CN105307897A - 电动汽车的滑移控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于提供一种电动汽车的滑移控制装置，其可通过简单的结构，在不伴随有无用的行驶速度降低的情况下，可靠地消除滑移。根据从动轮的转数(N1)和理想的滑移率(λmin)，按照(Nmax－N1)/N1＝λmin，通过最大转数计算机构(22)来计算驱动轮最大转数(Nmax)。判定驱动轮转数(N2)是否超过驱动轮最大转数Nmax。如果判定为超过驱动轮最大转数(Nmax)，则使输入到电动机(3)的转矩指令值为零。

Description

电动汽车的滑移控制装置

相关申请

本发明要求申请日为2013年6月3日、申请号为特愿2013-116726号申请的优先权，通过参照其整体，将其作为构成本申请的一部分的内容而进行引用。

技术领域

本发明涉及设置于电动汽车上的滑移控制装置，该电动汽车为仅通过电动机的驱动而行驶的车辆、或具有电动机与内燃机这两者的车辆，本发明涉及一种滑移控制装置，其进行采用电动机的行驶中的滑移发生时的转矩控制，从而消除滑移。

背景技术

对于车辆的牵引控制装置，一般人们知道有下述的类型，其中，在汽车的加速时，为了防止驱动轮因过大的驱动转矩而发生滑移并由此导致加速性停止的情况，检测驱动轮的滑移量，按照该驱动轮的滑移量为与路面的摩擦系数相对应的目标滑移量的方式，限制发动机输出、车轮制动力(比如专利文献1)。即，通过降低发动机的输出或增加制动力，控制滑移量。

另外，对于进行滑移控制的电动汽车，人们提出有下述的技术(专利文献2)。在该方案中，根据从动轮和驱动轮的转数N1、N2，求出滑移率λ。接着，通过干扰观测器来求出作用于车身上的车体重量等的其它外力的发生转矩推算值Te。根据发生转矩推算值Te、电动机转矩Tm，求出作用于驱动轮的整体的作用转矩T，根据该转矩和滑移率λ，推算路面与轮胎之间的摩擦系数μ。根据该摩擦系数μ和上下方向的荷载FZ，求出允许最大转矩Tmax，按照不超过它的方式来进行转矩限制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开昭63-259141号公报

专利文献2：JP特开2012-186928号公报

发明内容

发明要解决的课题

专利文献1为用于内燃机的汽车的技术，由于发动机和制动器的响应性差，故快速的控制是不可能的。如果以过去的内燃机为前提，将驱动力控制装置用于通过电动机驱动的车辆的话，由于电动机与内燃机相比较，响应性极高，故因电动机的过度响应，会给驾驶员带来不适感。

在专利文献2中，滑移控制的控制本身很优良，但是因干扰观测器的计算，会使系统冗余化。另外，对于驱动轮，必须要求荷载传感器。由于这些原因，成本会增加。

本发明的目的在于提供一种电动汽车的滑移控制装置，其中，通过简单的结构，在不伴随有无用的行驶速度降低的情况下，可靠地消除电动机行驶时的滑移。

用于解决课题的技术方案

在下面，为了容易理解，参照实施方式的标号而进行说明。

本发明的电动汽车的滑移控制装置20设置于作为下述汽车的电动汽车中，进行该电动汽车的滑移控制，该电动汽车为具有至少一个对驱动轮7进行旋转驱动的电动机3的汽车，该滑移控制装置20包括：

观测从动轮6的转数的从动轮转数观测机构21；

最大转数计算机构22，该最大转数计算机构22根据该已观测的从动轮6的当前的转数N1和已设定的理想的滑移率λmin，将当前的驱动轮最大转数Nmax按照下述式进行计算：(Nmax－N1)/N1＝λmin；

驱动轮转数观测机构23，该驱动轮转数观测机构23观测作为上述驱动轮7的转数的驱动轮转数N2；

滑移状态判断机构24，该滑移状态判断机构24判断该已观测的驱动轮转数N2是否超过上述驱动轮最大转数Nmax；

转矩解除机构26，该转矩解除机构26在通过该滑移状态判断机构24判定为驱动轮转数N2超过驱动轮最大转数Nmax时，使驱动上述驱动轮7的电动机3被输入的转矩指令值为零。

