CN107249927B - 电动车辆的控制装置以及电动车辆的控制方法 - Google Patents

电动车辆的控制装置以及电动车辆的控制方法 Download PDF

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Abstract

车辆的控制装置是利用电机的再生制动力而进行减速的电动车辆的控制装置，其中，对加速器操作量进行检测，并且对与电动车辆的行驶速度成正比的速度参数进行检测，根据电动车辆的状态而对速度参数推定值进行推定。另外，根据车辆状态而对与坡度无关的阻力分量进行检测或推定，根据阻力分量而对速度参数推定值进行校正。并且，基于速度参数而对用于使电动车辆停止的F/B扭矩进行计算，并且基于校正后的速度参数推定值而对用于弥补F/B扭矩的F/F扭矩进行计算。而且，基于计算出的电机扭矩指令值而对电机进行控制。如果加速器操作量小于或等于规定值，且电动车辆即将停车，则在行驶速度降低的同时基于F/B扭矩和F/F扭矩而使电机扭矩指令值收敛为零。

Description

电动车辆的控制装置以及电动车辆的控制方法
技术领域
本发明涉及电动车辆的控制装置以及电动车辆的控制方法。
背景技术
当前，已知如下电动汽车用再生制动控制装置，即，设置有能够任意地设定电动机的再生制动力的设定单元，利用由设定单元设定的再生制动力而进行电动机的再生(参照JP8-79907A)。
发明内容
然而，在JP8-79907A的技术中，在由设定单元设定的再生制动力较大的情况下，产生如下问题，即，在以设定的再生制动力使电动汽车减速而使得速度变为0时，在车体的前后方向上会产生振动。
本发明的目的在于，提供一种抑制在以再生制动力使电动车辆停止时在车体的前后方向上产生振动的技术。
本发明的一个方式是车辆的控制装置，该车辆以电机为行驶驱动源、且利用电机的再生制动力进行减速，其中，对加速器操作量进行检测，并且对与电动车辆的行驶速度成正比的速度参数进行检测，根据电动车辆的状态而推定速度参数推定值。另外，根据车辆状态而检测或推定与坡度无关的阻力分量，根据阻力分量而校正速度参数推定值。并且，基于速度参数而计算用于使电动车辆停止的反馈扭矩，并且基于校正后的速度参数推定值而计算用于弥补反馈扭矩的前馈扭矩。而且，对电机扭矩指令值进行计算，基于计算出的电机扭矩指令值而控制电机。如果加速器操作量小于或等于规定值、且电动车辆即将停车，则在行驶速度降低的同时基于反馈扭矩和前馈扭矩而使电机扭矩指令值收敛为零。
关于本发明的实施方式，下面与附图一起进行详细说明。
附图说明
图1是表示具有第1实施方式的电动车辆的控制装置的电动汽车的主要结构的框图。
图2是由第1实施方式的电动车辆的控制装置所具有的电机控制器执行的电机电流控制的处理的流程。
图3是表示加速器开度-扭矩表的一个例子的图。
图4是将车辆的驱动力传递系统模型化后的图。
图5是将车辆的驱动力传递系统模型化后的图。
图6是用于实现停止控制处理的框图。
图7是用于对计算基于前馈补偿器(追加响应调整滤波器)的电机旋转速度推定值的方法进行说明的框图。
图8是用于对基于电机旋转速度而计算F/B扭矩的方法进行说明的图。
图9是用于对基于电机旋转速度推定值而计算F/F扭矩的方法进行说明的图。
图10是用于对计算外部干扰扭矩推定值的方法进行说明的图。
图11是用于对基于电机旋转速度和外部干扰扭矩推定值而计算即将停车判断扭矩的方法进行说明的图。
图12是用于对计算第1实施方式的电动车辆的控制装置的电机旋转速度校正值的方法进行说明的图。
图13是表示第1实施方式的电动车辆的控制装置的控制结果的一个例子的图。
图14是表示对比例的控制结果的一个例子的图。
图15是由第2实施方式的电动车辆的控制装置所具有的电机控制器执行的电机电流控制的处理的流程。
图16是第2实施方式的电动车辆的控制装置的停止控制处理的框图。
图17是第2实施方式的电动车辆的控制装置的减振控制处理的框图。
图18是表示第2实施方式的电动车辆的控制装置的减振控制处理的详情的框图。
图19是用于对计算第2实施方式的电动车辆的控制装置的外部干扰扭矩推定值的方法进行说明的图。
图20是用于对计算第2实施方式的电动车辆的控制装置的电机旋转速度校正值的方法进行说明的图。
图21是用于对计算第2实施方式的电动车辆的控制装置的减振控制扭矩推定值的方法进行说明的图。
具体实施方式
(第1实施方式)
图1是表示具有第1实施方式的电动车辆的控制装置的电动汽车的主要结构的框图。本发明的电动车辆的控制装置能够应用于具有电动机4作为车辆的驱动源的一部分或全部，能利用电动机的驱动力而行驶的电动车辆。电动车辆中不仅包含电动汽车，还包含混合动力汽车、燃料电池汽车。特别是本实施方式的电动车辆的控制装置能够应用于仅通过对加速器踏板的操作便能对车辆的加减速、停止进行控制的车辆。在该车辆中，驾驶员在加速时踏入加速器踏板，在减速时、停止时减小对正踏入的加速器踏板的踏入量、或者使加速器踏板的踏入量变为零。此外，在上坡路上，有时为了防止车辆后退而踏入加速器踏板、且使其接近停止状态。
