CN106414157A - 电动车辆的驱动力控制装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够抑制驱动系统中发生的扭转振动、并且能够以简单的结构在行驶阻力产生时、制动时抑制目标驱动力与实际驱动力的偏离的电动车辆的驱动力控制装置。一种对电动车辆的驱动系统中的电动机的驱动力进行控制的驱动力控制装置，具备：目标驱动力设定单元(11)，其基于驾驶者的要求来设定目标驱动力；除法单元(12)，其通过将目标驱动力除以减速比来运算第一电动机转矩指令值；目标加速度运算单元(15)，其通过将目标驱动力除以驱动系统的惯性来运算目标加速度；实际加速度运算单元(14)，其对电动机的实际转速进行微分来运算实际加速度；校正量运算单元(20)，其运算用于减小目标加速度与实际加速度之间的偏差的校正量；以及指令值运算单元(18)，其通过将第一电动机转矩指令值与校正量相加来运算第二电动机转矩指令值。

Description

电动车辆的驱动力控制装置
技术领域
本发明涉及一种电动车辆的驱动力控制装置。
背景技术
在以往的电动车辆的驱动力控制装置中，为了抑制由于驱动系统的扭转而发生的振动(扭转振动)，对根据驾驶者的要求(目标驱动力)设定的电动机转矩指令值进行校正。例如，计算出对假定为驱动系统是不发生扭转的刚体的理想的车辆模型提供电动机转矩指令值的情况下的车速来作为目标车速。然后，求出目标车速与实际车速之间的偏差，计算用于减小该偏差的校正值。通过将电动机转矩指令值与该校正值相加，来作为最终的电动机转矩指令值。
在以往的理想的车辆模型中，空气阻力等行驶阻力转矩、由制动操作产生的制动转矩之类的干扰转矩没有被输入，从而没有被反映到根据车辆模型输出的目标车速、基于该目标车速运算出的校正值中。其结果，存在如下问题：虽然能够利用校正值抑制扭转振动，但是在行驶阻力产生时、制动时产生多余的驱动力使得还抵消行驶阻力转矩、由制动操作产生的制动转矩，从而驾驶者的要求与实际驱动力发生偏离。
作为用于抑制由这种干扰转矩引起的驱动力的增大的方法，提出了以下方法：外部输入估计部估计干扰转矩，在运算目标车速时预先从电动机要求转矩减去干扰转矩，来运算将干扰转矩考虑在内的目标车速(参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2012-80655号公报
发明内容
然而，在专利文献1中，由输入转矩估计器进行的用于估计干扰转矩的运算复杂。并且，输入转矩估计器是控制对象(设备)的逆系统，因此准确地求出用于估计输入转矩的设备的传递函数参数较为困难。
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种能够抑制驱动系统中发生的扭转振动、并且能够以简单的结构来在行驶阻力产生时、制动时抑制目标驱动力与实际驱动力的偏离的电动车辆的驱动力控制装置。
根据本发明的一个方式，对电动车辆的驱动系统中的电动机的驱动力进行控制的驱动力控制装置的特征在于，具备：目标驱动力设定单元，其基于驾驶者的要求来设定目标驱动力；除法单元，其通过将目标驱动力除以减速比来运算第一电动机转矩指令值；目标加速度运算单元，其通过将目标驱动力除以驱动系统的惯性来运算目标加速度；实际加速度运算单元，其对电动机的实际转速进行微分来运算实际加速度；校正量运算单元，其运算用于减小目标加速度与实际加速度之间的偏差的校正量；以及指令值运算单元，其通过将第一电动机转矩指令值与校正量相加来运算第二电动机转矩指令值。
根据本发明，能够提供一种能够抑制驱动系统中发生的扭转振动、并且能够以简单的结构在行驶阻力产生时、制动时抑制目标驱动力与实际驱动力的偏离的电动车辆的驱动力控制装置。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的驱动力控制装置的结构的一例的框图。