另外，在本说明书中所说的“转数”为单位时间的转数，与转速同义。

驱动轮7的轮胎相对路面的滑移率λ为干燥的路面、湿润的路面以及冻结的路面中的任意者，在基本为0.15时，存在抓地率最大的值。于是，如果在该0.15的附近适当设定理想的滑移率λmin，则可按照下述式，并根据从动轮转数N1来确定驱动轮最大转数Nmax：

(Nmax－N1)/N1＝λmin。

上述滑移状态判断机构24判定驱动轮转数N2是否超过如此计算出的驱动轮最大转数Nmax。如果超过的话，则判定滑移率大于理想的滑移率λmin。如果如此判定，则转矩解除机构26使对驱动轮7进行驱动的电动机3的转矩的指令值为零。转矩解除机构26在滑移时使转矩的指令值为零。通过使驱动轮7的转矩为零，从而进行可靠的滑移的消除。

如此，根据从动轮转数N1来确定驱动轮最大转数Nmax，对该驱动轮最大转数Nmax和当前的驱动轮转数N2进行比较，由于进行滑移率大于理想的滑移率λmin的判断，故与设置干扰观测器的场合相比较，通过简单的结构和运算来进行滑移判断，对于滑移判断的精度，也可确保必要的程度。另外，作为检测机构，仅通过从动轮6和驱动轮7的转数检测机构15、14便可，不需要荷载传感器这样的其它传感器，从此方面来说，可谋求成本的降低。

如此，通过简单的结构，在不伴随有无用的行驶速度降低的情况下，能可靠地消除滑移。

滑移控制装置还可包括：滑移警戒状态判断机构25，该滑移警戒状态判断机构在通过上述滑移状态判断机构24判定为驱动轮转数N2没有超过上述驱动轮最大转数Nmax的场合，判定驱动轮转数N2是否超过警戒状态转数Nc，该警戒状态转数Nc被设定为小于上述驱动轮最大转数Nmax的值；

转矩降低机构27，在通过该滑移警戒状态判断机构25而判定为驱动轮转数N2超过警戒状态转数Nc时，该转矩降低机构27降低驱动上述驱动轮7的电动机3被输入的转矩指令值。转矩降低机构27在警戒状态时降低转矩的转矩值。

如此，即使在没有发生滑移的情况下，仍处于发生滑移这样的警戒状态，则可通过事先将电动机的转矩降低某程度，从而降低因滑移的发生而使转矩为零时的车身的冲击和/或振动，可缓和驾驶员产生的不适感。

上述转矩降低机构27也可驱动轮转数N2和上述驱动轮最大转数Nmax的差分，伴随差分的减小，减小上述转矩指令值。

比如，上述转矩降低机构27通过符合对上述差分、与输入上述电动机的转矩指令值的比例之间的关系进行规定的非线性的曲线A，伴随上述差分的变小使上述转矩指令值减小，其中，该输入上述电动机的转矩指令值以来自加速踏板的转矩指令值为基准。

如果驱动轮7的转数接近驱动轮最大转数Nmax，则越接近，产生滑移的可能性越高。由此，如果接近驱动轮最大转数Nmax，则按照快速返回到安全区域的方式，大大降低转矩。通过如此形成，由于即使在比如超过驱动轮最大转数Nmax，转矩解除机构26使转矩为零的情况下，仍在警戒状态大幅度降低转矩，故没有急剧的转矩变化，车身的振动小。

本发明的一个方案的电动汽车为包括上述滑移控制装置20的上述电动汽车，其中，该电动汽车包括多个上述电动机3、3；上述滑移状态判断机构25和上述转矩解除机构27是针对每个上述电动机3而设置的。

