用于电动牵引驱动的扭力阻尼的双卡尔曼滤波器
阅读：3发布：2020-12-31
专利汇可以提供用于电动牵引驱动的扭力阻尼的双卡尔曼滤波器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且在一方面中，用于电动牵引传动系的扭 力 阻尼的系统包括双卡尔曼 滤波器 ，其用于基于测定的牵引 电动机 速度和受到控制的牵引电动机 扭矩 进行振荡纠正。第1滤波器可进行轴转矩的 状态空间 估计，其提供 负反馈 到最终转矩命令，以便从受到控制的转矩中消除共振分量并且快速地抑制外部干扰。第2卡尔曼滤波器提供荷载扭矩，或作为等同指标的荷载 加速 度的状态空间估计。该第2卡尔曼滤波器可忽略受到控制的扭矩，并可在 车轮 速度偏离车辆速度时提供阻尼反馈。，下面是用于电动牵引驱动的扭力阻尼的双卡尔曼滤波器专利的具体信息内容。
1.一种用于电动牵引传动系的扭力阻尼的由处理器实施的方法，该方法包括：
操作第1滤波器进行轴扭矩的第1状态空间估计，其中，该第1状态空间估计基于扭矩命令和荷载旋转速度；
操作第2滤波器进行荷载扭矩的第2状态空间估计，其中，该第2状态空间估计仅基于荷载旋转速度；
基于上述轴扭矩的第1状态空间估计和上述荷载扭矩的第2状态空间估计，通过对由使用者命令的扭矩值的改变，提供电动牵引传动系的扭力阻尼，其中，每个上述第1和第2滤波器均为卡尔曼滤波器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，上述电动牵引传动系包括电动机、荷载和轴，该轴将该电动机与该荷载连接。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，上述第1滤波器接收由使用者命令的扭矩值。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，上述荷载扭矩的第2状态空间估计基于由上述第2滤波器输出的荷载旋转速度和由上述第2滤波器输出的轴扭矩值。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，将由上述第2滤波器输出的轴扭矩值从由上述第2滤波器输出的荷载旋转速度的导数中扣除，以便确定上述荷载扭矩的第2状态空间估计。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，上述电动牵引传动系用于车辆。
7.一种用于电动牵引传动系的扭力阻尼的系统，该系统包括：
处理器；和
存储器，该存储器存储计算机可读取的指令，该指令在被上述处理器执行时实施；
第1滤波器，该第1滤波器被构造为进行轴扭矩的第1状态空间估计，其中，该第1状态空间估计基于扭矩命令和荷载旋转速度；
第2滤波器，该第2滤波器被构造为进行荷载扭矩的第2状态空间估计，其中，该第2状态空间估计仅基于荷载旋转速度；
阻尼器，该阻尼器被构造为基于上述轴扭矩的第1状态空间估计和上述荷载扭矩的第2状态空间估计，通过对由使用者命令的扭矩值的改变，提供电动牵引传动系的扭力阻尼，其中，每个上述第1和第2滤波器均为卡尔曼滤波器。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，上述电动牵引传动系包括电动机、荷载和轴，上述轴将上述电动机和上述荷载连接。
9.根据权利要求7所述的系统，其中，上述第1滤波器接收由使用者命令的扭矩值。
10.根据权利要求7所述的系统，其中，上述荷载扭矩的第2状态空间估计基于由上述第
2滤波器输出的荷载旋转速度和由上述第2滤波器输出的轴扭矩值。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，将由上述第2滤波器输出的轴扭矩值从由上述第2滤波器输出的荷载旋转速度的导数中扣除，以便确定上述荷载扭矩的第2状态空间估计。
12.根据权利要求7所述的系统，其中，上述电动牵引传动系用于车辆。
13.一种计算机可读取的存储装置，其包括用于电动牵引传动系的扭力阻尼的计算机程序，该计算机程序包括用于下述步骤的指令：
操作第1滤波器进行轴扭矩的第1状态空间估计，其中，该第1状态空间估计基于扭矩命令和荷载旋转速度；
操作对第2滤波器进行荷载扭矩的第2状态空间估计，其中，该第2状态空间估计仅基于荷载旋转速度；
基于上述轴扭矩的第1状态空间估计和上述荷载扭矩的第2状态空间估计，通过对由使用者命令的扭矩值的改变，提供电动牵引传动系的扭力阻尼，其中，每个上述第1和第2滤波器均为卡尔曼滤波器。
14.根据权利要求13所述的计算机可读取的存储装置，其中，上述电动牵引传动系包括电动机、荷载和轴，上述轴将上述电动机与上述荷载连接。
15.根据权利要求13所述的计算机可读取的存储装置，其中，上述电动牵引传动系用于车辆。
用于电动牵引驱动的扭力阻尼的双卡尔曼滤波器
技术领域
[0001] 相关申请的交叉参考
[0002] 按照美国专利法的35U.S.C.§119(e)的规定，本申请要求美国临时申请号为61/946,556的申请日为2014年2月28日的美国临时专利申请的优先权。上述的美国临时专利申请的全部内容和公开通过参考而引入，如同在这里全部列出一样。
背景技术
[0003] 没有离合器的系列的混合传动系的驱动系统作为具有共振频率的两个质量弹簧的系统。该共振频率由受到控制的扭矩，以及传动系反冲力，防抱死制动状况和道路颠簸而被激励。当被激励时，该共振产生放大的扭矩振动，该振动对传动系部件造成损害。这些扭矩振动使传动系产生磨损，使该系统的寿命降低。发明内容
