JP3742581B2

JP3742581B2 - 電気自動車の制御装置

Info

Publication number: JP3742581B2
Application number: JP2001366693A
Authority: JP
Inventors: 裕順成田; 悟長谷川
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2021-11-30
Also published as: JP2003169402A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車の制御装置に関し、特に、急発進時または急加速時に発生する車体振動を抑制する電気自動車の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境汚染や騒音の防止・抑制のために、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関で走行する自動車に代えて、電動機で走行する電気自動車（ハイブリッド車を含む）の開発が進んでいる。このような電気自動車の駆動源である電動機としては、直流モータや交流モータが採用されており、中でも回転子に永久磁石を使用した三相交流同期モータ（以下、「同期モータ」という）は高効率であるため、電気自動車用の電動機の主流とされている。
【０００３】
前記した同期モータを搭載した電気自動車においては、車両に搭載したバッテリからの直流電流をインバータで所定の交流電流に変換し、この交流電流によって同期モータを駆動して車両を走行させている。
【０００４】
この際には、アクセルペダルの操作量（以下、「アクセル操作量」という）に応じて所定のトルク指令値の演算および出力を行い、このトルク指令値に応じて所定の電流指令値の演算および出力を行い、この電流指令値に応じた電流を所定の制御手段によって制御しつつインバータを介して同期モータに供給して同期モータを駆動制御しており、同期モータの出力トルクは、所定のトルク指令値に応じて追従するようにオープンループ制御される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記したような電気自動車では、同期モータの出力軸からディファレンシャルギアおよびドライブシャフトを介して駆動輪へと至るトルクの伝達系が、ドライブシャフトをバネ要素とした「ねじれ共振系」を構成している。
【０００６】
このため、急発進時や急加速時のようにアクセルペダルを急激に踏み込むと、制御手段によって同期モータの出力トルクがこれに追従するように制御されるが、この急激な出力トルクの増加によって前記した「ねじれ共振系」が共振し、車体振動が発生することがあった。このような車体振動の発生により、運転者や同乗者の乗り心地はきわめて悪くなっていた。
【０００７】
本発明の課題は、急発進時や急加速時に発生する車体振動を抑制して、乗り心地を格段に向上させる電気自動車の制御装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、例えば図３に示したように、アクセル操作量に応じて所定のトルク指令値の演算および出力を行うトルク指令値演算手段と、前記トルク指令値に応じて所定の目標電流値の演算および出力を行う目標電流値演算手段と、前記目標電流値に応じた電流を電動機に入力することにより駆動手段を介して前記電動機を駆動制御する駆動制御手段とを備える電気自動車の制御装置において、前記目標電流値演算手段は、アクセル操作量を急激に増加させて全開走行状態へと移行させる際のトルク指令値に対し、所定の遅れを生じさせる遅延手段を有し、前記目標電流値演算手段の前記遅延手段は、アクセル操作量を急激に増加させて全開走行状態へと移行させる際のトルク指令値に対する目標電流値の時間履歴が、
Ｉ ^＊＝Ｉ ^＊ _MAX （１−２ｅ ^−τｔ＋ｅ ^−２τｔ）
（Ｉ ^＊：目標電流値、Ｉ ^＊ _MAX ：目標電流値の最大値、ｔ：時間、τ：正定数）
で表される関数で定められることを特徴とする。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、目標電流値演算手段が、アクセル操作量を急激に増加させて全開走行状態へと移行させる際のトルク指令値に対し、所定の遅れを生じさせる遅延手段を有するため、電動機の出力トルクをトルク指令値に対して遅延させることができる。また、その際のトルク指令値に対する目標電流値の時間履歴が特定の時間関数で定められる。