在优选实施例中，上述驱动轮包括左右的一对驱动轮7、7；

上述从动轮包括左右的一对从动轮6、6。

上述从动轮转数观测机构21将上述一对从动轮6、6的转数检测值的平均值作为上述已观测的转数。还可代替该方式，上述从动轮转数观测机构21将上述一对从动轮6、6中的位于下述位置的从动轮6的转数检测值作为上述已观测的转数，该位置的从动轮为与上述滑移状态判断机构24判断为滑移状态的上述一对驱动轮7、7中的一个驱动轮7处于相同一侧的从动轮。

上述电动机3也可为构成轮毂电动机装置11的电动机3。

在轮毂电动机装置11中，由于各驱动轮7分别通过电动机来驱动，故滑移的影响大。由此，可更有效地发挥上述滑移控制的效果。

权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两个结构中的任意的组合均包含在本发明中。特别是，权利要求书中的各项权利要求的两个以上的任意的组合也包含在本发明中。

附图说明

根据参照附图的下面的优选的实施形式的说明，会更清楚地理解本发明。但是，实施形式和附图用于单纯的图示和说明，不应用于确定本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中，多个附图中的同一部件标号表示同一或相应部分。

图1为本发明的一个实施方式的电动汽车的具有滑移控制装置的电动汽车驱动装置的构思方案的方框图；

图2为表示该电动汽车驱动装置的具体例子的方框图；

图3为表示该电动汽车驱动装置中的滑移控制装置的构思方案的方框图；

图4为表示该滑移控制装置的控制动作的流程图；

图5为表示该滑移控制装置中的差分与转矩的关系的曲线图；

图6为表示路面的各种状态的滑移率与驱动力的关系的曲线图。

具体实施方式

根据附图，对本发明的一个实施方式进行说明。图1表示本实施方式的具有滑移控制装置的电动汽车驱动装置。该电动汽车驱动装置包括VCU(汽车控制单元)1和逆变装置2、2。VCU1为进行汽车的整体的总体控制、协调控制的计算机式的电子控制单元，也称为“ECU”。逆变装置2、2为对应于从VCU1而发送的驱动指令，在行驶驱动用的多个电动机3、3中的相应电动机中施加驱动电流的装置。VCU1与逆变装置2、2通过CAN(控制区域网络)通信这样的通信机构来以可相互传递信号的方式链接。该图1为适用于左右的两个轮分别通过电动机3、3来驱动的汽车的例子。电动机3在本例子中，由通过三相交流而驱动的同步电动机或感应电动机构成。表示从加速踏板操作传感器4a输出的加速踏板操作量的转矩指令输入到VCU1中，从该VCU1分配并提供给各电动机3、3的逆变装置2、2。

图2表示该电动汽车驱动装置的具体例子。该电动汽车为四轮的汽车，其中，在车辆5的车身上具有构成前轮的从动轮6、6与构成后轮的驱动轮7、7。在本例子中，各电动机3与车轮用轴承9和减速器10一起构成轮毂电动机驱动装置11。减速器10减少电动机3的旋转输出并将其传递给车轮用轴承9的旋转轮(在图中未示出)。

从加速踏板4的加速操作传感器4a、制动器12的制动操作传感器12a以及把手13的操舵传感器13，向VCU1分别输入加速踏板操作量、制动器操作量以及把手操作量的信号。VCU1按照加速操作传感器4a的加速踏板操作量的信号，考虑上述制动器操作量与把手操作量的信号，形成应分配给左右的各电动机3、3的转矩指令值，从而提供给各逆变装置2、2。各逆变装置2、2将电池8的直流电转换为交流电的电动机驱动电流，并且按照上述转矩指令来控制上述电动机驱动电流。

在各逆变装置2、2上分别设置本实施方式的电动汽车的滑移控制装置20、20。另外，这些滑移控制装置20、20也可设置于VCU1中。

图3为表示上述电动汽车驱动装置2的结构，特别是滑移控制装置20的结构的功能方框图。在逆变装置2中，设置逆变器17与转矩控制机构16，该逆变器17将电池(在图中未示出)的直流电转换为三相的交流电，该转矩控制机构16将从VCU1提供的转矩指令转换为电流指令，并控制逆变器17的电流输出。转矩控制机构16包括测定与电动机3的转子(在图中未示出)的旋转角度相对应的效率化的矢量控制这样的控制机构，为了进行该矢量控制，在转矩控制机构16中输入设置于电动机3上的旋转角传感器3a的旋转角度的检测值。

