JP2015023623A - 電動車両の制御装置および電動車両の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】バネ下の前後方向の振動を抑制する。【解決手段】電動車両の制御装置は、アクセル開度および車速に基づいて、モータに対するトルク要求値を算出し、算出したトルク要求値と、モータに流れる電流およびモータの回転数とに基づいて、インバータを動作させるための制御信号を生成する。また、車両の駆動軸トルクに関する信号に対して、車両の前後方向の振動成分を抑制するフィルタリング処理を行い、フィルタリング処理後の値を用いてトルク要求値を補正する。【選択図】図7
Description
本発明は、電動車両の制御装置および制御方法に関する。
従来、アクセル開度や車速などから算出される駆動モータの駆動トルク要求値に対して、車両のトルク伝達系の固有振動周波数成分を除去又は低減するフィルタリング処理を行い、駆動トルク目標値を算出し、駆動モータのトルクが駆動トルク目標値に一致するように、駆動モータの電流を制御する電気自動車のモータ制御装置が知られている(特許文献1参照)。
また、特許文献2に記載の車両の制振制御装置では、特許文献1に記載の方法により決定した駆動トルク目標値に対して、駆動トルク目標値からモータ特性モデルを考慮してモータ回転速度推定値を算出し、実モータ回転速度との偏差を、駆動力伝達系の固有振動周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタとモータ特性モデルの逆系で構成されたフィルタに通して算出したトルク指令値を加えることによって、最終駆動トルク目標値を算出している。これにより、道路勾配やトルク伝達系の外乱やモータ特性モデル誤差などによる影響を除去し、かつ、車両のトルク伝達系の固有振動周波数成分を除去または低減することにより、制振効果と急峻なトルクの立ち上がりを両立することができる。
しかしながら、車両の加速時に、駆動力の反力がロアアームを介してサスペンションメンバーを含むモータユニット(バネ下)を前後に加振することによって、固有振動数20〜40Hz程度の振動成分が励起される場合がある。この振動成分は、駆動軸トルクやモータ回転速度に影響を及ぼさないため、特許文献1および特許文献2に記載の技術では低減することができない。
本発明は、バネ下の前後方向の振動を抑制することを目的とする。
本発明による電動車両の制御装置は、アクセル開度および車速に基づいて、モータに対するトルク要求値を算出し、算出したトルク要求値と、モータに流れる電流およびモータの回転数とに基づいて、インバータを動作させるための制御信号を生成する。また、車両の駆動軸トルクに関する信号に対して、車両の前後方向の振動成分を抑制するフィルタリング処理を行い、フィルタリング処理後の値を用いてトルク要求値を補正する。
本発明によれば、車両の駆動軸トルクに関する信号に対して、車両の前後方向の振動成分を抑制するフィルタリング処理を行い、フィルタリング処理後の値を用いてトルク要求値を補正するので、固有振動数が20〜40Hz程度のバネ下前後振動を効果的に抑制することができる。
−第1の実施形態−
図1は、第1の実施形態における電動車両の制御装置を備えた電気自動車の主要構成を示すブロック図である。本発明の電動車両の制御装置は、車両の駆動源の一部または全部として電動モータを備え、電動モータの駆動力により走行可能な電動車両に適用可能であり、電気自動車だけでなく、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車に適用可能である。
図1は、第1の実施形態における電動車両の制御装置を備えた電気自動車の主要構成を示すブロック図である。本発明の電動車両の制御装置は、車両の駆動源の一部または全部として電動モータを備え、電動モータの駆動力により走行可能な電動車両に適用可能であり、電気自動車だけでなく、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車に適用可能である。
