電動車輛的控制裝置以及電動車輛的控制方法
【專利摘要】電動車輛的控制裝置包括：將電動機扭矩指令值作為輸入，通過前饋運算，運算第1扭矩目標值的前饋運算單元；以及按照第1扭矩目標值控制電動機扭矩的電動機扭矩控制單元。前饋運算單元包括：將電動機扭矩指令值作為輸入，將從電動機扭矩至驅動軸扭轉角速度的特性進行模型化的車輛模型；以及通過使從車輛模型輸出的驅動軸扭轉角速度反饋到電動機扭矩指令值，運算第1扭矩目標值的驅動軸扭轉角速度反饋模型。
【專利說明】
電動車輛的控制裝置以及電動車輛的控制方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及能夠用電動機驅動的電動車輛的控制裝置以及電動車輛的控制方法。

【背景技術】
[0002]以往，已知以下技術:通過對使電動機的旋轉速度相當于驅動輪的旋轉速度的相當旋轉速度和驅動輪的平均旋轉速度的偏差乘以規定的增益而運算校正值，從電動機的扭矩指令值減去校正值，抑制與車輛的扭矩變動等伴隨的振動(參照JP2002 - 152916A)。


【發明內容】

[0003]這里，在JP2002 - 152916A中為以下結構，即，決定規定的增益，使得以電動機的旋轉速度和驅動輪的旋轉速度和驅動軸的扭轉角度作為變量記述的電動汽車的驅動系統的運動方程式、和使用了從扭矩指令值減去校正值而獲得的電動機的輸入扭矩的控制系統的狀態運動方程式中的特性方程式的極成為實數。因此，CPU中的運算延遲、旋轉速度的檢測延遲、電動機的扭矩響應延遲等那樣在反饋控制系統中存在的延遲時間較大的情況下，控制系統發散。為了防止這樣的反饋控制系統的發散而減小反饋增益時，產生上述的特性方程式的極不為實數，減振性能不足的問題。
[0004]本發明的目的是兼顧到確保控制系統的穩定性和減振性能。
[0005]一個實施方式中的電動車輛的控制裝置，包括:將目標扭矩指令值作為輸入，通過前饋運算，運算第I扭矩目標值的前饋運算單元；以及按照第I扭矩目標值控制電動機扭矩的電動機扭矩控制單元。前饋運算單元包括:將目標扭矩指令值作為輸入，將從電動機扭矩至驅動軸扭轉角速度的特性進行模型化的車輛模型；以及通過使從車輛模型輸出的驅動軸扭轉角速度反饋到目標扭矩指令值，運算第I扭矩目標值的驅動軸扭轉角速度反饋模型。
[0006]以下，根據附加的附圖，詳細地說明本發明的實施方式、本發明的優點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是表示具有第I實施方式中的電動車輛的控制裝置的電動汽車的主要結構的方框圖。
[0008]圖2是表示由電動機控制器2進行的處理的流程的流程圖。
[0009]圖3是表示一例油門開度一扭矩表的圖。
[0010]圖4是一例進行設定最終扭矩指令值Tm2*的處理的控制方框圖。
[0011]圖5是表示F/F補償器的詳細的結構的方框圖。
[0012]圖6是將車輛的驅動力傳遞系統模型化的圖。
[0013]圖7是表示F/B補償器的詳細的結構的方框圖。
[0014]圖8是第2實施方式中一例進行設定最終扭矩指令值Tm2*的處理的控制方框圖。
[0015]圖9是第3實施方式中一例進行設定最終扭矩指令值Tm2*的處理的控制方框圖。
[0016]圖10是第4實施方式中一例進行設定最終扭矩指令值Tm2*的處理的控制方框圖。
[0017]圖11是第I實施方式中的電動車輛的控制裝置和JP2002 — 152916A中記載的控制裝置的控制結果的比較圖。

【具體實施方式】
[0018]—第I實施方式一
[0019]圖1是表示具有第I實施方式中的電動車輛的控制裝置的電動汽車的主要結構的方框圖。所謂電動車輛是具有電動機作為車輛的驅動源的一部分或者全部，能夠通過電動機的驅動力行駛的汽車，不僅包括電動汽車，還包括混合動力汽車或燃料電池汽車。
[0020]電動機控制器2將車速V、油門開度Θ、電動機4的轉子相位α、電動機4的電流iu、iv、iw等表示車輛狀態的信號作為數字信號輸入，根據輸入的信號，生成用于控制電動機4的PWM信號。而且，根據生成的P麗信號生成逆變器3的驅動信號。
[0021]逆變器3例如對于各相的每相具有2個開關元件(例如，IGBT或MOS — FET等功率半導體元件)，通過根據驅動信號使開關元件導通/截止，從而將從電池I提供的直流電流變換為交流，在電動機4中流過希望的電流。
