电动车辆的控制装置及控制方法

专利名称：电动车辆的控制装置及控制方法
技术领域：
本发明涉及通过驱动马达进行驱动的电动车辆的控制，该驱动马达将从电力供给源提供的电力作为驱动源。
背景技术：
日本特开2001-45613号公报所公开的电动车辆的控制装置针对根据踏板开度、 车速等计算出的驱动马达的请求驱动转矩，进行将车辆的驱动系统的扭转振动的固有振动频率成分去除或者减少的滤波处理，计算出目标驱动转矩。然后，该装置控制驱动马达的电流以使驱动马达的转矩与目标驱动转矩相一致。由此，通过抑制由于驱动系统的扭转振动引起的缓慢(ere印)行驶时的振荡现象来实现平缓的缓慢行驶，并且在驾驶员踩踏加速踏板进行加速时，实现平滑的加速。

发明内容
在日本特开2001-45613号公报所公开的电动车辆的控制装置中，驱动马达基于如上述那样通过对请求驱动转矩进行滤波处理计算出的目标驱动转矩，消耗电力。另一方面，对作为驱动马达的驱动源而提供电力的电力供给源进行控制使其提供与进行上述滤波处理之前的请求驱动转矩相对应的电力。因此，从电力供给源提供给驱动马达的供给电力与驱动马达所消耗的驱动电力之间产生了电力差。因而，产生如下问题该电力差成为对蓄电池的充电电力而流入蓄电池侧，导致非预期地对蓄电池进行了充电。因此，本发明的目的在于，在从电力供给源提供电力并通过以被提供的该电力作为动力源的驱动马达进行驱动的车辆中，抑制驱动系统的扭转振动，并且使从电力供给源提供的电力全部作为驱动电力而被驱动马达消耗。本发明的电动车辆的控制装置具有驱动马达和电力供给源，该驱动马达产生传递到驱动轮的驱动转矩，该电力供给源至少具有发电机，向驱动马达提供电力。并且，具备 需要驱动转矩计算单元，其根据车辆的行驶状态，计算需要驱动转矩；以及供给电力计算单元，其根据由需要驱动转矩计算单元计算出的需要驱动转矩，来计算电力供给源向驱动马达提供的供给电力。还具备驱动转矩指令单元，其控制驱动马达使其输出已进行减振处理的驱动转矩，该减振处理从需要驱动转矩中减少了等同于车辆的驱动系统的扭转振动的频率成分；以及供给电力指令单元，其控制电力供给源使其向上述驱动马达提供已进行减振处理的电力，该减振处理从供给电力中减少了等同于车辆的驱动系统的扭转振动的频率成分。本发明的详情以及其它特征、优点在说明书以后的记载中进行说明且被示出在添附的附图中。


图1是本发明的实施方式的混合动力车辆的系统结构图。
5
图2是用于说明本发明的实施方式的系统控制器的动作的流程图。图3是用于说明由系统控制器执行的目标发电电力运算处理的内容的框图。图4是表示保存在系统控制器中的转矩曲线图的特性的图。图5是用于说明由系统控制器执行的发电控制的内容的框图。图6是表示保存在系统控制器中的驾驶点曲线图的特性的图。图7是用于说明由系统控制器执行的驱动控制的内容的框图。图8是用于说明驱动系统的运动方程式的图。图9A-9F是在本发明的实施方式的控制和比较例的控制下将车辆开始行驶时的车速、加速度以及发电/驱动电力进行了比较的时序图。图10A-10B分别是用于说明本发明的第二实施方式的转速控制的内容以及第二实施方式的变形例的框图。图11是用于说明本发明的第三实施方式的发电控制的内容的框图。图12是用于说明本发明的第四实施方式的发电控制的内容的框图。图13是用于说明系统控制器的动作的流程图。图14是用于说明发电电力指令值运算的内容的框图。图15是表示保存在系统控制器中的请求发电电力曲线图的特性的图。图16是用于说明本发明的实施方式的发电机驱动辅助电力目标值运算的内容的框图。图17是用于说明由系统控制器执行的电池充放电电力目标值运算的内容的框图。图18是用于说明由系统控制器执行的发电机驱动辅助电力指令值运算的内容的框图。图19是用于说明由系统控制器执行的驱动减振滤波实施电力指令值运算的内容的框图。图20是用于说明由系统控制器执行的驱动马达转矩指令值运算的内容的框图。图21A-21D是表示通过比较例的控制使车辆开始行驶时的车速、加速度、电力以及电池输入输出电力的变化的时序图。图22A-22D是表示通过第四实施方式的控制使车辆开始行驶时的车速、加速度、 电力以及电池输入输出电力的变化的时序图。图23是针对图5的发电机控制器内的运算示出的框图。图M是针对图5的发电机控制器内的运算的另一例示出的框图。图25是针对图5的发电机控制器内的运算的又一例示出的框图。
具体实施例方式参照图1，混合动力车辆1是具备发动机11、发电机12、发电机逆变器13、驱动逆变器14、驱动马达15、减速机16、电池17、驱动轮18以及多个控制器20 M的串联式混合动力车辆。发动机11例如是汽油发动机，向发电机12传递用于发电的驱动力。发动机11通过与发电机12组合来构成发电装置10。
发电机12例如是三相交流发电机，通过发动机11的驱动力进行转动来发电，并作为将该发电电力提供给驱动马达15的电力供给源而发挥功能。另外，发电机12也能够作为马达进行动作，能够在发动机11起动时，通过对发动机11进行冷启动、利用发电机12的驱动力使发动机11转动而消耗电力。发电机逆变器13由多个开关元件以及整流元件构成。发电机逆变器13与发电机 12、电池17以及驱动逆变器14相连接，将发电机12发电产生的交流的电力变换为直流。另外，在使发电机12作为马达进行动作时，发电机逆变器13进行将从电池17或驱动逆变器 14提供的直流的电力变换为交流的逆变换。电池17例如由锂离子二次电池构成，进行发电机12和驱动马达15各自的再生电力的充电以及驱动电力的放电。驱动逆变器14由多个开关元件以及整流元件构成。驱动逆变器14例如将从电池 17、发电机逆变器13提供的直流的电力变换为提供给驱动马达15的交流电流。另外，在使驱动马达15进行再生动作时，驱动逆变器14进行将驱动马达15发电产生的交流的电力变换为直流的逆变换。驱动马达15例如由三相交流马达构成，产生驱动力，通过减速机16将驱动力传递到驱动轮18。另外，驱动马达15也能够作为发电机来进行动作，在车辆行驶时被驱动轮18 连带而进行转动，与此同时产生再生驱动力，由此再生出车辆1的减速能量。