JP2000125410A - 電気自動車の制御装置 - Google Patents

電気自動車の制御装置

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JP2000125410A
JP2000125410A JP10293694A JP29369498A JP2000125410A JP 2000125410 A JP2000125410 A JP 2000125410A JP 10293694 A JP10293694 A JP 10293694A JP 29369498 A JP29369498 A JP 29369498A JP 2000125410 A JP2000125410 A JP 2000125410A
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vibration
motor
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Masaru Kobayashi
勝 小林
Akitsugu Yamashita
哲胤 山下
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気自動車駆動用の電動機の出力軸から減速
ギヤ、ドライブシャフトを介して駆動輪へいたるトルク
の伝達系が、ドライブシャフトをバネ要素とする捻れ共
振系を構成しているような場合に、この共振による車体
の振動を抑制しつつ、加減速時のドライバビリティを損
うことがないように電動機を制御する。 【解決手段】 回転速度検出器により電動機の回転速度
Nを検出し、この回転速度Nにより振動抑制成分演算手
段30で回転速度の振動成分ΔNを算出し、この算出さ
れた振動成分ΔNと電動機のトルク指令Tとを加算して
振動抑制補正後トルク指令T’となし、この振動抑制補
正後トルク指令T’通りの出力トルクを発生するべく電
流制御演算部14において電動機に流れる電流を制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動機によって推
進力を得る電気自動車の制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の電気自動車のシステムとして、例
えば図3に示す特開平7−143606号公報で開示さ
れた構成のものがある。この従来例は電動機として三相
交流電動機、電力変換器としてインバータを用いてい
る。また、電動機の電流制御演算方式としてベクトル制
御方法を用いている。
【0003】図において、1は車両に搭載された電力源
としてのバッテリ、2は後述する電動機をベクトル制御
する制御装置、3は制御装置2で制御されバッテリ1の
出力を交流電力に変換する電力変換器、4は電動機の回
転速度を検出する回転速度検出器、5はアクセル操作量
を検出するアクセル開度検出器、6はブレーキ操作量を
検出するブレーキ開度検出器、7は電力変換器3の出力
電流を検出する電流検出器、8は車両に推進力を与える
電動機、9は電動機8の回転速度を減速する減速ギヤ、
10は減速ギヤ9にて減速された電動機8の回転運動を
ドライブシャフト11に伝えるディファレンシャルギ
ヤ、12はドライブシャフトの両端に設けられた駆動輪
である。
【0004】以上のように、電動機8は、減速ギヤ9、
ディファレンシャルギヤ10、ドライブシャフト11を
介して駆動輪12と連結されている。従って、電動機8
の回転運動により駆動輪12が回転し車両に推進力を与
えて走行する。
【0005】バッテリ1から電力変換器3に入力された
直流電力は、制御装置2の制御のもとに三相交流電力に
変換され電動機8に供給される。これにより、電動機8
は回転駆動する。電力変換器3は制御装置2によってス
イッチング動作が制御される。すなわち、車両操縦者に
よるアクセルペダルの踏み込みを示すアクセル開度検出
器5からの出力であるアクセル開度A、ブレーキペダル
の踏み込みを示すブレーキ開度検出器6からの出力であ
るブレーキ開度Bを入力し、これに基づきパルス幅変調
(PWM)信号を生成する。
【0006】生成されたPWM信号は電力変換器3を構
成するスイッチング素子に供給され、これらのスイッチ
ング素子はPWM信号に応じてオン/オフする。この結
果、バッテリ1からの直流電力は三相交流電力に変換さ
れる。
【0007】図4にはこの従来例における制御装置2の
機能構成が示されている。13はアクセル開度A、ブレ
