JP2015195698A - 車両の制御装置 - Google Patents
車両の制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015195698A JP2015195698A JP2014203484A JP2014203484A JP2015195698A JP 2015195698 A JP2015195698 A JP 2015195698A JP 2014203484 A JP2014203484 A JP 2014203484A JP 2014203484 A JP2014203484 A JP 2014203484A JP 2015195698 A JP2015195698 A JP 2015195698A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vehicle
- command value
- unsprung
- torque
- torque command
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/62—Hybrid vehicles
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Landscapes
- Vehicle Body Suspensions (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
【課題】車両のバネ下の前後方向の振動を抑制する車両の制御装置を提供する。【解決手段】車両の制御装置は、S202で車両の駆動源の第1のトルク指令値を設定し、この第1のトルク指令値に対して、S203で車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数成分を低減する処理を行い、車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数成分を低減する処理が行われた第2のトルク指令値を設定し、この指令値に基づいて、車両の駆動源のトルクを制御する。【選択図】図2
Description
本発明は、車両の制御装置に関する。
従来、アクセル開度や車速などから算出される駆動モータの駆動トルク要求値に対して、車両のトルク伝達系の固有振動周波数成分を除去又は低減するフィルタリング処理を行って駆動トルク目標値を算出し、駆動モータのトルクが駆動トルク目標値に一致するように、駆動モータの電流を制御する電気自動車のモータ制御装置が知られている(特許文献1参照)。
ここで、バネ下の重量が重い車両、例えば、インホイールモータを搭載した車両では、加速時に駆動輪のばね下の前後方向の振動が発生しやすい。しかしながら、特許文献1に記載のモータ制御装置は、駆動軸の捻り振動の抑制を目的とするものであるため、バネ下の前後方向の振動を抑制することができない。
本発明は、車両のバネ下の前後方向の振動を抑制する技術を提供することを目的とする。
本発明による車両の制御装置は、車両の制御装置は、車両の駆動源のトルク指令値に対して、車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数成分を低減する処理を行い、車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数成分を低減する処理が行われたトルク指令値に基づいて、車両の駆動源のトルクを制御する。
本発明によれば、車両のバネ下前後振動の発生を抑制することができる。
以下では、本発明による車両の制御装置を電動車両に搭載した例を挙げて説明する。
<第1の実施形態>
図1は、第1の実施形態における電動車両の制御装置を備えた電動車両の主要構成を示すブロック図である。電動車両は、車両の駆動源の一部または全部として電動モータを備え、電動モータの駆動力により走行可能な車両であって、例えば電気自動車であるが、電気自動車に限定されることはなく、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車であってもよい。
図1は、第1の実施形態における電動車両の制御装置を備えた電動車両の主要構成を示すブロック図である。電動車両は、車両の駆動源の一部または全部として電動モータを備え、電動モータの駆動力により走行可能な車両であって、例えば電気自動車であるが、電気自動車に限定されることはなく、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車であってもよい。
電動モータコントローラ2は、車速V、アクセル開度θ、電動モータ(三相交流モータ)4R、4Lの回転子位相α、電動モータ4の電流iu、iv、iw等の車両状態を示す信号をデジタル信号として入力し、入力された信号に基づいて、電動モータ4R、4Lを制御するためのPWM信号を生成する。また、生成したPWM信号に応じてインバータ3の駆動信号を生成する。
インバータ3は、例えば、各相ごとに2対のスイッチング素子(例えば、IGBTやMOS−FET等のパワー半導体素子)を備え、駆動信号に応じてスイッチング素子をオン/オフすることにより、バッテリ1から供給される直流の電流を交流に変換し、電動モータ4Rに所望の電流を流す。