[0004] 用于电动牵引驱动的扭力阻尼的系统、方法、算法和计算机程序产品可包括第1滤波器，该第1滤波器可操作从而进行轴扭矩的第1状态空间估计；第2滤波器，该第2滤波器可操作从而进行荷载扭矩的第2状态空间估计，其中，轴扭矩和荷载扭矩的第1和第2状态空间可实现电动牵引驱动的扭力阻尼。
[0005] 在一个实施方式中，提供一种用于电动牵引传动系的扭力阻尼的由处理器实施的方法，该方法包括：操作第1滤波器进行轴扭矩的第1状态空间估计；操作第2滤波器进行荷载扭矩的第2状态空间估计；基于上述轴扭矩的第1状态空间估计和上述荷载扭矩的第2状态空间估计，提供电动牵引传动系的扭力阻尼。
[0006] 在另一实施方式中，提供一种用于电动牵引传动系的扭力阻尼的系统，该系统包括：处理器；存储器，该存储器存储计算机可读取的指令，该指令在被上述处理器执行时实施：第1滤波器，该第1滤波器被构造为进行轴扭矩的第1状态空间估计；第2滤波器，该第2滤波器被构造为进行荷载扭矩的第2状态空间估计；阻尼器，该阻尼器被构造为基于上述轴扭矩的第1状态空间估计和上述荷载扭矩的第2状态空间估计提供电动牵引传动系的扭力阻尼。
[0007] 在又一实施方式中，提供一种计算机可读取的存储装置，其包括用于上述电动牵引传动系的扭力阻尼的计算机程序，该计算机程序包括用于下述步骤的指令：操作第1滤波器进行轴扭矩的第1状态空间估计；操作第2滤波器进行荷载扭矩的第2状态空间估计；以及基于上述轴扭矩的第1状态空间估计和上述荷载扭矩的第2状态空间估计提供电动牵引传动系的扭力阻尼。附图说明
[0008] 通过下面的具体描述结合附图，本领域的技术人员将会更清楚本发明的各种目的，特征和优点，在这些附图中：
[0009] 图1A表示根据本发明的一个方面的双块传动系动态模型；
[0010] 图1B表示与图1A的双块传动系动态模型有关的方框图实施方式；
[0011] 图1C表示与图1A的双块传动系动态模型有关的方框图实施方式；
[0012] 图2表示根据本发明的一个方面的简化的传动系动态模型；
[0013] 图3表示根据本发明的一个方面的与示例性的参数估计有关的图表；
[0014] 图4表示根据本发明的一个方面的应用于扭矩阻尼控制的卡尔曼滤波器的方框图实施方式；
[0015] 图5表示根据本发明的一个方面的应用于荷载加速控制的卡尔曼滤波器的方框图实施方式；
[0016] 图6表示根据本发明的一个方面的组合传动系阻尼控制方案(采用2个卡尔曼滤波器)的方框图实施方式；
[0017] 图7A表示根据本发明的一个方面的与指令路径动态减少有关的方框图实施方式；
[0018] 图7B表示根据本发明的一个方面的与图7的指令路径动态减少有关的图表；
[0019] 图8A表示根据本发明的一个方面的与避免(Keepout)反冲力有关的方框图实施方式；
[0020] 图8B表示根据本发明的一个方面的与图8A的避免(Keepout)反冲力有关的图表；
[0021] 图9表示根据本发明的一个方面的与轴扭矩闭环响应的命令有关的伯德图；
[0022] 图10表示根据本发明的一个方面的与电动机速度闭环响应的命令有关的伯德图；
[0023] 图11表示根据本发明的一个方面的与传动系阻尼开环响应的命令有关的伯德图(可见，根据本发明的一个方面的改进系统稳定，具有6db增益裕度和45度相位裕度)；
[0024] 图12表示根据本发明的一个方面的与传动系阻尼开环荷载灵敏度有关的伯德图[可见，根据本发明的一个方面的该改进系统(也就是说，在通过双卡尔曼扭矩阻尼而控制的车辆传动系的情况下)具有在各种荷载/牵引下维持的稳定性]；
[0025] 图13表示根据本发明的一个方面的与命令扭矩刚性灵敏度有关的伯德图(可见，在共振时，刚性误差使相移从90度偏离)；
[0026] 图14A表示与命令—扭矩步骤有关的图表(其中，没有扭矩阻尼)；
[0027] 图14B表示与命令—扭矩步骤有关的图表(其中，具有基准阻尼)；
[0028] 图14C表示与命令—扭矩步骤有关的图表(其中，具有根据本发明的一个方面的改进的扭矩阻尼)；
[0029] 图15A表示与道路颠簸有关的图表(其中，具有基准扭矩阻尼)；
[0030] 图15B表示与道路颠簸有关的图表(其中，具有根据本发明的一个方面的改进的传动系阻尼)；
[0031] 图16A表示与防抱死或“ABS”有关的图表(其中，具有基准阻尼)；
[0032] 图16B表示与ABS有关的图表(其中，具有根据本发明的一个方面的改进的传动系阻尼)；
[0033] 图17A表示与陂路起步有关的图表(其中，具有基准阻尼)；
[0034] 图17B表示图17A的图表的某些具体细节；
[0035] 图18A表示与陂路起步有关的图表(其中，具有根据本发明的一个方面的改进的传动系阻尼)；
[0036] 图18B表示图18A的图表的某些具体细节；
[0037] 图19A表示与陂路驻车有关的图表(其中，具有基准阻尼)；
[0038] 图19B表示与陂路驻车有关的图表(其中，具有根据本发明的一个方面的改进的传动系阻尼)；
[0039] 图20A表示与限制操作—最大电动机驱动/最大再生有关的图表(其中，具有基准阻尼)；
[0040] 图20B表示与限制操作—最大动力/最大再生有关的图表(其中，具有根据本发明的一个方面的改进的传动系阻尼)；
[0041] 图21表示根据本发明的一个方面的装置的方框图；
[0042] 图22表示根据本发明的一个方面的系统的方框图；
[0043] 图23表示根据本发明的一个方面的系统部件的方框图；
[0044] 图24表示根据本发明的一个方面的方法的方框图。
具体实施方式
[0046] 为了描述本发明，并且提出本发明的权利要求，术语“再生”(或“发电”或“发电的”)用于指代电动机正在接收作为输入的扭矩，并且正在提供作为输出的电力。
