CN114407869A - 电动车辆的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电动车辆的控制装置，该电动车辆的控制装置基于转矩目标值来控制对车辆的车轮进行驱动的驱动马达，该转矩目标值基于车辆的状态而设定。控制装置具备：转矩指令值计算部，使用表示传递特性的逆特性的函数，基于转矩目标值来计算转矩指令值，该传递特性表示因车轮的轮胎的胎体部的弹性与轮胎的胎面的粘性引起的、驱动马达的转矩与车辆主体的加速度的关系且根据车辆的速度而变化；和马达控制部，控制驱动马达以便输出与转矩指令值对应的转矩。

Description

电动车辆的控制装置
技术领域
本公开涉及电动车辆的控制装置。
背景技术
以往，公知有一种基于转矩目标值来对驱动车辆的轮胎的驱动马达进行控制的电动车辆的控制装置，该转矩目标值基于车辆的状态而设定(例如日本特开2017－225278)。特别是在日本特开2017－225278所记载的控制装置中，为了抑制驱动轴中的扭转振动而根据转矩目标值计算向驱动马达的转矩指令值，并以输出与计算出的转矩指令值对应的转矩的方式控制驱动马达。
另外，对于将车辆的动力传递至路面的轮胎而言，在与车轮连结的轮胎的车轮固定部和与路面接触的轮胎的胎面表面之间具有粘弹性。因此，由于该粘弹性，也可能伴随着车辆的行驶而在车辆产生振动。然而，在日本特开2017－225278所记载的控制装置中，未考虑轮胎的粘弹性，其结果是，无法抑制伴随着轮胎的粘弹性的车辆的振动。
发明内容
鉴于上述课题，本公开的目的在于，提供能够伴随着抑制轮胎的粘弹性的车辆的振动那样的电动车辆的控制装置。
本公开的主旨如下所述。
[1]一种电动车辆的控制装置，基于转矩目标值来控制对车轮进行驱动的驱动马达，该转矩目标值基于车辆的状态而设定，上述电动车辆的控制装置具备：
转矩指令值计算部，使用表示传递特性的逆特性的函数，基于上述转矩目标值来计算转矩指令值，该传递特性表示因上述车轮的轮胎的胎体部的弹性与上述轮胎的胎面的粘性(viscosity)引起的、上述驱动马达的转矩与车辆主体的加速度的关系且根据上述车辆的速度而变化；和
马达控制部，控制上述驱动马达以便输出与上述转矩指令值对应的转矩。
[2]根据上述[1]所记载的电动车辆的控制装置，其中，
上述传递特性表示除了因上述轮胎的胎体部的弹性以及上述轮胎的胎面的粘性之外还因上述车辆主体与上述车轮之间的悬架装置的粘弹性(viscoelasticity)引起的、上述驱动马达的转矩与上述车辆主体的加速度的关系。
[3]根据上述[1]或者[2]所记载的电动车辆的控制装置，其中，
上述传递特性中的上述驱动马达的转矩Tm与上述车辆主体的加速度xb”的关系用下述式(1)表示，
Figure BDA0003263975550000021
在上述式(1)中，s是拉普拉斯变换中的复参数，ni(i＝0、1、2)以及dj(j＝0、1、2、3、4)为系数且至少一部分根据车辆的速度而变化，基于下述式(2)以及下述式(3)来计算上述式(1)的系数ni、dj，
Figure BDA0003263975550000022
Figure BDA0003263975550000023
在上述式(2)以及上述式(3)中，Fd是上述轮胎的驱动力，Ds是上述轮胎的行驶刚度(driving stiffness)，V是车辆的速度，x’－xw’是上述轮胎的胎面表面相对于车轮固定部的相对速度，Iw是上述车轮的惯性力矩，θw”是上述车轮的角加速度。
[4]根据上述[3]所记载的电动车辆的控制装置，其中，
除了基于上述式(2)以及上述式(3)以外还基于下述式(4)以及下述式(5)来计算上述式(1)的系数ni、di，
Figure BDA0003263975550000024
Figure BDA0003263975550000025
在上述式(4)以及上述(5)中，mu是簧下部分的重量，mb是车辆主体的重量，Kx是上述车辆主体与上述轮胎之间的悬架装置的弹性系数，Cx是上述悬架装置的粘性系数，xu、xu’以及xu”分别是簧下部分的位移、速度以及加速度，xb、xb’以及xb”分别是车辆主体的位移、速度以及加速度。
