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JP4687062B2 - Vibration suppression control device for electric motor drive vehicle - Google Patents

Vibration suppression control device for electric motor drive vehicle Download PDF

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JP4687062B2
JP4687062B2 JP2004295738A JP2004295738A JP4687062B2 JP 4687062 B2 JP4687062 B2 JP 4687062B2 JP 2004295738 A JP2004295738 A JP 2004295738A JP 2004295738 A JP2004295738 A JP 2004295738A JP 4687062 B2 JP4687062 B2 JP 4687062B2
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Description

本発明は、電動モータによって駆動される車両におけるトルクの振動を抑制する技術に関する。   The present invention relates to a technique for suppressing torque vibration in a vehicle driven by an electric motor.

電動モータを駆動源とする車両におけるトルク振動を抑制する制振制御装置としては、例えば後記特許文献1に記載のものがある。
上記従来の制振制御装置においては、各種車両情報に応じて第1のトルク目標値を設定し、また、後述するモータトルク指令値を入力し、車両へのトルク入力とモータ回転速度との間の伝達特性のモデルGp(s)に相当する特性を有するフィルタを通すことによってモータ回転速度を推定し、その回転速度推定値と実際のモータ回転速度との偏差を求め、分母次数と分子次数との差分が、前記モデルGp(s)の分母次数と分子次数との差分以上となる伝達特性H(s)、つまり「H(s)の分母次数−分子次数≧Gp(s)の分母次数−分子次数」なる条件を満たす伝達特性H(s)を用いたモデルH(s)/Gp(s)のフィルタを備え、上記偏差を上記H(s)/Gp(s)なるフィルタに通することによって、第2のトルク目標値を算出し、第1のトルク目標値と第2のトルク目標値を加え合わせて前記モータトルク指令値とし、該モータトルク指令値に実モータの出力トルクを一致もしくは追従させるように制御している。
上記のような従来の制振制御における伝達特性H(s)を持つバンドパスフィルタの構成手段として、ローパス側、ハイパス側の減衰特性(dB/dec)を概略一致させ、駆動系のねじり共振周波数が対数軸上でH(s)の通過帯域の中央となるように構成する方法が知られている。これにより、理論上、不要な振動に対し、位相差0でキャンセルトルクを与えられるため、振動抑制に最大の効果を発揮することができている。
特開2003−09566号公報
As a vibration suppression control device for suppressing torque vibration in a vehicle using an electric motor as a drive source, for example, there is a device described in Patent Document 1 described later.
In the above conventional vibration damping control device, a first torque target value is set according to various vehicle information, and a motor torque command value to be described later is input, and between the torque input to the vehicle and the motor rotation speed. The motor rotational speed is estimated by passing through a filter having a characteristic corresponding to the model Gp (s) of the transfer characteristic of the motor, and the deviation between the estimated rotational speed and the actual motor rotational speed is obtained. Of the model Gp (s) is greater than the difference between the denominator order and the numerator order, that is, “denominator order of H (s) −numerator order ≧ Gp (s) − A model H (s) / Gp (s) filter using a transfer characteristic H (s) that satisfies the condition “numerator order” is provided, and the deviation is passed through the filter H (s) / Gp (s). To calculate the second torque target value and And the motor torque command value combined apply torque target value and the second torque target value is controlled to match or track the output torque of the actual motor to the motor torque command value.
As a means for constituting a bandpass filter having the transfer characteristic H (s) in the conventional vibration damping control as described above, the attenuation characteristics (dB / dec) on the low-pass side and the high-pass side are approximately matched, and the torsional resonance frequency of the drive system There is known a method of configuring so that is at the center of the passband of H (s) on the logarithmic axis. In this way, theoretically, canceling torque can be applied to unnecessary vibrations with a phase difference of 0, so that the maximum effect can be exhibited in vibration suppression.
JP 2003-09566 A

前記のような従来の制振制御を適用すると、通過帯域近傍のゲインを最大に得るためには、ねじり共振周波数fpとハイパス側遮断周波数fcHとの比およびローパス側遮断周波数fcLとねじり共振周波数fpとの比の関係kfc、つまり
kfc=fp/fcH=fcL/fp
をなるべく大きくとる必要があり、結果として、本来ねじり振動をキャンセルするために通過させていた共振周波数以外の周波数成分をも通過させやすくしてしまうことにより、ブレーキをかけた際の制動トルクさえも低減させるトルクを発生させてしまうので、減速時に押し出され感が現れてしまう可能性があった。
また、こうした問題を軽減するため、帯域幅を絞るとフィードバックトルクが十分得られないことから、ギアのバックラッシュ等に起因して生ずる外乱トルク要素に対して、十分な制振効果を得ることができないという問題があった。
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、電動モータ駆動車両における制振効果をより向上させた制振制御装置を提供することを目的とする。
When the conventional vibration suppression control as described above is applied, in order to obtain the maximum gain in the vicinity of the pass band, the ratio between the torsional resonance frequency fp and the high-pass side cutoff frequency fcH and the low-pass side cutoff frequency fcL and the torsional resonance frequency fp are obtained. The relationship of kfc, that is, kfc = fp / fcH = fcL / fp
As a result, it is easy to pass frequency components other than the resonance frequency that was originally passed to cancel the torsional vibration, so that even the braking torque at the time of braking is applied. Since the torque to be reduced is generated, there is a possibility that it is pushed out during deceleration and a feeling appears.
In addition, in order to alleviate such a problem, if the bandwidth is reduced, sufficient feedback torque cannot be obtained, so that a sufficient damping effect can be obtained for disturbance torque elements caused by gear backlash and the like. There was a problem that I could not.
The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object thereof is to provide a vibration suppression control device that further improves the vibration suppression effect in an electric motor-driven vehicle.