[0047] 为了描述本发明，并且提出本发明的权利要求，术语“传动系”用于指代电动机、荷载、将该电动机和该荷载连接的轴[以及相关的轴杆(axel)(多个)、轴承(多个)、万向接头(多个)与齿轮(多个)]。
[0049] 为了描述本发明，并且提出本发明的权利要求，采用下述的符号：
[0050] ωl 荷载速度(RPS)(有时，在这里定义为“ωL”)
[0051] T* 扭矩命令(Nm)
[0052] Tsh 轴扭矩(Nm)
[0053] ωm 电动机速度(RPS)(有时，在这里定义为“ωM”)
[0054] Jm 电动机惯性(Kgm^2)
[0055] Jl 荷载惯性(kgm^2)
[0056] Tl 荷载扭矩(Nm)
[0057] Ksh 轴弹簧比(Nm/Rad)
[0058] Bm 电动机摩擦(Nm/RPS)
[0059] Bl 荷载摩擦(Nm/RPS)
[0060] Gpsr 行星减速比
[0061] Gdiff 差速(differential ratio)
[0062] b(Δθ) 反冲力函数
[0063] A，B，C，D 连续状态空间矩阵
[0064] Ad，Bd，Cd，Dd 离散状态空间矩阵
[0065] ω0 共振
[0066] ωa 抗共振
[0067] I 识别矩阵
[0068] T 离散抽样时间
[0069] 车辆部件(比如传动系)具有“危险的”自然共振和/或频率，其会伴随时间的推移而产生部件失灵。去除这些危险的自然共振(比如扭力振荡)会大大改善车辆部件的寿命。可采用两个滤波器(比如卡尔曼滤波器)来识别和去除内部和外部干扰中的扭力振荡。
[0070] 关于上面内容，扭力阻尼目的可包括对传动系的扭力振荡(比如，以传动系的共振频率而产生的共振)的消除(或衰减)。可通过受到控制的扭矩和外部干扰而产生这样的振荡。在各种例子中，必须指出下述状况：防抱死系统(“ABS”)；道路颠簸；限制操作；受到控制的扭矩；零速度；和/或反冲力。
[0071] 现在参照图1A，该图表示根据本发明的一个方面的双块传动系动态模型(包括电动机190和荷载193)。
[0072] 关于图1A的双块传动系动态模型，下述的公式成立：
[0073] 公式(1)-共振
[0074]
[0075] 公式(2)-抗共振
[0076]
[0077] 公式(3)
[0078]
[0079] 公式(4)
[0080]
[0081] 公式(5)
[0082]
[0083] 公式(6)
[0084] Tsh＝Kshb(Gpsrθm-Gdiffθl)+Bsh(Gpsrωm-Gdiffωl)
[0085] 现在参照图1B，该图表示与图1A的双块传动系动态模型有关的方框图实施方式(该图表示有关的双块传动系动态模型中的单个块的方框图模型)。如图1B可见，在部件102(汇集块)处，Tfb(反馈扭矩)101和部件107的输出(摩擦)从Tin(输入扭矩)103中扣除。部件102的输出值被提供给部件104(加速)，然后，该输出集成于部件105(集成器)中。部件105的输出值反馈给块107(摩擦)，还作为ω109而输出。
[0086] 仍参照图1B，Tfb表示反馈(荷载)扭矩，Tin为输入扭矩。当净扭矩(Tin-Tfb)施加于旋转块(具有惯性J的质量力矩)上时，根据(Tin-Tfb)/J＝α，产生角加速度(α—其为ω的导数)。摩擦术语b表示产生自齿轮、轴承、风阻的力，其抵抗或阻止旋转块的运动。
[0087] 现在参照图1C，该图表示与图1A的双块传动系动态模型有关的另一方框图实施方式(该图表示作为具有反冲力和阻尼的旋转弹簧的传动系)。如图1C所示，ωL151在部件153(汇集块)处从ωM152中扣除。部件153的输出值被提供给部件154(Δθ)和部件155(阻尼)。部件154的输出被提供给部件157(反冲力)，部件157的输出被提供给159(弹簧常数)。另外，部件159和部件155的输出汇集于部件161(汇集块)中。然后，部件161输出轴扭矩163。
[0088] 仍参照图1C，Δθ表示上述传动系的输入端和输出端之间的角位置的差。阻尼(Bsh)表示倾向对轴的振荡进行阻尼的上述传动系本身固有的摩擦损失。反冲力指代零件(齿轮/接头)之间的损失的运动的现象；这在系统中产生了非线性，因为扭矩横穿零。弹簧常数(Ksh)为恒定值，其取决于上述传动系的材料和结构；其表示弹簧为了返回到平衡所产生的每单位位移的力。
[0089] 现在参照图2，该图表示根据本发明的一个方面的简化的传动系动态模型。关于图2，应注意到，通过将所有参数反映到电动机行星减速器和差速器，可将传速比简化为1(以便控制传动系振荡摩擦，在这里忽略阻尼，因为它们小，并且具有最小的效果)。另外，关于图2，下述的公式成立(Te等于T*)：
[0090] 公式(7)
[0091]
[0092] 公式(8)
[0093]
[0094] 公式(9)
[0095]
[0096] 还参照图2，可看到，在部件201(汇集块)处，Tsh是从Te反馈并且扣除的。部件201的输出值被提供给部件203(分块)，该输出(其为ωM)施加给部件205(汇集块)。在部件205处，ωL是从ωM中扣除的，该输出施加给部件207(分块)。部件207的输出为Tsh，其与TL一起，施加给部件209(汇集块)。如上所述，Tsh也反馈给部件201。部件209的输出施加给部件211(分块)，其输出ωL。
[0097] 现在参照简化的传动系动态模型—状态空间。对此，可以以状态空间表示简化的模型，在该状态空间中设置公式，以便确定A，B，C和D矩阵。对于该简化的模型，下述的公式成立：
[0098] 公式(10)
[0099]
[0100] 公式(11)
[0101]
[0102] 公式(12)
[0103]