ーキ開度B等から電動機8のトルク指令値Tを演算して
出力するトルク指令演算部、14はトルク指令値Tに応
じたトルク電流成分Iq、励磁電流成分Idを生成し、
これら電流成分に従ってPWM信号を電力変換器3に出
力する電流制御演算部である。
【0008】15は回転速度検出器4で検出された電動
機8の回転速度検出値Nを平均化して回転速度平均値N
mを出力する回転速度平均化部、16は回転速度検出値
Nと回転速度平均値Nmとの偏差である回転速度変動量
ΔNを出力する減算器、17は回転速度変動量ΔNに定
数kを掛けてトルク変動量推定値ΔTを求めて出力する
乗算器である。
【0009】電流制御演算部14は、トルク指令値Tに
トルク変動量推定値ΔTを加算して補正後のトルク指令
値T*を求める加算器18,回転速度平均値Nmより磁
束指令値φを計算する磁束指令計算部19、補正後のト
ルク指令値T*と磁束指令値φよりトルク電流成分Iq
を計算して出力するトルク電流計算部20、磁束指令値
φより励磁電流成分Idを計算して出力する励磁電流計
算部21、トルク電流成分Iqと励磁電流成分Idより
PWM信号を発生するPWM発生部22より構成されて
いる。電流制御演算部14はベクトル制御方法に基づい
てPWM信号を発生する構成である。
【0010】次に、従来技術の動作について説明する。
トルク指令演算部13は、アクセル開度検出器5から出
力されるアクセル開度A、ブレーキ開度検出器6から出
力されるブレーキ開度B、及び、電動機8の回転速度平
均値Nmに基づき、トルク指令値Tを計算する。一方、
磁束指令計算部19は、電動機8に対する磁束指令値φ
を計算する。
【0011】計算されたトルク指令値T及び磁束指令値
φは、それぞれトルク電流計算部20及び励磁電流計算
部21に供給される。トルク電流計算部20は Iq=
kq×T/φの計算式により、トルク電流成分Iqを求
める。また、励磁電流計算部21はId=kd×φの式
により、励磁電流成分Idを求める。
【0012】このようにして求められた電流成分のう
ち、トルク電流成分Iqは電動機8からの出力トルクに
対応しており、励磁電流成分Idは電動機8の励磁電流
を示している。すなわち、これらのトルク電流成分Iq
及び励磁電流成分Idに基づき電力変換器3を制御する
ことにより、電動機8に流れる電流をベクトル制御でき
る。
【0013】回転速度検出器4によって検出される電動
機8の回転速度検出値Nは、座標変換等のためPWM発
生部22に供給されると同時に、回転速度平均化部15
に供給される。回転速度平均化部15は、回転速度検出
値Nを所定のサンプル数nに亘って平均化し、回転速度
検出値Nの平均値である回転速度平均値Nmを求める。
この求められた回転速度平均値Nmはトルク指令演算部
13及び磁束指令計算部19に供給され、それぞれトル
ク指令値Tと磁束指令値φが計算される。
【0014】このようにして得られたトルク指令値T
は、次に述べる補正を受けた上で補正後のトルク指令値
T*としてトルク電流計算部20に供給される。磁束指
令値φはトルク電流計算部20及び励磁電流計算部21
に供給される。従って、検出される回転速度検出値Nの
平均値Nmに基づき、電動機8の出力トルクが制御され
る。
【0015】ところで、電気自動車では電動機8の出力
軸からドライブシャフト11を介して駆動輪12へ至る
トルクの伝達系が、ドライブシャフト11をバネ要素と
する捻れ共振系を構成しているような場合があり、共振
により車体の前後に振動が発生したりする。
【0016】この問題点を解消する方策として本例では
回転速度平均化部15によって得られた回転速度平均値
Nmを用いて電動機8の出力トルク変動を推定し、この
推定結果に基づきトルク指令TをT*に補正する。すな
わち、回転速度平均化部15によって得られた回転速度
平均値Nmは減算器16に入力され、減算器16によっ
て回転速度平均値Nmから各瞬時の回転速度検出値Nが
減ぜられる。
【0017】減算値、すなわち回転速度変動量ΔN=N
m−Nは、乗算器17に入力される。乗算器17におい
て、この回転速度変動量ΔNに定数kが乗ぜられ、これ
によりトルク変動量推定値ΔTが求められる。すなわ
ち、ΔT=k×ΔNの演算が行われる。得られたトルク
変動量推定値ΔTは、トルク指令補正値ΔTとして加算
器18に入力される。加算器18はトルク指令演算部1
3より演算出力されるトルク指令値Tとトルク指令補正
値ΔTを加算し、得られた補正後のトルク指令T*=T
+ΔTがトルク電流計算部20に入力される。
【0018】このように、回転速度平均値Nmに基づく
