JP6246496B2 - 電気自動車の制御装置 - Google Patents
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Description
この発明は、例えば、インホイールモータ駆動装置を備えた４輪の電気自動車の制御装置に関し、特に、モータ制御ゲインを自動調整することによって、トルク制御のオーバーシュートの抑制とモータ応答性の向上を図ると共に、車輪用軸受とモータとの間にあるサイクロイド減速機の振動の低減を図る技術に関する。
例えば、従来技術１として、駆動輪となる左右の車輪がそれぞれ独立の走行用のモータによる駆動される電気自動車が提案されている（特許文献１）。前記モータの回転は、減速機および車輪用軸受を介して車輪に伝達される。これらモータ、減速機、および車輪用軸受は、互いに一つの組立部品であるインホイールモータ駆動装置を構成している。
加速時：力行制御
減速時：回生制御
従来技術１（電気自動車）
従来技術１では、車両起動時、または加速時（力行制御時）、トルク制御によって、モータを駆動させている。このモータのトルク制御に使用するＰＩ制御ゲイン（Ｐ：Proportional,Ｉ：Integral）は定数であるため、ＰＩ制御ゲインを大きく設定すると指令トルクをオーバーしてしまう現象が発生する。この現象をオーバーシュートと呼ぶ。オーバーシュートには、車輪用軸受とモータとの間にあるサイクロイド減速機の振動が生じやすくなる。それにより、乗員の乗り心地が悪化する。また、モータを制御するインバータ装置において、大きな電流がパワー回路部のドライバに流れ込む可能性があるため、インバータ装置に異常が発生しやすくなる。同様に、車両減速時（回生制御時）にもその問題が存在している。
減速時：回生制御
従来技術１（電気自動車）
従来技術１では、車両起動時、または加速時（力行制御時）、トルク制御によって、モータを駆動させている。このモータのトルク制御に使用するＰＩ制御ゲイン（Ｐ：Proportional,Ｉ：Integral）は定数であるため、ＰＩ制御ゲインを大きく設定すると指令トルクをオーバーしてしまう現象が発生する。この現象をオーバーシュートと呼ぶ。オーバーシュートには、車輪用軸受とモータとの間にあるサイクロイド減速機の振動が生じやすくなる。それにより、乗員の乗り心地が悪化する。また、モータを制御するインバータ装置において、大きな電流がパワー回路部のドライバに流れ込む可能性があるため、インバータ装置に異常が発生しやすくなる。同様に、車両減速時（回生制御時）にもその問題が存在している。
オーバーシュート現象を避けるために、ＰＩ制御ゲインを低く設定する手段や、ＥＣＵからの指令トルクに対し、ローパスフィルターを設けることにより、指令トルクを緩和する手段等がある。そのため、モータの応答性が低下する問題が生じる。
従来技術２（エンジン車）
従来技術２として、エンジン用バリアブル・ノズル・タービン（ＶＮＴ）のフィードバック制御システムにおいて、フィードバック制御用ＰＩＤゲイン自動調整方法が提案されている（特許文献２）。この方法は、目標値に対する実値のオーバーシュート値が所定値を超えた場合に、偏差から求められるフィードバックＰＩＤゲインの演算から小さい値に変更する方法である。この方法は、オーバーシュートをより適切に抑えることができるが、オーバーシュートを避けることができない。
従来技術２として、エンジン用バリアブル・ノズル・タービン（ＶＮＴ）のフィードバック制御システムにおいて、フィードバック制御用ＰＩＤゲイン自動調整方法が提案されている（特許文献２）。この方法は、目標値に対する実値のオーバーシュート値が所定値を超えた場合に、偏差から求められるフィードバックＰＩＤゲインの演算から小さい値に変更する方法である。この方法は、オーバーシュートをより適切に抑えることができるが、オーバーシュートを避けることができない。
この発明の目的は、電気自動車につき、モータの力行制御時、回生制御時において、モータの応答性の向上を図り、且つ、乗員の乗り心地の改善に繋がる電気自動車の制御装置を提供することである。
この発明の電気自動車の制御装置は、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵ２１と、直流電力を走行用のモータ６の駆動に用いる交流電力に変換するインバータ３１を含むパワー回路部２８、および前記ＥＣＵ２１の制御に従って前記パワー回路部２８を制御するモータコントロール部２９を有するインバータ装置２２とを備えた電気自動車の制御装置において、
