其用于与加速模式不同的目的，例如，用于向驾驶员通知减速状态并且将在减速期间产生的声音输出到外部，以用作保护行人的通知声音。除了对驾驶员的通知之外，还实现了与车辆的制动性能相匹配的外部通知声音，从而有利于行人安全(S44)。
本发明的实施例涉及用于基于EV的马达的特性来控制与EV(EV)的性能匹配的、并且消费者期望的音调的技术，其中，该技术能够实时提取与EV的马达输出特性高度相关的马达振动的阶次分量，实现与EV的动力性能特性相匹配的内燃机所需声音，并使用高频特性控制超现代声音。
此外，即使在减速期间，也可以利用使用第N阶次分量的控制设定值来增强或改变使用扬声器的音调，并且考虑到EV特性(静音)来应用淡出，从而自然地可以提供减速音调。因此，在减速期间，可以掩盖令人讨厌的高频细噪声并且提供与制动性能一致的声音。
尽管已经参考附图描述了本公开，但是对于本领域技术人员而言显而易见的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改，而不限于在此公开的示例性实施例。因此，应当注意，这样的替换或修改落入本公开的权利要求之内，并且本公开的范围应基于所附权利要求来解释。

Claims (19)

1.一种在减速或再生制动条件下基于马达振动来控制电动车辆EV的音调的方法，所述方法包括：
从所述EV的旋转马达的振动信号来计算阶次分量；
从所计算的阶次分量当中提取具有确定系数R2的第N阶次分量，所述确定系数R2表示相对于所述马达的输出扭矩的线性关系并且大于或等于预定值；
将所述EV的所述马达的每分钟转数RPM转换为频率，并且计算阶次频率；
通过将所述第N阶次分量的振动水平应用于待输出的所述阶次频率的水平来布置所述阶次分量，并且设定EV模式音调；并且
在所述EV减速时，确定减速条件，并且然后将所述第N阶次分量的所述振动水平应用于所述阶次频率的水平控制，以用于设定所述EV模式音调。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：使用振动传感器以测量所述EV的所述旋转马达的振动。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：通过音频扬声器播放声音，所述声音基于所设定的EV模式音调。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：输出应用了减速意图的所述EV模式音调。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述减速条件由驾驶员制动确定。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括：在确定所述减速条件之后，在所述阶次频率的所述水平控制中使用淡出算法。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述淡出算法使用一减速权重值，所述减速权重值使用所述EV的所述马达的RPM的减小量、加速器踏板的开度量的减小量、车速的减小量、以及制动器的踏板作用力的增加量当中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：应用随时间减小的所述减速权重值。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述减速权重值的斜率随时间减小。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述减速权重值随时间收敛到预定值。
11.根据权利要求6所述的方法，其中，所述淡出算法使用两个或更多个减速权重值的乘积结果，两个或多个所述减速权重值使用所述EV的所述马达的RPM的减小量、加速器踏板的开度量的减小量、车速的减小量、以及制动器的踏板作用力的增加量当中的一种或多种。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述淡出算法使用存储有所述减速权重值的查找表。
13.根据权利要求4所述的方法，还包括：通过将所述第N阶次分量的所述振动水平应用于待输出的所述阶次频率的所述水平，来重新布置所述阶次分量。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，重新布置所述阶次分量包括：使用室内音频或者室内扬声器，以便向驾驶员提供减速通知声音。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，重新布置所述阶次分量包括：使用室外扬声器，以便提供减速声音来保护行人。
16.一种在减速或再生制动条件下基于马达振动来控制电动车辆EV的音调的方法，所述方法包括：
从所述EV的旋转马达的振动信号来计算阶次分量；
从所计算的阶次分量当中提取具有确定系数R2的第N阶次分量，所述确定系数R2表示相对于所述马达的输出扭矩的线性关系并且大于或等于预定值；
将所述EV的所述马达的每分钟转数RPM转换为频率，并且计算阶次频率；
通过将所述第N阶次分量的振动水平应用于待输出的所述阶次频率的水平，来布置所述阶次分量，并且设定EV模式音调；并且
在通过再生制动使所述EV减速期间，将所述第N阶次分量的所述振动水平应用于所述阶次频率的水平控制，以用于设定所述EV模式音调。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，在所述阶次频率的所述水平控制中使用淡出算法，并且所述淡出算法使用一减速权重值，所述减速权重值使用所述EV的所述马达的RPM的减小量、加速器踏板的开度量的减小量、车速的减小量、以及制动器的踏板作用力的增加量当中的一种或多种。
18.一种在减速或再生制动条件下基于马达振动来控制电动车辆EV的音调的方法，所述方法包括：
从所述EV的旋转马达的振动信号来计算阶次分量；
从所计算的阶次分量当中提取具有确定系数R2的第N阶次分量，所述确定系数R2表示相对于所述马达的输出扭矩的线性关系并且大于或等于预定值；
将所述EV的所述马达的每分钟转数RPM转换为频率，并且计算阶次频率；
通过将所述第N阶次分量的振动水平应用于待输出的所述阶次频率的水平，来布置所述阶次分量，并且设定EV模式音调；并且
在所述EV减速时，确定减速条件，并然后对于所述阶次频率的水平控制，设定与EV加速模式下相同的阶次布置，以用于设定所述EV模式音调。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述减速条件由驾驶员制动或者再生制动确定。
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