车辆的控制装置以及车辆的控制方法与流程

本发明涉及车辆的控制装置以及车辆的控制方法。

背景技术：

以往，如例如下述的专利文献1所记载的那样，已知有使用电机转速来进行滑移控制的控制方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平08－182119号公报

技术实现要素：

技术问题

为了确保滑移抑制性能，期望进行使用了对滑移的响应性高的电机转速的滑移控制。然而，在搭载了电机的电动车中，在将电机转速用于滑移控制的情况下，若由于连接电机与车轮的驱动轴的扭转的影响，而存在由路面的凹凸等引起的对轮胎的扰动输入，则电机旋转发生振动，导致误判定为滑移(slip)。其结果，存在尽管未处于滑移状态扭矩也会急剧的降低，成为自激振动而导致控制发散的问题。

因此，本发明是鉴于上述问题而做出的，本发明的目的在于提供能够在存在扰动输入的情况下抑制电机转速的振动并且提高滑移抑制的响应性的新的且得到改进的车辆的控制装置以及车辆的控制方法。

技术方案

为了解决上述课题，根据本发明的一个观点，提供一种车辆的控制装置，其具备：要求扭矩取得部，其取得对驱动车轮的电机所要求的要求扭矩；控制对象指定部，其基于上述要求扭矩，指定车轮速度和电机转速中的任意一个作为控制对象；控制部，其以使由上述控制对象指定部所指定的控制对象与目标值一致的方式进行反馈控制。

可选地，上述控制对象指定部在上述要求扭矩为规定的阈值以上的情况下指定上述电机转速作为控制对象，并在上述要求扭矩小于上述阈值的情况下指定上述车轮速度作为控制对象。

另外，可选地，车辆的控制装置还具备：滑移判定部，其基于将由上述控制对象指定部所指定的控制对象与上述目标值进行比较的结果来判定车轮的滑移，上述控制部在由上述滑移判定部判定为正在发生滑移的情况下，进行上述反馈控制。

另外，可选地，上述控制部在由上述滑移判定部判定为正在发生滑移的过程中，不进行与上述控制对象指定部的指定对应的控制对象的切换。

另外，可选地，上述控制部基于与由上述控制对象指定部所指定的控制对象对应的控制增益，进行上述反馈控制。

另外，可选地，上述控制部为了使由上述控制对象指定部所指定的控制对象与目标值一致而计算上述电机的扭矩降低量，并且，上述车辆的控制装置具备：扭矩限制部，其基于要求扭矩对上述扭矩降低量进行限制。

另外，可选地，上述扭矩限制部以上述要求扭矩变得越小，则上述扭矩降低量变得越小的方式限制上述扭矩降低量。

另外，可选地，上述扭矩限制部在上述要求扭矩为规定值以下的情况下，无论上述要求扭矩如何都将上述扭矩降低量设为恒定值。

另外，为了解决上述课题，根据本发明的其它的观点，提供一种车辆的控制方法，其特征在于，包括：取得驾驶员的要求扭矩的步骤；基于上述要求扭矩，指定车轮速度和电机转速中的任意一个作为控制对象的步骤；以使指定的上述控制对象与目标值一致的方式进行反馈控制的步骤。

发明效果

如以上说明那样，根据本发明，能够在存在扰动输入的情况下抑制电机转速的振动并且提高滑移抑制的响应性。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的车辆的构成的示意图。

图2是表示本实施方式的车辆的控制装置100的主要构成的示意图。

图3是表示将车轮速度作为控制对象进行反馈控制的情况和将电机转速作为控制对象进行反馈控制的情况的特征的示意图。

图4是用于说明反馈(f/b)信号切换部对成为控制对象的转速进行切换的情况的示意图。

图5是表示转速反馈(f/b)控制部切换用于对控制对象的转速进行反馈控制的控制增益的构成的示意图。

图6是表示在反馈(f/b)信号切换部、滑移判定部、转速f/b控制部进行的处理的流程图。

图7是表示用于扭矩限制部计算与要求扭矩对应的扭矩降低限制值的映射的示意图。

图8是表示扭矩限制部的构成的示意图。

图9是用于说明本实施方式的控制带来的效果的特性图。

图10是用于说明本实施方式的控制带来的效果的特性图。

符号说明

100：控制装置

102：驾驶员要求扭矩计算部

104：反馈(f/b)信号切换部

106：滑移判定部

108：转速反馈(f/b)控制部

110：扭矩限制部

具体实施方式

以下参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。应予说明，在本说明书以及附图中，对实质上具有相同功能结构的构成要素标记相同的附图标记并省略重复说明。