[0022]電動機(三相交流電動機)4通過從逆變器3提供的交流電流產生驅動力，經由減速機5以及驅動軸8，將驅動力傳遞到左右驅動輪9a、9b。而且，車輛的行駛時與驅動輪9a、9b牽連旋轉時，通過產生再生驅動力，將車輛的運動能作為電能回收。在這樣的情況下，逆變器3將電動機4再生運轉時產生的交流電流變換為直流電流，提供給電池I。
[0023]電流傳感器7檢測電動機4中流過的3相交流電流iu、iv、iw。這里，因為3相交流電流iu、iv、iw的和為O,所以也可以檢測任意2相的電流,而通過運算求出剩余的I相的電流。
[0024]旋轉傳感器6例如是旋轉變壓器或編碼器，檢測電動機4的轉子相位α。
[0025]圖2是表示通過電動機控制器2進行的處理的流程的流程圖。
[0026]在步驟S201中，輸入表示車輛狀態的信號。這里，輸入車速V(km/h)、油門開度Θ (%)>電動機4的轉子相位a (rad)、電動機4的轉速Nm (rpm)、轉子的角速度ω (rad/s)、電動機4的電流iu、iv、iw、電池I和逆變器3之間的直流電壓值Vdc (V)。
[0027]車速V(km/h)從未圖示的車速傳感器或未圖示的剎車控制器等其它的控制器通過通信獲取。或者，通過對電動機旋轉速度ωπι乘以輪胎動半徑R，并除以最終齒輪的齒輪比來求出車速V (m/s)，通過乘以3600/1000進行單位變換，求出車速V (km/h)。
[0028]油門開度Θ (% )從未圖示的油門開度傳感器取得，或者從未圖示的車輛控制器等其它的控制器通過通信取得。
[0029]電動機4的轉子相位a (rad)從旋轉傳感器6取得。電動機4的轉速Nm(rpm)通過將轉子的角速度ω (電角)除以電動機4的極對數，求出電動機4的機械的角速度即電動機旋轉速度《m(rad/s),對求出的電動機旋轉速度com乘以60/(2 π)來求出。轉子的角速度ω (rad/s)通過對轉子相位α進行微分來求出。
[0030]電動機4的電流iu、iv、iw⑷從電流傳感器7取得。
[0031]直流電壓值Vdc(V)根據從電池I和逆變器3之間的直流電源線上設置的電壓傳感器(未圖示)，或者，未圖示的電池控制器發送的電源電壓值來求出。
[0032]在步驟S202中，設定第I扭矩指令值Tml*。具體地說，根據在步驟S201中輸入的油門開度Θ以及車速V，通過參照圖3所示的油門開度一扭矩表，設定第I扭矩指令值Tml*。
[0033]在步驟S203中，將在步驟S202中設定的第I扭矩指令值Tml*和電動機旋轉速度ωπι作為輸入，設定抑制驅動力傳遞系統振動(驅動軸8的扭轉振動等)的最終扭矩指令值Tm2*而不犧牲驅動軸扭矩的響應。關于設定最終扭矩指令值Tm2*的方法細節，如后所述。
[0034]在步驟S204中，根據在步驟S203中設定的最終扭矩指令值Tm2*、電動機旋轉速度?m、以及直流電壓值Vdc,求出d軸電流目標值id*、q軸電流目標值iq*。
[0035]在步驟S205中，進行用于使d軸電流id以及q軸電流iq分別與步驟S204中求出的d軸電流目標值id*以及q軸電流目標值iq* —致的電流控制。因此，首先，根據在步驟S201中輸入的三相交流電流值iu、iv、iw、和電動機4的轉子相位α ,求出d軸電流id以及q軸電流iq。接著，由d軸、q軸電流指令值id*、iq*和d軸、q軸電流id、iq之間的偏差，算出d軸、q軸電壓指令值vd、vq。
[0036]接著，由d軸、q軸電壓指令值vd、vq和電動機4的轉子相位α，求出三相交流電壓指令值vu、vv、vw。然后,根據求出的三相交流電壓指令值vu、vv、vw和直流電壓值Vdc,求出PWM信號tu(% ) >tv (% ) >tw(% )。通過這樣求出的PWM信號tu、tv、tw,通斷逆變器3的開關元件，從而可以按照扭矩指令值所指示的希望的扭矩驅動電動機4。
[0037]圖4是一例進行設定最終扭矩指令值Tm2*的處理的控制方框圖。設定最終扭矩指令值Tm2*的減振控制運算單元400具有前饋補償器401 (以下，稱為F/F補償器401)、反饋補償器402 (以下，稱為F/B補償器402)、和加法器403。
