CN112297873A - 电动车辆系统和控制电动车辆的控制方法 - Google Patents

电动车辆系统和控制电动车辆的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电动车辆系统和控制电动车辆的控制方法。电动车辆系统包括电动机和控制装置，该电动机经由多个动力传输部件被联接到驱动轮。该控制装置被构造成用作：前馈控制部，基于传递函数来构造该前馈控制部，该传递函数模拟动力传输系统的振动传输特性，该前馈控制部从驾驶员接收电动机的要求扭矩来作为输入，并且该前馈控制部输出电动机的基础命令扭矩；时刻估计部，该时刻估计部基于关于动力传输系统的信息来估计所述多个动力传输部件之间的齿隙被消除的时刻；和扭矩校正部，该扭矩校正部响应于到达了由时刻估计部估计出的时刻而对基础命令扭矩施加校正扭矩，该校正扭矩用于减小由于消除齿隙而在动力传输系统中产生的振动。

Description

电动车辆系统和控制电动车辆的控制方法
技术领域
本发明涉及电动车辆系统和控制电动车辆的控制方法。
背景技术
在包括用于驱动驱动轮的电动机的电动车辆中，电动机的扭矩经由多个动力传输部件被传输到驱动轮，所述多个动力传输部件包括彼此接合的元件(诸如齿轮)。在这些动力传输部件之间设有齿隙(游隙)。在存在这种齿隙的情况下，在车辆从减速状态加速的场景中或在车辆从加速状态减速的场景中，车辆的动力传输系统暂时进入死区，在该死区中，电动机的扭矩不被传输到驱动轮。在通过该死区之后，在动力传输系统中产生由于诸如齿轮的元件的接合(即，齿隙的消除)而导致的振动。
例如，WO 2018/020679 A1公开了一种控制电动车辆的控制方法。根据该控制方法，基于用于确定电动机的功率的目标扭矩命令值来确定车辆是否在如上所述的死区中。然后，当估计出车辆在死区中时，限制用于电动机的最终扭矩命令值。更详细地，基于目标扭矩命令值来设定该最终扭矩命令值，从而减小车辆的振动。
另外，例如，JP 2010-200567 A1公开了一种用于具有电动机作为动力源的电动车辆的减振控制装置。该减振控制装置包括：确定设备，该确定设备用于确定向驱动轴的扭矩传输是否被中断；和减振控制设备，该减振控制设备用于在确定了向驱动轴的扭矩传输在持续的同时停止目标扭矩值的反馈计算。
发明内容
根据WO 2018/020679 A1中所公开的控制方法，在估计出车辆的动力传输系统在死区中的期间，电动机的命令扭矩受到持续限制。因此，当使用这种控制方法时，增加了通过死区所需的时间(即，齿隙通过时间段)。结果是，存在可能降低电动车辆的加速或减速的响应性的问题。
为了解决上述问题而做出了本发明，并且本发明的目的是提供一种电动车辆系统和一种控制电动车辆的控制方法，该电动车辆系统和控制方法能够在减小电动车辆的加速或减速的响应性的下降的同时减小由于消除齿隙(即齿隙振动)而在动力传输系统中产生的振动。
根据本发明的电动车辆系统包括：电动机，该电动机经由多个动力传输部件被联接到驱动轮；和控制装置，该控制装置被构造成控制电动机。控制装置被构造成用作：前馈控制部，基于传递函数来构造该前馈控制部，该传递函数模拟从电动机到驱动轮的动力传输系统的振动传输特性，该前馈控制部从驾驶员接收电动机的要求扭矩来作为输入，并且该前馈控制部输出电动机的基础命令扭矩；时刻估计部，该时刻估计部基于关于动力传输系统的信息来估计所述多个动力传输部件之间的齿隙被消除的时刻；和扭矩校正部，该扭矩校正部响应于到达了由时刻估计部估计出的时刻而对基础命令扭矩施加校正扭矩，该校正扭矩用于减小由于消除齿隙而在动力传输系统中产生的振动。
关于动力传输系统的信息可以包括电动机的角速度和驱动轮的角速度。时刻估计部还可以基于电动机的角速度相对于驱动轮的角速度的相对角速度来计算在开始减小齿隙之后电动机相对于驱动轮的积分相对角度，并且该时刻估计部可以进一步估计该时刻是计算出的积分相对角度达到指定齿隙量时的时间。
校正扭矩可以具有与由于消除齿隙而产生且被输入到动力传输系统中的扭矩的波形相反的相位。
扭矩校正部可以包括：输入扭矩设定部，该输入扭矩设定部将被假定为由于消除齿隙而产生且被输入到动力传输系统中的扭矩设定为阶梯式第一预测扭矩；滤波处理部，该滤波处理部对第一预测扭矩施加滤波处理，以减小动力传输系统的自然共振频率分量，并且该滤波处理部输出第二预测扭矩；和减法部，该减法部从第二预测扭矩减去第一预测扭矩，以计算校正扭矩。
根据本发明的控制电动车辆的控制方法，电动车辆配备有：电动机，该电动机经由多个动力传输部件被联接到驱动轮；和控制装置，该控制装置包括前馈控制部，基于传递函数来构造该前馈控制部，该传递函数模拟从电动机到驱动轮的动力传输系统的振动传输特性，所述控制方法包括：由驾驶员向前馈控制部输入电动机的要求扭矩；从前馈控制部输出电动机的基础命令扭矩；基于关于动力传输系统的信息，估计所述多个动力传输部件之间的齿隙被消除的时刻；以及响应于到达了估计出的时刻，对基础命令扭矩施加校正扭矩，该校正扭矩用于减小由于消除齿隙而在动力传输系统中产生的振动。
