專利名稱：用于電馬達(dá)的編碼器速度信號的抖動補償?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測量電馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度的類型的編碼器速度信號的抖動補償 (wobble compensation)。
背景技術(shù)：
電池電動車、增程式電動車和混合動力電動車都使用可充電高壓電池作為電力源。一個或多個高壓電馬達(dá)在車輛運行期間交替地從電池獲取功率以及提供功率至電池。 當(dāng)僅使用來自電池的電力推動車輛時，動力傳動系運行模式通常地指向僅電力(EV)模式。 取決于車輛設(shè)計，附加的運行模式可包括固定檔位模式以及電可變傳動系(EVT)模式，其中內(nèi)燃機被用于產(chǎn)生至少一部分推動車輛所需的扭矩。在混合動力車輛控制架構(gòu)內(nèi)，速度編碼器測量牽引馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度，其表現(xiàn)為數(shù)字脈沖序列。然而，由于一些物理不規(guī)則性，編碼器型號不代表真實的牽引馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度。取代地，可變圖案隨著馬達(dá)的每一次旋轉(zhuǎn)而重復(fù)自身。該可變圖案被稱作角度抖動，且其可具有包括基本旋轉(zhuǎn)周期的多個諧波的特征。

發(fā)明內(nèi)容
因此，在此處提供一種車輛，其包括具有馬達(dá)控制處理器(MCP)以及混合動力控制處理器(HCP)的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)被配置為通過如下所述地在校準(zhǔn)后的取樣周期上對輸出進(jìn)行平均來補償高速度時(即，當(dāng)抖動的頻率內(nèi)容比HCP的取樣頻率高得多的時候) 的角度抖動。這使得抖動補償在HCP中進(jìn)行，而不是在MCP中進(jìn)行。在控制系統(tǒng)之外，車輛包括電牽引馬達(dá)、變速器、和速度編碼器。速度編碼器測量牽引電力的旋轉(zhuǎn)速度，并將該旋轉(zhuǎn)速度作為編碼器信號直接傳輸至HCP。該編碼器信號是數(shù)字脈沖輸出(即脈沖序列)，其頻率取決于馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度。該控制系統(tǒng)被配置為使用一組輸出信號控制牽引馬達(dá)的運行。該控制系統(tǒng)經(jīng)由HCP從速度編碼器接收編碼器信號。在閾值馬達(dá)速度之下時，HCP 自適應(yīng)地“學(xué)習(xí)”編碼器信號的特定抖動特征?？刂葡到y(tǒng)經(jīng)由HCP使用學(xué)到的抖動特征計算抖動補償后的速度值，且將抖動補償后的速度值用作輸入信號的至少一部分，以控制牽引馬達(dá)的運行。當(dāng)結(jié)合附圖時，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)勢以及其他特征和優(yōu)勢從下文中用于實施本發(fā)明的最佳模式的詳盡描述中是輕易地明顯的。


圖I是具有控制系統(tǒng)的車輛的示意圖，所述控制系統(tǒng)被配置為用于補償速度編碼器信號中的角度抖動；圖2是圖I中示出的車輛的控制系統(tǒng)的邏輯流程圖；和圖3是描述用于補償圖I中示出的車輛上載有的速度編碼器信號中的角度抖動的方法的流程圖。