[0038]F/F補償器401輸入第I扭矩指令值Tml*，輸出第I扭矩目標值以及對于第I扭矩目標值的電動機轉速估計值。
[0039]F/B補償器402輸入對于第I扭矩目標值的電動機轉速估計值以及電動機轉速檢測值，輸出第2扭矩目標值。
[0040]加法器403將從F/F補償器401輸出的第I扭矩目標值和從F/B補償器402輸出的第2扭矩目標值相加，輸出最終扭矩指令值Tm2*。
[0041]圖5是表示F/F補償器401的詳細結構的方框圖。F/F補償器401包括:通過模擬了車輛參數和齒輪齒隙的死區模型構成的車輛模型501、從扭矩指令值減去對模擬扭轉角速度累計了反饋增益(F/B增益)的值的驅動軸扭轉角速度F/B模型502、和控制系統延遲要素503。
[0042]在驅動軸扭轉角速度F/B模型502的輸出即驅動軸扭轉角速度F/B指令值Tfb中，考慮了控制系統延遲要素503即控制運算時間e_Us和電動機響應延遲Ga (S)的值被輸入到車輛模型501，求出模擬驅動扭轉角速度cod八。在求出的模擬驅動扭轉角速度《d八中，考慮控制系統延遲要素503即傳感器信號處理時間，將累計了 F/B增益KFBl的值從第I扭矩指令值Tml*中減去，將通過減法得到的值作為驅動軸扭轉角速度F/B指令值Tfb，將其設為第一扭矩目標值。
[0043]首先，說明車輛模型501。
[0044]圖6是將車輛的驅動力傳遞系統模型化的圖，車輛的運動方程式用式(I)?(6)表不。
[0045][算式I]
[0046]Jm^rnm=Tm-Tii ? N -Cl)
[0047][算式2]
[0048]Uw * Sw = T1-rF …⑵
[0049][算式3]
[0050]M-V = F..■_
[0051][算式4]
[0052]Td = Kd.Θ …⑷
[0053][算式5]
[0054]F = Kt.(rcom-V)…(5)
[0055][算式6]
f, OJ
[0056]#= J( ■ —(Pw)Ilf *.' (6)
[0057]式⑴?(6)中的各參數，如下所述。
[0058]Jm:電動機慣量
[0059]Jw:驅動輪慣量(相當于I軸)
[0060]M:車輛的質量
[0061]Kd:驅動軸的扭轉剛性
[0062]Kt:與輪胎和路面的摩擦有關的系數
[0063]N:總傳動比
[0064]r:輪胎的載荷半徑
[0065]ωπι:電動機角速度
[0066]cow:驅動輪角速度
[0067]Tm:電動機扭矩
[0068]Td:驅動軸扭矩
[0069]F:驅動力(相當于2軸)
[0070]V:車輛的速度
[0071]Θ:驅動軸的扭轉角
[0072]將式⑴?(6)進行拉普拉斯變換而求出從扭矩指令值Tm至電動機角速度com的傳遞特性，則成為式(7)、(8)。
[0073][算式7]
[0074]COm = Gp(S).Tn/..(7)
[0075][算式8]
_ ,.1 b,s3 +b2s2 +hs+b0
[0076]=-~~^——}-——{8}
p s a3s3 +O2S2 +O1S +a0
[0077]這里，式⑶中的各參數用下式(9)?(16)表示。
[0078][算式9]
[0079]a3 = 2JmJJVl...(9)
[0080][算式10]
[0081]a2 = KtJm(2Jw+r2M)…(10)
[0082][算式11]
[0083]B1 = KdM(Jm+2Jw/N2)...(11)
[0084][算式12]
[0085]a。= KdKt (Jm+2Jw/N2+r2M/N2)...(12)
[0086][算式13]
[0087]b3 = 2JwM...(13)
[0088][算式14]
[0089]b2 = Kt (2Jw+r2M)...(14)
[0090][算式15]
[0091]b1 = KdM…(15)
[0092][算式16]
[0093]b0 = KdKt …(16)
[0094]而且，從扭矩指令值Tm至驅動軸扭矩Td的傳遞特性為式(17)，式(17)中的參數Cl、CO分別以式(18)、(19)表示。
[0095][算式17]
—gI^ + cOf17x
