专利名称：与混合动力系统的听觉噪音相关的马达扭矩管理的制作方法
技术领域：
本发明涉及操作混合动力系统的控制系统。
背景技术：
该部分的内容仅提供与本发明有关的背景信息，且可能不构成现有技术。已知混合动力系构架包括扭矩产生装置，扭矩产生装置包括内燃机和扭矩机，这 些扭矩产生装置可以被机械地联接到变速器装置以将扭矩传递给输出构件。已知扭矩机将 所存储的能量转换为动力以产生扭矩。操作混合动力系统的已知控制方案包括执行动力管 理方案，以实现与燃料消耗、排放和所存储能量使用相关的优选目标，同时满足输出扭矩的 操作者请求。用于控制混合动力系统的操作的已知动力管理方案监测当前条件并产生瞬时控 制信号以控制动力系统的致动器。一种已知混合动力系统包括内燃机，内燃机被联接到双模式、复合_分离式机电 变速器的输入构件，所述变速器具有被操作性地联接到机动车辆传动系的输出构件，以将 牵引扭矩传输给传动系。包括电机的扭矩机以马达或发电机运行，且可以独立于从内燃机 输入的扭矩而产生输入扭矩并将输入扭矩传输给变速器。电机可将通过车辆传动系传输的 车辆动能转换为可存储在电能存储装置中的电能。控制系统监测来自车辆和操作者的各种 输入并提供混合动力系的操作控制，包括控制变速器范围状态和换档，控制扭矩产生装置， 以及调节电能存储装置和电机之间的电功率交换，从而管理包括扭矩和转速的变速器输 出ο包括电机的已知扭矩机在操作期间会产生听觉噪音。由电机产生的一种听觉噪音 描述为啸声。听觉噪音在扭矩机的速度和扭矩输出的操作条件内可以变化。听觉噪音可能 是操作者讨厌的。用于管理和削弱电机噪音的已知方法可以包括增加噪音阻尼材料并重新 设计电机，包括改变磁体结构和改变轴承设计。在扭矩机用于产生牵引或推进扭矩时，听觉 噪音可以被注意，因为扭矩机在机器速度范围内产生最大扭矩输出。
发明内容
—种操作混合动力系统的方法，所述混合动力系统具有配置成将扭矩传输给输出 构件的扭矩机，所述方法包括监测从扭矩机输出的马达扭矩和扭矩机的马达速度；当扭 矩机的马达速度在与令人讨厌的听觉噪音相关的马达速度范围内时，将从扭矩机输出的马 达扭矩限制为与可接受听觉噪音水平相关的最大许可马达扭矩。
现在将通过示例的方式参考附图来描述一个或多个实施例，在附图中图1是根据本发明的示例性混合动力系的示意图；图2A、2B和2C示意性地示出了根据本发明的示例性混合动力系的控制系统的控制方案；和图3是根据本发明的示例性扭矩机的输出扭矩和速度的曲线图。
具体实施例方式现在参考附图，其中，附图仅仅是为了图示某些示例性实施例而不是为了限制于 此，图1示意性地示出了车辆10，车辆10包括控制系统100、混合动力系统200和传动系 300。在说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。在一个实施例中，传动系300可包括差速齿轮装置310，差速齿轮装置310机械地 联接到车轴320或半轴，车轴320或半轴机械地联接到车轮330。差速齿轮装置310被联接 到混合动力系统200的输出构件64。传动系300在混合动力变速器250和道路表面之间传 输牵引动力。混合动力系统200包括能量存储装置(ESD) 210，ESD 210存储势能且被联接到一 个或多个扭矩机230，以在它们之间传输动力。当ESD 210包括电存储装置且扭矩机230包 括电动马达/发电机时，可控功率逆变器可以被置于它们之间且用于转换电功率。扭矩机 230将存储的能量转换为机械动力且将机械动力转换为可以存储在ESD 210中的能量。发 动机240将存储在燃料箱220中的燃料转换为机械动力。来自于发动机240的机械动力可 以被传输给混合动力变速器250和扭矩机230。来自于扭矩机230的机械动力可以被传输给 混合动力变速器250和发动机240。来自于混合动力变速器250的机械动力可以经由输出 构件64被传输给发动机240、扭矩机230和传动系300。优选地，发动机240选择性地以多 个状态操作，包括发动机开启状态和发动机关闭状态之一、全缸状态和气缸停用状态之一、 以及燃料供应状态和燃料切断状态之一。优选地，混合动力变速器250选择性地以多个范 围状态之一操作，包括固定档和连续可变范围状态。