| 【発明の名称】 |
電気自動車のモータ制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】伊藤 健
|
| 【要約】 |
【課題】クリープ走行時のハンチング現象を抑制し、滑らかな走行特性を実現する。
【解決手段】第１のトルク目標値設定手段２′により、回転数センサ１の検出するモータ回転数に基づいてモータ５の通常の第１のトルク目標値T1* を設定し、さらに第２のトルク目標値設定手段６により、第１のトルク目標値に対して、車両のトルク伝達系の固有振動周波数成分を除去又は低減するフィルタリング処理を行い、第２のトルク目標値T2* を出力する。そして、電流目標値設定手段がこの第２のトルク目標値に対応する電流目標値を設定し、モータ電流制御手段４がモータに通電される電流をこの電流目標値に一致するように制御する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 モータの回転数、車輪速又はそれらに相当する量を検出する回転数センサと、前記回転数センサの検出値に基づいて前記モータのトルク目標値（第１のトルク目標値）を設定する第１のトルク目標値設定手段と前記第１のトルク目標値設定手段が設定した前記第１のトルク目標値に対して、車両のトルク伝達系の固有振動周波数成分を除去又は低減するフィルタリング処理を行い、修正されたトルク目標値（第２のトルク目標値）を出力する第２のトルク目標値設定手段と、前記第２のトルク目標値設定手段の出力する前記第２のトルク目標値を入力し、前記モータの出力トルクとして当該第２のトルク目標値を得るための電流目標値を設定する電流目標値設定手段と、前記モータに通電される電流を前記電流目標値設定手段の設定する前記電流目標値に一致し、又は追従するように制御するモータ電流制御手段とを備えて成る電気自動車のモータ制御装置。
【請求項２】 前記第２のトルク目標値設定手段は、前記トルク伝達系に対するトルク入力に対する駆動軸トルクの伝達特性の逆特性を含む伝達関数で表わされる特性を有することを特徴とする請求項１に記載の電気自動車のモータ制御装置。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車のモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、電気自動車におけるクリープ走行の制御方式としては、図７に示す構成のものが知られている。この従来の電気自動車のモータ制御装置は、モータ回転数センサ１と、トルク目標値設定部２と、電流目標値設定部３と、電流制御部４を構成するＰｉ制御部４−１、非干渉制御部４−２、３相変換部４−３、３相インバータ４−４、電気角センサ４−５及び電流センサ４−６と、三相同期モータ５とから構成されている。
【０００３】回転数センサ１はモータ５の回転数を検出する。トルク目標値設定部２は、図中Ａに示すモータ回転数−トルク特性マップを内蔵し、回転数センサ１の検出信号に対してこの特性マップＡを参照してトルク目標値Ｔ* を設定出力する。電流目標値設定部３は、トルク目標値Ｔ* を得るのに必要なｑ軸、ｄ軸の各電流目標値Iq* ，Id* を設定する。
【０００４】電流制御部４は、モータ電流、電気角を監視し、３相インバータ４−４からモータ５に供給されるモータ電流が電流目標値Iq* ，Id* に一致するようにフィードバック制御する。
【０００５】なお、電流目標値設定部３、Ｐｉ制御部４−１、非干渉制御部４−２、３相変換部４−３、３相インバータ４−４、電気角センサ４−５、電流センサ４−６及びモータ５で構成されるモータ制御系は、例えば、総合電子出版社発行、杉本英彦氏編著、「ＡＣサーボシステムの理論と設計の実際」に示されている一般的なものである。またトルク目標値設定部２、電流目標値設定部３、Ｐｉ制御部４−１、非干渉制御部４−２及び３相変換部４−３は組込みマイコンのソフトウェアとして実現されるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の電気自動車のモータ制御装置では、アクセルオフ状態で発進（つまり、回転数＝０）後、回転数の上昇に伴いトルク目標値を下げ、ある程度の回転数まで上昇したところで走行抵抗とつり合うように制御するものであるため、図７のトルク特性マップＡにおける特性曲線の負の傾きが大きい場合、トルク目標値→モータ制御系→モータ回転数→トルク目標値の閉ループが不安定領域に入り、図８に示したようにハンチング現象が発生する問題点があった。
