JP2012200076A - 電動車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 振動抑制効果を高めることができる電動車両の制御装置を提供する。
【解決手段】 車軸106を介して左右後輪RL,RRにトルクを与えるように接続された電動モータ100と、電動モータ100に電流を供給するインバータ103と、左右後輪RL,RRにアクセル操作量に応じたあらかじめ設定されたトルク指令基準値を与えるようにインバータ103を制御する車両コントローラ111と、を備えた電動車両の制御装置であって、車両速度を算出する回転センサ101を備え、車両コントローラ111は、算出された車両速度が所定の速度領域のときにはトルク指令基準値を増加もしくは減少させた後、トルク指令基準値に復帰させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電動車両の制御装置に関する。

特許文献１には、電動モータの外乱トルクを推定し、電動モータのトルク指令にフィードバックすることで車両の振動抑制を図る技術が開示されている。

特許第3995835号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、外乱トルクを打ち消すためには、高いトルク制御性能が要求されるため、トルク制御性能が低下するシーンでは、十分な振動抑制効果を得られない。
本発明の目的は、振動抑制効果を高めることができる電動車両の制御装置を提供することにある。

本発明の電動車両の制御装置では、車両速度が所定の速度領域のときには基準トルクを増加もしくは減少させた後、基準トルクに復帰させる。

よって、本発明の電動車両の制御装置では、振動抑制効果を高めることができる。

実施例１の電動車両の制御装置を適用した車両のシステム構成図である。 モータトルク指令算出の制御ブロック図である。 トルク指令基準値の算出マップである。 極低速振動抑制トルク算出部202の補正トルク算出処理の流れを示すフローチャートである。 ブレーキオン時の車両速度に応じた補正トルクの算出マップである。 ブレーキオフ時の車両速度に応じた補正トルクの算出マップである。 ドライバがブレーキペダルを踏んでいるときの極低速振動抑制作用を示すタイムチャートである。 停車中にドライバがブレーキペダルから足を離し、擬似クリープトルクによって発進するときの極低速振動抑制作用を示すタイムチャートである。 ドライバが一定のアクセルペダル操作量を維持した状態で緩勾配の上り坂に進入したときの極低速振動抑制作用を示すタイムチャートである。 ライバが一定のアクセルペダル操作量を維持した状態で急勾配の上り坂に進入したときの極低速振動抑制作用を示すタイムチャートである。

以下、本発明の電動車両の制御装置を実施するための形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。
〔実施例１〕
まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の電動車両の制御装置を適用した電気自動車のシステム構成図である。
［システム構成］
実施例１の電気自動車は、正負のトルクを発生させる電動モータ（以下、モータ）100を備える。モータ100には、回転センサ（車両速度算出部）101としてレゾルバが接続され、モータコントローラ102は、回転センサ101の情報を参照してインバータ103に駆動信号を出力する。インバータ103は、駆動信号に応じた電流をモータ100に供給し、モータトルクを制御する。
モータ100の出力軸100aは減速器104に接続され、ディファレンシャルギア105を介して車軸106にトルクを伝達する。モータ100を駆動する電力は高電圧バッテリ107から供給される。高電圧バッテリ107はバッテリコントローラ108によって充電状態や発熱の程度を監視されている。高電圧バッテリ107には、DC-DCコンバータ109が接続されており、DC-DCコンバータ109で電圧を降圧して低電圧バッテリ110を充電することができる。