发动机控制器21为了实现从系统控制器20指示的目标发动机转矩，而与由曲轴转角传感器103检测出的发动机11的转速、由水温传感器104检测出的冷却水温等信号相应地控制发动机11的节气门开度、点火时间、燃料喷射量等。发电机控制器22为了实现从系统控制器20指示的目标发电机转矩，而与由马达转动传感器100等检测出的发电机12的转速、电压等的状态相应地对发电机逆变器13进行开关控制。电池控制器23根据由电流传感器101和电压传感器102检测出的对电池17进行充放电的电流、电压来估计电池17的充电状态(SOC)，并输出到系统控制器20。另外，电池控制器23与由电池温度传感器105检测出的电池17的温度、内部电阻以及估计出的充电状态相应地运算可输入功率和可输出功率，并输出到系统控制器20。驱动马达控制器M为了实现从系统控制器20指示的目标驱动转矩，而与驱动马达15的转速、电压等的状态相应地对驱动逆变器14进行开关控制。对系统控制器20输入由车速传感器31检测出的车速、由踏板开度传感器32检测出的踏板开度、由梯度传感器33检测出的路面梯度等表示驾驶状态的信号。系统控制器20 根据来自电池控制器23的电池17的充电状态、可输入功率、可输出功率以及发电机12的发电电力等来计算驱动马达15的目标驱动转矩，并通过驱动马达控制器M控制驱动马达 15使得驱动马达15的转矩与目标驱动转矩相一致。另外，系统控制器20计算用于对电池17充电以及向驱动马达15提供的发电机12 的发电电力的目标值、即目标发电电力，通过发动机控制器21、发电机控制器22来控制发动机11、发电机12使得发电机12的发电电力与目标发电电力相一致。控制器20 M分别由微计算机构成，该微计算机具备中央运算装置(CPU)、由读取专用存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)构成的存储装置以及输入输出接口(I/O接口 )。也能够是各控制器20 M由多个微计算机构成。控制器20 M的CPU读取保存在ROM中的程序并执行，对输入到输入输出接口的信号实施规定的运算处理，并将运算结果从输入输出接口输出。接着，以进行使发电电力与驱动电力相一致的直接配电控制的情况为例使用图2 的流程图说明系统控制器20的动作。直接配电控制是如下控制以不进行针对电池的充放电为目的，使与驱动请求相应地由发电机发电产生的发电电力刚好由驱动电力消耗，例如在电池温度下降而不能对电池17进行充放电的情况下、即在可输入功率、可输出功率都为 Okff的情况下进行该控制。该流程示出的例程在车辆行驶过程中间隔固定时间、例如以10微秒为间隔重复执行。在步骤Sl中，系统控制器20根据表示驾驶员的驱动力请求的踏板开度和驱动马达15的转速，计算请求驱动转矩，针对该请求驱动转矩考虑驱动马达15的损失，来计算发电装置10的目标发电电力。使用图3的框图详细说明该目标发电电力运算处理。首先，系统控制器20通过框 101利用预先设定了相对于多个踏板开度的驱动马达15的转速与输出转矩的关系的图4所示的转矩曲线图来计算请求驱动转矩。接着，系统控制器20通过框102将驱动马达15的转速(检测值)与该请求驱动转矩相乘来计算请求驱动输出。并且，系统控制器20通过框103利用具有驱动马达15的转速(检测值)、请求驱动转矩以及相对于电池电压的驱动逆变器14的损失的关系的驱动损失曲线图来求出驱动损失，通过框104将驱动损失与请求驱动输出相加计算出请求驱动电力。系统控制器20将直接配电控制时的目标发电电力设定成与该请求驱动电力相等。返回图2，在步骤S2中，系统控制器20为了实现在步骤Sl中设定的目标发电电力而对构成发电装置10的发动机11和发电机12进行控制。使用图5的框图详细说明该发电控制。首先，系统控制器20通过框111参照预先设定的图6所示的驾驶点曲线图来求出目标发电机转速和目标发动机转矩。图的实线表示目标驾驶线，该目标驾驶线示出了考虑燃烧消耗率、响应性并为了得到目标发电电力而预先设定的发电机12的转速与发动机11的转矩的关系。在驾驶点曲线图中，将虚线所示的等输出线与目标驾驶线设定在一起。目标发电机转速和目标发动机转矩作为与目标驾驶线和对应于目标发电电力的等输出线的交点相对应的值而求出。然后，系统控制器20将求出的目标发动机转矩指示给发动机控制器21。接收到指示的发动机控制器21控制发动机11使得发动机11的转矩与目标发动机转矩相一致。在通过框112进行发动机12的转速控制时利用目标发电机转速。通过框112，系统控制器20计算出用于使发电机12的转速与目标发电机转速相一致的目标发电机转矩。系统控制器20利用减振滤波器附通过框112计算出的目标发电机转矩进行滤波处理，计算出最终的目标发电转矩，将其指示给发电机控制器22。减振滤波器f是将等同于车辆1的驱动系统的扭转振动的频率成分去除或者减少的滤波器。驱动系统的扭转振动是指驱动马达的轴、将减速机16与驱动轮18连结的驱动轴等扭转而产生的振动。发电机控制器22控制发电机12的转矩使得发电机12的转矩与从减振滤波器f
