CN107921885A - 滑移控制装置 - Google Patents

Abstract

包括PI/PID控制机构(13)，该PI/PID控制机构(13)根据允许旋转速度与车轮的旋转速度的偏差，产生基于PI控制或PID控制的转矩补偿值(K_PID)。包括加法运算机构(16)，该加法运算机构(16)将从上级控制机构(3)而接收的转矩指令输入值与上述转矩补偿值相加。包括无用时间补偿机构(17)，该无用时间补偿机构(17)包括具有无用时间的控制对象模型(18)，通过史密斯法，在上述转矩补偿值的产生中进行无用时间补偿。向上述无用时间补偿机构(17)的输入为上述PI补偿或上述PID补偿中的除了I补偿以外的P补偿或PD补偿的输出。

Description

滑移控制装置

相关申请

本申请要求申请日为2015年11月2日、申请号为JP特愿2015—215393号申请的优先权，通过参照其整体，将其作为构成本申请的一部分的内容而进行引用。

技术领域

本发明涉及抑制车辆的轮胎滑移的滑移控制装置，本发明特别是涉及下述的电动汽车等的滑移控制装置，该电动汽车通过电动机等的驱动源而独立地驱动左右的车轮。

背景技术

在过去，人们知道有下述的滑移控制装置，其在车身的加速或减速时，防止车轮自旋或锁定。近年，作为电动汽车的一个形态，人们开发了在车轮的轮上组装电动机，通过电动机而直接地驱动车轮的所谓的轮毂电动机方式的车辆；将分别对应于左右轮，设置于车身上的2个电动机的输出经由驱动轴等分别传递给各车轮，控制各车轮的驱动转矩的所谓的车载方式的车辆。

这些轮毂电动机方式，车载方式的车辆具有可针对各轮而分别地控制施加于各车轮上的驱动转矩或制动转矩的特征。人们提出了灵活使用该特征，进行滑移的控制的控制装置(专利文献1)。在该过去例子中，车辆控制器根据车速传感器、加速传感器、制动传感器等的信息对电动机转矩指令值进行运算，将已运算的指令值送给电动机控制器，电动机控制器进行电动机的控制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特许第397235号公报

专利文献2：JP特许第2885544号公报

非专利文献

非专利文献1：阿部直人，児島晃著，“むだ時間·分布定数系の制御”，コロナ社(2007)

发明内容

发明要解决的课题

在于上述专利文献1中记载的技术中，在将通过车辆控制器而运算的电动机转矩指令值从车辆控制器送给电动机控制器时，在车辆控制器与电动机控制器之间的通信速度慢的场合，具有因通信、电动机转矩指令产生延迟，电动机控制器所进行的电动机的控制也延迟的问题。比如，在一般用于汽车的CAN(控制区域网络)的通信的场合，由于为在相同的布线上依次地进行各部位的通信的时间多重的串行通信，故通信速度慢。

在实际的控制装置中，不但具有上述通信速度的延迟，而且具有电动机控制器内的逆变器的运算的延迟，车轮速度传感器的检测的延迟等，从车辆控制器的转矩指令的输出到反馈到车辆控制器的车轮旋转速度的输入，除了具有车轮的惯性造成的延迟以外，还具有各种的延迟。在这些延迟中，具有包括无用时间的情况。在包括无用时间的场合，由于控制输入的效果没有马上出现在输出中，另外输出没有马上反馈给控制器，故如果车辆控制器要根据车轮旋转速度的值实施滑移控制，则伴随该无用时间的增加，在仅仅通过PID补偿的场合，容易产生控制的困难。

作为改善包括无用时间的控制系统的控制性的方法，比如，广泛地采用非专利文献1，专利文献2中公开的史密斯(smith)法。该史密斯法为采用包括无用时间的控制对象模型，预测无用时间后的输出，谋求控制稳定的方式。按照该方式，相对目标输入，可获得良好的响应，但是相对外部干扰的响应不一定良好。如果要将史密斯法用于车轮的滑移控制，由于驾驶员的加速操作等的指令转矩的变化，作用于轮胎上的路面的反力的变动作为外部干扰而作用，故具有控制性恶化的问题。作为提高输入外部干扰的响应性的方式，人们提出在反馈环中新导入补偿器，形成2个自由度系统的方法。但是，因新的补偿器的导入，控制设计花费功夫。