「Λ /N Hγττττττττττττι............................................................?Iiimmmmmmm I IWir"……..書.| 糞 § I
Γ爾 O3S3+a2s2+ats+ α0
[0097][算式18]
[0098]C1 = 2KdJwM/N...(18)
[0099][算式19]
[0100]c0 = KdKt (2Jw+r2M) /N…(19)
[0101]由式(2)、(4)、(5)、(6)求出從電動機角速度ωπι至驅動輪角速度的傳遞特性時，成為下式(20)。
[0102][算式2O]
mwIt1S+A01.、
「Λ.4 Λ O "Iwevtmi"—...........................................................—iaaaaaaaaaaaaaaaaawiwmimiim.........................■............................................................ff § f
LOl 03J, 2 % , Jtf
mm b3s +b2s +bts+b9 N
[0104]由式(7)、(8)、(20)，從扭矩指令值Tm至驅動輪角速度的傳遞特性為下式
(21)。
[0105][算式21]
mw I Iks + K
「1._= --* 一 --5----ζ--}
L0106J Tm N s e/ + aaf2+fl,s + a0
[0107]由式(17)、(21)，從驅動軸扭矩Td至驅動軸角速度的傳遞特性為下式(22)。
[0108][算式22]
I I BiS + ^
[0109]_ =~:1 j"*(22)
w N s C1S + C0
[0110]其中，如將式(I)變形，則為下式(23)。
[0111][算式23]
Λ)II
[0112]S = ^rT猶-?1^ΓΤα…_
N JmN s JmN s
[0113]因此，由式(22)、(23)，驅動軸扭轉角速度ω--/Ν — cow用下式(24)表示。
[0114][算式24]
ωΜI1-1 I bts ^b0

細嫌棚?**.................................................β.....................................--1n -1...........蕃Uoooooaf.1IIIinnnnnnnnnn_νν 籌.ιηηηηηηιυι.釋補油誦誦誦誦..υ.υ.—ΘΜΘ【
N w — JmNs * JmN1S dNs C1S+ C0 4

I f Tr
=-.-^--Hw(S)-Td-(24)
^ [JmNd)
[0116]這里，式(24)中的Hw (s)用式(25)?(29)表示。
[0117][算式25]
[one] Hw(s) = iS.......................—.........—(25)

W1S 十 W0
[0119][算式26]
[0120]V1 = JmNb^c1 = 2JwMN(Jm+Kd/N2)…(26)
[0121][算式27]
[0122]V0 = JmNb0+c0 = KdKt (2JmN2+2Jw+r2M) /N...(27)
[0123][算式28]
[0124]W1 = JmN2C1 = 2KdJmJwMN…(28)
[0125][算式29]
[0126]W0 = JmN2C0 = KdKtJm (2Jw+r2M) N...(29)
[0127]而且，在將從電動機至驅動軸的齒隙特性以死區來進行模型化時，驅動軸扭矩Td用下式(30)表示。
[0128][算式30]
,Khn),輯/2)
[0129]Ti = * O{-ed!2<e<edn)***(305
;(叫/2){^鳴/2)
[0130]其中，ed是從電動機至驅動軸的全部的齒隙量。
[0131]圖5所示的車輛模型501的結構是基于上述說明的結構。
[0132]接著，說明驅動軸扭轉角速度F/B模型502。
[0133]使用由車輛模型501計算出的模擬扭轉角速度ω d A = ω rn/N — ω W，將驅動軸扭轉角速度F/B指令值Tfb用下式(31)表示。
[0134][算式31]
