JP5496294B2 - 車両共振抑制制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、駆動源としてモータを備える車両の共振に伴う振動及び騒音を抑制する車両共振抑制制御装置に関するものである。
車両の駆動源としてモータ(電動機、回転電機)を備える電気自動車(EV)、及び内燃機関とモータの両方を備えるハイブリッド自動車(HEV)において、車両発進時または減速時に振動や騒音が発生することがある。これは、動力伝達系のねじれ共振に起因するものである。従来、このねじれ共振が発生しないようなトルク指令値を生成するために、モータ回転速度に応じて車両振動成分をフィードバックし、トルク指令値に加算する方法が提案されている。
例えば特許文献1に提示された車両の制御装置では、低速走行時にコギングトルクによる車両振動を抑制するために、振動抑制補償トルクを演算する際に用いる振動抑制ゲインをモータの回転数に応じて変える(モータの回転数が所定値以下のときの振動抑制ゲインを、所定値より大きいときの振動抑制ゲインより大きくする)ことにより、極低速走行時に車両に発生する振動を効果的に抑制するようにしている。
特開2003−219508号公報
しかしながら、特許文献1に示された制御装置では、停車時の乗員の乗り降り等で車両が揺れた際の振動等に対しても、これを抑制するモータトルクを発生させてしまい、不必要な電力を消費するという問題があった。また、極低速走行時の振動を取り除くため、モータの回転数が所定値以下のときの振動抑制ゲインを大きく設定しており、振動抑制補償トルクに起因する騒音が発生する可能性がある。また、振動抑制制御による制動系への影響が免れず、運転者のドライバビリティを低下させるという問題があった。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、不必要な共振抑制制御による電力消費とドライバビリティの低下を抑え、効率的な共振抑制制御を行うことが可能な共振抑制制御装置を提供することを目的とする。
本発明に係る車両共振抑制制御装置は、駆動トルク指令に基づいて車両駆動用モータを制御する車両に搭載される車両共振抑制制御装置であって、車両の状態に関する車両情報に基づいてモータを駆動させるための第1のトルク指令値を出力する第1のトルク生成手段と、モータの回転速度に基づいて車両共振成分を抽出し、車両の共振に伴う振動を抑制するための第2のトルク指令値を出力する第2のトルク生成手段と、車両の状態に関する車両情報に基づいて共振抑制補償の必要性を判定し、その結果に基づいて第2のトルク生成手段の出力を制御する共振抑制制御判定手段と、第1のトルク指令値と第2のトルク指令値に基づいて駆動トルク指令値を出力する駆動トルク生成手段を備え、共振抑制制御判定手段は、モータ回転速度が所定値より小さく且つブレーキトルクが第1のトルク指令値を上回る場合、またはモータ回転速度が所定値を上回り且つブレーキトルクが所定値を上回る場合に、第2のトルク生成手段の出力を禁止し、第2のトルク指令値を零とするものである。
また、共振抑制制御判定手段は、モータ回転速度が所定値より小さく且つブレーキトルクが第1のトルク指令値を上回る場合、またはモータ回転速度が所定値を上回り且つブレーキトルクが所定値を上回る場合に、第2のトルク生成手段の出力ゲインを小さくする方向に調整するものである。
本発明に係る車両共振抑制制御装置によれば、モータを駆動させるための第1のトルク
指令値を出力する第1のトルク生成手段と、モータの回転速度に基づいて車両共振成分を抽出し、車両の共振に伴う振動を抑制するための第2のトルク指令値を出力する第2のトルク生成手段を備え、さらに、車両の状態に関する車両情報に基づいて共振抑制補償の必要性を判定し、その結果に基づいて第2のトルク生成手段の出力を制御する共振抑制制御判定手段を備えることにより、不必要な共振抑制制御による電力消費とドライバビリティの低下を抑えることができ、効率的な共振抑制制御を行うことが可能である。
本発明の実施の形態1に係る車両共振抑制制御装置を含む車両システムの全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態1に係る車両共振抑制制御装置における共振抑制制御部の構成を示す図である。 本発明の実施の形態1に係る車両共振抑制制御装置における車両共振補償に関するフィードバック処理を示す図である。 本発明の実施の形態2に係る車両共振抑制制御装置における車両共振補償に関するフィードバック処理を示す図である。
実施の形態1.
