CN104340205A - 用于混合动力车辆的发动机速度控制设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于混合动力车辆的发动机速度控制设备及方法。一种车辆动力传动***具有发动机、阻尼器以及电机，所述电机被构造为通过阻尼器与发动机选择性地机械式结合。车辆动力传动***还具有至少一个控制器，所述至少一个控制器被编程为过滤电机的速度或扭矩命令的与发动机、阻尼器和电机的共振频率对应的频率含量，以减少发动机、阻尼器和电机的共振。

Description

用于混合动力车辆的发动机速度控制设备及方法

技术领域

本公开涉及一种用于混合动力车辆上的发动机的控制设备及方法，具体涉及一种用于消除发动机扭矩脉动的设备及方法。

背景技术

混合动力电动车辆(HEV)以内燃发动机和由最先进的逆变器***驱动的电机为特征。高电压电池用于电气化动力传动***，以将电力供应到电机并储存在车辆制动期间回收的能量。混合动力电动车辆中的电动机/发电机在传递驾驶者需求的扭矩时为车辆提供额外的自由度，并且还可用于控制发动机的输出速度。三种常见的HEV构造：动力分流式、串联式混合动力和并联式混合动力通常被用于汽车工业。

在动力分流式混合动力电动车辆中，发电机和内燃发动机通过使用行星齿轮组而互相连接，发电机选择性地提供可用于控制(例如，减小和/或增加)车辆的发动机的速度的反作用扭矩。这样，发电机被用于控制发动机速度，并与行星齿轮组和牵引电动机协作以提供无级变速传动(“CVT”)效果。与这种类型的混合动力电动车辆相关的一个缺点起因于能够由电动机/发电机提供的反作用扭矩的量有限。

发动机和电机之间的机械结构在特定的车速下会变为机械振动***。例如，当发动机为内燃发动机时，由内燃发动机中的活塞的往复运动或气体***引起的扭矩变化导致在内燃发动机的输出轴和电动机的旋转轴上产生扭转振动。当轴的固有频率与受迫频率(forcible frequency)一致时，发生共振。这可导致轴产生外来噪声，甚至在一些情况下导致轴的疲劳破坏。尽管这样的共振取决于发动机的类型和轴的结构，但是在很多情况下这样的共振在转速低于发动机的可工作的转速范围的最小值时发生。

在发动机运转开始或停止时可能在***中发生的扭转振动的共振不仅在动力输出设备中被察觉到而且在发动机的输出轴和电动机的旋转轴彼此机械式连接的任何驱动***中都被察觉到。应对这些问题的主要对策是通过阻尼器将发动机的输出轴和电动机的旋转轴彼此机械式连接。然而，对减小扭转振动的振幅具有显著影响的阻尼器需要特殊的阻尼机构。这增加了所需要的部件的数量并使阻尼器不期望地笨重。另一方面，尺寸小且结构简单的阻尼器几乎没有效果。

电动机通常处于比例积分(PI)增益控制。在扭矩从电动机输出到发动机的输出轴并由此积极地使发动机的运转停止的过程中，I项(积分项)可导致发动机的输出轴下冲(undershooting)，这引起整个驱动***的振动。当驱动***被安装在(例如)车辆上时，由于下冲导致的振动传递到车身并使驾驶者不舒适。

通常，在发动机和电机之间控制混合动力电动车辆速度的传统方法可使用一个或更多个算法来实现，所述一个或更多个算法用于通过控制发动机速度和/或发电机/电动机速度而控制发动机和发电机/电动机的惯量。如果任意速度控制碰巧在发动机和电机之间激发这样的共振，那么可在***上察觉到严重的速度和扭矩振荡。在用于HEV应用的传统的发动机速度控制中，不合适的混合动力电动速度控制设计会导致发动机速度/扭矩振荡。

发明内容

在第一说明性实施例中，一种车辆包括：发动机；阻尼器；电机，被构造为通过阻尼器与发动机选择性地机械式结合；以及至少一个控制器。控制器可被编程并构造为过滤电机的速度或扭矩命令的与动力传动***的共振频率对应的频率含量，动力传动***包括但不限于发动机、阻尼器和电机。基于目标速度，控制器可过滤电机的速度或扭矩命令的频率含量，以减少发动机、阻尼器和电机的共振。

