JP2010288332A - Controller of electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動車両の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an electric vehicle.
例えば、特許文献1には、電動モータを用いた車両の制御装置が開示されている。この制御装置は、制振制御を行うために、Gp(s)なる伝達特性を有する制御ブロックと、この制御ブロックの出力とモータ回転速度との偏差を求める減算器と、H(s)/Gp(s)なる伝達特性を有する制御ブロックとを有する。この際、H(s)の分母次数と分子次数との差分は、Gp(s)の分母次数と分子次数の差以上となるように設定される。これにより、停止状態、或いは減速状態からアクセルを踏み込んだ場合においても、制振効果を得ることができる。
For example,
しかしながら、特許文献1に開示された手法によれば、制御対象とする車両のねじり振動特性を同定モデルGp(s)とした場合、その特性を用いたH(s)/Gp(s)なる伝達特性を有するフィルタを用いて、モータに対するトルク指令値を決定するためのトルク目標値等を算出している。そのため、車両伝達特性が同定モデルGp(s)から乖離した場合に、1/Gp(s)の共振特性に応じて、出力トルク(フィードバックトルク)に振動が発生する可能性がある。
However, according to the technique disclosed in
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、制振効果を図りつつ、トルク振動の発生を抑止することである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to suppress the generation of torque vibration while achieving a vibration damping effect.
かかる課題を解決するために、本発明において、第1項演算手段は、トルク指令値に対して、バンドパスフィルタの特性を有する伝達特性からなる第1のフィルタ処理を施すことにより、第2のトルク目標値の第1項を出力する。また、第2項演算手段は、モータ回転速度に対して、バンドパスフィルタの特性を有する伝達特性と、車両へのトルク入力とモータ回転速度との伝達特性のモデルとからなる第2のフィルタ処理を施すことにより、第2のトルク目標値の第2項を出力する。トルク目標値演算手段は、第2のトルク目標値の第1項と、第2のトルク目標値の第2項との偏差に基づいて、トルク指令値を演算するための第2のトルク目標値を演算する。この場合、トルク目標値演算手段は、第2のトルク目標値の第1項から前記第2のトルク目標値の第2項を減算した値に対して、2次式の分子と2次式の分母とで構成される伝達特性からなる第3のフィルタ処理を施すことにより第2のトルク目標値を出力するフィルタ手段を有する。ここで、フィルタ手段の伝達特性は、車両同定モデルの分子2次式を分子とするとともに、車両同定モデルの分子から演算される第1の減衰係数よりも大きく、かつ、1以下に設定された第2の減衰係数を有する2次式を分母としている。 In order to solve such a problem, in the present invention, the first term computing means performs the second filtering process on the torque command value by performing a first filtering process having a transmission characteristic having a band-pass filter characteristic. The first term of the torque target value is output. In addition, the second term calculation means includes a second filter process comprising a transfer characteristic having a band-pass filter characteristic with respect to the motor rotation speed, and a model of a transfer characteristic between torque input to the vehicle and the motor rotation speed. To output the second term of the second torque target value. The torque target value calculation means is a second torque target value for calculating a torque command value based on a deviation between the first term of the second torque target value and the second term of the second torque target value. Is calculated. In this case, the torque target value calculating means calculates the numerator of the quadratic expression and the quadratic expression for the value obtained by subtracting the second term of the second torque target value from the first term of the second torque target value. Filter means for outputting a second torque target value by performing a third filter process having a transfer characteristic composed of a denominator. Here, the transfer characteristic of the filter means is set to be equal to or less than the first attenuation coefficient calculated from the numerator quadratic expression of the vehicle identification model and calculated from the numerator of the vehicle identification model. A quadratic expression having the second attenuation coefficient is used as the denominator.
