JP2014121138A

JP2014121138A - 電動機の駆動制御装置

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Publication number: JP2014121138A
Application number: JP2012273258A
Authority: JP
Inventors: Hirohito Ide; 博仁井手
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2014-06-30
Anticipated expiration: 2032-12-14
Also published as: JP5879251B2; US20140172209A1; US9604623B2

Abstract

【課題】グリップ力低下後の安定的な回復と共に、制振制御のために消費される電力の増大を抑制可能な電動機の駆動制御装置を提供すること。
【解決手段】駆動源として車両が備える電動機の駆動制御装置は、車両の駆動輪におけるスリップの発生を判定するスリップ発生判定部と、電動機又は駆動輪と機械的に接続された駆動軸に発生する回転数の変動成分を抑制するための仮制振トルクを算出する仮制振トルク算出部と、スリップ発生判定部がスリップ発生と判定して所定時間の間は、電動機又は駆動軸の回転数の絶対値が増大する方向での制振トルクの制限値を設定する制振トルクリミット値設定部と、仮制振トルクを制振トルクリミット値設定部が設定した制限値によって制限した制振トルクを設定する制振トルク設定部と、電動機に要求されたトルクに制振トルク設定部が設定した制振トルクを合成したトルクの指令値に応じて、電動機の駆動を制御する制御部とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動源として車両が備える電動機の駆動制御装置に関する。

特許文献１には、エンジン又は駆動軸のトルク変動を低減する装置が開示されている。エンジンの出力軸等に接続されたモータジェネレータの運転状態を指示する運転指示信号と、モータジェネレータを用いてエンジン等のトルク変動を低減するための制振制御信号とを合成した駆動指令信号が、モータジェネレータの出力範囲外の値である条件下であっても、当該装置は、駆動指令信号に制限をかけ、当該制限により発生する駆動回生量のずれに対して駆動指令信号を調整する。当該調整処理によって、運転指示値に対する駆動回生量のずれが回避され、トルク変動の低減制御の効果の減少が小さくなる。

特許第３６４２２５４号公報

特許文献１の装置は、エンジンの出力及びモータジェネレータの出力が駆動軸及び駆動輪に伝達されるハイブリッドシステムに用いられる。当該システムにおいて、モータジェネレータは、発電機能を備えた駆動源としてだけでなく、エンジンのトルク変動を低減させる制振制御のためにも用いられる。この制振制御は、エンジンのトルク変動時以外にも有用な制御である。例えば、ホイルスピン等でグリップ力が低下したときに行われる制振制御は非常に有効である。

電動機を駆動源とした車両が低μ路を走行しているとき、例えば運転者によるブレーキ操作が強かったためにタイヤのグリップ力が失われた後、グリップ力が回復しはじめると、電動機にかかる負荷は増加する。また、グリップ力が回復するに従って電動機の回転数は低下する。このとき、電動機の回転数の変化を打ち消す方向にトルク制御を行うことで、制振制御を実行できる。

電動機の回転数が低下すると電動機の消費電力は低下するが、制振制御が実行されると、グリップ力の回復に伴う電動機の回転数の低下は抑制される。このように、制振制御を実行すると電動機の消費電力は増加する。その結果、電動機の駆動を制御するための構成要素（ＰＣＵ：Power Control Unit）で消費される電力も増加し、制振制御の程度によっては、蓄電器の出力許容値を超える電力が必要となる場合がある。

