WO2014188962A1 - 電気自動車の制御装置 - Google Patents

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李国棟
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Definitions

  • the present invention relates to, for example, a control device for a four-wheel electric vehicle equipped with an in-wheel motor drive device, and in particular, by automatically adjusting a motor control gain, torque control overshoot can be suppressed and motor response can be improved.
  • the present invention relates to a technique for reducing vibration of a cycloid reduction gear between a wheel bearing and a motor.
  • Patent Document 1 an electric vehicle in which left and right wheels serving as driving wheels are driven by independent driving motors has been proposed (Patent Document 1).
  • the rotation of the motor is transmitted to the wheel via a reduction gear and a wheel bearing.
  • the motor, the speed reducer, and the wheel bearing constitute an in-wheel motor drive device that is one assembly part.
  • Acceleration Power running control Deceleration: Regenerative control Conventional technology 1 (electric vehicle)
  • the motor is driven by torque control when the vehicle is started or accelerated (powering control).
  • the PI control gain P: Proportional, I: Integral
  • the PI control gain is set large, a phenomenon that the command torque is exceeded occurs. This phenomenon is called overshoot. If overshoot occurs, vibration of the cycloid reducer between the wheel bearing and the motor tends to occur. As a result, the ride comfort of the occupant deteriorates.
  • An object of the present invention is to provide a control device for an electric vehicle that improves the response of the motor and improves the ride comfort of the occupant during powering control and regenerative control of the motor. is there.
  • the control apparatus for an electric vehicle of the present invention includes an ECU 21 that is an electric control unit that controls the entire vehicle, a power circuit unit 28 that includes an inverter 31 that converts DC power into AC power used to drive the motor 6 for traveling, and In an electric vehicle control device including an inverter device 22 having a motor control unit 29 that controls the power circuit unit 28 according to the control of the ECU 21,
  • the motor control unit 29 A current PI control unit 41 for performing PI feedback control for eliminating a deviation of a command current value generated in the inverter with respect to the torque command from the ECU 21;
  • a PI control gain control table 35 for power running control and regenerative control in which PI control gains used for PI feedback control by the current PI control unit 41 are set according to the running state;
  • the control gain adjusting unit 34 adjusts the PI control gain of the current PI control unit 41 so as to use the PI control gain corresponding to the running state in accordance with the PI control gain control table 35.
  • the “traveling state” refers to
  • the motor control unit 29 controls the power circuit unit 28 based on an acceleration / deceleration command based on a torque command or the like given from the ECU 21 during motor power running and regeneration control, for example, and torque-controls the output of the motor 6.
  • the current PI control unit 41 in the motor control unit 29 performs PI feedback control that eliminates the deviation of the command current value generated in the inverter with respect to the torque command from the ECU 21.
  • the PI control gain control table 35 used for this PI feedback control for power running control and regenerative control for example, it is possible to discriminate between the performance of the battery 19 and the deterioration state, or the loss of the motor 6 and the inverter device 22. It is difficult to be affected by disturbance caused by discrimination or the like, and the motor 6 can be controlled more accurately regardless of power running control and regenerative control. Therefore, the response of the motor 6 can be improved.
  • the control gain adjustment unit 34 adjusts the PI control gain of the current PI control unit 41 so as to use the PI control gain according to the running state according to the PI control gain control table 35.
  • the PI control gain control tables 35 for power running control and regenerative control may be provided at intervals determined for vehicle speed.
  • the PI control gain adjustment table 35 decreases the integral gain in the PI control gain and simultaneously decreases the proportional gain as the absolute value of the deviation between the measured current value and the command current value of the motor 6 decreases. As the absolute value of is larger, the integral gain may be increased and the proportional gain may be increased at the same time.
  • the PI control gain adjustment table 35 is set as described above based on the result of the actual vehicle test or the like. By reducing the integral gain and the proportional gain as the absolute value of the deviation is smaller, overshoot of current control can be suppressed. Conversely, the larger the absolute value of the deviation, the faster the response of the motor 6 can be by increasing the integral gain and the proportional gain. In this way, it is possible to achieve both suppression of overshoot in current control and improvement in the responsiveness of the motor 6.
  • the control gain adjustment unit 34 sets a limit value for each gain operation amount for manipulating the proportional gain or integral gain, and the gain adjustment unit 34 uses the limit value as an upper limit value when the limit value is exceeded. It is good to do. In this case, for example, it is possible to prevent an excessively large current from flowing into the PWM driver 32 of the power circuit unit 28 and to prevent an abnormality of the inverter device 22 in advance.
  • Limit values may be provided for the current value flowing through the motor 6 during power running control or the command current value consisting of the current flowing through the motor 6 during regenerative control. In this case, for example, the influence of the temperature rise of the motor 6 or disturbance can be reduced. Accordingly, it is possible to prevent an abnormality of the motor 6 due to a temperature rise of the motor 6 or the like.
  • the motor 6 may be partly or wholly disposed in a wheel to constitute the in-wheel motor drive device 8 including the motor 6, the wheel bearing 4, and the speed reducer 7.
  • FIG. 1 is a block diagram of a conceptual configuration showing an electric vehicle according to a first embodiment of the present invention in a plan view. It is a block diagram of the conceptual composition showing the relationship of the inverter apparatus etc. of the same electric vehicle. It is a block diagram of the torque control system by the motor control part etc. which include the control gain adjustment part in the inverter apparatus.
  • FIG. 1 is a block diagram of a conceptual configuration showing an electric vehicle according to a first embodiment of the present invention in a plan view. It is a block diagram of the conceptual composition showing the relationship of the inverter apparatus etc. of the same electric vehicle. It is a block diagram of the torque control system by the motor control part etc. which include the control gain adjustment part in the inverter apparatus.
  • FIG. 4 is a detailed block diagram of a current control unit shown in FIG. 3. It is a figure which shows the PI control gain adjustment table in the control apparatus of the same electric vehicle. It is a NT line figure of the motor in the electric vehicle. It is a figure which shows the example before and behind overshoot improvement at the time of power running control. It is a figure which shows the example before and behind the overshoot improvement at the time of regeneration control.
