專利名稱：用于對機(jī)電系統(tǒng)中的機(jī)電振蕩進(jìn)行減振的方法及采用該方法的振蕩減振系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于對機(jī)電系統(tǒng)中的機(jī)電振蕩進(jìn)行減振的方法，具體地，涉及用于對自動化電動系統(tǒng)或混合動力驅(qū)動系統(tǒng)(諸如混合動力車輛)中的機(jī)電振蕩進(jìn)行減振的方法，以及采用這樣的方法的振蕩減振系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
機(jī)電系統(tǒng)經(jīng)常易于表現(xiàn)出可能導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)振蕩的扭轉(zhuǎn)共振。主要原因通常是應(yīng)當(dāng)減輕較高頻扭矩變更以在整個系統(tǒng)中傳播的機(jī)械彈簧減振器。然而，接合由連接到電氣系統(tǒng)的電氣設(shè)備所控制的電動裝置，機(jī)械系統(tǒng)可能與電氣系統(tǒng)及其控制發(fā)生干擾。這可能降低了機(jī)械系統(tǒng)的減振特性。為了減輕這樣的振蕩，通常通過利用電動裝置的控制設(shè)備來施加減振控制。車輛的驅(qū)動系統(tǒng)中的振蕩可能對車輛產(chǎn)生不利的影響。在例如包括內(nèi)燃發(fā)動機(jī)和電動裝置的混合動力車輛中，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)以及電動裝置可以用作驅(qū)動源。當(dāng)從純電動驅(qū)動模式切換到利用內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的驅(qū)動模式時，發(fā)動機(jī)接合由于在發(fā)動機(jī)點(diǎn)火之前的發(fā)動機(jī)摩擦力以及發(fā)動機(jī)點(diǎn)火之后的顫動而引起嚴(yán)重的振蕩。這些振蕩通過傳動系來傳遞，并且最終被車輛的乘客感受到。振蕩控制系統(tǒng)用于對這樣的或類似的振蕩進(jìn)行減振。例如，US 5537967公開了一種用于包括扭矩生成器和操作時序控制器的車輛的振蕩減振系統(tǒng)，該扭矩生成器具有給定的操作時序以產(chǎn)生預(yù)先選擇的頻率的扭矩振蕩。操作時序控制器初始地確定發(fā)動機(jī)回轉(zhuǎn)與由合成矢量形成的車輛振蕩的頻率之間的相位差，該合成矢量由通過發(fā)動機(jī)的曲軸的運(yùn)動而引起的第一振蕩分量以及通過發(fā)動機(jī)的活塞運(yùn)動而引起的第二振蕩分量來定義。然后，控制器基于這兩個振蕩之間的并且被確定為補(bǔ)償車輛振蕩的相位差來修改扭矩生成器的操作時序，以相對于車輛振蕩的相反的相位來提供扭矩振蕩。GB 2346351公開了一種具有包括電動裝置的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的機(jī)動車輛，其用于主動地對由于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)和由于離合器的接合所導(dǎo)致的扭矩改變而引起的振蕩進(jìn)行減振。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于對機(jī)電系統(tǒng)中的機(jī)電振蕩進(jìn)行減振的改進(jìn)的方法，特別是一種用于對電動或混合動力車輛中的機(jī)電振蕩進(jìn)行減振的改進(jìn)的方法，該方法可以用于在飽和狀態(tài)下操作的電動裝置。本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于對這樣的機(jī)電系統(tǒng)中的機(jī)電振蕩進(jìn)行減振的改進(jìn)的振蕩減振系統(tǒng)。該目的由獨(dú)立權(quán)利要求中的特征來實現(xiàn)。其他權(quán)利要求和描述公開了本發(fā)明的有利實施例。提出了一種用于對機(jī)電系統(tǒng)特別是自動化電動或混合動力驅(qū)動系統(tǒng)中的機(jī)電振蕩進(jìn)行減振的方法，該機(jī)電系統(tǒng)包括至少一個電動裝置，該至少一個電動裝置可利用角速度和所述角速度的相位來進(jìn)行操作，并且被耦接到至少一個扭矩負(fù)載并且產(chǎn)生電動勢，該方法包括下述步驟得到電動勢的實際值；基于得到的電動勢的實際值，在所述電動裝置的振蕩行為被減小的方向上調(diào)整角速度的相位。典型地，不期望的機(jī)電振蕩對連接到電氣驅(qū)動系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)具有主要影響。電動勢是根據(jù)電動裝置的電氣角速度和磁通量得到的，并且是用于表征諸如電氣生成器的電氣設(shè)備的術(shù)語。對于給定設(shè)備，如果電荷通過該設(shè)備并獲得能量，則該設(shè)備的凈電動勢是每單位電荷獲得的能量。對于電動裝置，電動勢的來源是電磁感應(yīng)。因為電氣角速度是在電動裝置的磁極數(shù)目和機(jī)械角速度之間的關(guān)系，所以在電動勢中也可以觀察到機(jī)械角速度中明顯的任何振蕩。電動勢可以根據(jù)電氣角速度和磁極數(shù)目來計算，或者可以經(jīng)由系統(tǒng)中的狀態(tài)觀測器來測量或估算。