KR102131729B1 - 전동 차량의 제어 방법 및 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

전동 차량의 제어 방법은, 모터 토크 명령값에 기초하는 피드 포워드 연산에 의해 제1 토크 명령값을 산출하여, 제1 모터의 회전 각속도를 검출하고, 제1 토크 명령값에 기초하여, 제1 구동륜에 대한 토크 입력으로부터 제1 모터의 회전 각속도까지의 전달 특성을 모의한 차량 모델 Gp(s)를 사용하여 제1 모터의 회전 각속도를 추정한다. 그리고, 차량 모델 Gp(s)의 역특성과, 차량의 비틀림 진동 주파수 근방의 주파수를 중심 주파수로 하는 대역 통과 필터 Hf(s)로 구성되는 필터 Hf(s)/Gp(s)를 사용하여, 제1 모터의 회전 각속도 검출값과 추정값의 편차로부터 제2 토크 명령값을 산출하고, 제1 토크 명령값과 제2 토크 명령값을 가산하여 얻어지는 프론트 최종 토크 명령값에 따라서 제1 모터의 토크를 제어한다. 제1 구동륜과는 다른 구동륜인 제2 구동륜의 제구동 토크가 입력될 때에는, 당해 제구동 토크에 기초하여 상기 제1 모터의 회전 각속도 추정값을 보정한다.

Description

전동 차량의 제어 방법 및 제어 장치
본 발명은, 전동 차량의 제어 방법 및 제어 장치에 관한 것이다.
종래, 피드 포워드(F/F) 보상기와 피드백(F/B) 보상기를 사용한 피드 포워드, 피드백 제어계에 의해 모터 토크 명령값을 산출함으로써, 드라이브 샤프트의 비틀림에 기인한 진동을 제거하는 기능을 갖는 전동 차량의 제진 제어 장치가 알려져 있다(JP2003-9566A 참조).
여기서, JP2003-9566A에 개시된 제진 제어 장치의 피드백 제어계에서는, 모터 토크로부터 제어 대상의 모터 회전 각속도로의 전달 특성을 모델화한 차량 모델을 사용하여 모터 회전 각속도를 추정하고, 모터 회전 각속도의 추정값과 검출값의 편차에 기초하여 피드백 토크를 산출하고 있다.
그러나, 상기 차량 모델은, 2륜 구동의 차량을 전제로 하여 설계되어 있기 때문에, 다른 구동륜으로부터 제구동력(제구동 토크)이 입력되었을 때는, 상기 차량 모델에 의해 산출된 모터 회전 각속도 추정값과 실제의 모터 회전 각속도가 괴리되어버린다. 이 때문에, 당해 괴리를 보상하기 위해서, 상술한 F/B 보상기로부터 필요 이상의 진동 억제 보상값이 출력되어버려, 운전자가 의도한 가감속을 얻을 수 없는 경우가 있다.
본 발명은, 다른 구동륜으로부터 제구동력이 입력된 경우에도, 모터 회전 각속도 추정값과 실제의 모터 회전 각속도를 일치시켜, F/B 보상기로부터 여분의 진동 억제 보상값이 출력됨을 억제하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 있어서의 차량의 제어 방법은, 차량 정보에 기초하여 모터 토크 명령값을 설정하고, 프론트 구동륜 및 리어 구동륜 중 한쪽 구동륜을 제1 구동륜으로 하여 당해 제1 구동륜에 연결되는 제1 모터의 토크를 제어하는 전동 차량의 제어 방법이다. 당해 전동 차량의 제어 방법은, 모터 토크 명령값에 기초하는 피드 포워드 연산에 의해 제1 토크 명령값을 산출하여, 제1 모터의 회전 각속도를 검출하고, 제1 토크 명령값에 기초하여, 제1 구동륜에 대한 토크 입력으로부터 제1 모터의 회전 각속도까지의 전달 특성을 모의한 차량 모델 Gp(s)를 사용하여 제1 모터의 회전 각속도를 추정한다. 그리고, 차량 모델 Gp(s)의 역특성과, 차량의 비틀림 진동 주파수 근방의 주파수를 중심 주파수로 하는 대역 통과 필터 Hf(s)로 구성되는 필터 Hf(s)/Gp(s)를 사용하여, 제1 모터의 회전 각속도 검출값과 추정값의 편차로부터 제2 토크 명령값을 산출하고, 제1 토크 명령값과 제2 토크 명령값을 가산하여 얻어지는 프론트 최종 토크 명령값에 따라서 제1 모터의 토크를 제어한다. 제1 구동륜과는 다른 구동륜인 제2 구동륜의 제구동 토크가 입력될 때에는, 당해 제구동 토크에 기초하여 상기 제1 모터의 회전 각속도 추정값을 보정한다.
본 발명의 실시 형태에 대해서는, 첨부된 도면과 함께 이하에 상세히 설명한다.
도 1은, 본 발명의 제어 장치가 적용되는 전동 차량의 시스템 구성(시스템 구성 1)을 나타내는 블록도이다.
도 2는, 전동 모터 컨트롤러에 의해 행해지는 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 3은, 액셀러레이터 개방도-토크 테이블의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 제어 장치가 적용되는 전동 차량의 시스템 구성(시스템 구성 2)을 나타내는 블록도이다.
도 5는, 전동 모터 컨트롤러에 의해 행해지는 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 6은, 전후 구동력 분배 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 4WD 차량의 운동 방정식을 설명하는 도면이다.
도 8은, 제1 실시 형태의 제진 제어 연산 처리를 실현하는 블록 구성도이다.
도 9는, 제1, 제2, 제4 실시 형태의 제어 장치를 전동 차량에 적용했을 때의 제어 결과의 일례와, 종래예에 따른 제어 결과를 나타낸 타임차트이다.
도 10은, 제2 실시 형태의 제진 제어 연산 처리를 실현하는 블록 구성도이다.
도 11은, 제2 실시 형태의 4WD 차량 모델을 나타내는 블록 구성도이다.
도 12는, 제2 실시 형태의 프론트 F/F 보상기를 나타내는 블록 구성도이다.
도 13은, 제2 실시 형태의 프론트/리어 F/F 보상기를 나타내는 블록 구성도이다.
도 14는, 제2 실시 형태의 리어 F/F 보상기를 나타내는 블록 구성도이다.
도 15는, 2WD 차량의 운동 방정식을 설명하는 도면이다.
도 16은, 제3 실시 형태의 제진 제어 연산 처리를 실현하는 블록 구성도이다.
도 17은, 제3 실시 형태의 F/F 보상기를 나타내는 블록 구성도이다.
도 18은, 제3 실시 형태의 F/B 보상기를 나타내는 블록 구성도이다.
도 19는, 제3 실시 형태의 제어 장치를 전동 차량에 적용했을 때의 제어 결과의 일례와, 종래예에 관한 제어 결과를 나타낸 타임차트이다.
도 20은, 제4 실시 형태의 제진 제어 연산 처리를 실현하는 블록 구성도이다.
도 21은, 제4 실시 형태의 F/F 보상기를 나타내는 블록 구성도이다.
처음에, 본 발명에 따른 전동 차량의 제어 장치가 적용되는 차량의 시스템 구성(시스템 구성 1, 시스템 구성 2)에 대하여 설명한다.
<시스템 구성 1>
도 1은, 본 발명의 제어 장치가 적용되는 전동 차량의 주요한 시스템 구성(시스템 구성 1)을 나타내는 블록도이다. 또한, 전동 차량은, 차량의 구동원의 일부 또는 전부로서, 적어도 하나의 전동 모터(이하 단순히 '모터'라고도 함)를 구비하고, 전동 모터의 구동력에 의해 주행 가능한 자동차이며, 전기 자동차나, 하이브리드 자동차가 포함된다.
배터리(1)는, 전동 모터(4)의 구동 전력의 방전, 및 전동 모터(4)의 회생 전력의 충전을 행한다.
전동 모터 컨트롤러(2)는, 예를 들어 중앙 연산 장치(CPU), 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 및 입출력 인터페이스(I/O 인터페이스)로 구성된다. 전동 모터 컨트롤러(2)에는, 차속 V, 액셀러레이터 개방도 θ, 전동 모터(4)의 회전자 위상 α, 전동 모터(4)의 전류(삼상 교류의 경우에는, iu, iv, iw), 제구동력 명령값 등의 차량 상태를 나타내는 각종 차량 변수의 신호가 디지털 신호로서 입력된다. 전동 모터 컨트롤러(2)는, 입력된 신호에 기초하여 전동 모터(4)를 제어하기 위한 PWM 신호를 생성한다. 또한, 생성된 PWM 신호에 따라서 인버터(3)의 구동 신호를 생성한다. 또한, 전술한 제구동력 명령값은, 브레이크나 엔진 출력 등, 시스템 구성 1의 모터(4) 이외에 차량에 작용하는 제구동력(제구동 토크)을 지시하는 제구동력 명령값 또는, 예를 들어 브레이크압 센서 등의 센서에 의해 검출되는 계측값 등이 사용되어도 된다.
인버터(3)는, 상(相)마다 구비된 2개의 스위칭 소자(예를 들어, IGBT나 MOS-FET 등의 파워 반도체 소자)를 온/오프함으로써, 배터리(1)로부터 공급되는 직류의 전류를 교류로 변환 혹은 역변환하여, 전동 모터(4)에 원하는 전류를 흘린다.
전동 모터(삼상 교류 모터)(4)는, 인버터(3)로부터 공급되는 교류 전류에 의해 구동력을 발생하고, 감속기(5) 및 구동축(8)을 통해 좌우의 구동륜(9)에 구동력을 전달한다. 또한, 전동 모터(4)는, 차량의 주행 시에 구동륜(9a, 9b)에 연동되어 회전할 때, 회생 구동력을 발생시킴으로써, 차량의 운동 에너지를 전기 에너지로서 회수한다. 이 경우, 인버터(3)는, 전동 모터(4)의 회생 운전 시에 발생하는 교류 전류를 직류 전류로 변환하여, 배터리(1)에 공급한다.
전류 센서(7)는, 전동 모터(4)에 흐르는 3상 교류 전류 iu, iv, iw를 검출한다. 단, 3상 교류 전류 iu, iv, iw의 합은 0이기 때문에, 임의의 2상의 전류를 검출하고, 나머지 1상의 전류는 연산에 의해 구해도 된다.
회전 센서(6)는, 예를 들어 리졸버나 인코더이며, 전동 모터(4)의 회전자 위상 α를 검출한다.
도 2는, 전동 모터 컨트롤러(2)에 의해 행해지는 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 스텝 S201 내지 스텝 S205에 따른 처리는, 차량 시스템이 기동하고 있는 동안, 일정한 간격으로 상시 실행되도록 프로그램되어 있다.
스텝 S201에서는, 차량 상태를 나타내는 신호가 전동 모터 컨트롤러(2)에 입력된다. 여기에서는, 차속 V(㎞/h), 액셀러레이터 개방도 θ(％), 전동 모터(4)의 회전자 위상 α(rad), 전동 모터(4)의 회전 속도 Nm(rpm), 전동 모터(4)에 흐르는 삼상 교류 전류 iu, iv, iw, 배터리(1)의 직류 전압값 Vdc(V), 제구동력 명령값이 입력된다.
차속 V(㎞/h)는, 도시하지 않은 차속 센서나, 다른 컨트롤러로부터 통신에 의해 취득된다. 또는, 전동 모터 컨트롤러(2)는, 회전자 기계 각속도 ωm에 타이어 이동 반경 r을 승산하고, 파이널 기어의 기어비로 제산함으로써 차속 v(m/s)를 구하고, 3600/1000을 승산함으로써 단위 변환하여, 차속 V(㎞/h)를 구한다.
전동 모터 컨트롤러(2)는, 액셀러레이터 개방도 θ(％)를, 도시하지 않은 액셀러레이터 개방도 센서로부터 취득한다. 또한, 액셀러레이터 개방도 θ(％)는, 도시하지 않은 차량 컨트롤러 등의 다른 컨트롤러로부터 취득하도록 해도 된다.
전동 모터(4)의 회전자 위상 α(rad)는, 회전 센서(6)로부터 취득된다. 전동 모터(4)의 회전 속도 Nm(rpm)은, 회전자 각속도 ω(전기각)를 전동 모터의 극대수 p로 제산하여, 전동 모터(4)의 기계적인 각속도인 모터 회전 속도 ωm(rad/s)를 구하고, 구한 모터 회전 속도 ωm에 60/(2π)를 승산함으로써 구해진다. 회전자 각속도 ω는, 회전자 위상 α를 미분함으로써 구해진다.
전동 모터(4)에 흐르는 전류 iu, iv, iw(A)는, 전류 센서(7)로부터 취득된다.
직류 전압값 Vdc(V)는, 배터리(1)와 인버터(3) 사이의 직류 전원 라인에 마련된 전압 센서(도시생략)에 의해 검출한다. 또한, 직류 전압값 Vdc(V)는, 배터리 컨트롤러(도시생략)로부터 송신되는 신호에 의해 검출하도록 해도 된다.
제구동력 명령값은, 도시하지 않은 브레이크 시스템에 설치된 액압 센서값으로부터 구해지는 제동 토크 또는, 시스템 구성 1의 모터(4) 이외에 차량으로 제구동력을 입력하는 다른 컨트롤러(도시생략)로부터, 통신에 의해 취득해도 된다.
스텝 S202에서는, 전동 모터 컨트롤러(2)가, 차량 정보에 기초하여, 운전자가 요구하는 기본 목표 토크로서의 토크 명령값 Tm *를 설정한다. 구체적으로는, 전동 모터 컨트롤러(2)는, 스텝 S201에서 입력된 액셀러레이터 개방도 θ 및 차속 V에 기초하여, 도 3에 도시한 액셀러레이터 개방도-토크 테이블을 참조함으로써, 토크 명령값 Tm *를 설정한다.