電動モータ4Rは、駆動輪9Rのホイール内に配置されたインホイールモータであり、インバータ3から供給される交流電流により駆動力を発生し、右側の駆動輪9Rに駆動力を伝達する。また、車両の走行時に駆動輪9Rに連れ回されて回転するときに、回生駆動力を発生させることで、車両の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。この場合、インバータ3は、電動モータ4Rの回生運転時に発生する交流電流を直流電流に変換して、バッテリ1に供給する。
電流センサ7Rは、電動モータ4Rに流れる3相交流電流iu、iv、iwを検出する。ただし、3相交流電流iu、iv、iwの和は0であるため、任意の2相の電流を検出して、残りの1相の電流は演算により求めてもよい。
回転センサ6Rは、例えば、レゾルバやエンコーダであり、電動モータ4Rの回転子位相αを検出する。
インバータ3は、また、駆動信号に応じてスイッチング素子をオン/オフすることにより、バッテリ1から供給される直流の電流を交流に変換し、電動モータ4Lに所望の電流を流す。
電動モータ4Lは、駆動輪9Lのホイール内に配置されたインホイールモータであり、インバータ3から供給される交流電流により駆動力を発生し、左側の駆動輪9Lに駆動力を伝達する。また、車両の走行時に駆動輪9Lに連れ回されて回転するときに、回生駆動力を発生させることで、車両の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。この場合、インバータ3は、電動モータ4Lの回生運転時に発生する交流電流を直流電流に変換して、バッテリ1に供給する。
電流センサ7Lは、電動モータ4Lに流れる3相交流電流iu、iv、iwを検出する。ただし、3相交流電流iu、iv、iwの和は0であるため、任意の2相の電流を検出して、残りの1相の電流は演算により求めてもよい。
回転センサ6Lは、例えば、レゾルバやエンコーダであり、電動モータ4Lの回転子位相αを検出する。
図2は、電動モータコントローラ2によって行われるモータ電流制御の処理の流れを示すフローチャートである。以下では、電動モータ4Rを対象とした説明を行うが、電動モータ4Lに対しても同じ処理を行う。ただし、ステップS202およびステップS203の処理は、電動モータ4R、4Lの両方に共通する同じ処理であるため、一方のモータを対象として処理を行った場合、他方のモータに対しては、算出済みの値を用いるようにしてもよい。
ステップS201では、車両状態を示す信号を入力する。ここでは、車速V(km/h)、アクセル開度θ(%)、電動モータ4Rの回転子位相α(rad)、電動モータ4Rの回転数Nm(rpm)、電動モータ4Rに流れる三相交流電流iu、iv、iw、バッテリ1とインバータ3間の直流電圧値Vdc(V)を入力する。
車速V(km/h)は、図示しない車速センサや、図示しないブレーキコントローラ等の他のコントローラより通信にて取得する。または、左右のモータ回転速度の平均値にタイヤ動半径Rを乗算し、ファイナルギアのギア比で除算することにより車速v(m/s)を求め、3600/1000を乗算することにより単位変換して、車速V(km/h)を求める。
アクセル開度θ(%)は、図示しないアクセル開度センサから取得するか、図示しない車両コントローラ等の他のコントローラから通信にて取得する。
電動モータ4Rの回転子位相α(rad)は、回転センサ6Rから取得する。電動モータ4Rの回転数Nm(rpm)は、回転子の角速度ω(電気角)を電動モータ4Rの極対数で除算して、電動モータ4の機械的な角速度であるモータ回転速度ωm(rad/s)を求め、求めたモータ回転速度ωmに60/(2π)を乗算することによって求める。回転子の角速度ωは、回転子位相αを微分することによって求める。
電動モータ4Rに流れる電流iu、iv、iw(A)は、電流センサ7Rから取得する。
直流電圧値Vdc(V)は、バッテリ1とインバータ3間の直流電源ラインに設けられた電圧センサ(不図示)、または、図示しないバッテリコントローラから送信される電源電圧値から求める。
ステップS202では、第1のトルク指令値Tm1 *を設定する。具体的には、ステップS201で入力されたアクセル開度θおよび車速Vに基づいて、図3に示すアクセル開度−トルクテーブルを参照することにより、第1のトルク指令値Tm1 *を設定する。
ステップS203では、ステップS202で算出された第1のトルク指令値Tm1 *に対して、バネ下前後振動を抑制するフィルタ処理を施すことによって、第2のトルク指令値Tm2 *を算出する。また、算出した第2のトルク指令値Tm2 *を1/2倍することによって、モータ4Rの最終トルク指令値TmR2 *(=Tm2 */2)と、モータ4Lの最終トルク指令値TmL2 *(=Tm2 */2)とを算出する。第2のトルク指令値Tm2 *の詳しい算出方法については後述する。
ステップS204では、ステップS203で算出したモータ4Rの最終トルク指令値TmR2 *、モータ回転速度ωmおよび直流電圧値Vdcに基づいて、d軸電流目標値id*、q軸電流目標値iq*を求める。例えば、トルク指令値、モータ回転速度、および直流電圧値と、d軸電流目標値およびq軸電流目標値との関係を定めたテーブルを予め用意しておいて、このテーブルを参照することにより、d軸電流目標値id*、q軸電流目標値iq*を求める。
