用于电马达的编码器速度信号的抖动补偿的制作方法

专利名称：用于电马达的编码器速度信号的抖动补偿的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于测量电马达的旋转速度的类型的编码器速度信号的抖动补偿 (wobble compensation)。
背景技术：
电池电动车、增程式电动车和混合动力电动车都使用可充电高压电池作为电力源。一个或多个高压电马达在车辆运行期间交替地从电池获取功率以及提供功率至电池。 当仅使用来自电池的电力推动车辆时，动力传动系运行模式通常地指向仅电力(EV)模式。 取决于车辆设计，附加的运行模式可包括固定档位模式以及电可变传动系(EVT)模式，其中内燃机被用于产生至少一部分推动车辆所需的扭矩。在混合动力车辆控制架构内，速度编码器测量牵引马达的旋转速度，其表现为数字脉冲序列。然而，由于一些物理不规则性，编码器型号不代表真实的牵引马达的旋转速度。取代地，可变图案随着马达的每一次旋转而重复自身。该可变图案被称作角度抖动，且其可具有包括基本旋转周期的多个谐波的特征。

发明内容
因此，在此处提供一种车辆，其包括具有马达控制处理器(MCP)以及混合动力控制处理器(HCP)的控制系统。该控制系统被配置为通过如下所述地在校准后的取样周期上对输出进行平均来补偿高速度时(即，当抖动的频率内容比HCP的取样频率高得多的时候) 的角度抖动。这使得抖动补偿在HCP中进行，而不是在MCP中进行。在控制系统之外，车辆包括电牵引马达、变速器、和速度编码器。速度编码器测量牵引电力的旋转速度，并将该旋转速度作为编码器信号直接传输至HCP。该编码器信号是数字脉冲输出(即脉冲序列)，其频率取决于马达旋转速度。该控制系统被配置为使用一组输出信号控制牵引马达的运行。该控制系统经由HCP从速度编码器接收编码器信号。在阈值马达速度之下时，HCP 自适应地“学习”编码器信号的特定抖动特征。控制系统经由HCP使用学到的抖动特征计算抖动补偿后的速度值，且将抖动补偿后的速度值用作输入信号的至少一部分，以控制牵引马达的运行。当结合附图时，本发明的上述特征和优势以及其他特征和优势从下文中用于实施本发明的最佳模式的详尽描述中是轻易地明显的。


图I是具有控制系统的车辆的示意图，所述控制系统被配置为用于补偿速度编码器信号中的角度抖动；图2是图I中示出的车辆的控制系统的逻辑流程图；和图3是描述用于补偿图I中示出的车辆上载有的速度编码器信号中的角度抖动的方法的流程图。
具体实施例方式参见附图，其中相同的附图标记在若干幅附图中对应相同或相似的构件，图I示出了具有变速器14的车辆10。车辆可被配置为能够在仅电力(EV)模式中使用牵引马达 16推动的电池电力电动车或混合动力电动车。尽管出于简明的目的在图I中示出了一个牵引马达16，本领域技术人员将理解其他车辆实施例可包括附加的马达，例如，直接连接至变速器14的输出的马达。车辆10包括具有混合动力控制处理器(HCP) 20以及马达控制处理器(MCP) 30的控制系统50。如本领域技术人员所理解的，诸如HCP20的HCP基于当前的混合动力运行策略协调(coordinate)至变速器14的输入。输入可包括内燃机12和一个或多个马达16, 或仅一个或多个马达。诸如MCP30的MCP通常被提供用来控制被用作车辆动力传动系的一部分的每一个马达，其中MCP相对于HCP20在整体控制等级中要低。换句话说，MCP经由来自HCP20的信号命令而运行，其中HCP提供高层次的控制功能以及多个车辆控制模块(未示出)的协调，所述车辆控制模块诸如电池控制模块、发动机控制模块等。在控制系统50内，来自速度编码器26的编码器信号(箭头13)被以数字脉冲序列的形式传输进入HCP20，且由其直接读取。HCP20随后执行如下参照图3所述的算法100， 以自动地补偿编码器信号中的角度抖动(箭头13)，其中HCP最终经由一组输入信号控制牵引马达16(箭头11)。控制系统50的非暂时性/有形存储器可被用于存储算法100，其被控制系统的相关联的硬件以及软件构件按照所需地自动执行。