JP2022039447A

JP2022039447A - 車両の制御装置

Info

Publication number: JP2022039447A
Application number: JP2020144469A
Authority: JP
Inventors: 和也奥村; Kazuya Okumura
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-08-28
Filing date: 2020-08-28
Publication date: 2022-03-10

Abstract

【課題】適切な目標回転速度を設定して回転電機の実回転速度を制御することができる車両の制御装置を提供すること。【解決手段】車輪を回転駆動させる駆動力を発生する回転電機を制御する制御部を備えた車両の制御装置であって、制御部は、回転電機の実回転速度を検出する回転速度検出部を備え、回転速度検出部で検出された実回転速度と、回転電機の目標回転速度との回転速度差が所定値以上の場合に、制御部は、目標回転速度に基づいて実回転速度を制御し、回転速度差が所定値未満の場合に、制御部は、車輪・駆動系に発生する振動の共振周波数が、スリップしている状態もしくはスリップ状態に近づいていることを示す共振周波数帯であるか否かに基づいて目標回転速度を修正し、修正した目標回転速度に基づいて実回転速度を制御する。【選択図】図７

Description

本発明は、車両の制御装置に関する。

特許文献１には、回転電機であるモータが発生させた駆動力によって車輪を回転駆動させる電動車両において、車輪のタイヤ部分と路面との摩擦係数が、車輪がスリップし始める摩擦係数に近づいていることを示す共振周波数帯を遮断し、遮断した共振周波数帯に基づいて制駆動力を制御する技術が開示されている。

特開平１１－２６３１５２号公報

電動車両において、車輪スリップ発生時に、回転速度フィードバック制御によってモータの実回転速度を目標回転速度に追従させる際、モータの実回転速度と目標回転速度との回転速度差が大きい場合には、フィードバック制御トルクの応答性を上げて、できるだけ早く目標回転速度にモータの実回転速度を追従させる必要がある。しかしながら、モータの実回転速度と目標回転速度との回転速度差が大きい場合には、スリップしている状態もしくはスリップ状態に近づいていることを示す、モータの実回転速度の振動の共振周波数帯に基づいて修正された目標回転速度に追従するように、モータの実回転速度を制御すると応答性が悪化するおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、適切な目標回転速度を設定して回転電機の実回転速度を制御することができる車両の制御装置を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る車両の制御装置は、車輪を回転駆動させる駆動力を発生する回転電機を制御する制御部を備えた車両の制御装置であって、前記制御部は、前記回転電機の実回転速度を検出する回転速度検出部を備え、前記回転速度検出部で検出された前記実回転速度と、前記回転電機の目標回転速度との回転速度差が所定値以上の場合に、前記制御部は、前記目標回転速度に基づいて前記実回転速度を制御し、前記回転速度差が前記所定値未満の場合に、前記制御部は、車輪・駆動系に発生する振動の共振周波数が、スリップしている状態もしくはスリップ状態に近づいていることを示す共振周波数帯であるか否かに基づいて前記目標回転速度を修正し、修正した前記目標回転速度に基づいて前記実回転速度を制御することを特徴とするものである。

本発明に係る車両の制御装置は、回転電機の実回転速度と目標回転速度との回転速度差が大きい、言い換えると、スリップ度合いが大きい場合には、応答性良く回転速度差を小さくすることができ、前記回転速度差が小さいときには、車輪・駆動系に発生する振動の共振周波数に基づいてスリップを判断するため、適切な目標回転速度を設定して回転電機の実回転速度を制御することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る電動車両の制御装置が適用される電動車両の構成を概略的に示す図である。図２は、μピークと、車輪グリップ及び車輪スリップとの関係を表したグラフである。図３は、駆動系ねじれ共振運動のイメージ図である。図４は、車輪スリップ時のモータ回転速度の振動データを表した図である。図５は、実施形態に係る車両の制御装置が実施する制御の第一の例を示したフローチャートである。図６は、実施形態に係る車両の制御装置が実施する制御の第二の例を示したフローチャートである。図７は、実施形態に係る車両の制御装置が実施する制御の第三の例を示したフローチャートである。

以下に、本発明に係る車両の制御装置の実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、実施形態に係る電動車両Ｖｅの制御装置２０が適用される電動車両の構成を概略的に示す図である。実施形態に係る電動車両Ｖｅは、主動力源としての回転電機であるモータ１１と、インバータ１３と、デファレンシャルギヤ１４と、駆動軸１５と、駆動輪１６と、車軸１７と、従動輪１８と、車輪速センサ１９と、トルク算出部２１と、車体速推定部２２と、目標回転速度算出部２３と、モータ制御装置２４とを有している。なお、本実施形態においては、トルク算出部２１と、車体速推定部２２と、目標回転速度算出部２３と、モータ制御装置２４とによって、本発明に係る車両の制御装置である制御装置２０を構成している。