ステップS205では、d軸電流idおよびq軸電流iqをそれぞれ、ステップS204で求めたd軸電流目標値id*およびq軸電流目標値iq*と一致させるための電流制御を行う。このため、まず初めに、ステップS201で入力された三相交流電流値iu、iv、iwと、電動モータ4Rの回転子位相αとに基づいて、d軸電流idおよびq軸電流iqを求める。続いて、d軸、q軸電流指令値id*、iq*と、d軸、q軸電流id、iqとの偏差から、d軸、q軸電圧指令値vd、vqをそれぞれ算出する。なお、算出したd軸、q軸電圧指令値vd、vqに対して、d−q直交座標軸間の干渉電圧を相殺するために必要な非干渉電圧を加算するようにしてもよい。
次に、d軸、q軸電圧指令値vd、vqと、電動モータ4Rの回転子位相αから、三相交流電圧指令値vu、vv、vwを求める。そして、求めた三相交流電圧指令値vu、vv、vwと直流電圧値Vdcから、PWM信号tu(%)、tv(%)、tw(%)を求める。このようにして求めたPWM信号tu、tv、twにより、インバータ3のスイッチング素子を開閉することによって、電動モータ4Rをトルク指令値で指示された所望のトルクで駆動することができる。
図4は、第1のトルク指令値Tm1 *を算出してから、モータ4Rの最終トルク指令値TmR2 *(=Tm2 */2)と、モータ4Lの最終トルク指令値TmL2 *(=Tm2 */2)とを算出する制御ブロックを示す図である。フィルタ演算部401は、第1のトルク指令値Tm1 *に対して、バネ下前後振動を抑制するフィルタ処理を施すことによって、第2のトルク指令値Tm2 *を算出する。
乗算器402は、第2のトルク指令値Tm2 *に1/2を乗算することによって、モータ4Rの最終トルク指令値TmR2 *を算出する。また、乗算器403は、第2のトルク指令値Tm2 *に1/2を乗算することによって、モータ4Lの最終トルク指令値TmL2 *を算出する。
図2のステップS203で行うバネ下前後振動を抑制するフィルタリング処理(フィルタ演算部401で行われるフィルタリング処理)の詳細について説明する。
図5は、車両のバネ下前後振動系をモデル化した図であり、車両の運動方程式は、次式(1)〜(7)で表される。
ここで、式(1)〜(7)中の各パラメータは、以下に示す通りである。
Jm:モータイナーシャ
Jw:駆動軸のイナーシャ(1軸分)
M:車両質量
m:モータユニット質量(1軸分)
Kd:ドライブシャフトのねじり剛性
Kt:タイヤと路面の摩擦に関する係数
Kb:サスペンションの仮想的な車体支持部のねじり剛性
Nal:オーバーオールギア比
r:タイヤ荷重半径
R:サスペンションの仮想的な車体支持部から出力軸までの長さ
ωm:モータ角速度
ωw:駆動輪角速度
ωb:サスペンションねじれ角速度
Tm:モータトルク
Td:駆動軸トルク
F:駆動力(1軸分)
V:車体速度
v:モータユニット速度
図5に示すサスペンションの仮想的な車体支持部51の位置は、車体へのサスペンションの取り付け点ではなく、サスペンションの構成やレイアウト、取り付け位置などによって決まる。
Jm:モータイナーシャ
Jw:駆動軸のイナーシャ(1軸分)
M:車両質量
m:モータユニット質量(1軸分)
Kd:ドライブシャフトのねじり剛性
Kt:タイヤと路面の摩擦に関する係数
Kb:サスペンションの仮想的な車体支持部のねじり剛性
Nal:オーバーオールギア比
r:タイヤ荷重半径
R:サスペンションの仮想的な車体支持部から出力軸までの長さ
ωm:モータ角速度
ωw:駆動輪角速度
ωb:サスペンションねじれ角速度
Tm:モータトルク
Td:駆動軸トルク
F:駆動力(1軸分)
V:車体速度
v:モータユニット速度
図5に示すサスペンションの仮想的な車体支持部51の位置は、車体へのサスペンションの取り付け点ではなく、サスペンションの構成やレイアウト、取り付け位置などによって決まる。
本実施形態では、車体のメインフレームに、井桁形状のサスペンションメンバ(サブフレーム)がインシュレータを介して取り付けられ、サスペンションメンバにアッパーアームおよびロアアームを介してインホイールモータを含むインホイールモータユニットが取り付けられている。
図6は、車幅方向内方の下側から見たサスペンション装置の全体斜視図である。図6では、サスペンションメンバを省略しているが、サスペンションメンバにアッパーアーム61およびロアアーム62を介してインホイールモータユニット63が取り付けられている。上述したように、インホイールモータユニット63は、駆動輪60のホイール内に配置されている。ロアアーム62と車体のメインフレームとの間には、図示しないコイルスプリングが設けられている。すなわち、バネ下の部材には、サスペンションメンバやインホイールモータユニット63などが含まれる。
アッパーアームおよびロアアームはリンク部材であり、これらのリンク部材の連結部は、インシュレータを介してサスペンションメンバやインホイールモータユニット63に連結されている。従って、車体のメインフレームとインホイールモータユニット63との間の全てのインシュレータや、ロアアーム62と車体との間のコイルスプリング(不図示)などによって、車体支持部51のねじり剛性Kbが決まる。なお、図示しないショックアブソーバの取り付け方によっては、ショックアブソーバも車体支持部51のねじり剛性Kbに影響を及ぼすことがあるため、その場合には、ショックアブソーバの要素も考慮して、車体支持部51のねじり剛性Kbを求めてもよい。