【０００７】図９は車両におけるトルク目標値→モータ制御系→モータ回転数→トルク目標値の各要素を線形で近似し、一巡伝達関数を解析的に求めたものである。ある特定の周波数ωｎのところで大きなピークを持ち、位相が１８０度回る周波数ωｏでゲインが０ｄＢ以上あり、不安定であることが分かる。この周波数ωｎのピークは、ドライブシャフト等のトルク伝達系のねじり振動によるものである。
【０００８】本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、モータ回転数から決められるトルク目標値に対してハンチングの原因となるねじり振動の周波数成分を除去すべくフィルタリング処理を施し、修正を加えたトルク目標値に基づいてモータのトルク制御を行うことにより、上記のハンチング現象の発生を抑制することができる電気自動車のモータ制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の電気自動車のモータ制御装置は、モータの回転数、車輪速又はそれらに相当する量を検出する回転数センサと、前記回転数センサの検出値に基づいて前記モータのトルク目標値（第１のトルク目標値）を設定する第１のトルク目標値設定手段と、前記第１のトルク目標値設定手段が設定した前記第１のトルク目標値に対して、車両のトルク伝達系の固有振動周波数成分を除去又は低減するフィルタリング処理を行い、修正されたトルク目標値（第２のトルク目標値）を出力する第２のトルク目標値設定手段と、前記第２のトルク目標値設定手段の出力する前記第２のトルク目標値を入力し、前記モータの出力トルクとして当該第２のトルク目標値を得るための電流目標値を設定する電流目標値設定手段と、前記モータに通電される電流を前記電流目標値設定手段の設定する前記電流目標値に一致し、又は追従するように制御するモータ電流制御手段とを備えたものである。
【００１０】請求項２の発明の電気自動車のモータ制御装置は、請求項１において、前記第２のトルク目標値設定手段が、前記トルク伝達系に対するトルク入力に対する駆動軸トルクの伝達特性の逆特性を含む伝達関数で表わされる特性を有するものである。
【００１１】
【発明の効果】請求項１の発明の電気自動車のモータ制御装置では、第１のトルク目標値設定手段により、回転数センサの検出するモータ回転数に基づいてモータの通常のトルク目標値（第１のトルク目標値）を設定し、さらに第２のトルク目標値設定手段により、第１のトルク目標値設定手段が設定した第１のトルク目標値に対して、車両のトルク伝達系の固有振動周波数成分を除去又は低減するフィルタリング処理を行い、修正されたトルク目標値（第２のトルク目標値）を出力する。そして、電流目標値設定手段がこの第２のトルク目標値設定手段の出力する第２のトルク目標値に対応する電流目標値を設定し、モータ電流制御手段がモータに通電される電流をこの電流目標値に一致し、又は追従するように制御する。
【００１２】このようにして、モータ回転数から決められる通常のトルク目標値に対して、ハンチングの原因となるトルク伝達系のねじり振動の周波数成分を除去すべくフィルタリング処理を施し、この修正を加えたトルク目標値に基づいてモータのトルク制御を行うことにより、クリープ走行時に発生するハンチング現象を効果的に抑制し、滑らかなクリープ走行ができるようになる。また、ドライバがアクセルを踏み込んで加速するときにも同様に滑らかな加速が可能となる。
【００１３】請求項２の発明の電気自動車のモータ制御装置では、請求項１において、第２のトルク目標値設定手段に、トルク伝達系に対するトルク入力に対する駆動軸トルクの伝達特性の逆特性を含む伝達関数で表わされる特性を持たせることにより、第１のトルク目標値設定手段が設定した通常のトルク目標値（第１のトルク目標値）を第２のトルク目標値設定手段に入力すれば、この第２のトルク目標値設定手段が車両のトルク伝達系の固有振動周波数成分を除去又は低減させたトルク目標値（第２のトルク目標値）を出力するようになる。したがって、この第２のトルク目標値設定手段の出力する第２のトルク目標値に対応する電流目標値を設定し、モータに通電される電流をこの電流目標値に一致し、又は追従するように制御することにより、クリープ走行時に発生するハンチング現象を効果的に抑制し、滑らかなクリープ走行ができるようになる。また、ドライバがアクセルを踏み込んで加速するときにも同様に滑らかな加速が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の第１の実施の形態の構成を示している。この実施の形態の電気自動車のモータ制御装置は、モータ回転数センサ１と、第１のトルク目標値設定部２′と、第２のトルク目標値設定部６と、電流目標値設定部３と、電流制御部４を構成するＰｉ制御部４−１、非干渉制御部４−２、３相変換部４−３、３相インバータ４−４、電気角センサ４−５及び電流センサ４−６と、三相同期モータ５とから構成されている。