[0104] 公式(13)
[0105]
[0106] 公式(14)和(15)
[0107]
[0108] y＝Cx+Du
[0109] 矩阵：
[0110]
[0111] u＝T* C＝[1 0 0 0] D=0
[0113] 公式(16)和(17)
[0114]
[0115] 公式(17)
[0116]
[0117] 公式(18)“泰勒级数展开”
[0118]
[0119]
[0120] 现在进行参数估计。针对这样的参数估计的一个特定例子，下述的公式成立(在零速度扭矩反转的期间，测定θ(theta)，可提取反冲力和阻尼)：
[0121] 公式(19)
[0122] Jm＝0.8kgm2-电动机
[0123] 公式(20)
[0124] Jdriveline＝0.2kgm2-集合的总驱动轴，齿轮，差动器，制动器，轮胎，它们均是针对电动机而考虑的。
[0125] 公式(21)
[0126] -总荷载惯性由车辆重量构成，该车辆重量是针对电动机和全部传动系部件而考虑的。
[0127] 公式(22)
[0128] -平均车辆重量
[0129] 公式(23)
[0130] r=0.5174m-轮胎半径
[0131] 公式(24)
[0132] Gpsr＝4.024
[0133] 公式(25)
[0134] Gdiff＝4.33
[0135] 公式(26)
[0136]
[0137] 公式(27)
[0138] ω0＝3.5*2πRPS
[0139] 现在参照图3，该图表示根据本发明的一个方面的与示例性参数估计[表示根据空档熄火(neutral drop)而确定的共振]有关的图表。用于形成该图表的测试是将全部扭矩引入到传动系中，此时车轮锁定。从上述输入中立即去除该扭矩，以便按照其共振频率而驱动传动系。坐标图表示电动机速度与时间的关系，所观测到的振荡的频率为该传动系的共振频率。
[0140] 现在参照卡尔曼滤波器状态观测器。对于卡尔曼滤波器状态观测器的一个特定例子，应注意到，卡尔曼滤波器可以通过下述方式，针对简化的状态空间模型而构成，该方式为：假定在协方差矩阵Q和R的测量(v)和上述方法(w)中具有零均值白高斯(Gaussian)噪声。另外，对于这样的卡尔曼滤波器状态观测器，下述的公式成立：
[0141] 公式(28)和(29)
[0142] xk+1＝Adxk+Bduk+w
[0143] yk＝Cdxk+Dduk+v
[0144] 公式(30)
[0145]
[0146] 公式(31)
[0147]
[0148] 公式(32)“计算卡尔曼增益”
[0149] Kk＝PkCT(CPkCT+R)-1
[0150] 公式(33)
[0151] resid＝meas-C*xk
[0152] 公式(34)“采用计算误差和更新状态的测定值”
[0153] xk＝xk+Kk*resid
[0154] 公式(35)“计算误差协方差矩阵”
[0155] Pk＝(I-KkC)Pk
[0156] 公式(36)
[0157] xk+1＝Adxk+Bduk
[0158] 公式(37)“对象递进(project ahead)”
[0159]
[0160] 现在参照图4，该图表示根据本发明的一个方面的应用于扭矩阻尼控制的卡尔曼滤波器的方框图实施方式(通过卡尔曼滤波器产生的轴扭矩的状态空间估计的动态内容产生扭矩阻尼信号，该信号防止传动系的振荡)。如图4所示，请求扭矩401施加给部件403(扭矩速度曲线—其为扭矩与必须通过上述控制器而观测的电动机或电动机驱动器的速度限制的关系)。部件403的输出与部件409的输出(增益)一起地施加给部件405(汇集块)。部件405的输出被设置为作为在415的FW扭矩命令[其表示扭矩命令，上述系统控制器发送该扭矩命令给场取向的控制器(逆变器控制器)]，并且被提供给部件407[FW速率限制模型——其表示扭矩速率限制，其必须复制通过场取向的控制器(逆变器控制器)引入的任何扭矩限制，以便精确地估计通过电动机而产生的扭矩]。部件407的输出被提供给卡尔曼滤波器413的命令扭矩输入。此外，在417的FWω电动机[其为由场取向的控制器(逆变器控制器)所报告并且由电动机速度传感器所读取的电动机的旋转速度]被提供给卡尔曼滤波器413的ω传感器输入。另外，卡尔曼滤波器413的轴扭矩的输出被提供给部件411(频带限制导数)，部件411的输出又被提供给部件409(增益)。
[0161] 现在参照图5，该图表示根据本发明的一个方面的应用于荷载加速控制的卡尔曼滤波器的方框图实施方式[在车轮速度偏离车辆速度(比如，ABS，车轮滑移，道路颠簸)时，产生突然的荷载加速，该加速是必须限制的，以便防止上述传动系产生振荡]。如图5所示，请求扭矩501施加给部件503(扭矩速度曲线—其为扭矩与必须通过上述控制器而观测的电动机或电动机驱动器的速度限制的关系)。部件503的输出与部件519的输出(增益)一起被提供给部件505(汇集块)。部件505的输出作为在507的FW扭矩命令[其表示扭矩命令，由上述系统控制器发送该扭矩命令给场取向的控制器(逆变器控制器)]。此外，在519的FWω电动机[其为由场取向的控制器(逆变器控制器)所报告并且由电动机速度传感器所读取的电动机的旋转速度]被提供给卡尔曼滤波器509的ω传感器输入。另外，来自卡尔曼滤波器509的ω荷载输出的输出被被提供给部件511(频带限制的导数)。部件511的输出与来自卡尔曼滤波器509的轴扭矩输出的输出一起被提供给部件513(汇集块)。部件513的输出(其为荷载扭矩)被提供给部件515(高通滤波器)。部件515的输出被提供给部件517(低通滤波器)，部件517的输出被提供给部件521(增益)。