[0135]Tfb = Kfbi.(com/N-cow)...(31)
[0136]由式(4)、(6)，式(31)通過下式(32)表示。
[0137][算式32]
K f
「 I T _ FBI 1T1fnn\
[0138]Ifb -——--1d"'(32)
Kd
[0139]而且，式(17)可以變形為下式(33)。
[0140][算式33]
Γ01411 1^ =:———-= ^---s +cS-L^-...(33)
Tm O3S3 + H2S2 + O1S + a0 a3 (s + a)(s +2ζρωρ$ + ωρ)
[0142]這里，ζ ρ是驅動扭矩傳遞系統的衰減系數，ωρ是驅動扭矩傳遞系統的固有振動頻率。
[0143]進而，在研究式(33)的極點和零點時，由于為a = cO/cl，所以極零抵消時為下式
(34)。
[0144][算式34]
[0145]Td^^K^rnfm
gt=c0f(a3-m)
[0146]由式(32)、(34)，在將驅動軸扭轉角速度F/B指令值Tfb從扭矩指令值Tm減去的情況下，驅動軸扭矩Td用下式(35)表示。
[0147][算式35]
T 一_......................................{T -T \
一m O 丄趟21 ■FB)

s + ?,ζ po>pS + ?>ρ
[0148]κ
——^^…￠35)
S +%ζ? + (O ρKj
[0149]如將式(35)變形，則驅動軸扭轉角速度F/B系統的傳遞特性用下式(36)表示。
[0150][算式36]
[0151]Γ, 2^ΓΓ, …(36)
s +(2ζρωρ-^giKrm IKd)s + ωρ
[0152]這里，規范響應用下式(37)表示。
[0153][算式37]
[0154]…誠

s + 2(0 ps + Φ p
[0155]驅動軸扭轉角速度F/B系統的傳遞特性和規范響應一致的條件為下式(38)。
[0156][算式38]
[0157]2 ζ ρ ω p+gtKFB1/Kd = 2 ω (38)
[0158]由式(38)，F/B增益Kfbi，用下式(39)表示。
[0159][算式鄧]
[0160]Kfbi = 2(1-ζρ) opKd/gt …(39)
[0161]在控制系統延遲要素503中，還考慮控制運算時間延遲e_Us、電動機響應延遲Ga(S)、傳感器信號處理時間延遲θ_&。這里，L1、L2分別是控制運算時間、傳感器信號處理時間。更具體地說，控制運算時間相當于本實施方式中進行的扭轉振動控制運算所需要的時間，即，相當于從輸入電動機扭矩指令值開始至算出最終扭矩目標值所需要的時間的時間延遲量，傳感器信號處理時間相當于在旋轉速度傳感器6等各種傳感器中檢測信號所需要的時間和處理檢測到的信號值所需要的時間的時間延遲量。
[0162]電動機響應延遲Ga (S)用下式(40)表示。所謂電動機響應延遲，是對于最終扭矩目標值，直至實際地發生電動機扭矩的時間。這里，Ta是電動機響應時間常數。
[0163][算式40]
[0164]0 (j) = —…<40)

f翁f +1
[0165]接著，說明F/B補償器402的結構。
[0166]圖7是表不F/B補償器402的詳細的結構的方框圖。F/B補償器402將相對于輸入第2扭矩目標值而使用控制對象的傳遞特性Gp (s)算出的第2扭矩目標值的電動機轉速估計值、與相對于通過F/F補償器401的車輛模型算出的第I扭矩目標值的電動機轉速估計值相加，求出最終電動機轉速估計值。然后，將求出的最終電動機轉速估計值和電動機轉速檢測值之間的偏差，通過由控制對象的傳遞特性Gp(S)的相反特性和帶通濾波器H(S)構成的濾波器H(s)/Gp(s)，算出第2扭矩目標值。該帶通濾波器H(S)的中心頻率與車輛的驅動系統的扭轉諧振頻率一致。增益K是為了調整F/B系控制系統的穩定余量(增益余量，相位余量)而配置、大小為I以下的值。
[0167]而且，作為車輛的控制裝置的結構，優選設置F/B補償器402，但是也可以不設置F/B補償器402，而根據從F/F補償器401輸出的第I扭矩目標值進行電動機扭矩控制。