本発明によれば、車両伝達特性がその同定モデルから乖離するような場合でも、フィルタ手段のフィルタ機能により打ち消されるので、フィードバック制御による出力トルクの振動を抑制することができる。これにより、制振効果を図りつつ、トルク振動の発生を抑止することである。 According to the present invention, even when the vehicle transfer characteristics deviate from the identification model, the filter function of the filter means cancels out the vibration of the output torque due to the feedback control. Thus, generation of torque vibration is suppressed while achieving a vibration damping effect.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る電動車両の制御装置の構成を模式的に示すブロック図である。本実施形態にかかる電動車両は、バッテリ(図示せず)からの電力で動作するモータ1が搭載されており、モータ1の出力軸は減速機(図示せず)に接続されている。モータ1からの動力は、減速機およびドライブシャフト2を介して左右の駆動輪3,4に伝達される。バッテリとモータ1との間にはインバータ(図示せず)が設けられ、バッテリの直流電力はインバータによって交流電力に変換された上でモータ1に供給される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of the control apparatus for an electric vehicle according to the first embodiment of the present invention. The electric vehicle according to the present embodiment is equipped with a
電動車両には、モータ1の出力トルクを制御する制御装置5が搭載されており、この制御装置5は、トルク設定部6と、制振制御部7と、トルク制御部8とで構成されている。制御装置5としては、CPU、ROM、RAM、I/Oインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。制御装置5には、トルク制御を行うために、各種センサによって検出される車両情報が入力されている。回転角センサ9は、モータ1の回転角を検出することにより、モータ回転速度ωmを検出するセンサである。アクセル開度センサ10は、ドライバによるアクセル操作量(例えば、アクセル開度)を検出するセンサである。これらの回転角センサ9およびアクセル開度センサ10は、車両情報を検出する検出手段として機能する。
The electric vehicle is equipped with a
トルク設定部(トルク目標値設定手段)6は、車両情報、具体的には、検出されたアクセル操作量およびモータ回転速度ωmに基づいて、第1のトルク目標値Tm*を設定する。設定されたトルク目標値Tm*は、制振制御部7に出力される。制振制御部7は、検出されたモータ回転速度ωmと、トルク目標値Tm*とを入力として演算を行い、モータ1に対するトルクの指令値であるトルク指令値T*を決定する。決定されたトルク指令値T*は、トルク制御部8に出力される。トルク制御部8は、PWM制御などを用いてインバータを制御することにより、モータ1の出力トルクをモータトルク指令値T*に追従させるような制御を行う。
The torque setting unit (torque target value setting means) 6 sets the first torque target value Tm * based on the vehicle information, specifically, the detected accelerator operation amount and the motor rotation speed ωm. The set torque target value Tm * is output to the vibration
図2は、第1の実施形態にかかる制振制御部7の具体的な構成を示すブロック図である。制振制御部7において、第1のトルク目標値Tm*と、後述する第2のトルク目標値Tm*2とは加算器7aに入力され、加算器7aは両値を加算する。この加算器7aは、トルク指令値Tm*を演算するトルク指令値演算手段としての機能を担っており、第1のトルク目標値Tm*と、第2のトルク目標値Tm*2とに基づいて、両値Tm*,Tm*2の和をトルク指令値Tm*として演算する。加算器7aからの出力であるトルク指令値T*は、制御ブロック7bに入力される。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a specific configuration of the vibration
ここで、図1に示すように、制御装置5において、制振制御部7の一部をなす加算器7aからの出力であるトルク指令値T*は、トルク制御部8に入力される。そして、トルク制御部8がこのトルク指令値T*に基づいてインバータを介してモータ1を制御する。この制御に応じてモータ1が駆動することにより、そのモータ1の回転速度ωmが回転角センサ9によって検出され、検出されたモータ回転速度ωmが制御系にフィードバックされる。
Here, as shown in FIG. 1, in the
図2に示すブロック図において、制御ブロック7bは、Gp'(s)なる伝達特性を有しており、トルク制御部8によりインバータを介して制御される電動車両上のモータ1としての実プラントを代替的に表している。この制御ブロック7bは、トルク指令値T*を入力として、実プラントGp'(s)であるモータ1のモータ回転速度を出力する。なお、実プラントGp'(s)に入るトルク外乱要素を反映すべく、加算器7aから出力されたトルク指令値T*は、加算器7cによりトルク外乱要素Tdが加算された上で、制御ブロック7bに入力される。また、実プラントGp'(s)に入るモータ回転速度外乱要素を反映すべく、制御ブロック7bから出力されるモータ回転速度には、加算器7dによりモータ回転速度外乱要素ωdが加算される。加算器7dからの出力(モータ回転速度)は、回転角センサ9によって検出されるモータ回転速度ωmと対応する。加算器7dから出力されるモータ回転速度ωmは、制御ブロック7eに入力される。
In the block diagram shown in FIG. 2, the
制御ブロック7eは、フィルタとしての機能を担っており、このフィルタはH(s)/Gp(s)なる伝達特性を有している。ここで、H(s)は、バンドパスフィルタとして特性を有しており、Gp(s)は、車両へのトルク入力とモータ回転速度との伝達特性のモデル(車両伝達特性の同定モデル(車両同定モデル))である。この制御ブロック7eは、モータ回転速度ωmを入力とし、これにフィルタ処理を施すことにより、第2のトルク目標値の第2項Tm*2_2を出力(演算)する(第2項演算手段)。この第2のトルク目標値の第2項Tm*2_2は、減算器7gに出力される。