以下に、本発明の実施の形態1に係る車両共振抑制制御装置について、図面に基づいて説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係る車両共振抑制制御装置を含む車両システムの全体構成を示している。本実施の形態1では、車両100として電気自動車を例に挙げて説明するが、本発明は、駆動トルク指令に基づいて車両駆動用モータ4を制御する車両に適用されるものであり、電気自動車に限らず、内燃機関とモータの両方を備えたハイブリッド自動車であってもよい。
また、本実施の形態1に係る車両共振抑制制御装置は、以下に説明する第1のトルク生成手段、第2のトルク生成手段、共振抑制制御判定手段、及び駆動トルク生成手段から構成されるものであるが、これらは必ずしも装置として一体化されているものではない。実際には、車両100に分散して配置され、配線等により互いに接続されている。図1に示す例では、第2のトルク生成手段と共振抑制制御判定手段を含む共振抑制制御部31は、モータ制御装置3に備えられているが、配線やプログラムの簡易化等の都合により車両制御装置1に備えられていてもよい。
第1のトルク生成手段である車両制御装置1は、各種センサ2から取得した車両100の状態に関する車両情報に基づいて、車両駆動用モータ4(以下モータ4と略す)を駆動させるための第1のトルク指令値(Tref)を出力する。車両制御装置1に接続される各種センサ2としては、ブレーキポジションセンサ21、シフトポジションセンサ22、アクセルポジションセンサ(図示省略)、及び車速センサ(図示省略)等が含まれる。
ブレーキポジションセンサ21は、ブレーキペダルの踏み込み量を検知し、ブレーキトルクを出力する。シフトポジションセンサ22は、パーキング、ニュートラル、及びドライブ時のギアポジションを検知し、シフトポジションを出力する。また、アクセルポジションセンサは、ドライバーのアクセルペダルの踏み込み量を検知し、車速センサは車両100の速度を検知する。第1のトルク指令値は、アクセルまたはブレーキの入力量と車両100の速度に基づいて出力される。
モータ制御装置3の共振抑制制御部31は、図2に示すように、車両共振成分取得部311と共振抑制制御判定部312を有している。第2のトルク生成手段は、モータ4の回転速度に基づいて車両共振成分を抽出し、車両100の共振に伴う振動を抑制するための第2のトルク指令値を出力するもので、本実施の形態1では、車両共振成分取得部311とゲイン演算回路32から構成されている。車両共振成分取得部311は、モータ電気角センサであるレゾルバセンサ5によりモータ4の回転速度を取得し、これに基づいて車両共振成分を抽出し、車両共振抑制値を算出する。
ゲイン演算回路32は、車両共振成分取得部311が算出した車両共振抑制値にゲインを掛け、車両100の共振に伴う振動を抑制するための第2のトルク指令値(Tinh)を出力する。なお、ここではモータ電気角に基づいて第2のトルク指令値を算出しているが、モータ速度推定値、モータトルク、モータ電流、加速度センサ信号、車両速度等に基づいて共振抑制補償を行うこともできる。
また、共振抑制制御判定手段である共振抑制制御判定部312は、車両100の状態に関する車両情報に基づいて共振抑制補償の必要性を判定し、その結果に基づいて第2のトルク生成手段の出力を制御するものである。判定材料として用いられる車両情報は、該車両100のブレーキトルク、シフトポジション、モータ回転速度、及び第1のトルク指令値の少なくとも1つから選ばれる。ここでは、第1のトルク指令値、ブレーキトルク、及びシフトポジションを判定材料として用いる。
共振抑制制御判定部312は、共振抑制補償の必要性がないと判定した場合には、第2のトルク生成手段である車両共振成分取得部311あるいはゲイン演算回路32の出力を禁止し、第2トルク指令値を零(ゼロ)とする。なお、本実施の形態1に係る車両共振抑制制御装置による共振抑制補償については、後に図3を用いて詳細に説明する。