控制系统50可被实现为服务器或主机，即，一个或多个数字计算机或数据处理设备，其中每一个都包括一个或多个微处理器或中央处理器单元(CPU)、只读存储器(ROM)、 随机存取存储器(RAM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、高速时钟、模数(A/D)电路、数模(D/A)电路、以及任何需要的输入/输出(I/O)电路和设备，和信号调制以及缓冲电子元件。尽管出于简明和清楚的目的在图I中示出为单个设备，控制系统50的各个元件可如优化地控制牵引马达16所需地分布在众多不同的硬件和软件构件上。在典型的控制系统中，马达速度在MCP层次被测量和过滤。马达速度值随后被传输至HCP。通过这样的方法，需要MCP内的马达速度值的过滤来避免信号混淆。但是，以传统方式在MCP中过滤马达速度值可能引入相位滞后。此外，MCP和HCP之间的串联信号传输可引入由于两个处理器之间的通信的同步所造成的时延。这继而可造成在HCP内发生的不准确的速度微分信号计算，并由此提供低于最佳的车辆传动系统性能。因此，和经由MCP30读取以及过滤编码器信号(箭头13)相关，控制系统50经由 HCP20处理编码器信号(箭头13)，以降低牵引马达16改变速度的时刻和该速度改变为HCP 计算可用的时刻之间的时延。由于HCP20内的直接速度计算产生计算周期上的平均速度， 通常不需要HCP内的附加的过滤。图I中示出的车辆10可包括高压电池能量存储系统(ESS) 22，S卩，多电芯可充电电池。功率逆变模块(PM) 18可被经由高压AC总线19电连接在ESS22和牵引马达16之间， 且被用于将来自马达的AC功率转换成用于在ESS内存储的DC功率，或相反。高压DC总线 23可被电连接在PM18和ESS22之间。DC-DC功率逆变器(未示出)也可被按照需求地使用，以将DC功率水平增加或降低至适于为各种DC驱动车辆系统所用的水平。在一些车辆设计中，发动机12可被用于经由发动机输出轴21选择性地产生发动机扭矩。可将来自发动机输出轴21的扭矩直接用于驱动变速器输入部件17，并由此例如在混合动力电动车设计中推动车辆10，或在增程式电动车设计中驱动发马达(未示出)。输出离合器和避震器组件15可被用于选择性地将发动机12连接至变速器14，或从其脱开。 输出扭矩最终被经由变速器14的输出轴34从牵引马达16和/或发动机12传输至一组驱动轮32。牵引马达16可为多相永磁/AC感应马达，其规格取决于车辆设计为从约60伏特至约300伏特或更多。因此，此处使用的术语“高压”是相对于在车辆10上使用的各个12 伏特辅助系统。当马达主动地作为发马达运行时(例如通过在可再生制动事件中获取能量)，ESS22可使用来自牵引马达16的扭矩被选择性地充电。在一些实施例中，诸如插入式混合动力车中，ESS22可在车辆10未运行的任何时候经由离车电源被充电。参见图2，其示出了图I中的控制系统50的基本逻辑流程。速度编码器26首先测量或模拟牵引马达16的旋转速度，并随后将速度以数字脉冲序列的形式作为模拟出的编码器信号传输(箭头13)。虚拟开关42可被致动或运转，以提供数字脉冲序列的校准后的样本周期。一旦该校准后的周期届满，编码器信号(箭头13)的一部分的脉冲计数(时间戳)被经由控制系统50自动地记录，且时间戳随后被作为印有时间戳的信号(箭头113) 传输至处理模块44。在牵引马达16的所有速度上，处理模块44处理印有时间戳的信号(箭头113)且将原始速度值(箭头45)和角度位置值(箭头47)作为控制信号输出。仅在低的马达速度上，即，在低于校准后的阈值的速度上，处理模块44还将角度抖动值(箭头49)作为另一个控制信号输出。在这些值中，角度位置值(箭头47)被直接记录在查找表(LUT) 52中，该表列出了和当前测量出的角度位置相关的已知的抖动值(learned wobble value)(箭头53)。 更新后的抖动值(箭头62)也被记录在LUT52中，其被确定为和已知的抖动值(箭头53) 相关的误差值。关于LUT52，该表被控制系统50在算法100的执行中自动地引用，以从LUT选择此前记录的已知的抖动值(箭头53)。已知的抖动值(箭头53)随后被馈送回处理节点48，在那里其被从当前角度抖动值(箭头49)中减去。来自节点48的误差调整后的抖动值随后在块60处被乘以校准后的增益，其中更新后的抖动值(箭头62)被从块60馈送至LUT52。 