The
一方、加算器7aからの出力であるトルク指令値T*は、制御ブロック7bの他に、制御ブロック7fにも入力されている。制御ブロック7fは、バンドパスフィルタとして機能を担っており、上述したH(s)なる伝達特性を有している。この制御ブロック7fは、トルク指令値T*を入力とし、これにフィルタ処理を施すことにより、第2のトルク目標値の第1項Tm*2_1を出力(演算)する(第1項演算手段)。この第2のトルク目標値の第1項Tm*2_1は、減算器7gに出力される。
On the other hand, the torque command value T * output from the
減算器7gは、第2のトルク目標値の第1項Tm*2_1から、第2のトルク目標値の第2項Tm*2_2を減算することにより、両値Tm*2_1,Tm*2_2の偏差を演算する。減算器7gからの出力である第2のトルク目標値の第1項Tm*2_1および第2項Tm*2_2の偏差は、制御ブロック7hに出力される。
The
制御ブロック7hは、フィルタとしての機能を担っており、このフィルタはGz(s)なる伝達特性を有している。なお、伝達特性Gz(s)の詳細については後述する。制御ブロック7hは、減算器7gからの出力値を入力として、この入力値にフィルタ処理を施すことにより、第2のトルク目標値Tm*2を出力する(フィルタ手段)。算出された第2のトルク目標値Tm*2は、上述したように加算器7aに対して出力される。すなわち、上述した減算器7gおよび制御ブロック7hは、第2のトルク目標値の第1項Tm*2_1と第2のトルク目標値の第2項Tm*2_2との偏差に基づいて、第2のトルク目標値Tm*2を演算するトルク目標値演算手段として機能する。
The
本実施形態の特徴の一つは、このような制振制御部7のシステム構成に基づいて、制御ブロック7eにおける伝達特性のモデルGp(s)と、実プラントGp'(s)との間に乖離が発生した場合や、モータ回転速度外乱要素ωdが発生した場合に、出力トルクに振動が生じることを抑制するものである。
One of the features of the present embodiment is that, based on the system configuration of the vibration
以下、本実施形態の特徴の一つである伝達特性Gz(s)なるフィルタの設定方法について説明する。伝達特性Gz(s)は、伝達特性のモデルGp(s)に起因して設定される。そこで、伝達特性のモデルGp(s)について説明する。駆動ねじり振動系の運動方程式として、下式を導くことができる。
数式1において、符号の右上に付されている「*」は、時間微分を表す。また、Jmはモータ1のイナーシャであり、Jwは駆動輪のイナーシャであり、Mは車両の質量である。KDは駆動系のねじり剛性であり、KTはタイヤと路面の摩擦に関する係数であり、Nはオーバーオールギヤ比であり、rはタイヤの荷重半径である。ωmはモータ回転速度であり、Tmはモータ1のトルクであり、TDは駆動輪のトルクである。さらに、Fは車両に加えられる力であり、Vは車両の速度であり、ωwは駆動輪の回転速度である。
In
そして、上記の運動方程式に基づいて、モータトルクからモータ回転速度までの伝達特性のモデルGp(s)を求めると、Gp(s)は下式で示される。
ここで、数式2における各パラメータは、下式で示される。
数式2に示す伝達関数の極と零点とを調べると、1つの極と1つの零点は極めて近い値を示す。これは、次式で示すαとβとが極めて近い値を示すことに相当する。
数式4における極零相殺(α=βと近似する)を行うことにより、下式に示すように、Gp(s)は、(2次)/(3次)の伝達特性を構成する。
本実施形態では、同式の分子の項に着目する。この分子における2次の各係数をA(2次の係数)、B(1次の係数)およびC(0次の係数)とした場合、これらの係数は減衰係数ζzとの間に下式が成り立つ。
同数式より減衰係数ζzは、下式で表すことができる。
数式7より減衰係数ζzを算出することにより、係数ζcを算出値ζzよりも大きい値、かつ、1以下の範囲で決定する(ζz<ζc≦1)。この係数ζcに基づいて、Gz(s)を下式より算出する。
本実施形態では、伝達特性Gz(s)なるフィルタを有する制御ブロック7hを備えることにより、伝達特性のモデルGp(s)と、実プラントGp'(s)との間に乖離が発生した場合や、モータ回転速度外乱ωdが発生した場合の出力トルクの振動の抑制を図ることができる。
In the present embodiment, when the
図3は、実プラントGp'(s)としてドライブシャフトの伝達トルクに±10Nmの不感帯を有するデッドハンド付車両モデルを用いた場合のシミュレーション結果を示す図である。同図において、(a)は出力トルクTfの推移を示し、(b)はモータ回転速度ωmの推移を示し、(c)はドライブシャフトの伝達トルクTdの推移を示す。同図は、0Nmから150Nmへのトルクステップ指令Stに対する発進時のシミュレーション結果である。ここで、各パラメータTf,ωm,Tdにおいて、添え字「c」を付したものは、伝達特性Gz(s)なるフィルタを用いる本制御手法を適用した場合のシミュレーション結果であり、添え字「i」を付したものは、本制御手法を適用しない場合のシミュレーション結果である。また、本制御手法を適用するケースでは、上述した係数ζcは1が設定されている。 FIG. 3 is a diagram showing a simulation result when a vehicle model with a dead hand having a dead zone of ± 10 Nm in the transmission torque of the drive shaft is used as the actual plant Gp ′ (s). In the figure, (a) shows the transition of the output torque Tf, (b) shows the transition of the motor rotation speed ωm, and (c) shows the transition of the transmission torque Td of the drive shaft. The figure shows a simulation result at the start for a torque step command St from 0 Nm to 150 Nm. Here, in each parameter Tf, ωm, Td, the one with the subscript “c” is the simulation result when the present control method using the filter having the transfer characteristic Gz (s) is applied, and the subscript “i”. "Is a simulation result when this control method is not applied. Further, in the case where this control method is applied, 1 is set as the coefficient ζc described above.