【００１５】回転数センサ１はモータ５の回転数を検出する。第１のトルク目標値設定部２′は、図７に示した従来例におけるトルク目標値設定部２と同様に、図中Ａに示すモータ回転数−トルク特性マップを内蔵し、回転数センサ１の検出信号に対してこの特性マップＡを参照して第１のトルク目標値T1* を設定出力する。
【００１６】第２のトルク目標値設定部６は、この実施の形態の特徴をなす部分で、第１のトルク目標値設定部２′の出力する第１のトルク目標値T1* に対して、車両のトルク伝達系のねじり振動成分を除去するフィルタリング処理を施し、修正された第２のトルク目標値T2* を出力する。
【００１７】電流目標値設定部３は、第２のトルク目標値設定部６から入力される第２のトルク目標値Ｔ2* を得るのに必要なｑ軸、ｄ軸の各電流目標値Iq* ，Id* を設定する。
【００１８】電流制御部４は図７に示した従来例と同様に、モータ電流、電気角を監視し、３相インバータ４−４からモータ５に供給されるモータ電流が電流目標値Iq* ，Id* に一致するようにフィードバック制御する。
【００１９】なお、電流目標値設定部３、Ｐｉ制御部４−１、非干渉制御部４−２、３相変換部４−３、３相インバータ４−４、電気角センサ４−５、電流センサ４−６及びモータ５で構成されるモータ制御系は従来例と同様のものである。
【００２０】本実施の形態の特徴部分をなす第２のトルク目標値設定部６について、詳細に説明する。モータ回転数センサ１からのモータ回転数のフィードバックパスを切り、電流目標値設定部３にオープンループでステップ状のトルク目標値Ｔ* を与えると、車輪の駆動軸トルク及び車両の前後加速度は、図２（ａ）に示すように応答する。駆動軸トルク又は車両前後加速度を出力ｙとして、近似的にトルク目標値Ｔ* に対する出力ｙの伝達関数を求めると、次の数１式のように表わされる。
【００２１】
【数１】
ここで、ωｎはトルク伝達系の固有振動数であって、本実施の形態の場合には、例えばωｎ＝４０［ｒａｄ／ｓ］とする。ξｐは減衰率で一般に０．１〜０．３程度の値をとる。
【００２２】これに対して、トルク目標値Ｔ* に対して、図２（ｂ）に示すように、振動的でない望ましい出力ｙ* を想定し、トルク目標値Ｔ* に対するｙ* の応答を次の数２式で与える。
【００２３】
【数２】
そこで、数１式の実特性を持つ制御対象に対して、トルク目標値Ｔ* と電流目標値設定部３との間に、以下の数３式に示す特性のフィルタを挿入することにより、数２式の特性をそのフィルタの出力として得ることができる。なお、数３式では、トルク目標値Ｔ* をT1* とし、フィルタの出力ｙ* をT2* としている。
【００２４】
【数３】
この数３式こそ、図１に示した本実施の形態のモータ制御装置において、第１のトルク目標値設定部２′と電流目標値設定部３との間に挿入した第２のトルク目標値設定部６が有すべき特性を示している。
【００２５】したがって、図１に示した第１の実施の形態の電気自動車のモータ制御装置においては、図３に示すようなクリープ走行制御系の一巡伝達関数（第１のトルク目標値→第２のトルク目標値→モータ制御系３〜５→モータ回転数→第１のトルク目標値）を実現することができる。
【００２６】この図３のグラフから明らかなように、本実施の形態にあっては、従来の周波数ωｎ付近にあったピークがなくなり、位相−１８０度の周波数ωｏでのゲインがマイナスになり、十分なゲイン余裕が得られていることが分かる。
【００２７】また図４には、本実施の形態によるクリープ走行制御の実験結果を示している。図８に示した従来例の制御特性とは異なり、クリープ走行時にハンチング現象が見られず、第１のトルク目標値、前後加速度、モータ回転数のいずれも非常にスムーズな応答となった。
【００２８】なお、本発明のモータ制御装置は主にクリープ走行制御時のハンチング現象を抑制することを目的としているが、クリープ走行以外のドライバによるアクセル操作時にもスムーズな加速ができる波及効果がある。図５（ａ）には、従来例でのアクセル操作による加速に対する前後加速度、モータ回転数の挙動を示しているが、応答初期に振動が起きていた。ところが、同図（ｂ）に示したように、本実施の形態の場合、アクセル操作による加速に対する前後加速度、モータ回転数の挙動は滑らかなものであった。これは次の理由による。