在第二说明性实施例中，一种动力传动***通过过滤会在动力传动***上产生振动的命令值而在考虑到共振频率的减小的同时对速度或扭矩命令作出响应的方法。动力传动***可包括但不限于发动机、阻尼器、电机以及至少一个控制器。响应于电机的速度或扭矩命令，动力传动***可过滤所述命令的与发动机、阻尼器和电机的共振频率对应的频率含量，以在电机对所述命令作出响应的同时减小动力传动***的振动。

在第三说明性实施例中，一种车辆包括动力传动***以及至少一个控制器，所述动力传动***包括：发动机；阻尼器；电机，通过阻尼器与发动机机械式地结合。控制器可被构造并编程为过滤电机的速度或扭矩命令的与动力传动***的共振频率对应的频率含量。在电机对速度或扭矩命令作出响应的同时，控制器可减小动力传动***的振动。

所述至少一个控制器实现陷波滤波器或超前滤波器(lead filter)。

所述至少一个控制器还实现速度控制器，其中，陷波滤波器或超前滤波器被布置为处理来自速度控制器的输出。

速度控制器具有增益，使得所述命令包括与动力传动***的共振频率对应的频率含量。

所述至少一个控制器还实现速度控制器，其中，速度控制器被布置为处理来自陷波滤波器或超前滤波器的输出。

附图说明

图1是动力分流式混合动力电动车辆动力传动***的示意图；

图2A是动力分流式混合动力构造中的动力流动的示图；

图2B是串联式混合动力构造的示图；

图2C是变速器前置并联式混合动力(pre-transmission parallel hybrid)构造的示图；

图3是表示在HEV动力传动***中的发动机和电机之间的共振的曲线图；

图4A是阻尼掉混合动力电动车辆动力传动***中的共振振荡的控制***的示图；

图4B是表示控制***过滤动力传动***中共振振荡的频率含量的一组曲线图；

图5是阻尼掉动力传动***中的共振振荡的控制方法的流程图；

图6示出了在控制算法中实施滤波器以减少动力传动***中的共振的曲线图。

具体实施方式

根据需要，在此公开了本发明的详细的实施例；然而，应该理解，公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明可以以各种和可选的形式体现。附图不一定合乎比例；一些特征可被夸大或最小化以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能性细节不应该被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域的技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。

如图1中所示，公开的混合动力电动车辆动力传动***具有并联-串联构造。车辆***控制器10、电池12以及驱动桥14连同电动机-发电机子***受控制器局域网(CAN)的控制。由模块10控制的发动机16通过扭矩输入轴18将扭矩分配至变速器14。

变速器14包括行星齿轮单元20，行星齿轮单元20包括齿圈22、太阳齿轮24以及行星架组件26。齿圈22将扭矩分配至包括齿轮啮合元件28、30、32、34和36的多级变速齿轮(step ratio gear)。驱动桥的扭矩输出轴38通过差动和轴机构42被可驱动地连接到车辆牵引轮40。

齿轮30、32和34安装在中间轴上，齿轮32与电动机驱动的齿轮44啮合。电动机46驱动用作中间轴齿轮装置的扭矩输入的齿轮44。

电池通过动力流动路径48将电力传输至电动机。如在52处所示，发电机50以已知的方式电连接到电池和电动机。

一些动力分流式***配备有额外的离合器或制动器。当动力传动***的电池12在发动机关闭的情况下用作唯一的动力源时，扭矩输入轴18和行星架组件可以被超越联轴器(overrunning coupling)53制动。当发动机开启且动力传动***处于并联驱动模式时，机械式制动器55可使太阳齿轮24和发电机50的转子固定，太阳齿轮24用作反作用元件。

如上所述，存在用于动力传动***的两种动力源。第一动力源是利用行星齿轮单元20连接在一起的发动机子***和发电机子***的结合。另一动力源仅包括电驱动***，该电驱动***包括电动机、发电机和电池，其中，电池用作发电机和电动机的能量储存介质。