8输入的目标发电转矩相一致，由此将发电机12的转速控制为目标发电机转速。虽然发电机逆变器13和发电机12产生损失，但是发电电力与将发电机12的转速乘以输入到发电机12的转矩得到的值大致相等。因而，通过减振滤波器f将等同于驱动系统的扭转振动的频率成分从目标发电机转矩中去除或者减少，如果将该频率成分从发电机 12的转速中去除或者减少，则结果能够将等同于驱动系统的扭转振动的频率成分从发电电力中去除或者减少。并且，在发电控制中，系统控制器20根据目标发电电力，并考虑到发电机逆变器 13和发电机12的损失来运算发电机12的发电电力。返回图2，在步骤S3中，系统控制器20进行用于由驱动马达15刚好消耗掉发电机 12的发电电力的驱动控制。使用图7的框图详细说明该驱动控制。系统控制器20通过框123用步骤S2中运算出的发电机12的发电电力除以驱动马达15的转速来计算出驱动马达15的目标驱动转矩。系统控制器20通过框122参照根据驱动马达15的转速和电池电压预先设定的驱动马达损失曲线图122来求出驱动马达15的损失。系统控制器20通过框123从目标驱动转矩中减去驱动马达15的损失来计算出最终的目标驱动转矩，将其指示给驱动马达控制器M。 接收到指示的驱动马达控制器M控制驱动马达15的转矩使得驱动马达15的转矩与目标驱动转矩相一致。在根据发电电力运算目标驱动转矩的过程中没有利用减振滤波器f，因而通过将驱动马达15的转矩控制成目标驱动转矩而实现的驱动马达15的消耗电力与发电电力一致。接着，说明减振滤波器f的结构。首先，针对将驱动马达15的转矩作为输入、将驱动马达15的转速作为输出的系统的传递特性Gp(S)进行说明。图8是表示车辆1的驱动系统的运动方程式的说明图，该图中的各附图标记如下所示。Jm 驱动马达15的惯性(inertia)Jw 驱动轮18的惯性M 车辆1的质量Kd 驱动系统的扭转刚度Kt 关于轮胎与路面的摩擦的系数N 从驱动马达15的输出轴到驱动轮18的总齿轮传动比r:轮胎的负载半径ωω 驱动马达15的角速度Tffl 驱动马达15的转矩Td 驱动轮18的转矩F 施加到车辆1的力V 车速ωw:驱动轮18的角速度从该图8，能够导出下面的运动方程式⑴ (5)。附加在符号的右上方的“*”表示时间微分。
9
Jm- = Tm-TD/N ... (1)2Jw · ω*ψ = TD-rF - (2)MV* = F ... (3)Td = Kd / (ωm/N_ωw) dt ... (4)F = Κτ(Γωψ-ν) ...(5)然后，当根据上述的运动方程式(1) ( 式求解传递特性Gp (S)时，得到下面示出的(6)式 (14)式。s是拉普拉斯运算符。Gp(s) = Oo3Sib2Sib1S+!^/^(ap^ap^ap+^) ...(6)a4 = 2Jm · Jw · M ... (7)a3 = Jm(2Jw+Mr2)KT ... (8)a2 = (Jm+2JW/N2)M .Kd ... (9)B1 = (Jm+2JW/N2+Mr2/N2)KD · Kt …(10)b3 = 2JW · M ...(11)b2 = (2Jw+Mr2)KT ...(12)bi = M · Kd ... (13)b0 = Kd · Kt ... (14)在此，当调查传递特性Gp (s)的极点和零点时，一个极点和一个零点表示非常接近的值。这相当于下式(1 的α和β表示非常接近的值。Gp(s) = (s+β) (b2' s2+b/ s+b0' )/s(s+a ) (a3' s2+a2' s+a/ ) ...(15)因而，在(15)式中，通过近似为α = β来进行极零相消，能够如下式(16)那样将传递函数Gp (s)的次数下降至0次)/(3次)。Gp(s) = (b2' S^b1 ‘ s+b0' )/s(a3' s2+a2 ‘ s+a/ ) ...(16)根据式(16)，利用在分母中示出的 ‘^a3'，能够按照下式(17)求出驱动系统的扭转振动的谐振角速度ωη。ωη= (ai ‘ /a3' )1/2 ...(17)减振滤波器f构成为具有如下特性将作为等同于驱动系统的扭转振动的频率成分的、包含与谐振角速度ωη相对应的频率的具有规定的宽度的频率成分从发电电力中去除或者减少。适当地调整规定的宽度，能够得到足以减少驱动系统的扭转振动的减振效果。例如，减振滤波器f能够由陷波滤波器构成，该陷波滤波器具有与驱动系统的扭转振动的谐振角速度ωη大致相等的固有振动频率。在这种情况下，陷波滤波器的传递特性用下式(18)表示。在此，ζ是用于设定所去除或者减少的频率成分的宽度的参数。Gnotch(S) = (S2+ω n2)/(s2+2 ζ ConS+ω η2)…(18)或者，减振滤波器f也可以构成为如下。考虑驱动马达15的相对于转矩的转速的传递特性，如果将不考虑驱动系统的扭转振动的理想模型的传递特性设为Gm(S)、将考虑驱动系统的扭转振动的模型的传递特性设为Gp (s)，则减振滤波器f能够构成为Gm(s)/Gp (s)的传递特性的滤波器。Gp(S)可以是式(15)、式(16)中的任一个，但是使用式(16)能够降低减振滤波器f的次数，降低系统控制器20的运算负荷。例如，当由下式(19)构成Gm(s)、由式(16)构成Gp (s)时，减振滤波器f的传递特性成为2次/2次的下式(20)。Gm(s) = (b2' s2+b/ s+b0' )/s (aref3*s2+aref2s+arefl) ...(19)Gm(s)/Gp(s) = (a3' s2+a2' s+a/ ) / (aref3*s2+aref2s+arefl) ...(20)如果使用具有用式00)表示的传递特性的减振滤波器f，则不仅能够从发电电力中去除或者减少等同于驱动系统的扭转振动的频率成分，还能够在发电机12的发电能力范围内，将驱动马达15的相对于转矩的转速的传递特性近似为理想模型Gm(s)、g卩、将驱动马达15的响应特性近似为设计者想要的响应特性。此外，减振滤波器f的结构不限定于此处列举的结构，只要是具有将等同于驱动系统的扭转振动的频率成分从发电电力中去除或者减少的特性的滤波器，也可以是其它的结构。接着，针对本实施方式的作用效果进行说明。首先，作为比较例，在图9A-图9C中示出在进行直接配电控制的串联式混合动力车辆中，在进行发电控制时不考虑驱动系统的扭转振动，而在驱动控制中利用减振滤波器f 将与驱动系统的扭转振动相对应的频率成分从驱动马达15的目标驱动转矩中去除或者减少的情况下的车辆起动加速时的情形。在该比较例中，通过减振滤波器f的减振效果抑制了驱动系统的扭转振动，实现了平滑的起动加速，但是起动之后，发电电力和驱动电力产生了电力差。对此，图9D-图9F示出基于本实施方式的控制的车辆1的起动加速时的情形。在本实施方式中，不仅抑制了驱动系统的扭转振动，并实现了平滑的起动加速，还能够使发电电力与驱动电力相一致。