上記の目的を達成するため、本発明においては、第2のトルク目標値設定手段における伝達特性H(s)のフィルタにおいて、ねじり共振周波数fpとハイパス側遮断周波数fcHとの比およびローパス側遮断周波数fcLとねじり共振周波数fpとの比の関係kfcを、
kfc=fp/fcH=fcL/fp=1 すなわち、
fcH=fcL=fp
なる関係に設定し、かつ、第2のトルク目標値を 1≦kfb≦2 なる範囲における任意のゲインkfb倍に増幅する増幅手段を備え、車両へのトルク入力とモータ回転速度の伝達特性のモデルGp(s)を2次振動系モデルで近似した場合に、前記第2のトルク目標値を増幅する増幅手段のゲインkfbを、
kfb=2・(1−ζp)
に設定するように構成している。
In order to achieve the above object, in the present invention, in the filter of the transfer characteristic H (s) in the second torque target value setting means, the ratio between the torsional resonance frequency fp and the high-pass cutoff frequency fcH and the low-pass cutoff frequency The ratio kfc of the ratio between fcL and the torsional resonance frequency fp is
kfc = fp / fcH = fcL / fp = 1
fcH = fcL = fp
And a gain characteristic for amplifying the second torque target value to an arbitrary gain kfb times in the range of 1 ≦ kfb ≦ 2 , and a model of the torque input to the vehicle and the transfer characteristic of the motor rotational speed When Gp (s) is approximated by a secondary vibration system model, the gain kfb of the amplification means for amplifying the second torque target value is
kfb = 2 · (1-ζp)
It is configured to be set to .

上記のように構成したことにより、通過帯域におけるゲイン/帯域幅比を最大とすることができ、ねじり共振周波数におけるフィードバックゲインを所定の大きさに保ったまま、不必要な帯域での減衰量を最大にすることができる。そして第2のトルク目標値を増幅する増幅器のゲインkfbを 1≦kfb≦2 の範囲内の任意の値に設定することにより、制振効果をより改善することが出来る。
特に、kfb=2に設定した場合は、フィードバックトルクをゲイン0dBで減衰なく第2のトルク目標値としてフィードバック可能となるので、ギアのバックラッシュ等に起因して生じる外乱トルクに対しても、効果的に振動を抑制することが可能になる、という効果が得られる。
By configuring as described above, the gain / bandwidth ratio in the passband can be maximized, and the attenuation in an unnecessary band can be reduced while maintaining the feedback gain at the torsional resonance frequency at a predetermined magnitude. Can be maximized. The damping effect can be further improved by setting the gain kfb of the amplifier that amplifies the second torque target value to an arbitrary value within the range of 1 ≦ kfb ≦ 2.
In particular, when kfb = 2 is set, the feedback torque can be fed back as the second torque target value without a gain with a gain of 0 dB, and therefore effective against disturbance torque caused by gear backlash and the like. Thus, it is possible to suppress vibrations.

図1は本発明の一実施の形態を示すブロック図である。
図1において、1は車両のアクセル操作量を検出するアクセル開度センサ、2はモータトルク設定部、3は制振制御部、4はモータトルク制御部(何れも詳細後述)であり、モータトルク制御部の出力信号に応じてモータ5を制御する。6はモータ5の回転速度を検出するためのモータ回転角センサ、7はモータ5の回転を車輪8、9に伝達する駆動軸である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, 1 is an accelerator opening sensor for detecting the accelerator operation amount of the vehicle, 2 is a motor torque setting unit, 3 is a vibration damping control unit, 4 is a motor torque control unit (both described later in detail), and motor torque The motor 5 is controlled according to the output signal of the control unit. 6 is a motor rotation angle sensor for detecting the rotation speed of the motor 5, and 7 is a drive shaft that transmits the rotation of the motor 5 to the wheels 8 and 9.

モータトルク設定部2は、アクセル開度センサ1で検出したアクセル開度とモータ回転角センサ6から検出したモータ回転速度とに基づいてモータトルクの目標値(第1のトルク目標値T1)を設定する。この第1のトルク目標値T1は、例えばアクセル開度とモータ回転速度とに対応したトルク目標値のマップを予め記憶しておき、そのときのアクセル開度とモータ回転速度とに応じた値を読み出し、その値をGm(s)/Gp(s)なる伝達特性を有するフィルタを通すことによって算出する。なお、アクセル開度とモータ回転速度とから求める代わりに上位コントローラからのトルク指令値を用いてもよい。
上記のGm(s)は車両へのトルク入力とモータ回転速度の応答目標を示すモデル(理想モデル)であり、Gp(s)は車両へのトルク入力とモータ回転速度の伝達特性を示すモデルである。
The motor torque setting unit 2 sets a target value of the motor torque (first torque target value T1) based on the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor 1 and the motor rotation speed detected from the motor rotation angle sensor 6. To do. As this first torque target value T1, for example, a map of a torque target value corresponding to the accelerator opening and the motor rotation speed is stored in advance, and a value corresponding to the accelerator opening and the motor rotation speed at that time is stored. The read value is calculated by passing through a filter having a transfer characteristic of Gm (s) / Gp (s). A torque command value from the host controller may be used instead of obtaining from the accelerator opening and the motor rotation speed.
The above Gm (s) is a model (ideal model) indicating the response target of the torque input to the vehicle and the motor rotation speed, and Gp (s) is a model indicating the transfer characteristics of the torque input to the vehicle and the motor rotation speed. is there.

制振制御部3は、第1のトルク目標値T1とモータ回転速度とを入力し、後述する演算を行って第1のトルク目標値T1と第2のトルク目標値T2とを加算したモータトルク指令値Tを出力する。
モータトルク制御部4は、上記モータトルク指令値Tにモータ5の出力トルクを一致もしくは追従させるように制御する。
上記モータトルク設定部2、制振制御部3およびモータトルク制御部4は、例えばマイクロコンピュータで構成されており、また、モータ5の駆動は、例えばトルク指令値Tに対応するPWM信号によって駆動されるインバータを用いて駆動する。
The vibration suppression control unit 3 inputs the first torque target value T1 and the motor rotation speed, performs a calculation described later, and adds the first torque target value T1 and the second torque target value T2 to the motor torque. Command value T is output.
The motor torque control unit 4 performs control so that the output torque of the motor 5 matches or follows the motor torque command value T.
The motor torque setting unit 2, the vibration suppression control unit 3 and the motor torque control unit 4 are constituted by, for example, a microcomputer, and the motor 5 is driven by a PWM signal corresponding to the torque command value T, for example. It is driven using an inverter.

