JP6272495B2 - 電気的駆動システムのためのトラクションコントロールのための制御装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に電動機を備えた電気で駆動する車両での、電気的駆動システムにおけるトラクションコントロールのための制御装置及び方法に関する。

今日の自動車には、車両の走行安定性を改善する自動的又は半自動的な電子システム、即ち例えば、アンチブロックシステム（ＡＢＳ）、横滑り防止システム（ＥＳＰ）、又は、トラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）が追加的に組み込まれていることが多い。トラクションコントロールシステムの場合、複数のセンサが必要であり、この複数のセンサの測定値によって、地面と車輪との間のスリップが直接的又は間接的に推測される。一般的なセンサは、舵取り角センサ、ヨーレートセンサ、加速度センサ、及び車輪速度センサである。

しかしながら、電気的駆動システムにおけるトラクションコントロールのための解決策であって、制御の実装コストが可能な限り低い上記解決策への必要性が生じる。特に、車輪回転数センサ又は車輪速度センサを含まないトラクションコントロールへの必要性が生まれる。

従って、本発明は、第１の観点によれば、電気で駆動する車両の、ｎ相（但し、ｎ≧１）電動機に電圧供給する変圧器のための制御装置であって、電動機の現在の回転数と、変圧器の現在の出力電流と、を定めるよう構成された監視ユニットと、監視ユニットと結合されており、定められた現在の回転数に従って車両の車輪の瞬間車輪速度を計算するよう構成された計算ユニットと、計算ユニットと結合されており、車輪の車輪速度の瞬間変化量が、第１の所定の閾値を上回る場合には、変圧器の出力電流に少なくとも一時的に電流補正量を加えるよう構成されたスリップ制御ユニットと、を備える、上記制御装置を創出する。

本発明は、他の観点によれば、電気で駆動する車両のための電気的駆動システムであって、ｎ相（但し、ｎ≧１）電動機と、ｎ相電動機と結合されており、電動機のためのｎ相供給電圧を提供するよう構成された変圧器と、電動機及び変圧器と結合されており、トラクションコントロールのために、変圧器のための出力電流制御信号を提供するよう構成された本発明に係る制御装置と、を備えた、上記電気的駆動システムを創出する。

本発明は、更に別の観点によれば、本発明に係る電気的駆動システムを備えた電気で駆動する車両を創出する。

本発明は、更に別の観点によれば、電気で駆動する車両のための電気的駆動システムにおけるトラクションコントロールのための方法であって、電気的駆動システムは、電気で駆動する車両の、ｎ相（但し、ｎ≧１）電動機に電圧供給する電圧器を有する、上記方法を創出する。上記方法は、電動機の現在の回転数と、変圧器の現在の出力電流と、を定める工程と、定められた現在の回転数に従って、車両の車輪の瞬間車輪速度を計算する工程と、車輪の車輪速度の瞬間変化量が、第１の所定の閾値を上回る場合には、変圧器の出力電流に少なくとも一時的に電流補正量を加える工程と、を含む。

本発明の構想は、例えば電気自動車又はハイブリッド自動車等の電気で駆動する車両におけるトラクションコントロールシステムを実現することであり、このトラクションコントロールシステムでは、電気的駆動システムの変圧器の出力電流を調整するための目標トルクを下げるべきか、又は当該目標トルクをどの程度下げるべきかについて決定しうるように、電気的駆動システムの既存の信号受信機又は電気的駆動システムの公知の電気パラメータが利用される。本発明に係る手続きの利点は、目標トルクが、駆動部の可能な限り多くのトルクが車道へと伝達され車輪の空転が防止されうるという趣旨で、常に調整されうることである。

このような手続きでの大きな利点は、舵取り角センサ、ヨーレートセンサ、加速度センサ、及び車輪速度センサ等の追加的なセンサを、電気的駆動システム又は車両に実装する必要が無く、従って、トラクションコントロールの実装コストが低く抑えられることである。