本發(fā)明利用用于更改共振機(jī)電系統(tǒng)的電動裝置電流控制的內(nèi)部特性。有利地，可以對電動裝置系統(tǒng)中的機(jī)電振蕩進(jìn)行減振。該系統(tǒng)可以包括至少一個可控制電動裝置和至少一個扭矩負(fù)載，該至少一個扭矩負(fù)載通過可以具有減振特性的機(jī)械彈簧減振器系統(tǒng)來連接到電動裝置。本發(fā)明特別有助于對以由于扭矩限制和/或電壓限制而導(dǎo)致的飽和進(jìn)行操作的電動裝置的控制。更具體地，本發(fā)明涉及包括控制單元和機(jī)械系統(tǒng)的通常未經(jīng)減振或較差減振的固有機(jī)電共振，該控制單元包括電動裝置的扭矩控制和電流控制，該機(jī)械系統(tǒng)包括通過可以表現(xiàn)出減振特性的彈簧系統(tǒng)進(jìn)行相互連接的至少兩個慣性系統(tǒng)。在該情況下，電動裝置包括描述電氣特性的電氣系統(tǒng)(特別是電氣電路)以及描述機(jī)電的慣性的機(jī)械慣性系統(tǒng)。另一慣性系統(tǒng)可以包括發(fā)動機(jī)和/或其他種類的扭矩負(fù)載，諸如輪胎、傳動裝置等。在電動裝置的控制系統(tǒng)(特別是電流控制系統(tǒng))和機(jī)械系統(tǒng)(即慣性系統(tǒng))之間的耦接以及在這些慣性系統(tǒng)之間的機(jī)械耦接產(chǎn)生共振系統(tǒng)。除了現(xiàn)有技術(shù)的解決方案，該現(xiàn)有技術(shù)的解決方案通常分別解決在機(jī)械連接的慣性系統(tǒng)之間的電氣角速度和機(jī)械角速度中的偏差并且計算添加到基準(zhǔn)扭矩用于改善減振特性的附加減振分量，根據(jù)本發(fā)明的方法以減輕共振系統(tǒng)的振蕩行為的方式來改變慣性系統(tǒng)的固有耦接。根據(jù)有利的方法步驟，得到電動勢的實際值的步驟可以包括下述步驟中的至少一個-根據(jù)所述電動裝置的所計算的磁通量得到所述值；-根據(jù)所述電動裝置的所計算的電氣角速度得到所述值；以及-通過電動裝置的狀態(tài)的觀測器所進(jìn)行的估算來得到所述值。具體地，電氣角速度可以根據(jù)所述電動裝置的機(jī)械角速度和所述電動裝置的磁極數(shù)目的值來計算。在包括電動裝置的機(jī)電系統(tǒng)中容易存取這樣的參數(shù)。根據(jù)有利的方法步驟，得到電動勢的實際值的步驟可以并行于并且獨(dú)立于下述另外的步驟中的一個來進(jìn)行(i)控制電動裝置的扭矩和(ii)控制任何扭矩請求。有利地， 對于該扭矩控制部件有效并且必須由該扭矩控制部件觀測的例如電流或扭矩的限制對于根據(jù)本發(fā)明的方法的性能沒有影響。根據(jù)有利的方法步驟，通過使用濾波器，特別是通過使用用于以前饋信號的形式處理得到電動勢的實際值的步驟的濾波器來執(zhí)行下述步驟中的至少一個(i)得到電動勢的實際值的步驟和(ii)調(diào)整角速度的相位。具體地，可以根據(jù)電動裝置和/或機(jī)電系統(tǒng)的行為的模擬來設(shè)置濾波器的參數(shù)。此外，還能夠在電動裝置的操作期間自適應(yīng)地改變?yōu)V波器的參數(shù)。最后，還能夠根據(jù)電動裝置的行為的模擬來設(shè)置屬于第一組參數(shù)的濾波器的一個或多個參數(shù)，并且在電動裝置的操作期間自適應(yīng)地改變屬于第二組的濾波器的一個或多個參數(shù)。通常，“前饋”是描述將控制信號從控制系統(tǒng)的外部環(huán)境中的源傳送到其外部環(huán)境中的負(fù)載的控制系統(tǒng)內(nèi)的元件或路徑的術(shù)語?；谇梆佇袨榈目刂葡到y(tǒng)以預(yù)定義的方式來對其控制信號做出響應(yīng)，而不對負(fù)載如何反應(yīng)做出響應(yīng)；這不同于基于反饋的系統(tǒng)，該基于反饋的系統(tǒng)通過考慮到其如何影響負(fù)載以及負(fù)載本身可能如何非預(yù)期地改變來調(diào)整控制系統(tǒng)的輸出；負(fù)載被認(rèn)為是屬于系統(tǒng)的外部環(huán)境。對于由純前饋而無反饋的可靠的控制方案，系統(tǒng)的輸出對負(fù)載的影響應(yīng)當(dāng)是已知的，通常指負(fù)載的行為被假定為沒有以非預(yù)期或者不期望的方式而隨時間改變。一旦控制信號被發(fā)送，就可以不再進(jìn)行調(diào)整。為了正確的調(diào)整，必須發(fā)出新的控制信號。具體地，前饋信號可以旁通控制單元的扭矩控制部件，S卩，可以并行于并且獨(dú)立于控制單元的扭矩控制部件中的任何扭矩請求的處理來在濾波器中處理所計算的電磁力的前饋信號。有利地，對于該扭矩控制部件有效并且必須由該扭矩控制部件觀測的例如電流或扭矩的限制不限制所計算的電磁力的前饋信號，并且因此對根據(jù)本發(fā)明的方法的性能沒有影響。控制單元的各個控制部件可以采用純硬件或純軟件或者硬件和軟件組合的形式。 以減輕共振系統(tǒng)的振蕩行為的方式來改變慣性系統(tǒng)的固有耦接。根據(jù)有利的方法步驟，可以執(zhí)行下述步驟，該步驟除了從(i)相應(yīng)的扭矩請求得到的所請求的電流、(ii)至少一個電動裝置的電氣角速度、(iii)至少一個電動裝置的實際電流中的至少一個之外，還進(jìn)一步提供前饋信號作為電流控制部件的輸入。