(第1の実施例)
図2は本発明の動作説明のためのモータ制御系のモデル構成を示すブロック図であり、図3および図4は本発明による制振制御のフィルタH(s)の通過帯域を示すボード線図、図5は本発明による第1の実施例の構成を示すブロック図、図6は第1の実施例のシミュレーションによる出力結果を示す図である。
(First embodiment)
FIG. 2 is a block diagram showing a model configuration of a motor control system for explaining the operation of the present invention. FIGS. 3 and 4 are Bode diagrams showing a pass band of a filter H (s) for vibration suppression control according to the present invention. FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the first embodiment according to the present invention, and FIG. 6 is a diagram showing an output result by simulation of the first embodiment.

図2において、トルク目標値設定手段101は、Gm(s)/Gp(s)の前置フィルタからなり、入力した上位コントローラからのトルク指令値100(または図1に示したように各種車両情報:例えばアクセル開度やモータ回転速度)に応じて第1のトルク目標値102を設定する。このトルク目標値設定手段101は図1のモータトルク設定部2に相当する。
モータ回転速度推定手段110は、車両へのトルク入力とモータ回転速度との伝達特性のモデルGp(s)に相当する特性を有するフィルタで構成され、入力した第1のトルク目標値102からモータ回転速度推定値109を算出する。
減算手段116は、モータ回転速度推定値109と実際のモータ回転速度検出値106との偏差111を求める。
In FIG. 2, torque target value setting means 101 is composed of a pre-filter of Gm (s) / Gp (s), and input torque command value 100 from the host controller (or various vehicle information as shown in FIG. 1). : For example, the first torque target value 102 is set in accordance with the accelerator opening and the motor rotation speed. This torque target value setting means 101 corresponds to the motor torque setting unit 2 in FIG.
The motor rotation speed estimation means 110 is composed of a filter having a characteristic corresponding to a model Gp (s) of a transmission characteristic between torque input to the vehicle and the motor rotation speed, and the motor rotation from the input first torque target value 102. A speed estimation value 109 is calculated.
The subtracting means 116 obtains a deviation 111 between the motor rotation speed estimated value 109 and the actual motor rotation speed detected value 106.

第2のトルク目標値設定手段113は、分母次数と分子次数との差分が、モデルGp(s)の分母次数と分子次数との差分以上となる伝達特性H(s)、つまり「H(s)の分母次数−分子次数≧Gp(s)の分母次数−分子次数」なる条件を満たす伝達特性H(s)を用いたH(s)/Gp(s)のフィルタで構成され、前記減算手段で算出された偏差を入力し、第2のトルク目標値114を設定する。   The second torque target value setting means 113 has a transfer characteristic H (s) in which the difference between the denominator order and the numerator order is equal to or greater than the difference between the denominator order and the numerator order of the model Gp (s), that is, “H (s ) Denominator order-numerator order ≥ Gp (s) denominator order-numerator order ", which is composed of a filter of H (s) / Gp (s) using the transfer characteristic H (s). Is input, and the second torque target value 114 is set.

増幅手段112は、第2のトルク目標値114に1≦kfb≦2なる任意のゲインkfbを掛け合わせて増幅後の第2のトルク目標値103を出力する。
加算手段115は、前記第1のトルク目標値102と増幅後の第2のトルク目標値103とを加え合わせてモータトルク指令値104とし、このモータトルク指令値104でモータ105(伝達特性をGp'(s)とする)を駆動制御する。つまり、前記モータトルク指令値104にモータ105の出力トルクを一致もしくは追従させるように制御する。なお、121は外部から加えられる外乱トルクである。
The amplifying unit 112 multiplies the second torque target value 114 by an arbitrary gain kfb satisfying 1 ≦ kfb ≦ 2, and outputs the amplified second torque target value 103.
The adding means 115 adds the first torque target value 102 and the amplified second torque target value 103 to obtain a motor torque command value 104. The motor torque command value 104 is used to add the motor 105 (transfer characteristic to Gp). '(s)) is controlled. That is, control is performed so that the output torque of the motor 105 matches or follows the motor torque command value 104. Reference numeral 121 denotes a disturbance torque applied from the outside.

上記のモータ回転速度推定手段110、増幅手段112、第2のトルク目標値設定手段113、加算手段115および減算手段116の部分が前記図1の制振制御部3に相当する。なお、図1のモータトルク制御部4は、伝達特性的には影響がないので図2には表示していないが、外乱トルク121とモータ105との間に存在する。以上が本発明を適用するモータ制御系のモデル構成である。   The parts of the motor rotation speed estimating means 110, the amplifying means 112, the second torque target value setting means 113, the adding means 115 and the subtracting means 116 correspond to the vibration damping control unit 3 of FIG. The motor torque control unit 4 in FIG. 1 is not shown in FIG. 2 because it has no influence on the transmission characteristics, but exists between the disturbance torque 121 and the motor 105. The above is the model configuration of the motor control system to which the present invention is applied.

図5に示した第1の実施例においては、図2における車両モデルのモータ回転速度推定値109と実際のモータ回転速度検出値106との偏差を求める際に、積分偏差が生じることを防ぐため、図2の制御ブロック構成を等価変換して図5に示すような構成とする。図5において、トルク目標値設定手段501は、Gm(s)/Gp(s)の前置フィルタからなり、入力した上位コントローラからのトルク指令値500(または各種車両情報:例えばアクセル開度やモータ回転速度)に応じて第1のトルク目標値502を設定する。   In the first embodiment shown in FIG. 5, an integral deviation is prevented from occurring when the deviation between the motor rotational speed estimated value 109 of the vehicle model in FIG. 2 and the actual motor rotational speed detected value 106 is obtained. 2 is equivalently converted into the configuration shown in FIG. In FIG. 5, the torque target value setting means 501 is composed of a pre-filter of Gm (s) / Gp (s), and an input torque command value 500 (or various vehicle information: for example, accelerator opening and motor The first torque target value 502 is set according to the rotational speed.