駆動トルク生成手段である加算機33は、第1のトルク指令値と第2のトルク指令値に基づき、これらを合算して駆動トルク指令値を出力する。なお、第2のトルク指令値は負のトルクであることから、実際には、第1のトルク指令値から第2のトルク指令値の絶対値を引いた値が駆動トルク指令値となる。
電流指令演算部34は、共振抑制補償後の駆動トルク指令値に基づいて、dq軸変換、3相変換等の演算処理を行い、3相交流の制御電圧を生成する。この3相交流の制御電圧によりインバータ35のパワースイッチング素子が駆動され、バッテリ8から供給される直流電力を所望の3相交流波形を出力する交流電力に変換してモータ4を駆動させる。モータ4は、トランスミッション(T/M)6を介して駆動輪7に接続され、駆動輪7を回転させる。
なお、トランスミッション6は単なる減速機でもよいし、数段の減速比を変更できる機構を備えた変速機であってもよい。また、モータ4は、ねじれ共振が発生する可能性のあるものであれば、その種類は特に限定されるものではなく、永久磁石式モータや誘導モータであってもよい。さらに、モータ4の数は1つに限定されるものではなく、各車輪にモータ4を備えたインホイールモータであってもよい。
次に、本実施の形態1に係る車両共振抑制制御装置における共振抑制補償に関するフィードバック処理について、図3のフローチャートを用いて説明する。共振抑制制御部31にモータ4を駆動させるための第1のトルク指令値が入力され、処理がスタートする。まず、ステップ101(S101)において、車両共振成分取得部311は、レゾルバセンサ5よりモータの電気角を検出する。続いてステップ102(S102)において、S101で検出されたモータ電気角から車両共振周波数(例えば0.5〜100Hz)の周波数成分を抽出する。
次に、ステップ103(S103)において、共振抑制制御判定部312は、車両100が停車もしくは減速中であり、加速要求がないかどうかを判定する。具体的には、モータ回転速度が所定値αより小さく、且つブレーキトルクが第1のトルク指令値を上回るかどうかを判定する。この条件を満たす場合(Yes)、共振抑制補償の必要性がないと判定し、ステップ105(S105)に移行し、第2のトルク指令値を零と出力する。また、S103の条件を満たさなかった場合(No)、ステップ104(S104)に移行する。
S104において、共振抑制制御判定部312は、車両100のブレーキが強く踏み込まれたかどうかを判定する。具体的には、モータ回転速度が所定値βより大きく、且つブレーキトルクが所定値を上回るかどうかを判定する。この条件を満たす場合(Yes)、車両100に急減速要求があることから共振抑制補償を抑制し、S105に移行して第2のトルク指令値を零と出力する。また、S104の条件を満たさなかった場合(No)、ステップ106(S106)に移行する。
S106において、共振抑制制御判定部312は、シフトポジションがパーキング(P)であるかどうかを判定する。シフトポジションセンサ22から取得したシフトポジションがパーキングの場合(Yes)、車両100が停止中であるため共振抑制補償の必要性がないと判定し、ステップ108(S108)に移行する。S108では、所定時間経過後、第2のトルク指令値を零と出力する。
S106において、シフトポジションがパーキングでない場合(No)、ステップ107(S107)に移行する。S107において、共振抑制制御判定部312は、シフトポジションがニュートラル(N)であるかどうか判定する。シフトポジションセンサ22から取得したシフトポジションがニュートラルの場合(Yes)、車両100がモータトルクを必要としていないため共振抑制補償の必要性がないと判定し、S108に移行する。S108では、所定時間経過後、第2のトルク指令値を零と出力する。
S107において、シフトポジションがニュートラルでない場合(No)、共振抑制制御判定部312は、共振抑制補償の必要性があると判定し、ステップ109(S109)において共振抑制補償のゲインに所定値を代入する。さらに、ステップ110(S110)において、車両共振成分取得部311が抽出した共振成分に基づいて算出した車両共振抑制値にゲインを掛け、第2のトルク指令値を決定する。