モータ１１は、例えば同期モータまたは誘導モータであり、電動機及び発電機として機能する。モータ１１によって出力されたモータトルク（駆動力）は、駆動軸（ドライブシャフト）１５を介して駆動輪１６に伝達され、駆動輪１６を回転駆動させる。また、モータ１１は、回転速度検出部１２を備えている。また、モータ１１には、インバータ１３が接続されている。インバータ１３には、不図示のバッテリーが接続されている。そして、電動車両Ｖｅの走行時に、インバータ１３を介してバッテリーからモータ１１に電力が供給される。

回転速度検出部１２は、モータ１１の実回転速度（以下、「モータ回転速度」という）を検出するものであり、例えばレゾルバ等の位相センサ等により構成されている。回転速度検出部１２は、検出したモータ回転速度をモータ制御装置２４に対して出力する。

車輪速センサ１９は、左右の駆動輪１６及び左右の従動輪１８にそれぞれ設けられており、対象車輪の車輪速を検出する。そして、車輪速センサ１９は、検出した車輪速を車体速推定部２２に対して出力する。

トルク算出部２１は、例えば、メインＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）により構成されている。また、車体速推定部２２及び目標回転速度算出部２３は、例えば、車輪（駆動輪１６及び従動輪１８）側に設けられたブレーキＥＣＵにより構成されている。

メインＥＣＵ、ブレーキＥＣＵ及びモータ制御装置２４は、物理的にはＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）及び入出力等のインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路により構成されている。これらのＥＣＵの機能は、ＲＯＭに保持されるアプリケーションプログラムをＲＡＭにロードしてＣＰＵで実行することにより実現される。

トルク算出部２１は、例えば、図示しないアクセル開度センサから入力されたアクセル開度（運転者によって操作されるアクセルペダルの操作量）に基づいて、周知の方法によりモータ１１のトルクを算出する。そして、トルク算出部２１は、算出したトルクを目標回転速度算出部２３及びモータ制御装置２４に対して出力する。

車体速推定部２２は、車輪速センサ１９から入力される車輪速に基づいて、車体速度を推定する。車体速推定部２２は、例えば電動車両ＶｅがＦＦ車であり、かつ当該電動車両Ｖｅが駆動している場合は、従動輪１８の車輪速の平均を車体速度として推定する。そして、車体速推定部２２は、推定した車体速度を目標回転速度算出部２３に対して出力する。

目標回転速度算出部２３は、トルク算出部２１によって算出されたトルクと、車体速推定部２２によって推定された電動車両Ｖｅの車体速度とに基づいて、モータ１１の目標回転速度（以下、単に「目標回転速度」という）を算出する。そして、目標回転速度算出部２３は、算出した目標回転速度をモータ制御装置２４に対して出力する。

モータ制御装置２４は、モータ回転速度を目標回転速度に追従させる回転速度フィードバック制御を実行可能である。

ここで、車輪スリップと駆動系ねじれ共振との関係について説明する。図２は、μピークと、車輪グリップ及び車輪スリップとの関係を表したグラフである。図３は、駆動系ねじれ共振運動のイメージ図である。

図２に示すように、車輪のタイヤ部分と路面との間に発生する摩擦の度合いを表す摩擦係数μが最大になると推定される値であるμピークより小さいときは、車輪グリップ状態となり、車輪速度変化は車体速度変化とほぼ等しく、駆動系の回転運動、ねじれ振動は、タイヤ部分にタイヤ慣性モーメントと車両重量の慣性モーメントとが作用する運動となる。一方、図２に示すように、μピークを越えた領域では、車輪速度のみ変化し、車体速度は変化しない、車輪スリップ状態となる。この場合は、タイヤ部分にタイヤ慣性モーメントのみ作用する運動となる。このようなタイヤ部分に作用する慣性モーメントの違いから駆動系ねじれ共振周波数が変化し、慣性モーメントが小さいμピークを越えた領域では周波数が高くなる。