車両コントローラ（コントロールユニット）111は、図外のブレーキペダルおよびアクセルペダルのストローク（操作量）をブレーキストロークセンサ（ブレーキ操作状態検出部）111aおよびアクセルストロークセンサ（アクセル操作状態検出部）111bによって監視しており、ストロークに応じて正または負のトルク指令を、車内通信ライン112を経由して制動制御装置113に伝達する。制動制御装置113は、各車輪FL,FR,RL,RRに設けた各車輪速度センサ114a,114b,114c,114dからの各車輪速情報やモータコントローラ102が出力するモータトルク情報から、駆動スリップ防止制御（TCS制御）や制動スリップ防止制御（ABS制御）等のトルク制御を行う。
制動制御装置113は、摩擦制動トルクを制御する場合、ドライバのペダル踏力に応じて制動制御装置113内のポンプを作動させて油圧配管115を通して各車輪FL,FR,RL,RRに設けた各ブレーキキャリパ116a,116b,116c,116dにブレーキ液を送り制動トルクを発生する。一方、モータトルクを制御する場合、車内通信ライン112によってモータコントローラ102にトルク指令を与える。
実施例１の電動車両では、極低速走行時であってモータ100の駆動トルクが小さい低速、低トルク領域である場合、モータ100から後輪RL,RRに至るパワートレイン（駆動系）に共振現象が発生して振動するのに対し、当該共振現象が発生する速度領域である共振領域への滞留時間を短くする、または共振領域への進入を回避することを狙いとし、モータ100を駆動するモータトルク指令を以下の方法で算出する。ここで、パワートレインの共振領域は、車両の諸元により異なるが、実施例１では、2〜3km/hを共振領域として説明する。

［モータトルク指令算出］
図２は、モータトルク指令算出の制御ブロック図である。
ローパスフィルタ200は、モータ回転速度から車両速度の応答周波数以上の成分を除去する。
トルク指令基準値算出部201は、アクセルペダル操作量とローパスフィルタ200を通過後のモータ回転速度（以下、ローパスフィルタ通過後のモータ回転速度）とに基づいて、トルク指令基準値（基準トルク）を算出する。図３は、トルク指令基準値の算出マップであり、アクセルペダル操作量がゼロである場合を示している。図３に示すように、車両速度が所定の速度Vth1（例えば、5km/h）以下である停車および低速領域では、オートマチックトランスミッション車のクリープトルクを模擬するために車両速度が低いほど前進トルク（正トルク）を大きくし、車両速度が所定の速度Vth1以上では、エンジンブレーキトルクを模擬するために後退トルク（負トルク）を与える。なお、アクセルペダル操作量がゼロではない場合は、その操作量に応じて設定されたトルクマップを参照してトルク指令基準値を決定する。アクセル操作時のトルクマップは、操作量が大きいほど前進トルクが大きくなる特性とする（後退時は操作量が大きいほど後退トルクが大きくなる特性とする）。

極低速振動抑制トルク算出部（基準トルク補正部）202は、アクセルペダル操作量、ブレーキペダル操作量、ローパスフィルタ通過後のモータ回転速度およびシフト位置に基づいて、補正トルクを算出する。補正トルクの算出方法は後述する。ここで、実施例１の電気自動車のシフト位置は、ドライブ(D)、リバース（R）、ニュートラル(N)およびパーキング(P)とする。
トルク制限部203は、バッテリコントローラ108で算出された電力制限値を超えない範囲のモータ出力となるように、補正トルクによる補正後のトルク指令基準値（トルク指令）を制限する。
トルク変化量制限部204は、モータトルクの急変からパワートレインのギアを保護するために、またドライバにトルク変動に伴う違和感を与えないように、トルク指令の急変を制限する処理を行う。
制振制御部205は、モータ回転速度に基づいて、モータ100の回転に伴うトルクリプル等の振動を抑制するための制振トルク指令値を算出する。制振トルク指令値は、トルク変化量制限後のトルク指令に加算され、最終的なモータトルク指令となる。モータトルク指令は、車内通信ライン112を経由してモータコントローラ102へと送られる。

