电动车辆的驱动力控制装置的制作方法

本发明涉及一种电动车辆的驱动力控制装置。

背景技术：

在电动车辆的驱动力控制装置中，为了抑制由于驱动系统的扭转而发生的振动(扭转振动)，对根据驾驶者的要求驱动力(目标驱动力)设定的电动机转矩指令值进行校正(在本申请中，将“驱动力”这一用语用作与“驱动轴转矩”同义)。例如，使用假定为驱动系统是不发生扭转的刚体的理想的车辆模型，来计算对车辆模型提供电动机转矩指令值的情况下的车速作为目标车速。然后，求出目标车速与实际车速之间的偏差，计算使该偏差变小那样的校正值。通过将该校正值与电动机转矩指令值相加，来作为最终的电动机转矩指令值。

在理想的车辆模型中，空气阻力等行驶阻力转矩、由制动操作产生的制动转矩之类的干扰转矩没有被输入，从而没有将干扰转矩反映到根据车辆模型输出的目标车速、基于该目标车速运算出的校正值中。其结果，存在如下问题：虽然能够利用校正值抑制扭转振动，但是在行驶阻力产生时、制动时产生多余的驱动力使得还抵消行驶阻力转矩、由制动操作产生的制动转矩，从而驾驶者的要求驱动力与实际驱动力发生偏离。

在专利文献1中，作为用于抑制这种由干扰转矩引起的驱动力的增大的方法，提出了以下方法：外部输入估计部估计干扰转矩，在运算目标车速、目标电动机速度时，预先从电动机要求转矩减去干扰转矩，来运算将干扰转矩考虑在内的目标转速。

专利文献1：日本特开2012-80655号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

然而，在专利文献1中，由输入转矩估计器进行的用于估计干扰转矩的运算复杂。并且，输入转矩估计器是设备的逆系统，因此准确地求出用于估计输入转矩的设备的传递函数的参数较为困难。

另外，目标车速与实际车速之间的偏差并不完全为零，因此实际驱动力相对于目标驱动力产生过冲(over short)。

本发明的课题在于，提供一种能够抑制驱动系统中发生的扭转振动、并且能够以简单的结构来降低实际驱动力相对于目标驱动力的过冲的电动车辆的驱动力控制装置。

用于解决问题的方案

本发明是对车辆驱动系统中的电动机的驱动力进行控制的电动车辆的驱动力控制装置，特征在于，具备：目标驱动力设定部，其基于驾驶者的要求驱动力来设定目标驱动力；前馈补偿器，其由第一传递函数和控制系统的逆系统构成，其中，所述第一传递函数用于使实际驱动力相对于所述目标驱动力成为不过冲的理想响应，所述控制系统的逆系统是以第二传递函数来近似对所述目标驱动力进行动态校正的控制系统的响应后取第二传递函数的倒数而得到的；目标速度运算部，其针对设为在所述车辆驱动系统中没有间隙且为完全的刚体的理想车辆模型，被输入由所述前馈补偿器进行了校正的目标驱动力，来运算理想车辆模型的所述电动机的目标转速；校正量运算部，其基于所述目标转速和所述电动机的实际转速，来运算使所述目标转速与所述实际转速之间的偏差变小的校正量；以及指令值运算部，其通过将目标驱动力与所述校正量相加，来运算电动机转矩指令值。

附图说明

图1是表示电动车辆的驱动力控制装置的结构的一例的框图。

图2是表示本发明的第一实施方式所涉及的电动车辆的驱动力控制装置的结构的一例的框图。

图3是对本发明的第一实施方式的控制调谐(tuning)方法进行说明的曲线图。

图4的(a)是表示在本发明的第一实施方式中使用二阶延迟要素的第一传递函数G1和第二传递函数G2的情况下的目标驱动力、实际驱动力、电动机转矩的模拟结果的曲线图。图4的(b)是作为比较例而表示使用低通滤波器的情况下的目标驱动力、实际驱动力、电动机转矩的模拟结果的曲线图。

图5的(a)是表示不存在FF补偿器的情况下的目标驱动力、实际驱动力的变化的曲线图。图5的(b)是表示图5的(a)所示的目标驱动力、实际驱动力的上升时的详细的变化的曲线图。