除了所請求的參數(shù)(i)所請求的電流、(ii)至少一個電動裝置的電氣角速度和(iii)至少一個電動裝置中的實際電流中的至少一個之外，還可以向電流控制部件提供前饋信號?？梢匀缦蚩刂茊卧碾娏骺刂撇考恼］斎胄盘栆粯觼硖幚黼妱觿莸那梆佇盘?，該電流控制部件向用于操作電極的逆變器發(fā)送輸入信號，例如脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號或脈沖幅度調(diào)制信號等?？梢砸赃m當(dāng)?shù)姆绞絹硖幚斫?jīng)由作為系統(tǒng)中的振蕩的主要原因之一的電氣角速度的在電流控制和機(jī)電系統(tǒng)之間的耦接，以減少系統(tǒng)中的振蕩?？梢蕴峁╇妱觿葑鳛閷χ辽僖粋€電動裝置的控制單元的輸入，作為電動勢(特別是所計算的電動勢)的前饋信號。在該情況下，通常不需要額外的反饋環(huán)路。除了考慮到這樣的反饋環(huán)路對于振蕩減振過程可能過慢的事實之外，反饋還可能引入其他穩(wěn)定性或共振問題，這些問題可以通過(僅)使用前饋信號來避免。根據(jù)有利的方法步驟，可以執(zhí)行步驟，該步驟進(jìn)一步包括下述步驟將控制信號轉(zhuǎn)發(fā)到耦接到至少一個電動裝置的逆變器。因此，可以調(diào)整施加到電動裝置的電流以減小或避免振蕩行為。方便地，可以以相位超前的方式(即偏移到在電動勢的相位值前面的相位值)或者以相位滯后的方式(即偏移到在電動勢的相位值后面的相位值)來處理信號的相位。有利地，用于調(diào)整角速度的相位的濾波器根本上地影響了電動勢信號的相位。偏移的相位可以被偏移到前面的相位值或者被偏移到后面的相位值，其中有利地基于系統(tǒng)特征值的分析結(jié)果來判定將相位偏移到前面的相位值還是偏移到后面的相位值。通過分析特征值，影響相位偏移的那些濾波器參數(shù)可以被設(shè)置為使得與振蕩相對應(yīng)的特征值具有負(fù)實數(shù)部分。根據(jù)有利的方法步驟，可以根據(jù)電動裝置和/或機(jī)電系統(tǒng)的行為的模擬來設(shè)置屬于第一組參數(shù)的濾波器的一個或多個參數(shù)，并且/或者可以在電動裝置操作期間自適應(yīng)地改變屬于第二組參數(shù)的濾波器的一個或多個參數(shù)。有利地，在變化的周圍環(huán)境中以及對于變化的操作條件，可以在操作期間優(yōu)化系統(tǒng)的行為。濾波器可以被優(yōu)化為電動裝置的寬的操作范圍。當(dāng)可以根據(jù)電動裝置和/或機(jī)電系統(tǒng)的行為的模擬來設(shè)置濾波器參數(shù)時，濾波器可以將信號的相位在預(yù)定方向上偏移預(yù)定值。該方法步驟是經(jīng)濟(jì)的，并且在電動裝置操作期間僅需要最小努力。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出了一種用于采用用于使對機(jī)電振蕩進(jìn)行減振的方法的振蕩減振系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于處理下述步驟中的至少一個的濾波器(i)得到電動勢的實際值的步驟和(ii)在所述電動裝置的振蕩行為被減小的方向上基于所得到的電動勢的實際值來調(diào)整角速度的相位。具體地，可以將濾波器連接到控制單元的電流控制部件的輸入。根據(jù)有利的實施例，濾波器可以與提供電流控制部件的輸入信號的扭矩控制部件并聯(lián)連接。有利地，濾波器影響?zhàn)佀偷綖V波器中的電氣角速度的相位，該濾波器輸出電動勢作為控制電動裝置的到控制單元的前饋信號。根據(jù)有利的實施例，濾波器可以被連接到控制單元的電流控制部件的輸入。具體地，濾波器可以旁通控制單元的扭矩控制部件，該扭矩控制部件向提供與所請求的電流相對應(yīng)的電流控制部件提供輸入信號，需要該輸入信號來生成所請求的電動裝置扭矩。根據(jù)有利的實施例，濾波器可以與扭矩控制部件并聯(lián)地布置。扭矩控制部件為電流控制部件提供輸入信號。通過旁通扭矩控制部件，扭矩控制部件的扭矩和/或電流限制不會限制前饋信號。根據(jù)有利的實施例，電動裝置可以經(jīng)由彈簧減振器系統(tǒng)被耦接到以機(jī)械角速度為特征的一個或多個扭矩負(fù)載。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出了一種包括計算機(jī)程序代碼的計算機(jī)程序，當(dāng)可編程微計算機(jī)上運(yùn)行所述程序時，所述計算機(jī)程序適于執(zhí)行根據(jù)上述方法特征中的至少一個的方法或用于在根據(jù)上述方法特征中的至少一個的方法中使用。具體地，濾波器可以以硬件和/或軟件來實現(xiàn)。優(yōu)選地，當(dāng)在連接到因特網(wǎng)的計算機(jī)上運(yùn)行計算機(jī)程序時，該計算機(jī)程序可以適應(yīng)于被下載到控制單元或其部件中的一個。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出了一種存儲在計算機(jī)可讀介質(zhì)上的計算機(jī)程序產(chǎn)品，包含用于計算機(jī)上的根據(jù)本發(fā)明的方法的程序代碼。


