JP2012244894A

JP2012244894A - モーターで駆動される車両のトルク制御方法および装置

Info

Publication number: JP2012244894A
Application number: JP2011208895A
Authority: JP
Inventors: Joonyoung Park; 俊泳朴
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2012-12-10
Anticipated expiration: 2031-09-26
Also published as: DE102011087412B4; US8610390B2; US20120299518A1; JP5745376B2; DE102011087412A1; CN102795120A; KR20120131001A; CN102795120B; KR101284293B1

Abstract

【課題】駆動モーターのトルク制御の際に発生する最終トルクの脈動現象を防止するためのモーターで駆動される車両のトルク制御方法および装置を提供する。
【解決手段】駆動モーターの現在速度、速度境界区間、目標トルク、駆動トルク制限値および発電トルク制限値を入力する入力段階Ｓ１００と、前記現在速度が速度境界区間に含まれる場合、全体速度境界区間で現在速度が占める比率を混合比率で計算する混合比率算出段階Ｓ４００と、前記駆動トルク制限値と前記発電トルク制限値を前記算出された混合比率に応じて反映して制限トルクを計算する制限トルク算出段階Ｓ５００と、前記算出された制限トルクと目標トルクのうち絶対値が小さいトルク値を、駆動モーターに要請する最終トルクとして決定する最終トルク算出段階Ｓ６００とを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車などのようにモーターで駆動される車両のトルクを安定的に制御するための制御方法および装置に関する。

最近、環境に優しい自動車に対する要求が急増するにつれて、エンジンとモーターを用いて車両に駆動力を提供するハイブリッド自動車、またはモーターのみを用いて車両に駆動力を提供する電気自動車や燃料電池自動車などのように、モーターを用いて車両に駆動力を伝達する自動車が多く開発されている。

本発明は、このようなハイブリッド自動車や電気自動車、燃料電池自動車などのようにモーターで駆動される自動車において、該当モーターから出力されるトルクを制御するための方法および装置に関する。

一般に、モーターで駆動される車両は、バッテリーから動力を得、これによりバッテリーのＳＯＣ（ｓｔａｔｅｏｆｃｈａｒｇｅ）、現在モーターの回転速度などを用いて駆動モーターのトルク値を制御する。また、バッテリーの状態に応じてモーターを用いた充電時点と発電時点が影響されるため、駆動モーターは駆動トルク制限値と発電トルク制限値に応じて最終トルクが決定される。

よって、制御部から駆動モーターに要請する最終トルクは、現在モーターの回転数や、ユーザーから要請されるモーターの目標トルク、バッテリーまたはエンジン等による駆動モーターの駆動トルク制限値および発電トルク制限値などを全て考慮して効率的かつ安定的に定められる必要がある。（特許文献１）

ところが、このような駆動モーターの駆動トルク制限値と発電トルク制限値との差がバッテリーまたはその他の装備の動作に応じて著しく大きくなる場合が発生し、そのような場合に駆動モーターが駆動と発電との境界付近で運転されるとき、駆動モーターを制御するための最終トルクの脈動現象が激しく発生する。これは車両の駆動安定性とも直結する部分であるので、最終トルクが周辺状況の急激な変化にもかかわらず安定的に充電または放電領域として運営される必要がある。

前記背景技術として説明された事項は、本発明の背景に関する理解増進のためのものに過ぎず、当該技術分野における通常の知識を有する者に既に知られている従来の技術に該当するものではない。

特願２００６−２５４６５４号公報

本発明は前記のような点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、駆動モーターのトルク制御の際に発生する最終トルクの脈動現象を防止するための、モーターで駆動される車両のトルク制御方法および装置を提供することにある。

このような目的を達成するための本発明のモーターで駆動される車両のトルク制御方法は、駆動モーターの現在速度、速度境界区間、目標トルク、駆動トルク制限値および発電トルク制限値を入力する入力段階と、前記現在速度が速度境界区間に含まれる場合、全体速度境界区間で現在速度が占める比率を混合比率で計算する混合比率算出段階と、前記駆動トルク制限値と前記発電トルク制限値を前記算出された混合比率に応じて反映して制限トルクを計算する制限トルク算出段階と、前記算出された制限トルクと目標トルクのうち絶対値の小さいトルク値を、駆動モーターに要請する最終トルクとして決定する最終トルク算出段階とを含んでなることを特徴とする。

