专利名称：用于减小驱动马达的输出轴上的振动的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于机动车的驱动马达，尤其涉及用于减小驱动马达的传动链中的振动的方法和装置。
背景技术：
用于实现机动车的驱动马达的马达控制的控制设备通常针对用户进行匹配。这通过控制设备参数来实现，所述控制设备参数调节和/或匹配控制设备的不同软件函数。控制设备参数中的一些涉及机动车的动态特性、比如像在预先设定在负载变换的情况下车辆的响应特性。控制设备参数可以涉及过滤的时间常数、转矩变化曲线的梯度限制以及可能的时间延迟。通过在驾驶员期望转矩预先设定地改变时形成驱动马达的输出转矩的变化曲线， 应当避免通过驾驶员期望转矩的跳跃式的或以其他方式形成的改变的预先设定，如此激励输出轴，从而会出现不舒适的和/或损伤性的振动并且传递到车辆上。这例如会通过车辆震动(Ruckeln)表现出来。用于避免这种特性的常用策略在于转矩合成(Momentenaufbau)的形成,也就是说驾驶员期望转矩的转矩改变的滤波(Gljittung)和/或过滤(Filterung)。然而在此不利的是阻碍牵引。这被驾驶员感受为非自发的响应特性。在确定影响驱动马达的动态特性的控制设备参数时，因此寻求在输出轴的低振动倾向与自发的响应特征之间的折衷。因为通常所有车辆制造商期望响应特征的一定的自发性并且相应地形成转矩改变，所以通常在输出轴上出现不可忽略的振动。这目前主动地通过转矩干涉(Momenteneingriff )来消除。在内燃机作为驱动马达的情况下，主动的转矩干涉会对废气排放和系统诊断有负面影响。由控制设备参数引起的转矩形成与在该系统中引起的反应无关。系统反应、也就是说由于驾驶员期望转矩的改变的预先设定而引起的在输出轴上的振动，会由于马达系统的老化和/或部件公差而发生改变。在应用控制设备功能时所选择的控制设备参数因此并非对于所有车辆而言是最佳的，尤其在其整个使用寿命的过程中并非是最优的。涉及动态响应特性的控制设备参数影响转矩合成，而并未考虑对驾驶员期望转矩的预先设定的改变的实际系统反应。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种方法和一种装置，其中对于车辆的响应特性的预先设定的自发性来说并且在预先设定驾驶员期望转矩的情况下取决于工作点地减小和/或消除驱动马达的输出轴上的振动。该任务通过根据权利要求I所述的、尤其是在机动车中用于减小驱动马达的输出轴上的振动的方法以及通过根据并列权利要求所述的装置、马达系统和计算机程序来解决。
其他有利的设计方案在从属权利要求中说明。根据第一方面，设计了一种用于减小驱动马达的输出轴上的振动的方法，所述驱动马达提供驱动转矩。所述方法具有如下步骤
-监控所述驱动马达的运行参量，利用所述运行参量能够识别所述输出轴上的振动；
-在识别所述输出轴上的振动时，借助所监控的运行参量确定接入时刻以利用附加的补偿转矩触发所述驱动马达；
-在所确定的接入时刻利用附加的补偿转矩触发所述驱动马达，设计所述附加的补偿转矩，以便减小或消除所述输出轴上的振动的幅度。
该方法尤其可以包括如下其他步骤
-提供了额定转矩改变的变化曲线的数据，所述数据说明了额定转矩的时间变化曲线，所述驱动转矩应当变化了所述额定转矩；
-根据所述触发转矩的时间变化曲线触发所述驱动马达，其中触发转矩的变化曲线的时间值分别相当于所述额定转矩改变的变化曲线的相应的时间值的一部分。上述方法的思路在于，在额定转矩按要求改变时，其中要求驱动转矩变化了额定转矩，根据触发转矩的变化曲线来触发驱动马达。在此，所要求的额定转矩变化了取决于额定转矩的触发转矩。根据触发转矩的触发可能由于在驱动马达上的触发转矩的预先设定的快速改变而导致以转速改变为形式的相应的系统反应。然而，通过预先设定使触发转矩变化了触发转矩，在驱动马达的输出轴上开始振动，该振动具有确定的振动频率和阻尼。