電気自動車の制御装置

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【発明の名称】	電気自動車の制御装置
【発明者】	【氏名】清水浩【氏名】松村好浩【氏名】永山和俊【氏名】足利正
【要約】	【課題】電気自動車のモータに直結する機械系のバックラッシュの弊害を除く電気自動車の制御方法を提供する。【解決手段】モータ３の制御部にあってトルク指令出力部７ａでは、ステップ指令に対して遅れ要素、無駄時間要素を単独又は組合せて設けることによりトルク指令を出力したものである。

【特許請求の範囲】
【請求項１】操作指令からモータのトルク指令を得るトルク指令出力部を有する電気自動車の制御装置において、上記トルク指令出力部では、上記操作指令であるステップ指令を入力し、遅れ要素、無駄時間要素、無駄時間要素と遅れ要素との組合せ要素のいずれかによるトルク指令を出力することを特徴とする電気自動車の制御装置。
【請求項２】上記遅れ要素は、少なくとも一種類のランプ関数、及び少なくとも一種類の二次遅れ要素のいずれかとしたことを特徴とする請求項１記載の電気自動車の制御装置。
【請求項３】上記無駄時間要素としては、少なくとも一ステップの微少トルクを与えることを特徴とする請求項１記載の電気自動車の制御装置。
【請求項４】上記操作指令は駆動指令、回生力指令のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の電気自動車の制御装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車の駆動時もしくは回生時の制御を円滑なものとする装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気自動車においては、２台の駆動用モータが歯車伝達機構（機械系）を介して例えば１対の後輪にそれぞれ直結されている構成を有し、２台の駆動用モータがそれぞれ独立に制御されてアクセル又はブレーキの操作によって駆動又は回生が行なわれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の機械系においてはギヤのかみ合せに図８に示すバックラッシュが存在し、例えば図８（ａ）（ｂ）の状態において駆動や回生が行なわれるとき、バックラッシュの間は無負荷に近い状態となり、ギヤＢが急激に移動する。この結果、ギヤＡＢどおしがぶつかり合い、トルクの円滑な伝達ができず、不快なギヤ音が生じ、乗り心地も良くないという弊害が生じている。
【０００４】本発明は、上述の問題に鑑み、トルクを円滑に伝達しギヤ音の発生を防止し、乗り心地を良くする電気自動車の制御装置の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する本発明は、次の発明特定事項を有する。
（１）操作指令からモータのトルク指令を得るトルク指令出力部を有する電気自動車の制御装置において、上記トルク指令出力部では、上記操作指令であるステップ指令を入力し、遅れ要素、無駄時間要素、無駄時間要素と遅れ要素との組合せ要素のいずれかによるトルク指令を出力することを特徴とする。
（２）上記（１）において、上記遅れ要素は、少なくとも一種類のランプ関数、及び少なくとも一種類の二次遅れ要素のいずれかとしたことを特徴とする。
（３）上記（１）において、上記無駄時間要素としては、少なくとも一ステップの微少トルクを与えることを特徴とする。
（４）上記（１）において、上記操作指令は駆動指令、回生力指令のいずれかであることを特徴とする。
【０００６】無駄時間要素や遅れ要素によりバックラッシュをゆるやかに無くしてギヤどおしをかみ合せるようにしたため、円滑なトルク伝達ができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】ここで、発明の実施の形態の一例を説明する。説明の都合上電気自動車の回路構成から述べる。電気自動車の回路構成は、一例として図１に示すものがあり、この図では１対の従動輪である前輪１，１と１対の駆動輪である後輪２，２とを有する４輪車にあって、駆動輪である後輪２，２にはモータ３，３がギヤ等の機械系４，４を介して直結されている。このモータ３，３には、充電可能なバッテリ５からの電力を、電力制御ユニット、例えばインバータ６によって制御したものが供給されており、これによって、モータ３，３の駆動が制御される。また、インバータ６は、モータ３，３の回生制動に伴って発生する電力によってバッテリ５を充電する。
【０００８】このインバータ６は、例えばマイクロコンピュータによって構成されたシステムコントローラ７によって制御される。システムコントローラ７は、図示しないアクセルペダルの操作によって生成されたアクセル信号に応じて、モータ３，３の駆動状態を制御する信号をインバータ６に供給し、また後述するブレーキコントローラ８からの回生ブレーキ指令信号に応じて、回生制動の状態を制御する信号をインバータ６に供給する。