扭矩机230、发动机240和混合动力变 速器250均包括用于监测其操作的多个传感装置，包括旋转位置传感器，例如，解算器，用 于监测每个扭矩机230的旋转位置和速度。扭矩机230、发动机240和混合动力变速器250 包括用于控制其操作的多个致动器。替代地，扭矩机可以以车轮马达的形式被直接地连接 到车辆的各个车轮。控制系统100包括控制模块120，控制模块120信号地连接到操作者接口 130且信 号地连接到GPS/通信系统110。GPS/通信系统110优选包括附加车辆通信能力和3-D地 理信息系统(GIS)数字地图系统。操作者接口 130包括多个人/机接口装置，车辆操作者 通过人/机接口装置命令车辆10的操作，这些接口装置包括加速踏板、制动踏板和变速器 范围选择器(PRNDL)。车辆操作者通过加速踏板、制动踏板和变速器范围选择器传输输出扭矩指令，包 括操作者扭矩请求、车辆行驶方向(即，向前或倒档)、以及混合动力变速器250的优选范围 状态。操作者接口 130还可以包括车载导航系统的接口，所述车载导航系统与GPS/通信系 统110相互作用。控制模块120信号地连接到扭矩机230、发动机240、混合动力变速器250和ESD 210中的每个的传感装置，以监测其操作并确定其参数状态。在ESD 210包括电能存储装 置时，ESD 210的监测状态优选包括瞬时电流和温度。控制模块120计算ESD 210的参数 状态，该状态表示ESD 210将动力传输给扭矩机230的容量。在ESD 210是电能存储装置时，ESD 210的参数状态包括电荷状态(SOC)。发动机240的监测状态优选包括发动机速度 (Ne)、发动机扭矩(Te)或负载、以及温度。混合动力变速器250的监测状态优选包括旋转 速度以及多个位置处的液压压力，据此可以确定包括具体扭矩传递离合器的施用的参数状 态。扭矩机230的监测状态优选包括速度(Nm)和功率流，例如电流，据此可以确定从扭矩 机230输出的马达扭矩(Tm)的参数状态。控制模块120操作性地连接到扭矩机230、发动机240和混合动力变速器250中的 每个的致动器，以根据以算法和标定值形式存储的被执行控制方案来控制其操作。与扭矩 机230相关的致动器优选包括逆变器模块。与发动机240相关的致动器优选包括例如燃料 喷射器、空气流量控制器、火花点火系统和与控制发动机操作(包括控制发动机状态)相关 的其它已知装置。与混合动力变速器250相关的致动器包括螺线管装置，用于致动扭矩传 递离合器以实现在具体范围状态上的操作。控制模块120优选包括一个或多个通用数字计算机，通用数字计算机每个包括微 处理器或中央处理单元、存储介质(包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可编 程只读存储器(EPROM))、高速时钟、模数(A/D)和数模(D/A)电路、输入/输出电路和装置 (I/O)以及合适的信号调节和缓冲电路。控制模块120具有一组控制算法，所述控制算法包 括存储在一个存储介质中且被执行提供期望功能的常驻程序指令和标定值。进出控制模块 120的信息传输可以通过直接连接、局域网络总线和串行外围接口总线实现。控制方案的算 法在预定回路循环期间被执行，以便每个算法在每个回路循环被执行至少一次。存储在非 易失性存储装置中的算法由中央处理单元执行，以监测来自感测装置的输入以及执行控制 和诊断程序从而用标定值控制与混合动力系统200的元件相关的致动器的操作。在持续进 行的混合动力系统操作期间，回路循环通常以规则间隔例如每3. 125,6. 25,12. 5、25和100 毫秒被执行。替代性地，算法可响应于事件的发生而被执行。用于操作包括扭矩机(例如，配置成将扭矩传输给输出构件的扭矩机，如上所述) 的混合动力系统的控制方案包括监测扭矩机的扭矩输出和旋转速度。当扭矩机的马达速度 在与令人讨厌的听觉噪音相关的马达速度范围内时，将从扭矩机输出的马达扭矩限制为与 可接受听觉噪音水平相关的许可马达扭矩输出。参考图2A、2B、2C和3描述控制方案。图2A示出了用于操作混合动力系统(例如， 参考图1所述的混合动力系统200)的第一控制方案400。第一控制方案在一个预定回路 循环期间被定期执行，以在持续进行的车辆10操作期间控制混合动力系统200的操作。在 持续进行的操作期间，监测在传动系300处产生牵引动力的操作者扭矩请求，优选通过操 作者接口 130(410)。