前記モータコントロール部２９は、
前記ＥＣＵ２１からのトルク指令に対してインバータ内で生成された指令電流値と、前記モータ６の実測電流値との偏差を無くすＰＩフィードバック制御を行う電流ＰＩ制御部４１と、
この電流ＰＩ制御部４１でＰＩフィードバック制御するときに用いるＰＩ制御ゲインを、前記モータ６の実測電流値と指令電流値の偏差の絶対値と、車速との関係から定められる走行状態に応じて設定した力行制御用および回生制御用のＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５と、
このＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５に従い前記走行状態に応じたＰＩ制御ゲインを用いるように前記電流ＰＩ制御部４１のＰＩ制御ゲインを調整する制御ゲイン調整部３４とを有し、前記力行制御用および回生制御用の各ＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５は、車速について定められた間隔毎に設けられることを特徴とする。
前記「走行状態」とは、例えば、走行用のモータ６の実測電流値と指令電流値の偏差の絶対値と、車速との関係から定められる状態を言う。
前記モータコントロール部２９は、
前記ＥＣＵ２１からのトルク指令に対してインバータ内で生成された指令電流値と、前記モータ６の実測電流値との偏差を無くすＰＩフィードバック制御を行う電流ＰＩ制御部４１と、
この電流ＰＩ制御部４１でＰＩフィードバック制御するときに用いるＰＩ制御ゲインを、前記モータ６の実測電流値と指令電流値の偏差の絶対値と、車速との関係から定められる走行状態に応じて設定した力行制御用および回生制御用のＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５と、
このＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５に従い前記走行状態に応じたＰＩ制御ゲインを用いるように前記電流ＰＩ制御部４１のＰＩ制御ゲインを調整する制御ゲイン調整部３４とを有し、前記力行制御用および回生制御用の各ＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５は、車速について定められた間隔毎に設けられることを特徴とする。
前記「走行状態」とは、例えば、走行用のモータ６の実測電流値と指令電流値の偏差の絶対値と、車速との関係から定められる状態を言う。
この構成によると、モータコントロール部２９は、例えば、モータ力行および回生制御時、ＥＣＵ２１から与えられるトルク指令等による加速・減速指令に基づき、パワー回路部２８を制御し、モータ６の出力をトルク制御により実施する。つまりモータコントロール部２９における電流ＰＩ制御部４１が、ＥＣＵ２１からのトルク指令に対してインバータ内で生成された指令電流値の偏差を無くすＰＩフィードバック制御を行う。このＰＩフィードバック制御時に用いるＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５を、力行制御用および回生制御用にそれぞれ設けることによって、例えば、バッテリ１９の性能や劣化状態の差別、またはモータ６とインバータ装置２２の損失の差別等に起因する外乱からの影響を受け難く、また力行制御、回生制御にかかわらずより正確にモータ６を制御することができる。したがって、モータ６の応答性の向上を図ることができる。
制御ゲイン調整部３４は、ＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５に従い走行状態に応じたＰＩ制御ゲインを用いるように電流ＰＩ制御部４１のＰＩ制御ゲインを調整する。時々刻々と変化する走行状態に応じてＰＩ制御ゲインを最適に調整することで、オーバーシュート現象を避け、例えば減速機等の振動を抑制し得る。それにより、乗員の乗り心地の改善を図ることができる。
前記力行制御用および回生制御用の各ＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５は、車速について定められた間隔毎に設けられる。
前記ＰＩ制御ゲイン調整用テーブル３５は、前記モータ６の実測電流値と指令電流値の偏差の絶対値が小さいほど、前記ＰＩ制御ゲインにおける積分ゲインを減少させると同時に比例ゲインを減少させ、前記偏差の絶対値が大きいほど、前記積分ゲインを増加させると同時に比例ゲインを増加させるものとしても良い。