根据上述方法现在在时间上延迟地利用附加的补偿转矩来触发驱动马达。通过在输出轴上利用附加的补偿转矩进行触发所引起的振动现在与通过利用触发转矩进行触发而引起的振动叠加，从而使得在输出轴上由于时间偏移而形成的振动至少部分被补偿或者在最好的情况下被消除。由此，形成了具有较低幅度的合成振动和/或输出轴上的振动被完全消除。上述方法适于一方面实现响应特性中的高自发性，因为第一子转矩要求被立即转换；并且另一方面在自主响应特性中的负面作用、比如像车辆的震动可以被减小和/或消除。此外，所述接入时刻能够被确定为如下时刻所述时刻被在所述输出轴上的振动的从第一半波到第二半波的过渡限定。根据一种实施方式，所述驱动马达的运行参量能够相当于转速或者通过所述输出轴提供的驱动转矩。可以规定，所述附加的补偿转矩具有一定数额，如此确定所述数额，从而使得在所述输出轴上仅仅通过接入所述补偿转矩产生的振动的幅度基本上相当于在所述输出轴上的振动的、在所述接入时刻存在的幅度。尤其可以规定，所述触发转矩的变化曲线的梯度和所述附加的补偿转矩被修正。根据另一种实施方式，能够在利用所述附加的补偿转矩触发所述驱动马达之后，根据另外的子转矩改变的预先设定的时间变化曲线触发所述驱动马达，其中另外的子转矩改变的预先设定的时间变化曲线接近预先设定的额定转矩改变的变化曲线。可以规定，所述触发转矩的时间变化曲线具有所述驱动转矩的正改变或者所述驱动转矩的负改变。
为了避免通过根据另外的子转矩改变的变化曲线触发驱动马达来激励在输出轴上的附加振动，可以规定，另外的子转矩改变的预先设定的时间变化曲线的梯度的数额不超过在所述驱动转矩的正改变时预先设定的梯度阈值，和/或不超过在所述驱动转矩的负改变时预先设定的梯度阈值。根据另一方面，设计了一种用于减小所述驱动马达的输出轴上的振动的装置，所述驱动马达提供驱动转矩。构造所述装置，以便
-根据触发转矩的时间变化曲线触发所述驱动马达；
-监控所述驱动马达的运行参量，利用所述运行参量能够识别所述输出轴上的振动；
-在识别所述输出轴上的振动时，借助所监控的运行参量确定接入时刻以利用附加的补偿转矩触发所述驱动马达；并且
-在所确定的接入时刻根据附加的补偿转矩触发所述驱动马达，设计所述附加的补偿 转矩，以便减小或消除所述输出轴上的振动的幅度。根据另一方面，设计一种马达系统。所述马达系统包括驱动马达和上述装置。根据另一方面，设计了一种计算机程序，其包含程序代码，当在数据处理单元上执行所述程序代码时，实施上述方法。
以下参照附图对优选的实施方式进行详细阐述。附图示出
图I是机动车的驱动系统的示意 图2是为了阐述响应特性的自发性，在预先设定驾驶员期望转矩的跳跃式的改变时车辆纵向加速度的变化曲线的示 图3a和3b是驾驶员期望转矩的变化曲线、由此确定的子转矩的变化曲线以及作为对驾驶员期望转矩的反应和/或作为对利用子转矩进行触发的反应的转速变化曲线；
图4a和4b是驾驶员期望转矩的变化曲线、由此确定的子转矩的变化曲线以及作为对驾驶员期望转矩的反应和/或作为对利用子转矩进行触发的反应的转速变化曲线；以及图5a和5b是驾驶员期望转矩的变化曲线、由此确定的子转矩的变化曲线以及作为对驾驶员期望转矩的反应和/或作为对利用子转矩进行触发的反应的转速变化曲线。
具体实施例方式图I示意性地示出了驱动系统I,所述驱动系统具有驱动马达2,该驱动马达具有输出轴3，所述输出轴直接地或者间接地与传动装置4耦连。在传动装置4的输出侧，该传动装置与驱动轮5耦连，以便驱动相应的、配备有驱动系统I的车辆。以下所描述的方法也可以应用在直接驱动驱动轮的驱动马达中。驱动马达2可以是内燃机，比如像汽油机或者柴油机。然而，在本发明中，可以设置任意类型的驱动马达。通常，结合以下所描述的方法能够设想任意类型的驱动马达、比如像电动机等等的应用。驱动马达2通过控制单元6来触发，其方式是控制单元6为驱动马达2预先设定作为调节参量的转矩触发(Momentenansteuerung)。控制单元6通常作为预先设定的参量提供驾驶员期望转矩FWM。