图2是用于说明驱动系统中发生的扭转振动的概要图。
图3的(a)是表示本发明的第一实施方式所涉及的固定驱动力行驶时的驱动轴转矩的变化的曲线图。图3的(b)是表示本发明的第一实施方式所涉及的固定驱动力行驶时的车速的变化的曲线图。
图4的(a)是表示本发明的第一实施方式所涉及的在油门关闭后制动启动的情况下的驱动轴转矩的变化的曲线图。图4的(b)是表示本发明的第一实施方式所涉及的在油门关闭后制动启动的情况下的车速的变化的曲线图。
图5是表示本发明的第二实施方式所涉及的驱动力控制装置的结构的一例的框图。
图6是表示本发明的第一实施方式所涉及的第一电动机转矩指令值、不存在模型化误差的情况下的第二电动机转矩指令值、以及存在模型化误差的情况下的第二电动机转矩指令值的时间变化的曲线图。
图7是表示本发明的第二实施方式所涉及的第一电动机转矩指令值、不存在模型化误差的情况下的第二电动机转矩指令值、以及存在模型化误差的情况下的电动机转矩指令值的时间变化的曲线图。
图8的(a)是表示本发明的第一实施方式所涉及的第一电动机转矩指令值和存在模型化误差的情况下的第二电动机转矩指令值的时间变化的曲线图。图8的(b)是表示本发明的第二实施方式所涉及的第一电动机转矩指令值和存在模型化误差的情况下的第二电动机转矩指令值的时间变化的曲线图。
图9的(a)是表示本发明的第一实施方式所涉及的目标加速度和实际加速度的时间变化的曲线图。图9的(b)是表示本发明的第二实施方式所涉及的目标加速度和实际加速度的时间变化的曲线图。
图10的(a)是表示本发明的第一实施方式所涉及的偏差和校正量的时间变化的曲线图。图10的(b)是表示本发明的第二实施方式所涉及的偏差和校正量的时间变化的曲线图。
具体实施方式
接着，参照附图来说明本发明的第一实施方式和第二实施方式。在下面的附图的记载中，对同一或类似的部分标注同一或类似的标记。
(第一实施方式)
本发明的第一实施方式所涉及的电动车辆的驱动力控制装置能够搭载于电动汽车(EV)等电动车辆。如图1所示，本发明的第一实施方式所涉及的电动车辆的驱动控制装置具备目标驱动力设定单元11、除法单元12、目标加速度运算单元15、实际加速度运算单元14、校正量运算单元20以及指令值运算单元18。本发明的第一实施方式所涉及的电动车辆的驱动控制装置的各单元能够由中央运算处理装置(CPU)、存储器、运算电路等构成。指令值运算单元18与作为控制对象的设备30连接。
设备30是电动车辆的驱动系统，如图2所示，设备30具有电动机31和经由输出轴32、减速机35以及驱动轴33而与电动机31连结的车轮34。根据图1示出的由指令值运算单元18运算出的电动机转矩指令值TM来控制电动机31的旋转。在电动车辆的驱动系统中，在使电动机31旋转时，由于驱动轴33的扭转而发生振动(扭转振动)。在图2中，以弹簧形状示意性地示出了驱动轴33的扭转。为了抑制该扭转振动，在指令值运算单元18运算电动机转矩指令值时进行校正。
图1示出的目标驱动力设定单元11设定与驾驶者的要求(加速踏板踏下量)相对应的目标驱动力TD*[Nm]。目标驱动力TD*进行分支而分别输入到除法单元12和目标加速度运算单元15。
除法单元12将由目标驱动力设定单元11设定的目标驱动力TD*除以减速机35的减速比N，由此作为换算为电动机转矩的值。相除后的目标驱动力TD*/N是校正前的电动机转矩指令值(第一电动机转矩指令值)，被输入到指令值运算单元18。此外，减速比N根据车辆而不同，在不使用减速机的情况下，减速比N为1。在该情况下，目标驱动力是与电动机转矩指令值相同的值(TD*)。