前記ＰＩ制御ゲイン調整用テーブル３５は、前記モータ６の実測電流値と指令電流値の偏差の絶対値が小さいほど、前記ＰＩ制御ゲインにおける積分ゲインを減少させると同時に比例ゲインを減少させ、前記偏差の絶対値が大きいほど、前記積分ゲインを増加させると同時に比例ゲインを増加させるものとしても良い。
ＰＩ制御ゲイン調整用テーブル３５を、実車試験等による結果に基づき前記のように設定する。前記偏差の絶対値が小さいほど、積分ゲインおよび比例ゲインを減少させることにより、電流制御のオーバーシュートを抑制することができる。逆に、前記偏差の絶対値が大きいほど、積分ゲインおよび比例ゲインを増加させることにより、モータ６の応答性を速くすることができる。このように、電流制御のオーバーシュートの抑制とモータ６の応答性の向上を両立することができる。
前記制御ゲイン調整部３４により、比例ゲインまたは積分ゲインを操作するゲイン操作量にそれぞれ制限値を設け、前記ゲイン調整部３４は、前記制限値を超える場合には、前記制限値を上限値として使用するものとしても良い。この場合、例えば、パワー回路部２８のＰＷＭドライバ３２に過度に大きな電流が流れ込むことを防止し、インバータ装置２２の異常を未然に防止することができる。
力行制御時前記モータ６に流れる電流値、または、回生制御時前記モータ６に流れる電流からなる指令電流値につき、それぞれ制限値を設けても良い。この場合、例えば、モータ６の温度上昇や外乱の影響を低減することができる。したがって、モータ６の温度上昇等に起因するモータ６の異常を未然に防止することができる。
前記モータ６は、一部または全体が車輪内に配置されて前記モータ６と車輪用軸受４と減速機７とを含むインホイールモータ駆動装置８を構成するものとしても良い。
この発明の電気自動車の制御装置は、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵと、直流電力を走行用のモータの駆動に用いる交流電力に変換するインバータを含むパワー回路部、および前記ＥＣＵの制御に従って前記パワー回路部を制御するモータコントロール部を有するインバータ装置とを備えた電気自動車の制御装置において、前記モータコントロール部は、前記ＥＣＵからのトルク指令に対してインバータ内で生成された指令電流値と、前記モータの実測電流値との偏差を無くすＰＩフィードバック制御を行う電流ＰＩ制御部と、この電流ＰＩ制御部でＰＩフィードバック制御するときに用いるＰＩ制御ゲインを、前記モータの実測電流値と指令電流値の偏差の絶対値と、車速との関係から定められる走行状態に応じて設定した力行制御用および回生制御用のＰＩ制御ゲイン制御用テーブルと、このＰＩ制御ゲイン制御用テーブルに従い前記走行状態に応じたＰＩ制御ゲインを用いるように前記電流ＰＩ制御部のＰＩ制御ゲインを調整する制御ゲイン調整部とを有し、
前記力行制御用および回生制御用の各ＰＩ制御ゲイン制御用テーブルは、車速について定められた間隔毎に設けられるため、電気自動車につき、モータの力行制御時、回生制御時において、モータの応答性の向上を図り、且つ、乗員の乗り心地の改善に繋がる。
前記力行制御用および回生制御用の各ＰＩ制御ゲイン制御用テーブルは、車速について定められた間隔毎に設けられるため、電気自動車につき、モータの力行制御時、回生制御時において、モータの応答性の向上を図り、且つ、乗員の乗り心地の改善に繋がる。
この発明の第１の実施形態に係る電気自動車の制御装置を図１ないし図８と共に説明する。なお以下の説明は電気自動車の制御方法についての説明をも含む。図１は、この実施形態に係る電気自動車を平面図で示す概念構成のブロック図である。同図１に示すように、この電気自動車は、車体１の左右の後輪となる車輪２が駆動輪とされ、左右の前輪となる車輪３が従動輪の操舵輪とされた４輪の自動車である。駆動輪および従動輪となる車輪２，３は、いずれもタイヤを有し、それぞれ車輪用軸受４，５を介して車体１に支持されている。
車輪用軸受４，５は、図１にてハブベアリングの略称「Ｈ／Ｂ」を付してある。駆動輪となる左右の車輪２，２は、それぞれ独立の走行用のモータ６，６により駆動される。モータ６の回転は、減速機７および車輪用軸受４を介して車輪２に伝達される。これらモータ６、減速機７、および車輪用軸受４は、互いに一つの組立部品であるインホイールモータ駆動装置８を構成しており、インホイールモータ駆動装置８は、一部または全体が車輪２内に配置される。減速機７は例えばサイクロイド減速機からなる。各車輪２，３には、電動式のブレーキ９，１０が設けられている。また左右の前輪となる操舵輪である車輪３，３は、転舵機構１１を介して転舵可能であり、操舵手段１２により操舵される。