モータ505へのモータトルク指令値504は、駆動系のねじり共振周波数を中心周波数fpとするバンドパスフィルタ510を通過することにより、モータトルク指令値のねじり共振周波数成分509となる。上記バンドパスフィルタ510の遮断周波数はfcH=fcL=fpに設定されている。ただし、fcHはハイパス側の遮断周波数、fcLはローパス側の遮断周波数である。
また、モータ505の実際のモータ回転速度検出値506は、H(s)/Gp(s)なるフィルタ507を通して電動モータにかかるトルクのねじり共振周波数成分508に変換される。
The motor torque command value 504 to the motor 505 becomes a torsional resonance frequency component 509 of the motor torque command value by passing through the bandpass filter 510 having the torsional resonance frequency of the drive system as the center frequency fp. The cut-off frequency of the bandpass filter 510 is set to fcH = fcL = fp. However, fcH is a cutoff frequency on the high-pass side, and fcL is a cutoff frequency on the low-pass side.
Further, the actual motor rotation speed detection value 506 of the motor 505 is converted into a torsional resonance frequency component 508 of torque applied to the electric motor through a filter 507 of H (s) / Gp (s).

減算手段516は、前記モータトルク指令値のねじり共振周波数成分509と、モータ505にかかるトルクのねじり共振周波数成分508との偏差511を求める。
増幅手段512は、上記の偏差を、1≦kfb≦2なる範囲の値(後述するように図2ではkfb=2とする)を有する任意のゲインkfb倍に増幅し、第2のトルク目標値503とする。
The subtracting means 516 obtains a deviation 511 between the torsional resonance frequency component 509 of the motor torque command value and the torsional resonance frequency component 508 of the torque applied to the motor 505.
The amplifying means 512 amplifies the deviation to an arbitrary gain kfb times having a value in the range of 1 ≦ kfb ≦ 2 (kfb = 2 in FIG. 2 as will be described later), and the second torque target value 503.

加算手段515は、前記第1のトルク目標値502と増幅後の第2のトルク目標値503とを加え合わせてモータトルク指令値504とし、このモータトルク指令値504によってモータ505を駆動制御する。つまり、前記モータトルク指令値504にモータ505の出力トルクを一致もしくは追従させるように制御する。
なお、図5のフィルタ507におけるH(s)/Gp(s)の特性は、図2の第2のトルク目標値設定手段113における「H(s)の分母次数−分子次数≧Gp(s)の分母次数−分子次数」なる条件を満たす伝達特性H(s)を用いたH(s)/Gp(s)と同じである。
上記のように、第1の実施例においては、バンドパスフィルタ510の遮断周波数がfcH=fcL=fpと設定されているので、そのままでは中心周波数fpにおける通過損失が−6dBになる。そのため増幅手段512によってこれを補償するように、増幅手段512のゲインkfbを2(つまり+6dB)に設定する。
これにより、バンドパスフィルタ510の通過損失を受けずに、第2のトルク日標値511をフィードバック可能にすることが出来る。
The adding means 515 adds the first torque target value 502 and the amplified second torque target value 503 to obtain a motor torque command value 504, and drives and controls the motor 505 based on the motor torque command value 504. That is, control is performed so that the output torque of the motor 505 matches or follows the motor torque command value 504.
Note that the characteristic of H (s) / Gp (s) in the filter 507 in FIG. 5 is “denominator order−numerator order ≧ Gp (s) of H (s) in the second torque target value setting unit 113 in FIG. 2. It is the same as H (s) / Gp (s) using the transfer characteristic H (s) that satisfies the condition “denominator order-numerator order”.
As described above, in the first embodiment, since the cutoff frequency of the bandpass filter 510 is set to fcH = fcL = fp, the pass loss at the center frequency fp is −6 dB as it is. Therefore, the gain kfb of the amplifying means 512 is set to 2 (that is, +6 dB) so that the amplifying means 512 compensates for this.
Thereby, the second torque date value 511 can be fed back without receiving the passage loss of the bandpass filter 510.

図3は、バンドパスフィルタ510における通過ゲイン特性を示すボード線図である。図3において、201は遮断周波数をfcH=fcL=fpに設定した場合の通過ゲイン特性、202は遮断周波数をfcH=fcL=fpに設定した場合の位相特性を示す。   FIG. 3 is a Bode diagram showing a pass gain characteristic in the band pass filter 510. In FIG. 3, 201 indicates a pass gain characteristic when the cutoff frequency is set to fcH = fcL = fp, and 202 indicates a phase characteristic when the cutoff frequency is set to fcH = fcL = fp.

図4は、バンドパスフィルタ510におけるゲイン/通過帯域幅比を示すボード線図である。図4において、301は遮断周波数をfcH=fcL=fpに設定した場合のゲイン/通過帯域幅比、302、303は遮断周波数がfp/fcH=fcL/fp≠1の場合におけるゲイン/通過帯域幅比を示す。   FIG. 4 is a Bode diagram showing the gain / pass bandwidth ratio in the band pass filter 510. In FIG. 4, 301 is a gain / pass bandwidth ratio when the cutoff frequency is set to fcH = fcL = fp, and 302 and 303 are gain / pass bandwidths when the cutoff frequency is fp / fcH = fcL / fp ≠ 1. Indicates the ratio.

図6は、モータ505に対して、外乱トルク521としてステップ状のトルク外乱601を与えた場合におけるモータ505の出力回転速度(モータ回転速度検出値)506の応答波形を示す図であり、(a)はトルク外乱601の波形、(b)は前記特許文献1に記載した従来の制振制御による応答波形、(c)は本発明の第1の実施例における応答波形を示す。   FIG. 6 is a diagram illustrating a response waveform of the output rotation speed (motor rotation speed detection value) 506 of the motor 505 when a step-like torque disturbance 601 is applied as the disturbance torque 521 to the motor 505. ) Is a waveform of torque disturbance 601, (b) is a response waveform by the conventional vibration suppression control described in Patent Document 1, and (c) is a response waveform in the first embodiment of the present invention.

図6から判るように、制振制御を行わない場合の回転速度応答602、604は、外乱トルク601の影響を受けてねじり共振周波数で大きな振幅をもって振動している。そして、前記特許文献1に記載した従来の制振制御によると第2のトルク目標値がバンドパスフィルタの通過ロスによって減衰されるため、完全な制振効果が得られず、出力回転速度は603に示すように、ねじり振動がかなり残っている。
これに対し、図6(c)に示した本発明の特性においては、第2のトルク目標値511が減衰されずにフィードバックされるので、波形605に示したように出力回転速度は振動がほぼ収まって滑らかに変化していることが判る。
As can be seen from FIG. 6, the rotational speed responses 602 and 604 when vibration suppression control is not performed vibrate with a large amplitude at the torsional resonance frequency due to the influence of the disturbance torque 601. According to the conventional vibration damping control described in Patent Document 1, since the second torque target value is attenuated by the passage loss of the bandpass filter, a complete vibration damping effect cannot be obtained, and the output rotation speed is 603. As shown in FIG. 3, a considerable amount of torsional vibration remains.
On the other hand, in the characteristics of the present invention shown in FIG. 6C, the second torque target value 511 is fed back without being attenuated. It can be seen that the change is smooth.