根据本发明的电动车辆系统和控制电动车辆的控制方法，首先，通过使用前馈控制部能够减小与车辆的加速或减速相关联的动力传输系统的扭转振动，该前馈控制部是基于模拟动力传输系统的振动传输特性的传递函数而构造的。
然后，根据本发明的电动车辆系统和控制方法，通过时刻估计部来估计齿隙被消除的时刻，并且响应于到达了该时刻而将用于减小齿隙振动的校正扭矩施加到电动机的基础命令扭矩。换句话说，根据本发明的电动车辆系统和控制方法，在估计出动力传输系统在齿隙通过时间段(即，死区)中的期间，电动机的扭矩不被持续限制，这与WO 2018/020679A1中所公开的控制方法相反。因此，由于进行了对齿隙振动的减小，所以能够减小车辆的加速或减速的响应性的劣化。
如上所述，根据本发明的电动车辆系统和控制方法，能够在减小电动车辆的加速或减速的响应性的劣化的同时减小齿隙振动。
附图说明
图1是用于描述根据本发明的第一实施例的电动车辆系统的构造的示例的示意图；
图2是关于根据本发明的第一实施例的F/F减振控制的框图；
图3是示出了在根据本发明的第一实施例的F/F减振控制中所使用的动力传输系统PT的扭转模型的示意图；
图4是用于描述齿隙通过时间段的曲线图；
图5是示出了在根据本发明的第一实施例的F/F减振控制中的关于基于校正扭矩Tmc的扭矩校正的处理例程的流程图；
图6是用于描述通过使用根据本发明的第一实施例的校正扭矩Tmc来改善减振的效果的曲线图；
图7是关于根据本发明的第二实施例的F/F减振控制的框图；
图8是示出了图7中所示的预测扭矩Tsi和Tsi'的时间波形的示例的曲线图；
图9是示出了图7中所示的校正扭矩Tmc的时间波形的示例的曲线图；
图10是用于描述通过使用根据本发明的第二实施例的校正扭矩Tmc来改善减振的效果的曲线图；并且
图11是用于描述根据本发明的时刻估计部的另一个示例中的电机角速度ωm和轮角速度ωw的估计方法的曲线图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。然而，附图中的相同的部件由相同的附图标记表示，并且省略或简化了其冗余描述。此外，应理解的是，即使在以下实施例的描述中提到了元件的数目、数量、量、范围或其它数值属性，本发明也不限于所述数值属性，除非另有明确说明，或者除非本发明在理论上通过所述数值属性被明确指定。此外，结合以下实施例描述的结构或步骤等对于本发明来说不一定是必不可少的，除非另外明确地示出，或者除非本发明在理论上通过所述结构、步骤等被明确指定。
1.第一实施例
将参照图1至图6描述根据本发明的第一实施例。
1-1.电动车辆系统的构造的示例
图1是用于描述根据本发明的第一实施例的电动车辆系统10的构造的示例的示意图。图1中所示的电动车辆系统10设有电动机14，该电动机14作为电动车辆(下文中被简称为“车辆”)的驱动源。也就是说，使用电动机14来驱动电动车辆系统10所应用到的车辆的驱动轮12(在图1中仅示出了一个驱动轮12)。电动机14例如是三相AC电动机。
更具体而言，电动车辆系统10还设有电池16、PCU(Power Control Unit，电力控制单元)18和动力传输装置20。电池(DC电源)16存储从车辆外部供应的电力。PCU 18包括配备有多个开关元件(未示出)的电力变换器(逆变器)。当车辆由电动机14驱动时，PCU18通过适当地接通和断开这些开关元件从而将电池16的DC电力变换成AC电力，然后将AC电力供应到电动机14。
动力传输装置20包括用于将电动机14的驱动力传输到每一个驱动轮12的多个动力传输部件。减速装置22(驱动齿轮24、从动齿轮26、副轴28、驱动齿轮30和差动齿轮箱32)和驱动轴34(在图1中仅示出一个驱动轴34)的部件对应于此处描述的所述多个动力传输部件。更特别地，电动机14具有输出轴14a，与从动齿轮26接合的驱动齿轮24被固定到该输出轴14a。从动齿轮26被固定到副轴28的一端，并且驱动齿轮30被固定到副轴28的另一端。差动齿轮箱32具有与驱动齿轮30接合的齿圈32a。差动齿轮箱32被联接到每一个驱动轴34的一端，并且驱动轮12被联接到每一个驱动轴34的另一端。
动力传输装置20的上述多个动力传输部件经由减速装置22的部件(诸如驱动齿轮24)的齿轮部(未示出)或花键部(未示出)彼此接合。因此，在每一个动力传输构件之间存在齿隙(游隙)。如刚刚描述的，电动机14经由在其间具有齿隙的所述多个动力传输部件而联接到每一个驱动轮12。
电动车辆系统10还设有用于控制电动机14和PCU 18的控制装置40。控制装置40包括电子控制单元(ECU)，该电子控制单元(ECU)具有处理器40a和存储器40b。存储器40b存储用于控制电动车辆系统10的操作的程序。处理器40a从存储器40b读取程序并执行该程序。应当注意的是，可以使用多个ECU来构造控制装置40。
