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WO2015105077A1 - 電動車両の制御装置および電動車両の制御方法 - Google Patents

電動車両の制御装置および電動車両の制御方法 Download PDF

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WO2015105077A1
WO2015105077A1 PCT/JP2015/050066 JP2015050066W WO2015105077A1 WO 2015105077 A1 WO2015105077 A1 WO 2015105077A1 JP 2015050066 W JP2015050066 W JP 2015050066W WO 2015105077 A1 WO2015105077 A1 WO 2015105077A1
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torque
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motor
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vehicle
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Application number
PCT/JP2015/050066
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French (fr)
Inventor
澤田 彰
伊藤 健
中島 孝
雄史 勝又
弘征 小松
Original Assignee
日産自動車株式会社
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Publication date
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Priority to BR112016016127-0A priority patent/BR112016016127B1/pt
Priority to EP15735402.8A priority patent/EP3093185A4/en
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Definitions

  • the present invention relates to an electric vehicle control device and an electric vehicle control method.
  • a regenerative brake control device for an electric vehicle that is provided with setting means that can arbitrarily set a regenerative braking force of an electric motor, and regenerates the electric motor with a regenerative braking force set by the setting means (see JP 8-79907A) ).
  • An object of the present invention is to provide a technique for suppressing the occurrence of vibration in the front-rear direction of the vehicle body when the electric vehicle is stopped with a regenerative braking force.
  • An electric vehicle control device is a control device for an electric vehicle that uses a motor as a travel drive source and decelerates by the regenerative braking force of the motor. While calculating, the 2nd torque target value which converges to zero with the fall of the speed parameter proportional to the running speed of an electric vehicle is calculated. If it is determined that the vehicle is about to stop, the first torque target value is set to the motor torque command value. If the vehicle is determined to be about to stop, the second torque target value is set to the motor torque command value. The motor is controlled based on the set motor torque command value.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a main configuration of an electric vehicle including an electric vehicle control apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a flow of processing of motor current control performed by the motor controller.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of an accelerator opening-torque table.
  • FIG. 4 is a block diagram for explaining details of a method for setting the first torque target value Tm1 * .
  • FIG. 5 is a block diagram showing a detailed configuration of the disturbance torque estimator.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a detailed configuration of the disturbance correction torque setting device.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a table defining the relationship between the disturbance torque estimated value Td and the gradient correction torque Td5.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a main configuration of an electric vehicle including an electric vehicle control apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a flow of processing of motor current control performed by the motor controller.
  • FIG. 3 is
  • FIG. 8 is an example of a table that defines the relationship between the motor rotation speed ⁇ m and the speed correction gain K ⁇ .
  • FIG. 9 is a diagram modeling a driving force transmission system of a vehicle.
  • FIG. 10 is a block diagram for realizing the stop control process.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a method of calculating the motor rotation speed F / B torque T ⁇ based on the detected motor rotation speed ⁇ m.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a control result of stop control for stopping the electric vehicle on the uphill road.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a control result of stop control for stopping the electric vehicle on the downhill road.
  • FIG. 14 is a block diagram for realizing the stop control process when the motor rotation speed F / B torque T ⁇ is set as the second torque target value Tm2 * .
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a main configuration of an electric vehicle including an electric vehicle control device according to one embodiment.
  • the control device for an electric vehicle according to the present invention is applicable to an electric vehicle that includes an electric motor as a part or all of a drive source of the vehicle and can travel by the driving force of the electric motor.
  • Electric vehicles include not only electric vehicles but also hybrid vehicles and fuel cell vehicles.
  • the control device for an electric vehicle in the present embodiment can be applied to a vehicle that can control acceleration / deceleration and stop of the vehicle only by operating an accelerator pedal. In this vehicle, the driver depresses the accelerator pedal at the time of acceleration and reduces the amount of depression of the accelerator pedal at the time of deceleration or stop, or sets the depression amount of the accelerator pedal to zero.
  • the motor controller 2 inputs signals indicating the vehicle state such as the vehicle speed V, the accelerator opening AP, the rotor phase ⁇ of the electric motor (three-phase AC motor) 4, the currents iu, iv, iw of the electric motor 4 as digital signals. Then, a PWM signal for controlling the electric motor 4 is generated based on the input signal. The motor controller 2 generates a drive signal for the inverter 3 in accordance with the generated PWM signal.
  • the inverter 3 includes, for example, two switching elements (for example, power semiconductor elements such as IGBTs and MOS-FETs) for each phase.
  • the supplied direct current is converted into alternating current, and a desired current is passed through the electric motor 4.
  • the electric motor 4 generates a driving force by the alternating current supplied from the inverter 3, and transmits the driving force to the left and right driving wheels 9 a and 9 b via the speed reducer 5 and the drive shaft 8.
  • the electric motor 4 collects the kinetic energy of the vehicle as electric energy by generating a regenerative driving force when the electric motor 4 rotates with the drive wheels 9a and 9b and rotates when the vehicle is traveling.
  • the inverter 3 converts an alternating current generated during the regenerative operation of the electric motor 4 into a direct current and supplies the direct current to the battery 1.
  • the current sensor 7 detects the three-phase alternating currents iu, iv, iw flowing through the electric motor 4. However, since the sum of the three-phase alternating currents iu, iv, and iw is 0, any two-phase current may be detected, and the remaining one-phase current may be obtained by calculation.
  • the rotation sensor 6 is, for example, a resolver or an encoder, and detects the rotor phase ⁇ of the electric motor 4.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a flow of processing of motor current control performed by the motor controller 2.
  • step S201 a signal indicating the vehicle state is input.
  • the vehicle speed V (km / h), the accelerator opening AP (%), the rotor phase ⁇ (rad) of the electric motor 4, the rotational speed Nm (rpm) of the electric motor 4, and the three-phase AC flowing through the electric motor 4 Currents iu, iv, iw, and a DC voltage value Vdc (V) between the battery 1 and the inverter 3 are input.
  • the vehicle speed V (km / h) is acquired by communication from a vehicle speed sensor (not shown) or another controller.
  • the rotor mechanical angular speed ⁇ m is multiplied by the tire dynamic radius R, and the vehicle speed v (m / s) is obtained by dividing by the gear ratio of the final gear, and unit conversion is performed by multiplying by 3600/1000 to obtain the vehicle speed.
  • V (km / h) is obtained.
  • Accelerator opening AP (%) is acquired from an accelerator opening sensor (not shown), or is acquired by communication from another controller such as a vehicle controller (not shown).
  • the rotor phase ⁇ (rad) of the electric motor 4 is acquired from the rotation sensor 6.
  • the rotational speed Nm (rpm) of the electric motor 4 is obtained by dividing the rotor angular speed ⁇ (electrical angle) by the pole pair number p of the electric motor 4 to obtain a motor rotational speed ⁇ m (rad / s) is obtained by multiplying the obtained motor rotational speed ⁇ m by 60 / (2 ⁇ ).
  • the rotor angular velocity ⁇ is obtained by differentiating the rotor phase ⁇ .
  • the currents iu, iv, iw (A) flowing through the electric motor 4 are acquired from the current sensor 7.
  • the DC voltage value Vdc (V) is obtained from a power supply voltage value transmitted from a voltage sensor (not shown) provided on a DC power supply line between the battery 1 and the inverter 3 or a battery controller (not shown).
  • a first torque target value Tm1 * is set. Specifically, first, based on the accelerator opening AP and the motor rotation speed ⁇ m input in step S201, the accelerator opening-torque table shown in FIG. Torque target value) Tm0 * is set. Subsequently, a disturbance torque estimated value Td described later is obtained, and a disturbance correction torque Td * is obtained based on the disturbance torque estimated value Td. Then, the first torque target value Tm1 * is set by adding the torque table target value Tm0 * and the disturbance correction torque Td * .
  • step S203 stop control processing for controlling the electric vehicle to stop is performed. Specifically, the stop time of the electric vehicle is determined. Before the stop, the first torque target value Tm1 * calculated in step S202 is set to the motor torque command value Tm *. The second torque target value Tm2 * that converges to the disturbance torque estimated value Td as the speed decreases is set as the motor torque command value Tm * . The second torque target value Tm2 * is positive torque on an uphill road, negative torque on a downhill road, and almost zero on a flat road. Thereby, the stop state can be maintained regardless of the gradient of the road surface, as will be described later. Details of the stop control process will be described later.
  • step S204 the d-axis current target value id * and the q-axis current target value iq * are obtained based on the motor torque target value Tm * , the motor rotation speed ⁇ m, and the DC voltage value Vdc calculated in step S203. For example, by preparing in advance a table that defines the relationship between the torque command value, the motor rotation speed, the DC voltage value, the d-axis current target value, and the q-axis current target value, and referring to this table, The d-axis current target value id * and the q-axis current target value iq * are obtained.
  • step S205 current control is performed to match the d-axis current id and the q-axis current iq with the d-axis current target value id * and the q-axis current target value iq * obtained in step S204, respectively. For this reason, first, the d-axis current id and the q-axis current iq are obtained based on the three-phase AC current values iu, iv, iw input in step S201 and the rotor phase ⁇ of the electric motor 4.