具體實施例方式參見附圖，其中相同的附圖標(biāo)記在若干幅附圖中對應(yīng)相同或相似的構(gòu)件，圖I示出了具有變速器14的車輛10。車輛可被配置為能夠在僅電力(EV)模式中使用牽引馬達(dá) 16推動的電池電力電動車或混合動力電動車。盡管出于簡明的目的在圖I中示出了一個牽引馬達(dá)16，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解其他車輛實施例可包括附加的馬達(dá)，例如，直接連接至變速器14的輸出的馬達(dá)。車輛10包括具有混合動力控制處理器(HCP) 20以及馬達(dá)控制處理器(MCP) 30的控制系統(tǒng)50。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，諸如HCP20的HCP基于當(dāng)前的混合動力運行策略協(xié)調(diào)(coordinate)至變速器14的輸入。輸入可包括內(nèi)燃機12和一個或多個馬達(dá)16, 或僅一個或多個馬達(dá)。諸如MCP30的MCP通常被提供用來控制被用作車輛動力傳動系的一部分的每一個馬達(dá)，其中MCP相對于HCP20在整體控制等級中要低。換句話說，MCP經(jīng)由來自HCP20的信號命令而運行，其中HCP提供高層次的控制功能以及多個車輛控制模塊(未示出)的協(xié)調(diào)，所述車輛控制模塊諸如電池控制模塊、發(fā)動機控制模塊等。在控制系統(tǒng)50內(nèi)，來自速度編碼器26的編碼器信號(箭頭13)被以數(shù)字脈沖序列的形式傳輸進(jìn)入HCP20，且由其直接讀取。HCP20隨后執(zhí)行如下參照圖3所述的算法100， 以自動地補償編碼器信號中的角度抖動(箭頭13)，其中HCP最終經(jīng)由一組輸入信號控制牽引馬達(dá)16(箭頭11)?？刂葡到y(tǒng)50的非暫時性/有形存儲器可被用于存儲算法100，其被控制系統(tǒng)的相關(guān)聯(lián)的硬件以及軟件構(gòu)件按照所需地自動執(zhí)行?？刂葡到y(tǒng)50可被實現(xiàn)為服務(wù)器或主機，即，一個或多個數(shù)字計算機或數(shù)據(jù)處理設(shè)備，其中每一個都包括一個或多個微處理器或中央處理器單元(CPU)、只讀存儲器(ROM)、 隨機存取存儲器(RAM)、電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)、高速時鐘、模數(shù)(A/D)電路、數(shù)模(D/A)電路、以及任何需要的輸入/輸出(I/O)電路和設(shè)備，和信號調(diào)制以及緩沖電子元件。盡管出于簡明和清楚的目的在圖I中示出為單個設(shè)備，控制系統(tǒng)50的各個元件可如優(yōu)化地控制牽引馬達(dá)16所需地分布在眾多不同的硬件和軟件構(gòu)件上。在典型的控制系統(tǒng)中，馬達(dá)速度在MCP層次被測量和過濾。馬達(dá)速度值隨后被傳輸至HCP。通過這樣的方法，需要MCP內(nèi)的馬達(dá)速度值的過濾來避免信號混淆。但是，以傳統(tǒng)方式在MCP中過濾馬達(dá)速度值可能引入相位滯后。此外，MCP和HCP之間的串聯(lián)信號傳輸可引入由于兩個處理器之間的通信的同步所造成的時延。這繼而可造成在HCP內(nèi)發(fā)生的不準(zhǔn)確的速度微分信號計算，并由此提供低于最佳的車輛傳動系統(tǒng)性能。因此，和經(jīng)由MCP30讀取以及過濾編碼器信號(箭頭13)相關(guān)，控制系統(tǒng)50經(jīng)由 HCP20處理編碼器信號(箭頭13)，以降低牽引馬達(dá)16改變速度的時刻和該速度改變?yōu)镠CP 計算可用的時刻之間的時延。由于HCP20內(nèi)的直接速度計算產(chǎn)生計算周期上的平均速度， 通常不需要HCP內(nèi)的附加的過濾。圖I中示出的車輛10可包括高壓電池能量存儲系統(tǒng)(ESS) 22，S卩，多電芯可充電電池。