図２は、同電気自動車のインバータ装置等の概念構成のブロック図である。
同図２に示すように、この電気自動車は、自動車全般の制御を行う電気制御ユニットであるＥＣＵ２１と、このＥＣＵ２１の指令に従って走行用のモータ６の制御を行うインバータ装置２２とを有する。ＥＣＵ２１は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、並びに各種の電子回路等で構成される。ＥＣＵ２１は、トルク配分手段２１ａと、力行・回生制御指令部２１ｂとを有する。
同図２に示すように、この電気自動車は、自動車全般の制御を行う電気制御ユニットであるＥＣＵ２１と、このＥＣＵ２１の指令に従って走行用のモータ６の制御を行うインバータ装置２２とを有する。ＥＣＵ２１は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、並びに各種の電子回路等で構成される。ＥＣＵ２１は、トルク配分手段２１ａと、力行・回生制御指令部２１ｂとを有する。
トルク配分手段２１ａは、アクセル操作手段１６の出力する加速指令と、ブレーキ操作手段１７の出力する減速指令と、操舵手段１２からの旋回指令とから、左右輪の走行用のモータ６，６に与える加速・減速指令をトルク指令値として生成し、インバータ装置２２へ出力する。トルク配分手段２１ａは、ブレーキ操作手段１７の出力する減速指令があったときに、モータ６を回生ブレーキとして機能させる制動トルク指令値と、前記電動式のブレーキ９，１０を動作させる制動トルク指令値とに配分する機能を持つ。回生ブレーキとして機能させる制動トルク指令値は、前記左右輪のモータ６，６に与える加速・減速指令をトルク指令値に反映させる。ブレーキ９，１０を動作させる制動トルク指令値は、ブレーキコントローラ２３へ出力する。
力行・回生制御指令部２１ｂは、加速（力行）・減速（回生）の切換えを行うための指令フラグを、後述するモータコントロール部２９のモータ力行・回生制御部３３に与える。
力行・回生制御指令部２１ｂは、加速（力行）・減速（回生）の切換えを行うための指令フラグを、後述するモータコントロール部２９のモータ力行・回生制御部３３に与える。
インバータ装置２２は、各モータ６に対して設けられたパワー回路部２８と、このパワー回路部２８を制御するモータコントロール部２９とを有する。パワー回路部２８は、バッテリ１９の直流電力をモータ６の力行および回生に用いる３相の交流電力に変換するインバータ３１と、このインバータ３１を制御するＰＷＭドライバ３２とを有する。モータ６は、３相の同期モータ等からなる。このモータ６には、同モータのロータの電気角としての回転角度を検出する回転角度センサ３６が設けられている。インバータ３１は、複数の半導体スイッチング素子で構成され、ＰＷＭドライバ３２は、入力された電流指令をパルス幅変調し、前記各半導体スイッチング素子にオンオフ指令を与える。
モータコントロール部２９は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、および電子回路により構成され、その基本となる制御部としてモータ力行・回生制御部３３と、制御ゲイン調整部３４と、ＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５とを有する。モータ力行・回生制御部３３は、上位制御手段であるＥＣＵ２１から与えられるトルク指令等による加速（力行）・減速（回生）指令に従い、電流指令に変換して、パワー回路部２８のＰＷＭドライバ３２に電流指令を与える手段である。力行・回生つまり指令電流の方向の切換は、ＥＣＵ２１の力行・回生制御指令部２１ｂからの指令フラグにより行う。モータ力行・回生制御部３３は、力行制御手段３３ａと、回生制御手段３３ｂとを有し、力行・回生制御指令部２１ｂからの指令フラグにより力行制御手段３３ａおよび回生制御手段３３ｂのいずれか一方が選択的に用いられる。
モータ力行・回生制御部３３は、前記指令フラグで指令された指令電流の方向に従って、インバータ内部に予め設定したトルクテーブルを用い、相応の指令電流値を生成する。このとき後述する電流ＰＩ制御部４１（図４）は、ＥＣＵ２１からのトルク指令に対してインバータ内で生成された指令電流値の偏差を無くすＰＩフィードバック制御を行う。
