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Querverweis auf verwandte Anmeldung
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 10. Dezember 2015 eingereichten
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2015-0176324 , deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme für alle Zwecke hierin einbezogen ist.
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Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur aktiven Vibrationssteuerung eines Hybrid-Elektrofahrzeugs.
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Hintergrund
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Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen bereit, welche sich auf die vorliegende Erfindung beziehen, und stellen nicht unbedingt Stand der Technik dar.
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Ein Hybridfahrzeug ist ein Fahrzeug, das zwei oder mehr unterschiedliche Arten von Leistungsquellen verwendet, und ist im Allgemeinen ein Fahrzeug, das mittels eines Verbrennungsmotors, der ein Antriebsdrehmoment durch Verbrennen von Kraftstoff erzielt, und eines Elektromotors, der ein Antriebsdrehmoment mittels Batterieenergie erzielt, angetrieben wird.
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Hybrid-Elektrofahrzeuge können in Abhängigkeit davon, wie der Verbrennungsmotor und der Elektromotor betrieben werden, während die Fahrzeuge mittels der zwei Leistungsquellen, d.h. dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor, angetrieben werden, mit einem optimalen Ausgangsdrehmoment (z.B. Abtriebsdrehmoment) bereitgestellt werden.
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Hybrid-Elektrofahrzeuge können unter Verwendung des Verbrennungsmotors und des Elektromotors als Leistungsquellen diverse Strukturen bilden, und Hybrid-Elektrofahrzeuge werden als ein TMED(am Getriebe montierter Elektromotor)-Typ, bei dem der Verbrennungsmotor und der Elektromotor mittels einer Verbrennungsmotorkupplung verbunden sind und der Elektromotor mit dem Getriebe verbunden ist, und ein FMED(am Schwungrad montierter Elektromotor)-Typ, bei dem der Elektromotor direkt mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden ist und über ein Schwungrad mit dem Getriebe verbunden ist, klassifiziert.
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Da unter diesen der FMED-Typ des Hybrid-Elektrofahrzeugs sehr geräuschvoll ist und starke Vibration(en) hat, wird eine Vibrationsverringerung von diesem erforscht. Hierfür wird normalerweise ein Verfahren der Frequenzanalyse verwendet, welches die Vibrationskomponente extrahiert.
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Ein analoges Verfahren unter Verwendung eines Bandpassfilters wurde bei einer herkömmlichen Frequenzanalyse verwendet, und das analoge Analyseverfahren ermittelt basierend auf einer Amplitude jedes erwarteten Punkts eines Frequenzbands, ob eine Frequenz abnormal ist oder ob nicht.
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Jedoch ist ein Unterscheiden zwischen der Vibrationskomponente des Verbrennungsmotors und der Vibration der Geräuschkomponente schwierig, und eine unnötige Übersteuerung der Vibration wirkt sich negativ auf die Steuerungseffizienz und das Energiemanagement aus. Ferner wurde festgestellt, dass, da es bei der herkömmlichen Frequenzanalyse lediglich möglich ist, ein Referenzsignal in Bezug auf eine spezifische Frequenz zu bilden und zu synchronisieren, eine umfassende und aktive Steuerung anderer Frequenzen, die zusätzlich erzeugt werden können, nicht durchgeführt wird.
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Erläuterung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur aktiven Vibrationssteuerung eines Hybrid-Elektrofahrzeugs, welche/welches die Vorteile eines sorgfältigen (z.B. präzisen) Steuerns einer abnormalen Vibrationskomponente durch eine Gesamtes-Frequenzspektrum-Analyse (bzw. Gesamtfrequenzspektrumanalyse) unter Verwendung einer FFT (kurz für: schnelle Fourier-Transformation) und eines Reflektierens (z.B. Berücksichtigens) einer Änderung einer Randfrequenzkomponente in Echtzeit mittels Rückführung (bzw. Rückkopplung) hat.
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Ein Verfahren zur aktiven Vibrationssteuerung eines Hybrid-Elektrofahrzeugs (z.B. eines Hybrid-Elektrokraftfahrzeugs) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann aufweisen: Detektieren einer Verbrennungsmotordrehzahl oder/und einer Elektromotordrehzahl, Auswählen eines Referenzwinkelsignals basierend auf einer Positionsinformation eines Elektromotors oder/und eines Verbrennungsmotors, Festlegen (z.B. Bilden) einer Periode (z.B. eines Zeitabschnitts) einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) und Durchführen der FFT der Verbrennungsmotordrehzahl oder/und der Elektromotordrehzahl entsprechend der Periode der FFT (bzw. für die Periode der FFT) von dem Referenzwinkelsignal aus (z.B. Durchführen der FFT der Verbrennungsmotordrehzahl oder/und der Elektromotordrehzahl, welche mit der Periode der FFT korrespondieren (beispielsweise innerhalb der Periode der FFT auftreten / vorliegen), von dem Referenzwinkelsignal aus), Festlegen (z.B. Bilden) eines Referenzspektrums basierend auf einer Verbrennungsmotordrehzahl und einer Verbrennungsmotorlast (z.B. dem Verbrennungsmotordrehmoment), Extrahieren (z.B. Herausfiltern) von zu entfernenden (bzw. beseitigenden) Vibrationskomponenten basierend auf einer Information (bzw. auf Informationen) des Referenzspektrums (z.B. mittels Vergleichens des transformierten FFT-Signals mit dem Referenzspektrum), (z.B. frequenzweise) Addieren (z.B. Summieren, Zusammenfügen, Kombinieren) der zu entfernenden Vibrationskomponenten basierend auf den Frequenzen und Durchführen einer inversen FFT, Ermitteln eines Basisamplitudenverhältnisses (z.B. eines Basisskalierungsfaktors für das Elektromotordrehmoment) basierend auf einer Verbrennungsmotordrehzahl und einer Verbrennungsmotorlast und eines einstellbaren (z.B. anpassbaren) Verhältnisses (z.B. einer einstellbaren Rate, eines einstellbaren Werts) basierend auf einem (Batterie-)Ladezustand (kurz: SOC), und Durchführen einer aktiven Vibrationssteuerung jeder Frequenz basierend auf der Information (bzw. den Informationen) des Basisamplitudenverhältnisses, des einstellbaren Verhältnisses und des Verbrennungsmotordrehmoments.