스텝 S203에서는, 전동 모터 컨트롤러(2)가 제진 제어 연산 처리를 행한다. 구체적으로는, 전동 모터 컨트롤러(2)는, 스텝 S202에서 설정된 목표 토크 명령값 Tm *와, 모터 회전 속도 ωm에 기초하여, 구동축 토크를 허비하게 하지 않고, 구동력 전달계 진동(구동축(8)의 비틀림 진동 등)을 억제하는 제진 제어 후의 최종 토크 명령값 Tmf *를 산출한다. 제진 제어 연산 처리의 상세에 대해서는 후술한다.
스텝 S204에서는, 전동 모터 컨트롤러(2)가 전류 명령값 산출 처리를 행한다. 구체적으로는, 전동 모터 컨트롤러(2)는, 스텝 S203에서 산출된 최종 토크 명령값 Tmf * 외에도, 모터 회전 속도 ωm이나 직류 전압값 Vdc에 기초하여, d축 전류 목표값 id*, q축 전류 목표값 iq*를 구한다. 예를 들어, 토크 명령값, 모터 회전 속도 및 직류 전압값과, d축 전류 목표값 및 q축 전류 목표값의 관계를 정한 테이블을 미리 준비해 두고, 이 테이블을 참조함으로써, d축 전류 목표값 id* 및 q축 전류 목표값 iq*가 구해진다.
스텝 S205에서는, d축 전류 id 및 q축 전류 iq를 각각, 스텝 S204에서 구한 d축 전류 목표값 id* 및 q축 전류 목표값 iq*와 일치시키기 위한 전류 제어를 행한다. 이 때문에, 우선 처음에, 스텝 S201에서 입력된 삼상 교류 전류값 iu, iv, iw와, 전동 모터(4)의 회전자 위상 α에 기초하여, d축 전류 id 및 q축 전류 iq를 구한다. 계속해서, d축, q축 전류 명령값 id*, iq*와, d축, q축 전류 id, iq의 편차로부터, d축, q축 전압 명령값 vd, vq를 산출한다. 또한, 여기에서는, 산출한 d축, q축 전압 명령값 vd, vq에 대해서 비간섭 제어를 가하는 경우도 있다.
다음으로, d축, q축 전압 명령값 vd, vq와, 전동 모터(4)의 회전자 위상 α로부터, 삼상 교류 전압 명령값 vu, vv, vw를 구한다. 그리고, 구한 삼상 교류 전압 명령값 vu, vv, vw와, 직류 전압값 Vdc로부터, PWM 신호 tu(％), tv(％), tw(％)를 구한다. 이와 같이 하여 구한 PWM 신호 tu, tv, tw에 의해, 인버터(3)의 스위칭 소자를 개폐함으로써, 전동 모터(4)를 목표 토크 명령값 Tm *로 지시된 원하는 토크로 구동할 수 있다.
<시스템 구성 2>
도 4는, 본 발명에 따른 제어 장치가 적용되는 전동 차량으로서, 전술한 시스템 구성 1을 구비하는 전동 차량과는 상이한 전동 차량에 요하는 시스템 구성(시스템 구성 2)을 나타내는 블록도이다.
배터리(1fr)는, 프론트 구동 모터(4f) 및 리어 구동 모터(4r)로 구동 전력을 방전하고, 프론트 구동 모터(4f) 및 리어 구동 모터(4r)로부터의 회생 전력에 의해 충전된다.
전동 모터 컨트롤러(2fr)에는, 차속 V, 액셀러레이터 개방도 θ, 프론트 구동 모터(4f)의 회전자 위상 αf, 리어 구동 모터(4r)의 회전자 위상 αr, 프론트 구동 모터(4f)의 전류(삼상 교류의 경우에는, iu, iv, iw), 리어 구동 모터(4r)의 전류(삼상 교류의 경우에는, iu, iv, iw) 등의 차량 상태를 나타내는 각종 차량 변수의 신호가 디지털 신호로서 입력된다. 전동 모터 컨트롤러(2fr)는, 입력된 신호에 기초하여 프론트 구동 모터(4f) 및 리어 구동 모터(4r)를 제어하기 위한 PWM 신호를 각각 생성한다. 또한, 생성된 각각의 PWM 신호에 따라서 프론트 인버터(3f) 및 리어 인버터(3r)의 구동 신호를 생성한다.
프론트 인버터(3f), 및 리어 인버터(3r)(이하, 총괄해서 '프론트/리어 인버터(3f, 3r)'라고도 함)는, 상마다 구비된 2개의 스위칭 소자(예를 들어, IGBT나 MOS-FET 등의 파워 반도체 소자)를 온/오프함으로써, 배터리(1fr)로부터 공급되는 직류의 전류를 교류로 변환 혹은 역변환하고, 프론트 구동 모터(4f) 및 리어 구동 모터(4r)에 원하는 전류를 흘린다.
프론트 구동 모터(4f)(삼상 교류 모터), 및 리어 구동 모터(4r)(삼상 교류 모터)(이하, 묶어서, 프론트/리어 구동 모터(4f, 4r)라고도 함)는, 프론트/리어 인버터(3f, 3r)로부터 공급되는 교류 전류에 의해 구동력을 발생하고, 프론트 감속기(5f), 리어 감속기(5r) 및 프론트 드라이브 샤프트(8f), 리어 드라이브 샤프트(8r)를 통해 프론트 구동륜(9f) 및 리어 구동륜(9r)(이하, 묶어서, 프론트/리어 구동륜(9f, 9r)이라고도 함)에 구동력을 전달한다. 또한, 프론트/리어 구동 모터(4f, 4r)는, 차량의 주행 시에 프론트/리어 구동륜(9f, 9r)에 연동되어 회전할 때, 회생 구동력을 발생시킴으로써, 차량의 운동 에너지를 전기 에너지로서 회수한다. 이 경우, 프론트/리어 인버터(3f, 3r)는, 회생 운전 시에 발생하는 교류 전류를 직류 전류로 변환하여, 배터리(1fr)에 공급한다.
또한, 본 명세서에 있어서 기재하는 프론트 구동륜(9f)은, 차량 전방의 좌우 구동륜을 나타내고, 리어 구동륜(9r)은, 차량 후방의 좌우 구동륜을 나타내는 것으로 한다.
프론트 회전 센서(6f), 및 리어 회전 센서(6r)는, 예를 들어 리졸버나 인코더이며, 프론트/리어 구동 모터(4f, 4r)의 회전자 위상 αf, αr을 각각 검출한다.
도 5는, 전동 모터 컨트롤러(2fr)에 의해 행해지는 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 스텝 S501 내지 스텝 S505에 따른 처리는, 차량 시스템이 기동하고 있는 동안, 일정한 간격으로 상시 실행되도록 프로그램되어 있다.
스텝 S501에서는, 상술한 시스템 구성 1과 마찬가지로, 이하에서 설명하는 제진 제어 연산에 필요한 프론트/리어의 각 구성 각각의 신호를, 센서 입력, 또는 다른 컨트롤러로부터 통신에 의해 취득한다.
스텝 S502에서는, 전동 모터 컨트롤러(2fr)가, 차량 정보에 기초하여 운전자가 요구하는 기본 목표 토크로서의 토크 명령값 Tm *를 설정한다. 구체적으로는, 우선, 전동 모터 컨트롤러(2fr)는, 스텝 S501에서 입력된 액셀러레이터 개방도 θ 및 차속 V에 기초하여, 도 3에 도시한 액셀러레이터 개방도-토크 테이블을 참조함으로써, 토크 명령값 Tm *를 설정한다. 다음으로, 전동 모터 컨트롤러(2fr)는, 전후 구동력 배분 처리를 실행하여, 프론트 목표 토크 명령값 Tm1 *, 및 리어 목표 토크 명령값 Tmr1 *를 산출한다.
도 6은, 전후 구동력 배분 처리를 설명하기 위한 도면이다. 도면 중의 Kf는, 운전자 요구 토크로서의 토크 명령값 Tm *에 따라서 출력하는 구동력을, 프론트 구동 모터(4f)와 리어 구동 모터(4r)로 분배하기 위한 값이며, 0∼1 사이의 값으로 설정된다. 전동 모터 컨트롤러(2fr)는, 토크 명령값 Tm *에, 0∼1 사이의 값으로 설정되는 Kf를 곱함으로써, 프론트 구동 시스템에 대한 프론트 목표 토크 명령값 Tm1 *를 산출한다. 동시에, 전동 모터 컨트롤러(2fr)는, 토크 명령값 Tm *에, 1-Kf를 곱함으로써, 리어 구동 시스템의 리어 목표 토크 명령값 Tmr1 *을 산출한다.
스텝 S503에서는, 전동 모터 컨트롤러(2fr)가 제진 제어 연산 처리를 행한다. 본 스텝에 있어서, 시스템 구성 2의 프론트 구동 시스템은, 스텝 S502에서 산출한 프론트 목표 토크 명령값 Tm1 *를 입력으로 하여, 구동력 전달계 진동(프론트 드라이브 샤프트(8f)의 비틀림 진동 등)을 억제하는 프론트 최종 토크 명령값 Tmf *를 산출한다.
마찬가지로, 리어 구동 시스템은, 스텝 S502에서 산출한 리어 목표 토크 명령값 Tmr1을 입력으로 하여, 구동력 전달계 진동(리어 드라이브 샤프트(8r)의 비틀림 진동 등)을 억제하는 리어 최종 토크 명령값 Tmrf *를 산출한다. 본 발명의 특징인 제진 제어 연산 처리의 상세에 대해서는 후술한다.
스텝 S504에서는, 시스템 구성 1과 마찬가지로, 전동 모터 컨트롤러(2fr)가 전류 명령값 산출 처리를 행한다. 구체적으로는, 전동 모터 컨트롤러(2fr)는, 스텝 S503에서 산출된 프론트/리어 최종 토크 명령값 Tmf *, Tmrf * 외에도, 프론트/리어 모터 회전 각속도 ωmf, ωmr이나 직류 전압값 Vdc에 기초하여, 프론트/리어 구동 모터(4f, 4r) 각각의 d축 전류 목표값 id*, q축 전류 목표값 iq*를 구한다.
스텝 S505에서는, 시스템 구성 1과 마찬가지로, 전동 모터 컨트롤러(2fr)가 전류 제어를 행한다. 보다 구체적으로는, 전동 모터 컨트롤러(2fr)는, 시스템 구성 1에서 설명한 것과 마찬가지로 구한 프론트/리어 구동 시스템에 대한 각각의 PWM 신호에 따라서, 프론트/리어 인버터(3f, 3r)의 스위칭 소자를 개폐함으로써, 프론트/리어 구동 모터(4f, 4r)를 프론트/리어 최종 토크 명령값 Tmf *, Tmrf *로 지시된 원하는 토크로 구동할 수 있다.
이상이, 본 발명의 전동 차량의 제어 장치가 적용되는 전동 차량의 시스템 구성, 및 각 시스템이 구비하는 컨트롤러(전동 모터 컨트롤러(2), 전동 모터 컨트롤러(2fr))가 실행하는 처리의 개요이다. 이하에서는, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 본 발명의 특징인 제진 제어 연산 처리의 상세를 중심으로 설명한다.
-제1 실시 형태-
본 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치는, 상술한 시스템 구성 2에 적용되는 것을 전제로 한다. 이하에, 제1 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치가 상술한 스텝 S503에서 실행하는 제진 제어 연산 처리의 상세를 설명한다. 또한, 제진 제어 연산 처리는, 차량의 구동력 전달계에 있어서, 주로 드라이브 샤프트의 비틀림에 기인한 진동을 제거(억제)하는 것을 목적으로 하여 실행된다.
우선 처음에, 프론트/리어 구동륜에 각각 구동 모터를 갖는 차량(시스템 구성 2, 도 4 참조)의 프론트 토크 명령값으로부터 프론트 모터 회전 각속도의 운동 방정식에 대하여, 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7은, 시스템 구성 2에 따른 차량(이하, '4WD 차량'이라고도 칭함)의 구동력 전달계를 모델화한 도면이며, 상기 도면에 있어서의 각 파라미터는 이하와 같다. 또한, 보조 기호의 f는 프론트를, r은 리어를 나타내고 있다.
Jmf, Jmr: 모터 이너셔
Jwf, Jwr: 구동륜 이너셔(1축분)
Kdf, Kdr: 구동계의 비틀림 강성
Ktf, Ktr: 타이어와 노면의 마찰에 관한 계수
Nf, Nr: 오버올 기어비
rf, rr: 타이어 하중 반경
ωmf, ωmr: 모터 회전 각속도
θmf, θmr: 모터 회전 각도
ωwf, ωwr: 구동륜 회전 각속도
θwf, θwr: 구동륜 회전 각도
Tmf, Tmr: 모터 토크
Tdf, Tdr: 구동축 토크
Ff, Fr: 구동력(2축분)
θdf, θdr: 구동축 비틀림 각도
V: 차체 속도
M: 차체 중량
도 7로부터, 4WD 차량의 운동 방정식은, 다음 식 (1) 내지 (11)로 표시된다.
Figure 112019125171720-pct00001
Figure 112019125171720-pct00002
Figure 112019125171720-pct00003
Figure 112019125171720-pct00004
Figure 112019125171720-pct00005
Figure 112019125171720-pct00006
Figure 112019125171720-pct00007
Figure 112019125171720-pct00008
Figure 112019125171720-pct00009
Figure 112019125171720-pct00010
Figure 112019125171720-pct00011
상기 식 (1) 내지 (11)을 라플라스 변환하여, 프론트 모터 토크 Tmf로부터 프론트 모터 회전 각속도 ωmf까지의 전달 특성을 구하면, 다음 식 (12)로 나타낼 수 있다.