またモータ力行・回生制御部３３は、モータ６のロータの回転角を回転角度センサ３６から得て、ベクトル制御等の回転角に応じた制御を行う。
またモータ力行・回生制御部３３は、モータ６のロータの回転角を回転角度センサ３６から得て、ベクトル制御等の回転角に応じた制御を行う。
制御ゲイン調整部３４は、後述するＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５に従い走行状態に応じたＰＩ制御ゲインを用いるように電流ＰＩ制御部４１（図４）のＰＩ制御ゲインを調整する。車体１の左右の車輪２，２を駆動するモータ６は、力行時および回生時において、トルク発生方向が異なる。つまり力行時において、モータ６の出力軸の方向から見ると、左側のモータ６はＣＷ方向のトルクが発生し、右側のモータ６はＣＣＷ方向のトルクが発生する。前記モータ６の左側、右側は車両後ろから見る方向で決定される。以下同じ。
左、右側のモータ６でそれぞれ発生したトルクは、サイクロイド減速機７および車輪用軸受４を介して、トルク方向を反転し、タイヤに伝達される。また左右タイヤのモータ６における回生時のトルク発生方向は、力行時のトルク発生方向と異なっている。力行制御と回生制御を実施するには、ＰＩ制御ゲインを自動調整することで、モータ６の応答性の向上を図り、且つ、乗員の乗り心地の改善に繋がる。
なおＥＣＵ２１、インバータ装置２２、ブレーキコントローラ２３、操舵手段１２と４者間の信号転走は、コントローラー・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）通信で行われている。
なおＥＣＵ２１、インバータ装置２２、ブレーキコントローラ２３、操舵手段１２と４者間の信号転走は、コントローラー・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）通信で行われている。
図３は、インバータ装置２２におけるモータコントロール部２９に制御ゲイン調整部３４を加えたトルク制御系のブロック図である。図４は、図３に示す電流制御部４６の詳細ブロック図である。図３および図４を参照しつつ説明する。
図３のモータコントロール部２９は、モータ駆動電流を制御する手段であって、図４に示す電流指令部４０を含む。この電流指令部４０は、モータ６に印加する駆動電流を回転角度センサ３６で検出した検出値と、図３に示すＥＣＵ２１のトルク配分手段２１ａで生成した加速・減速指令によるトルク指令値とから、インバータ装置２２のインバータ内部に予め設定したトルクテーブルを用い、相応の指令電流を生成する。
図３のモータコントロール部２９は、モータ駆動電流を制御する手段であって、図４に示す電流指令部４０を含む。この電流指令部４０は、モータ６に印加する駆動電流を回転角度センサ３６で検出した検出値と、図３に示すＥＣＵ２１のトルク配分手段２１ａで生成した加速・減速指令によるトルク指令値とから、インバータ装置２２のインバータ内部に予め設定したトルクテーブルを用い、相応の指令電流を生成する。
前記トルクテーブルに関しては、アクセル信号とモータ６の回転数とに応じて、最大トルク制御テーブルから、相応なトルク指令値を算出する。図４に示すように、電流指令部４０は、算出された前記トルク指令値に基づき、モータ６の１次電流（Ｉａ）と電流位相角（β）の指令値を生成する。電流指令部４０は、これら１次電流（Ｉａ）と電流位相角（β）の値に基づき、ｄ軸電流（界磁成分）Ｏ＿Ｉｄと、ｑ軸電流（トルク成分）Ｏ＿Ｉｑの二つの指令電流を生成する。
電流ＰＩ制御部４１は、電流指令部４０から出力されたｄ軸電流Ｏ＿Ｉｄ、ｑ軸電流Ｏ＿Ｉｑの値と、モータ電流および回転子角度から３相・２相変換部４２で計算された２相電流Ｉｄ，Ｉｑとから、ＰＩ制御による電圧値による制御量Ｖｄ，Ｖｑを算出する。３相・２相変換部４２では、電流センサ４３で検出されるモータ６のｕ相電流（Ｉｕ）とｗ相電流（Ｉｗ）の検出値から、次式Ｉｖ＝−（Ｉｕ＋Ｉｗ）で求められるｖ相電流（Ｉｖ）を算出し、Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの３相電流からＩｄ，Ｉｑの２相電流に変換する。この変換に使われるモータ６の回転子角度は、回転角度センサ３６から取得する。
ＰＩ制御ゲイン調整用テーブル３５（図２）は、力行制御用および回生制御用の２種類のＰＩ制御ゲイン調整用テーブル３５を含む。これら力行制御用および回生制御用のＰＩ制御ゲイン調整用テーブル３５には、それぞれ電流ＰＩ制御部４１でＰＩフィードバック制御するときに用いるＰＩ制御ゲインが、走行状態に応じて設定されている。