本発明の目的は、グリップ力低下後の安定的な回復と共に、制振制御のために消費される電力の増大を抑制可能な電動機の駆動制御装置を提供することである。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明の駆動制御装置は、駆動源として車両が備える電動機（例えば、実施の形態での電動機１０７）の駆動制御装置（例えば、実施の形態でのマネジメントＥＣＵ１１９）であって、前記車両の駆動輪におけるスリップの発生を判定するスリップ発生判定部（例えば、実施の形態でのスリップ発生判定部２０３）と、前記電動機又は前記駆動輪と機械的に接続された駆動軸に発生する回転数の変動成分を抑制するための仮制振トルクを算出する仮制振トルク算出部（例えば、実施の形態での仮制振トルク算出部２０７）と、前記スリップ発生判定部がスリップ発生と判定して所定時間の間は、前記電動機又は前記駆動軸の回転数の絶対値が増大する方向での制振トルクの制限値を設定する制振トルクリミット値設定部（例えば、実施の形態での制振トルクリミット値設定部２０５）と、前記仮制振トルクを前記制振トルクリミット値設定部が設定した制限値によって制限した制振トルクを設定する制振トルク設定部（例えば、実施の形態での制振トルク設定部２０９）と、前記電動機に要求されたトルクに前記制振トルク設定部が設定した制振トルクを合成したトルクの指令値に応じて、前記電動機の駆動を制御する制御部（例えば、実施の形態での電流指令値算出部２１３）と、を備えたことを特徴としている。

さらに、請求項２に記載の発明の駆動制御装置では、前記スリップ発生判定部は、前記電動機の回転数の単位時間変化量が所定値以上のとき、前記駆動輪がスリップしたと判定することを特徴としている。

さらに、請求項３に記載の発明の駆動制御装置では、前記スリップ発生判定部は、前記駆動軸の回転数の単位時間変化量が所定値以上のとき、前記駆動輪がスリップしたと判定することを特徴としている。

さらに、請求項４に記載の発明の駆動制御装置では、前記所定時間は、前記駆動軸の捻じれによって生じる回転変動の共振周波数の１周期の時間よりも長い時間であることを特徴としている。

さらに、請求項５に記載の発明の駆動制御装置では、前記制振トルクリミット値設定部は、正値側及び負値側の各制振トルクの制限値を設定することを特徴としている。

請求項１〜５に記載の発明の駆動制御装置によれば、電動機又は駆動軸の回転数の絶対値が増大する方向での制振トルクが制限されるため、駆動輪のグリップ力低下後の安定的な回復と共に、制振制御のために消費される電力の増大を抑制できる。

請求項４に記載の発明の駆動制御装置によれば、過大出力を防止でき、かつ、スリップ発生判定部による判定結果のハンチングを防止できる。

シリーズ方式のＨＥＶの内部構成を示すブロック図マネジメントＥＣＵ１１９の内部構成を示すブロック図制振トルクリミット値設定部２０５が設定する制振トルクリミット値の条件を示すテーブルの図トルク変動時に仮制振トルクに基づく制振制御を行った場合と行わなかった場合の回転数の変化の一例を示すグラフマネジメントＥＣＵ１１９による制振トルクリミット値の設定に係る動作を示すフローチャートトルク変動時に、制振トルクリミット値によって制限しない仮制振トルクに基づく制振制御を行った場合と、制振トルクリミット値によって制限した制御トルクに基づく制振制御を行った場合の、回転数の変化の一例を示すグラフシリーズ／パラレル方式のＨＥＶの内部構成を示すブロック図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下説明する実施形態の駆動制御装置は、ＥＶ（Electric Vehicle：電気自動車）又はＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle：ハイブリッド電気自動車）等の車両に搭載される。

図１は、シリーズ方式のＨＥＶの内部構成を示すブロック図である。図１に示すように、シリーズ方式のＨＥＶ（以下、単に「車両」という）は、蓄電器（BATT）１０１と、コンバータ（CONV）１０３と、第１インバータ（第１INV）１０５と、電動機（Mot）１０７と、内燃機関（ENG）１０９と、発電機（GEN）１１１と、第２インバータ（第２INV）１１３と、ギアボックス（以下、単に「ギア」という。）１１５と、回転数センサ１１６と、回転数センサ１１７と、変速操作部１１８と、マネジメントＥＣＵ（MG ECU）１１９とを備える。なお、図１中の点線の矢印は値データを示し、実線の矢印は指示内容を含む制御信号を示す。

蓄電器１０１は、直列に接続された複数の蓄電セルを有し、例えば１００〜２００Ｖの高電圧を供給する。蓄電セルは、例えば、リチウムイオン電池又はニッケル水素電池である。コンバータ１０３は、蓄電器１０１の直流出力電圧を直流のまま昇圧又は降圧する。第１インバータ１０５は、直流電圧を交流電圧に変換して３相電流を電動機１０７に供給する。また、第１インバータ１０５は、電動機１０７の回生動作時に入力される交流電圧を直流電圧に変換する。