[0168]以上，按照第I實施方式中的車輛的控制裝置，包括:將電動機扭矩指令值作為輸入，通過前饋運算，運算第I扭矩目標值的F/F補償器401 ；以及按照第I扭矩目標值控制電動機扭矩的電動機控制器2 (電動機扭矩控制單元)。F/F補償器401包括:將電動機扭矩指令值作為輸入，將從電動機扭矩至驅動軸扭轉角速度的特性進行模型化的車輛模型501 ；以及通過將從車輛模型501輸出的驅動軸扭轉角速度反饋到電動機扭矩指令值，運算第I扭矩目標值的驅動軸扭轉角速度反饋模型502。因此，由于不需要考慮穩定性而較小地設定驅動軸扭轉角速度反饋模型502的增益，所以可以設定為滿足減振性能的反饋增益。在沒有控制系統的延遲和干擾的情況下，可以使用作為前饋補償值的第I扭矩目標值來抑制驅動軸扭轉振動。
[0169]車輛模型的驅動力傳遞系統由于具有不將電動機扭矩傳遞到車輛的驅動軸扭矩的死區，所以能夠模擬齒輪齒隙特性，即使在發生齒輪齒隙時，也可以抑制驅動軸扭轉角振動。
[0170]由于車輛模型的驅動力傳遞系統的死區寬度設為從電動機至驅動軸的齒輪齒隙量的總和，所以可以再現齒隙特性而不單獨地設定多個齒輪的齒隙量。
[0171]F/F補償器401，由于對于電動機扭矩指令值，在進行了與控制系統具有的延遲要素相應的延遲處理后進行前饋運算，所以可以考慮控制系統具有的延遲要素，從而進行適當的控制。在控制系統具有的延遲要素中包括:伴隨檢測作為車輛狀態量的電動機轉速而實施規定的處理的時間延遲、在輸入電動機扭矩指令值后算出最終扭矩目標值所需要的時間延遲、以及對于最終扭矩目標值實際地發生電動機扭矩為止的時間延遲中的至少一個時間延遲，所以通過進行基于實際發生的延遲要素的延遲處理，可以進行更適當的控制。
[0172]車輛模型是，將目標扭矩指令值作為輸入，將從電動機扭矩至驅動軸扭轉角速度的特性、和從電動機扭矩至電動機轉速的特性進行模型化的模型，F/B補償器402通過根據從車輛模型501輸出的電動機轉速估計值、以及電動機轉速檢測值進行反饋運算，運算第2扭矩目標值。電動機控制器2按照將從F/F補償器401輸出的第I扭矩目標值和從F/B補償器402輸出的第2扭矩目標值相加而獲得的最終扭矩目標值，控制電動機扭矩。因此，即使在發生了干擾和模型誤差的情況下，也可以抑制驅動軸扭轉振動。
[0173]—第2實施方式一
[0174]圖8是第2實施方式中一例進行設定最終扭矩指令值Tm2*的處理的控制方框圖。設定最終扭矩指令值Tm2*的減振控制運算單元400A包括:F/F補償器401A、F/B補償器402A和加法器403。
[0175]F/F補償器401A為從圖5所示的F/F補償器401的結構中省略了控制系統延遲要素503的結構。S卩，F/F補償器401A包括:由模擬了車輛參數和齒輪齒隙的死區模型構成的車輛模型501、從扭矩指令值減去在模擬扭轉角速度上累計了 F/B增益后的值的驅動軸扭轉角速度F/B模型502，將驅動軸扭轉角速度F/B模型502的輸出作為第I扭矩目標值。
[0176]在圖7所示的F/B補償器402的結構上，F/B補償器402A追加了由構成控制系統延遲要素的控制運算時間延遲e_Us、傳感器信號處理時間延遲以及電動機響應延遲Ga(S)的控制塊。因此，F/B補償器402A將輸入第2扭矩目標值而使用控制對象的傳遞特性Gp (s)算出的對于第2扭矩目標值的電動機轉速估計值、和通過F/F補償器401A的車輛模型501算出的對于第I扭矩目標值的電動機轉速估計值相加，算出最終電動機轉速估計值。將算出的最終電動機轉速估計值分別通過控制運算時間延遲e_Us、傳感器信號處理時間延遲θ_?23、以及電動機響應延遲Ga (S)的控制塊而獲得最終電動機轉速估計值，將最終電動機轉速估計值與電動機轉速檢測值的偏差通過由控制對象的傳遞特性Gp(S)的相反特性和帶通濾波器Hc(S)構成的濾波器Hc(s)/Gp(s)，算出第2扭矩目標值。因此，對于第I扭矩目標值的電動機轉速估計值和對于第2扭矩目標值的電動機轉速估計值還考慮了控制系統延遲要素的影響。而且，通過調整帶通濾波器H(S)的中心頻率和增益而設為He (S)，可以消除反饋扭矩的相位偏差。
[0177]以上，按照第2實施方式中的電動車輛的控制裝置，F/B補償器402A對于電動機轉速估計值，進行與控制系統具有的延遲要素相應的延遲處理，根據進行了延遲處理的電動機轉速估計值以及電動機轉速檢測值進行反饋運算，從而運算第2扭矩目標值，因此可以考慮控制系統具有的延遲要素而進行適當的反饋控制。