本発明は、前輪駆動部、後輪駆動部、又は全輪駆動部等の電気的駆動部を備えた車両で使用することが可能である。本発明の意味における電気で駆動する車両とは、１つ以上の電動機を備え、場合によっては更に追加的に内燃機関も有しうる車両でありうる。

上記制御装置の一実施形態によれば、計算ユニットは、定められた現在の出力電流から、車両の現在の車両速度を計算し、車両の計算された現在の車両速度と、定められた現在の回転数に依存する、車両の車輪の車輪速度と、を比較し、車輪の車輪速度と、車両の計算された現在の車両速度と、の差分が、第２の所定の閾値を上回る場合には、変成器の出力電流に少なくとも一時的に電流補正量を加えるよう構成されうる。

上記制御装置の他の実施形態によれば、計算ユニットはさらに、定められた現在の出力電流から現在の駆動トルクを計算し、車輪に加えられている駆動トルクを計算するために、計算された現在の駆動トルクを現在の走行抵抗の分だけ補正し、車両の現在の車両速度を計算するために、補正された上記車輪に加えられている駆動トルクを利用するよう構成されうる。

上記制御装置の他の実施形態によれば、スリップ制御ユニットはさらに、車輪の車輪速度の瞬間変化量と、車両の計算された現在の車両速度の変化量と、の差分が、第３の所定の閾値を上回る場合には、変圧器の出力電流に少なくとも一時的に電流補正量を加えるよう構成されうる。

上記方法の一実施形態によれば、上記方法は、以下の工程、即ち、定められた現在の出力電流から車両の現在の車両速度を計算する工程と、車両の計算された現在の車両速度と、定められた現在の回転数に依存する、車両の車輪の車輪速度と、を比較する工程と、車輪の車輪速度と、車両の計算された現在の車両速度と、の差分が、第２の所定の閾値を上回る場合には、変圧器の出力電流に少なくとも一時的に電流補正量を加える工程と、をさらに含みうる。

上記方法の他の実施形態によれば、車両の現在の車両速度を計算する工程は、定められた現在の出力電流から現在の駆動トルクを計算する工程と、車輪に加えられている駆動トルクを計算するために、現在の走行抵抗の分だけ、計算された現在の駆動トルクを補正する工程と、補正された上記車輪に加えられている駆動トルクを介して、車両の現在の車両速度を計算する工程と、を含みうる。

上記方法の他の実施形態によれば、上記方法は、車輪の車輪速度の瞬間変化量と、車両の計算された現在の車両速度の変化量と、の差分が、第３の所定の閾値を上回る場合には、変圧器の出力電流に電流補正量を少なくとも一時的に与える工程をさらに含みうる。

本発明の実施形態の更なる特徴及び利点は、以下の明細書の記載から添付の図面を参照して明らかとなろう。

本発明の一実施形態に係る電気で駆動する車両の電気的駆動システムの概略図を示す。 本発明の他の実施形態に係るトラクションコントロールのための制御装置の概略図を示す。 本発明の他の実施形態に係る電気的駆動システムにおけるトラクションコントロールのための方法の概略図を示す。

図１は、電気的駆動システム１を示しており、この電気的駆動システム１は、運転者要求受信機９と、車両制御ユニット２と、変圧器３と、電動機４と、を備えている。電動機４への多相電流の供給は、例えばパルス幅変調インバータの形態による変圧器３によって実行される。このために、（図示されない）直流電圧中間回路により提供される直流電圧が、ｎ相交流電圧、即ち例えば、三相交流電圧に変換される。変圧器３は、車両の（図示されない）１つ以上のエネルギー貯蔵器により提供される直流電圧又は交流電圧を、ｎ相交流電圧に変換するために役立つ。車両のエネルギー貯蔵器が変圧器３に統合されており、例えばバッテリダイレクトインバータ（ＢＤＩ）に統合されているということも想定されうる。このために、変圧器３は、直列接続されたバッテリ５ａ〜５ｎであって、接続線を介して付属する結合装置の入力端子と接続された上記バッテリ５ａ〜５ｎ、即ち例えばリチウムイオン電池を含むエネルギー貯蔵セルモジュールを有しうる。その際に、結合装置の結合要素は例えば制御装置１０によって、個々のエネルギー貯蔵セルモジュールが選択的に電動機４への電圧供給のために利用されるように、駆動されうる。従って、結合ユニットの適切な駆動によって、個々のエネルギー貯蔵セルモジュールが合目的的に、変圧器３の瞬間出力電圧を提供するために使用されうる。