電動機１０７は、車両が走行するための動力を発生する。電動機１０７で発生したトルクは、ギア１１５及び駆動軸１２１を介して駆動輪１２３に伝達される。なお、電動機１０７の回転子はギア１１５に直結されている。また、駆動軸１２１は、駆動輪１２３と機械的に接続されている。電動機１０７は、回生ブレーキ時には発電機として動作する。内燃機関１０９は、発電機１１１を駆動するために用いられる。

発電機１１１は、内燃機関１０９の動力によって駆動され、電力を発生する。発電機１１１が発電した電力は、蓄電器１０１に充電されるか、第２インバータ１１３及び第１インバータ１０５を介して電動機１０７に供給される。第２インバータ１１３は、発電機１１１が発生した交流電圧を直流電圧に変換する。第２インバータ１１３によって変換された電力は、蓄電器１０１に充電されるか、第１インバータ１０５を介して電動機１０７に供給される。

ギア１１５は、例えば５速相当の１段の固定ギアである。したがって、ギア１１５は、電動機１０７からの駆動力を、特定の変速比での回転数及びトルクに変換して、駆動軸１２１に伝達する。

回転数センサ１１６は、電動機１０７の回転数を検出する。また、回線数センサ１１７は、駆動軸の１２１の回転数を検出する。回転数センサ１１６，１１７によって検出された各回転数を示す信号は、マネジメントＥＣＵ１１９に送られる。

変速操作部１１８は、車両の運転者が操作するセレクトレバーである。変速操作部１１８の操作によって、車両のシフトポジションは、パーキング（Ｐ）、リバース（Ｒ）及びドライブレンジ（Ｄ）の内の一つに設定される。変速操作部１１８によって設定されたシフトポジションを示す信号は、マネジメントＥＣＵ１１９に送られる。なお、車両を前進させるとき、運転者は変速操作部１１８を操作してシフトポジションをドライブレンジ（Ｄ）に設定する。また、車両を後進させるとき、運転者は変速操作部１１８を操作してシフトポジションをリバース（Ｒ）に設定する。

マネジメントＥＣＵ１１９は、車両の運転者のアクセル操作に応じたアクセルペダル開度（ＡＰ開度）、運転者のブレーキ操作に応じたブレーキペダル踏力（ＢＲＫ踏力）、及び運転者による変速操作部１１８の操作に応じたシフトポジションを示す各情報を取得する。また、マネジメントＥＣＵ１１９は、電動機１０７、内燃機関１０９及び発電機１１１等の各制御等を行う。本実施形態の車両の駆動源は電動機１０７である。このため、マネジメントＥＣＵ１１９は、シフトポジションがドライブレンジ（Ｄ）に設定された状態でアクセルペダルが踏まれると、電動機１０７が正回転で駆動するよう、コンバータ１０３、第１インバータ１０５及び電動機１０７を制御する。また、マネジメントＥＣＵ１１９は、シフトポジションがリバース（Ｒ）に設定された状態でアクセルペダルが踏まれると、電動機１０７が負回転で駆動するよう、コンバータ１０３、第１インバータ１０５及び電動機１０７を制御する。さらに、マネジメントＥＣＵ１１９は、駆動輪１２３がスリップした際に制振制御を行う。なお、マネジメントＥＣＵ１１９による制振制御は、駆動輪１２３がスリップした後にグリップ力が回復して回転数が低下した際のトルク変動時に行われる。

図２は、マネジメントＥＣＵ１１９の内部構成を示すブロック図である。図２に示すように、マネジメントＥＣＵ１１９は、不完全微分実行部２０１と、スリップ発生判定部２０３と、制振トルクリミット値設定部２０５と、仮制振トルク算出部２０７と、制振トルク設定部２０９と、トルク合成部２１１と、電流指令値算出部２１３とを有する。