控制模块120响应于操作者扭矩请求产生从发动机240和扭矩机230 输出的动力的指令，以传输给混合动力变速器250，以便传输给传动系300。用发动机扭矩 Te和发动机速度Ne描述发动机动力。用马达扭矩Tm和马达速度Nm描述来自于扭矩机230 的动力输出。例如，当操作者经由加速踏板请求高速/高负载操作时(称为WOT (宽开启节 气门)事件)，控制模块120可以响应于该事件命令发动机240和扭矩机230产生最大可实 现扭矩。在采用处于双模式、复合_分离混合动力系设置的内燃机和两个扭矩机的一个动 力系实施例中，用于确定输出扭矩Ttj和输出速度&的管理方程如下T0 = a*TA+b*TB+c*TE[1]N0 = f (Na, Nb, Ne)[2]
其中，Ta和Tb表示马达扭矩，即Tm = a*TA+b*TB，且Na和Nb表示马达速度，即从第 一和第二扭矩机230输入到变速器250的Nm，a、b和C是标量值。例如，当操作者命令WOT 事件时，控制方案400命令来自于至少一个扭矩机230的最大可实现马达扭矩Tm和最大发 动机扭矩Te。图3示出了在示例性扭矩机的马达速度(Nm)范围内的最大可实现马达扭矩 (TM_Max)。图3还示出了由最小听觉噪音速度(NM_Min)和最大听觉噪音速度(NM_Max)限定的听 觉噪音速度范围。存在与对应于听觉噪音速度范围内的马达速度的最大或阈值操作者可接 受听觉噪音水平相关的最大许可马达扭矩输出(TM_Aim)。与最大或阈值操作者可接受听觉噪 音水平相关的最大许可马达扭矩输出(TM_AUD)与扭矩机230的最大或阈值操作者可接受听 觉噪音水平相关。监测扭矩机230所实现的马达扭矩Tm和马达速度Nm(420)。监测所实现的马达扭 矩Tm可以包括监测流向扭矩机230的电流，且监测马达速度Nm可以包括监测适合于监测扭 矩机230的旋转位置和速度的传感器的信号输出。在动力系统的操作期间，当一个扭矩机230的马达速度Nm在听觉噪音速度范围内 时(425)，从扭矩机230输出的马达扭矩被限制为与对应于当前马达速度Nm的最大或阈值 操作者可接受听觉噪音水平相关的最大许可马达扭矩输出(TM_AUD)。当扭矩机230包括电机 时，通过控制流向扭矩机230的电功率流，将马达扭矩限制为与最大或阈值操作者可接受 听觉噪音水平相关的最大许可马达扭矩输出(TM_AUD)。否则，马达扭矩被限制为由最大可实 现马达扭矩TM_Max限定的指令马达扭矩TM。与最大或阈值操作者可接受听觉噪音水平相关的最大许可马达扭矩输出(TM_AUD) 包括对应于与示例性扭矩机230的操作相关的优选听觉噪音水平的马达扭矩。听觉噪音 水平定义为可由车辆操作者在车辆操作期间听到的噪音水平，优选使用以分贝测量的噪音 强度度量来表征。令人讨厌的听觉噪音水平定义为车辆操作者讨厌的听觉噪音水平，且可 以表征为高于使用以分贝测量的噪音强度度量确定的阈值的听觉噪音水平。可接受听觉 噪音水平定义为车辆操作者可以察觉但不讨厌的听觉噪音水平，且可以表征为处于或低于 使用以分贝测量的噪音强度度量确定的阈值的听觉噪音水平。在车辆研发期间，示例性扭 矩机230和相关动力系、传动系和车辆应用的听觉噪音速度范围(包括最小听觉噪音速度 (NM_Min)和最大听觉噪音速度(NM_Max))、以及与最大或阈值操作者可接受听觉噪音水平和令 人讨厌的听觉噪音水平相关的最大许可马达扭矩输出(TM_Aim)是依应用而定的且可以通过 试验确定。对于某一应用来说，许可马达扭矩输出与由示例性扭矩机230所产生的并由与 动力系、传动系和车辆因素相关的听觉噪音削弱所抵消的听觉噪音有关。与最大或阈值操 作者可接受听觉噪音水平相关的最大许可马达扭矩输出(TM_AUD)对应于马达速度Nm。在马 达速度大于或小于听觉噪音速度范围时，从扭矩机230输出的听觉噪音认为是车辆操作者 不讨厌的。对听觉噪音的容忍可以是与时间相关的，例如，听觉噪音水平的短期存在可能是 不讨厌的，而听觉噪音水平的长期存在可能是令人讨厌的。因而，图2B示出了用于操作混 合动力系统200的第二控制方案400。在持续进行的操作期间，监测在传动系300处产生 牵引动力的操作者扭矩请求，优选通过操作者接口 130(410)。