通过这样的方式，控制系统50持续地或周期地通过学习以及响应由编码器信号(图I中的箭头13)所提供的抖动特征来更新LUT52。来自处理模块44的原始速度值(箭头45)被馈送进入处理节点46，在其中其和从LUT52获取的已知的抖动值(箭头53)结合。节点46的输出在此处被称作抖动补偿后的速度值(箭头54)。当控制在图I中示出的牵引马达16的运行时，传输该值的信号被用作输入信号(箭头11)的至少一部分(参见图I)。参见图3，算法100被示出为一个可能的实施例。由步骤102开始，且参照图I和图2中分别示出的结构和逻辑流程，速度编码器26被用来模拟牵引马达16的旋转速度。步骤102可承担产生如上提及的脉冲序列、致动图2中的虚拟开关42以提供校准后的取样周期、读取所产生的描述最近的编码器脉冲序列的时间戳、并自动计数自此前的读数起的脉冲的数量。步骤102还可包括从此前的读数中减去时间戳，以确定增量时间值，并随后将脉冲计数除以该增量时间值。马达16的每次旋转的脉冲数目继而被用于将该结果转换成每分钟转数(RPM)。这样做相当于将来自速度编码器的每一个脉冲序列的即时速度在校准后的测量时间周期上求均值。步骤102也可包括确定和初始位置或零位置相关的牵引马达16的角度位置。牵引马达16的位置可被作为脉冲计数的数目的函数来确定。在初始时，计数位置可被初始化为值I。在每一次随后的编码器速度测量中，从此前的测量起的脉冲计数可被增加至此前的计数位置，以确定当前的计数位置。当当前计数位置等于或超过每转中的脉冲数目时，可通过从当前计数位置中减去每转的脉冲数目而将该当前位置“包裹(wrapped)”起来。当所有前述步骤完成后，算法100继续至步骤104。在步骤104，控制系统50自动地确定是否存在允许算法100的自适应“抖动学习” 功能的条件。这样的条件可包括落在阈值范围内的牵引马达16的RPM速度、位于相应的阈值之下的改变的RPM速率、在最大阈值之下的马达扭矩大小等。如果允许的话，算法100继续至步骤106，否则算法重复步骤102。在步骤106，控制系统50确定图I中的牵引马达16的真实速度。步骤106可包括通过将每转的时间除以每此取样的时间来确定每转的测量次数(L)，并将其向下取整。步骤106随后包括确定时刻(k-L)以及时刻(k-L-Ι)处的速度和位置，其中变量(k)是当前样本。在一个可能的实施例中，可经由从相应的速度和位置缓存中读取来确定速度和位置值。也可例如通过在时刻(k-L)以及(k-L-Ι)处的速度和位置之间插值来为此前的一次旋转确定速度和位置。随后，此前的一次旋转的时间戳被控制系统50确定。此也可通过在时刻(k-L)以及(k-L-Ι)处的时间戳和位置之间插值当前位置的时间戳来实现。步骤106也可包括通过从当前速度中减去此前的一次旋转中的速度来确定每转中的速度改变。可通过从当前时间戳中减去此前的旋转的时间戳、将该结果除成每转的脉冲计数、并随后将该值转换成RPM来计算此前的旋转上的平均速度。随后可通过将每转的速度改变的50%添加至此前的旋转上的平均速度来确定真实速度。算法100随后可继续至步骤108。在步骤108，控制系统50确定误差调整后的抖动值(图2中的箭头149)。这可通过从当前速度测量值中减去当前的真实速度、以及通过除以此前的旋转上的平均速度以及和乘以基本速度来标准化抖动速度至基本速度来实现。误差调整后的抖动值(箭头149) 可随后被如上参照图2所阐明的使用，结合LUT52，来确定LUT所需的调整。因此，控制系统 50通过基于任何学习到的抖动特征的插值来自动更新LUT52。算法100可因此被执行，以学习且补偿从图I中示出的速度编码器传输出的模拟或编码的速度测量值中的角度抖动(即，循环变动)，例如由所述编码器的物理速度传感硬件的瑕疵所造成的任何变动。该方法允许相对清洁的速度测量，而不具有由过滤造成的相位滞后。抖动造成的误差可取决于实施例被峰值至峰值从约400RPM降低至小于4RPM。再次参见图2，为了自动补偿角度抖动，已知的抖动值(箭头53)可通过点之间的插值而被重放，且随后从由速度编码器26提供的原始速度值(箭头45)中减去，以获得抖动补偿后的速度值(箭头54)。在较高的马达速度上，抖动频率内容高于HCP20的取样频率(参见图I)。已知的抖动值(箭头53)因此被以相应于来自速度编码器26的速度测量值的速率取样。包围入的点可在被从原始速度值(箭头45)减去之前被平均，以获得抖动补偿后的速度值(箭头54)。为了恰当的抖动补偿，相同的速度测量过程被施加在已知的抖动信号重放上。 尽管已经对用于实施本发明的最佳模式进行了详尽的描述，对本发明所涉及的领域熟悉的技术人员将辨识出在所附的权利要求内用于实施本发明的各种可替换设计和实施例。