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Das Addieren der zu entfernenden Vibrationskomponenten kann beispielsweise aufweisen, ist jedoch nicht beschränkt auf: Bilden einer vektoriellen Größe durch Ersetzen der Werte der nicht zu entfernenden Vibrationskomponenten in dem FFT-Signal durch Null, so dass die vektorielle Größe als Elemente lediglich die Werte der zu entfernenden Vibrationskomponenten und Nullen aufweist, wobei optional die vektorielle Größe mit einem von dem Referenzspektrum abhängigen Skalierungsfaktor (z.B. einer reellen Zahl) multipliziert werden kann, um die zu entfernenden Vibrationskomponenten ganz oder in Abhängigkeit vom Referenzspektrum teilweise zu entfernen, beispielsweise damit sie kleiner als das Referenzspektrum bei den entsprechenden Frequenzen werden. Das Durchführen der inversen FFT kann beispielsweise aufweisen, ist jedoch nicht beschränkt auf: Durchführen einer inversen FFT auf die zuvor gebildete vektorielle Größe, um ein zeitbasiertes Signal zu erhalten.
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Das Referenzwinkelsignal kann basierend auf einer Information (bzw. auf Informationen) der Position des Elektromotors festgelegt (z.B. gebildet) werden mittels Dividierens von (z.B. einer Zahl von) Koordinatenwandlerpolen durch eine Zahl (m) oder basierend auf der Information (bzw. den Informationen) über die Position des Verbrennungsmotors festgelegt (z.B. gebildet) werden (z.B. kann der Referenzwinkel festgelegt werden) zwischen einem oberen Totpunkt (TDC) eines Nummer-Eins-Zylinders (z.B. des ersten Zylinders) und einem unteren Totpunkt (BDC) des Nummer-Vier-Zylinders (z.B. des vierten Zylinders) (beispielsweise kann der Referenzwinkelsignal auch zwischen einem oberen Totpunkt (TDC) und einem unteren Totpunkt (BDC) eines Nummer-Eins-Zylinders oder eines Nummer-Vier-Zylinders festgelegt werden).
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Die FFT-Periode kann unter Berücksichtigung eines Zylinders und eines Takts (bzw. eines Hubs) des Verbrennungsmotors gesetzt (z.B. festgelegt) werden.
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Die Analyse des FFT-Signals (bzw. des durch die FFT transformierten Signals, kurz: FFT-Signal) kann eine Betragsinformation (bzw. eine Amplitude) und eine Phaseninformation (bzw. eine Phase) jeder Frequenz berechnen.
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Die Frequenzkomponente, deren FFT-Signal (z.B. ein zugehöriger Betrag des FFT-Signals) größer ist als das Referenzspektrum, kann als die zu entfernende Vibrationskomponente ausgewählt werden.
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Die zu entfernende Vibrationskomponente kann (z.B. ganz oder teilweise) entfernt / beseitigt werden durch Ausgeben des Elektromotordrehmoments, welches einem inversen Wert entspricht, der mittels Multiplizierens des durch inverse FFT erzeugten Referenzsignals, des Verbrennungsmotordrehmoments, des Basisamplitudenverhältnisses und des einstellbaren Verhältnisses (und gegebenenfalls des Faktors –1) berechnet werden kann
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Das einstellbare Verhältnis basierend auf dem SOC kann (z.B. in Form eines Skalierungswerts) so ermittelt werden (z.B. so festgelegt sein), dass ein gegenphasiges Drehmoment verringert wird, wenn der SOC niedrig ist, und das gegenphasige Drehmoment erhöht wird, wenn der SOC hoch ist.