控制装置40接收来自用于控制电动车辆系统10的操作的各种传感器的传感器信号。此处提到的各种传感器包括车轮速度传感器42、电机角速度传感器44和加速器位置传感器46。车轮速度传感器42输出响应于驱动轮12的角速度ωw的信号。电机角速度传感器44输出响应于电动机14的角速度ωm的信号。加速器位置传感器46输出响应于车辆的加速器踏板的踩踏量(即，加速器位置)的信号。
1-2.前馈(F/F)减振控制
根据本实施例的电动车辆系统10，为了减小(或阻尼)响应于车辆的加速或减速而在车辆中产生的振动(冲击)，控制装置40执行F/F减振控制。
图2是关于根据本发明的第一实施例的F/F减振控制的框图。控制装置40包括(即，被构造成用作)前馈(F/F)控制部50、齿隙通过时间段估计部(下文中被简称为“齿隙估计部”)52和扭矩校正部54。图2中所示的控制系统中的设备(即，控制对象)是“从电动机14到驱动轮12的动力传输系统PT(传动系)”。
在设有电动机作为驱动源的电动车辆中，可以使用具有高响应的电动机的特性来提高加速度响应。然而，如果电动机产生阶梯式扭矩以提高加速度响应，则产生了动力传输系统(例如，驱动轴)的扭转振动(冲击)。另外，这种扭转振动不仅在加速期间产生，而且也在减速期间产生。
如下文详细描述的，根据本实施例的控制装置40中所包括的F/F控制部50具有作为滤波器的功能，以减小被包括在来自车辆驾驶员的要求扭矩Tmr中的控制对象(动力传输系统PT)的自然共振频率分量。当在车辆由电动机14的扭矩所驱动的期间使车辆进一步加速时，根据从这种F/F控制部50输出的基础命令扭矩Tmb来控制电动机14，并且由此可以很好地减小上述扭转振动。
另一方面，在从车辆的减速状态(惯性滑行状态)转变到加速状态(通过电动机产生的车辆驱动状态)的场景中，在动力传输系统PT中不仅产生了上述扭转振动，而且还产生了由于消除所述多个动力传输部件之间的齿隙(即，由于对向的齿轮齿表面的碰撞)而激发的振动(冲击)。在下文中，该振动也被简称为“齿隙振动”。应当注意的是，与上述相反，在从车辆的加速状态转变到减速状态的场景中也产生这种齿隙振动。因此，为了也减小齿隙振动，根据本实施例的控制装置40包括齿隙估计部52和扭矩校正部54，将在下文详细描述该齿隙估计部52和扭矩校正部54。
1-2-1.动力传输系统PT的扭转模型
图3是示出了在根据本发明的第一实施例的F/F减振控制中所使用的动力传输系统PT的扭转模型的示意图。通过对电动车辆系统10的动力传输系统PT(即，控制对象)进行建模来获得该扭转模型。在作为驱动源的电动机14与驱动轮(轮胎)12之间的每一个元件都具有弹簧元件和惯性。在此假定，动力传输系统PT的所有齿轮部和花键部的齿隙共同作为齿隙元件36存在于驱动轴34的位于驱动轮12侧的端部处。基于该假定，通过使用等价变换，可以将位于比齿隙元件36离电动机14近的一侧(驱动源侧)的各个元件的惯性视为一个惯性Jm。
此外，在图3中，符号Jw是驱动轮12的惯性。符号Tmf是电动机14的最终命令扭矩，并且符号Td是驱动轴扭矩。符号N是动力传输装置20的总齿轮比。符号ωm、ωd和ωw分别是电动机14、驱动轴34和驱动轮12的角速度。符号θ是下文描述的积分相对角度，该积分相对角度由齿隙估计部52来计算。如下所述，在齿隙估计部52中使用符号θbl。符号Kd是驱动轴34的扭转刚度。
1-2-2.前馈(F/F)控制
模拟动力传输系统PT的振动传输特性的传递函数被称为G′(s)。可以基于动力传输系统PT的规格来预先确定该传递函数G'(s)，所述动力传输系统PT的规格例如是驱动轴34的扭转刚度Kd以及电动机14和驱动轮12的相应的惯性Jm和Jw。
作为示例，基于传递函数G'(s)的逆函数F(s)来构造F/F控制部50。如图2中所示，F/F控制部50接收电动机14的要求扭矩Tmr作为输入，并输出基础命令扭矩Tmb。更具体地，作为示例，F/F控制部50的传递函数F(s)可以由以下等式(1)表示，并且传递函数F(s)的细节在JP 2000-217209 A1中进行了描述。符号τ是传递函数F(s)的时间常数，并且符号s是拉普拉斯算子。然后，符号G'(0)对应于下述等式(2)中的驱动轴扭矩Td(s)与最终命令扭矩Tmf(s)的比(＝Td(s)/Tmf(s))，即，图3中所示的动力传输装置20的齿轮比N(减速比)。
Figure BDA0002607146710000081
根据如上所述地构造的F/F控制部50，将与作为控制对象的动力传输系统PT的振动传输特性相反的特性赋予基础命令扭矩Tmb(即，强制力)。也就是说，可以减小被包括在要求扭矩Tmr中的动力传输系统PT的自然共振频率分量。通过使用由此确定的基础命令扭矩Tmb，能够有效地减小上述扭转振动。
应当注意的是，基于驾驶员要求的要求扭矩Tmr被计算为例如取决于加速器位置的值。另外，为了计算要求扭矩Tmr，除了使用加速器位置之外，还可以使用诸如车速的车辆信息。
