УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ВРАЩАЮЩИХСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
CONTROL DEVICE FOR ROTATING ELECTRIC MACHINES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[01] Настоящее изобретение относится к устройствам управления для вращающейся электрической машины, которая снабжает энергией приводное колесо транспортного средства через приводную систему с функцией управления коэффициентом передачи.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[02] Такое устройство управления известно из патентного документа 1, описываемого ниже; устройство управления снижает вибрации цепи привода. В частности, устройство управления, которое устанавливают в транспортном средстве, извлекает резонансную частотную составляющую цепи привода транспортного средства на основании измеренных значений электрического угла двигателя в виде вращающейся электрической машины. Затем на основании извлеченной резонансной частотной составляющей устройство управления вычисляет компенсирующий крутящий момент, чтобы уменьшить резонансную частотную составляющую. Устройство управления корректирует целевой крутящий момент двигателя с использованием компенсирующего крутящего момента и выполняет управление возбуждением двигателя в соответствии со скорректированным целевым крутящим моментом, и тем самым снижает вибрации цепи привода.
Перечень ссылок
Патентный документ
[03] Патентный документ 1: публикация №2013-90434 патентной заявки Японии.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая проблема
[04] Предположим, что упомянутое выше устройство управления применяется в транспортном средстве, снабженном цепью привода, включающей в себя трансмиссию, которая включает в себя первый вал, связанный с выходным валом двигателя, и второй вал, связанный с ведущими колесами транспортного средства. В таком транспортном средстве изменение коэффициента передачи трансмиссии может вызывать изменение измеряемых значений электрического угла двигателя, приводящее к образованию составляющих вибрации, и эта вибрация имеет такую же частоту, как и резонансная частотная составляющая двигателя, содержащаяся в измеряемых значениях электрического угла.
Эта ситуация может приводить к компенсирующему крутящему моменту, который вычисляется устройством управления, для исключения вибраций цепи привода, чрезмерно большому несмотря на фактические небольшие вибрации цепи привода. Это может повлечь за собой ударное воздействие на транспортное средство, обусловленное чрезмерно повышенным выходным крутящим моментом, хотя устройство управления выполняет регулирование вибрации.
[05] Основная задача настоящего изобретения заключается в создании устройств управления для вращающихся электрических машин; каждое из устройств управления способно предотвращать чрезмерное повышение компенсирующего крутящего момента, предназначенного для снижения вибраций, получаемых от цепи привода.
Средство решения проблемы
[06] Ниже описывается средство для решения проблемы, режимы работы и эффекты, получаемые от средства.
[07] Одним аспектом настоящего изобретения является устройство управления для вращающейся электрической машины, применимое для транспортного средства. Транспортное средство снабжено цепью привода, которая включает в себя трансмиссию для передачи выходной энергии, получаемой от вращения вращающегося звена вращающейся электрической машины, к ведущему колесу в соответствии с изменяемым коэффициентом передачи. Устройство управления включает в себя экстрактор, который извлекает на основании частоты вращения вращающегося звена составляющую вибрации, включенную в частоту вращения вращающегося звена. Составляющая вибрации основана на вибрациях цепи привода. Устройство управления включает в себя вычислитель компенсирующего крутящего момента, который вычисляет в соответствии с составляющей вибрации, извлеченной экстрактором, компенсирующий крутящий момент для нейтрализаций вибраций цепи привода. Устройство управления включает в себя контроллер, который выполняет регулирование возбуждения вращающейся электрической машины в соответствии с компенсирующим крутящим моментом. Устройство управления включает в себя подавитель, который выполняет подавление, чтобы исключить изменение частоты вращения вращающегося звена вследствие изменения коэффициента передачи.
[08] Вибрации цепи привода приводят к включению в частоту вращения вращающегося звена составляющей вибрации, обусловленной вибрациями цепи привода. Согласно одному аспекту настоящего изобретения осуществляются извлечение составляющей вибрации на основании частоты вращения вращающегося звена и вычисление в соответствии с извлеченной составляющей вибрации компенсирующего крутящего момента для компенсации вибраций цепи привода. Согласно одному аспекту настоящего изобретения выполняется подавление для исключения изменения частоты вращения вращающегося элемента вследствие изменения коэффициента передачи. Даже если фактическая частота вращения вращающегося звена изменяется вследствие изменения коэффициента передачи, при этом подавлении исключается изменение частоты вращения вращающегося звена, используемой при извлечении составляющей вибрации, вследствие изменения коэффициента передачи. Следовательно, при этом подавлении снижаются составляющие вибрации; эти составляющие вибрации содержатся в частоте вращения вращающегося звена, а вибрация происходит на частотах, идентичных частотам составляющих вибрации, обусловленных вибрациями цепи привода. Следовательно, этим исключается чрезмерное повышение компенсирующего крутящего момента вследствие изменения коэффициента передачи, в результате чего предотвращается возникновение крутильного удара.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[09] На чертежах:
фиг. 1 - схематичное представление, иллюстрирующее общую структуру системы управления, включающей вращающуюся электрическую машину, согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг. 2 - структурная схема, иллюстрирующая пример структуры второго электронного блока управления, показанного на фиг. 1;
фиг. 3 - блок-схема последовательности действий, схематично иллюстрирующая пример программы выполнения задачи понижения изменения частоты вращения согласно первому варианту осуществления;
фиг. 4 - график, иллюстрирующий изменение во времени фактического коэффициента передачи, изменение во времени частоты вращения двигателя и изменение во времени фактического выходного крутящего момента согласно первому варианту осуществления;
фиг. 5 - блок-схема последовательности действия, схематично иллюстрирующая пример программы выполнения задачи понижения изменения частоты вращения согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг. 6А - график, схематично иллюстрирующий изменение во времени частоты вращения двигателя, к которой не применялось выполнение задачи понижения изменения частоты вращения согласно второму варианту осуществления; и
фиг. 6В - график, схематично иллюстрирующий изменение во времени обработанного сигнала частоты вращения, к которой применялось выполнение задачи понижения изменения частоты вращения согласно второму варианту осуществления.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Первый вариант осуществления
[10] Ниже описывается первый вариант осуществления, в котором устройство управления согласно настоящему изобретению применено в транспортном средстве, снабженном единственной вращающейся электрической машиной, которая служит исключительно в качестве основного двигателя транспортного средства.