首先，参照图1，对本发明的一个实施方式的车辆500的构成进行说明。图1是表示本发明的一个实施方式的车辆500的构成的示意图。如图1所示，车辆500构成为具有：前轮以及后轮的4个轮胎(车轮)12、14、16、18；车辆控制装置(控制器)100；对后轮的各个轮胎16、18的旋转进行控制的2个电机(驱动部)20、22；将各电机20、22与各轮胎16、18连结的驱动轴24、26；将各电机20、22的旋转减速并传递到驱动轴24、26的减速机构(未图示)；根据后轮的各轮胎16、18的旋转来检测车轮速度的车轮速度传感器28、30；检测各电机20、22的转速的电机转速传感器32、34；加速度传感器36；横摆率传感器38。另外，车辆500构成为与后轮相同地具有：对前轮的各个轮胎12、14的旋转进行控制的2个电机(驱动部)50、52；将各电机50、52与各轮胎12、14连结的驱动轴54、56；根据前轮的各轮胎12、14的旋转来检测车轮速度的车轮速度传感器58、60；检测前轮的各电机的转速的电机转速传感器62、64。通过各轮的车轮速度传感器可检测各轮的轮胎转速(车轮速度)n_wheel(fl、fr、rl、rr)。另外，通过各轮的电机转速传感器可检测各轮的电机转速n_motor(fl、fr、rl、rr)。另外，车辆500构成为具有：动力转向机构(p/s)40、方向盘转角传感器42、对前轮的各轮胎12、14的转向角进行控制的方向盘44。车辆500构成为独立地驱动4个轮胎(12、14、16、18)的电动车。

图2是表示本实施方式的车辆的控制装置100的主要构成的示意图。如图2所示，控制装置100构成为具有：驾驶员要求扭矩计算部(要求扭矩取得部)102、目标转速计算部103、反馈(f/b)信号切换部(控制对象指定部)104、滑移判定部106、转速反馈(f/b)控制部108、扭矩限制部110。应予说明，图2所示的各构成要素可以由电路(硬件)或者cpu等中央处理装置以及用于实现其功能的程序(软件)构成。

驾驶员要求扭矩计算部102基于油门开度等来计算对于各轮胎12、14、16、18的要求扭矩。对于各轮胎12、14、16、18的要求扭矩被输入到反馈(f/b)信号切换部104与扭矩限制部110。在反馈(f/b)信号切换部104中输入有各车轮的电机转速n_motor(fl、fr、rl、rr)、各车轮的轮胎转速(车轮速度)n_wheel(fl、fr、rl、rr)。

目标转速计算部103将任意的滑移率与车体速度(计算值或推断值)相乘来计算各车轮的目标转速。滑移率为适当地确定的。计算得到的目标转速被输入到滑移判定部106与转速反馈(f/b)控制部108。

反馈(f/b)信号切换部104根据要求扭矩来切换用于转速反馈控制的转速。即，反馈(f/b)信号切换部104根据要求扭矩来切换电机转速n_motor(fl、fr、rl、rr)与轮胎转速(车轮速度)n_wheel(fl、fr、rl、rr)，并指定(选择)其中一个作为控制对象。

转速反馈(f/b)控制部108在由滑移判定部106判定为轮胎的滑移的情况下，基于通过反馈(f/b)信号切换部104指定为控制对象的转速来进行各车轮的滑移控制(转速f/b控制)，以使得该转速成为目标转速。因此，反馈(f/b)信号切换部104将表示切换转速的结果的切换标志发送到转速反馈(f/b)控制部108。反馈(f/b)信号切换部104根据切换转速的结果将指定为控制对象的车轮速度或者电机转速发送到滑移判定部106和转速反馈(f/b)控制部108。