前記速度境界区間は境界下限値と境界上限値から構成され、前記混合比率算出段階は現在速度と境界下限値との差を全体速度境界区間値で割って混合比率を計算することを特徴とする。

前記速度境界区間は境界下限値と境界上限値から構成され、前記混合比率算出段階は［数１］によって混合比率を計算するようにすることを特徴とする。

前記速度境界区間は境界下限値と境界上限値から構成され、前記制限トルク算出段階は駆動トルク制限値を現在速度と境界下限値との差による比率だけ反映し、発電トルク制限値を現在速度と境界上限値との差による比率だけ反映して制限トルクを計算することを特徴とする。

前記速度境界区間は境界下限値と境界上限値から構成され、前記制限トルク算出段階は［数２］によって制限トルクを計算するようにすることを特徴とする。

前記最終トルク算出段階は［数３］によって最終トルクを計算することを特徴とする。

前記速度境界区間は境界下限値と境界上限値から構成され、前記混合比率算出段階は［数１］によって混合比率を計算し、前記制限トルク算出段階は［数２］によって制限トルクを計算し、前記最終トルク算出段階は［数３］によって最終トルクを計算することを特徴とする。

一方、本発明に係るモーターで駆動される車両の別のトルク制御方法は、駆動モーターの現在速度、境界下限値と境界上限値から構成された速度境界区間、目標トルク、駆動トルク制限値、および発電トルク制限値の入力を受け、速度境界区間で現在速度が占める比率に応じて駆動トルク制限値と発電トルク制限値を反映して制限トルクを計算し、制限トルクと目標トルクのうち絶対値が小さいトルク値を駆動モーターに最終トルクとして要請することを特徴とする。

前記制限トルクは、駆動トルク制限値を現在速度と境界下限値との差による比率だけ反映し、発電トルク制限値を現在速度と境界上限値との差による比率だけ反映して計算されることを特徴とする。

また、本発明に係るモーターで駆動される車両のトルク制御装置は、車両に駆動力を提供する駆動モーターと、前記駆動モーターの現在速度、境界下限値と境界上限値から構成された速度境界区間、目標トルク、駆動トルク制限値および発電トルク制限値を用いて駆動モーターに要請する最終トルクを算出する制御部とを含み、前記制御部は、速度境界区間で現在速度が占める比率に応じて駆動トルク制限値と発電トルク制限値を反映して制限トルクを計算し、制限トルクと目標トルクのうち絶対値が小さいトルク値を駆動モーターに最終トルクとして要請することを特徴とする。

前記制御部は、駆動トルク制限値を現在速度と境界下限値との差による比率だけ反映し、発電トルク制限値を現在速度と境界上限値との差による比率だけ反映して制限トルクを計算することを特徴とする。

上述したような構造を持つ、モーターで駆動される車両のトルク制御方法よび装置によれば、モーターの充電または放電要請に応えて駆動モーターの駆動トルク制限値と発電トルク制限値が急激に変化する場合にも、駆動モーターに要請される最終トルクを安定的に算出して要請することができる。

また、駆動トルク制限値と発電トルク制限値との間で制限トルクを決定し、その決定の基準としてはトルクではなく速度を基準とすることにより、モーターの現在速度が０に近い時点でも制御される最終トルクの揺らぎ現象が除去できる。

また、最終トルクの揺らぎが発生する速度区間を速度境界区間として指定して運用する場合、従来の最終トルク制御方法に追加して運用が可能なので、全般的に最終トルクが線形的に制御されるようにできる。

本発明の一実施例に係るモーターで駆動される車両のトルク制御方法および装置の速度境界区間を示すグラフである。本発明の一実施例に係るモーターで駆動される車両のトルク制御方法の制御ロジックを示す図である。図２に示したモーターで駆動される車両のトルク制御方法を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施例に係るモーターで駆動される車両のトルク制御方法および装置について説明する。