  • d-axis and q-axis voltage command values vd and vq are calculated from a deviation between the d-axis and q-axis current command values id * and iq * and the d-axis and q-axis current id and iq.
  • a non-interference voltage necessary for canceling the interference voltage between the dq orthogonal coordinate axes may be added to the calculated d-axis and q-axis voltage command values vd and vq.
  • three-phase AC voltage command values vu, vv, vw are obtained from the d-axis and q-axis voltage command values vd, vq and the rotor phase ⁇ of the electric motor 4.
  • PWM signals tu (%), tv (%), and tw (%) are obtained from the obtained three-phase AC voltage command values vu, vv, and vw and the DC voltage value Vdc.
  • the electric motor 4 can be driven with a desired torque indicated by the torque command value Tm * by opening and closing the switching element of the inverter 3 by the PWM signals tu, tv, and tw thus obtained.
  • step S202 of FIG. 2 Details of the process performed in step S202 of FIG. 2, that is, the method of setting the first torque target value Tm1 * will be described with reference to FIG.
  • the torque table target value setter 401 sets the torque table target value Tm0 * by referring to the accelerator opening-torque table shown in FIG. 3 based on the accelerator opening AP and the motor rotation speed ⁇ m.
  • the disturbance torque estimator 402 obtains a disturbance torque estimated value Td based on the motor torque command value Tm * and the motor rotation speed ⁇ m.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a detailed configuration of the disturbance torque estimator 402.
  • the disturbance torque estimator 402 includes a control block 501, a control block 502, a subtracter 503, and a control block 504.
  • the control block 501 functions as a filter having a transfer characteristic of H (s) / Gp (s), and performs a filtering process by inputting the motor rotation speed ⁇ m, whereby a first motor torque estimated value is obtained. Is calculated.
  • Gp (s) is a transfer characteristic from the motor torque Tm to the motor rotational speed ⁇ m, and details will be described later.
  • H (s) is a low-pass filter having a transfer characteristic in which the difference between the denominator order and the numerator order is equal to or greater than the difference between the denominator order and the numerator order of the model Gr (s).
  • the control block 502 functions as a low-pass filter having a transfer characteristic of H (s), and calculates a second motor torque estimated value by performing a filtering process by inputting the motor torque command value Tm *. To do.
  • the subtractor 503 calculates the disturbance torque estimated value Td by subtracting the first motor torque estimated value from the second motor torque estimated value.
  • the disturbance torque estimated value Td is calculated by filtering the control block 504 with respect to the deviation between the second motor torque estimated value and the first motor torque estimated value.
  • the control block 504 functions as a filter having a transfer characteristic of Hz (s), and performs a filtering process by inputting a deviation between the second motor torque estimated value and the first motor torque estimated value.
  • the disturbance torque estimated value Td is calculated. Details of Hz (s) will be described later.
  • the disturbance correction torque setting unit 403 in FIG. 4 obtains the disturbance correction torque Td * based on the disturbance torque estimated value Td calculated by the disturbance torque estimator 402.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a detailed configuration of the disturbance correction torque setting unit 403.
  • the disturbance correction torque setting unit 403 includes an uphill correction torque calculator 601, a steep uphill correction processor 602, a downhill correction torque calculator 603, a steep downhill correction processor 604, a gradient determiner 605, and a speed correction.
  • the uphill correction torque calculator 601 calculates the uphill correction torque Td1 by multiplying the disturbance torque estimated value Td by a predetermined correction gain Kup.
  • the downhill correction torque calculator 603 calculates the downhill correction torque Td3 by multiplying the disturbance torque estimated value Td by a predetermined downhill correction gain Kdown.
  • the gradient determiner 605 determines the gradient of the road surface based on the sign of the disturbance torque estimated value Td.
  • the climbing limiter torque Td2 is set as the gradient correction torque Td5
  • the descent In the disturbance torque estimated value Td ⁇ 0
  • the downhill limiter torque Td4 is set to the gradient correction torque Td5.
  • a table that defines the relationship between the disturbance torque estimated value Td and the gradient correction torque Td5 is prepared in advance, and the gradient correction torque Td5 is obtained by referring to the table based on the disturbance torque estimated value Td. May be.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a table defining the relationship between the disturbance torque estimated value Td and the gradient correction torque Td5.
  • the gradient correction torque Td5 is set to a predetermined upper limit value.
  • the gradient correction torque Td5 decreases as the disturbance torque estimate value Td decreases (however, Td5> 0).
  • the gradient correction torque becomes smaller as the estimated disturbance torque value Td becomes smaller (however, Td5 Set to ⁇ 0).
  • the gradient correction torque is set to a smaller value (however, Td5 ⁇ 0) as the estimated disturbance torque value Td becomes smaller.
  • the gradient correction torque Td5 is set to a smaller value as the estimated disturbance torque is smaller than that of a descending slope that is not a steeply descending slope.
  • the speed correction torque setting processor 606 in FIG. 6 obtains the speed correction gain K ⁇ by referring to a table that defines the relationship between the motor rotation speed ⁇ m and the speed correction gain K ⁇ based on the motor rotation speed ⁇ m, and determines the gradient.
  • the disturbance correction torque Td * is calculated by multiplying the correction torque Td5 by the speed correction gain K ⁇ .
  • FIG. 8 is an example of a table that defines the relationship between the motor rotation speed ⁇ m and the speed correction gain K ⁇ .
  • the speed correction gain K ⁇ is 1, and when the motor rotational speed ⁇ m is the predetermined rotational speed ⁇ m2 ( ⁇ 1 ⁇ 2) or higher, the speed correction gain K ⁇ is 0.
  • the gradient correction torque Td5 is output as the disturbance correction torque Td * in the low speed range, and the disturbance correction torque Td * is 0 in the high speed range.
  • the speed correction gain is set so that the value decreases as the motor rotational speed ⁇ m increases in the medium speed range where the motor rotational speed ⁇ m is equal to or higher than the predetermined rotational speed ⁇ m1 and less than the predetermined rotational speed ⁇ m2.
  • the adder 404 adds the torque table target value Tm0 * set by the torque table target value setter 401 and the disturbance correction torque Td * set by the disturbance correction torque setter 403, thereby adding the first torque.
  • a target value Tm1 * is calculated.
  • the deceleration until it is determined that the vehicle is about to stop can be adjusted. Therefore, the motor torque command value Tm * is disturbed from the deceleration during deceleration. The amount of change until deceleration when the vehicle is stopped by converging on the estimated torque value Td can be suppressed, and drive feeling can be improved.
  • FIG. 9 is a diagram modeling a driving force transmission system of a vehicle, and each parameter in the figure is as shown below.
  • J m Inertia of electric motor
  • J w Inertia of drive wheel
  • M Vehicle weight
  • K d Torsional rigidity of drive system
  • K t Coefficient related to friction between tire and road surface
  • N Overall gear ratio
  • r Tire load radius
  • ⁇ m the electric motor angular velocity
  • T m torque target value
  • T d a torque of the drive wheel
  • F force applied to the vehicle
  • each parameter in Formula (6) is represented by following Formula (7).
  • FIG. 10 is a block diagram for realizing the stop control process.
  • the motor rotation speed F / B torque setter 1001 calculates a motor rotation speed feedback torque (hereinafter referred to as a motor rotation speed F / B torque) T ⁇ based on the detected motor rotation speed ⁇ m.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a method of calculating the motor rotation speed F / B torque T ⁇ based on the detected motor rotation speed ⁇ m.
  • the motor rotation speed F / B torque setter 1001 includes a multiplier 1101 and calculates a motor rotation speed F / B torque T ⁇ by multiplying the motor rotation speed ⁇ m by a gain Kvref.
  • Kvref is a negative (minus) value required to stop the electric vehicle just before the electric vehicle stops, and is appropriately set based on, for example, experimental data.
  • the motor rotation speed F / B torque T ⁇ is set as a torque that provides a larger regenerative braking force as the motor rotation speed ⁇ m increases.
  • the motor rotation speed F / B torque setter 1001 has been described as calculating the motor rotation speed F / B torque T ⁇ by multiplying the motor rotation speed ⁇ m by the gain Kvref.
  • the motor rotation speed F / B torque T ⁇ may be calculated using a regenerative torque table that defines torque, an attenuation rate table that stores in advance the attenuation rate of the motor rotation speed ⁇ m, or the like.
  • the disturbance torque estimator 1002 calculates a disturbance torque estimated value Td based on the detected motor rotation speed ⁇ m and the motor torque command value Tm * .
  • the configuration of disturbance torque estimator 1002 is the same as the configuration of disturbance torque estimator 402 in FIG. 4, that is, the configuration shown in FIG.
  • Hz (s) is expressed by the following equation (12). However, it is assumed that ⁇ c > ⁇ z . Also, ⁇ c > 1 is set in order to enhance the vibration suppression effect in a deceleration scene with gear backlash.
  • the disturbance torque is estimated by a disturbance observer as shown in FIG. 5, but may be estimated by using a measuring instrument such as a vehicle front-rear G sensor.