[5]根据上述[1]～[4]中任1个所记载的电动车辆的控制装置，其中，
上述逆特性通过表示上述转矩目标值Tmt与上述转矩指令值Tmi的关系的下述式(6)来表示，
Figure BDA0003263975550000031
在上述式(6)中，s是拉普拉斯变换中的复参数，ni(i＝0、1、2)以及dj(j＝0、1、2、3、4)为系数且至少一部分根据车辆的速度而变化，
上述转矩指令值计算部通过将上述转矩目标值输入至对上述式(6)乘以复参数s的二阶低通滤波器所得的函数来计算上述转矩指令值，该复参数s的二阶低通滤波器使由上述式(6)表示的逆特性正则化。
根据本公开，提供能够抑制伴随着轮胎的粘弹性的车辆的振动那样的电动车辆的控制装置。
附图说明
以下，参照附图对本发明的示例性实施例的特征、优点、技术及工业重要性进行说明，在附图中相同的附图标记表示相同的构件，其中:
图1是简要地表示搭载了一个实施方式所涉及的控制装置的电动车辆的图。
图2是ECU的硬件构成图。
图3是与驱动马达的控制相关的ECU的处理器的功能框图。
图4是表示驱动轮的物理模型的图。
图5是简要地表示驱动系系统模型的图。
图6是表示车辆的速度为0km/h以及60km/h的情况下的实验车辆中的频率响应特性的实测值的图。
图7是将用式(19)表示的传递特性表示为车辆的速度为0km/h以及60km/h的情况下的频率响应特性的图。
图8是表示对与振动的抑制相关的实验的结果进行展现的频率响应特性的图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式详细地进行说明。其中，在以下的说明中，对同样的构件标注相同的参照编号。
＜电动车辆的结构＞
图1是简要地表示搭载了一个实施方式所涉及的控制装置的电动车辆1的图。在本实施方式中，图1所示的电动车辆1是仅通过驱动马达来驱动车辆的电动汽车，但也可以是通过驱动马达以及内燃机双方来驱动车辆的混合动力汽车。
另外，对于本实施方式的电动车辆1而言，车轮被悬架装置支承，将位于比悬架装置靠下的位置的车轮、制动器等的重量称为簧下重量。另外，在本说明书中，将位于比悬架装置靠上的位置的电动车辆1的部分称为车辆主体2，因此，车辆主体2的重量(簧上重量)是指从电动车辆1整体的重量减去簧下重量所得的重量。
如图1所示，电动车辆1具备蓄电池11、功率控制单元(PCU)12、驱动马达13、减速器14、驱动轴15以及驱动轮(车轮)16作为用于对车辆进行驱动的构件。特别是本实施方式的电动车辆1对于二个驱动轮16分别设置有一个驱动马达13(轮内马达)。然而，也可以对于多个驱动轮16设置有一个驱动马达。
蓄电池11是能够蓄存电力并且将所蓄存的电力释放的装置的一个例子，例如是锂离子电池等可充放电的二次电池。蓄电池11与PCU12电连接。蓄电池11通过连接外部的充电器而被充电。另外，在电动车辆1为混合动力车辆的情况下，蓄电池11通过被供给利用由内燃机的驱动力驱动发电机而发出的电力来被充电。除此之外，在使用电动发电机作为驱动马达的情况下，蓄电池11通过被从电动发电机供给再生电力来被充电。充电至蓄电池11的电力除了为了驱动车辆1而经由PCU12被供给至驱动马达13之外，还根据需要被供给至空调设备、导航系统等搭载于电动车辆1的在电动车辆1的驱动以外使用的电气设备。
PCU12是为了电控制驱动马达13而使用的装置的一个例子。PCU12与蓄电池11电连接并且与驱动马达13电连接。PCU12利用从蓄电池11供给的电力，基于来自后述的电子控制单元(ECU)20的控制信号来控制驱动马达13。在本实施方式中，PCU12具备转换器121以及逆变器122。
转换器121例如是双向性的DC/DC转换器。转换器121为了将蓄电池11的电力供给至驱动马达13来用于电动车辆1的驱动而升压蓄电池11的电压并将电力供给至逆变器122。另外，在使用电动发电机作为驱动马达13的情况下，转换器121为了将再生电力供给至蓄电池11而降压再生电力并将电力供给至蓄电池11。