另外，反馈(f/b)信号切换部104根据切换转速的结果，将指定为控制对象的车轮速度或者电机转速发送给滑移判定部106。

另外，反馈(f/b)信号切换部104计算出将车轮速度作为控制对象的情况下的控制增益和将电机转速作为控制对象的情况下的控制增益，并且发送到转速反馈(f/b)控制部108。

这里，根据要求扭矩的大小，在将车轮速度作为控制对象进行反馈控制的情况和将电机转速作为控制对象进行反馈控制的情况中，存在图3所示的特征。

首先，若在要求扭矩高的情况下将电机转速作为控制对象，则能够不将驱动轴介于中间而对电机进行直接控制，因此响应变快，能够可靠地抑制滑移。另外，在要求扭矩高的情况下，电机扭矩变高，因此难以受到从车轮输入的扰动的影响，即使在扰动输入时振动也变小。

另一方面，若在要求扭矩低的情况下将电机转速作为控制对象，则与要求扭矩高的情况相同，由于响应变快所以能够有效地抑制滑移，但容易受到从车轮输入的扰动的影响，在扰动输入时发生驱动轴的扭转振动。由此，尽管原本未发生滑移，却误判定为正在发生滑移，导致滑移控制进行工作。在此情况下，由于在未发生滑移的状态(抓地状态)下产生用于滑移抑制的电机扭矩变动，所以电机发生自激振动而导致振动发散。

另外，若在要求扭矩高的情况下将车轮速度作为控制对象，则车轮速度几乎不受驱动轴的扭转振动的影响，因此能够抑制扰动输入时等的滑移误判定。但是，由于电机的旋转经由驱动轴传递到各轮胎，因此响应变慢，存在无法充分地抑制滑移的情况。

另一方面，若在要求扭矩低的情况下将车轮速度作为控制对象，则与要求扭矩高的情况相同，车轮速度几乎不受驱动轴的扭转振动的影响，因此能够抑制扰动输入时等的滑移误判定。另外，在要求扭矩低的情况下将车轮速度作为控制对象时，虽然由于电机的旋转经由驱动轴传递到各轮胎，响应变慢，但由于在要求扭矩低的情况下滑移量变小，所以即使响应慢也能够抑制滑移。

另外，在将车轮速度作为控制对象进行使用的情况下，由于扰动输入时的振动变小，因此滑移误判定时的扭矩降低量比将电机转速作为控制对象的情况变小，能够抑制控制的发散、驾驶员的不适感。

因此，转速反馈(f/b)控制部108基于要求扭矩，在低要求扭矩时，基于轮胎转速(车轮速度)n_wheel(fl、fr、rl、rr)进行滑移控制。另外，在高要求扭矩时，基于电机转速n_motor(fl、fr、rl、rr)进行滑移控制。因此，反馈(f/b)信号切换部104基于要求扭矩，在低要求扭矩时指定轮胎转速(车轮速度)n_wheel(fl、fr、rl、rr)作为控制对象，在高要求扭矩时指定电机转速n_motor(fl、fr、rl、rr)作为控制对象，并且将指定的控制对象发送到滑移判定部106与转速反馈(f/b)控制部108。

图4是用于说明反馈(f/b)信号切换部104切换成为控制对象的转速的情况的示意图。在图4中，横轴表示要求扭矩，纵轴表示扰动输入时的电机振动量(左侧的纵轴)与最大滑移量(右侧的纵轴)。在图4中，实线的特性表示轮胎的滑移量(使用车轮速度时、使用电机转速时)，虚线的特性表示扰动输入时的电机振动量(使用车轮速度时，使用电机转速时)。另外，在图4中，分别表示有电机振动量和滑移量的上限值。

如图4所示，在要求扭矩在t1以下的情况下，若将电机转速作为控制对象来使用则电机振动量超过上限值，因此从抑制电机振动的观点出发需要使用车轮速度。另外，在要求扭矩比t2大的情况下，若将车轮速度作为控制对象来使用则滑移量超过上限值，因此从抑制滑移量的观点出发需要使用电机转速。从滑移量的观点出发，直到要求扭矩达到t2为止可以使用车轮速度。