将车速V、加速器开度AP、电动机(三相交流电机)4的转子相位α、电动机4的电流iu、iv、iw等表示车辆状态的信号作为数字信号而输入至电机控制器2，该电机控制器2基于输入的信号而生成用于控制电动机4的PWM信号。另外，电机控制器2根据生成的PWM信号而对逆变器3的开关元件进行开闭控制。另外，电机控制器2具有作为对后述的电机旋转速度推定值进行计算的电机旋转速度推定单元、基于后述的制动器制动量而对电机旋转速度推定值进行校正的电机旋转速度推定值校正单元、对后述的反馈扭矩进行计算的反馈扭矩计算单元、对后述的前馈扭矩进行计算的前馈扭矩计算单元、对后述的电机扭矩指令值进行计算的电机扭矩指令值计算单元、基于电机扭矩指令值而对电动机4进行控制的电机控制单元、以及对后述的外部干扰扭矩进行推定的外部干扰扭矩推定单元的功能。
逆变器3例如针对各相而对2个开关元件(例如，IGBT、MOS-FET等功率半导体元件)进行接通/断开，由此将从电池1供给的直流电流变换为交流而使所需的电流在电动机4流动。
电动机4利用从逆变器3供给的交流电流而产生驱动力，经由减速器5以及驱动轴8而将驱动力传递至左右的驱动轮9a、9b。另外，在车辆行驶时，电动机4在与驱动轮9a、9b联动地旋转时产生再生驱动力，由此将车辆的动能作为电能而回收。在该情况下，逆变器3将在电动机4的再生运转时产生的交流电流变换为直流电流并供给至电池1。
电流传感器7对在电动机4流动的3相交流电流iu、iv、iw进行检测。其中，3相交流电流iu、iv、iw的和为0，因此可以对任意2相的电流进行检测并通过运算而求出剩余1相的电流。
旋转传感器6作为对作为速度参数的电机旋转速度进行检测的车速检测单元而起作用，例如为解析器(resolver)、编码器，对电动机4的转子相位α进行检测。
制动器控制器11根据制动器踏板10的踏入量而设定制动器制动量B，根据制动器制动量B而对制动液压进行控制。
液压传感器12通过对制动液压进行检测而获取制动器制动量B，将获取的制动器制动量B向电机控制器2输出。即，液压传感器12作为对作为与坡度无关的阻力分量的制动器制动量进行检测的单元而起作用。
摩擦制动器13根据制动器制动量B而提高制动液压，由此将制动垫按压于转子而对车辆产生制动力。
图2是表示由电机控制器2执行的电机电流控制的处理的流程的流程图。
在步骤S201中，输入表示车辆状态的信号。这里，输入车速V(km/h)、加速器开度AP(％)、电动机4的转子相位α(rad)、电动机4的旋转速度Nm(rpm)、在电动机4流动的三相交流电流iu、iv、iw、电池1和逆变器3之间的直流电压值Vdc(V)、制动器制动量B。
车速V(km/h)由未图示的车速传感器、其他控制器通过通信而获取。或者，对转子机械角速度ωm乘以轮胎转动半径R、并除以终极齿轮的齿轮比而求出车速v(m/s)，通过乘以3600/1000进行单位变换而求出车速V(km/h)。
加速器开度AP(％)根据未图示的加速器开度而获取、或者从未图示的车辆控制器等其他控制器通过通信而获取。
从旋转传感器6获取电动机4的转子相位α(rad)。由转子角速度ω(电角度)除以电动机4的极对数p而求出作为电动机4的机械角速度的电机旋转速度ωm(rad/s)(速度参数)，通过对求出的电机旋转速度ωm乘以60/(2π)而求出电动机4的旋转速度Nm(rpm)。通过对转子相位α进行微分而求出转子角速度ω。
从电流传感器7获取在电动机4流动的电流iu、iv、iw(A)。
根据从在电池1与逆变器3之间的直流电源线设置的电压传感器(未图示)、或者电池控制器(未图示)发送的电源电压值而求出直流电压值Vdc(V)。
利用对制动液压进行检测的液压传感器12而获取制动器制动量B。可以使用对驾驶员的制动器操作量进行检测的行程传感器等(未图示)的值。另外，可以从未图示的车辆控制器、其他控制器通过通信获取制动指令值而作为制动器制动量B。此外，在根据传感器值或者指令值而对制动器制动量B进行设定时，考虑在将制动器制动量B输入至车辆以后直至制动力实际上作用于车辆为止的响应性。
在步骤S202中，对第1扭矩目标值Tm1*进行设定。具体而言，基于步骤S201中输入的加速器开度AP以及电机旋转速度ωm，参照图3所示的加速器开度-扭矩表而设定第1扭矩目标值Tm1*。如上所述，本实施方式的电动车辆的控制装置能够应用于仅通过对加速器踏板的操作便能对车辆的加减速、停止进行控制的车辆，至少能够通过加速器踏板的完全关闭而使车辆停止，因此在图3所示的加速器开度-扭矩表中，将电机扭矩设定为使得加速器开度为0(完全关闭)时的电机再生量变大。即，在电机转速为正时、即至少加速器开度为0(完全关闭)时，设定负的电机扭矩以使再生制动力起作用。其中，加速器开度-扭矩表并不限定于图3所示的表。
在步骤S203中，进行停止控制处理。具体而言，判断电动车辆即将停车的情况，在即将停车以前，将步骤S202中计算出的第1扭矩目标值Tm1*设定为电机扭矩指令值Tm*。在即将停车以后，将在电机旋转速度降低的同时收敛为外部干扰扭矩指令值Td的第2扭矩目标值Tm2*设定为电机扭矩指令值Tm*。该第2扭矩目标值Tm2*在上坡路上为正扭矩，在下坡路上为负扭矩，在平坦路上大致为零。由此，如后所述，无论路面的坡度如何，都能够维持停车状态。后文中对停止控制处理的详情进行叙述。
在步骤S204中，基于步骤S203中计算出的电机扭矩目标值Tm*、电机旋转速度ωm以及直流电压值Vdc而求出d轴电流目标值id*、q轴电流目标值iq*。例如，预先准备求解扭矩指令值、电机旋转速度以及直流电压值、与d轴电流目标值以及q轴电流目标值之间的关系的表，通过参照该表而求出d轴电流目标值id*以及q轴电流目标值iq*。