  • FIG. 1 is a block diagram of a conceptual configuration showing the electric vehicle according to this embodiment in a plan view.
  • this electric vehicle is a four-wheeled vehicle in which the left and right rear wheels 2 of the vehicle body 1 are drive wheels, and the left and right front wheels 3 are driven wheels. is there.
  • Each of the wheels 2 and 3 serving as the driving wheel and the driven wheel has a tire and is supported by the vehicle body 1 via wheel bearings 4 and 5, respectively.
  • the wheel bearings 4 and 5 are abbreviated as “H / B” in FIG.
  • the left and right wheels 2, 2 serving as driving wheels are driven by independent traveling motors 6, 6, respectively.
  • the rotation of the motor 6 is transmitted to the wheel 2 via the speed reducer 7 and the wheel bearing 4.
  • the motor (IWM: In-Wheel Motor) 6, the speed reducer 7, and the wheel bearing 4 constitute an in-wheel motor driving device 8 which is one assembly part, and the in-wheel motor driving device 8 is A part or the whole is arranged in the wheel 2.
  • the speed reducer 7 is a cycloid speed reducer, for example.
  • the wheels 2 and 3 are provided with electric brakes 9 and 10, respectively. Further, the wheels 3 and 3 which are the steering wheels which are the left and right front wheels can be steered via the steering mechanism 11 and are steered by the steering means 12 which is a steering wheel or the like.
  • FIG. 2 is a block diagram of a conceptual configuration of an inverter device and the like of the electric vehicle.
  • the electric vehicle includes an ECU 21 that is an electric control unit that controls the entire vehicle, and an inverter device 22 that controls the motor 6 for traveling in accordance with a command from the ECU 21.
  • the ECU 21 includes a computer, a program executed on the computer, various electronic circuits, and the like.
  • the ECU 21 includes a torque distribution unit 21a and a power running / regeneration control command unit 21b.
  • the torque distribution means 21a is based on an acceleration command output from the accelerator operation means 16 such as an accelerator pedal, a deceleration command output from the brake operation means 17 such as a brake pedal, and a turning command from the steering means 12. Acceleration / deceleration commands given to the traveling motors 6 and 6 are generated as torque command values and output to the inverter device 22. Further, the torque distribution means 21a includes a braking torque command value that causes the motor 6 to function as a regenerative brake and a braking torque that causes the electric brakes 9 and 10 to operate when there is a deceleration command output from the brake operating means 17. It has a function to distribute to command values.
  • the braking torque command value that functions as a regenerative brake reflects the acceleration / deceleration command given to the left and right wheel motors 6 and 6 in the torque command value.
  • a braking torque command value for operating the brakes 9 and 10 is output to the brake controller 23.
  • the power running / regeneration control command unit 21b gives a command flag for switching between acceleration (power running) and deceleration (regeneration) to a motor power running / regeneration control unit 33 of the motor control unit 29 described later.
  • the inverter device 22 includes a power circuit unit 28 provided for each motor 6 and a motor control unit 29 that controls the power circuit unit 28.
  • the power circuit unit 28 includes an inverter 31 that converts the DC power of the battery 19 into three-phase AC power used for powering and regeneration of the motor 6, and a PWM driver 32 that controls the inverter 31.
  • the motor 6 is composed of a three-phase synchronous motor or the like.
  • the motor 6 is provided with a rotation angle sensor 36 that detects a rotation angle as an electrical angle of the rotor of the motor.
  • the inverter 31 is composed of a plurality of semiconductor switching elements, and the PWM driver 32 performs pulse width modulation on the input current command and gives an on / off command to each of the semiconductor switching elements.
  • the motor control unit 29 includes a computer, a program executed on the computer, various electronic circuits, and the like. As a basic control unit, the motor power running / regeneration control unit 33, the control gain adjustment unit 34, and PI control are performed. And a gain control table 35.
  • the motor power running / regeneration control unit 33 converts the motor power running / regeneration control unit 33 into a current command in accordance with an acceleration (power running) / deceleration (regeneration) command based on a torque command or the like given from the ECU 21 that is the higher-level control means. A means for giving a current command.
  • the power running / regeneration that is, the direction of the command current is switched by a command flag from the power running / regeneration control command unit 21b of the ECU 21.
  • the motor power running / regeneration control unit 33 includes a power running control unit 33a and a regeneration control unit 33b, and either the power running control unit 33a or the regeneration control unit 33b is controlled by a command flag from the power running / regeneration control command unit 21b. Used selectively.
  • the motor power running / regeneration control unit 33 generates a corresponding command current value using a torque table (not shown) preset in the inverter according to the direction of the command current commanded by the command flag.
  • a current PI control unit 41 (FIG. 4), which will be described later, performs PI feedback control that eliminates the deviation of the command current value generated in the inverter with respect to the torque command from the ECU 21.
  • the motor power running / regeneration control unit 33 obtains the rotation angle of the rotor of the motor 6 from the rotation angle sensor 36 through the control gain adjustment unit 34 described below, and performs control according to the rotation angle such as vector control. .
  • the control gain adjustment unit 34 adjusts the PI control gain of the current PI control unit 41 (FIG. 4) so as to use the PI control gain according to the running state according to the PI control gain control table 35 described later.
  • the motor 6 that drives the left and right rear wheels 2 and 2 of the vehicle body 1 has different torque generation directions during power running and regeneration. That is, during power running, when viewed from the direction of the output shaft of the motor 6, the left motor 6 generates torque in the CW direction, and the right motor 6 generates torque in the CCW direction. The left side and the right side of the motor 6 are determined in the direction when the vehicle is viewed from behind (the same applies hereinafter).
  • Torque generated by the left and right motors 6 is transmitted to the tire with the direction of the torque being reversed for one through the cycloid reduction gear 7 and the wheel bearing 4. Further, the direction of torque generation during regeneration in the motor 6 for the left and right tires is different from the direction of torque generation during power running.
  • the PI control gain is automatically adjusted, thereby improving the response of the motor 6 and improving the ride comfort of the occupant.
  • the signal communication among the four persons among the ECU 21, the inverter device 22, the brake controller 23, and the steering means 12 is performed by, for example, controller area network (CAN) communication.