ここで前記した車両のトルク入力とモータ回転速度の伝達特性Gp(s)について説明する。
図10は車両の駆動ねじり振動系の運動方程式を説明するための図であり、図10における各符号は以下に示すとおりである。
Jm:モータのイナーシャ
Jw:駆動輪のイナーシャ
M:車両の重量
KD:駆動系のねじり剛性
KT:タイヤと路面の摩擦に関する係数
N:オーバーオールギヤ比
r:タイヤの加重半径
ωm:モータの角速度
Tm:モータのトルク
TD:駆動輪のトルク
F:車両に加えられる力
V:車両の速度
ωW:駆動輪の角速度
図10より、以下の運動方程式を導くことが出来る。
The vehicle torque input and motor rotation speed transfer characteristic Gp (s) will now be described.
FIG. 10 is a diagram for explaining the equation of motion of the drive torsional vibration system of the vehicle, and the respective symbols in FIG. 10 are as shown below.
Jm: Motor inertia Jw: Drive wheel inertia M: Vehicle weight KD: Torsional rigidity of drive system KT: Coefficient of tire-road friction N: Overall gear ratio r: Tire weight radius ωm: Motor angular velocity Tm: Motor torque TD: Driving wheel torque F: Force applied to vehicle V: Vehicle speed ωW: Driving wheel angular velocity From FIG. 10, the following equation of motion can be derived.

Jm・ωm=Tm−TD/N
2Jw・ωW=TD−rF
MV=F
TD=KD ∫(ωm/N−ωW)
F=KT(rωW−V)
なお、上記の各数式において、符号の右上に付されている「*」は、時間微分を示す。 上記の各運動方程式に基づいて、モータトルクからモータ回転速度の伝達特性Gp(s)を求めると下記(数2)式のようになる。
Jm · ω * m = Tm-TD / N
2Jw ・ ω * W = TD-rF
MV * = F
TD = KD ∫ (ωm / N-ωW)
F = KT (rωW-V)
In each of the above mathematical expressions, “*” attached to the upper right of the code indicates time differentiation. When the transfer characteristic Gp (s) of the motor rotational speed is obtained from the motor torque based on the above equations of motion, the following equation (2) is obtained.

Gp(s)=(b+b+bs+b)
/s(a+a+as+a) …(数2)
ただし、
=2Jm・Jw・M
=Jm(2Jw+Mr)KT
={Jm+(2Jw/N〕}M・KD
={Jm+(2Jw/N)+(Mr/N)}KD・KT
=2Jw+M
=(2Jw+Mr)KT
=M・KD
=KD・KT
上記(数2)式に示した伝達関数の極と零点を調べると、一つの極と一つの零点とは極めて近い値を示す。これは下記(数3)式におけるαとβが極めて近い値を示すことに相当する。
Gp (s) = (b 3 s 3 + b 2 s 2 + b 1 s + b 0 )
/ S (a 4 s 3 + a 3 s 2 + a 2 s + a 1 ) (Expression 2)
However,
a 4 = 2Jm ・ Jw ・ M
a 3 = Jm (2Jw + Mr 2) KT
a 2 = {Jm + (2Jw / N 2 ]} M · KD
a 1 = {Jm + (2Jw / N 2 ) + (Mr 2 / N 2 )} KD · KT
b 3 = 2Jw + M
b 2 = (2Jw + Mr 2 ) KT
b 1 = M · KD
b 0 = KD · KT
When the poles and zeros of the transfer function shown in the above equation (2) are examined, one pole and one zero show extremely close values. This corresponds to the fact that α and β in the following equation (3) show extremely close values.

Gp(s)=(s+β)(b's+b's+b')
/s(s+α)(a's+a's+a') …(数3)
したがって上記(数3)式における極零相殺(α=βと近似する)を行うことにより、下記(数4)式に示すように、(2次)/(3次)の伝達特性Gp(s)が得られる。
Gp (s) = (s + β) (b 2 's 2 + b 1 ' s + b 0 ')
/ S (s + α) (a 3 's 2 + a 2 ' s + a 1 ') (Expression 3)
Therefore, by performing pole-zero cancellation (approximate α = β) in the above equation (3), as shown in the following equation (4), the (second order) / (third order) transfer characteristic Gp (s ) Is obtained.

Gp(s)=(b's+b's+b')/s(a's+a's+a') …(数4)
上記の(数4)式をマイコン処理によって具現化するため、例えば下記(数5)式を用いてZ変換し、離散化する。
s=(2/T)・{(1−Z−1)/(1+Z−1)} …(数5)。
Gp (s) = (b 2 's 2 + b 1 ' s + b 0 ') / s (a 3 ' s 2 + a 2 's + a 1 ') (Expression 4)
In order to realize the above formula (4) by microcomputer processing, for example, the following (formula 5) is used to perform Z conversion and discretization.
s = (2 / T) · {(1-Z −1 ) / (1 + Z −1 )} (Equation 5).

次に、伝達特性H(s)について説明する。
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。このバンドパスフィルタのフィルタ特性は例えば図11に示すように、ローパス側およびハイパス側の減衰特性がほぼ一致し、かつ、駆動系のねじり共振周波数fpが対数軸(logスケール)上で、通過帯域の中央部近傍となるように設定されている。なお、fcLはローパス側遮断周波数、fcHはハイパス側遮断周波数である。
第1の実施例においては、前記図3、図4に示したように、fp=fcL=fcHに設定している。つまり通過帯域の中央が駆動系のねじり共振周波数fpになり、かつ、ハイパス側もローパス側も中央のfpから直ちに減衰を開始する特性となっている。
Next, the transfer characteristic H (s) will be described.
H (s) is a feedback element that reduces only vibration when a band-pass filter is used. For example, as shown in FIG. 11, the low-pass and high-pass attenuation characteristics are substantially the same, and the torsional resonance frequency fp of the drive system is on the logarithmic axis (log scale). It is set to be in the vicinity of the center of the. Note that fcL is a low-pass cutoff frequency, and fcH is a high-pass cutoff frequency.
In the first embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, fp = fcL = fcH is set. That is, the center of the pass band is the torsional resonance frequency fp of the drive system, and both the high-pass side and the low-pass side start to attenuate immediately from the center fp.