图2A中示出了在图1的示图中示出的动力分流式动力传动***的各元件之间的动力流动路径。在操作者的控制下，燃料通过发动机节气门以已知的方式被输送到发动机16。被传递到行星齿轮单元20的发动机动力表示为τ_eω_e，其中，τ_e是发动机扭矩，ω_e是发动机速度。从行星齿圈传递到中间轴齿轮的动力表示为τ_rω_r，τ_rω_r是齿圈扭矩和齿圈速度的乘积。从变速器14输出的动力由符号τ_s(轴38的扭矩)和符号ω_s(轴38的速度)表示。

当发电机用作电动机时，发电机可将动力传递到行星齿轮单元。可选地，发电机可被行星齿轮单元驱动，如图2A中的扭矩流动路径52所示。类似地，如动力流动路径54所示，电动机和中间轴齿轮之间的动力分配可沿两个方向中的任一方向进行分配。从电池获取电能或者给电池充电由双向箭头48表示。

如图2A中所示，可通过控制发电机速度将发动机输出动力分成两条路径。机械式动力流动路径τ_rω_r从发动机流向行星架，从行星架流向齿圈，再从齿圈流向中间轴。电力流动路径从发动机流向发电机，从发电机流向电动机，再从电动机流向中间轴。发动机动力被分流，因此，在所谓的正态分流运行模式期间，发动机速度与车辆速度不相关。正态动力分流运行是：发动机16将动力传递到行星齿轮单元20，行星齿轮单元20将动力传递到中间轴齿轮30、32和34，中间轴齿轮30、32和34进而驱动车轮。行星齿轮单元的动力的一部分被分配给发电机50，发电机50给电池12充电。此时，发电机速度大于零或为正，发电机扭矩小于零。电池驱动电动机46，电动机46将动力分配给中间轴。这种布置为“正态动力分流”。

如果由于行星齿轮单元的机械性质而使发电机用作行星齿轮单元的动力输入以驱动车辆，则该运行模式可被称为“负态动力分流”。负态动力分流是：发电机速度为负并且发电机扭矩也为负。

负态动力分流允许发电机将动力传递到行星齿轮单元20，同时电动机46用作发电机并且电池12正在充电。然而，如果由中间轴齿轮装置在车轮处产生的扭矩不能满足驾驶者需求，则在一些条件下，电动机可能会将动力分配到中间轴齿轮装置。那时，电动机必须补足差值。

如果激活发电机制动器55，则建立并联运行模式。并联运行模式是：发动机16开启且发电机被制动。电池12给电动机46供电，电动机46驱动中间轴齿轮装置，同时动力从发动机传递到行星齿轮装置再传递到中间轴齿轮装置。

第一动力源可提供仅用于向前推进的扭矩，这是因为在中间轴齿轮装置中没有倒档齿轮。发动机要么需要控制发电机，要么需要发电机制动器以允许将用于前进运动的动力传递给车轮。

如上所述，第二动力源是电池、发电机和电动机子***。电动机从电池获取电能并独立于发动机来实现推进(前进或后退运动)。发电机可从电池获取电能并依靠单向联轴器53的反作用而驱动。在这种模式下，发电机用作电动机。

如上所述，两种动力源被结合，使得它们无缝地协同工作，以在不超过***的动力限制(包括电池限制)的情况下满足驾驶者对动力的需求，同时保持最佳的动力传动***效率和性能。该***可确定驾驶者对扭矩的需求，并在两种动力源之间实现最佳的动力分流。如果超出电池限制并且电池电压处于特定范围之外，则动力传动***可能会停止运行。

在动力分流式混合动力构造中，行星齿轮组具有两个自由度，所以可允许在任意给定的车辆速度下通过发电机将发动机速度调节至任意值。在所有正常操作期间，发电机均将发动机速度控制为使***效率最大化的最优速度设定值。

发动机和发电机之间的速度关系具有如下形式：

ω_g＝r₃ω_e-r₁ω_m  (1)

其中，齿轮传动比r₃＝ρ_c2s，其中，ρ是行星齿轮传动比。

如图2B中所示，串联式HEV构造可具有布局与动力分流式设计不同的两个电机。发动机连接到仅用来发电的发电机。牵引电动机总是使用由电池和发电机提供的电力来驱动车辆。发电机也用作发动机速度的控制器。串联式构造中发动机和发电机之间的速度关系比动力分流式的发动机和发电机之间的速度关系简单，串联式构造中发动机和发电机之间的速度关系具有如下形式：