同図から分かるように、本制御手法を適用しない場合には、出力トルクTfiおよびドライブシャフトの伝達トルクTdiは、約1.3Hzで振動が継続している。これに対して、本制御手法を適用した場合には、出力トルクTfcにおける約1.3Hzの振動が抑制されていることが分かる。なお、本制御ブロック7h(伝達特性Gz(s)なるフィルタ)を加えることで、制御対象周波数における制振効果が減少し、約3.8Hzの振動がドライブシャフトの伝達トルクTdcおよび回転数ωmcに現れてしまっている。
As can be seen from the figure, when this control method is not applied, the output torque Tfi and the drive shaft transmission torque Tdi continue to vibrate at about 1.3 Hz. On the other hand, when this control method is applied, it can be seen that vibration of about 1.3 Hz in the output torque Tfc is suppressed. By adding this
このように本実施形態において、2次式の分子と2次式の分母とで構成される伝達特性Gz(s)からなるフィルタを備える制御ブロック7hが追加されている。この制御ブロック7hは、減算器7gの出力値、すなわち、第2のトルク目標値の第1項Tm*2_1から第2のトルク目標値の第2項Tm*2_2を減算した値に対してフィルタ処理を施すことにより第2のトルク目標値Tm*2を出力する。ここで、制御ブロック7hにおける伝達特性Gz(s)は、車両同定モデル(Gp(s))の分子2次式を分子とするとともに、前記車両同定モデルの分子から演算される減衰係数(第1の減衰係数)ζzよりも大きく、かつ、1以下に設定された減衰係数(第2の減衰係数)ζc(ζz<ζx≦1)を有する2次式を分母としている。
As described above, in the present embodiment, the
かかる構成によれば、車両伝達特性がその同定モデルGp(s)から乖離するような場合でも、制御ブロック7hのフィルタ機能により打ち消されるので、フィードバック制御による出力トルクの振動を抑制することができる。これにより、制振効果を図りつつ、トルク振動の発生を抑止することである。
According to such a configuration, even when the vehicle transfer characteristic deviates from the identification model Gp (s), it is canceled by the filter function of the
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態にかかる電動車両の制御装置5について説明する。本実施形態の制御装置5が第1の実施形態と相違する点は、制振制御部7による制御手法である。なお、第1の実施形態と共通する構成については説明を省略することとし、以下相違点を中心に説明を行う。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the
図4は、周波数解析の結果としての伝達特性H(s)・s×1/(s・Gp(s))のボーデ線図である。ここで、伝達特性H(s)・s×1/(s・Gp(s))は、伝達特性H(s)/Gp(s)を等価変換したものである。同図において、(a)は周波数Fに対応するゲインGaを示す図であり、(b)は周波数Fに対応する位相Phを示す図である。また、(c)は(a)の一部を拡大して示す図であり、(d)は(b)の一部を拡大して示す図である。ここで、各パラメータGa,Phにおいて、添え字「c」を付したものは、第1の実施形態の制御手法を適用した場合のシミュレーション結果であり、添え字「i」を付したものは、第1の実施形態の制御手法を適用しない場合のシミュレーション結果である。また、第1の実施形態の制御手法を適用するケースでは、上述した係数ζcは1が設定されている。 FIG. 4 is a Bode diagram of the transfer characteristics H (s) · s × 1 / (s · Gp (s)) as a result of the frequency analysis. Here, the transfer characteristic H (s) · s × 1 / (s · Gp (s)) is an equivalent conversion of the transfer characteristic H (s) / Gp (s). In the same figure, (a) is a figure which shows the gain Ga corresponding to the frequency F, (b) is a figure which shows the phase Ph corresponding to the frequency F. Moreover, (c) is a figure which expands and shows a part of (a), (d) is a figure which expands and shows a part of (b). Here, in each of the parameters Ga and Ph, those with the subscript “c” are simulation results when the control method of the first embodiment is applied, and those with the subscript “i” are It is a simulation result when not applying the control method of a 1st embodiment. Further, in the case of applying the control method of the first embodiment, 1 is set as the coefficient ζc described above.
同図から分かるように、制御ブロック7e(伝達特性Gz(s)なるフィルタ)を追加することにより、これを追加しないケースと比較して、制御対象周波数(F=3.85Hz)において、−1.9dBのゲイン差が生じ、また、33degの位相差が生じている。本実施形態の特徴の一つは、この位相差を補正することである。ここで、補正すべき位相差をγとする。本実施形態では、位相差γについて、図5に示すように、位相補償器7iを追加することにより位相補償を行う。
As can be seen from the figure, by adding a
図5は、第2の実施形態にかかる制振制御部7の具体的な構成を示すブロック図である。位相補償器(位相補償手段)7iは、制御ブロック7hからの出力値(第2のトルク目標値Tm*2)を入力として、任意の周期の位相を制御して、位相が制御された第2のトルク目標値Tm*2を出力する。出力された第2のトルク目標値Tm*2は、上述したように加算器7aに対して出力される。ここで、位相補償器7iは、例えば、下式で示されるGzn(s)なる伝達特性を有する(ここで、T1,T2は位相補償定数である)。