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Eine Vorrichtung zur aktiven Vibrationssteuerung eines Hybrid-Elektrofahrzeugs (z.B. eines Hybrid-Elektrokraftfahrzeugs), welches einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor als Leistungsquellen (bzw. Antriebsquellen) aufweist, gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann aufweisen: einen Positionssensor, welcher dazu eingerichtet ist, eine Positionsinformation des Elektromotors oder/und des Verbrennungsmotors zu detektieren, und eine Steuereinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, ein Referenzwinkelsignal auf der Basis eines Signals von dem Positionssensor auszuwählen, eine Schnelle-Fourier-Transformation(FFT)-Analyse der Verbrennungsmotordrehzahl oder/und der Elektromotordrehzahl durchzuführen, eine zu entfernende Vibrationskomponente mittels der FFT-Analyse zu extrahieren (z.B. herauszufiltern), ein Referenzsignal durch Durchführen einer inversen FFT zu erzeugen, und eine aktive Vibrationssteuerung jeder Frequenz mittels Reflektierens (z.B. Berücksichtigens) des Referenzsignals, eines Basisamplitudenverhältnisses, welches auf einer Verbrennungsmotordrehzahl und einer Verbrennungsmotorlast basiert, eines einstellbaren Verhältnisses, welches auf einem Ladezustand (SOC) basiert, und eines Verbrennungsmotordrehmoments durchzuführen.
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Die Steuereinrichtung kann ein Referenzspektrum basierend auf einer Verbrennungsmotordrehzahl und einer Verbrennungsmotorlast festlegen (z.B. bilden) und die zu entfernende Vibrationskomponente durch Vergleichen des Referenzspektrums mit dem FFT-Signal extrahieren (z.B. herausfiltern).
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Die Steuereinrichtung kann die zu entfernenden Vibrationskomponenten basierend auf Frequenzen (z.B. frequenzweise) addieren (z.B. summieren, zusammenfügen, kombinieren) und ein Referenzsignal durch Durchführen einer inversen FFT erzeugen.
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Die Steuereinrichtung kann die Vibrationskomponente mittels Ausgebens des Elektromotordrehmoments, welches einem inversen Wert entspricht, (z.B. ganz oder teilweise) entfernen bzw. beseitigen. Der inverse Wert kann erhalten werden mittels Multiplizierens des durch inverse FFT erzeugten Referenzsignals, des Verbrennungsmotordrehmoments, des Basisamplitudenverhältnisses und des einstellbaren Verhältnisses (und gegebenenfalls des Faktors –1).
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Die Steuereinrichtung kann das Referenzwinkelsignal basierend auf einer Information (bzw. auf Informationen) der Position des Elektromotors festlegen mittels Dividieren von (z.B. einer Zahl von) Koordinatenwandlerpolen durch eine Zahl (m) oder das Referenzwinkelsignal basierend auf einer Information (bzw. Informationen) der Position des Verbrennungsmotors festlegen zwischen einem oberen Totpunkt (TDC) eines Nummer-Eins-Zylinders (z.B. des ersten Zylinders) und einem unteren Totpunkt (BDC) eines Nummer-Vier-Zylinders (z.B. des vierten Zylinders) (beispielsweise kann der Referenzwinkelsignal auch zwischen einem oberen Totpunkt (TDC) und einem unteren Totpunkt (BDC) eines Nummer-Eins-Zylinders oder eines Nummer-Vier-Zylinders festgelegt werden).
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Die Steuereinrichtung kann eine FFT-Periode unter Berücksichtigung eines Zylinders und eines Takts (bzw. eines Hubs) des Verbrennungsmotors setzen (z.B. festlegen) und das FFT-Signal (bzw. die FFT-Signale) mittels einer berechneten Betragsinformation und einer berechneten Phaseninformation jeder Frequenz analysieren.
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Wie oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Vibration aktiv gesteuert werden, da die exakte Vibrationskomponente aus jeder Frequenz durch FFT-Frequenzspektrumanalyse extrahiert werden kann. Daher kann, da das Referenzwinkelermittlungssystem des Verbrennungsmotors und des Elektromotors so verwendet werden kann, wie es ist, eine zusätzliche Vorrichtung oder ein Algorithmus zur Signalsynchronisation, wie in der herkömmlichen Technik verwendet, beseitigt bzw. weggelassen werden.
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Außerdem können die Einstellwerte der Vibration und einer Frequenz, welche ein Objekt der Vibrationssteuerung ist, individuell gesteuert werden, so dass es möglich ist, eine Ineffizienz, welche von der Steuerung herrührt, wenn die Vibration übermäßig entfernt (bzw. beseitigt) wird, zu vermeiden, und der Kraftstoffverbrauch kann verbessert werden, indem das Elektromotordrehmoment erhöht wird, wenn der Verbrennungsmotor beschleunigt wird. Insbesondere ist es unter Verwendung des einstellbaren Verhältnisses möglich, den SOC der Batterie fortwährend innerhalb des vorgegebenen Bereichs zu halten.
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Weitere Bereiche der Anwendbarkeit werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Es sollte zu verstehen sein, dass die Beschreibung und spezifischen Beispiele lediglich zu Veranschaulichungszwecken gedacht sind und nicht dazu gedacht sind, den Umfang der vorliegenden Erfindung zu beschränken.
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Zeichnungen
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Damit die Erfindung gründlich verstanden werden kann, werden jetzt zahlreiche Ausgestaltungen davon, welche beispielhaft gegeben sind, beschrieben, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird, wobei:
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1 ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zur aktiven Vibrationssteuerung eines Hybrid-Elektrofahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung ist,
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2 ein Flussdiagramm ist, welches ein Verfahren zur aktiven Vibrationssteuerung eines Hybrid-Elektrofahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt,
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3 eine Zeichnung ist, welche eine Vibrationsverringerung, bei welcher ein Verfahren zur aktiven Vibrationssteuerung eines Hybrid-Elektrofahrzeugs angewendet wird, wenn ein SOC einer Batterie niedrig ist, darstellt,
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4 eine Zeichnung ist, welche eine Vibrationsverringerung, bei welcher ein Verfahren zur aktiven Vibrationssteuerung eines Hybrid-Elektrofahrzeugs angewendet wird, wenn ein SOC einer Batterie hoch ist, darstellt, und
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5A bis 5F Diagramme zur Erläuterung eines Verfahrens zur aktiven Vibrationssteuerung eines Hybrid-Elektrofahrzeugs sind.