図３に示すように、制御ゲイン調整部３４は、力行制御と回生制御の実施時における、ＰＩ制御ゲインを実測電流値Ａ＿ＣＵＲＲと前記トルクテーブルで生成された指令電流値Ｏ＿ＣＵＲＲ間の差電流値（Ｅ＿ＣＵＲＲ＝Ｏ＿ＣＵＲＲ - Ａ＿ＣＵＲＲ）に基づき調整することで、応答性の向上を実現している。
図３に示すように、制御ゲイン調整部３４は、力行制御と回生制御の実施時における、ＰＩ制御ゲインを実測電流値Ａ＿ＣＵＲＲと前記トルクテーブルで生成された指令電流値Ｏ＿ＣＵＲＲ間の差電流値（Ｅ＿ＣＵＲＲ＝Ｏ＿ＣＵＲＲ - Ａ＿ＣＵＲＲ）に基づき調整することで、応答性の向上を実現している。
Ｐ制御だけでは、通常、目標値との定常偏差であるオフセットが生じる。このため、Ｐ制御のオフセットを無くすため、Ｉ制御を加え、実測値と目標値の偏差を無くすまでモータ６を制御する。
操作量：ＰＩ＝Ｐ＋Ｉ
モータ電流の偏差：Ｅ＿ＣＵＲＲ＝Ｏ＿ＣＵＲＲ - Ａ＿ＣＵＲＲ
（Ｏ＿ＣＵＲＲ：モータの指令電流値，Ａ＿ＣＵＲＲ：モータの実測電流値）
Ｐ操作量：Ｐ＝Ｋｐ×Ｅ＿ＣＵＲＲ
Ｉ操作量：Ｉ＝Ｉ＋Ｋｉ×Ｅ＿ＣＵＲＲ（以上の電流は、モータ相電流の実効値である。）
操作量：ＰＩ＝Ｐ＋Ｉ
モータ電流の偏差：Ｅ＿ＣＵＲＲ＝Ｏ＿ＣＵＲＲ - Ａ＿ＣＵＲＲ
（Ｏ＿ＣＵＲＲ：モータの指令電流値，Ａ＿ＣＵＲＲ：モータの実測電流値）
Ｐ操作量：Ｐ＝Ｋｐ×Ｅ＿ＣＵＲＲ
Ｉ操作量：Ｉ＝Ｉ＋Ｋｉ×Ｅ＿ＣＵＲＲ（以上の電流は、モータ相電流の実効値である。）
ＰＩ制御ゲインの自動調整規則：
１．モータの実測電流値と指令電流値の偏差の絶対値｜Ｅ＿ＣＵＲＲ｜が小さいほど、積分ゲインＫｉおよび比例ゲインＫｐを減少させる。それにより電流制御のオーバーシュートを抑制することができる。
２．逆に、モータ６の実測電流値と指令電流値の偏差の絶対値｜Ｅ＿ＣＵＲＲ｜が大きいほど、積分ゲインＫｉおよび比例ゲインＫｐを増加させる。それによりモータ６の応答性が速くなる。
１．モータの実測電流値と指令電流値の偏差の絶対値｜Ｅ＿ＣＵＲＲ｜が小さいほど、積分ゲインＫｉおよび比例ゲインＫｐを減少させる。それにより電流制御のオーバーシュートを抑制することができる。
２．逆に、モータ６の実測電流値と指令電流値の偏差の絶対値｜Ｅ＿ＣＵＲＲ｜が大きいほど、積分ゲインＫｉおよび比例ゲインＫｐを増加させる。それによりモータ６の応答性が速くなる。
本自動調整規則に従って、ＰＩ制御ゲイン調整用テーブル３５を作成する。本ＰＩ制御ゲイン調整用テーブル３５は、例えば、インバータ装置２２に設けられた記録手段であるＲＯＭに記録される。モータコントロール部２９は、ＰＩ制御ゲイン調整用テーブル３５からＰＩ制御ゲインの値を取り込み、モータ６を制御する。
前記力行制御用および回生制御用の各ＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５は、車速について定められた間隔（例えば、５ｋｍ／ｈ）毎に設けられる。
前記力行制御用および回生制御用の各ＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５は、車速について定められた間隔（例えば、５ｋｍ／ｈ）毎に設けられる。
図４に示すように、前記電流ＰＩ制御部４１で算出された制御量Ｖｄ，Ｖｑは、２相・３相変換部４４に入力される。この２相・３相変換部４４は、入力された２相の制御量Ｖｄ，Ｖｑと、回転角度センサ３６で得たモータ６の回転子角度θとから、３相のＰＷＭデューティＶｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換する。電力変換部４５は、ＰＷＭデューティＶｕ，Ｖｖ，Ｖｗに従ってインバータ３１（図２）をＰＷＭ制御し、モータ６を駆動する。
図５は、この電気自動車の制御装置におけるＰＩ制御ゲイン調整用テーブル３５を示す図である。同図において、横軸はモータの実測電流値と指令電流値の偏差の絶対値｜Ｅ＿ＣＵＲＲ｜、縦軸は車速Ｎを示す。力行制御用と回生制御用それぞれの場合に分けて、２種類のＰＩ制御ゲイン調整用テーブル３５が設けられる。このように力行制御用と回生制御用に２種類のＰＩ制御ゲイン調整用テーブル３５を設けることで、例えば、バッテリ１９の性能や劣化状態の差別、またはモータ６とインバータ装置２２の損失の差別等に起因する外乱からの影響を受け難く、また力行制御、回生制御にかかわらず正確にモータ６を制御することができる。このようにモータ６を木目細かく制御することができる。したがって、モータ６の応答性の向上を図ることができる。