图6的(a)是表示存在第一实施方式的FF补偿器的情况下的目标驱动力、实际驱动力的变化的曲线图。图6的(b)是表示图6的(a)所示的目标驱动力、实际驱动力的上升时的详细的变化的曲线图。

图7的(a)是表示将第一实施方式的理想响应的固有频率从50rad/s变更为100rad/s的情况下的驱动轴转矩的变化的曲线图。图7的(b)是表示将第一实施方式的理想响应的固有频率从50rad/s变更为100rad/s的情况下的电动机转矩×减速比的变化的曲线图。

图8是表示本发明的第二实施方式所涉及的电动车辆的驱动力控制装置的结构的一例的框图。

图9的(a)是用于对本发明的第二实施方式所涉及的电动车辆的驱动力控制装置的固有频率设定部的动作进行说明的各部的时序图。图9的(b)是表示用于根据驱动力要求值的微分值的平均值求出第一传递函数G1的固有频率的变换表的图。

图10的(a)是表示将第一实施方式的第一传递函数G1和第二传递函数G2各自的固有频率设定为50rad/s的情况下的驱动轴转矩的变化的曲线图。图10的(b)是表示将第二实施方式的第一传递函数G1和第二传递函数G2各自的固有频率设定为200rad/s的情况下的驱动轴转矩的变化的曲线图。

具体实施方式

实施方式的电动车辆的驱动力控制装置解决了针对由本申请人提出申请、在本申请的申请时并非公知的电动车辆的驱动力控制装置(日本特愿2013-249081、平成25年12月2日完成申请)的课题。

首先，参照图1来说明本申请人已经提出申请的电动车辆的驱动力控制装置。电动车辆的驱动力控制装置能够搭载于电动汽车(EV)等电动车辆，具备目标驱动力设定部11、除法部12、目标速度运算部15、校正量运算部20以及指令值运算部19。作为控制对象的设备30与指令值运算部19连接。

设备30是电动车辆的驱动系统，具有未图示的电动机、以及经由输出轴和驱动轴而与电动机连结的未图示的车轮。根据由指令值运算部19运算出的电动机转矩指令值T_M来对电动机的旋转进行控制。在电动车辆的驱动系统中，在使电动机旋转时，由于驱动轴的扭转而发生振动(扭转振动)。为了抑制该扭转振动，在指令值运算部19运算电动机转矩指令值时进行校正。

目标驱动力设定部11基于与驾驶者的加速踏板操作对应的要求驱动力Tr来设定目标驱动力T_D^*[Nm]。除法部12将由目标驱动力设定部11设定的目标驱动力T_D^*除以减速机(省略图示)的减速比N。除法计算后的目标驱动力是校正前的电动机转矩指令值(第一电动机转矩指令值)，被输入到指令值运算部19。

目标速度运算部15对由目标驱动力设定部11设定的目标驱动力T_D^*进行积分，来运算理想车辆模型的电动机的转速作为目标转速。理想车辆模型是假定为在车辆驱动系统中没有间隙、且为完全的刚体的模型。例如能够通过以下的数式1来表示理想车辆模型的传递特性(传递函数)Gm(s)。

[式1]

$Gm\left(s\right)-\frac{1}{J_{T}Ns}$

在此，J_T[Nms²]是电动机轴转换综合惯性(惯性矩)，N(无量纲量)是减速比，s是拉普拉斯变换中的拉普拉斯变量。

校正量运算部20基于由目标速度运算部15运算出的目标转速和设备30内的电动机的实际转速ω_M[rad/s](实际的转速)，来运算针对第一电动机转矩指令值的校正量。例如能够通过安装于设备30内的电动机的输出轴的转速检测部13来检测实际转速ω_M。

由校正量运算部20运算出的校正量用于抑制驱动系统中发生的扭转振动。以使目标转速与实际转速ω_M之间的偏差为0或者变小、且去除干扰转矩成分的方式运算校正量。干扰转矩成分是指空气阻力等行驶阻力转矩成分、以及由制动操作产生的制动转矩成分。

校正量运算部20具有偏差运算部16、乘法部17以及干扰去除部18。偏差运算部16从由目标速度运算部15运算出的目标转速减去由转速检测部13检测出的实际转速ω_M，由此运算出目标转速与实际转速之间的偏差。