本发明是为了解决上述课题而提出的，本发明的目的在于提供一种滑移控制装置，其涉及在通过电动机而驱动作为驱动轮的各车轮的电动汽车中，抑制车辆的轮胎滑移的滑移控制装置，其中，即使在从车辆控制器的转矩指令的输出到反馈到车辆控制器的车辆旋转速度的输入，具有较大的无用时间的情况下，仍可稳定而以良好的精度进行滑移控制，可较容易地进行控制设计。

用于解决课题的技术方案

在下面，为了容易理解，参照实施方式的标号而对本发明进行说明。

本发明的滑移控制装置1涉及下述的滑移控制装置1，该滑移控制装置抑制汽车的轮胎的滑移，该汽车通过电动机5而驱动作为驱动轮的各车轮7，

该滑移控制装置1包括：

允许旋转速度运算机构12，该允许旋转速度运算机构12根据包括车速和操舵角的车辆的状态的信息，对车轮7的允许旋转速度ω_t进行运算；

PI/PID控制机构13，该PI/PID控制机构13根据上述允许旋转速度ω_t与车轮7的旋转速度ω的偏差，产生基于PI控制或PID控制的转矩补偿值K_PID；

加法运算机构16，该加法运算机构16将上述转矩补偿值K_PID与从上级控制机构3而接收的转矩指令输入值T_in相加，形成转矩指令输出值T_out；

无用时间补偿机构17，该无用时间补偿机构17包括具有无用时间的控制对象模型，通过史密斯法，在上述转矩补偿值K_PID的产生中进行无用时间补偿；

上述无用时间补偿机构17的输入为上述PI补偿或上述PID补偿中的除了I补偿以外的P补偿或PD补偿的输出K_PD。

另外，在这里，P为上述PI或PID控制的比例补偿，I为该控制的积分补偿，D为该控制的微分补偿。

按照该方案，上述PI/PID控制机构13根据允许旋转速度ω_t与车轮的旋转速度ω的偏差，产生PI控制或/PID控制的转矩补偿值K_PID，通过上述加法运算机构15将从上级控制机构3而接收的转矩指令输入值T_in与上述转矩补偿值K_PID相加，形成转矩指令输出值T_out。由此，可抑制车轮7滑移的情况。比如，监视各车轮7的车轮旋转速度ω，在各车轮7的车轮旋转速度ω超过允许旋转速度ω_t的场合，通过基于各车轮7的车轮旋转速度ω与允许旋转速度ω_t的偏差的PID控制运算或PI控制运算确定转矩补偿值，抑制车轮滑移的情况。

以该方案为前提，设置史密斯法的无用时间补偿机构17，上述无用时间补偿机构17的输入转矩为上述PID补偿或PI补偿内的除了I补偿(积分补偿)以外的P补偿(比较补偿)，或P补偿与D补偿(微分补偿)的和K_PD。由此，不产生I补偿(积分补偿)，转矩指令值的无用时间补偿造成的恒定偏差，控制精度提高。通过以上的方式，可提供下述的滑移控制装置，其中，即使在从车辆控制器的转矩指令的输出，到反馈到车辆控制器的车轮旋转速度的输入，具有较大的无用时间的情况下，仍可稳定地，并且以良好的精度而进行滑移控制，较容易地进行控制设计。

也可在本发明的滑移控制装置1中，在上述无用时间补偿机构17的输入中，不包括由上述上级控制机构3而提供的上述转矩指令输入值T_in。即，不将从上述上级控制机构3而提供给该滑移控制装置1的驱动或制动转矩指令输入值T_in与上述无用时间补偿机构17的输入转矩相加。由此，积分补偿、转矩指令值的无用时间补偿造成的恒定偏差没有更进一步地产生，控制精度提高。

也可在本发明的滑移控制装置1中，构成上述PI/PID控制机构13的I补偿部23通过从上述上级控制机构3而接收的上述转矩指令输入值T_in的绝对值(AB＝│T_in│)限制I补偿的值。即，通过根据加速踏板8的行程量或制动踏板9的踏力等而求出、通过上级控制机构3而计算且该滑移控制装置1所接收的驱动或制动的转矩指令输入值T_in的值，限制上述PID运算或PI运算的I补偿，即，积分补偿的值。由此，可提高目标值或外部干扰(从上级控制机构3而接收的指令值T_in与作用于轮胎上的路面的反力)的变化的响应性。