【００１０】
従って、電動機の出力軸から駆動輪へといたるトルクの伝達系（ねじれ共振系）の共振を抑制することができ、電気自動車の車体振動を抑制することができる。この結果、急発進時または急加速時における乗り心地を格段に向上させることができる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電気自動車の制御装置において、例えば、図４に示すように、前記関数の正定数τは、
τ≦５
の範囲で設定されることを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の奏する作用効果に加え、目標電流値の時間履歴の正定数τを特定の範囲で設定するため、目標電流値の立ち上がりの緩急を適正な範囲で自在に設定することができる。従って、電気自動車の車種、電動機の仕様などに応じて、遅延させるタイミングを適正な範囲で自在に設定することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態では、電動機である三相交流同期モータ（同期モータ）１０で走行する電気自動車の制御装置について説明することとする。
【００１６】
本実施の形態に係る電気自動車は、図１に示すように、電力源としてのバッテリ２０、同期モータ１０をベクトル制御する制御装置３０、制御装置３０で制御されバッテリ２０の出力を交流電力に変換する電力変換機であるインバータ４０、同期モータ１０の回転速度を検出する回転速度検出手段であるレゾルバ５０、アクセル操作量を検出するアクセル操作量検出器６０、同期モータ１０の回転運動をドライブシャフト８０に伝達するディファレンシャルギア７０、および、ドライブシャフト８０の両端に設けられた駆動輪９０を備えている。
【００１７】
同期モータ１０は、ディファレンシャルギア７０およびドライブシャフト８０を介して駆動輪９０と連結され、同期モータ１０の回転運動により駆動輪９０が回転し車両に推進力を与えるようにされている。バッテリ２０からインバータ４０に供給された直流電力は、制御装置３０の制御のもとに三相交流電力に変換されて同期モータ１０に供給される。
【００１８】
制御装置３０は、図２に示すように、トルク指令値演算手段３１、目標電流値演算手段３２、電流制御手段３３を備える。トルク指令値演算手段３１は、アクセル操作量検出器６０で検出されたアクセル操作量Ａおよびレゾルバ５０で検出された同期モータ１０の回転速度Ｎに応じて所定のトルク指令値Ｔ^*の演算および出力を行い、目標電流値演算手段３２は、トルク指令値Ｔ^*に応じて所定の目標電流値Ｉ^*を演算し、これに応じた電流指令値Ｉ^*’の出力を行う。
【００１９】
電流制御手段３３は、電流指令値Ｉ^*’に従って（図示していない）ＰＷＭ信号発生部でＰＷＭ信号を発生させてインバータ４０に出力し、このＰＷＭ信号によってインバータ４０のスイッチング素子を所定のタイミングでオン／オフ操作することによって、同期モータ１０を制御するように機能する。
【００２０】
目標電流値演算手段３２は、図３に示すように、基本目標電流値演算手段３２ａ、目標電流値遅延手段３２ｂおよび目標電流値切替手段３２ｃを備える。基本目標電流値演算手段３２ａは、トルク指令値Ｔ^*および回転速度Ｎに基づいて基本目標電流値Ｉ₀ ^*の演算および出力を行う。目標電流値遅延手段３２ｂは、入力されたトルク指令値Ｔ^*に対し、所定の遅れを生じさせた遅延目標電流値Ｉ_d ^*の演算および出力を行う。
【００２１】
目標電流値切替手段３２ｃは、車両停止状態（アクセル操作量０％の状態）から、このアクセル操作量Ａを急激に増加させて全開走行状態（アクセル操作量１００％での走行状態）に達するまでの所定時間（以下、「切替時間」という）を経過する前においては、目標電流値遅延手段３２ｂから出力された遅延目標電流値Ｉ_d ^*を目標電流値Ｉ^*とし、また、切替時間経過後においては、基本目標電流値演算手段３２ａから出力された基本目標電流値Ｉ₀ ^*を目標電流値Ｉ^*とし、これに応じた電流指令値Ｉ^*’を出力する。前記した切替時間は、電気自動車の車種、同期モータ１０の規格などに応じて、任意に設定することができる。