逆变器122通过使开关元件通/断来将从转换器121供给的直流电流变换为交流，并使交流电流流动至驱动马达13。特别是在本实施方式中，向驱动马达13流动三相交流电流。逆变器122基于来自ECU20的控制信号，利用脉冲宽度调制(PWM)等方法来实际变更施加于驱动马达13的交流电压的频率以及振幅，从而对驱动马达13的旋转速度以及驱动马达13输出的转矩(输出转矩)进行控制。另外，在使用电动发电机作为驱动马达13的情况下，逆变器122将从电动发电机供给的交流电流变换为直流，并使直流电流经由转换器121流动至蓄电池11。
驱动马达13是对电动车辆1的车轮进行驱动的电动机的一个例子，例如为三相的交流电动马达。驱动马达13也可以是在车辆的制动中作为通过再生发电生成再生电力的发电机发挥功能的电动发电机。驱动马达13与逆变器122电连接，从逆变器122流动三相交流电流。驱动马达13若从蓄电池11经由PCU12被供电，则驱动车辆1。另外，在驱动马达13作为电动发电机发挥功能的情况下，在车辆1的制动中生成再生电力并经由PCU12供给至蓄电池11。
特别是在本实施方式中，由于对于二个驱动轮16分别设置有一个驱动马达13，所以电动车辆1具备二个驱动马达13。各驱动马达13分别与逆变器122连接，被相互独立地控制。
减速器14以及驱动轴15将从驱动马达13输出的驱动力传递至驱动轮16。减速器14与驱动马达13的输出轴连结，并且经由驱动轴15与驱动轮16连结。减速器14按一定的减速比来减速驱动马达13的输出，驱动轴15将减速器14的输出传递至驱动轮16。
驱动轮16是将来自驱动马达13的动力传递至路面的车轮。驱动轮16与驱动轴15连结，并且伴随着驱动轴15的旋转而旋转。驱动轮16具有与驱动轴15连结的车轮和被固定于车轮的外周的轮胎，轮胎将动力传递至路面。
另外，如图1所示，电动车辆1具备控制电动车辆1的电子控制单元(ECU)20、电流传感器31以及旋转相位传感器32。
ECU20是为了控制驱动马达13而使用的控制装置的一个例子。除此之外，ECU20还被用于控制电动车辆1的其他电子设备。图2是ECU20的硬件构成图。如图2所示，ECU20具有通信接口21、存储器22以及处理器23。通信接口21以及存储器22经由信号线与处理器23连接。此外，在本实施方式中，在电动车辆1设置有一个ECU20，但也可以设置按每个功能划分的多个ECU。
通信接口21具有用于将ECU20与遵照CAN(Controller AreaNetwork)等标准的车内网络连接的接口电路。ECU20经由通信接口21与其他车载设备通信。具体而言，通信接口21例如经由车内网络与逆变器122、电流传感器31以及旋转相位传感器32连接。ECU20向逆变器122发送控制信号，另外，接收电流传感器31以及旋转相位传感器32的输出信号。
存储器22是存储数据的存储部的一个例子。存储器22例如具有易失性的半导体存储器(例如RAM)以及非易失性的半导体存储器(例如ROM)。存储器22存储用于在处理器23中执行各种处理的计算机程序、在由处理器23执行各种处理时使用的各种数据等。
处理器23是进行用于控制驱动马达13等电子设备的运算处理的处理装置的一个例子。处理器23具有一个或者多个CPU(Central Processing Unit)及其周边电路。处理器23可以还具有GPU(Graphics ProcessingUnit)或者逻辑运算单元或数值运算单元那样的运算电路。处理器23基于存储于存储器22的计算机程序来执行各种处理。
电流传感器31是对从逆变器122流动至各驱动马达13的电流进行检测的检测器的一个例子。在本实施方式中，电流传感器31分别对流动至各驱动马达13的三相的交流电流进行检测。然而，电流传感器31也可以分别检测任意两相的交流电流，并根据这两相的交流电流来推断剩余的一相的交流电流。
旋转相位传感器32是检测各驱动马达13的旋转相位的检测器的一个例子。旋转相位传感器32例如为解析器、编码器。
＜驱动马达的控制＞
接下来，参照图3对驱动马达13的控制进行说明。当控制驱动马达13时，在ECU20的处理器23中生成PWM信号(三相的脉冲宽度信号)，该PWM信号经由ECU20的通信接口21被向逆变器122发送。以下，对处理器23中的PWM信号的生成方法进行说明。特别是，以下以通过矢量控制来控制驱动马达13的情况为例进行说明。
