KR20180119692A - 전동 차량의 제어 방법 및 전동 차량의 제어 장치 - Google Patents

전동 차량의 제어 방법 및 전동 차량의 제어 장치 Download PDF

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Abstract

차량 정보에 기초하여 설정되는 목표 토크 명령값에 대하여, 차량의 구동력 전달계의 진동을 억제하는 제진 제어를 실시함으로써 최종 토크 명령값을 산출하고, 당해 최종 토크 명령값에 기초하여 모터의 토크를 제어하는 전동 차량의 제어 방법이며, 목표 토크 명령값과, 구동축 비틀림 각속도에 피드백 게인을 곱한 값에 기초하여 최종 토크 명령값을 산출하고, 구동력 전달계를 모델화한 차량 모델을 사용하여, 모터로부터 출력되는 모터 토크가 차량의 구동축 토크에 전달되지 않는 불감대 구간을 추정한다. 그리고, 피드백 게인의 값을, 불감대 구간과, 모터 토크가 차량의 구동축 토크에 전달되는 구간에서 별개로 설정한다.

Description

전동 차량의 제어 방법 및 전동 차량의 제어 장치
본 발명은 전동 차량의 제어 방법 및 전동 차량의 제어 장치에 관한 것이다.
종래, 전동 모터로부터의 토크를 사용하여 구동 가능한 전기 자동차에 있어서, 모터의 회전 속도와 구동륜의 회전 속도를 사용한 피드백 제어에 의해, 차량의 진동을 억제하는 전기 자동차용 제어 장치가 알려져 있다(JP2002-152916A 참조). 이 전기 자동차용 제어 장치에서는, 구동륜의 평균 회전 속도와, 모터의 회전 속도를 구동륜의 회전 속도에 상당시킨 상당 회전 속도의 편차에 소정의 게인을 곱하여 보정값을 산출하고, 해당 보정값을 모터의 토크 명령값으로부터 감한 값에 따라서 모터 토크를 제어함으로써, 차량의 토크 변화 등에 수반하는 진동을 억제하고 있다.
그런데, 차량이 코스트나 감속으로부터 가속하는 장면에서는, 기어의 백래쉬 영향에 의해, 구동 모터 토크가 차량의 구동축 토크에 전달되지 않는 불감대 구간이 발생한다.
이에 대해, JP2002-152916A에 개시된 기술에서는, 상술한 불감대 구간에서는 구동 모터 토크를 제로로 하고, 다시 기어가 맞물리는 타이밍에 구동 모터 토크를 증가시킴으로써, 기어가 다시 맞물릴 때의 쇼크를 억제하고 있다.
그러나, 코스트나 감속으로부터 완만하게 가속하는 장면에서는, 모터의 토크 명령값의 증가 기울기가 작아지기 때문에, 기어가 다시 맞물리는 타이밍이 늦어지고, 불감대 구간이 길어진다. 그 때문에, 기어가 맞물리는 타이밍에 구동 모터 토크를 증가시키는 특허문헌 1에 개시된 기술에서는, 기어가 맞물리는 타이밍이 지연됨에 따라서 토크가 상승하는 타이밍도 느려지기 때문에, 구동 모터 토크 명령에 대한 구동축 토크의 응답이 지연된다는 문제가 있다.
본 발명은, 차량이 코스트나 감속으로부터 완만하게 가속하는 장면에서도, 기어 백래쉬 구간에 있어서의 구동축 토크의 응답을 빠르게 할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 전동 차량의 제어 방법은, 차량 정보에 기초하여 설정되는 목표 토크 명령값에 대하여, 차량의 구동력 전달계의 진동을 억제하는 제진 제어를 실시함으로써 최종 토크 명령값을 산출하고, 당해 최종 토크 명령값에 기초하여 모터의 토크를 제어하는 전동 차량의 제어 방법이며, 목표 토크 명령값과, 구동축 비틀림 각속도에 피드백 게인을 곱한 값에 기초하여 최종 토크 명령값을 산출하고, 구동력 전달계를 모델화한 차량 모델을 사용하여, 모터로부터 출력되는 모터 토크가 차량의 구동축 토크에 전달되지 않는 불감대 구간을 추정한다. 그리고, 피드백 게인의 값을, 불감대 구간과, 모터 토크가 차량의 구동축 토크에 전달되는 구간에서 별개로 설정한다.
도 1은, 제1 실시 형태에 있어서의 전동 차량의 제어 장치를 구비한 전동 차량의 주요 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는, 모터 컨트롤러에 의해 행해지는 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 3은, 액셀러레이터 개방도-토크 테이블의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는, 제1 실시 형태에 있어서의 제진 제어 연산 처리를 실현하는 제어 블록도이다.
도 5는, 도 4에서 나타낸 차량 모델ㆍ불감대 구간 추정기의 상세를 설명하기 위한 제어 블록도이다.
도 6은, 차량의 구동력 전달계를 모델화한 도면이다.
도 7은, 도 4에서 나타낸 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기의 상세를 설명하기 위한 제어 블록도이다.
도 8은, 제2 실시 형태에 있어서의 제진 제어 연산 처리를 실현하는 제어 블록도이다.
도 9는, 도 8에서 나타낸 F/F 보상기의 상세를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은, 도 8에서 나타낸 F/B 보상기의 상세를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은, 제3 실시 형태에 있어서의 F/F 보상기의 상세를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는, 제1 내지 제3 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의한 제어 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은, 모터 컨트롤러에 의해 행해지는 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 14는, 액셀러레이터 개방도-토크 테이블의 일례를 나타내는 도면이다.
도 15는, 정지 제어 처리를 실현하기 위한 제어 블록도이다.
도 16은, 모터 회전 속도 F/B 토크 설정기의 상세를 설명하기 위한 제어 블록도이다.
도 17은 외란 토크 추정기의 상세를 설명하기 위한 제어 블록도이다.
도 18은, 정지 제어 판정 플래그 FLG의 설정을 위한 흐름도이다.
도 19는, 제4 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의한 제어 결과를 설명하기 위한 타임 차트이다.
-제1 실시 형태-
도 1은, 제1 실시 형태에 있어서의 전동 차량의 제어 장치를 구비한 전동 차량의 주요 구성을 나타내는 블록도이다. 전동 차량이란, 차량의 구동원의 일부 또는 전부로서 전동 모터를 구비하고, 전동 모터의 구동력에 의해 주행 가능한 자동차이며, 전기 자동차나 하이브리드 자동차가 포함된다.
모터 컨트롤러(2)에는, 차속 V, 액셀러레이터 개방도 θ, 전동 모터(4)의 회전자 위상 α, 구동륜(9a, 9b)의 구동륜 회전 각도, 전동 모터(4)의 전류 iu, iv, iw 등의 차량 상태를 나타내는 신호가 디지털 신호로서 입력된다. 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, 모터 컨트롤러(2)는, 후술하는 최종 토크 명령값을 산출하는 최종 토크 명령값 산출부나, 불감대 구간을 추정하는 불감대 구간 추정부로서도 기능한다.
인버터(3)는 상마다 구비된 2개의 스위칭 소자(예를 들어, IGBT나 MOS- FET 등의 파워 반도체 소자)를 온/오프함으로써, 배터리(1)로부터 공급되는 직류의 전류를 교류로 변환하고, 전동 모터(4)에 원하는 전류를 흐르게 한다.
전동 모터(삼상 교류 모터)(4)(이하, 간단히 모터(4)라고 칭함)는 인버터(3)로부터 공급되는 교류 전류에 의해 구동력을 발생하고, 감속기(5) 및 구동축(8)을 통해 좌우의 구동륜(9a, 9b)에 구동력을 전달한다. 또한, 전동 모터(4)는 차량의 주행 시에 구동륜(9a, 9b)을 따라 돌려져서 회전할 때, 회생 구동력을 발생시킴으로써, 차량의 운동 에너지를 전기 에너지로서 회수한다. 이 경우, 인버터(3)는 모터(4)의 회생 운전 시에 발생하는 교류 전류를 직류 전류로 변환하여, 배터리(1)에 공급한다.
전류 센서(7)는 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, 모터(4)의 회전자 위상 α를 검출한다.
차륜 회전 센서(10a, 10b)는, 예를 들어 인코더이며, 좌우의 구동륜(9a, 9b)에 각각 설치되고, 구동륜(9a, 9b)의 회전 각도를 검출한다.
도 2는, 모터 컨트롤러(2)가 실행되도록 프로그램된 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 스텝 S201로부터 스텝 S205에 관한 처리는, 차량 시스템이 기동하고 있는 동안, 일정 간격으로 상시 실행된다.
스텝 S201에서는, 차량 상태를 나타내는 신호가 모터 컨트롤러(2)에 입력된다. 여기에서는, 차속 V(km/h), 액셀러레이터 개방도 θ(％), 모터(4)의 회전자 위상 α(rad), 구동륜(9a, 9b)의 구동륜 회전 각도(rad), 모터(4)의 회전 속도 Nm(rpm), 모터(4)에 흐르는 삼상 교류 전류 iu, iv, iw, 및 배터리(1)의 직류 전압값 Vdc(V)가 입력된다.
차속 V(km/h)는 도시하지 않은 차속 센서나 다른 컨트롤러로부터 통신으로 취득된다. 또는, 모터 컨트롤러(2)는, 회전자 기계 각속도 ωm에 타이어 동반경 r을 승산하고, 파이널 기어의 기어비로 제산함으로써 차속 v(m/s)를 구하고, 3600/1000을 승산함으로써 단위 변환하여, 차속 V(km/h)를 구한다.
액셀러레이터 개방도 θ(％)는 도시하지 않은 액셀러레이터 개방도 센서로부터 취득되거나, 도시하지 않은 차량 컨트롤러 등의 다른 컨트롤러로부터 통신으로 취득된다.
전동 모터(4)의 회전자 위상 α(rad)는 회전 센서(6)로부터 취득된다. 모터(4)의 회전 속도 Nm(rpm)은 회전자 각속도 ω(전기각)를 모터(4)의 극대수(極對數) p로 제산하여, 모터(4)의 기계적인 각속도인 모터 회전 각속도 검출값 ωm(rad/s)을 구하고, 구한 모터 회전 각속도 검출값 ωm에 60/(2π)를 승산함으로써 구해진다. 회전자 각속도 ω는 회전자 위상 α를 미분함으로써 구해진다.
