JP5862436B2 - Control device for electric vehicle - Google Patents

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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.

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)。   Conventionally, a drive torque target value is calculated by performing a filtering process to remove or reduce the natural vibration frequency component of the vehicle torque transmission system on the drive torque request value of the drive motor calculated from the accelerator opening or the vehicle speed. A motor control device for an electric vehicle that controls the current of the drive motor so that the torque of the drive motor matches the drive torque target value is known (see Patent Document 1).

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。   Further, in the vehicle vibration damping control device described in Patent Document 2, the motor rotation speed is estimated from the drive torque target value in consideration of the motor characteristic model with respect to the drive torque target value determined by the method described in Patent Document 1. Torque command value calculated by calculating the value and passing the deviation from the actual motor rotational speed through a filter composed of a bandpass filter whose center frequency is the natural vibration frequency of the driving force transmission system and an inverse system of the motor characteristic model The final drive torque target value is calculated by adding This eliminates the effects of road gradients, torque transmission system disturbances, motor characteristic model errors, etc., and also eliminates or reduces the natural vibration frequency component of the vehicle torque transmission system, thereby reducing the damping effect and steep torque. Can be achieved at the same time.

特開2001−45613号公報JP 2001-45613 A 特開2003−9566号公報JP 2003-9566 A

しかしながら、コーストや減速から加速するようなシーンでは、ギアのバックラッシュの影響により、駆動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が発生するため、駆動軸トルクを急峻に立ち上げる場合には、特許文献1や特許文献2に記載の制御を用いても、出力軸トルクの振動が発生してしまう。   However, in a scene that accelerates from coasting or deceleration, a dead zone where the drive motor torque is not transmitted to the drive shaft torque of the vehicle occurs due to the effect of gear backlash. Even if the control described in Patent Literature 1 or Patent Literature 2 is used, vibration of the output shaft torque is generated.

本発明は、車両の駆動力伝達系において、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が発生する場合でも、駆動軸トルクの振動を抑制することを目的とする。   An object of the present invention is to suppress the vibration of the drive shaft torque even in the case where a dead zone where the motor torque is not transmitted to the drive shaft torque of the vehicle occurs in the drive force transmission system of the vehicle.

本発明による電動車両の制御装置は、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車両の駆動力伝達系の固有振動周波数を低減するフィルタリング処理をモータトルク指令値に施し、フィルタリング処理を施すことによって求められる最終トルク指令値に従ってモータトルクを制御する。   The control device for an electric vehicle according to the present invention applies a filtering process to the motor torque command value to reduce the natural vibration frequency of the driving force transmission system of the vehicle having a dead zone where the motor torque is not transmitted to the driving shaft torque of the vehicle, and performs the filtering process. The motor torque is controlled in accordance with the final torque command value obtained by the application.

本発明によれば、コーストや減速からの加速時等でも、不感帯を有する車両の駆動力伝達系の固有振動周波数を低減することができ、駆動軸トルクの振動を抑制することができる。   According to the present invention, the natural vibration frequency of the driving force transmission system of a vehicle having a dead zone can be reduced even during acceleration from coasting or deceleration, and the vibration of the driving shaft torque can be suppressed.

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。FIG. 1 is a block diagram illustrating a main configuration of an electric vehicle including a control device for an electric vehicle according to the first embodiment. 図2は、電動モータコントローラ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。FIG. 2 is a flowchart showing a flow of processing of motor current control performed by the electric motor controller. 図3は、アクセル開度−トルクテーブルの一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an accelerator opening-torque table. 図4は、第2のトルク指令値Tm2を設定する処理を行う制御ブロック図の一例である。FIG. 4 is an example of a control block diagram for performing processing for setting the second torque command value Tm2 * . 図5は、車両の駆動力伝達系をモデル化した図である。FIG. 5 is a diagram modeling a vehicle driving force transmission system. 図6は、伝達関数H(s)の特性を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating the characteristics of the transfer function H (s). 図7は、制振制御FF演算部のブロック図である。FIG. 7 is a block diagram of the vibration suppression control FF calculation unit. 図8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結果の一例を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a control result by the control device for the electric vehicle according to the first embodiment. 図9は、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を行う際に、バックラッシュによる影響を考慮しない特開2003−9566号公報に記載の制御装置による制御結果の一例を示す図である。FIG. 9 shows an example of a control result by the control device described in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-9566 that does not consider the influence of backlash when performing the process of reducing the natural vibration frequency component of the driving force transmission system of the vehicle. FIG. 図10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2のトルク指令値Tm2を設定する処理を行う制御ブロック図の一例である。FIG. 10 is an example of a control block diagram for performing a process of setting a second torque command value Tm2 * in the control apparatus for an electric vehicle according to the second embodiment. 図11は、第2の実施形態における誤差補償演算部のブロック図である。FIG. 11 is a block diagram of an error compensation calculation unit in the second embodiment. 図12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2のトルク指令値Tm2を設定する処理を行う制御ブロック図の一例である。FIG. 12 is an example of a control block diagram for performing a process of setting a second torque command value Tm2 * in the control apparatus for an electric vehicle in the third embodiment. 図13は、第3の実施形態における制振制御FF演算部の構成を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of a vibration suppression control FF calculation unit according to the third embodiment. 図14は、第3の実施形態における制振制御FF演算部の別の構成別を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating another configuration of the vibration suppression control FF calculation unit according to the third embodiment. 図15は、第3の実施形態における制振制御FB演算部の詳細なブロック構成図であるFIG. 15 is a detailed block diagram of the vibration suppression control FB calculation unit in the third embodiment. 図16は、制振制御FF演算部で算出した駆動軸捻り角のリミット値St(θ)を、伝達関数Gps(s)の入力とした構成を示すブロック図である。FIG. 16 is a block diagram showing a configuration in which the limit value St (θ) of the drive shaft twist angle calculated by the vibration suppression control FF calculation unit is used as an input of the transfer function Gps (s). 図17は、第3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の一例を示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a control result by the control device for the electric vehicle according to the third embodiment.

−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。
-First embodiment-
FIG. 1 is a block diagram illustrating a main configuration of an electric vehicle including a control device for an electric vehicle according to the first embodiment. The control apparatus for an electric vehicle according to the present invention includes an electric motor as a part or all of the drive source of the vehicle, and can be applied to an electric vehicle that can be driven by the driving force of the electric motor. And can be applied to fuel cell vehicles.

電動モータコントローラ2は、車速V、アクセル開度θ、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。   The electric motor controller 2 uses, as digital signals, signals indicating the vehicle state such as the vehicle speed V, the accelerator opening θ, the rotor phase α of the electric motor (three-phase AC motor) 4, and the currents iu, iv, iw of the electric motor 4. Based on the input signal, a PWM signal for controlling the electric motor 4 is generated. Further, a drive signal for the inverter 3 is generated according to the generated PWM signal.

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。   The inverter 3 includes, for example, two switching elements (for example, power semiconductor elements such as IGBTs and MOS-FETs) for each phase, and turns on / off the switching elements in accordance with a drive signal, thereby removing from the battery 1. The supplied direct current is converted into alternating current, and a desired current is passed through the electric motor 4.

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。   The electric motor 4 generates a driving force by the alternating current supplied from the inverter 3, and transmits the driving force to the left and right driving wheels 9 a and 9 b via the speed reducer 5 and the driving shaft 8. Further, when the vehicle is driven and rotated by the drive wheels 9a and 9b, the kinetic energy of the vehicle is recovered as electric energy by generating a regenerative driving force. In this case, the inverter 3 converts an alternating current generated during the regenerative operation of the electric motor 4 into a direct current and supplies the direct current to the battery 1.

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。   The current sensor 7 detects three-phase alternating currents iu, iv, iw flowing through the electric motor 4. However, since the sum of the three-phase alternating currents iu, iv, and iw is 0, any two-phase current may be detected, and the remaining one-phase current may be obtained by calculation.

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。   The rotation sensor 6 is, for example, a resolver or an encoder, and detects the rotor phase α of the electric motor 4.

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。   FIG. 2 is a flowchart showing a flow of processing of motor current control performed by the electric motor controller 2.

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θ(%)、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。   In step S201, a signal indicating the vehicle state is input. Here, the vehicle speed V (km / h), the accelerator opening θ (%), the rotor phase α (rad) of the electric motor 4, the rotational speed Nm (rpm) of the electric motor 4, and the three-phase AC flowing through the electric motor 4 Currents iu, iv, iw, and a DC voltage value Vdc (V) between the battery 1 and the inverter 3 are input.