図6は、周波数解析の結果としての伝達特性H(s)・s×1/(s・Gp(s))のボーデ線図である。同図において、(a)は周波数Fに対応するゲインGaを示す図であり、(b)は周波数Fに対応する位相Phを示す図である。また、(c)は(a)の一部を拡大して示す図であり、(d)は(b)の一部を拡大して示す図である。ここで、各パラメータGa,Phにおいて、添え字「c」を付したものは、制御ブロック7hおよび位相補償器7iを追加する本制御手法を適用した場合のシミュレーション結果であり、添え字「i」を付したものは、本制御手法を適用しない場合のシミュレーション結果である。また、本制御手法を適用したケースでは、位相補償器7iにより制御対象周波数(F=3.85Hz)において位相を33deg遅らせており、ζcは1が設定されている。同図(d)から分かるように、本制御手法により、制御対象周波数(F=3.85Hz)における位相差を補正できていることが分かる。なお、位相補償器7iによる位相補償により、制御対象周波数におけるゲインGaのずれが−7.19dBとなってしまっている。
FIG. 6 is a Bode diagram of transfer characteristics H (s) · s × 1 / (s · Gp (s)) as a result of frequency analysis. In the same figure, (a) is a figure which shows the gain Ga corresponding to the frequency F, (b) is a figure which shows the phase Ph corresponding to the frequency F. Moreover, (c) is a figure which expands and shows a part of (a), (d) is a figure which expands and shows a part of (b). Here, in each of the parameters Ga and Ph, the one with the subscript “c” is a simulation result when the present control method in which the
図7は、第2の実施形態にかかる制振制御部7の具体的な構成を示すブロック図である。本実施形態では、ゲイン差を補正するため、位相補償器7iの後段に、ゲインKを有するブロック(ゲイン補償手段)7jがさらに追加されている。そして、このゲインKの調整により、制御対象周波数におけるゲイン差を補償する。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a specific configuration of the vibration
図8は、周波数解析の結果としての伝達特性H(s)・s×1/(s・Gp(s))のボーデ線図である。同図に示す各パラメータGa,Phにおいて、添え字「c」を付したものは、制御ブロック7h、位相補償器7iおよびゲインKのブロック7jを追加した本制御手法を適用した場合のシミュレーション結果であり、添え字「i」を付したものは、本制御手法を適用しない場合のシミュレーション結果である。また、本制御手法を適用したケースでは、位相補償器7iにより制御対象周波数3.85Hzにおいて位相を33deg遅らせており、ζcは1が設定されている。同図からわかるように、ゲインKの追加により、制御対象周波数(F=3.85Hz)におけるゲイン差が抑制されている。
FIG. 8 is a Bode diagram of the transfer characteristic H (s) · s × 1 / (s · Gp (s)) as a result of the frequency analysis. In the parameters Ga and Ph shown in the figure, the suffix “c” is the simulation result when the present control method is applied in which the
図9は、実プラントGp'(s)としてドライブシャフトの伝達トルクに±10Nmの不感帯を有するデッドハンド付車両モデルを用いた場合のシミュレーション結果を示す説明図である。同図において、(a)は出力トルクTfの推移を示し、(b)はモータ回転速度ωmの推移を示す。また、(c)は(b)の領域Aを拡大して示し、(d)はドライブシャフトの伝達トルクTdの推移を示す。同図は、0Nmから150Nmへのトルクステップ指令Stに対する発進時のシミュレーション結果である。ここで、各パラメータTf,ωm,Tdにおいて、添え字「c」を付したものは、本制御手法を適用した場合のシミュレーション結果であり、添え字「i」を付したものは、本制御手法を適用しない場合のシミュレーション結果である。 FIG. 9 is an explanatory diagram showing a simulation result when a vehicle model with a dead hand having a dead zone of ± 10 Nm in the transmission torque of the drive shaft is used as the actual plant Gp ′ (s). In the figure, (a) shows the transition of the output torque Tf, and (b) shows the transition of the motor rotational speed ωm. (C) is an enlarged view of region A in (b), and (d) shows the transition of the transmission torque Td of the drive shaft. The figure shows a simulation result at the start for a torque step command St from 0 Nm to 150 Nm. Here, in each parameter Tf, ωm, Td, the one with the subscript “c” is the simulation result when the present control method is applied, and the one with the subscript “i” is the present control method. It is a simulation result when not applying.
同図から分かるように、本制御手法を適用した場合には、本制御手法を適用しないケースと比較して、出力トルクTfc、ドライブシャフトの伝達トルクTdcおよびモータ回転速度ωmcの振動が抑制されている。 As can be seen from the figure, when the present control method is applied, the vibrations of the output torque Tfc, the drive shaft transmission torque Tdc, and the motor rotation speed ωmc are suppressed as compared with the case where the present control method is not applied. Yes.