实际加速度运算单元14是对速度进行微分来求出加速度的近似的微分器。实际加速度运算单元14对设备30内的电动机31的实际的转速(以下称为“实际转速”。)ωM[rad/s]进行微分，来运算实际的旋转加速度(以下称为“实际加速度”。)。例如能够通过设备30内的安装于电动机31的输出轴32的转速检测单元(转速传感器)13来检测实际转速ωM。
例如能够用以下的式(1)来表示实际加速度运算单元14的传递特性(传递函数)Ga(s)。
[式1]
在此，ω[rad/s]是控制用的参数且为规定的常数，s是拉普拉斯算子。传递函数Ga(s)中包含的ω/(s+ω)是求加速度时的近似的微分的近似化的延迟。ω越大，延迟越小，越接近真正的加速度，但是若将ω设得过大，则容易受到转速的检测值的噪声的影响，因此设定为取得了平衡的值。由实际加速度运算单元14运算出的实际加速度被输入到校正量运算单元20。
目标加速度运算单元15将由目标驱动力设定单元11设定的目标驱动力TD*除以驱动系统的惯性JTN(惯性矩JT与减速比N的积)，来运算理想车辆模型的电动机的旋转加速度(以下称为“目标加速度”。)。理想车辆模型是假定为在车辆驱动系统中没有间隙、且为完全的刚体的模型。例如能够用以下的式(2)来表示理想车辆模型的传递函数Gm(s)。
[式2]
在此，ω[rad/s]设定为与上述式(1)的ω相同的值。JT[Nms2]是换算到电动机轴上的综合惯性(惯性矩)，N是减速机35的减速比，s是拉普拉斯算子。惯性矩JT和减速比N能够根据车辆驱动系统的种类而适当地设定，在不使用减速机的情况下减速比N为1。
综合惯性(惯性矩)JT是综合了电动机惯性、驱动轮惯性、车重等的惯性，例如能够用以下的式(3)来表示。
[式3]
在此，Jm是电动机惯性，Jω是驱动轮惯性，M是车辆重量，Rt是轮胎有效半径，N是减速比。
目标加速度运算单元15的传递函数Gm(s)中包含的ω/(s+ω)的部分能够解释为延迟补偿单元，该延迟补偿单元提供与由实际加速度运算单元14求取加速度时的近似的微分的近似化的延迟相同的延迟。目标加速度被输入到校正量运算单元20。
校正量运算单元20基于由目标加速度运算单元15运算出的目标加速度和由实际加速度运算单元14运算出的实际加速度，来运算针对第一电动机转矩指令值的校正量。校正量用于抑制如上所述的驱动系统中发生的扭转振动。以使目标加速度与实际加速度之间的偏差为0或缩小的方式、且以去除干扰转矩成分的方式来运算校正量。在此，干扰转矩成分是指空气阻力等行驶阻力转矩成分以及由制动操作产生的制动转矩成分。
校正量运算单元20具有偏差运算单元16和比例增益乘法单元17。偏差运算单元16从由目标加速度运算单元15运算出的目标加速度减去由实际加速度运算单元14运算出的实际加速度，由此运算目标加速度与实际加速度之间的偏差。目标加速度与实际加速度之间的偏差被输入到比例增益乘法单元17。比例增益乘法单元17将由偏差运算单元16运算出的偏差乘以比例增益K，由此运算用于抑制驱动系统中发生的扭转振动的校正量。
指令值运算单元18将由除法单元12运算出的第一电动机转矩指令值与校正量相加，由此运算对车辆进行驱动的电动机的最终的电动机转矩指令值(第二电动机转矩指令值)TM[Nm]。第二电动机转矩指令值TM被输入到设备30，从而以与第二电动机转矩指令值TM一致或追随第二电动机转矩指令值TM的方式产生电动机转矩来使电动机31旋转。另外，由驾驶者的制动操作产生的制动转矩FB[N]也被输入到设备30。
<第一动作例>
作为第一动作例，对与持续提供固定的目标驱动力时的目标驱动力、实际驱动力以及车速的时间变化有关的仿真结果进行说明。