[11] Обратимся к фиг. 1, где транспортное средство V включает в себя двигатель-генератор (MG) 10, инвертор 12, аккумулятор 14, бесступенчато регулируемую трансмиссию 16, приводной вал 18 и ведущее колесо 20. Кроме того, транспортное средство V включает в себя первый электронный блок 22 управления (ECU), второй электронный блок 24 управления и третий электронный блок 26 управления.
[12] Двигатель-генератор 10 работает как двигатель, выполняющий функцию источника приведения в движение транспортного средства V, так и как генератор энергии. В первом варианте осуществления используется многофазная вращающаяся электрическая машина, такая как трехфазная вращающаяся электрическая машина, включающая трехфазную обмотку ((U-, V- и W-фазные обмотки). В частности, в первом варианте осуществления в качестве двигателя-генератора 10 используется, например, трехфазный синхронный двигатель.
[13] Трехфазный инвертор с регулируемым напряжением используется в качестве инвертора 12, если трехфазная вращающаяся электрическая машина используется в качестве двигателя-генератора 10. Инвертор 12 преобразует выходное напряжение постоянного тока (DC) аккумулятора 14 в напряжение переменного тока (AC) и прикладывает напряжение переменного тока к двигателю-генератору 10. Это приложение напряжения приводит к работе двигателя-генератора 10 в качестве двигателя. С другой стороны, при приеме энергии привода, передаваемой со стороны приводного вала 18, двигатель-генератор 10 работает как генератор энергии в соответствии с энергией привода.
[14] Двигатель-генератор 10 включает в себя ротор 10r, с которым связан выходной вал 10а, называемый выходным валом 10а двигателя. Входной вал 16а бесступенчато регулируемой трансмиссии 16, который соответствует первому валу, связан с выходным валом 10а двигателя. Бесступенчато регулируемая трансмиссия 16 способна непрерывно изменять отношение частоты вращения входного вала 16а к частоте вращения выходного вала 16b, который соответствует второму валу, при поддержании состояния передачи энергии между входным валом 16а и выходным валом 16b.
[15] Ведущие колеса 20 связаны с выходным валом 16b через приводной вал 18. Выходной вал 10а двигателя согласно первому варианту осуществления выполнен с возможностью вращения с такой же частотой вращения, как частота вращения входного вала 16а. Отметим, что в первом варианте осуществления гидравлическая бесступенчато регулируемая трансмиссия используется в качестве бесступенчато регулируемой трансмиссии 16. То есть бесступенчато регулируемая трансмиссия 16 включает в себя гидравлическую схему 16с управления приводом, которая регулирует коэффициент передачи при использовании гидравлического давления. Отметим, что цепь привода согласно первому варианту осуществления включает в себя выходной вал 10а двигателя, бесступенчато регулируемую трансмиссию 16 и приводной вал 18. Каждый из выходного вала 10а двигателя, входного и выходного валов 16а и 16b бесступенчато регулируемой трансмиссии 16, и приводного вала 18 соответствует, например, примеру вращающегося звена, которое вращается, когда вращается двигатель-генератор 10.
[16] Транспортное средство V включает в себя первый датчик 28 частоты вращения, второй датчик 30 частоты вращения и третий датчик 32 частоты вращения. Первый датчик 28 частоты вращения соответствует примеру детектора скорости и третий датчик 32 частоты вращения соответствует примеру детектора, находящегося ниже по ходу. Первый датчик 28 частоты вращения измеряет частоту вращения, которая будет называться частотой вращения двигателя, выходного вала 10а двигателя, то есть ротора 10r. Второй датчик 30 частоты вращения измеряет частоту вращения, которая будет называться частотой вращения на входе входного вала 16а. Третий датчик 32 частоты вращения измеряет частоту вращения, которая будет называться частотой вращения на выходе выходного вала 16b. В первом варианте осуществления измеряемые значения с первого датчика 28 частоты вращения вводятся во второй электронный блок 24 управления, а значения частоты вращения с соответствующих второго и третьего датчиков 30 и 32 частоты вращения вводятся в третий электронный блок 26 управления. Отметим, что первому варианту осуществления может быть придана такая конфигурация, в соответствии с которой датчик для измерения электрического угла поворота или электрической угловой скорости ротора 10r двигателя-генератора 10 может быть установлен в транспортном средстве V. В то же время, например, второй электронный блок 24 управления может вычислять частоту вращения двигателя по электрическому углу поворота или электрической угловой скорости ротора 10r, измеренной датчиком.
[17] Кроме того, транспортное средство V включает в себя датчик 34 тока. Датчик 34 тока измеряет токи, протекающие по соответствующим по меньшей мере двум фазным обмоткам. Например, датчик 34 тока согласно первому варианту осуществления измеряет V- и W-фазные токи, протекающие по соответствующим V- и W-фазным обмоткам, и передает измеряемые V- и W-фазные токи к второму электронному блоку 24 управления.
[18] Каждый из первого, второго и третьего электронных блоков 22, 24 и 26 управления сконфигурирован как микрокомпьютер, включающий центральный процессор (CPU), постоянное запоминающее устройство (ROM), оперативное запоминающее устройство (RAM), устройство ввода-вывода (I/O) и т.д., и содержит различные программы, сохраняемые, например, в постоянном запоминающем устройстве. Первый, второй и третий электронные блоки 22, 24 и 26 управления выполнены с возможностью обмена информацией друг с другом.