例えば、図１には、例えば三相電動機４のための三相交流電圧を出力するために適した３つの位相線が示されている。しかしながら、他の種類の電動機のための各他の数ｎ（但し、ｎ≧１）個の位相も同様に想定されることは明らかである。電動機４は、例えば、非同期電動機、同期電動機、切り替え式反作用電動機、又は、横方向磁束型電動機を含みうる。

電気的駆動システム１は、変圧器３と接続された制御装置１０をさらに備え、この制御装置１０によって、所望の出力電圧を電動機４の各位相端子に供給するために変圧器３を制御することが可能である。

電気的駆動システム１が実装された車両の運転者は、運転者要求受信機９を介して、例えば、アクセルペダル又はそれ以外の入力装置を介して、当該電気的駆動システム１に自身の運転者要求Ｆを知らせる。運転者要求Ｆが、即ち例えば、加速、減速、制動、又は速度維持が、車両制御装置２によって、対応する要求されたトルクＭｓに変換され、当該トルクＭｓによって、変圧器３が、例えば目標信号としてのＣＡＮバスを介して駆動される。変圧器３自体又は付属する制御装置１０は、電動機４が所望の目標回転トルクを発しうるように、変圧器出力口で、即ちｎ個の位相線で出力電圧又は出力電流Ｉを設定する。

その際に、電動機４は、接続された電動機軸を回転数ｎ１により動かし、この回転数ｎ１は、場合によってはトランスミッション５を介して、変換に応じて第２の回転数ｎ２に変換されうる。その後で、接続されている差動装置６が車軸８を介して１つ以上の車輪７ａ、７ｂにトルクを分散させる。

変圧器３の通常駆動のための通常の制御の他に、制御装置１０はさらに、電気的駆動システム１のトラクションコントロールを、以下で図２との関連で解説するように実現する。図２は、例えば図１の電気的駆動システム１に実装可能な制御装置１０の概略図を示している。

制御装置１０は、電動機４の現在の回転数ｎｍと、変圧器３の現在の出力電流Ｉｍと、を定めるよう構成された監視ユニット１１を備える。現在の回転数ｎｍは、例えば電動機４で又は電動機軸で、直接的に検出可能である。変圧器３の現在の出力電流Ｉｍは、例えば電流センサ３ａを介して、電動機４の位相線で検出可能である。監視ユニット１１は、計算ユニット１２と結合されており、定められたパラメータｎｍ及びＩｍを計算ユニット１２に渡す。この計算ユニット１２自体は、定められた現在の出力電流Ｉｍから、車両の現在の速度を計算するよう構成されうる。

このために、計算ユニット１２は例えば、出力電流Ｉｍから現在の駆動トルクを計算することが可能である。その際に、現在の駆動トルクは、定められた出力電流Ｉｍに比例する。現在の駆動トルクから、速度に依存する走行抵抗を減算することによって、計算ユニット１２は、補正された駆動トルクを計算し、この補正された駆動トルクが、実際に車輪７ａ、７ｂへと影響を与える。推定される又は既知の車両重量を介して、補正された駆動トルクから、車両の加速度を推測することが可能である。測定期間に渡り車両の現在の加速度を積分することにより、車両速度の決定が可能となる。

計算ユニット１２による車両速度の決定の妥当性を検証するため又は当該決定の精度を高めるために、監視ユニット１１は、推定される車両速度を改善するための１つ以上の入力変数ｖｍをさらに定めることが可能である。入力変数ｖｍは、例えば、車両のＧＳＰシステムには既知の車両速度又は類似した外部パラメータでありうる。計算ユニット１２は、車両の車両速度の計算の際に入力変数ｖｍを対応して考慮することが可能である。