在步骤S205中，进行用于使d轴电流id以及q轴电流iq分别与步骤S204中求出的d轴电流目标值id*以及q轴电流目标值iq*一致的电流控制。因此，首先，基于步骤S201中输入的三相交流电流值iu、iv、iw、和电动机4的转子相位α而求出d轴电流id以及q轴电流iq。然后，根据d轴、q轴电流指令值id*、iq*和d轴、q轴电流id、iq之间的偏差而计算出d轴、q轴电压指令值vd、vq。此外，可以对为了将d-q正交坐标轴之间相对于计算出的d轴、q轴电压指令值vd、vq的干涉电压抵消所需的非干扰电压进行加法运算。
然后，根据d轴、q轴电压指令值vd、vq、电动机4的转子相位α、以及三相交流电压指令值vu、vv、vw和电流电压值Vdc而求出PWM信号tu(％)、tv(％)、tw(％)。根据这样求出的PWM信号tu、tv、tw而对逆变器3的开关元件进行开闭，由此能够利用由扭矩指令值Tm*指示的所需的扭矩对电动机4进行驱动。
这里，在对步骤S203中执行的停止控制处理进行说明之前，对本实施方式的电动车辆的控制装置中的、从电机扭矩Tm至电机旋转速度ωm的传递特性Gp(s)进行说明。
图4、图5是将车辆的驱动力传递系统模型化后的图，该图中的各参数如下所示。
Jm：电动机的惯量
Jw：驱动轮的惯量
M：车辆的质量
KD：驱动系统的扭转刚性
Kt：与轮胎和路面之间的摩擦相关的系数
N：总齿轮比
r：轮胎的超载半径
ωm：电动机的角速度
Tm：扭矩目标值Tm*
TD：驱动轮的扭矩
F：施加于车辆的力
V：车辆的速度
ωw：驱动轮的角速度
而且，能够根据图4、图5而导出下面的运动方程式。其中，下式(1)～(3)中的标号的右上方标注的星号(*)表示时间微分。
[式1]
Jm·ω＊m＝Tm·TD/N…(1)
[式2]
2Jw·ω＊w＝TD-rF…(2)
[式3]
MV＊＝F…(3)
[式4]
TD＝KD∫(ωm/N-ωw)dt…(4)
[式5]
F＝Kt(rωw·V)…(5)
如果基于式(1)～(5)所示的运动方程式对从电动机4的扭矩目标值Tm至电机旋转速度ωm的传递特性Gp(s)进行求解，则由下式(6)表示。
[式6]
Gp(s)＝(b3s3+bss2+b1s+b0)/s(a4s3+a3s2+a2s+a1)…(5)
其中，式(6)中的各参数由下式(7)表示。
[式7]
如果调查式(6)所示的传递函数的极值和零点，则能够近似为下式(8)的传递函数，1个极值和1个零点表示极其接近的值。这相当于下式(8)中的α和β表示极其接近的值。
[式8]
Gp(s)＝(s+β)(b2′s2+b1′s+b0′)/s(s+α)(a3′s2+a2′s+a1′)…(8)
因此，进行式(8)中的极值零值抵消(近似为α＝β)，如下式(9)所示，Gp(s)构成(2阶)/(3阶)的传递特性。
[式9]
另外，如果以减轻运算量为目的而使传递特性Gp′(s)简化，则能够获得下式(10)。
[式10]
下面，对从制动器制动量B至电机旋转速度ωm的传递特性Gb(s)进行说明。
制动器制动量B是施加于车辆的制动力，根据图4、图5能够导出由下式(11)表示的运动方程式。
[式11]
2Jw·ω＊w＝TD·rF·rB…(11)
其中，式(11)中的制动器制动量B如下。
ωw>0：B>0
ωw＝0：B＝0
ωw<0：B<0
如果基于式(1)、(3)、(4)、(5)、(11)所示的运动方程式而求解从制动器制动量B至电机旋转速度ωm的传递特性Gb(s)，则由下式(12)表示。
[式12]
Gb(s)＝(b1s+b0)/s(a4s3+a3s2+a2s+a1)…(12)
其中，式(12)中的参数由下式(13)表示。
[式13]
下面，对图2的步骤S203中进行的停止控制处理的详情进行说明。图6是用于实现停止控制处理的框图。
前馈补偿器(下面，称为F/F补偿器)501基于获取的制动器制动量B而对电机旋转速度推定值进行计算。下面，参照图7以及图12对F/F补偿器501的详情进行说明。
图7是用于对根据电动车辆的状态而计算电机旋转速度推定值的方法进行说明的图。制动扭矩推定器601基于制动器制动量B而对用于校正电机旋转速度推定值的电机旋转速度校正值进行计算。图12中表示制动扭矩推定器601的详情。
图12是用于对根据制动器制动量B而计算电机旋转速度校正值的方法进行说明的图。控制模块1201对制动器制动量B实施由上述式(12)表示的传递特性Gb(s)的处理，计算电机旋转速度校正值。基于制动器的制动力在前进时、后退时均作用于使得电机旋转向0rpm收敛的方向。因此，根据车辆前后速度的符号以在使得电机旋转向0rpm收敛的方向上起作用的方式对电机旋转速度校正值进行计算。本实施方式的电机旋转速度校正值的符号在车辆前进时设为负，在车辆后退时设为正。将电机旋转速度校正值输出至图7所示的加法器602。
返回至图7继续进行说明。加法器602对电机旋转速度推定值加上由制动扭矩推定器601计算出的电机旋转速度校正值而校正电机旋转速度推定值。而且，将校正后的电机旋转速度推定值向控制模块603输出。
电机扭矩推定部603对从加法器602输出的校正后的电机旋转速度推定值乘以规定的增益(下面，称为总增益)Kvref(Kvref＜0)而计算电机扭矩推定值。总增益Kvref是为了抑制制动距离的延长、且使电动车辆顺畅地停止而预先规定的值，例如根据实验数据等而适当地设定。
电机旋转速度推定部604基于式(6)所示的车辆模型Gp(s)而将电机扭矩推定值变换为电机旋转速度推定值。在本实施方式中，代替车辆模型Gp(s)而使用式(10)所示的车辆简易模型Gp″(s)。
