| 【発明の名称】 |
電気自動車の制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】小林 勝
【氏名】山下 哲胤
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| 【要約】 |
【課題】電気自動車駆動用の電動機の出力軸から減速ギヤ、ドライブシャフトを介して駆動輪へいたるトルクの伝達系が、ドライブシャフトをバネ要素とする捻れ共振系を構成しているような場合に、この共振による車体の振動を抑制しつつ、加減速時のドライバビリティを損うことがないように電動機を制御する。
【解決手段】回転速度検出器により電動機の回転速度Ｎを検出し、この回転速度Ｎにより振動抑制成分演算手段３０で回転速度の振動成分ΔＮを算出し、この算出された振動成分ΔＮと電動機のトルク指令Ｔとを加算して振動抑制補正後トルク指令Ｔ’となし、この振動抑制補正後トルク指令Ｔ’通りの出力トルクを発生するべく電流制御演算部１４において電動機に流れる電流を制御する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 電動機の出力トルクを所定のトルク指令に追従すべく制御して車両を駆動する電気自動車の制御装置において、上記電動機へのトルク指令を演算し出力するトルク指令演算部と、上記電動機の回転速度を検出する回転速度検出器と、上記回転速度検出器から出力された電動機回転速度を入力してトルク指令振動抑制成分を算出する振動抑制成分演算手段と、上記トルク指令と上記振動抑制成分演算手段から出力されるトルク指令振動抑制成分より振動抑制補正後トルク指令を算出する加算器と、上記振動抑制補正後トルク指令を入力してこの補正後のトルク指令に応じた出力トルクを得るべく上記電動機の電流を制御する電流制御演算部とを備えたことを特徴とする電気自動車の制御装置。
【請求項２】 振動抑制成分演算手段は、算出されたトルク指令振動抑制成分を電動機の回転速度帯によって、その量を調整することを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動機によって推進力を得る電気自動車の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の電気自動車のシステムとして、例えば図３に示す特開平７−１４３６０６号公報で開示された構成のものがある。この従来例は電動機として三相交流電動機、電力変換器としてインバータを用いている。また、電動機の電流制御演算方式としてベクトル制御方法を用いている。
【０００３】図において、１は車両に搭載された電力源としてのバッテリ、２は後述する電動機をベクトル制御する制御装置、３は制御装置２で制御されバッテリ１の出力を交流電力に変換する電力変換器、４は電動機の回転速度を検出する回転速度検出器、５はアクセル操作量を検出するアクセル開度検出器、６はブレーキ操作量を検出するブレーキ開度検出器、７は電力変換器３の出力電流を検出する電流検出器、８は車両に推進力を与える電動機、９は電動機８の回転速度を減速する減速ギヤ、１０は減速ギヤ９にて減速された電動機８の回転運動をドライブシャフト１１に伝えるディファレンシャルギヤ、１２はドライブシャフトの両端に設けられた駆動輪である。
【０００４】以上のように、電動機８は、減速ギヤ９、ディファレンシャルギヤ１０、ドライブシャフト１１を介して駆動輪１２と連結されている。従って、電動機８の回転運動により駆動輪１２が回転し車両に推進力を与えて走行する。
【０００５】バッテリ１から電力変換器３に入力された直流電力は、制御装置２の制御のもとに三相交流電力に変換され電動機８に供給される。これにより、電動機８は回転駆動する。電力変換器３は制御装置２によってスイッチング動作が制御される。すなわち、車両操縦者によるアクセルペダルの踏み込みを示すアクセル開度検出器５からの出力であるアクセル開度Ａ、ブレーキペダルの踏み込みを示すブレーキ開度検出器６からの出力であるブレーキ開度Ｂを入力し、これに基づきパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を生成する。