さらに、既知の走行状況における一般条件の枠組みにおいて、車両速度を補正することが可能である。例えば、或る一定の期間非常に小さな走行トルクが加えられている際には、車輪速度が車両速度に対応していることが推測される。正の値の駆動トルクの場合にも、車両速度が車輪速度を下回ってはならないことが推測される。

最後に、計算ユニット１２は、車両の計算された現在の車両速度と、現在の回転数ｎｍに依存する、車両の車輪の車輪速度と、を比較することが可能である。特に、計算ユニット１２は、車両速度と車輪速度との比較を介して、車輪７ａ、７ｂのスリップの、時間に依存する推移を定めることが可能である。このスリップの推移は、計算ユニット１２に接続されたスリップ制御ユニット１３へと転送されうる。

スリップ制御ユニット１３は、車輪の車輪速度と、計算された車両の現在の車両速度と、の差分が、所定の閾値を上回る場合には、即ち、車輪のスリップ量が所定の閾値を上回る場合には、変圧器３の出力電流Ｉ（及び、目標トルク）に、少なくとも一時的に電流補正値を加えるよう構成されうる。

この形態のトラクションコントロールは、車両速度計算又は車両速度決定に大きく依存するため、有利に、必ずしも車両速度計算に頼らない制御の仕組みに依拠することが可能である。このために、スリップ制御ユニット１３は、車輪の車輪速度の瞬間変化量が、他の所定の閾値を上回る場合、即ち、スリップによる変化が速すぎる場合には、変成器３の出力電流Ｉに少なくとも一時的に電流補正量を加えるよう構成されうる。

最後に、代替的又は追加的に、車輪の車輪速度の瞬間変化量と、車両の計算された現在の車両速度と、の差分が、第３の所定の閾値を上回る場合、即ち、車輪の加速度が大き過ぎる場合には、スリップ制御ユニット１３によって、変圧器３の出力電流Ｉに少なくとも一時的に電流補正値を加えることもされうる。後者の場合、計算された現在の車両速度の絶対値ではなく、当該絶対値の相対的な変化に依拠する。これにより、計算された現在の車両速度の絶対値で生じうる誤差がそれほど重要とならない。

これに加えて、スリップ制御ユニット１３は、トラクションコントロールのために、変圧器１３のための出力電流制御信号Ｍｃを出力し、この出力電流制御信号Ｍｃに従って、変圧器３の駆動が、変圧器３の出力電流Ｉが電流補正量分だけ変更又は低減されこれにより出力トルクが対応して変更又は低減されるように、変更される。その際に、上記低減の程度は、計算されたスリップ量又はスリップの変化量と、当該計算されたスリップ量又はスリップの変化量から定められる摩擦係数と、を用いて設定されうる。

全ての制御シナリオにおいて、（ゼロとは異なる）電流補正値が、好適に変成器３の出力電流Ｉから減算され、従って、変成器３の出力電流Ｉが電流補正量の分だけ低減されている。電流補正量は原則的に任意の値であってもよく、その際に、電流補正量の値は、トラクションコントロールの所望の制御効果の所定の程度に依存しうる。

車輪の安定化のために、電流補正量分の変圧器３の出力電流Ｉの変更が、完全又は部分的に所定の期間に渡って、当該安定化のための期間の間エンジン速度を監視しうるために、維持される。上記安定化期間の後で、駆動スリップ（Ａｎｔｒｉｅｂｓｓｃｈｌｕｐｆ）が引き続き許容されない範囲内に存在する場合には、更なる制御介入が、出力電流制御信号Ｍｃを介して行われうる。しかしながら、この制御介入の後で車輪７ａ、７ｂが再び安定した場合には、上記安定化期間の後に、出力電流Ｉの低減は再び解除される。