ω_e＝r_e2gω_g  (2)

其中，r_e2g是发动机和发电机之间的齿轮传动比。

并联式HEV存在多种构造，但是最常见的选择是变速器前置并联式混合动力，如图2C中所示。在动力传动***中使用普通的有级变速器(step ratiotransmission)来使扭矩输出倍增并在发动机和车辆之间提供多个传动比。如图2C中所示，“夹心”式电动机安装在发动机和变速器输入之间。变速器可使用用于将电动机连接到变速器输入的起步离合器(launch clutch)或传统的变矩器(在图2C中未示出)。发动机可通过分离离合器(disconnect clutch)与电动机连接和分离。

图2C所示的变速器前置并联式混合动力构造中发动机和电动机之间的速度关系是所有这些构造中最简单的。其具有如下形式(当分离离合器关闭时)：

ω_e＝ω_g  (3)

所有的HEV构造(包括但不限于在此讨论的三种构造)共有的一个特征是使用电机来调节发动机速度的机构。对于动力分流式HEV以及串联式HEV，在所有正常操作期间，当发动机开启时，发动机速度均通过发电机进行调节。对于并联式混合动力，当发动机和电动机处于速度控制模式(即，主要是处于停车档和空档或正常状态下的滑行减速运行)时，发动机速度通过电动机进行调节。因此，发动机速度控制算法是包括但不限于讨论的所有这三种HEV构造的基本功能。

响应于由彼此通信的一个或更多个控制器模块捕获的操作者输入，管理控制模块可确定所需的扭矩输出。所述一个或更多个控制器模块可包括但不限于发动机控制模块(ECM)、变速器控制模块(TCM)、混合动力控制模块(HCM)、电池包控制模块(BPCM)和/或变速器动力转换模块(TPIM)。混合动力传动***的选择性操作组件被适当地控制和操纵以对操作者需求作出响应。例如，当操作者选择了前进档并操纵加速踏板或制动踏板时，混合动力传动***确定变速器的输出扭矩，这影响车辆如何以及何时加速或减速。最终的车辆加速度受其它变量的影响，所述变量包括诸如道路负荷、道路坡度以及车辆质量的因素。HEV动力传动***中的所述一个或更多个控制器模块监控扭矩产生装置的参数状态，并确定达到期望的扭矩输出所需的变速器输出。在所述一个或更多个控制器模块的指导下，变速器在从慢到快的输出速度范围内操作，以满足操作者需求。

在以上描述的实施例中，发动机可以是多种形式的往复活塞式内燃发动机(诸如火花点火式汽油发动机或压缩点火式柴油发动机)中的任何一种，易适合在例如从600或接近600转每分钟(RPM)的怠速到超过6000RPM的运转速度范围内将其可用功率提供给变速器。不管发动机连接到变速器输入轴的方式如何，该输入轴都连接到与电机(可包括发电机和/或电动机)相连的齿轮组。

在HEV动力传动***操作期间，扭矩振荡会对车辆产生不利影响，当在变速器、发动机和电动机/发电机中的一个或组合的操作中遭遇突然的扭矩变化时出现该扭矩振荡。例如，在起步、换档以及包括发动机起动和停止的模式改变期间遭遇这样的振荡。阻尼这样的扭矩振荡可增强车辆的可驾驶性和性能，延长动力传动***的平均操作寿命，并提高驾驶者满意度。扭矩产生装置(即，发动机和/或电机)的协调控制可用于提供这样的阻尼。

图3是表示在HEV动力传动***中的发动机和电机之间的共振的曲线图。为了消除发动机和电机之间的发动机扭矩脉动的共振，可将机械式阻尼器用于HEV动力传动***(不管其构造如何)的所有发动机中。机械式阻尼器允许在发动机曲轴和电机之间有相对角位移。在发动机模式改变期间，发动机速度可能会不同于电机速度与齿轮传动比的乘积。通过阻尼器刚度和电机惯量来确定共振。这样的共振可存在于HEV动力传动***的每个机械设计中。如果任一速度控制激发HEV动力传动***的共振，那么可在***上察觉到速度振荡和/或扭矩振荡，如共振曲线图300中详细示出的。