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。   The vehicle speed V (km / h) is acquired by communication from a vehicle speed sensor (not shown) or another controller such as a brake controller (not shown). Alternatively, the vehicle rotational speed ωm is multiplied by the tire dynamic radius R, and the vehicle speed v (m / s) is obtained by dividing by the gear ratio of the final gear, and unit conversion is performed by multiplying by 3600/1000 to obtain the vehicle speed V (Km / h) is obtained.

アクセル開度θ(%)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。   The accelerator opening θ (%) is acquired from an accelerator opening sensor (not shown), or is acquired by communication from another controller such as a vehicle controller (not shown).

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。   The rotor phase α (rad) of the electric motor 4 is acquired from the rotation sensor 6. The rotational speed Nm (rpm) of the electric motor 4 is obtained by dividing the angular speed ω (electrical angle) of the rotor by the number of pole pairs of the electric motor 4 to obtain a motor rotational speed ωm (rad / s) is obtained by multiplying the obtained motor rotational speed ωm by 60 / (2π). The angular velocity ω of the rotor is obtained by differentiating the rotor phase α.

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。   Currents iu, iv, iw (A) flowing through the electric motor 4 are acquired from the current sensor 7.

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。   The DC voltage value Vdc (V) is obtained from a power supply voltage value transmitted from a voltage sensor (not shown) provided on a DC power supply line between the battery 1 and the inverter 3 or a battery controller (not shown).

ステップS202では、第1のトルク指令値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θ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Tm1を設定する。 In step S202, a first torque command value Tm1 * is set. Specifically, the first torque command value Tm1 * is set by referring to the accelerator opening-torque table shown in FIG. 3 based on the accelerator opening θ and the vehicle speed V input in step S201.

ステップS203では、ステップS202で設定された第1のトルク指令値Tm1とモータ回転速度ωmとを入力し、駆動軸トルクの応答を犠牲にすることなく、駆動力伝達系振動(駆動軸8のねじり振動など)を抑制する第2のトルク指令値Tm2を設定する。第2のトルク指令値Tm2を設定する方法の詳細については、後述する。 In step S203, the first torque command value Tm1 * and the motor rotation speed ωm set in step S202 are input, and the driving force transmission system vibration (the driving shaft 8 of the driving shaft 8 is not sacrificed) without sacrificing the response of the driving shaft torque. A second torque command value Tm2 * that suppresses torsional vibration or the like is set. Details of the method of setting the second torque command value Tm2 * will be described later.

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、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。 In step S204, the d-axis current target value id * and the q-axis current target value iq * are obtained based on the second torque command value Tm2 * , the motor rotation speed ωm, and the DC voltage value Vdc set in step S203.

ステップS205では、d軸電流idおよびq軸電流iqをそれぞれ、ステップS204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。 In step S205, current control is performed to match the d-axis current id and the q-axis current iq with the d-axis current target value id * and the q-axis current target value iq * obtained in step S204, respectively. For this reason, first, the d-axis current id and the q-axis current iq are obtained based on the three-phase AC current values iu, iv, iw input in step S201 and the rotor phase α of the electric motor 4. Subsequently, d-axis and q-axis voltage command values vd and vq are calculated from a deviation between the d-axis and q-axis current command values id * and iq * and the d-axis and q-axis current id and iq.

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。   Next, three-phase AC voltage command values vu, vv, vw are obtained from the d-axis and q-axis voltage command values vd, vq and the rotor phase α of the electric motor 4. Then, PWM signals tu (%), tv (%), and tw (%) are obtained from the obtained three-phase AC voltage command values vu, vv, and vw and the DC voltage value Vdc. The electric motor 4 can be driven with a desired torque indicated by the torque command value by opening and closing the switching element of the inverter 3 by the PWM signals tu, tv, and tw obtained in this way.

図4は、第2のトルク指令値Tm2を設定する処理を行う制御ブロック図の一例である。第2のトルク指令値Tm2を設定する制振制御演算部400は、制振制御フィードバック演算部401(以下、制振制御FB演算部401と呼ぶ)と、制振制御フィードフォワード演算部402(以下、制振制御FF演算部402と呼ぶ)と、加算器49とを備える。 FIG. 4 is an example of a control block diagram for performing processing for setting the second torque command value Tm2 * . The vibration suppression control calculation unit 400 that sets the second torque command value Tm2 * includes a vibration suppression control feedback calculation unit 401 (hereinafter referred to as a vibration suppression control FB calculation unit 401) and a vibration suppression control feedforward calculation unit 402 ( Hereinafter, the vibration suppression control FF calculation unit 402) and an adder 49 are provided.

制振制御FB演算部401は、Gm(s)/Gp(s)なる伝達特性を有する制御ブロック41と、Gp(s)なる伝達特性を有する制御ブロック42と、H(s)/Gp(s)なる伝達特性を有する制御ブロック43と、減算器44と、加算器45とを備える。   The vibration suppression control FB calculation unit 401 includes a control block 41 having a transfer characteristic Gm (s) / Gp (s), a control block 42 having a transfer characteristic Gp (s), and H (s) / Gp (s ), A subtracter 44, and an adder 45.

Gp(s)は、車両へのモータトルク入力とモータ回転速度との間の伝達特性を示す線形プラントモデルであり、ギアのバックラッシュによる不感帯は考慮していない。Gm(s)は、車両へのモータ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理想モデルである。伝達特性H(s)は、伝達特性H(s)の分母次数と分子次数との差分が伝達特性Gp(s)の分母次数と分子次数との差分以上となるように設定されている。   Gp (s) is a linear plant model indicating a transfer characteristic between the motor torque input to the vehicle and the motor rotation speed, and does not consider a dead zone due to gear backlash. Gm (s) is an ideal model indicating the transfer characteristic between the motor torque input to the vehicle and the response target of the motor rotation speed. The transfer characteristic H (s) is set so that the difference between the denominator order and the numerator order of the transfer characteristic H (s) is greater than or equal to the difference between the denominator order and the numerator order of the transfer characteristic Gp (s).

制御ブロック41は、第1のトルク指令値Tm1を入力し、FFout2を出力する。 The control block 41 inputs the first torque command value Tm1 * and outputs FF out2 .

制御ブロック42は、後述する第3のトルク指令値Tm3を入力し、モータ回転速度の推定値ωm^を出力する。 The control block 42 receives a third torque command value Tm3 *, which will be described later, and outputs an estimated value ωm ^ of the motor rotation speed.

減算器44は、モータ回転速度の推定値ωm^と、実モータ回転速度ωmとの差を演算する。   The subtractor 44 calculates the difference between the estimated value ωm ^ of the motor rotation speed and the actual motor rotation speed ωm.

制御ブロック43は、モータ回転速度の推定値ωm^と実モータ回転速度ωmとの差を入力し、推定外乱d^を出力する。   The control block 43 inputs the difference between the estimated value ωm ^ of the motor rotation speed and the actual motor rotation speed ωm, and outputs an estimated disturbance d ^.

加算器45は、制御ブロック41からの出力FFout2と、推定外乱d^とを加算することによって、第3のトルク指令値Tm3を求める。 The adder 45 obtains a third torque command value Tm3 * by adding the output FF out2 from the control block 41 and the estimated disturbance d ^.

続いて、車両へのモータトルク入力とモータ回転速度との間の伝達特性を示す線形プラントモデルGp(s)について説明する。図5は、車両の駆動力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
Jw:駆動輪のイナーシャ
M:車両の質量
Kd:駆動系のねじり剛性
Kt:タイヤと路面の摩擦に関する係数
N:オーバーオールギア比
r:タイヤの荷重半径
ωm:モータ回転速度
Tm:モータトルク指令値
Td:駆動輪のトルク
F:車両に加えられる力
V:車両の速度
ωw:駆動輪の角速度
そして、図5より、以下の運動方程式を導くことができる。
Next, a linear plant model Gp (s) indicating a transfer characteristic between the motor torque input to the vehicle and the motor rotation speed will be described. FIG. 5 is a diagram in which a driving force transmission system of a vehicle is modeled, and parameters in the figure are as follows.
Jm: Motor inertia Jw: Drive wheel inertia M: Vehicle mass Kd: Torsional rigidity of drive system Kt: Coefficient of friction between tire and road surface N: Overall gear ratio r: Tire load radius ωm: Motor rotation speed Tm * : Motor torque command value Td: Torque of driving wheel F: Force applied to vehicle V: Speed of vehicle ωw: Angular velocity of driving wheel From FIG. 5, the following equation of motion can be derived.