図４は、車輪スリップ時のモータ回転速度の振動データを表した図である。

図４に示すように、例えば、モータトルクが略一定の状態で、前輪車輪速度が後輪車輪速度よりも比較的大きくなった車輪スリップ時には、モータ回転速度（バンドパスフィルター後）に駆動系ねじれ共振周波数の振動が発生する。ここで、このモータ回転速度の速度振動成分を回転速度フィードバック制御で抑制すると、モータ回転速度から車輪のスリップ状態を検出することができなくなる。そのため、本実施形態においては、回転速度フィードバック制御で使用するモータ回転速度（ＦＢ制御用）は、バンドステップフィルターを適用し、速度振動成分を遮断しておく。

図５は、実施形態に係る電動車両Ｖｅの制御装置２０が実施する制御の第一の例を示したフローチャートである。

まず、制御装置２０は、モータ回転速度にバンドストップフィルターを適用し、車輪・駆動系共振周波数成分を遮断したモータ回転速度（ＦＢ制御用）を演算する（ステップＳ１）。次に、制御装置２０は、モータ回転速度にバンドパスフィルターを適用し、車輪・駆動系共振周波数成分を抽出したモータ回転速度（μ判定用）を演算する（ステップＳ２）。次に、制御装置２０は、車輪速度またはモータ回転速度から、車輪のスリップを判断（トラクションコントロール制御中、ＡＢＳ制御中などの判断）で、回転速度フィードバック制御を実施しているかを判断する（ステップＳ３）。回転速度フィードバック制御を実施していないと判断した場合（ステップＳ３にてＮｏ）、制御装置２０は、一連の制御をリターンする。

一方、回転速度フィードバック制御を実施していると判断した場合（ステップＳ３にてＹｅｓ）、制御装置２０は、共振回転速度変動の有無を判断する（ステップＳ４）。言い換えると、ステップＳ４において、制御装置２０は、モータ回転速度（μ判定用）の周期的な変動の有無を判断する。例えば、モータ回転速度が閾値以上になり、その後、閾値以下になる時間などで判断する。

共振回転速度変動が有ると判断した場合（ステップＳ４にて有り）、制御装置２０は、目標回転速度を低下させる演算を行う（ステップＳ５）。言い換えると、制御装置２０は、モータ回転速度（μ判定用）の周期的な変動が有ると判断した場合、目標回転速度を小さくする演算を行い、目標回転速度を修正する。一方、共振回転速度変動が無いと判断した場合（ステップＳ４にて無し）、制御装置２０は、目標回転速度を増加させる演算を行う（ステップＳ６）。言い換えると、制御装置２０は、モータ回転速度（μ判定用）の周期的な変動が無いと判断した場合、目標回転速度を大きくする演算を行い、目標回転速度を修正する。

次に、制御装置２０は、ステップＳ５またはステップＳ６にて演算した目標回転速度に追従させる回転速度フィードバック制御のトルクを演算する（ステップＳ７）。次に、制御装置２０は、演算した回転速度フィードバック制御のトルクを出力し（ステップＳ８）、一連の制御をリターンする。

車輪スリップ発生時に、回転速度フィードバック制御でモータ回転速度を目標回転速度に追従させるが、回転速度フィードバック制御に使用するモータ回転速度（ＦＢ制御用）は、車輪・駆動系共振周波数成分を遮断しており、共振による回転速度変動は抑制されない。

図２～図４などを用いて説明したように、μピークを越え車輪がスリップすると、共振周波数が高い方に変化する。モータ回転速度（μ判定用）は、この共振による回転速度変動を抽出しており、μピークを越えるスリップ率で速度変動が検出される。このとき、目標回転速度を小さくし、スリップを小さくするように制御する。一方、速度変動が検出されないときは、μピークのスリップ率に向けて目標回転速度を大きくする。

第一の例においては、高精度な回転速度フィードバック制御を用いても、μピークのスリップを越えた判断に必要な回転速度変動を検出することができる。また、検出結果を基に目標回転速度を変化させることで、常に目標回転速度がμピークのスリップ率付近となる。これにより、高精度な回転速度フィードバック制御で駆動力を使い切り、加速・発進性能を向上させることができる。

図６は、実施形態に係る車両の制御装置２０が実施する制御の第二の例を示したフローチャートである。

まず、制御装置２０は、モータ回転速度にバンドパスフィルターを適用し、車輪・駆動系共振周波数成分を抽出したモータ回転速度（μ判定用）を演算する（ステップＳ１１）。次に、制御装置２０は、車輪速度またはモータ回転速度から、車輪のスリップを判断（トラクションコントロール制御中、ＡＢＳ制御中などの判断）で、回転速度フィードバック制御を実施しているかを判断する（ステップＳ１２）。回転速度フィードバック制御を実施していないと判断した場合（ステップＳ１２にてＮｏ）、制御装置２０は、一連の制御をリターンする。