还可在本发明的滑移控制装置1中，具体来说，上述无用时间补偿机构将上述允许旋转速度与上述车轮的旋转速度的上述偏差作为减去来自上述控制对象模型的输出值而得到的偏差，上述PI/PID控制机构根据经过该减法运算处理而得到的偏差产生基于PI控制或PID控制的转矩补偿值。另外，在本发明的滑移控制装置1中，具体来说，上述PI/PID控制机构所采用的上述车轮的旋转速度为取实际的车轮的旋转速度、与相对上述控制对象模型的上述无用时间的元素的输出的差分的旋转速度。

权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少2个结构中的任意的组合均包含在本发明中。特别是，权利要求书中的各项权利要求的2个以上的任意的组合也包含在本发明中。

附图说明

根据参照附图的下面的优选的实施形式的说明，会更清楚地理解本发明。但是，实施形式和附图用于单纯的图示和说明，不应用于限制本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中，多个附图中的同一部件标号表示同一或相应部分。

图1为表示具有本发明的一个实施方式的滑移控制装置的电动汽车等的车辆的控制系统的系统结构图；

图2为表示该滑移控制装置的构思方案的方框图；

图3为表示对该滑移控制装置中的无用时间补偿机构的输入，不进行积分补偿的场合和对其进行积分补偿的场合的转矩指令值与车轮旋转速度的模拟结果的曲线图；

图4为表示采用该滑移控制装置的车辆的轮毂电动机驱动装置的一个例子的剖视图。

具体实施方式

根据附图，对本发明的一个实施方式进行说明。图1为表示具有该滑移控制装置1的电动汽车等的车辆的控制系统的系统结构图。该滑移控制装置1设置于车辆控制器2中。电动机控制器4、电动机5、旋转变压器6与车轮7仅仅给出针对车轮7的1个轮量的图示，但是它们也可针对构成各驱动轮的每个车轮7而设置。比如，在4轮驱动车中，分别每次4个地设置。在2轮驱动车中，每次2个地设置。

电动机5为埋入磁铁型同步电动机等的3相的交流电动机。电动机5既可为感应电动机，也可为直流电动机。电动机5既可为构成轮毂电动机驱动装置的电动机，也可为设置于底座(在图中未示出)上的车载式。

图4表示轮毂电动机驱动装置31的一个例子。该轮毂电动机驱动装置31包括：电动机5、减速器32与车轮用轴承33，它们的一部分或整体设置于车轮7的内部。电动机5的旋转经由减速器32和车轮用轴承33传递给车轮7。在车轮用轴承33的轮毂33a的法兰部上固定构成摩擦制动装置34的制动圆片35，该制动圆片35与车轮7一体地旋转。电动机5包括定子5a和转子5b，该定子5a固定于外壳5c上，该转子5b安装于旋转输出轴5d上。

在图1中，旋转变压器6为设置于电动机5的内部，检测电动机转子的旋转速度ω的机构。也可代替旋转变压器6而设置其它形式的旋转检测机构(在图中未示出)。电动机控制器4具有比如将电池(在图中未示出)的直流电变换为交流电的逆变器(在图中未示出)，以及对应于已提供的转矩指令值控制构成该逆变器的输出的电流的功能。该电动机控制器4也称为逆变装置。

车辆控制器2为进行车辆的整体的控制的机构，其由ECU(电动控制单元)构成，包括上述上级控制机构3和滑移控制装置1。上级控制机构3和滑移控制装置1也可由相互不同的ECU构成。由上述ECU构成的车辆控制器2由微型计算机等的计算机与由其执行的程序以及各种的电子电路等构成。车辆控制器2与电动机控制器4通过CAN(控制区域网络)等的车内通信网而连接。