不完全微分実行部２０１は、回転数センサ１１６が検出した電動機１０７の回転数に対して不完全微分を行って、電動機１０７の回転の角加速度を算出する。なお、不完全微分実行部２０１は、回転数センサ１１７が検出した駆動軸１２１の回転数に対して不完全微分を行っても良い。但し、駆動軸１２１の回転数には、駆動軸１２１の捻じれが起因した共振成分が含まれる。

スリップ発生判定部２０３は、不完全微分実行部２０１から得られた角加速度が所定値以上であれば、駆動輪１２３がスリップしたと判定する。なお、スリップ発生判定部２０３が角速度と比較する所定値は、ヒステリシスに応じた値である。スリップ発生判定部２０３は、その判定結果に応じてスリップ発生判定フラグを設定する。すなわち、スリップ発生判定部２０３は、スリップが発生したと判定したとき、スリップ発生判定フラグを立てる（スリップ発生判定フラグ←１）。

電動機１０７及び駆動軸１２１を含む駆動系の軸の捻じれによる影響は、少なくとも１周期で発生する回転変動の捻じれ共振である。回転変動の捻じれ共振が発生し、当該共振を抑えるために制振トルクが算出されると、過大出力となる可能性がある。このため、スリップ発生判定部２０３には、過大出力を防止するため、さらには、スリップ判定結果のハンチング防止のために、図示しないディレイタイマーが設けられている。ディレイタイマーの計時時間は、駆動軸１２１の捻じれによって生じる回転変動の共振周波数に応じて設定される。例えば、共振周波数が１０Ｈｚであれば、その１周期の時間は１００ｍ秒である。この場合、ディレイタイマーの計時時間としては、共振周波数の１周期である１００ｍ秒よりも長い時間が設定される。スリップ発生判定部２０３は、駆動輪１２３がスリップしたと判定した際、当該判定時から上記計時時間が経過するまで、スリップ発生判定フラグを立てたままにする。

制振トルクリミット値設定部２０５は、スリップ発生判定フラグが立っている（スリップ発生判定フラグ＝１）とき、図３に示すテーブルの条件に従って、シフトポジション、ＡＰ開度及びＢＲＫ踏力に基づいた正値側及び負値側の各制振トルクリミット値を設定する。図３は、制振トルクリミット値設定部２０５が設定する制振トルクリミット値の条件を示すテーブルの図である。なお、スリップ発生判定フラグが降りている（スリップ発生判定フラグ＝０）とき、制振トルクリミット値設定部２０５は、正値側の制振トルクリミット値を＋３０［Ｎｍ］に設定し、負値側の制振トルクリミット値を−３０［Ｎｍ］に設定する。

図３に示すように、シフトポジションがドライブレンジ（Ｄ）に設定されているときにアクセルペダルが踏まれた結果、スリップが発生した際には、電動機１０７の正回転を促す正値側の制振トルクリミット値は＋０［Ｎｍ］に設定され、電動機１０７の正回転を抑える負値側の制振トルクリミット値は−３０［Ｎｍ］に設定される。これらの制振トルクリミット値が設定されると、電動機１０７の回転数を上げ電力を消費する正の制振トルクは出ないよう制限される。

また、シフトポジションがドライブレンジ（Ｄ）に設定されているときにブレーキペダルが踏まれた結果、スリップが発生した際も、正値側の制振トルクリミット値は＋０［Ｎｍ］に設定され、負値側の制振トルクリミット値は−３０［Ｎｍ］に設定される。ブレーキペダルが踏まれた際の車両は減速するため、電動機１０７の回転数は低下する。したがって、このときも、電動機１０７の回転数を上げ電力を消費する正の制振トルクは出ないよう制限される。

一方、シフトポジションがリバース（Ｒ）に設定されているときにアクセルペダルが踏まれた結果、スリップが発生した際には、電動機１０７の負回転を抑える正値側の制振トルクリミット値は＋３０［Ｎｍ］に設定され、電動機１０７の負回転を促す負値側の制振トルクリミット値は−０［Ｎｍ］に設定される。これらの制振トルクリミット値が設定されると、電動機１０７の回転数を上げ電力を消費する負の制振トルクは出ないよう制限される。