Figure 112019125171720-pct00012
단, 식 (12) 중의 각 파라미터는, 각각 이하의 (13) 내지 (17)로 표시된다.
Figure 112019125171720-pct00013
Figure 112019125171720-pct00014
Figure 112019125171720-pct00015
Figure 112019125171720-pct00016
Figure 112019125171720-pct00017
식 (12)에 나타낸 전달 함수의 극과 0점을 조사하면, 다음 식 (18)로 된다.
Figure 112019125171720-pct00018
식 (18)의 α와 α', β와 β', ζpr과 ζpr', ωpr과 ωpr'가 매우 가까운 값을 나타내기 때문에, 극영점 상쇄(α=α', β=β', ζpr=ζpr', ωpr=ωpr'와 근사함)함으로써, 다음 식 (19)에 나타내는 바와 같은 (2차)/(3차)의 전달 특성 Gp(s)를 구성할 수 있다.
Figure 112019125171720-pct00019
결과로서, 4WD 차량의 운동 방정식은, 프론트의 모터 토크로부터 프론트의 모터 회전 각속도까지의 전달 특성을 2차/3차식으로 표시한 차량 모델 Gp(s)에 근사할 수 있다(이하에서는 '4WD 차량 모델 Gp(s)'라고도 함).
여기서, 차량 모델 Gp(s)는, 프론트 드라이브 샤프트(8f)에 기인하는 비틀림 진동을 억제하는 규범 응답을 다음 식 (20)으로 하는 경우, 프론트 구동 시스템의 비틀림 진동을 억제하는 피드 포워드 보상기(프론트 F/F 보상기(801), 도 8 참조)는, 이하 식 (21)로 나타낼 수 있다.
Figure 112019125171720-pct00020
Figure 112019125171720-pct00021
마찬가지로, 리어 모터 토크 Tmr로부터 리어 모터 회전 각속도 ωmr까지의 전달 특성을 구하면, 다음 식 (22)로 된다.
Figure 112019125171720-pct00022
여기서, 차량 모델 Gpr(s)는, 리어 드라이브 샤프트(8r)에 기인하는 비틀림 진동을 억제하는 규범 응답을 다음 식 (23)으로 하는 경우, 리어 구동 시스템의 비틀림 진동을 억제하는 F/F 보상기(리어 F/F 보상기(805), 도 8 참조)는, 이하 식 (24)로 나타낼 수 있다.
Figure 112019125171720-pct00023
Figure 112019125171720-pct00024
계속해서, 4WD 차량의 리어 최종 토크 명령값 Tmr로부터 프론트 모터 회전 각속도 ωmf까지의 운동 방정식에 대하여, 도 7을 이용하여 구체적으로 설명한다.
상기 식 (1) 내지 (11)을 라플라스 변환하여, 리어 구동륜의 제구동 토크로서의 리어 모터 토크 명령값으로부터 프론트의 모터 회전 각속도까지의 전달 특성을 구하면, 다음 식 (25)로 나타낼 수 있다. 또한, 식 (25) 중의 각 파라미터는, 각각 상기 식 (13) 내지 (17)로 표시된다.
Figure 112019125171720-pct00025
식 (25)에 나타낸 전달 함수의 극을 조사하면, 다음 식 (26)으로 된다.
Figure 112019125171720-pct00026
단, 식 (26)의 극의 α와 β는, 원점과 지배적인 극으로부터 먼 위치에 있기 때문에, Gprf(s)로 표시되는 차량 모델에 대한 영향은 적다. 따라서, 식 (26)은, 다음 식 (27)로 나타내는 전달 함수에 근사할 수 있다.
Figure 112019125171720-pct00027
또한, 차량 모델 Gprf(s)에 리어의 제진 제어 알고리즘을 고려하면, 다음 식 (28)로 나타내는 전달 함수로 된다.
Figure 112019125171720-pct00028
다음으로, 프론트 구동 시스템의 모터 회전 각속도 추정값의 규범 응답으로부터 프론트 구동 시스템의 비틀림 진동을 억제하기 위해서, 식 (28)의 전달 함수를 다음 식 (29)의 전달 함수로 한다.
Figure 112019125171720-pct00029
마찬가지로, 프론트 최종 토크 명령값 Tmf로부터 리어 모터 회전 각속도 ωmr까지의 전달 특성은, 식 (30)으로 된다.
Figure 112019125171720-pct00030
단, 식 (30)의 극의 α와 β는, 원점과 지배적인 극으로부터 먼 위치에 있기 때문에, Gpfr(s)로 표시되는 차량 모델에 대한 영향은 적다. 따라서, 식 (30)은, 다음 식 (31)로 나타내는 전달 함수에 근사할 수 있다.
Figure 112019125171720-pct00031
또한, 차량 모델 Gpfr(s)에 프론트의 제진 제어의 알고리즘을 고려하면, 다음 식 (32)로 나타내는 전달 함수로 된다.
Figure 112019125171720-pct00032
다음으로, 리어 구동 시스템의 모터 회전 각속도 추정값의 규범 응답으로부터 리어 구동 시스템의 비틀림 진동을 억제하기 위해서, 식 (32)식의 전달 함수를 다음 식 (33)의 전달 함수로 한다.
Figure 112019125171720-pct00033
이상 설명한 차량 모델(전달 함수)을 사용하여 실행되는 제진 제어 연산 처리를, 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8은, 제1 실시 형태의 제진 제어 연산 처리를 실현하는 블록 구성도의 일례이다. 도 8에서 도시한 제어 블록에서는, 프론트 목표 토크 명령값 Tm1 *와, 프론트 모터 회전 각속도 ωmf와, 리어 목표 토크 명령값 Tmr1 *로부터, 프론트 최종 토크 명령값 Tmf*가 산출된다. 또한, 리어 목표 토크 명령값 Tmr1 *와, 리어 모터 회전 각속도 ωmr과, 프론트 목표 토크 명령값 Tm1 *로부터, 리어 최종 토크 명령값 Tmrf *가 산출된다. 이하, 도 8에서 도시한 각 제어 블록의 상세를 설명한다.
프론트 F/F 보상기(801)는, 상기 식 (21)로 표시되는 필터 Gr(s)/Gp(s)로 구성된다. 프론트 F/F 보상기(801)는, 프론트 목표 토크 명령값 Tm1 *를 입력으로 하고, 상기 식 (21)에 의한 F/F 보상 처리를 행함으로써, 제1 토크 명령값을 산출한다.
가산기(809)는 제1 토크 명령값과, 후술하는 제2 토크 명령값을 가산함으로써 프론트 최종 토크 명령값 Tmf *를 산출한다.
제어 블록(802)은, 상기 식 (12)로 표시되는 차량 모델 Gp(s)에 의해 구성된다. 제어 블록(802)은, 프론트 최종 토크 명령값 Tmf *를 입력으로 하고, 차량 모델 Gp(s)를 사용하여, 프론트 모터 회전 각속도 추정값을 산출한다.
제어 블록(803)은, 상기 식 (25)로 표시되는 차량 모델 Gprf(s)에 의해 구성된다. 제어 블록(803)은, 리어 구동륜의 제구동 토크로서의 리어 목표 토크 명령값 Tmr1 *를 입력으로 하고, 차량 모델 Gprf(s)를 사용하여, 모터 회전 각속도 보정량으로서의 보정 프론트 모터 회전 각속도 추정값을 산출한다. 또한, 차량 모델 Gprf(s)는, 전동 모터 컨트롤러(2fr)의 소프트웨어 연산 부하 저감을 위해서, 상기 식 (25)의 근사식인 식 (26) 내지 (28) 중 어느 식을 이용해도 된다.
가산기(810)는, 제어 블록(802)의 출력인 프론트 모터 회전 각속도 추정값에, 제어 블록(803)의 출력인 보정 프론트 모터 회전 각속도 추정값을 가산함으로써, 리어 구동륜의 제구동력을 고려하여 보정된, 보정 후의 프론트 모터 회전 각속도 추정값을 산출한다. 이에 의해, 프론트 모터 회전 각속도의 추정값과 검출값을 일치시킬 수 있다.
감산기(811)는, 보정 후의 프론트 모터 회전 각속도 추정값으로부터 프론트 모터 회전 각속도 ωmf(검출값)를 감산하여, 모터 회전 각속도의 추정값과 검출값의 편차를 산출하고, 산출한 값을 제어 블록(804)으로 출력한다.
제어 블록(804)은, 대역 통과 필터 Hf(s)와, 상기 식 (19)로 나타낸 차량 모델 Gp(s)의 역특성으로 구성된다. 제어 블록(804)은, 모터 회전 각속도의 추정값과 검출값의 편차를 입력으로 하고, Hf(s)/Gp(s)를 승산함으로써, 제2 토크 명령값을 산출한다. 대역 통과 필터 Hf(s)의 상세는 후술한다.
그리고, 가산기(809)에 있어서, 제1 토크 명령값과 제2 토크 명령값이 합해져서, 프론트 최종 토크 명령값 Tmf *가 산출된다.
다음으로 리어 최종 토크 명령값 Tmrf *의 산출에 대하여 설명한다. 리어 F/F 보상기(805)는, 상기 식 (24)로 표시되는 필터로 구성된다. 리어 F/F 보상기(805)는, 리어 목표 토크 명령값 Tmr1 *를 입력으로 하고, 상기 식 (24)에 의한 F/F 보상 처리를 행함으로써, 제3 토크 명령값을 산출한다.
가산기(812)는 제3 토크 명령값과, 후술하는 제4 토크 명령값을 가산함으로써 리어 최종 토크 명령값 Tmrf *를 산출한다.
제어 블록(806)은, 상기 식 (22)로 표시되는 차량 모델 Gpr(s)에 의해 구성된다. 제어 블록(806)은, 리어 최종 토크 명령값 Tmrf *를 입력으로 하고, 차량 모델 Gpr(s)를 사용하여, 리어 모터 회전 각속도 추정값을 산출한다.
제어 블록(807)은, 상기 식 (30)으로 표시되는 차량 모델 Gpfr(s)에 의해 구성된다. 제어 블록(807)은, 프론트 목표 토크 명령값 Tm1 *를 입력으로 하고, 차량 모델 Gpfr(s)를 사용하여, 보정 리어 모터 회전 각속도 추정값을 산출한다. 또한, 차량 모델 Gpfr(s)는, 전동 모터 컨트롤러(2fr)의 소프트웨어 연산 부하 저감을 위해서, 상기 식 (30)의 근사식인 식 (31) 내지 (33) 중 어느 식을 이용해도 된다.
가산기(813)는, 제어 블록(806)의 출력인 리어 모터 회전 각속도 추정값에, 제어 블록(807)의 출력인 보정 리어 모터 회전 각속도 추정값을 가산함으로써, 프론트 구동륜의 제구동력을 고려하여 보정된, 보정 후의 리어 모터 회전 각속도 추정값을 산출한다. 이에 의해, 리어 모터 회전 각속도의 추정값과 검출값을 일치시킬 수 있다.
감산기(814)는, 보정 후의 리어 모터 회전 각속도 추정값으로부터 리어 모터 회전 각속도 ωmr(검출값)을 감산하여, 리어 모터 회전 각속도의 추정값과 검출값의 편차를 산출하고, 산출한 값을 제어 블록(808)으로 출력한다.
제어 블록(808)은, 대역 통과 필터 Hr(s)와, 상기 식 (22)로 나타낸 차량 모델 Gpr(s)의 역특성으로 구성된다. 제어 블록(808)은, 리어 모터 회전 각속도의 추정값과 검출값의 편차를 입력으로 하고, Hr(s)/Gpr(s)를 승산함으로써, 제4 토크 명령값을 산출한다. 대역 통과 필터 Hr(s)의 상세는 후술한다.
그리고, 가산기(812)에 있어서, 제3 토크 명령값과 제4 토크 명령값이 합해져서, 리어 최종 토크 명령값 Tmrf *가 산출된다.
여기서, 프론트/리어의 대역 통과 필터 Hf(s), Hr(s)에 대하여 설명한다. 대역 통과 필터 Hf(s), Hr(s)는, 로우패스 측, 및 하이패스 측의 감쇠 특성이 대략 일치하고, 또한, 구동계의 비틀림 공진 주파수 fp가, 대수 축(log 스케일) 상에서, 통과 대역의 중앙부 근방이 되도록 설정된다.
예를 들어, 대역 통과 필터 Hf(s), Hr(s)를 1차의 고역 통과 필터와 1차의 저역 통과 필터로 구성하는 경우에는, 대역 통과 필터 Hf(s)는, 다음 식 (34)와 같이 구성되고, 대역 통과 필터 Hr(s)는, 다음 식 (35)와 같이 구성된다.
Figure 112019125171720-pct00034
단, τLf=1/(2πfHCf), fHCf=kf·fpf, τHf=1/(2πfLCf), fLCf=fpf/kf이다. 또한, 주파수 fpf는 프론트 구동 시스템의 구동계의 비틀림 공진 주파수로 하고, kf는 대역 통과를 구성하는 임의의 값으로 한다.
Figure 112019125171720-pct00035
단,τLr=1/(2πfHCr), fHCr=kr·fpr, τHr=1/(2πfLCr), fLCr=fpr/kr이다. 또한, 주파수 fpr은 리어 구동 시스템의 구동계 비틀림 공진 주파수로 하고, kr은 대역 통과를 구성하는 임의의 값으로 한다.
여기서, 제1 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의한 제진 제어 연산 결과에 대하여, 도 9를 참조하여 설명한다.