控制模块120响应于操作者 扭矩请求产生针对经由混合动力变速器250传输给传动系300的来自于发动机240的发动机动力(以扭矩Te和速度Ne的形式)和来自于扭矩机230的扭矩Tm和速度Nm的指令 (415)。监测实现的马达扭矩Tm和马达速度Nm(420)。在动力系统的操作期间，当马达速度 Nm在听觉噪音速度范围内时(425)，确定与马达扭矩Tm和马达速度Nm相对应的听觉噪音参 ^Naik(TmjNm)的状态。听觉噪音参数Naud(TM，Nm)的状态优选对应于以分贝测量的噪音强度 度量且可以通过试验预先确定。在经过时间上对听觉噪音参数Naud(TM，Nm)的状态进行积分 以确定时间积分的听觉噪音状态(435)，计算如下/ N(TM，NM)*dt dB-sec[3]听觉噪音参数Naud(TM，Nm)的状态与以分贝_秒测量的时间积分的听觉噪音阈值 (积分阈值)进行比较。当时间积分的听觉噪音状态超过阈值时，将马达扭矩Tm限制为与 对应于当前马达速度Nm的最大或阈值操作者可接受听觉噪音水平相关的最大许可马达扭 矩输出(TM_AUD) (450)。否则，马达扭矩被限制为由最大可实现马达扭矩TM_Max限定的指令马 达扭矩Tm(460)。优选地，听觉噪音参数Naud (Tm，Nm)的状态在扭矩机230在听觉噪音速度范 围内的连续未中断操作期间所经过时间上积分。因而，当马达速度Nm落入听觉噪音速度范 围之外时，即小于最小听觉噪音速度(NM_Min)或大于最大听觉噪音速度(NM_Max)，时间积分的 听觉噪音状态被重置为零。第二控制方案400’可以包括滞后，以适应马达速度在最小听觉 噪音速度(NM_Min)和最大听觉噪音速度(Nm_mJ附近的所述扭矩机230的操作。图2C示出了用于操作混合动力系统200的第三控制方案400”。在持续进行的 操作期间，监测在传动系300处产生牵引动力的操作者扭矩请求，优选通过操作者接口 130 (410)。控制模块120响应于操作者扭矩请求产生针对经由混合动力变速器250传输给 传动系300的来自于发动机240的发动机动力(以发动机扭矩Te的形式)和来自于扭矩 机230的扭矩Tm的指令(415’ )。监测实现的马达速度Nm(420’ )。当马达速度Nm达到和 /或超过最小听觉噪音速度(NM_Min) (428)时，计算马达速度Nm的时间变化率(Nm_mt) (433)。 计算扭矩机230将在与最小听觉噪音速度(NM_Min)、最大听觉噪音速度(NM_Max)以及马达速度 Nm的时间变化率(N丽)相关的听觉噪音速度范围内操作的预测经过时间段(t。(438)。预 测经过时间段Unb)与阈值时间段(时间阈值)(tTHD)进行比较(443)。当预测经过时间段 (tffl)小于阈值时间段(tTHD)时，马达扭矩被控制为由最大可实现马达扭矩(TM_Max)限定的指 令马达扭矩Tm(460)。当预测经过时间段(tNB)超过阈值时间段(t·)时，马达扭矩Tm被控 制为与对应于当前马达速度Nm的最大或阈值操作者可接受听觉噪音水平相关的最大许可 马达扭矩输出(TM_Am) (450)。阈值时间段(tTHD)优选为基于听觉噪音在经过时间内的累计 不舒适性的预先标定时间段。控制方案400、400，和400”均优选包括在一个预定回路循环期间被定期执行以控 制混合动力系统200的操作的一个或多个算法。虽然控制方案400、400，和400”的元件在 图2A、2B和2C中显示为分立元件，但是这种图示时为了便于说明，且应当认识到，由这些元 件执行的功能可以使用算法、硬件和/或专用集成电路(ASIC)来组合并实施。应当理解的是，在本发明的范围内允许变型。本发明已经描述某些优选实施例及 其变型。在阅读和理解说明书之后，可以想到进一步的变型和修改。旨在包括落入本发明 范围内的所有这种变型和修改。
权利要求