［補正トルク算出処理］
図４は、極低速振動抑制トルク算出部202の補正トルク算出処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。この処理は、車両のイグニッションオンからイグニッションオフまでの間、所定の演算周期で繰り返し実行される。
ステップS1では、シフト位置がNもしくはPであるか否かを判定し、YESの場合にはステップS2へ進み、NOの場合にはステップS3へ進む。
ステップS2では、補正トルクをゼロとし、リターンへ進む。
ステップS3では、ブレーキストロークセンサ111aにより検出されたブレーキペダル操作量に基づいて、ドライバがブレーキペダルを踏んでいるか否か（ブレーキオンかオフか）を判定し、YESの場合にはステップS4へ進み、NOの場合にはステップS5へ進む。
ステップS4では、図５に示すマップに従ってブレーキオン時の補正トルクを設定する。図５は、ブレーキオン時の車両速度に応じた補正トルクの算出マップであり、車両速度が所定の速度Vth2（例えば、4km/h）以下である場合、車両速度が低いほど補正トルクを後退側に大きくする。ここで、所定の速度Vth2は、共振領域の上限値（例えば、3km/h）よりも高い車両速度とする。
ステップS5では、図６に示すマップに従ってブレーキオフ時の補正トルクを設定する。図６は、ブレーキオフ時の車両速度に応じた補正トルクの算出マップであり、車両速度が所定の速度Vth3（例えば、7km/h）以下である場合、車両速度がゼロから所定の速度Vth4までの範囲にある場合は車両速度が高いほど補正トルクを前進側に大きくし、車両速度が所定の速度Vth4（例えば、4km/h）から所定の速度Vth3までの範囲にある場合は車両速度が低いほど補正トルクを前進側に大きくする。ここで、所定の速度Vth4は、共振領域の上限値（例えば、3km/h）よりも高い車両速度とする。
ステップS6では、シフト位置がRであるか否かを判定し、YESの場合にはステップS7へ進み、NOの場合にはリターンへ進む。
ステップS7では、ステップS4で設定した補正トルクの符号を前輪側と後退側とで逆転させたものを補正トルクとし、リターンへ進む。シフト位置がRの場合、ドライバの意図する進行方向が逆であるから、補正トルクも逆転させる必要がある。

次に、作用を説明する。
［極低速振動抑制作用］
特許文献１には、実モータトルクとモデルから求めた推定トルクとの偏差を推定外乱トルクとし、推定外乱トルクにゲインを乗算した制御トルクを電動モータのトルク指令にフィードバックすることで、パワートレインの振動抑制を図る技術が開示されている。この従来技術において、十分な振動抑制効果を得るためには、フィードバックにより補正されたトルク指令通りにモータトルクを制御する必要があり、高いトルク制御性能が要求される。
ここで、トルク制御性能は、電動モータを駆動するインバータの制御性に依存するが、インバータは、極低速走行時であって電動モータの駆動トルクが小さい低速、低トルク領域では、トルク制御性能が低下し、十分な振動抑制効果を得られない。これは、振動抑制のための制御トルクは、電動モータの駆動トルク（例えば、数百A）に対して微小（例えば、数A程度）であるため、インバータの制御性が低下した場合、微小なトルクの制御が難しくなるからである。
よって、上記従来技術では、車両速度が低速、低トルク領域にあるとき、電動モータから車輪に至るパワートレインの共振現象に伴う振動を十分に抑制できず、振動レベルが大きくなるという問題があった。

これに対し、実施例１では、ドライバがブレーキペダルを踏み込んでいる場合であって、車両速度が所定の速度領域0〜Vth2にあるとき、補正トルクによってトルク指令基準値を減少させたモータトルク指令を求め、モータ100を駆動する。このとき、補正トルクは、車両速度が低いほど後退側に大きくなるため、車両速度の減少勾配、すなわち車両の減速度は、トルク指令基準値をモータトルク指令とした場合と比較して大きくなる。
つまり、ドライバに車両を停止させる意図がある場合には、ドライバのブレーキ操作量に応じた車両の減速度よりも大きな減速度で車両を停止させることで、停車時に車両速度がパワートレインの共振領域(2〜3km/h)を通過する時間を短くでき、振動レベルを低減できる。このとき、車両の減速度はドライバの要求減速度に対して大きくなるが、ドライバは車両の停止を意図しているため、違和感を与えることはない。