在图3的(a)中，示出了在本发明的第一实施方式所涉及的结构中持续提供固定的目标驱动力时的目标驱动力和实际驱动力的仿真结果，在图3的(b)中，示出了在相同条件下的车速的仿真结果。如图3的(a)和图3的(b)所示，可知即使随时间经过而车速增加、与此相伴地空气阻力等行驶阻力增加，目标驱动力与实际驱动力的偏离也小，实际驱动力追随着目标驱动力。此外，在上坡的情况下，也与车速增加的情况同样，能够自然地减速。
<第二动作例>
作为第二动作例，对在本发明的第一实施方式所涉及的结构中与制动时的目标驱动力、实际驱动力以及车速的时间变化有关的仿真结果进行说明。
在图4的(a)中示出了本发明的第一实施方式所涉及的结构中在6秒时间点油门关闭、在10秒时间点制动启动时的目标驱动力和实际驱动力的仿真结果，在图4的(b)中示出了在相同条件下的车速的仿真结果。如图4的(a)和图4的(b)所示，可知在10秒时间点制动启动之后也是目标驱动力与实际驱动力的偏离小，实际驱动力能够追随目标驱动力。
如以上说明的那样，根据本发明的第一实施方式所涉及的电动车辆的驱动力控制装置，使用理想车辆模型来运算目标加速度，另一方面对实际速度进行微分来运算实际加速度，以使目标加速度与实际加速度之间的偏差为0或缩小的方式运算校正量，由此能够抑制驱动系统中发生的扭转振动。并且，从校正量去除了干扰转矩成分，因此不使用专利文献1所记载的那样的输入转矩估计器，就能够以简单的结构来抑制由难以确定的干扰转矩(外部速度变化因素)引起的转矩变动，从而能够抑制目标驱动力与实际驱动力的偏离。
另外，在专利文献1所记载的以往例中，在校正转矩的计算中根据电动机的目标转速与实际速度之间的偏差来进行计算。与此相对地，在本发明的第一实施方式中，根据目标加速度与实际加速度之间的偏差来计算校正量。通过该差别，即使没有以往例中存在的干扰转矩的估计单元，也能够使实际驱动力高精度地追随目标驱动力。
(第二实施方式)
在本发明的第一实施方式中，为了计算目标加速度而设定的理想车辆模型的惯性JT包括电动机惯性、车重等参数。例如车重是根据乘车人数、装载量而容易变化的值，因此发生模型化误差的情况多。当理想车辆模型的惯性JT发生了误差时，即使在不发生扭转振动的稳定状态下，校正量也具有值。因此，存在以下担忧：通过驾驶者的操作来决定的目标驱动力TD*与实际驱动力之间产生差，从而在加速感上产生不适感。另外，在本发明的第一实施方式中，有时无法完全去除模型化误差的影响。
在此，说明在存在模型化误差的情况下在稳定状态下校正量具有值的机构。在本发明的第一实施方式所涉及的结构中，当假定为不存在扭转的稳定状态时，基于与理想车辆模型同样的考虑方法，当将设备30的惯性设为JTP时，能够如以下的式(4)那样表示实际转速ωM。
[式4]
于是，能够用以下的式(5)来表示由实际加速度运算单元14计算出的实际加速度α1。
[式5]
在稳定状态下s→0，因此能够用以下的式(6)来表示实际加速度α1。
[式6]
同样地，也能够如以下的式(7)那样来表示由目标加速度运算单元15计算出的目标加速度α2。
[式7]
在稳定状态下s→0，因此能够用以下的式(8)来表示目标加速度α2。
[式8]
因此，能够用以下的式(9)来表示由偏差运算单元16运算出的目标加速度α2与实际加速度α1之间的偏差。
[式9]
因而，如果不存在模型化误差、将目标驱动力TD*除以减速比N而得到的值(即，第一电动机转矩指令值)与第二电动机转矩指令值TM是相同的值，则目标加速度α2与实际加速度α1之间的偏差为0，因此校正量为0。另一方面，在存在模型化误差的情况下，目标加速度α2与实际加速度α1之间的偏差具有值，校正量也具有值。
因此，本发明的第二实施方式所涉及的电动车辆的驱动力控制装置与本发明的第一实施方式所涉及的结构的不同点在于，如图5所示，在比例增益乘法单元17的后级追加模型化误差抑制单元19。本发明的第二实施方式所涉及的电动车辆的驱动力控制装置的其它结构与本发明的第一实施方式所涉及的结构实质相同。