在本实施方式中，之所以能够实现这种平滑的起动加速，是因为通过利用减振滤波器f将等同于驱动系统的扭转振动的频率成分从发电电力中去除或者减少了，从而也从基于发电电力计算出的驱动马达15的目标驱动转矩中去除或者减少了等同于驱动系统的扭转振动的频率成分，基于此来控制驱动马达15。另外，之所以能够使发电电力与驱动电力相一致，是因为针对目标发电机转矩应用减振滤波器f，在根据发电电力计算驱动马达15的目标驱动转矩的过程中不应用减振滤波器f，因此不会由于减振滤波器f而在发电电力与驱动电力之间产生偏离。因而，在本实施方式中，在上述起动加速时即使暂时限制了电池17的充放电，也能够将发电机12发电产生的电力全部由驱动马达15消耗，从而也能够抑制电池17的充放 H1^ ο接着，说明本发明的第二实施方式。第二实施方式与第一实施方式的不同点在于由系统控制器20进行的转速控制的内容。图IOA是第二实施方式的转速控制的框图。在第二实施方式中，通过比例控制框 131和干扰观测器(observer)框132构成了转速控制。图中的P是比例控制增益。在将作为控制对象的发电装置10的相对于输入转矩的转速的传递特性设为 Gg(S)、将其模型化时的传递特性设为Gg' (s)的情况下，Gg' (s)用下式表示。Jg是发电装置10的惯性。Gg' (S)=I/(JgS) - (21)
图中的H(S)表示次数与Gg' (s)相等的一次的低通滤波器。H(S)在利用其时间常数调整干扰观测器框132的抗干扰性和稳定性时使用。干扰观测器框132针对将目标发电转矩的前次值输入到控制对象模型Gg' (s)时的Gg' (s)的输出与发电机12的转速(检测值)的差，利用由该H(S)和Gg' (s)的逆系统构成的H(S)/Gg' (s)的传递特性，估计被输入到作为控制对象的发电装置10的干扰。 此外，该干扰观测器框132估计出的干扰估计值主要是发动机转矩。像这样在转速控制中利用干扰观测器框132的情况下，如图IOA所示那样在干扰观测器框132内的控制对象模型Gg' (s)的前级也配置减振滤波器f，干扰观测器框132 根据滤波处理后的目标发电转矩的前次值来估计干扰。在转速控制的后级有减振滤波器f 的情况下，干扰观测器框132与减振滤波器f发生干扰，有可能使减振效果下降，但是像这样通过在控制对象模型Gg' (s)的前级也配置减振滤波器f，能够防止上述干扰。通过这种结构实施了转速控制的情况也能够与第一实施方式同样地抑制驱动系统的扭转振动，并且使发电电力与驱动电力相一致。此外，图IOB是对图IOA进行了等效变换的结构的框图，减振滤波器f的位置不同。将减振滤波器f配置在这种位置上也具有与图IOA的框图相同的作用效果。接着，说明本发明的第三实施方式。第三实施方式与第一实施方式的不同点在于由系统控制器20进行的发电控制的内容。图11是第三实施方式的发电控制的框图。与图5所示的第一实施方式的发电控制的框图不同，系统控制器20将利用减振滤波器f对通过驾驶点运算框111求出的目标发动机转矩进行滤波处理得到的发动机转矩作为目标发动机转矩指示给发动机控制器21。如已经记述的那样，发电电力与将发电机12的转速乘以被输入到发电机12的转矩得到的值大致相等。因而，利用减振滤波器f从发动机11的目标发动机转矩中去除或者减少等同于驱动系统的扭转振动的频率成分来代替从发电机12的目标发电机转矩中去除或者减少该频率成分，即使将该成分从被输入到发电机12的转矩中去除或者减少，也能够与第一、第二实施方式同样地从发电电力中去除或者减少等同于驱动系统的扭转振动的频率成分。因而，在该第三实施方式中，也能够与第一、第二实施方式同样地抑制驱动系统的扭转振动，并且使发电电力与驱动电力相一致。此外，针对未搭载进行再生电力的充电、驱动电力的放电的电池17的混合动力车辆，也能够应用上述第一实施方式至第三实施方式。在这种情况下，由于驱动马达15消耗由发电机12发电产生的电力，因此能够防止发电机12的发电电力过剩而电压突然上升或者发电机12的发电电力不足而电压突然下降，从而使控制变得稳定。接着，说明本发明的第四实施方式。第四实施方式的车辆的系统结构与第一实施方式相同，但是向驱动马达15提供电力的电力供给源与第一实施方式不同。第一实施方式是将仅从发电机12提供向驱动马达15提供的电力的情形作为前提的结构、即电力供给源仅是发电机12的结构。对此，第四实施方式是除了发电机12以外、 电池17也作为向驱动马达15提供电力的电力供给源的结构。
在此，在第一实施方式中，在对输入到电池17的输入电力施加了限制的情况下， 不是电池控制器23通过直接控制电池17来限制输入电力的结构。而是系统控制器20根据车辆的状态求出请求电力并基于此控制发电机12的发电电力的结构。此时，形成为如下结构系统控制器20将发电量控制为能够由驱动马达15消耗掉的相应的发电量，由此防止向电池17输入电力。在电力供给源仅 是发电机12的情况下，只要像第一实施方式那样系统控制器20 通过减振滤波器f来指示发电机12的发电电力，就能够由驱动马达15消耗所有的发电电力，因此发电电力相对于消耗电力不会产生剩余，从而电力不会流向电池17。但是，在也从电池17向驱动马达15提供电力的第四实施方式的结构中，并不是如上述那样由电池控制器23控制电池17自身来控制向驱动马达15的供给电力，因此发电电力相对于消耗电力有可能产生剩余。此外，在电力供给源仅是电池17的情况下，关于从电池17的放电，即使是电池控制器23不控制电池17自身的结构，从电池17放电产生的电力也仅为由驱动马达15消耗的电力。也就是说，从电池17放电产生的电力与由驱动马达15消耗的电力相等，因此不会产生剩余的电力。另外，只要是由电池控制器23控制电池17自身来实现向电池17的输入限制的结构，就不会产生剩余的电力对电池17进行充电这样的状态。接着，以进行了半直接配电控制的情况为例，利用图12的控制框图和图13的流程图说明发电机12和电池17成为电力供给源的情况的系统控制器20的动作。