  • CAN controller area network
  • FIG. 3 is a block diagram of a torque control system in which the control gain adjustment unit 34 of the motor control unit 29 in the inverter device 22 is represented.
  • FIG. 4 is a detailed block diagram of the current control unit 46 shown in FIG. This will be described with reference to FIGS.
  • the motor control unit 29 in FIG. 3 is means for controlling the motor drive current and includes a current command unit 40 shown in FIG.
  • the motor control unit 29 includes a current PI control unit 41.
  • the current command unit 40 detects the drive current applied to the motor 6 by the rotation angle sensor 36 and the acceleration / deceleration directions generated by the torque distribution means 21a of the ECU 21 shown in FIG.
  • a corresponding command current is generated using a torque table (not shown) set in advance in the inverter of the inverter device 22 from a torque command value by an acceleration / deceleration command with a sign indicating the direction.
  • an appropriate torque command value is calculated from the maximum torque control table according to the accelerator signal and the rotation speed of the motor 6.
  • the current command unit 40 generates command values for the primary current (Ia) and the current phase angle ( ⁇ ) of the motor 6 based on the calculated torque command value (not shown). Based on the values of the primary current (Ia) and the current phase angle ( ⁇ ), the current command unit 40 generates two command currents, a d-axis current (field component) O_Id and a q-axis current (torque component) O_Iq. Generate.
  • the current PI control unit 41 performs the proportional gain adjustment and the integral gain adjustment in the control gain adjustment unit 34, the values of the d-axis current O_Id and q-axis current O_Iq output from the current command unit 40, the motor current, and the rotor angle. From the two-phase currents Id and Iq calculated by the three-phase / two-phase conversion unit 42, control amounts Vdc and Vqc based on voltage values by PI control are calculated.
  • Iv ⁇ (Iu + Iw)
  • a phase current (Iv) is calculated and converted from a three-phase current of Iu, Iv, and Iw to a two-phase current of Id and Iq.
  • the rotor angle of the motor 6 used for this conversion is acquired from the rotation angle sensor 36.
  • Rules for automatically adjusting the PI control gain are defined as follows. 1.
  • the integral gain Ki and the proportional gain Kp are decreased as the absolute value
  • a PI control gain adjustment table 35 is created according to the automatic adjustment rule.
  • the PI control gain adjustment table 35 is recorded in, for example, a ROM that is a storage unit provided in the inverter device 22.
  • the motor control unit 29 takes in the value of the PI control gain from the PI control gain adjustment table 35 and controls the motor 6.
  • the PI control gain control tables 35 for power running control and regenerative control are provided at intervals determined for vehicle speed (for example, 5 km / h).
  • the control amounts Vdc and Vqc calculated by the current PI control unit 41 are input to the two-phase / three-phase conversion unit 44.
  • the two-phase / three-phase conversion unit 44 calculates the three-phase PWM duties Vu, Vv, Vqc, from the input two-phase control amounts Vdc, Vqc and the rotor angle ⁇ of the motor 6 obtained by the rotation angle sensor 36. Convert to Vw.
  • the power conversion unit 45 corresponds to the power circuit unit 28 in FIG. 2, and the inverter 31 (FIG. 2) is PWM-controlled according to the PWM duties Vu, Vv, and Vw, and outputs a three-phase drive current that drives the motor 6.
  • FIG. 5 is a diagram showing a PI control gain adjustment table 35 in this electric vehicle control apparatus.
  • the horizontal axis represents the absolute value
  • the vertical axis represents the vehicle speed N.
  • Two types of PI control gain adjustment tables 35 are provided separately for power running control and regenerative control.
  • the motor 6 can be accurately controlled regardless of power running control and regenerative control. In this way, the motor 6 can be finely controlled. Therefore, the response of the motor 6 can be improved.
  • FIG. 6 is an NT (rotation speed-torque) diagram of a motor in this electric vehicle.
  • the first quadrant and the fourth quadrant of the NT diagram of the motor are shown.
  • the first quadrant is an area where power running control is performed, and a positive torque is generated.
  • the fourth quadrant is an area where regenerative control is performed, and a negative torque is generated.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example before and after overshoot improvement during power running control.
  • FIG. 7A relates to the prior art, and overshoot that exceeds the command torque occurs during power running control.
  • FIG. 7B the overshoot is improved by applying the control device according to the present embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example before and after overshoot improvement during regenerative control.
  • FIG. 8A relates to the prior art, and overshoot that exceeds the command torque occurs during regenerative control.
  • FIG. 8B the overshoot is improved by applying the control device according to the present embodiment.
  • the motor control unit 29 controls the power circuit unit 28 based on an acceleration / deceleration command by a torque command or the like given from the ECU 21 during motor power running and regenerative control, and outputs the motor 6 by torque control. That is, the current PI control unit 41 in the motor control unit 29 performs PI feedback control that eliminates the deviation of the command current value generated in the inverter with respect to the torque command from the ECU 21.
  • the motor 6 can be controlled more accurately regardless of power running control and regenerative control. Therefore, the response of the motor 6 can be improved.
  • the control gain adjustment unit 34 adjusts the PI control gain of the current PI control unit 41 so as to use the PI control gain according to the running state according to the PI control gain control table 35.
  • the PI control gain adjustment table 35 reduces the integral gain in the PI control gain as the absolute value of the deviation between the measured current value A_CURR of the motor 6 and the command current value O_CURR (the deviation current value E_CURR) decreases. As the absolute value of the deviation is increased, the integral gain is increased and the proportional gain is increased at the same time as the proportional gain is decreased.
  • the PI control gain adjustment table 35 is set as described above based on the result of an actual vehicle test or the like. By reducing the integral gain and the proportional gain as the absolute value of the deviation is smaller, overshoot of current control can be suppressed. Conversely, the larger the absolute value of the deviation, the faster the response of the motor 6 can be by increasing the integral gain and the proportional gain. In this way, it is possible to achieve both suppression of overshoot in current control and improvement in the responsiveness of the motor 6.