なお、車両の加速時には、図5の車体支持部51を回転中心としてインホイールモータユニット63が揺動するため、バネ下の前後方向の振動とは、厳密には円弧状の軌跡で振動する。しかし、円弧の半径は実際にはかなり大きいため、本明細書では、バネ下前後振動と記載する。
式(1)〜式(7)をラプラス変換してトルク指令値Tmからモータ角速度ωmまでの伝達特性(車両モデル)Gp(s)を求めると、次式(8)、(9)で表される。ただし、式(9)中のパラメータα0〜α6、β0〜β5は、車両諸元によって求まる定数である。
式(9)を整理すると、次式(10)のように書き換えることができる。ただし、ζp、ωpはそれぞれ、バネ下前後振動系の減衰係数、固有振動周波数である。バネ下前後振動系の固有振動周波数ωpは、サスペンションの仮想的な車体支持部のねじり剛性Kbによって決まる。サスペンションの仮想的な車体支持部のねじり剛性Kbは、車体に対するモータユニットの前後方向のねじり剛性である。具体的には、ねじり剛性Kbは、サスペンションメンバ(サブフレーム)の車体取り付け点の前後方向剛性、ロアサスペンションメンバ取り付け点の前後方向剛性、アッパーサスペンションメンバ取り付け点の前後方向剛性、およびサスペンションコイルスプリングの前後方向剛性をそれぞれ加味して求めてもよいし、実験的に求めてもよい。式(10)中のA(s)は4次の多項式、B(s)は5次の多項式である。
次に、車両へのトルク入力に対するモータ回転速度の応答目標を示す理想モデルGr(s)と、車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数成分を除去するフィルタGINV(s)の導出について説明する。理想モデルGr(s)を次式(11)で表すと、フィルタGINV(s)は、次式(12)で表される。ただし、式(11)、(12)中のζr、ωrはそれぞれ、理想モデルの減衰係数と固有振動周波数である。
すなわち、車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数成分を除去するフィルタGINV(s)は、車両のバネ下前後振動系の伝達特性の逆特性を含む伝達特性を有するフィルタである。
本実施形態における電動車両の制御装置の制御結果を、バネ下前後振動を抑制するフィルタ処理を行わない従来の制御装置の制御結果と比較しながら説明する。
図7は、バネ下前後振動を抑制するフィルタ処理を行わない従来の制御装置の制御結果を示す図である。図7では上から順に、トルク指令値、車両の加速度、モータ回転数を示している。
時刻T1でドライバがアクセルペダルをステップ的に踏み込み、トルク指令値が急激に大きくなった場合、駆動力に起因するバネ下前後振動が発生し、車両加速度およびモータ回転数に振動が発生している。
図8は、第1の実施形態における電動車両の制御装置の制御結果を示す図である。図8では上から順に、トルク指令値、車両の加速度、モータ回転数を示している。
時刻T1でドライバがアクセルペダルをステップ的に踏み込むと、トルク指令値が急激に大きくなる。本実施形態における電動車両の制御装置では、アクセル開度θおよび車速Vに基づいて算出される第1のトルク指令値Tm1 *に対して、バネ下前後振動を抑制するフィルタ処理を施すことによって、第2のトルク指令値Tm2 *を算出するので、車両加速度およびモータ回転数の振動が抑制されている。これにより、高レスポンスかつショックの少ない滑らかな車両応答を得ることができる。
以上、第1の実施形態における電動車両の制御装置によれば、車両の駆動源のトルク指令値に対して、車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数成分を低減する処理を行い、車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数成分を低減する処理が行われたトルク指令値に基づいて、車両の駆動源のトルクを制御する。これにより、車両のバネ下前後振動の発生を抑制することができる。
駆動源が車輪のホイール内に設けられたインホイールモータである車両の場合、バネ下の重量が重いため、加速時に駆動輪のばね下の前後方向の振動が発生しやすい。しかしながら、第1の実施形態における電動車両の制御装置を適用することにより、車両のバネ下前後振動の発生を効果的に抑制することができる。
また、第1の実施形態における電動車両の制御装置によれば、トルク指令値に対して、車両のバネ下前後振動系の伝達特性の逆特性を含む伝達特性を有するフィルタを用いたフィルタ処理を施すので、車両のバネ下前後振動の発生を効果的に抑制することができる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
<第2の実施形態>
第2の実施形態の車両の制御装置は、これまで説明した第1の実施形態とは、バネ下前後振動を抑制するフィルタリング処理(図2のステップS203参照)の内容が異なる。以下では、特にこの点について、図面等を参照しながら詳細を説明する。