続いてステップ111(S111)において、加算機33は、第1のトルク指令値と第2のトルク指令値の絶対値の差を求め、共振抑制補償した駆動トルク指令値を生成する。次に、ステップ112(S112)において、電流指令演算部34は、S111で求めた駆動トルク指令値に基づいて、dq軸変換、3相変換等の演算処理を行い、駆動用電圧である3相交流の制御電圧を算出する。
さらに、ステップ113(S113)において、インバータ35は、S112で生成された駆動用電圧により、バッテリ8から供給される直流電力を所望の3相交流波形を出力する交流電力に変換し、モータ4を駆動させる。以上で共振抑制補償に関するフィードバック処理は終了する。
なお、S103において、車両100が停車もしくは減速中であり加速要求がないかどうかを判定しているが、これは、停車時の乗員の乗り降りの際に発生する揺れに対する共振抑制制御を行わないためである。これにより、不必要な共振抑制制御による電力消費が抑えられると共に、共振抑制制御による騒音が抑制される効果がある。また、S104において、車両100のブレーキが強く踏み込まれたかどうかを判定しているが、これは、共振抑制制御を抑制することで制動系への影響を軽減するためである。さらに、S108において、共振抑制補償を抑制するまでに所定時間を設けることにより、シフト変更時のショックを和らげることができる。
以上のように、本実施の形態1によれば、各種センサ2から取得した車両100の状態に関する車両情報に基づいてモータを駆動させるための第1のトルク指令値を出力する車両制御装置1と、車両100の共振に伴う振動を抑制するための第2のトルク指令値を出力する車両共振成分取得部311及びゲイン演算回路32と、共振抑制補償の必要性を判定し、共振抑制補償の必要性がないと判定した場合には、第2トルク指令値を零とする共振抑制制御判定部312を備えることにより、不必要な共振抑制制御による電力消費とドライバビリティの低下を抑えることができ、効率的な共振抑制制御を行うことが可能となる。また、共振抑制制御部31をモータ制御装置3に配置しているので、高速で細やかな制御が可能となり、共振抑制制御の効果を十分に発揮することが可能である。
実施の形態2.
本発明の実施の形態2に係る車両システムの全体構成は、上記実施の形態1と同様であるので、図1を流用して説明する。本実施の形態2に係る車両共振抑制制御装置の共振抑制制御判定部312は、上記実施の形態1と同様に、車両100の状態に関する車両情報、すなわち第1のトルク指令値、ブレーキトルク、及びシフトポジションに基づいて共振抑制補償の必要性を判定し、その結果に基づいて第2のトルク生成手段の出力を制御するものである。
上記実施の形態1においては、共振抑制制御判定部312が共振抑制補償の必要性がないと判定した場合、第2のトルク生成手段である車両共振成分取得部311あるいはゲイン演算回路32の出力を禁止し、第2トルク指令値を零(ゼロ)とした。これに対し、本実施の形態2における共振抑制制御判定部312は、共振抑制補償の必要性がないと判定した場合に、第2のトルク生成手段であるゲイン演算回路32の出力ゲインを小さくする方向に調整するものである。その他の構成及び動作については上記実施の形態1と同様であるので説明を省略する。
以下に、本実施の形態2に係る車両共振抑制制御装置における共振抑制補償に関するフィードバック処理について、図4のフローチャートを用いて説明する。共振抑制制御部31にモータ4を駆動させるための第1のトルク指令値が入力され、処理がスタートする。まず、ステップ201(S201)において、車両共振成分取得部311は、レゾルバセンサ5よりモータの電気角を検出する。続いてステップ202(S202)において、S201で検出されたモータ電気角から車両共振周波数(例えば0.5〜100Hz)の周波数成分を抽出する。