上级控制机构3具有根据构成从加速踏板8等的加速操作机构与制动踏板9等的制动操作机构而分别输入的加速指令与减速指令的操作量，产生各车轮7的驱动和制动指令，作为转矩指令值而发送给电动机控制器4的功能；以及进行车辆整体的协调控制或综合控制的功能。上级控制机构3作为产生上述转矩指令值的机构，不仅包括上述功能，还包括下述功能，即，考虑通过车速检测机构10而检测的车速，通过加速度传感器11而检测的车辆的加速度，由方向盘等的操舵机构(在图中未示出)而获得的操舵角等，调整上述各车轮7的驱动和制动指令。上述车速检测机构10为检测作为车身的速度的车速的机构，采用分别通过旋转传感器等(在图中未示出)而检测各车轮7的旋转速度ω，从其中而选择最高的速度的结构，通过从加速度传感器11而获得的加速度的积分而计算车速的结构的类型。

图2为表示该滑移控制装置1的构思方案的方框图，以仅仅1轮量为代表而给出图示。该滑移控制装置1包括允许旋转速度运算机构12，PI/PID控制机构13、加法运算机构16与无用时间补偿机构17。

允许旋转速度运算机构12为根据包括车速和操舵角的车辆的状态的信息，对车轮7的允许旋转速度ω_t进行运算的机构。允许旋转速度运算机构12具体来说，为根据车速V、横摆角速度γ与操舵角δ_h的检测值等，按照已确定的规则，确定抑制相对应的车轮7的滑移的允许旋转速度ω_t的机构。该已确定的规则根据实验，模拟的结果或过去的实际测定数据等，适当地设定。

PI/PID控制机构13为根据上述允许旋转速度ω_t与车轮的旋转速度ω的偏差，产生PI控制或PID控制的转矩补偿值K_PID的机构，在图2的例子中，其按照进行PID控制的方式构成。PI/PID控制机构13包括P补偿部24、I补偿部23与D补偿部25。P补偿与D补偿通过加法运算机构14而进行加法运算(后述的K_PD)，通过加法运算机构15将该加法运算值与I补偿相加(K_PID)。

上述加法运算机构16为从上级控制机构3而接收的转矩指令值T_in与上述转矩补偿值K_PID相加，形成转矩指令输出值T_out的机构。

无用时间补偿机构17为包括具有无用时间的控制对象模型18，通过史密斯法，在转矩补偿值K_PID的形成中，进行无用时间补偿的机构。该无用时间补偿机构17的输入构成上述PI/PID控制机构13的上述PID补偿的内部的除了I补偿以外的P和D补偿的输出(加法运算机构14的输出K_PD)。在上述PI/PID控制机构13为进行不进行D补偿的PI补偿的结构的场合，无用时间补偿机构17的输入为上述PI补偿中的除了I补偿以外的P补偿的输出。另外，在图2中，在无用时间补偿机构17的输入中不包括转矩指令输入值T_in。

控制对象20全部地包括图1的电动机控制器4、电动机5、车轮7、旋转变压器6与介设于它们之间的物的传递特性等，与滑移控制装置1连接。在图2中，控制对象20由G(s)e^－Ls表示。G(s)表示控制对象20的有理传递函数，e^－Ls表示控制对象20的无用时间。

对上述结构的滑移控制装置1的动作和各部分的细部进行说明。驱动各车轮7的转矩指令值T_in像前述那样，通过上级控制机构3，根据加速踏板8的行程量或制动踏板9的踏力等的操作量而计算。该计算值为滑移控制装置1从上级控制机构3而接收的转矩指令值T_in。

PI/PID控制机构13在平时，通过比较部21而比较监视的车轮7的旋转速度ω与上述允许旋转速度ω_t。PI/PID控制机构13在旋转速度ω超过允许旋转速度ω_t的场合，进行基于旋转速度ω超过允许旋转速度ω_t的偏差Δω的PID运算，获得PID运算值K_PID。

转矩补偿值(PID运算值)K_PID通过下述式而表示。

K_PID＝K_PΔω(n)+K_IΣΔω(n)+K_D(Δω(n-1)-Δω(n))