また、シフトポジションがリバース（Ｒ）に設定されているときにブレーキペダルが踏まれた結果、スリップが発生した際も、正値側の制振トルクリミット値は＋３０［Ｎｍ］に設定され、負値側の制振トルクリミット値は−０［Ｎｍ］に設定される。ブレーキペダルが踏まれた際の車両は減速するため、電動機１０７の回転数は低下する。したがって、このときも、電動機１０７の回転数を上げ電力を消費する負の制振トルクは出ないよう制限される。

仮制振トルク算出部２０７は、駆動輪１２３がスリップした後にグリップ力が回復して回転数が低下した際のトルク変動時に、電動機１０７又は駆動軸１２１の回転数に含まれ得る微小な変動成分を抑制するための制振トルクを、「仮制振トルク」として算出する。図４は、トルク変動時に仮制振トルクに基づく制振制御を行った場合と行わなかった場合の回転数の変化の一例を示すグラフである。図４の中段及び下段に示す実線は仮制振トルクに基づく制振制御を行った場合を示し、点線は制振制御を行わなかった場合を示す。制振制御を行わないと、図４の下段に点線で示すように、電動機１０７又は駆動軸１２１の回転数には微小な変動成分が含まれ、この変動成分が振動の原因となる。

制振トルク設定部２０９は、仮制振トルク算出部２０７により算出された仮制振トルクを、制振トルクリミット値設定部２０５によって設定された正値側制振トルクリミット値から負値側各制振トルクリミット値の間に制限して、制限後の値を「制御トルク」として設定する。

トルク合成部２１１は、電動機１０７又は駆動輪１２３の回転数とＡＰ開度から導出された電動機１０７への要求トルクに、制振トルク設定部２０９が設定した制御トルクを加算する。要求トルクに制御トルクが加算された合成トルクの値は「合成トルク指示値」としてトルク合成部２１１から出力される。

電流指令値算出部２１３は、トルク合成部２１１から出力された合成トルク指示値が示すトルクを電動機１０７が出力するよう、電動機１０７に供給する電流の指令値を算出する。

図５は、マネジメントＥＣＵ１１９による制振トルクリミット値の設定に係る動作を示すフローチャートである。図５に示すように、制振トルクリミット値設定部２０５は、スリップ発生判定フラグが１か０かを判断し（ステップＳ１０１）、スリップ発生判定フラグ＝１であればステップＳ１０３に進み、スリップ発生判定フラグ＝０であればステップＳ１０１に戻る。ステップＳ１０３では、制振トルクリミット値設定部２０５は、シフトポジションがドライブレンジ（Ｄ）かリバース（Ｒ）かを判断し、ドライブレンジ（Ｄ）であればステップＳ１０５に進み、リバース（Ｒ）であればステップＳ１１１に進む。

ステップＳ１０５では、制振トルクリミット値設定部２０５は、スリップ発生判定フラグが１になった時、すなわち、スリップが発生した時点での操作が、アクセスペダルを踏む加速操作か、ブレーキペダルを踏む減速操作かを判別する。ステップＳ１０５での判別が加速操作である場合はステップＳ１０７に進み、減速操作である場合はステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０７では、制振トルクリミット値設定部２０５は、正値側の制振トルクリミット値を＋０［Ｎｍ］に設定し、負値側の制振トルクリミット値を−３０［Ｎｍ］に設定する。また、ステップＳ１０９でも、制振トルクリミット値設定部２０５は、正値側の制振トルクリミット値を＋０［Ｎｍ］に設定し、負値側の制振トルクリミット値を−３０［Ｎｍ］に設定する。

ステップＳ１１１では、制振トルクリミット値設定部２０５は、スリップ発生判定フラグが１になった時、すなわち、スリップが発生した時点での操作が、アクセスペダルを踏む加速操作か、ブレーキペダルを踏む減速操作かを判別する。ステップＳ１１１での判別が加速操作である場合はステップＳ１１３に進み、減速操作である場合はステップＳ１１５に進む。ステップＳ１１３では、制振トルクリミット値設定部２０５は、正値側の制振トルクリミット値を＋３０［Ｎｍ］に設定し、負値側の制振トルクリミット値を−０［Ｎｍ］に設定する。また、ステップＳ１１５でも、制振トルクリミット値設定部２０５は、正値側の制振トルクリミット値を＋３０［Ｎｍ］に設定し、負値側の制振トルクリミット値を−０［Ｎｍ］に設定する。