可以從以下實施例的詳細(xì)描述中最好地理解本發(fā)明以及上述和其他目的和優(yōu)點(diǎn)， 但并不限于實施例，其中示意性示出圖1是根據(jù)本發(fā)明的機(jī)電驅(qū)動系統(tǒng)的示例；圖2是經(jīng)過和沒有經(jīng)過角速度濾波的角速度曲線；圖3a、圖北是由波德圖表現(xiàn)的相位超前濾波器的幅度和相位的示例(圖3a)以及作為指示相位超前濾波器的輸入信號和輸出信號之間的相位超前的時間的函數(shù)的兩個信號(圖3b)；圖4是圖示出濾波器參數(shù)估算問題的流程圖；圖5是用于應(yīng)用采用預(yù)定義的濾波器參數(shù)設(shè)置的根據(jù)本發(fā)明的方法的第一實施例；圖6是用于應(yīng)用采用基于增益方案的濾波器參數(shù)設(shè)置的根據(jù)本發(fā)明的方法的第二實施例；圖7是用于應(yīng)用采用自適應(yīng)參數(shù)設(shè)置的根據(jù)本發(fā)明的方法的第三實施例；以及圖8是并入根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的混合動力車輛的驅(qū)動系統(tǒng)的簡圖。
具體實施例方式在附圖中，相同或相似的元件用相同或相似的附圖標(biāo)記來表示。附圖僅是示意性表現(xiàn)，并非意圖描畫本發(fā)明的特定參數(shù)。而且，附圖意在僅描繪本發(fā)明的典型實施例，并且因此不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。圖1示意性描繪了包括可控制電動裝置20的機(jī)電系統(tǒng)50的示例性實施例。機(jī)電系統(tǒng)50可以是自動化混合動力車輛的機(jī)電傳動系(在圖8中示意性示出)。機(jī)電系統(tǒng)50 包括DC電壓電路10，該DC電壓電路10具有提供電池電壓U_bat并且將電源電壓U_dc供應(yīng)到逆變器12的電池。逆變器12向電動裝置20供應(yīng)電流I。DC電壓電路10向電動裝置 20供應(yīng)DC電壓U_dc。控制信號/傳感器信號線(以箭頭形式指示)將控制單元100與DC 電壓電路10、逆變器12和電動裝置20進(jìn)行連接?？刂艱C電壓電路10的控制單元100為了控制的目的而感測DC電壓U_dc。供應(yīng)到盒體102和104的DC電壓指示用于內(nèi)部限制的內(nèi)部電的測量電壓，諸如飽和功能性、扭矩控制中削弱的磁場的計算，這在本領(lǐng)域中是公知的。在附圖中，連接到電動裝置20的機(jī)械負(fù)載被建模為彈簧減振器單元30和扭矩負(fù)載40 (例如內(nèi)燃發(fā)動機(jī))，作為任何機(jī)械負(fù)載的一般表現(xiàn)。根據(jù)用于描述這樣的機(jī)電系統(tǒng)的模型，其他表現(xiàn)也是可能的。通過彈簧減振器單元30來將電動裝置20機(jī)械地耦接到扭矩負(fù)載40(諸如內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(未示出))，其既表示機(jī)械和扭轉(zhuǎn)特性，也表示在電動裝置20和扭矩負(fù)載40之間的連接的最終減振特性。電動裝置20包括由電動裝置20的電感L和電阻r表示的電氣部分22以及由電動裝置20的旋轉(zhuǎn)部分的慣性系統(tǒng)表示的機(jī)械部分M。逆變器12接收來自控制單元100的輸入信號。電動裝置20可以是例如同步機(jī)， 例如永磁(PM)電動裝置?？刂茊卧?00包括可以被實現(xiàn)為控制單元100中的硬件和/或軟件的若干部件。 具體地，控制單元100可以包括扭矩控制部件102、包含電流控制部件和調(diào)制部件(沒有詳細(xì)示出)的控制器104、濾波器110以及包含關(guān)于電動裝置20的磁極對數(shù)目的信息的磁極對數(shù)目部件112?？刂茊卧?00的輸出是根據(jù)逆變器設(shè)計的調(diào)制的電壓信號，例如脈沖寬度調(diào)制的信號(PWM信號)、脈沖頻率調(diào)制的信號(PFM信號)或者脈沖階梯調(diào)制的信號(PSM信號)。扭矩控制部件102接收例如從加速器位置得到的扭矩請求M_req，并且向控制單
8元100的控制器輸出電流信號I_req。加速器可以是混合動力車輛的加速器或油門。另外，扭矩控制部件102接收機(jī)械角速度co_mech和電氣角速度作為輸入信號。電氣角速度《_el是與由磁極對數(shù)目部件112提供的電動裝置20的磁極數(shù)目相結(jié)合的機(jī)械角速度"_mech的結(jié)果。扭矩控制部件102可以包括用于實現(xiàn)電動裝置20的磁場削弱率的單元，并且包括與適用于電動裝置20的電流和電壓相關(guān)的限制。因此，所請求的扭矩M_req通過扭矩控制部件102被變換成輸入到控制器104的請求的電流I_req。通過使用這樣的控制對象作為 “磁場削弱率”，可以引入高速地削弱來自永久性磁通量的反向磁通量，這可以通過請求電動裝置20的繞組中的電抗(reactive)電流來實現(xiàn)。如果不執(zhí)行磁場削弱，則電動裝置20 所生成的電動勢可以產(chǎn)生用于逆變器12的電壓，該電壓在特定條件下可能對于逆變器12 來說過高而難以控制。除了電流輸入I_req以外，控制器104還接收電動裝置20的測量電流Ijneas以及由濾波器110供應(yīng)的電動裝置20的電氣角速度co_el和電動勢emf_ff的前饋信號作為輸入。在代替閉環(huán)控制的開環(huán)控制中，在調(diào)整相位的意義上，電動勢信號emf_ff被用作前饋信號。