CN107010072A - 用于混合动力车辆的主动振动控制的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于混合动力车辆的主动振动控制的设备和方法。该方法可以包括：检测发动机转速或者电机转速；基于电机或者发动机的位置信息，选择参考角度信号；设置快速傅立叶变换的周期，并且从所述参考角度信号开始对发动机转速或者电机转速执行对应于快速傅立叶变换的周期的快速傅立叶变换；根据发动机转速和发动机负载，设置参考波谱；通过比较对发动机转速执行快速傅立叶变换而获得的信号和参考波谱，提取将要去除的振动分量；根据频率对将要去除的振动分量求和，并且执行逆向快速傅立叶变换；根据发动机转速和发动机负载确定振幅比，基于发动机转速确定可调比率；基于关于振幅比、可调比率和发动机扭矩的信息，执行每一个频率的主动振动控制。

Description

用于混合动力车辆的主动振动控制的设备和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年12月11日在韩国知识产权局提出的韩国专利申请第10-2015-0177478号的优先权和权益，其全部内容通过引用纳入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于混合动力电动车辆的主动振动控制的设备和方法。更具体地，本发明涉及这样一种用于混合动力电动车辆的主动振动控制的设备和方法，其经由快速傅立叶变换(FFT)、通过分析频谱而控制不稳定的振动。

背景技术

混合动力车辆是一种利用两种或多种不同种类动力源的车辆，通常是一种由燃烧燃料而获得驱动扭矩的发动机以及利用电池电力而获得驱动扭矩的电机来驱动的车辆。

当两种动力源(即发动机和电机)驱动车辆时，依靠发动机和电机的工作，能够为混合动力电动车辆提供优化的输出扭矩。

利用发动机和电机作为动力源，混合动力电动车辆可以形成多种结构，该混合动力电动车辆可以被分类为：TMED(Transmission Mounted Electric Device，安装有变速器的电动装置)类型以及FMED(Flywheel Mounted Electric Device，安装有飞轮的电动装置)类型。其中在TMED类型中，发动机和电机利用发动机离合器连接并且电机连接至变速器，在FMED中，电机直接地连接至发动机的曲轴并且经由分轮连接至变速器。

在这些类型中，由于FMED类型的混合动力电动车辆的噪音很大并且会有严重的振动，因此正在研究对其减少振动。为此，通常地使用一种提取振动分量的频率分析方法。

使用带通滤波器的模拟方法用于传统的频率分析中，其中该分析的模拟方法基于频带的每一个预期点的振幅来确定频率是否不正常。

但是，区分发动机的振动分量和噪音的振动分量是很困难的，并且对振动的不必要的过度控制对控制效率和能源管理方面带来负面影响。此外，在传统的频率分析中，由于仅能够创建和同步相对于具体频率的参数信号，因此并不能对可能额外产生的其他频率进行综合性和主动的控制。

公开于背景技术部分的上述信息仅仅旨在加深对本发明背景技术的理解，因此其可以包含的信息并不构成在该国家已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明致力于提供一种用于混合动力车辆的主动振动控制的设备和方法，其具有如下优点：利用FFT(快速傅立叶变换)、经过完整的频谱分析，精确地控制异常振动分量；以及利用反馈实时地反映环境频率分量的变化。

本发明的一个示例性的实施方案提供一种用于混合动力电动车辆的主动振动控制的方法，其可以包括步骤：检测发动机转速或者电机转速；基于电机或者发动机的位置信息，选择参考角度信号；设置快速傅立叶变换的周期，并且从所述参考角度信号开始对发动机转速或者电机转速执行对应于快速傅立叶变换的周期的快速傅立叶变换；根据发动机转速和发动机负载，设置参考波谱；通过比较对发动机转速执行快速傅立叶变换而获得的信号和参考波谱，提取将要去除的振动分量；根据频率对将要去除的振动分量进行求和，并且执行逆向快速傅立叶变换；根据发动机转速和发动机负载确定振幅比，以及基于发动机转速确定可调比率；以及基于关于振幅比、可调比率和发动机扭矩的信息，执行每一个频率的主动振动控制。