因此，反馈(f/b)信号切换部104在要求扭矩在t1以下的情况下使用车轮速度，若要求扭矩变得大于t2则以使用电机转速的方式进行电机转速与车轮速度的切换。并且，反馈(f/b)信号切换部104在要求扭矩为大于t1且小于等于t2的范围内，设定切换阈值，若要求扭矩在切换阈值以上，则将控制对象从车轮速度向电机转速切换。

由此，通过在低要求扭矩时将车轮速度作为控制对象进行反馈控制，能够抑制扰动输入时的电机振动并且抑制滑移。另外，通过在高要求扭矩时将电机转速作为控制对象进行反馈控制，能够加快响应而可靠地抑制滑移，并且能够抑制扰动输入时的电机振动。

滑移判定部106根据从目标转速计算部103接收的目标转速与从反馈(f/b)信号切换部104接收的控制对象的转速(车轮速度或者电机转速)之差来判定各车轮的滑移。滑移判定部106在目标转速与控制对象的转速之差超过规定的阈值的情况下判定为正在发生滑移，并且将表示判定结果的滑移判定标志发送到反馈(f/b)信号切换部104和转速反馈(f/b)控制部108。

由此，在转速反馈(f/b)控制部108中，在基于滑移判定标志判定为正在发生滑移的情况下，进行滑移控制(转速f/b控制)。滑移控制可以在正在发生滑移的各车轮上进行。

如上所述，将车轮速度作为控制对象的情况下的控制增益和将电机转速作为控制对象的情况下的控制增益被发送到转速反馈(f/b)控制部108。图5是表示转速反馈(f/b)控制部108切换用于对控制对象的转速进行反馈控制的控制增益的构成的示意图。如图5所示，转速反馈(f/b)控制部108具有切换开关108a、乘法部108b、减法部108c。

在图5所示的构成中，从反馈(f/b)信号切换部104接收的切换标志被输入到切换开关108a。另外，从反馈(f/b)信号切换部104接收的电机转速用的控制增益和车轮速度用的控制增益被输入到切换开关108a。切换开关108a在基于切换标志，控制对象为电机转速的情况下，将电机转速用的控制增益输出到乘法部108b。另外，切换开关108a在基于切换标志，控制对象为车轮速度的情况下，将车轮速度用的控制增益输出到乘法部108b。

在减法部108c中，将从目标转速计算部103接收的目标转速减去从反馈(f/b)信号切换部104作为控制对象接收的转速(电机转速或者车轮速度)，并将减法运算结果输出到乘法部108b。

乘法部108b将从切换开关108a接收的控制增益与从减法部108c接收的减法运算结果相乘。转速反馈(f/b)控制部108基于由乘法部108b得到的乘法运算结果，通过pi控制对转速进行反馈控制。具体地，转速反馈(f/b)控制部108计算从要求扭矩t_req_1(fl)起扭矩降低多少时，控制对象的转速与目标转速一致，并且将得到的扭矩降低量发送到扭矩限制部110。转速反馈(f/b)控制部108通过进行基于目标转速与控制对象的转速的pid控制，来以使控制对象的转速与目标转速一致的方式求出扭矩降低量。pid控制的增益为适当地确定的。

图6是表示在反馈(f/b)信号切换部104、滑移判定部106、转速f/b控制部108进行的处理的流程图。首先，在步骤s10中，取得驾驶员要求扭矩。在接下来的步骤s12中，取得滑移判定标志。在接下来的步骤s14中，取得电机转速。在接下来的步骤s16中，取得车轮速度。

在接下来的步骤s18中，取得表示切换转速的结果的切换标志。应予说明，在将电机转速作为控制对象的情况下切换标志设为“0”，在将车轮速度作为控制对象的情况下切换标志设为“1”(步骤s26、s28、s32、s34)。在接下来的步骤s20中，计算用于基于要求扭矩来切换电机转速与车轮速度的切换阈值。应予说明，可以将预先确定的值作为切换阈值获取。