在这里，K_P，K_I，K_D分别表示比例运算、积分运算、微分运算的增益常数。

积分补偿部23在平时监视从上级控制机构3，滑移控制装置1而接收的驱动或制动的转矩指令输入值T_in，积分的运算值通过从上级控制机构3而接收的驱动或制动的转矩指令输入值T_in的绝对值的值(AB＝│T_in│)而限制。比如，在因过大的驱动转矩的指令输入值T_in，轮胎要空转的场合，I补偿输出负的转矩(制动转矩)，降低转矩指令输入值T_in，抑制空转，但是由于I补偿的值通过转矩指令输入值T_in而限制，故仅仅通过I补偿，转矩指令输入值T_in最低为零，不形成负的值。从路面而作用于轮胎上的路面反力经常为抑制轮胎的空转的方向，作用于该滑移控制装置1上的外部干扰中的产生轮胎的空转的外部干扰仅仅为转矩指令输入值。于是，即使在设置上述的限制的情况下，控制性仍几乎不恶化。另一方面，通过上述限制，输入或外部干扰的变化的响应快，控制性提高。

无用时间补偿机构17为通过史密斯法而进行无用时间补偿的机构，作为局部反馈，添加包括无用时间的补偿元素。无用时间补偿机构17的输出在本实施方式中，具体来说，相对输入到上述PI/PID控制机构13中的上述旋转速度ω与允许旋转速度ω_t的偏差Δω，用于比较部22的减法运算。另外，PI/PID控制机构13所采用的车轮的旋转速度在本实施方式中，具体来说，为取实际的车轮7的旋转速度ω与来自后述的控制对象模型18的无用时间元素(无用时间模型e^－Ls^)的输出的差分的旋转速度。G^(s)为滑移控制装置1内的控制对象模型18中的不包括无用时间的模型(有理传递函数)、e^－Ls^为无用时间的模型。所输入的K_PD为PID补偿中的除了积分补偿以外的比例与微分补偿的和。无用时间补偿机构17的输入为PID补偿中的除了积分补偿以外的比例与微分补偿的和K_PD。另外，转矩指令输入值T_in也不与上述无用时间补偿机构17的输入转矩相加。由此，不产生积分补偿，转矩指令值的无用时间补偿造成的恒定偏差，控制精度提高。

通过加法运算机构16，来自上级控制机构3的转矩指令输入值T_in与转矩补偿值(PID运算值)K_PID相加，形成来自该滑移控制装置1的转矩指令输出值T_out。

另外，允许旋转速度运算机构12，PI/PID控制机构13与无用时间补偿机构17具体来说，通过借助软件、硬件而实现的LUT(查询表)，或软件的数据库(Library)中所接纳的规定的变换函数；与其等效的硬件等，另外根据需要，规定的对象模型或数据库(Library)中的比较函数或四则运算函数，采用与它们等效的硬件等，进行运算而能输出结果的硬件电路或处理器(在图中未示出)上的软件函数构成。

通过以上的方式，即使在从车辆控制器2的上级控制机构3的转矩指令输出到反馈到车辆控制器2的车轮旋转速度ω的输入值，具有较大的无用时间的情况下，仍可稳定地，并且以良好的精度进行滑移控制。

图3表示控制对象20的有理传递函数G(s)为1(I_w·s)的场合的模拟结果的例子。I_w表示车轮7的惯性力矩。在以一定速度而进行的行驶中，得到在时刻1强烈地踩下加速器的场合的结果。在这里，为了简化，来自路面的摩擦力为零。在此场合，考虑模拟极低μ路面的情况。

在采用本实施方式，无用时间补偿时间17的输入为P补偿和D补偿的和K_PD的场合(图3(a))，在经过一定时间后，恒定偏差为零。另一方面，无用时间补偿机构17的输入为还包括I补偿的K_PID的场合(图3(b))，即使在经过充分的时间的情况下，仍残留恒定偏差。其理由在于I补偿按照对偏差进行积分，消除恒定偏差的方式进行作用，但是，由于I补偿的输出值输入到无用时间补偿机构中，通过偏差而扣除对应的无用时间补偿输出，故其结果是，无法使恒定偏差为零。

归纳而说明本方案的滑移控制装置1的作用和优点。监视各车轮7的车轮旋转速度ω，在各车轮7的车轮旋转速度ω超过允许旋转速度ω_t的场合，通过基于各车轮的旋转速度ω和允许旋转速度ω_t的偏差Δω的PID运算，确定转矩补偿值K_PID，抑制车轮7滑移的情况。