一种操作混合动力系统的方法，所述混合动力系统包括配置成将扭矩传输给输出构件的扭矩机，所述方法包括监测从扭矩机输出的马达扭矩和扭矩机的马达速度；当扭矩机的马达速度在与令人讨厌的听觉噪音相关的马达速度范围内时，将从扭矩机输出的马达扭矩限制为与可接受听觉噪音水平相关的最大许可马达扭矩。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括确定与从扭矩机输出的马达扭矩和扭矩机的马达速度相对应的听觉噪音参数的状态；当扭矩机的马达速度在与令人讨厌的听觉噪音相关的马达速度范围内时，将听觉噪音 参数的状态进行时间积分；以及其中，在时间积分的听觉噪音参数超过阈值时进行如下操作当扭矩机的马达速度在 与令人讨厌的听觉噪音相关的马达速度范围内时，将从扭矩机输出的马达扭矩限制为与可 接受听觉噪音水平相关的最大许可马达扭矩。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括预测扭矩机在与令人讨厌的听觉噪音相关的马达速度范围内操作的经过时间段；以及 其中，在预测经过时间段超过阈值时进行如下操作当扭矩机的马达速度在与令人讨 厌的听觉噪音相关的马达速度范围内时，将从扭矩机输出的马达扭矩限制为与可接受听觉 噪音水平相关的最大许可马达扭矩。
4.一种操作混合动力系统的方法，所述混合动力系统包括内燃机、电机和混合动力变 速器，所述混合动力变速器配置成在输入构件和电机以及输出构件之间传输动力，所述方 法包括识别与高于阈值的听觉噪音水平相关的所述电机的马达速度范围； 响应于操作者扭矩请求命令从所述电机输出的马达扭矩； 监测所述电机的马达速度；确定与从所述电机输出的马达扭矩和所述电机的马达速度相关的听觉噪音水平； 当所述电机的马达速度在所识别的与高于阈值的听觉噪音水平相关的电机的马达速 度范围内时，将与从电机输出的马达扭矩和电机的马达速度相关的听觉噪音水平进行时间 积分；以及当与电机的马达速度相关的时间积分听觉噪音水平超过阈值时，控制流向电机的电功 率流以将马达扭矩输出限制为与在电机的所述马达速度下的优选听觉噪音水平相关的最 大许可马达扭矩输出。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括预测电机在所述与令人讨厌的听觉噪音相关的马达速度范围内操作的经过时间段；以及其中，在预测经过时间段超过阈值时进行如下操作当与电机的马达速度相关的时间 积分听觉噪音水平超过阈值时，控制流向电机的电功率流以将马达扭矩输出限制为与在电 机的所述马达速度下的优选听觉噪音水平相关的最大许可马达扭矩输出。
6.一种操作混合动力系统的方法，所述混合动力系统包括内燃机、电机和混合动力变 速器，所述混合动力变速器配置成在输入构件和扭矩机以及输出构件之间传输动力，所述方法包括识别与高于阈值噪音水平的噪音水平相关的电机的马达速度范围； 响应于操作者扭矩请求命令从电机输出的马达扭矩； 监测电机的马达速度；当电机的马达速度在与高于所述阈值噪音水平的噪音水平相关的电机的马达速度范 围内时，将与从电机输出的马达扭矩限制为与所述阈值噪音水平相关的最大许可马达扭矩。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括确定与从电机输出的马达扭矩和电机的马达速度相对应的听觉噪音参数的状态； 当电机的马达速度在与所述阈值噪音水平相关的马达速度范围内时，将听觉噪音参数 的状态进行时间积分；以及其中，在时间积分的听觉噪音参数状态超过积分阈值时进行如下操作当电机的马达 速度在与高于所述阈值噪音水平的噪音水平相关的电机的马达速度范围内时，将与从电机 输出的马达扭矩限制为与所述阈值噪音水平相关的最大许可马达扭矩。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括预测电机在与阈值噪音水平相关的马达速度范围内操作的经过时间段；以及 其中，在预测经过时间段超过时间阈值时进行如下操作当电机的马达速度在与高于 所述阈值噪音水平的噪音水平相关的电机的马达速度范围内时，将与从电机输出的马达扭 矩限制为与所述阈值噪音水平相关的最大许可马达扭矩。
全文摘要
本发明涉及与混合动力系统的听觉噪音相关的马达扭矩管理。一种操作混合动力系统的方法，包括监测扭矩机的操作；当扭矩机的马达速度在与令人讨厌的听觉噪音相关的马达速度范围内时，将从扭矩机输出的马达扭矩限制为与可接受听觉噪音水平相关的最大许可马达扭矩。
文档编号B60W10/10GK101954908SQ201010232309
公开日2011年1月26日 申请日期2010年7月16日 优先权日2009年7月16日
发明者G·塔梅, R·穆努库尔, S·W·麦格罗根 申请人:通用汽车环球科技运作公司