【０００６】生成されたＰＷＭ信号は電力変換器３を構成するスイッチング素子に供給され、これらのスイッチング素子はＰＷＭ信号に応じてオン／オフする。この結果、バッテリ１からの直流電力は三相交流電力に変換される。
【０００７】図４にはこの従来例における制御装置２の機能構成が示されている。１３はアクセル開度Ａ、ブレーキ開度Ｂ等から電動機８のトルク指令値Ｔを演算して出力するトルク指令演算部、１４はトルク指令値Ｔに応じたトルク電流成分Ｉｑ、励磁電流成分Ｉｄを生成し、これら電流成分に従ってＰＷＭ信号を電力変換器３に出力する電流制御演算部である。
【０００８】１５は回転速度検出器４で検出された電動機８の回転速度検出値Ｎを平均化して回転速度平均値Ｎｍを出力する回転速度平均化部、１６は回転速度検出値Ｎと回転速度平均値Ｎｍとの偏差である回転速度変動量ΔＮを出力する減算器、１７は回転速度変動量ΔＮに定数ｋを掛けてトルク変動量推定値ΔＴを求めて出力する乗算器である。
【０００９】電流制御演算部１４は、トルク指令値Ｔにトルク変動量推定値ΔＴを加算して補正後のトルク指令値Ｔ＊を求める加算器１８，回転速度平均値Ｎｍより磁束指令値φを計算する磁束指令計算部１９、補正後のトルク指令値Ｔ＊と磁束指令値φよりトルク電流成分Ｉｑを計算して出力するトルク電流計算部２０、磁束指令値φより励磁電流成分Ｉｄを計算して出力する励磁電流計算部２１、トルク電流成分Ｉｑと励磁電流成分ＩｄよりＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ発生部２２より構成されている。電流制御演算部１４はベクトル制御方法に基づいてＰＷＭ信号を発生する構成である。
【００１０】次に、従来技術の動作について説明する。トルク指令演算部１３は、アクセル開度検出器５から出力されるアクセル開度Ａ、ブレーキ開度検出器６から出力されるブレーキ開度Ｂ、及び、電動機８の回転速度平均値Ｎｍに基づき、トルク指令値Ｔを計算する。一方、磁束指令計算部１９は、電動機８に対する磁束指令値φを計算する。
【００１１】計算されたトルク指令値Ｔ及び磁束指令値φは、それぞれトルク電流計算部２０及び励磁電流計算部２１に供給される。トルク電流計算部２０は Ｉｑ＝ｋｑ×Ｔ／φの計算式により、トルク電流成分Ｉｑを求める。また、励磁電流計算部２１はＩｄ＝ｋｄ×φの式により、励磁電流成分Ｉｄを求める。
【００１２】このようにして求められた電流成分のうち、トルク電流成分Ｉｑは電動機８からの出力トルクに対応しており、励磁電流成分Ｉｄは電動機８の励磁電流を示している。すなわち、これらのトルク電流成分Ｉｑ及び励磁電流成分Ｉｄに基づき電力変換器３を制御することにより、電動機８に流れる電流をベクトル制御できる。
【００１３】回転速度検出器４によって検出される電動機８の回転速度検出値Ｎは、座標変換等のためＰＷＭ発生部２２に供給されると同時に、回転速度平均化部１５に供給される。回転速度平均化部１５は、回転速度検出値Ｎを所定のサンプル数ｎに亘って平均化し、回転速度検出値Ｎの平均値である回転速度平均値Ｎｍを求める。この求められた回転速度平均値Ｎｍはトルク指令演算部１３及び磁束指令計算部１９に供給され、それぞれトルク指令値Ｔと磁束指令値φが計算される。
【００１４】このようにして得られたトルク指令値Ｔは、次に述べる補正を受けた上で補正後のトルク指令値Ｔ＊としてトルク電流計算部２０に供給される。磁束指令値φはトルク電流計算部２０及び励磁電流計算部２１に供給される。従って、検出される回転速度検出値Ｎの平均値Ｎｍに基づき、電動機８の出力トルクが制御される。
【００１５】ところで、電気自動車では電動機８の出力軸からドライブシャフト１１を介して駆動輪１２へ至るトルクの伝達系が、ドライブシャフト１１をバネ要素とする捻れ共振系を構成しているような場合があり、共振により車体の前後に振動が発生したりする。
【００１６】この問題点を解消する方策として本例では回転速度平均化部１５によって得られた回転速度平均値Ｎｍを用いて電動機８の出力トルク変動を推定し、この推定結果に基づきトルク指令ＴをＴ＊に補正する。すなわち、回転速度平均化部１５によって得られた回転速度平均値Ｎｍは減算器１６に入力され、減算器１６によって回転速度平均値Ｎｍから各瞬時の回転速度検出値Ｎが減ぜられる。