半直接配电控制是由系统控制器20执行的控制，用于尽可能地对电池17充电，并且针对驱动请求产生辅助驱动的电力，进行电池可输出电力以内的输出和与发电电力相应的驱动电力的消耗。该半直接配电控制例如在电池温度下降而限制了向电池17的充放电时进行。在这种情况下， 电池可输入电力、电池可输出电力都被限制为比电池容量小。图12是说明第四实施方式的发电控制的框图，图13是表示该控制的具体的控制例程的流程图。在车辆行驶过程中间隔固定时间、例如以10微秒为间隔重复执行该发电控制。下面，按照图13的流程图说明控制的详情。在步骤S201中，系统控制器20根据踏板开度、电池电压以及驱动马达转速，计算请求驱动电力PD0。关于请求驱动电力运算的详细动作与上述的图3的框图相同，因此省略说明。该运算对应图12的请求驱动电力运算框212。在步骤S202中，系统控制器20根据电池17的S0C、电池可输入电力PIN、电池可输出电力POUT、以及在步骤S201中求出的请求驱动电力，计算出发电电力指令值。利用图 14的框图说明详细的动作。首先，系统控制器20计算请求发电电力PG0。在此，利用图15所示的预先设定了电池SOC与请求发电电力的关系的请求发电电力曲线图，根据电池SOC计算出请求发电电力。此外，图15的请求发电电力曲线图被设定成相对来说在SOC低的区域请求发电电力为最大发电电力、相对来说在SOC高的区域请求发电电力为比最大发电电力低的效率最佳的发电电力。接着，系统控制器20通过框221将请求发电电力PGO与从步骤S201中计算出的请求驱动电力PDO中减去电池可输出电力POUT得到的值PDO-POUT进行比较，计算出较大的一方的值(A = max (PG0、PD0-P0UT))。并且，系统控制器20通过框222将值A与请求驱动电力PDO和电池可输入电力PIN之和PD0+PIN进行比较，计算出较小的一方的值(B = min(A、PD0+PIN))。然后，系统控制器20通过框223用最大发电电力PGmax和最小发电电力PGmin来对值B进行上下限限制，由此计算出发电电力指令值PG*。通过这样，发电机12 将请求发电电力抑制在电池可输入电力以内，并且进行动作使得通过发电电力来辅助以电池可输出电力无法提供的请求驱动电力。该运算对应图12的请求发电电力运算框211和发电电力指令值运算框213。返回图13，在步骤S203中，系统控制器20利用在步骤S201中求出的请求驱动电力PDO以及电池可输入电力PIN和电池可输出电力P0UT，来判断是否在发电机12中实施减振滤波处理。并且，系统控制器20在请求驱动电力PDO大于电池可输出电力POUT的情况下，或者在请求驱动电力PDO小于将电池可输入电力PIN乘以-1得到的值的情况下，决定在发电机12中实施减振滤波处理。在步骤S204中，系统控制器20运算对发动机控制器21的发动机转矩指令值和对发电机控制器22的发电机转矩指令值。关于该运算的详细动作，与上述图2的步骤S2相同，因此省略说明。此外，该运算对应图12的发电控制框218。在步骤S205中，系统控制器20根据发电电力指令值PG*以及发电电力指令值中的作为驱动电力进行提供的电力量、即发电机12的驱动辅助电力目标值PGD，计算电池充放电电力目标值PGB。发电机12的驱动辅助电力目标值PGD相当于直接配电量的目标发电电力。首先，系统控制器20按照图16的框图如下计算发电机驱动辅助电力目标值PGD。 系统控制器20通过框231计算请求驱动电力PDO与可输出电力POUT之差PD0-P0UT，通过框232计算请求驱动电力PDO与可输入电力PIN之和PD0+PIN，将运算结果输入到切换器 233。除此以外，还对切换器233输入请求驱动电力PD0。然后，系统控制器20在请求驱动电力PDO为零以上的情况下、即在车辆1运行的情况下，将PDO-POUT设为发电机12的驱动电力目标值PGD0。另一方面，在请求驱动电力PDO小于零的情况下、即在再生状态下，选择 PD0+PIN，并将其设为发电机12的驱动辅助电力目标候选值PGD0。也就是说，发电机12的驱动辅助电力目标值PGDO形成为下式02)。PGDO = PDO-POUT (PDO ^ 0)P⑶0 = PD0+PIN(PD0 < 0) — (22)针对通过这样设定的发电机12的驱动辅助电力目标候选值P⑶0，系统控制器20 通过框234实施下述的静区处理，计算发电机12的驱动辅助电力目标候选值PGDl。POH = PGDO-PIN (PGD0 彡 PIN)PO)l = 0(PIN > P⑶0 > —PIN) ... (23)PO)l = PGD0+P0UT (PO)O 彡-POUT)系统控制器20将通过框235利用最大发电电力PGmax和最小发电电力PGmin对发电机12的驱动辅助电力目标候选值PGDl实施上下限限制处理得到的值设为发电机12 的驱动辅助电力目标值P⑶。到目前为止的运算对应图12的发电机12的驱动辅助电力目标指令值运算214。接着，系统控制器20利用在步骤S202中计算出的发电电力指令值PG*和发电机 12的驱动辅助电力目标值PGD，按照图17的框图计算出电池充放电电力目标值PGB。通过
14从实际发电电力中减去该电池充放电电力目标值PGB来求出实际发电电力中提供给驱动马达15的电力。系统控制器20首先通过框241如下式Q4)那样计算发电电力指令值PG*和发电机12的驱动辅助电力目标值PGD的差，将其设为电池使用电力目标候选值PGB0。PGBO = PG*-PGD — (24)系统控制器20通过框242和243对电池使用电力目标候选值PGBO如下式Q6) 那样实施发动机响应延迟滤波Ge(S)和减振滤波Gm (s)/Gp (s)，来将实施滤波后的值设为电池充放电电力目标值PGB。通过对电池使用电力目标候选值PGBO实施发动机响应延迟滤波Ge(S)，在从实际发电电力中减去电池使用电力目标值PGB时，能够与实际发电电力的相位相一致，因此能够正确地求出实际发电电力中提供给驱动马达15的电力。