도 9는, 제1 실시 형태, 및 후술하는 제2, 제4 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의한 제진 결과와, 종래 기술에 의한 제어 결과를 비교하는 타임차트이다. 도면 중, 위에서부터 순차적으로, 프론트 최종 토크 명령값 Tmf *, 리어 최종 토크 명령값 Tmrf *, 프론트의 제진 F/B 토크인 제2 토크 명령값, 리어의 제진 F/B 토크인 제4 토크 명령값, 차량의 전후 가속도, 및 해당 전후 가속도의 확대도를 각각 나타내고 있다. 또한, 각 도면 중의 실선은, 제1, 제2, 제4 실시 형태에 의한 제어 결과를 나타내고, 파선은, 종래 기술에 의한 제어 결과를 나타낸다.
도 9에서 도시된 것은, 프론트뿐만 아니라, 리어 구동륜의 동력원에도 전동 모터를 갖는 4WD 전동 차량에 있어서, 정차 상태로부터 운전자가 액셀러레이터를 급준하게 답입함으로써 프론트 목표 토크 명령값과 리어 목표 토크 명령값이 단계적으로 증가한 경우에, 차량이 가속하는 장면에서의 해당 차량의 제어 상태이다.
우선, 시각 t1에 있어서, 운전자가 액셀러레이터 페달을 답입함으로써, 프론트 목표 토크 명령값과 리어 목표 토크 명령값이 단계적으로 변화한다.
그러면, 종래 기술(파선)에서는, 프론트/리어 중 한쪽 제구동력밖에 고려되어 있지 않기 때문에, 다른 쪽 구동륜에 의한 구동력이 가미되는 만큼, 피드백 제어계에서 산출되는 프론트/리어의 모터 회전 속도 추정값의 값보다도 실제의 검출값이 커지게 된다. 그러면, 상정보다도 크게 검출된 모터 회전 속도만큼의 토크를 보상하기 위해서, 시각 t1 내지 t3에 걸쳐서, 가속을 방해하는 부 토크측(모터 토크를 작게 하는 방향)으로 토크 명령값을 보정해버린다(제2, 제4 토크 명령값 참조). 그 때문에, 프론트 최종 토크 명령값 Tmf *와 리어 최종 토크 명령값 Tmrf *도 운전자가 요구하는 토크 명령값을 출력할 수 없게 된다. 결과로서, 시각 t3에 비하여, 시각 t2 부근의 차량의 전후 가속도(가속도)가 보다 제한되어 있음을 알 수 있다(특히 전후 가속도(확대도) 참조).
이와 같이, 종래 기술에서는, 제진 제어의 F/B 보상기로부터 여분의 진동 억제 보상이 출력됨으로써, 차량의 가속이 방해되어, 운전자에 의한 액셀러레이터 조작 혹은 브레이크 조작에 기초하는 운전자가 의도한 가감 속도를 얻을 수 없어, 운전자에게 위화감을 주게 된다.
이에 반하여, 제1 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치(실선)에 의하면, 시각 t1에서 프론트/리어의 목표 토크 명령값이 단계적으로 변화한 경우에도, 시각 t1 내지 t3에서의 제2 토크 명령값 및 제4 토크 명령값은 0이다. 이것은, 모터 회전 각속도의 추정값과 검출값이 일치한 상태라고 할 수 있다. 따라서, 제1 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의하면, 종래 기술(파선)과 같이, 피드백 제어계에 있어서 프론트 모터 회전 각속도의 추정값과 검출값의 차분에 기초하는 토크 성분을 보상하기 위해서 F/B 보상기로부터 여분의 진동 억제 보상(부 토크)이 출력되는 것을 억제할 수 있다. 그 때문에, 시각 t1 내지 t3에서는, 프론트 최종 토크 명령값 Tmf *, 리어 최종 토크 명령값 Tmrf *는 모두, 운전자가 의도한 대로의 토크 명령값을 출력할 수 있다.
이 결과, 프론트와 리어의 구동륜을 사용하는 가속 시에도, 운전자가 의도한 가속도를 얻을 수 있다. 이것은, 프론트 구동륜에 대한 리어의 모터 회전 각속도(혹은, 리어 구동륜에 대한 프론트의 모터 회전 각속도)의 전달 함수에 기초하여 구성된 필터를 사용하여 모터 회전 각속도 추정값을 보정한 효과이다.
또한, 4WD 전동 차량의 구동측의 제어 결과에 대하여 설명하였지만, 회생 시의 제어 결과도 마찬가지이다. 즉, 종래 기술에서는, 4WD 전동 차량이 감속할 때, 제2 토크 명령값과 제4 토크 명령값이 여분의 진동 억제 보상에 의해 정 토크측으로 보정됨으로써 감속이 방해되므로, 운전자가 의도한 감속도를 얻을 수 없다. 이에 반하여, 제1 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의하면, 상술한 구동측의 제어와 마찬가지로, 제진 제어의 F/B 보상기로부터의 여분의 진동 억제 보상(정 토크)이 출력되는 것을 억제할 수 있어, 운전자가 의도한 감속을 실현할 수 있다.
이상, 제1 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치는, 차량 정보에 기초하여 모터 토크 명령값을 설정하고, 프론트 구동륜 및 리어 구동륜 중 한쪽 구동륜을 제1 구동륜(본 실시 형태에 있어서는 프론트 구동륜으로 함)으로 하여 당해 제1 구동륜에 연결되는 제1 모터(모터(4f))의 토크를 제어하는 전동 차량의 제어 방법을 실현하는 장치이다. 당해 전동 차량의 제어 장치는, 모터 토크 명령값에 기초하는 피드 포워드 연산에 의해 제1 토크 명령값을 산출하여, 제1 모터의 회전 각속도를 검출하고, 제1 토크 명령값에 기초하여, 제1 구동륜에 대한 토크 입력으로부터 제1 모터의 회전 각속도까지의 전달 특성을 모의한 차량 모델 Gp(s)를 사용하여 제1 모터의 회전 각속도를 추정한다. 그리고, 차량 모델 Gp(s)의 역특성과, 차량의 비틀림 진동 주파수 근방의 주파수를 중심 주파수로 하는 대역 통과 필터 Hf(s)로 구성되는 필터 Hf(s)/Gp(s)를 사용하여, 제1 모터의 회전 각속도 검출값과 추정값의 편차로부터 제2 토크 명령값을 산출하고, 제1 토크 명령값과 제2 토크 명령값을 가산하여 얻어지는 프론트 최종 토크 명령값에 따라서 제1 모터의 토크를 제어하고, 제1 구동륜과는 다른 구동륜인 제2 구동륜의 제구동 토크가 입력될 때에는, 당해 제구동 토크에 기초하여 상기 제1 모터의 회전 각속도 추정값을 보정한다. 당해 보정은, 미리 모델화된 제2 구동륜에 대한 제1 모터의 회전 각속도 전달 함수를 이용하여 모터 회전 각속도 보정량을 산출하고, 당해 모터 회전 각속도 보정량에 기초하여 제1 모터의 회전 각속도 추정값을 보정한다.
이에 의해, 리어 구동륜으로부터 제구동 토크가 입력된 경우에도, 프론트 모터 회전 각속도의 추정값과 검출값을 일치시킬 수 있으므로, 피드백 제어계에 있어서 프론트 모터 회전 각속도의 추정값과 검출값의 괴리분에 기초하는 토크 성분을 보상하기 위해서 F/B 보상기로부터 여분의 진동 억제 보상이 출력되는 것을 억제할 수 있다.
-제2 실시 형태-
본 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치는, 상술한 시스템 구성 2에 적용되는 것을 전제로 한다. 이하, 제2 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치가 상술한 스텝 S503에서 실행하는 제진 제어 연산 처리에 대하여, 도 10을 참조하여 설명한다.
도 10은, 제2 실시 형태의 제진 제어 연산 처리를 실현하는 블록 구성도의 일례이다. 도 10에 도시한 제어 블록은, 프론트 F/F 보상기(901)와, 리어 F/F 보상기(902)와, 4WD 차량 모델(903)과, 제어 블록(904)과, 제어 블록(905)과, 가산기(908, 909)와, 감산기(906, 907)로 구성된다.
프론트 F/F 보상기(901)는, 프론트의 구동축 비틀림 진동을 억제하는 필터이며, 상기 식 (21)로 표시된 필터 Gr(s)/Gp(s)로 구성된다. 프론트 F/F 보상기(901)는, 프론트 목표 토크 명령값 Tm1 *를 입력으로 하고, 상기 식 (21)에 의한 F/F 보상 처리를 행함으로써, 제1 토크 명령값을 산출한다.
리어 F/F 보상기(902)는, 리어의 구동축 비틀림 진동을 억제하는 필터로서, 상기 식 (24)로 표시되는 필터 Grr(s)/Gpr(s)로 구성된다. 리어 F/F 보상기(902)는, 리어 목표 토크 명령값 Tmr1 *를 입력으로 하고, 상기 식 (24)에 의한 F/F 보상 처리를 행함으로써, 제3 토크 명령값을 산출한다.
4WD 차량 모델(903)은, 제1 토크 명령값과 제3 토크 명령값을 입력으로 하고, 도 11에서 나타낸 차량 모델을 사용하여, 프론트 모터 회전 각속도 추정값
Figure 112019125171720-pct00036
와, 리어 모터 회전 각속도 추정값
Figure 112019125171720-pct00037
을 산출한다. 여기에서 사용되는 차량 모델은, 도 11에서 도시한 바와 같이, 프론트 구동륜과 리어 구동륜을 갖는 4륜구동차(4WD 차량)의 구동력 전달계, 즉, 프론트 구동륜 및 리어 구동륜에 대한 토크 입력으로부터 프론트 구동 모터 및 리어 구동 모터의 모터 회전 각속도까지의 전달 특성을 모의한 차량 모델이다. 도 11에서 도시한 4WD 차량 모델(903)은, 4WD 차량의 운동 방정식 (1) 내지 (11)과 등가로 구성된 블록 구성도이다.
여기서, 도시한 4WD 차량 모델(903)에 있어서, 제1 토크 명령값에 기초하여 프론트 모터 회전 각속도 추정값
Figure 112019125171720-pct00038
를 산출하는 시스템에, 제3 토크 명령값에 기초하여 산출된 리어 구동륜의 구동력 Fr이 가산되어 있다. 이에 의해, 4WD 차량 모델에 있어서, 제1 토크 명령값에 기초하여 산출되는 프론트 모터 회전 각속도 추정값을, 리어 구동륜의 제구동 토크를 나타내는 제3 토크 명령값에 기초하여 보정할 수 있다.
도 10에서 도시한 감산기(906)는, 프론트 모터 회전 각속도 추정값
Figure 112019125171720-pct00039
로부터 모터 회전 각속도 ωmf(검출값)를 감산하여, 모터 회전 각속도의 추정값과 검출값의 편차를 산출하고, 산출한 값을 제어 블록(904)으로 출력한다.
제어 블록(904)은, 상기 식 (34)로 나타내는 대역 통과 필터 Hf(s)와, 상기 식 (19)로 나타내는 차량 모델 Gp(s)의 역특성으로 구성된다. 제어 블록(904)은, 모터 회전 각속도의 추정값과 검출값의 편차를 입력으로 하고, Hf(s)/Gp(s)를 승산함으로써, 제2 토크 명령값을 산출한다.
가산기(908)는, 제1 토크 명령값과 제2 토크 명령값을 합해서, 프론트 최종 토크 명령값 Tmf *를 산출한다.
한편, 감산기(907)는, 리어 모터 회전 각속도 추정값
Figure 112019125364588-pct00040
로부터 리어 모터 회전 각속도 ωmr(검출값)을 감산하여, 모터 회전 각속도의 추정값과 검출값의 편차를 산출하고, 산출된 값을 제어 블록(905)으로 출력한다.
제어 블록(905)은, 상기 식 (35)로 나타낸 대역 통과 필터 Hr(s)와, 상기 식 (22)로 나타낸 차량 모델 Gpr(s)의 역특성으로 구성된다. 제어 블록(905)은, 모터 회전 각속도의 추정값과 검출값의 편차를 입력으로 하고, Hr(s)/Gpr(s)를 승산함으로써, 제4 토크 명령값을 산출한다.
가산기(909)는, 제3 토크 명령값과 제4 토크 명령값을 합해서, 리어 최종 토크 명령값 Tmrf *를 산출한다.
여기서, 프론트 구동 시스템의 구동축 비틀림 공진 주파수 fpf와, 리어 구동 시스템의 구동축 비틀림 공진 주파수 fpr이 상이한 경우(fpf≠fpr)에는, 프론트 구동륜과 리어 구동륜의 구동력 응답을 균일하게 하기 위해서, 프론트 F/F 보상기(901)가 행하는 F/F 보상 처리와, 리어 F/F 보상기(902)가 행하는 F/F 보상 처리의 규범 응답을 일치시켜도 된다. 즉, 도 12에서 도시한 바와 같이, 프론트 F/F 보상기(901)의 구성에, 제어 블록(1101)을 고려함으로써, 프론트 F/F 보상기(901)가 행하는 F/F 보상 처리와, 리어 F/F 보상기(902)가 행하는 F/F 보상 처리의 규범 응답을 일치시킬 수 있다.
이에 의해, 운전자가 액셀러레이터를 ON/OFF 조작했을 때의 프론트/리어의 토크 상승과 하강을 각각 통일시킬 수 있어, 프론트/리어 구동륜의 구동력 응답 스피드의 차이에 의해 2단 가속감이 발생되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제진 제어의 아우터 루프의 제어계를 설계할 때, 복수 구동륜의 규범 응답을 균일하게 함으로써, 제어계의 설계를 용이하게 할 수 있다.