[19] Первый электронный блок 22 управления представляет собой блок управления более высокого порядка, чем каждый из второго и третьего электронных блоков 24 и 26 управления. То есть в ходе обращения к требованиям пользователя транспортного средства первый электронный блок 22 управления представляет собой устройство управления более высокого уровня по сравнению с вторым и третьим электронными блоками 24 и 26 управления. Первый электронный блок 22 управления осуществляет общее управление транспортным средством V. Первый электронный блок 22 управления вычисляет целевой крутящий момент Trq* для двигателя-генератора 10 на основании сигналов обнаружения, показывающих, например, действие пользователя, то есть степень нажатия на педаль акселератора, и выводит целевой крутящий момент Trq* на второй электронный блок 24 управления.
[20] Второй электронный блок 24 управления выполняет функцию блока управления, чтобы управлять двигателем-генератором 10 в качестве объекта управления. Во второй электронный блок 24 управления целевой крутящий момент Trq* вводится с первого электронного блока 22 управления, а значения, измеряемые вторым и третьим датчиками 30 и 32 частоты вращения, вводятся с третьего электронного блока 26 управления. Второй электронный блок 24 управления выполняет двухпозиционное управление переключающими элементами, соединенными, например, по мостовой схеме, инвертора 12, преобразующего выходное напряжение постоянного тока аккумулятора 14 в регулируемое трехфазное напряжение переменного тока. Далее второй электронный блок 24 управления осуществляет подачу трехфазного напряжения переменного тока на соответствующую трехфазную обмотку, то есть на U-, V- и W-фазные обмотки, двигателя-генератора 10. Он управляет крутящим моментом двигателя-генератора 10, который вызывает вращение ротора 10r, для достижения целевого крутящего момента Trq*.
[21] Третий электронный блок 26 управления выполняет функцию устройства управления, чтобы управлять бесступенчато регулируемой трансмиссией 16 в качестве объекта управления. В третий электронный блок 26 управления целевой коэффициент R* передачи вводится с первого электронного блока 22 управления. Третий электронный блок 26 управления осуществляет управление гидравлической схемой 16с управления приводом бесступенчато регулируемой трансмиссии 16, тем самым регулируя коэффициент передачи бесступенчато регулируемой трансмиссии 16 для приведения в соответствие с целевым коэффициентом R* передачи.
[22] Вслед за этим ниже с обращением к структурной схеме из фиг. 2 описывается пример структуры второго электронного блока 24 управления, предназначенного для осуществления управления крутящим моментом двигателя-генератора 10 на основании целевого крутящего момента Trq*.
[23] Как показано на фиг. 2, второй электронный блок 24 управления включает в себя редуктор 24а передачи, процессор 24b с фильтром, преобразователь 24с крутящего момента, корректор 24d и контроллер 24е привода.
Эти элементы с 24а по 24е могут быть реализованы как элементы аппаратного обеспечения, элементы программного обеспечения и/или гибридные элементы аппаратного/программного обеспечения.
[24] Редуктор 24а передачи, который служит примером подавителя, принимает частоту Nm вращения двигателя, частоту Nin вращения на входе и частоту Nout вращения на выходе, измеряемые соответствующими первым, вторым и третьим датчиками 28, 30 и 32 частоты вращения. Далее редуктор 24а передачи в соответствии с частотой Nm вращения двигателя, частотой Nin вращения на входе и частотой Nout вращения на выходе выполняет задачу понижения передачи частоты вращения. Задача понижения передачи частоты вращения будет описана подробно позднее.
[25] Процессор 24b с фильтром, который служит примером экстрактора, включает в себя, например, полосовой фильтр (BPF). Полосовой фильтр имеет заданную полосу пропускания, включающую резонансную частоту frez цепи привода. Например, в заданной полосе пропускания имеется резонансная частота frez в качестве центральной частоты.
Процессор 24b с фильтром принимает сигнал, по которому должна выполняться задача понижения передачи частоты вращения, выводимый с редуктора 24а передачи; сигнал характеризует частоту Nm вращения двигателя и в дальнейшем будет называться обработанным сигналом X частоты вращения. После этого процессор 24b с фильтром извлекает составляющие вибрации, которые содержатся в обработанном сигнале X частоты вращения, из обработанного сигнала X частоты вращения в виде частотных сигналов Y; каждый из частотных сигналов Y характеризуется как частотный сигнал во временной области.
Эти составляющие Y вибрации содержатся в по меньшей мере одной из частоты Nout вращения на выходе, частоты Nin вращения на входе и частоты Nm вращения двигателя в связи с резонансом цепи привода, то есть резонансом цепи привода в зависимости от изменения частоты Nm вращения двигателя. Резонанс цепи привода может быть представлен известной моделью крутильной вибрации, более конкретно, известной моделью крутильной вибрации цепи привода для первой гармоники.
[26] В частности, модель крутильной вибрации цепи привода состоит из модели, включающей момент инерции двигателя-генератора 10 и эквивалентный массовый момент инерции транспортного средства, связанные друг с другом посредством пружины кручения. Например, согласно первому варианту осуществления моделированием установлено, что составляющие Y вибрации включают в себя синусоидально флуктуирующую составляющую, которая флуктуирует с частотой в диапазоне от 2 до 10 Гц включительно; центр диапазона соответствует резонансной частоте frez цепи привода. Отметим, что процессор 24b с фильтром согласно первому варианту осуществления выполняет, например, процесс цифровой фильтрации для извлечения составляющих Y вибрации.
[27] Преобразователь 24с крутящего момента, который соответствует примеру вычислителя компенсирующего крутящего момента, вычисляет в соответствии с составляющими Y вибрации, то есть частотными сигналами, извлекаемыми процессором 24b с фильтром, сигналы Tadd компенсирующего крутящего момента для противодействия резонансу цепи привода. Например, преобразователь 24с крутящего момента согласно первому варианту осуществления умножает составляющие Y вибрации, то есть частотные сигналы, на множитель K, чтобы тем самым вычислить сигналы Tadd компенсирующего крутящего момента.