并且，由于实施减振滤波，因此通过从同样实施了减振滤波的实际发电电力中减去电池使用电力目标值 PGB，能够计算出实施了减振滤波的状态的提供给驱动马达的电力量。因而，在将电池充放电电力目标值PGB提供给驱动马达15的情况下，能够将对电池17的充放电电力收敛在电池17的可输入输出电力以内，并且能够得到针对车辆驱动系统的扭转振动的减振效果。在此，发动机响应延迟滤波Ge (S)例如设为用下式0 所示的传递函数表示那样的一次延迟滤波，Te设为通过实验获取到的发动机响应延迟时间常数。Ge(s) = l/(Te · s+1) ... (25)PGB = Ge(s) · {Gm (s)/Gp(s) }· PGBO — (26)根据上述发电机驱动辅助电力目标值PGD和发电电力指令值PG*计算电池充放电电力目标值PGB的运算对应图12的电池充放电电力目标值运算框215。返回图13，在步骤S206中，系统控制器20利用测量出的实际发电电力PG和在步骤S205中计算出的电池充放电电力目标值PGB，计算发电机驱动辅助电力指令值PGD*。此时，通过将例如由测量发电机逆变器13的直流电流的电流传感器得到的电流值与由测量直流电压的电压传感器得到的电压值相乘来求出实际发电电力PG。并且，系统控制器20按照图18所示的框图，如下式(XT)那样将发电机驱动辅助电力指令值PGDM乍为实际发电电力PG与电池充放电电力目标值PGB之差来计算出。该运算对应图12的框217。PGD* = PG-PGB — (27)通过该处理，能够计算出实际发电产生的电力中的用于驱动的电力、即直接配电的电力。并且，由于利用了在实施了减振滤波的发电控制下发电产生的电力和实施了减振滤波的电池充放电电力目标值，因此能够得到减振效果。在步骤S207中，系统控制器20按照请求驱动电力PD0、实际发电电力PG、电池可输入输出电力PIN、POUT等，计算驱动减振滤波实施电力指令值PDF*。该运算对应图12的驱动减振滤波实施电力指令值运算框216。关于驱动减振滤波实施电力指令值PDF*的运算框216的处理，参照图19的框图进行说明。首先，系统控制器20通过框252将可输出电力POUT与实际发电电力PG相加得到的值设为上限值Pd_max，通过框251将实际发电电力PG与可输入电力PIN相减得到的值设为下限值Pd_min，通过框253用这些值对请求驱动电力PDO实施上下限限制，将由此得到的
15值设为可驱动电力目标值PDl。并且，系统控制器20通过框254，用实际发电电力PDO中的用于电池17的充放电的电力与电池输入输出电力之和对可驱动电力目标值PDl进行上下限限制，来计算出驱动减振滤波实施电力指令值PDF*。在此，更详细地说明驱动减振滤波实施电力指令值运算框254的处理。系统控制器20通过框256，从通过框255从最大发电电力PGmax减去实际发电电力PG得到的值PGmax-PG、电池可输入电力PIN以及电池充放电电力目标值PGB中选择最小值 min (PGmax-PG.PIN.PGB)。然后，系统控制器20通过框257将电池可输出电力POUT与选择出的值相加，将得到的值min (PGmax-PG、PIN、PGB) +POUT通过框257设为上限值f^bjnax。另外，系统控制器20通过框259，从通过框258从最小发电电力PGmin减去实际发电电力PG得到的值PGmin-PG、将电池可输出电力POUT乘以-1得到的值以及将电池充放电电力目标值PGB乘以-1得到的值中选择最大值max (PGmin-PG、-POUT、-PGB)。 然后，系统控制器20通过框260从选择出的值减去电池可输入电力PIN，将得到的值 max (PGmin-PG、-POUT、-PGB) -PIN 设为下限值 Pb_min。系统控制器20将利用通过这样计算出的上下限值对可驱动电力目标值PDl实施上下限限制得到的值设为驱动减振滤波实施电力指令值PDF*。通过如上述那样计算出驱动减振滤波实施电力指令值PDF*，例如在利用发电电力对电池17充电的过程中输入了驱动请求的情况下，除了电池可输出电力以外，用于充电的发电电力也能够提供给驱动马达15。由此，能够将更多的电力提供给驱动马达15，能够将电池17的充放电确保在可输入输出电力以内，并且能够提高加速性能和减振性能。此外，在上述的上下限值的运算中，利用实际发电电力PG计算出了 PGmax-PG、 PGmin-PG，但是也可以利用例如在式Q7)中计算出的发电机驱动辅助电力指令值PGD*来代替实际发电电力PG。根据以上说明的步骤S207的处理，例如在通过发电机12的发电对电池17充电的过程中输入了驱动请求的情况下，除了从电池17输出的电力以外，还能够利用通过发电产生的电力。即，在通过发电机12的发电对电池17充电的过程中输入了驱动请求的情况下， 一般来说提供给驱动马达15的电力限制为电池17的可输出电力。但是，根据步骤S207的处理，能够将用于电池17充电的发电电力与电池可输出电力相加得到的电力提供给驱动马达15。因而，能够将电池17的充放电收敛在可输入输出电力以内，并且能够提高加速性能和减振性能。返回图13，在步骤S208中，系统控制器20计算驱动马达转矩指令值TD*，该驱动马达转矩指令值TD*用于将发电机12发电产生的电力由驱动马达15消耗以使其收敛在电池 17的可输入输出电力以内。该运算对应图12的驱动马达转矩指令值运算框219的处理。由系统控制器20根据驱动减振滤波实施电力指令值PDF*以及发电机驱动辅助电力指令值PGD*等，按照图20的框图如下那样计算出驱动马达转矩指令值TD*。首先，系统控制器20通过框261对在步骤S207中计算出的驱动减振滤波实施电力指令值PDF*实施减振滤波。此时，减振滤波需要设定成不超过在步骤S207的运算过程中限制的上下限限制值并且不会形成超前补偿。因此，系统控制器20将用式(19)表示的理想模型Gm(S)的参数 rfl、aref2、iiref3的设定相对于用式(16)表示的传递特性模型Gp (s)设定成不会形成超前补偿。也就是说，如下式08)、09)那样进行设定。