在接下来的步骤s22中，判定是否切换标志＝1，并且在切换标志＝1的情况下进入步骤s24。在步骤s24中，判定是否要求扭矩为切换阈值以上且滑移判定标志的上一次值为“0”。在步骤s24的条件成立的情况下进入步骤s26，使切换标志＝0。由此，将电机转速作为控制对象来进行转速f/b控制。

另一方面，在步骤s24的条件不成立的情况下，进入步骤s28，使切换标志＝1。由此，将车轮速度作为控制对象来进行转速f/b控制。应予说明，在步骤s24中滑移判定标志(上一次值)为“1”的情况下，由于已经将车轮速度作为控制对象来进行滑移控制，因此不切换控制对象，而将车轮速度作为控制对象来进行转速f/b控制。由此，能够避免由滑移控制中的控制对象的切换所引起的扭矩变动。

另外，在步骤s22中切换标志＝0的情况下进入步骤s30。在步骤s30中，判定是否要求扭矩小于切换阈值且滑移判定标志的上一次值为“0”。在步骤s30的条件成立的情况下，进入步骤s32，使切换标志＝1。由此，将车轮速度作为控制对象进行转速f/b控制。

另一方面，在步骤s30的条件不成立的情况下，进入步骤s34，使切换标志＝0。由此，将电机转速作为控制对象来进行转速f/b控制。应予说明，在步骤s30中滑移判定标志为“1”的情况下，由于已经将电机转速作为控制对象来进行滑移控制，因此不切换控制对象，而将电机转速作为控制对象进行转速f/b控制。由此，能够避免由滑移控制中的控制对象的切换所引起的扭矩变动。

在步骤s26、s28、s32、s34之后进入步骤s36。在步骤s36中，判定是否切换标志＝1，并且在切换标志＝1的情况下进入步骤s38。在步骤s38中，将转速的输出值作为车轮速度。由此，从反馈(f/b)信号切换部104向滑移判定部106以及转速f/b控制部108发送车轮速度作为控制对象的转速。

在接下来的步骤s40中，将转速f/b控制的控制增益设定为将车轮速度作为控制对象的情况下的控制增益(gain_a)。

另外，在步骤s36中，在切换标志＝0的情况下进入步骤s42。在步骤s42中，将转速的输出值作为电机转速。由此，从反馈(f/b)信号切换部104向滑移判定部106以及转速f/b控制部108发送电机转速作为控制对象的转速。

在接下来的步骤s44中，将转速f/b控制的控制增益设定为将电机转速作为控制对象的情况下的控制增益(gain_b)。在步骤s40、s44之后结束处理。

如上所述，在本实施方式中，基于要求扭矩指定控制对象的转速，并在低要求扭矩的情况下将车轮速度作为控制对象，由此能够可靠地抑制在从车轮输入有扰动的情况下电机转速发生振动的情况。另外，在高要求扭矩的情况下将电机转速作为控制对象，由此能够提高滑移控制的响应性，并能够可靠地抑制滑移。

另一方面，即使在基于要求扭矩改变控制对象的情况下，在有预料之外的大小的扰动施加于车轮时，尽管未发生滑移，也可能会误判定为正在发生滑移。在此情况下，由于转速反馈(f/b)控制部108为了使控制对象的转速与目标转速一致而计算出的扭矩降低量过大，有可能导致电机转速振动、发散。

因此，扭矩限制部110计算与要求扭矩对应的扭矩降低限制值，对来自于要求扭矩的扭矩降低量设置限制。由此，即使在施加有预料之外的扰动时进行了滑移误判定的情况下，也能够可靠地抑制电机转速发散。因此，能够不降低滑移抑制性能而提高鲁棒性。

图7是表示用于扭矩限制部110计算与要求扭矩对应的扭矩降低限制值的映射(map)的示意图。如图7所示，要求扭矩变得越大，则扭矩降低限制值(绝对值)变得越大，进行更大的扭矩降低。

另一方面，要求扭矩越小，则扭矩降低限制值(绝对值)变得越小。应予说明，在要求扭矩为规定值(tq1)以下的情况下，扭矩降低限制值不会进一步降低，而是保持为扭矩降低上限值。由此，能够在极低μ路面(冰雪道路的行驶、车辆的暂时的跳起、在自由辊上行驶的情况等)行驶的情况等要求扭矩微小的情况下确保滑移发生时的控制性。