次に、ステップ203(S203)において、共振抑制制御判定部312は、車両100が停車もしくは減速中であり、加速要求がないかどうかを判定する。具体的には、モータ回転速度が所定値αより小さく、且つブレーキトルクが第1のトルク指令値を上回るかどうかを判定する。この条件を満たす場合(Yes)、共振抑制補償の必要性がないと判定し、ステップ204(S204)に移行する。S204では、第2のトルク生成手段であるゲイン演算回路32のゲインを該モータ回転速度に応じて小さくする。また、S203の条件を満たさなかった場合(No)、ステップ205(S205)に移行する。
S205において、共振抑制制御判定部312は、車両100のブレーキが強く踏み込まれたかどうかを判定する。具体的には、モータ回転速度が所定値βより大きく、且つブレーキトルクが所定値を上回るかどうかを判定する。この条件を満たす場合(Yes)、車両100に急減速要求があることから共振抑制補償を抑制し、ステップ206(S206)に移行して、ゲイン演算回路32のゲインをブレーキトルクに応じて小さくする。ま
た、S205の条件を満たさなかった場合(No)、ステップ207(S207)に移行する。
S207において、共振抑制制御判定部312は、シフトポジションがパーキング(P)であるかどうかを判定する。シフトポジションセンサ22から取得したシフトポジションがパーキングの場合(Yes)、車両100が停止中であるため共振抑制補償の必要性がないと判定し、ステップ209(S209)に移行する。S209では、所定時間経過後、ゲイン演算回路32のゲインを徐々に小さくする。S207において、シフトポジションがパーキングでない場合(No)、ステップ208(S208)に移行する。
S208において、共振抑制制御判定部312は、シフトポジションがニュートラル(N)であるかどうか判定する。シフトポジションセンサ22から取得したシフトポジションがニュートラルの場合(Yes)、車両100がモータトルクを必要としていないため共振抑制補償の必要性がないと判定し、S209に移行する。S209では、所定時間経過後、ゲイン演算回路32のゲインを徐々に小さくする。
S208において、シフトポジションがニュートラルでない場合(No)、共振抑制制御判定部312は、共振抑制補償の必要性があると判定し、ステップ210(S210)において共振抑制補償のゲインに所定値を代入する。さらに、ステップ211(S211)において、車両共振成分取得部311が抽出した共振成分に基づいて算出した車両共振抑制値にゲインを掛け、第2のトルク指令値を決定する。
続いてステップ212(S212)において、加算機33は、第1のトルク指令値と第2のトルク指令値の絶対値の差を求め、共振抑制補償した駆動トルク指令値を生成する。次に、ステップ213(S213)において、電流指令演算部34は、S212で求めた駆動トルク指令値に基づいて、dq軸変換、3相変換等の演算処理を行い、駆動用電圧である3相交流の制御電圧を算出する。
さらに、ステップ214(S214)において、インバータ35は、S213で生成された駆動用電圧により、バッテリ8から供給される直流電力を所望の3相交流波形を出力する交流電力に変換し、モータ4を駆動させる。以上で共振抑制補償に関するフィードバック処理は終了する。
なお、S203において、車両100が停車もしくは減速中であり加速要求がないかどうかを判定しているが、これは、停車時の乗員の乗り降りの際に発生する揺れに対する共振抑制制御を行わないためである。これにより、不必要な共振抑制制御による電力消費が抑えられると共に、共振抑制制御による騒音が抑制される効果がある。また、S204において、ゲインをモータ回転速度に応じて小さくすることにより、ゲイン変動によるショックを和らげることができる。
また、S205において、車両100のブレーキが強く踏み込まれたかどうかを判定しているが、これは、共振抑制制御を抑制することで制動系への影響を軽減するためである。また、S206において、ブレーキトルクに応じて共振抑制制御を抑制することにより、車両100を早急に停車することができる。さらに、S209において共振抑制補償を抑制するまでに所定時間を設けることにより、シフト変更時のショックを和らげることができる。