電動モータコントローラ2は、車速V、アクセル開度AP、電動モータ(三相交流モータ)4の回転子位相α、電動モータ4の電流iu、iv、iw等の車両状態を示す信号をデジタル信号として入力し、入力された信号に基づいて、電動モータ4を制御するためのPWM信号を生成する。また、生成したPWM信号に応じてインバータ3の駆動信号を生成する。
インバータ3は、例えば、各相ごとに2個のスイッチング素子(例えば、IGBTやMOS−FET等のパワー半導体素子)を備え、駆動信号に応じてスイッチング素子をオン/オフすることにより、バッテリ1から供給される直流の電流を交流に変換し、電動モータ4に所望の電流を流す。
電動モータ4は、インバータ3から供給される交流電流により駆動力を発生し、減速機5および駆動軸(ドライブシャフト)8を介して、左右の駆動輪9a、9bに駆動力を伝達する。また、車両の走行時に駆動輪9a、9bに連れ回されて回転するときに、回生駆動力を発生させることで、車両の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。この場合、インバータ3は、電動モータ4の回生運転時に発生する交流電流を直流電流に変換して、バッテリ1に供給する。
電流センサ7は、電動モータ4に流れる3相交流電流iu、iv、iwを検出する。ただし、3相交流電流iu、iv、iwの和は0であるため、任意の2相の電流を検出して、残りの1相の電流は演算により求めてもよい。
回転センサ6は、例えば、レゾルバやエンコーダであり、電動モータ4の回転子位相αを検出する。
図2は、電動モータコントローラ2によって行われるモータ電流制御の処理の流れを示すフローチャートである。
ステップS201では、車両状態を示す信号を入力する。ここでは、車速V(km/h)、アクセル開度AP(%)、電動モータ4の回転子位相α(rad)、電動モータ4の回転数Nm(rpm)、電動モータ4に流れる三相交流電流iu、iv、iw、バッテリ1とインバータ3間の直流電圧値Vdc(V)を入力する。
車速V(km/h)は、図示しない車速センサや、図示しないブレーキコントローラ等の他のコントローラより通信にて取得する。または、モータ回転速度ωmにタイヤ動半径Rを乗算し、ファイナルギアのギア比で除算することにより車速v(m/s)を求め、3600/1000を乗算することにより単位変換して、車速V(km/h)を求める。
アクセル開度AP(%)は、図示しないアクセル開度センサから取得するか、図示しない車両コントローラ等の他のコントローラから通信にて取得する。
電動モータ4の回転子位相α(rad)は、回転センサ6から取得する。電動モータ4の回転数Nm(rpm)は、回転子の角速度ω(電気角)を電動モータ4の極対数で除算して、電動モータ4の機械的な角速度であるモータ回転速度ωm(rad/s)を求め、求めたモータ回転速度ωmに60/(2π)を乗算することによって求める。回転子の角速度ωは、回転子位相αを微分することによって求める。
電動モータ4に流れる電流iu、iv、iw(A)は、電流センサ7から取得する。
直流電圧値Vdc(V)は、バッテリ1とインバータ3間の直流電源ラインに設けられた電圧センサ(不図示)、または、図示しないバッテリコントローラから送信される電源電圧値から求める。
ステップS202では、第1のトルク指令値(トルク要求値)Tm1*を設定する。具体的には、ステップS201で入力されたアクセル開度APおよび車速Vに基づいて、図3に示すアクセル開度−トルクテーブルを参照することにより、第1のトルク指令値(トルク要求値)Tm1*を設定する。
ステップS203では、バネ下の前後方向における固有振動周波数成分を抑制するためのトルク補正値を算出し、算出したトルク補正値を用いて、ステップS202で設定された第1のトルク指令値Tm1*を補正することにより、第2のトルク指令値Tm2*を算出する。バネ下の部材には、サスペンションメンバーを含むモータユニットが含まれる。バネ下の前後方向における固有振動周波数成分を抑制するためのトルク補正値の算出では、後述するように、車両前後振動抑制フィルタを用いたフィルタリング処理を行う。
ステップS204では、ステップS203で設定した第2のトルク指令値Tm2*、およびモータ回転速度ωmに基づいて、駆動軸トルクの応答を犠牲にすることなく、駆動力伝達系の振動(駆動軸8のねじり振動)を抑制する第3のトルク指令値(最終トルク指令値)Tm3*を算出する。第3のトルク指令値Tm3*の詳しい算出方法については後述する。