  • disturbances include air resistance, modeling errors due to vehicle mass fluctuations due to the number of passengers and loading capacity, tire rolling resistance, road surface gradient resistance, etc., but disturbances that are dominant immediately before stopping
  • the factor is gradient resistance.
  • the disturbance torque estimator 402 and the disturbance torque estimator 1002 estimate the disturbance torque based on the motor torque command value Tm * , the motor rotation speed ⁇ m, and the vehicle model Gp (s). Since the value Td is calculated, the disturbance factors described above can be estimated collectively. This makes it possible to realize a smooth stop from deceleration under any driving condition.
  • the adder 1003 adds the motor rotation speed F / B torque T ⁇ calculated by the motor rotation speed F / B torque setter 1001 and the disturbance torque estimation value Td calculated by the disturbance torque estimator 1002, A second torque target value Tm2 * is calculated.
  • the torque comparator 1004 compares the magnitudes of the first torque target value Tm1 * and the second torque target value Tm2 * , and sets the larger torque target value as the motor torque command value Tm * . While the vehicle is running, the second torque target value Tm2 * is smaller than the first torque target value Tm1 * , and when the vehicle decelerates and comes to a stop (the vehicle speed is equal to or less than a predetermined vehicle speed), the first torque target value Tm1 * Be bigger than. Therefore, if the first torque target value Tm1 * is larger than the second torque target value Tm2 * , the torque comparator 1004 determines that the vehicle is just before stopping and determines the motor torque command value Tm * as the first torque target value. Set to Tm1 * .
  • the torque comparator 1004 determines that the vehicle is about to stop and sets the motor torque command value Tm * as the first torque target value.
  • the value Tm1 * is switched to the second torque target value Tm2 * .
  • the second torque target value Tm2 * converges to a positive torque on an uphill road, a negative torque on a downhill road, and approximately zero on a flat road.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a control result of stop control for stopping the electric vehicle on the uphill road.
  • FIG. 12A shows a configuration in which the torque table target value Tm0 * is not corrected when the first torque target value Tm1 * is calculated (the disturbance torque estimator 402 and the disturbance correction torque setting unit 403 in FIG. 4 are not provided).
  • FIG. 12B is a control result of the electric vehicle control device according to this embodiment, and shows the wheel speed, deceleration, and motor torque command value in order from the top.
  • the motor torque command value Tm * is determined from the first torque target value Tm1 * to the second torque because the motor rotational speed ⁇ m has been reduced to the predetermined rotational speed and is determined to be about to stop regardless of the road surface gradient.
  • Switch to torque target value Tm2 * As a result, from time t3 to t5, the motor torque command value Tm * changes suddenly so as to coincide with the disturbance torque estimated value Td. Due to a sudden change in the motor torque command value Tm * , the driver feels a torque step at the timing of switching the motor torque command value or a shock due to a sudden torque change.
  • the time until the time t0 is the high speed range of FIG. 8, and the disturbance correction torque Td * calculated by the disturbance correction torque setting unit 403 of FIG. Therefore, the vehicle is decelerated based on the torque table target value Tm0 * output from the torque table target value setter 401 until time t0.
  • the section from time t0 to t1 is the middle speed range in FIG.
  • the disturbance correction torque Td * is calculated by multiplying the gradient correction torque Td5 obtained based on the disturbance torque estimated value Td by the speed correction gain K ⁇ corresponding to the motor rotation speed ⁇ m (FIG. 6).
  • the first torque target value Tm1 * is calculated by adding the torque table target value Tm0 * and the disturbance correction torque Td * output from the speed correction torque setting processor 606) and the torque table target value setting unit 401. . Then, the vehicle decelerates based on the calculated first torque target value Tm1 * .
  • the section after time t1 is the low speed region of FIG.
  • the disturbance correction torque Td * calculated by the disturbance correction torque setting unit 403 in FIG. 4 is the same as the disturbance torque estimated value Td calculated by the disturbance torque estimator 402, and the torque table target value setting unit 401
  • the first torque target value Tm1 * is calculated by adding the output torque table target value Tm0 * and the disturbance correction torque Td * . Then, the vehicle decelerates based on the calculated first torque target value Tm1 * .
  • the second torque target value Tm2 * is greater than the first torque target value Tm1 *, and it is determined that the vehicle is about to stop, and the motor torque command value Tm * is determined from the first torque target value Tm1 *. Switch to the second torque target value Tm2 * .
  • the timing of this switching varies depending on the road surface gradient.
  • the motor torque command value Tm * changes smoothly so as to converge to the disturbance torque estimated value Td.
  • the motor torque command value Tm * converges asymptotically to the disturbance torque estimated value Td, and the motor rotational speed ⁇ m converges asymptotically to zero. Thereby, a smooth stop without acceleration vibration is possible. After time t5, the stopped state is maintained.
  • the disturbance correction torque Td * is calculated based on the estimated disturbance torque value, and the vehicle is about to stop in consideration of the calculated disturbance correction torque Td *.
  • the motor torque command value Tm * is switched from the first torque target value Tm1 * to the second torque target value Tm2 * . Therefore, smooth deceleration equivalent to a flat road on the uphill road and A stop can be realized.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a control result of stop control for stopping the electric vehicle on the downhill road.
  • FIG. 13A shows a configuration in which the torque table target value Tm0 * is not corrected when the first torque target value Tm1 * is calculated (the disturbance torque estimator 402 and the disturbance correction torque setting unit 403 in FIG. 4 are not provided).
  • FIG. 13B is a control result of the electric vehicle control apparatus according to the present embodiment, and represents the wheel speed, deceleration, and motor torque command value in order from the top.
  • the vehicle is decelerated based on the torque table target value Tm0 * calculated based on the accelerator opening and the motor rotation speed until time t3.
  • the motor rotational speed ⁇ m is reduced to a predetermined rotational speed, so that it is determined that the vehicle is about to stop, and the motor torque command value Tm * is changed from the first torque target value Tm1 * to the second time. Switch to torque target value Tm2 * .
  • the time to stop and the stop distance become longer, the drive feeling deteriorates, and the smooth stop is impaired.
  • the section from time t0 to t1 is the middle speed range in FIG.
  • the disturbance correction torque Td * is calculated by multiplying the gradient correction torque Td5 obtained based on the disturbance torque estimated value Td by the speed correction gain K ⁇ corresponding to the motor rotation speed ⁇ m (FIG. 6).
  • the first torque target value Tm1 * is calculated by adding the torque table target value Tm0 * and the disturbance correction torque Td * output from the speed correction torque setting processor 606) and the torque table target value setting unit 401. . Then, the vehicle decelerates based on the calculated first torque target value Tm1 * .
  • the section after time t1 is the low speed region of FIG.
  • the disturbance correction torque Td * calculated by the disturbance correction torque setting unit 403 in FIG. 4 is the same as the disturbance torque estimated value Td calculated by the disturbance torque estimator 402, and the torque table target value setting unit 401
  • the first torque target value Tm1 * is calculated by adding the output torque table target value Tm0 * and the disturbance correction torque Td * . Then, the vehicle decelerates based on the calculated first torque target value Tm1 * .
  • the second torque target value Tm2 * becomes larger than the first torque target value Tm1 *, and it is determined that the vehicle is about to stop, and the motor torque command value Tm * is changed from the first torque target value Tm1 *. Switch to the second torque target value Tm2 * .
  • the timing of this switching varies depending on the road surface gradient.
  • the motor torque command value Tm * converges asymptotically to the disturbance torque estimated value Td, and the motor rotational speed ⁇ m converges asymptotically to zero. Thereby, a smooth stop without acceleration vibration is possible. After time t5, the stopped state is maintained.
  • the disturbance correction torque Td * is calculated based on the estimated disturbance torque value, and the vehicle is about to stop in consideration of the calculated disturbance correction torque Td *.
  • the timing for switching the motor torque command value Tm * from the first torque target value Tm1 * to the second torque target value Tm2 * is determined), so that the downhill road is equivalent to the flat road. Smooth deceleration and stopping can be realized.
  • the second torque target value Tm2 * is calculated by adding the motor rotation speed F / B torque T ⁇ and the disturbance torque estimated value Td, but the motor rotation speed F / B torque T ⁇ is calculated. May be set as the second torque target value Tm2 * .
  • FIG. 14 is a block diagram for realizing the stop control process when the motor rotation speed F / B torque T ⁇ is set as the second torque target value Tm2 * .
  • the same components as those shown in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals.
  • the disturbance torque estimated value Td is calculated as zero (FIG. 4).
  • the control device for an electric vehicle in one embodiment is a control device for an electric vehicle that uses the electric motor 4 as a travel drive source and decelerates by the regenerative braking force of the electric motor 4, and is based on vehicle information.
  • a torque target value Tm1 * of 1 is calculated, and a second torque target value Tm2 * that converges to zero as the motor rotational speed ⁇ m decreases is calculated. If it is determined that the vehicle is about to stop, the first torque target value Tm1 * is set to the motor torque command value Tm *. If it is determined that the vehicle is about to stop, the second torque target value Tm2 * is set .