1-2-3.齿隙通过时间段估计部(齿隙估计部)
图4是用于描述齿隙通过时间段的曲线图。在图4中，作为示例，以车辆从减速状态(惯性滑行状态)加速的场景表示驱动轴扭矩Td的时间波形。应该注意的是，图4表示当未做出减小齿隙振动的措施(即，根据本实施例的F/F减振控制)时获得的波形的示例。
此处提到的齿隙通过(减少)时间段对应于图4中所示的从时刻BL0到时刻BL1的时间段(BL0-BL1)。时刻BL0对应于图3中所示的动力传输系统PT的扭转模型中的齿隙元件36的齿隙响应于从减速状态到加速状态的转变而开始减小时的时刻。另一方面，时刻BL1对应于齿隙通过时间段结束时的时刻，即，齿隙被消除时的时刻(更详细地，齿隙结束减小时的时刻)。
齿隙估计部52包括时刻估计部52a。时刻估计部52a被构造成基于“关于动力传输系统PT的信息”来估计齿隙被消除的时刻BL1。详细地，可以通过例如以下方法来估计时刻BL1的到达。在以下估计方法中用作“关于动力传输系统PT的信息”的参数是：最终命令扭矩Tmf、惯性Jm、电机角速度ωm(最后值)、纵向力Ft、惯性Jw、半径R和轮角速度ωw(最后值)。
齿隙估计部52首先基于此处描述的方法来估计估计时刻BL1所需的时刻BL0。作为示例，可以使用以下等式(3)来进行对时刻BL0的估计。其中，电动机14的最终命令扭矩Tmf的拉普拉斯变换是Tmf(s)，驱动轴扭矩Td的拉普拉斯变换是Td(s)，用于根据最终命令扭矩Tmf来计算驱动轴扭矩Td的传递函数可以由以下等式(2)表示为G'(s)·F(s)。然后，通过将上述等式(1)的关系代入到等式(2)中的F/F控制部50的传递函数F(s)中来获得等式(3)。在车辆的操作期间，齿隙估计部52使用等式(3)中所示的运动等式来持续地计算驱动轴扭矩Td。当到达齿隙通过时间段时，驱动轴扭矩Td变为零。因此，齿隙估计部52能够估计出时刻BL0是使用该运动等式的驱动轴扭矩Td的估计值变为零时的时间。
Td(s)＝G'(s)·F(s)·Tmf(s)…(2)
Figure BDA0002607146710000101
接下来，时刻估计部52a从如上所述地估计出的时刻BL0的到达起开始计算图3中所示的积分相对角度θ。积分相对角度θ的计算例如可以通过使用以下等式(4)至(11)的方法来进行。等式(4)示出了电动机14的运动等式，等式(5)示出了驱动轮12的运动等式。应当注意的是，在等式(5)中，符号R和Ft分别是驱动轮(轮胎)12的半径和纵向力。符号Ft可以例如使用车身的运动等式(Ft-Fr＝M·α)来计算，该车身的运动等式基于行驶阻力Fr和车身加速度α(该行驶阻力Fr和车身加速度α是单独计算或检测出的)以及已知的车身重量M。
Figure BDA0002607146710000102
Figure BDA0002607146710000103
在齿隙通过时间段(BL0-BL1)期间，如上所述，驱动轴扭矩Td变为零。因此，上述等式(4)和(5)被简化为以下等式(6)和(7)。等式(8)是用于计算电动机14的角速度ωm(下文中也被简称为“电机角速度ωm”)的方程，可以通过对等式(6)的两边相对于时间t进行积分并对所获得的关系进行整理来推导出等式(8)。等式(9)是用于计算驱动轮12的角速度ωw(下文中也被简称为“轮角速度ωw”)的方程，也可以类似地从等式(7)推导出等式(9)。
Figure BDA0002607146710000111
Figure BDA0002607146710000112
Figure BDA0002607146710000113
Figure BDA0002607146710000114
通过将最终命令扭矩Tmf的当前值和已知的惯性Jm代入到等式(8)中以求解等式(8)，可以针对每一个指定的控制时段来计算电机角速度ωm的当前值。类似地，通过将驱动轮12的纵向力Ft的当前值(该驱动轮12的纵向力Ft的当前值是单独计算出的)、已知的惯性Jw和驱动轮12的半径R代入到等式(9)中以求解等式(9)，可以针对每一个指定的控制时段来计算轮角速度ωw的当前值。在齿隙通过时间段中，给予驱动源(电动机14)的扭矩(最终命令扭矩Tmf)被用于改变位于比齿隙元件36离驱动源(电动机)近的一侧的惯性Jm的角加速度dωm/dt，并且不被用于改变驱动轮12的惯性Jw的角加速度dωw/dt。
更具体地，通过分别求解等式(8)和(9)而获得的电机角速度ωm和轮角速度ωw的值对应于各个控制时段中的角速度ωm和ωw的变化值ωm_hat和ωw_hat。因此，电机角速度ωm的当前值被计算为该变化值ωm_hat和电机角速度ωm的最后值(例如，由电机角速度传感器44检测到的值)之和。类似地，轮角速度ωw的当前值被计算为变化值ωw_hat和轮角速度ωw的最后值(例如，由车轮速度传感器42检测到的值)之和。