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich Veranschaulichungszwecken und sind nicht dazu gedacht, den Umfang der vorliegenden Erfindung/Offenbarung in irgendeiner Weise zu beschränken.
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Detaillierte Beschreibung
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und ist nicht dazu gedacht, die vorliegende Erfindung, Anwendung oder Nutzung zu beschränken. Es ist zu verstehen, dass durchgehend durch die Zeichnungen korrespondierende Bezugszeichen ähnliche oder korrespondierende Teile und Merkmale angeben.
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Wie die Fachmänner verstehen, können die beschriebenen Ausführungsformen auf zahlreiche Weisen modifiziert werden, ohne dabei vom Sinn und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Durchgehend durch diese Beschreibung und die folgenden Ansprüche sind, wenn nicht explizit das Gegenteil beschrieben ist, das Wort „aufweisen“ und Variationen, wie „aufweist“ oder „aufweisend“, so zu verstehen, dass sie den Einschluss von genannten Elementen, nicht aber den Ausschluss irgendwelcher anderer Elemente implizieren.
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Es ist zu verstehen, dass der Begriff „Fahrzeug“ oder „Fahrzeug-“ oder andere ähnliche Begriffe, wie hierin verwendet, allgemeine Kraftfahrzeuge, einschließlich Hybridfahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativem Kraftstoff (z.B. Kraftstoffen, die aus anderen Rohstoffen als Erdöl stammen) einschließt. So wie hierin darauf Bezug genommen wird, ist ein Hybrid-Elektrofahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Leistungsquellen aufweist, wie zum Beispiel Fahrzeuge, die sowohl mit Benzin als auch elektrisch angetrieben werden.
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Außerdem ist zu verstehen, dass einige der Verfahren (und Abläufe) von wenigstens einer Steuereinrichtung ausgeführt werden können. Der Begriff „Steuereinrichtung“ bezeichnet eine Hardware-Vorrichtung, die einen Speicher und einen Prozessor aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, einen oder mehrere Schritte auszuführen, die als dessen algorithmische Struktur interpretiert werden sollten. Der Speicher ist dazu eingerichtet, algorithmische Schritte zu speichern, und der Prozessor ist speziell dazu eingerichtet, die algorithmischen Schritte auszuführen, um einen oder mehrere Prozesse durchzuführen, welche unten weiter beschrieben sind.
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Ferner kann die Steuerlogik gemäß der vorliegenden Erfindung als nichtflüchtiges computerlesbares Medium auf einem computerlesbaren Medium ausgestaltet sein, das ausführbare Programminstruktionen enthält, die von einem Prozessor, einer Steuereinrichtung oder dergleichen ausgeführt werden. Beispiele der computerlesbaren Medien weisen auf, jedoch sind nicht darauf beschränkt, ROM, RAM, Kompakt-CD-ROMs (CD-ROMs), Magnetbänder, Disketten, Speicherlaufwerke (z.B. „Flash-Laufwerke“), Chipkarten und optische Datenspeichervorrichtungen. Das computerlesbare Speichermedium kann auch in netzwerkverbundenen Computersystemen verteilt sein, so dass das computerlesbare Medium in einer verteilten Art und Weise gespeichert und ausgeführt wird, z.B. mittels eines Telematikservers oder eines Steuerbereichsnetzwerks (Controller Area Network, kurz CAN).
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1 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zur aktiven Vibrationssteuerung eines Hybrid-Elektrofahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Wie in 1 gezeigt, weist eine Vorrichtung zur aktiven Vibrationssteuerung eines Hybrid-Elektrofahrzeugs einen Verbrennungsmotor 10, einen Elektromotor 20, einen Positionssensor 25, eine Kupplung 30, ein Getriebe 40, eine Batterie (z.B. einen Akkumulator) 50 und eine Steuereinrichtung 60 auf.
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Der Verbrennungsmotor 10 gibt eine Antriebsleistung durch Verbrennen von Kraftstoff als eine Leistungsquelle aus, während er eingeschaltet ist. Der Verbrennungsmotor 10 kann einer von diversen Verbrennungsmotoren sein, wie z.B. ein Benzinverbrennungsmotor oder ein Dieselverbrennungsmotor, der herkömmlichen fossilen Kraftstoff verwendet. Die von dem Verbrennungsmotor 10 erzeugte Rotationsleistung wird mittels der Kupplung 30 an das Getriebe 40 übertragen.
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Der Elektromotor 20 wird mittels einer 3-Phasen-Wechselspannung betrieben, die mittels eines Inverters (bzw. Wechselrichters) von der Batterie 50 zugeführt bzw. angelegt wird, um ein Drehmoment zu erzeugen, und in einem Ausroll-Modus bzw. Schubbetrieb (oder z.B. beim Bremsen) arbeitet er als ein Energiegenerator und führt der Batterie 50 zurückgewonnene Energie (bzw. regenerative Energie) zu.