以上のように、本実施の形態2によれば、共振抑制制御判定部312において補償の必要性を判定し、共振抑制補償の必要性がないと判定した場合には、ゲイン演算回路32のゲインを小さくする方向に調整することにより、上記実施の形態1と同様に、不必要な共
振抑制制御による電力消費とドライバビリティの低下を抑えることができ、効率的な共振抑制制御を行うことが可能となる。なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
本発明は、電気自動車及びハイブリッド自動車のねじれ共振に伴う振動を抑制する共振抑制制御に利用することができる。
1 車両制御装置、2 各種センサ、3 モータ制御装置、4 車両駆動用モータ、
5 モータ電気角センサ(レゾルバセンサ)、6 トランスミッション、7 駆動輪、
8 バッテリ、21 ブレーキポジションセンサ、22 シフトポジションセンサ、
31 共振抑制制御部、32 ゲイン演算回路、33 加算機、34 電流指令演算部、35 インバータ、100 車両、311 車両共振成分取得部、312 共振抑制制御判定部。

Claims (4)

  1. 駆動トルク指令に基づいて車両駆動用モータを制御する車両に搭載される車両共振抑制制御装置であって、
    車両の状態に関する車両情報に基づいて前記モータを駆動させるための第1のトルク指令値を出力する第1のトルク生成手段、
    前記モータの回転速度に基づいて車両共振成分を抽出し、車両の共振に伴う振動を抑制するための第2のトルク指令値を出力する第2のトルク生成手段、
    車両の状態に関する車両情報に基づいて共振抑制補償の必要性を判定し、その結果に基づいて前記第2のトルク生成手段の出力を制御する共振抑制制御判定手段、
    第1のトルク指令値と第2のトルク指令値に基づいて駆動トルク指令値を出力する駆動トルク生成手段を備え
    前記共振抑制制御判定手段は、モータ回転速度が所定値より小さく且つブレーキトルクが第1のトルク指令値を上回る場合、またはモータ回転速度が所定値を上回り且つブレーキトルクが所定値を上回る場合に、前記第2のトルク生成手段の出力を禁止し、第2のトルク指令値を零とすることを特徴とする車両共振抑制制御装置。
  2. 前記共振抑制制御判定手段は、シフトポジションがニュートラルまたはパーキングの場合に、所定時間経過後、前記第2のトルク生成手段の出力を禁止することを特徴とする請求項記載の車両共振抑制制御装置。
  3. 駆動トルク指令に基づいて車両駆動用モータを制御する車両に搭載される車両共振抑制制御装置であって、
    車両の状態に関する車両情報に基づいて前記モータを駆動させるための第1のトルク指令値を出力する第1のトルク生成手段、
    前記モータの回転速度に基づいて車両共振成分を抽出し、車両の共振に伴う振動を抑制するための第2のトルク指令値を出力する第2のトルク生成手段、
    車両の状態に関する車両情報に基づいて共振抑制補償の必要性を判定し、その結果に基づいて前記第2のトルク生成手段の出力を制御する共振抑制制御判定手段、
    第1のトルク指令値と第2のトルク指令値に基づいて駆動トルク指令値を出力する駆動トルク生成手段を備え、
    前記共振抑制制御判定手段は、モータ回転速度が所定値より小さく且つブレーキトルクが第1のトルク指令値を上回る場合、またはモータ回転速度が所定値を上回り且つブレーキトルクが所定値を上回る場合に、前記第2のトルク生成手段の出力ゲインを小さくする方向に調整することを特徴とする車両共振抑制制御装置。
  4. 前記共振抑制制御判定手段は、シフトポジションがニュートラルまたはパーキングの場合に、所定時間経過後、前記第2のトルク生成手段の出力ゲインを徐々に小さくすることを特徴とする請求項記載の車両共振抑制制御装置。
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