このように本実施形態において、制御ブロック7hの後段には、制御対象周波数における位相を補正する位相補償器7iが追加されている。この位相補償器7iは、制御ブロック7hによってフィルタ処理された第2のトルク目標値Tm*2に対して位相補償を行う。かかる構成によれば、出力トルクの振動を抑制しながらも、振動抑止効果の向上を図ることができる。
Thus, in this embodiment, the
また、本実施形態において、制御ブロック7hの後段には、制御対象周波数におけるゲインを補正するゲインKを有するブロック7jが追加されている。このブロック7jは、制御ブロック7hによってフィルタ処理された第2のトルク目標値Tm*2に対してゲイン補償を行う。かかる構成によれば、出力トルクの振動を抑制しながらも、振動抑止効果の向上をさらに図ることができる。
In the present embodiment, a block 7j having a gain K for correcting the gain at the control target frequency is added after the
(第3の実施形態)
以下、本発明の第3の実施形態にかかる電動車両の制御装置5について説明する。本実施形態の制御装置5が第1の実施形態と相違する点は、制振制御部7による制御手法である。なお、第1の実施形態と共通する構成については説明を省略することとし、以下相違点を中心に説明を行う。
(Third embodiment)
Hereinafter, the
図10は、第3の実施形態にかかる制振制御部7の具体的な構成を示すブロック図である。本実施形態では、伝達特性Gz(s)なるフィルタとしての制御ブロック7hを、実出力トルクのみに適用している。また、第2のトルク目標値の第1項Tm*2_1を算出する制御ブロック7fには、第1のトルク目標値Tm*と、減算器7gの出力値とが加算器7kによって加算された上で入力されている。
FIG. 10 is a block diagram illustrating a specific configuration of the vibration
図11は、実プラントGp'(s)としてドライブシャフトの伝達トルクに±10Nmの不感帯を有するデッドハンド付車両モデルを用いた場合のシミュレーション結果を示す説明図である。同図において、(a)は出力トルクTfの推移を示し、(b)はモータ回転速度ωmの推移を示す。また、(c)は(b)の領域Aを拡大して示し、(d)はドライブシャフトの伝達トルクTdの推移を示す。同図は、0Nmから150Nmへのトルクステップ指令Stに対する発進時のシミュレーション結果である。ここで、各パラメータTf,ωm,Tdにおいて、添え字「c」を付したものは、実際の出力トルクのみにフィルタ(伝達特性Gz(s))を適用する本制御手法にかかるシミュレーション結果であり、添え字「i」を付したものは、本制御手法を適用しない場合のシミュレーション結果である。 FIG. 11 is an explanatory diagram showing a simulation result when a vehicle model with a dead hand having a dead zone of ± 10 Nm in the transmission torque of the drive shaft is used as the actual plant Gp ′ (s). In the figure, (a) shows the transition of the output torque Tf, and (b) shows the transition of the motor rotational speed ωm. (C) is an enlarged view of region A in (b), and (d) shows the transition of the transmission torque Td of the drive shaft. The figure shows a simulation result at the start for a torque step command St from 0 Nm to 150 Nm. Here, in each of the parameters Tf, ωm, and Td, the suffix “c” is a simulation result according to this control method in which the filter (transfer characteristic Gz (s)) is applied only to the actual output torque. The one with the subscript “i” is a simulation result when this control method is not applied.
同図から分かるように、本制御手法を適用しないケースと比較して、出力トルクTfc、ドライブシャフトの伝達トルクTdcおよびモータ回転速度ωmcの振動が抑制されている。 As can be seen from the figure, the vibrations of the output torque Tfc, the drive shaft transmission torque Tdc, and the motor rotational speed ωmc are suppressed as compared with the case where this control method is not applied.
このように本実施形態において、制御ブロック7fは、トルク設定部6によって設定される第1のトルク目標値Tm*に、第2のトルク目標値の第1項Tm*2_1と第2のトルク目標値の第2項Tm*2_2との差を加算した加算値に基づいて第2のトルク目標値の第1項Tm*2_1を演算する。かかる構成によれば、制御ブロック7h(伝達特性Gz(s)のフィルタ)をトルク指令値T*の演算のみに用い、フィードバック制御系の演算には、制御ブロック7hへの入力値が用いられることとなる。これにより、出力トルクの振動を抑制しながらも、振動抑止効果の向上をさらに図ることができる。
As described above, in the present embodiment, the
なお、本実施形態では、第1の実施形態の構成をベースに説明を行ったが、第2の実施形態の構成に本制御手法を適用してもよい。 Note that although the present embodiment has been described based on the configuration of the first embodiment, the present control method may be applied to the configuration of the second embodiment.
(第4の実施形態)
以下、本発明の第4の実施形態にかかる電動車両の制御装置5について説明する。本実施形態の制御装置5が第1の実施形態と相違する点は、制振制御部7による制御手法である。なお、第1の実施形態と共通する構成については説明を省略することとし、以下相違点を中心に説明を行う。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a
図12は、第4の実施形態にかかる制振制御部7の具体的な構成を示すブロック図である。本実施形態の特徴の一つは、制御ブロック7h(伝達特性Gz(s)のフィルタ)を追加することによる位相差γを、制御ブロック7e,7fにおける伝達特性H(s)を伝達特性H’(s)によって置換することにより、位相補償を行うことである。同図では、伝達特性H(s)が伝達特性H’(s)によって置換された制御ブロック7e,7fが制御ブロック7e’,7f’として示されている。
FIG. 12 is a block diagram illustrating a specific configuration of the vibration
第1の実施形態では、伝達特性H(s)であるバンドパスフィルタの中心周波数は、車両の駆動系のねじり共振周波数と一致させていた。本実施形態では、伝達特性H(s)の中心周波数を、所定の周波数分だけシフトさせた伝達特性H’(s)を用いることにより、位相差γ分の位相補償を行う。 In the first embodiment, the center frequency of the bandpass filter, which is the transfer characteristic H (s), is matched with the torsional resonance frequency of the vehicle drive system. In this embodiment, phase compensation for the phase difference γ is performed by using the transfer characteristic H ′ (s) obtained by shifting the center frequency of the transfer characteristic H (s) by a predetermined frequency.