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In einer Ausführungsform kann der Elektromotor 20 direkt mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 10 verbunden sein.
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Der Positionssensor 25 detektiert bzw. erfasst eine Positionsinformation des Verbrennungsmotors 10 oder/und des Elektromotors 20. Die Positionsinformation des Verbrennungsmotors 10 oder/und des Elektromotors 20 werden an die Steuereinrichtung 60 übermittelt. Der Positionssensor 25 kann einen Kurbelwellenpositionssensor, der eine Phase der Kurbelwelle (z.B. den Kurbelwinkel) erfasst, oder/und einen Elektromotorpositionssensor, der eine Position (z.B. eine Relativposition) eines Stators und eines Rotors des Elektromotors erfasst, aufweisen. Die Steuereinrichtung 60 kann eine Verbrennungsmotordrehzahl berechnen durch Differenzieren (bzw. Ableiten) des durch den Kurbelwellenpositionssensor detektierten Rotationswinkels, und eine Elektromotordrehzahl kann berechnet werden (z.B. mittels der Steuereinrichtung 60) durch Differenzieren (bzw. Ableiten) der durch den Elektromotorpositionssensor detektierten Position des Stators und des Rotors des Elektromotors (z.B. der relativen Position von Stator und Rotor). Der Positionssensor 25 kann ein Drehzahlsensor (nicht gezeigt) zum Messen der Verbrennungsmotordrehzahl oder/und der Elektromotordrehzahl sein.
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Die Kupplung 30 ist zwischen dem Elektromotor 20, der mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 10 verbunden ist, und dem Getriebe 40 angeordnet und schaltet die Leistungszufuhr zu dem Getriebe 40. Die Kupplung 30 kann eine Kupplung vom Hydraulikdrucktyp (eine Hydraulikkupplung) oder eine Kupplung vom Trockentyp (eine Trockenkupplung) sein.
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Das Getriebe 40 stellt ein Schaltverhältnis (z.B. einen Gang) entsprechend einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einem Fahrzustand / Betriebszustand ein, verteilt ein Ausgangsdrehmoment (bzw. Abtriebsdrehmoment) basierend auf dem Schaltverhältnis und überträgt das Ausgangsdrehmoment an das Antriebsrad, um dadurch zu ermöglichen, dass das Fahrzeug fährt. Das Getriebe 40 kann ein Automatikgetriebe (AMT) oder ein Doppelkupplungsgetriebe (DCT) sein.
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Die Batterie 50 ist mit einer Mehrzahl von Elementarzellen ausgebildet, und eine hohe (elektrische) Spannung zum Bereitstellen einer Betriebsspannung (bzw. Antriebsspannung) an den Elektromotor 20 ist in der Batterie 50 gespeichert. Die Batterie 50 versorgt den Elektromotor 20 in Abhängigkeit von dem Fahrmodus mit der Betriebsspannung und wird beim regenerativen Bremsen (bzw. beim rekuperierenden Bremsen) durch die von dem Elektromotor 20 erzeugte Spannung geladen.
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Die Steuereinrichtung 60 wählt ein Referenzwinkelsignal auf der Basis eines Signals von dem Positionssensor 25 aus, führt eine Schnelle-Fourier-Transformation(FFT)-Analyse durch, extrahiert (z.B. filtert aus) eine zu entfernende Vibrationskomponente mittels der FFT-Analyse und erzeugt ein Referenzsignal durch Durchführen einer inversen FFT. Das Referenzsignal kann ein Inverse-FFT-Signal der zu entfernenden Vibrationskomponente basierend auf / gemäß Frequenzen bedeuten.
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Danach führt die Steuereinrichtung 60 eine aktive Vibrationsteuerung jeder Frequenz durch mittels Reflektierens (z.B. Berücksichtigens) des Referenzsignals, eines Basisamplitudenverhältnisses, welches auf einer Verbrennungsmotordrehzahl und einer Verbrennungsmotorlast basiert, eines einstellbaren Verhältnisses, welches auf einem SOC (Ladezustand) basiert, und eines Verbrennungsmotordrehmoments.
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Zu diesen Zwecken kann die Steuereinrichtung 60 als wenigstens ein Prozessor realisiert sein, der durch ein vorbestimmtes Programm betrieben wird, und das vorbestimmte Programm kann programmiert sein, um jeden Schritt eines Verfahrens zur aktiven Vibrationssteuerung eines Hybrid-Elektrofahrzeugs durchzuführen.
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Zahlreiche hierin beschriebene Ausführungsformen können in einem Aufzeichnungsmedium realisiert werden, das beispielsweise von einem Computer oder einer ähnlichen Vorrichtung mittels einer Software, einer Hardware oder einer Kombination davon gelesen werden kann.
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Gemäß einer Hardware-Realisierung können die hierin beschriebenen Ausführungsformen durch wenigstens einen/eine von anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreisen (ASICs), digitalen Signalprozessoren (DSPs), digitalen Signalverarbeitungsvorrichtungen (DSPDs), programmierbaren Logikvorrichtungen (PLDs), feldprogrammierbaren Gatteranordnungen (FPGAs), Prozessoren, Steuereinrichtungen, Mikrosteuereinrichtungen, Mikroprozessoren und elektrischen Einheiten zum Durchführen anderer Funktionen realisiert werden.