[28] Корректор 24d вычитает сигналы Tadd компенсирующего крутящего момента из целевого крутящего момента Trq*, чтобы скорректировать целевой крутящий момент Trq* и тем самым получить конечный целевой крутящий момент Trqf*, который выражается следующим уравнением Trqf*=Trq*-Tadd. Согласно первому варианту осуществления, если целевой крутящий момент Trq* является положительным, за режим управления инвертором 12 с помощью второго электронного блока 24 управления принимается первый режим управления, обуславливающий выполнение двигателем-генератором 10 функции двигателя. В противоположность этому, если целевой крутящий момент Trq* является отрицательным, за режим управления инвертором 12 с помощью второго электронного блока 24 управления принимается второй режим управления, обуславливающий выполнение двигателем-генератором 10 функции генератора.
[29] Контроллер 24е привода, который служит примером контроллера, осуществляет двухпозиционное управление переключающими элементами инвертора 12 в соответствии с конечным целевым крутящим моментом Trqf* для преобразования выходного напряжения постоянного тока аккумулятора 14 в регулируемое трехфазное напряжение переменного тока, и поэтому регулируемое трехфазное напряжение переменного тока подается на соответствующую трехфазную обмотку двигателя-генератора 10. Это приводит к доведению крутящего момента двигателя-генератора 10 до конечного целевого крутящего момента Trqf*. Контроллер 24е привода может осуществлять известное токовое векторное управление в качестве примера двухпозиционного управления переключающими элементами инвертора 12.
[30] Например, при токовом векторном управлении выполняется вычисление по измеряемым V- и W-фазным токам остающегося фазного тока, то есть U-фазного тока. Кроме того, при токовом векторном управлении выполняется преобразование трехфазного тока (U-, V- и W-фазных токов) в значение тока по первой оси и значение тока по второй оси; при этом первая и вторая оси определяют вращающуюся прямоугольную систему координат, привязанную к ротору 10r. Вращающаяся прямоугольная система координат вращается, когда ротор 10r вращается.
В дополнение к этому при токовом векторном управлении осуществляется получение первого отклонения между значением тока по первой оси, то есть значением измеряемого тока по первой оси, и командным током по первой оси и второго отклонения между значением тока по второй оси, то есть значением измеряемого тока по второй оси, и командным током по второй оси. Затем при токовом векторном регулировании осуществляется получение трехфазного командного напряжения переменного тока, которое должно приводить к нулю первое и второе отклонения. При токовом векторном управлении осуществляется двухпозиционное управление работой переключающих элементов инвертора 12 в соответствии с получаемым трехфазным командным напряжением, и это приводит к доведению крутящего момента двигателя-генератора 10 до конечного целевого крутящего момента Trqf*.
[31] В частности, элементы с 24а по 24е второго электронного блока 24 управления образуют систему управления с обратной связью транспортного средства, которая выполняет управление с обратной связью крутящим моментом двигателя-генератора 10, например, в каждый заданный период Tecu.
[32] В частности, система 24а-24е управления с обратной связью транспортного средства выполняет управление с обратной связью крутящего момента двигателя-генератора 10 таким образом, что составляющие Y вибрации, то есть частотные сигналы, измеряются элементами 24а и 24b. Преобразователь 24с крутящего момента умножает измеренные составляющие Y вибрации, то есть частотные сигналы, на множитель K, выражающий коэффициент усиления в цепи обратной связи, чтобы тем самым вычислить сигналы Tadd компенсирующего крутящего момента. Целевой крутящий момент Trq* корректируется по вычисленным сигналам Tadd компенсирующего крутящего момента. В соответствии со скорректированным целевым крутящим моментом, то есть конечным целевым крутящим моментом Trqf*, осуществляется управление с обратной связью, и этим фактический крутящий момент двигателя-генератора 10 приводится в соответствие с конечным целевым крутящим моментом Trqf*.
[33] Отметим, что вычисление сигналов Tadd компенсирующего крутящего момента основано, например, на том, что цепь привода транспортного средства V сконфигурирована так, что разность фаз между частотой Nm вращения двигателя, которая определяется структурой цепи привода, и конечным целевым крутящим моментом равна нулю или должна быть равна нулю. То есть при умножении на множитель K составляющих Y вибрации, то есть частотных сигналов, для коррекции посредством этого амплитуд составляющих Y вибрации, вычисляются сигналы Tadd компенсирующего крутящего момента.
[34] Если имеется разность фаз между частотой Nm вращения двигателя и конечным целевым крутящим моментом, то, например, контроллер 24е привода может корректировать фазы сигналов Tadd компенсирующего крутящего момента до соответствия скорректированных фаз сигналов Tadd компенсирующего крутящего момента фазе частоты Nm вращения двигателя.
[35] Каждый из сигналов Tadd компенсирующего крутящего момента, вычисляемый преобразователем 24с крутящего момента, имеет волновую форму, по существу согласованную с волновой формой соответствующей одной из составляющих Y вибрации, то есть частотных сигналов. Например, если составляющие Y вибрации включают в себя синусоидально изменяющуюся составляющую вибрации, сигналы Tadd компенсирующего крутящего момента включают в себя синусоидальный сигнал, флуктуирующий при пересечении нуля (см. фиг. 2). На фиг. 2 показана амплитуда синусоидального сигнала, включенного в сигналы Tadd компенсирующего крутящего момента, условно обозначенная как Amp.
Значение множителя K, то есть коэффициента усиления в цепи обратной связи, можно определять заранее в соответствии с амплитудой крутящего момента на основании вибраций цепи привода, которые должны быть снижены; крутящий момент оценивают экспериментально или другим способом.