乘法部17将由偏差运算部16运算出的偏差乘以比例增益K(例如K＝2)，由此运算用于抑制驱动系统中发生的扭转振动的校正量(第一校正量)。第一校正量用于使目标转速与实际转速ω_M之间的偏差为0或者变小。

干扰去除部18对由乘法部17运算出的第一校正量进行动态校正处理(滤波处理)，来去除干扰转矩成分。干扰去除部18利用高通滤波器(HPF)使第一校正量的高频侧通过并阻断第一校正量的低频侧，通过去除第一校正量中含有的干扰转矩成分来运算最终的校正量(第二校正量)。

高通滤波器能够使用如通过以下的数式2和数式3来表示的那样的传递函数Gh1(s)、Gh2(s)。

[式2]

$Gh1\left(s\right)=\frac{s}{s+{\mathrm{\ω}}_{HPF}}$

[式3]

$Gh2\left(s\right)=\frac{s^2}{{(s+{\mathrm{\ω}}_{HPF})}^2}$

在数式2和数式3中，s是拉普拉斯变换中的拉普拉斯变量，ω_HPF[rad/s]是截止频率。使截止频率ω_HPF越大，能够去除越宽的频带的干扰转矩成分，但是存在扭转振动的抑制效果(振动抑制性能)反而下降这样的折衷关系。因此，优选的是，设定干扰转矩成分的去除与振动抑制性能同时满足那样的值。

通过将高通滤波器的截止频率ω_HPF例如设为0.3Hz，能够使扭转振动的频率(例如10Hz附近)通过，并且阻断频率相对地比扭转振动的频率小的干扰转矩成分。对于通过了高通滤波器的扭转振动成分，运算用于抵消该扭转振动成分的校正量。干扰转矩成分被高通滤波器阻断，因此不进行抵消干扰转矩成分的部分的校正。

指令值运算部19将由除法部12运算出的第一电动机转矩指令值与由干扰去除部18去除了干扰转矩成分的校正量相加，由此运算对车辆进行驱动的电动机的最终的电动机转矩指令值T_M(第二电动机转矩指令值)[Nm]。电动机转矩指令值T_M被输入到设备30，以与电动机转矩指令值T_M一致或追随电动机转矩指令值T_M的方式产生电动机转矩来使电动机旋转。另外，由驾驶者的制动操作产生的由制动操作产生的制动力F_B[N]也被输入到设备30。

这样，使用理想车辆模型来运算目标转速，以使目标转速与实际转速之间的偏差为0或者变小的方式运算校正量，由此能够抑制驱动系统中发生的扭转振动。

但是，由于从转速检测部13向偏差运算部16反馈的反馈系统的响应延迟，驱动轴转矩会产生过冲。因此，虽然也能够使用低通滤波器来降低驱动轴转矩的过冲，但是存在驱动轴转矩的上升变迟这样的问题。

因此，在第一实施方式中，降低了驱动轴转矩的过冲并使驱动轴转矩的上升提前。

[第一实施方式]

接着，参照附图来说明本发明的实施方式。在以下的附图的记载中，对相同或类似的部分标注相同或类似的标记。

在图2中示出本发明的第一实施方式所涉及的电动车辆的驱动力控制装置的结构的一例。使用图3来说明本发明的第一实施方式的FF补偿部的设定方法。

第一实施方式的特征在于，对图1所示的结构设置前馈补偿器(以下为FF补偿器14)。FF补偿器14由理想响应部14a和控制系统逆系统部14b构成。

理想响应部14a设定第一传递函数G1，该第一传递函数G1用于使实际驱动力相对于由目标驱动力设定部11设定的目标驱动力成为不过冲的理想响应。在图3中，以细线示出理想响应。

如以下那样设定控制系统逆系统部14b。首先，在删除了FF补偿器14的控制系统中，求出针对目标驱动力的阶梯式输入的、实际驱动力的响应。在图3中，以虚线示出阶梯式输入的目标驱动力，以实线示出实际驱动力。