在逆变装置2中还设置转数换算机构14a。该转数换算机构14a对旋转角传感器3a的旋转角检测值进行微分处理，将其除以减速器10(图2)的减速率，由此计算驱动轮7的转数。通过该转数换算机构14a和上述旋转角传感器3a来构成转数检测机构14。另外，也可独立于旋转角传感器3a，在比如车轮用轴承9(图2)上设置检测驱动轮7的旋转速度的转数检测机构14’。在图3中，于比如该从动轮6的车轮用轴承(在图中未示出)上设置转数检测机构15，该转数检测机构15针对从动轮6，检测从动轮6的转数。

逆变装置2的上述转矩控制机构16设置于由微型计算机、其它电子电路构成的弱电线路部分上。在该弱电线路部分上设置滑移控制装置20。由于该滑移控制装置20、20分别针对各驱动轮7、7而设置，故采用这些滑移控制装置20、20的控制可分别针对左右的驱动轮7、7来进行。

该滑移控制装置20为进行由图4的流程图表示的控制的装置。在图3中，滑移控制装置20包括从动轮转数观测机构21、最大转数计算机构22、驱动轮转数观测机构23、滑移状态判断机构24、转矩解除机构26、滑移警戒状态判断机构25和转矩降低机构27。根据图4的流程图，对这些机构中的各机构21～27进行说明。

首先，在平时监视，即观测从转数检测机构15获得的从动轮6的转数(步骤S1)。该所观测的从动轮6的转数也可为比如左右两侧的从动轮6、6的转数检测值的平均值，另外还可为：位于与进行滑移控制的驱动轮7左右的相同侧的从动轮6的转数。进行该步骤S1的处理的机构为从动轮转数观测机构21。

根据如此获得的从动轮6的当前的转数N1和预定的理想的滑移率λmin，当前的驱动轮最大转数Nmax按照下述式(1)进行计算(S2)：

(Nmax－N1)/N1＝λmin……(1)

理想的滑移率λmin为比如在0.14～0.16的范围内任意确定的值。在该例子中，λmin＝0.15。

对于驱动轮7的轮胎相对路面的滑移率λ，如图6中给出的例子那样，即使在为干燥的路面、湿润的路面以及冻结的路面中的任意者的情况下，在为0.15时，存在抓地率最大的值。于是，在该0.15附近，适当设定理想的滑移率λmin，可按照上述式(1)，根据从动轮转数N1来确定驱动轮最大转数Nmax。

如此进行计算驱动轮最大转数Nmax的步骤(S2)的处理的机构为上述最大转数计算机构22。

在该驱动轮最大转数Nmax的计算后或在计算中或计算前，可观测作为上述驱动轮7的转数的驱动轮转数N2(S3)。驱动轮转数N2既可为如上述那样根据由旋转角传感器3a和转数换算机构14a构成的转数检测机构14来获得的数值，也可为由检测驱动轮7的转数的转数检测机构14’直接获得的数值。

如此进行观测驱动轮转数N2的步骤(S3)的处理的机构为驱动轮转数观测机构23。

接着，将该已观测的驱动轮转数N2与驱动轮最大转数Nmax进行比较，判断是否超过驱动轮最大转数Nmax(S4)。进行该判断步骤(S4)的处理的机构为上述滑移状态判断机构24。

在通过该滑移状态判断机构24而判断驱动轮转数N2超过驱动轮最大转数Nmax的场合，推定滑移率大于理想的滑移率。接着，如果如此推定的话，提供给对驱动轮7进行驱动的电动机3的转矩指令值为零(S5)。具体来说，输入到转矩控制机构16中的转矩指令值为零，或从转矩控制机构16而输出的电流指令为零。