[36] Частоты составляющих Y вибрации, то есть частотных сигналов, могут изменяться в зависимости от режимов работы цепи привода. С учетом этого преобразователь 24с крутящего момента может переменно задавать множитель K в соответствии с частотами составляющих Y вибрации, то есть частотных сигналов. Например, преобразователь 24с крутящего момента может иметь реляционную информацию, такую как диаграмма или уравнения, в которых частоты составляющих Y вибрации, то есть частотных сигналов, коррелируют с соответствующими значениями множителя K. Преобразователь 24с крутящего момента выполняет обращение к реляционной информации с использованием частот составляющих Y вибрации в качестве входных данных для считывания значений множителя K, каждого в отдельности, соответствующих входным частотам составляющих Y вибрации. Затем преобразователь 24с крутящего момента задает считанные значения в качестве значений множителя K.
[37] В корректоре 24d сигналы Tadd компенсирующего крутящего момента вычитаются из целевого крутящего момента Trq*. Отметим, что вычитание сигналов Tadd компенсирующего крутящего момента из целевого крутящего момента Trq* представляет собой:
(1) Добавление отрицательных сигналов Tadd компенсирующего крутящего момента к целевому крутящему моменту Trq*, если сигналы Tadd компенсирующего крутящего момента являются положительными.
(2) Добавление положительных сигналов Tadd компенсирующего крутящего момента к целевому крутящему моменту Trq*, если сигналы Tadd компенсирующего крутящего момента являются отрицательными.
[38] Иначе говоря, если крутящий момент, основанный на составляющих Y вибрации, синусоидально флуктуирует, в корректоре 24d к целевому крутящему моменту Trq* могут добавляться сигналы Tadd компенсирующего крутящего момента, фазы которых сдвинуты на π относительно синусоидально флуктуирующего крутящего момента. Это может повлечь за собой подавление положительных и отрицательных амплитуд синусоидально флуктуирующего крутящего момента, основанного на составляющих вибрации, отрицательными и положительными амплитудами сигналов Tadd компенсирующего крутящего момента.
[39] Согласно первому варианту осуществления второй электронный блок 24 управления задает период Tecu управления с обратной связью в пределах от нескольких десятых частей до нескольких сотых частей периодов составляющих Y вибрации, то есть частотных сигналов, периодов, называемых Trez. В частности, полученная моделированием частота каждой из составляющих Y вибрации, находится в пределах от 2 до 10 Гц включительно. Этот полученный моделированием период Trez каждой из составляющих Y вибрации находится в пределах от 0,1 до 0,5 с включительно. Таким образом, период Tecu задается вторым электронным блоком 24 управления в пределах от 1/50 до 1/200 включительно периодов Trez составляющих Y вибрации, например, задается равным 2 мс.
[40] Ниже описывается редуктор 24а передачи, который представляет собой специфический компонент из первого варианта осуществления.
Редуктор 24а передачи выполняет задачу предотвращения чрезмерного возрастания сигналов Tadd компенсирующего крутящего момента, когда степень изменения частоты Nm вращения двигателя, то есть скорость изменения или ускорение частоты Nm вращения двигателя, не задана равной нулю, иначе говоря, частота Nm вращения двигателя изменяется начиная от постоянной частоты вращения.
[41] Например, быстрое изменение воздействия на педаль акселератора привода приводит к быстрому измерению коэффициента передачи бесступенчато регулируемой трансмиссии 16. В частности, когда воздействие на педаль акселератора привода, который находится в состоянии большого ускорения, таком как состояние полного ускорения, прекращается, коэффициент передачи бесступенчато регулируемой трансмиссии 16 быстро снижается.
[42] Резкое изменение коэффициента передачи служит причиной резкого изменения частоты Nm вращения двигателя. Это приводит к включению составляющих вибрации, основанных на резком измерении частоты Nm вращения двигателя, в частоту Nm вращения двигателя; составляющие вибрации колеблются на частотах, идентичных частотным составляющим цепи привода, которые должны быть подавлены, то есть резонансным частотным составляющим цепи привода. Иначе говоря, возникает крутой наклон изменения базы частоты Nm вращения двигателя, на которую накладываются составляющие Y вибрации. Это может приводить к чрезмерному возрастанию абсолютных уровней амплитуд сигналов Tadd компенсирующего крутящего момента, предназначенных для компенсации резонанса цепи привода, в ответ на крутой наклон изменения базы частоты Nm вращения двигателя, хотя фактические уровни вибрации цепи привода являются относительно небольшими. Это может быть причиной резкого возрастания конечного целевого крутящего момента Trqf*, приводящего к повышению фактического выходного крутящего момента двигателя-генератора 10. Это может быть причиной сотрясения транспортного средства V вследствие резкого повышения крутящего момента.
[43] Первый вариант осуществления направлен на предотвращение возникновения такого резкого повышения крутящего момента. В частности, редуктор 24а передачи выполнен с возможностью выполнения задачи понижения передачи частоты вращения, чтобы уменьшать величину ΔNcvt изменения частоты Nm вращения двигателя в соответствии с изменением коэффициента передачи начиная от полной величины изменения частоты Nm вращения двигателя.
[44] На фиг. 3 схематично показана программа выполнения задачи понижения передачи частоты вращения. Второй электронный блок 24 управления, такой как редуктор 24а передачи, выполняет программу, например, в течение каждого заданного периода Tecu.
[45] В соответствии с программой второй электронный блок 24 управления на этапе S10 вычисляет коэффициент Rcvt(n) передачи в текущем цикле n обработки в соответствии с частотой Nin(n) вращения на входе и частотой Nout(n) вращения на выходе, измеряемыми в текущем цикле n обработки; n является натуральным числом, которое равно или больше 1.
[46] В частности, второй электронный блок 24 управления выполняет деление частоты Nin(n) вращения на входе в текущем цикле n обработки на частоту Nout(n) вращения на выходе в текущем цикле n обработки, тем самым вычисляя коэффициент Rcvt(n) передачи в текущем цикле n обработки. Причина вычисления коэффициента Rcvt(n) передачи на основании частоты Nin(n) вращения на входе в текущем цикле n обработки и частоты Nout(n) вращения на выходе в текущем цикле n обработки заключается в необходимости получения точного фактического коэффициента передачи бесступенчато регулируемой трансмиссии 16. В частности, во втором электронном блоке 24 управления целевой коэффициент R* передачи в текущем цикле n обработки может использоваться в качестве коэффициента Rcvt(n) передачи в текущем цикле n обработки.