また、実施例１では、ドライバがブレーキペダルおよびアクセルペダルを踏んでいない場合であって、車両速度が所定の速度領域0〜Vth3にあるとき、補正トルクによってトルク指令基準値を増加させたモータトルク指令を求め、モータ100を駆動する。このとき、補正トルクは、車両速度が所定の速度Vth4に達するまでは、車両速度が上昇するほど駆動側に大きくなるため、車両速度の上昇勾配、すなわち車両の加速度は、トルク指令基準値をモータトルク指令とした場合と比較して大きくなる。
つまり、ドライバがクリープトルクを使って車両を発進させた場合には、クリープトルク換算よりも大きなトルクを発生させて車両を加速することで、発進時に車両速度がパワートレインの共振領域(2〜3km/h)を通過する時間を短くでき、振動レベルを低減できる。このとき、車両の加速度はドライバの予想するクリープトルク相当の加速度に対して大きくなるが、ドライバは車両の発進を意図しているため、違和感を与えることはない。
発進時の補正トルクは、車両速度が所定の速度Vth4でピーク値となり、その後は車両速度の上昇に応じて徐々に減少して所定の速度Vth3でゼロとなるため、モータトルク指令は、トルク指令基準値に収束する。これにより、補正トルクがゼロになったときの急激なトルク変動を回避できる。

以上説明したように、実施例１では、車両速度がパワートレインの共振領域に滞留する時間を短くすることで振動レベルの低減を図るものであるため、インバータ103の制御性が低下する低速、低トルク領域において、トルク制御性能にかかわらず、十分な振動抑制効果が得られる。また、トルク指令基準値を補正するための補正トルクは、モータ回転速度から求まる車両速度からマップを参照して簡単に求めることができるため、パワートレインの逆モデルを用いて外乱トルクを推定し、トルク指令にフィードバックする従来技術と比較して、システムの簡素化を図ることができ、コストダウンにも大きく寄与できる。

以下、具体的な走行シーンを挙げて実施例１の極低速振動抑制作用を説明する。
図７は、ドライバがブレーキペダルを踏んでいるときの極低速振動抑制作用を示すタイムチャートである。
時点t1では、ドライバがブレーキペダルの踏み込みを開始したため、車両は減速を開始する。図４のフローチャートでは、ステップS1→ステップS3→ステップS4→ステップS6へと進む流れが繰り返される。このとき、車両速度は所定の速度Vth2よりも高いため、ステップS4において図５のマップから算出される補正トルクはゼロである。
時点t2では、車両速度が所定の速度Vth1まで低下したため、トルク指令基準値はエンジンブレーキを模擬する後退側のトルクから、クリープトルクを模擬する前輪側のトルクへと切り替わる。
時点t3では、車両速度が所定の速度Vth2まで低下したため、補正トルクは、車両速度が低くなるにつれて徐々に後退側に大きくなる。よって、モータトルク指令は、車両速度が低くなるにつれてトルク指令基準値に対しより小さな値となる。
時点t4では、車両が停止する。
以上のように、ドライバがブレーキペダルを踏み込んで車両を停止させる場合には、補正トルクによってトルク指令基準値よりも小さな（後退側に大きな）モータトルク指令が設定されるため、速やかに共振領域を通過させて車両を停止させることができる。つまり、共振現象が発生する時間を短くできるため、振動レベルを低減できる。

図８は、停車中にドライバがブレーキペダルから足を離し、擬似クリープトルクによって発進するときの極低速振動抑制作用を示すタイムチャートである。
時点t1では、ドライバがブレーキペダルから足を離してブレーキペダル操作量がゼロとなったため、クリープトルクを模擬するトルク指令基準値により車両が発進する。図４のフローチャートでは、ステップS1→ステップS3→ステップS5→ステップS6へと進む流れが繰り返される。このとき、車両速度は所定の速度Vth4以下であるため、ステップS6において図６のマップから算出される補正トルクは、車両速度が高くなるにつれて徐々に大きくなる。よって、モータトルク指令は、車両速度が高くなるにつれてトルク指令基準値に対しより大きな値となる。
時点t2では、車両速度が所定の速度Vth4まで上昇したため、補正トルクは車両速度が高くなるにつれて徐々に小さくなり、モータトルク指令は、車両速度が高くなるにつれてトルク指令基準値に近づいていく。
時点t3では、車両速度が所定の速度Vth3となったため、補正トルクはゼロとなり、モータトルク指令はトルク指令基準値と一致する。
以上のように、車両をクリープ発進させる場合には、補正トルクによってトルク指令基準値よりも大きなモータトルク指令が設定されるため、速やかに共振領域を通過させることができる。つまり、共振現象が発生する時間を短くできるため、振動レベルを低減できる。