根据电机的位置信息，通过旋转变压器极数(m)进行划分，可以设置参考角度信号，或者根据发动机的位置信息，在第一编号汽缸或第四编号汽缸的上止点(TDC)与下止点(BDC)之间可以设置参考角度信号。

可以考虑发动机汽缸和发动机冲程而设置快速傅立叶变换的周期。

在执行快速傅立叶变换时，计算振幅和相位。

可以选择大于参考波谱的快速傅立叶变换信号的频率分量作为将要去除的振动分量。

通过输出对应于通过将由逆向快速傅立叶变换创建的参考信号、发动机扭矩、振幅比和可调比率相乘而获得的值的倒数的电机扭矩，可以去除将要去除的振动分量。

当发动机转速大于预定转速时，对将基于发动机转速的可调比率进行设置，使得减少反相位扭矩。

根据本发明的另外的示例性实施方案的用于混合动力电动车辆(包括作为动力源的发动机和电机)的主动振动控制的设备可以包括：位置传感器，其配置为检测发动机或者电机的位置信息；以及控制器，其配置为基于来自位置传感器的信号选择参考角度信号；对发动机转速或者电机转速执行快速傅立叶变换；经由FFT分析，提取将要去除的振动分量；执行逆向快速傅立叶变换以创建参考信号；以及基于关于振幅比、根据发动机转速的可调比率和发动机扭矩的信息，执行每一个频率的主动振动控制。

所述控制器根据发动机转速和发动机负载可以设置参考波谱，以及通过将参考波谱与利用快速傅立叶变换而获得的信号进行比较，提取将要去除的振动分量。

所述控制器可以根据频率对将要去除的振动分量进行求和，并且通过执行逆向快速傅立叶变换，所述控制器可以生成参考信号。

通过输出对应于通过将由逆向快速傅立叶变换创建的参考信号、发动机扭矩、振幅比和可调比率相乘而获得的值的倒数的电机扭矩，所述控制器可以去除振动分量。

根据电机的位置信息，通过旋转变压器极数(m)进行划分，所述控制器可以设置参考角度信号，或者根据发动机的位置信息，所述控制器在第一编号汽缸或第四编号汽缸的上止点(TDC)与下止点(BDC)之间可以设置参考角度信号。

考虑发动机汽缸和发动机冲程，所述控制器可以设置快速傅立叶变换的周期；以及通过计算的每一个频率的振幅和相位信息，所述控制器可以分析快速傅立叶变换信号。

当发动机转速大于预定转速时，可以对基于发动机转速的可调比率进行设置，使得减少反向相位扭矩。

如上面所描述的，根据本发明的示例性实施方案，由于经由FFT频谱分析，可以提取每一个频率的精确的振动分量，可以主动地对振动进行控制。因此，由于实际上可以利用发动机和电机的参考角度的确定***，因此，可以省去常规技术中使用的额外的设备或信号同步算法。此外，作为振动控制对象的振动和频率的调制量可以被单独地控制，因此能够防止当过度去除振动时控制无效。特别地，与发动机的低转速状态相比，在发动机的高转速状态下，通过减少反相位扭矩，可以降低能源消耗。因此，经由实时的反馈控制，可以执行精确和高效的主动控制。

附图说明

图1为根据本发明的示例性实施方案的用于混合动力电动车辆的主动振动控制的设备的示意框图；

图2为示出了根据本发明的示例性实施方案的用于混合动力电动车辆的主动振动控制的方法的流程图；

图3A-a、图3A-b、图3A-c、图3B-a、图3B-b、图3B-c和图3C为示出了当发动机转速很高时、应用根据本发明的示例性实施方案的混合动力电动车辆的主动振动控制方法的振动减少的图；

图4为示出了当发动机转速很高时、根据本发明的示例性实施方案而施加基于发动机的转速的可调比率的振动减少的图；

图5A至图5F为用于解释根据本发明的示例性实施方案的用于混合动力电动车辆的主动振动控制的方法的示意图。

具体实施方式

在下文的详细说明中，仅简单地通过图解显示和描述本发明的某些示例性实施方案。本领域技术人员将意识到，可以对所描述的实施方案进行各种不同方式的修改，所有这些修改将不脱离本发明的精神或范围。