【０００９】後輪２，２には、更に、液圧制動手段、例えば油圧ブレーキ９，９が設けられている。前輪１，１にも液圧制動手段、例えば油圧ブレーキ１０，１０が設けられている。
【００１０】これら油圧ブレーキ９，９，１０，１０は、ＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）ハイドロユニット１１が供給する油圧によって前輪１，１及び後輪２，２をそれぞれ制動する。このハイドロユニット１１は、ブレーキペダル１２の操作によってマスターシリンダ１３が発生する制御油圧を制御弁ユニット１４を介して受ける。また、ＡＢＳＥＣＵ（アンチロックブレーキシステム電子制御ユニット）１５からの制御信号によっても制動状態が制御される。制御弁ユニット１４及びＡＢＳＥＣＵ１５は、例えばマイクロコンピュータによって構成されたブレーキコントローラ８からの制御信号によって制御される。これら制御は、油圧ブレーキ９，９及び１０，１０に対してそれぞれ個別に行われる。
【００１１】ブレーキコントローラ８には、前輪速センサ１６，１６によって検出された電気自動車の速度信号、即ちモータ３，３の速度が入力されると共に、マスターシリンダ１３と制御弁ユニット１４との間の油路に設けられた圧力センサ１７が検出した、ブレーキペダル１２の操作によって発生した圧力変化の検出値、即ち制動指令値Ｂinも入力される。
【００１２】ブレーキコントローラ８は、システムコントローラ７から供給されたモータ回転速度（Ｒ）、（Ｌ）に基づいて、制御弁ユニット１４、ＡＢＳＥＣＵ１５に制御信号を供給する。また、ブレーキコントローラ８は、圧力センサ１７からの制動指令値Ｂinと、前輪速センサ１６，１６からの速度信号と、図示していないが、バッテリーの充電状態を検出した信号、モータ３，３の温度を検出した信号に基づいて回生ブレーキ指令信号をシステムコントローラ７に供給する。
【００１３】ブレーキコントローラ８及びシステムコントローラ７が行うブレーキ制御を概略的に説明する。図２に示すように、初期制動において、最大回生制動力よりも小さく予め定めた制動力ａになるまでは、回生制動のみによって後輪２，２の制動を行う。さらに大きな制動力が必要になると、後輪２，２の回生制動力ａを維持し、前輪１，１の油圧制動力を増加させていく。そして、これら前輪１，１と後輪２，２の制動力が、前輪の制動力と後輪の制動力との理想配分αの近似特性βに一致すると（図２に示すｂ点）、この近似特性βに沿って前輪の制動力及び後輪の制動力を増加させていく。
【００１４】この理想配分αは、この実施の形態では、図２から明らかなように幾分後輪の制動力が前輪の制動力よりも大きな状態を維持する曲線で表され、近似特性βは、予め定めた前輪の制動力の範囲内で、この理想配分αよりも後輪の制動力が小さくなる直線で表されている。
【００１５】もし、後輪２，２の制動力が、回生制動の最大値に達して、理想配分近似特性に一致させるために必要な後輪２，２の制動力を全て回生制動で負担できなくなると、後輪２，２の油圧制動によって不足分を負担する。
【００１６】このように、理想配分の近似特性βに一致するまで、回生制動力を最大値未満の一定値ａに保持しているので、後輪２，２偏重の制動力とならない上に、一定の回生エネルギの回収が行われる。
【００１７】このようなアクセルペダル操作による駆動制御及びブレーキペダル操作による回生制御において、図３の回路構成では、永久磁石モータ（ＰＭ）によるベクトル制御を例にとっている。図３において、図１との対応部分は図１のモータ３がＰＭ３、インバータ６がＰＷＭインバータ６、バッテリ５が同じであり、図３のアクセル、ブレーキを除いた部分が図１に示すシステムコントローラ７に概ね相応する。
【００１８】すなわち、図３において、アクセルペダル操作又はブレーキペダル操作によって、この操作信号がトルク指令出力部７ａに入力されてトルク指令が出力される。このトルク指令は、励磁電流（Ｉ_d）テーブル７ｂとトルク電流（Ｉ_q）テーブル７ｃとにより速度検出部７ｄからの角速度ωに応じた励磁電流指令Ｉ_d^*とトルク電流指令Ｉ_q^*とに分けられ、更に励磁電流検出値Ｉ_dとトルク電流検出値Ｉ_qとが加え合わされ、ｄ－ｑ軸電流制御部７ｅに入力される。この電流制御部７ｅはトルク電流指令Ｉ_q^*及び励磁電流指令Ｉ_d^*に対して夫々のトルク電流検出値Ｉ_q及び励磁電流検出値Ｉ_dとの偏差から比例積分演算による演算を行い、さらに両演算結果に対してＰＭ３内の干渉分を加減算して回転座標のトルク軸電圧制御信号Ｖ_q^*と励磁軸電圧制御信号Ｖ_d^*を得る。電流制御部７ｅからの非干渉化した電圧制御信号Ｖ_q^*，Ｖ_d^*は座標変換部７ｆによって極座標の一次電圧指令Ｖ₁と位相角φに変換され、さらに極座標／三相変換部７ｇによって固定座標の三相電圧指令Ｖ_U^*，Ｖ_V^*，Ｖ_W^*に変換され、ＰＷＭインバータ６の出力電圧制御信号にされる。