CN103415430A - 用于在车辆中消减机械振动的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于在车辆中消减机械振动、尤其是扭转振动的方法，所述车辆包括具有内燃机和驱动电机的动力***，其中，对描述至少一个车辆元件的瞬时振动特性的信号进行振动分析，并且为至少一个包含在该信号中的干扰频率借助驱动电机产生反作用于该干扰频率的补偿力矩。

Description

用于在车辆中消减机械振动的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1特征的用于在车辆中消减机械振动的方法。
背景技术
众所周知，具有混合动力驱动装置的车辆包括具有一个内燃机和至少一个电机（驱动电机）的动力***。为了进一步降低燃料消耗，越来越多地考虑具有废气涡轮增压器的内燃机，其与传统的内燃机相比在较低的转速下工作并且在大致相同或更高的功率下具有较少的气缸（例如用3缸发动机代替目前的4缸发动机或用4缸发动机代替目前的6缸发动机）。内燃机的转速水平越低并且气缸数量越少，由燃烧产生的转动不均匀性就越大。
为了避免这种由***引起的转动不均匀性传递到动力***或车辆车身上，必须采取特殊措施。
为此，DE102005001047A1描述了第一种方案，更确切地说结合于混合动力车辆。该混合动力车辆包括一个具有多个气缸的内燃机和一个用于产生车辆推进力的电机。为了节省燃料，可在内燃机运行期间“关断”单个气缸。于是所述气缸“未点火”地运行。当然，气缸关断可增大由内燃机发出的转矩的转动不均匀性。在DE102005001047A1中确定转动不均匀性的“尺度”并且根据该尺度将电机控制为电动机式运行或发电机式运行，从而减小由气缸关断引起的转动不均匀性的增大。在DE102005001047A1中未公开关于电机控制或调节的细节。
发明内容
本发明的任务在于提供一种用于在（混合动力）车辆中消减机械振动的方法，该方法可借助相对少的花费来实施。
该任务通过权利要求1的特征得以解决。本发明的有利方案和扩展方案由从属权利要求给出。
本发明的出发点是下述构思：对描述至少一个车辆元件的瞬时振动特性的信号进行信号分析并且借助（混合动力）车辆的驱动电机为至少一个包含在该信号中的“干扰频率”生成反作用于该干扰频率的补偿力矩。
在下面的说明和权利要求书中所使用的概念“车辆元件”可极为宽泛地解释。该概念既可涉及一个单个的构件，也可涉及由多个构件构成的构件复合体如车身，也可涉及功能单元如电机等。
“描述车辆元件的瞬时振动特性的信号”例如可以是加速度信号、如描述车身或车身的一个元件的加速度（振动）的加速度信号。
作为替换，也可将车辆元件的转速、如内燃机或电机或类似物的转速用作描述车辆元件的瞬时振动特性的信号。另外或作为替换，也可借助描述测得的或近似计算求得（例如通过状态观测器）的车辆元件驱动力矩（如车桥力矩）的信号来描述瞬时振动特性。
根据本发明可规定，在信号分析的范围中（例如通过离散傅立叶变换）考察的所述至少一个干扰信号是规定的对于所使用内燃机类型特定的干扰频率。所述至少一个干扰信号尤其是可以为所谓的“发动机阶次”。通过信号分析也可求出并消减发动机阶次那方面的频率。
众所周知，根据内燃机结构方式（直列式发动机、V型发动机）和其气缸数目，除了内燃机的基本频率外还必然存在所谓的“谐波”。谐波频率（干扰频率）往往是发动机基本频率的倍数。在一些内燃机中也存在这样的谐波，其频率等于基本频率的一半。所述干扰频率被称为所谓的“（发动机）阶次”。阶次数字说明相对于基本频率的倍数。因此第0.5发动机阶次相应于频率对应于一半发动机转速的那个干扰频率曲线。第三发动机阶次相应于具有三倍发动机转速的那个干扰频率曲线。
根据本发明可规定，根据当前的内燃机类型为一个、两个、三个或更多发动机阶次分别计算出反作用于相配的干扰频率的补偿力矩并且通过驱动电机施加给动力***。
作为替换方案或补充也可规定，通过傅立叶分析求出至少一个干扰频率或多个干扰频率。用于实施傅立叶分析的具体方法对于技术人员而言已由现有技术充分已知并且因此无需详细说明。为此参见Brigham,E.Oran(1988)“快速傅里叶变换及其应用”，EnglewoodCliffs，新泽西州，Prentice Hall出版社，ISBN0-13-307505-2。
只要描述所述至少一个车辆元件的瞬时振动特性的信号是模拟信号，可规定，借助规定的扫描频率扫描该信号并且对产生的扫描信号进行离散傅立叶变换（DFT）。通过考察该信号的频率特性可极简单求出在车辆中引起特别干扰性的旋转不均匀性或振动或噪声的频率。
常常可观察到，在描述所述至少一个车辆元件的瞬时振动特性的信号中并非仅包含一个唯一的特别突出的干扰频率，而是包含多个干扰频率。因此可规定，借助电子装置为多个包含在信号中的干扰频率求出相配的补偿力矩并且将所述补偿力矩叠加成要由驱动电机产生的补偿力矩。