一時的に継続するトラクションコントロール駆動を設定することも可能であり、このトラクションコントロール駆動では、変圧器３の出力電流Ｉが、継続的に又は長期間の間、電流補正量の分だけ変更される。このことは特に、特別な走行状況が存在する場合、例えば、降雪がある車道又は凍結した車道での山道走行の際には有効でありうる。従って一般的には、制御装置１０によって実現されるトラクションコントロールは、数秒の範囲内の短い期間から、数分又は数時間という原則的に無制限に長期の期間まで、作動されうる。

図３は、電気で駆動する車両ための電気的駆動システムにおけるトラクションコントロールのための方法２０の概略図を示している。方法２０は、特に、図１及び図２に係る制御装置１０を備えた電気的駆動システム１で実施されうる。

第１の工程２１では、電動機４の現在の回転数ｎｍと、変圧器３の現在の出力電流Ｉｍと、が定められる。第２の工程２２では、定められた現在の回転数ｎｍに従って、車両の車輪の瞬間車輪速度が計算される。最後に、第３の工程２４では、車輪の車輪速度の瞬間変化量が、第１の所定の閾値を上回る場合には、変圧器３の出力電流Ｉに少なくとも一時的に電流補正量が与えられる。

工程２２と並行して、工程２３ａと２３ｂの各々では、定められた現在の出力電流Ｉｍから車両の現在の車両速度を計算し、車両の計算された現在の車両速度と、定められた現在の回転数ｎｍに依存する車両の車輪の車輪速度と、を比較することが可能であり、従って、任意の工程２４ａでは、車輪の車輪速度と、車両の計算された現在の車両速度と、の差分が、第２の所定の閾値を上回る場合には、変圧器３の出力電流Ｉに少なくとも一時的に電流補正量が加えられる。その際に、工程２３ａでの、車両の現在の車両速度の計算は、例えば、定められた現在の出力電流Ｉｍからの現在の駆動トルクの計算、車輪に加えられている駆動トルクを計算するための、現在の走行抵抗の分の計算された現在の駆動トルクの補正、及び、補正された上記車輪に加えられる駆動トルクを介した車両の現在の車両速度の計算を含みうる。

これに加えて任意に、工程２４ｂでは、車輪の車輪速度の瞬間変化量が第２の所定の閾値を上回る場合、及び／又は、車輪の車輪速度の瞬間変化量と、車両の計算された現在の車両速度の変化量と、の差分が、第３の所定の閾値を上回る場合には、変圧器３の出力電流Ｉに少なくとも一時的に電流補正量が与えられる。

Claims (8)