电机旋转速度推定部604将由电机扭矩推定部603计算出的电机扭矩推定值输入至车辆简易模型Gp″(s)，由此计算基于车辆简易模型Gp″(s)的电机旋转速度推定值。而且，电机旋转速度推定部604将基于车辆简易模型Gp″(s)的电机旋转速度推定值输出至加法器602以及低通滤波器605。
另外，在由后述的扭矩比较器508判断为电动车辆即将停车的情况下和将制动器制动量B解除的情况下，电机旋转速度推定部604基于当前的电机旋转速度ωm而对车辆简易模型Gp″(s)进行初始化。例如，由根据车辆的设计值而唯一确定的常数a1′以及b0′、和积分器构成车辆简易模型Gp″(s)。在判断为电动车辆即将停车的情况下，将前述的积分器的初始值设定为电机旋转速度ωm，由此对车辆简易模型Gp″(s)进行初始化。在制动器制动中，因制动垫的摩擦系数(μ)的变化等而在指令值、传感器值和实际作用于车辆的制动力之间产生误差。因此，通过如上所述进行初始化而将制动器制动中所产生的误差消除。
低通滤波器605是具有为了补充车辆简易模型Gp″(s)而设定的传递特性Hc(s)的低通滤波器。这里，对由电机旋转速度推定部604计算出的电机旋转速度推定值实施传递特性Hc(s)的滤波处理而进行响应调整。基于模拟或实验数据等而设定传递特性Hc(s)。具体而言，在使总增益Kvref小于零的状态下，将传递特性Hc(s)的时间常数调整为使得电机旋转速度ωm的收敛性、和输入至F/F扭矩设定器503的电机旋转速度推定值的收敛性等同。
这样，对输入至F/F扭矩设定器503的电机旋转速度推定值实施低通滤波器处理，因此对伴随着车辆简易模型Gp″(s)的使用的响应特性的偏差进行校正。
返回至图6继续进行说明。在图6所示的反馈扭矩设定器(下面，称为F/B扭矩设定器)502中，基于检测出的电机旋转速度ωm而计算F/B扭矩。利用图8对详情进行说明。
图8是用于对基于电机旋转速度ωm而计算F/B扭矩的方法进行说明的图。F/B扭矩设定器502具有将电机旋转速度ωm变换为F/B扭矩的乘法器701。
乘法器701具有总增益乘法器710和分配系数乘法器720，通过对电机旋转速度ωm乘以为了分配电动机4的再生制动力而规定的F/B增益K1(Kvref×β)，而计算F/B扭矩。与总增益Kvrerf相比，在减弱再生制动力的方向上设定F/B增益K1。即，将F/B增益K1设定为比零小、且比总增益Kvref大的值。
总增益乘法器710通过对电机旋转速度ωm乘以总增益Kvref而计算F/B总扭矩。
分配系数乘法器720通过对F/B总扭矩乘以分配系数β而计算F/B扭矩。其中，分配系数β是比“0”大且比“1”小的值。基于模拟或实验数据等而设定分配系数β。
这样，在乘法器701中，将对总增益Kvref乘以分配系数β所得的值用作F/B增益K1，由此能够减小F/B扭矩以使再生制动力减小。另外，对电机旋转速度ωm乘以F/B增益K1而计算F/B扭矩，因此将F/B扭矩设定为电机旋转速度ωm越大则获得越大的再生制动力的扭矩。
下面，对图6所示的F/F扭矩设定器503的结构进行说明。
F/F扭矩设定器503基于由F/F补偿器501计算出的电机旋转速度推定值而计算F/F扭矩。由F/F扭矩来弥补即将停车时由F/B扭矩引起的再生制动力不足的部分。
图9是用于对基于电机旋转速度推定值而计算F/F扭矩的方法进行说明的图。F/F扭矩设定器503具有将电机旋转速度推定值变换为F/F扭矩的乘法器801。
乘法器801对电机旋转速度推定值乘以根据F/B增益K1设定的F/F增益K2，计算F/F扭矩。乘法器801具有总增益乘法器810和分配系数乘法器820。
总增益乘法器810通过对电机旋转速度推定值乘以总增益Kvref而计算F/F总扭矩。
分配系数乘法器820通过对F/F总扭矩乘以分配系数(1－β)而计算F/F扭矩。其中，如图8所述，分配系数β是比“0”大且比“1”小的值，因此分配系数(1－β)是比“0”大且比“1”小的值。
这样，在乘法器801中，将对总增益Kvref乘以分配系数(1－β)所得的值用作F/F增益K2，由此能够将在F/B扭矩设定器502中使F/B扭矩减小的部分分配给F/F扭矩。另外，对电机旋转速度推定值乘以F/F增益K2而计算F/F扭矩，因此将F/F扭矩设定为电机旋转速度推定值越大则获得越大的再生制动力的扭矩。
下面，参照图10对图6所示的外部干扰扭矩推定器504的结构进行说明。
图10是外部干扰扭矩推定器504的详情、即用于基于电机旋转速度ωm和电机扭矩指令值Tm＊而计算外部干扰扭矩推定值Td的框图。外部干扰扭矩推定器504基于检测出的电机旋转速度ωm和电机扭矩指令值Tm＊而计算外部干扰扭矩推定值Td。
控制模块901承担作为具有H(s)/Gp(s)的传递特性的滤波器的功能，通过将电机旋转速度ωm输入并进行滤波处理而计算第1电机扭矩推定值。Gp(s)是向车辆的扭矩输入和电机的旋转速度的传递特性的车辆模型，H(s)是具有分母阶数和分子阶数之间的差值大于或等于模型Gp(s)的分母阶数和分子阶数之间的差值的传递特性的低通滤波器。
控制模块902担当作为具有H(s)的传递特性的低通滤波器的功能，通过将电机扭矩指令值Tm*输入进行并滤波处理而计算第2电机扭矩推定值。
此外，在计算第2电机扭矩推定值时，可以考虑制动器制动量、空气阻力、滚动阻力、转弯阻力等、与坡度无关的阻力。
减法器903通过从第2电机扭矩推定值减去第1电机扭矩推定值而计算外部干扰扭矩推定值Td。