在此场合，上述PID运算的积分运算的值像下述那样而进行限制。即，通过根据从加速踏板8的行程量或制动踏板9的踏力等，通过上级控制机构3而计算，滑移控制装置1所接收的驱动或制动的转矩指令输入值T_in的值而进行限制。由此，可使目标值或外部干扰(从上级控制机构3而接收的转矩指令输入T_in，与来自作用于轮胎上的路面的反力)的变化的响应性提高。

设置史密斯法的无用时间补偿机构17，上述无用时间补偿机构17的输入转矩为上述PID补偿中的除了积分补偿以外的比较补偿与微分补偿的和。另外，滑移控制装置1从上级控制机构3接收的驱动或制动的转矩指令输入值T_in不与上述无用时间补偿机构17的输入转矩相加。由此，不产生积分补偿、转矩指令值T_in的无用时间补偿造成的恒定偏差，控制精度提高。

以上，在参照附图的同时，根据实施例，对用于实施本发明的优选的形式进行了说明，但是，本次公开的实施方式在全部的方面是列举性的，没有限定性。本发明的范围不通过上面的描述，而通过权利要求书而给出。如果是本领域的技术人员，在阅读本说明书后而会在显然的范围内，容易想到各种变更和修正方式。于是，这样的变更和修正方式应被解释为属于根据权利要求书而确定的本发明的范围内。

标号的说明：

标号1表示滑移控制装置；

标号2表示车辆控制器；

标号3表示上级控制机构；

标号4表示电动机控制器；

标号5表示电动机；

标号6表示旋转变压器；

标号7表示车轮；

标号8表示加速踏板；

标号9表示制动踏板；

标号10表示车速检测机构；

标号11表示加速度传感器；

标号12表示允许旋转速度运算机构；

标号13表示PI/PID控制机构；

标号14、15、16表示加法运算机构；

标号17表示无用时间补偿机构；

标号18表示控制对象模型；

标号20表示控制对象；

标号21、22表示比较部；

标号23表示I补偿部；

标号24表示P补偿部；

标号25表示D补偿部；

符号K_PD表示比例与微分补偿的和；

符号K_PID表示转矩补偿值；

符号T_in表示转矩指令输入值；

符号T_out表示转矩指令输出值；

符号ω表示旋转速度；

符号ω_t表示允许旋转速度。

Claims (5)

1.一种滑移控制装置，该滑移控制装置抑制汽车的轮胎的滑移，该汽车通过电动机而驱动作为驱动轮的各车轮，其特征在于，

该滑移控制装置包括：

允许旋转速度运算机构，该允许旋转速度运算机构根据包括车速和操舵角的车辆的状态的信息，对车轮的允许旋转速度进行运算；

PI/PID控制机构，该PI/PID控制机构根据上述允许旋转速度与车轮的旋转速度的偏差产生基于PI控制或PID控制的转矩补偿值；

加法运算机构，该加法运算机构将上述转矩补偿值与从上级控制机构而接收的转矩指令输入值相加，形成转矩指令输出值；

无用时间补偿机构，该无用时间补偿机构包括具有无用时间的控制对象模型，通过史密斯法，在上述转矩补偿值的产生中进行无用时间补偿；

上述无用时间补偿机构的输入为上述PI补偿或上述PID补偿中的除了I补偿以外的P补偿或PD补偿的输出。

2.根据权利要求1所述的滑移控制装置，其特征在于，在向上述无用时间补偿机构的输入中，不包括由上述上级控制机构而提供的上述转矩指令输入值。

3.根据权利要求1或2所述的滑移控制装置，其特征在于，构成上述PI/PID控制机构的I补偿部通过从上述上级控制机构而接收的上述转矩指令输入值的绝对值限制I补偿的值。

4.根据权利要求1～3中的任何一项所述的滑移控制装置，其特征在于，上述无用时间补偿机构将上述允许旋转速度与上述车轮的旋转速度的上述偏差作为减去来自上述控制对象模型的输出值而得到的偏差，上述PI/PID控制机构根据经过该减法运算处理而得到的偏差，产生基于PI控制或PID控制的转矩补偿值。

5.根据权利要求1～4中的任何一项所述的滑移控制装置，其特征在于，上述PI/PID控制机构所采用的上述车轮的旋转速度为取实际的车轮的旋转速度、与相对上述控制对象模型的上述无用时间的元素的输出的差分的旋转速度。