  • the electric motor 4 can be regenerated even immediately before the stop, thereby improving the power consumption. be able to. Furthermore, since acceleration / deceleration and stopping of the vehicle can be realized only by the accelerator operation, it is not necessary to switch between the accelerator pedal and the brake pedal, and the burden on the driver can be reduced.
  • acceleration vibration occurs in the front-rear direction of the vehicle when the vehicle stops.
  • any driver can realize smooth deceleration and stop by only the accelerator operation as described above.
  • the motor torque command value Tm * is set to the first torque target value Tm1 without generating a torque step immediately before stopping. It is possible to switch from * to the second torque target value Tm2 * .
  • the torque target value is switched at any timing. A torque step does not occur and smooth deceleration can be realized.
  • the disturbance torque estimated value Td is obtained, and the torque target value that converges to the disturbance torque estimated value Td as the motor rotational speed ⁇ m decreases is set to the second torque target value Tm2. Since it is calculated as * , smooth deceleration without acceleration vibration in the front-rear direction can be realized just before the stop regardless of the uphill road, the flat road, or the downhill road, and the stop state can be maintained.
  • the vehicle can smoothly stop on a slope and can maintain a stopped state without requiring a foot brake. Further, since the estimated value Td of the disturbance torque is estimated as zero on a flat road, the vehicle can be stopped smoothly on the flat road, and the stopped state can be maintained without requiring a foot brake.
  • the first torque target value Tm1 * is calculated by calculating the torque table target value Tm0 * based on the vehicle information and correcting the calculated torque table target value Tm0 * based on the estimated disturbance torque Td. Therefore, the deceleration until it is determined that the vehicle is about to stop can be adjusted based on the estimated disturbance torque Td. As a result, the torque change amount from the motor torque command value Tm * immediately before stopping to the disturbance torque estimated value Td where the motor torque command value Tm * converges when the vehicle stops can be suppressed, and the shock due to the torque change can be suppressed. Drive feeling can be improved.
  • the disturbance correction torque Td * is calculated by multiplying the disturbance torque estimated value Td by a predetermined gain (Kup, Kdown), and the torque table target value Tm0 * and the disturbance correction torque Td * are added to obtain the first since calculating a first torque target value Tm1 *, and correcting the linear torque table target value Tm0 * according to the disturbance, it is possible to calculate the first torque target value Tm1 *.
  • the disturbance torque estimated value Td is multiplied by a predetermined gain (Kup, Kdown), and then multiplied by a speed correction gain K ⁇ corresponding to the motor rotation speed ⁇ m, thereby calculating a disturbance correction torque Td * and a speed correction gain.
  • K ⁇ is 1 if the motor rotational speed ⁇ m is smaller than the first predetermined rotational speed ⁇ m1, 0 if the motor rotational speed ⁇ m is larger than the second predetermined rotational speed ⁇ m2 larger than the first predetermined rotational speed ⁇ m1, and the motor rotational speed ⁇ m.
  • the disturbance torque in the high speed range is dominated by air resistance, and as the motor rotational speed ⁇ increases, the disturbance correction torque Td * can be reduced to match the acceleration / deceleration feeling in the high speed range with the drive feeling. .
  • the present invention is not limited to the embodiment described above.
  • the second torque target value Tm2 * is described as the torque target value that converges to the disturbance torque estimated value Td as the motor rotational speed ⁇ m decreases.
  • the speed parameters such as the wheel speed, the vehicle body speed, and the rotational speed of the drive shaft are proportional to the rotational speed of the electric motor 4
  • the second torque is reduced with a decrease in the speed parameter proportional to the rotational speed of the electric motor 4.
  • the target value Tm2 * may be converged to the disturbance torque estimated value Td (or zero).

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Abstract

 電動モータ4を走行駆動源とし、電動モータ4の回生制動力により減速する電動車両の制御装置は、車両情報に基づいて、第1のトルク目標値を算出するとともに、電動車両の走行速度に比例する速度パラメータの低下とともにゼロに収束する第2のトルク目標値を算出する。そして、車両が停車間際以前であると判定すると、第1のトルク目標値をモータトルク指令値に設定し、車両が停車間際であると判定すると、第2のトルク目標値をモータトルク指令値に設定し、設定したモータトルク指令値に基づいて、電動モータ4を制御する。