模型化误差抑制单元19例如包括高通滤波器，使由比例增益乘法单元17运算出的校正量(第一校正量)的高频侧通过而阻断校正量(第一校正量)的低频侧，来抑制第一校正量中包含的模型化误差，由此运算最终的校正量(第二校正量)。
例如能够用以下的式(10)来表示模型化误差抑制单元19的传递函数Gh(s)。
[式10]
在式(10)中，s是拉普拉斯算子，ω1[rad/s]是截止频率。截止频率ω1能够适当地设定、例如是0.3Hz。
<第一动作例>
接着，使用图6和图7，来对本发明的第一实施方式和第二实施方式所涉及的结构中不存在模型化误差的情况下以及存在模型化误差的情况下的仿真结果进行说明。作为仿真条件，设为使目标驱动力在0Nm至100Nm之间变化，并提供模型化误差。关于模型化误差，与理想车辆模型的将综合惯性JT的车重设为假想为2人乘车(65kg×2)的值相对地，将设备30的车重设为5人乘车(65kg×5)且装载量200kg。模型化误差量为设备30重395kg的模型。
图6是表示将本发明的第一实施方式所涉及的目标驱动力TD*换算为电动机转矩的值(第一电动机转矩指令值)TD*/N、不存在模型化误差的情况下的最终的电动机转矩指令值(第二电动机转矩指令值)TM、以及存在模型化误差的情况下的第二电动机转矩指令值TM的时间变化的曲线图。如图6所示，可知在不存在模型化误差的情况下，在经过一定时间之后，第二电动机转矩指令值TM与第一电动机转矩指令值TD*/N一致。另一方面，可知在存在模型化误差的情况下，第二电动机转矩指令值TM变为与第一电动机转矩指令值TD*/N不同的值。
图7是表示本发明的第二实施方式所涉及的第一电动机转矩指令值TD*/N、不存在模型化误差的情况下的第二电动机转矩指令值TM、以及存在模型化误差的情况下的第二电动机转矩指令值TM的时间变化的曲线图。如图7所示，可知在不存在模型化误差的情况下，在经过一定时间之后，第二电动机转矩指令值TM与第一电动机转矩指令值TD*/N一致。另一方面，可知即使在存在模型化误差的情况下，在经过一定时间之后，第二电动机转矩指令值TM也与第一电动机转矩指令值TD*/N一致。
<第二动作例>
接着，使用图8的(a)～图10的(b)，来对本发明的第一实施方式和第二实施方式所涉及的结构中存在模型化误差的情况下的各控制电路的输出值的仿真结果进行说明。仿真条件与第一动作例相同。
图8的(a)是表示本发明的第一实施方式所涉及的第一电动机转矩指令值TD*/N和存在模型化误差的情况下的第二电动机转矩指令值TM的时间变化的曲线图。图8的(b)是表示本发明的第二实施方式所涉及的第一电动机转矩指令值TD*/N和存在模型化误差的情况下的第二电动机转矩指令值TM的时间变化的曲线图。如图8的(a)所示，可知在本发明的第一实施方式所涉及的结构中，第二电动机转矩指令值TM是与第一电动机转矩指令值TD*/N不同的值。另一方面，如图8的(b)所示，可知在本发明的第二实施方式所涉及的结构中，在经过一定时间后，第二电动机转矩指令值TM与第一电动机转矩指令值TD*/N一致。
图9的(a)是表示本发明的第一实施方式所涉及的目标加速度和实际加速度的时间变化的曲线图。图9的(b)是表示本发明的第二实施方式所涉及的目标加速度和实际加速度的时间变化的曲线图。如图9的(a)和图9的(b)中分别示出的那样，可知在本发明的第一实施方式和第二实施方式所涉及的结构中，在经过一定时间之后，目标加速度和实际加速度变为固定值。