图3是与驱动马达13的控制相关的ECU20的处理器23的功能框图。处理器23具有转矩目标值计算部231、转矩指令值计算部232、电流指令值计算部233、电流指令值计算部233以及控制信号生成部234。处理器23的这些功能块例如是通过在处理器23上动作的计算机程序实现的功能模块。此外，这些功能块也可以是设置于处理器23的专用的运算电路。另外，以下将电流指令值计算部233与控制信号生成部234统称为马达控制部235。
转矩目标值计算部231基于电动车辆1的状态来计算转矩目标值Tmt。向转矩目标值计算部231输入与电动车辆1的状态相关的参数的值。另外，转矩目标值计算部231向转矩指令值计算部232输出适合于当前的电动车辆1的状态的转矩目标值。
在本实施方式中，作为转矩目标值计算部231中的与电动车辆1的状态相关的参数，可使用加速踏板的踩踏量Da以及电动车辆1的速度V。因此，在转矩目标值计算部231中，基于这些参数来计算转矩目标值Tmt。例如，通过输出与加速踏板的踩踏量对应的电压的踩踏量传感器(未图示)来检测加速踏板的踩踏量Da。例如，通过将基于旋转相位传感器32的输出计算出的驱动马达13的旋转速度与驱动轮16的半径相乘且除以减速器的减速比来计算电动车辆1的速度。通过对由旋转相位传感器32检测出的驱动马达13的旋转相位进行微分来计算驱动马达13的旋转速度(角速度)。此外，例如也可以通过基于根据设置于驱动轴15的旋转相位传感器等的输出而计算出的驱动轮16的旋转速度进行计算等其他方法来计算电动车辆1的速度V。
此外，在计算转矩目标值Tmt时，也可以代替上述的加速踏板的踩踏量Da以及电动车辆1的速度V或者在它们的基础上还使用其他参数。例如，在是混合动力车辆的情况下，可使用内燃机的输出转矩等。
转矩指令值计算部232基于转矩目标值Tmt以及电动车辆1的速度V来计算转矩指令值Tmi。对转矩指令值计算部232输入转矩目标值Tmt以及电动车辆1的速度V，转矩指令值计算部232向电流指令值计算部233输出转矩指令值Tmi。这里，如后述那样，因驱动轮16的轮胎的粘弹性、悬架装置的粘弹性而使得电动车辆1在其行进方向上产生振动。鉴于此，转矩指令值计算部232为了抑制这样的电动车辆1在行进方向上的振动而修正转矩目标值Tmt，将其作为转矩指令值Tmi输出。关于转矩指令值计算部232中的转矩指令值Tmi的计算方法将后述。
电流指令值计算部233基于转矩指令值Tmi来计算电流指令值idi、iqi(在矢量控制中从三相向两相且向旋转坐标系变换时的电流指令值)。在本实施方式中，对电流指令值计算部233输入转矩指令值Tmi、驱动马达的旋转速度ωm、从转换器121向逆变器122供给的直流电压的电压值(以下，称为“直流电压值”)vd，电流指令值计算部233向控制信号生成部234输出电流指令值idi、iqi。
电流指令值计算部233基于转矩指令值Tmi、驱动马达的旋转速度ωm、直流电压值vd来计算电流指令值idi、iqi。电流指令值计算部233例如预先求出对转矩指令值Tmi、驱动马达的旋转速度ωm以及直流电压值vd与d轴电流指令值idi以及q轴电流指令值iqi的关系进行表示的映射或者计算式，使用该映射或者计算式来计算d轴电流指令值idi以及q轴电流指令值iqi。
控制信号生成部234基于d轴电流指令值idi以及q轴电流指令值iqi来生成向逆变器122发送的PWM信号。对控制信号生成部234输入d轴电流指令值idi、q轴电流指令值iqi、由电流传感器31检测出的三相交流电流iu、iv、iw以及由旋转相位传感器32检测出的驱动马达的旋转相位α(rad)，控制信号生成部234输出向逆变器122发送的PWM信号tu(％)、tv(％)、tw(％)。
具体而言，控制信号生成部234以实际的d轴电流ida以及q轴电流iqa与由电流指令值计算部233计算出的d轴电流指令值idi以及q轴电流指令值iqi一致的方式生成PWM信号。因此，控制信号生成部234首先基于由电流传感器31检测出的三相交流电流iu、iv、iw和由旋转相位传感器32检测出的驱动马达13的旋转相位α来计算实际的d轴电流ida以及q轴电流iqa。接着，控制信号生成部234根据实际的d轴电流ida与d轴电流指令值idi的偏差来计算d轴电压指令值vdi，根据实际的q轴电流iqa与q轴电流指令值iqi的偏差来计算q轴电压指令值vqi。而且，控制信号生成部234基于d轴电压指令值vdi以及q轴电压指令值vqi与驱动马达13的旋转相位α来计算三相交流电压指令值vu、vv、vw，基于计算出的三相交流电压指令值vu、vv、vw来生成PWM信号tu、tv、tw。控制信号生成部234将生成的PWM信号发送至逆变器122。