模拟发动机和电机速度关系的传统方法通过下面的微分方程式以如下形式给出：

$J_e{\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_e+{\mathrm{rJ}}_g{\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_g={\mathrm{\τ}}_e+{\mathrm{r\τ}}_g---\left(4\right)$

其中，J_e和J_g是发动机和发电机(在并联式HEV的情况下是电动机)的惯量，τ_e和τ_g是发动机和发电机的扭矩。在微分方程式中，变量r是发动机和发电机(或在并联式HEV的情况下的电动机)之间的齿轮传动比。当使用式(1)至式(3)中对应的速度关系时，如在式(4)中示出的发动机和电机的速度可被应用到所有几种类型的HEV构造。因此，公开的所有这三种HEV构造中的速度控制问题可通过相似的控制算法被公式化。就速度控制而言，动力分流式可能是最复杂的构造。可使用动力分流式构造作为说明性示例来描述减少动力传动***振荡的改进的控制算法。然而，该算法可被应用到多种类型的动力传动***和HEV动力传动***的发动机速度控制问题。

为了控制动力传动***中的共振，已经开发了其它硬件实现方式，其包括阻尼器旁路离合器(damper by-pass clutch)。阻尼器旁路离合器暂时绕过阻尼器，并将发动机与一个电机直接连接。这种实现方式可消除由机械式阻尼器引入的***共振，但是驱动阻尼器旁路离合器需要更多的硬件和复杂的控制支持。

使用比例积分(PI)算法速度控制的软件解决方案也已被开发，然而发动机速度和齿圈扭矩脉动会继续发生，如曲线图300中所示。使用闭环PI控制，以利用电机速度控制的传递函数将电机速度调节到目标：

${\mathrm{\τ}}_g=(K_p+\frac{K_i}{s})({\mathrm{\ω}}_g^r-{\mathrm{\ω}}_g)---\left(5\right)$

发动机速度可被请求为与一个或更多个因素相关联的值，该一个或更多个因素包括但不限于车辆速度、驾驶者加速踏板请求和/或电池充电水平；而电机有针对性地使用以上速度控制函数。

据发现，基于模型(4)的闭环特性具有两个特点，包括当比例增益(Kp)和积分增益(Ki)均为正时以及当Ki确定闭环带宽同时Kp确定闭环阻尼时可一直稳定的动态***。这样的控制算法在大部分发动机操作中是有效的，但是在瞬态操作期间具有一定挑战。***上的已知挑战中的一个可包括但不限于当使用高的Kp值时在HEV动力传动***中的发动机速度振荡。

例如，如示图302中所示，当使用低的Kp值时，发动机速度306对目标发动机速度304缓慢地作出响应。Kp值低的示图302示出了对目标发动机速度的响应时间缓慢同时动力传动***扭矩308几乎没有共振的控制算法。

如示图310中所示，另一个示例是使用高的Kp值，高的Kp值激发HEV动力传动***产生相同频率的速度振荡，该速度振荡可通过动力传动***接收低功率限制、踏板完全松开的请求方案而被看到。高的Kp值允许发动机速度314更快地响应并跟随目标发动机速度312，然而，快的转变可能会由于扭矩316共振而导致振荡，如在示图中所示。

${\mathrm{\τ}}_g=\frac{(k_{p}s+k_i)s}{s^2+\frac{k_p}{J}s+\frac{k_i}{J}}{\mathrm{\ω}}_g^r-\frac{1}{r_{3}J}\frac{k_{p}s+k_i}{s^2+\frac{k_p}{J}s+\frac{k_i}{J}}\frac{{\mathrm{\τ}}_e^r}{{\mathrm{\τ}}_{e}s+1}---\left(6\right)$

图4A是阻尼掉混和动力电动车辆动力传动***中的共振振荡的控制***的示图。所述控制***包括用于多变量主动传动系阻尼的算法，以改善对车辆动力传动***中的主动阻尼的调节。在此关于在图1、图2A、图2B和图2C中示出的构造描述控制方法，该控制方法优选地作为在动力传动系控制***的一个或更多个控制器中的算法而被执行。然而，本公开也可并入其它车辆动力传动***构造中，并可应用到其它动力传动***的布置。