要为一个确定的干扰频率产生的补偿力矩的信号曲线可如下生成：借助频率发生器生成两个周期性的相移90°的“测试信号”，所述测试信号分别具有与所观察的要补偿的干扰频率相同的频率。
借助规定的传递函数由第一测试信号产生“第一测试输出信号”和由第二测试信号产生“第二测试输出信号”，所述传递函数描述在（混合动力）车辆的驱动电机和振动特性被监测的所述至少一个车辆元件之间的传递特性。
接着借助技术人员充分公知的“递归最小均方算法”求出所谓的适应系数。递归最小均方算法例如由Haykin,S.的自适应滤波器理论公开，第三版，Englewood Cliffs，新泽西州，Prentice Hall出版社，1996年。
第一或第二测试输出信号和描述所述至少一个车辆元件的瞬时振动特性的信号构成用于最小均方算法的输入信号。
由第一测试输出信号和描述所述至少一个车辆元件的瞬时振动特性的信号产生“第一适应系数”。由第二测试输出信号和描述所述至少一个车辆元件的瞬时振动特性的信号产生“第二适应系数”
第一适应系数与相配的第一测试信号相乘为第一修正项并且第二适应系数与相配的第二测试信号相乘为第二修正项。两个修正项之和描述所观察的消减或消除干扰频率的补偿力矩的信号曲线。
在上述方式中，借助电子装置可为多个干扰频率计算相配的补偿力矩曲线。这些补偿力矩曲线可叠加、即相加为上述（总）补偿力矩，该（总）补偿力矩由驱动电机施加给车辆的动力***。这样控制驱动电机，使得其产生（总）补偿力矩来消减或在理想情况下甚至完全消除各个干扰频率。
总之，借助本发明尤其实现下述优点：
-所述方法允许简单地消减混合动力车辆动力***中的振动。
-该方法可简单地实施，因为仅需调整少量参数。
-该方法仅需少量传感器信号。因此可避免控制器之间复杂通信。
-该算法不易受到信号越渡时间影响。
附图说明
下面结合附图详细说明本发明。附图如下：
图1为用于在车辆中消减机械振动的调节回路的示意图；
图2为在图1的调节回路中实现的用于产生补偿力矩的粗逻辑；
图3为图2的粗逻辑所基于的用于为一个确定的干扰频率产生补偿力矩的逻辑。
具体实施方式
图1示出车辆的调节回路模型，该车辆包括具有内燃机和驱动电机的动力***。
内燃机产生驱动力矩TDU，该驱动力矩具有一定的转动不均匀性DU VM。驱动力矩TDU通过动力***传递给车辆的驱动车轮。驱动力矩TDU具有的转动不均匀性DU VM例如表现为，车辆的一个或多个元件在确定的（驱动）转速时开始振动。当这种干扰频率例如进入车辆的车身时，则其可在听觉上被非常不愉快地感知。
在图1所示的调节回路模型中，在产生转动不均匀性DU VM的内燃机和瞬时振动特性被分析和监测的车辆元件（如车身）之间的“路径”的传递特性以计算的方式通过传递函数“GTe2Nadot(z)”来描述。由内燃机产生的干扰振动分量在图1中以符号de来表示。
传递函数GTe2Nadot(z)例如是时间离散的线性传递函数。该传递函数例如可通过建立物理的车辆模型或通过数据驱动建模法获得。传递函数GTe2Nadot(z)的参数例如可借助德国专利申请DE102010007735中所描述的方法得到。
如上所述，在图1中建模的车辆的动力***还具有驱动电机（未示出）。在该驱动电机和“被监测的车辆元件”之间的传递特性通过传递函数“G_Tm2Nadot(z)”来描述。该传递函数可以按与传递函数GTe2Nadot(z)相似的方式得到。由驱动电机产生的加速度干扰振动分量在图1中以符号dr来表示。
由内燃机产生的激励de和由驱动电机产生的激励dr叠加成信号e，该信号描述一个具体观察的车辆元件（如车身）的振动特性。
信号e也可解释为“误差信号”。该信号被反馈并构成逻辑块或模块“MO ASD”的输入信号，所述逻辑块或模块这样控制驱动电机，使得驱动电机生成一个反作用于误差信号的补偿力矩，这还将结合图2被详细说明。
在图2所示的实施例中，车身加速度（误差信号）e=de+dr被输入给逻辑模块Tm_0p5、Tm_1、Tm_3和Tm_HAGT。在模块Tm_0p5中计算配置给第0.5发动机阶次的补偿力矩的曲线。在模块Tm_1中计算配置给第一发动机阶次的补偿力矩的曲线。在模块Tm_3中计算配置给第三发动机阶次的补偿力矩的曲线。所述发动机阶次与内燃机的结构设计有关。在模块Tm_HAGT中计算应消减或消除后桥支架HAGT的振动的补偿力矩的曲线。
在上述逻辑模块中计算出的补偿力矩在加法块中被叠加并作为要由驱动电机产生的（总）补偿力矩T_asd被输出。
图3描述一种逻辑，借助其可为第0.5发动机阶次计算配置给相关干扰频率的补偿力矩Tm_0p5。完全对应地也可为其它干扰频率计算补偿力矩。
借助频率发生器生成两个周期性的相移90°的信号（或这在车辆的控制器中通过“时间控制的查询”来实现）。在图3所示的逻辑中，所述信号为正弦信号1和余弦信号2。这两个信号1、2的频率相应于所观察的干扰频率、即相应于第0.5发动机阶次。