구동륜(9a, 9b)의 구동륜 회전 각도(rad)는 차륜 회전 센서(10a, 10b)로부터 취득된다. 후술하는 제진 제어 연산 처리에서 사용되는 구동륜 회전 각도 θw(rad)는, 좌우의 구동륜(9a, 9b)에 설치된 차륜 회전 센서(10a, 10b)에 의해 검출된 값의 평균값에 의해 구해진다. 또한, 모터 컨트롤러(2)는 구동륜 회전 각도 θw를 미분하여, 구동륜 회전 각속도 ωw(rad/s)를 산출한다.
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 설치된 전압 센서(도시하지 않음)에 의해 검출한다. 또한, 직류 전압값 Vdc(V)는 배터리 컨트롤러(도시하지 않음)로부터 송신되는 신호에 의해 검출하도록 해도 된다.
스텝 S202에서는, 모터 컨트롤러(2)가 기본 목표 토크로서의 목표 토크 명령값 Tm *을 설정한다. 구체적으로는 모터 컨트롤러(2)는, 스텝 S201에서 입력된 액셀러레이터 개방도 θ 및 차속 V에 기초하여, 도 3에 나타내는 액셀러레이터 개방도-토크 테이블을 참조함으로써, 목표 토크 명령값 Tm *을 설정한다. 단, 액셀러레이터 개방도-토크 테이블은 일례이며, 도 3에 나타내는 것에 한정되는 것은 아니다.
스텝 S203에서는, 제진 제어 연산 처리를 행한다. 구체적으로는, 스텝 S202에서 설정된 목표 토크 명령값 Tm *과, 구동축 비틀림 각속도와, 불감대 구간 판정값으로서의 구동축 비틀림 각도 추정값에 기초하여, 구동축 토크의 응답을 희생시키지 않고, 구동력 전달계 진동(구동축(8)의 비틀림 진동 등)을 억제하는 최종 토크 명령값 Tmf *을 설정한다. 최종 토크 명령값 Tmf *을 설정하는 제진 제어 연산 처리의 상세에 대해서는 후술한다.
스텝 S204에서는, 스텝 S203에서 산출한 최종 토크 명령값 Tmf *, 모터 회전 속도 검출값 ωm 및 직류 전압값 Vdc에 기초하여, d축 전류 목표값 id*, q축 전류 목표값 iq*을 구한다. 예를 들어, 모터 토크 명령값, 모터 회전 속도 및 직류 전압값과, d축 전류 목표값 및 q축 전류 목표값의 관계를 정한 테이블을 미리 준비해두고, 이 테이블을 참조함으로써 d축 전류 목표값 id*, q축 전류 목표값 iq*을 구한다.
스텝 S205에서는, d축 전류 id 및 q축 전류 iq를 각각, 스텝 S204에서 구한 d축 전류 목표값 id* 및 q축 전류 목표값 iq*과 일치시키기 위한 전류 제어를 행한다. 이 때문에, 우선, 처음에 스텝 S201에서 입력된 삼상 교류 전류값 iu, iv, iw와, 모터(4)의 회전자 위상 α에 기초하여 d축 전류 id 및 q축 전류 iq를 구한다. 계속해서, d축, q축 전류 명령값 id*, iq*과, d축, q축 전류 id, iq의 편차로부터, d축, q축 전압 명령값 vd, vq를 산출한다. 또한, 산출한 d축, q축 전압 명령값 vd, vq에 대하여, d-q 직교 좌표축간의 간섭 전압을 상쇄하기 위해 필요한 비간섭 전압을 가산하도록 해도 된다.
이어서, d축, q축 전압 명령값 vd, vq와, 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, 모터(4)를 토크 명령값으로 지시된 원하는 토크로 구동시킬 수 있다.
이하, 제1 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 있어서, 스텝 S203에서 실행되는 제진 제어 연산 처리의 상세에 대하여 설명한다.
도 4는, 제1 실시 형태에 있어서의 제진 제어 연산 처리를 설명하기 위한 블록도이다. 목표 토크 명령값 Tm *에 당해 제진 제어 연산 처리를 실시함으로써, 최종 토크 명령값 Tmf *이 설정된다. 최종 토크 명령값 Tmf *은, 차량 모델ㆍ불감대 구간 추정기(401)와 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(402)를 사용하여 산출된다.
차량 모델ㆍ불감대 구간 추정기(401)는, 목표 토크 명령값 Tm *을 입력으로 하고, 차량의 구동력 전달계가 불감대 구간에 있는지 여부를 판정하기 위한 지표가 되는 불감대 구간 판정값으로서의 구동축 비틀림 각도 추정값을 산출하고, 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(402)로 출력한다.
구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(402)는 목표 토크 명령값 Tm *과, 구동축 비틀림 각도 추정값과, 구동륜 회전 각속도와 모터 회전 각속도의 구동축 환산값의 차분으로부터 산출되는 구동축 비틀림 각속도에 기초하여, 최종 토크 명령값 Tmf *을 산출한다.
여기서, 구동축 환산값은, 모터 회전 각속도를 오버올 기어비 N(이하, 간단히 기어비라고 함)으로 나눔으로써 산출된다. 또한, 모터 회전 각속도(rad/s)는, 회전자 위상 α(전기각)(rad)를 전동 모터의 극대수로 나눔으로써 구해지는 모터 회전 각도(rad)를 미분함으로써 산출된다.
도 5는, 도 4에서 나타낸 차량 모델ㆍ불감대 구간 추정기(401)의 상세를 설명하기 위한 블록도이다. 차량 모델ㆍ불감대 구간 추정기(401)는 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(501)와 차량 모델(502)로 구성된다. 차량 모델ㆍ불감대 구간 추정기(401)에서는, 목표 토크 명령값이 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(501)에 입력되고, 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(501)의 출력값이 차량 모델(502)에 입력된다. 이에 의해, 불감대 구간 판정값으로서의 구동축 비틀림 각도 추정값 θ^d가 산출된다.
먼저, 차량 모델(502)에 대해서, 도 6을 사용하여 구체적으로 설명한다.
도 6은 차량의 구동력 전달계를 모델화한 도면이며, 동도에 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 6으로부터, 차량의 운동 방정식은 다음 식 (1) 내지 (6)으로 표시된다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
Figure pct00006
상기 식 (1) 내지 (6)을 라플라스 변환하여, 모터 토크 Tm으로부터 모터 회전 속도 ωm까지의 전달 특성을 구하면, 다음 식 (7), (8)로 나타낼 수 있다.
Figure pct00007
Figure pct00008
단, 식 (8) 중의 a3, a2, a1, a0, b3, b2, b1, b0은 각각 다음 식 (9)로 표시된다.
Figure pct00009
또한, 모터 토크 Tm으로부터 구동축 토크 Td까지의 전달 특성은 다음 식 (10)으로 표시된다.
Figure pct00010
단, 식 (10) 중의 c1, c2는 다음 식 (11)로 표시된다.
Figure pct00011
식 (2), (4), (5), (6)으로부터, 모터 회전 속도 ωm으로부터 구동륜 회전 각속도 ωw까지의 전달 특성을 구하면, 다음 식 (12)로 표시된다.
Figure pct00012
식 (7), (8), (12)로부터, 모터 토크 Tm으로부터 구동륜 회전 각속도 ωw까지의 전달 특성은, 다음 식 (13)으로 표시된다.
Figure pct00013
식 (10), (13)으로부터, 구동축 토크 Td로부터 구동축 회전 각속도 ωw까지의 전달 특성은, 다음 식 (14)로 표시된다.
Figure pct00014
여기서, 식 (1)을 변형하면, 다음 식 (15)로 표시된다.
Figure pct00015
따라서, 식 (14), (15)로부터, 구동축 비틀림 각속도 ωd는 다음 식 (16)으로 표시된다.
Figure pct00016
단, 식 (16) 중의 Hw(s)는 다음 식 (17)로 표시된다.
Figure pct00017
식 (17) 중의 v1, v0, w1.w0은 다음 식 (18)과 같다.
Figure pct00018
또한, 식 (10)은 다음 식 (19)와 같이 변형될 수 있다.
Figure pct00019
여기서, 식 (19) 중의 ζp는 구동축 토크 전달계의 감쇠 계수, ωp는 구동축 토크 전달계의 고유 진동 주파수이다.
또한, 식 (19)의 극과 영점을 조사하면, α≒c0/c1이 되기 때문에, 극영(極零) 상쇄하면, 다음 식 (20)이 된다.
Figure pct00020
단, 식 (20) 중의 gt는 다음 식 (21)로 표시된다.
Figure pct00021
여기서, 최종 토크 명령값 Tmf *은 다음 식 (22)로 나타낼 수 있다.
Figure pct00022
그렇게 하면, 최종 토크 명령값 Tmf *은 식 (4), (6)으로부터 다음 식 (23)과 같이 치환할 수 있다.
Figure pct00023
그리고, 모터 토크 Tm=최종 토크 명령값 Tmf *(Tm=Tmf *)로서, 식 (23)을 식 (20)에 대입하면, 다음 식 (24)와 같이 정리할 수 있다.
Figure pct00024
모터 토크로부터 구동축 토크까지의 규범 응답은 다음 식 (25)로 표시된다.
Figure pct00025
규범 응답을 식 (25)로 하면, 최종 토크 명령값 Tmf *로부터 구동축 토크 Td까지의 전달 특성(식 (24))과, 규범 응답이 일치하는 조건은, 다음 식 (26)이 된다.
Figure pct00026
여기서, ζr1은, 모터 토크가 차량의 구동축 토크에 전달되는 구간(불감대 구간 이외의 영역)에 있어서의 규범 응답의 감쇠 계수이며, ζr2는, 모터 토크가 차량의 구동축 토크에 전달되지 않는 불감대 구간에 있어서의 규범 응답의 감쇠 계수이다. 각 감쇠 계수는, 불감대 구간에 있어서의 구동축 토크의 응답을, 불감대 구간 이외의 영역에 있어서의 구동축 토크의 응답보다도 빠르게 하기 위해서, ζr2<ζr1이 되도록 설정된다.