(第2の実施例)
図7は第2の実施例の構成を示す機能ブロック図、図8は第2の実施例のシミュレーションによる出力結果を示す図、図9は第2の実施例の動作を説明するためのブロック図である。
(Second embodiment)
FIG. 7 is a functional block diagram showing the configuration of the second embodiment, FIG. 8 is a diagram showing an output result by simulation of the second embodiment, and FIG. 9 is a block diagram for explaining the operation of the second embodiment. It is.

図7において、トルク目標値設定手段701は、Gm(s)/Gp(s)の前置フィルタからなり、入力した上位コントローラからのトルク指令値700(または各種車両情報:例えばアクセル開度やモータ回転速度)に応じて第1のトルク目標値702を設定する。   In FIG. 7, torque target value setting means 701 is composed of a pre-filter of Gm (s) / Gp (s), and input torque command value 700 from the host controller (or various vehicle information: for example, accelerator opening and motor The first torque target value 702 is set according to the rotational speed.

モータ705へのモータトルク指令値704は、駆動系のねじり共振周波数を中心周波数fpとするバンドパスフィルタ710を通過することにより、モータトルク指令値のねじり共振周波数成分709となる。上記バンドパスフィルタ710の遮断周波数はfcH=fcL=fpに設定されている。ただし、fcHはハイパス側の遮断周波数、fcLはローパス側の遮断周波数である。   A motor torque command value 704 to the motor 705 becomes a torsional resonance frequency component 709 of the motor torque command value by passing through a band pass filter 710 having a torsional resonance frequency of the drive system as a center frequency fp. The cut-off frequency of the bandpass filter 710 is set to fcH = fcL = fp. However, fcH is a cutoff frequency on the high-pass side, and fcL is a cutoff frequency on the low-pass side.

また、モータ705の実際のモータ回転速度検出値706は、H(s)/Gp(s)なるフィルタ707を通して電動モータにかかるトルクのねじり共振周波数成分708に変換される。
減算手段716は、前記モータトルク指令値のねじり共振周波数成分709と、モータ705にかかるトルクのねじり共振周波数成分708との偏差711を求める。
Further, the actual motor rotation speed detection value 706 of the motor 705 is converted into a torsional resonance frequency component 708 of torque applied to the electric motor through a filter 707 of H (s) / Gp (s).
The subtracting means 716 obtains a deviation 711 between the torsional resonance frequency component 709 of the motor torque command value and the torsional resonance frequency component 708 of the torque applied to the motor 705.

増幅手段712は、上記の偏差711を、k=2・(1−ζp)なるゲイン倍に増幅し、第2のトルク目標値703とする。
加算手段715は、前記第1のトルク目標値702と増幅後の第2のトルク目標値703とを加え合わせてモータトルク指令値704とし、このモータトルク指令値704によってモータ705を駆動制御する。つまり、前記モータトルク指令値704にモータ705の出力トルクを一致もしくは追従させるように制御する。ただし、721は外乱トルクである。
The amplifying unit 712 amplifies the deviation 711 by a gain of k = 2 · (1−ζp) to obtain a second torque target value 703.
The adding means 715 adds the first torque target value 702 and the amplified second torque target value 703 to obtain a motor torque command value 704, and drives and controls the motor 705 based on the motor torque command value 704. That is, control is performed so that the output torque of the motor 705 matches or follows the motor torque command value 704. However, 721 is a disturbance torque.

ここで、図9を用いて第2の実施例の動作を説明する。
図9において、外部から入力したトルク指令値をu、出力回転速度をY、外乱入力トルクをdとして、中間ノードの演算結果をそれぞれx1、x2、x3、x4、x5と置くと、下記の(数6)式に示す連立方程式が求められる。
Here, the operation of the second embodiment will be described with reference to FIG.
In FIG. 9, when the externally input torque command value is u, the output rotation speed is Y, the disturbance input torque is d, and the intermediate node calculation results are x1, x2, x3, x4, and x5, respectively, The simultaneous equations shown in Equation 6) are obtained.

Y=Gp'(s)・(x1+d)
x1=x5+u
x2=H(s)・x1 …(数6)
x3={H(s)/Gp(s)}・Y
x4=x2−x3
x5=k(x2−x3)
また、下記(数7)式〜(数10)式に示す関係がある。
Y = Gp ′ (s) · (x1 + d)
x1 = x5 + u
x2 = H (s) · x1 (Equation 6)
x3 = {H (s) / Gp (s)} · Y
x4 = x2-x3
x5 = k (x2-x3)
Further, there is a relationship shown in the following formula (7) to formula (10).

Figure 0004687062
Figure 0004687062

Figure 0004687062
Figure 0004687062

Figure 0004687062
Figure 0004687062

Figure 0004687062
上記それぞれの関係から入出力の伝達関数を解くと、(数11)式が得られる。
Figure 0004687062
When the input / output transfer function is solved from each of the above relationships, Equation (11) is obtained.

Figure 0004687062
本発明による制振制御は、入力トルク指令値uに対しては、モータの応答をモデル化した応答Gp(s)・uとなるように作用し、かつ外乱入力トルクdに対して規範応答Gm(s)・dとなるように作用することにより、モータのギアのバックラッシュ等に起因する外乱要素に対してもロバストな制振効果を得られるようにするものであり、従って(数11)式の第2項が下記(数12)式に示すようにGm(s)・dとなるようなゲインkを選ぶことにより、完全な制振効果を得ることが可能となる。
Figure 0004687062
The vibration damping control according to the present invention acts so as to have a response Gp (s) · u that models the motor response with respect to the input torque command value u, and the reference response Gm with respect to the disturbance input torque d. By acting so as to be (s) · d, a robust damping effect can be obtained even for disturbance elements caused by backlash of the gear of the motor, etc. Therefore, (Equation 11) By selecting a gain k such that the second term of the equation becomes Gm (s) · d as shown in the following equation (12), it is possible to obtain a complete damping effect.