Description

電動車両の制御装置および電動車両の制御方法
 本発明は、電動車両の制御装置および電動車両の制御方法に関する。
 従来、電動機の回生制動力を任意に設定し得る設定手段を設け、設定手段によって設定された回生制動力で電動機の回生を行う電気自動車用回生ブレーキ制御装置が知られている(JP8-79907A参照)。
 しかしながら、設定手段によって設定された回生制動力が大きい場合には、設定された回生制動力で電気自動車が減速して速度が0になったときに、車体の前後方向に振動が発生するという問題が生じる。
 本発明は、回生制動力で電動車両を停止させる際に、車体の前後方向に振動が発生するのを抑制する技術を提供することを目的とする。
 本発明の一態様における電動車両の制御装置は、モータを走行駆動源とし、モータの回生制動力により減速する電動車両の制御装置であって、車両情報に基づいて、第1のトルク目標値を算出するとともに、電動車両の走行速度に比例する速度パラメータの低下とともにゼロに収束する第2のトルク目標値を算出する。そして、車両が停車間際以前であると判定すると、第1のトルク目標値をモータトルク指令値に設定し、車両が停車間際であると判定すると、第2のトルク目標値をモータトルク指令値に設定して、設定したモータトルク指令値に基づいて、モータを制御する。
 本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
図1は、一実施の形態における電動車両の制御装置を備えた電気自動車の主要構成を示すブロック図である。 図2は、モータコントローラによって行われるモータ電流制御の処理の流れを示すフローチャートである。 図3は、アクセル開度-トルクテーブルの一例を示す図である。 図4は、第1のトルク目標値Tm1*を設定する方法の詳細を説明するためのブロック図である。 図5は、外乱トルク推定器の詳細な構成を示すブロック図である。 図6は、外乱補正トルク設定器の詳細な構成を示すブロック図である。 図7は、外乱トルク推定値Tdと勾配補正トルクTd5との関係を定めたテーブルの一例を示す図である。 図8は、モータ回転速度ωmと速度補正ゲインKωとの関係を定めたテーブルの一例である。 図9は、車両の駆動力伝達系をモデル化した図である。 図10は、停止制御処理を実現するためのブロック図である。 図11は、検出されたモータ回転速度ωmに基づいて、モータ回転速度F/BトルクTωを算出する方法を説明するための図である。 図12は、登坂路において電動車両を停止させる停止制御の制御結果を示す図である。 図13は、降坂路において電動車両を停止させる停止制御の制御結果を示す図である。 図14は、モータ回転速度F/BトルクTωを第2のトルク目標値Tm2*として設定する場合において、停止制御処理を実現するためのブロック図である。
 図1は、一実施の形態における電動車両の制御装置を備えた電気自動車の主要構成を示すブロック図である。本発明の電動車両の制御装置は、車両の駆動源の一部または全部として電動モータを備え、電動モータの駆動力により走行可能な電動車両に適用可能である。電動車両には、電気自動車だけでなく、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車も含まれる。特に、本実施形態における電動車両の制御装置は、アクセルペダルの操作のみで車両の加減速や停止を制御することができる車両に適用することができる。この車両では、ドライバは、加速時にアクセルペダルを踏み込み、減速時や停止時には、踏み込んでいるアクセルペダルの踏み込み量を減らすか、または、アクセルペダルの踏み込み量をゼロとする。
 モータコントローラ2は、車速V、アクセル開度AP、電動モータ(三相交流モータ)4の回転子位相α、電動モータ4の電流iu、iv、iw等の車両状態を示す信号をデジタル信号として入力し、入力された信号に基づいて、電動モータ4を制御するためのPWM信号を生成する。また、モータコントローラ2は、生成したPWM信号に応じてインバータ3の駆動信号を生成する。
 インバータ3は、例えば、各相ごとに2個のスイッチング素子(例えば、IGBTやMOS-FET等のパワー半導体素子)を備え、駆動信号に応じてスイッチング素子をオン/オフすることにより、バッテリ1から供給される直流の電流を交流に変換し、電動モータ4に所望の電流を流す。
 電動モータ4は、インバータ3から供給される交流電流により駆動力を発生し、減速機5およびドライブシャフト8を介して、左右の駆動輪9a、9bに駆動力を伝達する。また、電動モータ4は、車両の走行時に駆動輪9a、9bに連れ回されて回転するときに、回生駆動力を発生させることで、車両の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。この場合、インバータ3は、電動モータ4の回生運転時に発生する交流電流を直流電流に変換して、バッテリ1に供給する。
 電流センサ7は、電動モータ4に流れる3相交流電流iu、iv、iwを検出する。ただし、3相交流電流iu、iv、iwの和は0であるため、任意の2相の電流を検出して、残りの1相の電流は演算により求めてもよい。
 回転センサ6は、例えば、レゾルバやエンコーダであり、電動モータ4の回転子位相αを検出する。
 図2は、モータコントローラ2によって行われるモータ電流制御の処理の流れを示すフローチャートである。
 ステップS201では、車両状態を示す信号を入力する。ここでは、車速V(km/h)、アクセル開度AP(%)、電動モータ4の回転子位相α(rad)、電動モータ4の回転速度Nm(rpm)、電動モータ4に流れる三相交流電流iu、iv、iw、バッテリ1とインバータ3間の直流電圧値Vdc(V)を入力する。
 車速V(km/h)は、図示しない車速センサや、他のコントローラより通信にて取得する。または、回転子機械角速度ωmにタイヤ動半径Rを乗算し、ファイナルギアのギア比で除算することにより車速v(m/s)を求め、3600/1000を乗算することにより単位変換して、車速V(km/h)を求める。
 アクセル開度AP(%)は、図示しないアクセル開度センサから取得するか、図示しない車両コントローラ等の他のコントローラから通信にて取得する。
 電動モータ4の回転子位相α(rad)は、回転センサ6から取得する。電動モータ4の回転速度Nm(rpm)は、回転子角速度ω(電気角)を電動モータ4の極対数pで除算して、電動モータ4の機械的な角速度であるモータ回転速度ωm(rad/s)を求め、求めたモータ回転速度ωmに60/(2π)を乗算することによって求める。回転子角速度ωは、回転子位相αを微分することによって求める。
 電動モータ4に流れる電流iu、iv、iw(A)は、電流センサ7から取得する。
 直流電圧値Vdc(V)は、バッテリ1とインバータ3間の直流電源ラインに設けられた電圧センサ(不図示)、または、バッテリコントローラ(不図示)から送信される電源電圧値から求める。
 ステップS202では、第1のトルク目標値Tm1*を設定する。具体的には、まず始めに、ステップS201で入力されたアクセル開度APおよびモータ回転速度ωmに基づいて、図3に示すアクセル開度-トルクテーブルを参照することにより、トルクテーブル目標値(基本トルク目標値)Tm0*を設定する。続いて、後述する外乱トルク推定値Tdを求めるとともに、外乱トルク推定値Tdに基づいて、外乱補正トルクTd*を求める。そして、トルクテーブル目標値Tm0*と外乱補正トルクTd*とを加算することによって、第1のトルク目標値Tm1*を設定する。
 ステップS203では、電動車両が停止するように制御する停止制御処理を行う。具体的には、電動車両の停車間際を判断し、停車間際以前は、ステップS202で算出した第1のトルク目標値Tm1*をモータトルク指令値Tm*に設定し、停車間際以降は、モータ回転速度の低下とともに外乱トルク推定値Tdに収束する第2のトルク目標値Tm2*をモータトルク指令値Tm*に設定する。この第2のトルク目標値Tm2*は、登坂路では正トルク、降坂路では負トルク、平坦路では概ねゼロである。これにより、後述するように、路面の勾配に関わらず、停車状態を維持することができる。停止制御処理の詳細については、後述する。
 ステップS204では、ステップS203で算出したモータトルク目標値Tm*、モータ回転速度ωmおよび直流電圧値Vdcに基づいて、d軸電流目標値id*、q軸電流目標値iq*を求める。例えば、トルク指令値、モータ回転速度、および直流電圧値と、d軸電流目標値およびq軸電流目標値との関係を定めたテーブルを予め用意しておいて、このテーブルを参照することにより、d軸電流目標値id*、q軸電流目標値iq*を求める。
 ステップS205では、d軸電流idおよびq軸電流iqをそれぞれ、ステップS204で求めたd軸電流目標値id*およびq軸電流目標値iq*と一致させるための電流制御を行う。このため、まず初めに、ステップS201で入力された三相交流電流値iu、iv、iwと、電動モータ4の回転子位相αとに基づいて、d軸電流idおよびq軸電流iqを求める。続いて、d軸、q軸電流指令値id*、iq*と、d軸、q軸電流id、iqとの偏差から、d軸、q軸電圧指令値vd、vqを算出する。なお、算出したd軸、q軸電圧指令値vd、vqに対して、d-q直交座標軸間の干渉電圧を相殺するために必要な非干渉電圧を加算するようにしてもよい。
 次に、d軸、q軸電圧指令値vd、vqと、電動モータ4の回転子位相αから、三相交流電圧指令値vu、vv、vwを求める。そして、求めた三相交流電圧指令値vu、vv、vwと直流電圧値Vdcから、PWM信号tu(%)、tv(%)、tw(%)を求める。このようにして求めたPWM信号tu、tv、twにより、インバータ3のスイッチング素子を開閉することによって、電動モータ4をトルク指令値Tm*で指示された所望のトルクで駆動することができる。
 図2のステップS202で行われる処理、すなわち、第1のトルク目標値Tm1*を設定する方法の詳細を、図4を用いて説明する。
 トルクテーブル目標値設定器401は、アクセル開度APおよびモータ回転速度ωmに基づいて、図3に示すアクセル開度-トルクテーブルを参照することにより、トルクテーブル目標値Tm0*を設定する。
 外乱トルク推定器402は、モータトルク指令値Tm*およびモータ回転速度ωmに基づいて、外乱トルク推定値Tdを求める。
 図5は、外乱トルク推定器402の詳細な構成を示すブロック図である。外乱トルク推定器402は、制御ブロック501と、制御ブロック502と、減算器503と、制御ブロック504とを備える。