此外，如图10所示，利用外部干扰监视器对本实施方式中的外部干扰扭矩进行推定，但也可以使用车辆前后G传感器等测量器进行推定。
这里，作为外部干扰，能想到空气阻力、因乘员数量、装载量引起的车辆质量的变动所造成的模型化误差、轮胎的滚动阻力、路面的坡度阻力等，但在即将停车时支配性的外部干扰主要因素为坡度阻力。外部干扰主要因素根据驾驶条件而不同，但外部干扰扭矩推定器504基于电机扭矩指令值Tm*、电机旋转速度ωm以及车辆模型Gp(s)而计算外部干扰扭矩推定值Td，因此能够统一对上述外部干扰主要因素进行推定。由此，在任何驾驶条件下，都能够实现减速之后的顺畅的停车。但是，如上所述，平坦路上的外部干扰扭矩大致为零，因此也可以在平坦路上即将停车时使电机扭矩指令值Tm*收敛为零，而无需对外部干扰扭矩推定值Td进行计算。
返回至图6，继续对除了F/F补偿器501、F/B扭矩设定器502、F/F扭矩设定器503、以及外部干扰扭矩推定器504以外的结构进行说明。
加法器505通过将由F/B扭矩设定器502计算出的F/B扭矩、和由F/F扭矩设定器503计算出的F/F扭矩相加而计算电机旋转速度F/B扭矩Tω。
加法器506通过将由加法器505计算出的电机旋转速度F/B扭矩Tω、和由外部干扰扭矩推定器504计算出的外部干扰扭矩推定值Td相加而计算第2扭矩目标值Tm2*。
即将停车判断扭矩设定器507基于检测出的电机旋转速度ωm和外部干扰扭矩推定值Td而计算即将停车判断扭矩。
这里，参照图11对即将停车判断扭矩的计算进行说明。图11是用于对基于电机旋转速度ωm而计算即将停车判断扭矩的方法进行说明的框图。即将停车判断扭矩设定器507具有乘法器1001，通过将对电机旋转速度ωm乘以总增益Kvref所得的值和外部干扰扭矩推定值Td相加而计算即将停车判断扭矩。
返回至图6对扭矩比较器508的结构进行说明。
扭矩比较器508对步骤S202中计算出的第1扭矩目标值Tm1*、和由即将停车判断扭矩设定器507计算出的即将停车判断扭矩的大小进行比较。
在车辆行驶中，即将停车判断扭矩比第1扭矩目标值Tm1*小，如果车辆减速而变为即将停车(车速小于或等于规定车速)，则变得比第1扭矩目标值Tm1*大。如果即将停车判断扭矩比第1扭矩目标值Tm1*大，则扭矩比较器508判断为车辆即将停车，将电机扭矩指令值Tm*从第1扭矩目标值Tm1*切换为第2扭矩目标值Tm2*。
这样，在判断为即将停车判断扭矩小于或等于第1扭矩目标值Tm1*的情况下，扭矩比较器508判定为即将停车以前而将第1扭矩目标值Tm1*设定为电机扭矩指令值Tm*。另一方面，在判断为即将停车判断扭矩大于第1扭矩目标值Tm1*的情况下，扭矩比较器508判定为即将停车而将电机扭矩指令值Tm*从第1扭矩目标值Tm1*切换为第2扭矩目标值Tm2*。
此外，为了维持停车状态，使第2扭矩目标值Tm2*在上坡路上收敛为正扭矩，在下坡路上收敛为负扭矩，在平坦路上大致收敛为零。
下面，参照图13、图14，对将本实施方式的电动车辆的控制装置应用于电动汽车时的效果、特别是制动器制动时的控制进行说明。
图13是表示基于本实施方式的电动车辆的控制装置的控制结果的一个例子的图。图13表示在平坦路上停车的情况下的控制结果、即从上方按顺序表示制动器制动量、电机旋转速度、电机扭矩指令值、车辆前后加速度。另外，表示电机旋转速度的图中示出的虚线表示校正后的电机旋转速度推定值，表示电机扭矩指令值的图中示出的虚线表示外部干扰扭矩推定值。
在时刻t0，基于在图2的步骤S202中计算出的第1扭矩目标值Tm1*而进行电动机4的减速。外部干扰扭矩推定值为0，由此可知在平坦路上行驶。
在时刻t1，驾驶员踏入制动器踏板而使得制动器制动量B增加。此时，通过同时使用第1扭矩目标值Tm1*和制动器制动量B而可知车辆前后加速度在负方向上、即向制动侧增加。
从时刻t1至t2，在扭矩比较器508中，因判定为即将停车判断扭矩大于第1扭矩目标值Tm1*而判断为即将停车，从步骤S202中计算出的第1扭矩目标值Tm1*切换为步骤S203中计算出的第2扭矩目标值Tm2＊而进行减速。此时，在F/F补偿器501的电机旋转速度推定值的计算中进行考虑了制动器制动量B的校正，因此可知电机旋转速度和校正后的电机旋转速度推定值一致。
另外，在判断为即将停车时，通过电机旋转速度ωm对构成图7的电机旋转速度推定部604的简易车辆模型Gp″(s)进行初始化，设定为从F/F补偿器501输出的电机旋转速度推定值的初始值。
从时刻t2至t3，即使将制动器制动量B解除，电机旋转速度、电机扭矩指令值、以及车辆前后速度也收敛为0，从而可知能够顺畅地停车，而不会伴随着前后方向上的加速度振动。
在时刻t3以后，电机旋转速度、电机扭矩指令值、以及车辆前后速度也保持收敛为0的状态，从而可知能够保持停车状态。
下面，作为对比例，参照图14对在F/F补偿器501的电机旋转速度推定值的计算中未考虑制动器制动量B的情况下的控制结果进行说明。
在时刻t0，基于图2的步骤S202中计算出的第1扭矩目标值Tm1*而进行电动机4的减速。外部干扰扭矩推定值为0，从而可知在平坦路上行驶。
在时刻t1，因驾驶员踏入制动器踏板而使得制动器制动量B增加。此时，根据第1扭矩目标值Tm1*和制动器制动量B的同时使用而可知车辆前后加速度在负方向上、即向制动侧增加。