Figure 0004687062
このときのkの値を下記(数13)式、(数14)式に示すようにして求めると、(数15)式に示すように、k=2・(1−ζp)となる。ただし、ζpは車両によって決まる定数(減衰係数)である。
Figure 0004687062
When the value of k at this time is determined as shown in the following equations (13) and (14), k = 2 · (1−ζp) as shown in the equation (15). Here, ζp is a constant (attenuation coefficient) determined by the vehicle.

Figure 0004687062
Figure 0004687062

Figure 0004687062
Figure 0004687062

Figure 0004687062
図7に示した第2の実施例は、増幅手段712におけるゲインkを上記の値に設定したものである。
つまり第2の実施例においては、車両へのトルク入力とモータ回転速度の伝達特性のモデルGp(s)を下記(数16)式(=数1式)に示す2次振動系モデルで近似した場合に、前記第2のトルク目標値を増幅する増幅手段のゲインkfbを、
kfb=2・(1−ζp)
に設定したものである。
Figure 0004687062
In the second embodiment shown in FIG. 7, the gain k in the amplification means 712 is set to the above value.
In other words, in the second embodiment, the model Gp (s) of the transfer characteristic between the torque input to the vehicle and the motor rotational speed is approximated by the secondary vibration system model expressed by the following (Expression 16) (= Expression 1). The gain kfb of the amplifying means for amplifying the second torque target value,
kfb = 2 · (1-ζp)
Is set.

Figure 0004687062
ただし、ζp:車両によって決まる定数(減衰係数)
Js :車両慣性
:定数
:定数
上記のように、k=2・(1−ζp)に設定することにより、実際の電動モータGp'(s)の出力と車両振動モデルGp(s)の出力とが完全に一致するように第2のトルク目標をフィードバックすることが可能となり、理論的には外乱によるねじり共振周波数での振動を零に抑制することが可能となる。
Figure 0004687062
Where ζp is a constant determined by the vehicle (attenuation coefficient)
Js: Vehicle inertia
b 0 : Constant
b 1 : Constant As described above, by setting k = 2 · (1−ζp), the output of the actual electric motor Gp ′ (s) completely matches the output of the vehicle vibration model Gp (s). Thus, it is possible to feed back the second torque target, and theoretically it is possible to suppress the vibration at the torsional resonance frequency due to disturbance to zero.

図8は、モータ705に対して、外乱トルクd721としてステップ状のトルク指令801を与えた場合におけるモータ705の出力回転速度706の応答波形を示す図である。
図8において、(a)は外乱トルク波形、(b)は前記特許文献1に記載した従来の制振制御による応答波形、(c)は本発明の応答波形を示す。
図8に示した制振制御を行わなかった場合の回転速度応答802、804は、外乱トルクd801を受けてねじり共振周波数で大きな振幅をもって振動している。これに対して本発明による制振制御を行った場合は、第2のトルク目標値711が外乱トルクd801に対してGm(s)・dとなるようにフィードバックがかかることにより、(c)に示すように、回転速度出力波形805には、全く振動が生じていないことがわかる。
FIG. 8 is a diagram showing a response waveform of the output rotational speed 706 of the motor 705 when a stepped torque command 801 is given as the disturbance torque d721 to the motor 705.
In FIG. 8, (a) shows a disturbance torque waveform, (b) shows a response waveform by the conventional vibration suppression control described in Patent Document 1, and (c) shows a response waveform of the present invention.
When the vibration suppression control shown in FIG. 8 is not performed, the rotational speed responses 802 and 804 receive a disturbance torque d801 and vibrate with a large amplitude at the torsional resonance frequency. On the other hand, when the vibration suppression control according to the present invention is performed, feedback is applied so that the second torque target value 711 becomes Gm (s) · d with respect to the disturbance torque d801, so that (c) As shown, the rotational speed output waveform 805 shows no vibration at all.

本発明の一実施の形態を示すブロック図。The block diagram which shows one embodiment of this invention. 本発明の動作説明のためのモータ制御系のモデル構成を示すブロック図。The block diagram which shows the model structure of the motor control system for operation | movement description of this invention. バンドパスフィルタH(s)における通過ゲイン特性を示すボード線図。The Bode diagram which shows the passage gain characteristic in band pass filter H (s). バンドパスフィルタH(s)におけるゲイン/通過帯域幅比を示すボード線図。The Bode diagram showing the gain / pass bandwidth ratio in the band pass filter H (s). 本発明による第1の実施例の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the 1st Example by this invention. 第1の実施例のシミュレーションによる出力結果を示す図。The figure which shows the output result by the simulation of a 1st Example. 第2の実施例の構成を示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the structure of a 2nd Example. 第2の実施例のシミュレーションによる出力結果を示す図。The figure which shows the output result by the simulation of a 2nd Example. 第2の実施例の動作を説明するためのブロック図。The block diagram for demonstrating the operation | movement of a 2nd Example. 車両の駆動ねじり振動系の運動方程式を説明するための図。The figure for demonstrating the equation of motion of the drive torsional vibration system of a vehicle. バンドパスフィルタH(s)のフィルタ特性図。The filter characteristic figure of band pass filter H (s).