ステップS205では、ステップS204で算出した第3のトルク指令値Tm3*、モータ回転速度ωmおよび直流電圧値Vdcに基づいて、d軸電流目標値id*、q軸電流目標値iq*を求める。例えば、トルク指令値、モータ回転速度、および直流電圧値と、d軸電流目標値およびq軸電流目標値との関係を定めたテーブルを予め用意しておいて、このテーブルを参照することにより、d軸電流目標値id*、q軸電流目標値iq*を求める。
ステップS206では、d軸電流idおよびq軸電流iqをそれぞれ、ステップS205で求めたd軸電流目標値id*およびq軸電流目標値iq*と一致させるための電流制御を行う。このため、まず初めに、ステップS201で入力された三相交流電流値iu、iv、iwと、電動モータ4の回転子位相αとに基づいて、d軸電流idおよびq軸電流iqを求める。続いて、d軸、q軸電流指令値id*、iq*と、d軸、q軸電流id、iqとの偏差から、d軸、q軸電圧指令値vd、vqを算出する。
次に、d軸、q軸電圧指令値vd、vqと、電動モータ4の回転子位相αから、三相交流電圧指令値vu、vv、vwを求める。そして、求めた三相交流電圧指令値vu、vv、vwと直流電圧値Vdcから、PWM信号tu(%)、tv(%)、tw(%)を求める。このようにして求めたPWM信号tu、tv、twにより、インバータ3のスイッチング素子を開閉することによって、電動モータ4をトルク指令値で指示された所望のトルクで駆動することができる。
図2のステップS203で行う車両前後振動抑制フィルタを用いたフィルタリング処理の詳細について説明する。
図4は、サスペンションスプリングの下側であるバネ下の構造を示す図であり、図4(a)は斜視図、図4(b)は上面図である。図4(a)に示すように、電動モータ5は、バネ下に設けられている。
バネ下前後振動は、路面から伝わる駆動力の反力がロアアーム(図4(b)参照)を介して、サスペンションメンバーを含むモータユニットを前後に加振することで励起されるため、乗員が感知する車両前後加速度は、下記(A)、(B)の和で近似することができる。
(A)駆動力により、車体が推進されることで発生する車両前後加速度
(B)駆動力により、バネ下が前後に加振されることで発生するバネ下加速度外乱
ここで、上記(B)の加速度外乱は、パラメータ同定などにより、次式(1)で表すことができる。
(A)駆動力により、車体が推進されることで発生する車両前後加速度
(B)駆動力により、バネ下が前後に加振されることで発生するバネ下加速度外乱
ここで、上記(B)の加速度外乱は、パラメータ同定などにより、次式(1)で表すことができる。
式(1)中のGv(s)は、次式(2)により表される。ただし、式(1)中のFは駆動力、αvはバネ下加速度外乱であり、式(2)中のζv、ωvはそれぞれ、バネ下前後振動の減衰係数、固有振動周波数である。
図5は、車両のトルク伝達系をモデル化した図であり、同図における各パラメータは、以下に示す通りである。
Jm:モータのイナーシャ(kgm2)
Jw:駆動輪のイナーシャ(kgm2)
Kd:ドライブシャフトねじり剛性(Nm/rad)
M:従動輪イナーシャを含む車両質量(kg)
Kt:タイヤと路面の摩擦に関する係数(N/(m/s))
N:オーバーギア比
r:タイヤの荷重半径(m)
Tm:モータトルク(Nm)
Td:駆動輪のトルク(Nm)
F:駆動力
ωm:モータ角速度(rad/s)
ωw:駆動輪角速度(rad/s)
V:車体速度(m/s)
Jm:モータのイナーシャ(kgm2)
Jw:駆動輪のイナーシャ(kgm2)
Kd:ドライブシャフトねじり剛性(Nm/rad)
M:従動輪イナーシャを含む車両質量(kg)
Kt:タイヤと路面の摩擦に関する係数(N/(m/s))
N:オーバーギア比
r:タイヤの荷重半径(m)
Tm:モータトルク(Nm)
Td:駆動輪のトルク(Nm)
F:駆動力
ωm:モータ角速度(rad/s)
ωw:駆動輪角速度(rad/s)
V:車体速度(m/s)
そして、図5より、以下の運動方程式を導くことができる。
式(3)〜(7)をラプラス変換すると、次式(8)〜(12)が得られる。
式(8)〜(12)より、モータトルクTmからモータ角速度ωmまでの伝達特性は、次式(13)、(14)で表される。