从时刻t1至t2，在扭矩比较器508中，因判定为即将停车判断扭矩大于第1扭矩目标值Tm1*而判断为即将停车，从步骤S202中计算出的第1扭矩目标值Tm1*切换为步骤S203中计算出的第2扭矩目标值Tm2*而进行减速。此时，在F/F补偿器501的电机旋转速度推定值的计算中并未考虑制动器制动量B，因此可知电机旋转速度和电机旋转速度推定值会产生偏离。
另外，在判断为即将停车时，通过电机旋转速度ωm对构成图7中的电机旋转速度推定部604的简易车辆模型Gp″(s)进行初始化，并将其设为从F/F补偿器501输出的电机旋转速度推定值的初始值。
从时刻t2至t3，通过第2扭矩目标值和制动器制动量B的同时使用，暂时使得车辆前后加速度收敛为0而要变为停车状态，但在将制动器制动量解除时，车辆前后加速度在负方向上、即向后退侧增加，从而可知车辆在后退。这是因为基于下述第2扭矩目标值Tm2*进行电动机4的减速而产生的，该第2扭矩目标值Tm2*是基于在F/F补偿器501中未考虑制动器制动量B所计算出的电机旋转速度推定值而计算出的。
在时刻t3～t5，电机旋转速度显示出负值，从而可知车辆在后退、而无法顺畅地停车。这是因为制动器制动量被解除而使得基于制动器制动量的车辆的制动力丧失而产生的。
此外，在时刻t6，电机旋转速度推定值大致收敛为0，与t4的时间点相比后退速度得到控制。
以上，根据第1实施方式，在电动车辆的控制装置中，该电动车辆以电机为行驶驱动源，利用电机的再生制动力而进行减速，对加速器操作量进行检测，并且对与电动车辆的行驶速度成正比的电机旋转速度进行检测，根据电动车辆的状态而计算电机旋转速度推定值。另外，根据车辆状态而对与坡度无关的阻力分量进行检测或推定，根据阻力分量而对电机旋转速度推定值进行校正。并且，基于电机旋转速度而对用于使电动车辆停止的反馈扭矩进行计算，并且基于校正后的电机旋转速度推定值而对用于弥补反馈扭矩的前馈扭矩进行计算。而且，对电机扭矩指令值进行计算，基于计算出的电机扭矩指令值而对电机进行控制。如果加速器操作量小于或等于规定值、且电动车辆即将停车，则电机扭矩指令值在行驶速度降低的同时基于前馈扭矩和前馈扭矩而收敛为零。由此，能够对制动器制动量、空气阻力、滚动阻力、转弯阻力等、与坡度无关的阻力进行检测或推定，通过对电机旋转速度推定值进行校正而使得电机旋转速度推定值和电机旋转速度一致，因此能够在电机旋转速度降低的同时使电机扭矩收敛为零。因此，在与坡度无关的阻力作为外部干扰而向车辆输入时，也能够顺畅地进行停车，而不会伴随着前后方向上的加速度振动，并且能够保持停车状态。
此外，加速器操作量小于或等于规定值是指，与再生制动不同地使车辆以制动装置不介入的方式以足够低的速度(例如小于或等于15km/h的速度)行驶时的加速器操作量。此外，不言而喻，举出的车速仅为一个例子。
另外，根据第1实施方式，对检测出的电机旋转速度乘以用于分配电机的再生制动力的规定增益K1而计算反馈扭矩，并且对校正后的电机旋转速度乘以根据规定增益K1设定的特定的增益K2而计算前馈扭矩。而且，如果加速器操作量小于或等于规定值、且电动车辆即将停车，则将乘以K1计算出的反馈扭矩与乘以K2计算出的前馈扭矩相加而得到的反馈扭矩设定为电机扭矩指令值。由此，适当地分配前馈扭矩和反馈扭矩，因此能够抑制制动距离的延长，并且能够使电动车辆顺畅地停止。
另外，根据第1实施方式，与坡度无关的阻力分量是指将制动力施加于车辆的制动器制动量，根据制动器制动量而计算出电机旋转速度校正值，并基于计算出的电机旋转速度校正值而对电机旋转速度推定值进行校正。由此，除了基于电机的再生制动以外，在将制动力施加于车辆时，也能够在电机旋转速度降低的同时使电机扭矩收敛为零，因此即使在将制动器制动量输入至车辆的情况下，也能够使车辆顺畅地停车，并且能够保持停车状态。
另外，根据第1实施方式，能够对驾驶者的制动器操作量进行检测，基于检测出的制动器操作量而确定制动器制动量。由此，能够基于由制动液压传感器、制动器踏板行程传感器等检测出的传感器值而对电机旋转速度推定值进行校正，因此能够实现基于车辆的实际测量值的校正。
另外，可以基于与对制动器的操作相关的指令值(制动器制动量指令值等)而确定制动器制动量。由此，能够确定外部干扰扭矩推定值而不会产生传感器检测延迟等浪费时间。
另外，考虑从制动器制动量向车辆的输入起直至制动力作用于车辆的响应性而确定制动器制动量。由此，考虑了制动器制动量从制动器制动量指令值起直至制动液压升高为止的响应、从制动液压升高起直至制动力作用于车辆为止的响应等响应性，因此能够抑制车辆模型和实际的车辆之间的模型误差。
另外，根据第1实施方式，电机旋转速度校正值的符号根据车辆的行进方向而不同。由此，根据车辆前后速度(包含车体速度、车轮速度、电机旋转速度、驱动轴旋转速度等的车辆的速度参数)使制动器制动量的符号反转而计算电机旋转速度校正值，因此在车辆的前进时、后退时均能够适当地对电机旋转速度进行校正。
另外，根据第1实施方式，利用包含制动器制动量向车辆的输入和电机的旋转速度的传递特性的模型Gb(s)的滤波器而计算电机旋转速度校正值。由此，能够根据电机旋转速度校正值而高精度地取消制动器制动量。
并且，如果将制动器制动量解除，则根据电机旋转速度而对电机旋转速度推定值进行初始化。由此，能够消除在制动器制动中所产生的误差。
而且，根据第1实施方式，对外部干扰扭矩进行推定，如果加速器操作量小于或等于规定值、且电动车辆即将停车，则在电机旋转速度降低的同时使电机扭矩指令值Tm*收敛为外部干扰扭矩推定值Td，因此无论在上坡路、平坦路、下坡路，均能够在即将停车时实现前后方向上无加速度振动的顺畅的减速，并且能够保持停车状态。