arefl/aref3 ^ B1 ‘ /a3' - (28)aref2/(2 · (arefl · aref3)1/2)彡 1 ... (29)式08)的意思是，由于~efl/aref3表示理想模型Gm(S)的固有角速度的平方，因此设定成比传递特性模型Gp(S)的扭转谐振角速度ωη((&1' /a3' 大。另外，式09) 的意思是表示理想模型Gm(s)的衰减系数，设定成衰减系数为1以上，并设定成为非振动特性。系统控制器20通过框262计算如上述那样对驱动减振滤波实施电力指令值PDF* 实施减振滤波得到的值与在步骤S206中计算出的发电机驱动辅助电力指令值PGD*之和， 将该和设为驱动电力指令值PD*。系统控制器20通过框沈3，根据驱动马达转速、电池电压 (或者驱动逆变器电压)以及驱动电力指令值PD*来检索驱动马达损失曲线图，由此计算出驱动马达15的驱动损失。然后，系统控制器20通过框264从驱动电力指令值PD*减去驱动损失，通过框265将相减后的值除以驱动马达转速得到的值最终设为指示给驱动马达15 的驱动马达转矩指令值TD*。接着，关于本实施方式的作用效果，参照图21A-21D、图22A-22D的时序图进行说明。图21A-21D作为比较例，表示以发电产生的电力和来自电池17的输出电力为基础全部在驱动马达15中实施了减振滤波时的情形。图22A-22D表示应用了本实施方式的控制时的情形。在此，以如下情况为例进行说明在将电池可输入输出电力限制为规定的值时，在时刻零秒以规定的请求发电电力PG0( > PIN)开始发电，在时刻1秒使请求驱动电力PGO 逐步改变而加速到规定值。从时刻零秒到1秒，比较例和本实施方式都进行发电并收敛在可输入电力PIN的范围内，并在可输入电力以内对电池17进行充电。对于时刻1秒以后，在比较例中，随着在时刻1秒的加速开始，通过减振滤波的减振效果不产生扭转振动，从而车辆1如图21A所示那样平滑地进行了加速，但是对电池17 的输入电力如图21D所示那样超过可输入电力而对电池17进行了过充电。与此相对地，根据本实施方式的控制，不产生扭转振动，进行了平滑的加速，并且能够如图22D所示那样将对电池17的输入输出电力可靠地抑制在可输入输出电力以内。并且，还能够在可输入输出电力范围内有效地灵活利用电池17的电力。如以上所说明的那样，根据本实施方式的控制，即使电力供给源是驱动马达15和电池17，也能够与第一至第三实施方式同样地抑制驱动系统的扭转振动，并且使发电电力与驱动电力相一致。以上说明了本发明的实施方式，但是上述实施方式只不过示出了本发明的应用例，并不旨在将本发明的技术范围限定为上述实施方式的具体结构。例如，针对禁止或限制了向电池17输入输出电力的情况进行了说明，但是这些始终只是一例，即使在电池17的SOC是100%且未对电池17施加输入输出限制的情况下，也能够使发电电力和来自电池17的供给电力与驱动马达15的消耗电力相等。另外，本发明也能够应用于能够对串联方式和并联方式进行切换的串并联式混合动力车辆。只要在该车辆在串联方式下进行运转时进行上述实施方式的控制，就能够起到同样的作用效果。此外，本发明并不限定于上述实施方式，在权利要求书所记载的技术思想的范围内能够进行各种变更，这是不言而喻的。例如，当对第一实施方式所说明的图5的发电机控制器22的运算进行整理时，形成图23所示那样的、即根据实施了减振滤波f的目标发电机转矩计算目标发电电力，基于此控制发电机12。然后，根据发电机的输出，设定目标驱动转矩，基于此控制发电机逆变器 13。对此，也可以如图M所示那样根据实施了减振滤波f的目标发电机转矩计算目标驱动转矩，根据该目标驱动转矩计算目标发电电力。除此之外，也可以根据实施了减振滤波 f的目标发电机转矩分别计算目标驱动转矩和目标发电电力。此外，上述说明所使用的图所示的各框作为虚拟的单元示出了系统控制器20的功能，不意味着在物理上存在。本发明不限定于上述的实施方式，显然在其技术思想的范围内能够进行各种变更。关于以上的说明，将2009年5月22日申请的日本专利申请2009-口似90的内容以及2010年2月10日申请的日本专利申请2010-27964的内容以引用的方式放入到本说
明书中。本发明主张实施例所包含的独特的性质和优点。
18
权利要求
1.一种电动车辆(1)的控制装置，该电动车辆(1)具有驱动马达(15)，其产生传递到驱动轮(18)的驱动转矩；以及电力供给源(12、17)，其至少具有发电机(1 ，向上述驱动马达(1 提供电力，该电动车辆(1)的控制装置具备可编程控制器(20)，该可编程控制器 (20)被编程为根据车辆(1)的行驶状态计算需要驱动转矩，根据上述需要驱动转矩，计算上述电力供给源(12、17)提供给上述驱动马达(1 的供给电力，控制上述驱动马达(1 使其输出已进行减振处理的驱动转矩，该减振处理是从上述需要驱动转矩中减少等同于车辆(1)的驱动系统的扭转振动的频率成分，控制上述电力供给源(12、17)使其向上述驱动马达(1 提供已进行减振处理的电力， 该减振处理是从上述供给电力中减少等同于车辆(1)的驱动系统的扭转振动的频率成分。
2.根据权利要求1所述的电动车辆(1)的控制装置，其特征在于，上述可编程控制器00)还被编程为根据已通过从上述供给电力中减少了等同于车辆(1)的驱动系统的扭转振动的频率成分的减振处理所得到的电力，计算指示给上述驱动马达(1 的驱动转矩，根据该驱动转矩控制上述驱动马达(15)。
3.根据权利要求1所述的电动车辆(1)的控制装置，其特征在于，上述可编程控制器00)还被编程为根据已通过从上述需要驱动转矩中减少了等同于车辆(1)的驱动系统的扭转振动的频率成分的减振处理所得到的驱动转矩，来计算提供给上述驱动马达(15)的电力，根据该电力控制上述电力供给源(12、17)。