ただし、式(14)中の各パラメータは、次式(15)で表される。
式(14)を整理すると、次式(16)のように書き換えることができる。ただし、ζp、ωpはそれぞれ、車両のトルク伝達系の減衰係数、固有振動周波数である。
式(8)〜(12)より、モータトルクTmから駆動軸トルクTdまでの伝達特性
Gp’(s)は、次式(17)で表される。
Gp’(s)は、次式(17)で表される。
ただし、式(17)中のγ1、γ0はそれぞれ、次式(18)で表される。
式(17)を整理して、次式(19)のように表す。
図2のステップS204で行う制振制御を適用する車両では、トルク要求値Tm*から駆動軸トルクTdまでの伝達特性Gr’(s)は、次式(20)で表される。
次に、式(9)、(10)、(12)より、駆動軸トルクTdから駆動力Fまでの伝達特性は、次式(21)、(22)で表される。
ただし、式(22)中のkfは、次式(23)で表される。
さらに、駆動力Fからバネ下加速度外乱αvまでの伝達特性は、上述した式(1)、(2)で表される。
従って、式(20)、(22)、(2)より、トルク要求値Tm*からバネ下加速度外乱αvまでの伝達特性は、次式(24)となる。
ここで、式(24)に対して、図6に示すように、Hv(s)を含むループを新たに追加し、次式(25)、(26)にて、バネ下前後振動成分をキャンセルする車両前後振動抑制フィルタHv(s)を設計する。
式(25)より、次式(27)が成り立つ。
一般的な車両の特性では、次式(28)が成り立つため、式(27)は極零相殺により、次式(29)で表される。
ただし、式(29)は非プロパであるため、ローパスフィルタを追加することにより、次式(30)のように、3次/3次=(1次/1次)×(2次/2次)のフィルタで表される。なお、時定数τについては十分に小さい値とし、シミュレーションまたは実験により適切な値を設定する。
図7は、第1の実施形態における電動車両の制御装置において、第1のトルク指令値(トルク要求値)Tm1*を入力して、第3のトルク指令値Tm3*を出力するF/F補償器700の構成を示すブロック図である。F/F補償器700は、車両パラメータとギアバックラッシュを模擬した不感帯モデルにより構成される車両モデル71と、ゲイン72と、車両前後振動抑制フィルタ73と、減算器74と、減算器75とを備えている。
車両モデル71の駆動力伝達系は、モータトルクが車両の駆動軸トルクに伝達されない不感帯を有する。これにより、ギアバックラッシュ特性を模擬することが可能であり、ギアバックラッシュ発生時にも、駆動軸ねじり角振動を抑制することができる。車両モデル71の運動方程式は、式(3)、(4)、(5)、(7)、(31)、(32)で表される。
ただし、θは駆動軸のねじり角、θdは、モータから駆動軸までのオーバーオールのギアバックラッシュ量である。
また、ゲインKFBは、次式(33)、(34)で表される。
図7に示すように、車両モデル71は、第3のトルク指令値を入力して、駆動軸のねじり角速度の推定値である疑似ねじり角速度(ωm/N−ωw)を出力する。減算器75は、後述する方法により求められる第2のトルク指令値Tm2*から、疑似ねじり角速度にゲインKFBを乗算した値を減算して、第3のトルク指令値Tm3*を出力する。
車両前後振動抑制フィルタ73は、上述したバネ下前後振動成分を抑制する車両前後振動抑制フィルタHv(s)であって、式(25)、(26)により表される。車両前後振動抑制フィルタ73は、車両モデル71から出力される駆動軸トルクの推定値に対して、バネ下前後振動成分を抑制するフィルタリング処理を行い、フィルタリング処理後の値をトルク補正値として出力する。
減算器74は、第1のトルク指令値Tm1*から、車両前後振動抑制フィルタ73から出力されるトルク補正値を減算することにより、第2のトルク指令値Tm2*を出力する。
なお、車両モデル71は、疑似ねじり角速度にゲインを乗算してフィードバックする制御を行うことにより、あたかもねじり振動を含まないモデルとなるように制御されている。従って、この車両モデル71から出力される駆動軸トルクの推定値は、車両のトルク伝達系の理想応答と呼べる値である。