进行使该转矩的指令值为零的处理(S5)的机构为转矩解除机构26。

如果如此推定滑移率大于理想的滑移率的话，由于电动机3的转矩的指令值为零，故能进行可靠的滑移的消除。另外，由于如此根据从动轮转数N1来确定驱动轮最大转数Nmax，将其与当前的驱动轮转数N2进行比较，进行滑移率大于理想的滑移率的判断，故与设置干扰观测器的场合相比较，可通过简单的结构和运算来进行滑移判断，对于滑移判断的精度，也可确保必要的精度。即使作为检测机构，仅由从动轮6和驱动轮7的转数检测机构15、14(14’)构成便可，荷载传感器等是不需要的，从此方面来说，也可谋求成本的降低。

如此，可通过简单的结构，在无伴随无用的行驶性的降低的情况下，可靠地进行滑移的消除。

在上述驱动轮转数N2与驱动轮最大转数Nmax的比较的步骤(S4)中，在判断为没有超过驱动轮最大转数Nmax的场合，也可判断上述驱动轮转数N2是否为警戒状态，即，是否超过设定在小于上述驱动轮最大转数Nmax的值的警戒状态转数Nc。换言之，也可判断驱动轮转数N2是否以某程度接近了驱动轮最大转数Nmax。警戒状态转数Nc为比如相对驱动轮最大转数Nmax，仅小了从动轮转数N1的10％的转数。

即，警戒状态转数Nc＝驱动轮最大转数Nmax－(从动轮转数×10％)。

进行该步骤(S5)的判断处理的机构为滑移警戒状态判断机构25。

判定不为警戒状态的场合为处于几乎没有滑移的可能的安全状态，在不进行转矩变更的处理(S8)的状态下返回，返回到开始，从最初的步骤S1再次反复进行图4的流程。

在判定为警戒状态的场合，即，如果判定驱动轮转数N2超过警戒状态转数Nc，则降低对驱动轮7进行驱动的电动机3的转矩指令值。具体来说，降低输入到转矩控制机构16中的转矩指令值，或降低从转矩控制机构16输出的电流指令(S7)。

在该步骤(S7)中，更具体来说，计算驱动轮转数N2和驱动轮最大转数Nmax的差分，输出与该差分相对应的转矩指令值。具体来说，差分越小，上述转矩的指令值也越小。比如，如图5所示的那样，符合对上述差分、与输入上述电动机的转矩指令值的比例之间的关系进行规定的非线性的曲线A，其中，输入上述电动机的转矩指令值以来自于加速踏板的转矩指令为基准。在该曲线A的已确定的关系中，上述差分越小，上述比例越小。

该曲线A为下述的曲线，其中，如果差分为零，则上述比例为零，伴随差分的增加，上述转矩的比例也增加，但是该变大的程度减小，如果上述差分脱离上述警戒状态(差分大于Nmax―Nc)，则上述转矩的比例为100％。另外，该曲线A在从差分为零、上述转矩的比例为零的点到转矩为100％的点之间，由连续的线(可在任意点进行微分处理)构成。

进行该步骤(S7)的处理的机构为上述转矩降低机构27。

如此，如果即使在没有发生滑移的情况下，仍处于发生滑移的警戒状态的话，则可通过事先将电动机3的转矩降低某程度，从而降低因滑移的发生，转矩为零时的车身的冲击和/或振动，可缓和驾驶员产生的不适感。

驱动轮7的转数越接近驱动轮最大转数Nmax，产生滑移的可能性越高。由此，如果接近驱动轮最大转数Nmax，则按照快速返回到安全区域的方式，如上述曲线A所示的那样，大大降低转矩。如此，由于即使在比如超过驱动轮最大转数Nmax，转矩解除机构26使转矩为零的情况下，仍在警戒状态下大幅降低转矩，故没有急剧的转矩变化，车身的振动很小。

另外，本实施方式的滑移控制装置适用于具有轮毂电动机装置11的车辆，但是，由于在轮毂电动机装置11中，各驱动轮7分别通过电动机而驱动，故滑移的影响大。由此，本实施方式的滑移控制装置的滑移控制的效果更有效地发挥。