그리고, 차량 모델(502)에 의하면, 식 (1)로부터 식 (18)을 적용하여, 차량 파라미터와, 모터(4)로부터 구동축(8)까지의 기어 백래쉬를 모의한 불감대 모델에 의해 구성된다. 불감대 모델이 고려된 구동축 토크 Td는, 다음 식 (27)로 표시된다.
Figure pct00027
여기서, θdead는 모터로부터 구동축까지의 오버올의 기어 백래쉬양이다.
이상과 같이 구성된 차량 모델(502)은, 목표 토크 명령값에 기초하여, 차량의 구동력 전달계가 불감대 구간에 있는지 여부를 판정 가능한 불감대 구간 판정값으로서의 구동축 비틀림 각도 추정값 θ^d를 산출할 수 있다.
보다 구체적으로는, 먼저, 상술한 불감대 모델에 상당하는 불감대 블록(503)에, 목표 토크 명령값에 기초하여 산출되는 구동축 비틀림 각도 θd가 입력된다. 불감대 블록(503)은 식 (27)에서 나타낸 θd의 정의 영역(θd≥θdead, -θdead/2<θd<θdead/2, 및 θd≤-θdead/2)에 기초하여, 입력되는 구동축 비틀림 각도 θd의 값에 따라서 산출되는 불감대 구간 판정값으로서의 구동축 비틀림 각도 추정값 θ^d를 출력한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서 불감대 블록(503)으로부터 출력되는 구동축 비틀림 각도 추정값 θ^d의 값은, 식 (27)에 기초하여 산출되므로, θd-θdead/2, 0, 및 θd+θdead/2 중 어느 것이 된다.
그리고, 본 실시 형태에 있어서는, 구동축 비틀림 각도 추정값이 0이면, 차량 상태가 불감대 구간에 있다고 판정되고, 구동축 비틀림 각도 추정값이 0 이외라면, 차량 상태가 불감대 구간 이외의 영역에 있다고 판정된다. 산출된 구동축 비틀림 각도 추정값은, 도 4에서 나타내는 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(402)로 출력된다.
이상이 차량 모델(502)의 상세이다. 계속해서, 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(501)에 대하여 설명한다.
구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(501)는 피드백 게인(504)(이하 F/B 게인 k1이라고도 함), 피드백 게인(505)(이하, F/B 게인 k2라고도 함), 게인 절환기(506) 및 감산기(507)를 구비한다. 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(501)는 목표 토크 명령값과, 구동축 비틀림 각도 추정값과, 구동축 비틀림 각속도 추정값을 입력으로 하고, 산출값을 차량 모델(502)로 출력한다.
피드백 게인(504)는 구동축 비틀림 각속도 추정값을 입력으로 하고, 상기 식 (26)에 있어서, 불감대 구간 이외의 영역에서의 규범 응답에 관한 감쇠 계수 ζr1로부터 산출되는 F/B 게인 k1을 곱함으로써 산출되는 값을 게인 절환기(506)로 출력한다.
피드백 게인(505)은 구동축 비틀림 각속도 추정값을 입력으로 하고, 상기 식 (26)에 있어서, 불감대 구간에서의 규범 응답에 관한 감쇠 계수 ζr2로부터 산출되는 F/B 게인 k2를 곱함으로써 산출되는 값을 게인 절환기(506)로 출력한다.
게인 절환기(506)에는, 불감대 구간 판정값으로서의 구동축 비틀림 각도 추정값과, 피드백 게인(504 및 505)으로부터의 각 출력이 각각 입력된다. 그리고, 구동축 비틀림 각도 추정값에 기초하여, 피드백 게인(504 및 505)으로부터의 각 출력 중 어느 한쪽을 감산기(507)로 출력한다.
여기서, 본 실시 형태에 있어서는, 구동축 비틀림 각도 추정값이 0이면, 차량 상태가 불감대 구간에 있다고 판정되고, 구동축 비틀림 각도 추정값이 0 이외라면, 차량 상태가 불감대 구간 이외의 영역에 있다고 판정된다. 따라서, 게인 절환기(506)는, 구동축 비틀림 각도 추정값이 0 이외일 때에는, 피드백 게인(504)의 연산 결과를 감산기(507)로 출력하고, 구동축 비틀림 각도 추정값이 0일 때에는, 피드백 게인(505)의 연산 결과를 감산기(507)로 출력한다.
감산기(507)는 목표 토크 명령값으로부터 게인 절환기(506)의 출력값을 감산하여, 산출한 값을 차량 모델(502)로 출력한다. 이에 의해, 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(501)에 피드백되는 구동축 비틀림 각속도 추정값에 대하여, 불감대 구간과 불감대 구간 이외의 영역에 있어서의 감쇠 계수 ζr1, ζr2를 별개로 설정한 게인이 승산된 값이, 목표 토크 명령값으로부터 감산되어, 차량 모델(502)로 출력된다.
이상과 같이 구성된 차량 모델ㆍ불감대 구간 추정기(401)에 있어서, 차량의 구동력 전달계가 불감대 구간인지 여부를 판정 가능한 구동축 비틀림 각도 추정값이 산출된다. 차량 모델(502)에 있어서 산출된 구동축 비틀림 각도 추정값은, 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(402)로 출력된다.
도 7은, 제1 실시 형태의 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(402)의 상세를 설명하는 제어 블록도이다. 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(402)는 피드백 게인(701)(이하 F/B 게인 k1이라고도 함), 피드백 게인(702)(이하 F/B 게인 k2라고도 함), 게인 절환기(703) 및 감산기(704)를 구비한다. 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(402)는 목표 토크 명령값과, 구동축 비틀림 각도 추정값과, 구동축 비틀림 각속도를 입력으로 하고, 최종 토크 명령값 Tmf *을 출력한다.
피드백 게인(701)은 구동축 비틀림 각속도를 입력으로 하고, 상기 식 (26)에 있어서, 불감대 구간 이외의 영역에서의 규범 응답에 관한 감쇠 계수 ζr1로부터 산출되는 F/B 게인 k1을 곱함으로써 산출되는 값을 게인 절환기(703)로 출력한다.
피드백 게인(702)은 구동축 비틀림 각속도를 입력으로 하고, 상기 식 (26)에 있어서, 불감대 구간에서의 규범 응답에 관한 감쇠 계수 ζr2로부터 산출되는 F/B 게인 k2를 곱함으로써 산출되는 값을 게인 절환기(703)로 출력한다.
게인 절환기(703)에는, 불감대 구간 판정값으로서의 구동축 비틀림 각도 추정값과, 피드백 게인(701 및 702)으로부터의 각 출력이 각각 입력된다. 그리고, 구동축 비틀림 각도 추정값에 기초하여, 피드백 게인(701 및 702)으로부터의 각 출력의 어느 한쪽을 감산기(704)로 출력한다.
여기서, 본 실시 형태에 있어서는, 차량 모델ㆍ불감대 구간 추정기(401)의 설명에서 전술한 바와 같이, 구동축 비틀림 각도 추정값이 0이면, 차량 상태가 불감대 구간에 있다고 판정되고, 구동축 비틀림 각도 추정값이 0 이외라면, 차량 상태가 불감대 구간 이외의 영역에 있다고 판정된다. 따라서, 게인 절환기(703)는, 구동축 비틀림 각도 추정값이 0 이외일 때에는, 피드백 게인(701)의 연산 결과를 감산기(704)로 출력하고, 구동축 비틀림 각도 추정값이 0일 때에는, 피드백 게인(702)의 연산 결과를 감산기(704)로 출력한다.
감산기(704)는 목표 토크 명령값으로부터 게인 절환기(703)의 출력값을 감산하여, 최종 토크 명령값 Tmf *을 산출한다.
이상의 구성에 의해, 차량의 구동력 전달계가 불감대 구간에 있는지 여부를 추정하고, 제진 제어 연산에 사용되는 피드백 제어계에 있어서의 피드백 게인을, 차량 상태가 불감대 구간에 있는 경우와, 불감대 구간 이외의 영역에 있는 경우에서 별개로 조정할 수 있으므로, 기어 백래쉬 구간에 있어서의 구동축 토크의 응답만을 빠르게 할 수 있다.
보다 구체적으로는, 제1 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의하면, 차량 상태가 불감대 구간에 있는지 여부를 추정하고, 불감대 구간과 불감대 구간 이외의 영역에 있어서의 감쇠 계수 ζr1, ζr2를 별개로 설정할 수 있다. 그리고, 불감대 구간의 피드백 게인(K2)을, 불감대 구간 이외의 영역에 있어서의 피드백 게인(K1)보다도 작게 설정함으로써, 불감대 구간에 있어서의 모터 토크 명령값에 대한 구동축 토크의 응답을 빠르게 할 수 있다.
여기서, 제1 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의한 제진 제어 연산 결과에 대해서, 도 12를 참조하여 설명한다.
도 12는, 제1 실시 형태, 및 후술하는 제2, 제3 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의한 제어 결과와, 종래 기술에 의한 제어 결과의 비교도이다. 도면 중, 위에서부터 순서대로 목표 토크 명령값, 최종 토크 명령값, 차량 전후 가속도를 각각 나타내고 있다. 또한, 각 도면 중의 실선은 제1 내지 제3 실시 형태에 의한 제어 결과를 나타내고, 일점 쇄선은 종래 기술에 의한 제어 결과를 나타낸다.
도 12에 나타내는 것은, 차량이, 회생 토크에 의해 감속되고 있는 상태로부터 목표 토크 명령값을 완만한 기울기로 증가시켜 가속하는 씬에 있어서의 제어 결과이다.
종래 기술(일점 쇄선)에서는, 목표 토크 명령값을 완만한 기울기로 증가시킨 경우, 시각 t1에 있어서 기어 백래쉬의 영향에 의해 전후 가속도가 0이 되고 나서, 시각 t3에서 다시 증가하고 있으며, 전후 가속도가 0이 되는 불감대 구간이 길다. 이것은, 종래 기술에서는 기어가 맞물리는 타이밍에 최종 토크 명령값을 증가시키도록 제어하고 있기 때문이다.