運動方程式(1)〜(5)に基づいて、モータトルク指令値Tmからモータ回転速度ωmの伝達特性を示す線形プラントモデルGp(s)を求めると、次式(6)〜(14)となる。 Based on the equations of motion (1) to (5), when a linear plant model Gp (s) indicating the transfer characteristic of the motor rotational speed ωm is obtained from the motor torque command value Tm * , the following equations (6) to (14) are obtained. Become.

式(6)を変形して、次式(15)のように表す。一般的な車両では、式(15)の伝達関数の極と零点を調べると、1つの極と1つの零点は極めて近い値を示す。これは、式(15)のαとβが極めて近い値を示すことに相当する。ここで、ζpは駆動ねじり振動系の減衰係数であり、ωpは固有振動周波数である。   Equation (6) is modified and expressed as the following equation (15). In a general vehicle, when the poles and zeros of the transfer function of Equation (15) are examined, one pole and one zero show extremely close values. This corresponds to the fact that α and β in Equation (15) show extremely close values. Here, ζp is a damping coefficient of the drive torsional vibration system, and ωp is a natural vibration frequency.

従って、式(15)における極零相殺(α=βと近似する)を行うことにより、次の式(16)に示すように、分母が3次で分子が2次の伝達特性Gp(s)を構成する。   Therefore, by performing pole-zero cancellation (approximate α = β) in equation (15), as shown in equation (16) below, transfer characteristic Gp (s) in which the denominator is the third order and the numerator is the second order. Configure.

次に、伝達関数H(s)について説明する。H(s)は、バンドパスフィルタとした場合に、振動のみを低減するフィードバック要素となる。この際、図6に示すようにフィルタの特性を設定すると、最も大きな効果を得ることができる。即ち、伝達関数H(s)は、ローパス側およびハイパス側での減衰特性が略一致し、かつ、駆動系のねじり共振周波数が対数軸(logスケール)上で通過帯域の中央部近傍となるように設定されている。そして、例えば、H(s)を1次のハイパスフィルタと1次のローパスフィルタで構成する場合、周波数fpを駆動系のねじり共振周波数とし、kを任意の値として、式(17)のように構成する。   Next, the transfer function H (s) will be described. H (s) is a feedback element that reduces only vibration when a band-pass filter is used. At this time, the greatest effect can be obtained by setting the filter characteristics as shown in FIG. That is, the transfer function H (s) has substantially the same attenuation characteristics on the low-pass side and the high-pass side, and the torsional resonance frequency of the drive system is close to the center of the passband on the logarithmic axis (log scale). Is set to For example, when H (s) is composed of a first-order high-pass filter and a first-order low-pass filter, the frequency fp is the torsional resonance frequency of the drive system, k is an arbitrary value, and the equation (17) Configure.

ただし、τ=1/(2πfHC)、fHC=k・f、τ=1/(2πfLC)、fLC=f/kである。 However, τ L = 1 / (2πf HC ), f HC = k · f p , τ H = 1 / (2πf LC ), and f LC = f p / k.

次に、車両へのトルク入力に対するモータ回転速度の応答目標を示す理想モデルGm(s)と伝達関数Gm(s)/Gp(s)について説明する。理想モデルGm(s)を式(18)で表すと、Gm(s)/Gp(s)は、式(19)で表される。   Next, the ideal model Gm (s) and the transfer function Gm (s) / Gp (s) indicating the response target of the motor rotation speed to the torque input to the vehicle will be described. When the ideal model Gm (s) is expressed by Expression (18), Gm (s) / Gp (s) is expressed by Expression (19).

ただし、ζmとωmはそれぞれ、理想モデルの減衰係数と固有振動周波数である。 Where ζm and ωm are the damping coefficient and natural vibration frequency of the ideal model, respectively.

続いて、制振制御FF演算部402で行われる制御内容について説明する。   Then, the control content performed in the vibration suppression control FF calculating part 402 is demonstrated.

図5の車両モデルに対して、車輪モデルを省略し、バックラッシュによる不感帯を線形関数と飽和関数の差分で表現すると、車両の運動方程式は、次式(20)〜(23)で近似できる。   If the wheel model is omitted from the vehicle model of FIG. 5 and the dead zone due to backlash is expressed by the difference between the linear function and the saturation function, the equation of motion of the vehicle can be approximated by the following equations (20) to (23).

ただし、Tcは駆動軸周りの仮想粘性摩擦トルク、Cdは駆動軸周りの仮想粘性摩擦係数、Jvは車両と車輪の等価慣性モーメント、St()は、飽和関数(リミット)であり、上限値をb、下限値を−bとすると、St(a)は、次式の特徴を示す関数とする。   Where Tc is a virtual viscous friction torque around the drive shaft, Cd is a virtual viscous friction coefficient around the drive shaft, Jv is an equivalent moment of inertia of the vehicle and wheels, and St () is a saturation function (limit). When b and the lower limit are −b, St (a) is a function indicating the characteristics of the following equation.

z=(ωm/N−ωw)/sとおき、運動方程式(20)〜(23)に基づいて、モータトルク指令値Tmからモータ回転速度ωmまでの伝達特性を示す非線形プラントモデルGp’(s)を求めると、次式(25)〜(29)で表せる。 z = (ωm / N−ωw) / s, and based on the equations of motion (20) to (23), a non-linear plant model Gp ′ () indicating a transfer characteristic from the motor torque command value Tm * to the motor rotational speed ωm. When s) is obtained, it can be expressed by the following equations (25) to (29).

また、車両へのトルク入力に対するモータ回転速度の応答目標を示す理想モデルGm(s)を式(30)で表す。   Further, the ideal model Gm (s) indicating the response target of the motor rotation speed with respect to the torque input to the vehicle is expressed by Expression (30).

ただし、ζmは目標応答の減衰係数、ωmは固有振動周波数であり、式(19)の値と一致する。 However, ζm is the attenuation coefficient of the target response, and ωm is the natural vibration frequency, which agrees with the value of equation (19).

式(25)および式(30)より、不感帯を有する車両のトルク伝達の固有振動周波数成分を低減するフィルタを式(31)で表す。   From Expression (25) and Expression (30), a filter that reduces the natural vibration frequency component of torque transmission of a vehicle having a dead zone is represented by Expression (31).

さらに、式(31)に対して等価変換するために、出力をy、入力をu、内部変数をxとして、式(32)、(33)を定義する。   Further, in order to perform equivalent conversion with respect to Expression (31), Expressions (32) and (33) are defined with y as an output, u as an input, and x as an internal variable.

式(32)、(33)より、式(31)は、次式(34)、(35)のように等価変換することができる。   From the equations (32) and (33), the equation (31) can be equivalently transformed as the following equations (34) and (35).

また、変数zは、式(20)〜(23)より、次式(36)、(37)で表せる。   The variable z can be expressed by the following equations (36) and (37) from the equations (20) to (23).

式(36)について、x=z/γ、ζp=ζm、Tm=uとすると、式(34)は、次式(38)で表せる。   Assuming that x = z / γ, ζp = ζm, and Tm = u in the equation (36), the equation (34) can be expressed by the following equation (38).

従って、式(35)、(38)より、制振制御FF演算部402のブロック図は、図7で表される。すなわち、制振制御FF演算部402は、1/(s+2ζm・ωm・s+ωm)なる伝達特性を有する制御ブロック71と、式(24)で表される特性のリミッタ72と、ωmを乗算する制御ブロック73と、加算器74と、ωmを乗算する制御ブロック75と、加算器76と、(s+2ζp・ωp・s+ωp)/(s+2ζm・ωm・s+ωm)なる伝達特性を有する制御ブロック77と、ωpを乗算する制御ブロック78と、減算器79とを備える。 Therefore, the block diagram of the vibration suppression control FF calculation unit 402 is expressed by FIG. 7 from the equations (35) and (38). That is, the vibration suppression control FF calculation unit 402 calculates a control block 71 having a transfer characteristic of 1 / (s 2 + 2ζm · ωm · s + ωm 2 ), a limiter 72 having a characteristic represented by the equation (24), and ωm 2 . Control block 73 for multiplication, adder 74, control block 75 for multiplication by ωm 2 , adder 76, and (s 2 + 2ζp · ωp · s + ωp 2 ) / (s 2 + 2ζm · ωm · s + ωm 2 ) A control block 77 having characteristics, a control block 78 for multiplying ωp 2 , and a subtractor 79 are provided.