應(yīng)當(dāng)注意，控制器104可以用作諸如測量到的電流Ijiieas等的一個或多個輸入?yún)?shù)的反饋控制器，而電動勢信號emf_fT被用作輸入到控制器104的前饋信號，使得信號的相位不經(jīng)歷反饋而僅被前饋。電動勢信號emf_ff根據(jù)電動裝置20的機(jī)械角速度《_mech和磁極對數(shù)目得到， 并且可以計算或者可以通過使用狀態(tài)觀測器來估算。用于電動勢信號emf_ff的輸入?yún)?shù)便利地是電動勢信號emf_ff、磁極對數(shù)目和永久性磁通量φ—m。然而，能夠根據(jù)所使用的模型來使用其他參數(shù)來估算電動勢信號emf_ff，諸如電動裝置20中的電流的機(jī)械角度的改變、電動裝置20的幾何形狀和轉(zhuǎn)子磁通量，以進(jìn)行近似估算。狀態(tài)觀測器是一種系統(tǒng)，該狀態(tài)觀測器模擬真實系統(tǒng)，以便于提供其內(nèi)部狀態(tài)的估計、真實系統(tǒng)的輸入和輸出的給定測量。其典型地為計算機(jī)實現(xiàn)的數(shù)學(xué)模型。在電動裝置20是PM電動裝置的情況下，電動勢emf_ff例如只是磁極數(shù)目和機(jī)械角速度co_mech、永久性磁通量φ—m和濾波器函數(shù)F的乘積。相位偏移的特性由待減振的特定共振頻率以及相關(guān)聯(lián)的本征值來確定。濾波器110通常使得饋送到濾波器110中的信號發(fā)生相位偏移。具體地，如果例如在機(jī)電系統(tǒng)的模型模擬中觀測到機(jī)械角速度《_mech的振蕩，則可以偏移系統(tǒng)的頻率對相位的圖中的相位。濾波器110可以是具有固定參數(shù)的濾波器，這些固定參數(shù)是根據(jù)電動裝置20的共振行為預(yù)先設(shè)置的。濾波器110可以被視為“前饋濾波器”。在該情況下，當(dāng)通過濾波器110 處理時，信號的相位被偏移(通過示例的方式)恒定的相位。濾波器參數(shù)可以在濾波器110 和/或控制單元100的設(shè)計階段通過模型計算來生成。替代地，濾波器110可以是自適應(yīng)性濾波器，該自適應(yīng)性濾波器根據(jù)控制單元100和/或電動裝置20以及相互連接的機(jī)械系統(tǒng)的操作條件來在操作期間改變其參數(shù)。圖2描繪了作為時間的函數(shù)的角速度曲線并且圖示了振蕩減輕中的差異。機(jī)電系統(tǒng)經(jīng)常易于表現(xiàn)出可能導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)振蕩的扭轉(zhuǎn)共振。這些振蕩主要由應(yīng)當(dāng)減輕較高頻率扭矩變更以在整個系統(tǒng)中傳播的機(jī)械彈簧減振器所引起的。然而，結(jié)合由連接到電氣系統(tǒng)的電氣控制單元100所控制的電動裝置20，機(jī)械系統(tǒng)可能與電氣系統(tǒng)及其控制發(fā)生干擾。因為， 可能減少固有的機(jī)械系統(tǒng)減振特性。圖2中的曲線A展現(xiàn)了該影響，示出了電動裝置20的機(jī)械角速度《_mech的相當(dāng)強(qiáng)的振蕩行為。具體地，曲線A表示沒有應(yīng)用濾波器110(圖1) 的情況。替代地，存在一些微小的固有減振，導(dǎo)致振蕩幅度隨時間增加而略微減小。如果電動裝置20的機(jī)械角速度co_mech強(qiáng)烈振蕩(如圖2中曲線A所示)，與機(jī)械角速度《_mech、磁極對數(shù)目和永久性磁通量φ—m的乘積成比例的電動勢emf_ff也將表現(xiàn)出這樣的振蕩。然而，根據(jù)本發(fā)明，通過使用濾波器110(圖1)來調(diào)整機(jī)械角速度co_mech的相位，能夠減輕這樣的振蕩。圖2中的曲線B展現(xiàn)出該效應(yīng)，示出了在較短的起始階段之后的相當(dāng)平滑的曲線，由此即使機(jī)械角速度《_mech中的輕微振蕩在起始階段之后也立刻幾乎被消除。如圖2中曲線B所示，在相當(dāng)短的時間段之后，不期望的振蕩非常迅速地減小，幾乎接近為零。為了說明本發(fā)明，圖3a和圖北示出了濾波器110的效果(如圖1中所示)。圖 3a描繪了所謂的波德圖。通常，波德圖包括標(biāo)示復(fù)雜傳遞函數(shù)的兩個曲線圖，一個曲線圖以對數(shù)標(biāo)度指示幅度增幅的絕對值(在圖3a中上面的圖中被稱為“振幅”)，而另一個曲線圖用于復(fù)雜傳遞函數(shù)的自變量(在圖3a中下面的圖中被稱為“相位”)，兩個曲線圖都是用對頻率繪制的、以對數(shù)頻率軸繪制的，以示出線性時變系統(tǒng)的傳遞函數(shù)或頻率響應(yīng)，因此示出了系統(tǒng)的輸出對輸入該系統(tǒng)的諧波的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。圖3a中，以dB為單位顯示“振幅”，以度為單位顯示“相位”并且以rad/sec為單位顯示頻率。圖3a中的波德圖示出，對于在特定頻率值以上的頻率，這些頻率被放大(即信號的幅度增大)，而且這些頻率也是相位超前。對于濾波器(圖1中的110)，波德示了頻率平面內(nèi)的濾波器參數(shù)設(shè)置。對于圖3a所描繪的濾波器，濾波的信號的振幅(幅度) 根據(jù)頻率的函數(shù)而增大，同時濾波的信號的相位隨著頻率函數(shù)而增大，直至最大為止，并且然后，在較高頻率處再次下降。