在逆变器122中，基于从ECU20的控制信号生成部234发送的PWM信号来使开关元件开闭。由此，驱动马达13被以与在转矩指令值计算部232中计算出的转矩指令值对应的转矩驱动。
其中，如上所述，对电流指令值计算部233输入转矩指令值Tmi等，控制信号生成部234生成用于以输出与转矩指令值Tmi对应的转矩的方式控制驱动马达13的PWM信号。因此，由电流指令值计算部233以及控制信号生成部234构成的马达控制部235以输出与转矩指令值对应的转矩的方式控制驱动马达13。在本实施方式中，马达控制部235通过矢量控制来控制驱动马达13，但只要能够以输出与转矩指令值对应的转矩的方式控制驱动马达13，则可以利用任何方法来控制驱动马达13。
＜振动的抑制＞
另外，如上所述，因驱动轮16的轮胎的粘弹性、悬架装置的粘弹性而使得电动车辆1在其行进方向上产生振动。鉴于此，本实施方式所涉及的ECU20的转矩指令值计算部232以消除上述的振动的方式修正基于电动车辆1的状态而设定的转矩目标值Tmt，计算出转矩指令值Tmi。以下，对转矩指令值Tmi的计算方法进行说明。
首先，研究考虑了轮胎的粘弹性的物理模型。图4是简要地表示驱动轮16的轮胎的物理模型的图。如图4所示，驱动轮16具有与驱动轴15连结的车轮161和被固定于车轮161的外周的轮胎162。另外，轮胎162具备着地于路面的胎面162a和在车轮161与胎面162a之间延伸的胎体部(carcass portion)162b。因此，来自驱动轮16的驱动力经由车轮161、胎体部162b从胎面162a传递至路面。
其中，胎面162a是指未内置钢丝帘线等帘线(cord)而由橡胶形成的轮胎162的部分。另一方面，胎体部162b是指设置于胎面与车轮161的轮辋(rim)之间的内置有帘线的轮胎162的部分(不仅包括轮胎162的胎体还包括带束层(belt))。
如图4所示，若将从车轮161的中心观察时的车轮161的轮辋的位移设为xw，将胎面162a与胎体部162b之间的胎面基层的位移设为xt，则胎体部162b的弹性恢复力Fx用下述式(7)表示。式(7)表示为胎体部162b的弹性恢复力Fx取决于胎体部162b中的弹性，在式(7)中，kc是胎体部162b的弹性系数。
Fx＝-kc(xt-xw) …(7)
另外，如图4所示，若将从车轮161的中心观察时的路面的位移设为x，则从轮胎162的胎面162a传递至路面的驱动力(以下，简称为“轮胎的驱动力”)Fd用下述式(8)表示。式(8)表示为轮胎162的驱动力Fd取决于胎面162a的粘性，在式(8)中，Ds是胎面162a的行驶刚度(driving stiffness)，根据着地面积与胎面刚性而变化。
Figure BDA0003263975550000101
若对式(7)进行微分，则求出下述式(9)，若将式(9)代入上述式(8)，则求出下述式(10)。
Figure BDA0003263975550000102
Figure BDA0003263975550000103
这里，若将式(9)的x’、xt’、xw’分别变换为表示电动车辆1的速度V附近的微小变化量的参数，则式(10)能够如下述式(11)那样表示，另外，式(11)能够如下述式(12)那样变形。其中，在本说明书的正文中(除了公式以外)，为了方便，将某个参数a的1次微分表示为a’、将2次微分表示为a”(在式中用字符之上的逗号表示)。
Figure BDA0003263975550000104
Figure BDA0003263975550000105
若将式(7)～(12)考虑为拉普拉斯变换后的复参数s的函数，则Fx’＝sFx，由于从力的相互平衡考虑，Fd＝Fx，所以若使用这些关系来变形式(12)，则可求出下述式(13)。
Figure BDA0003263975550000111