阻尼掉共振振荡的下述控制***示图400是改进的速度控制算法，该改进的速度控制算法可通过应用带有被设计为消除在HEV动力传动***中的共振的PI控制算法循环的陷波滤波器或超前滤波器406和反馈速度控制器404而有效地阻尼掉共振振荡。陷波滤波器或超前滤波器406被设计为消除共振，而反馈速度控制器404可与式(5)相似。陷波滤波器或超前滤波器可被放置在速度控制计算之前或之后，并不限于在控制***示图400中所示出的顺序。

目标速度402可通过一个或更多个输入而被计算、确定和/或产生，该一个或更多个输入包括但不限于当前的车辆速度、操作者请求、车辆传感器和/或一个或更多个动力传动***的请求。在操作中，目标速度402通过控制算法而被接收，并与实际速度相比较，该实际速度包括但不限于测量的HEV动力传动***的噪声。

速度控制器404接收目标速度，并通过使用比例积分增益函数乘以目标电机速度与当前电机速度之差(如式(5)中所示)而计算电机扭矩。超前滤波器406接收电机速度控制器的输出值，并从电机速度控制器的输出值消除共振频率。

在另一实施例中，陷波滤波器或超前滤波器可过滤目标速度计算值以消除共振频率，并将过滤的速度计算值发送到速度控制器。陷波滤波器或超前滤波器可过滤从速度控制器接收的输出，或可过滤目标速度并将过滤的目标速度值发送到速度控制器。

超前滤波器406可包括一种或更多种类型的超前滤波器，其可以是一个二阶超前滤波器或一个更高阶超前滤波器。例如，二阶超前滤波器可包括下面的等式：

$G_{\mathrm{II}}=\frac{s^2+{2\mathrm{\ζ}}_2{\mathrm{\ω}}_{n2}s+{\mathrm{\ω}}_{n2}^2}{s^2+2\mathrm{\β}{\mathrm{\ω}}_{n2}s+{\mathrm{\ω}}_{n2}^2}---\left(7\right)$

分子被选择为与阻尼器的开环极点具有相同的零位。固有频率ω_n2和阻尼比ζ₂被选择为匹配图3中所示的共振行为。β是引入的极点的阻尼比。下面的条件必须对式(7)中的参数设计适用：

β＞＞ζ₂  (8)

为了实现所设计的滤波器，首先必须将式(7)转换成z域的传递函数，其具有如下形式：

$G_{\mathrm{II}}=\frac{b_0+b_1{z}^{-1}+b_2{z}^{-2}}{1+a_1{z}^{-1}+a_2{z}^{-2}}---\left(9\right)$

其中，

$b_0^{\′}=4+4{\mathrm{\ζ}}_2{\mathrm{\ω}}_{n2}{\mathrm{\τ}}_s+{\mathrm{\ω}}_{n2}^2{\mathrm{\τ}}_s^2$

$b_1^{\′}=-8+2{\mathrm{\ω}}_n^2{\mathrm{\τ}}_s^2$

$b_2^{\′}=4-4{\mathrm{\ζ}}_2{\mathrm{\ω}}_n{\mathrm{\τ}}_s+{\mathrm{\ω}}_n^2{\mathrm{\τ}}_s^2$

$a_0^{\′}=4+4\mathrm{\β}{\mathrm{\ω}}_n{\mathrm{\τ}}_s+{\mathrm{\ω}}_n^2{\mathrm{\τ}}_s^2$   (10)

$a_1^{\′}=-8+2{\mathrm{\ω}}_n^2{\mathrm{\τ}}_s^2$

$a_2^{\′}=4-4\mathrm{\β}{\mathrm{\ω}}_n{\mathrm{\τ}}_s+{\mathrm{\ω}}_n^2{\mathrm{\τ}}_s^2$