バンドパスフィルタを1次のハイパスフィルタとローパスフィルタとで組んだ場合、その伝達関数は、下式で示される。
ここで、ωcは、ねじり共振周波数をfp(fp(Hz)=ωp(rad/s)/2π)とした場合の位相補償後の中心周波数fcに対応するパラメータである(fc(Hz)=ωc(rad/s)/2π)。 Here, ωc is a parameter corresponding to the center frequency fc after phase compensation when the torsional resonance frequency is fp (fp (Hz) = ωp (rad / s) / 2π) (fc (Hz) = ωc (Rad / s) / 2π).
ここで、数式7の右辺の「s」にj×ωpを代入すると、当該右辺は下式となる。
数式11に示す右辺において、分子分母の双方に、その分母をそれぞれ積算することにより、当該右辺は、下式へと変形することができる。
ここで、数式12に示す右辺をC+D・jと置き換えると、tanγは下式を満たす。
数式13は、下式に示すように変形することができる。
数式14より、ωcは、下式の関係を満たす。
これにより、数式12に示すωcに基づいて、伝達関数H’(s)の中心周波数fc’を算出することができる(fc(Hz)=ωc(rad/s)/2π)。また、この際、上述したゲインのずれも補正するように伝達特性H’(s)を設定する。 Accordingly, the center frequency fc ′ of the transfer function H ′ (s) can be calculated based on ωc shown in Expression 12 (fc (Hz) = ωc (rad / s) / 2π). At this time, the transfer characteristic H ′ (s) is set so as to correct the above-described gain shift.
図13は、周波数解析の結果としての伝達特性H(s)・s×1/(s・Gp(s))のボーデ線図である。同図において、(a)は周波数Fに対応するゲインGaを示す図であり、(b)は周波数Fに対応する位相Phを示す図である。また、(c)は(a)の一部を拡大して示す図であり、(d)は(b)の一部を拡大して示す図である。ここで、各パラメータGa,Phにおいて、添え字「c」を付したものは、制御ブロック7hの追加および伝達関数H(s)を伝達関数H’(s)で置換した本制御手法にかかるシミュレーション結果であり、添え字「i」を付したものは、本制御手法を適用しない場合のシミュレーション結果である。また、本制御手法を適用したケースでは、上述したζcは1が設定されている。同図(d)から分かるように、本制御手法により、制御対象周波数(F=3.85Hz)における位相差およびゲイン差を補正できていることが分かる。
FIG. 13 is a Bode diagram of transfer characteristics H (s) · s × 1 / (s · Gp (s)) as a result of frequency analysis. In the same figure, (a) is a figure which shows the gain Ga corresponding to the frequency F, (b) is a figure which shows the phase Ph corresponding to the frequency F. Moreover, (c) is a figure which expands and shows a part of (a), (d) is a figure which expands and shows a part of (b). Here, in each of the parameters Ga and Ph, those with the subscript “c” are added to the
図14は、実プラントGp'(s)としてドライブシャフトの伝達トルクに±10Nmの不感帯を有するデッドハンド付車両モデルを用いた場合のシミュレーション結果を示す説明図である。同図において、(a)は出力トルクTfの推移を示し、(b)はモータ回転速度ωmの推移を示す。また、(c)は(b)の領域Aを拡大して示し、(d)はドライブシャフトの伝達トルクTdの推移を示す。同図は、0Nmから150Nmへのトルクステップ指令Stに対する発進時のシミュレーション結果である。ここで、各パラメータTf,ωm,Tdにおいて、添え字「c」を付したものは、本制御手法を適用した場合のシミュレーション結果であり、添え字「i」を付したものは、本制御手法を適用しない場合のシミュレーション結果である。 FIG. 14 is an explanatory diagram showing a simulation result when a vehicle model with a dead hand having a dead zone of ± 10 Nm in the transmission torque of the drive shaft is used as the actual plant Gp ′ (s). In the figure, (a) shows the transition of the output torque Tf, and (b) shows the transition of the motor rotational speed ωm. (C) is an enlarged view of region A in (b), and (d) shows the transition of the transmission torque Td of the drive shaft. The figure shows a simulation result at the start for a torque step command St from 0 Nm to 150 Nm. Here, in each parameter Tf, ωm, Td, the one with the subscript “c” is the simulation result when the present control method is applied, and the one with the subscript “i” is the present control method. It is a simulation result when not applying.
同図から分かるように、本制御手法を適用しないケースと比較して、出力トルクTfc、ドライブシャフトの伝達トルクTdcおよびモータ回転速度ωmcの振動が抑制されている。 As can be seen from the figure, the vibrations of the output torque Tfc, the drive shaft transmission torque Tdc, and the motor rotational speed ωmc are suppressed as compared with the case where this control method is not applied.