トルク指令値T及び磁束指令値φのみでは、トルク伝達
系の共振等によるトルク変動が生じる余地があるので、
回転速度変動量ΔNに基づきトルク変動を推定してフィ
ードバックを加えるようにしている。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】従来技術は上記のよう
に、出力トルクの変動量を推定し、推定された変動量に
基づきトルク指令を補正することで電動機の出力トルク
の変動を抑制することが可能となる。
【0020】しかしながら、出力トルクの変動量の推定
に電動機の回転速度平均値Nmと、電動機の回転速度検
出値Nとをつきあわせて回転速度の変動量ΔNを求め、
トルク指令の補正量ΔTを得る本手法では、回転速度検
出値Nにノイズが重畳するような場合、また、急加減
速、緩加減速のそれぞれの場合を含む電動機の広い動作
範囲の全てにうまく対応するのは難しいという問題点が
あった。
【0021】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、特に電動機の出力軸から減速ギ
ヤ、ドライブシャフトを介して駆動輪へいたるトルクの
伝達系が、ドライブシャフトをバネ要素とする捻れ共振
系を構成しているような場合に、この共振による車体の
振動を抑制しつつ、加減速時のドライバビリティを損う
ことがないように電動機を制御する電気自動車の制御装
置を提供することを目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係わる
電気自動車の制御装置は、電動機の出力トルクを所定の
トルク指令に追従すべく制御して車両を駆動する電気自
動車の制御装置において、上記電動機へのトルク指令を
演算し出力するトルク指令演算部と、上記電動機の回転
速度を検出する回転速度検出器と、上記回転速度検出器
から出力された電動機回転速度を入力してトルク指令振
動抑制成分を算出する振動抑制成分演算手段と、上記ト
ルク指令と上記振動抑制成分演算手段から出力されるト
ルク指令振動抑制成分より振動抑制補正後トルク指令を
算出する加算器と、上記振動抑制補正後トルク指令を入
力してこの補正後のトルク指令に応じた出力トルクを得
るべく上記電動機の電流を制御する電流制御演算部とを
備えたものである。
【0023】請求項2の発明に係わる電気自動車の制御
装置の振動抑制成分演算手段は、算出されたトルク指令
振動抑制成分を電動機の回転速度帯によって、その量を
調整するものである。
【0024】
【発明の実施の形態】実施の形態1.以下、請求項1の
発明に関連する実施の形態を図を用いて説明する。図1
は、本実施の形態による電気自動車の制御装置の構成を
示すブロック図である。尚、図中、図4と同一符号は、
同一または相当部分を示す。また、電気自動車の全体の
システム構成は図3で示されるものと同等である。ただ
し、本発明において対象とする電動機は交流電動機と制
約されるものでなく、電力変換器もインバータと制約さ
れるものではない。
【0025】図1において、30は回転速度検出値Nよ
り振動抑制成分ΔT’を演算する振動抑制成分演算手段
である。この振動抑制成分演算手段30は回転速度検出
値Nの低域成分を通過させる低域通過フィルタ31、低
域通過フィルタ31を通過した低域フィルタ通過成分N
fから回転速度検出値Nを減算して差分値ΔN(Nf−
N)を出力する加算器32、差分値ΔNに係数kを乗算
してトルク指令振動抑制成分ΔTを出力する乗算器3
3、トルク指令振動抑制成分ΔTより突出値を取り除き
上下限値を一定範囲内に制限したトルク指令振動抑制成
分ΔT'を出力するリミッタ34より構成される。
【0026】次に本実施の形態の動作について説明す
る。まず、回転速度検出器4から出力される電動機8の
回転速度検出値N、アクセル開度検出器5から出力され
るアクセル開度A、及び、ブレーキ開度検出器6から出
力されるブレーキ開度Bをトルク指令演算部13に入力
するとトルク指令値Tが出力される。
【0027】つづいて、回転速度検出器4から出力され
る電動機8の回転速度検出値Nを振動抑制成分演算手3
0に入力すると、トルク指令振動抑制成分ΔT’が出力
される。
【0028】具体的には、図1に示すように電動機8の
回転速度検出値Nを振動抑制成分演算手段30に入力す
ると、まず、低域通過フィルタ31によって回転速度検
出値Nから高周波の振動成分が除去された低域フィルタ
通過成分Nfが出力される。つづいて、減算器32によ