以上、第1の実施形態における電動車両の制御装置によれば、アクセル開度および車速に基づいて、電動モータ4に対するトルク要求値を算出し、算出したトルク要求値と、電動モータ4に流れる電流およびモータ回転数とに基づいて、インバータ3を動作させるための制御信号を生成する。また、車両の駆動軸トルクに関する信号(駆動軸トルクの推定値)に対して、車両の前後方向の振動成分を抑制するフィルタリング処理を行い、フィルタリング処理後のトルク補正値を用いてトルク要求値を補正する。これにより、固有振動数が20〜40Hz程度のバネ下前後振動を効果的に抑制することができるので、車両の乗員にショックや不快な振動を感じさせることがなく、滑らかな加速を実現することができる。
また、トルク補正値を用いて補正されたトルク要求値に対して、駆動力伝達系の振動を抑制するための処理を行うので、バネ下前後振動だけでなく、車両の駆動力伝達系の固有振動周波数成分を除去または低減することができる。これにより、車両の乗員にショックや不快な振動を感じさせることがなく、滑らかな加速を実現することができる。
特に、駆動力伝達系の振動を抑制するための処理が行われたトルク要求値に基づいて、車両の駆動軸トルクを推定し(車両モデル71)、駆動軸トルクの推定値に対して車両の前後方向の振動成分を抑制するフィルタリング処理を行うので、フィードフォワード演算のみで、車両バネ下前後振動を抑制するトルク指令値を算出することができる。
第1の実施形態における電動車両の制御装置では、車両前後振動抑制フィルタ73は、車両バネ下前後振動モデルGv(s)、車両バネ下前後振動の理想モデルGvm(s)、および、車両の駆動力伝達系の理想モデルGr’(s)を含む(式(27)参照)ので、設計者が設計したバネ下前後振動の理想応答にモデルマッチングしたトルク補正値を算出することができる。
また、車両前後振動抑制フィルタ73は、車両バネ下前後振動を中心周波数とし、車両バネ下前後振動モデルGv(s)および車両バネ下前後振動の理想モデルGvm(s)を少なくとも含むバンドパスフィルタ(Gv(s)/Gvm(s)−1)と、車両の駆動力伝達系の理想モデルの逆モデル(1/Gr’(s))により構成されるので、バネ下前後振動成分を適確に除去または低減する補正を、トルク要求値に対して施すことができる。
駆動力伝達系の振動を抑制するための処理は、モータトルクが車両の駆動トルクに伝達されない不感帯を有する車両モデル71を用いて行うので、コースト走行状態や減速状態からの加速時のようなギアのバックラッシュを伴う走行シーンにおいても、バネ下の前後振動を抑制することができる。
また、車両モデル71の駆動力伝達系の不感帯幅は、電動モータ4から駆動軸8までのギアバックラッシュ量の総和とするので、複数のギアのバックラッシュ量を個別に設定することなく、ギアバックラッシュ特性を再現することができる。
−第2の実施形態−
図8は、第2の実施形態における電動車両の制御装置において、第1のトルク指令値Tm1*を入力して、第3のトルク指令値Tm3*を出力する構成を示すブロック図である。
図8は、第2の実施形態における電動車両の制御装置において、第1のトルク指令値Tm1*を入力して、第3のトルク指令値Tm3*を出力する構成を示すブロック図である。
前後振動抑制フィルタ81は、上述したバネ下前後振動成分をキャンセルする車両前後振動抑制フィルタHv(s)であって、式(25)、(26)により表される。車両前後振動抑制フィルタ81は、図示しないトルクセンサによって検出された駆動軸トルクに対して、バネ下前後振動成分を抑制するフィルタリング処理を行い、フィルタリング処理後の値をトルク補正値として出力する。図示しないトルクセンサによって検出された駆動軸トルクは、後述する制振制御部82によって駆動力伝達系の振動を抑制するための処理が行われたトルク指令値に対する応答値である。なお、車両前後振動抑制フィルタ81がフィルタリング処理を行う対象である駆動軸トルクは、演算により求めたものでもよい。
減算器83は、第1のトルク指令値Tm1*から、車両前後振動抑制フィルタ81から出力されるトルク補正値を減算することにより、第2のトルク指令値Tm2*を出力する。
制振制御部82は、特開2003−9566号公報に記載されているような既知の制振制御を行うものであり、第2のトルク指令値Tm1*を入力して、第3のトルク指令値Tm3*を出力する。