このとき、制振制御FF演算部402の飽和関数St(x)(リミッタ72)の上下限値を±θdead/2γとすることにより、複雑な演算(例えば、初期化、条件判定、切替)をすることなく、不感帯補償量を算出することができる。ただし、θdeadはギアのバックラッシュ量を駆動軸換算した値である。 At this time, by setting the upper and lower limit values of the saturation function St (x) (limiter 72) of the vibration suppression control FF calculation unit 402 to ± θ dead / 2γ, complicated calculation (for example, initialization, condition determination, switching) The dead zone compensation amount can be calculated without performing the above. However, θ dead is a value obtained by converting the backlash amount of the gear into the drive shaft.

図8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結果の一例を示す図である。図8(a)〜(d)はそれぞれ、トルク指令値、駆動軸トルク、モータ回転数、加速度の時間変化を示している。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a control result by the control device for the electric vehicle according to the first embodiment. FIGS. 8A to 8D show temporal changes in torque command value, drive shaft torque, motor rotation speed, and acceleration, respectively.

コースト状態から時刻t1でアクセルをステップ的に踏み込み、目標トルク指令値が急激に立ち上がった場合に、バックラッシュによる不感帯を有する駆動力伝達系の振動周波数成分を抑制するようにトルク指令値を出力することにより、図9を用いて説明する特開2003−9566号公報に記載の制御装置では発生する駆動軸トルクのオーバーシュートおよび加速度の振動を抑制することができる。   When the accelerator is stepped on at the time t1 from the coast state, and the target torque command value suddenly rises, the torque command value is output so as to suppress the vibration frequency component of the driving force transmission system having a dead zone due to backlash. Thus, in the control device described in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-9566 described with reference to FIG. 9, it is possible to suppress the overshoot of the drive shaft torque and the vibration of the acceleration.

図9は、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を行う際に、バックラッシュによる影響を考慮しない特開2003−9566号公報に記載の制御装置による制御結果の一例を示す図である。図9(a)〜(d)はそれぞれ、トルク指令値、駆動軸トルク、モータ回転数、加速度の時間変化を示している。   FIG. 9 shows an example of a control result by the control device described in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-9566 that does not consider the influence of backlash when performing the process of reducing the natural vibration frequency component of the driving force transmission system of the vehicle. FIG. FIGS. 9A to 9D show temporal changes in the torque command value, drive shaft torque, motor rotation speed, and acceleration, respectively.

コースト状態から時刻t1でアクセルをステップ的に踏み込み、目標トルク指令値が急激に立ち上がった場合、時刻t2からt3の間でギアのバックラッシュによる不感帯によってトルクが伝達されないため、駆動軸トルクがゼロとなる。時刻t3から駆動軸トルクが伝達されるが、不感帯の誤差を補正するためにトルク指令値を加速側に発生させることにより、駆動軸トルクがオーバーシュートしている。これにより、時刻t3から時刻t4の間で加速度の振動(ショック)が発生している。   When the accelerator is stepped on at the time t1 from the coast state and the target torque command value rises rapidly, the torque is not transmitted between the time t2 and the time t3 due to the dead band due to the gear backlash, so the drive shaft torque is zero. Become. The drive shaft torque is transmitted from time t3, but the drive shaft torque is overshooted by generating a torque command value on the acceleration side in order to correct the dead zone error. As a result, acceleration vibration (shock) occurs between time t3 and time t4.

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、車両情報に基づいてモータトルク指令値を設定し、駆動輪につながるモータのトルクを制御する制御装置であって、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車両の駆動力伝達系の固有振動周波数を低減するフィルタリング処理をモータトルク指令値に施し、フィルタリング処理後の最終トルク指令値に従ってモータトルクを制御する。これにより、コーストや減速からの加速時でも不感帯を有する車両の駆動力伝達系の固有振動周波数成分を低減することができ、駆動軸トルクの振動を抑制することができる。従って、乗員ショックや不快な振動を感じさせることなく、滑らかでありながら、レスポンスを損なうことのない急峻な加速性能を実現することができる。   As mentioned above, according to the control apparatus of the electric vehicle in 1st Embodiment, it is a control apparatus which sets the motor torque command value based on vehicle information, and controls the torque of the motor connected to a driving wheel, Comprising: A filtering process for reducing the natural vibration frequency of the driving force transmission system of the vehicle having a dead zone that is not transmitted to the driving shaft torque is applied to the motor torque command value, and the motor torque is controlled according to the final torque command value after the filtering process. As a result, the natural vibration frequency component of the driving force transmission system of the vehicle having a dead zone can be reduced even during acceleration from coasting or deceleration, and vibration of the driving shaft torque can be suppressed. Accordingly, it is possible to realize a steep acceleration performance that is smooth and does not impair the response without causing an occupant shock or unpleasant vibration.

特に、第1の実施形態における電動車両の制御装置では、モータトルク指令値を入力してフィードフォワード演算を行う制振制御FF演算部402と、車両の状態を示す車両状態量(モータ角速度)の検出値および車両状態量の推定値に基づいてフィードバック演算を行う制振制御FB演算部401(フィードバック演算手段)と、フィードフォワード演算結果およびフィードバック演算結果に基づいて、最終トルク指令値を演算する加算器49(最終トルク指令値演算手段)とを備え、フィルタリング処理は、フィードフォワード演算の一部を構成する。これにより、不感帯を有する非線形な車両の駆動力伝達系に対して、振動抑制効果を発揮することができる。   In particular, in the control apparatus for an electric vehicle according to the first embodiment, a vibration suppression control FF calculation unit 402 that inputs a motor torque command value and performs a feedforward calculation, and a vehicle state quantity (motor angular velocity) indicating the state of the vehicle. Vibration suppression control FB calculation unit 401 (feedback calculation means) that performs feedback calculation based on the detected value and the estimated value of the vehicle state quantity, and addition that calculates the final torque command value based on the feedforward calculation result and the feedback calculation result 49 (final torque command value calculation means), and the filtering process constitutes a part of the feedforward calculation. As a result, it is possible to exert a vibration suppressing effect on a non-linear vehicle driving force transmission system having a dead zone.

また、フィルタリング処理を行う制御ブロック47は、線形フィルタである制御ブロック77と、上下限値を制限するリミッタ72とを備えるので、不感帯の有無(バックラッシュの有無)でフィルタ構成を変更する必要がなく、複雑な演算(初期化、条件判定、切替など)をする必要がない。   Further, the control block 47 that performs the filtering process includes a control block 77 that is a linear filter and a limiter 72 that limits the upper and lower limit values. Therefore, it is necessary to change the filter configuration depending on whether or not there is a dead band (presence or absence of backlash). There is no need for complicated calculations (initialization, condition determination, switching, etc.).

リミッタ72の上下限値は、ギアのバックラッシュ量に基づいた値とすることにより、バックラッシュ補正量を算出することができる。   By setting the upper and lower limit values of the limiter 72 to values based on the backlash amount of the gear, the backlash correction amount can be calculated.

線形の車両モデルに基づいて設計される制振制御FB演算部401が非線形の車両モデルに基づいて設計される制御ブロック47の影響を受けないように構成されているので、制振制御FB演算部401によって外乱やモータ特性モデル誤差を除去することができる。特に、制振制御FB演算部401は、線形の車両モデルに基づいて設計され、モータトルク指令値を入力してフィードフォワード演算を行う制御ブロック41(フィードフォワード補償器)を備え、制御ブロック41の出力を用いてフィードバック演算を行う。これにより、フィードバック制御を適切に行うことができる。   Since the vibration suppression control FB calculation unit 401 designed based on the linear vehicle model is configured not to be affected by the control block 47 designed based on the nonlinear vehicle model, the vibration suppression control FB calculation unit 401 can remove disturbances and motor characteristic model errors. Particularly, the vibration suppression control FB calculation unit 401 is designed based on a linear vehicle model, and includes a control block 41 (feedforward compensator) that inputs a motor torque command value and performs feedforward calculation. Perform feedback computation using output. Thereby, feedback control can be performed appropriately.