功率逆變模塊(PM) 18可被經(jīng)由高壓AC總線19電連接在ESS22和牽引馬達(dá)16之間， 且被用于將來自馬達(dá)的AC功率轉(zhuǎn)換成用于在ESS內(nèi)存儲的DC功率，或相反。高壓DC總線 23可被電連接在PM18和ESS22之間。DC-DC功率逆變器(未示出)也可被按照需求地使用，以將DC功率水平增加或降低至適于為各種DC驅(qū)動車輛系統(tǒng)所用的水平。在一些車輛設(shè)計中，發(fā)動機12可被用于經(jīng)由發(fā)動機輸出軸21選擇性地產(chǎn)生發(fā)動機扭矩?？蓪碜园l(fā)動機輸出軸21的扭矩直接用于驅(qū)動變速器輸入部件17，并由此例如在混合動力電動車設(shè)計中推動車輛10，或在增程式電動車設(shè)計中驅(qū)動發(fā)馬達(dá)(未示出)。輸出離合器和避震器組件15可被用于選擇性地將發(fā)動機12連接至變速器14，或從其脫開。 輸出扭矩最終被經(jīng)由變速器14的輸出軸34從牽引馬達(dá)16和/或發(fā)動機12傳輸至一組驅(qū)動輪32。牽引馬達(dá)16可為多相永磁/AC感應(yīng)馬達(dá)，其規(guī)格取決于車輛設(shè)計為從約60伏特至約300伏特或更多。因此，此處使用的術(shù)語“高壓”是相對于在車輛10上使用的各個12 伏特輔助系統(tǒng)。當(dāng)馬達(dá)主動地作為發(fā)馬達(dá)運行時(例如通過在可再生制動事件中獲取能量)，ESS22可使用來自牽引馬達(dá)16的扭矩被選擇性地充電。在一些實施例中，諸如插入式混合動力車中，ESS22可在車輛10未運行的任何時候經(jīng)由離車電源被充電。參見圖2，其示出了圖I中的控制系統(tǒng)50的基本邏輯流程。速度編碼器26首先測量或模擬牽引馬達(dá)16的旋轉(zhuǎn)速度，并隨后將速度以數(shù)字脈沖序列的形式作為模擬出的編碼器信號傳輸(箭頭13)。虛擬開關(guān)42可被致動或運轉(zhuǎn)，以提供數(shù)字脈沖序列的校準(zhǔn)后的樣本周期。一旦該校準(zhǔn)后的周期屆滿，編碼器信號(箭頭13)的一部分的脈沖計數(shù)(時間戳)被經(jīng)由控制系統(tǒng)50自動地記錄，且時間戳隨后被作為印有時間戳的信號(箭頭113) 傳輸至處理模塊44。在牽引馬達(dá)16的所有速度上，處理模塊44處理印有時間戳的信號(箭頭113)且將原始速度值(箭頭45)和角度位置值(箭頭47)作為控制信號輸出。僅在低的馬達(dá)速度上，即，在低于校準(zhǔn)后的閾值的速度上，處理模塊44還將角度抖動值(箭頭49)作為另一個控制信號輸出。在這些值中，角度位置值(箭頭47)被直接記錄在查找表(LUT) 52中，該表列出了和當(dāng)前測量出的角度位置相關(guān)的已知的抖動值(learned wobble value)(箭頭53)。 更新后的抖動值(箭頭62)也被記錄在LUT52中，其被確定為和已知的抖動值(箭頭53) 相關(guān)的誤差值。關(guān)于LUT52，該表被控制系統(tǒng)50在算法100的執(zhí)行中自動地引用，以從LUT選擇此前記錄的已知的抖動值(箭頭53)。已知的抖動值(箭頭53)隨后被饋送回處理節(jié)點48，在那里其被從當(dāng)前角度抖動值(箭頭49)中減去。來自節(jié)點48的誤差調(diào)整后的抖動值隨后在塊60處被乘以校準(zhǔn)后的增益，其中更新后的抖動值(箭頭62)被從塊60饋送至LUT52。 通過這樣的方式，控制系統(tǒng)50持續(xù)地或周期地通過學(xué)習(xí)以及響應(yīng)由編碼器信號(圖I中的箭頭13)所提供的抖動特征來更新LUT52。來自處理模塊44的原始速度值(箭頭45)被饋送進(jìn)入處理節(jié)點46，在其中其和從LUT52獲取的已知的抖動值(箭頭53)結(jié)合。