[0178]一第3實施方式一
[0179]圖9是第3實施方式中一例進行設定最終扭矩指令值Tm2*的處理的控制方框圖。設定最終扭矩指令值Tm2*的減振控制運算單元400B包括:F/F補償器401A、F/B補償器402B、加法器403。
[0180]F/F補償器401A的結構與圖8所示的F/F補償器401A的結構一樣。即，F/F補償器401A包括:由模擬了車輛參數和齒輪齒隙的死區模型構成的車輛模型501 ;以及從扭矩指令值減去在模擬扭轉角速度上累計了 F/B增益的值的驅動軸扭轉角速度F/B模型502，將驅動軸扭轉角速度F/B模型502的輸出設為第I扭矩目標值。
[0181]F/B補償器402B將對于通過F/F補償器401A的車輛模型501算出的第I扭矩目標值的電動機轉速估計值分別通過控制運算時間延遲e_Us、傳感器信號處理時間延遲θ_&、以及電動機響應延遲Ga(S)的控制塊而獲得的值，與輸入第2扭矩目標值而使用控制對象的傳遞特性Gp(S)算出的對于第2扭矩目標值的電動機轉速估計值相加，算出最終電動機轉速估計值。將算出的最終電動機轉速估計值和電動機轉速檢測值的偏差，通過控制對象的傳遞特性Gp(S)的相反特性和帶通濾波器H(S)構成的濾波器H(S)/Gp(s)，算出第2扭矩目標值。
[0182]以上，按照第3實施方式中的電動車輛的控制裝置，F/B補償器402B對于電動機轉速估計值進行與控制系統具有的延遲要素相應的延遲處理，根據進行了延遲處理的電動機轉速估計值、以及電動機轉速檢測值進行反饋運算，從而運算第2扭矩目標值，因此可以考慮控制系統具有的延遲要素，進行適當的反饋控制。
[0183]一第4實施方式一
[0184]圖10是在第4實施方式中一例進行設定最終扭矩指令值Tm2*的處理的控制方框圖。設定最終扭矩指令值Tm2*的減振控制運算單元400C包括:F/F補償器401C、F/B補償器402C、加法器403。
[0185]對于圖9所示的F/F補償器40IA的結構，F/F補償器40IC追加了具有電動機響應延遲Ga (s)的傳遞特性的控制塊505。即，F/F補償器401C包括:由模擬了車輛參數和齒輪齒隙的死區模型構成的車輛模型501 ;從扭矩指令值減去在模擬扭轉角速度上累計了 F/B增益的值的驅動軸扭轉角速度F/B模型502 ；以及具有作為控制系統的延遲要素的電動機響應延遲Ga (s)的傳遞特性的控制塊505，將驅動軸扭轉角速度F/B模型502的輸出設為第I扭矩目標值。控制塊505被設置在扭轉角速度F/B模型502和車輛模型501之間。
[0186]F/B補償器402C，將由F/F補償器401C的車輛模型501算出的對于第I扭矩目標值的電動機轉速估計值分別通過控制運算時間延遲e_Us以及傳感器信號處理時間延遲一23的控制塊而得到的值，與輸入第2扭矩目標值而使用控制對象的傳遞特性Gp (S)算出的對于第2扭矩目標值的電動機轉速估計值相加，算出最終電動機轉速估計值。將算出的最終電動機轉速估計值和電動機轉速檢測值的偏差通過由控制對象的傳遞特性Gp(S)的相反特性和帶通濾波器H(S)構成的濾波器H(s)/Gp(s)，算出第2扭矩目標值。因此，可以在第I扭矩目標值中還考慮扭矩響應延遲的影響，并在對于第I扭矩目標值的電動機轉速估計值中還考慮控制運算時間、傳感器信號處理時間的影響。
[0187]以上，按照第4實施方式中的電動車輛的控制裝置，F/B補償器402C對電動機轉速估計值進行與控制系統具有的延遲要素相應的延遲處理，根據進行了延遲處理的電動機轉速估計值、以及電動機轉速檢測值進行反饋運算，從而運算第2扭矩目標值，所以可以考慮控制系統具有的延遲要素，進行適當的反饋控制。
[0188]圖11是第I實施方式中的電動車輛的控制裝置與JP2002 — 152916A中記載的控制裝置的控制結果的比較圖。在圖中，從上到下依次分別示出目標扭矩指令值隨時間變化、最終扭矩目標值隨時間變化、前后加速度隨時間變化。
[0189]在JP2002 - 152916A中記載的控制裝置中，如果考慮控制運算時間延遲、傳感器信號處理時間延遲、電動機響應延遲那樣在反饋控制系統中存在的延遲時間，為了確實地防止反饋控制系統的發散而較小地設定反饋增益，以便確保適當的穩定余量(增益余量，相位余量)，則如圖11所示，產生前后加速度過沖。