  • the control gain adjustment unit 34 sets a limit value for each gain operation amount for manipulating the proportional gain or integral gain, and the gain adjustment unit 34 uses the limit value as an upper limit value when the limit value is exceeded. It is good to do. In this case, for example, it is possible to prevent an excessively large current from flowing into the PWM driver 32 of the power circuit unit 28 and to prevent an abnormality of the inverter device 22 in advance. Limit values may be provided for the current value flowing through the motor 6 during power running control or the command current value consisting of the current flowing through the motor 6 during regenerative control. In this case, for example, the influence of the temperature rise of the motor 6 or disturbance can be reduced. Accordingly, it is possible to prevent an abnormality of the motor 6 due to a temperature rise of the motor 6 or the like.
  • the case where the rear wheel is applied to an electric vehicle driven by an in-wheel motor device has been described.
  • an in-wheel motor form is used as a form in which the wheels 2 are driven by individual motors.
  • the present invention is not limited to this, and can also be applied to an electric vehicle driven by a motor outside the wheel such as an on-board type.
  • the present invention can also be applied to an electric vehicle in which all four wheels are driven by individual motors, and an electric vehicle in which a plurality of wheels are driven to travel by one motor.

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Abstract

　電気自動車につき、モータの力行制御時、回生制御時において、モータの応答性の向上を図り、且つ、乗員の乗り心地の改善に繋がる電気自動車の制御装置を提供する。モータコントロール部２９は、ＥＣＵ２１からのトルク指令に対してインバータ内で生成された指令電流値の偏差を無くすＰＩフィードバック制御を行う電流ＰＩ制御部と、この電流ＰＩ制御部でＰＩフィードバック制御するときに用いるＰＩ制御ゲインを走行状態に応じて設定した力行制御用および回生制御用のＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５と、このＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５に従い走行状態に応じたＰＩ制御ゲインを用いるように電流ＰＩ制御部のＰＩ制御ゲインを調整する制御ゲイン調整部３４とを有する。

Description

電気自動車の制御装置 関連出願
　本出願は、２０１３年５月２０日出願の特願２０１３－１０５９８７の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　この発明は、例えば、インホイールモータ駆動装置を備えた４輪の電気自動車の制御装置に関し、特に、モータ制御ゲインを自動調整することによって、トルク制御のオーバーシュートの抑制とモータ応答性の向上を図ると共に、車輪用軸受とモータとの間にあるサイクロイド減速機の振動の低減を図る技術に関する。
　例えば、従来技術１として、駆動輪となる左右の車輪がそれぞれ独立の走行用のモータによる駆動される電気自動車が提案されている（特許文献１）。前記モータの回転は、減速機および車輪用軸受を介して車輪に伝達される。これらモータ、減速機、および車輪用軸受は、互いに一つの組立部品であるインホイールモータ駆動装置を構成している。
特開２０１２－１７８９１９号公報 特開２００４－１１６４６７号公報
　加速時：力行制御
　減速時：回生制御
　従来技術１（電気自動車）
　従来技術１では、車両起動時、または加速時（力行制御時）、トルク制御によって、モータを駆動させている。このモータのトルク制御に使用するＰＩ制御ゲイン（Ｐ：Proportional,Ｉ：Integral）は定数であるため、ＰＩ制御ゲインを大きく設定すると指令トルクをオーバーしてしまう現象が発生する。この現象をオーバーシュートと呼ぶ。オーバーシュートをおこすと、車輪用軸受とモータとの間にあるサイクロイド減速機の振動が生じやすくなる。それにより、乗員の乗り心地が悪化する。また、モータを制御するインバータ装置において、大きな電流がパワー回路部のドライバに流れ込む可能性があるため、インバータ装置に異常が発生しやすくなる。同様に、車両減速時（回生制御時）にもその問題が存在している。
　オーバーシュート現象を避けるために、ＰＩ制御ゲインを低く設定する手段や、ＥＣＵからの指令トルクに対し、ローパスフィルターを設けることにより、指令トルクを緩和する手段等がある。そのため、モータの応答性が低下する問題が生じる。