節(jié)點46的輸出在此處被稱作抖動補償后的速度值(箭頭54)。當(dāng)控制在圖I中示出的牽引馬達(dá)16的運行時，傳輸該值的信號被用作輸入信號(箭頭11)的至少一部分(參見圖I)。參見圖3，算法100被示出為一個可能的實施例。由步驟102開始，且參照圖I和圖2中分別示出的結(jié)構(gòu)和邏輯流程，速度編碼器26被用來模擬牽引馬達(dá)16的旋轉(zhuǎn)速度。步驟102可承擔(dān)產(chǎn)生如上提及的脈沖序列、致動圖2中的虛擬開關(guān)42以提供校準(zhǔn)后的取樣周期、讀取所產(chǎn)生的描述最近的編碼器脈沖序列的時間戳、并自動計數(shù)自此前的讀數(shù)起的脈沖的數(shù)量。步驟102還可包括從此前的讀數(shù)中減去時間戳，以確定增量時間值，并隨后將脈沖計數(shù)除以該增量時間值。馬達(dá)16的每次旋轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)目繼而被用于將該結(jié)果轉(zhuǎn)換成每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)。這樣做相當(dāng)于將來自速度編碼器的每一個脈沖序列的即時速度在校準(zhǔn)后的測量時間周期上求均值。步驟102也可包括確定和初始位置或零位置相關(guān)的牽引馬達(dá)16的角度位置。牽引馬達(dá)16的位置可被作為脈沖計數(shù)的數(shù)目的函數(shù)來確定。在初始時，計數(shù)位置可被初始化為值I。在每一次隨后的編碼器速度測量中，從此前的測量起的脈沖計數(shù)可被增加至此前的計數(shù)位置，以確定當(dāng)前的計數(shù)位置。當(dāng)當(dāng)前計數(shù)位置等于或超過每轉(zhuǎn)中的脈沖數(shù)目時，可通過從當(dāng)前計數(shù)位置中減去每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)目而將該當(dāng)前位置“包裹(wrapped)”起來。當(dāng)所有前述步驟完成后，算法100繼續(xù)至步驟104。在步驟104，控制系統(tǒng)50自動地確定是否存在允許算法100的自適應(yīng)“抖動學(xué)習(xí)” 功能的條件。這樣的條件可包括落在閾值范圍內(nèi)的牽引馬達(dá)16的RPM速度、位于相應(yīng)的閾值之下的改變的RPM速率、在最大閾值之下的馬達(dá)扭矩大小等。如果允許的話，算法100繼續(xù)至步驟106，否則算法重復(fù)步驟102。在步驟106，控制系統(tǒng)50確定圖I中的牽引馬達(dá)16的真實速度。步驟106可包括通過將每轉(zhuǎn)的時間除以每此取樣的時間來確定每轉(zhuǎn)的測量次數(shù)(L)，并將其向下取整。步驟106隨后包括確定時刻(k-L)以及時刻(k-L-Ι)處的速度和位置，其中變量(k)是當(dāng)前樣本。在一個可能的實施例中，可經(jīng)由從相應(yīng)的速度和位置緩存中讀取來確定速度和位置值。也可例如通過在時刻(k-L)以及(k-L-Ι)處的速度和位置之間插值來為此前的一次旋轉(zhuǎn)確定速度和位置。隨后，此前的一次旋轉(zhuǎn)的時間戳被控制系統(tǒng)50確定。此也可通過在時刻(k-L)以及(k-L-Ι)處的時間戳和位置之間插值當(dāng)前位置的時間戳來實現(xiàn)。步驟106也可包括通過從當(dāng)前速度中減去此前的一次旋轉(zhuǎn)中的速度來確定每轉(zhuǎn)中的速度改變?？赏ㄟ^從當(dāng)前時間戳中減去此前的旋轉(zhuǎn)的時間戳、將該結(jié)果除成每轉(zhuǎn)的脈沖計數(shù)、并隨后將該值轉(zhuǎn)換成RPM來計算此前的旋轉(zhuǎn)上的平均速度。