 制御ブロック501は、H(s)/Gp(s)なる伝達特性を有するフィルタとしての機能を担っており、モータ回転速度ωmを入力してフィルタリング処理を行うことにより、第1のモータトルク推定値を算出する。Gp(s)は、モータトルクTmからモータ回転速度ωmまでの伝達特性であり、詳細については後述する。H(s)は、分母次数と分子次数との差分が、モデルGr(s)の分母次数と分子次数との差分以上となる伝達特性を有するローパスフィルタである。
 制御ブロック502は、H(s)なる伝達特性を有するローパスフィルタとしての機能を担っており、モータトルク指令値Tm*を入力してフィルタリング処理を行うことにより、第2のモータトルク推定値を算出する。
 減算器503は、第2のモータトルク推定値から第1のモータトルク推定値を減算することによって、外乱トルク推定値Tdを算出する。
 本実施形態では、第2のモータトルク推定値と第1のモータトルク推定値との偏差に対して、制御ブロック504によりフィルタリング処理を施すことにより、外乱トルク推定値Tdを算出する。制御ブロック504は、Hz(s)なる伝達特性を有するフィルタとしての機能を担っており、第2のモータトルク推定値と第1のモータトルク推定値との偏差を入力してフィルタリング処理を行うことにより、外乱トルク推定値Tdを算出する。Hz(s)の詳細については、後述する。
 図4の外乱補正トルク設定器403は、外乱トルク推定器402によって算出された外乱トルク推定値Tdに基づいて、外乱補正トルクTd*を求める。
 図6は、外乱補正トルク設定器403の詳細な構成を示すブロック図である。外乱補正トルク設定器403は、登坂補正トルク算出器601と、急登坂補正処理器602と、降坂補正トルク算出器603と、急降坂補正処理器604と、勾配判定器605と、速度補正トルク設定処理器606とを備える。
 登坂補正トルク算出器601は、外乱トルク推定値Tdに所定の補正ゲインKupを乗算することによって、登坂補正トルクTd1を算出する。
 急登坂補正処理器602は、図3に示すアクセル開度-トルクテーブルの「アクセル開度=0/4(全閉)」時のモータトルク指令値に基づいて、登坂補正トルクTd1に対してリミッタ処理を施し、リミッタ処理後の登坂リミッタトルクTd2を算出する。
 降坂補正トルク算出器603は、外乱トルク推定値Tdに所定の降坂補正ゲインKdownを乗算することによって、降坂補正トルクTd3を算出する。
 急降坂補正処理器604は、急降坂のように、外乱トルク推定値Tdの絶対値が所定値以上の場合に、車両の減速度を一定とする降坂リミッタトルクTd4を算出する。具体的には、急降坂における車両の減速度を規定し、図3に示すアクセル開度-トルクテーブルの「アクセル開度=0/4(全閉)」時のモータトルク指令値と外乱トルク推定値Tdより、必要となる降坂リミッタトルクTd4を算出する。
 勾配判定器605は、外乱トルク推定値Tdの符号に基づいて路面の勾配を判定し、登坂(外乱トルク推定値Td>0)では登坂リミッタトルクTd2を勾配補正トルクTd5に設定し、降坂(外乱トルク推定値Td<0)では降坂リミッタトルクTd4を勾配補正トルクTd5に設定する。
 なお、外乱トルク推定値Tdと勾配補正トルクTd5との関係を定めたテーブルを予め用意しておき、外乱トルク推定値Tdに基づいて、テーブルを参照することにより、勾配補正トルクTd5を求めるようにしてもよい。
 図7は、外乱トルク推定値Tdと勾配補正トルクTd5との関係を定めたテーブルの一例を示す図である。路面が急登坂の場合、すなわち、外乱トルク推定値Tdが所定値Td1以上の場合は、勾配補正トルクTd5を所定の上限値に設定する。また、急登坂ではない登坂路の場合、すなわち、外乱トルク推定値Tdが0より大きく所定値Td1未満の場合には、外乱トルク推定値Tdが小さくなるほど、勾配補正トルクTd5を小さい値(ただし、Td5>0)に設定する。路面が急降坂ではない降坂路の場合、すなわち、外乱トルク推定値Tdが0より小さく所定値Td2より大きい場合には、外乱トルク推定値Tdが小さくなるほど勾配補正トルクを小さい値(ただし、Td5<0)に設定する。路面が急降坂の場合、すなわち、外乱トルク推定値Tdが所定値Td2以下の場合には、外乱トルク推定値Tdが小さくなるほど勾配補正トルクを小さい値(ただし、Td5<0)に設定する。ただし、急降坂の場合、急降坂ではない降坂路に比べて、外乱トルク推定値が小さくなるほど、勾配補正トルクTd5がより小さい値となるようにする。
 図6の速度補正トルク設定処理器606は、モータ回転速度ωmに基づいて、モータ回転速度ωmと速度補正ゲインKωとの関係を定めたテーブルを参照することにより、速度補正ゲインKωを求め、勾配補正トルクTd5に速度補正ゲインKωを乗算することにより、外乱補正トルクTd*を算出する。
 図8は、モータ回転速度ωmと速度補正ゲインKωとの関係を定めたテーブルの一例である。モータ回転速度ωmが所定回転速度ωm1より低い低速域では、速度補正ゲインKωを1とし、モータ回転速度ωmが所定回転速度ωm2(ω1<ω2)以上の高速域では、速度補正ゲインKωを0とする。これにより、低速域では、勾配補正トルクTd5が外乱補正トルクTd*として出力され、高速域では、外乱補正トルクTd*は0となる。また、モータ回転速度ωmが所定回転速度ωm1以上であり、かつ、所定回転速度ωm2未満の中速域では、モータ回転速度ωmが高くなるにつれて値が小さくなるように、速度補正ゲインを設定する。
 図4に戻って説明を続ける。加算器404は、トルクテーブル目標値設定器401によって設定されたトルクテーブル目標値Tm0*と、外乱補正トルク設定器403によって設定された外乱補正トルクTd*とを加算することにより、第1のトルク目標値Tm1*を算出する。
 上述した方法によって第1のトルク目標値Tm1*を算出することにより、停車間際と判断するまでの減速度を調整することができるので、減速中の減速度から、モータトルク指令値Tm*を外乱トルク推定値Tdに収束させて停車させた際の減速度までの変化量を抑えることができ、ドライブフィーリングを向上させることができる。
 続いて、図2のステップS203で行われる停止制御処理について説明する前に、本実施形態における電動車両の制御装置において、モータトルクTmからモータ回転速度ωmまでの伝達特性Gp(s)について説明する。
 図9は、車両の駆動力伝達系をモデル化した図であり、同図における各パラメータは、以下に示すとおりである。
m:電動モータのイナーシャ
w:駆動輪のイナーシャ
M:車両の重量
d:駆動系の捻り剛性
t:タイヤと路面の摩擦に関する係数
N:オーバーオールギヤ比
r:タイヤの荷重半径
ωm:電動モータの角速度
m:トルク目標値
d:駆動輪のトルク
F:車両に加えられる力
V:車両の速度
ωw:駆動輪の角速度
 そして、図9より、以下の運動方程式を導くことができる。ただし、式(1)~(3)中の符号の右上に付されているアスタリスク(*)は、時間微分を表している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 式(1)~(5)で示す運動方程式に基づいて、電動モータ4のトルク目標値Tmからモータ回転速度ωmまでの伝達特性Gp(s)を求めると、次式(6)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 ただし、式(6)中の各パラメータは、次式(7)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 式(6)に示す伝達関数の極と零点を調べると、次式(8)の伝達関数に近似することができ、1つの極と1つの零点は極めて近い値を示す。これは、次式(8)のαとβが極めて近い値を示すことに相当する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 従って、式(8)における極零相殺(α=βと近似する)を行うことにより、次式(9)に示すように、Gp(s)は、(2次)/(3次)の伝達特性を構成する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 続いて、図2のステップS203で行われる停止制御処理の詳細について説明する。図10は、停止制御処理を実現するためのブロック図である。
 モータ回転速度F/Bトルク設定器1001は、検出されたモータ回転速度ωmに基づいて、モータ回転速度フィードバックトルク(以下、モータ回転速度F/Bトルクと呼ぶ)Tωを算出する。
 図11は、検出されたモータ回転速度ωmに基づいて、モータ回転速度F/BトルクTωを算出する方法を説明するための図である。モータ回転速度F/Bトルク設定器1001は、乗算器1101を備え、モータ回転速度ωmにゲインKvrefを乗算することにより、モータ回転速度F/BトルクTωを算出する。ただし、Kvrefは、電動車両の停止間際に電動車両を停止させるのに必要な負(マイナス)の値であり、例えば、実験データ等により適宜設定される。モータ回転速度F/BトルクTωは、モータ回転速度ωmが大きいほど、大きい回生制動力が得られるトルクとして設定される。
 なお、モータ回転速度F/Bトルク設定器1001は、モータ回転速度ωmにゲインKvrefを乗算することにより、モータ回転速度F/BトルクTωを算出するものとして説明したが、モータ回転速度ωmに対する回生トルクを定めた回生トルクテーブルや、モータ回転速度ωmの減衰率を予め記憶した減衰率テーブル等を用いて、モータ回転速度F/BトルクTωを算出してもよい。
 図10に戻って説明を続ける。外乱トルク推定器1002は、検出されたモータ回転速度ωmとモータトルク指令値Tm*に基づいて、外乱トルク推定値Tdを算出する。外乱トルク推定器1002の構成は、図4の外乱トルク推定器402の構成、すなわち、図5に示す構成と同じである。
 ここで、図5の制御ブロック504の伝達特性Hz(s)について説明する。式(9)を書き換えると、次式(10)が得られる。ただし、式(10)中のζz、ωz、ζp、ωpはそれぞれ、式(11)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 以上より、Hz(s)を次式(12)で表す。ただし、ζc>ζzとする。また、ギアのバックラッシュを伴う減速シーンで振動抑制効果を高めるために、ζc>1とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
 なお、本実施形態では、外乱トルクは、図5に示す通り、外乱オブザーバにより推定するが、車両前後Gセンサ等の計測器を使って推定してもよい。