−第2の実施形態−
図10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2のトルク指令値Tm2を設定する処理を行う制御ブロック図の一例である。第2のトルク指令値Tm2を設定する制振制御演算部400Aは、制振制御FB演算部401Aと、制振制御FF演算部402と、誤差補償演算部403とを備える。なお、図4に示す構成と同じ構成の制御ブロックについては、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
-Second Embodiment-
FIG. 10 is an example of a control block diagram for performing a process of setting a second torque command value Tm2 * in the control apparatus for an electric vehicle according to the second embodiment. The vibration suppression control calculation unit 400A that sets the second torque command value Tm2 * includes a vibration suppression control FB calculation unit 401A, a vibration suppression control FF calculation unit 402, and an error compensation calculation unit 403. Note that control blocks having the same configuration as that shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図10に示す制振制御FF演算部402は、図4に示す制振制御FF演算部402と同じ構成であり、式(20)〜(38)を用いて説明した処理を行うことにより、第1のトルク指令値Tm1を入力し、FFout1を出力する。 The vibration suppression control FF calculation unit 402 illustrated in FIG. 10 has the same configuration as the vibration suppression control FF calculation unit 402 illustrated in FIG. 4, and by performing the processing described using the equations (20) to (38), 1 torque command value Tm1 * is input and FF out1 is output.

加算器49は、制振制御FF演算部402から出力されるFFout1と、制振制御FB演算部401Aの出力である推定外乱d^とを加算する。 The adder 49 adds the FF out1 output from the vibration suppression control FF calculation unit 402 and the estimated disturbance d ^ output from the vibration suppression control FB calculation unit 401A.

加算器100は、加算器49からの出力と、後述する誤差補償演算部403からの出力FFout3とを加算して、加算結果である第2のトルク指令値Tm2を出力する。 The adder 100 adds an output from the adder 49 and an output FF out3 from an error compensation calculation unit 403, which will be described later, and outputs a second torque command value Tm2 * as an addition result.

制振制御FB演算部401Aは、Gp(s)なる伝達特性を有する制御ブロック42と、H(s)/Gp(s)なる伝達特性を有する制御ブロック43と、減算器44とを備える。   The vibration suppression control FB calculation unit 401A includes a control block 42 having a transfer characteristic of Gp (s), a control block 43 having a transfer characteristic of H (s) / Gp (s), and a subtractor 44.

制御ブロック42は、後述する第2のトルク指令値Tm2を入力し、モータ回転速度の推定値ωm^を出力する。 The control block 42 inputs a second torque command value Tm2 *, which will be described later, and outputs an estimated value ωm ^ of the motor rotation speed.

減算器44は、モータ回転速度の推定値ωm^と、実モータ回転速度ωmとの差を演算する。   The subtractor 44 calculates the difference between the estimated value ωm ^ of the motor rotation speed and the actual motor rotation speed ωm.

制御ブロック43は、モータ回転速度の推定値ωm^と実モータ回転速度ωmとの差を入力し、推定外乱d^を出力する。   The control block 43 inputs the difference between the estimated value ωm ^ of the motor rotation speed and the actual motor rotation speed ωm, and outputs an estimated disturbance d ^.

誤差補償演算部403Aは、フィードフォワード演算に使用する非線形のプラントモデルと、フィードバック演算に使用する線形のプラントモデルの誤差を補償するため、第1のトルク指令値Tm1を入力し、FFout3を出力する。 Error compensation operation unit 403A includes a non-linear plant model used in the feed-forward operation, to compensate for the error in the linear plant model used for the feedback operation, the first type the torque command value Tm1 *, the FF out3 Output.

簡略化のために、式(19)、(35)、(38)について、目標応答の固有振動周波数をωm=ωpとして、入力をTm1、線形FF補償器の出力をy1、本実施形態のFF補償器の出力をy2、内部変数をxとすると、それぞれ、次式(39)〜(41)で表せる。 For simplification, with respect to the equations (19), (35), and (38), the natural vibration frequency of the target response is ωm = ωp, the input is Tm1 * , the output of the linear FF compensator is y1, If the output of the FF compensator is y2 and the internal variable is x, they can be expressed by the following equations (39) to (41), respectively.

従って、誤差補償演算部403の出力FFout3は、次式(42)、(43)により表せる。 Therefore, the output FF out3 of the error compensation calculation unit 403 can be expressed by the following equations (42) and (43).

上式より、誤差補償演算部403のブロック図は、図11で表される。すなわち、誤差補償演算部403は、1/(s+2ωp・s+ωp)なる伝達特性を有する制御ブロック111と、式(24)で表される特性のリミッタ112と、ωpを乗算する制御ブロック113と、2(1−ζp)ωp・s/(s+2ωp・s+ωp)なる伝達特性を有する制御ブロック114と、加算器115とを備える。 From the above equation, a block diagram of the error compensation calculation unit 403 is represented in FIG. That is, the error compensation calculation unit 403 multiplies the control block 111 having a transfer characteristic of 1 / (s 2 + 2ωp · s + ωp 2 ), the limiter 112 having the characteristic represented by the equation (24), and ωp 2. 113, a control block 114 having a transfer characteristic of 2 (1-ζp) ωp · s / (s 2 + 2ωp · s + ωp 2 ), and an adder 115.

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、フィルタリング手段でもある制振制御FF演算部402の出力を制振制御FB演算部401Aの入力とする構成であって、線形の車両モデルに基づいて設計され、フィルタリング処理を構成要素の一部としないフィードフォワード演算手段の出力と、フィルタリング処理を構成要素の一部とするフィードフォワード演算手段である制振制御FF演算部402の出力との差分をモータトルク指令値に加算する誤差補償演算部403備える。これにより、フィードバック制御を適切に行うことができる。   As mentioned above, according to the control apparatus of the electric vehicle in 2nd Embodiment, it is the structure which uses the output of the damping control FF calculating part 402 which is also a filtering means as an input of the damping control FB calculating part 401A, Comprising: Designed based on the model, the output of the feedforward calculation means that does not include filtering processing as a part of the component, and the output of the damping control FF calculation unit 402 that is the feedforward calculation means that includes filtering processing as a part of the component And an error compensation calculation unit 403 for adding the difference to the motor torque command value. Thereby, feedback control can be performed appropriately.

−第3の実施形態−
図12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2のトルク指令値Tm2を設定する処理を行う制御ブロック図の一例である。第2のトルク指令値Tm2を設定する制振制御演算部400Bは、制振制御FB演算部401Bと、制振制御FF演算部402Bとを備える。
-Third embodiment-
FIG. 12 is an example of a control block diagram for performing a process of setting a second torque command value Tm2 * in the control apparatus for an electric vehicle in the third embodiment. The damping control calculation unit 400B that sets the second torque command value Tm2 * includes a damping control FB calculation unit 401B and a damping control FF calculation unit 402B.

制振制御FF演算部402Bで行われるフィードフォワード演算処理について説明する。バックラッシュによる不感帯を線形関数と飽和関数の差分で表現すると、車両の運動方程式は、次式(44)〜(49)で表される。   A feedforward calculation process performed by the vibration suppression control FF calculation unit 402B will be described. If the dead zone due to backlash is expressed by the difference between the linear function and the saturation function, the equation of motion of the vehicle is expressed by the following equations (44) to (49).

ここで、各パラメータは、下記の通りである。
Jm:モータイナーシャ
Jw:駆動輪イナーシャ(1軸分)
Kd:駆動軸のねじり剛性
Kt:タイヤと路面の摩擦に関する係数
al:オーバーオールギア比
r:タイヤ荷重半径
ωm:モータ角速度
ωw:駆動輪角速度
Tm:モータトルク
Td:駆動輪トルク
F:駆動力(2軸分)
V:車体速度
θ:駆動軸のねじり角
ただし、式(47)におけるSt(θ)は、飽和関数であり、次式(50)により定義する。
Here, each parameter is as follows.
Jm: Motor inertia Jw: Drive wheel inertia (for one axis)
Kd: torsional rigidity Kt of the drive shaft: tires and a coefficient N al Friction road: overall gear ratio r: tire load radius .omega.m: motor angular velocity Omegadaburyu: driving wheel velocity Tm: motor torque Td: drive wheel torque F: driving force ( (For two axes)
V: body speed θ: torsion angle of drive shaft However, St (θ) in equation (47) is a saturation function and is defined by the following equation (50).

式(50)中のθBLは、モータから駆動軸までのオーバーオールでのギアバックラッシュ量である。 Θ BL in the equation (50) is the gear backlash amount in the overall from the motor to the drive shaft.

式(44)〜(49)より、トルク指令値から駆動軸ねじり角までの伝達特性は、次式(51)〜(53)で表せる。   From the equations (44) to (49), the transmission characteristics from the torque command value to the drive shaft torsion angle can be expressed by the following equations (51) to (53).