本発明に係るモーターで駆動される車両のトルク制御方法は、駆動モーターの現在速度、速度境界区間、目標トルク、駆動トルク制限値および発電トルク制限値を入力する入力段階と、前記現在速度が速度境界区間に含まれる場合、全体速度境界区間で現在速度が占める比率を混合比率で計算する混合比率算出段階と、前記駆動トルク制限値と前記発電トルク制限値を前記算出された混合比率に応じて反映して制限トルクを計算する制限トルク算出段階と、前記算出された制限トルクと目標トルクのうち絶対値が小さいトルク値を、駆動モーターに要請する最終トルクとして決定する最終トルク算出段階とを含む。

車両の駆動モーターの出力を制御するためには、駆動モーターが加えるべき最終トルクが入力されなければならない。このような最終トルクは、現在モーターの速度、バッテリーのＳＯＣ状態などに応じて定められる駆動トルク制限値、発電トルク制限値、および使用者の要請による目標トルクなどの変数が入力され、これら変数を全て考慮した状態で最終トルクを選定して駆動モーターに命令を入力する。

ところが、このような最終トルクの入力値が大きい変化を起こす場合には、制御の限界を外れて駆動トルクの出力が揺らぐことがあり、特に駆動モーターに制限条件として作用する駆動トルク制限値と発電トルク制限値が瞬間的に大きい変化を起こす場合には、最終トルクを算出する際に急激な変化を起して車両が揺れる。よって、駆動トルク制限値と発電トルク制限値が瞬間的に大きい変化を起こす場合にも緩やかに変化する最終トルクを適切に算出して入力する技術が必要である。

このような最終トルクの制御のために、制御部には駆動モーターの現在速度、速度境界区間、目標トルク、駆動トルク制限値、および発電トルク制限値が入力できる。速度境界区間とは、本発明の制御が集中的に必要な速度区間であって、図１のように与えられる。

図１は本発明の一実施例に係るモーターで駆動される車両のトルク制御方法および装置の速度境界区間Ｂを示すグラフであって、横軸は駆動モーターの現在速度を示し、縦軸は駆動モーターの目標トルクを示す。このような現在速度と目標トルクが同一の符号を持つ場合にはモーターが放電（駆動）状態であることを示し、現在速度と目標トルクが反対符号を持つ場合にはモーターが発電（充電）状態であることを示す。ところが、場合に応じてモーターの現在速度が０の場合には、その付近で発電または充電状態が現在速度の符号に応じて正確に決定されるのではなく、多少の誤差を持つ。

すなわち、暗い色で処理された部分はモーターが駆動状態であることを示すが、現在速度０の付近で駆動トルク制限値と発電トルク制限値は大きい変化を起こすのが一般的であり、この場合には現在速度０の付近で場合に応じて現在速度と目標トルクの符号が変わる場合にも依然として駆動状態で運用される現象を見ることができる。

したがって、本発明では、現在速度０の付近で速度境界区間を取って該当区間における速度の比率に応じて適切にトルクを混合して決定し、それにより最終トルクの揺らぎ現象を直す。

これにより、速度境界区間Ｂは境界下限値Ｌ１、Ｌ２と境界上限値Ｕ１、Ｕ２から構成でき、このような境界下限値、境界上限値および速度境界区間は予め定めておいた区間として入力するようにできる。

その結果、現在モーターの速度が速度境界区間に位置する場合には、前記駆動モーターの現在速度、速度境界区間、目標トルク、駆動トルク制限値および発電トルク制限値を入力して最終トルクを算出し、現在モーターの速度が速度境界区間の外に位置する場合には、一般な目標トルクを駆動トルク制限値と発電トルク制限値の範囲内で最終トルクとしてモーターに入力できる。

このような駆動モーターの現在速度、速度境界区間、目標トルク、駆動トルク制限値および発電トルク制限値が制御部に入力されると、現在速度が速度境界区間に含まれる場合、全体速度境界区間で現在速度が占める比率を混合比率で計算する混合比率算出段階を経る。

混合比率とは、駆動トルク制限値と発電トルク制御値とをブレンドして適切な制限トルクを算出するためのブレンド比率を意味する。その混合比率は、速度境界区間で現在速度がどれほどの位置にあるかを基準として定める。すなわち、具体的には、現在速度と境界下限値との差を全体速度境界区間値で割って混合比率を計算できる。

混合比率を定めた後は、駆動トルク制限値と発電トルク制限値を前記算出された混合比率に応じて反映して制限トルクを計算する制限トルク算出段階を経る。制限トルク算出段階は、駆動トルク制限値を現在速度と境界上限値との差による比率だけ反映し、発電トルク制限値を現在速度と境界上限値との差による比率だけ反映して制限トルクを計算できる。