제어 블록(1101)은, 다음 식 (36)으로 표시되는 필터 Grr(s)/Gr(s)로 구성된다.
Figure 112019125171720-pct00041
또한, fpf≠fpr의 경우에는, 프론트 구동륜과 리어 구동륜의 구동력 응답을 균일하게 하기 위해서, 프론트 F/F 보상기(901)와 리어 F/F 보상기(902)를, 도 13에서 도시한 구성으로 해도 된다. 즉, 프론트 F/F 보상기(901)와 리어 F/F 보상기(902)가, 각각, 프론트의 구동축 비틀림 진동을 억제하는 필터 Gr(s)/Gp(s)와, 리어의 구동축 비틀림 진동을 억제하는 필터 Grr(s)/Gpr(s)의 양쪽 필터에 의해 구성되어도 된다. 이와 같은 구성에 의해서도, 프론트 F/F 보상기(901)가 행하는 F/F 보상 처리와, 리어 F/F 보상기(902)가 행하는 F/F 보상 처리의 규범 응답을 일치시킬 수 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 복수 구동륜의 비틀림 진동 주파수가 모두 감쇠되므로, 프론트/리어의 F/F 보상기(901, 902)만으로, 모든 구동축 비틀림 진동을 억제할 수 있다.
또한, 프론트 구동 시스템의 구동축 비틀림 공진 주파수 fpf가, 리어 구동 시스템의 구동축 비틀림 공진 주파수 fpr보다 작은 경우(fpf<fpr)에는, 프론트/리어의 구동륜 규범 응답을 저주파측의 특성에 맞추기 위해서, 고주파측의 리어 F/F 보상기(902)의 F/F 보상 처리를, 프론트 F/F 보상기(901)의 F/F 보상 처리측에 고려해도 된다. 즉, 도 14에서 도시한 바와 같이, 리어 F/F 보상기(902)의 구성에, 제어 블록(1201)을 고려함으로써, 프론트/리어 구동륜의 구동력 응답을, 보다 저주파측의 특성에 맞출 수 있다. 제어 블록(1201)은, 상기 식 (23)으로 나타낸 차량 모델 Grr(s)의 역특성과, 상기 식 (20)으로 나타낸 차량 모델 Gr(s)로 표시되는 필터 Gr(s)/Grr(s)에 의해 구성된다.
여기서, 복수 구동륜의 규범 응답을 고주파측에 합하면, 저주파측의 구동축 비틀림 진동 주파수 특성을 갖는 구동륜에 대해서 진상 보상이 필요해지므로, 당해 구동륜에 대해서, 운전자가 요구하는 토크 이상의 토크를 지시하는 토크 명령값을 설정하게 된다. 그러나, 완전 개방 가속 시 등은 토크의 상하한 제한 등이 있기 때문에, 진상 보상을 행하면 규범 응답대로의 토크를 출력할 수 없는 경우가 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 복수 구동륜의 규범 응답을 저주파측에 맞추고 있다.
이상과 같이 산출된 리어 최종 토크 명령값 Tmrf *와 프론트 최종 토크 명령값 Tmf *에 의해서도, 상술한 도 9에서 도시한 제어 결과가 나타내는 바와 같이(도면 중의 제2 실시 형태 참조), 제진 제어의 F/B 보상기로부터의 여분의 진동 억제 보상이 출력되는 것을 억제할 수 있어, 프론트와 리어의 구동륜을 사용하는 가속 시에도, 운전자가 의도한 가속도를 얻을 수 있다.
이상, 제2 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치는, 전동 차량이 제2 구동륜(리어 구동륜)의 동력원으로서 제2 모터(리어 구동 모터)를 구비하는 경우에는, 차량 모델 Gp(s)는, 제1 구동륜 및 제2 구동륜에 대한 토크 입력으로부터 제1 모터 및 제2 모터의 모터 회전 각속도로의 전달 특성을 모의한 4WD 차량 모델로서, 모터 토크 명령값에 기초하는 피드 포워드 연산에 의해 제3 토크 명령값을 산출하여, 제2 모터의 회전 각속도를 검출하고, 제2 구동륜에 대한 토크 입력으로부터 제2 모터의 모터 회전 각속도까지의 전달 특성을 모의한 차량 모델 Gpr(s)의 역특성과, 차량의 비틀림 진동 주파수 근방의 주파수를 중심 주파수로 하는 대역 통과 필터 Hr(s)로 구성되는 필터 Hr(s)/Gpr(s)를 사용하여, 제2 모터의 회전 각속도 검출값과 추정값의 편차로부터 제4 토크 명령값을 산출하고, 제3 토크 명령값과 제4 토크 명령값을 가산하여 얻어지는 제2 최종 토크 명령값에 따라서 제2 모터의 토크를 제어한다. 그리고, 제1 토크 명령값과 제3 토크 명령값을 입력으로 하고, 4WD 차량 모델을 사용하여, 제1 모터의 회전 각속도 추정값과 제2 모터의 회전 각속도 추정값을 산출함과 함께, 제3 토크 명령값에 기초하여 제1 모터의 회전 각속도 추정값을 보정한다.
이에 의해, 리어 구동륜으로부터 제구동 토크가 입력된 경우에도, 복수 구동륜을 대상으로 하여 설계된 4WD 차량 모델을 사용하여 프론트 모터 회전 각속도의 추정값과 검출값을 일치시킬 수 있다. 따라서, 피드백 제어계에 있어서 프론트 모터 회전 각속도의 추정값과 검출값의 괴리분에 기초하는 토크 성분을 보상하기 위해서 F/B 보상기로부터 여분의 진동 억제 보상이 출력되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제2 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의하면, 제1 구동륜(프론트 구동륜)의 구동축 비틀림 진동 주파수와, 제2 구동륜(리어 구동륜)의 구동축 비틀림 진동 주파수가 상이한 경우에는, 제1 토크 명령값을 산출하는 피드 포워드 연산에 있어서 사용하는 규범 응답과, 제3 토크 명령값을 산출하는 피드 포워드 연산에 있어서 사용하는 규범 응답을 일치시킨다. 이에 의해, 운전자가 액셀러레이터를 ON/OFF 조작했을 때의 프론트/리어의 토크 상승과 하강을 각각 통일시킬 수 있어, 프론트/리어 구동륜의 구동력 응답 스피드의 차이에 의해 2단 가속감이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제2 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의하면, 제1 구동륜(프론트 구동륜)의 구동축 비틀림 진동 주파수를 감쇠시키는 전달 특성을 갖는 필터를 사용한 피드 포워드 연산에 의해 제1 토크 명령값을 산출하고, 제2 구동륜(리어 구동륜)의 구동축 비틀림 진동 주파수를 감쇠시키는 전달 특성을 갖는 필터를 사용한 피드 포워드 연산에 의해 제3 토크 명령값을 산출해도 된다. 이에 의해, 복수 구동륜의 비틀림 진동 주파수가 모두 감쇠되므로, 프론트/리어의 F/F 보상기만으로, 모든 구동축 비틀림 진동을 억제할 수 있다.
또한, 제2 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의하면, 제1 구동륜(프론트 구동륜)의 구동축 비틀림 진동 주파수보다 제2 구동륜(리어 구동륜)의 구동축 비틀림 진동 주파수가 작은 경우에는, 제1 토크 명령값을 산출하는 피드 포워드 연산에 있어서 사용하는 규범 응답을, 제3 토크 명령값을 산출하는 피드 포워드 연산에 있어서 사용하는 규범 응답에 일치시킨다. 또한, 제2 구동륜의 구동축 비틀림 진동 주파수보다 제1 구동륜의 구동축 비틀림 진동 주파수가 작은 경우에는, 제3 토크 명령값을 산출하는 피드 포워드 연산에 있어서 사용하는 규범 응답을, 제1 토크 명령값을 산출하는 피드 포워드 연산에 있어서 사용하는 규범 응답에 일치시킨다. 이에 의해, 진상 보상을 필요로 하지 않고, 운전자가 액셀러레이터를 ON/OFF 조작했을 때의 프론트/리어의 토크 상승과 하강을 각각 통일시킬 수 있어, 프론트/리어 구동륜의 구동력 응답 스피드의 차이에 의해 2단 가속감이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
-제3 실시 형태-
본 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치는, 상술한 시스템 구성 1에 적용되는 것을 전제로 한다. 이하, 제3 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치가 상술한 스텝 S203에서 실행하는 제진 제어 연산 처리에 대하여, 도면 등을 참조하여 설명한다.
처음에, 본 실시 형태에 있어서의 제진 제어 연산 처리에서 사용되는 차량 모델에 대하여 설명한다.
도 15는, 시스템 구성 1의 차량의 구동력 전달계를 모델화한 도면이며, 상기 도면에 있어서의 각 파라미터는 이하에 나타내는 바와 같다.
Jm: 모터 이너셔
Jw: 구동륜 이너셔(1축분)
M: 차체 중량
Kd: 구동계의 비틀림 강성
Kt: 타이어와 노면의 마찰에 관한 계수
N: 오버올 기어비
r: 타이어 하중 반경
ωm: 모터 회전 각속도
θm: 모터 회전 각도
ωw: 구동륜 회전 각속도
θw: 구동륜 회전 각도
Tm: 모터 토크
Td: 구동축 토크
F: 구동력(2축분)
V: 차체 속도
θd: 구동축 비틀림 각도
도 15로부터, 2륜 구동의 차량(2WD 차량)의 운동 방정식은, 다음 식 (37) 내지 (42)로 표시된다.
Figure 112019125171720-pct00042
Figure 112019125171720-pct00043
Figure 112019125171720-pct00044
Figure 112019125171720-pct00045
Figure 112019125171720-pct00046
Figure 112019125171720-pct00047
상기 식 (37) 내지 (42)를 라플라스 변환하여, 모터 토크 Tm으로부터 모터 회전 속도 ωm까지의 전달 특성을 구하면, 다음 식 (43), (44)로 나타낼 수 있다.
Figure 112019125171720-pct00048
Figure 112019125171720-pct00049
단, 식 (44) 중의 a3, a2, a1, a0, b3, b2, b1, b0은, 각각 다음 식 (45)로 표시된다.
Figure 112019125171720-pct00050
또한, 모터 토크 Tm으로부터 구동축 토크 Td까지의 전달 특성은, 다음 식 (46)으로 표시된다.
Figure 112019125171720-pct00051
단, 식 (46) 중의 c1, c0은, 다음 식 (47)로 표시된다.
Figure 112019125171720-pct00052
식 (38), (40), (41), (42)로부터, 모터 회전 속도 ωm으로부터 구동륜 회전 각속도 ωw까지의 전달 특성을 구하면, 다음 식 (48)로 표시된다.
Figure 112019125171720-pct00053
식 (43), (44), (48)로부터, 모터 토크 Tm으로부터 구동륜 회전 각속도 ωw까지의 전달 특성은, 다음 식 (49)로 표시된다.
Figure 112019125171720-pct00054
식 (46), (49)로부터, 구동축 토크 Td로부터 구동륜 회전 각속도 ωw까지의 전달 특성은, 다음 식 (50)으로 표시된다.
Figure 112019125171720-pct00055
여기서, 식 (50)을 변형하면, 다음 식 (51)로 표시된다.
Figure 112019125171720-pct00056
따라서, 식 (50), (51)로부터, 구동축 비틀림 각속도 ωd는, 다음 식 (52)로 표시된다.
Figure 112019125171720-pct00057
단, 식 (52) 중의 Hw(s)는, 다음 식 (53)으로 표시된다.
Figure 112019125171720-pct00058
식 (53) 중의 v1, v0, w1, w0은, 다음 식 (54)와 같다.
Figure 112019125171720-pct00059
또한, 식 (54)는, 다음 식 (55)와 같이 변형될 수 있다.
Figure 112019125171720-pct00060
여기서, 식 (55) 중의 ζp는 구동축 토크 전달계의 감쇠 계수, ωp는 구동축 토크 전달계의 고유 진동 주파수이다.
또한, 식 (55)의 극과 0점을 조사하면, α≒c0/c1이 되기 때문에, 극영점 상쇄하면, 다음 식 (56)으로 된다.
Figure 112019125171720-pct00061
단, 식 (56) 중의 gt는, 다음 식 (57)로 표시된다.
Figure 112019125171720-pct00062
여기서, 최종 토크 명령값 Tmf *는, 다음 식 (58)로 나타낼 수 있다.
Figure 112019125171720-pct00063
그러면, 최종 토크 명령값 Tmf *는, 다음 식 (59)와 같이 치환할 수 있다.
Figure 112019125171720-pct00064
그리고, 모터 토크 Tm=최종 토크 명령값 Tmf *(Tm=Tmf *)로 하여, 식 (59)를 식 (56)에 대입하면, 다음 식 (60)과 같이 정리할 수 있다.
Figure 112019125171720-pct00065
모터 토크로부터 구동축 토크까지의 규범 응답은, 다음 식 (61)로 표시된다.
Figure 112019125171720-pct00066
규범 응답을 식 (61)로 하면, 최종 토크 명령값 Tmf *로부터 구동축 토크 Td까지의 전달 특성(식 (60))과, 규범 응답이 일치하는 조건은, 다음 식 (62)로 된다.
Figure 112019125171720-pct00067
다음으로, 상기 식 (37) 내지 (53)을 적용하여, 모터로부터 구동축까지의 기어의 백래쉬 특성을 모의한 불감대를 모델화(불감대 모델)한다. 그러면, 불감대 모델을 고려한 구동축 토크 Td를, 다음 식 (63)으로 나타낼 수 있다.