符号の説明Explanation of symbols

1…アクセル開度センサ 2…モータトルク設定部
3…制振制御部 4…モータトルク制御部
5…モータ 6…モータ回転角センサ
7…駆動軸 8、9…車輪
100、500、700…上位コントローラからのトルク指令値
101、501、701…前置フィルタ
102、502、702…第1のトルク日標値
103、503、703…増幅後の第2のトルク目標値
104、504、704…モータへのトルク指令値
105、505、705…モータ
106、、506、706…モータの出力回転速度
113、507、707…トルク演算器
508、708…モータにかかる振動トルク
109…推定回転速度
509、709…指令トルクのねじり振動数成分
510、710…バンドパスフィルタ
111…回転速度偏差
511、711…トルク偏差
121、521、721…外乱トルク
201…fp=fcH=fcLの際の通過ゲイン特性
202…fp=fcH=fcLの際の位相特性
301…fp=fcH=fcLの際のゲイン/帯域幅比
302、303…fp/fcH=fcL/fp≠1のときのゲイン/帯域幅比
601、801…外乱トルク
602、604、802、804…制振制御無しの場合における回転速度応答
603、803…fp=fcH=fcLの際の回転速度応答
605…fp=fcH=fcLかつkfb=2の際の回転速度応答
805…fp=fcH=fcLかつkfb=2・(1−ζp)の際の回転速度応答
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Accelerator opening degree sensor 2 ... Motor torque setting part 3 ... Damping control part 4 ... Motor torque control part 5 ... Motor 6 ... Motor rotation angle sensor 7 ... Drive shaft 8, 9 ... Wheel 100, 500, 700 ... Host controller Torque command values 101, 501, 701 ... Pre-filters 102, 502, 702 ... First torque target values 103, 503, 703 ... Amplified second torque target values 104, 504, 704 ... To the motor Torque command values 105, 505, 705 ... motors 106, 506, 706 ... motor output rotational speeds 113, 507, 707 ... torque calculators 508, 708 ... vibration torque 109 applied to the motors ... estimated rotational speeds 509, 709 ... Torsional frequency components 510, 710 of the command torque ... Band pass filter 111 ... Rotational speed deviations 511, 711 ... Torque deviation 121, 521, 721 ... disturbance torque 201 ... pass gain characteristic 202 when fp = fcH = fcL ... phase characteristic 301 when fp = fcH = fcL ... gain / bandwidth ratio 302 when fp = fcH = fcL, 303... Gain / bandwidth ratio 601 and 801 when fp / fcH = fcL / fp ≠ 1, disturbance torque 602, 604, 802, 804... Rotational speed response 603, 803... Fp = fcH Rotational speed response 605 when fcL = FP = fcH = fcL and rotational speed response 805 when kfb = 2 Rotational speed response when fp = fcH = fcL and kfb = 2 · (1-ζp)

Claims (1)

電動モータを駆動源とする車両において、
前記電動モータの実回転速度またはそれに相当する値を検出するモータ回転速度検出手段と、
外部からの指令値または各種車両情報に応じて第1のトルク目標値を設定する第1のトルク目標値設定手段と、
分母次数と分子次数との差分が、車両へのトルク入力とモータ回転速度との伝達特性のモデルGp(s)の分母次数と分子次数との差分以上となる伝達特性H(s)を有するバンドパスフィルタH(s)を備え、後述するモータトルク指令値を入力して、上記バンドパスフィルタH(s)を通過させることにより、モータトルク指令値のねじり共振周波数成分を出力する手段と、
前記実回転速度をH(s)/Gp(s)なる特性を有するフィルタを通すことによって電動モータにかかるトルクのねじり共振周波数成分を出力する手段と、
前記モータトルク指令値のねじり共振周波数成分と、前記電動モータにかかるトルクのねじり共振周波数成分との偏差を求めて第2のトルク目標値とする偏差演算手段と、
前記第1のトルク目標値と第2のトルク目標値を加え合わせて前記モータトルク指令値とするモータトルク指令値演算手段と、
を備え、前記モータトルク指令値に前記電動モータの出力トルクを一致もしくは追従させるように制御し、
かつ、前記バンドパスフィルタH(s)の遮断周波数を、駆動系のねじり共振周波数fpとハイパス側遮断周波数fcHとの比およびローパス側遮断周波数fcLと駆動系のねじり共振周波数fpとの比の関係がそれぞれ、
kfc=fp/fcH=fcL/fp=1
になるように、つまりfp=fcH=fcLに設定し、かつ、前記第2のトルク目標値を
1≦kfb≦2
なる範囲における任意のゲインkfb倍に増幅する増幅手段を備え、
車両へのトルク入力とモータ回転速度の伝達特性のモデルGp(s)を下記(数1)式に示す2次振動系モデルで近似した場合に、前記第2のトルク目標値を増幅する増幅手段のゲインkfbを、
kfb=2・(1−ζp)
に設定したことを特徴とする電動モータ駆動車両の制振制御装置。
Figure 0004687062
ただし、ζp:車両によって決まる定数(減衰係数)
Js:車両慣性
:定数
:定数
In a vehicle using an electric motor as a drive source,
Motor rotation speed detection means for detecting the actual rotation speed of the electric motor or a value corresponding thereto;
First torque target value setting means for setting a first torque target value according to an external command value or various vehicle information;
A band having a transfer characteristic H (s) in which the difference between the denominator order and the numerator order is equal to or greater than the difference between the denominator order and the numerator order of the transfer characteristic model Gp (s) between the torque input to the vehicle and the motor rotation speed. Means for providing a torsional resonance frequency component of the motor torque command value by including a pass filter H (s), inputting a motor torque command value, which will be described later, and passing the bandpass filter H (s);
Means for outputting a torsional resonance frequency component of torque applied to the electric motor by passing the actual rotational speed through a filter having a characteristic of H (s) / Gp (s);
Deviation calculation means for obtaining a deviation between a torsional resonance frequency component of the motor torque command value and a torsional resonance frequency component of the torque applied to the electric motor to be a second torque target value;
Motor torque command value calculating means for adding the first torque target value and the second torque target value to obtain the motor torque command value;
Control to match or follow the output torque of the electric motor to the motor torque command value,
In addition, the cutoff frequency of the bandpass filter H (s) is determined by the relationship between the torsional resonance frequency fp of the drive system and the high-pass side cutoff frequency fcH and the ratio of the low-pass side cutoff frequency fcL to the torsional resonance frequency fp of the drive system. Respectively
kfc = fp / fcH = fcL / fp = 1
So that fp = fcH = fcL, and the second torque target value is set to
1 ≦ kfb ≦ 2
Amplifying means for amplifying to an arbitrary gain kfb times in a range,
Amplifying means for amplifying the second torque target value when the model Gp (s) of the torque input to the vehicle and the motor rotation speed is approximated by a secondary vibration system model expressed by the following equation (1) Gain kfb of
kfb = 2 · (1-ζp)
Damping control system of the electric motor driving the vehicle, characterized in that the set.
Figure 0004687062
Where ζp is a constant determined by the vehicle (attenuation coefficient)
Js: Vehicle inertia
b 0 : Constant
b 1 : Constant
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