このように本実施形態において、制御ブロック7f’および制御ブロック7e’は、バンドパスフィルタの特性を有する伝達特性H(s)における周波数特性(中心周波数fc)を可変とすることにより(H’(s),fc’)、制御対象周波数における位相を補正する。かかる構成によれば、出力トルクの振動を抑制しながらも、振動抑止効果の向上をさらに図ることができる。
As described above, in the present embodiment, the
1…モータ
2…ドライブシャフト
3,4…駆動輪
5…制御装置
6…トルク設定部
7…制振制御部
7a…加算器
7b…制御ブロック
7c…加算器
7d…加算器
7e…制御ブロック
7f…制御ブロック
7g…減算器
7h…制御ブロック
7i…位相補償器
7j…ブロック
8…トルク制御部
9…回転角センサ
10…アクセル開度センサ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
車両情報を検出する検出手段と、
前記車両情報に基づいて、第1のトルク目標値を設定するトルク目標値設定手段と、
電動モータへのトルク指令値を演算するトルク指令値演算手段と、
前記トルク指令値に対して、バンドパスフィルタの特性を有する伝達特性からなる第1のフィルタ処理を施すことにより、第2のトルク目標値の第1項を演算する第1項演算手段と、
前記車両情報の一つであるモータ回転速度に対して、前記バンドパスフィルタの特性を有する伝達特性と、車両へのトルク入力とモータ回転速度との伝達特性の車両同定モデルとからなる第2のフィルタ処理を施すことにより、第2のトルク目標値の第2項を演算する第2項演算手段と、
前記第2のトルク目標値の第1項と、前記第2のトルク目標値の第2項との偏差に基づいて、第2のトルク目標値を演算するトルク目標値演算手段とを備え、
前記車両同定モデルは、2次式の分子と3次式の分母とで構成され、
前記トルク目標値演算手段は、
前記第2のトルク目標値の第1項から前記第2のトルク目標値の第2項を減算する減算手段と、
前記減算手段の出力値に対して、2次式の分子と2次式の分母とで構成される伝達特性からなる第3のフィルタ処理を施すことにより、前記第2のトルク目標値を出力するフィルタ手段とを有し、
前記フィルタ手段の伝達特性は、前記車両同定モデルの分子2次式を分子とするとともに、前記車両同定モデルの分子から演算される第1の減衰係数よりも大きく、かつ、1以下に設定された第2の減衰係数を有する2次式を分母としており、
前記トルク指令値演算手段は、前記第1のトルク目標値と、前記フィルタ手段によってフィルタ処理された前記第2のトルク目標値とに基づいて、前記トルク指令値を演算することを特徴とする電動車両の制御装置。 In a control device for an electric vehicle using an electric motor driven as a power source based on a torque command value,
Detecting means for detecting vehicle information;
Torque target value setting means for setting a first torque target value based on the vehicle information;
Torque command value calculation means for calculating a torque command value for the electric motor;
A first term computing means for computing a first term of a second torque target value by applying a first filter process comprising a transfer characteristic having a bandpass filter characteristic to the torque command value;
A second characteristic comprising a transmission characteristic having the characteristics of the bandpass filter with respect to a motor rotational speed which is one of the vehicle information, and a vehicle identification model of a transmission characteristic between torque input to the vehicle and the motor rotational speed A second term computing means for computing a second term of the second torque target value by performing a filtering process;
A torque target value calculation means for calculating a second torque target value based on a deviation between the first term of the second torque target value and the second term of the second torque target value;
The vehicle identification model is composed of a quadratic numerator and a cubic denominator,
The torque target value calculation means includes:
Subtracting means for subtracting the second term of the second torque target value from the first term of the second torque target value;
The second torque target value is output by subjecting the output value of the subtracting means to a third filtering process comprising a transfer characteristic composed of a quadratic numerator and a quadratic denominator. Filter means,
The transfer characteristic of the filter means is set to a numerator quadratic expression of the vehicle identification model, larger than a first attenuation coefficient calculated from the numerator of the vehicle identification model, and set to 1 or less. A quadratic equation having a second attenuation coefficient is used as a denominator,
The torque command value calculating means calculates the torque command value based on the first torque target value and the second torque target value filtered by the filter means. Vehicle control device.
前記フィルタ手段は、第2の減衰係数ζcをζz<ζc≦1の範囲となる定数として決定した場合に、伝達特性が下式の関係を満たす
Gz=[A・s2+B・s+C]/[s2+(2・√(C/A)・ζc)・s+(C/A)]
ことを特徴とする請求項1に記載された電動車両の制御装置。 The first damping coefficient ζz is obtained from a relational expression of B / A = 2 · √ (C / A) · ζz when the numerator quadratic expression of the vehicle identification model is expressed as A · s 2 + B · s + C. ,
When the second damping coefficient ζc is determined as a constant in the range of ζz <ζc ≦ 1, the filter means has a transfer characteristic satisfying the relationship of the following equation: Gz = [A · s 2 + B · s + C] / [ s 2 + (2 · √ (C / A) · ζc) · s + (C / A)]
The control apparatus for an electric vehicle according to claim 1.
前記位相補償手段は、前記フィルタ手段によってフィルタ処理された前記第2のトルク目標値に対して位相補償を行うことを特徴とする請求項1または2に記載された電動車両の制御装置。 It further has phase compensation means for correcting the phase at the frequency to be controlled,
3. The electric vehicle control device according to claim 1, wherein the phase compensation unit performs phase compensation on the second torque target value filtered by the filter unit. 4.
前記ゲイン補償手段は、前記フィルタ手段によってフィルタ処理された前記第2のトルク目標値に対してゲイン補償を行うことを特徴とする請求項3に記載された電動車両の制御装置。 It further has a gain compensation means for correcting the gain at the frequency to be controlled,
4. The control apparatus for an electric vehicle according to claim 3, wherein the gain compensation means performs gain compensation on the second torque target value filtered by the filter means.
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