根据预先设定的驾驶员期望转矩FWM，控制设备6如此触发驱动马达2，从而使得通过输出轴3输出的驱动转矩尽可能精确地对应于预先设定的驾驶员期望转矩FWM并且尽可能精确地对应于驾驶员期望转矩的时间上的变化曲线，或者驱动转矩尽可能快速地或者说以限定的时间变化曲线接近驾驶员期望转矩FWM。机动车的驾驶员通常可以任意地预先设定驾驶员期望转矩FWM。控制单元6通常将驾驶员期望转矩FWM转换成额定转矩，并且通常触发驱动马达2以尽可能快速地达到额定转矩。在预先设定驾驶员期望转矩FWM时，也可以快速并且甚至跳跃式地改变。如果所要求的、应当利用其触发驱动马达的额定转矩如通常所期望的那样，立即遵循这样的驾驶员期望转矩FWM，则由此会出现有待由驱动马达输出的驱动转矩的跳跃式的或者非常快速的改变(高额定转矩梯度)。由此可以激励输出轴3振动。该振动例如以周期性的转速变化或在输出轴上改变实际驱动转矩的而表现出来，并且在车辆行驶时通过震动(Ruckeln)表现出来。在控制设备6中因此可以设置控制设备参数，所述控制设备参数预先设定响应特性的最大自发性。该控制设备参数基本上用于限制额定转矩的梯度，以便减小输出轴3上 的振动。图2示出了在预先设定的驾驶员期望转矩FWM的跳跃式改变时车辆纵向加速度a(t)的变化的曲线图。可看到直至预先设定的值aSTAT升高的时间变化曲线，其中时间变化曲线的斜度和高度是响应特性的跳跃质量(Sprungqualitjit)的量度。越快达到响应于驾驶员期望转矩FWM的跳跃式升高的预先设定而加速度的静态最终值，则驾驶员就越自发地感受到车辆特性。这种相互关联同样可以在马达转速中出现，因为车辆加速度相当于车辆速度的导数并且车辆速度也可以根据马达转速通过传动比和车轮半径来计算。因此，在额定转矩的跳跃式改变之后，转速升高的梯度和大小同样是车辆的自发性或响应特性的量度。确定响应特性的自发性的控制设备参数如上面所提及的那样，通常被车辆制造商应用并且表现为响应特性的自发性与输出轴3上的振动的减小之间的折衷。为了进一步减小输出轴3的振动，现在提出一种方案，其中驾驶员期望转矩FWM的改变或者说提高从控制设备6中的初始期望转矩FWMtl开始，首先以改变取决于所要求的驾驶员期望的转矩FWM (额定转矩)的触发转矩和/或其时间变化曲线的形式减小。换而言之，存在的、相当于初始期望转矩FWMc^A驱动转矩将触发转矩或者说其变化曲线添加到驾驶员期望转矩的相应改变中，根据该驱动转矩在改变驾驶员期望转矩FWM之前运行驱动马达3。驱动马达2被控制设备6根据触发转矩的改变的时间变化曲线来触发。利用触发转矩的触发应当在输出轴3上提供驱动转矩，该驱动转矩被驾驶员利用所期望的自发性觉察。这种利用触发转矩的触发例如可以相当于驱动马达的触发，其导致驱动转矩的输出，在振动的状态中目前的驱动转矩，也就是说在改变将驾驶员期望转矩之前的驱动转矩提高了触发转矩。然而，通过利用触发转矩进行触发而实现的驾驶员期望转矩的改变仅仅相当于预先设定的驾驶员期望转矩FWM的所要求的改变的一部分，并且因此在其实现之后导致了输出轴3的相应地更小的振动。该部分在此被称作自发性因素(Spontaneitjitsfaktor)。针对以触发转矩进行触发选择更高的自发性因素，也就是说所要求的预先设定的驾驶员期望转矩FWM的改变的部分，虽然会导致响应特性的更高的自发性，但也会导致在输出轴3上的相应更强的振动。预先设定相当于触发转矩的额定转矩的部分和/或额定转矩的部分的、相当于触发转矩的时间值的时间值可以作为控制设备参数或者说多个控制设备参数以调节自发性，并且可以与工作点有关地不同地应用。所述部分可以恒定地或者在时间上可变化地预先设定。为了至少部分地补偿在输出轴3上引起的振动，补偿转矩在时间上相对于触发转矩的改变的接入偏移地接入到目前的、相当于驾驶员期望转矩FWM0的触发转矩(补偿转矩触发)。这种改变、尤其是瞬间的驱动转矩提高了附加的补偿转矩，在时间上偏移地接入，也就是说加到触发转矩的改变的需求上。