ただし、式(52)、(53)中のp1、p0、a3、a2、a1、a0はそれぞれ、式(54)〜(59)により表される。また、ζpは駆動トルク伝達系の減衰係数であり、ωpは駆動トルク伝達系の固有振動周波数である。   However, p1, p0, a3, a2, a1, and a0 in formulas (52) and (53) are represented by formulas (54) to (59), respectively. Ζp is a damping coefficient of the drive torque transmission system, and ωp is a natural vibration frequency of the drive torque transmission system.

従って、駆動軸トルクは、式(47)、(51)より、次式(60)で表される。   Accordingly, the drive shaft torque is expressed by the following equation (60) from equations (47) and (51).

ここで、駆動軸トルクの規範応答を、次式(61)、(62)で定義する。   Here, the normative response of the drive shaft torque is defined by the following equations (61) and (62).

ここで、ζmとωmはそれぞれ理想モデルの減衰係数と固有振動周波数である。 Here, ζm and ωm are the damping coefficient and natural vibration frequency of the ideal model, respectively.

駆動軸トルクTdとモータトルクTmが一致するようなトルク指令値を求めると、次式(63)、(64)となる。   When obtaining a torque command value such that the drive shaft torque Td and the motor torque Tm coincide with each other, the following equations (63) and (64) are obtained.

従って、車両のトルク伝達の固有振動周波数成分を低減する線形フィルタGINV(s)と、駆動軸ねじり角を演算するフィルタGt(s)、飽和関数(リミッタ)、駆動軸ねじり角の車輪イナーシャとタイヤ摩擦力による位相ずれを補償するフィルタFs(s)より、制振制御FF演算部402Bの構成は、図13で表される。すなわち、制振制御FF演算部402Bは、GINV(s)なる伝達特性を有する制御ブロック131と、Gt(s)なる伝達特性を有する制御ブロック132と、式(50)で表される特性のリミッタ133と、Fs(s)なる伝達特性を有する制御ブロック134と、加算器135と、加算器136と、減算器137とを備える。 Therefore, a linear filter G INV (s) that reduces the natural vibration frequency component of the torque transmission of the vehicle, a filter Gt (s) that calculates the drive shaft torsion angle, a saturation function (limiter), and a wheel inertia of the drive shaft torsion angle The configuration of the vibration suppression control FF calculation unit 402B is represented in FIG. 13 by the filter Fs (s) that compensates for the phase shift due to the tire friction force. That is, the vibration suppression control FF calculation unit 402B has a control block 131 having a transfer characteristic G INV (s), a control block 132 having a transfer characteristic Gt (s), and a characteristic represented by the equation (50). A limiter 133, a control block 134 having a transfer characteristic of Fs (s), an adder 135, an adder 136, and a subtractor 137 are provided.

式(51)に式(63)を代入すると、次式(65)と等価変換することができる。   By substituting equation (63) into equation (51), equivalent conversion can be made with the following equation (65).

従って、制振制御FF演算部402Bは、車両のトルク伝達の固有振動周波数成分を低減する線形フィルタGINV(s)と、駆動軸ねじり角の理想応答を演算するフィルタGtm(s)と、飽和関数(リミッタ)と、駆動軸ねじり角の車輪イナーシャとタイヤ摩擦力による位相ずれを補償するフィルタFs(s)により、図14のように構成することもできる。図14に示す構成によれば、制振制御FF演算部402Bは、GINV(s)なる伝達特性を有する制御ブロック131と、式(50)で表される特性のリミッタ133と、Fs(s)なる伝達特性を有する制御ブロック134と、加算器136と、減算器137と、Gtm(s)なる伝達特性を有する制御ブロック140と、加算器141とを備える。 Therefore, the vibration suppression control FF calculation unit 402B includes a linear filter G INV (s) for reducing the natural vibration frequency component of the torque transmission of the vehicle, a filter Gtm (s) for calculating the ideal response of the drive shaft torsion angle, and saturation. A function (limiter), a wheel inertia of a drive shaft torsion angle, and a filter Fs (s) that compensates for a phase shift due to tire frictional force can also be configured as shown in FIG. According to the configuration illustrated in FIG. 14, the vibration suppression control FF calculation unit 402B includes a control block 131 having a transfer characteristic of G INV (s), a limiter 133 having a characteristic represented by Expression (50), and Fs (s ), A control block 134 having a transfer characteristic, an adder 136, a subtractor 137, a control block 140 having a transfer characteristic Gtm (s), and an adder 141.

続いて、制振制御FB演算部401Bで行われるフィードバック演算処理について説明する。図15は、制振制御FB演算部401Bの詳細なブロック構成図である。制振制御FB演算部401Bは、Gp(s)なる伝達特性を有する制御ブロック151と、Gps(s)なる伝達特性を有する制御ブロック152と、H(s)/Gp(s)なる伝達特性を有する制御ブロック153と、加算器154と、減算器155と、Gt(s)なる伝達特性を有する制御ブロック156と、式(50)で表される特性のリミッタ157と、Fs(s)なる伝達特性を有する制御ブロック158と、加算器159とを備える。   Next, feedback calculation processing performed by the vibration suppression control FB calculation unit 401B will be described. FIG. 15 is a detailed block diagram of the vibration suppression control FB calculation unit 401B. The vibration suppression control FB calculation unit 401B has a control block 151 having a transfer characteristic of Gp (s), a control block 152 having a transfer characteristic of Gps (s), and a transfer characteristic of H (s) / Gp (s). A control block 153, an adder 154, a subtractor 155, a control block 156 having a transfer characteristic Gt (s), a limiter 157 having a characteristic represented by the equation (50), and a transfer Fs (s). A control block 158 having characteristics and an adder 159 are provided.

Gp(s)は、車両へのモータトルク入力に対するモータ回転速度の伝達特性を示す線形プラントモデルであり、Gps(s)は、モータ回転速度のバックラッシュ補償分を算出する伝達関数である。Gt(s)は、駆動軸捻り角を演算するフィルタである。また、Fs(s)は、駆動軸捻り角の車輪イナーシャとタイヤ摩擦力による位相ずれを補償するフィルタであり、具体的には、式(52)、(53)で表される。   Gp (s) is a linear plant model indicating the transfer characteristic of the motor rotation speed with respect to the motor torque input to the vehicle, and Gps (s) is a transfer function for calculating the backlash compensation amount of the motor rotation speed. Gt (s) is a filter that calculates the drive shaft twist angle. Fs (s) is a filter that compensates for the phase shift caused by the wheel inertia of the drive shaft twist angle and the tire friction force, and is specifically expressed by equations (52) and (53).

制振制御FB演算部401Bは、制振制御後トルク指令値Tm2と制振制御FF演算部402Bの出力FFoutを入力として、線形プラントモデルGp(s)、フィルタGt(s)、フィルタFs(s)、飽和関数(リミッタ)、伝達関数Gps(s)より、モータ回転速度推定値ωm^を演算する。さらに、算出したモータ回転速度推定値ωm^と実モータ回転速度ωmの差分を入力として、伝達関数H(s)/Gp(s)より、制振制御FB演算部401Bの出力FBoutを演算する。伝達特性H(s)は、伝達特性H(s)の分母次数と分子次数との差分が伝達特性Gp(s)の分母次数と分子次数との差分以上となるように設定されており、上述したように、図6に示すようなフィルタの特性を設定する。 The vibration suppression control FB calculation unit 401B receives the post-vibration control torque command value Tm2 * and the output FF out of the vibration suppression control FF calculation unit 402B, and receives a linear plant model Gp (s), a filter Gt (s), and a filter Fs. (S), a saturation function (limiter), and a transfer function Gps (s), a motor rotational speed estimated value ωm ^ is calculated. Further, the difference between the calculated motor rotation speed estimated value ωm ^ and the actual motor rotation speed ωm is input, and the output FB out of the vibration suppression control FB calculation unit 401B is calculated from the transfer function H (s) / Gp (s). . The transfer characteristic H (s) is set such that the difference between the denominator order and the numerator order of the transfer characteristic H (s) is equal to or greater than the difference between the denominator order and the numerator order of the transfer characteristic Gp (s). As described above, the filter characteristics as shown in FIG. 6 are set.

また、図16に示すように、制振制御FF演算部402Bで算出した駆動軸捻り角のリミット値St(θ)を、伝達関数Gps(s)の入力としてもよい。   Further, as shown in FIG. 16, the drive shaft twist angle limit value St (θ) calculated by the vibration suppression control FF calculation unit 402B may be used as the input of the transfer function Gps (s).