因此，如圖北中所示，表現(xiàn)出在濾波器的該典型頻率區(qū)域內(nèi)的可能由共振引起的特定頻率分量的輸入信號相位超前。圖北通過示例的方式示出了作為時間t的函數(shù)的兩個正弦信號Sl和S2的幅度 A。該附圖示出了特定頻率的信號Sl將如何受到具有相位超前特性的濾波器影響而產(chǎn)生相位超前的信號S2。然而，當(dāng)這樣的濾波器應(yīng)用于根據(jù)圖1的包括可控制電動裝置20的機(jī)電系統(tǒng)50內(nèi)時，對系統(tǒng)50(圖1)的影響將是與濾波器的相位超前效果疊加的減振效果(如圖2中曲線B所示)。更具體地，作為時間t的函數(shù)的圖北中的兩個正弦信號S1、S2的幅度AMP指示在具有相位超前特性的到濾波器的輸入信號Sl和具有圖3a中波德圖所描述的濾波器特性的所述濾波器的輸出信號S2之間的相位超前。該相位超前被視作在輸入信號Sl和輸入信號 Sl的濾波的輸出信號S2之間的相應(yīng)時間偏差，其與由圖北中箭頭所指示的輸入信號Sl的相位位移相對應(yīng)。圖4示出了圖示作為用于圖1中示出的本發(fā)明的實施例的可能的基礎(chǔ)的濾波器參數(shù)估算的流程圖。濾波器參數(shù)估算是在建模階段進(jìn)行的，在該階段中，在真實的機(jī)電系統(tǒng)中實現(xiàn)濾波器110之前校準(zhǔn)濾波器參數(shù)。在步驟200中，在模擬中，從外部擾動或者通過信號注入來激勵描述電動裝置 20(圖1)的系統(tǒng)。外部擾動可能例如從連接到電動裝置20(圖1)的機(jī)械系統(tǒng)引入。在步驟202中，檢查在所模擬的系統(tǒng)中是否將要觀測到任何沒有減振或較差減振的共振。如果答案為否(步驟202中為“n”)，則在步驟204繼續(xù)正常操作，直至觀測到系統(tǒng)的任何擾動、任何不期望的激勵或者操作的工作點(diǎn)的任何改變。然后，該過程直接跳回步驟 200。如果步驟202中的回答為是(步驟202中為“y”)，則該過程以步驟206繼續(xù)，其中， 基于對系統(tǒng)共振的激勵的效果的并行分析來估算或計算新的濾波器參數(shù)，以實現(xiàn)系統(tǒng)的減振特性。在該步驟之后，該程序以步驟200繼續(xù)。圖5至圖7圖示了可以如何采用本發(fā)明的三個不同的實施例，S卩(i)用預(yù)定義的濾波器參數(shù)、( )用增益方案和(iii)用自適應(yīng)濾波器。具體地，圖5描繪了采用設(shè)置實際濾波器110的預(yù)定義濾波器參數(shù)的根據(jù)本發(fā)明第一實施例的濾波器110的動作的框圖。參考圖1以及其中描述的部件及其附圖標(biāo)記，將電動裝置20的機(jī)械角速度ω_ mech輸入到擾動模型300，該擾動模型300模擬由電動裝置20產(chǎn)生的電動勢emf_ff?？梢詼y量或估算機(jī)械角速度《_mech，后一種可能性允許減少必要數(shù)目的傳感器。擾動模型300 包括磁極對數(shù)目部件112和濾波器110，該濾波器110的特性用電動裝置20的濾波器函數(shù) F和永久性磁通量φ—m來表征。擾動模型300的結(jié)果是包括電動裝置20以及機(jī)械部分30和40的系統(tǒng)50 (如圖1 描繪的)的輸入，其中系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)是基準(zhǔn)電壓U_ref?？刂破?04將系統(tǒng)部分20、30、 40的輸出信號(即系統(tǒng)部分20、30、40的測量的電流I_meas)反饋到所述系統(tǒng)部分20、30、 40的輸入。如圖2和圖3所指示的，濾波器110根據(jù)在機(jī)電系統(tǒng)的建模階段期間確定的預(yù)定的固定濾波器參數(shù)集合來偏移輸入信號《_mech的相位。在該實施例中，濾波器110被設(shè)計為減輕在設(shè)計機(jī)電系統(tǒng)的開發(fā)過程中預(yù)先已知的電動裝置20的特定共振。圖6描繪了用于采用基于增益方案的濾波器參數(shù)設(shè)置的應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法的第二實施例的框圖。在增益方案的方法中，可以根據(jù)操作點(diǎn)來選取控制參數(shù)的不同設(shè)置。 例如，在車輛的情況下，對于每一次換擋和/或所應(yīng)用的擋位，在該車輛操作期間，可以從查找表中讀取參數(shù)集合，該查找表可以在機(jī)電系統(tǒng)的即時模擬期間產(chǎn)生。參考圖1以及其中描述的部件及其附圖標(biāo)記，將電動裝置20的機(jī)械角速度ω_ mech輸入到擾動模型300，該擾動模型300對由電動裝置20產(chǎn)生的電動勢emf_ff進(jìn)行模擬?？梢詼y量或估算機(jī)械角速度《_mech，后一種可能性允許減少必要數(shù)目的傳感器。擾動模型300包括磁極對數(shù)部件112和濾波器110，該濾波器110的特性用電動裝置20的濾波器函數(shù)F和永久性磁通量φ—m來表征。擾動模型300的結(jié)果是包括電動裝置20和機(jī)械部分30、40的系統(tǒng)50 (如圖1所繪)的輸入，其中系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)是基準(zhǔn)電壓U_ref。控制器104將系統(tǒng)20、30、40的輸出信號，即系統(tǒng)20、30、40的測量電流Ijneas反饋到系統(tǒng)20、30、40的輸入端。信號在濾波器110中經(jīng)歷可變相位偏移。相位偏移根據(jù)由增益方案塊308所提供