第2の実施形態の車両の制御装置は、これまで説明した第1の実施形態とは、バネ下前後振動を抑制するフィルタリング処理(図2のステップS203参照)の内容が異なる。以下では、特にこの点について、図面等を参照しながら詳細を説明する。
図9は、第1のトルク目標値Tm1 *を算出してから、モータ4Rの最終トルク指令値TmR2 *(=Tm2 */2)と、モータ4Lの最終トルク指令値TmL2 *(=Tm2 */2)とを算出するバネ下制振制御演算部(900R、900L)のブロック図である。バネ下制振制御演算部は、第1のトルク指令値Tm1 *に対して、バネ下前後振動を抑制するフィルタ処理を施すことによって、第2のトルク指令値Tm2 *を算出する。
乗算器901Rは、第1のトルク指令値Tm1 *に1/2を乗算することにより、電動モータ4Rのトルク指令値TmR1 *を算出して、算出した値をフィードフォワード演算部902R(以下、FF演算部902Rと呼ぶ)に出力する。乗算器901Lは、第1のトルク指令値Tm1 *に1/2を乗算することにより、電動モータ4Lのトルク指令値TmL1 *を算出して、算出した値をフィードフォワード演算部902L(以下、FF演算部902Lと呼ぶ)に出力する。
バネ下制振制御演算部900Rは、FF演算部902Rと、フィードバック演算部903R(以下、FB演算部903Rと呼ぶ)とを備え、電動モータ4Rのトルク指令値TmR1 *を入力して、図2のステップS203の処理、すなわち、バネ下前後振動を抑制するバネ下制振制御演算処理を行う。また、バネ下制振制御処理部900Lは、FF演算部902Lと、フォードバック演算部903L(以下、FB演算部903Lと呼ぶ)とを備え、電動モータ4Lのトルク指令値TmL1 *を入力して、バネ下前後振動を抑制するバネ下制振制御演算処理を行う。
以下では、FF演算部902Rで行われる処理内容について説明する。
ここで、再び図5を参照して、本実施形態においての車両の運動方程式を、次式(13)〜(19)により表す。なお、第1の実施形態において用いた車両の運動方程式(数式1〜7)と異なる数式だけではなく、重複する数式も以下に同時に記載する。
ここで、式(13)〜(20)中の各パラメータは、以下に示す通りである。
Jm:モータイナーシャ
Jw:駆動軸のイナーシャ(1軸分)
M:車両質量
m:モータユニット質量(1軸分)
Kd:ドライブシャフトのねじり剛性
Kt:タイヤと路面の摩擦に関する係数
Kb:サスペンションの仮想的な車体支持部のねじり剛性
Nal:オーバーオールギア比
r:タイヤ荷重半径
R:サスペンションの仮想的な車体支持部から出力軸までの長さ
ωm:モータ角速度
ωw:駆動輪角速度
ωb:サスペンションねじれ角速度
Tm:モータトルク
Td:駆動軸トルク
F:駆動力(1軸分)
V:車体速度
v:モータユニット速度
θd:出力軸ねじり角
ただし、式(17)中のSt(θ)は出力軸ねじり角θdの上限および下限を制限する飽和関数であり、次式(21)で定義される。
Jm:モータイナーシャ
Jw:駆動軸のイナーシャ(1軸分)
M:車両質量
m:モータユニット質量(1軸分)
Kd:ドライブシャフトのねじり剛性
Kt:タイヤと路面の摩擦に関する係数
Kb:サスペンションの仮想的な車体支持部のねじり剛性
Nal:オーバーオールギア比
r:タイヤ荷重半径
R:サスペンションの仮想的な車体支持部から出力軸までの長さ
ωm:モータ角速度
ωw:駆動輪角速度
ωb:サスペンションねじれ角速度
Tm:モータトルク
Td:駆動軸トルク
F:駆動力(1軸分)
V:車体速度
v:モータユニット速度
θd:出力軸ねじり角
ただし、式(17)中のSt(θ)は出力軸ねじり角θdの上限および下限を制限する飽和関数であり、次式(21)で定義される。
ただし、式(21)中のθBLは、電動モータから出力軸までのオーバーオールでのギアバックラッシュ量である。
式(13)〜式(19)をラプラス変換してトルク指令値Tmから出力軸ねじり角θdまでの伝達特性を求めると次式(22)となる。ただし、式(22)中のGd(s)、F(s)は、それぞれ式(23)、(24)で表される。また、式(23)、(24)中の各項の定数α0〜α5、c0〜c3、d0〜d3は、車両緒元によって求まる定数である。
式(23)、(24)からバネ下前後振動系のダイナミクス(力学特性)を抽出すると、次式(25)、(26)のように表すことができる。
ただし、式(25)中の、ζpはバネ下前後振動系の減衰係数、ωpはバネ下前後振動系の固有振動周波数であり、kdsは車両緒元によって求まる定数である。また、バネ下前後振動系の固有振動数ωpは、サスペンションの仮想的な車体支持部のねじり剛性によって決まるパラメータである。サスペンションの仮想的な車体支持部のねじり剛性は、サスペンションサブフレーム車体取り付け点の前後方向剛性、ロアサスペンションメンバ取り付け点の前後方向剛性、及びアッパーサスペンションメンバ取り付け点の前後方向剛性をそれぞれ加味して求めてもよいし、実験的に求めてもよい。
出力軸トルクは、式(17)、(22)より、次式(27)と表すことができる。
ここで、出力軸トルクの規範応答は、次式(28)、(29)と表される。
ただし、式(29)中のζr、ωrはそれぞれ、理想モデルの、バネ下前後振動系の減衰係数、バネ下前後振動系の固有振動周波数である。
Td=Tdrとなるようなトルク指令値を求めると、次式(30)、(31)となる。