[47] В первом варианте осуществления бесступенчато регулируемая трансмиссия 16 выполнена как гидравлическое устройство. По этой причине временной интервал от момента ввода целевого коэффициента R* передачи в третий электронный блок 26 управления до момента регулирования фактического коэффициента передачи третьим электронным блоком 26 управления до целевого коэффициента R* передачи становится относительно большим. Таким образом, при использовании целевого коэффициента R* передачи в текущем цикле n обработки в качестве коэффициента Rcvt(n) передачи можно создавать промежуток на основании временного интервала между коэффициентом Rcvt(n) передачи и фактическим коэффициентом передачи. С учетом этих обстоятельств второй электронный блок 24 управления из первого варианта осуществления вычисляет коэффициент Rcvt(n) передачи в текущем цикле n обработки в соответствии с частотой Nin(n) вращения на входе и частотой Nout(n) вращения на выходе в текущем цикле n обработки.
[48] Отметим, что каждая из частоты Nin(n) вращения на входе и частоты Nout(n) вращения на выходе включает в себя составляющие вибрации. Амплитуды и фазы составляющих вибрации, включенных в частоту Nin(n) вращения на входе, по существу идентичны амплитудам и фазам составляющих вибрации, включенных в частоту Nout(n) вращения на выходе. По этой причине деление частоты Nin(n) вращения на входе на частоту Nout(n) вращения на выходе приводит к взаимной нейтрализации составляющих вибрации, включенных в частоту Nin(n) вращения на входе, и составляющих вибрации, включенных в частоту Nout(n) вращения на выходе. Эта нейтрализация делает возможным подавление составляющих вибрации, содержащихся в коэффициенте Rcvt(n) передачи, в текущем цикле n обработки до пренебрежимо малых уровней. Отметим, что действие на этапе S10 служит примером вычисления коэффициента передачи в первом варианте осуществления.
[49] Вслед за этим второй электронный блок 24 управления этапе S12 вычитает коэффициент Rcvt(n-1) передачи, полученный в последнем предшествующем цикле (n-1) обработки, из коэффициента Rcvt(n) передачи, полученного в текущем цикле n обработки, чтобы тем самым вычислить изменение ΔR коэффициента передачи в текущем цикле n обработки. Отметим, что в первом цикле (n=1) обработки коэффициент Rcvt(n-1) передачи в последнем предшествующем цикле (n-1) обработки приравнивается к нулю.
[50] На этапе S14 во втором электронном блоке 24 управления вычисляется произведение изменения ΔR коэффициента передачи и частоты Nout(n) вращения на выходе в текущем цикле n обработки в качестве измененной величины ΔNcvt(n) частоты Nm вращения двигателя, связанной с изменением коэффициента передачи в текущем цикле n обработки. Измененная величина ΔNcvt(n) частоты Nm вращения двигателя, связанная с изменением коэффициента передачи, в дальнейшем также будет называться целевой величиной ΔNcvt(n) изменения. Отметим, что действие на этапе S14 служит примером вычисления целевой величины изменения согласно первому варианту осуществления.
[51] Следующим шагом второй электронный блок 24 управления на этапе S16 вычитает частоту Nm(n-1) вращения, полученную в последнем предшествующем цикле (n-1) обработки, из частоты Nm(n) вращения двигателя, полученной в текущем цикле n обработки, чтобы тем самым вычислить измененную величину ΔNm(n) частоты вращения двигателя в текущем цикле n обработки. Измененная величина ΔNm(n) частоты вращения двигателя соответствует зависимой от времени величине. Действие на этапе S16 служит примером вычисления зависимой от времени величины. Отметим, что при первом цикле (n=1) обработки частота Nm(n-1) вращения двигателя в последнем предшествующем цикле (n-1) обработки приравнивается к нулю.
[52] После этого второй электронный блок 24 управления на этапе S18 вычитает целевую величину ΔNcvt(n) изменения, полученную в текущем цикле n обработки, из измененной величины ΔNm(n) частоты вращения двигателя, полученной в текущем цикле n обработки, тем самым вычисляя обработанный сигнал X(n) частоты вращения в текущем цикле n обработки. Затем второй электронный блок 24 управления завершает программу выполнения задачи понижения передачи частоты вращения.
[53] Обработанный сигнал X частоты вращения, вычисленный для каждого заданного периода времени, вводится в фильтрующий процессор 24b. В то же время величина изменения частоты Nm вращения двигателя, связанная с изменением коэффициента передачи, не включается в обработанный сигнал X частоты вращения, вычисляемый для каждого заданного периода времени.
[54] Это приводит к отсутствию составляющих вибрации, обусловленных изменением коэффициента передачи, в составляющих Y вибрации, извлеченных из обработанного сигнала X частоты вращения, вычисленного для каждого заданного периода.
Поэтому, даже если коэффициент передачи изменяется, этим предотвращается вызванное изменением коэффициента передачи чрезмерное возрастание абсолютных значений сигналов Tadd компенсирующего крутящего момента, то есть абсолютных уровней амплитуд сигналов Tadd компенсирующего крутящего момента, которые вычисляются на основании составляющих Y вибрации, извлеченных из обработанного сигнала X частоты вращения.
[55] Отметим, что согласно первому варианту осуществления задается период выполнения последовательности действий на этапах с S10 по S18, то есть заданный период Tecu, чтобы значение, на которое допускается изменение ΔR коэффициента Rcvt(n) передачи в текущем цикле n обработки, было достаточно сниженным.