在整个说明书和所附的权利要求中，除非明确地相反描述，术语“包括”和变化形式例如“包括有”或“包含”应被理解为暗示包含所述元件但是不排除任何其它元件。

在整个说明书中，同样的附图标记表示同样的元件。

应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括混合动力车辆、可插式混合动力电动车辆、以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。正如此处所提到的，混合动力电动车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。

另外，应当理解的是，一些方法可以通过至少一个控制器来执行。术语“控制器”指的是包括存储器和处理器的硬件设备，该处理器被配置成执行应当理解为其算法结构的一个或多个步骤。该存储器被配置成存储算法步骤，并且处理器具体配置成执行所述算法步骤以执行以下进一步描述的一个或多个过程。

此外，本发明的控制逻辑可以实施为计算机可读介质上的永久计算机可读介质，其包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光碟(CD)-ROM、磁带、软盘、闪盘驱动器、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读记录介质还可以分布在网络连接的计算机***上，使得计算机可读介质例如通过远程信息处理服务器或控制器区域网络(CAN)以分布方式存储和执行。

下面将参考附图对本发明的示例性实施方案进行详细描述。

图1为根据本发明的示例性实施方案的用于混合动力电动车辆的主动振动控制的设备的示意框图。

如图1所示，根据本发明的示例性的实施方案的用于混合动力电动车辆的主动振动控制的设备包括：发动机10、电机20、位置传感器25、离合器30、变速器40、电池50和控制器60。

当开启时，发动机10通过燃烧燃料而输出动力作为动力源。发动机10可以为各种所公开的发动机，例如使用常规化石燃料的汽油发动机或者柴油发动机。产生自发动机10的旋转动力经由离合器30传输到变速器40侧。

电机20通过供应自电池50并经由逆变器的三相交流电压而工作以产生扭矩，并且在滑行模式下，电机20作为发电机工作并将再生能源供应至电池50。

在本发明的示例性实施方案中，电机20可以直接地连接至发动机10的曲轴。

位置传感器25检测发动机10或者电机20的位置信息。发动机10或者电机20的位置信息被传输至控制器60。

即是，位置传感器25可以包括曲轴位置传感器或电机位置传感器，该曲轴位置传感器检测曲轴的相位，该电机位置传感器检测电机的定子和转子的位置。

控制器60通过对利用曲轴位置传感器检测的转角求微分而可以计算出发动机转速，以及通过对利用电机位置传感器检测的电机的定子和转子的位置求微分而可以计算出电机转速。

位置传感器25可以为用于测量发动机转速或者电机转速的额外的速度传感器(未示出)。

离合器30设置在连接至发动机10曲轴的电机20和变速器40之间，并且将动力传输切换至变速器40。离合器30可以应用为液压类型的离合器或者干式离合器。

变速器40根据车辆速度和行驶情况调整传动比、利用传动比分配输出扭矩并且将输出扭矩传递至驱动轮，从而能够使车辆行驶。变速器40可以应用为自动变速器(AMT)或者双离合变速器(DCT)。

电池50形成有多个电池单元，并且用于将驱动电压供应至电机20的高电压存储在电池50中。电池50根据驱动模式将驱动电压供应至电机20，并且利用在再生制动中产生自电机20的电压来充电。

控制器60基于来自位置传感器的信号选择参考角度信号，执行快速傅立叶变换(FFT)，通过FFT分析，提取将要去除的振动分量，以及通过执行逆向FFT执行每一个频率的主动振动控制。即是，控制器60根据发动机的转速和负载设置参考波谱，通过将参考波谱与FFT信号分析结果进行比较，提取每一个频率的振动分量，以及从每一个频率振动中选择可去除的对象频率并对可去除的对象频率进行求和之后，通过执行逆向FFT，生成参考信号。该参考信号可以意为：根据频率将要去除的振动分量的逆向FFT信号。

此外，通过考虑根据发动机的转速和负载的振幅比、基于发动机转速的可调比率和发动机扭矩来执行每一个频率的主动振动控制。

为了这些目的，控制器60可以实现为至少一个处理器，该处理器通过预定程序来操作，并且该预定程序可以编程为以执行根据本发明的示例性实施方案的用于混合动力电动车辆的主动振动控制方法中的每一个步骤。