图10的(a)是表示在本发明的第一实施方式所涉及的结构中由偏差运算单元16运算出的偏差、以及该偏差通过比例增益乘法单元17后得到的校正量的时间变化的曲线图。图10的(b)是表示在本发明的第二实施方式所涉及的结构中由偏差运算单元16运算出的偏差、以及该偏差通过比例增益乘法单元17和模型化误差抑制单元19后得到的校正量的时间变化的曲线图。如图10的(a)所示，可知在本发明的第一实施方式所涉及的结构中，通过比例增益乘法单元17后得到的校正量具有固定的值。另一方面，如图10的(b)所示，可知在本发明的第二实施方式所涉及的结构中，在经过一定时间之后，通过模型化误差抑制单元19后得到的校正量变为0。
如以上说明的那样，根据本发明的第二实施方式，与本发明的第一实施方式同样地，使用理想车辆模型来运算目标加速度，另一方面对实际速度进行微分来运算实际加速度，以使目标加速度与实际加速度之间的偏差为0或缩小的方式运算校正量，由此能够抑制驱动系统中发生的扭转振动。并且，从校正量去除了干扰转矩成分，因此不使用专利文献1所记载的那样的输入转矩估计器，就能够以简单的结构来抑制由难以确定的干扰转矩(外部速度变化因素)引起的转矩变动，从而能够抑制目标驱动力与实际驱动力的偏离。
并且，通过追加了模型化误差抑制单元19，即使在存在模型化误差的情况下，在稳定状态下也能够抑制由模型化误差造成的影响来使校正量消失。因而，能够使第一电动机转矩指令值TD*/N与第二电动机转矩指令值TM一致，从而能够防止加速感的不适感。并且，通过追加了模型化误差抑制单元19，还能够去除在本发明的第一实施方式中未完全除去的干扰转矩。
此外，在图5中，在比例增益乘法单元17的后级追加了模型化误差抑制单元19，但是也可以在比例增益乘法单元17的前级追加模型化误差抑制单元19。
(其它实施方式)
如上所述，通过第一实施方式和第二实施方式来记载了本发明，但是不应理解为成为本公开的一部分的论述和附图限定本发明。对于本领域技术人员来说，显然能够从本公开中得到各种替代实施方式、实施例以及应用技术。本发明包括在此未记载的各种实施方式等，这是不言而喻的。因而，本发明的保护范围是根据上述说明仅由合适的权利要求书所涉及的发明特定事项确定。
附图标记说明
11：目标驱动力设定单元；12：除法单元；13：转速检测单元；14：实际加速度运算单元；15：目标加速度运算单元；16：偏差运算单元；17：比例增益乘法单元；18：指令值运算单元；19：模型化误差抑制单元；20：校正量运算单元；30：设备；31：电动机；32：输出轴；33：驱动轴；34：车轮；35：减速机。

Claims (3)

1.一种电动车辆的驱动力控制装置，对电动车辆的驱动系统中的电动机的驱动力进行控制，该驱动力控制装置的特征在于，具备：
目标驱动力设定单元，其基于驾驶者的要求来设定目标驱动力；
除法单元，其通过将所述目标驱动力除以减速比来运算第一电动机转矩指令值；
目标加速度运算单元，其通过将所述目标驱动力除以所述驱动系统的惯性来运算目标加速度；
实际加速度运算单元，其对所述电动机的实际转速进行微分来运算实际加速度；
校正量运算单元，其运算用于减小所述目标加速度与所述实际加速度之间的偏差的校正量；以及
指令值运算单元，其通过将所述第一电动机转矩指令值与所述校正量相加来运算第二电动机转矩指令值。
2.根据权利要求1所述的电动车辆的驱动力控制装置，其特征在于，
所述目标加速度运算单元具有与由所述实际加速度运算单元进行微分时的延迟相同的延迟。
3.根据权利要求1或2所述的电动车辆的驱动力控制装置，其特征在于，
还具备模型化误差抑制单元，在将所述第一电动机转矩指令值与所述校正量相加之前，该模型化误差抑制单元抑制所述校正量中包含的所述驱动系统的模型化误差。
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