　従来技術２（エンジン車）
　従来技術２として、エンジン用バリアブル・ノズル・タービン（ＶＮＴ）のフィードバック制御システムにおいて、フィードバック制御用ＰＩＤ（Ｐ：Proportional,Ｉ：Integral,Ｄ：Differential）ゲイン自動調整方法が提案されている（特許文献２）。この方法は、目標値に対する実値のオーバーシュート値が所定値を超えた場合に、偏差から求められるフィードバックＰＩＤゲインの演算から小さい値に変更する方法である。この方法は、オーバーシュートをより適切に抑えることができるが、オーバーシュートを避けることができない。
　この発明の目的は、電気自動車につき、モータの力行制御時、回生制御時において、モータの応答性の向上を図り、且つ、乗員の乗り心地の改善に繋がる電気自動車の制御装置を提供することである。
　以下、この発明について、理解を容易にするために、便宜上実施形態の符号を参照して説明する。
　この発明の電気自動車の制御装置は、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵ２１と、直流電力を走行用のモータ６の駆動に用いる交流電力に変換するインバータ３１を含むパワー回路部２８、および前記ＥＣＵ２１の制御に従って前記パワー回路部２８を制御するモータコントロール部２９を有するインバータ装置２２とを備えた電気自動車の制御装置において、
　前記モータコントロール部２９は、
　前記ＥＣＵ２１からのトルク指令に対してインバータ内で生成された指令電流値の偏差を無くすＰＩフィードバック制御を行う電流ＰＩ制御部４１と、
　この電流ＰＩ制御部４１でＰＩフィードバック制御するときに用いるＰＩ制御ゲインを走行状態に応じて設定した力行制御用および回生制御用のＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５と、
　このＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５に従い走行状態に応じたＰＩ制御ゲインを用いるように前記電流ＰＩ制御部４１のＰＩ制御ゲインを調整する制御ゲイン調整部３４とを有することを特徴とする。
　前記「走行状態」とは、例えば、走行用のモータ６の実測電流値と指令電流値の偏差の絶対値と、車速との関係から定められる状態を言う。
　この構成によると、モータコントロール部２９は、例えば、モータ力行および回生制御時、ＥＣＵ２１から与えられるトルク指令等による加速・減速指令に基づき、パワー回路部２８を制御し、モータ６の出力をトルク制御により実施する。つまりモータコントロール部２９における電流ＰＩ制御部４１が、ＥＣＵ２１からのトルク指令に対してインバータ内で生成された指令電流値の偏差を無くすＰＩフィードバック制御を行う。このＰＩフィードバック制御時に用いるＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５を、力行制御用および回生制御用にそれぞれ設けることによって、例えば、バッテリ１９の性能や劣化状態の差別、またはモータ６とインバータ装置２２の損失の差別等に起因する外乱からの影響を受け難く、また力行制御、回生制御にかかわらずより正確にモータ６を制御することができる。したがって、モータ６の応答性の向上を図ることができる。
　制御ゲイン調整部３４は、ＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５に従い走行状態に応じたＰＩ制御ゲインを用いるように電流ＰＩ制御部４１のＰＩ制御ゲインを調整する。時々刻々と変化する走行状態に応じてＰＩ制御ゲインを最適に調整することで、オーバーシュート現象を避け、例えば減速機等の振動を抑制し得る。それにより、乗員の乗り心地の改善を図ることができる。
　前記力行制御用および回生制御用の各ＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５は、車速について定められた間隔毎に設けられるものとしても良い。
　前記ＰＩ制御ゲイン調整用テーブル３５は、前記モータ６の実測電流値と指令電流値の偏差の絶対値が小さいほど、前記ＰＩ制御ゲインにおける積分ゲインを減少させると同時に比例ゲインを減少させ、前記偏差の絶対値が大きいほど、前記積分ゲインを増加させると同時に比例ゲインを増加させるものとしても良い。
　ＰＩ制御ゲイン調整用テーブル３５を、実車試験等による結果に基づき前記のように設定する。前記偏差の絶対値が小さいほど、積分ゲインおよび比例ゲインを減少させることにより、電流制御のオーバーシュートを抑制することができる。逆に、前記偏差の絶対値が大きいほど、積分ゲインおよび比例ゲインを増加させることにより、モータ６の応答性を速くすることができる。このように、電流制御のオーバーシュートの抑制とモータ６の応答性の向上を両立することができる。
　前記制御ゲイン調整部３４により、比例ゲインまたは積分ゲインを操作するゲイン操作量にそれぞれ制限値を設け、前記ゲイン調整部３４は、前記制限値を超える場合には、前記制限値を上限値として使用するものとしても良い。この場合、例えば、パワー回路部２８のＰＷＭドライバ３２に過度に大きな電流が流れ込むことを防止し、インバータ装置２２の異常を未然に防止することができる。
　力行制御時前記モータ６に流れる電流値、または、回生制御時前記モータ６に流れる電流からなる指令電流値につき、それぞれ制限値を設けても良い。この場合、例えば、モータ６の温度上昇や外乱の影響を低減することができる。したがって、モータ６の温度上昇等に起因するモータ６の異常を未然に防止することができる。
　前記モータ６は、一部または全体が車輪内に配置されて前記モータ６と車輪用軸受４と減速機７とを含むインホイールモータ駆動装置８を構成するものとしても良い。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
この発明の第１の実施形態に係る電気自動車を平面図で示す概念構成のブロック図である。 同電気自動車のインバータ装置等の関係を表す概念構成のブロック図である。 同インバータ装置における制御ゲイン調整部を含むモータコントロール部等によるトルク制御系のブロック図である。 図３に示す電流制御部の詳細ブロック図である。 同電気自動車の制御装置におけるＰＩ制御ゲイン調整用テーブルを示す図である。 同電気自動車におけるモータのＮ-Ｔ線図である。 力行制御時のオーバーシュート改善前後の例を示す図である。 回生制御時のオーバーシュート改善前後の例を示す図である。