以下、車両へのモータトルク入力に対するモータ回転速度の伝達特性を示す線形プラントモデルGp(s)、モータ回転速度のバックラッシュ補償分を算出する伝達関数Gps(s)について説明する。   Hereinafter, a linear plant model Gp (s) indicating the transfer characteristic of the motor rotation speed with respect to the motor torque input to the vehicle and a transfer function Gps (s) for calculating the backlash compensation amount of the motor rotation speed will be described.

式(44)〜(49)をラプラス変換して、トルク指令値からモータ角速度までの伝達特性を求めると、次式(66)〜(68)で表せる。   Expressions (44) to (49) are subjected to Laplace conversion to obtain transfer characteristics from the torque command value to the motor angular velocity, and can be expressed by the following expressions (66) to (68).

ただし、式(67)、(68)中の各パラメータは、次式(69)〜(74)で表される。 However, each parameter in the formulas (67) and (68) is expressed by the following formulas (69) to (74).

式(67)を整理して、次式(75)のように表す。一般的な車両では、式(75)の伝達関数の極と零点を調べると、1つの極と1つの零点は極めて近い値を示す。これは、式(75)のαとβが極めて近い値を示すことに相当する。ここで、ζpとωpはそれぞれ、駆動ねじり振動系の減衰係数と固有振動周波数である。   Formula (67) is arranged and expressed as the following formula (75). In a general vehicle, when the poles and zeros of the transfer function of Expression (75) are examined, one pole and one zero show extremely close values. This corresponds to the fact that α and β in Equation (75) show extremely close values. Here, ζp and ωp are the damping coefficient and natural vibration frequency of the drive torsional vibration system, respectively.

従って、式(75)における極零相殺(α=βと近似)を行うことにより、次式(76)に示すように、(2次)/(3次)の伝達特性Gp(s)を構成する。   Therefore, by performing pole-zero cancellation (approximate with α = β) in equation (75), the (second order) / (third order) transfer characteristic Gp (s) is configured as shown in the following equation (76). To do.

なお、伝達関数H(s)は、式(17)で表される。   Note that the transfer function H (s) is expressed by Expression (17).

図17は、第3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の一例を示す図である。図17(a)〜(d)はそれぞれ、トルク指令値、モータ回転数、駆動軸トルク、加速度の時間変化を示している。   FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a control result by the control device for the electric vehicle according to the third embodiment. FIGS. 17A to 17D show changes over time in the torque command value, motor rotation speed, drive shaft torque, and acceleration, respectively.

コースト状態から時刻t1でアクセルをステップ的に踏み込み、目標トルク指令値が急激に立ち上がった場合、第1の実施形態における電動車両の制御装置では、フィードフォワード演算において、駆動軸ねじり角の車輪イナーシャとタイヤ摩擦力による位相遅れを考慮していないため、時刻t3から時刻t4の間で駆動軸トルクが若干オーバーシュートしている(図8参照)。また、フィードバック演算では、バックラッシュの影響を考慮していないため、オーバーシュートを完全に抑制することができない。   When the accelerator is stepped on from the coast state at time t1 and the target torque command value suddenly rises, the electric vehicle control device according to the first embodiment uses the wheel inertia of the drive shaft torsion angle in the feedforward calculation. Since the phase delay due to the tire friction force is not taken into consideration, the drive shaft torque slightly overshoots from time t3 to time t4 (see FIG. 8). In addition, the feedback calculation does not take into account the influence of backlash, and thus cannot completely suppress overshoot.

これに対して、第3の実施形態における電動車両の制御装置では、不感帯を有する車両の駆動力伝達系の固有振動周波数の低減とともに、車輪特性による位相ずれも抑制するフィルタリング処理をモータトルク指令値に施すので、時刻t3から時刻t4の間で駆動軸トルクのオーバーシュートの発生が抑制されている。これにより、時刻t3から時刻t4の間で加速度の振動(ショック)も抑制されている。   On the other hand, in the control apparatus for an electric vehicle according to the third embodiment, the motor torque command value is subjected to filtering processing for reducing the natural vibration frequency of the driving force transmission system of the vehicle having the dead zone and suppressing the phase shift due to the wheel characteristics. Therefore, the occurrence of overshoot of the drive shaft torque is suppressed between time t3 and time t4. Thereby, acceleration vibration (shock) is also suppressed between time t3 and time t4.

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、不感帯を有する車両の駆動力伝達系の固有振動周波数の低減とともに、車輪特性による位相ずれも抑制するフィルタリング処理をモータトルク指令値に施すので、コーストや減速からの加速時でも不感帯を有する車両の駆動力伝達系の固有振動周波数成分を低減することができ、駆動軸トルクの振動を抑制することができ、かつ、車輪特性による位相ずれも抑制することができる。   As described above, according to the control apparatus for an electric vehicle in the third embodiment, the filtering process for reducing the natural vibration frequency of the driving force transmission system of the vehicle having the dead zone and suppressing the phase shift due to the wheel characteristics is used as the motor torque command value. Therefore, even when accelerating from coasting or deceleration, it is possible to reduce the natural vibration frequency component of the driving force transmission system of the vehicle having a dead zone, to suppress the vibration of the driving shaft torque, and the phase due to the wheel characteristics Deviation can also be suppressed.

また、制振制御FF演算部402Bは、車両の駆動力伝達系の固有振動周波数成分を低減する線形フィルタ(制御ブロック131)と、駆動軸ねじり角を算出するフィルタ(制御ブロック132)と、上下限値を制限するリミッタ(リミッタ133)と、駆動軸ねじり角の車輪イナーシャとタイヤ摩擦力による位相ずれを補償するフィルタ(制御ブロック134)とを備える。これにより、外乱やモデル誤差が無い場合はフィードフォワード補償のみで車輪特性による位相ずれやギアによる不感帯を有する車両の駆動力伝達系の固有振動周波数成分を低減することができる。また、不感帯の有無でフィルタ構成を変更する必要がないので、複雑な演算(初期化、条件判定、切替など)をする必要がない。   The vibration suppression control FF calculation unit 402B includes a linear filter (control block 131) that reduces the natural vibration frequency component of the driving force transmission system of the vehicle, a filter (control block 132) that calculates the drive shaft torsion angle, A limiter (limiter 133) that limits the lower limit value, a wheel inertia of the drive shaft torsion angle, and a filter (control block 134) that compensates for phase shift due to tire frictional force. Thus, when there is no disturbance or model error, the natural vibration frequency component of the vehicle driving force transmission system having a phase shift due to wheel characteristics and a dead zone due to gears can be reduced only by feedforward compensation. In addition, since it is not necessary to change the filter configuration depending on the presence or absence of the dead zone, it is not necessary to perform complicated calculations (initialization, condition determination, switching, etc.).

また、制振制御FB演算部401Bの制御対象モデルは、少なくとも線形フィルタおよび上下限値を制限するリミッタにより構成されているので、バックラッシュ以外の外乱やモデル化誤差を補償することができる。   In addition, since the controlled object model of the vibration suppression control FB calculation unit 401B includes at least a linear filter and a limiter that limits the upper and lower limit values, disturbances other than backlash and modeling errors can be compensated.

さらに、リミッタ133、157の上下限値を、ギアのバックラッシュ量に基づいた値とすることにより、バックラッシュ補正量を算出することができる。   Furthermore, the backlash correction amount can be calculated by setting the upper and lower limit values of the limiters 133 and 157 to values based on the gear backlash amount.

本発明は、上述した実施形態に限定されることはない。   The present invention is not limited to the embodiment described above.