权利要求
1.一种车辆,其包括电牵引马达；变速器，其被牵引马达选择性地驱动，以在电力车(EV)运行模式中驱动所述车辆； 速度编码器，其被配置为测量所述牵引马达的旋转速度，并将该旋转速度作为编码器信号传输；和控制系统，其被配置为补偿编码器信号中的角度抖动，所述控制系统包括混合动力控制处理器(HCP)以及马达控制处理器(MCP)，所述混合动力控制处理器协调至变速器的输入速度，所述马达控制处理器使用一组输入信号控制所述牵引马达的运行，其中所述控制系统还被配置为经由HCP从所述速度编码器直接接收编码器信号；确定位于阈值马达速度之下的编码器信号的一组抖动特征；经由所述HCP使用所述抖动特征计算抖动补偿后的速度值；和当控制所述马达时，将抖动补偿后的速度值用作所述输入信号的至少一部分。
2.如权利要求I所述的车辆，其中所述控制系统具有脉冲计数时间戳，且输出原始速度值、角度位置值、以及当前的角度抖动值。
3.如权利要求2所述的车辆，其中所述控制系统包括查找表(LUT)，其列出了和当前角度位置值相关的已知的抖动值，并从当前角度抖动值中减去已知的抖动值，以产生误差调整后的抖动值，且其中所述已知的抖动值被以相应于来自所述速度编码器的编码器信号的速率取样。
4.如权利要求3所述的车辆，其中误差调整后的抖动值经由所述HCP被乘以经校准的增益常数、且被和所述角度位置值一起馈送进入所述LUT，以更新该LUT。
5.一种用于补偿编码器信号中的角度抖动的方法，该编码器信号来自具有控制系统的车辆上的速度编码器，其中所述车辆包括由电牵引马达选择性驱动的变速器，所述方法包括使用所述速度编码器以测量所述牵引马达的旋转速度，且将所述旋转速度作为编码器信号直接传输至所述控制系统的混合动力控制处理器(HCP)；经由HCP从所述速度编码器直接接收所述编码器信号；确定位于所述牵引马达的阈值马达速度之下的编码器信号的一组抖动特征；经由所述HCP使用所述抖动特征计算抖动补偿后的速度值；和将所述抖动补偿后的速度值用作一组输入信号的至少一部分，以由此控制该牵引马达。
6.如权利要求5所述的方法，还包括使用虚拟开关在校准后的取样周期上产生所述编码器信号的脉冲计数时间戳。
7.如权利要求6所述的方法，还包括经由所述控制系统处理所述脉冲计数时间戳，以由此产生原始速度值、角度位置值、以及当前角度抖动值。
8.如权利要求6所述的方法，还包括经由所述控制系统查阅查找表(LUT)，其中该LUT列出了已知的抖动值和所述角度位置值。
9.如权利要求8所述的方法，还包括经由所述HCP从所述当前角度抖动值中减去已知的抖动值，以由此产生调整后的抖动值；将所述调整后的抖动值乘以经校准的增益常数，以产生更新后的抖动值；和将所述更新后的抖动值以及角度位置值记录在所述LUT中。
10.如权利要求8所述的方法，还包括将所述原始速度值和来自所述LUT的已知的抖动值结合，以由此产生抖动补偿后的速度值。
全文摘要
一种车辆，其包括牵引马达、变速器、所述马达的速度编码器、和控制系统。所述控制系统补偿编码器信号中的角度抖动。所述控制系统经由混合动力处理器(HCP)从所述速度编码器接收所述编码器信号，并确定位于阈值马达速度之下的编码器信号的一组抖动特征。该控制系统经由所述HCP使用所述抖动特征计算抖动补偿后的速度值，且在控制所述马达时将抖动补偿后的速度值用作输入信号的至少一部分。查找表列出了和角度位置值相关的已知的抖动值，且从当前角度抖动值中减去已知抖动值，以产生误差调整后的抖动值。一种方法，其使用上述控制系统控制编码器信号中的抖动。
文档编号B60L15/08GK102582466SQ20121000764
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月11日 优先权日2011年1月11日
发明者R.L.莫里斯 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司