図９は、ドライバが一定のアクセルペダル操作量を維持した状態で緩勾配の上り坂に進入したときの極低速振動抑制作用を示すタイムチャートである。
時点t1では、車両が上り坂に進入したため、車両速度は徐々に低下する。図４のフローチャートでは、ステップS1→ステップS3→ステップS5→ステップS6へと進む流れが繰り返される。このとき、車両速度は所定の速度Vth3よりも高いため、ステップS5において図６のマップから算出される補正トルクはゼロである。
時点t2では、車両速度が所定の速度Vth3まで低下したため、補正トルクは、車両速度が低くなるにつれて徐々に大きくなる。よって、モータトルク指令は、車両速度が低くなるにつれてトルク指令基準値に対しより大きな値となる。
時点t3では、車両速度が一定となる。
以上のように、ドライバが一定のアクセル操作量を維持して走行している場合には、補正トルクによってトルク指令基準値よりも大きなモータトルク指令が設定される。このとき、モータトルク指令に応じた車両の駆動力が上り坂による駆動負荷よりも大きい場合には、共振領域よりも高い車両速度で車両の駆動力と負荷とがバランスするため、車両速度が共振領域まで低下するのを回避できる。

図１０は、ドライバが一定のアクセルペダル操作量を維持した状態で急勾配の上り坂に進入したときの極低速振動抑制作用を示すタイムチャートである。
時点t1では、車両が上り坂に進入したため、車両速度は徐々に低下する。図４のフローチャートでは、ステップS1→ステップS3→ステップS5→ステップS6へと進む流れが繰り返される。このとき、車両速度は所定の速度Vth3よりも高いため、ステップS5において図６のマップから算出される補正トルクはゼロである。
時点t2では、車両速度が所定の速度Vth3まで低下したため、補正トルクは、車両速度が低くなるにつれて徐々に大きくなる。よって、モータトルク指令は、車両速度が低くなるにつれてトルク指令基準値に対しより大きな値となる。
時点t3では、車両速度が所定の速度Vth4まで低下したため、補正トルクは車両速度が低くなるにつれて徐々に小さくなる。よって、モータトルク指令は、車両速度が低くなるにつれてトルク指令基準値に近づいていく。
時点t4では、車両が停止する。
以上のように、モータトルク指令に応じた車両の駆動力が上り坂による駆動負荷よりも小さい場合には、速やかに共振領域を通過させて車両を停止させることができる。つまり、共振現象が発生する時間を短くできるため、振動レベルを低減できる。