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Gemäß Softwarerealisierungen (bzw. Softwareimplementierungen) können Ausführungsformen, wie zum Beispiel Vorgänge / Abläufe und Funktionen, welche in den vorliegenden Ausführungsformen beschrieben sind, durch separate Softwaremodule realisiert sein. Jedes der Softwaremodule kann eine oder mehrere Funktionen und Operationen (z.B. Vorgänge, Abläufe, etc.), welche in der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, durchführen. Ein Softwarecode kann realisiert / implementiert sein durch eine Softwareanwendung, welche in einer geeigneten Programmiersprache geschrieben ist.
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Nachstehend wird ein Verfahren zur aktiven Vibrationssteuerung des Hybrid-Elektrofahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf 2 bis 6 beschrieben.
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2 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zur aktiven Vibrationssteuerung eines Hybrid-Elektrofahrzeugs darstellt.
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3 ist eine Zeichnung, welche eine Vibrationsverringerung, bei welcher ein Verfahren zur aktiven Vibrationssteuerung eines Hybrid-Elektrofahrzeugs angewendet wird, wenn ein SOC einer Batterie niedrig ist, darstellt. 4 ist eine Zeichnung, welche eine Vibrationsverringerung, bei welcher ein Verfahren zur aktiven Vibrationssteuerung eines Hybrid-Elektrofahrzeugs angewendet wird, wenn ein SOC einer Batterie hoch ist, darstellt. 5A bis 5F Diagramme sind zur Erläuterung eines Verfahrens zur aktiven Vibrationssteuerung eines Hybrid-Elektrofahrzeugs.
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Wie in 2 gezeigt, wird eine aktive Vibrationssteuerung des Hybrid-Elektrofahrzeugs gestartet, wenn (z.B. indem) der Positionssensor 25 eine Positionsinformation des Verbrennungsmotors 10 oder/und des Elektromotors 20 in Schritt S100 erlangt, und die Steuereinrichtung 60 kann eine Verbrennungsmotordrehzahl oder/und eine Elektromotordrehzahl unter Verwendung der Positionsinformation des Verbrennungsmotors 10 oder/und des Elektromotors 20 in Schritt S100 erhalten (siehe 5A).
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In Schritt S110 wählt die Steuereinrichtung 60 das Referenzwinkelsignal basierend auf dem Signal des Positionssensors 25 aus. Das heißt, dass die Steuereinrichtung 60 das Referenzwinkelsignal gemäß einer Information der Positionen des Verbrennungsmotors 10 und des Elektromotors 20 auswählt (siehe 5A).
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Die Steuereinrichtung 60 kann das Referenzwinkelsignal basierend auf einer Information der Position des Elektromotors 20 festlegen mittels Dividierens / Teilens von Koordinatenwandlerpolen (z.B. Resolverpolen) durch eine Zahl (m) oder kann das Referenzwinkelsignal basierend auf einer Information (bzw. Informationen) der Position des Verbrennungsmotors 10 festlegen zwischen einem oberen Totpunkt (TDC) und einem unteren Totpunkt (BDC) des Nummer-Eins-Zylinders (z.B. des ersten Zylinders) oder des Nummer-Vier-Zylinders (z.B. des vierten Zylinders). Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 60 das Referenzwinkelsignal basierend auf der Information der Position des Elektromotors 20 auswählen und kann das Referenzwinkelsignal durch Teilen eines 16-Pole-Signals in acht (8) festlegen (z.B. entspricht das Referenzwinkelsignal dem achten Pol bzw. wird es auf diesen festgelegt). Das Referenzwinkelsignal bedeutet einen Startpunkt zum Durchführen der FFT (z.B. einen Startzeitpunkt für den Zeitabschnitt, in welchem die FFT durchgeführt wird).
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Danach legt in Schritt S120 die Steuereinrichtung 60 eine Periode der FFT zum Durchführen der FFT fest (z.B. bildet die Steuereinrichtung 60 diese). Die Steuereinrichtung 60 kann die gesamte Periode (z.B. den Gesamtzeitabschnitt) unter Berücksichtigung eines Zylinders und eines Takts (bzw. eines Hubs) des Verbrennungsmotors 10 festlegen. Beispielsweise kann, falls der Verbrennungsmotor 10 vier Zylinder und vier Takte aufweist, der Kurbelwinkel 720 Grad sein.
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Wenn die FFT-Periode in dem Schritt S120 festgelegt ist, dann führt die Steuereinrichtung 60 die FFT im Schritt S130 durch. Das heißt, dass die Steuereinrichtung 60 die FFT der (z.B. an der) Verbrennungsmotordrehzahl oder/und der Elektromotordrehzahl entsprechend der Periode der FFT von dem Referenzwinkelsignal aus durchführt (z.B. die FFT der Verbrennungsmotordrehzahl oder/und der Elektromotordrehzahl, welche mit der Periode der FFT korrespondieren (beispielsweise innerhalb der Periode der FFT auftreten / vorliegen), von dem Referenzwinkelsignal aus durchführt) (siehe 5B). Die Steuereinrichtung 60 kann eine Betrags- und eine Phaseninformation (z.B. eine Information über die Amplitude und eine Information über die Phase) jeder Frequenz durch Analysieren des FFT-Signals berechnen.