【００２９】ドライバによるアクセル操作時には、ドライバの加速意図に合うようにトルク目標値が定められるため、モータ回転数によるフィードバックループがなくなる。そのため、従来例の場合、図８に示したようなクリープ走行時のハンチング現象には至らないまでも、トルク目標値に対する車両挙動には、図５（ａ）に示したようにかなりの振動が見られる。これは、トルク伝達系のねじり振動によるもので、乗り心地を著しく損なう。これに対して、本実施の形態では、図５（ｂ）に示したようにねじり振動は大幅に低減し、滑らかな加速が得られている。
【００３０】なお、このような振動は理論上は０にすることができるが、現実の車両ではフィルタ設計時の近似誤差、がたつき、フリクションなどの実機特有の非線形性があるため若干の振動が残ることがある。しかしながら、本実施の形態による制御を適用する場合としない場合とでは上述したように加速の滑らかさにおいても著しい改善が見られ、有効な技術である。
【００３１】次に、本発明の電気自動車のモータ制御装置の第２の実施の形態について、説明する。第１の実施の形態では第１の目標値設定部２′が出力する第１のトルク目標値T1* に対して、所定のフィルタリング特性を有する独立した回路としての第２のトルク目標値設定部６によりフィルタリング処理を施す構成としたが、従来例と同様に、第１のトルク目標値設定部２′〜３相変換部４−３までの部分（図１において鎖線で囲んだ部分）をマイコンによるソフトウェア処理とすることができる。そしてその場合には、第２のトルク目標値設定部６はデジタルフィルタで実現することになる。
【００３２】そして第２のトルク目標値設定部６をデジタルフィルタで実現する場合には、例えば、【数４】
ただし、Ｔはサンプリング周期を数３式に代入して、パルス伝達関数を求める機能を持たせる。
【００３３】上記の数３式に数４式のｓを代入して整理することにより、【数５】
となる。ただし、ｇ１，ｇ２，ｈ０，ｈ１，ｈ２はサンプリング周期Ｔとξｐ，ωｎ，ξｍで表わされる定数である。
【００３４】この第２の実施の形態の電気自動車のモータ制御装置によっても、第１の実施の形態と同様、クリープ走行特性を改善し、またアクセル操作による加速を滑らかにすることができる。
【００３５】次に、本発明の電気自動車のモータ制御装置の第３の実施の形態を、図６に基づいて説明する。第３の実施の形態の特徴は、第２の実施の形態と同様に第１のトルク目標値設定部２′〜３相変換部４−３までの部分（図１において鎖線で囲んだ部分）をサンプリングタイミングＴ毎に繰返し演算処理を繰り返すデジタル制御を行うマイコンで置き換え、かつ第２のトルク目標値設定部６をプログラム化した点にある。
【００３６】この場合、第２のトルク目標値設定部６では、フィルタリング処理としてサンプリングタイミングＴ毎に図６のフローチャートに示す演算処理を繰返し、第２のトルク目標値T2* を出力する。この演算について説明する。
【００３７】サンプリングタイミングＴ毎に第１のトルク目標値設定部２′から第１のトルク目標値T1* を入力する（ステップＳ１）。そして前回、前々回の入力データT1*(K-1)，T1*(K)と演算データT2*(K-1)，T2*(K)それぞれをシフトさせてT1*(K-2)，T1*(K-1)，T2*(K-2)，T2*(K-1)にし、新たに入力された第１のトルク目標値T1* を新たにT1*(K)とする（ステップＳ２）。
【００３８】このシフト処理の後、数５式を利用した演算処理によってT2*(K)を求める（ステップＳ３）。そして、得られたT2*(K)を今回新たに第２のトルク目標値T2* として出力する（ステップＳ４，Ｓ５）。
【００３９】これにより、第３の実施の形態の電気自動車のモータ制御装置でも、第１、第２の実施の形態と同様に、クリープ走行特性を改善し、またアクセル操作による加速を滑らかにすることができる。
【００４０】なお、上記の各実施の形態において採用した数値はすべて例示的なものであり、電気自動車の実機の特性に応じて適切な値に決定される。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３９９７
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１１年７月２９日（１９９９．７．２９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８３８０６
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和 （外８名）
|
| 【公開番号】 |
特開２００１−４５６１３（Ｐ２００１−４５６１３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年２月１６日（２００１．２．１６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２１５５３２ |
|