隨后可通過將每轉(zhuǎn)的速度改變的50%添加至此前的旋轉(zhuǎn)上的平均速度來確定真實速度。算法100隨后可繼續(xù)至步驟108。在步驟108，控制系統(tǒng)50確定誤差調(diào)整后的抖動值(圖2中的箭頭149)。這可通過從當(dāng)前速度測量值中減去當(dāng)前的真實速度、以及通過除以此前的旋轉(zhuǎn)上的平均速度以及和乘以基本速度來標(biāo)準(zhǔn)化抖動速度至基本速度來實現(xiàn)。誤差調(diào)整后的抖動值(箭頭149) 可隨后被如上參照圖2所闡明的使用，結(jié)合LUT52，來確定LUT所需的調(diào)整。因此，控制系統(tǒng) 50通過基于任何學(xué)習(xí)到的抖動特征的插值來自動更新LUT52。算法100可因此被執(zhí)行，以學(xué)習(xí)且補償從圖I中示出的速度編碼器傳輸出的模擬或編碼的速度測量值中的角度抖動(即，循環(huán)變動)，例如由所述編碼器的物理速度傳感硬件的瑕疵所造成的任何變動。該方法允許相對清潔的速度測量，而不具有由過濾造成的相位滯后。抖動造成的誤差可取決于實施例被峰值至峰值從約400RPM降低至小于4RPM。再次參見圖2，為了自動補償角度抖動，已知的抖動值(箭頭53)可通過點之間的插值而被重放，且隨后從由速度編碼器26提供的原始速度值(箭頭45)中減去，以獲得抖動補償后的速度值(箭頭54)。在較高的馬達(dá)速度上，抖動頻率內(nèi)容高于HCP20的取樣頻率(參見圖I)。已知的抖動值(箭頭53)因此被以相應(yīng)于來自速度編碼器26的速度測量值的速率取樣。包圍入的點可在被從原始速度值(箭頭45)減去之前被平均，以獲得抖動補償后的速度值(箭頭54)。為了恰當(dāng)?shù)亩秳友a償，相同的速度測量過程被施加在已知的抖動信號重放上。 盡管已經(jīng)對用于實施本發(fā)明的最佳模式進(jìn)行了詳盡的描述，對本發(fā)明所涉及的領(lǐng)域熟悉的技術(shù)人員將辨識出在所附的權(quán)利要求內(nèi)用于實施本發(fā)明的各種可替換設(shè)計和實施例。
權(quán)利要求
1.一種車輛,其包括電牽引馬達(dá)；變速器，其被牽引馬達(dá)選擇性地驅(qū)動，以在電力車(EV)運行模式中驅(qū)動所述車輛； 速度編碼器，其被配置為測量所述牽引馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度，并將該旋轉(zhuǎn)速度作為編碼器信號傳輸；和控制系統(tǒng)，其被配置為補償編碼器信號中的角度抖動，所述控制系統(tǒng)包括混合動力控制處理器(HCP)以及馬達(dá)控制處理器(MCP)，所述混合動力控制處理器協(xié)調(diào)至變速器的輸入速度，所述馬達(dá)控制處理器使用一組輸入信號控制所述牽引馬達(dá)的運行，其中所述控制系統(tǒng)還被配置為經(jīng)由HCP從所述速度編碼器直接接收編碼器信號；確定位于閾值馬達(dá)速度之下的編碼器信號的一組抖動特征；經(jīng)由所述HCP使用所述抖動特征計算抖動補償后的速度值；和當(dāng)控制所述馬達(dá)時，將抖動補償后的速度值用作所述輸入信號的至少一部分。
2.如權(quán)利要求I所述的車輛，其中所述控制系統(tǒng)具有脈沖計數(shù)時間戳，且輸出原始速度值、角度位置值、以及當(dāng)前的角度抖動值。
3.如權(quán)利要求2所述的車輛，其中所述控制系統(tǒng)包括查找表(LUT)，其列出了和當(dāng)前角度位置值相關(guān)的已知的抖動值，并從當(dāng)前角度抖動值中減去已知的抖動值，以產(chǎn)生誤差調(diào)整后的抖動值，且其中所述已知的抖動值被以相應(yīng)于來自所述速度編碼器的編碼器信號的速率取樣。