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In Schritt S140 legt die Steuereinrichtung 60 außerdem ein Referenzspektrum gemäß der Verbrennungsmotordrehzahl und -last fest (siehe 5B). Das heißt, dass die Steuereinrichtung 60 einen Vibrationsreferenzwert jeder Frequenz gemäß einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors festlegen (z.B. bilden) kann.
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Wenn das Referenzspektrum im Schritt S140 festgelegt ist, extrahiert die Steuereinrichtung 60 eine zu entfernende Vibrationskomponente mittels Vergleichens des FFT-Signals mit dem Referenzspektrum in Schritt S150. Das heißt, dass die Steuereinrichtung 60 ein Objekt, welches eine Vibrationssteuerung erfordert, in einem Vergleich (z.B. in einem Ergebnis des Vergleichs) des resultierenden Werts der FFT-Analyse und des vorbestimmten Vibrationsreferenzwerts auswählen kann (beispielsweise vergleicht die Steuereinrichtung das Ergebnis der FFT-Analyse für jede Frequenz mit dem für die jeweilige Frequenz vorbestimmten Vibrationsreferenzwert). Die Steuereinrichtung 60 kann die (z.B. jede) Frequenzkomponente, deren FFT-Signal (z.B. ein zugehöriger Betrag des FFT-Signals) größer ist als das Referenzspektrum, als die zu entfernende Vibrationskomponente extrahieren.
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Da das Referenzspektrum normale Vibrationskomponenten gemäß der Verbrennungsmotordrehzahl und -last bedeutet, ermittelt die Steuereinrichtung 60 die Frequenzkomponente, deren FFT-Signal (z.B. ein zugehöriger Betrag des FFT-Signals) größer ist als das Referenzspektrum, als eine abnormale, zu entfernende Vibrationskomponente. Unter Bezugnahme auf 5B kann beispielsweise die Frequenzkomponente f2 als eine zu entfernende Frequenzkomponente (bzw. Vibrationskomponente) ausgewählt werden.
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Bezugnehmend auf 3 und 4 sind eine Größe (z.B. eine Amplitude, ein Betrag) und eine Phase von Vibrationskomponenten jeder Frequenz, welche mittels Durchführen der FFT-Analyse berechnet werden, auf einer linken oberen Seite der Zeichnung dargestellt.
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Wenn die zu entfernende Vibrationskomponente(n) im Schritt S150 ausgewählt (bzw. extrahiert) ist (sind), dann addiert (z.B. summiert, fügt zusammen, kombiniert) die Steuereinrichtung 60 im Schritt S160 die zu entfernenden Vibrationskomponenten gemäß Frequenzen und führt eine inverse FFT durch, um ein Referenzsignal zu erzeugen (siehe 5C). Wie oben beschrieben, bedeutet das Referenzsignal ein Inverse-FFT-Signal (IFFT-Signal) der zu entfernenden Vibrationskomponenten. Das Addieren der zu entfernenden Vibrationskomponenten kann beispielsweise aufweisen, ist jedoch nicht beschränkt auf: Bilden einer vektoriellen Größe durch Ersetzen der Werte der nicht zu entfernenden Vibrationskomponenten in dem FFT-Signal durch Null, so dass die vektorielle Größe als Elemente lediglich die Werte der zu entfernenden Vibrationskomponenten und Nullen aufweist, wobei optional die vektorielle Größe mit einem von dem Referenzspektrum abhängigen Skalierungsfaktor (z.B. einer reellen Zahl) multipliziert werden kann, um die zu entfernenden Vibrationskomponenten ganz oder in Abhängigkeit vom Referenzspektrum teilweise zu entfernen, beispielsweise damit sie kleiner als das Referenzspektrum bei den entsprechenden Frequenzen werden (vgl. Vibrationskomponente bei Frequenz f2 in 5F). Das Durchführen der inversen FFT kann beispielsweise aufweisen, ist jedoch nicht beschränkt auf: Durchführen einer inversen FFT auf die zuvor gebildete vektorielle Größe, um ein zeitbasiertes Signal zu erhalten.
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Die Steuereinrichtung 60 ermittelt außerdem ein Basisamplitudenverhältnis (bzw. Grundamplitudenverhältnis) gemäß einer Verbrennungsmotordrehzahl und einer Verbrennungsmotorlast und ein einstellbares Verhältnis gemäß dem SOC (Ladezustand) im Schritt S170. Das Amplitudenverhältnis gemäß der Verbrennungsmotordrehzahl und der Verbrennungsmotorlast kann im Voraus mittels eines vorbestimmten Kennfelds ermittelt (z.B. festgelegt) sein (z.B. in Form eines Skalierungsfaktors für das Elektromotordrehmoment). Das einstellbare Verhältnis basierend auf dem SOC kann (z.B. in Form eines Skalierungswerts) so ermittelt werden (z.B. so festgelegt sein), dass ein gegenphasiges Drehmoment verringert wird, wenn der SOC niedrig ist, und das gegenphasige Drehmoment erhöht wird, wenn der SOC hoch ist.