　この発明の第１の実施形態に係る電気自動車の制御装置を図１ないし図８と共に説明する。なお以下の説明は電気自動車の制御方法についての説明をも含む。図１は、この実施形態に係る電気自動車を平面図で示す概念構成のブロック図である。図１に示すように、この電気自動車は、車体１の左右の後輪となる車輪２が駆動輪とされ、左右の前輪となる車輪３が従動輪の操舵輪とされた４輪の自動車である。駆動輪および従動輪となる車輪２，３は、いずれもタイヤを有し、それぞれ車輪用軸受４，５を介して車体１に支持されている。
　車輪用軸受４，５は、図１にてハブベアリングの略称「Ｈ／Ｂ」を付してある。駆動輪となる左右の車輪２，２は、それぞれ独立の走行用のモータ６，６により駆動される。モータ６の回転は、減速機７および車輪用軸受４を介して車輪２に伝達される。これらモータ（ＩＷＭ：In-Wheel Motor）６、減速機７、および車輪用軸受４は、互いに一つの組立部品であるインホイールモータ駆動装置８を構成しており、インホイールモータ駆動装置８は、一部または全体が車輪２内に配置される。減速機７は例えばサイクロイド減速機からなる。各車輪２，３には、電動式のブレーキ９，１０が各々設けられている。また左右の前輪となる操舵輪である車輪３，３は、転舵機構１１を介して転舵可能であり、ステアリングホイール等である操舵手段１２により操舵される。
　図２は、同電気自動車のインバータ装置等の概念構成のブロック図である。
　図２に示すように、この電気自動車は、自動車全般の制御を行う電気制御ユニットであるＥＣＵ２１と、このＥＣＵ２１の指令に従って走行用のモータ６の制御を行うインバータ装置２２とを有する。ＥＣＵ２１は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、および各種の電子回路等で構成される。ＥＣＵ２１は、トルク配分手段２１ａと、力行・回生制御指令部２１ｂとを有する。
　トルク配分手段２１ａは、アクセルペダルのようなアクセル操作手段１６の出力する加速指令と、ブレーキペダルのようなブレーキ操作手段１７の出力する減速指令と、操舵手段１２からの旋回指令とから、左右輪の走行用のモータ６，６に与える加速・減速指令をトルク指令値として生成し、インバータ装置２２へ出力する。さらに、トルク配分手段２１ａは、ブレーキ操作手段１７の出力する減速指令があったときに、モータ６を回生ブレーキとして機能させる制動トルク指令値と、前記電動式のブレーキ９，１０を動作させる制動トルク指令値とに配分する機能を持つ。回生ブレーキとして機能させる制動トルク指令値は、前記左右輪のモータ６，６に与える加速・減速指令をトルク指令値に反映させる。ブレーキ９，１０を動作させる制動トルク指令値は、ブレーキコントローラ２３へ出力する。
　力行・回生制御指令部２１ｂは、加速（力行）・減速（回生）の切換えを行うための指令フラグを、後述するモータコントロール部２９のモータ力行・回生制御部３３に与える。
　インバータ装置２２は、各モータ６に対して設けられたパワー回路部２８と、このパワー回路部２８を制御するモータコントロール部２９とを有する。パワー回路部２８は、バッテリ１９の直流電力をモータ６の力行および回生に用いる３相の交流電力に変換するインバータ３１と、このインバータ３１を制御するＰＷＭドライバ３２とを有する。モータ６は、３相の同期モータ等からなる。このモータ６には、同モータのロータの電気角としての回転角度を検出する回転角度センサ３６が設けられている。インバータ３１は、複数の半導体スイッチング素子で構成され、ＰＷＭドライバ３２は、入力された電流指令をパルス幅変調し、前記各半導体スイッチング素子にオンオフ指令を与える。
　モータコントロール部２９は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、および各種の電子回路等により構成され、その基本となる制御部としてモータ力行・回生制御部３３と、制御ゲイン調整部３４と、ＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５とを有する。モータ力行・回生制御部３３は、上位制御手段であるＥＣＵ２１から与えられるトルク指令等による加速（力行）・減速（回生）指令に従い、電流指令に変換して、パワー回路部２８のＰＷＭドライバ３２に電流指令を与える手段である。力行・回生つまり指令電流の方向の切換は、ＥＣＵ２１の力行・回生制御指令部２１ｂからの指令フラグにより行う。モータ力行・回生制御部３３は、力行制御手段３３ａと、回生制御手段３３ｂとを有し、力行・回生制御指令部２１ｂからの指令フラグにより力行制御手段３３ａおよび回生制御手段３３ｂのいずれか一方が選択的に用いられる。
　モータ力行・回生制御部３３は、前記指令フラグで指令された指令電流の方向に従って、インバータ内部に予め設定したトルクテーブル（不図示）を用い、相応の指令電流値を生成する。このとき後述する電流ＰＩ制御部４１（図４）は、ＥＣＵ２１からのトルク指令に対してインバータ内で生成された指令電流値の偏差を無くすＰＩフィードバック制御を行う。
　またモータ力行・回生制御部３３は、次に述べる制御ゲイン調整部３４を介して、モータ６のロータの回転角を回転角度センサ３６から得て、ベクトル制御等の回転角に応じた制御を行う。
　制御ゲイン調整部３４は、後述するＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５に従い走行状態に応じたＰＩ制御ゲインを用いるように電流ＰＩ制御部４１（図４）のＰＩ制御ゲインを調整する。車体１の左右の後車輪２，２を駆動するモータ６は、力行時および回生時において、トルク発生方向が異なる。つまり力行時において、モータ６の出力軸の方向から見ると、左側のモータ６はＣＷ方向のトルクが発生し、右側のモータ６はＣＣＷ方向のトルクが発生する。前記モータ６の左側、右側は車両を後ろから見た方向で決定される（以下同じ）。
　左、右側のモータ６でそれぞれ発生したトルクは、サイクロイド減速機７および車輪用軸受４を介して、一方についてはトルク方向が反転されて、タイヤに伝達される。また左右タイヤのモータ６における回生時のトルク発生方向は、力行時のトルク発生方向と異なっている。力行制御と回生制御を実施するには、ＰＩ制御ゲインを自動調整することで、モータ６の応答性の向上を図り、且つ、乗員の乗り心地の改善に繋がる。
　なおＥＣＵ２１、インバータ装置２２、ブレーキコントローラ２３、および操舵手段１２間の４者間の信号通信は、例えばコントローラ・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）通信で行われている。
　図３は、インバータ装置２２におけるモータコントロール部２９の制御ゲイン調整部３４が表されているトルク制御系のブロック図である。図４は、図３に示す電流制御部４６の詳細ブロック図である。図３および図４を参照しつつ説明する。