제1 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의한 제어 결과(실선)를 보면, 시각 t1에 있어서 전후 가속도가 0이 되고 나서, 시각 t2에서 다시 증가하고 있으며, 불감대 구간이 대폭 단축되어 있다. 이것은, 상술한 제진 제어 연산 처리에 있어서, 차량 상태가 불감대 구간에 있는지 여부를 추정하고, 불감대 구간에 있어서 구동축 비틀림 각속도에 승산하는 피드백 게인 k2를 불감대 구간 이외의 영역에 있어서 승산되는 피드백 게인 k1보다도 작은 값으로 설정하고 있기 때문이다. 그 결과, 불감대 구간에 있어서의 목표 토크 명령값에 대한 구동 토크의 응답이 빨라지기 때문에, 불감대 구간이 종래 기술에 비해 대폭 단축된다.
이상, 제1 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치는, 차량 정보에 기초하여 설정되는 목표 토크 명령값에 대하여, 차량의 구동력 전달계의 진동을 억제하는 제진 제어를 실시함으로써 최종 토크 명령값 Tmf *을 산출하고, 최종 토크 명령값 Tmf *에 기초하여 모터의 토크를 제어하는 전동 차량의 제어 방법을 실현하는 전동 차량의 제어 장치이며, 목표 토크 명령값 Tm *과, 구동축 비틀림 각속도에 피드백 게인을 곱한 값에 기초하여 최종 토크 명령값 Tmf *을 산출하고, 구동력 전달계를 모델화한 차량 모델(502)을 사용하여, 모터(4)로부터 출력되는 모터 토크가 차량의 구동축 토크에 전달되지 않는 불감대 구간을 추정한다. 그리고, 피드백 게인의 값 k1, k2를, 불감대 구간과, 모터 토크가 차량의 구동축 토크에 전달되는 구간에서 별개로 설정한다. 이에 의해, 피드백 게인 k1, k2를, 차량 상태가 불감대 구간에 있는 경우와, 불감대 구간 이외의 영역에 있는 경우에서 별개로 설정할 수 있다. 그 결과, 불감대 구간에 있어서의 구동축 토크의 응답을 임의로 조정할 수 있으므로, 불감대 구간에 있어서의 구동축 토크의 응답을, 불감대 구간 이외의 영역보다도 빠르게 함으로써, 불감대 구간을 단축시킬 수 있다.
또한, 제1 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의하면, 구동축 비틀림 각속도는, 구동륜 회전 각속도와 모터 회전 각속도의 구동축 환산값의 편차로부터 산출된다. 이에 의해, 구동륜 회전 각속도와 모터 회전 각속도의 검출값에 기초하는 구동축 비틀림 각속도의 피드백 제어계를 구성할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의하면, 불감대 구간에 있어서의 피드백 게인 k2는, 모터 토크가 차량의 구동축 토크에 전달되는 구간에 있어서의 피드백 게인 k1보다도 작은 값으로 설정된다. 이에 의해, 불감대 구간에 있어서의 목표 토크 명령값에 대한 구동 토크의 응답이 빨라지기 때문에, 불감대 구간이 종래 기술에 비해 대폭 단축된다.
또한, 제1 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의하면, 차량 모델에, 제어계가 갖는 지연 요소가 가미된다. 제어계가 갖는 지연 요소에는, 차량 상태를 검출하여 소정의 처리를 실시하는 데 수반되는 시간 지연, 목표 토크 명령값으로부터 최종 토크 명령값 Tmf *을 산출할 때까지의 연산에 소요되는 시간 지연, 및 최종 토크 명령값 Tmf *에 대하여 실제로 모터 토크가 발생할 때까지의 시간 지연 중 적어도 하나의 시간 지연이 포함된다. 이에 의해, 제진 제어 연산 처리에 있어서, 제어 연산 시간, 센서 신호 처리 시간 및 모터 응답 지연에 기인하는 시간 지연의 영향을 보상할 수 있다.
- 제2 실시 형태-
이하에 설명하는 제2 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치는, 지금까지 설명한 제1 실시 형태와는, 스텝 S203에서 실행되는 제진 제어 연산의 처리 방법이 상이하다.
도 8은, 제2 실시 형태의 제진 제어 연산 처리를 설명하기 위한 제어 블록도이다. 본 실시 형태의 제진 제어 연산 처리는 F/F 보상기(801)와, F/B 보상기(802)와, 가산기(803)를 사용하여 실행된다.
F/F 보상기(801)는 목표 토크 명령값 Tm *을 입력으로 하고, 제1 토크 명령값 Tm1 *과, 제1 토크 명령값 Tm1 *에 대한 모터 회전 각속도 추정값 ω^m을 산출한다.
F/B 보상기(802)는, 제1 토크 명령값 Tm1 *에 대한 모터 회전 각속도 추정값 ω^m과, 모터 회전 속도 검출값 ωm을 입력으로 하고, 제2 토크 명령값 Tm2 *을 산출한다.
가산기(803)는 제1 토크 명령값 Tm1 *과 제2 토크 명령값 Tm2 *을 가산하여, 최종 토크 명령값 Tmf *을 출력한다.
도 9는, 도 8에서 나타낸 F/F 보상기(801)의 상세를 나타내는 제어 블록도이다. F/F 보상기(801)는 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(901)와 차량 모델(906)로 구성된다.
차량 모델(906)은 식 (1)로부터 식 (18)을 적용하여, 차량 파라미터와, 모터(4)로부터 구동축(8)까지의 기어 백래쉬를 모의한 불감대 모델에 의해 구성된다. 또한, 차량 모델(906) 중, 구동축 비틀림 각속도 추정값 및 불감대 구간 판정값으로서의 구동축 비틀림 각도 추정값의 산출에 관한 불감대 구간 추정부(907)의 제어 블록 구성은, 제1 실시 형태의 설명에서 설명한 차량 모델(502)과 동등하다. 불감대 블록(908)에서 나타내는 불감대 모델이 고려된 구동축 토크 Td는, 상기 식 (27)이 적용되어 산출된다.
본 실시 형태에서는, 차량 모델(906)에 제1 토크 명령값 Tm1 *이 입력됨으로써, 구동축 비틀림 각속도 추정값 ω^d와, 제1 토크 명령값 Tm1 *에 대한 모터 회전 각속도 추정값이 산출되고, 또한 구동축 비틀림 각속도 추정값 ω^d의 적분값인 구동축 비틀림 각도 θd를 불감대 블록(908)에 입력함으로써, 구동축 비틀림 각도 추정값 θ^d가 산출된다. 구동축 비틀림 각도 추정값 θ^d는, 제1 실시 형태와 동일하게, 차량 상태가 불감대 구간에 있는지 여부의 판정 지표가 되는 불감대 구간 판정값으로서 사용된다.
그리고, 차량 모델(906)로부터 출력된 제1 토크 명령값 Tm1 *에 대한 모터 회전 각속도 추정값은, F/B 보상기(802)에 입력되고(도 8 참조), 구동축 비틀림 각속도 추정값 ω^d 및 구동축 비틀림 각도 추정값 θ^d는, 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(901)에 입력된다.
구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(901)는 피드백 게인(902)(F/B 게인 k1)과, 피드백 게인(903)(F/B 게인 k2)과, 게인 절환기(904)와, 감산기(905)를 구비한다. 그리고, 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(901)는 목표 토크 명령값과, 구동축 비틀림 각속도 추정값 ω^d와, 구동축 비틀림 각도 추정값 θ^d를 입력으로 하고, 제1 토크 명령값을 출력한다.
피드백 게인(902)은 구동축 비틀림 각속도 추정값 ω^d를 입력으로 하고, 상기 식 (26)을 적용하여, 불감대 구간 이외의 영역에서의 규범 응답에 관한 감쇠 계수 ζr1에 기초하여 산출되는 F/B 게인 k1을 곱함으로써 산출되는 값을 게인 절환기(904)로 출력한다.
피드백 게인(903)은 구동축 비틀림 각속도 추정값 ω^d를 입력으로 하고, 상기 식 (26)을 적용하여, 불감대 구간에서의 규범 응답에 관한 감쇠 계수 ζr2에 기초하여 산출되는 F/B 게인 k2를 곱함으로써 산출되는 값을 게인 절환기(904)로 출력한다.
게인 절환기(904)에는, 구동축 비틀림 각도 추정값과, 피드백 게인(902 및 903)으로부터의 각 출력이 각각 입력된다. 그리고, 불감대 구간 판정값으로서의 구동축 비틀림 각도 추정값에 기초하여, 피드백 게인(902 및 903)으로부터의 각 출력 중 어느 한쪽을 감산기(905)로 출력한다.
또한, 제1 실시 형태의 설명에 있어서 설명한 대로, 구동축 비틀림 각도 추정값이 0이면, 차량 상태가 불감대 구간에 있다고 판정되고, 구동축 비틀림 각도 추정값이 0 이외라면, 차량 상태가 불감대 구간 이외의 영역에 있다고 판정된다. 따라서, 게인 절환기(904)는, 구동축 비틀림 각도 추정값이 0 이외일 때에는, 피드백 게인(902)의 연산 결과를 감산기(905)로 출력하고, 구동축 비틀림 각도 추정값이 0일 때에는, 피드백 게인(903)의 연산 결과를 감산기(905)로 출력한다.
감산기(905)는 목표 토크 명령값으로부터, 게인 절환기(904)의 출력값을 감산하여, 제1 토크 명령값을 산출한다. 제1 토크 명령값은 도 8에서 나타내는 가산기(803)로 출력된다.
도 10은, 도 8에서 나타낸 F/B 보상기(802)의 상세를 나타내는 제어 블록도이다. F/B 보상기(802)는 게인(1001)(게인 K)과, 필터(1002)와, 필터(1003)로 구성된다.
게인 K는, 피드백 제어계의 안정 여유(게인 여유, 위상 여유(phase margin))를 조정하기 위해 배치되고, 1 이하의 값으로 설정된다.