図9は、制振制御部82の詳細な構成の一例を示すブロック図である。なお、当然の事項であるが、制振制御部82の構成としては、図9に示したブロック図以外の構成であってもよい。
Gm(s)/Gp(s)なる伝達特性を有する制御ブロック91は、駆動力伝達系の振動を抑制するためのフィードフォワード制御を行う。すなわち、第2のトルク指令値Tm2*をGm(s)/Gp(s)なるフィルタに通すことにより、制振効果の高いトルク指令値を出力する。Gp(s)は、車両へのトルク入力とモータ回転速度との間の伝達特性を示すモデルであり、Gm(s)は、車両へのトルク入力とモータ回転速度の応答目標との間の伝達特性を示すモデル(理想モデル)である。
Gp(s)なる伝達特性を有する制御ブロック92は、第3のトルク指令値Tm3*を入力して、モータ回転速度推定値を出力する。
減算器93は、制御ブロック92から出力されるモータ回転速度推定値と、モータ回転速度検出値との偏差を算出する。
制御ブロック94は、車両の伝達特性Gp(s)の逆特性とバンドパスフィルタH(s)からなるフィルタH(s)/Gp(s)なる伝達特性を有し、モータ回転速度推定値とモータ回転速度検出値との偏差に基づいて、ねじり振動を抑制するためのフィードバック成分を算出する。H(s)は、中心周波数が車両の駆動系のねじり共振周波数と一致しているバンドパスフィルタの特性を有する。
加算器95は、制御ブロック91から出力されるトルク指令値と、制御ブロック94の出力値とを加算して、第3のトルク指令値Tm3*を算出する。
以上、第2の実施形態における電動車両の制御装置によれば、第1の実施形態における電動車両の制御装置と同様に、固有振動数が20〜40Hz程度のバネ下前後振動を効果的に抑制することができる。
特に、前後振動抑制フィルタ81は、駆動力伝達系の振動を抑制するための処理が行われたトルク要求値に対する応答である車両の駆動軸トルクに対して、車両の前後方向の振動成分を抑制するフィルタリング処理を行うので、フィードフォワード演算のみで、車両バネ下前後振動を抑制するトルク指令値を算出することができる。
−第3の実施形態−
図10は、第3の実施形態における電動車両の制御装置において、第1のトルク指令値Tm1*を入力して、第3のトルク指令値Tm3*を出力するF/F補償器1000の構成を示すブロック図である。
図10は、第3の実施形態における電動車両の制御装置において、第1のトルク指令値Tm1*を入力して、第3のトルク指令値Tm3*を出力するF/F補償器1000の構成を示すブロック図である。
F/F補償器1000は、インバースフィルタ101と、車両モデル102と、車両前後振動抑制フィルタ103と、減算器104とを備える。
車両モデル102の運動方程式は、式(3)〜(7)で表される。車両モデル102は、第3のトルク指令値を入力して、駆動軸トルクの推定値を出力する。
車両前後振動抑制フィルタ103は、上述したバネ下前後振動成分をキャンセルする車両前後振動抑制フィルタHv(s)であって、式(25)、(26)により表される。車両モデル102から出力される駆動軸トルクの推定値は、車両前後振動抑制フィルタ103でフィルタリング処理が行われて、トルク補正値として出力される。減算器104は、第1のトルク指令値から、車両前後振動抑制フィルタ103の出力であるトルク補正値を減算することにより、第2のトルク指令値を出力する。
インバースフィルタ101は、特開2001−45613号公報に記載されているような既知のフィルタであって、駆動力伝達系の固有振動周波数成分を除去するフィルタリング処理を行う。具体的には、インバースフィルタ101は、(s2+2ζpωps+ωp 2)/(s2+2ωps+ωp 2)なる特性を有し、入力された第2のトルク指令値Tm2*に対して、駆動力伝達系の振動を抑制するフィルタリング処理を行い、第3のトルク指令値Tm3*を出力する。ただし、ζp、ωpはそれぞれ、車両のトルク伝達系の減衰係数、固有振動周波数である。
なお、インバースフィルタ101では、駆動力伝達系の固有振動周波数成分を除去するフィルタリング処理が行われるため、フィルタリング処理後の第3のトルク指令値に基づいて車両モデル102が出力する駆動軸トルクの推定値は、車両のトルク伝達系の理想応答と呼べる値である。