[0162] 还参照图5，应注意到，忽略扭矩命令(参照箭头1)，从荷载加速估计中消除了所要求的动态。
[0163] 现在参照图6，该图表示根据本发明的一个方面的组合的传动系阻尼控制方案(采用2个卡尔曼滤波器)的方框图实施方式(该组合的实施方式采用图4的实施方式的多个方面和图5的实施方式的多个方面)。
[0164] 如图6所示，在601的请求扭矩被施加给部件603(扭矩速度曲线—其扭矩与必须通过控制器而观测的电动机或电动机驱动器的速度限制的关系)。部件603的输出与部件623的输出(增益)一起被施加给部件605(汇集块)。部件605的输出与部件617的输出一起被施加给部件607(汇集块)。部件607的输出作为在626的FW扭矩命令[其表示扭矩命令，由系统控制器发送扭矩命令给场取向的控制器(逆变器控制器)]，并且被提供给部件609[FW速率限制模型—其表示扭矩速率限制，其必须复制通过场取向的控制器(逆变器控制器)引入的任何扭矩限制，以便精确地估计通过电动机而产生的扭矩]。
[0165] 还参照图6，可见，部件609的输出被提供给卡尔曼滤波器(扭矩阻尼)611的命令扭矩输入。另外，在629的FWω电动机[其为由场取向的控制器(逆变器控制器)所报告并且由电动机速度传感器所读取的电动机的旋转速度]被提供给卡尔曼滤波器(扭矩阻尼)611的ω传感器输入，并被提供给卡尔曼滤波器(荷载加速)613的ω传感器输入。
[0166] 还参照图6，可见，来自卡尔曼滤波器(荷载加速)613的ω荷载输出的输出被提供给部件625(频带限制导数)。部件625的输出与来自卡尔曼滤波器(荷载加速)613的轴扭矩输出的输出一起被提供给部件627(汇集块)。另外，部件627的输出被提供给部件619(高通滤波器)。部件619的输出被提供给部件621(低通滤波器)，部件621的输出被提供给部件623(增益)。此外，来自卡尔曼滤波器(扭矩阻尼)611的轴扭矩输出的输出被提供给部件615(频带限制导数)，进而部件615的输出又被提供给部件617(增益)。
[0167] 现在参照图7A，该图表示根据本发明的一个方面的与指令路径动态减少有关的方框图实施方式。该图表示该系统控制器的扭矩命令的预先处理。控制法则(law)(CLAW)扭矩请求为下述扭矩，上述系统控制器基于驾驶员的输入和车辆的当前状况而请求该扭矩。施加Jerk限制(也作为加速限制而被知晓)，并且低通滤波处理，以便从该系统电平控制器的扭矩命令中移除任何突然的步级脉冲进入上述逆变器中并最终进入传动系中。经过该CLAW(控制法则)滤波的扭矩请求为扭矩命令，该扭矩命令被提供给双卡尔曼扭力阻尼器，并最终被提供给逆变器的控制器。更具体地说，如本图中所示，CLAW扭矩请求701被提供给部件703(Jert限制)。在一个特定例子中，Jert限制为1500Nm/s。部件703的输出被提供给部件
705(低通滤波器)。在一个特定例子中，该低通滤波器为2Hz低通滤波器。另外，部件705的输出被提供给707，作为经过CLAW滤波的扭矩请求。
705(低通滤波器)。在一个特定例子中，该低通滤波器为2Hz低通滤波器。另外，部件705的输出被提供给707，作为经过CLAW滤波的扭矩请求。
[0168] 图7B表示根据本发明的一个方面的与CLAW(指令路径动态减少)有关的图表。在该图7B中，线(trace)“A”表示扭矩请求(参照图7A的附图标记701)，线“B”表示经过滤波的扭矩请求(参照图7A的标记707)。
[0169] 还参照图7A和图7B，应注意到：(i)不必允许指令路径动态以激励传动系；(ii)在观察到踏板延迟之前，仅仅可以施加滤波中的有限的减少和jerk限制；并且(iii)改进的传动系阻尼控制将会有选择地移除命令中的剩余共振分量。
[0170] 现在参照图8A，该图表示根据本发明的一个方面的与避免反冲力有关的方框图实施方式。在该图中，饱和动态限制器产生输出y，其作为输入u的限定值，u的上限为up，而下限为lo。该方框在扭矩命令中引入零左右的死频带，以便防止在零扭矩处操作，这样的操作会造成由反冲力产生的响声。更具体地说，如本图所示，在801的经过滤波的扭矩请求(还参照图7A的附图标记707)被提供给部件807(继电器)并被提供给部件803(饱和动态)的输入“u”。部件807的输出被提供给多口开关811的输入端并被提供给多口开关817的输入端。另外，部件809(恒定)的输出被提供给多口开关811的第2输入端。此外，部件805的扭矩限制被提供给多口开关811的第3输入端和并被提供给部件815(增益)。部件815的输出被提供给多口开关817的第2输入端。另外，部件813(恒定)的输出被提供给多口开关817的第3输入端。多口开关811的输出被提供给部件803(饱和动态)的输入端“up”，多口开关817的输出被提供给部件803(饱和动态)的输入端“lo”。从部件803的输出“y”(饱和动态)向814处提供经限制的扭矩请求。
[0171] 图8B表示与根据本发明的一个方面的更新(避免反冲力)有关的图表。在该图8B中，线“A”表示扭矩请求(参照图8A的附图标记801)，线“B”表示经限制的扭矩(参照图8A的附图标记815)。另外，线“A”和“B”相互类似，除了线“B”如图所示偏移的方面以外。另外，如箭头1所示，比如，扭矩不能在反冲力中被控制。
[0172] 还参照图8A和图8B，应注意到：(i)在阻尼之前施加扭矩限制；并且(ii)滞后(hysteresis)频带使反冲力交叉最小化。
[0173] 现在参照图9，该图表示根据本发明的一个方面的与轴扭矩闭环响应的命令有关的伯德图(在该图9中，标记“A”的线表示根据本发明的一个方面的改进的系统；标记“B”的线表示基准线；标记“C”的线表示没有阻尼)。