 ここで、外乱としては、空気抵抗、乗員数や積載量に起因する車両質量の変動によるモデル化誤差、タイヤの転がり抵抗、路面の勾配抵抗等が考えられるが、停車間際で支配的となる外乱要因は勾配抵抗である。外乱要因は運転条件により異なるが、外乱トルク推定器402および外乱トルク推定器1002は、モータトルク指令値Tm*と、モータ回転速度ωmと、車両モデルGp(s)とに基づいて、外乱トルク推定値Tdを算出するので、上述した外乱要因を一括して推定することができる。これにより、いかなる運転条件においても、減速からの滑らかな停車を実現することができる。
 図10に戻って説明を続ける。加算器1003は、モータ回転速度F/Bトルク設定器1001によって算出されたモータ回転速度F/BトルクTωと、外乱トルク推定器1002によって算出された外乱トルク推定値Tdとを加算することによって、第2のトルク目標値Tm2*を算出する。
 トルク比較器1004は、第1のトルク目標値Tm1*と第2のトルク目標値Tm2*の大きさを比較し、値が大きい方のトルク目標値をモータトルク指令値Tm*に設定する。車両の走行中、第2のトルク目標値Tm2*は第1のトルク目標値Tm1*よりも小さく、車両が減速して停車間際(車速が所定車速以下)になると、第1のトルク目標値Tm1*よりも大きくなる。従って、トルク比較器1004は、第1のトルク目標値Tm1*が第2のトルク目標値Tm2*より大きければ、停車間際以前と判断して、モータトルク指令値Tm*を第1のトルク目標値Tm1*に設定する。また、トルク比較器1004は、第2のトルク目標値Tm2*が第1のトルク目標値Tm1*より大きくなると、車両が停車間際と判断して、モータトルク指令値Tm*を第1のトルク目標値Tm1*から第2のトルク目標値Tm2*に切り替える。なお、停車状態を維持するため、第2のトルク目標値Tm2*は、登坂路では正トルク、降坂路では負トルク、平坦路では概ねゼロに収束する。
 図12は、登坂路において電動車両を停止させる停止制御の制御結果を示す図である。図12(a)は、第1のトルク目標値Tm1*を算出する際に、トルクテーブル目標値Tm0*を補正しない(図4の外乱トルク推定器402および外乱補正トルク設定器403が無い)構成の比較例の制御結果、図12(b)は、本実施形態における電動車両の制御装置による制御結果であり、上から順に、車輪速度、減速度、モータトルク指令値を表している。
 図12(a)において、時刻t3までは、アクセル開度とモータ回転速度に基づいて算出されるトルクテーブル目標値Tm0*に基づいて減速する。
 時刻t3では、路面の勾配によらず、モータ回転速度ωmが所定回転速度まで低下したことにより停車間際と判断して、モータトルク指令値Tm*を第1のトルク目標値Tm1*から第2のトルク目標値Tm2*に切り替える。これにより、時刻t3~t5では、モータトルク指令値Tm*が外乱トルク推定値Tdと一致するように急に変化する。急なモータトルク指令値Tm*の変化により、ドライバは、モータトルク指令値の切り替えのタイミングでのトルク段差や、急なトルク変化によるショックを感じる。すなわち、路面の勾配によらず、同じ回転速度(車速)でモータトルク指令値を切り替えるので、登坂路では、モータトルク指令値の変化が大きくなり、ドライバは急なトルク変化によるショックを感じやすくなる。
 時刻t5以後は、車輪速度が0となり、停車状態を維持する。
 図12(b)において、時刻t0までは図8の高速域であり、図4の外乱補正トルク設定器403によって算出される外乱補正トルクTd*は0である。従って、時刻t0までは、トルクテーブル目標値設定器401から出力されるトルクテーブル目標値Tm0*に基づいて減速する。
 時刻t0~t1の区間は、図8の中速域である。この区間では、外乱トルク推定値Tdに基づいて求められた勾配補正トルクTd5に、モータ回転速度ωmに応じた速度補正ゲインKωを乗算することにより、外乱補正トルクTd*を算出し(図6の速度補正トルク設定処理器606)、トルクテーブル目標値設定器401から出力されるトルクテーブル目標値Tm0*と外乱補正トルクTd*とを加算することにより、第1のトルク目標値Tm1*を算出する。そして、算出した第1のトルク目標値Tm1*に基づいて減速する。
 時刻t1以降の区間は、図8の低速域である。この区間では、図4の外乱補正トルク設定器403によって算出される外乱補正トルクTd*は、外乱トルク推定器402によって求められる外乱トルク推定値Tdと同じであり、トルクテーブル目標値設定器401から出力されるトルクテーブル目標値Tm0*と外乱補正トルクTd*とを加算することにより、第1のトルク目標値Tm1*を算出する。そして、算出した第1のトルク目標値Tm1*に基づいて減速する。
 時刻t2では、第2のトルク目標値Tm2*が第1のトルク目標値Tm1*より大きくなり、車両が停車間際と判断して、モータトルク指令値Tm*を第1のトルク目標値Tm1*から第2のトルク目標値Tm2*に切り替える。この切り替えのタイミングは、路面の勾配によって異なる。これにより、時刻t2~t5では、モータトルク指令値Tm*が外乱トルク推定値Tdに収束するように滑らかに変化する。
 時刻t5では、モータトルク指令値Tm*は外乱トルク推定値Tdに漸近的に収束し、モータ回転速度ωmはゼロに漸近的に収束する。これにより、加速度振動の無い滑らかな停車が可能となる。時刻t5以降は、停車状態を保持する。
 すなわち、本実施形態における電動車両の制御装置によれば、外乱トルク推定値に基づいて外乱補正トルクTd*を算出するとともに、算出した外乱補正トルクTd*も考慮して、車両が停止間際であるか否かの判断を行って、モータトルク指令値Tm*を第1のトルク目標値Tm1*から第2のトルク目標値Tm2*に切り替えるので、登坂路においても平坦路と同等の滑らかな減速および停車を実現することができる。
 図13は、降坂路において電動車両を停止させる停止制御の制御結果を示す図である。図13(a)は、第1のトルク目標値Tm1*を算出する際に、トルクテーブル目標値Tm0*を補正しない(図4の外乱トルク推定器402および外乱補正トルク設定器403が無い)構成の比較例の制御結果、図13(b)は、本実施形態における電動車両の制御装置による制御結果であり、上から順に、車輪速度、減速度、モータトルク指令値を表している。
 図13(a)において、時刻t3までは、アクセル開度とモータ回転速度に基づいて算出されるトルクテーブル目標値Tm0*に基づいて減速する。
 時刻t3では、路面の勾配によらず、モータ回転速度ωmが所定回転速度まで低下することによって停車間際と判断して、モータトルク指令値Tm*を第1のトルク目標値Tm1*から第2のトルク目標値Tm2*に切り替える。これにより、時刻t3~t6では、緩慢なトルク変化によって、停車までの時間、停止距離が長くなり、ドライブフィーリングが悪化して、滑らかな停車を損なうことになる。すなわち、路面の勾配によらず、同じ回転速度(車速)でモータトルク指令値を切り替える比較例の構成では、降坂路では、モータトルク指令値Tm*が外乱トルク推定値Tdに収束するまでの時間が長くなり、ドライブフィーリングが悪化する。
 時刻t6以後は、車輪速度が0となり、停車状態を維持する。
 図13(b)において、時刻t0までは、図8の高速域であり、図4の外乱補正トルク設定器403によって算出される外乱補正トルクTd*は0である。従って、時刻t0までは、トルクテーブル目標値設定器401から出力されるトルクテーブル目標値Tm0*に基づいて減速する。
 時刻t0~t1の区間は、図8の中速域である。この区間では、外乱トルク推定値Tdに基づいて求められた勾配補正トルクTd5に、モータ回転速度ωmに応じた速度補正ゲインKωを乗算することにより、外乱補正トルクTd*を算出し(図6の速度補正トルク設定処理器606)、トルクテーブル目標値設定器401から出力されるトルクテーブル目標値Tm0*と外乱補正トルクTd*とを加算することにより、第1のトルク目標値Tm1*を算出する。そして、算出した第1のトルク目標値Tm1*に基づいて減速する。
 時刻t1以降の区間は、図8の低速域である。この区間では、図4の外乱補正トルク設定器403によって算出される外乱補正トルクTd*は、外乱トルク推定器402によって求められる外乱トルク推定値Tdと同じであり、トルクテーブル目標値設定器401から出力されるトルクテーブル目標値Tm0*と外乱補正トルクTd*とを加算することにより、第1のトルク目標値Tm1*を算出する。そして、算出した第1のトルク目標値Tm1*に基づいて減速する。
 時刻t4では、第2のトルク目標値Tm2*が第1のトルク目標値Tm1*より大きくなり、車両が停車間際と判断して、モータトルク指令値Tm*を第1のトルク目標値Tm1*から第2のトルク目標値Tm2*に切り替える。この切り替えのタイミングは、路面の勾配によって異なる。
 時刻t5では、モータトルク指令値Tm*は外乱トルク推定値Tdに漸近的に収束し、モータ回転速度ωmはゼロに漸近的に収束する。これにより、加速度振動の無い滑らかな停車が可能となる。時刻t5以降は、停車状態を保持する。
 すなわち、本実施形態における電動車両の制御装置によれば、外乱トルク推定値に基づいて外乱補正トルクTd*を算出するとともに、算出した外乱補正トルクTd*も考慮して、車両が停止間際であるか否かの判断を行う(モータトルク指令値Tm*を第1のトルク目標値Tm1*から第2のトルク目標値Tm2*に切り替えるタイミングを決定する)ので、降坂路においても平坦路と同等の滑らかな減速および停車を実現することができる。
 ここで、上述した説明では、モータ回転速度F/BトルクTωと外乱トルク推定値Tdとを加算することによって、第2のトルク目標値Tm2*を算出したが、モータ回転速度F/BトルクTωを第2のトルク目標値Tm2*として設定してもよい。図14は、モータ回転速度F/BトルクTωを第2のトルク目標値Tm2*として設定する場合において、停止制御処理を実現するためのブロック図である。図14において、図10に示す構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付している。この場合、第1のトルク目標値Tm1*の算出時に、外乱トルク推定値Tdはゼロとして演算する(図4)。
 モータ回転速度F/BトルクTωを第2のトルク目標値Tm2*として設定した場合も、第2のトルク目標値Tm2*が第1のトルク目標値Tm1*より大きくなって停車間際と判断されることにより、モータトルク指令値Tm*が第1のトルク目標値Tm1*から第2のトルク目標値Tm2*に切り替わる。このとき、第2のトルク目標値Tm2*は、モータ回転速度F/BトルクTωと同一値であるため、モータ回転速度ωmの低下に応じて、モータトルク指令値Tm*はゼロに収束する。