以上、第3の実施形態における電動車両の制御装置によれば、第1の実施形態における電動車両の制御装置と同様に、固有振動数が20〜40Hz程度のバネ下前後振動を効果的に抑制することができる。
以下では、第1の実施形態における電動車両の制御装置による制御の効果について説明する。まず始めに、クリープ状態から、ギアのバックラッシュを伴わない発進急加速において、トルク要求値をステップ的に増加させた場合の加速度の応答について、図11のタイムチャートを用いて説明する。
図11は、クリープ状態からトルク要求値をステップ的に増加させた場合において、第1の実施形態における電動車両の制御装置と、特開2001−45613号公報に記載の従来の制御装置との制御結果の比較図である。図11(a)が第1の実施形態における電動車両の制御装置による制御結果、図11(b)が特開2001−45613号公報に記載の制御装置による制御結果を表している。図中、上から順に、制振制御後のトルク指令値の時間変化、車両前後加速度の時間変化、駆動軸トルクの時間変化、モータ回転数の時間変化をそれぞれ示している。
まず始めに、図11(b)に示す特開2001−45613号公報に記載の制御装置による制御について説明する。クリープ状態から、時刻t1でアクセルペダルをステップ的に踏み込み、トルク要求値が急激に立ち上がった場合、車両のトルク伝達系の振動を抑制するための制振制御により、制振制御後のトルク指令値は、トルク要求値に対して車両のトルク伝達系の固有振動周波数成分を抑制した値となる。これにより、駆動軸トルクはステップ的に振動無く立ち上がり、時刻t2に至るまでに収束する。しかしながら、車両前後加速度は、時刻t1から時刻t2にかけて、20〜40Hz程度の振動が残っている。
これに対して、図11(a)に示す第1の実施形態における電動車両の制御装置による制御結果を見ると、停車状態から時刻t1でアクセルペダルをステップ的に踏み込み、トルク要求値が急激に立ち上がった場合、駆動軸トルクは時刻t2でほぼ定常値に収束している。また、車両前後加速度も、従来の制御装置による制御結果では発生していた20〜40Hz程度の振動が抑制されて滑らかに立ち上がっており、時刻t2には、ほぼ定常値に収束している。
続いて、コースト状態から、ギアのバックラッシュを伴う急加速において、トルク要求値をステップ的に増加させた場合の加速度の応答について、図12のタイムチャートを用いて説明する。
図12は、コースト状態からトルク要求値をステップ的に増加させた場合において、第1の実施形態における電動車両の制御装置と、特開2001−45613号公報に記載の従来の制御装置との制御結果の比較図である。図12(a)が第1の実施形態における電動車両の制御装置による制御結果、図12(b)が特開2001−45613号公報に記載の制御装置による制御結果を表している。図中、上から順に、制振制御後のトルク指令値の時間変化、車両前後加速度の時間変化、駆動軸トルクの時間変化、モータ回転数の時間変化をそれぞれ示している。
まず始めに、図12(b)に示す特開2001−45613号公報に記載の制御装置による制御について説明する。コースト状態から時刻t1でアクセルペダルをステップ的に踏み込み、トルク要求値が急激に立ち上がった場合、ギアのバックラッシュの不感帯の誤差を補正するために、制振制御後のトルク指令値を加速側に発生させることにより、時刻t1から時刻t2にかけて20〜40Hz程度の加速度の振動が助長されている。
これに対して、図12(a)に示す第1の実施形態における電動車両の制御装置による制御結果を見ると、停車状態から時刻t1でアクセルペダルをステップ的に踏み込み、トルク要求値が急激に立ち上がった場合、駆動軸トルクは時刻t2にほぼ定常値に収束している。また、車両前後加速度も、従来の制御装置による制御結果では発生していた20〜40Hz程度の振動が抑制されて滑らかに立ち上がっており、時刻t2には、ほぼ定常値に収束している。
本発明は、上述した実施形態に限定されることはない。例えば、上述した実施形態では、バネ下前後振動を抑制するためのフィルタリング処理と、車両の駆動力伝達系の固有振動周波数成分を低減する処理とを組み合わせた構成について説明したが、車両前後振動抑制フィルタだけを備えた構成であってもよい。
2…電動モータコントローラ(データ取得手段、制御手段)