由此，通过触发转矩的改变在利用触发转矩触发时减小或消除在输出轴3上产生的振动的幅度。所接入的补偿转矩的大小取决于通过根据利用触发转矩进行触发而触发驱动马达2所产生的振动；并且取决于对固有频率、强度、固有阻尼等等具有影响的系统特性有关。利用固定地预先设定的补偿转矩实现了在输出轴3上的振动的减小。补偿转矩的最佳大小也可以借助在利用触发转矩开始触发之后的系统特性和/或根据部分和系统特性来计算或估计。改变的系统特性通过对系统响应的分析来检测并且可以适应。由此，可以实现对输出轴3的振动的始终最佳的消除。·在图3a和3b中以曲线图示出了根据一个实施例的可能的系统特性。图3a示出了预先设定的驾驶员期望转矩FWM的变化曲线以及造成的通过控制设备6对驱动马达2的触发。在所示的实施例中，驾驶员期望转矩FWM跳跃式地改变到最大值FWMmax。控制设备6由最大驾驶员期望转矩FWMmax借助用于驱动马达的运行的触发转矩的自发性因素来确定。触发转矩M1通常但并不一定小于最大驾驶员期望转矩FWMmax并且导致一种系统响应，该系统响应借助在图3b中所示的转速变化曲线来阐明。在图3b中示出了通过接入利用触发转矩进行触发而得出的转速的变化曲线，作为根据曲线Kl的转速变化曲线通过实线表示。可以看出的是，在区域BI中借助转速变化曲线可识别出在输出轴3上通过利用触发转矩进行触发而引起的振动的第一半波。在开始改变驾驶员期望转矩FWM的时刻以初始转速Iitl开始，对于转速信号的第一半波来说，转速η升高直至第一局部最大值的第一最大值nmax。紧接着，转速η又下降。由利用触发转矩进行触发而引起的激励相当于在输出轴3上的被消减的振动，该消减的振动导致以减小的幅度周期性地振动。这种消减通过驱动系统的系统特性来确定。该振动如前面所提及的那样是干扰性的，因为所述振动由于车辆的行驶性能中的震动而变得明显。为了实现尽可能地减小和/或消除驱动轴上的振动，现在除了利用触发转矩M1触发之外还利用补偿转矩M2施加补偿转矩触发到驱动马达2上，更确切地说时间偏移地实现了通过利用触发转矩进行触发而引起的振动的至少部分消除。优选地，在时刻Tk进行补偿转矩触发，也就是说将触发转矩的预先设定进一步提高了补偿转矩M2，在该时刻通过利用触发转矩M1进行触发而产生的振动的曲率具有其第一拐点。所述第一拐点的时刻Tk可以通过转速变化曲线的二阶导数以已知方式来确定。为此能够规定，控制设备6监控转速变化曲线，并且当所确定的转速信号的二阶导数为零时才进行补偿转矩触发。通过补偿转矩触发而引起的在输出轴3上的振动(曲线Κ2，虚线)与通过利用触发转矩进行触发而引起的振动叠加并且通过划点的转速变化曲线表示。合成的转速变化曲线(参见曲线Κ3，虚线)通过两个被消减的振动、也就是说通过利用触发转矩进行触发和通过接入附加的补偿转矩而引起的振动的叠加而得到。可以看到的是，在最有利的情况下，借助所描述的方法在第一半波之后可以消除输出轴3上的振动。为了完全消除，如此选择补偿转矩触发的补偿转矩的大小，从而使得由于补偿转矩触发而引起的振动的幅度相当于通过利用触发转矩进行触发而引起的振动的第二半波的第一局部最小值的第一最小值nminl的数额。触发转矩M1与补偿转矩触发的附加补偿转矩仏之比基本上通过在驱动系统的瞬间工作状态中的阻尼变化曲线来确定。所述转矩比在已知初始转速％和固有频率的情况下由初始幅度nmax和阻尼得出，所述阻尼通过根据e_Et的指数的变化曲线，按照半周期持续时间、也就是说在时刻Tk时的阻尼来确定。
权利要求
1.一种用于减小驱动马达(2)的输出轴(3)上的振动的方法，所述驱动马达提供驱动转矩，所述方法具有如下步骤 -根据触发转矩的时间变化曲线触发所述驱动马达(2)； -监控所述驱动马达(2)的运行参量，利用所述运行参量能够识别所述输出轴上的振动； -在识别所述输出轴(3)上的振动时，借助所监控的运行参量确定接入时刻(Tk)以利用附加的补偿转矩(M2)触发所述驱动马达(2)； -在所确定的接入时刻(Tk)利用附加的补偿转矩(M2)触发所述驱动马达(2)，设计所述附加的补偿转矩，以便减小或消除所述输出轴(3)上的振动的幅度。