[0190]相對于此，按照第I實施方式中的電動車輛的控制裝置，在即使為了確保同樣的穩定余量而設定了 F/B補償器402的增益K的情況下，通過前饋補償，可以基本上抑制扭轉振動，所以可以得到圖11所示的沒有沖擊的平滑的響應。而且，對于第2?第4實施方式中的電動車輛的控制裝置也一樣，在即使為了確保穩定余量而在反饋補償器402追加了增益的情況下，也可以得到圖11所示的沒有沖擊的平滑的響應。
[0191]本發明不限定于上述的實施方式。
[0192]本申請要求基于2012年4月18日向日本國專利局提出申請的特愿2012 — 094722的優先權，該申請的全部內容通過參考而引入本說明書。
【權利要求】
1.一種電動車輛的控制裝置，根據車輛信息設定電動機扭矩指令值，控制與驅動輪連接的電動機的扭矩，包括: 前饋運算單元，將電動機扭矩指令值作為輸入，通過前饋運算，運算第I扭矩目標值；以及 電動機扭矩控制單元，按照所述第I扭矩目標值控制電動機扭矩， 所述前饋運算單元包括:將電動機扭矩指令值作為輸入，將從電動機扭矩至驅動軸扭轉角速度的特性進行模型化的車輛模型；以及通過使從所述車輛模型輸出的驅動軸扭轉角速度反饋到所述電動機扭矩指令值，運算所述第I扭矩目標值的驅動軸扭轉角速度反饋模型。
2.如權利要求1所述的電動車輛的控制裝置， 所述車輛模型的驅動力傳遞系統具有不將電動機扭矩傳遞到車輛的驅動軸扭矩的死區。
3.如權利要求2所述的電動車輛的控制裝置， 所述車輛模型的驅動力傳遞系統的死區寬度是從電動機至驅動軸的齒輪齒隙量的總和。
4.如權利要求1至3的任意一項所述的電動車輛的控制裝置， 所述前饋運算單元在對所述電動機扭矩指令值進行了與控制系統具有的延遲要素相應的延遲處理后進行所述前饋運算。
5.如權利要求4所述的電動車輛的控制裝置， 在所述控制系統具有的延遲要素中包括以下時間延遲中的至少一個:伴隨檢測表示車輛的狀態的車輛狀態量后實施規定的處理的時間延遲、從輸入所述電動機扭矩指令值后算出用于控制電動機的扭矩目標值所需要的時間延遲、以及對用于控制電動機的扭矩目標值直至實際地發生電動機扭矩為止的時間延遲。
6.如權利要求1至5的任意一項所述的電動車輛的控制裝置， 所述車輛模型是將從電動機扭矩至驅動軸扭轉角速度的特性、和從所述電動機扭矩至電動機轉速的特性進行模型化的模型， 所述電動車輛的控制裝置還包括: 電動機轉速檢測單元，檢測電動機轉速；以及 反饋運算單元，通過根據從所述車輛模型輸出的電動機轉速估計值以及所述電動機轉速檢測值進行反饋運算，運算第2扭矩目標值， 所述電動機扭矩控制單元按照將所述第I扭矩目標值和所述第2扭矩目標值相加后獲得的最終扭矩目標值，控制電動機扭矩。
7.如權利要求6所述的電動車輛的控制裝置， 所述反饋運算單元通過對所述電動機轉速估計值進行與控制系統具有的延遲要素相應的延遲處理，根據進行了所述延遲處理的電動機轉速估計值以及所述電動機轉速檢測值進行反饋運算，運算所述第2扭矩目標值。
8.如權利要求7所述的電動車輛的控制裝置， 在所述控制系統具有的延遲要素中包含以下時間延遲中的至少一個:伴隨所述電動機轉速檢測單元檢測電動機轉速后實施規定的處理的時間延遲、從輸入所述電動機扭矩指令值后算出所述最終扭矩目標值所需要的時間延遲、以及對于所述最終扭矩目標值直至實際地發生電動機扭矩的時間延遲。
9.一種電動車輛的控制方法，根據車輛信息設定電動機扭矩指令值，并控制與驅動輪連接的電動機的扭矩，該方法包括: 將電動機扭矩指令值作為輸入，通過前饋運算，運算第I扭矩目標值的步驟；以及 按照所述第I扭矩目標值控制電動機扭矩的步驟， 在運算所述第I扭矩目標值的步驟中，通過根據所述電動機扭矩指令值求出驅動軸扭轉角速度，使求出的驅動軸扭轉角速度反饋到所述電動機扭矩指令值，運算所述第I扭矩目標值。
【文檔編號】B60L15/20GK104245408SQ201380020542
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年3月7日 優先權日:2012年4月18日
【發明者】大野翔, 伊藤健 申請人:日產自動車株式會社