一方、回転速度フィードバック制御を実施していると判断した場合（ステップＳ１２にてＹｅｓ）、制御装置２０は、共振回転速度変動の有無を判断する（ステップＳ１３）。言い換えると、ステップＳ１３において、制御装置２０は、モータ回転速度（μ判定用）の周期的な変動の有無を判断する。例えば、モータ回転速度が閾値以上になり、その後、閾値以下になる時間などで判断する。

共振回転速度変動が有ると判断した場合（ステップＳ１３にて有り）、制御装置２０は、目標回転速度を低下させる演算を行う（ステップＳ１４）。言い換えると、制御装置２０は、モータ回転速度（μ判定用）の周期的な変動が有ると判断した場合、目標回転速度を小さくする演算を行い、目標回転速度を修正する。一方、共振回転速度変動が無いと判断した場合（ステップＳ１３にて無し）、制御装置２０は、目標回転速度を増加させる演算を行う（ステップＳ１５）。言い換えると、制御装置２０は、モータ回転速度（μ判定用）の周期的な変動が無いと判断した場合、目標回転速度を大きくする演算を行い、目標回転速度を修正する。

次に、制御装置２０は、ステップＳ１４またはステップＳ１５にて演算した目標回転速度に追従させる回転速度フィードバック制御のトルクを演算する（ステップＳ１６）。次に、制御装置２０は、ステップＳ１６で演算したトルクに、バンドストップフィルターを適用し、車輪・駆動系共振周波数の回転速度変動を抑制しないトルクを演算する（ステップＳ１７）。次に、制御装置２０は、ステップＳ１７で演算したトルクを回転速度フィードバック制御のトルクとして出力し（ステップＳ１８）、一連の制御をリターンする。

車輪スリップ発生時に、回転速度フィードバック制御でモータ回転速度を目標回転速度に追従させるが、回転速度フィードバック制御で出力するトルクには、車輪・駆動計共振周波数成分を減衰させる成分がなく、共振による回転速度変動は抑制されない。

第二の例では、上記第一の例と同様に、モータ回転速度（μ判定用）は、この共振による回転速度変動を抽出しており、μピークを越えるスリップ率で速度変動が検出される。このとき、目標回転速度を小さくし、スリップを小さくするように制御する。一方、速度変動が検出されないときは、μピークのスリップ率に向けて目標回転速度を大きくする。

第二の例においては、高精度な回転速度フィードバック制御を用いても、μピークのスリップを越えた判断に必要な回転速度変動を検出することができる。また、検出結果を基に目標回転速度を変化させることで、常に目標回転速度がμピークのスリップ率付近となる。これにより、高精度な回転速度フィードバック制御で駆動力を使い切り、加速・発進性能を向上させることができる。

図７は、実施形態に係る車両の制御装置２０が実施する制御の第三の例を示したフローチャートである。

まず、制御装置２０は、モータ回転速度にバンドストップフィルターを適用し、車輪・駆動系共振周波数成分を遮断したモータ回転速度（ＦＢ制御用）を演算する（ステップＳ２１）。次に、制御装置２０は、モータ回転速度にバンドパスフィルターを適用し、車輪・駆動系共振周波数成分を抽出したモータ回転速度（μ判定用）を演算し、作成する（ステップＳ２２）。次に、制御装置２０は、車輪速度またはモータ回転速度から、車輪のスリップを判断（トラクションコントロール制御中、ＡＢＳ制御中などの判断）で、回転速度フィードバック制御を実施しているかを判断する（ステップＳ２３）。回転速度フィードバック制御を実施していないと判断した場合（ステップＳ２３にてＮｏ）、制御装置２０は、一連の制御をリターンする。

一方、回転速度フィードバック制御を実施していると判断した場合（ステップＳ２３にてＹｅｓ）、制御装置２０は、モータ回転速度と目標回転速度との乖離が大きいかを判断する（ステップＳ２４）。

モータ回転速度と目標回転速度との乖離が大きくない（モータ回転速度と目標回転速度との回転速度差が所定値未満）と判断した場合（ステップＳ２４にてＮｏ）、制御装置２０は、共振回転速度変動の有無を判断する（ステップＳ２５）。言い換えると、ステップＳ２５において、制御装置２０は、モータ回転速度（μ判定用）の周期的な変動の有無を判断する。例えば、モータ回転速度が閾値以上になり、その後、閾値以下になる時間などで判断する。