2…電動モータコントローラ(モータトルク制御手段)
6…回転センサ(車両状態量検出手段)
41…制御ブロック
49…加算器(最終トルク指令値演算手段)
401、401A…制振制御FB演算部(フィードバック演算手段、車両状態量推定手段)
402…制振制御FF演算部(フィードフォワード演算手段)
403…誤差補償演算部(モデル誤差補償手段)
2. Electric motor controller (motor torque control means)
6 ... Rotation sensor (vehicle state quantity detection means)
41 ... Control block 49 ... Adder (final torque command value calculation means)
401, 401A ... Damping control FB calculation unit (feedback calculation means, vehicle state quantity estimation means)
402 ... Damping control FF calculation unit (feed forward calculation means)
403 ... Error compensation calculation unit (model error compensation means)

Claims (11)

車両情報に基づいてモータトルク指令値を設定し、駆動輪につながるモータのトルクを制御する電動車両の制御装置において、
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車両の駆動力伝達系の固有振動周波数を低減するフィルタリング処理を前記モータトルク指令値に施すフィルタリング手段と、
前記モータトルク指令値にフィルタリング処理が施されることによって求められる最終トルク指令値に従ってモータトルクを制御するモータトルク制御手段と、
前記モータトルク指令値を入力して、車両の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演算を行うフィードフォワード演算手段と、
車両の状態を示す車両状態量を検出する車両状態量検出手段と、
前記車両状態量を推定する車両状態量推定手段と、
前記車両状態量の検出値および前記車両状態量の推定値に基づいて、車両の駆動力伝達系の振動を抑制するためのフィードバック演算を行うフィードバック演算手段と、
前記フィードフォワード演算結果および前記フィードバック演算結果に基づいて、前記最終トルク指令値を演算する最終トルク指令値演算手段と、を備え、
前記フィルタリング手段は、前記フィードフォワード演算手段の構成要素の一部である、
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 that sets a motor torque command value based on vehicle information and controls the torque of a motor connected to a drive wheel,
Filtering means for applying a filtering process to the motor torque command value to reduce the natural vibration frequency of the driving force transmission system of the vehicle having a dead zone where the motor torque is not transmitted to the driving shaft torque of the vehicle;
Motor torque control means for controlling motor torque in accordance with a final torque command value obtained by filtering the motor torque command value;
Feedforward calculation means for inputting the motor torque command value and performing feedforward calculation for suppressing vibration of the driving force transmission system of the vehicle;
Vehicle state quantity detecting means for detecting a vehicle state quantity indicating the state of the vehicle;
Vehicle state quantity estimating means for estimating the vehicle state quantity;
Feedback calculation means for performing feedback calculation for suppressing vibration of the driving force transmission system of the vehicle based on the detected value of the vehicle state quantity and the estimated value of the vehicle state quantity;
A final torque command value calculating means for calculating the final torque command value based on the feedforward calculation result and the feedback calculation result;
The filtering means is a part of a component of the feedforward calculation means.
A control apparatus for an electric vehicle.
請求項に記載の電動車両の制御装置において、
前記フィルタリング手段は、線形フィルタと、上下限値を制限するリミッタとを備える、
ことを特徴とする電動車両の制御装置。
In the control apparatus of the electric vehicle according to claim 1 ,
The filtering means includes a linear filter and a limiter that limits the upper and lower limit values.
A control apparatus for an electric vehicle.
請求項に記載の電動車両の制御装置において、
前記リミッタの上下限値は、ギアのバックラッシュ量に基づいた値である、
ことを特徴とする電動車両の制御装置。
In the control apparatus of the electric vehicle according to claim 2 ,
The upper and lower limit values of the limiter are values based on the backlash amount of the gear.
A control apparatus for an electric vehicle.
請求項に記載の電動車両の制御装置において、
線形の車両モデルに基づいて設計されるフィードバック演算手段が非線形の車両モデルに基づいて設計されるフィルタリング手段の影響を受けないように構成されている、
ことを特徴とする電動車両の制御装置。
In the control apparatus of the electric vehicle according to claim 1 ,
The feedback calculation means designed based on the linear vehicle model is configured not to be affected by the filtering means designed based on the nonlinear vehicle model.
A control apparatus for an electric vehicle.
請求項に記載の電動車両の制御装置において、
前記フィードバック演算手段は、線形の車両モデルに基づいて設計され、前記モータトルク指令値を入力してフィードフォワード演算を行うフィードフォワード補償器を備え、前記フィードフォワード補償器の出力を用いて前記フィードバック演算を行う、
ことを特徴とする電動車両の制御装置。
In the control apparatus of the electric vehicle according to claim 4 ,
The feedback calculation means includes a feedforward compensator that is designed based on a linear vehicle model and performs a feedforward calculation by inputting the motor torque command value, and the feedback calculation using the output of the feedforward compensator I do,
A control apparatus for an electric vehicle.
請求項に記載の電動車両の制御装置において、
前記線形の車両モデルと前記非線形の車両モデルとの誤差を補償するモデル誤差補償演算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。
In the control apparatus of the electric vehicle according to claim 4 ,
Model error compensation calculation means for compensating for an error between the linear vehicle model and the nonlinear vehicle model is further provided.
A control apparatus for an electric vehicle.
請求項1に記載の電動車両の制御装置において、
前記フィルタリング手段は、前記不感帯を有する車両の駆動力伝達系の固有振動周波数の低減とともに、車輪特性による位相ずれも抑制するフィルタリング処理を前記モータトルク指令値に施す、
ことを特徴とする電動車両の制御装置。
In the control apparatus of the electric vehicle according to claim 1,
The filtering means performs a filtering process on the motor torque command value for reducing a natural vibration frequency of a driving force transmission system of a vehicle having the dead zone and suppressing a phase shift due to wheel characteristics.
A control apparatus for an electric vehicle.
請求項に記載の電動車両の制御装置において、
記フィードフォワード演算手段は、車両の駆動力伝達系の固有振動周波数成分を低減する線形フィルタと、駆動軸ねじり角を算出するフィルタと、上下限値を制限するリミッタと、駆動軸ねじり角の車輪イナーシャとタイヤ摩擦力による位相ずれを補償するフィルタとを備える、
ことを特徴とする電動車両の制御装置。
The control apparatus for an electric vehicle according to claim 7 ,
Before SL feedforward calculation means includes a linear filter for reducing natural vibration frequency component of the driving force transmission system of a vehicle, a filter for calculating a twist angle drive shaft, and a limiter for limiting the upper and lower limit values, the torsional angle of the drive shaft A wheel inertia and a filter that compensates for a phase shift due to tire friction force,
A control apparatus for an electric vehicle.
請求項に記載の電動車両の制御装置において、
前記フィードバック演算手段の制御対象モデルは、少なくとも線形フィルタおよび上下限値を制限するリミッタにより構成されている、
ことを特徴とする電動車両の制御装置。
The control apparatus for an electric vehicle according to claim 8 ,
The controlled object model of the feedback calculation means is composed of at least a linear filter and a limiter that limits the upper and lower limit values.
A control apparatus for an electric vehicle.
請求項または請求項に記載の電動車両の制御装置において、
前記リミッタの上下限値は、ギアのバックラッシュ量に基づいた値である、
ことを特徴とする電動車両の制御装置。
The control apparatus for an electric vehicle according to claim 8 or 9 ,
The upper and lower limit values of the limiter are values based on the backlash amount of the gear.
A control apparatus for an electric vehicle.
車両情報に基づいてモータトルク指令値を設定し、駆動輪につながるモータのトルクを制御する電動車両の制御方法において、  In a control method for an electric vehicle that sets a motor torque command value based on vehicle information and controls the torque of a motor connected to a drive wheel,
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車両の駆動力伝達系の固有振動周波数を低減するフィルタリング処理を前記モータトルク指令値に施す工程と、  Applying a filtering process to the motor torque command value to reduce a natural vibration frequency of a driving force transmission system of a vehicle having a dead zone where the motor torque is not transmitted to the driving shaft torque of the vehicle;
前記モータトルク指令値にフィルタリング処理が施されることによって求められる最終トルク指令値に従ってモータトルクを制御する工程と、  Controlling the motor torque in accordance with a final torque command value obtained by filtering the motor torque command value;
前記モータトルク指令値を入力して、車両の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演算を行う工程と、  Inputting the motor torque command value and performing a feedforward calculation for suppressing vibration of a driving force transmission system of the vehicle;
車両の状態を示す車両状態量を検出する工程と、  Detecting a vehicle state quantity indicating a state of the vehicle;
前記車両状態量を推定する工程と、  Estimating the vehicle state quantity;
前記車両状態量の検出値および前記車両状態量の推定値に基づいて、車両の駆動力伝達系の振動を抑制するためのフィードバック演算を行う工程と、  Performing a feedback calculation for suppressing vibration of a driving force transmission system of the vehicle based on the detected value of the vehicle state quantity and the estimated value of the vehicle state quantity;
前記フィードフォワード演算結果および前記フィードバック演算結果に基づいて、前記最終トルク指令値を演算する工程と、  Calculating the final torque command value based on the feedforward calculation result and the feedback calculation result;
備え、Prepared,
前記フィルタリング処理を行う工程は、前記フィードフォワード演算を行う工程の一部である、  The step of performing the filtering process is a part of the step of performing the feedforward calculation.
ことを特徴とする電動車両の制御方法。  An electric vehicle control method characterized by the above.
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