り回転速度検出値Nの低域フィルタ通過成分Nfから回
転速度検出値Nを減算した差分値ΔN(Nf −N)が
出力される。この差分値ΔNより振動成分が明らかにな
る。
【0029】次に、差分値ΔN(Nf −N)を乗算器
33に入力すると係数kが乗ぜられてトルク指令振動抑
制成分ΔTが出力される。これはすなわち、電動機8の
回転速度の振動具合を検知し、この回転速度振動を抑制
すべく電動機8の出力トルクを補正するようなトルク指
令成分を出力することに相当する。
【0030】このとき、回転速度検出値Nの微分成分が
振動の加速度に相当するという観点から、振動を打ち消
すために、振動の加速度の逆位相成分を用いてトルク指
令振動抑制成分ΔTとする。その際、低域通過フィルタ
31の時定数Lは、差分値ΔN(Nf−N)が振動の加
速度に比例するような値となるように設定される。
【0031】つづいて、トルク指令振動抑制成分ΔTを
リミッタ34に通すことにより、突出値を取り除き上下
限値を一定範囲内に制限されたリミッタ通過後のトルク
指令振動抑制成分ΔT'が出力される。
【0032】次に、加算器35によりトルク指令演算部
13から出力されるトルク指令Tとトルク指令振動抑制
成分ΔT'が加算され、振動抑制補正後トルク指令T*
(=T+ΔT')が出力される。
【0033】次に、加算器35から出力された振動抑制
補正後トルク指令T*を電流制御演算部14に入力する
と、振動抑制補正後トルク指令T*通りの出力トルクを
得るような電流制御演算が行われ、電力変換器3のスイ
ッチング素子を駆動するPWM波を出力する。
【0034】電力変換器3のスイッチング素子は、制御
装置2から出力されるPWM波にしたがいオン/オフ
し、電動機8に供給する電力を調整する。その結果、電
動機8の出力トルクは、振動抑制補正後トルク指令T*
に一致するように制御される。
【0035】このように、電動機8の回転速度の振動を
検知して振動を打ち消すべくトルク指令を補正してやる
ことで、電気自動車のトルク伝達系で発生する回転速度
の振動を抑制することが可能となる。また、トルク指令
振動抑制成分ΔTの上下限をリミッタで制限することに
より、回転速度検出値にノイズが重畳して特異な値を示
しても、制御が不安定とならないように動作させること
が可能となる。
【0036】実施の形態2.以下、請求項2の発明に関
連する実施の形態2を図を用いて説明する。図2は、本
実施の形態による電気自動車の制御装置の構成を示すブ
ロック図である。尚、図中、図1と同一符号は、同一ま
たは相当部分を示すため説明を省略する。また、電気自
動車の全体のシステム構成は図3で示されるものと同等
である。図2で示される制御装置の構成において、振動
抑制成分演算手段30Aは図1で示される実施の形態1
における振動抑制成分演算手段30の構成に、振動抑制
成分調整ゲインマップ36を加えたものである。
【0037】次に本実施の形態の動作について説明す
る。振動抑制成分演算手段30Aにおいて、リミッタ3
4から上下限値を一定範囲内に制限されたリミッタ通過
後トルク指令振動抑制成分ΔT'が出力される。
【0038】つづいて、低域通過フィルタ31から出力
される回転速度の低域フィルタ通過成分Nf、及びリミ
ッタ通過後のトルク指令振動抑制成分ΔT'を振動抑制
成分調整ゲインマップ36に入力すると、回転速度帯調
整後のトルク指令振動抑制成分ΔT''が出力される。こ
れは、電動機8の回転速度帯によって振動抑制のための
トルク指令補正量の大小を微調整するためのものであ
る。
【0039】これは即ち、振動抑制成分調整ゲインマッ
プ36に回転速度の低域フィルタ通過成分Nfが入力さ
れると、低域フィルタ通過成分Nfに対応した既存の振
動抑制のためのトルク指令補正量をマップより読み出
し、この補正量を同じく入力されたリミッタ通過後のト
ルク指令振動抑制成分ΔT'にかけることで回転速度帯
調整後のトルク指令振動抑制成分ΔT''が出力される。
【0040】次に、加算器35によりトルク指令Tと回
転速度帯調整後のトルク指令振動抑制成分ΔT''が加算
され、振動抑制補正後トルク指令T*(=T+ΔT'')
が出力される。
【0041】つづいて、加算器35から出力された振動
抑制補正後トルク指令T*を電流制御演算部14に入力
すると、振動抑制補正後トルク指令T*通りの出力トル
クを得るような電流制御演算が行われ、PWM波が出力
される。電力変換器3のスイッチング素子は、このPW
M波にしたがいオン/オフし、電動機8に供給する電力
を調整する。その結果、電動機8の出力トルクは、振動