基于如上所述地获得的电机角速度ωm和轮角速度ωw的当前值以及以下等式(10)，可以针对每一个控制时段来计算相对角速度ωp的当前值，该相对角速度ωp是电机角速度ωm相对于轮角速度ωw的相对角速度。在齿隙通过时间段期间，电机角速度ωm与驱动轴34的角速度ωd之间的差变为零。因此，相对角速度ωp变为与驱动轴34的角速度ωd相对于轮角速度ωw的相对角速度相等。在此基础上，通过使用以下等式(11)对所获得的相对角速度ωp进行积分，可以针对每一个控制时段来计算相对角度θp，该相对角度θp是电动机14相对于驱动轮12的相对角度(即，驱动轴34相对于驱动轮12的相对角度)。
ωp＝ωm-ωw…(10)
θp＝∫ωpdt…(11)
因此，通过从齿隙开始被消除时的时刻BL0起开始对相对角度θp进行积分，可以将在齿隙通过时间段期间的每一个控制时段中的相对角度θp的积分值计算为在开始通过齿隙之后的积分相对角度θ(即，为了消除齿隙而已经改变的相对角度之和)。
在到达时刻BL0之后，时刻估计部52a确定如上所述地计算出的积分相对角度θ是否变得等于或大于齿隙量θbl。齿隙量θbl被设定为例如与齿隙元件36的齿隙的量(即，位于电动机14与驱动轮之间的所有齿轮部和花键部的总齿隙的量)相等的值。时刻估计部52a估计出齿隙被消除的时刻BL1是积分相对角度θ达到齿隙量θbl时的时刻。
1-2-4.扭矩校正部
扭矩校正部54被构造成响应于到达了由时刻估计部52a估计出的时刻BL1而将校正扭矩Tmc施加到基础命令扭矩Tmb，该校正扭矩Tmc用于减小齿隙振动(即，由于消除齿隙而在动力传输系统PT中产生的振动)。详细地，作为示例，扭矩校正部54包括校正扭矩计算部54a、扭矩切换部54b和扭矩加法部54c，如图2中所示。
校正扭矩计算部54a计算在到达了时刻BL1时被加到基础命令扭矩Tmb上的校正扭矩Tmc。施加校正扭矩Tmc，以产生相对于驱动轴扭矩Td的波动波形(即，图4中例示的波形)的反相扭矩，以便减小由于消除齿隙而导致的驱动轴扭矩Td中的波动。
更具体地，施加图3中所示的动力传输系统PT中的位于比齿隙元件36离电动机14近的一侧(即，位于驱动源侧)的每一个元件(即，与惯性Jm相关联的每一个元件)的自然共振频率分量的正弦波作为校正扭矩Tmc。然而，如果长时间持续施加这种类型的正弦波校正扭矩Tmc，则所施加的正弦波用作动力传输系统PT上的强制力，并且反而会导致驱动轴扭矩Td中的波动。
因此，在本实施例中，使用阻尼系数来设定校正扭矩Tmc的波形，该阻尼系数被调节成使得正弦波被适当地阻尼并收敛。更特别地，根据假定的驱动轴扭矩Td的波动波形来预先确定阻尼系数的大小。也就是说，通过调节阻尼系数的大小，适当地调节施加反相扭矩作为校正扭矩Tmc的时间段。
此外，校正扭矩Tmc的正弦波的振幅例如由存储在存储器40b中的映射给出。详细地，例如，可以使用映射A，该映射A限定在加速或减速期间伴随着齿隙的消除的基础命令扭矩Tmb的斜率的大小(即，时间变化率)与正弦波的振幅之间的关系。另外，在该映射A中，例如，当该斜率越大时，则可以将正弦波的振幅设定得越大。此外，为了计算正弦波的振幅，除了映射A或替代映射A，可以使用映射B，该映射B例如限定车辆信息(诸如车速)与正弦波的振幅之间的关系。
根据由时刻估计部52a确定出的是否到达时刻BL1的结果，扭矩切换部54b改变输出到扭矩加法部54c的校正扭矩的值(0或Tmc)。扭矩加法部54c将从扭矩切换部54b输出的校正扭矩加到基础命令扭矩Tmb，以计算最终命令扭矩Tmf。
更具体地，当积分相对角度θ小于齿隙量θbl时，即，当由时刻估计部52a确定出了尚未到达时刻BL1时，扭矩切换部54b输出零作为校正扭矩，如图2中所示。因此，在这种情况下，不进行使用校正扭矩Tmc的对基础命令扭矩Tmb的校正。换句话说，最终命令扭矩Tmf变为与基础命令扭矩Tmb相等。
另一方面，当积分相对角度θ变为大于或等于齿隙量θbl时，即，当估计出到达了时刻BL1时，扭矩切换部54b输出由校正扭矩计算出的校正扭矩Tmc，如图2中所示。因此，在这种情况下，进行使用校正扭矩Tmc的对基础命令扭矩Tmb的校正。结果是，最终命令扭矩Tmf被计算为基础命令扭矩Tmb和校正扭矩Tmc之和。
接下来，将根据由于消除齿隙而导致的驱动轴扭矩Td的波动的产生机制来描述施加校正扭矩Tmc的时刻。该扭矩波动被认为是由于响应于齿隙的消除而将扭矩瞬时输入并传输到驱动轴34而产生的。因此，认为合适的是从齿隙被消除的时刻BL1起施加校正扭矩Tmc。在这一方面，根据本实施例的具有上述构造的扭矩校正部54，当由时刻估计部52a估计出到达了时刻BL1时，扭矩切换部54b立刻将由校正扭矩计算部54a计算出的校正扭矩Tmc输出到扭矩加法部54c。因此，可以响应于到达了时刻BL1而以前馈方式开始施加校正扭矩Tmc。
1-2-5.通过控制装置进行的处理
图5是示出了根据本发明的第一实施例的F/F减振控制中的关于基于校正扭矩Tmc的扭矩校正的处理例程的流程图。应当注意的是，F/F减振控制本身在电动车辆系统10的操作期间是大致持续进行的。另外，在F/F减振控制的执行期间，控制装置40针对每一个控制时段重复地执行该例程的处理。