Figure 112019125171720-pct00068
여기서, θdead는, 모터로부터 구동축까지의 오버올의 기어 백래쉬 양이다.
도 16은, 스텝 S203에서 실행되는 제진 제어 연산 처리를 설명하기 위한 제어 블록도이다. 본 실시 형태의 제진 제어 연산 처리는, F/F 보상기(1501)와, F/B 보상기(1502)와, 가산기(1503)를 사용하여 실행된다.
F/F 보상기(1501)는, 목표 토크 명령값 Tm1 *를 입력으로 하고, 제1 토크 명령값 Tm1 *과, 제1 토크 명령값 Tm1 *에 대한 모터 회전 각속도 추정값
Figure 112019125364588-pct00069
을 산출한다.
F/B 보상기(1502)는, 모터 회전 각속도 추정값
Figure 112019125364588-pct00070
과, 모터 회전 속도 검출값 ωm의 검출값과, 제구동력 명령값 Tmr1 *를 입력으로 하고, 제2 토크 명령값 Tm2 *를 산출한다.
가산기(1503)는, 제1 토크 명령값 Tm1 *와 제2 토크 명령값 Tm2 *를 가산하여, 최종 토크 명령값 Tmf *를 출력한다.
도 17은, 도 16에서 도시한 F/F 보상기(1501)의 상세를 나타내는 제어 블록도이다. F/F 보상기(1501)는, 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(1601)와, 차량 모델(1602)로 구성된다. 또한, 여기에서 나타내는 F/F 보상기(1501)는, 국제 공개 번호 WO2013/157315에 개시하는 F/F 보상기와 동일하다.
차량 모델(1602)은, 식 (37) 내지 식 (48)을 적용하여, 차량 파라미터(도 15 참조)와, 모터(4)로부터 구동축(8)까지의 기어 백래쉬를 모의한 불감대 모델에 의해 구성된다. 또한, 차량 모델(1602) 중, 불감대 블록(1603)으로 나타내는 불감대 특성(불감대 모델)이 고려된 구동축 토크 Td는, 상기 식 (63)이 적용되어 산출된다.
여기서, 차량이 코스트나 감속으로부터 가속하는 씬에서는, 기어의 백래쉬 영향에 의해 구동 모터 토크가 구동축에 전달되지 않는 불감대 구간이 발생한다. 이에 반하여, 불감대 구간이 고려된 차량 모델(1602)을 사용하여 제1 토크 명령값을 산출함으로써, 구동 모터 토크는, 불감대 구간에서는 대략 0으로 되고, 기어가 맞물리는 타이밍에 증가하도록 제어된다. 그 때문에, 기어 백래쉬의 영향에 의해 기어가 이격된 경우에, 기어가 다시 맞물릴 때의 쇼크를 억제할 수 있다.
차량 모델(1602)에 제1 토크 명령값이 입력됨으로써, 구동축 비틀림 각속도 추정값
Figure 112019125171720-pct00071
와, 모터 회전 각속도 추정값
Figure 112019125171720-pct00072
이 산출된다.
그리고, 차량 모델(1602)로부터 출력된 모터 회전 각속도 추정값은, F/B 보상기(1502)에 입력되고(도 16 참조), 구동축 비틀림 각속도 추정값
Figure 112019125171720-pct00073
는, 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(1601)에 입력된다.
구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(1601)는, 피드백 게인(1604)(F/B 게인 k1)과, 감산기(1605)를 구비한다. 그리고, 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(1601)는, 목표 토크 명령값 Tm1 *와, 구동축 비틀림 각속도 추정값
Figure 112019125364588-pct00074
를 입력으로 하고, 제1 토크 명령값을 산출한다.
피드백 게인(1604)은, 구동축 비틀림 각속도 추정값
Figure 112019125171720-pct00075
를 입력으로 하고, 상기 식 (62)를 적용하여, 불감대 구간 이외의 영역에서의 규범 응답에 관한 감쇠 계수 ζr1에 기초하여 산출된 F/B 게인 k1을 곱함으로써 산출되는 값을 감산기(1605)로 출력한다.
그리고, 감산기(1605)에 있어서, 목표 토크 명령값으로부터, 피드백 게인(1604)의 출력값을 감산하여, 제1 토크 명령값을 산출한다. 제1 토크 명령값은, 차량 모델(1602)로 출력됨과 함께, 도 16에서 도시한 가산기(1503)로 출력된다.
도 18은, 도 16에서 도시한 F/B 보상기(1502)의 상세를 나타내는 제어 블록도이다. F/B 보상기(1502)는, 게인(1701)(게인 K)과, 제어 블록(1702)과, 가산기(1703, 1705)와, 제어 블록(1704)과, 감산기(1706)와, 제어 블록(1707)으로 구성된다.
게인 K는, 피드백 제어계의 안정 여유(게인 여유, 위상 여유)를 조정하기 위해서 배치되고, 1 이하의 값으로 설정된다.
제어 블록(1702)은, 상기 식 (44)를 적용한 전달 특성 Gp(s)에 의해 구성되는 필터이다. 제어 블록(1702)은, 필터 게인 K에 의한 게인 조정이 이루어지기 전의 제2 토크 명령값을 입력으로 하고, 전달 특성 Gp(s)를 사용하여, 모터 회전 각속도 추정값
Figure 112019125171720-pct00076
을 산출한다.
가산기(1703)는, F/F 보상기(1501)가 갖는 차량 모델(1602)에 의해 산출된 모터 회전 각속도 추정값
Figure 112019125171720-pct00077
과, 제어 블록(1702)의 출력인 모터 회전 각속도 추정값
Figure 112019125171720-pct00078
을 가산하여 얻은 값을 가산기(1705)로 출력한다.
제어 블록(1704)은, 상기 식 (26)을 적용한 전달 특성 Gprf(s)에 의해 구성되는 필터이다. 제어 블록(1704)은, 제구동력 명령값 Tmr1 *를 입력으로 하고, 전달 특성 Gprf(s)를 사용하여 산출한 모터 회전 각속도 추정값
Figure 112019125171720-pct00079
를 산출한다.
그리고, 가산기(1705)에 있어서, 모터 회전 각속도 추정값
Figure 112019125171720-pct00080
과 모터 회전 각속도 추정값
Figure 112019125171720-pct00081
을 가산하여 얻은 값과, 모터 회전 각속도 추정값
Figure 112019125171720-pct00082
가 합해진다. 이에 의해, 제1 토크 명령값에 기초하여 산출되는 프론트 모터 회전 각속도 추정값을, 리어 구동륜의 제구동 토크를 나타내는 제구동력 명령값에 기초하여 보정된 최종 모터 회전 각속도 추정값
Figure 112019125171720-pct00083
이 산출된다.
감산기(1706)는, 최종 모터 회전 각속도 추정값
Figure 112019125171720-pct00084
으로부터, 모터 회전 각속도 ωm을 감산함으로써 얻은 모터 회전 각속도의 추정값과 검출값의 편차를 제어 블록(1707)으로 출력한다.
제어 블록(1707)은, 제어 대상의 전달 특성 Gp(s)의 역특성과, 대역 통과 필터 Hf(s)로 구성되는 Hf(s)/Gp(s)인 필터이다. 대역 통과 필터 Hf(s)는, 제1 실시 형태와 마찬가지로 상기 식 (34)가 적용되어 구성된다. 제어 블록(1707)은, 감산기(1706)의 출력인 모터 회전 각속도의 추정값과 검출값의 편차를 입력으로 하고, 필터 Hf(s)/Gp(s)를 사용하여, 제2 토크 명령값을 산출한다.
또한, 제어 블록(1704)에서 사용하는 제어 대상의 전달 특성 Gprf(s)는, 프론트 구동륜과 리어 구동륜의 비틀림 진동 주파수가 차단 주파수가 되도록 고려한 다음 식 (64)를 적용하여 구성되는 필터에 근사해도 된다. 이러한 필터에 근사함으로써, 연산 부하를 저감시킬 수 있다. 또한, 다음 식 (64)는, 프론트 구동륜과 리어 구동륜의 양쪽 비틀림 진동 주파수를 고려하고 있지만, 적어도 한쪽 구동륜의 비틀림 진동 주파수만을 고려한 필터에 근사해도 된다.
Figure 112019125171720-pct00085
또한, 제어 블록(1704)에서 사용하는 제어 대상의 전달 특성 Gprf(s)는, 정상상태에 있어서의 요소의 특성(정특성)만을 고려한, 다음 식 (65)를 적용하여 구성되는 필터에 근사해도 된다. 이에 의해, 차량 모델을 사용하지 않고, 게인 조정에 의해 모터 회전 각속도 추정값
Figure 112019125364588-pct00086
를 산출할 수 있어, 전동 모터 컨트롤러(2)의 소프트웨어 연산 부하를 저감시킬 수 있다.
Figure 112019125171720-pct00087
또한, 제어 블록(1704)은, 비틀림 진동 주파수에 기인하는 감쇠 계수가 1 미만이 되는 특성을 갖는 경우에는, 감쇠 계수 ζ(ζpr, ζpf)를 1에 근사시킨 상기 식 (29)로 나타낸 전달 특성 Grrf(s)를, 전달 특성 Gprf(s) 대신에 사용해도 된다. 즉, 비틀림 진동 주파수에 기인하는 감쇠 계수가 1 미만이 되는 특성을 갖는 경우에는, 감쇠 계수 ζ(ζpr, ζpf)를 1 이상의 값으로 설정해도 된다. 리어 구동륜으로부터 프론트 구동 모터의 모터 회전 각속도의 전달 함수에 있어서, 분모의 비틀림 진동 주파수에 기인하는 감쇠 계수가 1 미만의 특성을 갖는 경우, 제구동력의 변화에 따라서 모터 회전 각속도 보정량(모터 회전 각속도 추정값
Figure 112019125171720-pct00088
)이 진동적으로 되는 특성이 있다. 이 경우, 해당 감쇠 계수를 1 이상의 값으로 설정함으로써, 모터 회전 각속도 보정량의 진동적인 특성을 억제할 수 있다.
추가로, 제어 블록(1702) 및 제어 블록(1707)에서 사용되는 전달 특성 Gp(s)는, 제3 실시 형태에 있어서는, 상기 식 (44)로 표시되는 2WD 차량 모델에 기초하여 구성된다는 취지를 설명하였다. 그러나, 제1 실시 형태에서 사용한 것과 마찬가지로, 프론트/리어의 구동력 특성을 고려한 4WD 차량 모델에 기초하는 상기 식 (12)가 적용되어 구성되어도 된다. 프론트 구동륜뿐만 아니라, 리어 구동륜도 고려한 4WD 차량 모델을 사용함으로써 보다 정확하게 모터 회전 각속도를 추정할 수 있다.
여기서, 제3 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의한 제진 제어 결과에 대하여, 도 19를 참조하여 설명한다.
도 19는, 제3 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의한 제진 결과와, 종래 기술에 의한 제어 결과를 비교하는 타임차트이다. 도면 중, 위에서부터 순차적으로, 최종 토크 명령값 Tmf *, 제구동력 명령값 Tmr1, 제2 토크 명령값, 차량의 전후 가속도를 각각 나타내고 있다. 또한, 각 도면 중의 실선은, 제3 실시 형태에 의한 제어 결과를 나타내고, 파선은, 종래 기술에 의한 제어 결과를 나타낸다. 단, 제구동력 명령값 Tmr1 *는, 종래와 본 실시 형태에 있어서 차이는 없으므로, 파선으로 나타낸다.
도 19에서 도시된 것은, 2WD 전동 모터 차량이며 해당 전동 모터가 연결되는 구동륜과는 다른 구동륜에도 제구동력(예를 들어, 브레이크 토크나 엔진 출력 등)이 입력되는 차량에서의 제어 결과이다. 구체적으로는, 정차 상태로부터 운전자가 액셀러레이터를 급준하게 답입함으로써 프론트 목표 토크 명령값과 다른 구동륜의 제구동력 명령값이 증가하여, 차량이 가속하는 장면에 있어서의 제어 결과를 나타낸다.
우선, 시각 t1에 있어서, 운전자가 액셀러레이터 페달을 답입함으로써, 프론트 최종 토크 명령값이 단계적으로 변화한다.
그러면, 종래 기술(파선)에서는, 프론트/리어 양쪽 제구동력이 고려되어 있지 않으므로, 다른 구동륜에 의한 구동력이 가해지는 만큼, 피드백 제어계에서 상정되는 프론트의 모터 회전 속도의 검출값이 커진다. 그러면, 상정보다도 크게 검출된 모터 회전 속도만큼의 토크를 보상하기 위해서, 시각 t1 내지 t3에 걸쳐서, 가속을 방해하는 부 토크측(모터 토크를 작게 하는 방향)에 토크 명령값을 보정해버린다(제2 토크 명령값 참조). 그 때문에, 프론트 최종 토크 명령값 Tmf *도 운전자가 요구하는 토크 명령값을 출력할 수 없게 된다. 결과적으로, 시각 t3에 비하여, 시각 t2 부근의 차량의 전후 가속도가 보다 제한되어 있음을 알 수 있다.
이와 같이, 종래 기술에서는, 제진 제어의 F/B 보상의 진동 억제 보상이 출력됨으로써, 차량의 가속을 방해할 수 있어, 운전자에 의한 액셀러레이터 조작 혹은 브레이크 조작에 기초하는 운전자가 의도한 가감 속도를 얻을 수 없어, 운전자에게 위화감을 주게 된다.
