[发明专利]用于混合动力车辆的发动机速度控制设备及方法

说明书

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。一种车辆动力传动系统具有发动机、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。车辆动力传动系统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。

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系统驱动的电机为特征。高电压电池用于电气化动力传动系统，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系统。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爆炸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系统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系统中都被察觉到。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)，这引起整个驱动系统的振动。当驱动系统被安装在(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，那么可在系统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系统的共振频率对应的频率含量，动力传动系统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。