根据上述式(13)可知，在图4所示的驱动轮16的物理模型中，轮胎162的驱动力Fd相对于车轮161的轮辋的速度xw’与路面的速度x’之差(即，胎面表面相对于轮胎162的车轮固定部的相对速度)成为取决于电动车辆1的速度V的一阶延迟的响应。
此外，在式(13)中，当V＝0的情况下可获得下述式(14)，当在式(13)中V＝∞的情况下可获得下述式(15)。
Figure BDA0003263975550000112
Figure BDA0003263975550000113
根据式(14)可知，在电动车辆1的速度低时，轮胎162的驱动力Fd由胎体部162b的弹簧的恢复力主导。另外，根据式(15)可知，在电动车辆1的速度高时，轮胎162的驱动力Fd由因滑动引起的前后力主导。这表示为在轮胎162的共振模式中存在电动车辆1的速度依赖性。
接下来，研究考虑了车辆主体2与驱动轮16之间的悬架装置的粘弹性的驱动系系统模型。图5是简要地表示驱动系系统模型的图。在图5中，mb是车辆主体2的重量(簧上重量)，mu表示位于比悬架装置靠下的电动车辆1的部分(车轮、制动器等。以下，称为“簧下部分”)17的重量(簧下重量)。另外，在图5中，xb表示车辆主体2在行进方向上的车辆主体2的位移，xu表示车辆主体2在行进方向上的簧下部分的位移。
另外，在图5中，Kx表示悬架装置18的弹簧的弹性系数，Cx表示悬架装置18的减震器的粘性系数(viscosity coefficient)。另外，r表示轮胎162的半径，Iw表示各驱动轮(车轮)16的惯性力矩，θw表示各驱动轮(车轮)16的旋转相位(即，轮胎162的旋转相位)(因此，θw”表示各驱动轮16的角加速度)。另外，图5中的Mt示意性地表示了图4所示的轮胎162的物理模型。此外，在本驱动系系统模型中，由于按各驱动轮16分别设置了驱动马达13，所以假定为从驱动马达13至驱动轮16为止的驱动系的刚性十分高。
在图5所示的驱动系系统模型中，与驱动轮16的旋转相关的运动方程式用下述式(16)表示。在式(16)中，Tm表示施加于驱动轮16的转矩、即驱动马达13的转矩。此外，如上所述，从力的相互平衡考虑，式(16)中的Fd与Fx相等。
Figure BDA0003263975550000121
另外，簧下部分17的运动方程式以及车辆主体2的运动方程式分别用下述式(17)以及式(18)表示。
Figure BDA0003263975550000122
Figure BDA0003263975550000123
若将上述式(13)以及上述式(16)～(18)整理为拉普拉斯变换后的复参数s的函数，则如下述式(19)那样求出对驱动马达13的转矩Tm与车辆主体2的行进方向的加速度xb”的关系进行表示的传递函数。
Figure BDA0003263975550000124
在式(19)中，ni(i＝0、1、2)、dj(j＝0、1、2、3、4)分别是通过将式(13)、(16)～(18)联立求解而导出的系数。因此，ni以及dj的至少一部分包括车辆主体2的速度V分量，因此，其值根据速度V而变化。
若考虑上述那样的传递函数的导出过程，则能够说由式(19)的传递函数表示的传递特性表示了因轮胎162的胎体部162b的弹性以及轮胎162的胎面162a的粘性与悬架装置18的粘弹性引起的、驱动马达13的转矩Tm与车辆主体2的加速度xb”的关系。
为了确认由上述式(13)以及上述式(16)～(18)定义的模型的妥当性、即上述式(19)的传递特性的妥当性，对实验车辆的频率响应特性与式(19)涉及的频率响应特性进行了比较。图6是表示速度V为0km/h以及60km/h的情况下的、实验车辆的频率响应特性的实测值的图。图中的增益表示车辆主体2的加速度xb”相对于驱动马达13的转矩Tm的比率。根据图6可知，在实验车辆的实测中，存在多个的共振中的仅30Hz附近的共振其峰值根据车辆的速度而变化。
图7是将用上述式(19)表示的传递特性表示为速度V为0km/h以及60km/h的情况下的频率响应特性的图。其中，在图7的频率响应特性中，除了8Hz附近的悬架装置18的刚体模式与30Hz附近的轮胎的刚体模式之外，还追加了16Hz附近的发动机安装件的伴随着粘弹性的刚体模式(这是因为：在用于获得图6的频率响应特性的测量时使用的实验车辆是轮内马达式的混合动力车辆，搭载了发电用的内燃机)。