필터(1002)는, 모터 토크 Tm으로부터 모터 회전 속도 ωm까지의 전달 특성을 모의한 전달 특성 Gp(s)가 되는 필터이다. 전달 특성 Gp(s)에는, 식 (8)이 적용된다.
필터(1003)는 전달 특성 Gp(s)의 역계와, 대역 통과 필터 H(s)로 구성되는 H(s)/Gp(s)가 되는 필터이다. 대역 통과 필터 H(s)는, 로우패스측 및 하이패스측의 감쇠 특성이 대략 일치하고, 또한 구동계의 비틀림 공진 주파수 fp가, 대수축(log 스케일) 상에서 통과 대역의 중앙부 근방이 되도록 설정된다.
예를 들어, 대역 통과 필터 H(s)를 1차의 고역 통과 필터와 1차의 저역 통과 필터로 구성하는 경우에는, 대역 통과 필터 H(s)는 다음 식 (28)과 같이 구성된다.
Figure pct00028
단, τL=1/(2πfHC), fHC=kㆍfp, τH=1/(2πfLC), fLC=fp/k이다. 또한, 주파수 fp는 구동계의 비틀림 공진 주파수로 하고, k는 밴드 패스를 구성하는 임의의 값으로 한다.
이에 의해, F/B 보상기(802)는, 먼저 F/F 보상기(801)의 차량 모델(906)에 의해 산출된 제1 토크 명령값에 대한 모터 회전 각속도 추정값과, 게인 K가 곱해지기 전의 제2 토크 명령값을 전달 특성 Gp(s)에 입력하여 산출된 제2 토크 명령값에 대한 모터 회전 각속도 추정값을 가산하고, 최종 모터 회전 각속도 추정값을 산출한다. 그리고, 최종 모터 회전 각속도 추정값과, 회전 센서(6)에 의해 검출된 모터 회전 각속도 검출값의 편차를 산출하고, 산출한 값에 필터 H(s)/Gp(s)가 실시됨으로써, 게인 K가 곱해지기 전의 제2 토크 명령값이 산출된다. 이것에, 게인 K가 승산됨으로써, 제2 토크 명령값이 산출된다.
그리고, 도 8에서 나타내는 대로, F/F 보상기(801)로부터 출력되는 제1 토크 명령값과, F/B 보상기(802)로부터 출력되는 제2 토크 명령값이 가산기(803)에 있어서 추가됨으로써, 최종 토크 명령값 Tmf *이 산출된다.
이렇게 산출된 최종 토크 명령값 Tmf *에 의해서도, 상술한 도 12에서 나타낸 제어 결과가 나타내는 대로(도면 중의 제2 실시 형태 참조), 불감대 영역에 있어서의 목표 토크 명령값에 대한 구동축 토크의 응답을 빠르게 할 수 있으므로, 제1 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의한 제어 결과와 동등하게, 불감대 구간을 종래 기술에 비해 대폭 단축시킬 수 있다.
이상, 제2 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의하면, 구동축 비틀림 각속도는, 목표 토크 명령값으로부터 차량 모델(906)을 사용하여 추정되는 구동축 비틀림 각속도 추정값이며, 차량 모델(906)을 사용하여, 목표 토크 명령값으로부터 구동축 비틀림 각도 추정값을 산출하고, 목표 토크 명령값과, 구동축 비틀림 각도 추정값과, 구동축 비틀림 각속도 추정값에 피드백 게인을 곱한 값에 기초하여 최종 토크 명령값 Tmf *을 설정한다. 이에 의해, 피드 포워드 보상기(801)가 갖는 차량 모델(906)에 의해 산출된 구동축 비틀림 각도 추정값과 구동축 비틀림 각속도 추정값으로부터 제1 토크 명령값(피드 포워드 보상값)이 연산되므로, 피드백 제어계의 안정성을 손상시키는 일없이, 구동축 토크의 응답성을 빠르게 할 수 있다.
또한, 제2 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의하면, 불감대 구간은, 차량 모델(906)이 갖는 불감대 구간 추정부(907)를 사용하여 추정되고, 구동축 비틀림 각속도 추정값 ω^d는, 차량 모델(906)이 갖는 불감대 구간 추정부(907)를 사용하여 추정된다. 이에 의해, 구동축 비틀림 각속도 추정값 ω^d를 사용하여 비틀림 진동을 억제할 때, 불감대 구간의 추정과, 구동축 비틀림 각속도의 추정을, 차량의 구동력 전달계를 모의한 차량 모델(502, 906)의 공통 부분을 사용하여 산출할 수 있으므로, 다른 차량 모델에 기초하거나, 또는 검출값에 기초하여 구동축 비틀림 각속도를 산출하는 것에 비해, 연산 부하를 저감시킬 수 있다.
- 제3 실시 형태-
이하에 설명하는 제3 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치는, 지금까지 설명한 제2 실시 형태와는, 스텝 S203에서 실행되는 제진 제어 연산 처리에 있어서 사용되는 F/F 보상기(801)의 구성이 상이하다. 보다 구체적으로는, 본 실시 형태의 F/F 보상기(801)는, 제어계 지연 시간 조정기(1109)를 더 구비하는 점이 제2 실시 형태와 상이하다. 제3 실시 형태에서는, 이 제어계 지연 시간 조정기(1109)를 구비함으로써, 차량 모델(1106)로부터 출력되는 제1 토크 명령값에 대한 모터 회전 속도 추정값에 대하여, 제어계 지연 요소에 기인하는 제어 시간 지연을 고려할 수 있다.
도 11은, 제3 실시 형태의 F/F 보상기(801)의 상세를 나타내는 블록도이다. 본 실시 형태의 F/F 보상기(801)는 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(1101)와, 차량 모델(1106)과, 제어계 지연 시간 조정기(1109)로 구성된다.
차량 모델(1106)은, 제2 실시 형태에 있어서 설명한 차량 모델(906)과 동일하게, 식 (1) 내지 (18)을 적용하여, 차량 파라미터와 기어 백래쉬를 모의한 불감대 모델에 의해 구성된다. 또한, 차량 모델(1106)도, 제2 실시 형태의 불감대 구간 추정부(907)에 상당하는 불감대 구간 추정부(1107)를 갖는다. 불감대 블록(1108)으로 나타내는 불감대 모델이 고려된 구동축 토크 Td는, 상기 식 (27)이 적용되어 산출된다.
제어계 지연 시간 조정기(1109)는, 제어 연산 시간 지연 요소와 센서 검출 시간 지연 요소로서의 제어 연산 센서 검출 시간 e- L1s와, 모터 응답 지연 Ga(s)를 포함하고, 차량 모델(1106)로부터 출력되는 제1 토크 명령값에 대한 모터 회전 각속도 추정값을 소정의 시간만큼 늦추어, F/B 보상기(802)로 출력한다. 모터 응답 지연 Ga(s)는 다음 식 (29)로 표시된다.
Figure pct00029
여기서, τa는 모터 응답 시상수이다.
또한, 제어계 지연 시간 조정기(1109)는, 차량 상태를 검출하여 소정의 처리를 실시하는 것에 수반하는 센서 검출 시간 지연, 목표 토크 명령값으로부터 최종 토크 명령값 Tmf *을 산출할 때까지의 연산에 소요되는 제어 연산 시간 지연, 및 최종 토크 명령값 Tmf *에 대하여 실제로 모터 토크가 발생할 때까지의 모터 응답 지연 중 적어도 하나의 시간 지연이 포함되는 구성이어도 된다.
구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(1101)는, 제2 실시 형태의 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(901)와 동일하게 구성되어 있고, 피드백 게인(1102)(F/B 게인 k1)과, 피드백 게인(1103)(F/B 게인 k2)과, 게인 절환기(1104)와, 감산기(1105)를 구비한다. 그리고, 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기(901)는 목표 토크 명령값과, 구동축 비틀림 각속도 추정값 ω^d와, 구동축 비틀림 각도 추정값 θ^d를 입력으로 하고, 제1 토크 명령값을 출력한다.
그리고, 제2 실시 형태의 설명에 있어서 설명한 대로, 구동축 비틀림 각도 추정값이 0 이외라면, 차량 상태가 불감대 구간 이외의 영역에 있다고 판정되고, 피드백 게인(1102)의 연산 결과가 감산기(1105)로 출력된다. 구동축 비틀림 각도 추정값이 0이면, 차량 상태가 불감대 구간에 있다고 판정되고, 피드백 게인(1103)의 연산 결과가 감산기(905)로 출력된다. 감산기(905)는 목표 토크 명령값으로부터 게인 절환기(1104)의 출력값을 감산하여, 제1 토크 명령값을 산출한다.
이상이 제3 실시 형태에 따른 F/F 보상기(801)의 구성이다. 제2 실시 형태와 동일하게, F/F 보상기(801)의 출력인 제1 토크 명령값은, 가산기(803)에 있어서 F/B 보상기(802)로부터 출력되는 제2 토크 목표값에 추가됨으로써 최종 토크 명령값 Tmf *이 산출된다. 이렇게 산출된 최종 토크 명령값 Tmf *에 의해서도, 상술한 도 12에서 나타낸 제어 결과가 나타내는 대로(도면 중의 제3 실시 형태 참조), 불감대 영역에 있어서의 목표 토크 명령값에 대한 구동축 토크의 응답을 빠르게 할 수 있으므로, 제1, 제2 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의한 제어 결과와 동등하게, 불감대 구간을 종래 기술에 비해 대폭 단축시킬 수 있다.
이상, 제3 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의하면, 차량 모델에, 제어계가 갖는 지연 요소가 가미된다. 제어계가 갖는 지연 요소에는, 차량 상태를 검출하여 소정의 처리를 실시하는 데 수반하는 시간 지연, 목표 토크 명령값으로부터 최종 토크 명령값 Tmf *을 산출할 때까지의 연산에 소요되는 시간 지연, 및 최종 토크 명령값 Tmf *에 대하여 실제로 모터 토크가 발생할 때까지의 시간 지연 중 적어도 하나의 시간 지연이 포함된다. 이에 의해, 제진 제어 연산 처리에 있어서, 제어 연산 시간, 센서 신호 처리 시간 및 모터 응답 지연에 기인하는 시간 지연의 영향을 보상할 수 있다.