したがって、バネ下制振制御演算部RのFF演算部902Rは、図10に示すように、車両のバネ下前後振動系の固有振動数周波数ωpを除去、または低減するフィルタGINV(s)(601)と、出力軸トルクの不感帯特性を補償する出力軸トルクの線形伝達特性Gd(s)(602)と、F(s)(604)と、飽和関数603により構成することができる。
また、式(22)に、式(30)を代入すると、次式(32)と等価交換することができる。
したがって、バネ下制振制御演算部RのFF演算部902Rは、図11に示すように、車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数ωpを除去または低減するフィルタGINV(s)(701)と、出力軸トルクの不感帯特性を補償する出力軸トルクの理想線形伝達特性Gp(s)(702)と、F(s)(704)と、飽和関数703により構成してもよい。
なお、FF演算器902Lも同様の構成である。
次に、バネ下制振制御演算部900RのFB演算部903Rについて、図12を参照して説明する。
図12は、FB演算部903Rのブロック図である。Gp(s)(801)は、車両へのモータトルク入力に対するモータ回転速度の伝達特性を示すプラントモデルであり、Gps(s)(802)は、モータ回転速度のバックラッシュ補償分を算出する伝達関数である。FB演算部903Rは、バネ下制振制御後のトルク指令値TmR2 *と、FF補償器出力FFoutRを入力として、線形プラントモデルGp(s)(801)、フィルタGd(s)(803)、フィルタF(s)(804)、飽和関数806、および伝達特性Gps(s)(802)より、モータ回転速度推定値ωm^を演算する。さらに、算出したモータ回転速度推定値ωm^と実モータ回転速度ωmの差分を入力として伝達関数H(s)/Gp(s)(805)よりFB補償器出力FBoutRを演算する。なお、上記の伝達関数H(s)は、分母次数と分子次数との差分が、伝達関数Gp(s)の分母次数と分子次数との差分以上となるように設定されている。
また、図13のFB演算部903Rの等価ブロック図に示すように、FF演算部902Rで算出した出力軸ねじり角のリミット値St(θd)を、伝達関数Gps(s)の入力としてもよい。
続いて、以下では、車両へのモータトルク入力に対するモータ回転速度の伝達特性を示すプラントモデルGp(s)、モータ回転速度のバックラッシュ補償分を算出する伝達関数Gps(s)の詳細について説明する。
式(13)〜(20)をラプラス変換して、トルク指令値からモータ回転速度までの伝達特性を求めると、次式(33)〜(35)となる。
ただし、式(34)、(35)中の各項のα0〜α5、c1〜c4、b0〜b5は、車両緒元によって求まる定数である。
式(34)、(35)からバネ下前後振動系のダイナミクスを抽出すると次式(36)、(37)となる。
ただし、式(36)中のkp、式(37)中のkpsは、車両緒元によって求まる定数である。
続いて、伝達関数H(s)の詳細について説明する。伝達関数H(s)は、バンドパスフィルタとした場合に、振動のみを低減するフィードバック要素となる。この際、バンドパスフィルタを図14に示すような周波数特性に設定すると、最も大きな効果を得ることができる。すなわち、伝達関数H(s)は、ローパス側とハイパス側の減衰特性とが略一致し、かつ、バネ下前後振動周波数が、対数軸(logスケール)上において通過帯域の中央部近傍となるように設定する。そして、例えばH(s)を1次のハイパスフィルタと1次のローパスフィルタで構成する場合、周波数fpをバネ下前後振動周波数とし、kを任意の値として次式(38)のように構成する。
ただし、式(38)において、各変数は次式(39)〜(42)で表される。
また、式(13)、(17)、(20)よりモータ回転速度を演算することもできる。したがって、図15に示すように、FF演算部902Rで演算したモータ回転速度規範応答ωrと、FB補償器出力FBoutRを線形プラントモデルGp(s)に入力して算出したモータ回転速度補償値とを加算して、モータ回転速度推定値ωm^を算出する構成としてもよい。
なお、FB演算部903Lも同様の構成である。
本実施形態における電動車両の制御装置の制御結果を、バネ下前後振動を抑制するフィルタ処理を行わない従来の制御装置の制御結果と比較しながら説明する。
図16は、バネ下前後振動を抑制するフィルタ処理を行わない従来の制御装置の制御結果を示す図である。図16では上から順に、トルク指令値、車両の加速度、モータ回転数を示している。
時刻T1でドライバがアクセルペダルをステップ的に踏み込み、トルク指令値が急激に大きくなった場合、駆動力に起因するバネ下前後振動が発生し、車両加速度およびモータ回転数に振動が発生している。
図17は、第2の実施形態における電動車両の制御装置の制御結果を示す図である。図17では上から順に、トルク指令値、車両の加速度、モータ回転数を示している。
時刻T1でドライバがアクセルペダルをステップ的に踏み込むと、トルク指令値が急激に大きくなる。本実施形態における電動車両の制御装置では、アクセル開度θおよび車速Vに基づいて算出される第1のトルク指令値Tm1 *に対して、バネ下前後振動を抑制するフィルタ処理を施すことによって、第2のトルク指令値Tm2 *を算出するので、車両加速度およびモータ回転数の振動が抑制されている。これにより、高レスポンスかつショックの少ない滑らかな車両応答を得ることができる。