【００１７】減算値、すなわち回転速度変動量ΔＮ＝Ｎｍ−Ｎは、乗算器１７に入力される。乗算器１７において、この回転速度変動量ΔＮに定数ｋが乗ぜられ、これによりトルク変動量推定値ΔＴが求められる。すなわち、ΔＴ＝ｋ×ΔＮの演算が行われる。得られたトルク変動量推定値ΔＴは、トルク指令補正値ΔＴとして加算器１８に入力される。加算器１８はトルク指令演算部１３より演算出力されるトルク指令値Ｔとトルク指令補正値ΔＴを加算し、得られた補正後のトルク指令Ｔ＊＝Ｔ＋ΔＴがトルク電流計算部２０に入力される。
【００１８】このように、回転速度平均値Ｎｍに基づくトルク指令値Ｔ及び磁束指令値φのみでは、トルク伝達系の共振等によるトルク変動が生じる余地があるので、回転速度変動量ΔＮに基づきトルク変動を推定してフィードバックを加えるようにしている。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】従来技術は上記のように、出力トルクの変動量を推定し、推定された変動量に基づきトルク指令を補正することで電動機の出力トルクの変動を抑制することが可能となる。
【００２０】しかしながら、出力トルクの変動量の推定に電動機の回転速度平均値Ｎｍと、電動機の回転速度検出値Ｎとをつきあわせて回転速度の変動量ΔＮを求め、トルク指令の補正量ΔＴを得る本手法では、回転速度検出値Ｎにノイズが重畳するような場合、また、急加減速、緩加減速のそれぞれの場合を含む電動機の広い動作範囲の全てにうまく対応するのは難しいという問題点があった。
【００２１】この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、特に電動機の出力軸から減速ギヤ、ドライブシャフトを介して駆動輪へいたるトルクの伝達系が、ドライブシャフトをバネ要素とする捻れ共振系を構成しているような場合に、この共振による車体の振動を抑制しつつ、加減速時のドライバビリティを損うことがないように電動機を制御する電気自動車の制御装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係わる電気自動車の制御装置は、電動機の出力トルクを所定のトルク指令に追従すべく制御して車両を駆動する電気自動車の制御装置において、上記電動機へのトルク指令を演算し出力するトルク指令演算部と、上記電動機の回転速度を検出する回転速度検出器と、上記回転速度検出器から出力された電動機回転速度を入力してトルク指令振動抑制成分を算出する振動抑制成分演算手段と、上記トルク指令と上記振動抑制成分演算手段から出力されるトルク指令振動抑制成分より振動抑制補正後トルク指令を算出する加算器と、上記振動抑制補正後トルク指令を入力してこの補正後のトルク指令に応じた出力トルクを得るべく上記電動機の電流を制御する電流制御演算部とを備えたものである。
【００２３】請求項２の発明に係わる電気自動車の制御装置の振動抑制成分演算手段は、算出されたトルク指令振動抑制成分を電動機の回転速度帯によって、その量を調整するものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、請求項１の発明に関連する実施の形態を図を用いて説明する。図１は、本実施の形態による電気自動車の制御装置の構成を示すブロック図である。尚、図中、図４と同一符号は、同一または相当部分を示す。また、電気自動車の全体のシステム構成は図３で示されるものと同等である。ただし、本発明において対象とする電動機は交流電動機と制約されるものでなく、電力変換器もインバータと制約されるものではない。
【００２５】図１において、３０は回転速度検出値Ｎより振動抑制成分ΔＴ’を演算する振動抑制成分演算手段である。この振動抑制成分演算手段３０は回転速度検出値Ｎの低域成分を通過させる低域通過フィルタ３１、低域通過フィルタ３１を通過した低域フィルタ通過成分Ｎｆから回転速度検出値Ｎを減算して差分値ΔＮ（Ｎｆ−Ｎ）を出力する加算器３２、差分値ΔＮに係数ｋを乗算してトルク指令振動抑制成分ΔＴを出力する乗算器３３、トルク指令振動抑制成分ΔＴより突出値を取り除き上下限値を一定範囲内に制限したトルク指令振動抑制成分ΔＴ'を出力するリミッタ３４より構成される。