すなわち、混合比率は［数１］によって決定し、制限トルクは［数２］によって算出する。

上述したような方式で制限トルクが定められた場合には、算出された制限トルクと目標トルクのうち絶対値が小さいトルク値を、駆動モーターに要請する最終トルクとして決定する最終トルク算出段階を経る。

すなわち、最終トルクは［数３］によって決定する。

前記式は、制限トルクと目標トルクとの絶対値を比較して小さい値を取るが、小さい値にさらに目標トルクの符号を反映して最終トルクを算出することを示す。一方、入力する値として駆動トルク制限値と発電トルク制限値を常に絶対値の形で入力するならば、前記制限トルクも絶対値で表現するしかなく、そのような状況の下で導出された結論には最終的に目標トルクの符号を反映させることにより、最終トルクの符号が決定され発電状態か駆動状態かが決定される。

このように、駆動モーターに入力される出力指令である最終トルクが問題となる特定区間の速度区間で、現在速度が占める位置に応じて駆動トルク制限値と発電トルク制限値とをブレンドし、その値をさらに目標トルクと比較して小さい値を取って最終トルクにすることにより、駆動トルク制限値と発電トルク制限値が瞬間的に大きく変わる場合にも、最終トルクの値が揺らぐ現象を防止することができる。

具体的に、前記速度境界区間は境界下限値と境界上限値から構成され、前記混合比率算出段階は現在速度と境界下限値との差を全体速度境界区間値で割って［数１］によって混合比率を計算する。

一方、前記制限トルク算出段階は、駆動トルク制限値を現在速度と境界下限値との差による比率だけ反映し、発電トルク制限値を現在速度と境界上限値との差による比率だけ反映して制限トルクを計算する。具体的に、前記制限トルク算出段階は、［数２］によって制限トルクを計算する。また、駆動トルク制限値と発電トルク制限値は絶対値の形で入力して計算に利用することが好ましい。

また、前記最終トルク算出段階は［数３］によって最終トルクを計算する。

すなわち、前記速度境界区間は境界下限値と境界上限値から構成され、前記混合比率算出段階は［数１］によって混合比率を計算し、前記制限トルク算出段階は［数２］によって制限トルクを計算し、前記最終トルク算出段階は［数３］によって最終トルクを計算する。

一方、本発明に係るモーターで駆動される車両のトルク制御方法は、図２および図３に示すように、全体的には駆動モーターの現在速度、境界下限値と境界上限値から構成された速度境界区間、目標トルク、駆動トルク制限値および発電トルク制限値の入力を受け（Ｓ１００）、速度境界区間で現在速度が占める比率に応じて駆動トルク制限値と発電トルク制限値を反映して制限トルクを計算し（Ｓ４００、Ｓ５００）、制限トルクと目標トルクのうち絶対値が小さいトルク値を駆動モーターに最終トルクとして要請すること（Ｓ６００）を特徴として表現できる。

また、前記制限トルクは、駆動トルク制限値を現在速度と境界下限値との差による比率だけ反映し、発電トルク制限値を現在速度と境界上限値との差による比率だけ反映して計算できる。

一方、このような制御方法が適用されるためのモーターで駆動される車両のトルク制御装置は、車両に駆動力を提供する駆動モーター、および前記駆動モーターの現在速度、境界下限値と境界上限値から構成された速度境界区間、目標トルク、駆動トルク制限値および発電トルク制限値を用いて、駆動モーターに要請する最終トルクを算出する制御部を含み、前記制御部は、速度境界区間で現在速度が占める比率に応じて駆動トルク制限値と発電トルク制限値を反映して制限トルクを計算し、制限トルクと目標トルクのうち絶対値が小さいトルク値を駆動モーターに最終トルクとして要請できる。

また、前記制御部は、駆動トルク制限値を現在速度と境界下限値との差による比率だけ反映し、発電トルク制限値を現在速度と境界上限値との差による比率だけ反映して制限トルクを計算する。

本発明は特定の実施例に関連して図示および説明したが、以下の特許請求の範囲によって提供される本発明の技術的思想から外れない限度内で本発明が様々に改良および変更できるのは、当業界における通常の知識を有する者には自明である。

