[发明专利]带有嵌套回路阻尼控制的传动系系统

说明书

一种传动系系统包括联接到负载的驱动轮轴、电机和控制系统。电机响应于命令扭矩，使转子轴联接到轮轴，并产生输出扭矩，该输出扭矩使轮轴和负载旋转以产生高共振频率的传动系振动。控制系统使用嵌套控制回路架构产生命令扭矩，其中外部控制回路以低于控制共振频率所需的临界速率的采样速率运行，并且内部控制回路以高于上述临界速率的采样速率运行。内部回路响应于来自外部回路的命令扭矩而确定修改的扭矩命令和加速度值。之后通过命令扭矩控制电机。

引言

传动系经由可旋转轴或轮轴将扭矩从扭矩产生装置传递到联接的负载上。例如，车辆传动系系统可包括经由齿轮动力传动装置联接到驱动轮轴的一个或多个高压电机。来自电机的扭矩被施加到驱动轮轴，以例如通过旋转一组驱动轮、转动发电机以发电或旋转推进器轴来为负载提供动力。电机可单独起作用或与内燃机或另一扭矩产生装置一起起作用。由于旋转电机的相互作用和电机联接到的驱动轮轴的刚度，可能导致不期望的传动系振动。取决于传动系系统的结构和动力学，这种传动系振动可以以相对高的共振频率发生。

发明内容

本文公开了一种传动系系统以及基于嵌套回路的主动阻尼控制方法。包括联接到可旋转轮轴的一个或多个电机的传动系系统可以以相对高的共振频率经历传动系振动或震动。作为说明性示例，具有相对较小质量的电机可以经由齿轮装置连接到轮轴。在这样的实施例中，轮轴的扭转可导致上述高频传动系振动，此后使用本公开中呈现的嵌套回路控制架构来主动地阻尼这种振动。

在嵌套回路控制架构中，称为内部控制回路或内部回路的相对较快的控制回路用于将传动系振动的共振频率降低到适合在相对较慢的控制回路——即，外部控制回路/外部回路——内进行阻尼的水平。在特定实施例中，传动系系统可包括电机、变速器、经由变速器连接到电机的轮轴、连接到轮轴的负载，以及嵌套回路控制系统。响应于命令扭矩并使转子轴联接到轮轴的电机产生输出扭矩，该输出扭矩使得轮轴和联接的负载以产生具有上述高共振频率的传动系振动的方式旋转。

该实施例中的控制系统使用嵌套控制回路产生命令扭矩。外部回路和内部回路分别以低于（即，慢于）和高于（即，快于）控制共振频率所需的临界速率的取样速率运行。例如，采样速率通常需要在被阻尼的振动的8-10倍的量级，例如160 Hz采样速率能够处理16Hz振动等等。因此，就共振频率而言，“高”是指超过嵌套控制回路（即外部回路）的较慢采样速率的控制能力的频率水平。

较快的内部回路通过感测马达轴的旋转加速度并产生基于加速度的反馈扭矩命令来修改马达的有效惯性，该反馈扭矩命令与感测的加速度成负比例，从而产生虚拟惯性。内部控制回路从外部控制回路接收命令扭矩，并响应于命令扭矩产生修改的扭矩命令、转子轴的感测马达速度和的感测加速度值。外部控制回路计算电机的参考速度和马达速度之间的差值，并使用计算的差值产生命令扭矩。

在某些实施例中，负载可包括机动车辆的驱动轮。这种车辆可以具体化为混合动力电动车辆，在这种情况下，控制系统可以包括混合控制处理器（HCP）和马达控制处理器（MCP）。该配置中的HCP产生前馈扭矩命令，该前馈扭矩命令又用作驱动电机的命令扭矩。MCP响应于命令扭矩控制电机的运行。MCP的采样速率可以是HCP的采样速率的至少三倍。例如，HCP可以具有6.25 ms的采样速率，而MCP可以具有2 ms的采样速率。

内部控制回路可以响应于命令扭矩将电机的加速度值传送到反馈逻辑块，并且使用反馈逻辑块确定反馈扭矩项。然后将反馈扭矩项添加到命令扭矩上。

还公开了一种机动车辆，其包括驱动轮、联接到驱动轮的驱动轮轴、变速器、电机和控制系统。电机最终响应于命令扭矩，使转子轴经由变速器联接到驱动轮轴，并产生输出扭矩，该输出扭矩使得驱动轮轴和驱动轮以产生具有高共振频率的传动系振动的方式旋转。控制系统具有上面提到的嵌套控制回路架构。