这里所描述的各种实施方案可以例如通过软件、硬件或者软件和硬件的组合在记录介质中实施，该记录介质可以由计算机或者类似的设备读取。

根据硬件实施，这里所描述的实施方案可以通过利用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器以及设计为执行其他任意功能的电子单元中的至少一种来实施。

根据软件实施，在本发明的具体实施方案中所描述的实施方案(例如过程和功能)可以通过单独的软件模块来实施。每一个软件模块可以执行本发明所描述的功能和操作中的一个或多个。软件代码可以以合适的编程语言来编写并通过软件应用来实施。

下面，结合图2至图4，将对根据本发明的示例性实施方案的用于混合动力电动车辆的主动振动控制的方法进行详细描述。

图2为示出了根据本发明的示例性实施方案的用于混合动力电动车辆的主动振动控制的方法的流程图。以及图3A-a、图3A-b、图3A-c、图3B-a、图3B-b、图3B-c和图3C为示出了当发动机转速很高时、应用根据本发明的示例性实施方案的混合动力电动车辆的主动振动控制方法的振动减少的图。

如图2所示，根据本发明的示例性实施方案，一种混合动力电动车辆的主动振动控制方法开始于步骤S100，位置传感器25检测发动机10或者电机20的位置信息，并且控制器60可以利用在步骤S100中的发动机10或者电机20的位置信息来检测发动机转速或电机转速(参见图5A)。在步骤S110，基于位置传感器25的信号，控制器60选择参考角度信号。即是，根据发动机10和电机20的位置信息，控制器60选择参考角度信号。

根据电机20的位置信息，通过旋转变压器极数(m)进行划分，控制器60可以设置参考角度信号，或者根据发动机10的位置信息，在第一编号汽缸或第四编号汽缸的上止点(TDC)与下止点(BDC)之间控制器60可以设置参考角度信号。例如，根据电机20的位置信息，控制器60可以选择参考角度信号，并且通过将16个电极信号划分成八(8)个，可以创建参考角度信号。该参考角度信号意为用于执行FFT的起始点。

之后，在步骤S120，控制器60设置用于执行FFT的FFT的周期。

控制器60可以设置考虑到发动机10汽缸和冲程的完整周期。例如，如果发动机10具有四个汽缸和四个冲程，曲轴角可以是720度。

当在步骤S120已设置FFT的周期时，在步骤130，控制器60执行FFT。即是，控制器60从参考角度信号开始对发动机转速或者电机转速执行对应于FFT的周期的FFT(参见图5B)。

通过分析FFT信号，控制器60可以计算每一个频率的振幅和相位信息。

此外，在步骤S140中，根据发动机转速和负载，控制器60设置参考波谱(参见图5B)。即是，根据发动机的工作点，控制器60可以设置每一个频率的振动参考值。

当在步骤S140中已设置参考波谱时，在步骤S150，通过比较FFT信号和参考波谱，控制器60提取将要去除的振动分量。

即是，通过比较来自FFT分析的结果值和预定振动参考值，控制器60可以选择需要振动控制的对象。控制器60可以从大于参考波谱的FFT信号中提取频率分量，作为将要去除的振动分量。例如，参见图5B，可以选择频率分量f2作为将要去除的频率分量。

由于参考波谱意为根据发动机转速和负载的通常的振动分量，因此，控制器60确定FFT信号大于参考波谱的频率分量来作为将要去除的异常振动分量。

当在步骤S150中选择了将要去除的振动分量时，在步骤S160，控制器60通过频率对将要去除的振动分量进行求和，并且执行逆向FFT以创建参考信号(参见图5C)。如上面描述的，参考信号意为将要去除的振动分量的逆向FFT(IFFT)信号。

此外，在步骤S170，根据发动机转速和发动机负载，控制器60确定振幅比并且基于发动机转速确定可调比率。

即是，控制器60可以将根据发动机的工作点的振幅比和可调比率输入到由逆向FFT产生的参考信号中。这里，根据发动机转速和发动机负载的振幅比可以通过预设的映射表而提前确定。