并且，归一化的a_i和b_i具有如下形式：

$a_i=\frac{a_i^{\′}}{a_0},b_i=\frac{b_i^{\′}}{b_0}---\left(11\right)$

发电机扭矩可具有如下形式：

${\mathrm{\τ}}_g\left(k\right)=-a_1{\mathrm{\τ}}_g(k-1)-a_2{\mathrm{\τ}}_g(k-2)+b_0{\mathrm{\τ}}_g^{\mathrm{PI}}\left(k\right)+b_1{\mathrm{\τ}}_g^{\mathrm{PI}}(k-1)+b_2{\mathrm{\τ}}_g^{\mathrm{PI}}(k-2)---\left(12\right)$

其中，是式(5)中的PI控制的扭矩输出。

在一个实施例中，过滤的电机扭矩值408可被发送到发电机410。控制算法可通过将发电机410的速度与发动机冲击412的速度进行比较而持续监控***动态。发动机冲击扭矩和发电机速度的输出值被电动机414的扭矩抵消，而在HEV动力传动***中产生实际速度416。控制***持续监控动力传动***的实际速度，同时测量噪声418，以提供用于计算发电机扭矩的闭环控制。当确定所请求的目标发电机速度的扭矩控制时，控制***可接收来自发电机上的速度传感器的反馈。

图4B是表示控制***过滤动力传动***中共振振荡的频率含量的一组曲线图。通过动力传动***计算的关于时间的目标扭矩在曲线图上被表示为线420。如线422中所表示的，动力传动***可在特定的目标扭矩值具有共振频率。例如，在动力传动***的开发和校准期间，可在***中的一个或更多个目标扭矩值处识别出共振频率。一旦一个或更多个目标扭矩值被识别，便可将陷波滤波器应用于该扭矩值，以减小或消除共振振荡，如线424所表示的。

在一个或更多个共振频率被找到并且陷波滤波器被应用到识别的频率之后，由***产生的实际扭矩可使动力传动***中的振荡减小和/或消除，如线426所表示的。陷波滤波器可被应用到一个或更多个共振事件，以过滤频率含量同时改善动力传动***中的发动机速度或扭矩振荡。

使用所提出的控制(12)的***速度行为在图6中示出。图6中的曲线图示出了当使用高的比例增益时发动机速度对命令有很好的跟随，而不会产生如在基本控制中发现的共振振荡。就二阶陷波滤波器而言，设计参数β可被校准器使用，以调整阻尼效应的幅度。共振频率处的有效阻尼和低频率范围内的小冲击的平衡是校准的目标。

图5是阻尼掉动力传动***中的共振振荡的控制方法的流程图。另外，省略步骤、包括额外的步骤和/或修改在图5中呈现的顺序在本发明的范围和精神内。还可注意，方法500表示单个操作，然而，如上面所指出的，期望以***的和重复的方式应用方法500。

控制方法500可被编程为一组计算机可执行的指令或代码，并可被存储在有形/永久的计算机可读介质或分布式介质上。这样的指令或代码之后可通过控制器的相关的硬件组件而被选择性地执行。控制器可以是单个控制装置或者被电连接到动力传动***或以其他方式布置成通过适当的控制通道与动力传动***电通信的分布式网络控制装置，其中，所述动力传动***包括但不限于发动机、发电机、电动机以及变速器。所述控制通道可包括在车辆上为合适的动力流动控制及协调提供适合发送和接收必要的电控制信号的硬线或无线控制链路所需的任何传输导体。

在步骤502处，控制方法可监控发动机模式，以确定在混合动力电动车辆中是否正请求开启或关闭发动机。发动机模式确定因素可包括但不限于车辆速度、电池充电状态、由车辆操作者所请求的扭矩的量和/或由HEV中的一个或更多个动力传动***所请求的扭矩的量。基于一个或更多个确定，动力传动***可在步骤504处开启或关闭发动机。

在一个实施例中，发动机可能是关闭的，并且动力传动***可在监控发动机模式的同时接收开启发动机的请求。在步骤506处，动力传动***可基于一个或更多个确定因素起动发动机。一旦发动机起动，该控制方法便可在步骤508处接收目标发电机速度。可从基于一个或更多个车辆传感器、校准、发动机分析和/或车辆速度的一个或更多个动力传动***控制模块接收目标发电机速度。电机的速度测量比发动机的速度测量更准确；因此，在步骤510处，该控制方法可从发电机上的速度传感器接收动力传动***速度反馈。