 以上より、一実施の形態における電動車両の制御装置は、電動モータ4を走行駆動源とし、電動モータ4の回生制動力により減速する電動車両の制御装置であって、車両情報に基づいて、第1のトルク目標値Tm1*を算出するとともに、モータ回転速度ωmの低下とともにゼロに収束する第2のトルク目標値Tm2*を算出する。そして、車両が停車間際以前であると判定すると、第1のトルク目標値Tm1*をモータトルク指令値Tm*に設定し、車両が停車間際であると判定すると、第2のトルク目標値Tm2*をモータトルク指令値Tm*に設定し、設定したモータトルク指令値Tm*に基づいて、電動モータ4を制御する。すなわち、車両情報に基づいた第1のトルク目標値Tm1*に基づいて減速した後、停車間際になって、モータトルク指令値Tm*を第1のトルク目標値Tm1*から第2のトルク目標値Tm2*に切り替えるので、減速からの滑らかな停車を実現することができる。これにより、平坦路において、前後方向における加速度振動のない滑らかな減速および停車を実現することができる。また、フットブレーキなどの機械的制動手段によるブレーキ制動力を使わなくても車両を停車状態まで減速させることができるので、停車間際においても電動モータ4を回生運転させることができ、電費を向上させることができる。さらに、アクセル操作のみで車両の加減速および停車を実現することができるので、アクセルペダルとブレーキペダルの踏み替え操作が必要なく、ドライバの負担を軽減することができる。
 ドライバがブレーキペダルを用いて車両を停車させる場合、運転に慣れていないドライバはアクセルペダルを強く踏みすぎて、停車時に車両の前後方向に加速度振動が発生する。また、アクセル操作のみで車両の加減速および停車を実現する車両において、一定の減速度で減速および停車を実現しようとすると、減速時に十分な減速を実現するためには減速度を大きくする必要があるため、停車時に車両の前後方向に加速度振動が発生する。しかしながら、一実施の形態における電動車両の制御装置によれば、どのようなドライバであっても、上述したように、アクセル操作のみで滑らかな減速および停車を実現することができる。
 また、一実施の形態における電動車両の制御装置によれば、第1のトルク目標値Tm1*が第2のトルク目標値Tm2*より大きければ停車間際以前であると判定し、第2のトルク目標値Tm2*が第1のトルク目標値Tm1*より大きければ停車間際であると判定するので、停車間際において、トルク段差を発生させることなく、モータトルク指令値Tm*を第1のトルク目標値Tm1*から第2のトルク目標値Tm2*に切り替えることができる。また、第1のトルク目標値Tm1*と第2のトルク目標値Tm2*のうちの大きい方の値をモータトルク指令値Tm*に設定するので、いかなる勾配においても、トルク目標値の切り替えタイミングにおいてトルク段差が発生することがなく、滑らかな減速を実現することができる。
 特に、一実施の形態における電動車両の制御装置によれば、外乱トルク推定値Tdを求め、モータ回転速度ωmの低下とともに外乱トルク推定値Tdに収束するトルク目標値を第2のトルク目標値Tm2*として算出するので、登坂路、平坦路、降坂路によらず、前後方向における加速度振動のない滑らかな減速を停車間際で実現することができ、かつ、停車状態を保持することができる。
 外乱トルクの推定値Tdは、登坂路では正の値、降坂路では負の値として推定するので、坂路においても滑らかに停車し、フットブレーキを必要とせずに停車状態を保持することができる。また、平坦路では外乱トルクの推定値Tdをゼロとして推定するので、平坦路において、滑らかに停車し、フットブレーキを必要とせずに停車状態を保持することができる。
 また、車両情報に基づいてトルクテーブル目標値Tm0*を算出し、算出したトルクテーブル目標値Tm0*を外乱トルク推定値Tdに基づいて補正することにより、第1のトルク目標値Tm1*を算出するので、停車間際と判定するまでの減速度を外乱トルク推定値Tdに基づいて調整することができる。これにより、停車間際以前のモータトルク指令値Tm*から、停車時にモータトルク指令値Tm*が収束する外乱トルク推定値Tdまでのトルク変化量を抑えることができ、トルク変化によるショックを抑えて、ドライブフィーリングを向上させることができる。
 特に、外乱トルク推定値Tdに所定のゲイン(Kup、Kdown)を乗算することによって外乱補正トルクTd*を算出し、トルクテーブル目標値Tm0*と外乱補正トルクTd*とを加算することによって、第1のトルク目標値Tm1*を算出するので、外乱に応じてリニアにトルクテーブル目標値Tm0*を補正して、第1のトルク目標値Tm1*を算出することができる。
 さらに、外乱トルク推定値Tdに所定のゲイン(Kup、Kdown)を乗算した後、モータ回転速度ωmに応じた速度補正ゲインKωを乗算することにより、外乱補正トルクTd*を算出し、速度補正ゲインKωは、モータ回転速度ωmが第1の所定回転速度ωm1より小さければ1、モータ回転速度ωmが第1の所定回転速度ωm1より大きい第2の所定回転速度ωm2より大きければ0、モータ回転速度ωmが第1の所定回転速度ωm1以上であって、かつ、第2の所定回転速度ωm2以下の場合には、0以上1以下であって、かつ、モータ回転速度ωmが大きくなるほど0に近い値である。高速域の外乱トルクは、空気抵抗が支配的であり、モータ回転速度ωが大きくなるほど外乱補正トルクTd*を小さくすることで、高速域の加速・減速感をドライブフィーリングと一致させることができる。
 本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、上述した説明では、第2のトルク目標値Tm2*を、モータ回転速度ωmの低下とともに外乱トルク推定値Tdに収束するトルク目標値として説明した。しかし、車輪速や車体速度、ドライブシャフトの回転速度などの速度パラメータは、電動モータ4の回転速度と比例関係にあるため、電動モータ4の回転速度に比例する速度パラメータの低下とともに第2のトルク目標値Tm2*を外乱トルク推定値Td(またはゼロ)に収束させるようにしてもよい。
 以上、本発明の実施の形態について説明したが、上記実施の形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
 本願は、2014年1月10日に日本国特許庁に出願された特願2014-003179に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (9)

  1.  モータを走行駆動源とし、前記モータの回生制動力により減速する電動車両の制御装置であって、
     前記アクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、
     車両情報に基づいて、第1のトルク目標値を算出する第1のトルク目標値算出手段と、
     電動車両の走行速度に比例する速度パラメータの低下とともにゼロに収束する第2のトルク目標値を算出する第2のトルク目標値算出手段と、
     車両が停車間際であるか否かを判定する停車間際判定手段と、
     車両が停車間際以前であると判定すると、前記第1のトルク目標値をモータトルク指令値に設定し、車両が停車間際であると判定すると、前記第2のトルク目標値を前記モータトルク指令値に設定するモータトルク指令値設定手段と、
     前記モータトルク指令値に基づいて、前記モータを制御するモータ制御手段と、
    を備える電動車両の制御装置。
  2.  請求項1に記載の電動車両の制御装置において、
     前記停車間際判定手段は、前記第1のトルク目標値が前記第2のトルク目標値より大きければ停車間際以前であると判定し、前記第2のトルク目標値が前記第1のトルク目標値より大きければ停車間際であると判定する、
    電動車両の制御装置。
  3.  請求項1または請求項2に記載の電動車両の制御装置において、
     外乱トルクを推定する外乱トルク推定手段をさらに備え、
     前記第2のトルク目標値算出手段は、前記速度パラメータの低下とともに前記外乱トルクに収束するトルク目標値を前記第2のトルク目標値として算出する、
    電動車両の制御装置。
  4.  請求項3に記載の電動車両の制御装置において、
     前記外乱トルク推定手段は、前記外乱トルクを、登坂路では正の値、降坂路では負の値として推定する、
    電動車両の制御装置。
  5.  請求項3または請求項4に記載の電動車両の制御装置において、
     前記外乱トルク推定手段は、平坦路では前記外乱トルクをゼロとする、
    電動車両の制御装置。
  6.  請求項3から請求項5のいずれか一項に記載の電動車両の制御装置において、
     前記第1のトルク目標値算出手段は、車両情報に基づいて基本トルク目標値を算出し、算出した基本トルク目標値を前記外乱トルクに基づいて補正することにより、前記第1のトルク目標値を算出する、
    電動車両の制御装置。
  7.  請求項6に記載の電動車両の制御装置において、
     前記第1のトルク目標値算出手段は、前記外乱トルクに所定のゲインを乗算することによって外乱補正トルクを算出し、前記基本トルク目標値と前記外乱補正トルクとを加算することによって、前記第1のトルク目標値を算出する、
    電動車両の制御装置。
  8.  請求項7に記載の電動車両の制御装置において、
     前記第1のトルク目標値算出手段は、前記外乱トルクに前記所定のゲインを乗算した後、前記速度パラメータに応じた速度補正ゲインを乗算することにより、前記外乱補正トルクを算出し、
     前記速度補正ゲインは、前記速度パラメータが第1の所定値より小さければ1、前記速度パラメータが前記第1の所定値より大きい第2の所定値より大きければ0、前記速度パラメータが前記第1の所定値以上であって、かつ、前記第2の所定値以下の場合には、0以上1以下であって、かつ、前記速度パラメータが大きくなるほど0に近い値である、
    電動車両の制御装置。
  9.  モータを走行駆動源とし、前記モータの回生制動力により減速する電動車両の制御方法であって、
     前記アクセル操作量を検出するステップと、
     車両情報に基づいて、第1のトルク目標値を算出するステップと、
     電動車両の走行速度に比例する速度パラメータの低下とともにゼロに収束する第2のトルク目標値を算出するステップと、
     車両が停車間際であるか否かを判定するステップと、
     車両が停車間際以前であると判定すると、前記第1のトルク目標値をモータトルク指令値に設定し、車両が停車間際であると判定すると、前記第2のトルク目標値を前記モータトルク指令値に設定するステップと、
     前記モータトルク指令値に基づいて、前記モータを制御するステップと、
    を備える電動車両の制御方法。
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