以上、第2の実施形態における電動車両の制御装置によれば、車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数を低減する処理を行うバネ下制振制御演算部(900R、900L)は、車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数を低減するフィルタGINV(601)と、出力軸トルクの不感帯特性を補償する際に算出される出力軸トルクの線形伝達関数Gd(s)(602)、F(s)(604)と、出力軸トルクの不感帯特性を補償する際に算出される出力軸ねじり角の上限および下限を制限する飽和関数(603)とを備える。これにより、トルク伝達系に不感帯が存在する場合でも、車両のバネ下の前後方向における振動を低減することができる。
また、出力軸トルクの線形伝達関数Gd(s)(602)、F(s)(604)は、出力軸ねじり角のダイナミクスからバネ下前後振動系のダイナミクスを抽出した特性であるので、出力軸トルクの不感帯特性を効果的に補償することができる。
また、飽和関数(603)の上限および下限は、駆動軸から出力軸までに存在するギアのバックラッシュ量に基づいて設定するので、出力軸トルクの不感帯幅を的確に設定して、出力軸トルクの不感帯特性を効果的に補償することができる。
また、車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数は、サスペンションの駆動源支持部の剛性に基づいて決定するので、車両のバネ下の前後方向における振動の固有振動周波数成分を効果的に低減することができる。
本発明は、上述した実施形態に限定されることはない。例えば、上述した実施形態では、本発明による車両の制御装置を電動車両に適用した例を挙げて説明したが、内燃機関のみを駆動源とする車両にも適用することができる。
図2のステップS202では、車速Vおよびアクセル開度θに基づいて、第1のトルク指令値Tm1 *を設定したが、第1のトルク指令値Tm1 *の設定方法は、この方法に限定されることはない。
2…電動モータコントローラ(トルク指令値設定手段、振動低減手段、トルク制御手段)
3…インバータ
4R、4L…モータ
3…インバータ
4R、4L…モータ
Claims (7)
- 車両の駆動源のトルク指令値を設定するトルク指令値設定手段と、
前記トルク指令値に対して、車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数成分を低減する処理を行う振動低減手段と、
前記車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数成分を低減する処理が行われたトルク指令値に基づいて、前記車両の駆動源のトルクを制御するトルク制御手段と、
を備えることを特徴とする車両の制御装置。 - 請求項1に記載の車両の制御装置において、
前記振動低減手段は、前記トルク指令値に対して、車両のバネ下前後振動系の伝達特性の逆特性を含む伝達特性を有するフィルタを用いたフィルタ処理を施す、
ことを特徴とする車両の制御装置。 - 請求項1に記載の車両の制御装置において、
前記振動低減手段は、車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数を低減するフィルタと、
出力軸トルクの不感帯特性を補償する出力軸トルクの線形伝達関数と、
前記出力軸トルクの不感帯特性を補償する際に算出される出力軸ねじり角の上限および下限を制限する飽和関数と、を備える、
ことを特徴とする車両の制御装置。 - 請求項3に記載の車両の制御装置において、
前記出力軸トルクの線形伝達関数は、出力軸ねじり角のダイナミクスからバネ下前後振動系のダイナミクスを抽出した特性とする、
ことを特徴とする車両の制御装置。 - 請求項3または4に記載の車両の制御装置において、
前記飽和関数の上限および下限は、前記駆動源から出力軸までに存在するギアのバックラッシュ量に基づいて設定する、
ことを特徴とする車両の制御装置。 - 請求項1から5のいずれか一項に記載の車両の制御装置において、
前記車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数は、サスペンション車体支持部の剛性に基づいて求める、
ことを特徴とする車両の制御装置。 - 請求項1から6のいずれか一項に記載の車両の制御装置において、
前記車両の駆動源は、車輪のホイール内に設けられたインホイールモータである、
ことを特徴とする車両の制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014203484A JP2015195698A (ja) | 2014-03-27 | 2014-10-01 | 車両の制御装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014066539 | 2014-03-27 | ||
JP2014066539 | 2014-03-27 | ||