以上説明したように、本実施形態によれば、駆動輪１２３がスリップした後、グリップ力が回復して回転数が低下した際に行われる制振制御時には、グリップ力の安定的な回復と共に、消費電力が増大する方向での制振トルクは出さないよう制御される。なお、当該制振トルクの制限は、スリップ発生が判定されて所定時間の間は継続される。その結果、消費電力の低減が実現される。

図６は、トルク変動時に、制振トルクリミット値によって制限しない仮制振トルクに基づく制振制御を行った場合と、制振トルクリミット値によって制限した制御トルクに基づく制振制御を行った場合の、回転数の変化の一例を示すグラフである。図６の中段及び下段に示す点線は仮制振トルクに基づく制振制御を行った場合を示し、実線は制振トルクリミット値によって制限した制御トルクに基づく制振制御を行った場合を示す。制振トルクを制限することで制振性能の低下が考えられるが、本実施形態で説明した制振制御を行っても、図６の下段に示すように、回転数の微少な変動成分は抑制されている。このように、本実施形態で説明した制振トルクの制限を行っても、制振性能の低下はほとんどない。

なお、上記実施形態では、シリーズ方式のＨＥＶを例について説明したが、図７に示すシリーズ／パラレル方式のＨＥＶにも適用可能である。

１０１蓄電器（BATT）
１０３コンバータ（CONV）
１０５第１インバータ（第１INV）
１０７電動機（Mot）
１０９内燃機関（ENG）
１１１発電機（GEN）
１１３第２インバータ（第２INV）
１１５ギアボックス（ギア）
１１６回転数センサ
１１７回転数センサ
１１８変速操作部
１１９マネジメントＥＣＵ（MG ECU）
１２１駆動軸
１２３駆動輪
２０１不完全微分実行部
２０３スリップ発生判定部
２０５制振トルクリミット値設定部
２０７仮制振トルク算出部
２０９制振トルク設定部
２１１トルク合成部
２１３電流指令値算出部

Claims

駆動源として車両が備える電動機の駆動制御装置であって、
前記車両の駆動輪におけるスリップの発生を判定するスリップ発生判定部と、
前記電動機又は前記駆動輪と機械的に接続された駆動軸に発生する回転数の変動成分を抑制するための仮制振トルクを算出する仮制振トルク算出部と、
前記スリップ発生判定部がスリップ発生と判定して所定時間の間は、前記電動機又は前記駆動軸の回転数の絶対値が増大する方向での制振トルクの制限値を設定する制振トルクリミット値設定部と、
前記仮制振トルクを前記制振トルクリミット値設定部が設定した制限値によって制限した制振トルクを設定する制振トルク設定部と、
前記電動機に要求されたトルクに前記制振トルク設定部が設定した制振トルクを合成したトルクの指令値に応じて、前記電動機の駆動を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする駆動制御装置。
請求項１に記載の駆動制御装置であって、
前記スリップ発生判定部は、前記電動機の回転数の単位時間変化量が所定値以上のとき、前記駆動輪がスリップしたと判定することを特徴とする駆動制御装置。
請求項１に記載の駆動制御装置であって、
前記スリップ発生判定部は、前記駆動軸の回転数の単位時間変化量が所定値以上のとき、前記駆動輪がスリップしたと判定することを特徴とする駆動制御装置。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の駆動制御装置であって、
前記所定時間は、前記駆動軸の捻じれによって生じる回転変動の共振周波数の１周期の時間よりも長い時間であることを特徴とする駆動制御装置。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の駆動制御装置であって、
前記制振トルクリミット値設定部は、正値側及び負値側の各制振トルクの制限値を設定することを特徴とする駆動制御装置。