　図３のモータコントロール部２９は、モータ駆動電流を制御する手段であって、図４に示す電流指令部４０を含む。また、モータコントロール部２９は、電流ＰＩ制御部４１を含む。この電流指令部４０は、モータ６に印加する駆動電流を回転角度センサ３６で検出した検出値と、図３に示すＥＣＵ２１のトルク配分手段２１ａで生成した、加速、減速の向きすなわち前記指令電流の向きを表す符号付きの加速・減速指令によるトルク指令値とから、インバータ装置２２のインバータ内部に予め設定したトルクテーブル（不図示）を用い、相応の指令電流を生成する。
　前記トルクテーブルに関しては、アクセル信号とモータ６の回転数とに応じて、最大トルク制御テーブルから、相応なトルク指令値を算出する。図４に示すように、電流指令部４０は、算出された前記トルク指令値に基づき、モータ６の１次電流（Ｉａ）と電流位相角（β）の指令値を生成する（不図示）。電流指令部４０は、これら１次電流（Ｉａ）と電流位相角（β）の値に基づき、ｄ軸電流（界磁成分）Ｏ＿Ｉｄと、ｑ軸電流（トルク成分）Ｏ＿Ｉｑの二つの指令電流を生成する。
　電流ＰＩ制御部４１は、制御ゲイン調整部３４における比例ゲイン調整および積分ゲイン調整の下、電流指令部４０から出力されたｄ軸電流Ｏ＿Ｉｄ、ｑ軸電流Ｏ＿Ｉｑの値と、モータ電流および回転子角度から３相・２相変換部４２で計算された２相電流Ｉｄ，Ｉｑとから、ＰＩ制御による電圧値による制御量Ｖｄｃ，Ｖｑｃを算出する。３相・２相変換部４２では、電流センサ４３で検出されるモータ６のｕ相電流（Ｉｕ）とｗ相電流（Ｉｗ）の検出値から、次式Ｉｖ＝－（Ｉｕ＋Ｉｗ）で求められるｖ相電流（Ｉｖ）を算出し、Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの３相電流からＩｄ，Ｉｑの２相電流に変換する。この変換に使われるモータ６の回転子角度は、回転角度センサ３６から取得する。
　ＰＩ制御ゲイン調整用テーブル３５（図２）は、力行制御用および回生制御用の２種類のＰＩ制御ゲイン調整用テーブル３５を含む。これら力行制御用および回生制御用のＰＩ制御ゲイン調整用テーブル３５には、それぞれ電流ＰＩ制御部４１でＰＩフィードバック制御するときに用いるＰＩ制御ゲインが、走行状態に応じて設定されている。
　図３に示すように、制御ゲイン調整部３４は、力行制御と回生制御の実施時における、ＰＩ制御ゲインを実測電流値Ａ＿ＣＵＲＲと前記トルクテーブルで生成された指令電流値Ｏ＿ＣＵＲＲ間の偏差電流値（Ｅ＿ＣＵＲＲ＝Ｏ＿ＣＵＲＲ - Ａ＿ＣＵＲＲ）に基づき調整することで、応答性の向上を実現している。なお、図３において、制御ゲイン調整部３４の出力は、図２に示されているパワー回路部２８に相当する電流制御ブロック３７へ入力される。
　Ｐ制御だけでは、通常、目標値との定常偏差であるオフセットが生じる。このため、Ｐ制御のオフセットを無くすため、Ｉ制御を加え、実測値と目標値の偏差を無くすまでモータ６を制御する。
　操作量：ＰＩ＝Ｐ＋Ｉ
　モータ電流の偏差：Ｅ＿ＣＵＲＲ＝Ｏ＿ＣＵＲＲ - Ａ＿ＣＵＲＲ
　　　　　（Ｏ＿ＣＵＲＲ：モータの指令電流値，Ａ＿ＣＵＲＲ：モータの実測電流値）
　Ｐ操作量：Ｐ＝Ｋｐ×Ｅ＿ＣＵＲＲ　　　（Ｋｐ：比例ゲイン）
　Ｉ操作量：Ｉ＝Ｉ＋Ｋｉ×Ｅ＿ＣＵＲＲ　（Ｋｉ：積分ゲイン）
　（以上の電流は、モータ相電流の実効値である。）
　ＰＩ制御ゲインの自動調整規則：
　ＰＩ制御ゲインを自動調整するための規則として、以下のように定める。
　１．モータの実測電流値と指令電流値の偏差の絶対値｜Ｅ＿ＣＵＲＲ｜が小さいほど、積分ゲインＫｉおよび比例ゲインＫｐを減少させる。それにより電流制御のオーバーシュートを抑制することができる。
　２．逆に、モータ６の実測電流値と指令電流値の偏差の絶対値｜Ｅ＿ＣＵＲＲ｜が大きいほど、積分ゲインＫｉおよび比例ゲインＫｐを増加させる。それによりモータ６の応答性が速くなる。
　本自動調整規則に従って、ＰＩ制御ゲイン調整用テーブル３５を作成する。本ＰＩ制御ゲイン調整用テーブル３５は、例えば、インバータ装置２２に設けられた記憶手段であるＲＯＭに記録される。モータコントロール部２９は、ＰＩ制御ゲイン調整用テーブル３５からＰＩ制御ゲインの値を取り込み、モータ６を制御する。
　前記力行制御用および回生制御用の各ＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５は、車速について定められた間隔（例えば、５ｋｍ／ｈ）毎に設けられる。
　図４に示すように、前記電流ＰＩ制御部４１で算出された制御量Ｖｄｃ，Ｖｑｃは、２相・３相変換部４４に入力される。この２相・３相変換部４４は、入力された２相の制御量Ｖｄｃ，Ｖｑｃと、回転角度センサ３６で得たモータ６の回転子角度θとから、３相のＰＷＭデューティＶｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換する。電力変換部４５は、図２のパワー回路部２８に相当し、ＰＷＭデューティＶｕ，Ｖｖ，Ｖｗに従ってインバータ３１（図２）がＰＷＭ制御されて、モータ６を駆動する３相駆動電流を出力する。
　図５は、この電気自動車の制御装置におけるＰＩ制御ゲイン調整用テーブル３５を示す図である。同図において、横軸はモータの実測電流値と指令電流値の偏差の絶対値｜Ｅ＿ＣＵＲＲ｜、縦軸は車速Ｎを示す。力行制御用と回生制御用それぞれの場合に分けて、２種類のＰＩ制御ゲイン調整用テーブル３５が設けられる。このように力行制御用と回生制御用に２種類のＰＩ制御ゲイン調整用テーブル３５を設けることで、例えば、バッテリ１９の性能や劣化状態の差別、またはモータ６とインバータ装置２２の損失の差別等に起因する外乱からの影響を受け難く、また力行制御、回生制御にかかわらず正確にモータ６を制御することができる。このようにモータ６を木目細かく制御することができる。したがって、モータ６の応答性の向上を図ることができる。
　図６は、この電気自動車におけるモータのＮ-Ｔ（回転数－トルク）線図である。
　同図には、モータのＮ-Ｔ線図の第１象限と第４象限とが示されている。前記第１象限は、力行制御の実施領域であり、正トルクが発生する。前記第４象限は、回生制御の実施領域であり、負トルクが発生する。
　図７は、力行制御時のオーバーシュート改善前後の例を示す図である。図７（ａ）は、従来技術に係り、力行制御時において、指令トルクをオーバーするオーバーシュートが生じている。これに対し図７（ｂ）では、本実施形態に係る制御装置を適用したことで、オーバーシュートが改善されている。
　図８は、回生制御時のオーバーシュート改善前後の例を示す図である。図８（ａ）は、従来技術に係り、回生制御時において、指令トルクをオーバーするオーバーシュートが生じている。これに対し図８（ｂ）では、本実施形態に係る制御装置を適用したことで、オーバーシュートが改善されている。