이에 반하여, 제3 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치(실선)에 의하면, 시각 t1에서 프론트 최종 토크 명령값이 단계적으로 변화한 경우에도, 시각 t1 내지 t3에서의 제2 토크 명령값은 0이다. 따라서, 제3 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의해서도, 종래 기술(파선)과 같은 제진 제어의 F/B 보상기로부터의 여분의 진동 억제 보상(부 토크)이 출력되는 것을 억제할 수 있다. 그 때문에, 시각 t1 내지 t3에 있어서, 프론트 최종 토크 명령값 Tmf *는, 운전자가 의도한 대로의 토크 명령값을 출력할 수 있다.
이 결과, 다른 구동륜에 제구동력이 발생한 경우에도, 운전자가 의도한 가속도를 얻을 수 있다. 이것은, 다른 구동륜의 제구동력 명령값에 따른 구동륜의 모터 회전 각속도의 전달 함수에 기초하여 구성된 필터를 사용하여, 모터 회전 각속도 추정값을 보정한 효과이다.
또한, 2WD 전동 차량의 구동측의 제어 결과에 대하여 설명하였지만, 회생 시에도 마찬가지이다. 즉, 종래 기술에서는, 2WD 전동 차량이 감속할 때, 제2 토크 명령값이 여분의 진동 억제 보상에 의해 정 토크 측으로 보정됨으로써 감속을 방해할 수 있어, 운전자가 의도한 감속도를 얻을 수 없다. 이에 반하여, 제3 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의하면, 상술한 구동측의 제어와 마찬가지로, 제진 제어의 F/B 보상기로부터의 여분의 진동 억제 보상(정 토크)이 출력되는 것을 억제할 수 있어, 운전자가 의도한 감속을 실현할 수 있다.
이상, 제3 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의하면, 피드 포워드 연산에 있어서, 제1 모터(프론트 구동 모터)의 토크가 구동축 토크에 전달되지 않는 불감대를 갖는 불감대 차량 모델(차량 모델(1602))을 사용하여, 모터 토크 명령값으로부터 구동축 비틀림 각속도를 산출하고, 산출된 구동축 비틀림 각속도를 모터 토크 명령값에 피드백시킴으로써 제1 토크 명령값을 산출한다. 이에 의해, 모터 토크는, 불감대 구간에서는 대략 0이 되고, 기어가 맞물리는 타이밍에 증가하도록 제어된다. 그 결과, 기어 백래쉬의 영향에 의해 기어가 이격된 경우에, 기어가 다시 맞물릴 때의 쇼크를 억제할 수 있다.
또한, 제3 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의하면, 제2 구동륜(리어 구동륜)에 대한 제1 모터(프론트 구동 모터)의 회전 각속도의 전달 함수의 필터는, 제1 구동륜(프론트 구동륜) 및 제2 구동륜 중 적어도 한쪽 비틀림 진동 주파수를 차단 주파수로 설정한 필터에 근사된다. 이에 의해, 전동 모터 컨트롤러(2)에서의 소프트웨어 연산 부하를 저감시킬 수 있다.
또한, 제3 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의하면, 제2 구동륜(리어 구동륜)에 대한 제1 모터(프론트 구동 모터)의 회전 각속도의 전달 함수의 필터는, 제2 구동륜에 대한 제1 모터의 회전 각속도 전달 특성의 게인 성분을 구성하도록 근사된다. 이에 의해, 차량 모델을 사용하지 않고, 게인 조정에 의해 모터 회전 각속도 추정값
Figure 112019125364588-pct00089
를 산출할 수 있으므로, 전동 모터 컨트롤러(2)의 소프트웨어 연산 부하를 저감시킬 수 있다.
또한, 제3 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의하면, 제2 구동륜(리어 구동륜)에 대한 제1 모터(프론트 구동 모터)의 회전 각속도의 전달 함수의 필터는, 분모에 비틀림 진동 주파수에 기인하는 감쇠 계수를 갖고, 감쇠 계수가 1 미만이 되는 특성을 갖는 경우에는, 당해 감쇠 계수를 1 이상의 값으로 설정한다. 이에 의해, 모터 회전 각속도 보정량의 진동적인 특성을 억제할 수 있다.
또한, 제3 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의하면, 차량 모델 Gp(s)로서, 제1 구동륜 및 제2 구동륜에 대한 토크 입력으로부터 제1 모터 및 제2 모터의 모터 회전 각속도까지의 전달 특성을 모의한 4WD 차량 모델을 사용해도 된다. 프론트 구동륜뿐만 아니라, 리어 구동륜도 고려된 차량 모델을 사용함으로써 보다 정확하게 모터 회전 각속도를 추정할 수 있다.
-제4 실시 형태-
본 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치는, 상술한 시스템 구성 2에 적용되는 것을 전제로 한다. 이하, 제4 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치가 상술한 스텝 S503에서 실행하는 제진 제어 연산 처리에 대하여, 도 20, 도 21을 참조하여 설명한다.
도 20은, 제4 실시 형태의 제진 제어 연산 처리를 실현하는 블록 구성도의 일례이다. 도 20에서 도시한 제어 블록은, F/F 보상기(1801)와, 제어 블록(1802)과, 제어 블록(1803)과, 가산기(1804, 1805)와, 감산기(1806, 1807)로 구성된다.
F/F 보상기(1801)는, 프론트 목표 토크 명령값 Tm1 *와, 리어 목표 토크 명령값 Tmr1 *를 입력으로 하고, 4WD 차량 모델을 사용한 F/F 보상 처리를 행한다. 이에 의해, F/F 보상기(1801)는, 제1 토크 명령값과 제3 토크 명령값을 산출함과 함께, 프론트 모터 회전 각속도 추정값
Figure 112019125364588-pct00090
와, 리어 모터 회전 각속도 추정값
Figure 112019125364588-pct00091
을 산출한다. F/F 보상기(1801)의 상세를 도 21을 이용하여 설명한다.
도 21은, F/F 보상기(1801)에 있어서 실행되는 F/F 보상 처리를 실현하는 제어 블록 구성의 일례이다.
도시한 바와 같이, F/F 보상기(1801)는, 4WD 차량 모델(1900)과, 프론트 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(1901)와, 리어 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(1902)로 구성된다.
4WD 차량 모델(1900)은, 4WD 차량의 운동 방정식 (1) 내지 (11)과 등가로 구성된 도 10에서 도시한 4WD 차량 모델(903)에, 프론트 불감대 모델(1903)과, 리어 불감대 모델(1904)을 추가하여 구성된다.
프론트 불감대 모델(1903)은, 차량 파라미터(도 7 참조)와 프론트 구동 모터(2f)로부터 프론트 구동륜(9f)까지의 기어 백래쉬 특성을 모의한 불감대 모델이며, 전술한 식 (63)으로 표시된다.
리어 불감대 모델(1904)은, 프론트와 마찬가지로, 차량 파라미터(도 7 참조)와 리어 구동 모터(2r)로부터 프론트 구동륜(9r)까지의 기어 백래쉬 특성을 모의한 불감대 모델이며, 상기 식 (37) 내지 (53)을 적용하여, 다음 식 (66)으로 표시된다.
Figure 112019125171720-pct00092
이와 같이 구성된 4WD 차량 모델(1900)은, 제1 토크 명령값과 제3 토크 명령값을 입력으로 하고, 프론트 구동축 비틀림 각속도 추정값과, 리어 구동축 비틀림 각속도 추정값과, 프론트 모터 회전 각속도 추정값
Figure 112019125171720-pct00093
와, 리어 모터 회전 각속도 추정값
Figure 112019125171720-pct00094
을 산출한다.
여기서, 도시한 4WD 차량 모델(1900)에 있어서, 제1 토크 명령값에 기초하여 프론트 모터 회전 각속도 추정값
Figure 112019125171720-pct00095
를 산출하는 계에, 제3 토크 명령값에 기초하여 산출된 리어 구동륜의 구동력 Fr이 가산되어 있다. 이에 의해, 4WD 차량 모델에 있어서, 제1 토크 명령값에 기초하여 산출되는 프론트 모터 회전 각속도 추정값을, 리어 구동륜의 제구동 토크를 나타내는 리어 목표 토크 명령값에 기초하여 보정할 수 있다.
프론트 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(1901)는, 우선, 입력되는 프론트 구동축 비틀림 각속도 추정값에, 프론트 최종 토크 명령값으로부터 프론트 구동축 토크까지의 전달 특성과 규범 응답을 일치시키기 위한 게인 k1을 곱한다. 그리고, 프론트 목표 토크 명령값 Tm1 *로부터 프론트 구동축 비틀림 각속도 추정값에 게인 k1을 곱한 값을 감하여, 제1 토크 명령값을 산출한다. 게인 k1은, 상기 식 (62)가 적용된다.
리어 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(1902)는, 우선, 입력되는 리어 구동축 비틀림 각속도 추정값에, 리어 최종 토크 명령값으로부터 리어 구동축 토크까지의 전달 특성과 규범 응답을 일치시키기 위한 게인 k2를 곱한다. 그리고, 리어 목표 토크 명령값 Tmr1 *로부터 리어 구동축 비틀림 각속도 추정값에 게인 k2를 곱한 값을 감하여, 제3 토크 명령값을 산출한다. 게인 k2는, 다음 식 (67)로 표시된다.
Figure 112019125171720-pct00096
도 20으로 되돌아가서 설명을 계속한다. 감산기(1806)는, 프론트 모터 회전 각속도 추정값
Figure 112019125364588-pct00097
로부터, 프론트 모터 회전 각속도 ωmf를 감산함으로써, 프론트 모터 회전 각속도의 추정값과 검출값의 편차를 산출하여, 산출값을 제어 블록(1802)으로 출력한다.
제어 블록(1802)은, 상기 식 (34)로 나타낸 대역 통과 필터 Hf(s)와, 상기 식 (19)로 나타내는 차량 모델 Gp(s)의 역특성으로 구성된다. 제어 블록(1802)은, 프론트 모터 회전 각속도의 추정값과 검출값의 편차를 입력으로 하고, Hf(s)/Gp(s)를 승산함으로써, 제2 토크 명령값을 산출한다.
그리고, 가산기(1804)에 있어서 제1 토크 명령값과 제2 토크 명령값이 합해짐으로써, 프론트 최종 토크 명령값 Tmf *가 산출된다.
마찬가지로, 감산기(1807)는, 리어 모터 회전 각속도 추정값
Figure 112019125364588-pct00098
로부터, 리어 모터 회전 각속도 ωmr을 감산함으로써, 리어 모터 회전 각속도의 추정값과 검출값의 편차를 산출하여, 산출값을 제어 블록(1803)으로 출력한다.
제어 블록(1803)은, 상기 식 (35)로 나타낸 대역 통과 필터 Hr(s)와, 상기 식 (22)로 나타낸 차량 모델 Gpr(s)의 역특성으로 구성된다. 제어 블록(1803)은, 리어 모터 회전 각속도의 추정값과 검출값의 편차를 입력으로 하고, Hr(s)/Gpr(s)를 승산함으로써, 제4 토크 명령값을 산출한다.
그리고, 가산기(1805)에 있어서 제3 토크 명령값과 제4 토크 명령값이 합해짐으로써, 리어 최종 토크 명령값 Tmrf *가 산출된다.
여기서, 복수 구동륜을 갖는 차량에 있어서, 프론트와 리어의 구동륜의 구동축 비틀림 진동 공진 주파수가 상이한 경우, 한쪽 구동륜은, 다른 쪽 구동륜 토크 외란의 영향에 의해 구동축 비틀림 진동이 유도 야기되어버린다. 그러나, 상술한 바와 같이, 복수 구동륜을 대상으로 하는 차량 모델(1900)과, 복수 구동륜 각각에 배치된 구동 비틀림 각속도 F/B 연산기(1901, 1902)를 사용함으로써, 상기 구동축 비틀림 진동을 억제할 수 있다. 또한, 제어계의 지연이나 외란이 없는 경우에는, F/F 보상기(1801)만으로 프론트/리어의 구동륜의 구동축 비틀림 진동을 억제하는 것도 가능하다.
이와 같이 산출된 리어 최종 토크 명령값 Tmrf *와 프론트 최종 토크 명령값 Tmf *에 의해서도, 상술한 도 9에서 도시한 제어 결과가 나타내는 바와 같이(도면 중의 제4 실시 형태 참조), 제진 제어의 F/B 보상기로부터의 여분의 진동 억제 보상이 출력되는 것을 억제할 수 있으므로, 프론트와 리어의 구동륜을 사용하는 가속 시에도, 운전자가 의도하는 가속도를 얻을 수 있다.
이상, 제4 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의하면, 전동 차량이 제2 구동륜(리어 구동륜)의 동력원으로서 제2 모터(리어 구동 모터)를 구비하는 경우에는, 차량 모델 Gp(s)는, 상기 제1 구동륜 및 상기 제2 구동륜에 대한 토크 입력과 제1 모터(프론트 구동 모터) 및 제2 모터의 모터 회전 각속도까지의 전달 특성을 모의한 4WD 차량 모델이며, 모터 토크 명령값에 기초하는 피드 포워드 연산에 의해 제3 토크 명령값을 산출하여, 제2 모터의 회전 각속도를 검출하고, 제2 모터의 회전 각속도 검출값과 추정값의 편차로부터 제4 토크 명령값을 산출하여, 제3 토크 명령값과 제4 토크 명령값을 가산하여 얻어지는 제2 최종 토크 명령값에 따라서 제2 모터의 토크를 제어한다. 그리고, 피드 포워드 연산에서는, 모터 토크 명령값을 제1 구동륜에 대한 제1 목표 토크 명령값(프론트 목표 토크 명령값)과 제2 구동륜에 대한 제2 목표 토크 명령값(리어 목표 토크 명령값)으로 분배하고, 제1 목표 토크 명령값과 제2 목표 토크 명령값을 입력으로 하고, 4WD 차량 모델(1900)을 사용하여, 제1 모터의 회전 각속도 추정값과 제2 모터의 회전 각속도 추정값과 제1 구동륜의 구동축 비틀림 각속도 추정값과 제2 구동륜의 구동축 비틀림 각속도 추정값을 산출함과 함께, 제2 목표 토크 명령값에 기초하여 상기 제1 모터의 회전 각속도 추정값을 보정한다. 또한, 제1 목표 토크 명령값으로부터 제1 구동륜의 구동축 비틀림 각속도 추정값에 소정의 게인을 곱한 값을 감산함으로써 제1 토크 명령값을 산출하고, 제2 목표 토크 명령값으로부터 제2 구동륜의 구동축 비틀림 각속도 추정값에 소정의 게인을 곱한 값을 감산함으로써 제3 토크 명령값을 산출한다.