(第2实施方式)
在至此说明的第1实施方式的基础上，第2实施方式的电动车辆的控制装置同时使用减振控制。下面，对本实施方式的电动车辆的控制装置、特别是同时使用减振控制的方式进行说明。
图15是第2实施方式的电动车辆的控制装置的电机控制器的控制流程图。在图2所示的第1实施方式的控制流程的基础上，在步骤S203a中进行减振控制处理。
如图15所示，在步骤S203(停止控制处理)的后段执行步骤S203a的处理。在本实施方式中，将上述第1实施方式中的步骤S203中计算出的电机扭矩指令值Tm*、即作为扭矩比较器508的输出的电机扭矩指令值Tm*(参照图6)设为第3扭矩目标值Tm3*(参照图16)。而且，通过对第3扭矩目标值Tm3*进行减振控制处理而获得电机扭矩指令值Tm*。
更具体而言，在步骤S203a中，将步骤S203中计算出的电机扭矩指令值Tm3*和电机旋转速度ωm输入至减振控制模块1701(参照图17)。而且，在减振控制模块1701中，不以牺牲驱动轴扭矩的响应为代价地计算抑制了扭矩传递系统振动(驱动轴的扭转振动等)的减振控制后的电机扭矩指令值Tm*。下面，参照图18对在减振控制模块1701执行的减振控制处理的一个例子进行说明。
图18是在本实施方式中使用的减振控制处理的框图。前馈补偿器1801(下面称为F/F补偿器)担当作为具有由传递特性Gr(s)、以及向车辆的扭矩输入和电机的旋转速度的传递特性的模型Gp(s)的逆向系统构成的Gr(s)/Gp(s)的传递特性的滤波器的功能，通过将第3扭矩目标值Tm3*输入而进行滤波处理，由此执行基于前馈补偿的减振控制处理。所使用的传递特性Gr(s)能够由下式(14)来表示。
[式14]
Gr(s)＝Mp·(s2+2ζz·ωz·s+ωz2)/s(s2+2ωp·s+ωp2)…(14)
其中，在F/F补偿器1801中进行的减振控制可以是日本特开2001-45613号公报所记载的减振控制，也可以是日本特开2002-152916号公报所记载的减振控制。
控制模块1803、1804是在反馈控制(下面，将反馈称为F/B)中使用的滤波器。控制模块1803是具有上述的Gp(s)的传递特性的滤波器，将从加法器1805输出的、F/F补偿器1801的输出和后述的控制模块1804的输出相加所得的值输入而进行滤波处理。而且，从在减法器1806中从由控制模块1803输出的值减去电机旋转速度ωm。将减法运算所得的值输入至控制模块1804。控制模块1804是具有由低通滤波器H(s)、以及向车辆的扭矩输入和电机的旋转速度的传递特性的模型Gp(s)的逆向系统构成的H(s)/Gp(s)的传递特性的滤波器，将来自减法器1806的输出输入而进行滤波处理，将作为F/B补偿扭矩而计算出的值向加法器1805输出。
而且，在加法器1805中，将执行基于F/F补偿的减振控制处理所得的第3扭矩目标值Tm3*、和作为前述的F/B补偿而计算出的值相加，由此计算抑制车辆的扭矩传递系统的振动的电机扭矩指令值Tm*。
此外，在减振控制模块1701中进行的减振控制可以是日本特开2003-9566号公报所记载的减振控制，也可以是日本特开2010-288332号公报所记载的减振控制。
另外，在同时使用减振控制(F/F补偿器)时，能够通过减振控制的算法而将第1实施方式中由式(6)表示的车辆模型Gp(s)视为上述式(14)所示的传递特性Gr(s)。具体而言，如图19的控制模块1901所示，能够将具有图10的控制模块901所示的H(s)/Gp(s)的传递特性的滤波器视为具有H(s)/Gr(s)的传递特性的滤波器。
下面，对同时使用减振控制(F/B补偿器)的情况下的制动扭矩推定值的计算方法进行说明。
图20是用于对同时使用减振控制时的制动扭矩推定值的计算进行说明的框图。
控制模块2001对考虑了浪费时间的电机转速推定值的过去值进行设定。此外，这里的浪费时间为车辆的传感器检测延迟等。
控制模块2002根据控制模块2001中设定的电机旋转速度校正值的过去值而实施减振控制(F/B补偿器)处理GFB(s)，计算减振控制扭矩推定值TF/B。参照图21进行详细说明。
图21是用于对在控制模块2002中进行的减振控制(F/B补偿器)处理GFB(s)的详情进行说明的图。控制模块2101是具有H(s)/Gp(s)的传递特性的滤波器。如上所述，Gp(s)是向车辆的扭矩输入和电机的旋转速度的传递特性的模型，H(s)是具有分母阶数和分子阶数之间的差值大于或等于模型Gp(s)的分母阶数和分子阶数之间的差值的传递特性的低通滤波器。控制模块2102是具有传递特性Gp(s)的滤波器，将控制模块2101的输出作为输入，将实施滤波处理所得的值向减法器2100输出。减法器2100从由控制模块2102输出的值中减去电机旋转速度校正值的过去值，将进行减法运算所得的值向控制模块2101输出。由此，能够根据电机旋转速度校正值而计算出实施了减振控制(F/B补偿器)处理的减振控制扭矩推定值TF/B。
此外，与图15的步骤203a的减振控制处理相同地，减振控制(F/B补偿器)可以是日本特开2003-9566号公报所记载的减振控制，也可以是日本特开2010-288332号公报所记载的减振控制。