【００２６】次に本実施の形態の動作について説明する。まず、回転速度検出器４から出力される電動機８の回転速度検出値Ｎ、アクセル開度検出器５から出力されるアクセル開度Ａ、及び、ブレーキ開度検出器６から出力されるブレーキ開度Ｂをトルク指令演算部１３に入力するとトルク指令値Ｔが出力される。
【００２７】つづいて、回転速度検出器４から出力される電動機８の回転速度検出値Ｎを振動抑制成分演算手３０に入力すると、トルク指令振動抑制成分ΔＴ’が出力される。
【００２８】具体的には、図１に示すように電動機８の回転速度検出値Ｎを振動抑制成分演算手段３０に入力すると、まず、低域通過フィルタ３１によって回転速度検出値Ｎから高周波の振動成分が除去された低域フィルタ通過成分Ｎｆが出力される。つづいて、減算器３２により回転速度検出値Ｎの低域フィルタ通過成分Ｎｆから回転速度検出値Ｎを減算した差分値ΔＮ（Ｎｆ −Ｎ）が出力される。この差分値ΔＮより振動成分が明らかになる。
【００２９】次に、差分値ΔＮ（Ｎｆ −Ｎ）を乗算器３３に入力すると係数ｋが乗ぜられてトルク指令振動抑制成分ΔＴが出力される。これはすなわち、電動機８の回転速度の振動具合を検知し、この回転速度振動を抑制すべく電動機８の出力トルクを補正するようなトルク指令成分を出力することに相当する。
【００３０】このとき、回転速度検出値Ｎの微分成分が振動の加速度に相当するという観点から、振動を打ち消すために、振動の加速度の逆位相成分を用いてトルク指令振動抑制成分ΔＴとする。その際、低域通過フィルタ３１の時定数Ｌは、差分値ΔＮ（Ｎｆ−Ｎ）が振動の加速度に比例するような値となるように設定される。
【００３１】つづいて、トルク指令振動抑制成分ΔＴをリミッタ３４に通すことにより、突出値を取り除き上下限値を一定範囲内に制限されたリミッタ通過後のトルク指令振動抑制成分ΔＴ'が出力される。
【００３２】次に、加算器３５によりトルク指令演算部１３から出力されるトルク指令Ｔとトルク指令振動抑制成分ΔＴ'が加算され、振動抑制補正後トルク指令Ｔ＊（＝Ｔ＋ΔＴ'）が出力される。
【００３３】次に、加算器３５から出力された振動抑制補正後トルク指令Ｔ＊を電流制御演算部１４に入力すると、振動抑制補正後トルク指令Ｔ＊通りの出力トルクを得るような電流制御演算が行われ、電力変換器３のスイッチング素子を駆動するＰＷＭ波を出力する。
【００３４】電力変換器３のスイッチング素子は、制御装置２から出力されるＰＷＭ波にしたがいオン／オフし、電動機８に供給する電力を調整する。その結果、電動機８の出力トルクは、振動抑制補正後トルク指令Ｔ＊に一致するように制御される。
【００３５】このように、電動機８の回転速度の振動を検知して振動を打ち消すべくトルク指令を補正してやることで、電気自動車のトルク伝達系で発生する回転速度の振動を抑制することが可能となる。また、トルク指令振動抑制成分ΔＴの上下限をリミッタで制限することにより、回転速度検出値にノイズが重畳して特異な値を示しても、制御が不安定とならないように動作させることが可能となる。
【００３６】実施の形態２．以下、請求項２の発明に関連する実施の形態２を図を用いて説明する。図２は、本実施の形態による電気自動車の制御装置の構成を示すブロック図である。尚、図中、図１と同一符号は、同一または相当部分を示すため説明を省略する。また、電気自動車の全体のシステム構成は図３で示されるものと同等である。図２で示される制御装置の構成において、振動抑制成分演算手段３０Ａは図１で示される実施の形態１における振動抑制成分演算手段３０の構成に、振動抑制成分調整ゲインマップ３６を加えたものである。
【００３７】次に本実施の形態の動作について説明する。振動抑制成分演算手段３０Ａにおいて、リミッタ３４から上下限値を一定範囲内に制限されたリミッタ通過後トルク指令振動抑制成分ΔＴ'が出力される。