本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車などのようにモーターで駆動される車両のトルクを安定的に制御するための制御方法および装置に関する分野に適用できる。

Ｓ１００入力段階
Ｓ４００混合比率算出段階
Ｓ５００制限トルク算出段階
Ｓ６００最終トルク算出段階

Claims

駆動モーターの現在速度、速度境界区間、目標トルク、駆動トルク制限値および発電トルク制限値を入力っする入力段階と、
前記現在速度が速度境界区間に含まれる場合、全体速度境界区間で現在速度が占める比率を混合比率で計算する混合比率算出段階と、
前記駆動トルク制限値と前記発電トルク制限値を前記算出された混合比率に応じて反映して制限トルクを計算する制限トルク算出段階と、
前記算出された制限トルクと目標トルクのうち絶対値が小さいトルク値を、駆動モーターに要請する最終トルクとして決定する最終トルク算出段階とを含んでなることを特徴とする、モーターで駆動される車両のトルク制御方法。
前記速度境界区間は境界下限値と境界上限値から構成され、前記混合比率算出段階は現在速度と境界下限値との差を全体速度境界区間値で割って混合比率を計算することを特徴とする、請求項１に記載のモーターで駆動される車両のトルク制御方法。
前記速度境界区間は境界下限値と境界上限値から構成され、前記混合比率算出段階は［数１］によって混合比率を計算することを特徴とする、請求項１に記載のモーターで駆動される車両のトルク制御方法。
前記速度境界区間は境界下限値と境界上限値から構成され、前記制限トルク算出段階は駆動トルク制限値を現在速度と境界下限値との差による比率だけ反映し、発電トルク制限値を現在速度と境界上限値との差による比率だけ反映して制限トルクを計算することを特徴とする、請求項１に記載のモーターで駆動される車両のトルク制御方法。
前記速度境界区間は境界下限値と境界上限値から構成され、前記制限トルク算出段階は［数２］によって制限トルクを計算することを特徴とする、請求項１に記載のモーターで駆動される車両のトルク制御方法。
前記最終トルク算出段階は、［数３］によって最終トルクを計算することを特徴とする、請求項１に記載のモーターで駆動される車両のトルク制御方法。
前記速度境界区間は境界下限値と境界上限値から構成され、前記混合比率算出段階は［数１］によって混合比率を計算し、前記制限トルク算出段階は［数２］によって制限トルクを計算し、前記最終トルク算出段階は［数３］によって最終トルクを計算することを特徴とする、請求項１に記載のモーターで駆動される車両のトルク制御方法。
駆動モーターの現在速度、境界下限値と境界上限値から構成された速度境界区間、目標トルク、駆動トルク制限値および発電トルク制限値の入力を受け、速度境界区間で現在速度が占める比率に応じて駆動トルク制限値と発電トルク制限値を反映して制限トルクを計算し、制限トルクと目標トルクのうち絶対値が小さいトルク値を駆動モーターに最終トルクとして要請することを特徴とする、モーターで駆動される車両のトルク制御方法。
前記制限トルクは、駆動トルク制限値を現在速度と境界下限値との差による比率だけ反映し、発電トルク制限値を現在速度と境界上限値との差による比率だけ反映して計算されることを特徴とする、請求項８に記載のモーターで駆動される車両のトルク制御方法。
車両に駆動力を提供する駆動モーターと、
前記駆動モーターの現在速度、境界下限値と境界上限値から構成された速度境界区間、目標トルク、駆動トルク制限値および発電トルク制限値を用いて、駆動モーターに要請する最終トルクを算出する制御部とを含み、
前記制御部は、速度境界区間で現在速度が占める比率に応じて駆動トルク制限値と発電トルク制限値を反映して制限トルクを計算し、制限トルクと目標トルクのうち絶対値が小さいトルク値を駆動モーターに最終トルクとして要請することを特徴とする、モーターで駆動される車両のトルク制御装置。
前記制御部は、駆動トルク制限値を現在速度と境界下限値との差による比率だけ反映し、発電トルク制限値を現在速度と境界上限値との差による比率だけ反映して制限トルクを計算することを特徴とする、請求項１０に記載のモーターで駆動される車両のトルク制御装置。