【００２２】
次いで、本実施の形態に係る電気自動車の制御装置を用いた車体振動抑制制御動作を説明する。
【００２３】
まず、停止状態（アクセル操作量０％）にある電気自動車のアクセルペダルを急激に踏み込んで急発進させ、全開走行状態（アクセル操作量１００％での走行状態）へと移行させる。この状態においては、アクセル操作量Ａおよび同期モータ１０の回転速度Ｎに応じてトルク指令値Ｔ^*が随時演算されて出力され、このトルク指令値Ｔ^*に応じて目標電流値Ｉ^*が随時演算されて出力され、この目標電流値Ｉ^*に応じたＰＷＭ信号をインバータ４０を介して同期モータ１０に出力することにより同期モータ１０が駆動制御されている。
【００２４】
同期モータ１０の出力トルクは、前記したトルク指令値Ｔ^*に追従させるように制御される。従来においては、同期モータ１０の出力トルクＴの従来の時間履歴は、図６に示すように、アクセルペダルが踏み込まれた時点（０．２秒）から急激に立ち上がるが、途中から急激に上昇の度合いが小さくなって最大値１００（Ｎ・ｍ）まで達していた。
【００２５】
このように急激にアクセルペダルを踏み込んで全開走行状態に移行させる場合には、同期モータ１０の出力軸からディファレンシャルギア７０およびドライブシャフト８０を介して駆動輪９０へと至るトルクの伝達系（ねじれ共振系）が共振して車体振動が発生する。
【００２６】
この車体振動を抑制するために、本実施の形態では、停止状態にある電気自動車のアクセルペダルを急激に踏み込んで急発進させて全開走行状態に達するまでの所定時間（切替時間）においては、前記した目標電流値遅延手段３２ｂおよび目標電流値切替手段３２ｃを用いて、目標電流値Ｉ^*の立ち上がりに遅れを発生させている。
【００２７】
すなわち、切替時間経過前において、目標電流値切替手段３２ｃは、目標電流値遅延手段３２ｂから出力された遅延目標電流値Ｉ_d ^*を目標電流値Ｉ^*として出力しており、この遅れさせた目標電流値Ｉ^*に応じたＰＷＭ信号をインバータ４０を介して同期モータ１０に出力することにより、同期モータ１０が駆動制御される。なお、本実施の形態では、切替時間は２．０秒に設定している。
【００２８】
本実施の形態においては、目標電流値遅延手段３２ｂおよび目標電流値切替手段３２ｃを介して遅れさせた目標電流値Ｉ^*の時間履歴は、
Ｉ^*＝Ｉ^* _MAX（１−２ｅ^- ^τ ^t＋ｅ^-2 ^τ ^t）
で表される関数で定められている。ここで、Ｉ^* _MAXは目標電流値Ｉ^*の最大値であり、ｔは時間である。この目標電流値Ｉ^*に追従させた電流の時間履歴は、図４に示すようになる。
【００２９】
また、τは、
τ≦５
の範囲で、電気自動車の車種、同期モータ１０の規格などに応じて設定される正定数である。τの値を小さくするほど目標電流値Ｉ^*の立ち上がりは緩やかになり、これに追従させた電流の立ち上がりも緩やかになっている（図４参照）。なお、本実施の形態では、
τ＝３
と設定した。
【００３０】
この遅れさせた目標電流値Ｉ^*に応じて同期モータ１０が駆動制御された結果、得られた同期モータ１０の出力トルクＴの時間履歴は図５に示すようになる。すなわち、図６に示した従来の出力トルクＴの時間履歴が、アクセルペダルが踏み込まれた時点（０．２秒）から急激に立ち上がって最大値１００（Ｎ・ｍ）まで達しているのに対し、図５に示した出力トルクＴの時間履歴は、アクセルペダルが踏み込まれた時点（０．２秒）から緩やかに立ち上がり、約１．２秒後に最大値１００（Ｎ・ｍ）に収束していることがわかる。
【００３１】
なお、切替時間（２．０秒）経過後においては、目標電流値切替手段３２ｃは、基本目標電流値演算手段３２ａから出力された基本目標電流値Ｉ₀ ^*を目標電流値Ｉ^*として出力し、この目標電流値Ｉ^*に応じたＰＷＭ信号をインバータ４０を介して同期モータ１０に出力することにより同期モータ１０が駆動制御されることとなる。
【００３２】
本実施の形態に係る電気自動車の制御装置によれば、アクセル操作量Ａを急激に増加させて全開走行状態に達するまでの所定時間におけるトルク指令値Ｔ^*に対し、目標電流値Ｉ^*の立ち上がりを遅れさせる目標電流値遅延手段３２ｂを有するため、同期モータ１０の出力トルクＴをトルク指令値Ｔ^*に対して遅れさせることができる。