在步骤512处，该控制方法可使用比例积分(PI)控制逻辑计算发电机控制。一旦该控制方法计算出用于目标发电机速度的PI控制，该方法便可在步骤514处使用陷波滤波器来消除发动机阻尼***的共振附近的频率含量。

在步骤516处，该方法可将修改的发电机扭矩值发送到一个或更多个其它HEV构造的动力传动***中的发电机和/或电机。在步骤518处，该控制方法可继续监控发动机是否仍在运行中。如果发动机正在运行中，则在步骤520处，该控制方法可通过持续监控发电机速度而实现发电机速度测量的闭环反馈。

如果发动机不再运行，则在步骤522处，该控制方法可结束，直到下一个发动机模式请求开启发动机为止。

图6示出了在控制算法中实施滤波器以减少动力传动***中的共振的曲线图。如在示图600中所示，利用滤波器操作的控制算法显示了滤波器如何改善动力传动***中的振荡，同时允许校准高比例增益而不会产生如在图3中所示的基本控制中发现的共振振荡。曲线图602示出了高比例增益的使用允许***在一个或更多个动力传动***条件下对扭矩请求更快地作出响应。具有滤波器示图600的控制算法描述了示出扭矩608、发动机速度606和目标发动机速度604的曲线图。利用滤波器(包括但不限于陷波滤波器)，动力传动***可允许发动机速度606跟随目标发动机速度604而不会引起发动机速度604和/或扭矩608的振荡。滤波器也改善了整个动力传动***中的共振振荡。

回顾图6中的结果，动力传动***中的滤波器允许较高的比例增益(其可改善动力传动***在低温下的操作)，允许电动机较低的功率限制，同时在一个或更多个***速度下消除动力传动***中的振荡。如在一个或更多个实施例中所描述的，使用滤波器的控制方法抑制与发动机阻尼器对应的共振频率，从而可在不激发共振振荡的情况下按期望控制发动机速度。

虽然上文描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。相反，说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可作出各种改变。此外，可组合实现的各个实施例的特征，以形成本发明的进一步的实施例。

Claims (10)

1.一种车辆，包括：

发动机；

阻尼器；

电机，被构造为通过阻尼器与发动机选择性地机械式结合；

至少一个控制器，被编程为过滤电机的速度或扭矩命令的与发动机、阻尼器和电机的共振频率对应的频率含量，以在电机对速度或扭矩命令作出响应的同时减小发动机、阻尼器和电机的振动。

2.根据权利要求1所述的车辆，其中，当发动机与电机机械式结合时，与发动机、阻尼器和电机的共振频率对应的频率含量导致发动机、阻尼器和电机的扭矩振荡和速度振荡。

3.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述至少一个控制器实现陷波滤波器或超前滤波器。

4.根据权利要求3所述的车辆，其中，所述至少一个控制器还实现速度控制器，其中，陷波滤波器或超前滤波器被布置为处理来自速度控制器的输出。

5.根据权利要求4所述的车辆，其中，速度控制器具有增益，使得所述命令包括与发动机、阻尼器和电机的共振频率对应的频率含量。

6.根据权利要求3所述的车辆，其中，所述至少一个控制器还实现速度控制器，其中，速度控制器被布置为处理来自陷波滤波器或超前滤波器的输出。

7.一种用于减小动力传动***的振动的方法，包括：

响应于电机的速度或扭矩命令，过滤所述命令的与动力传动***的共振频率对应的频率含量，以在电机对所述命令作出响应的同时减小动力传动***的振动，其中，所述动力传动***包括发动机、阻尼器以及所述电机。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，与动力传动***的共振频率对应的频率含量导致动力传动***的扭矩振荡和速度振荡。

9.一种车辆，包括：

动力传动***，包括发动机、阻尼器以及通过阻尼器与发动机机械式结合的电机；

至少一个控制器，被编程为过滤电机的速度或扭矩命令的与动力传动***的共振频率对应的频率含量，以在电机对速度或扭矩命令作出响应的同时减小动力传动***的振动。

10.根据权利要求9所述的车辆，其中，当发动机与电机机械式结合时，与动力传动***的共振频率对应的频率含量导致发动机、阻尼器和电机的扭矩振荡和速度振荡。