【００３８】つづいて、低域通過フィルタ３１から出力される回転速度の低域フィルタ通過成分Ｎｆ、及びリミッタ通過後のトルク指令振動抑制成分ΔＴ'を振動抑制成分調整ゲインマップ３６に入力すると、回転速度帯調整後のトルク指令振動抑制成分ΔＴ''が出力される。これは、電動機８の回転速度帯によって振動抑制のためのトルク指令補正量の大小を微調整するためのものである。
【００３９】これは即ち、振動抑制成分調整ゲインマップ３６に回転速度の低域フィルタ通過成分Ｎｆが入力されると、低域フィルタ通過成分Ｎｆに対応した既存の振動抑制のためのトルク指令補正量をマップより読み出し、この補正量を同じく入力されたリミッタ通過後のトルク指令振動抑制成分ΔＴ'にかけることで回転速度帯調整後のトルク指令振動抑制成分ΔＴ''が出力される。
【００４０】次に、加算器３５によりトルク指令Ｔと回転速度帯調整後のトルク指令振動抑制成分ΔＴ''が加算され、振動抑制補正後トルク指令Ｔ＊（＝Ｔ＋ΔＴ''）が出力される。
【００４１】つづいて、加算器３５から出力された振動抑制補正後トルク指令Ｔ＊を電流制御演算部１４に入力すると、振動抑制補正後トルク指令Ｔ＊通りの出力トルクを得るような電流制御演算が行われ、ＰＷＭ波が出力される。電力変換器３のスイッチング素子は、このＰＷＭ波にしたがいオン／オフし、電動機８に供給する電力を調整する。その結果、電動機８の出力トルクは、振動抑制補正後トルク指令Ｔ＊に一致するように制御される。
【００４２】このように、電動機８の回転速度の振動を検知して振動を打ち消すべくトルク指令を補正する際に、補正量を電動機８の回転速度帯に応じて可変してやることにより、急加減速時に車両の特性上発生する振動は抑制せず、充分な加減速感を得ながら、電動機８の出力軸から駆動輪１２にかけての共振による振動を抑制するといった調整が可能となる。
【００４３】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、電気自動車に推進力を与える電動機へのトルク指令を演算し出力するトルク指令演算部と、電動機の回転速度を検出する回転速度検出器と、回転速度検出器から出力された電動機回転速度を入力してトルク指令振動抑制成分を算出する振動抑制成分演算手段と、トルク指令と上記振動抑制成分演算手段から出力されるトルク指令振動抑制成分より振動抑制補正後トルク指令を算出する加算器と、振動抑制補正後トルク指令を入力してこの補正後のトルク指令に応じた出力トルクを得るべく電動機の電流を制御する電流制御演算部とを備え、電流制御演算部にて振動抑制補正後トルク指令どおりの出力トルクを発生するべく電動機に流れる電流を制御することで、不要な回転速度変動を抑制して車両の前後振動を取り除くことができるという効果がある。
【００４４】請求項２の発明によれば、振動抑制成分演算手段は、算出されたトルク指令振動抑制成分を電動機の回転速度帯によって、その量を調整することにより、電動機の動作状況（回転速度帯、加減速度合い）に応じて電気自動車における電動機の回転速度振動を抑制し、かつ、振動の抑制効果の度合いを細かく調整することができるという効果がある。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６０１３
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年１０月１５日（１９９８．１０．１５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００５７８７４
【弁理士】
【氏名又は名称】曾我 道照 （外６名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−１２５４１０（Ｐ２０００−１２５４１０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年４月２８日（２０００．４．２８） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２９３６９４ |
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