然后，以使从目标驱动力到实际驱动力的传递函数与响应波形相拟合(fit)的方式调整并求出从目标驱动力到实际驱动力的传递函数，将通过该调节而得到的拟合波形作为第二传递函数G2。在图3中，以点划线示出拟合波形。即，以第二传递函数G2来近似对目标驱动力进行动态校正的控制系统的响应。

最后，求出第二传递函数G2的倒数1/G2，将该倒数1/G2设为控制系统逆系统部14b。即，控制系统逆系统部14b被设定为对目标驱动力进行动态校正的控制系统的逆系统。

根据这种结构，来自目标驱动力设定部11的目标驱动力通过具有G1/G2作为传递函数的FF补偿器14、第二传递函数G2的控制系统后，作为响应而输出实际驱动力。即，通过设置具有G1/G2作为传递函数的FF补偿器14，能够使目标驱动力与实际驱动力之间的关系成为作为理想响应特性的第一传递函数G1。

另外，关于控制系统的响应，优选的是以二阶延迟要素来近似传递函数。这是由于当增加阶数时虽然近似精度变好，但是FF补偿器14的运算负荷增加。在以二阶延迟要素来近似的情况下，作为图3中的实线与点划线之间的差，在0.15秒～0.25秒后出现误差。

将二阶延迟要素用作第一传递函数G1及第二传递函数G2。能够通过以下的数式4来表示该二阶延迟要素。

[式4]

$Gh3\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\ω}}_n^2}{s^2+2{\mathrm{\ζ\ω}}_{n}s+{\mathrm{\ω}}_n^2}$

在此，ω_n[rad/s]是固有频率，ζ是衰减比(无量纲量)，s是拉普拉斯变换中的拉普拉斯变量。

在第一实施方式中，通过拟合而得到的具有二阶延迟要素的第二传递函数G2将固有频率ω_n设为50rad/s，将衰减比ζ设为0.4。设作为理想响应的第一传递函数G1的固有频率ω_n与第二传递函数G2的固有频率ω_n同样为50rad/s。

第一传递函数G1的衰减比ζ比第二传递函数G2的衰减比ζ大，例如设为0.8。由此，能够降低实际驱动力相对于目标驱动力的过冲。衰减比ζ越大，能够使过冲越少，但是针对目标驱动力的实际驱动力的响应会变迟。因此，以使过冲在容许范围内的方式设定衰减比ζ。

在图4的(a)中，示出了在本发明的第一实施方式中使用二阶延迟要素的第一传递函数G1和第二传递函数G2的情况下的目标驱动力、实际驱动力、电动机转矩的模拟结果。在图4的(b)中，作为比较例而示出了使用低通滤波器的情况下(将FF补偿器变更为低通滤波器的情况下)的目标驱动力、实际驱动力、电动机转矩的模拟结果。在图4的(a)、图4的(b)中，虚线表示目标驱动力，实线表示实际驱动力，点划线表示将电动机转矩与减速比N相乘而得到的值。

在通过低通滤波器的情况下，电动机转矩的行为有很大不同(图4的(b))。因此，实际驱动力的上升定时变迟。

与此相对地，在图4的(a)所示的第一实施方式中，能够加快驱动轴转矩的上升。由此，能够加快针对加速踏板操作的加速响应。

即，即使在如车辆驱动系统中的电动机那样地、电动机的负荷变动大、针对驾驶者的要求驱动力而要求有高的响应的环境下，也能够加快针对加速踏板操作的加速响应。

在图5的(a)中示出不存在FF补偿器的情况下的目标驱动力、实际驱动力的变化。在图5的(b)中示出图5的(a)所示的目标驱动力、实际驱动力的上升时的详细的变化。在不存在FF补偿器14的情况下，如图5的(a)、图5的(b)所示，可知驱动轴转矩的上升的过冲大。

在图6的(a)中示出存在第一实施方式的FF补偿器的情况下的目标驱动力、实际驱动力的变化。在图6的(b)中示出图6(a)所示的目标驱动力、实际驱动力的上升时的详细的变化。在设置有FF补偿器14的情况下，如图6的(a)、图6的(b)所示，可知驱动轴转矩的上升的过冲减少了。