根据图5中所示的例程，首先，在步骤S100中，控制装置40(更具体是齿隙估计部52)确定是否已经到达了齿隙通过时间段(BL0-BL1)。如上所述，可以通过例如确定是否已经到达了时刻BL0来进行该确定。
当步骤S100的确定结果为否时，即，当尚未到达齿隙通过时间段时，控制装置40结束当前的处理循环。另一方面，当确定结果为是时，即，当确定了已经到达齿隙通过时间段时，该处理前进到步骤S102。应该注意的是，当由于车辆从减速状态加速而到达齿隙通过时间段时，执行以下步骤S102至S106的处理，当由于车辆从加速状态减速而到达齿隙通过时间段时，也执行该步骤S102至S106的处理。
在步骤S102中，控制装置40(更具体是齿隙估计部52的时刻估计部52a)使用上述方法来计算积分相对角度θ。之后，该处理前进到步骤S104。
在步骤S104中，控制装置40(更具体是时刻估计部52a)确定在步骤S102中计算出的积分相对角度θ是否等于或大于上述齿隙量θbl。
当步骤S104的确定结果为否时，即，当控制装置40确定了尚未到达齿隙被消除的时刻BL1时，控制装置40结束当前处理循环。另一方面，当该确定结果为是时，即，当估计出到达了时刻BL1时，该处理前进到步骤S106。
在步骤S106中，控制装置40(更具体是扭矩校正部54)使用上述方法来计算校正扭矩Tmc，并且还通过将该校正扭矩Tmc加到基础命令扭矩Tmb来计算最终命令扭矩Tmf。然后，控制装置40将计算出的最终命令扭矩Tmf施加到电动机14。
1-3.效果
根据到目前为止所描述的本实施例的电动车辆系统10的F/F减振控制，为了基于要求扭矩Tmr来计算基础命令扭矩Tmb，使用了F/F控制部50，该F/F控制部50是基于模拟动力传输系统PT的振动传输特性的传递函数的逆函数F(s)而构造的。因此，可以通过使用基础命令扭矩Tmb来有效地减小响应于车辆的加速或减速而产生的上述扭转振动，在该基础命令扭矩Tmb中，被包括在要求扭矩Tmr中的控制对象(即，动力传输系统PT)的自然共振频率分量被减小。
在此基础上，根据F/F减振控制，当由时刻估计部52a估计出到达了齿隙被消除的时刻BL1时，将用于减小齿隙振动的校正扭矩Tmc以前馈方式施加到基础命令扭矩Tmb。图6是用于描述通过使用根据本发明的第一实施例的校正扭矩Tmc来改善减振的效果的曲线图。
在图6中，在“比较例”和“第一实施例”之间，比较了在车辆的加速期间伴随着齿隙通过的电动机14的最终命令扭矩Tmf和驱动轴扭矩Td的相应的波形。此处提到的“比较例”对应于在加速期间在不使用校正扭矩Tmc的情况下使用基础命令扭矩Tmb作为最终命令扭矩Tmf的示例。
从图6可看出，根据不使用校正扭矩Tmc的比较例，由于消除齿隙而产生的驱动轴扭矩Td的波动没有被令人满意地减小。另一方面，可以看出，根据使用校正扭矩Tmc的本实施例的波形，与比较例相比，扭矩波动被很好地阻尼(衰减)。
另外，与WO 2018/020679 A1中所公开的控制方法相反，根据本实施例的F/F减振控制，在估计出动力传输系统PT在齿隙通过时间段(即死区)中的期间，电动机14的扭矩(最终命令扭矩Tmf)不被持续限制。另外，本实施例的F/F减振控制没有检测到齿隙通过使用某些方法被实际消除，并且在检测之后没有开始用于校正电动机的扭矩以减小齿隙振动的反馈控制，但是，本实施例的F/F减振控制估计了时刻BL1的到达，并且响应于时刻BL1的到达而以前馈方式施加校正扭矩Tmc。因此，由于进行了齿隙振动的减少，因此能够减少车辆的加速或减速的响应性的劣化。
如上所述，根据本实施例的F/F减振控制，能够在减少电动车辆的加速或减速的响应性的劣化的同时减少齿隙振动。
2.第二实施例
接下来，将参照图7至图10描述根据本发明的第二实施例。除了以下描述之外，以与根据上述第一实施例的电动车辆系统10类似的方式来构造根据本实施例的电动车辆系统。
2-1.F/F减振控制
图7是关于根据本发明的第二实施例的F/F减振控制的框图。根据本实施例的电动车辆系统设有控制装置60来代替图2中所示的控制装置40。控制装置60包括扭矩校正部62。扭矩校正部62与扭矩校正部54的不同之处在于，该扭矩校正部62包括校正扭矩计算部62a来代替校正扭矩计算部54a。
如图7中所示，校正扭矩计算部62a包括输入扭矩设定部62a1、滤波处理部62a2和减法部62a3。在通过校正扭矩计算部62a进行的校正扭矩Tmc的计算方法中，假定由于消除齿隙(齿轮碰撞)而产生且被输入到动力传输系统PT的扭矩是阶梯式输入。输入扭矩设定部62a1将这种扭矩设定为阶梯式预测扭矩Tsi。应当注意的是，预测扭矩Tsi对应于根据本发明的“第一预测扭矩”的示例。