扭矩限制部110在转速反馈(f/b)控制部108所计算的扭矩降低量小于图7所示的扭矩降低限制值(绝对值)的情况下，利用转速反馈(f/b)控制部108所计算的扭矩降低量进行要求扭矩的扭矩降低，并将其结果作为对各车轮的电机的扭矩指示值进行输出。

另一方面，扭矩限制部110在转速反馈(f/b)控制部108所计算的扭矩降低量大于图7所示的扭矩降低限制值(绝对值)的情况下，利用图7所示的扭矩降低限制值(绝对值)进行要求扭矩的扭矩降低，并将其结果作为对各车轮的电机的扭矩指示值进行输出。

应予说明，在图7中，表示了动力运行时的扭矩降低限制值，并且表示了扭矩降低的下限值。对于再生时，转速反馈(f/b)控制部108计算扭矩附加量，因此同样地只要对扭矩附加量设置上限值即可。

图8是表示扭矩限制部110的构成的示意图。如图8所示，扭矩限制部110构成为具有：扭矩降低限制值计算部110a、切换开关110b、扭矩降低量选择部110c、减法部110d。扭矩降低限制值计算部110a基于图7的映射，根据要求扭矩计算扭矩降低限制值。扭矩降低限制值被发送到切换开关110b。切换开关110b在基于滑移判定标志判定为正在发生滑移的情况下，将扭矩降低限制值发送到扭矩降低量选择部110c。

另外，在扭矩降低量选择部110c中被输入有转速反馈(f/b)控制部108所计算的扭矩降低量。扭矩降低量选择部110c选择转速反馈(f/b)控制部108所计算的扭矩降低量和扭矩降低限制值计算部110a所计算的扭矩降低限制值中值较小的一方，并发送到减法部110d。减法部110d从要求扭矩减去转速反馈(f/b)控制部108所计算的扭矩降低量与扭矩降低限制值计算部110a所计算的扭矩降低限制值中的值较小的一方，并作为扭矩指示值输出。基于该扭矩指示值控制前后轮的电机。

图9以及图10是用于说明本实施方式的控制带来的效果的特性图。这里，图9表示了进行本实施方式的控制时的特性(电机驱动力、电机转速(换算为车轮速度))，图10为了比较而表示了不进行本实施方式的控制时的特性(电机驱动力、电机转速(换算为车轮速度))。

如图9所示，在进行了本实施方式的控制的情况下，尽管作为扰动而在行驶中通过高的台阶，前轮的电机驱动力(ft驱动力)、后轮的电机驱动力(rr驱动力)的扭矩变化得到抑制，也未发生扭矩的发散。另外，对于换算为车轮速度的电机转速，在通过台阶后也未发生大的变化。因此，可知即使存在扰动车辆行为也稳定。

另一方面，在图10中，作为扰动而施加急剧的抓地恢复之后，前轮的电机驱动力(ft驱动力)、后轮的电机驱动力(rr驱动力)发生急剧的变化，并且扭矩发散。另外，对于换算为车轮速度的电机转速，在抓地恢复后也发散。因此，可知车辆行为变得不稳定。

如以上说明，根据本实施方式，根据要求扭矩的大小，作为控制对象来切换车轮速度和电机转速并进行转速反馈控制，因此能够提高滑移控制的响应性并且可靠地抑制由驱动轴的扭转引起的振动的发生。另外，根据要求扭矩的大小来对滑移控制(转速f/b控制)中的扭矩降低量设置限制，由此即使在超出预料的扰动被输入到车轮的情况下，也能够可靠地抑制电机转速发生振动。因此，能够提高滑移控制的鲁棒性。

以上，虽然参照附图详细说明了本发明的优选实施方式，但是本发明不限于该示例。明显地，本发明所属的技术领域中的具有通常的知识的人员能在权利要求记载的技术思想的范围内想到各种变更例或者修正例，并且可以理解这些示例也属于本发明的技术范围。