另外，在第一实施方式中，将第一传递函数G1与第二传递函数G2各自的固有频率设定为相同的固有频率，因此能够使为了抑制振动而要求的电动机转矩不成为无法实现那样的过大的值。

在图7的(a)中示出将第一实施方式的理想响应的固有频率从50rad/s变更为100rad/s的情况下的驱动轴转矩的变化。在图7的(b)中示出将第一实施方式的理想响应的固有频率从50rad/s变更为100rad/s的情况下的电动机转矩×减速比的变化。

当将固有频率设为100rad/s时，驱动力响应提前。但是，电动机转矩的要求过渡性地成为非常大的值。现实地说，这样的大的转矩无法实现的情况多。当设为50rad/s的2倍的100rad/s时，与50rad/s的情况相比，在100rad/s的情况下过渡性地要求平方倍、即4倍的电动机转矩(图7的(b))。

如果抑制加速踏板的踏下，则目标驱动力变小，即使在100rad/s下也能够实现所要求的电动机转矩，但这会造成时而被加速踏板的踏下量限制，时而不被加速踏板的踏下量限制。由于驱动力响应的速度发生变化，因此从驾驶时驾驶者所感觉到的驾驶操作性的观点来看并不是优选的。

根据第一实施方式，电动机转矩难以被限制，基于加速踏板的踏下量的驱动力响应速度的变化被抑制。

[第二实施方式]

在第一实施方式中，将第一传递函数G1的固有频率和第二传递函数G2的固有频率设定为相同的值，即使在假定了目标驱动力阶梯式地变化的情况的情况下，电动机转矩也不会变得过大。

然而，如果考虑到根据加速踏板开度设定目标驱动力，则无需连瞬间性地变化的情况都假定，超过所需地过分地估计安全，从而响应变迟了超过所需的量。

因此，第二实施方式的特征在于，根据目标驱动力的变化速度(驾驶者的加速要求值)来使响应更快，由此减少针对操作的响应延迟。

图8是表示本发明的第二实施方式所涉及的电动车辆的驱动力控制装置的结构的一例的框图。相对于第一实施方式的结构，第二实施方式的特征在于，还具备固有频率设定部21，该固有频率设定部21连接于目标驱动力设定部11与理想响应部14a之间，对目标驱动力进行微分，将目标驱动力的微分值作为驾驶者所要求的加速度的上升速度，驾驶者所要求的加速度的上升速度越小，则将第一传递函数G1的固有频率设定为越大的值。

下面参照图9的(a)、图9的(b)来说明固有频率设定部21的具体的处理。在图9的(a)中示出用于对本发明的第二实施方式所涉及的电动车辆的驱动力控制装置的固有频率设定部21的动作进行说明的各部的时序图。在图9的(b)中示出用于根据驱动力要求值的微分值的平均值求出第一传递函数的固有频率的变换表。

首先，在车速为0km/h时且目标驱动力为0Nm的情况下，固有频率设定部21对目标驱动力T_D^*进行微分，来计算目标驱动力T_D^*的微分值。在该时间点，目标驱动力T_D^*的微分值比加速开始识别用阈值Th1小。

之后，当踏下加速踏板来增加目标驱动力T_D^*时，在某一时刻t1，目标驱动力T_D^*的微分值成为超过加速开始识别用阈值Th1的值。为了检测该时刻t1，固有频率设定部21以采样用的时间间隔来随时计算目标驱动力T_D^*的微分值，进行每次计算出的目标驱动力T_D^*的微分值与加速开始识别用阈值Th1的比较。

在目标驱动力T_D^*的微分值超过了加速开始识别用阈值Th1的时刻t1，固有频率设定部21使未图示的计时器启动，使用计时器来测量从启动起的时间。

接着，固有频率设定部21在从计时器启动起经过了规定时间后的时刻t2、即计时器的计时值变为目标驱动力T_D^*的微分值的平均值计算期间设定用阈值Th2时，求出从时刻t1到时刻t2的平均值计算期间DA中的目标驱动力T_D^*的微分值的平均值P3。P1是时刻t1的目标驱动力T_D^*的微分值，P2是时刻t2的目标驱动力T_D^*的微分值。