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Bezugnehmend auf 3 und 4 sind gegenphasige Drehmomentwerte, welche die zu entfernende Vibrationskomponente, wie angegeben, überdecken (z.B. überlappen), auf einer linken unteren Seite der Zeichnung dargestellt (siehe gestrichelte Linie). Wie in der durchgezogenen Linie von 3 gezeigt, kann das einstellbare Verhältnis so ermittelt werden (z.B. so festgelegt sein), dass das gegenphasige Drehmoment verringert wird, um die Batterie zu laden, wenn der SOC niedrig ist.
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Im Gegensatz dazu kann, wie in durchgezogener Linie von 4 gezeigt, das einstellbare Verhältnis so ermittelt werden (z.B. so festgelegt sein), dass das gegenphasige Drehmoment erhöht wird, um die Batterie zu entladen, wenn der SOC hoch ist.
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Danach führt die Steuereinrichtung 60 eine aktive Vibrationssteuerung jeder Frequenz basierend auf dem Amplitudenverhältnis, dem einstellbaren Verhältnis und dem Verbrennungsmotordrehmoment im Schritt S180 durch. Das heißt, dass die Steuereinrichtung 60 alle positiven Komponenten und negativen Komponenten der (zu entfernenden) Vibrationskomponenten (z.B. ganz oder teilweise) entfernen kann mittels Ausgebens des Elektromotordrehmoments (gegenphasigen Drehmoments), das einem inversen Wert, welcher durch Multiplizieren des durch inverse FFT erzeugten Referenzsignals, des Verbrennungsmotordrehmoments, des einstellbaren Verhältnisses und des Basisamplitudenverhältnisses (und gegebenenfalls des Faktors –1) berechnet wird, entspricht (siehe 5D).
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Bezugnehmend auf 3 und 4 wird das gegenphasige Drehmoment auf die (z.B. in der FFT-Analyse auf der linken Seite von 3 und 4 gezeigten) Vibrationskomponenten jeder Frequenz aufgebracht (z.B. hinzugefügt), wie auf der linken Seite (der Figuren) beschrieben, wodurch es gesteuert werden kann, so dass das zu entfernende Objekt beseitigt wird und eine gewünschte Vibrationskomponente übrig bleibt, wie auf der rechten Seite beschrieben.
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Da in anderen Worten das Referenzsignal als eine Drehzahl gemäß Zeit ausgedrückt wird, beseitigt die Steuereinrichtung 60 die zu entfernenden Vibrationskomponenten durch Reflektieren (z.B. Berücksichtigen) des Verbrennungsmotordrehmoments und des Basisamplitudenverhältnisses in dem Referenzsignal und durch Transformieren des Referenzsignals in eine Drehmomentkomponente. Das heißt, dass, wie in 5E und 5F gezeigt, es möglich ist, die Verbrennungsmotordrehzahl oder die Elektromotordrehzahl zu steuern, so dass die Frequenzkomponenten, welche mit dem Referenzspektrum korrespondieren, erhalten werden (z.B. übrig bleiben).
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Um den SOC der Batterie zu managen bzw. zu verwalten, sollte die Lademenge oder die Entlademenge der Batterie gesteuert werden, wenn die Vibrationskomponente gesteuert wird. Das heißt, dass der SOC der Batterie durch gleichzeitiges Durchführen der aktiven Vibrationssteuerung und der Batteriesteuerung (d.h. einer Ladung-Aufbrauchen-Steuerung oder einer Ladung-Aufrechterhalten-Steuerung) innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gehalten werden muss. Wenn das einstellbare Verhältnis gemäß dem SOC angewendet wird, ist es deshalb möglich, fortwährend ein endgültiges Drehmoment aufrechtzuerhalten, so wie der SOC der Batterie fortwährend innerhalb des vorbestimmten Bereichs bleibt.
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Wie oben beschrieben, kann gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Vibration aktiv gesteuert werden, da die exakte Vibrationskomponente jeder Frequenz kann durch eine FFT-Frequenzspektrumanalyse extrahiert werden. Da das Ermittlungssystem des Referenzwinkels des Verbrennungsmotors und des Elektromotors verwendet werden kann, so wie es ist, kann deshalb eine zusätzliche Vorrichtung oder ein Algorithmus zur Signalsynchronisation, wie in der konventionellen Technik verwendet, beseitigt werden.
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Die Einstellwerte einer Vibration und einer Frequenz, welche ein Objekt der Vibrationssteuerung ist, können individuell gesteuert werden, so dass es außerdem möglich ist, eine Ineffizienz, welche von der Steuerung herrührt, wenn die Vibration übermäßig entfernt (bzw. beseitigt) wird, zu verringern oder zu vermeiden, und der Kraftstoffverbrauch kann verbessert werden, indem das Elektromotordrehmoment erhöht wird, wenn der Verbrennungsmotor beschleunigt wird. Insbesondere ist es möglich, unter Verwendung des einstellbaren Verhältnisses den SOC der Batterie fortwährend innerhalb des vorgegebenen Bereichs zu halten.
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Obwohl die Erfindung in Verbindung damit beschrieben wurde, was gegenwärtig als zweckmäßige, beispielhafte Ausführungsformen angesehen wird, ist es zu verstehen, dass die Erfindung/Offenbarung nicht auf die (hierin) offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Im Gegenteil ist sie dazu gedacht, diverse Modifikationen und Abwandlungen abzudecken, die im Umfang der angehängten Ansprüchen enthalten sein können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-2015-0176324 [0001]