次に、効果を説明する。
実施例１の電動車両の制御装置にあっては、以下に列挙する効果を奏する。
(1) 車軸106を介して左右後輪RL,RRにトルクを与えるように接続された電動モータ100と、電動モータ100に電流を供給するインバータ103と、左右後輪RL,RRにアクセル操作量に応じたあらかじめ設定されたトルク指令基準値を与えるようにインバータ103を制御する車両コントローラ111と、を備えた電動車両の制御装置であって、車両速度を算出する回転センサ101を備え、車両コントローラ111は、算出された車両速度が所定の速度領域のときにはトルク指令基準値を増加もしくは減少させた後、トルク指令基準値に復帰させる極低速振動抑制トルク算出部202を備えた。
これにより、車両速度が所定の速度領域に滞留する時間を短くできるため、所定の速度領域で発生する車両の振動レベルを低減でき、振動抑制効果を高めることができる。
(2) ドライバのブレーキ操作状態を検出するブレーキストロークセンサ111aと、ドライバのアクセル操作状態を検出するアクセルストロークセンサ111bと、を備え、極低速振動抑制トルク算出部202は、ブレーキストロークセンサ111a、アクセルストロークセンサ111bにより操作状態が検出されていない場合にトルク指令基準値を増加させ、ブレーキストロークセンサ111aによってブレーキ操作状態が検出された場合、トルク指令基準値を減少させる。
これにより、ドライバがブレーキペダルおよびアクセルペダルを操作していない場合には、車両を速やかに加速させて車両速度が所定の速度領域に滞留するのを回避できる。一方、ドライバがブレーキペダルを操作している場合には、車両を速やかに停止させて車両速度が所定の速度領域に滞留する時間を短くできる。
(3) 所定の速度領域を、電動モータ100から左右後輪RL,RRに至るパワートレインで共振現象が発生する速度領域としたため、低速、低トルク領域におけるパワートレインの共振現象に起因する振動レベルを低減、または回避できる。

〔他の実施例〕
以上、本発明を実施するための形態を実施例に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は実施例に示した構成に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
実施例では、車両速度に応じて補正トルクを決定する例を示したが、例えば、車両速度が共振領域にある場合、時間の経過と共に補正トルクを増減させる構成としてもよい。これにより、車両速度が共振領域に滞留するのを抑制できる。
実施例では、ドライバのブレーキ操作状態およびアクセル操作状態を検出するブレーキ操作状態検出部およびアクセル操作状態検出として、ブレーキストロークセンサおよびアクセルストロークセンサを設けた例を示したが、ブレーキ操作力やブレーキ油圧およびアクセル操作力を検出するセンサを設けてもよい。この場合、図４のステップS3では、ブレーキ操作力の程度（強弱）を判定し、ブレーキ操作力が強い場合にはブレーキオン、ブレーキ操作力が弱い場合にはブレーキオフと判定する。
補正トルクによりトルク指令基準値を補正する車両速度の範囲は、少なくともパワートレインの共振領域が含まれていればよい。
本発明はハイブリッド車両にも適用でき、実施例１と同様の効果を得ることができる。
実施例では、所定の速度領域をパワートレインで共振減少が発生する速度領域とした例を示したが、他の要因によってパワートレインまたは車両に振動が発生する速度領域としてもよい。

RL,RR 左右後輪（車輪）
100 電動モータ
101 回転センサ（車両速度算出部）
103 インバータ
106 車軸
111 車両コントローラ（コントロールユニット）
111a ブレーキストロークセンサ（ブレーキ操作状態検出部）
111b アクセルストロークセンサ（アクセル操作状態検出部）
202 極低速振動抑制トルク算出部（基準トルク補正部）

Claims (3)

1. 車軸を介して車輪にトルクを与えるように接続された電動モータと、前記電動モータに電流を供給するインバータと、前記車輪にアクセル操作量に応じたあらかじめ設定された基準トルクを与えるように前記インバータを制御するコントロールユニットと、を備えた電動車両の制御装置であって、
   前記車輪を備えた車両の速度を算出する車両速度算出部を備え、
   前記コントロールユニットは、前記算出された車両速度が所定の速度領域のときには前記基準トルクを増加もしくは減少させた後、前記基準トルクに復帰させる基準トルク補正部を備えたことを特徴とする電動車両の制御装置。
2. 請求項１に記載の電動車両の制御装置において、
   ドライバのブレーキ操作状態を検出するブレーキ操作状態検出部を備え、
   前記基準トルク補正部は、前記ブレーキ操作状態検出部により操作状態が検出されていない場合に前記基準トルクを増加させ、前記ブレーキ操作状態検出部によってブレーキ操作状態が検出された場合、前記基準トルクを減少させることを特徴とする電動車両の制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の電動車両の制御装置において、
   前記所定の速度領域は、前記電動モータから前記車輪に至るパワートレインで共振現象が発生する速度領域であることを特徴とする電気駆動車両の制御装置。

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