図６は、この電気自動車におけるモータのＮ-Ｔ線図である。
同図は、モータのＮ-Ｔの第１象限と第４象限とを表す線図である。前記第１象限は、力行制御の実施領域であり、正トルクが発生する。前記第４象限は、回生制御の実施領域であり、負トルクが発生する。
同図は、モータのＮ-Ｔの第１象限と第４象限とを表す線図である。前記第１象限は、力行制御の実施領域であり、正トルクが発生する。前記第４象限は、回生制御の実施領域であり、負トルクが発生する。
図７は、力行制御時のオーバーシュート改善前後の例を示す図である。図７（ａ）は、従来技術に係り、力行制御時において、指令トルクをオーバーするオーバーシュートが生じている。これに対し図７（ｂ）では、本実施形態に係る制御装置を適用したことで、オーバーシュートが改善されている。
図８は、回生制御時のオーバーシュート改善前後の例を示す図である。図８（ａ）は、従来技術に係り、回生制御時において、指令トルクをオーバーするオーバーシュートが生じている。これに対し図８（ｂ）では、本実施形態に係る制御装置を適用したことで、オーバーシュートが改善されている。
図８は、回生制御時のオーバーシュート改善前後の例を示す図である。図８（ａ）は、従来技術に係り、回生制御時において、指令トルクをオーバーするオーバーシュートが生じている。これに対し図８（ｂ）では、本実施形態に係る制御装置を適用したことで、オーバーシュートが改善されている。
作用効果について説明する。
モータコントロール部２９は、モータ力行および回生制御時、ＥＣＵ２１から与えられるトルク指令等による加速・減速指令に基づき、パワー回路部２８を制御し、モータ６の出力をトルク制御により実施する。つまりモータコントロール部２９における電流ＰＩ制御部４１が、ＥＣＵ２１からのトルク指令に対してインバータ内で生成された指令電流値の偏差を無くすＰＩフィードバック制御を行う。このＰＩフィードバック制御時に用いるＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５を、力行制御用および回生制御用にそれぞれ設けることによって、バッテリ１９の性能や劣化状態の差別、またはモータ６とインバータ装置２２の損失の差別等に起因する外乱からの影響を受け難く、また力行制御、回生制御にかかわらずより正確にモータ６を制御することができる。したがって、モータ６の応答性の向上を図ることができる。
モータコントロール部２９は、モータ力行および回生制御時、ＥＣＵ２１から与えられるトルク指令等による加速・減速指令に基づき、パワー回路部２８を制御し、モータ６の出力をトルク制御により実施する。つまりモータコントロール部２９における電流ＰＩ制御部４１が、ＥＣＵ２１からのトルク指令に対してインバータ内で生成された指令電流値の偏差を無くすＰＩフィードバック制御を行う。このＰＩフィードバック制御時に用いるＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５を、力行制御用および回生制御用にそれぞれ設けることによって、バッテリ１９の性能や劣化状態の差別、またはモータ６とインバータ装置２２の損失の差別等に起因する外乱からの影響を受け難く、また力行制御、回生制御にかかわらずより正確にモータ６を制御することができる。したがって、モータ６の応答性の向上を図ることができる。
制御ゲイン調整部３４は、ＰＩ制御ゲイン制御用テーブル３５に従い走行状態に応じたＰＩ制御ゲインを用いるように電流ＰＩ制御部４１のＰＩ制御ゲインを調整する。時々刻々と変化する走行状態に応じてＰＩ制御ゲインを最適に調整することで、オーバーシュート現象を避け、例えば減速機等の振動を抑制し得る。それにより、乗員の乗り心地の改善を図ることができる。
前記ＰＩ制御ゲイン調整用テーブル３５は、モータ６の実測電流値と指令電流値の偏差の絶対値が小さいほど、前記ＰＩ制御ゲインにおける積分ゲインを減少させると同時に比例ゲインを減少させ、前記偏差の絶対値が大きいほど、前記積分ゲインを増加させると同時に比例ゲインを増加させる。ＰＩ制御ゲイン調整用テーブル３５を、実車試験等による結果に基づき前記のように設定する。前記偏差の絶対値が小さいほど、積分ゲインおよび比例ゲインを減少させることにより、電流制御のオーバーシュートを抑制することができる。逆に、前記偏差の絶対値が大きいほど、積分ゲインおよび比例ゲインを増加させることにより、モータ６の応答性を速くすることができる。このように、電流制御のオーバーシュートの抑制とモータ６の応答性の向上を両立することができる。