4.如權(quán)利要求3所述的車輛，其中誤差調(diào)整后的抖動值經(jīng)由所述HCP被乘以經(jīng)校準(zhǔn)的增益常數(shù)、且被和所述角度位置值一起饋送進(jìn)入所述LUT，以更新該LUT。
5.一種用于補償編碼器信號中的角度抖動的方法，該編碼器信號來自具有控制系統(tǒng)的車輛上的速度編碼器，其中所述車輛包括由電牽引馬達(dá)選擇性驅(qū)動的變速器，所述方法包括使用所述速度編碼器以測量所述牽引馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度，且將所述旋轉(zhuǎn)速度作為編碼器信號直接傳輸至所述控制系統(tǒng)的混合動力控制處理器(HCP)；經(jīng)由HCP從所述速度編碼器直接接收所述編碼器信號；確定位于所述牽引馬達(dá)的閾值馬達(dá)速度之下的編碼器信號的一組抖動特征；經(jīng)由所述HCP使用所述抖動特征計算抖動補償后的速度值；和將所述抖動補償后的速度值用作一組輸入信號的至少一部分，以由此控制該牽引馬達(dá)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，還包括使用虛擬開關(guān)在校準(zhǔn)后的取樣周期上產(chǎn)生所述編碼器信號的脈沖計數(shù)時間戳。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，還包括經(jīng)由所述控制系統(tǒng)處理所述脈沖計數(shù)時間戳，以由此產(chǎn)生原始速度值、角度位置值、以及當(dāng)前角度抖動值。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，還包括經(jīng)由所述控制系統(tǒng)查閱查找表(LUT)，其中該LUT列出了已知的抖動值和所述角度位置值。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括經(jīng)由所述HCP從所述當(dāng)前角度抖動值中減去已知的抖動值，以由此產(chǎn)生調(diào)整后的抖動值；將所述調(diào)整后的抖動值乘以經(jīng)校準(zhǔn)的增益常數(shù)，以產(chǎn)生更新后的抖動值；和將所述更新后的抖動值以及角度位置值記錄在所述LUT中。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括將所述原始速度值和來自所述LUT的已知的抖動值結(jié)合，以由此產(chǎn)生抖動補償后的速度值。
全文摘要
一種車輛，其包括牽引馬達(dá)、變速器、所述馬達(dá)的速度編碼器、和控制系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)補償編碼器信號中的角度抖動。所述控制系統(tǒng)經(jīng)由混合動力處理器(HCP)從所述速度編碼器接收所述編碼器信號，并確定位于閾值馬達(dá)速度之下的編碼器信號的一組抖動特征。該控制系統(tǒng)經(jīng)由所述HCP使用所述抖動特征計算抖動補償后的速度值，且在控制所述馬達(dá)時將抖動補償后的速度值用作輸入信號的至少一部分。查找表列出了和角度位置值相關(guān)的已知的抖動值，且從當(dāng)前角度抖動值中減去已知抖動值，以產(chǎn)生誤差調(diào)整后的抖動值。一種方法，其使用上述控制系統(tǒng)控制編碼器信號中的抖動。
文檔編號B60L15/08GK102582466SQ20121000764
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月11日
發(fā)明者R.L.莫里斯 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司