求出平均值P3的方法能够考虑各种各样的方法。例如，可以通过取时刻t1的微分值P1与时刻t2的微分值P2的平均来求出平均值P3。或者，也可以通过将平均值计算期间DA中的目标驱动力T_D^*的増加量除以持续时间(t2-t1)来求出平均值P3。

此外，与固有频率设定部21计算目标驱动力T_D^*的微分值的采样用的时间间隔相比，平均值计算期间DA的持续时间(t2-t1)长。

接着，固有频率设定部21参照图9的(b)所示的固有频率变换表，来根据计算出的目标驱动力T_D^*的微分值的平均值P3设定第一传递函数G1的固有频率。然后，固有频率设定部21将FF补偿器14内的理想响应部14a的固有频率变更为所设定的固有频率。如图9的(a)所示，在时刻t2～时刻t3的期间，使第一传递函数G1的固有频率例如从50rad/s上升至100rad/s。

并且，固有频率设定部21在经过了规定时间而计时值成为加速结束认定用阈值Th3的时刻t3，将第一传递函数G1的固有频率恢复为原来的固有频率、例如50rad/s。

这样，根据第二实施方式，通过设置固有频率设定部21，与目标驱动力的变化速度相应地加快响应，由此能够减少针对操作的响应延迟。

即，即使在如车辆驱动系统中的电动机那样地、电动机的负荷变动大、针对驾驶者的要求驱动力而要求有高的响应的环境下，也能够减少针对操作的响应延迟，从而能够加快针对加速踏板操作的加速响应。

在图10的(a)中示出将第一实施方式的第一传递函数G1和第二传递函数G2各自的固有频率设定为50rad/s的情况下的驱动轴转矩的变化。在图10的(b)中示出将第二实施方式的第一传递函数G1和第二传递函数G2各自的固有频率设定为200rad/s的情况下的驱动轴转矩的变化。

在图10的(a)、图10的(b)中，虚线表示目标驱动力、实线表示实际驱动力、点划线表示将所要求的电动机转矩乘以减速比而得到的值。

在驱动轴转矩的上升处，在图10的(a)中以实线示出的实际驱动力相对于以虚线示出的目标驱动力约延迟0.05秒左右地上升。另一方面，可知，在图10的(b)中以实线示出的实际驱动力相对于以虚线示出的目标驱动力几乎不延迟地上升。即，可知在驱动轴转矩的上升处，由于使图10的(b)的固有频率比图10的(a)的固有频率大，因此针对目标驱动力的实际驱动力的初始的响应快。另外，在图10的(a)、图10的(b)中，所要求的电动机转矩的最大值为几乎相同的大小。

因此，在第二实施方式中，难以受到电动机转矩的饱和的影响的程度能够维持与第一实施方式同等的水平，并且能够使驱动力的响应比第一实施方式的情况快。

即，即使在如车辆驱动系统中的电动机那样地、电动机的负荷变动大、针对驾驶者的要求驱动力而要求有高的响应的环境下，也能够加快驱动力的响应。

以上说明了本发明的实施方式，但是所记载的各个功能能够由一个以上的处理电路来实现。处理电路包括由被编程的处理器、运算放大器、电容器、电阻等构成的电气电路等。并且，处理电路还包括如面向特定用途的集成电路(ASIC)那样的装置、被配置为执行所记载的功能的电路构成要素等。

另外，这些实施方式不过是为了易于本发明的理解而记载的单纯的例示，本发明并不限定于该实施方式。本发明的保护范围不限于上述实施方式中公开的具体的技术事项，也包括从该技术事项能够容易地推导出的各种变形、变更、替代技术等。

本申请主张了基于2014年4月2日申请的日本特愿第2014-075961的优先权，该申请的全部内容通过参照而被并入本说明书。

产业上的可利用性

根据本发明，能够提供一种能够抑制驱动系统中发生的扭转振动、并且能够以简单的结构降低实际驱动力相对于目标驱动力的过冲的电动车辆的驱动力控制装置。

附图标记说明

11：目标驱动力设定部；12：除法部；13：转速检测部；14：FF补偿器；14a：理想响应部；14b：控制系统逆系统部；15：目标速度运算部；16：偏差运算部；17：乘法部；18：干扰去除部；19：指令值运算部；20：校正量运算部；21：固有频率设定部；30：设备。