共振回転速度変動が有ると判断した場合（ステップＳ２５にて有り）、制御装置２０は、目標回転速度を低下させる演算を行う（ステップＳ２６）。言い換えると、制御装置２０は、モータ回転速度（μ判定用）の周期的な変動が有ると判断した場合、目標回転速度を小さくする演算を行い、目標回転速度を修正する。一方、共振回転速度変動が無いと判断した場合（ステップＳ２５にて無し）、制御装置２０は、目標回転速度を増加させる演算を行う（ステップＳ２７）。言い換えると、制御装置２０は、モータ回転速度（μ判定用）の周期的な変動が無いと判断した場合、目標回転速度を大きくする演算を行い、目標回転速度を修正する。

次に、制御装置２０は、ステップＳ２６またはステップＳ２７にて演算した目標回転速度に追従させる回転速度フィードバック制御のトルクを演算する（ステップＳ２８）。この際、制御装置２０は、目標回転速度に追従させるモータ回転速度として、モータ回転速度（ＦＢ制御用）を使用する。次に、制御装置２０は、演算した回転速度フィードバック制御のトルクを出力し（ステップＳ２９）、一連の制御をリターンする。

また、ステップＳ２４にて、モータ回転速度と目標回転速度との乖離が大きい（モータ回転速度と目標回転速度との回転速度差が所定値以上）と判断した場合（ステップＳ２４にてＹｅｓ）、制御装置２０は、目標回転速度に追従させる回転速度フィードバック制御のトルクを演算する（ステップＳ２８）。この際、制御装置２０は、目標回転速度に追従させるモータ回転速度として、フィルター処理なしの通常のモータ回転速度を使用する。また、ここでの目標回転速度は、上述したようなステップＳ２６及びステップＳ２７で修正を行う前の目標回転速度と同じである。次に、制御装置２０は、演算した回転速度フィードバック制御のトルクを出力し（ステップＳ２９）、一連の制御をリターンする。

車輪スリップ発生時に、回転速度フィードバック制御でモータ回転速度を目標回転速度に追従させるが、モータ回転速度と目標回転速度との乖離が大きい場合（モータ回転速度と目標回転速度との回転速度差が所定値以上の場合）、回転速度フィードバック制御のトルクの応答性を上げ、早く目標回転速度に追従させる必要がある。この際、モータ回転速度（回転速度フィードバック用）で制御すると、共振周波数成分が無い分、目標回転速度への追従が遅れ、車輪の大スリップ収束に時間がかかる場合がある。また、モータ回転速度と目標回転速度との乖離の大きいスリップ時は、共振状態がわからなくてもμピークを越えたと判断することができる。

そこで、第三の例においては、モータ回転速度と目標回転速度との乖離が大きい場合（モータ回転速度と目標回転速度との回転速度差が所定値以上の場合）は、車輪スリップの収束を優先させるため、フィルター処理のない通常のモータ回転速度で制御し、モータ回転速度と目標回転速度との乖離が小さくなったとき（モータ回転速度と目標回転速度との回転速度差が所定値未満になったとき）に、モータ回転速度（回転速度フィードバック用）に切り替えて制御する。これにより、第三の例では、車輪の大スリップ収束の制御と、μピークのスリップを超えた判断の制御とを、適切に使い分けることができる。よって、高精度な回転速度フィードバック制御で応答よく大スリップを収束させ、駆動力を使い切り、加速・発進性能を向上させることができる。

１１モータ
１２回転速度検出部
１３インバータ
１４デファレンシャルギヤ
１５駆動軸
１６駆動輪
１７車軸
１８従動輪
１９車輪速センサ
２０制御装置
２１トルク算出部
２２車体速推定部
２３目標回転速度算出部
２４モータ制御装置
Ｖｅ電動車両

Claims

車輪を回転駆動させる駆動力を発生する回転電機を制御する制御部を備えた車両の制御装置であって、
前記制御部は、前記回転電機の実回転速度を検出する回転速度検出部を備え、
前記回転速度検出部で検出された前記実回転速度と、前記回転電機の目標回転速度との回転速度差が所定値以上の場合に、前記制御部は、前記目標回転速度に基づいて前記実回転速度を制御し、
前記回転速度差が前記所定値未満の場合に、前記制御部は、車輪・駆動系に発生する振動の共振周波数が、スリップしている状態もしくはスリップ状態に近づいていることを示す共振周波数帯であるか否かに基づいて前記目標回転速度を修正し、修正した前記目標回転速度に基づいて前記実回転速度を制御することを特徴とする車両の制御装置。