即是，通过输出对应于通过将由逆向FFT创建的参考信号、发动机扭矩、振幅比和可调比率相乘而获得的值的倒数的电机扭矩(参见图5D)，控制器60可以去除振动分量中的所有的正分量和负分量。

图3B-a、图3B-b、图3B-c示出了当发动机转速很高时，通过执行FFT分析而计算出的每一个频率的振动分量的振幅和相位信息。参见图3C，叠加有将要去除的振动分量的反相位扭矩值通过点化线示出。即是，可以反映出图3A-a、图3A-b、图3A-c和图3B-a、图3B-b、图3B-c中所述的每一个频率的振动分量和反相位扭矩，如图3C所示，因此可以控制为可以去除将要去除的对象并且保留需要的振动分量。

在这时，在步骤S170，控制器60根据发动机转速和发动机负载确定振幅比，并且基于发动机转速确定可调比率。这里，根据发动机转速和发动机负载的振幅比可以通过预设的映射表而提前确定。此外，在基于发动机转速的可调比率大于预定转速的情况下，可以设定反相位扭矩减少。

参见图3C，叠加有将要去除的振动分量的反相位扭矩值通过点化线示出。这里，在发动机转速大于预定速度并且发动机处于高转速状态的情况下，基于发动机转速设置可调比率，使得由实线指示的反相位扭矩在负方向移动并偏移。

即是，当发动机转速很高时，发动机振动对于车辆的影响减小；因此在电池充电中可以使用剩余能源，代替了通过减少扭矩而抑制振动。

之后，在步骤S180，基于关于每一个频率的振幅比、可调比率和发动机扭矩的信息，控制器60执行主动振动控制。通过输出根据发动机工作点的振幅比、基于发动机转速的可调比率和发动机扭矩，控制器60可以去除振动分量。即是，通过输出对应于通过将由逆向FFT创建的参考信号、发动机扭矩、振幅比和可调比率相乘而获得的值的倒数的电机扭矩，控制器60可以去除振动分量中的所有的正分量和负分量。

由于通过执行将要去除的振动分量的逆向FFT而获得的参考信号在时域中表示为速度，因此，通过将振幅比、可调比率和发动机扭矩反映到参考信号并且将参考信号变换为扭矩分量，控制器60去除将要去除的振动分量。即是，如图5E和图5F所示，可以将发动机转速或者电机转速控制为保留对应于参考波谱的频率分量。

当反映基于发动机转速的可调比率的反相位扭矩被施加至由FFT分析而获得的振动分量(如图3B-a、图3B-b、图3B-c所描述)时，如图3A-a、图3A-b、图3A-c所示，将要被去除的振动被完全去除并且仅保留了需要的振动。

图4为示出了当发动机转速很高时、根据本发明的示例性实施方案而施加基于发动机的转速的可调比率的振动减少的图。

如图4所示，如果发动机转速大于预定转速并且发动机处于高转速状态，那么施加基于发动机转速的可调比率，从而减少反相位扭矩。在发动机处于高转速状态的情况下，发动机振动对于车辆的影响很小，从而通过在不产生很多振动的发动机状态下施加可调比率，可以将电机扭矩的振幅设置为较小。因此，相对于发动机的低转速状态下，在高转速状态下，可以减少能源消耗。

如上面所描述的，根据本发明的示例性的实施方案，由于经由FFT频谱分析，可以提取每一个频率的精确的振动分量，可以主动地对振动进行控制。因此，由于实际上可以利用发动机和电机的参考角度的确定***，因此，可以省去常规技术中使用的额外的设备或信号同步算法。

此外，作为振动控制对象的振动和频率的调制量可以被单独地控制，因此能够防止当过度去除振动时控制无效。特别地，与发动机的低转速状态相比，在发动机的高转速状态下，通过减少反相位扭矩，可以降低能源消耗。因此，经由实时的反馈控制，可以执行精确和高效的主动控制。

虽然参考目前被视为实际的示例性实施方案来描述本发明，但是应该理解，本发明并不限于所公开的实施方案。相反，旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围之内的各种修改形式和等效布置。