返回至图20继续进行说明。在控制模块2003中，根据制动器制动量B、减振控制扭矩指令值TF/B以及车轮速度ωm而实施式(12)所示的传递特性Gb(s)的处理，由此计算减振控制后的电机旋转速度校正值。而且，在图7所示的加法器602中，将电机旋转速度推定值与减振控制后的电机旋转速度校正值相加而对电机旋转速度推定值进行校正。
以上，根据第2实施方式，在应用抑制驱动轴的扭转振动的减振控制的情况下，利用考虑了减振控制的传递特性的模型而计算电机旋转速度校正值。由此，在使用减振控制时，也能够根据电机旋转速度推定值而高精度地取消制动器制动量。
本发明并不限定于上述的一个实施方式，能够实现各种变形、应用。例如，在上述说明中，对如下情况进行了说明，即，如果加速器操作量小于或等于规定值、且电动车辆即将停车，则在电动机4的旋转速度降低的同时使电机扭矩指令值Tm*收敛为外部干扰扭矩推定值Td(或者零)。然而，车轮速度、车体速度、驱动轴的旋转速度等速度参数与电动机4的旋转速度成正比关系，因此可以在与电动机4的旋转速度成正比的速度参数降低的同时使电机扭矩指令值Tm*收敛为外部干扰扭矩推定值Td(或者零)。

Claims (11)

1.一种电动车辆的控制装置，所述电动车辆以电机为行驶驱动源，利用所述电机的再生制动力而进行减速，其中，
电动车辆的控制装置具有：
加速器操作量检测单元，其对加速器操作量进行检测；
车速检测单元，其对与所述电动车辆的行驶速度成正比的速度参数进行检测；
车速推定单元，其根据所述电动车辆的状态而计算速度参数推定值；
根据车辆状态而对与坡度无关的阻力分量进行检测或推定的单元；
速度参数推定值校正单元，其根据与所述坡度无关的阻力分量，对所述速度参数推定值进行校正；
反馈扭矩计算单元，其对检测出的速度参数乘以用于分配所述电机的再生制动力的规定的增益K1，对用于使所述电动车辆停止的反馈扭矩进行计算；
前馈扭矩计算单元，其对校正后的所述速度参数乘以根据所述规定的增益K1设定的规定的增益K2，对用于弥补所述反馈扭矩的前馈扭矩进行计算；
电机扭矩指令值计算单元，其对电机扭矩指令值进行计算；以及
电机控制单元，其基于所述电机扭矩指令值而对所述电机进行控制，
如果所述加速器操作量小于或等于规定值，且所述电动车辆即将停车，则所述电机扭矩指令值计算单元将对所述反馈扭矩加上所述前馈扭矩而得到的速度反馈扭矩作为电机扭矩指令值计算出，该电机扭矩指令值在行驶速度降低的同时收敛为零。
2.根据权利要求1所述的电动车辆的控制装置，其中，
与所述坡度无关的阻力分量是将制动力施加于车辆的制动器制动量，
速度参数推定值校正单元具有根据所述制动器制动量而计算速度参数校正值的速度参数校正值计算单元，基于所述速度参数校正值而对所述速度参数推定值进行校正。
3.根据权利要求2所述的电动车辆的控制装置，其中，
还具有对驾驶者的制动器操作量进行检测的制动器操作量检测单元，
基于所述制动器操作量检测单元检测出的制动器操作量而确定所述制动器制动量。
4.根据权利要求2所述的电动车辆的控制装置，其中，
基于与制动器的操作相关的指令值而确定所述制动器制动量。
5.根据权利要求3或4所述的电动车辆的控制装置，其中，
考虑从制动器制动量向车辆的输入起直至制动力作用于车辆为止的响应性而确定所述制动器制动量。
6.根据权利要求2至4中任一项所述的电动车辆的控制装置，其中，
所述速度参数校正值的符号根据车辆的行进方向而不同。
7.根据权利要求2至4中任一项所述的电动车辆的控制装置，其中，
所述速度参数校正值计算单元利用包含制动器制动量向车辆的输入和电机的旋转速度的传递特性的模型Gb(s)的滤波器，对所述速度参数校正值进行计算。
8.根据权利要求7所述的电动车辆的控制装置，其中，
在将抑制驱动轴的扭转振动的减振控制应用于所述电动车辆的情况下，
所述速度参数校正值计算单元利用考虑了所述减振控制的传递特性的模型而对所述速度参数校正值进行计算。
9.根据权利要求2至4中任一项所述的电动车辆的控制装置，其中，
如果所述制动器制动量被解除，则所述车速推定单元利用所述速度参数对所述速度参数推定值进行初始化。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的电动车辆的控制装置，其中，
还具有对外部干扰扭矩进行推定的外部干扰扭矩推定单元，
如果所述加速器操作量小于或等于规定值，且电动车辆即将停车，则所述电机扭矩指令值计算单元在行驶速度降低的同时基于所述反馈扭矩和所述前馈扭矩而使所述电机扭矩指令值收敛为所述外部干扰扭矩。
11.一种电动车辆的控制方法，所述电动车辆以电机为行驶驱动源，利用所述电机的再生制动力而进行减速，其中，
对加速器操作量进行检测，
对与所述电动车辆的行驶速度成正比的速度参数进行检测，
根据所述电动车辆的状态对所述速度参数进行推定，
根据车辆状态对与坡度无关的阻力分量进行检测或推定，
根据与所述坡度无关的阻力分量而对所述速度参数进行校正，
对检测出的速度参数乘以用于分配所述电机的再生制动力的规定的增益K1，对用于使所述电动车辆停止的反馈扭矩进行计算，
对校正后的所述速度参数乘以根据所述规定的增益K1设定的规定的增益K2，对用于弥补所述反馈扭矩的前馈扭矩进行计算，
如果所述加速器操作量小于或等于规定值、且所述电动车辆即将停车，则将对所述反馈扭矩加上所述前馈扭矩而得到的速度反馈扭矩作为电机扭矩指令值计算出，该电机扭矩指令值在行驶速度降低的同时收敛为零，
基于所述电机扭矩指令值而对所述电机进行控制。
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