　作用効果について説明する。
　モータコントロール部２９は、モータ力行および回生制御時、ＥＣＵ２１から与えられるトルク指令等による加速・減速指令に基づき、パワー回路部２８を制御し、モータ６の出力をトルク制御により実施する。つまりモータコントロール部２９における電流ＰＩ制御部４１が、ＥＣＵ２１からのトルク指令に対してインバータ内で生成された指令電流値の偏差を無くすＰＩフィードバック制御を行う。このＰＩフィードバック制御時に用いるＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５を、力行制御用および回生制御用にそれぞれ設けることによって、バッテリ１９の性能や劣化状態の差別、またはモータ６とインバータ装置２２の損失の差別等に起因する外乱からの影響を受け難く、また力行制御、回生制御にかかわらずより正確にモータ６を制御することができる。したがって、モータ６の応答性の向上を図ることができる。
　制御ゲイン調整部３４は、ＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５に従い走行状態に応じたＰＩ制御ゲインを用いるように電流ＰＩ制御部４１のＰＩ制御ゲインを調整する。時々刻々と変化する走行状態に応じてＰＩ制御ゲインを最適に調整することで、オーバーシュート現象を避け、例えば減速機等の振動を抑制し得る。それにより、乗員の乗り心地の改善を図ることができる。
　前記ＰＩ制御ゲイン調整用テーブル３５は、モータ６の実測電流値Ａ＿ＣＵＲＲと指令電流値Ｏ＿ＣＵＲＲの偏差（前記偏差電流値Ｅ＿ＣＵＲＲ）の絶対値が小さいほど、前記ＰＩ制御ゲインにおける積分ゲインを減少させると同時に比例ゲインを減少させ、前記偏差の絶対値が大きいほど、前記積分ゲインを増加させると同時に比例ゲインを増加させる。ＰＩ制御ゲイン調整用テーブル３５を、実車試験等による結果に基づき前記のように設定する。前記偏差の絶対値が小さいほど、積分ゲインおよび比例ゲインを減少させることにより、電流制御のオーバーシュートを抑制することができる。逆に、前記偏差の絶対値が大きいほど、積分ゲインおよび比例ゲインを増加させることにより、モータ６の応答性を速くすることができる。このように、電流制御のオーバーシュートの抑制とモータ６の応答性の向上を両立することができる。
　前記制御ゲイン調整部３４により、比例ゲインまたは積分ゲインを操作するゲイン操作量にそれぞれ制限値を設け、前記ゲイン調整部３４は、前記制限値を超える場合には、前記制限値を上限値として使用するものとしても良い。この場合、例えば、パワー回路部２８のＰＷＭドライバ３２に過度に大きな電流が流れ込むことを防止し、インバータ装置２２の異常を未然に防止することができる。
　力行制御時にモータ６に流れる電流値、または、回生制御時にモータ６に流れる電流からなる指令電流値につき、それぞれ制限値を設けても良い。この場合、例えば、モータ６の温度上昇や外乱の影響を低減することができる。したがって、モータ６の温度上昇等に起因するモータ６の異常を未然に防止することができる。
　他の実施形態として、前記実施形態では、後輪がインホイールモータ装置で駆動される電気自動車に適用した場合につき説明したが、車輪２を個別のモータで駆動する形式として、インホイールモータ形式に限らず、オンボード形式等の車輪外のモータで駆動される電気自動車にも適用することができる。さらに、４輪とも個別のモータで駆動される電気自動車や、１台のモータで複数の車輪を走行駆動する電気自動車にも適用することができる。
　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる発明の範囲内のものと解釈される。
４…車輪用軸受
６…モータ
７…減速機
２１…ＥＣＵ
２２…インバータ装置
２８…パワー回路部
２９…モータコントロール部
３１…インバータ
３４…制御ゲイン調整部
３５…ＰＩ制御ゲイン制御用テーブル
４１…電流ＰＩ制御部

Claims (5)

  1. 　車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵと、直流電力を走行用のモータの駆動に用いる交流電力に変換するインバータを含むパワー回路部、および前記ＥＣＵの制御に従って前記パワー回路部を制御するモータコントロール部を有するインバータ装置とを備えた電気自動車の制御装置において、
    　前記モータコントロール部は、
    　前記ＥＣＵからのトルク指令に対してインバータ内で生成された指令電流値の偏差を無くすＰＩフィードバック制御を行う電流ＰＩ制御部と、
    　この電流ＰＩ制御部でＰＩフィードバック制御するときに用いるＰＩ制御ゲインを走行状態に応じて設定した力行制御用および回生制御用のＰＩ制御ゲイン制御用テーブルと、
    　このＰＩ制御ゲイン制御用テーブルに従い走行状態に応じたＰＩ制御ゲインを用いるように前記電流ＰＩ制御部のＰＩ制御ゲインを調整する制御ゲイン調整部と、
    を有することを特徴とする電気自動車の制御装置。
  2. 　請求項１記載の電気自動車の制御装置において、前記力行制御用および回生制御用の各ＰＩ制御ゲイン制御用テーブルは、車速について定められた間隔毎に設けられる電気自動車の制御装置。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の電気自動車の制御装置において、前記ＰＩ制御ゲイン調整用テーブルは、前記モータの実測電流値と指令電流値の偏差の絶対値が小さいほど、前記ＰＩ制御ゲインにおける積分ゲインを減少させると同時に比例ゲインを減少させ、前記偏差の絶対値が大きいほど、前記積分ゲインを増加させると同時に比例ゲインを増加させる電気自動車の制御装置。
  4. 　請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電気自動車の制御装置において、前記制御ゲイン調整部により、比例ゲインまたは積分ゲインを操作するゲイン操作量にそれぞれ制限値を設け、前記ゲイン調整部は、前記制限値を超える場合には、前記制限値を上限値として使用する電気自動車の制御装置。
  5. 　請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電気自動車の制御装置において、力行制御時前記モータに流れる電流値、または、回生制御時前記モータに流れる電流からなる指令電流値につき、それぞれ制限値を設けた電気自動車の制御装置。
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