[0174] 现在参照图10，该图表示根据本发明的一个方面的与电动机速度闭环响应的命令有关的伯德图(在该图10中，标记“A”的线表示根据本发明的一个方面的改进的系统；标记“B”的线表示基准线；标记“C”的线表示没有阻尼)。
[0175] 现在参照图11，该图表示根据本发明的一个方面的与传动系阻尼开环响应有关的伯德图(在该图11中，标记“A”的线表示本发明的一个方面的改进的系统；标记“B”的线表示基准线)。可见，根据本发明的一个方面的改进的系统稳定，具有6db增益裕度和45度相位裕度(这就是说，在本例子中，在其不稳定之前，该控制系统具有其增益中的裕度的6分贝，并且在其不稳定之前，该控制系统具有其相位响应中的裕度的45度)。
[0176] 现在参照图12，该图表示根据本发明的一个方面的与传动系阻尼开环荷载灵敏度有关的伯德图(在该图12中，标记“A”的线表示额定；标记“B”的线表示全速；标记“C”的线表示空闲；标记“D”的线表示轮滑移；标记“E”的线表示轮锁定)。可见，根据本发明的一个方面的改进系统具有在各种荷载/牵引的条件下维持的稳定性。
[0177] 现在参照图13，该图表示根据本发明的一个方面的与命令扭矩刚性灵敏度有关的伯德图。可见，在共振时，刚性误差使相移从90度偏离[该图表示上述控制器针对经过估计的传动系刚性的误差的灵敏度；这就是说，该图表示即使是经过估计的刚性中的重大误差也会产生稳定系统(虽然可能会降低性能)]。在图13中，标记“A”的线表示匹配；标记“B”的线表示经过估计的半值；标记“C”的线表示经过估计的2倍。这就是说，该坐标图比较控制器相对上述驱动轴刚性的经过估计的值的误差的响应，其表示在经过估计的值正确时、为系统的一半时、以及系统的2倍时的频率响应。
[0178] 现在参照图14A，该图表示与命令—扭矩步骤有关的图表(其中，没有扭矩阻尼)。在该图14A中，线“A”表示轴扭矩(或“支柱(Prop)扭矩”)。如箭头1所示，传动系共振导致严重的响声。
[0179] 现在参照图14B，该图表示与命令—扭矩步骤有关的图表(其中，具有基准阻尼)。在该图14B中，线“A”表示轴扭矩(或“支柱(Prop)扭矩”)。如箭头1所示，基准阻尼连续发出响声。
[0180] 现在参照图14C，该图表示与命令—扭矩步骤有关的图表(其中，具有根据本发明的一个方面的改进的扭矩阻尼)。在该图14C中，线“A”表示轴扭矩(或“支柱(Prop)扭矩”)。如箭头1所示，响声消除，仅仅存在小超调量(overshoot)。
[0181] 现在参照图15A，该图表示与道路颠簸有关的图表(其中，具有基准扭矩阻尼)。在该图15A中，线“A”表示轴扭矩(或“支柱(Prop)扭矩”)。如箭头1所示，颠簸产生经过慢的阻尼处理的振荡。
[0182] 现在参照图15B，该图表示与道路颠簸有关的图表(其中，具有根据本发明的一个方面的改进的传动系阻尼)。在该图15B中，线“A”表示轴扭矩(或“支柱(Prop)扭矩”)。如箭头1所示，已具有衰减的纹波，而响声消除。
[0183] 现在参照图16A，该图表示与防抱死，or“ABS”有关的图表(其中，具有基准阻尼)。在该图16A中，线“A”表示轴扭矩(或“支柱(Prop)扭矩”)。如箭头1所示，基准ABS事件包括持续的零交叉。
[0184] 现在参照图16B，该图表示与ABS有关的图表(其中，具有根据本发明的一个方面的改进的传动系阻尼)。在该图16B中，线“A”表示轴扭矩(或“支柱(Prop)扭矩”)。如箭头1所示，已具有减小的零交叉和衰减的纹波。
[0185] 现在参照图17A，该图表示与陂路起步有关的图表(其中，具有基准阻尼)。在该图17A中，线“A”表示轴扭矩(或“支柱(Prop)扭矩”)。
[0186] 现在参照图17B。该图表示图17A的图表的某些具体细节。在该图17B中，线“A”表示轴扭矩(或“支柱(Prop)扭矩”)。
[0187] 现在参照图18A，该图表示与陂路起步有关的图表(其中，具有根据本发明的一个方面的改进的传动系阻尼)。在该图18A中，线“A”表示轴扭矩(或“Prop扭矩”)。
[0188] 现在参照图18B，该图表示图18A的图表的某些具体细节。在该图18B中，线“A”表示轴扭矩(或“支柱(Prop)扭矩”)。如本图的箭头1所示(与图17B的箭头1相比较)，陂路起步的响声的持续时间和幅度已减少。
[0189] 现在参照图19A，该图表示与陂路驻车有关的图表(其中，具有基准阻尼)。在该图19A中，线“A”表示轴扭矩(或“支柱(Prop)扭矩”)。
[0190] 图19B表示与陂路驻车有关的图表(其中，具有根据本发明的一个方面的改进的传动系阻尼)。在该图19B中，线“A”表示轴扭矩(或“支柱(Prop)扭矩”)。如本图的箭头1所示，在进入陂路驻车时，响声减少。如本图的箭头2所示，在没有交叉反冲力的响声的情况下，具有单个干扰。
[0191] 现在参照图20A，该图表示与限制操作—最大电动机驱动/最大再生有关的图表(其中，具有基准阻尼)。在该图20A中，线“A”表示轴扭矩(或“支柱(Prop)扭矩”)。
[0192] 现在参照图20B，该图表示与限制操作—最大电动机驱动/最大再生有关的图表(其中，具有根据本发明的一个方面的改进的传动系阻尼)。在该图20B中，线“A”表示轴扭矩(或“支柱(Prop)扭矩”)。如本图中的箭头1所示，通过反冲力，振荡明显减少。如本图中的箭头2A和2B所示，已消除扭矩超调量。
[0193] 现在参照图21，其表示根据本发明的一个方面的装置的方框图。如图21所示，装置2100包括处理器2102、数据总线2104、ROM 2106a、RAM 2106b、永久存储器2106c、显示器
2108、输入器2110、数据输入接口2112a和数据输出接口2112b。