抑制補正後トルク指令T*に一致するように制御され
る。
【0042】このように、電動機8の回転速度の振動を
検知して振動を打ち消すべくトルク指令を補正する際
に、補正量を電動機8の回転速度帯に応じて可変してや
ることにより、急加減速時に車両の特性上発生する振動
は抑制せず、充分な加減速感を得ながら、電動機8の出
力軸から駆動輪12にかけての共振による振動を抑制す
るといった調整が可能となる。
【0043】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、電気自動車に
推進力を与える電動機へのトルク指令を演算し出力する
トルク指令演算部と、電動機の回転速度を検出する回転
速度検出器と、回転速度検出器から出力された電動機回
転速度を入力してトルク指令振動抑制成分を算出する振
動抑制成分演算手段と、トルク指令と上記振動抑制成分
演算手段から出力されるトルク指令振動抑制成分より振
動抑制補正後トルク指令を算出する加算器と、振動抑制
補正後トルク指令を入力してこの補正後のトルク指令に
応じた出力トルクを得るべく電動機の電流を制御する電
流制御演算部とを備え、電流制御演算部にて振動抑制補
正後トルク指令どおりの出力トルクを発生するべく電動
機に流れる電流を制御することで、不要な回転速度変動
を抑制して車両の前後振動を取り除くことができるとい
う効果がある。
【0044】請求項2の発明によれば、振動抑制成分演
算手段は、算出されたトルク指令振動抑制成分を電動機
の回転速度帯によって、その量を調整することにより、
電動機の動作状況(回転速度帯、加減速度合い)に応じ
て電気自動車における電動機の回転速度振動を抑制し、
かつ、振動の抑制効果の度合いを細かく調整することが
できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1の制御装置の構成を
示すブロック図である。
【図2】 この発明の実施の形態2の制御装置の構成を
示すブロック図である。
【図3】 従来技術に基づく電気自動車のシステムの全
体構成を示す図である。
【図4】 従来技術に基づく制御装置の構成を示すブロ
ック図である。
【符号の説明】
2 制御装置、4 回転速度検出器、8 電動機、13
トルク指令演算部、14 電流制御演算部、15 回
転速度平均化部、9 磁束指令計算部、20トルク電流
計算部、21 励磁電流計算部、30,30A 振動抑
制成分演算手段、31 低域通過フィルタ、34 リミ
ッタ、36 振動抑制成分調整ゲインマップ。
フロントページの続き Fターム(参考) 5H115 PA01 PC06 PG04 PI16 PI29 PU08 PV09 QE20 QN09 QN11 QN21 RB22 RB26 SE03 SJ12 SJ13 TB01 TO12 TO21 TO23 5H550 AA16 BB05 CC04 DD03 DD08 GG05 HB08 HB16 JJ11 JJ25 JJ26 LL01 LL22 LL60 PP02 5H576 AA15 BB04 CC04 DD02 DD04 DD05 EE01 EE11 EE19 GG04 HB01 JJ25 JJ26 JJ28 LL01 LL22 LL60 PP01

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電動機の出力トルクを所定のトルク指令
    に追従すべく制御して車両を駆動する電気自動車の制御
    装置において、 上記電動機へのトルク指令を演算し出力するトルク指令
    演算部と、 上記電動機の回転速度を検出する回転速度検出器と、 上記回転速度検出器から出力された電動機回転速度を入
    力してトルク指令振動抑制成分を算出する振動抑制成分
    演算手段と、 上記トルク指令と上記振動抑制成分演算手段から出力さ
    れるトルク指令振動抑制成分より振動抑制補正後トルク
    指令を算出する加算器と、 上記振動抑制補正後トルク指令を入力してこの補正後の
    トルク指令に応じた出力トルクを得るべく上記電動機の
    電流を制御する電流制御演算部とを備えたことを特徴と
    する電気自動車の制御装置。
  2. 【請求項2】 振動抑制成分演算手段は、算出されたト
    ルク指令振動抑制成分を電動機の回転速度帯によって、
    その量を調整することを特徴とする請求項1に記載の電
    気自動車の制御装置。
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