4.根据权利要求1所述的电动车辆(1)的控制装置，其特征在于，上述可编程控制器00)还被编程为针对上述需要驱动转矩实施将等同于车辆(1)的驱动系统的扭转振动的频率成分减少的上述减振处理，根据已通过该减振处理所得到的驱动转矩来控制上述驱动马达(15)，对上述供给电力实施将等同于车辆(1)的驱动系统的扭转振动的频率成分减少的上述减振处理，根据已通过该减振处理所得到的驱动转矩来控制上述电力供给源(12、17)。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电动车辆(1)的控制装置，其特征在于，作为上述电力供给源，除了上述发电机(12)以外，还具备蓄电池(17)，上述可编程控制器OO)还被编程为在上述供给电力超过能够从上述蓄电池(17)提供给上述驱动马达(1 的电力的情况下，将上述蓄电池(17)可充电的电力加上上述供给电力得到的电力设为发电电力指令值，根据对该发电电力指令值实施了上述减振处理得到的值，来控制上述发电机(12)，并且，从上述减振处理后的上述发电电力指令值中减去提供给上述驱动马达(15)的发电电力的目标值来计算出上述蓄电池(17)的充放电电力目标值，且对该充放电电力目标值实施上述减振处理，计算从实际的发电电力中减去上述减振处理后的上述充放电电力目标值得到的发电机驱动辅助电力指令值，根据实际的发电电力以及上述蓄电池的可输出电力和可输入电力，对上述供给电力实施上下限限制，并根据上述充放电电力目标值以及上述蓄电池的可输出电力和可输入电力对该上下限限制后的值进行了上下限限制，并将由此得到的值设为驱动减振滤波实施电力指令值。
6.根据权利要求5所述的电动车辆(1)的控制装置，其特征在于，上述可编程控制器00)还被编程为将对上述驱动减振滤波实施电力指令值实施上述减振处理得到的值与上述发电机驱动辅助电力指令值之和设为驱动电力指令值，根据该驱动电力指令值、上述驱动马达(1 的转速以及上述蓄电池的电压，来计算上述驱动马达(15)的驱动损失，将从上述驱动电力指令值中减去上述驱动损失后的值除以上述驱动马达(1 的转速得到的值设为驱动马达转矩指令值。
7.根据权利要求5或6所述的电动车辆(1)的控制装置，其特征在于，上述可编程控制器00)还被编程为对从上述减振处理后的上述发电电力指令值中减去提供给上述驱动马达(1 的发电电力的目标值得到的值实施发动机响应延迟滤波和上述减振滤波，并将由此得到的值设为上述电池充放电电力目标值。
8.根据权利要求5至7中的任一项所述的电动车辆(1)的控制装置，其特征在于， 上述可编程控制器OO)还被编程为对上述供给电力实施将上述实际的发电电力与上述蓄电池(17)可输出的电力相加得到的值设为上限值、将从上述实际的发电电力中减去可对上述蓄电池(17)充电的电力得到的值设为下限值的限制，并对该限制后的值实施将上述实际的发电电力中的用于上述蓄电池(17)充电的电力与上述蓄电池的可输出电力之和设为上限值、将上述实际的发电电力中的用于上述蓄电池(17)放电的电力与上述蓄电池(17)的可输入电力之差设为下限值的限制，并将由此得到的值设为驱动减振滤波实施电力指令值。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的电动车辆(1)的控制装置，其特征在于， 上述可编程控制器OO)利用踏板开度传感器和驱动马达转速传感器检测上述行驶状态。
10.根据权利要求5至8中的任一项所述的电动车辆(1)的控制装置，其特征在于， 上述可编程控制器OO)利用踏板开度传感器、驱动马达转速传感器以及检测上述蓄电池的电压的传感器来检测上述行驶状态。
11.一种电动车辆(1)的控制装置，该电动车辆(1)具有驱动马达(15)，其产生传递到驱动轮(18)的驱动转矩；以及电力供给源(12、17)，其至少具有发电机(12)，向驱动马达 (15)提供电力，该电动车辆(1)的控制装置具备需要驱动转矩计算单元(20)，其根据车辆(1)的行驶状态，计算需要驱动转矩； 供给电力计算单元(20)，其根据由上述需要驱动转矩计算单元OO)计算出的需要驱动转矩，计算上述电力供给源(12、17)提供给上述驱动马达(1 的供给电力；驱动转矩指令单元(20)，其控制上述驱动马达(1 使其输出已进行减振处理的驱动转矩，该减振处理是从上述需要驱动转矩中减少等同于车辆(1)的驱动系统的扭转振动的频率成分；以及供给电力指令单元(20)，其控制上述电力供给源(12、17)以将已进行减振处理的电力提供给上述驱动马达(15)，该减振处理是从上述供给电力中减少等同于车辆(1)的驱动系统的扭转振动的频率成分。
12.—种电动车辆(1)的控制方法，该电动车辆(1)具有驱动马达(15)，其产生传递到驱动轮(18)的驱动转矩；以及电力供给源(12、17)，其至少具有发电机(12)，向驱动马达 (15)提供电力，该电动车辆(1)的控制方法包括以下步骤 根据车辆(1)的行驶状态，计算需要驱动转矩；根据上述需要驱动转矩，计算上述电力供给源(12、17)提供给上述驱动马达(1 的供给电力；控制上述驱动马达(1 使其输出已进行减振处理的驱动转矩，该减振处理是从上述需要驱动转矩中减少等同于车辆(1)的驱动系统的扭转振动的频率成分；以及控制上述电力供给源(12、17)以将已进行减振处理的电力提供给上述驱动马达(15)， 该减振处理是从上述供给电力中减少等同于车辆(1)的驱动系统的扭转振动的频率成分。
全文摘要
提供一种电动车辆的控制装置及控制方法。具备驱动马达，其产生传递到驱动轮的驱动转矩；电力供给源，其至少具有发电机，向驱动马达提供电力；以及可编程控制器。该可编程控制器被编程为根据车辆行驶状态，计算需要驱动转矩，根据该需要驱动转矩，计算电力供给源提供给驱动马达的供给电力，控制驱动马达使其输出从需要驱动转矩中减少了等同于驱动系统的扭转振动的频率成分后的驱动转矩，控制电力供给源使其将从供给电力中减少了等同于驱动系统的扭转振动的频率成分后的电力提供给驱动马达。
文档编号B60W10/04GK102438870SQ201080022529
公开日2012年5月2日 申请日期2010年4月9日 优先权日2009年5月22日
发明者胜又雄史, 藤原健吾 申请人:日产自动车株式会社