此外，该电动汽车的滑移控制装置并不限于轮毂电动机形式，也可适用于从设置于车身上的电动机3，经由驱动轴而将旋转传递给驱动轮7的形式的电动汽车。

标号的说明：

标号3表示电动机；

标号6表示从动轮；

标号7表示驱动轮；

标号14(14’)表示转数检测机构；

标号15表示转数检测机构；

标号21表示从动轮转数观测机构；

标号22表示最大转数计算机构；

标号23表示驱动轮转数观测机构；

标号24表示滑移状态判断机构；

标号26表示转矩解除机构。

Claims (8)

1.一种电动汽车的滑移控制装置，该滑移控制装置设置于电动汽车上，进行该电动汽车的滑移控制，该电动汽车为具有至少一个对驱动轮进行旋转驱动的电动机的汽车，该滑移控制装置包括：

观测从动轮的转数的从动轮转数观测机构；

最大转数计算机构，该最大转数计算机构根据该已观测的从动轮的当前的转数N1和已设定的理想的滑移率λ，将当前的驱动轮最大转数Nmax按照下述式进行计算：(Nmax－N1)/N1＝λ；

驱动轮转数观测机构，该驱动轮转数观测机构观测作为上述驱动轮的转数的驱动轮转数N2；

滑移状态判断机构，该滑移状态判断机构判断该已观测的驱动轮转数N2是否超过上述驱动轮最大转数Nmax；

转矩解除机构，该转矩解除机构在通过该滑移状态判断机构判定为驱动轮转数N2超过驱动轮最大转数Nmax时，使驱动上述驱动轮的电动机被输入的转矩指令值为零。

2.根据权利要求1所述的电动汽车的滑移控制装置，其中，还包括：

滑移警戒状态判断机构，该滑移警戒状态判断机构在通过上述滑移状态判断机构判定为驱动轮转数N2没有超过上述驱动轮最大转数Nmax的场合，判定驱动轮转数N2是否超过警戒状态转数Nc，该警戒状态转数Nc被设定为小于上述驱动轮最大转数Nmax的值；

转矩降低机构，在通过该滑移警戒状态判断机构而判定为驱动轮转数N2超过警戒状态转数Nc时，该转矩降低机构降低驱动上述驱动轮的电动机被输入的转矩指令值。

3.根据权利要求2所述的电动汽车的滑移控制装置，其中，上述转矩降低机构计算驱动轮转数N2和上述驱动轮最大转数Nmax的差分，伴随差分的减小，减小上述转矩指令值。

4.根据权利要求3所述的电动汽车的滑移控制装置，其中，上述转矩降低机构通过符合对上述差分、与输入上述电动机的转矩指令值的比例之间的关系进行规定的非线性的曲线，伴随上述差分的变小使上述转矩指令值减小，其中，该输入上述电动机的转矩指令值以来自加速踏板的转矩指令值为基准。

5.一种电动汽车，该电动汽车包括权利要求1～4中的任意一项所述的滑移控制装置，其中，该电动汽车包括多个上述电动机；

上述滑移状态判断机构和上述转矩解除机构是针对每个上述电动机而设置的。

6.根据权利要求5所述的电动汽车，其中，

上述驱动轮包括左右的一对驱动轮；

上述从动轮包括左右的一对从动轮；

上述从动轮转数观测机构将上述一对从动轮的转数检测值的平均值作为上述已观测的转数。

7.根据权利要求5所述的电动汽车，其中，

上述驱动轮包括左右的一对驱动轮；

上述从动轮包括左右的一对从动轮；

上述从动轮转数观测机构将上述一对从动轮中的位于下述位置的从动轮的转数检测值作为上述已观测的转数，该位置的从动轮为与上述滑移状态判断机构判断为滑移状态的上述一对驱动轮中的一个驱动轮处于相同一侧的从动轮。

8.根据权利要求5～7中的任意一项所述的电动汽车，其中，上述电动机分别构成轮毂电动机装置。