[56] В частности, при выполнении действия из этапа S10 программы, показанной на фиг. 3, осуществляется деление частоты Nin(n) вращения на входе на частоту Nout(n) вращения на выходе и тем самым вычисляется коэффициент Rcvt(n) передачи в текущем цикле n обработки. Этот способ вычисления представляет собой способ вычисления, основанный на понимании, что частота Nout(n) вращения на выходе, на выходном конце 16b, связанном с ведущими колесами 20, сильно не изменяется. Если значению периода Tecu было придано большее значение, то по этой причине коэффициент Rcvt(n) передачи, вычисленный на этапе S10, может отклониться от фактического коэффициента передачи. Это может приводить к большему отклонению между целевой величиной ΔNcvt(n) изменения, вычисленной на этапе S14, и фактической целевой величиной изменения, что делает трудным исключение в достаточной степени влияния целевой величины изменения из измененной величины ΔNm(n) частоты вращения двигателя.
[57] Таким образом, в первом варианте осуществления определяется зависимость между периодом Trez каждой из составляющих Y вибрации и периодом Tecu, удовлетворяющая следующему уравнению:
Trez/Tecu=A,
где А - любые значения в пределах от 50 до 250 включительно.
Задание периодам Tecu любого значения в пределах, например, от 1/50 до 1/200 периода Trez составляющих Y вибрации, которые значительно меньше, чем периоды Trez, сводит влияния изменения коэффициента передачи на целевую величину ΔNcvt изменения до пренебрежимо малых уровней. Этим из измененной величины ΔNm(n) частоты вращения двигателя в достаточной степени исключаются влияния целевой величины изменения.
[58] На фиг. 4 схематично показан пример результата выполнения программы решения задачи понижения передачи частоты вращения.
В развернутой форме на фиг. 4 буквой (а) показан пример изменений во времени фактического коэффициента передачи, а буквой (b) на фиг. 4 показан пример изменений во времени частоты Nm вращения двигателя. Буквой (с) на фиг. 4 показан пример изменений во времени фактического выходного крутящего момента Trqr согласно первому варианту осуществления. В переходном режиме частоты Nm вращения двигателя, показанном буквой (b) на фиг. 4, составляющие Y вибрации изображены неотчетливо вследствие мелкого масштаба. В показанном буквой (с) на фиг. 4 графике пунктирной линией представлен пример изменений во времени фактического выходного крутящего момента Trqr согласно родственной технологии; в соответствии с родственной технологией измененная величина ΔNm(n) частоты вращения двигателя непосредственно вводится в процессор 24b с фильтром.
[59] На фиг. 4 показано, что при применении родственной технологии выходной крутящий момент Trqr чрезмерно возрастает сразу же после каждого из моментов t1, t2 и t3 времени, в которые коэффициент передачи быстро изменяется вследствие чрезмерного повышения сигналов Tadd компенсирующего крутящего момента.
В противоположность этому, в первом варианте осуществления исключается чрезмерное повышение сигналов Tadd компенсирующего крутящего момента даже сразу же после быстрых изменений коэффициента передачи, и поэтому исключается чрезмерное возрастание выходного крутящего момента Trqr.
[60] Как описывалось выше, в первом варианте осуществления исключается чрезмерное повышение сигналов Tadd компенсирующего момента, обусловленное изменением коэффициента передачи, и поэтому исключается воздействие крутильного удара на транспортное средство V.
Второй вариант осуществления
[61] Ниже второй вариант осуществления описывается с сосредоточением внимания на проблемах, отличающихся от проблем из первого варианта осуществления, с обращением к соответствующим чертежам.
[62] На фиг. 5 схематично показана программа выполнения задачи понижения передачи частоты вращения согласно второму варианту осуществления. Второй электронный блок 24 управления выполняет программу в каждый заданный период Tecu в течение, например, периода времени от команды пользователя на начало движения транспортного средства V до команды пользователя на окончание движения транспортного средства V. Отметим, что аналогичные этапы программы выполнения задачи понижения передачи частоты вращения, показанные на фиг. 5, и программы выполнения задачи понижения передачи частоты вращения, показанные на фиг. 3, которым приданы такие же номера этапов, при описании будут опускаться или упрощаться.
[63] В соответствии с программой после завершения действия на этапе S14 второй электронный блок 24 управления на этапе S20 добавляет целевую величину ΔNcvt(n) изменения в текущем цикле n обработки к суммарному значению Sum(n-1) целевых величин ΔNcvt изменения от момента начала движения транспортного средства V до последнего предшествующего цикла (n-1) обработки. Этим на этапе S20 вычисляется суммарное значение Sum(n) целевых величин ΔNcvt изменения от момента начала движения транспортного средства V до текущего цикла n обработки. Отметим, что во втором варианте осуществления начальное значение Sum(0) суммарного значения целевых величин ΔNcvt изменения приравнивается к нулю. Действие на этапе S20 во втором варианте осуществления соответствует примеру действия интегратора.
[64] Затем на этапе S22 второй электронный блок 24 управления вычитает целевую измененную величину Sum(n), вычисленную на этапе S20, из частоты Nm(n) вращения двигателя, полученной в текущем цикле n обработки, и тем самым вычисляет обработанный сигнал X(n) частоты вращения в текущем цикле n обработки. После этого второй электронный блок 24 обработки завершает программу выполнения задачи понижения передачи частоты вращения.
[65] Обработанный сигнал X частоты вращения, вычисленный для каждого заданного периода, вводится в фильтрующий процессор 24b. В то же время величина частоты Nm вращения двигателя, связанная с изменением коэффициента передачи, без изменения включается в обработанный сигнал X(n) частоты вращения, из которого было вычтено суммарное значение Sum(n) целевых величин изменения.
[66] Это приводит к отсутствию составляющих вибрации, обусловленных изменением коэффициента передачи, содержавшихся в составляющих Y вибрации, вычтенных из обработанного сигнала X частоты вращения, вычисленного для каждого заданного периода.
Поэтому, даже если коэффициент передачи изменяется, этим исключается вызванное изменением коэффициента передачи чрезмерное повышение абсолютных значений сигналов Tadd компенсирующего крутящего момента, то есть абсолютных уровней амплитуд сигналов Tadd компенсирующего крутящего момента, которые вычисляются преобразователем 24с крутящего момента на основании составляющих Y вибрации, извлеченных из обработанного сигнала X частоты вращения.