JP2014203484A JP2015195698A (ja) | 2014-03-27 | 2014-10-01 | 車両の制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015195698A true JP2015195698A (ja) | 2015-11-05 |
Family
ID=54434304
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014203484A Pending JP2015195698A (ja) | 2014-03-27 | 2014-10-01 | 車両の制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015195698A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018192877A (ja) * | 2017-05-16 | 2018-12-06 | トヨタ自動車株式会社 | インホイールモータ内蔵非操舵駆動輪のサスペンション装置 |
JP2019103249A (ja) * | 2017-12-01 | 2019-06-24 | 日産自動車株式会社 | 電動車両の制御方法、及び、制御装置 |
JP2020058156A (ja) * | 2018-10-03 | 2020-04-09 | 三菱自動車工業株式会社 | モーター制御装置 |
JP2022064064A (ja) * | 2020-10-13 | 2022-04-25 | トヨタ自動車株式会社 | 電動車両の制御装置 |
-
2014
- 2014-10-01 JP JP2014203484A patent/JP2015195698A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018192877A (ja) * | 2017-05-16 | 2018-12-06 | トヨタ自動車株式会社 | インホイールモータ内蔵非操舵駆動輪のサスペンション装置 |
JP2019103249A (ja) * | 2017-12-01 | 2019-06-24 | 日産自動車株式会社 | 電動車両の制御方法、及び、制御装置 |
JP2020058156A (ja) * | 2018-10-03 | 2020-04-09 | 三菱自動車工業株式会社 | モーター制御装置 |
JP7310114B2 (ja) | 2018-10-03 | 2023-07-19 | 三菱自動車工業株式会社 | モーター制御装置 |
JP2022064064A (ja) * | 2020-10-13 | 2022-04-25 | トヨタ自動車株式会社 | 電動車両の制御装置 |
JP7334705B2 (ja) | 2020-10-13 | 2023-08-29 | トヨタ自動車株式会社 | 電動車両の制御装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6791377B2 (ja) | 電動車両の制御方法、及び、制御装置 | |
JP5900609B2 (ja) | 電動車両の制御装置および電動車両の制御方法 | |
JP6330820B2 (ja) | 電動車両の制御装置および電動車両の制御方法 | |
JP6135775B2 (ja) | 電動車両の制御装置および電動車両の制御方法 | |
JP5862436B2 (ja) | 電動車両の制御装置 | |
JP6492399B2 (ja) | 電動車両の制御装置および電動車両の制御方法 | |
JP5414723B2 (ja) | 車両用モータ制御装置 | |
JP6614357B2 (ja) | 車両の制御方法および制御装置 | |
JP7155674B2 (ja) | 電動車両の制御方法、及び、制御装置 | |
JP2015195698A (ja) | 車両の制御装置 | |
JP5850171B2 (ja) | 電動車両の制御装置および電動車両の制御方法 | |
JP6686658B2 (ja) | 電動車両の制御方法、及び、電動車両の制御装置 | |
JP6819081B2 (ja) | 電動車両の制御方法、及び、制御装置 | |
JP2013090434A (ja) | 車両用モータ制御装置 | |
JP6597174B2 (ja) | 電動車両の制御装置、及び、電動車両の制御方法 | |
WO2020194637A1 (ja) | 電動車両の制御方法、及び、制御装置 | |
JP6992298B2 (ja) | 電動車両の制御装置及び電動車両の制御方法 | |
JP5511751B2 (ja) | 車両用モータ制御装置 | |
JP6954062B2 (ja) | 電動車両の制御方法、及び、制御装置 | |
JP2015023623A (ja) | 電動車両の制御装置および電動車両の制御方法 | |
JP2016073161A (ja) | 電動車両の制御装置 | |
WO2015079574A1 (ja) | 電動車両の制御装置および電動車両の制御方法 | |
JP2024011931A (ja) | 電動車両の制御方法、及び、電動車両の制御装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20161205 |