1. 電気で駆動する車両の、ｎ相（但し、ｎ≧１）電動機（４）に電圧供給する変圧器（３）のための制御装置（１０）であって、
   前記電動機（４）の現在の回転数（ｎｍ）と、前記変圧器（３）の現在の出力電流（ｌｍ）と、を定めるよう構成された監視ユニット（１１）と、
   前記監視ユニット（１１）と結合されており、定められた前記現在の回転数（ｎｍ）に従って前記車両の車輪の瞬間車輪速度を計算するよう構成された計算ユニット（１２）と、
   前記計算ユニット（１２）と結合されており、前記車輪の前記車輪速度の瞬間変化量が第１の所定の閾値を上回る場合には、前記変圧器（３）の前記出力電流（Ｉｍ）に少なくとも一時的に電流補正量を加えるよう構成されたスリップ制御ユニット（１３）と、
   を備え、
   前記計算ユニット（１２）はさらに、定められた前記現在の出力電流（Ｉｍ）から定まる駆動トルクに基づいて前記車両の加速度を推定し、前記加速度を積算することにより前記車両の現在の車両速度を計算し、前記車両の前記計算された現在の車両速度と、前記定められた現在の回転数（ｎｍ）に依存する、前記車両の前記車輪の前記車輪速度と、を比較し、前記車輪の前記車輪速度と、前記車両の前記計算された現在の車両速度と、の差分が、第２の所定の閾値を上回る場合には、前記変圧器（３）の前記出力電流（Ｉｍ）に少なくとも一時的に電流補正量を加えるよう構成される、制御装置（１０）。
2. 前記計算ユニット（１２）はさらに、前記定められた現在の出力電流（Ｉｍ）から現在の駆動トルクを計算し、前記車輪に加えられている駆動トルクを計算するために、計算された前記現在の駆動トルクを現在の走行抵抗の分だけ補正し、前記車両の前記現在の車両速度を計算するために、補正された前記車輪に加えられている駆動トルクを利用するよう構成される、請求項１に記載の制御装置（１０）。
3. 前記スリップ制御ユニット（１３）はさらに、前記車輪の前記車輪速度の瞬間変化量と、前記車両の前記計算された現在の車両速度の変化量と、の差分が、第３の所定の閾値を上回る場合には、前記変圧器（３）の前記出力電流（Ｉｍ）に少なくとも一時的に電流補正量を加えるよう構成される、請求項１又は２に記載の制御装置（１０）。
4. 電気で駆動する車両の電気的駆動システム（１）であって、
   ｎ相（但し、ｎ≧１）の電動機（４）と、
   前記ｎ相電動機（４）と結合されており、前記電動機（４）のためのｎ相供給電圧を提供するよう構成された変圧器（３）と、
   前記電動機（４）及び前記変圧器（３）と結合されており、トラクションコントロールのために、前記変圧器（３）のための出力電流制御信号（Ｍｃ）を提供するよう構成された、請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御装置（１０）と、
   を備えた、電気的駆動システム（１）。
5. 請求項４に記載の電気的駆動システムを備えた電気で駆動する車両。
6. 電気で駆動する車両の電気的駆動システム（１）におけるトラクションコントロールのための方法（２０）であって、前記電気的駆動システム（１）は、電気で駆動する車両の、ｎ相（但し、ｎ≧１）電動機（４）に電圧供給する変圧器（３）を有し、
   前記方法は、以下の工程を有し、即ち、
   前記電動機（４）の現在の回転数（ｎｍ）と、前記変圧器（３）の現在の出力電流（Ｉｍ）と、を定める工程（２１）と、
   定められた前記現在の回転数（ｎｍ）に従って、前記車両の車輪の瞬間車輪速度を計算する工程（２２）と、
   前記車輪の前記車輪速度の瞬間変化量が、第１の所定の閾値を上回る場合には、前記変圧器（３）の前記出力電流（１）に少なくとも一時的に電流補正量を加える工程（２４）と、を有し、
   前記方法（２０）は、以下の工程、即ち、
   定められた前記現在の出力電流（Ｉｍ）から定まる駆動トルクに基づいて前記車両の加速度を推定し、前記加速度を積算することにより前記車両の現在の車両速度を計算する工程（２３ａ）と、
   前記車両の計算された前記現在の車両速度と、前記定められた現在の回転数（ｎｍ）に依存する、前記車両の前記車輪の前記車輪速度と、を比較する工程（２３ｂ）と、
   前記車輪の前記車輪速度と、前記車両の前記計算された現在の車両速度と、の差分が、第２の所定の閾値を上回る場合には、前記変圧器（３）の前記出力電流（Ｉｍ）に少なくとも一時的に電流補正量を加える工程（２４ａ）と、
   をさらに有する、方法（２０）。
7. 前記車両の前記現在の車両速度を計算する前記工程（２３ａ）は、
   前記定められた現在の出力電流（Ｉｍ）から現在の駆動トルクを計算する工程と、
   前記車輪に加えられている駆動トルクを計算するために、現在の走行抵抗の分だけ、前記計算された現在の駆動トルクを補正する工程と、
   補正された前記車輪に加えられている前記駆動トルクを介して、前記車両の前記現在の車両速度を計算する工程と、
   を含む、請求項６に記載の方法（２０）。
8. 前記方法（２０）は、
   前記車輪の前記車輪速度の瞬間変化量と、前記車両の前記計算された現在の車両速度の変化量と、の差分が、第３の所定の閾値を上回る場合には、前記変圧器（３）の前記出力電流（Ｉｍ）に電流補正量を少なくとも一時的に与える工程（２４ｂ）を含む、請求項６又は７に記載の方法（２０）。

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