[67] Отметим, что второй электронный блок 24 управления устанавливает нулевым суммарное значение Sum(n) по команде прекращения движения транспортного средства V.
[68] На фиг. 6 схематично показан пример результата выполнения задачи понижения передачи частоты вращения в ситуациях, когда коэффициент передачи изменялся. На фиг. 6А детально показано, каким образом изменяется во времени частота Nm вращения двигателя, для которой применялась задача понижения передачи частоты вращения. На фиг. 6В показано, каким образом изменяется во времени обработанный сигнал X частоты вращения, для которого применялась задача понижения передачи частоты вращения. Отметим, что пунктирной линией на фиг. 6А представлена частота Nm вращения двигателя, из которой исключены составляющие Y вибрации, а пунктирной линией на фиг. 6В представлен обработанный сигнал X частоты вращения, из которого исключены составляющие Y вибрации.
[69] На фиг. 6А и 6В показано, что во втором варианте осуществления эффективно исключаются перегибы кривой частоты Nm вращения двигателя, связанные с изменением коэффициента передачи, в результате ввода частоты Nm вращения двигателя в процессор 24b с фильтром. В частности, на фиг. 6А и 6В показано, что крутой наклон изменения базы частоты Nm вращения двигателя, которая является базой составляющих Y вибрации, эффективно устраняется в результате ввода частоты Nm вращения двигателя в процессор 24b с фильтром. Таким образом, во втором варианте осуществления достигаются такие же эффекты, как эффекты, достигаемые в первом варианте осуществления.
Другие варианты осуществления
[70] Первый и второй варианты осуществления можно модифицировать следующим образом.
[71] Частота Nm(n) вращения двигателя может использоваться вместо частоты Nin(n) вращения на входе, используемой на этапе S10 в соответствии с первым вариантом осуществления. Частота Nout(n) вращения на выходе, используемая на этапе S14 из фиг. 3, может быть вычислена на основании коэффициента Rcvt(n) передачи и частоты Nm(n) вращения двигателя в соответствии с первым вариантом осуществления. Частота Nin(n) вращения на входе может использоваться вместо частоты Nm(n) вращения двигателя, используемой на этапе S16 из фиг. 3, или может быть вычислена делением частоты Nout(n) вращения на выходе на коэффициент Rcvt(n) передачи.
[72] В программе согласно первому варианту осуществления, показанной на фиг. 3, можно исключать действие на этапе S10 и можно использовать целевой коэффициент R*(n) передачи в текущем цикле n обработки для замены коэффициента Tcvt(n) передачи, используемого на этапе S12.
[73] Каждый вариант осуществления имеет такую форму, что процессор 24b с фильтром извлекает составляющие вибрации, которые содержатся в обработанном сигнале X частоты вращения, из обработанного сигнала X частоты вращения в качестве сигналов во временной области. Например, процессор 24b с фильтром может извлекать из обработанного сигнала X частоты вращения в частотном диапазоне, выделяемом полосовым фильтром, частоту, соответствующий уровень амплитуды которой является наивысшим из числа других уровней амплитуды, в качестве составляющей Y вибрации. В частности, процессор 24b с фильтром может извлекать составляющую вибрации, содержащуюся в обработанном сигнале X частоты вращения, из обработанного сигнала X частоты вращения в качестве сигнала в частотной области. В этой модификации преобразователь 24с крутящего момента может задавать амплитуду Amp сигналов Tadd компенсирующего крутящего момента как функцию извлекаемой частоты. В частности, преобразователь 24с крутящего момента может иметь реляционную информацию, такую как диаграмма или уравнения, в которых частоты составляющих Y вибрации, то есть частотные сигналы, коррелируют с соответствующими значениями амплитуды Amp сигналов Tadd компенсирующего крутящего момента. Преобразователь 24с крутящего момента может обращаться к реляционной информации при использовании частоты составляющей Y информации в качестве входных данных для считывания значения амплитуды Amp сигналов Tadd компенсирующего крутящего момента. В таком случае преобразователь 24с крутящего момента может задавать считанное значение в качестве значения амплитуды Amp сигналов Tadd компенсирующего крутящего момента. В этой модификации фаза сигналов Tadd компенсирующего крутящего момента может определяться на основании, например, фазы частоты Nm вращения двигателя.
[74] В каждом варианте осуществления используется бесступенчато регулируемая трансмиссия (бесступенчатая трансмиссия) 16 в качестве примера трансмиссии, но может использоваться ступенчатая трансмиссия. В этой модификации изменение коэффициента передачи в то время, когда входной и выходной валы ступенчатой трансмиссии связаны друг с другом, приводит к возникновению составляющих вибрации, и эта вибрация происходит на частотах, идентичных резонансным частотным составляющим цепи привода, включенным в частоту Nm вращения двигателя. По этой причине настоящее изобретение можно эффективно применять в этой модификации.
[75] Каждый вариант осуществления может быть применен в различных транспортных средствах, в каждом из которых муфта сцепления расположена между выходным валом 10а двигателя и входным валом 16а бесступенчато регулируемой трансмиссии 16. Настоящее изобретение можно эффективно применять в этой модификации при условии, что выходной вал 10а двигателя и входной вал 16а бесступенчато регулируемой трансмиссии 16 сцеплены друг с другом с помощью муфты сцепления. Транспортные средства, в каждом из которых настоящее изобретение может быть применено, включают в себя не только транспортные средства, снабженные вращающейся электрической машиной в качестве основного двигателя, но также транспортные средства, снабженные двигателем внутреннего сгорания и вращающейся электрической машиной.
[Перечень обозначений]
[76] 10 - Двигатель-генератор
16 - Бесступенчато регулируемая трансмиссия
20 - Ведущее колесо
24 - Второй электронный блок управления