2108、输入器2110、数据输入接口2112a和数据输出接口2112b。
[0194] 现在参照图22，其表示根据本发明的一个方面的系统的方框图。如图22所示，在一个例子中，该实施方式可用于车辆。该车辆2200可包括引擎2202(与起动发电一体机(ISG)2204连接)。在一个例子中，上述起动发电一体机可为表面永久磁铁类型。该车辆2200还可包括电动机2206(其与荷载2208连接)。荷载2208可包括比如，传动系中的剩余部分(除了电动机2206以外)。在一个例子中，该电动机可为感应类型。另外，逆变器2210可设置于起动发电一体机2204和电池2212(可包括1个或多个电池)之间。此外，逆变器2214可设置于电动机
2206和电池2212之间。还有，在一个例子中，逆变器2214可包括图21所示的类型的装置2100[该装置2100可通过数据输入接口2112a和数据输出接口2112b(比如双向)与逆变器2214连通]。
2206和电池2212之间。还有，在一个例子中，逆变器2214可包括图21所示的类型的装置2100[该装置2100可通过数据输入接口2112a和数据输出接口2112b(比如双向)与逆变器2214连通]。
[0195] 现在参照图23，其表示根据本发明的一个方面的系统部件2301的方框图。该系统部件2301为存储器(比如，图21所示的类型)，其包括计算机可读取的指令，该指令在被处理器(比如，图21所示的类型)执行时实施：第1滤波器2303(用于进行轴转矩的第1状态空间估计)，第2滤波器2305(用于进行荷载转矩的第2状态空间估计)，阻尼器2307(用于基于轴转矩的第1状态空间估计和荷载转矩的第2状态空间估计提供传动系的扭力阻尼)。
[0196] 现在参照图24，其表示根据本发明的一个方面的方法的方框图。如图24所示，该方法开始于步骤2401。在步骤2403，操作第1滤波器进行轴扭矩的第1状态空间估计，操作第2滤波器进行荷载扭矩的第2状态空间估计。另外，在步骤2405，基于上述轴扭矩的第1状态空间估计和上述荷载扭矩的第2状态空间估计提供上述传动系的扭力阻尼(在步骤2405后，该方法可从步骤2401重复地反复进行)。
[0197] 如在这里描述的那样，在一个方面，双卡尔曼滤波器纠正振荡，从而“剔除”危险的自然共振。该双卡尔曼滤波器基于经测定的牵引电动机速度和受到控制的牵引电动机转矩而操作。第1卡尔曼滤波器可进行轴扭矩的状态空间估计，提供负反馈到最终扭矩命令，从而从受到控制的扭矩中消除共振分量，并且快速地对外部干扰进行阻尼。第2卡尔曼滤波器提供对荷载扭矩或作为等同指标的荷载加速度的状态空间估计。该第2卡尔曼滤波器可忽略受到控制的扭矩，并且可在车轮速度偏离车辆速度时提供阻尼反馈。在本发明的此方面中，该2项技术的组合能够在所有传动系干扰的条件下，进行经过显著阻尼的传动系的控制。
[0198] 与一些传统的传动系阻尼解决方案不同，该双卡尔曼滤波器可直接地通过跟踪该传动系的状态空间表现而使共振频率衰减。通过借助卡尔曼滤波器制作该传动系模型，即使相对受到控制的踏板扭矩动态具有有限的空间分离，仍可获得优良的扭力阻尼。另外，由于该卡尔曼滤波器可适应于状态空间系统和测定质量中的误差，故在本发明的此方面，可仅仅采用单个低质量位置传感器对受到控制和没有受到控制的振荡进行阻尼。
[0199] 在本发明的一个方面中，上述位置传感器可为旋转位置传感器，其检测旋转速度。该传感器可确定该旋转速度并将其发送给系统控制器。该系统控制器将扭矩命令发送给逆变器，该逆变器驱动电动机，并且该逆变器中的阻尼部件可按照需要而进行阻尼。
[0201] 在一个实施方式中，提供一种用于电动牵引传动系的扭力阻尼的由处理器实施的方法，该方法包括操作第1滤波器进行轴扭矩的第1状态空间估计；操作第2滤波器进行荷载扭矩的第2状态空间估计；并且基于上述轴扭矩的第1状态空间估计和上述荷载扭矩的第2状态空间估计提供电动牵引传动系的扭力阻尼。
[0202] 在一个例子中，每个上述第1和第2滤波器均为卡尔曼滤波器。
[0203] 在另一个例子中，上述电动牵引传动系包括电动机、荷载和轴，该轴将该电动机与该荷载连接。
[0204] 在还一个例子中，上述第1滤波器接收由使用者命令的扭矩值。
[0205] 在又一个例子中，通过对由用户命令的扭矩值的改变而提供上述扭力阻尼。
[0206] 在另一个例子中，上述荷载扭矩的第2状态空间估计基于由上述第2滤波器输出的ω荷载值和由上述第2滤波器输出的轴扭矩值。
[0207] 在还一个例子中，将由上述第2滤波器输出的轴扭矩值从由上述第2滤波器输出的ω荷载值的导数中扣除，以便确定上述荷载扭矩的第2状态空间估计。
[0208] 在又一个实例中，上述电动牵引传动系用于车辆。
[0209] 在还一个实施方式中，提供一种用于电动牵引传动系的扭力阻尼的系统，该系统包括：处理器；存储器，该存储器存储计算机可读取的指令，该指令在被上述处理器执行时实施；第1滤波器，该第1滤波器被构造为进行轴扭矩的第1状态空间估计；第2滤波器，该第2滤波器被构造为进行荷载扭矩的第2状态空间估计；阻尼器，其被构造为基于上述轴扭矩的第1状态空间估计和上述荷载扭矩的第2状态空间估计提供电动牵引传动系的扭力阻尼。
[0210] 在又一个实例中，每个上述第1和第2滤波器均为卡尔曼滤波器。
[0211] 在另一个例子中，上述电动牵引的传动系包括电动机，荷载，与将该电动机和该荷载连接的轴。
[0212] 在还一个例子中，上述第1滤波器接收由使用者命令的扭矩值。
[0213] 在又一个实例中，上述通过对由使用者命令的扭矩值的改变而实现扭力阻尼。