根据图7可知，在用上述式(19)表示的传递特性中，也在30Hz附近的频率区域，增益根据电动车辆1的速度V而变化。这是因使用了考虑上述的轮胎162的粘弹性的物理模型而产生的变化。而且，对图6与图7进行比较可知，30Hz附近的增益均根据车辆的速度V而相同地变化，用上述式(19)表示的传递特性能够恰当地表现出实验车辆的特性。特别是，参照图6以及图7可知，在30Hz附近的高频区域可显著地观察到伴随着轮胎的粘弹性的电动车辆1的速度依赖性，用上述式(19)表示的传递特性能够恰当地模拟伴随着轮胎的粘弹性的电动车辆1的速度依赖性。
ECU20的转矩指令值计算部232通过使用由式(19)表示的传递特性将振动因轮胎162的粘弹性等而变大(在图7中为增益变大)的频率分量从输入信号除去来抑制振动。特别是，在本实施方式中，转矩指令值计算部232通过将置换了上述式(19)的分母与分子的特性、即用式(19)表示的传递特性的逆特性赋予给输入信号来抑制振动。具体而言，转矩指令值计算部232通过将转矩目标值Tmt输入至对传递特性的逆特性进行表示的下述式(20)的函数来计算转矩指令值Tmi，该传递特性表示驱动马达13的转矩与车辆主体2的加速度的关系。
Figure BDA0003263975550000131
其中，对式(20)而言，分子的s的次数高于分母的s的次数，成为非正则(non-proper)的传递函数，现实中不可能存在这样的特性。鉴于此，在本实施方式中，对转矩指令值计算部232附加将用式(20)表示的逆特性正则化的复参数s的二阶低通滤波器，使分母与分子的次数一致。因此，转矩指令值计算部232通过将转矩目标值输入至对式(20)乘以表示二阶低通滤波器的函数所得的函数来计算转矩指令值。
关于本实施方式所涉及的控制装置对振动的抑制，示出了使用实验车辆进行的实验的结果。图8是对展现该实验的结果的频率响应特性进行表示的图。在实验中，使实验车辆为停止状态(速度V＝0km/h)。图中的深色虚线表示频率响应特性的目标线，实验车辆被设计成具有沿着该目标线的频率响应特性。
图中的单点划线表示没有进行本实施方式所涉及的控制装置对振动的抑制的情况下、即转矩指令值计算部232将与转矩目标值相同的值作为转矩指令值输出的情况下的频率响应特性的实测值。另外，图中的虚线表示在视为电动车辆1的速度V为60km/h(与实际的速度不同)而进行了本实施方式所涉及的控制装置对振动的抑制的情况下、即视为电动车辆1的速度V为60km/h而由转矩指令值计算部232通过上述式(20)计算了转矩指令值Tmi的情况下的频率响应特性的实测值。并且，图中的实线表示在视为电动车辆1的速度V为0km/h(与实际的速度相同)而进行了本实施方式所涉及的控制装置对振动的抑制的情况下、即视为电动车辆1的速度V为0km/h而由转矩指令值计算部232通过上述式(20)计算了转矩指令值Tmi的情况下的频率响应特性的实测值。
根据图8可知，与虚线(设速度为60km/h而进行减振控制)相比，特别是在30Hz附近，实线(设速度为0km/h而进行减振控制)成为接近目标线的值。因此，利用与实际的电动车辆1的速度V相同的速度下的传递特性进行减振控制的情况(实线)和利用与实际的电动车辆1的速度V不同的速度下的传递特性进行减振控制的情况(虚线)相比，能够确认振动抑制效果高。因此，根据本实施方式，能够抑制轮胎的粘弹性所引起的取决于电动车辆1的速度的电动车辆1的振动。
＜变形例＞
用上述式(19)的传递函数表示的传递特性表示除了因轮胎162的胎体部162b的弹性以及轮胎162的胎面162a的粘性之外还因悬架装置18的粘弹性引起的、驱动马达13的转矩Tm与车辆主体2的加速度xb”的关系。因此，在上述实施方式中，转矩指令值计算部232使用表示因轮胎162的粘弹性与悬架装置18的粘弹性双方引起的传递特性的逆特性的函数，基于转矩目标值来计算转矩指令值。