前記制御ゲイン調整部３４により、比例ゲインまたは積分ゲインを操作するゲイン操作量にそれぞれ制限値を設け、前記ゲイン調整部３４は、前記制限値を超える場合には、前記制限値を上限値として使用するものとしても良い。この場合、例えば、パワー回路部２８のＰＷＭドライバ３２に過度に大きな電流が流れ込むことを防止し、インバータ装置２２の異常を未然に防止することができる。
力行制御時モータ６に流れる電流値、または、回生制御時モータ６に流れる電流からなる指令電流値につき、それぞれ制限値を設けても良い。この場合、例えば、モータ６の温度上昇や外乱の影響を低減することができる。したがって、モータ６の温度上昇等に起因するモータ６の異常を未然に防止することができる。
力行制御時モータ６に流れる電流値、または、回生制御時モータ６に流れる電流からなる指令電流値につき、それぞれ制限値を設けても良い。この場合、例えば、モータ６の温度上昇や外乱の影響を低減することができる。したがって、モータ６の温度上昇等に起因するモータ６の異常を未然に防止することができる。
前記実施形態では、後輪がインホイールモータ装置で駆動される電気自動車に適用した場合につき説明したが、この発明は、車輪２を個別のモータで駆動する形式として、インホイールモータ形式に限らず、オンボード形式等の車輪外のモータで駆動される電気自動車にも適用することができる。さらに、４輪とも個別のモータで駆動される電気自動車や、１台のモータで複数の車輪を走行駆動する電気自動車にも適用することができる。
４…車輪用軸受
６…モータ
７…減速機
２１…ＥＣＵ
２２…インバータ装置
２８…パワー回路部
２９…モータコントロール部
３１…インバータ
３４…制御ゲイン調整部
３５…ＰＩ制御ゲイン制御用テーブル
４１…電流ＰＩ制御部
６…モータ
７…減速機
２１…ＥＣＵ
２２…インバータ装置
２８…パワー回路部
２９…モータコントロール部
３１…インバータ
３４…制御ゲイン調整部
３５…ＰＩ制御ゲイン制御用テーブル
４１…電流ＰＩ制御部
Claims (4)
- 車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵと、直流電力を走行用のモータの駆動に用いる交流電力に変換するインバータを含むパワー回路部、および前記ＥＣＵの制御に従って前記パワー回路部を制御するモータコントロール部を有するインバータ装置とを備えた電気自動車の制御装置において、
前記モータコントロール部は、
前記ＥＣＵからのトルク指令に対してインバータ内で生成された指令電流値と、前記モータの実測電流値との偏差を無くすＰＩフィードバック制御を行う電流ＰＩ制御部と、
この電流ＰＩ制御部でＰＩフィードバック制御するときに用いるＰＩ制御ゲインを、前記モータの実測電流値と指令電流値の偏差の絶対値と、車速との関係から定められる走行状態に応じて設定した力行制御用および回生制御用のＰＩ制御ゲイン制御用テーブルと、
このＰＩ制御ゲイン制御用テーブルに従い前記走行状態に応じたＰＩ制御ゲインを用いるように前記電流ＰＩ制御部のＰＩ制御ゲインを調整する制御ゲイン調整部と、を有し、
前記力行制御用および回生制御用の各ＰＩ制御ゲイン制御用テーブルは、車速について定められた間隔毎に設けられることを特徴とする電気自動車の制御装置。 - 請求項１に記載の電気自動車の制御装置において、前記ＰＩ制御ゲイン調整用テーブルは、前記モータの実測電流値と指令電流値の偏差の絶対値が小さいほど、前記ＰＩ制御ゲインにおける積分ゲインを減少させると同時に比例ゲインを減少させ、前記偏差の絶対値が大きいほど、前記積分ゲインを増加させると同時に比例ゲインを増加させる電気自動車の制御装置。
- 請求項１または請求項２に記載の電気自動車の制御装置において、前記制御ゲイン調整部により、比例ゲインまたは積分ゲインを操作するゲイン操作量にそれぞれ制限値を設け、前記ゲイン調整部は、前記制限値を超える場合には、前記制限値を上限値として使用する電気自動車の制御装置。
- 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電気自動車の制御装置において、力行制御時前記モータに流れる電流値、または、回生制御時前記モータに流れる電流からなる指令電流値につき、それぞれ制限値を設けた電気自動車の制御装置。
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