- 제4 실시 형태-
이하에 설명하는 제4 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치는, 대략 구배 저항으로서 모터(4)에 작용하는 외란 토크를 추정하고, 모터 회전 속도의 저하와 함께 모터 토크를 외란 토크 추정값에 수렴시키고, 또한 모터 회전 속도를 0에 수렴시키는 제어(이하, 정지 제어 처리라고 함)를 차량의 정차 직전에 있어서 실행하는 점이, 제1 내지 제3 실시 형태와 상이하다. 이하, 제4 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 대해서, 제1 내지 제3 실시 형태와 상이한 점을 중심으로 설명한다.
도 13은, 제4 실시 형태의 모터 컨트롤러(2)가 실행되도록 프로그램된 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 스텝 S1301 내지 스텝 S1306에 관한 처리는, 차량 시스템이 기동하고 있는 동안, 일정 간격으로 상시 실행된다.
스텝 S1301에서는, 제1 실시 형태에 있어서 설명한 스텝 S201과 동일하게, 차량 상태를 나타내는 신호가 모터 컨트롤러(2)에 입력된다.
스텝 S1302에서는, 모터 컨트롤러(2)가 기본 목표 토크로서의 제1 토크 목표값 Tm1 *을 산출한다. 구체적으로는 모터 컨트롤러(2)는, 스텝 S1301에서 입력된 액셀러레이터 개방도 θ 및 차속 V에 기초하여, 도 14에 나타내는 액셀러레이터 개방도-토크 테이블을 참조함으로써, 제1 토크 목표값 Tm1 *을 설정한다. 단, 액셀러레이터 개방도-토크 테이블은 일례이며, 도 14에 나타내는 것에 한정되는 것은 아니다.
스텝 S1303에서는, 모터 컨트롤러(2)가 정지 제어 처리를 행한다. 구체적으로는, 전동 차량의 정차 직전을 판단하고, 정차 직전 이전에는, 스텝 S1302에서 산출한 제1 토크 목표값 Tm1 *을 제3 토크 목표값 Tm3 *로 설정한다. 정차 직전 이후에는, 차량의 주행 속도에 비례하는 속도 파라미터의 저하와 함께 외란 토크 추정값 Td에 수렴하는 제2 토크 목표값 Tm2 *을 제3 토크 목표값 Tm3 *로 설정함과 함께, 정지 제어 판정 플래그 FLG를 1로 설정한다. 이 제2 토크 목표값 Tm2 *은 오르막길에서는 정토크, 내리막길에서는 부토크, 평탄로에서는 대략 제로이다. 이에 의해, 후술하는 바와 같이, 노면의 구배에 관계없이 정차 상태를 유지할 수 있다. 정지 제어 처리의 상세에 대해서는 후술한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 상기 속도 파라미터로서 모터 회전 속도 ωm을 검출한다.
스텝 S1304에서는, 모터 컨트롤러(2)가 제진 제어 처리를 행한다. 구체적으로는, 스텝 S1303에서 산출한 제3 토크 목표값 Tm3 *과 모터 회전 속도 ωm에 기초하여, 제1 내지 제3 실시 형태의 설명에서 기술한 제진 제어 처리(도 5, 9, 11에서 나타내는 제어 블록) 중 어느 것을 실시하여, 최종 토크 명령값 Tmf *을 산출한다.
단, 본 실시 형태에서는, 스텝 S1303에서 설정한 정지 제어 판정 플래그 FLG가 1일 때는, 제진 제어 처리에 있어서의 불감대 구간의 피드백 게인을, 상술한 감쇠 계수 ζr1로부터 산출되는 불감대 구간 이외의 영역에서의 F/B 게인 k1로 설정한다. 즉, 본 실시 형태에서는, 차량 상태가 불감대 구간에 있고, 구동축 비틀림 각도 추정값이 0이어도, 정지 제어 처리 중에 있어서의 불감대 구간의 F/B 게인은, 불감대 구간 이외의 영역에서의 F/B 게인과 동일한 값이 설정된다. 그리고, F/B 게인 k1을 구동축 비틀림 각속도에 승산하여 얻은 값에 기초하여, 최종 토크 명령값 Tmf *이 산출된다.
스텝 S1305에서 실행되는 전류 명령값 산출 처리 및 스텝 S1306에서 실행되는 전류 제어 연산 처리는, 상술한 스텝 S204에 있어서의 전류 명령값 산출 처리 및 스텝 S205에 있어서의 전류 제어 연산 처리와 동일하기 때문에, 본 실시 형태의 설명에 있어서는 생략한다.
여기서, 스텝 S1303에서 행해지는 정지 제어 처리에 대하여 설명하기 전에, 본 실시 형태에 있어서, 모터 토크 Tm으로부터 모터 회전 속도 ωm까지의 전달 특성 Gp(s)에 대하여 설명한다.
상술한 식 (8)에 나타내는 전달 함수의 극과 영점을 조사하면, 다음 식 (30)으로 나타내는 전달 함수에 근사시킬 수 있고, 하나의 극과 하나의 영점은 매우 가까운 값을 나타낸다. 이것은 다음 식 (30)의 α와 β가 매우 가까운 값을 나타내는 것에 상당한다.
Figure pct00030
따라서, 식 (8)에 있어서의 극영 상쇄(α=β로 근사됨)를 행함으로써, 다음 식 (31)에 나타내는 바와 같이, Gp(s)는 (2차)/(3차)의 전달 특성을 구성한다.
Figure pct00031
이 전달 특성 Gp(s)와 제진 제어의 알고리즘에 의해, 식 (31)에 나타낸 전달 특성 Gp(s)는 다음 식 (32)에 나타내는 Gr(s)로 간주할 수 있다.
Figure pct00032
<정지 제어 처리>
정지 제어 처리의 상세에 대해서, 도 15를 참조하여 설명한다. 도 15는 정지 제어 처리를 실현하기 위한 제어 블록도이다. 정지 제어 처리는, 모터 회전 속도 F/B 토크 설정기(1501)와, 외란 토크 추정기(1502)와, 가산기(1503)와, 토크 비교기(1504)를 사용하여 행해진다. 이하, 각각의 구성에 대하여 상세를 설명한다.
모터 회전 속도 F/B 토크 설정기(1501)는, 검출된 모터 회전 속도 ωm에 기초하여, 모터 회전 속도 피드백 토크(이하, 모터 회전 속도 F/B 토크라 칭함) Tω를 산출한다. 상세한 것은 도 16을 사용하여 설명한다.
도 16은, 모터 회전 속도 ωm에 기초하여, 모터 회전 속도 F/B 토크 Tω를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 모터 회전 속도 F/B 토크 설정기(1501)는 승산기(1601)를 구비하고, 모터 회전 속도 ωm에 게인 Kvref를 승산함으로써, 모터 회전 속도 F/B 토크 Tω를 산출한다. 단, Kvref는, 제동 거리를 억제하면서, 전동 차량을 원활하게 감속시키기 위해 필요한 부(마이너스)의 값이며, 예를 들어 실험 데이터 등에 의해 적절히 설정된다. 모터 회전 속도 F/B 토크 Tω는, 모터 회전 속도 ωm이 클수록, 큰 제동력이 얻어지는 토크로서 설정된다.
또한, 모터 회전 속도 F/B 토크 설정기(1501)는, 모터 회전 속도 ωm에 게인 Kvref를 승산함으로써 모터 회전 속도 F/B 토크 Tω를 산출하는 것으로서 설명하였지만, 모터 회전 속도 ωm에 대한 회생 토크를 정한 회생 토크 테이블이나, 모터 회전 속도 ωm의 감쇠율을 미리 기억한 감쇠율 테이블 등을 사용하여, 모터 회전 속도 F/B 토크 Tω를 산출해도 된다.
도 15로 돌아가서 설명을 계속한다. 외란 토크 추정기(1502)는, 검출된 모터 회전 속도 ωm과, 모터 토크 명령값 Tm *에 기초하여, 외란 토크 추정값 Td를 산출한다. 외란 토크 추정기(1502)의 상세한 것은 도 17을 사용하여 설명한다.
도 17은, 모터 회전 속도 ωm과, 제3 토크 목표값 Tm3 *과, 차속 V에 비례하는 속도 파라미터로서의 모터 회전 속도 ωm에 기초하여, 외란 토크 추정값 Td를 산출하는 방법을 설명하기 위한 블록도이다. 외란 토크 추정기(1502)는 제어 블록(1701)과, 제어 블록(1702)과, 가감산기(1703)를 구비한다.
제어 블록(1701)은, H1(s)/Gr(s)이 되는 전달 특성을 갖는 필터로서의 기능을 담당하고 있으며, 모터 회전 속도 ωm을 입력하여 필터링 처리를 행함으로써, 제1 모터 토크 추정값을 산출한다. Gr(s)은 차량으로의 토크 입력과 모터의 회전 속도 전달 특성의 모델이며, 식 (32)로 표시된다. H1(s)은 분모 차수와 분자 차수의 차분이, 모델 Gr(s)의 분모 차수와 분자 차수의 차분 이상이 되는 전달 특성을 갖는 저역 통과 필터이다.
제어 블록(1702)은, H1(s)이 되는 전달 특성을 갖는 저역 통과 필터로서의 기능을 담당하고 있으며, 모터 토크 명령값 Tm *을 입력하여 필터링 처리를 행함으로써, 제2 모터 토크 추정값을 산출한다.
그리고, 가감산기(1703)가 제2 모터 토크 추정값으로부터 제1 모터 토크 추정값을 감산함으로써, 외란 토크 추정값이 산출된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 외란 토크를 도 17에 나타내는 외란 옵저버를 사용하여 추정하지만, 차량 전후 G 센서 등의 계측기를 사용하여 추정해도 된다.