然而，转矩指令值计算部232只要使用表示因轮胎162的粘弹性引起的传递特性的逆特性的函数即可，可以使用基于上述式(13)、式(16)～式(18)导出的传递函数以外的传递函数。因此，转矩指令值计算部232也可以使用表示因轮胎162的粘弹性引起而不因悬架装置18的粘弹性引起的传递特性的逆特性的函数。此时，转矩指令值计算部232使用基于上述式(13)以及式(16)导出的传递函数。该情况下的传递函数也能够如上述式(19)那样表示，但ni以及dj的一部分为零。另外，该情况下，非零的ni以及dj的至少一部分也包括车辆主体2的速度V分量，因此，其值根据速度V而变化。或者，转矩指令值计算部232可以使用表示除了因轮胎162的粘弹性之外、或者除了因轮胎162的粘弹性以及悬架装置18的粘弹性之外、还因其他因素(例如在驱动轴长的情况下为驱动轴的弹性等)引起的传递特性的逆特性的函数。
以上，对本发明所涉及的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于这些实施方式，在技术方案的记载范围内能够实施各种修正以及变更。

Claims (5)

1.一种电动车辆的控制装置，基于转矩目标值来控制对车轮进行驱动的驱动马达，该转矩目标值基于车辆的状态而设定，其中，所述电动车辆的控制装置具备：
转矩指令值计算部，使用表示传递特性的逆特性的函数，基于所述转矩目标值来计算转矩指令值，该传递特性表示因所述车轮的轮胎的胎体部的弹性与所述轮胎的胎面的粘性引起的、所述驱动马达的转矩与车辆主体的加速度的关系且根据所述车辆的速度而变化；和
马达控制部，控制所述驱动马达以便输出与所述转矩指令值对应的转矩。
2.根据权利要求1所述的电动车辆的控制装置，其中，
所述传递特性表示除了因所述轮胎的胎体部的弹性以及所述轮胎的胎面的粘性之外还因所述车辆主体与所述车轮之间的悬架装置的粘弹性引起的、所述驱动马达的转矩与所述车辆主体的加速度的关系。
3.根据权利要求1或2所述的电动车辆的控制装置，其中，
所述传递特性中的所述驱动马达的转矩Tm与所述车辆主体的加速度xb”的关系由下述式(1)表示，
Figure FDA0003263975540000011
在所述式(1)中，s是拉普拉斯变换中的复参数，ni以及dj为系数且至少一部分根据车辆的速度而变化，其中，i＝0、1、2，j＝0、1、2、3、4，
基于下述式(2)以及下述式(3)来计算所述式(1)的系数ni、dj，
Figure FDA0003263975540000012
Figure FDA0003263975540000013
在所述式(2)以及所述式(3)中，Fd是所述轮胎的驱动力，Ds是所述轮胎的行驶刚度，V是车辆的速度，x’－xw’是所述轮胎的胎面表面相对于车轮固定部的相对速度，Iw是所述车轮的惯性力矩，θw”是所述车轮的角加速度。
4.根据权利要求3所述的电动车辆的控制装置，其中，
除了基于所述式(2)以及所述式(3)以外还基于下述式(4)以及下述式(5)来计算所述式(1)的系数ni、di，
Figure FDA0003263975540000021
Figure FDA0003263975540000022
在所述式(4)以及所述(5)中，mu是簧下部分的重量，mb是车辆主体的重量，Kx是所述车辆主体与所述轮胎之间的悬架装置的弹性系数，Cx是所述悬架装置的粘性系数，xu、xu’以及xu”分别是簧下部分的位移、速度以及加速度，xb、xb’以及xb”分别是车辆主体的位移、速度以及加速度。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的电动车辆的控制装置，其中，
所述逆特性通过表示所述转矩目标值Tmt与所述转矩指令值Tmi的关系的下述式(6)来表示，
Figure FDA0003263975540000023
在所述式(6)中，s是拉普拉斯变换中的复参数，ni以及dj为系数且至少一部分根据车辆的速度而变化，其中，i＝0、1、2，j＝0、1、2、3、4，
所述转矩指令值计算部通过将所述转矩目标值输入至对所述式(6)乘以复参数s的二阶低通滤波器所得的函数来计算所述转矩指令值，该复参数s的二阶低通滤波器使由所述式(6)表示的逆特性正则化。
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