可根据所观察的内燃机以确定的发动机阶次的形式固定规定或通过傅立叶分析、尤其是离散的傅立叶分析提前或在车辆运行期间循环地求出要分析的干扰频率。
借助上面已经提到的传递函数G_Tm2Nadot(z)由两个测试信号1、2生成第一测试输出信号x1和第二测试输出信号x2。
在逻辑模块3、4中借助规定的递归最小均方算法产生第一适应系数Ad_sin和第二适应系数Ad_cos。
作为用于两个“最小均方模块”3、4的输入参数使用相配的第一测试输出信号x1或相配的第二测试输出信号x2和描述所观察的车辆元件（如车身）的振动特性的信号e（如车身加速度e=de+dr）。
第一适应系数Ad_sin与相配的第一测试信号1通过乘法器5相乘为第一修正项α×sinωt。相应地第二适应系数Ad_cos与相配的第二测试信号2在乘法器6中相乘为第二修正项β×cosωt。
两个修正项α×sinωt和β×cosωt通过求和器7叠加成配置给所观察的干扰频率（第0.5发动机阶次）的补偿力矩的曲线。

Claims (13)

1.用于在车辆中消减机械振动、尤其是扭转振动的方法，所述车辆包括具有内燃机和驱动电机的动力***，其中，对描述至少一个车辆元件的瞬时振动特性的信号（e）进行振动分析，并且为至少一个包含在该信号（e）中的干扰频率借助驱动电机产生反作用于该干扰频率的补偿力矩（Tm、Tm_0p5、Tm_1、Tm_3）。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述至少一个干扰频率是规定的、对于所使用的内燃机类型特定的干扰频率，尤其是规定的发动机阶次。
3.根据权利要求1或2之一的方法，其特征在于，所述至少一个干扰频率通过描述至少一个车辆元件的瞬时振动特性的信号（e）的傅立叶分析求出。
4.根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于，借助规定的扫描频率扫描所述描述至少一个车辆元件的瞬时振动特性的信号（e）并且对扫描信号进行离散的傅立叶分析。
5.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，借助电子装置（MO ASD）为多个包含在信号（e）中的干扰频率求出相配的补偿力矩（Tm_0p5、Tm_1、Tm_3）并且将各补偿力矩叠加成要由驱动电机产生的补偿力矩（Tm）。
6.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，配置给一个干扰频率的补偿力矩（Tm_0p5、Tm_1、Tm_3）的曲线基于两个周期性的相移90°的测试信号（1、2）的叠加产生，所述两个测试信号分别具有等于所观察的干扰频率的频率。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，借助规定的传递函数（G_Tm2Nadot）由每个测试信号（1、2）产生第一或第二测试输出信号（x1、x2），所述传递函数描述在驱动电机和所述至少一个车辆元件之间的传递特性。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，借助规定的最小均方算法由第一或第二测试输出信号（x1、x2）以及描述所述至少一个车辆元件的瞬时振动特性的信号（e）产生第一或第二适应系数（Ad_sin、Ad_cos），所述适应系数与相配的第一或第二测试信号（1、2）相乘为第一或第二修正项（α×sinωt、β×cosωt）。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，配置给一个干扰频率的补偿力矩（Tm_0p5、Tm_1、Tm_3）通过两个配置给该干扰频率的修正项（α×sinωt、β×cosωt）相加而成。
10.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，直接借助传感装置测量或借助规定的算法由至少一个已知的信号近似求出描述所述至少一个车辆元件的瞬时振动特性的信号（e）。
11.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，描述所述至少一个车辆元件的瞬时振动特性的信号（e）是车辆的车身的加速度信号。
12.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，描述所述至少一个车辆元件的瞬时振动特性的信号是内燃机的或驱动电机的转速信号。
13.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，描述所述至少一个车辆元件的瞬时振动特性的信号是描述由动力***的转矩传递元件所传递的转矩的信号。
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