3…インバータ
4…電動モータ
6…回転センサ(回転数検出手段)
7…電流センサ(電流検出手段)
3…インバータ
4…電動モータ
6…回転センサ(回転数検出手段)
7…電流センサ(電流検出手段)
Claims (9)
- 車両駆動用のモータと、
前記モータを駆動するためのインバータと、
前記モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記モータの回転数を検出する回転数検出手段と、
アクセル開度および車速に関するデータを取得するデータ取得手段と、
前記アクセル開度および車速に基づいて、前記モータに対するトルク要求値を算出し、算出したトルク要求値と、前記モータに流れる電流および前記モータの回転数とに基づいて、前記インバータを動作させるための制御信号を生成する制御手段とを備え、
前記制御手段は、車両の駆動軸トルクに関する信号に対して、車両の前後方向の振動成分を抑制するフィルタリング処理を行う車両前後振動抑制フィルタと、前記車両前後振動抑制フィルタの出力値で前記トルク要求値を補正する補正手段とを備えることを特徴とする電動車両の制御装置。 - 請求項1に記載の電動車両の制御装置において、
前記制御手段は、前記補正手段によって補正されたトルク要求値に対して、駆動力伝達系の振動を抑制するための処理を行う駆動力伝達系振動抑制手段をさらに備えることを特徴とする電動車両の制御装置。 - 請求項2に記載の電動車両の制御装置において、
前記制御手段は、前記駆動力伝達系の振動を抑制するための処理が行われたトルク要求値に基づいて、車両の駆動軸トルクを推定する駆動軸トルク推定手段をさらに備え、
前記駆動軸トルクに関する信号は、車両の駆動軸トルクの推定値であることを特徴とする電動車両の制御装置。 - 請求項2に記載の電動車両の制御装置において、
前記制御手段は、前記駆動力伝達系の振動を抑制するための処理が行われたトルク要求値に対する応答である車両の駆動軸トルクを取得する駆動軸トルク取得手段をさらに備え、
前記駆動軸トルクに関する信号は、車両の駆動軸トルクの取得値であることを特徴とする電動車両の制御装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の電動車両の制御装置において、
前記車両前後振動抑制フィルタは、車両バネ下前後振動モデル、車両バネ下前後振動の理想モデル、および、車両の駆動力伝達系の理想モデルを含むことを特徴とする電動車両の制御装置。 - 請求項5に記載の電動車両の制御装置において、
前記車両前後振動抑制フィルタは、車両バネ下前後振動を中心周波数とし、前記車両バネ下前後振動モデルおよび前記車両バネ下前後振動の理想モデルを少なくとも含むバンドパスフィルタと、前記車両の駆動力伝達系の理想モデルの逆モデルにより構成されることを特徴とする電動車両の制御装置。 - 請求項3に記載の電動車両の制御装置において、
前記駆動力伝達系振動抑制手段は、モータトルクが車両の駆動トルクに伝達されない不感帯を有する車両モデルを用いて、前記駆動力伝達系の振動を抑制するための処理を行うことを特徴とする電動車両の制御装置。 - 請求項7に記載の電動車両の制御装置において、
前記車両モデルの駆動力伝達系の不感帯幅は、モータから駆動軸までのギアバックラッシュ量の総和であることを特徴とする電動車両の制御装置。 - 車両駆動用のモータと、前記モータを駆動するためのインバータとを備える電動車両の制御方法であって、
前記モータに流れる電流を検出し、
前記モータの回転数を検出し、
アクセル開度および車速に関するデータを取得し、
前記取得したアクセル開度および車速に基づいて、前記モータに対するトルク要求値を算出し、
車両の駆動軸トルクに関する信号に対して、車両の前後方向の振動成分を抑制するフィルタリング処理を行い、
前記フィルタリング処理後の値を用いて前記トルク要求値を補正し、
前記補正後のトルク要求値と、前記検出したモータに流れる電流および前記モータの回転数とに基づいて、前記インバータを動作させるための制御信号を生成し、
前記生成した制御信号に基づいて前記インバータを制御することを特徴とする電動車両の制御方法。
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