Claims (14)

1.一种用于混合动力电动车辆的主动振动控制的方法，其包括：

检测发动机转速或者电机转速；

基于电机或者发动机的位置信息，选择参考角度信号；

设置快速傅立叶变换的周期，并且从所述参考角度信号开始对发动机转速或者电机转速执行对应于快速傅立叶变换的周期的快速傅立叶变换；

根据发动机转速和发动机负载，设置参考波谱；

通过比较对发动机转速执行快速傅立叶变换而获得的信号和参考波谱，提取将要去除的振动分量；

根据频率对将要去除的振动分量进行求和，并且执行逆向快速傅立叶变换；

根据发动机转速和发动机负载确定振幅比，以及基于发动机转速确定可调比率；

基于关于振幅比、可调比率和发动机扭矩的信息，执行每一个频率的主动振动控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：根据电机的位置信息，通过旋转变压器极数进行划分，设置参考角度信号，或者根据发动机的位置信息，在第一编号汽缸或者第四编号汽缸的上止点与下止点之间设置参考角度信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其中：考虑发动机汽缸和发动机冲程而设置快速傅立叶变换的周期。

4.根据权利要求1所述的方法，其中：在执行快速傅立叶变换时，计算发动转速或者电机转速的每一个频率的振幅和相位信息。

5.根据权利要求1所述的方法，其中：选择大于参考波谱的快速傅立叶变换信号的频率分量作为将要去除的振动分量。

6.根据权利要求1所述的方法，其中：通过输出对应于通过将由逆向快速傅立叶变换创建的参考信号、发动机扭矩、振幅比和可调比率相乘而获得的值的倒数的电机扭矩，去除将要去除的振动分量。

7.根据权利要求1所述的方法，其中：当发动机转速大于预定转速时，对基于发动机转速的可调比率进行设置，使得减少反相位扭矩。

8.一种用于混合动力电动车辆的主动振动控制的设备，其中，该混合动力电动车辆包括作为动力源的发动机和电机，该设备包括：

位置传感器，其配置为检测发动机或者电机的位置信息；

控制器，其配置为基于来自位置传感器的信号选择参考角度信号；对发动机转速或者电机转速执行快速傅立叶变换；经由快速傅立叶变换分析，提取将要去除的振动分量；执行逆向快速傅立叶变换以创建参考信号；以及基于关于振幅比、根据发动机转速的可调比率和发动机扭矩的信息，执行每一个频率的主动振动控制。

9.根据权利要求8所述的用于混合动力电动车辆的主动振动控制的设备，其中：所述控制器根据发动机转速和发动机负载设置参考波谱，以及通过将参考波谱与利用快速傅立叶变换而获得的信号进行比较，提取将要去除的振动分量。

10.根据权利要求9所述的用于混合动力电动车辆的主动振动控制的设备，其中：所述控制器根据频率对将要去除的振动分量进行求和，并且通过执行逆向快速傅立叶变换，所述控制器生成参考信号。

11.根据权利要求10所述的用于混合动力电动车辆的主动振动控制的设备，其中：通过输出对应于通过将由逆向快速傅立叶变换创建的参考信号、发动机扭矩、振幅比和可调比率相乘而获得的值的倒数的电机扭矩，所述控制器去除振动分量。

12.根据权利要求8所述的用于混合动力电动车辆的主动振动控制的设备，其中：根据电机的位置信息，通过旋转变压器极数进行划分，所述控制器设置参考角度信号，或者根据发动机的位置信息，所述控制器在第一编号汽缸或者第四编号汽缸的上止点与下止点之间设置参考角度信号。

13.根据权利要求8所述的用于混合动力电动车辆的主动振动控制的设备，其中：考虑发动机汽缸和发动机冲程，所述控制器设置快速傅立叶变换的周期；以及通过计算的每一个频率的振幅和相位信息，所述控制器分析快速傅立叶变换信号。

14.根据权利要求8所述的用于混合动力电动车辆的主动振动控制的设备，其中：当发动机转速大于预定转速时，对基于发动机转速的可调比率进行设置，使得减少反相位扭矩。