[0214] 在另一个例子中，上述荷载扭矩的第2状态空间估计基于由上述第2滤波器输出的ω荷载值和由上述第2滤波器输出的轴扭矩值。
[0215] 在还一个例子中，将由上述第2滤波器输出的轴扭矩值从由上述第2滤波器输出的ω荷载值的导数中扣除，以便确定上述荷载扭矩的第2状态空间估计。
[0216] 在又一个实例中，上述电动牵引传动系用于车辆。
[0217] 在另一个实施方式中，提供一种计算机可读取的存储装置，该计算机可读取的存储装置具有用于上述电动牵引传动系的扭力阻尼的计算机程序，该计算机程序包括用于下述步骤的指令：操作第1滤波器进行轴扭矩的第1状态空间估计；操作第2滤波器进行荷载扭矩的第2状态空间估计；并且基于上述轴扭矩的第1状态空间估计和上述荷载扭矩的第2状态空间估计提供电动牵引传动系的扭力阻尼。
[0218] 在一个例子中，每个上述第1和第2滤波器均为卡尔曼滤波器。
[0219] 在还一个例子中，上述电动牵引传动系包括电动机、荷载和轴，该轴将该电动机与该荷载连接。
[0220] 在另一个例子中，上述电动牵引传动系用于车辆。
[0221] 在其它的实例中，在这里描述的任何步骤可按照任何适合的所需的顺序而进行。
[0222] 在本发明的各个方面中，可在与设备[比如牵引电动机或起动发电一体机(ISG)]有关的逆变器中设置1个或多个电流传感器。在操作(电动机驱动操作或再生操作)中，可采用经检测的电流，以便控制设备的电压(比如控制设备的扭矩)。
[0223] 在本发明的一个方面中，控制器(比如系统控制器)可设置于逆变器中，该控制器接收受到控制的值(并且提供在这里公开的技术中的1个或多个)。在本发明的另一方面中，控制器(比如系统控制器)可与逆变器分离开(比如可以是车辆电平控制器的一部分)，该控制器接收受到控制的值(并且提供在这里公开的技术中的1个或多个)。
[0224] 在本发明的一个方面中，在这里公开的各种技术可在FPGA、微控制器、和/或软件(比如具有实时处理器的固定时钟软件)中实施。
[0225] 在本发明的一个方面中，在这里公开的技术中的1个或多个可应用于任何旋转或线性机械系统中，该系统可被塑造为为通过弹簧而连接的2个块。
[0226] 在本发明的一个方面中，控制系统包括处理器、至少1个数据存储装置(比如，但是不限于此的，RAM，ROM和永久存储器)和外部界面。上述处理器被构造为执行存储于计算机可读取的存储装置中的1个或多个程序。上述计算机可读取的存储装置可为RAM、永久存储器或移动存储器。比如，上述处理器可执行可下载到RAM中的程序中的指令。上述处理器可以包括1个或多个处理单元。该处理器可为但不限于CPU或GPU。
[0228] 在本发明的另一方面中，ASIC、FPGA、PAL和PLA可用作上述处理器。
[0229] 本发明的各个方面可作为在计算机或可由设备使用或读取的介质或一组介质中实现或存储的程序、软件、或计算机指令而体现，该一组介质使计算机或设备在于计算机，处理器和/或设备中执行时进行上述方法的步骤。还提供程序存储装置(比如计算机程序产品)，其可通过设备(比如计算机可读取的介质)而读取，以有形方式实现由该设备执行的指令的程序，以便实现在本说明书中描述的各种功能和方法。
[0230] 计算机可读取的介质可为计算机可读取的存储装置或计算机可读取的信号介质。计算机可读取的存储装置可为比如磁的、光的、电子的、电磁的、红外的、或半导体系统、设备、或装置、或它们的任何适合的组合；但是，对于该计算机可读取的存储装置，除了不包括计算机可读取的信号介质的计算机可读取存储装置以外，并不限于这些例子。计算机可读取的存储装置的额外的例子可包括：便携计算机磁盘、硬盘、磁存储装置、便携的新型盘式只读存储器(CD-ROM)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦写的可编程的只读的存储器(EPROM或闪存)、光存储装置、或它们的任何的适合组合；但是，该计算机可读取的存储装置也不限于这些例子。可包括或存储采用或连接执行指令的系统、设备或装置的程序的任何有形介质可以是计算机可读取的存储装置。
[0231] 计算机可读取的信号介质可以包括传送的数据信号，在该信号中具有具体形式为计算机可读取的程序代码(比如但不限于在基带中或作为载波的一部分)。传送的数据信号可采用多个形式中的任何形式，其包括但不限于电磁的、光学的、或它们的适合的组合。计算机可读取的信号介质可为任何的计算机可读取的介质(除了计算机可读取的存储装置以外)，该介质可传播、传送、发送程序，该程序采用或连接系统、设备或装置。在计算机可读取的信号介质中实现的程序代码可采用任何的适合的介质而发送，该任何的适合的介质包括但不限于无线、有线、光纤电缆，RF等，或它们的任何的适合的组合。
[0232] 可用于本发明中的上述术语“控制系统”和“控制器”可包括固定和/或便携计算机硬件、软件、外部设备、和存储装置的各种组合。上述控制器和/或控制系统可包括多个单独部件，这些部件通过网络而链接，或以其它方式链接，以便协同地工作；或上述控制器和/或控制系统可包括1个或多个独立的部件。本发明的上述控制系统和/或上述控制器的上述硬件和软件可包括固定和/或便携装置，比如台式电脑、笔记本电脑、和/或服务器与服务器的网络(云)，并且可设置于上述那样的固定和/或便携装置中。
[0233] 在这里所采用的术语仅仅用于描述特定的实施方式的目的，其并不是用于对本发明的范围进行限定，并不是用与详尽。对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，许多改进和变化形式是显然的。
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