ＰＷＭインバータ６は、三相電圧指令Ｖ_U^*，Ｖ_V^*，Ｖ_W^*に応じて、車載バッテリ５の直流電流を三相交流電流に変換してＰＭ３に供給している。これによりＰＭ３が駆動される。なお、トルク電流検出値Ｉ_q及び励磁電流検出値Ｉ_dはＰＭ３の二相電流検出値から演算される。この演算は二相電流Ｉ_U，Ｉ_Wの加算によってＶ相の電流検出値Ｉ_Vも求め、各電流値Ｉ_U，Ｉ_V，Ｉ_Wから三相／二相変換部７ｈで固定座標の二相交流電流に変換し、これを座標変換部７ｉで回転座標のトルク電流検出値Ｉ_qと励磁電流検出値Ｉ_dに変換する。また、図中７ｊは速度検出器、７ｋは位置検出部である。回生においても、ＰＭ３による回転にてＰＷＭインバータ６を介して電力がバッテリ５に供給され、制動が行なわれる。
【００１９】上記構成によるベクトル制御によってＰＭ３の駆動と回生とが行われるが、図３に示すトルク指令出力部７ａでは、前述の図１に示す機械系４でのギヤのバックラッシュによる弊害を除くべく次の機能が設けられる。
【００２０】図４に示すように操作指令であるアクセル開度あるいはブレーキ指令（駆動・回生力指令）であるステップ指令に対して、時間ｔ₁にて所望のトルク指令まで立上げるランプ関数による遅れ要素が設けられる。この場合、初期の立上がりが急峻でなければ二次遅れ要素等でもよい。この遅れ要素を取入れることによりアクセル開度やブレーキ力指令に対してギヤのバックラッシュが徐々に除かれてギヤが接触しギヤによる円滑な力伝達が行われる。
【００２１】図５は、操作指令であるステップ指令に対して、微少トルクの無駄時間要素が設けられた場合の波形である。すなわち、微少トルクを時間ｔ₂の間加えてギヤを接触させたものであり、図４にてギヤがバックラッシュを有してモータ軸が無負荷状態にある場合には、小さなトルクをもってギヤの円滑な接触を図ったものであり、前述の遅れ要素にてｔ₁を長くしなければならないという弊害を除いたものである。
【００２２】図６は、微少トルクによる無駄時間要素とランプ関数による遅れ要素とを組合せたものであり、図５にて微少トルクの無駄時間により特に駆動時にアクセルフィーリングが悪化する場合に効果的である。この場合、無駄時間ｔ₃＜遅れｔ₄とし、遅れ要素の遅れｔ₄－ｔ₃も図４の遅れ要素のみの場合と異なり遅れｔ₁よりも短時間とすることでアクセルフィーリングが向上する。
【００２３】図７は、アクセルフィーリングを考慮するとトルクはなるべく早く立上げる必要がある反面、ブレーキ力は液圧による機械ブレーキと回生ブレーキの合成であるので、トルクを即応させなくともブレーキフィーリングは悪化せず、このため回生時のみ図７に示す無駄時間要素と遅れ要素とを組合せ、時間ｔ₅まで無負荷運転をしモータの持つ機械損失分のトルクにてギヤを接触させ、その後所望のトルクまで立ち上げるものである。この立ち上げは、ステップ関数、二次遅れ要素等に置き換えることができる。
【００２４】上述の図４～図７の例では、遅れ要素としてランプ関数を採用するか二次遅れ要素を採用するかの選択については適宜必要に応じて可能であり、また時間ｔ₁，ｔ₄－ｔ₃，ｔ₆－ｔ₅に関係する傾きや時定数についても駆動や回生の違いによって適宜選択できる。また、無駄時間要素のうち微小トルクが存在する場合と存在しない場合、あるいは微小トルクを与えるにしてもどの程度のものを与えるかについても駆動や回生を考慮しつつ適宜選択できる。更には、ステップ関数や無駄時間要素、遅れ要素の組合せも適宜選択できる。図４～図７では遅れ要素単独の場合、無駄時間単独の場合、無駄時間と遅れ要素との組合せの場合を示しているが、更には図４の他に図９（ａ）に示すように異なる傾きのランプ関数（遅れ要素でもよい）を組合せたり、図５の他に図９（ｂ）に示すように異なるステップの微小トルクの無駄時間としたりきめ細かな制御を行なうことができる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、トルク指令にステップ関数のみならず無駄時間要素や遅れ要素を取入れることにより、駆動・回生時にあってギヤの接触を円滑にできて不快音や不快振動を低減でき、またアクセルフィーリングやブレーキフィーリングを良好にすることができる。

【出願人】	【識別番号】５９５０５５１２８【氏名又は名称】清水浩【識別番号】５９１１６８９６５【氏名又は名称】公害健康被害補償予防協会【識別番号】０００００４０１９【氏名又は名称】株式会社ナブコ【識別番号】０００００６１０５【氏名又は名称】株式会社明電舎
【出願日】	平成９年（１９９７）６月２０日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】光石俊郎（外２名）
【公開番号】	特開平１１－１８２１４
【公開日】	平成１１年（１９９９）１月２２日
【出願番号】	特願平９－１６３６６０