여기서, 외란으로서는, 공기 저항, 탑승원수나 적재량에 기인하는 차량 질량의 변동에 의한 모델화 오차, 타이어의 구름 저항, 노면의 구배 저항 등을 생각할 수 있지만, 정차 직전에 지배적이 되는 외란 요인은 구배 저항이다. 외란 요인은 운전 조건에 따라서 상이하지만, 외란 토크 추정기(1502)에서는, 제3 토크 목표값 Tm3 *과, 모터 회전 속도 ωm과, 제진 제어의 알고리즘과, 차량 모델 Gp(s)로부터 유도되는 전달 특성 Gr(s)에 기초하여, 외란 토크 추정값 Td를 산출하므로, 상술한 외란 요인을 일괄하여 추정할 수 있다. 이에 의해, 어떠한 운전 조건에 있어서도, 감속으로부터의 매끄러운 정차를 안정되게 실현할 수 있다.
도 15로 돌아가서 설명을 계속한다. 가산기(1503)는, 모터 회전 속도 F/B 토크 설정기(1501)에 의해 산출된 모터 회전 속도 F/B 토크 Tω와, 외란 토크 추정기(1502)에 의해 산출된 외란 토크 추정값 Td를 가산함으로써, 제2 토크 목표값 Tm2 *을 산출한다.
토크 비교기(1504)는, 제1 토크 목표값 Tm1 *과 제2 토크 목표값 Tm2 *의 크기를 비교하여, 값이 큰 쪽인 토크 목표값을 제3 토크 목표값 Tm3 *로 설정한다. 차량의 주행 중, 제2 토크 목표값 Tm2 *은 제1 토크 목표값 Tm1 *보다도 작고, 차량이 감속되어 정차 직전(차속에 비례하는 속도 파라미터가 소정값 이하)이 되면, 제1 토크 목표값 Tm1 *보다도 커진다. 따라서, 토크 비교기(1004)는, 제1 토크 목표값 Tm1 *이 제2 토크 목표값 Tm2 *보다 크면, 정차 직전 이전이라고 판단하고, 제3 토크 목표값 Tm3 *을 제1 토크 목표값 Tm1 *로 설정한다. 또한, 토크 비교기(1004)는, 제2 토크 목표값 Tm2 *이 제1 토크 목표값 Tm1 *보다 커지면, 차량이 정차 직전이라고 판단하고, 제3 토크 목표값 Tm3 *을 제1 토크 목표값 Tm1 *로부터 제2 토크 목표값 Tm2 *로 전환함으로써 정지 제어 처리를 실행한다. 또한, 정차 상태를 유지하기 위해서, 제2 토크 목표값 Tm2 *은 오르막길에서는 정토크, 내리막길에서는 부토크, 평탄로에서는 대략 제로에 수렴한다.
이어서, 정지 제어 판정 플래그 FLG의 설정에 대해서, 도 18을 참조하여 설명한다. 도 18은, 정지 제어 판정 플래그 FLG의 설정에 관한 처리(정지 제어 판정 처리)의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 정지 제어 판정 처리는, 차량 시스템이 기동하고 있는 동안, 모터 컨트롤러(2)에 의해 일정 간격으로 상시 실행된다.
스텝 S1801에서는 모터 컨트롤러(2)가, 차량이 정지 제어 중인지 여부를 판정하기 위해 제1 토크 목표값 Tm1 *과 제2 토크 목표값 Tm2 *을 비교한다. 제2 토크 목표값 Tm2 *이 제1 토크 목표값 Tm1 * 이하인 경우에는, 차량은 정지 제어 중이 아니라고 판정하고, 계속되는 스텝 S1802의 처리를 실행한다. 제2 토크 목표값 Tm2 *이 제1 토크 목표값 Tm1 *보다도 큰 경우에는, 차량이 정지 제어 중이라고 판정하고, 정지 제어 판정 플래그 FLG를 1로 설정하는 스텝 S1804의 처리를 실행한다.
스텝 S1802에서는, 모터 컨트롤러(2)가 모터 회전 속도 ωm의 절댓값이, 규정하는 모터 회전 속도 ω1에 비해 큰지 여부를 판정한다. 모터 회전 속도 ω1은 미리 규정되는 값이며, 차량이 정지 직전이라고 판단할 수 있을 정도로 저속인 값이다. 모터 회전 속도 ωm의 절댓값이 모터 회전 속도 ω1에 비해 큰 경우에는, 차량은 정지 제어 중이 아니라고 판정하고, 정지 제어 판정 플래그 FLG를 0으로 설정하는 스텝 S1803의 처리를 실행한다. 모터 회전 속도 ωm이 모터 회전 속도 ω1 이하인 경우에는, 차량이 정지 제어 중이라고 판정하고, 스텝 S1804의 처리를 실행한다.
스텝 S1803에서는 모터 컨트롤러(2)가, 차량이 정지 제어 중이 아니라고 판정함에 따라서 정지 제어 판정 플래그 FLG를 0으로 설정하고, 정지 제어 판정 처리를 종료한다.
스텝 S1804에서는 모터 컨트롤러(2)가, 차량이 정지 제어 중이라고 판정함에 따라서 정지 제어 판정 플래그 FLG를 1로 설정하고, 정지 제어 판정 처리를 종료한다.
그리고, 정지 제어 판정 플래그 FLG가 1일 때는, 도 13을 사용하여 설명한 스텝 S1304의 제진 제어 처리에 있어서의 불감대 구간의 F/B 게인 k2와, 불감대 구간 이외의 F/B 게인 k1이 동일한 값으로 설정된다.
이에 의해, 정지 제어 중에 있어서의 불감대 영역에서 피드백 제어가 행해지는 것에 기인하여 차량이 진동적 또는 제어가 불안정해지는 것을 억제하면서, 모터 토크만으로 원활하게 정차하여, 정차 상태를 유지할 수 있다.
또한, 정지 제어 판정 플래그 FLG를 1로 설정할 때, 스텝 S1801과 스텝 S1802의 양쪽 스텝의 판정을 반드시 요구할 필요는 없고, 스텝 S1802의 NO 판정만에 의해, 정지 제어 판정 플래그 FLG를 1로 설정해도 된다. 즉, 모터 회전 속도의 절댓값이 규정된 모터 회전 속도 ω1보다 작으면, 차량이 정지 제어 중이라고 판정해도 된다. 또한, 도시하지 않았지만, 모터 회전 속도의 저하와 함께 모터 토크를 조정하여, 당해 모터 토크를 외란 토크 추정값에 수렴시키는 제어가 실행되고 있는지 여부를 판정하여, 당해 제어가 행해지고 있을 때는 정지 제어 중이라고 판정해도 된다.
이하에서는, 제4 실시 형태에 따른 전동 차량의 제어 장치를 전동 차량에 적용하였을 때의 효과에 대해서, 도 19를 참조하여 설명한다.
도 19는, 본 실시 형태에 있어서의 전동 차량의 제어 장치에 의한 제어 결과의 일례와 종래 제어에 의한 제어 결과를 비교하는 도면이다. 도 19로 표시되는 것은, 평탄로에 있어서 정지 제어 처리가 실시된 경우의 타임 차트이다. 위에서부터 순서대로 목표 토크 명령값, 모터 회전 속도, 차량 전후 가속도가 나타나 있고, 실선은 본 실시 형태에 의한 제어 결과, 점선은 종래 제어에 의한 제어 결과이다.
시각 t1에서는, 정지 제어 처리가 개시됨과 함께, 도 18의 스텝 S1804에 있어서 정지 제어 판정 플래그 FLG가 1로 설정된다.
시각 t1로부터 t2에 걸쳐 정지 제어 처리가 실행됨으로써, 모터 회전 속도가 점근적으로 0에 수렴하고 있다. 그리고, 시각 t2 이후에, 모터 회전 속도가 0을 넘음으로써 불감대 구간이 발생한다.
이 때, 종래 제어에서는, 제진 제어 처리에 있어서 불감대 구간에 있어서의 F/B 게인이 불감대 구간 이외의 영역에 있어서의 F/B 게인보다도 작은 값으로 설정되므로, 목표 토크 명령값에 대한 최종 토크 명령값이 고응답이 된다. 그 때문에, 불감대 구간을 넘는 영역에서도 고응답의 피드백 제어가 이루어져 목표 토크 명령값으로 지속적인 진동이 발생한다. 그 결과, 목표 토크 명령값에 따라서 모터 회전 속도가 진동하고, 운전자가 느낄 정도의 진동이 차체에 발생해버린다.
한편, 본 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의하면, 시각 t2 이후에 불감대 구간이 발생해도, 불감대 구간과 그 이외의 영역에서의 F/B 게인의 값을 동일한 값으로 설정하므로, 목표 토크 명령값에 대한 최종 토크 명령값이 고응답화되는 일은 없다. 그 결과, 도시하는 대로, 평탄로에 있어서의 정차 직전에 발생하는 지속 진동이 억제되므로, 목표 토크 명령값 및 모터 회전 속도의 진동이 억제되고, 차체에 운전자가 느낄 정도의 진동이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
이상, 제4 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의하면, 차량이 정차 직전인지 여부를 판정하고, 차량이 정차 직전이 되면, 불감대 구간과, 모터 토크가 차량의 구동축 토크에 전달되는 구간에 있어서의 피드백 게인 k1 및 k2의 값을 동일한 값으로 설정한다. 이에 의해, 차량이 정지 직전 이후에, 모터 토크 명령값에 대한 모터 토크의 응답이 고응답이 됨으로써 차체에 발생할 수 있는 진동을 억제할 수 있다.
또한, 제4 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의하면, 목표 토크 명령값으로서의 제1 토크 목표값 Tm1 *을 산출하고, 모터 회전 속도의 저하와 함께 외란 토크 추정값에 수렴하는 제2 토크 목표값을 산출하고, 제1 토크 목표값과 제2 토크 목표값의 크기를 비교하여, 제2 토크 목표값이 제1 토크 목표값보다 커지면, 당해 제2 토크 목표값에 대하여 제진 제어 처리를 실시한 값을 최종 토크 명령값 Tmf *로 설정함과 함께, 차량이 정차 직전이라고 판정한다. 이에 의해, 정지 제어 처리로 이행하는 타이밍에 기초하여, 피드백 게인의 값을 설정할 수 있다. 따라서, 모터 토크를 외란 토크 추정값에 수렴시키는 제어 중에만, 불감대 구간 이외의 영역에 있어서의 피드백 게인 k1을 불감대 구간의 피드백 게인 k2와 동일한 값으로 설정할 수 있다.