2.根据权利要求I所述的方法，其中所述接入时刻(Tk)被确定为如下时刻所述时刻被在所述输出轴(3)上的振动的从第一半波到第二半波的过渡限定。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其中所述驱动马达(2)的运行参量相当于转速或者通过所述输出轴(3)提供的驱动转矩。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的方法，其中所述附加的补偿转矩(M2)具有一定数额，如此确定所述数额，从而使得在所述输出轴(3)上仅仅通过接入所述补偿转矩(M2)产生的振动的幅度基本上相当于在所述输出轴(3)上的振动的、在所述接入时刻(Tk)存在的幅度。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的方法，其具有另外的步骤 -提供了额定转矩改变的变化曲线的数据，所述数据说明了额定转矩的时间变化曲线，所述驱动转矩应当变化了所述额定转矩； -根据所述触发转矩的时间变化曲线触发所述驱动马达(2)，其中触发转矩的变化曲线的时间值分别相当于所述额定转矩改变的变化曲线的相应的时间值的一部分。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述触发转矩的变化曲线的梯度和所述附加的补偿转矩(M2)被修正。
7.根据权利要求5或6所述的方法，在利用所述附加的补偿转矩(M2)触发所述驱动马达(2)之后，根据另外的子转矩改变的预先设定的时间变化曲线触发所述驱动马达(2)，其中另外的子转矩改变的预先设定的时间变化曲线接近预先设定的额定转矩改变的变化曲线。
8.根据权利要求I至7中任一项所述的方法，其中所述触发转矩的时间变化曲线具有所述驱动转矩的正改变或者所述驱动转矩的负改变。
9.根据权利要求8所述的方法，其中另外的子转矩改变的预先设定的时间变化曲线的梯度的数额不超过在所述驱动转矩的正改变时预先设定的梯度阈值，和/或不超过在所述驱动转矩的负改变时预先设定的梯度阈值。
10.一种用于减小所述驱动马达(2)的输出轴(3)上的振动的装置，所述驱动马达提供驱动转矩，构造所述装置，以便 -根据触发转矩的时间变化曲线触发所述驱动马达； -监控所述驱动马达(2)的运行参量，利用所述运行参量能够识别所述输出轴(3)上的振动； -在识别所述输出轴(3)上的振动时，借助所监控的运行参量确定接入时刻(Tk)以利用附加的补偿转矩(M2)触发所述驱动马达(2 );并且 -在所确定的接入时刻(Tk)根据附加的补偿转矩(M2)触发所述驱动马达(2)，设计所述附加的补偿转矩，以便减小或消除所述输出轴(3)上的振动的幅度。
11.一种马达系统(1)，其包括 -驱动马达(2); -根据权利要求9所述的装置。
12.—种计算机程序，其包含程序代码，当在数据处理单元上执行所述程序代码时，实施根据权利要求I至9中任一项所述的方法。
全文摘要
本发明涉及一种用于减小驱动马达(2)的输出轴(3)上的振动的方法，所述驱动马达提供驱动转矩，所述方法具有如下步骤监控所述驱动马达(2)的运行参量，利用所述运行参量能够识别所述输出轴上的振动；在识别所述输出轴(3)上的振动时，借助所监控的运行参量确定接入时刻(Tk)以利用附加的补偿转矩(M2)触发所述驱动马达(2)；在所确定的接入时刻(Tk)利用附加的补偿转矩(M2)触发所述驱动马达(2)，设计所述附加的补偿转矩，以便减小或消除所述输出轴(3)上的振动的幅度。
文档编号B60W30/20GK102917936SQ201180028378
公开日2013年2月6日 申请日期2011年5月19日 优先权日2010年6月10日
发明者T.福尔, M.米歇尔斯, M.雷格 申请人:罗伯特·博世有限公司