图8是示出图7中所示的预测扭矩Tsi和Tsi'的时间波形的示例的曲线图。如图8中所示，由输入扭矩设定部62a1设定的预测扭矩Tsi在由时刻估计部52a估计出的时刻BL1处以阶梯方式变化。作为预测扭矩Tsi中的变化量(即，以阶梯式形状输入的扭矩的变化量)，例如可以使用预先设定的固定值，或者该变化量可以根据在加速或减速期间伴随着齿隙的消除的基础命令扭矩Tmb的变化量而变化。
从输入扭矩设定部62a1输出的预测扭矩Tsi被输入到滤波处理部62a2。滤波处理部62a2的传递函数是F(s)，该F(s)与F/F控制部50的传递函数相同。也就是说，滤波处理部62a2被构造成对第一预测扭矩Tsi施加滤波处理，用于减小动力传输系统PT(控制目标)的自然共振频率分量。
从滤波处理部62a2输出的扭矩(即，减小了被包括在预测扭矩Tsi中的自然共振频率分量的扭矩)在本文中被称为预测扭矩Tsi'。该预测扭矩Tsi'如图8中所示。应注意的是，预测扭矩Tsi'对应于根据本发明的“第二预测扭矩”的示例。
图9是示出图7中所示的校正扭矩Tmc的时间波形的示例的曲线图。减法部62a3从滤波处理后的预测扭矩Tsi′减去滤波处理前的预测扭矩Tsi，并将所得值输出为校正扭矩Tmc。以刚刚描述的方式计算出的校正扭矩Tmc如图9中所示。应该注意的是，在图8和图9中，示出了在车辆从减速状态加速的示例中的预测扭矩Tsi和Tsi'以及校正扭矩Tmc的波形。相比之下，在车辆从加速状态减速的示例中的预测扭矩Tsi和Tsi'以及校正扭矩Tmc的波形通过将图8和图9中所示的波形在纸面的竖直方向上反转而获得。
2-2.效果
图10是用于描述通过使用根据本发明的第二实施例的校正扭矩Tmc来改善减振的效果的曲线图。
如果响应于齿隙的消除而实际上产生了没有通过滤波处理来减小动力传输系统PT的自然共振频率分量的阶梯式扭矩(诸如预测扭矩Tsi)并将其输入到动力传输系统PT中，则由于自然共振频率分量的存在而可能产生大的齿隙振动。相比之下，如果实际上输入了减小了自然共振频率分量的扭矩(诸如滤波处理之后的预测扭矩Tsi')，则认为，由于减小了自然共振频率分量，因此能够很好地减小由于该阶梯式输入而导致的齿隙振动。
根据上述的本实施例的扭矩校正部62，使用通过从减少了动力传输系统PT的自然共振频率分量的预测扭矩Tsi'减去滤波处理前的预测扭矩Tsi而得到的扭矩作为校正扭矩Tmc(＝Tsi'-Tsi)。换句话说，滤波处理后的预测扭矩Tsi'对应于滤波处理前的预测扭矩Tsi与校正扭矩Tmc之和(Tsi'＝Tsi+Tmc)。因此，当以与齿隙的消除相关联的方式实际产生了被假定为预测扭矩Tsi的阶梯式扭矩Tx并将该阶梯式扭矩Tx输入到动力传输系统PT时，能够通过使用包括了校正扭矩Tmc的最终命令扭矩Tmf来将校正扭矩Tmc施加到阶梯式实际输入扭矩Tx。也就是说，能够通过使用校正扭矩Tmc来减小实际输入扭矩Tx中所包含的自然共振频率分量。因此，如图10中所示，能够良好地减小由于消除齿隙而导致的驱动轴扭矩Td的波动，结果是，能够良好地减小齿隙振动。
另外，根据本实施例的F/F减振控制，在到达齿隙被消除的时刻BL1之前，可以预测由于消除齿隙而产生且被输入到动力传输系统PT中的扭矩预测作为预测扭矩Tsi。然后，可以在到达时刻BL1之前进行针对预测扭矩Tsi的滤波处理。因此，能够响应于到达了随后的时刻BL1而以前馈方式将校正扭矩Tmc施加到最终命令扭矩Tmf。因此，根据本实施例的F/F减振控制使得能够通过使用前馈控制来应对齿隙振动。
如上所述，根据本实施例的F/F减振控制，能够在减少电动车辆的加速或减速的响应性的劣化的同时减少齿隙振动。
3.其它实施例
接下来，将描述根据本发明的时刻估计部的另一个示例以及适用于本发明的电动车辆的其它示例。
3-1.时刻估计部的另一个示例
上述的时刻估计部52a使用等式(4)至(11)来估计齿隙被消除的时刻BL1。在时刻估计部52a的示例中，如已经描述的，使用最终命令扭矩Tmf、惯性Jm、电机角速度ωm(最后值)、纵向力Ft、惯性Jw、半径R和轮角速度ωw(最后值)作为“关于动力传输系统PT的信息”。
与上述内容相比，在此处描述的时刻估计部的另一个示例中，仅使用电机角速度ωm和轮角速度ωw作为“关于动力传输系统PT的信息”。在该示例中，如下文将参考图11详细描述的那样，根据在齿隙通过时间段期间的电机角速度ωm的多个过去值来估计在齿隙通过时间段期间的电机角速度ωm(当前值)。类似地，根据在齿隙通过时间段期间的轮角速度ωw的多个过去值来估计在齿隙通过时间段期间的轮角速度ωw(当前值)。应该注意的是，在获得了电机角速度ωm和轮角速度ωw之后计算相对角速度ωp、相对角度θp和积分相对角度θ的方法与使用等式(10)和(11)的时刻估计部52a的方法相同。
图11是用于描述根据本发明的时刻估计部的另一个示例中的电机角速度ωm和轮角速度ωw的估计方法的曲线图。应当注意的是，本文中例示和解释了车辆从减速状态加速的场景，但是该估计方法类似地适用于车辆从加速状态减速的场景。