11的針對操作的不同系統(tǒng)工作點(diǎn)的預(yù)定義參數(shù)設(shè)置而改變。增益方案塊308接收例如來自查找表的電動裝置20的操作的工作點(diǎn)W_op作為輸入，該查找表包含用于預(yù)先已知的操作模式的參數(shù)。例如，對于每一次換擋，適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置可以被讀取并且將其饋送到濾波器110， 因此根據(jù)機(jī)電系統(tǒng)(圖1中的50)的實際操作模式來更改濾波器函數(shù)F。如果不同的操作模式改變了電動裝置20的共振頻率，則控制參數(shù)的不同設(shè)置可以用于強(qiáng)制減輕。應(yīng)當(dāng)選取哪一個控制參數(shù)集合取決于實際操作模式，在該情況下，所述實際操作模式是在設(shè)計機(jī)電系統(tǒng)的開發(fā)過程中預(yù)先已知并確定的。圖7描繪了采用自適應(yīng)濾波器參數(shù)設(shè)置的用于應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法的第三實施例的框圖。參考圖1以及其中描述的部件及其附圖標(biāo)記，將電動裝置20的機(jī)械角速度ω_ mech輸入到擾動模型300，該擾動模型300對由電動裝置20產(chǎn)生的電動勢emf_ff進(jìn)行模擬。可以測量或估算機(jī)械角速度《_mech，后一種可能性允許減少必要數(shù)目的傳感器。擾動模型300包括磁極對數(shù)目112和濾波器110，該濾波器110的特性用電動裝置20的濾波器函數(shù)F和永久性磁通量φ—m來表征。擾動模型300的結(jié)果是包括電動裝置20和機(jī)械部分30、40的系統(tǒng)(如圖1所繪) 的輸入，其中系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)是基準(zhǔn)電壓U_ref?？刂破?04將系統(tǒng)部分20、30、40的輸出信號(即系統(tǒng)部分20、30、40的測量電流Ijneas)反饋到系統(tǒng)部分20、30、40的輸入。濾波器參數(shù)估算處理塊310從系統(tǒng)部分20、30、40的輸出接收輸入。濾波器參數(shù)估算處理塊310的輸出與形成系統(tǒng)部分20、30、240的輸入的控制器104和濾波器110的合成輸出信號進(jìn)行合成。濾波器參數(shù)估算處理塊310計算特定操作模式的損失函數(shù)，并且計算參數(shù)以最小化這些損失。在該實施例中，測量和/或估算機(jī)電系統(tǒng)(圖1中的50)中的輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)，并且自適應(yīng)地調(diào)整濾波器110的濾波器函數(shù)F，其中最佳算法在線計算將要用于振蕩減輕的控制參數(shù)，更具體地，濾波器110的濾波器部分的濾波器函數(shù)F。圖8中示出了采用根據(jù)本發(fā)明的方法的車輛90的示意性表示。車輛90以公知的方式在車輛90的前部和后部包括車輪140和142。驅(qū)動軸132經(jīng)由電動裝置20被耦接到內(nèi)部的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)130。驅(qū)動軸132被耦接到車輪140。車輛的車輪140、142和發(fā)動機(jī)130 是車輛傳動系的機(jī)械系統(tǒng)(圖1中用附圖標(biāo)記40來表示)中的主要部件。電動裝置20由采用根據(jù)本發(fā)明的方法的控制單元100來控制。
權(quán)利要求
1.一種用于對機(jī)電系統(tǒng)(50)特別是自動化電動或混合動力驅(qū)動系統(tǒng)中的機(jī)電振蕩進(jìn)行減振的方法，所述機(jī)電系統(tǒng)(50)包括至少一個電動裝置(20)，所述至少一個電動裝置 (20)以角速度(o^ehcojiiecl·!)和所述角速度的相位來進(jìn)行操作、并且被耦接到至少一個扭矩負(fù)載GO)并且產(chǎn)生電動勢(emf_ff)，所述方法包括下述步驟-得到所述電動勢(emf_ff)的實際值；-基于所得到的電動勢(emf_ff)的實際值，沿所述電動裝置00)的振蕩行為被減小的方向調(diào)整所述角速度(ω_θ1、 _mech)的相位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，得到所述電動勢(emf_ff)的實際值的步驟包括下述步驟中的至少一個(i)根據(jù)所述電動裝置00)的所計算的磁通量(φ—m)得到所述值，( )根據(jù)所述電動裝置00)的所計算的電氣角速度(《_el)得到所述值，以及(iii)根據(jù)所述電動裝置00)的狀態(tài)的觀測器所進(jìn)行的估算得到所述值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述電氣角速度(co_el)是根據(jù)所述電動裝置 (20)的機(jī)械角速度(cojuect!)和所述電動裝置00)的磁極對數(shù)的值來計算的。