【００３３】
従って、同期モータ１０の出力軸から駆動輪９０へといたるトルクの伝達系（ねじれ共振系）の共振を抑制することができ、電気自動車の車体振動を抑制することができる。この結果、急発進時または急加速時における乗り心地を格段に向上させることができる。
【００３４】
また、本実施の形態に係る電気自動車の制御装置によれば、アクセル操作量Ａを急激に増加させて全開走行状態へと移行させる際のトルク指令値Ｔ^*に対する目標電流値Ｉ^*の時間履歴が、特定の時間関数で定められるため、同期モータ１０の出力軸から駆動輪９０へといたるトルクの伝達系（ねじれ共振系）の共振をより効果的に抑制することができる。
【００３５】
さらに、本実施の形態に係る電気自動車の制御装置によれば、目標電流値Ｉ^*の時間履歴の正定数τを特定の範囲で設定するため、目標電流値Ｉ^*の立ち上がりの緩急を適正な範囲で自在に設定することができる。従って、電気自動車の車種、同期モータ１０の仕様などに応じて、遅延させるタイミングを適正な範囲で自在に設定することができる。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、電動機の出力トルクをトルク指令値に対して遅れさせることができる。また、アクセル操作量を急激に増加させて全開走行状態へと移行させる際のトルク指令値に対する目標電流値の時間履歴が特定の時間関数で定められる。従って、電動機の出力軸から駆動輪へといたるトルクの伝達系（ねじれ共振系）の共振を抑制することができ、電気自動車の車体振動を抑制することができる。この結果、急発進時または急加速時における乗り心地を格段に向上させることができる。
【００３８】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果を奏するのは勿論のこと、目標電流値の立ち上がりの緩急を適正な範囲で自在に設定することができる。従って、電気自動車の車種、電動機の仕様などに応じて、遅延させるタイミングを適正な範囲で自在に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る電気自動車のシステム構成を説明するための概略図である。
【図２】図１に示した電気自動車の制御装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図３】図２に示した目標電流値演算手段の構成を説明するためのブロック図である。
【図４】図３に示した目標電流値遅延手段によって得られる目標電流値に追従させた電流の時間履歴を表したグラフである。
【図５】本発明の実施の形態に係る電気自動車の制御装置を用いて車体振動抑制制御を行った場合における電動機の出力トルクの時間履歴を表したグラフである。
【図６】従来の電動機の出力トルクの時間履歴を表したグラフである。
【符号の説明】
１０三相交流同期モータ
２０バッテリ
３０制御装置
３１トルク指令値演算手段
３２目標電流値演算手段
３２ａ基本目標電流値演算手段
３２ｂ目標電流値遅延手段
３２ｃ目標電流値切替手段
３３電流制御手段
４０インバータ
５０レゾルバ
６０アクセル操作量検出器
７０ディファレンシャルギア
８０ドライブシャフト
９０駆動輪

Claims

アクセル操作量に応じて所定のトルク指令値の演算および出力を行うトルク指令値演算手段と、前記トルク指令値に応じて所定の目標電流値の演算および出力を行う目標電流値演算手段と、前記目標電流値に応じた電流を電動機に入力することにより駆動手段を介して前記電動機を駆動制御する駆動制御手段とを備える電気自動車の制御装置において、
前記目標電流値演算手段は、
アクセル操作量を急激に増加させて全開走行状態へと移行させる際のトルク指令値に対し、所定の遅れを生じさせる遅延手段を有し、
前記目標電流値演算手段の前記遅延手段は、
アクセル操作量を急激に増加させて全開走行状態へと移行させる際のトルク指令値に対する目標電流値の時間履歴が、
Ｉ ^＊＝Ｉ ^＊ _MAX （１−２ｅ ^−τｔ＋ｅ ^−２τｔ）
（Ｉ ^＊：目標電流値、Ｉ ^＊ _MAX ：目標電流値の最大値、ｔ：時間、τ：正定数）
で表される関数で定められることを特徴とする電気自動車の制御装置。
前記関数の正定数τは、
τ≦５
の範囲で設定されることを特徴とする請求項１記載の電気自動車の制御装置。