또한, 제4 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의하면, 모터에 작용하는 외란 토크를 추정하고, 전동 차량의 주행 속도에 비례하는 속도 파라미터(본 실시 형태에 있어서는 모터 회전 속도)를 검출하고, 모터 토크가 속도 파라미터의 저하와 함께 외란 토크에 수렴할 때는, 차량이 정차 직전이라고 판정해도 된다. 이에 의해, 모터 토크 명령값을 외란 토크 추정값에 수렴시키는 피드백 제어 중이며, 또한 백래쉬를 넘는 불감대 구간에 있어서 정지 제어 중인 것을 검출할 수 있다. 따라서, 정지 제어 중에 있어서, 차량이 진동적으로 되는 것, 및 정지 제어 중에 있어서의 피드백 제어가 불안정해지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제4 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치에 의하면, 전동 차량의 주행 속도에 비례하는 속도 파라미터를 검출하고, 속도 파라미터의 절댓값이 소정값 이하가 되면, 차량이 정차 직전이라고 판정해도 된다. 이에 의해, 정지 제어 처리를 실행 중인지 여부의 판정에 관한 연산량을 저감시킬 수 있으므로, 소프트웨어의 연산 부하를 저감시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않고, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성에 한정하는 취지는 아니다.
예를 들어, 제1 내지 제3 실시 형태에서는, 불감대 모델(불감대 블록(503, 908, 1108))의 출력값인 구동축 비틀림 각도 추정값을 차량의 구동력 전달계가 불감대 구간에 있는지 여부의 판정 기준인 불감대 구간 판정값으로 하여 산출하였다. 그리고, 구동축 비틀림 각도 추정값이 0인 경우에, 차량 상태가 불감대 구간에 있다고 판정하였다. 그러나, 반드시 구동축 비틀림 각도 추정값을 불감대 구간 판정값으로서 사용할 필요는 없고, 불감대 모델의 입력값인 θd(구동축 비틀림 각도)를 불감대 구간 판정값으로서 사용하는 구성으로 해도 된다. 그 경우에는, 구동축 비틀림 각도 θd가 소정의 역치 범위 내에 있는지 여부에 기초하여, 차량의 구동력 전달계가 불감대 구간에 있는지 여부를 판정할 수 있다. 당해 역치는, 예를 들어 식 (27)을 참조하여 -θdead/2<θd<θdead/2로 해도 된다.
또한, 도 5, 7, 9, 11을 사용하여 설명한 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기에 있어서, 구동축 비틀림 각속도 추정값에 대하여 피드백 게인 k1, k2를 실시하는 위치와, 당해 게인이 실시된 구동축 비틀림 각속도 추정값이 게인 전환기에 입력되는 위치의 전후는 교체해도 된다. 그 경우에는, 동축 비틀림 각속도 추정값은 처음으로 게인 전환기에 입력된다. 그리고, 게인 전환기는, 불감대 구간 판정값이 0 이외일 때에는, 구동축 비틀림 각속도 추정값을 피드백 게인 k1로 출력하고, 불감대 구간 판정값이 0일 때에는, 구동축 비틀림 각속도 추정값을 피드백 게인 k2로 출력한다. 또한, 피드백 게인 k1, k2의 각 출력은 감산기로 출력되어, 목표 토크 명령값으로부터 감산된다. 구동축 비틀림 각속도 F/B 연산기가 이렇게 구성됨으로써, 모터 컨트롤러(2) 내에 있어서의 연산 부하를 저감시킬 수 있다.
또한, 상술한 제4 실시 형태에 있어서는, 정지 제어 중에 있어서 모터 회전 속도를 0에 수렴시키는 취지를 설명하였지만, 수렴시키는 값이 반드시 0에 한정되지는 않고, 일정값이면 정부의 어느 값이어도 된다.
본원은, 2016년 4월 19일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2016-083820에 기초하는 우선권을 주장하고, 이 출원의 모든 내용은 참조에 의해 본 명세서에 도입된다.

Claims (11)

  1. 차량 정보에 기초하여 설정되는 목표 토크 명령값에 대하여, 차량의 구동력 전달계의 진동을 억제하는 제진 제어를 실시함으로써 최종 토크 명령값을 산출하고, 당해 최종 토크 명령값에 기초하여 모터의 토크를 제어하는 전동 차량의 제어 방법에 있어서,
    상기 목표 토크 명령값과, 구동축 비틀림 각속도에 피드백 게인을 곱한 값에 기초하여 상기 최종 토크 명령값을 산출하고,
    상기 구동력 전달계를 모델화한 차량 모델을 사용하여, 상기 모터로부터 출력되는 모터 토크가 차량의 구동축 토크에 전달되지 않는 불감대 구간을 추정하고,
    차량이 정차 직전인지 여부를 판정하고,
    상기 피드백 게인의 값을, 상기 불감대 구간과, 상기 모터 토크가 차량의 구동축 토크에 전달되는 구간에서 별개로 설정하고,
    차량이 정차 직전이 되면, 상기 불감대 구간과, 상기 모터 토크가 차량의 구동축 토크에 전달되는 구간에 있어서의 상기 피드백 게인의 값을 동일한 값으로 설정하는
    것을 특징으로 하는, 전동 차량의 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동축 비틀림 각속도는, 구동륜 회전 각속도와 모터 회전 각속도의 구동축 환산값의 편차로부터 산출되는,
    전동 차량의 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구동축 비틀림 각속도는, 상기 목표 토크 명령값으로부터 상기 차량 모델을 사용하여 추정되는 구동축 비틀림 각속도 추정값이며,
    상기 차량 모델을 사용하여, 상기 목표 토크 명령값으로부터 구동축 비틀림 각도 추정값을 산출하고,
    상기 목표 토크 명령값과, 상기 구동축 비틀림 각도 추정값과, 상기 구동축 비틀림 각속도 추정값에 상기 피드백 게인을 곱한 값에 기초하여 상기 최종 토크 명령값을 설정하는,
    전동 차량의 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 불감대 구간은, 상기 차량 모델이 갖는 불감대 구간 추정부를 사용하여 추정되고,
    상기 구동축 비틀림 각속도 추정값은, 상기 차량 모델이 갖는 상기 불감대 구간 추정부를 사용하여 추정되는,
    전동 차량의 제어 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불감대 구간에 있어서의 상기 피드백 게인은, 상기 모터 토크가 차량의 구동축 토크에 전달되는 구간에 있어서의 상기 피드백 게인보다도 작은 값으로 설정되는,
    전동 차량의 제어 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차량 모델에는, 제어계가 갖는 지연 요소가 가미되는,
    전동 차량의 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어계가 갖는 지연 요소에는, 차량 상태를 검출하여 소정의 처리를 실시하는 데 수반하는 시간 지연, 상기 목표 토크 명령값으로부터 최종 토크 명령값을 산출할 때까지의 연산에 소요되는 시간 지연, 및 상기 최종 토크 명령값에 대하여 실제로 상기 모터 토크가 발생할 때까지의 시간 지연 중 적어도 하나의 시간 지연이 포함되는,
    전동 차량의 제어 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모터에 작용하는 외란 토크를 추정하고,
    전동 차량의 주행 속도에 비례하는 속도 파라미터를 검출하고,
    상기 목표 토크 명령값으로서의 제1 토크 목표값을 산출하고,
    상기 속도 파라미터의 저하와 함께 상기 외란 토크에 수렴하는 제2 토크 목표값을 산출하고,
    상기 제1 토크 목표값과 상기 제2 토크 목표값의 크기를 비교하여,
    상기 제2 토크 목표값이 상기 제1 토크 목표값보다 커지면, 당해 제2 토크 목표값에 대하여 상기 제진 제어를 실시한 값을 상기 최종 토크 명령값으로 설정함과 함께, 차량이 정차 직전이라고 판정하는,
    전동 차량의 제어 방법.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모터에 작용하는 외란 토크를 추정하고,
    전동 차량의 주행 속도에 비례하는 속도 파라미터를 검출하고,
    상기 모터 토크가 상기 속도 파라미터의 저하와 함께 상기 외란 토크에 수렴할 때는, 차량이 정차 직전이라고 판정하는,
    전동 차량의 제어 방법.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    전동 차량의 주행 속도에 비례하는 속도 파라미터를 검출하고,
    상기 속도 파라미터의 절댓값이 소정값 이하로 되면, 차량이 정차 직전이라고 판정하는,
    전동 차량의 제어 방법.
  11. 차량 정보에 기초하여 설정되는 목표 토크 명령값에 대하여, 차량의 구동력 전달계의 진동을 억제하는 제진 제어를 실시함으로써 최종 토크 명령값을 산출하고, 당해 최종 토크 명령값에 기초하여 모터의 토크를 제어하는 전동 차량의 제어 장치에 있어서,
    상기 목표 토크 명령값과, 구동축 비틀림 각속도에 피드백 게인을 곱한 값에 기초하여 상기 최종 토크 명령값을 산출하는 최종 토크 명령값 산출부와,
    상기 구동력 전달계를 모델화한 차량 모델을 사용하여, 상기 모터로부터 출력되는 모터 토크가 차량의 구동축 토크에 전달되지 않는 불감대 구간을 추정하는 불감대 구간 추정부와,
    차량이 정차 직전인지 여부를 판정하는 정차 직전 판정부를 구비하고,
    상기 피드백 게인의 값은, 상기 불감대 구간과, 상기 모터 토크가 차량의 구동축 토크에 전달되는 구간에서 별개로 설정되고,
    차량이 정차 직전이 되면, 상기 불감대 구간과, 상기 모터 토크가 차량의 구동축 토크에 전달되는 구간에 있어서의 상기 피드백 게인의 값을 동일한 값으로 설정하는,
    것을 특징으로 하는, 전동 차량의 제어 장치.
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