4.根據(jù)任何一項前述權(quán)利要求所述的方法，其中，得到所述電動勢(emf_ff)的實際值的步驟并行于并且獨(dú)立于下述另外的步驟中的至少一個來進(jìn)行(i)控制所述電動裝置 (20)的扭矩，以及(ii)控制任何扭矩請求。
5.根據(jù)任何一項前述權(quán)利要求所述的方法，其中，通過使用濾波器(110)，特別是通過使用用于以前饋信號的形式處理得到所述電動勢(emf_ff)的實際值的步驟的濾波器 (110)，來進(jìn)行下述步驟中的至少一個(i)得到所述電動勢(emf_ff)的實際值，以及(ii) 調(diào)整所述角速度(ω_θ1、 _mech)的相位。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，⑴其中根據(jù)所述電動裝置00)和/或所述機(jī)電系統(tǒng) (50)的行為的仿真來設(shè)置所述濾波器(110)的參數(shù)，或者(ii)其中在所述電動裝置00) 的操作期間自適應(yīng)地改變?yōu)V波器(110)的參數(shù)，或者(iii)其中根據(jù)所述電動裝置00)的行為的仿真來設(shè)置屬于第一組參數(shù)的所述濾波器(110)的一個或多個參數(shù)，并且其中在所述電動裝置00)的操作期間自適應(yīng)地改變屬于第二組的所述濾波器(110)的一個或多個參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5和6中的任何一項所述的方法，進(jìn)一步包括下述步驟除了從相應(yīng)的扭矩請求(M_req)得到的所請求的電流(I_req)、至少一個電動裝置Q0)的電氣角速度 ( _el)、所述至少一個電動裝置00)的實際電流(Ijiieas)中的至少一個之外，還提供所述前饋信號作為向電流控制部件的輸入。
8.根據(jù)任何一項前述權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)一步包括下述步驟將控制信號轉(zhuǎn)發(fā)到耦接至所述至少一個電動裝置00)的逆變器(12)。
9.一種用于采用根據(jù)前述權(quán)利要求1至8中的任何一項所述的用于對機(jī)電振蕩進(jìn)行減振的方法的振蕩減振系統(tǒng)，所述振蕩減振系統(tǒng)包括濾波器(110)，所述濾波器(110)用于進(jìn)行下述步驟中的至少一個⑴得到所述電動勢(emf_ff)的實際值，以及(ii)基于所得到的電動勢(emf_ff)的實際值沿所述電動裝置00)的振蕩行為被減小的方向調(diào)整所述角速度(ω_θ1、co_mec]i)的相位。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述濾波器(110)被連接到控制單元(100)的電流控制部件的輸入。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的系統(tǒng)，其中，所述濾波器(110)與提供用于所述電流控制部件的輸入信號(I_req)的扭矩控制部件(102)并聯(lián)連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中的任何一項所述的系統(tǒng)，其中，電動裝置00)經(jīng)由彈簧減振器系統(tǒng)(30)被耦接到以機(jī)械角速度(cojuect!)表征的一個或多個扭矩負(fù)載00)。
13.—種包括計算機(jī)程序代碼的計算機(jī)程序，當(dāng)在可編程微計算機(jī)上運(yùn)行所述程序時， 所述計算機(jī)程序代碼適于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至8中的至少一項所述的方法或者在所述方法中使用。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的計算機(jī)程序，當(dāng)在連接到因特網(wǎng)的計算機(jī)上運(yùn)行所述計算機(jī)程序時，所述計算機(jī)程序適于可下載到控制單元或其部件之一。
15.一種存儲在計算機(jī)可讀介質(zhì)上的計算機(jī)程序產(chǎn)品，包括用于在計算機(jī)上的根據(jù)權(quán)利要求1至8中的一項所述的方法中使用的程序代碼。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對機(jī)電系統(tǒng)(50)特別是自動化電動或混合動力驅(qū)動系統(tǒng)中的機(jī)電振蕩進(jìn)行減振的方法，該機(jī)電系統(tǒng)(50)包括至少一個電動裝置(20)，該至少一個電動裝置(20)以角速度和所述角速度(ω_el、ω_mech)的相位來進(jìn)行操作，并且被耦接到至少一個扭矩負(fù)載(40)，并且產(chǎn)生電動勢(emf_ff)。該方法包括下述步驟(i)得到電動勢(emf_ff)的實際值以及(ii)基于所得到的電動勢(emf_ff)的實際值在所述電動裝置(20)的振蕩行為被減小的方向上調(diào)整角速度(ω_el、ω_mech)的相位。
文檔編號B60W20/00GK102458954SQ200980160026
公開日2012年5月16日 申請日期2009年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月22日
發(fā)明者約翰·林德伯格 申請人:沃爾沃技術(shù)公司