이에 의해, 제진 제어의 F/B 보상기로부터의 여분의 진동 억제 보상이 출력되는 것을 억제할 수 있으므로, 프론트와 리어의 구동륜을 사용하는 가속 시에도, 운전자가 의도한 가속도를 얻을 수 있음과 함께, 프론트/리어의 구동륜의 구동축 비틀림 진동을 억제할 수 있다.
이상, 본 발명에 따른 일 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 대하여 설명하였지만, 본 발명은, 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 다양한 변형이나 응용이 가능하다. 예를 들어, 제1 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치는, 시스템 구성 2의 4WD 차량에 적용되는 것을 전제로 하는 취지를 설명하였지만, 시스템 구성 1의 차량에 적용할 수도 있다. 그 경우에는, 리어 목표 토크 명령값 Tmr1 *(도 6 참조)를, 시스템 구성 1의 F/B 보상기(1502)(도 16 참조), 및 제어 블록(1704)(도 18 참조)에 입력되는 제구동력 명령값으로서 취급한다. 이에 의해, 시스템 구성 1의 차량에 있어서도, 리어 목표 토크 명령값으로서의 제구동력 명령값으로부터, 보정 모터 회전 각속도 추정값을 산출하여, 시스템 구성 2의 차량과 동등한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태의 설명에 있어서는, 차량의 전방측 구동륜을 프론트 구동륜(제1 구동륜)으로 하고, 차량의 후방측 구동륜을 리어 구동륜(제2 구동륜)으로 하여 설명하였지만, 차량의 전후 방향과 반드시 일치시킬 필요는 없으며, 차량의 후방측 구동륜을 프론트 구동륜(제1 구동륜)으로 하고, 차량의 전방측 구동륜을 리어 구동륜(제2 구동륜)으로 해도 된다.

Claims (13)

  1. 차량 정보에 기초하여 모터 토크 명령값을 설정하고, 프론트 구동륜 및 리어 구동륜 중 한쪽 구동륜을 제1 구동륜으로 하여 당해 제1 구동륜에 연결되는 제1 모터의 토크를 제어하는 전동 차량의 제어 방법으로서,
    상기 모터 토크 명령값에 기초하는 피드 포워드 연산에 의해 제1 토크 명령값을 산출하고,
    상기 제1 모터의 회전 각속도를 검출하고,
    상기 제1 토크 명령값에 기초하여, 상기 제1 구동륜에 대한 토크 입력으로부터 상기 제1 모터의 회전 각속도까지의 전달 특성을 모의한 차량 모델 Gp(s)를 사용하여 상기 제1 모터의 회전 각속도를 추정하고,
    상기 차량 모델 Gp(s)의 역특성과, 차량의 비틀림 진동 주파수에 기초하여 미리 정해진 범위 내의 주파수를 중심 주파수로 하는 대역 통과 필터 Hf(s)로 구성되는 필터 Hf(s)/Gp(s)를 사용하여, 상기 제1 모터의 회전 각속도 검출값과 추정값의 편차로부터 제2 토크 명령값을 산출하고,
    상기 제1 토크 명령값과 상기 제2 토크 명령값을 가산하여 얻어지는 제1 최종 토크 명령값에 따라서 상기 제1 모터의 토크를 제어하고,
    상기 제1 구동륜과는 다른 구동륜인 제2 구동륜의 제구동 토크가 입력될 때에는, 당해 제구동 토크에 기초하여 상기 제1 모터의 회전 각속도 추정값을 보정하는,
    전동 차량의 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 구동륜과는 다른 구동륜인 제2 구동륜의 제구동 토크가 입력될 때에는, 당해 제구동 토크를 입력으로 하여, 미리 모델화된 상기 제2 구동륜에 대한 상기 제1 모터의 회전 각속도 전달 함수를 이용하여 모터 회전 각속도 보정량을 산출하고,
    상기 모터 회전 각속도 보정량에 기초하여 상기 제1 모터의 회전 각속도 추정값을 보정하는,
    전동 차량의 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전동 차량이 상기 제2 구동륜의 동력원으로서 제2 모터를 구비하는 경우에는,
    상기 차량 모델 Gp(s)는, 상기 제1 구동륜 및 상기 제2 구동륜에 대한 토크 입력으로부터 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터의 모터 회전 각속도로의 전달 특성을 모의한 4WD 차량 모델로서,
    상기 모터 토크 명령값에 기초하는 피드 포워드 연산에 의해 제3 토크 명령값을 산출하고,
    상기 제2 모터의 회전 각속도를 검출하고,
    상기 제2 구동륜에의 토크 입력으로부터 상기 제2 모터의 모터 회전 각속도까지의 전달 특성을 모의한 차량 모델 Gpr(s)의 역특성과, 차량의 비틀림 진동 주파수에 기초하여 미리 정해진 범위 내의 주파수를 중심 주파수로 하는 대역 통과 필터 Hr(s)로 구성되는 필터 Hr(s)/Gpr(s)를 사용하여, 상기 제2 모터의 회전 각속도 검출값과 추정값의 편차로부터 제4 토크 명령값을 산출하고,
    상기 제3 토크 명령값과 상기 제4 토크 명령값을 가산하여 얻어지는 제2 최종 토크 명령값에 따라서 상기 제2 모터의 토크를 제어하고,
    상기 제1 토크 명령값과 상기 제3 토크 명령값을 입력으로 하고, 상기 4WD 차량 모델을 사용하여, 상기 제1 모터의 회전 각속도 추정값과 상기 제2 모터의 회전 각속도 추정값을 산출함과 함께, 상기 제3 토크 명령값에 기초하여 상기 제1 모터의 회전 각속도 추정값을 보정하는,
    전동 차량의 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전동 차량이 상기 제2 구동륜의 동력원으로서 제2 모터를 구비하는 경우에는,
    상기 차량 모델 Gp(s)는, 상기 제1 구동륜 및 상기 제2 구동륜으로의 토크 입력과 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터의 모터 회전 각속도까지의 전달 특성을 모의한 4WD 차량 모델로서,
    상기 모터 토크 명령값에 기초하는 피드 포워드 연산에 의해 제3 토크 명령값을 산출하고,
    상기 제2 모터의 회전 각속도를 검출하고,
    상기 제2 모터의 회전 각속도 검출값과 추정값의 편차로부터 제4 토크 명령값을 산출하고,
    상기 제3 토크 명령값과 상기 제4 토크 명령값을 가산하여 얻어지는 제2 최종 토크 명령값에 따라서 상기 제2 모터의 토크를 제어하고,
    상기 피드 포워드 연산에서는,
    상기 모터 토크 명령값을 상기 제1 구동륜에 대한 제1 목표 토크 명령값과 상기 제2 구동륜에 대한 제2 목표 토크 명령값으로 분배하고,
    상기 제1 목표 토크 명령값과 상기 제2 목표 토크 명령값을 입력으로 하고, 상기 4WD 차량 모델을 사용하여, 상기 제1 모터의 회전 각속도 추정값과 상기 제2 모터의 회전 각속도 추정값과 상기 제1 구동륜의 구동축 비틀림 각속도 추정값과 상기 제2 구동륜의 구동축 비틀림 각속도 추정값을 산출함과 함께, 상기 제2 목표 토크 명령값에 기초하여 상기 제1 모터의 회전 각속도 추정값을 보정하고,
    상기 제1 목표 토크 명령값으로부터 상기 제1 구동륜의 구동축 비틀림 각속도 추정값에 소정의 게인을 곱한 값을 감산함으로써 상기 제1 토크 명령값을 산출하고,
    상기 제2 목표 토크 명령값으로부터 상기 제2 구동륜의 구동축 비틀림 각속도 추정값에 소정의 게인을 곱한 값을 감산함으로써 상기 제3 토크 명령값을 산출하는,
    전동 차량의 제어 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제1 구동륜의 구동축 비틀림 진동 주파수와, 상기 제2 구동륜의 구동축 비틀림 진동 주파수가 상이한 경우에는, 상기 제1 토크 명령값을 산출하는 피드 포워드 연산에 있어서 사용하는 규범 응답과, 상기 제3 토크 명령값을 산출하는 피드 포워드 연산에 있어서 사용하는 규범 응답을 일치시키는,
    전동 차량의 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 구동륜의 구동축 비틀림 진동 주파수보다 상기 제2 구동륜의 구동축 비틀림 진동 주파수가 작은 경우에는, 상기 제1 토크 명령값을 산출하는 피드 포워드 연산에 있어서 사용하는 규범 응답을, 상기 제3 토크 명령값을 산출하는 피드 포워드 연산에 있어서 사용하는 규범 응답에 일치시키고,
    상기 제2 구동륜의 구동축 비틀림 진동 주파수보다 상기 제1 구동륜의 구동축 비틀림 진동 주파수가 작은 경우에는, 상기 제3 토크 명령값을 산출하는 피드 포워드 연산에 있어서 사용하는 규범 응답을, 상기 제1 토크 명령값을 산출하는 피드 포워드 연산에 있어서 사용하는 규범 응답에 일치시키는,
    전동 차량의 제어 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 구동륜의 구동축 비틀림 진동 주파수를 감쇠시키는 전달 특성을 갖는 필터를 사용한 피드 포워드 연산에 의해 상기 제1 토크 명령값을 산출하고,
    상기 제2 구동륜의 구동축 비틀림 진동 주파수를 감쇠시키는 전달 특성을 갖는 필터를 사용한 피드 포워드 연산에 의해 상기 제3 토크 명령값을 산출하는,
    전동 차량의 제어 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제2 구동륜에 대한 상기 제1 모터의 회전 각속도 전달 함수의 필터는, 상기 제1 구동륜 및 상기 제2 구동륜 중 적어도 한쪽 비틀림 진동 주파수를 차단 주파수로 설정한 필터에 근사되는,
    전동 차량의 제어 방법.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제2 구동륜에 대한 상기 제1 모터의 회전 각속도 전달 함수의 필터는, 상기 제2 구동륜에 대한 상기 제1 모터의 회전 각속도 전달 특성의 게인 성분을 구성하도록 근사되는,
    전동 차량의 제어 방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제2 구동륜에 대한 상기 제1 모터의 회전 각속도 전달 함수의 필터는, 분모에 비틀림 진동 주파수에 기인하는 감쇠 계수를 갖고,
    상기 감쇠 계수가 1 미만이 되는 특성을 갖는 경우에는, 당해 감쇠 계수를 1 이상의 값으로 설정하는,
    전동 차량의 제어 방법.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 피드 포워드 연산에서는, 상기 제1 모터의 토크가 구동축 토크에 전달되지 않는 불감대를 갖는 불감대 차량 모델을 사용하여, 상기 모터 토크 명령값으로부터 구동축 비틀림 각속도를 산출하고, 산출된 상기 구동축 비틀림 각속도를 상기 모터 토크 명령값에 피드백시킴으로써 상기 제1 토크 명령값을 산출하는,
    전동 차량의 제어 방법.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 차량 모델 Gp(s)는, 상기 제1 구동륜 및 상기 제2 구동륜에 대한 토크 입력으로부터 상기 제1 모터 및 상기 제2 구동륜의 동력원으로서의 제2 모터의 모터 회전 각속도까지의 전달 특성을 모의한 4WD 차량 모델인,
    전동 차량의 제어 방법.
  13. 차량 정보에 기초하여 모터 토크 명령값을 설정하고, 프론트 구동륜 및 리어 구동륜 중 한쪽 제1 구동륜에 연결되는 제1 모터의 토크를 제어하는 컨트롤러를 구비하는 전동 차량의 제어 장치로서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 모터 토크 명령값에 기초하는 피드 포워드 연산에 의해 제1 토크 명령값을 산출하고,
    상기 제1 모터의 회전 각속도를 검출하고,
    상기 제1 토크 명령값에 기초하여, 상기 제1 구동륜에 대한 토크 입력으로부터 상기 제1 모터의 회전 각속도까지의 전달 특성을 모의한 차량 모델 Gp(s)를 사용하여 상기 제1 모터의 회전 각속도를 추정하고,
    상기 차량 모델 Gp(s)의 역특성과, 차량의 비틀림 진동 주파수에 기초하여 미리 정해진 범위 내의 주파수를 중심 주파수로 하는 대역 통과 필터 Hf(s)로 구성되는 필터 Hf(s)/Gp(s)를 사용하여, 상기 제1 모터의 회전 각속도 검출값과 추정값의 편차로부터 제2 토크 명령값을 산출하고,
    상기 제1 토크 명령값과 상기 제2 토크 명령값을 가산하여 얻어지는 제1 최종 토크 명령값에 따라서 상기 제1 모터의 토크를 제어하고,
    상기 제1 구동륜과는 다른 구동륜인 제2 구동륜의 제구동 토크가 입력될 때에는, 당해 제구동 토크에 기초하여 상기 제1 모터의 회전 각속도 추정값을 보정하는,
    전동 차량의 제어 장치.
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