在齿隙通过时间段期间，位于驱动轮12侧的惯性Jw与位于驱动源(电动机14)侧的惯性Jm断开。因此，如图11中示意性所示，如果在车辆加速时电动机14的最终命令扭矩Tmf增加，则电机角速度ωm增加。此后在消除了齿隙之后，电机角速度ωm减小。
根据该估计方法，例如根据在齿隙通过时间段期间的两个过去时间点tn-1和tn-2之间的(实际)电机角速度ωm的变化量来估计在齿隙通过时间段期间的当前时间点tn处的电机角速度ωm，如图11中所示。使用例如电机角速度传感器44来检测在时间点tn-1和tn-2处的电机角速度ωm的值。这种对在时间点tn处的电机角速度ωm的估计可以使用例如线性逼近来进行。此外，类似地，根据在齿隙通过时间段期间的两个过去时间点tn-1和tn-2之间的(实际)轮角速度ωw的变化量来估计在齿隙通过时间段期间的时间点tn处的轮角速度ωw。
如上所述的时刻估计部可以被应用于第一实施例或第二实施例来代替时刻估计部52a。
另外，在时刻估计部52a和上述根据另一个示例的时刻估计部中，可以使用代替了先前描述的方法的以下方法来获得轮角速度ωw(当前值)。也就是说，在齿隙通过时间段中，从动侧上的轮角速度ωw的变化量(＝当前值-最后值)相比于驱动侧上的电机角速度ωm的变化量(＝当前值-最后值)是微小的。因此，例如，可以将使用车轮速度传感器42检测出的轮角速度ωw的最后值用作轮角速度ωw的当前值。可替代地，可以基于例如附加参数(诸如行驶阻力Fr和路面坡度)以及刚刚描述的轮角速度ωw的最后值来估计轮角速度ωw的当前值。
3-2.电动车辆的其它示例
如图1中所示，应用了上述电动车辆系统10的电动车辆仅包括电动机14作为驱动源，并且还仅包括电池16作为用于操作电动机14的电源。然而，可以应用本发明的电动车辆不限于上述示例，只要其包括“经由多个动力传输部件联接到驱动轮的电动机”即可。也就是说，根据本发明的电动车辆可以是例如包括电动机和另一个驱动源(例如，内燃机)的混合动力车辆。此外，根据本发明的电动车辆可以是例如包括用于存储从车辆外部供应的电力的电池和另一个电源(例如，使用内燃机或燃料电池用于发电的发电机)的车辆。
上述实施例和变型例可以根据需要以除了上面清楚地描述的内容以外的方式进行组合，并且在不脱离本发明的范围的情况下，可以以各种方式修改上述实施例和变型例。

Claims (5)

1.一种电动车辆系统，包括：
电动机，所述电动机经由多个动力传输部件被联接到驱动轮；和
控制装置，所述控制装置被构造成控制所述电动机，
其中，所述控制装置被构造成用作：
前馈控制部，基于传递函数来构造所述前馈控制部，所述传递函数模拟从所述电动机到所述驱动轮的动力传输系统的振动传输特性，所述前馈控制部从驾驶员接收所述电动机的要求扭矩来作为输入，并且所述前馈控制部输出所述电动机的基础命令扭矩；
时刻估计部，所述时刻估计部基于关于所述动力传输系统的信息来估计所述多个动力传输部件之间的齿隙被消除的时刻；和
扭矩校正部，所述扭矩校正部响应于到达了由所述时刻估计部估计出的所述时刻而对所述基础命令扭矩施加校正扭矩，所述校正扭矩用于减小由于消除所述齿隙而在所述动力传输系统中产生的振动。
2.根据权利要求1所述的电动车辆系统，
其中，关于所述动力传输系统的所述信息包括所述电动机的角速度和所述驱动轮的角速度，并且
其中，所述时刻估计部基于所述电动机的角速度相对于所述驱动轮的角速度的相对角速度来计算在开始减小所述齿隙之后所述电动机相对于所述驱动轮的积分相对角度，并且所述时刻估计部估计所述时刻是计算出的积分相对角度达到指定齿隙量时的时间。
3.根据权利要求1或2所述的电动车辆系统，
其中，所述校正扭矩具有与由于消除所述齿隙而产生且被输入到所述动力传输系统中的扭矩的波形相反的相位。
4.根据权利要求1或2所述的电动车辆系统，
其中，所述扭矩校正部包括：
输入扭矩设定部，所述输入扭矩设定部将被假定为由于消除所述齿隙而产生且被输入到所述动力传输系统中的扭矩设定为阶梯式第一预测扭矩；
滤波处理部，所述滤波处理部对所述第一预测扭矩施加滤波处理，以减小所述动力传输系统的自然共振频率分量，并且所述滤波处理部输出第二预测扭矩；和
减法部，所述减法部从所述第二预测扭矩减去所述第一预测扭矩，以计算所述校正扭矩。
5.一种控制电动车辆的控制方法，所述电动车辆配备有：电动机，所述电动机经由多个动力传输部件被联接到驱动轮；和控制装置，所述控制装置包括前馈控制部，基于传递函数来构造所述前馈控制部，所述传递函数模拟从所述电动机到所述驱动轮的动力传输系统的振动传输特性，
所述控制方法包括：
由驾驶员向所述前馈控制部输入所述电动机的要求扭矩；
从所述前馈控制部输出所述电动机的基础命令扭矩；
基于关于所述动力传输系统的信息，估计所述多个动力传输部件之间的齿隙被消除的时刻；以及
响应于到达了估计出的时刻，对所述基础命令扭矩施加校正扭矩，所述校正扭矩用于减小由于消除所述齿隙而在所述动力传输系统中产生的振动。
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