JP6728632B2 - 電動車両の制御方法、及び、制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動車両の制御方法、及び、制御装置に関する。

電動機の回生制動力を任意に設定し得る設定手段を設け、設定手段によって設定された回生制動力で電動機の回生を行う電気自動車用の回生ブレーキ制御装置が知られている。

しかしながら、このような回生ブレーキ制御装置により制御される電気自動車では、モータから駆動輪にトルクが伝達されるトルク伝達系において、車輪特性に起因するモータにおける位相ずれやギアの不感帯などが存在することが知られている。そのため、アクセル開度や車速などから算出されたモータに対するトルク目標値をそのまま用いてモータを制御して電動車両を停車しようとしても、車両のトルク伝達系の固有振動周波数成分の振動が発生してしまうことがある。

これに対して、特許文献１には、制振制御のためにフィルタリング処理を行うＦＦ（フィードフォワード）演算部を用いる技術が開示されている。この技術によれば、ＦＦ演算部は、車両のトルク伝達の固有振動周波数成分を低減する線形フィルタと、駆動軸ねじり角を演算するフィルタと、飽和関数（リミッタ）と、駆動軸ねじり角の車輪イナーシャとタイヤ摩擦力による位相ずれを補償するフィルタとにより構成される。このような飽和関数を含むＦＦ演算部を用いることでギアのバックラッシュによる不感帯特性が考慮されるので、駆動軸に発生するねじり振動を抑制することができる。

特開２０１３−２２３３７３号公報

実際の電動車両においてはモータから駆動軸までのトルク伝達経路に機械損失が存在しており、この損失がトルク外乱として作用することがある。例えば、フィルタ処理における駆動軸捻り角などの車両状態量の算出結果に誤差が生じてしまい、駆動軸においてねじり振動が生じてしまう。しかしながら、特許文献１においては、トルク伝達経路の機械損失が考慮されていないため、駆動軸に発生するねじり振動を十分に抑制することができない。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、駆動軸に発生するねじり振動を抑制することができる電動車両の制御方法、及び、制御装置を提供することを目的とする。

本発明の電動車両の制御方法の一態様は、車両情報に基づいてモータに対する目標トルク指令値を設定し、該目標トルク指令値を用いて駆動輪につながるモータを制御する電動車両の制御方法であって、目標トルク指令値に対してモータから駆動軸までのトルク損失に応じた補正を行う補正ステップと、補正後の目標トルク指令値に対してモータのトルクが車両の駆動軸に伝達されない不感帯を有する車両の駆動力伝達系の固有振動周波数を低減するフィルタ処理を行うフィルタ処理ステップと、フィルタ処理後の目標トルク指令値に基づいてモータを制御するモータ制御ステップと、を有する。

本発明の一態様によれば、車両の駆動力伝達系の固有振動周波数を低減するフィルタ処理ステップ、及び、モータから駆動軸までのトルク損失分を考慮した補正ステップが実行される。フィルタ処理ステップに加えて補正ステップが行われることでトルク損失分を加味した制御系の車両状態量を正確に求める事ができるようになるので、トルク損失が存在する場合でも駆動軸トルクの振動を抑制することができる。

図１は、本発明の制御方法により制御される電動車両の概略構成図である。 図２は、モータコントローラによるモータ制御のフローチャートである。 図３は、アクセル開度とトルクとの関係を示すテーブルである。 図４は、制振制御演算処理のフローチャートである。 図５は、制振制御演算処理の制御ブロック図である。 図６は、電動車両の車両モデルを示す図である。 図７は、ＦＦ演算部の一例の制御ブロック図である。 図８は、ＦＦ演算部の他の一例の制御ブロック図である。 図９は、ＦＢ演算部の一例の制御ブロック図である。 図１０は、ＦＦ演算部、及び、ＦＢ演算部の一例の制御ブロック図である。 図１１は、Ｈ（ｓ）の周波数特性を示す図である。 図１２は、電動車両の状態の説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の制御方法により制御される電動車両を示す図である。

電動車両に搭載されるバッテリ１は、充放電可能な電池である。バッテリ１から放電される電力は、インバータ２を介してモータ３に供給される。また、モータ３にて回生電力が発生する時には、モータ３で生じる回生電力が、インバータ２を介してバッテリ１に充電される。なお、インバータ２とモータ３との間には、電流センサ４が設けられており、電流センサ４はインバータ２とモータ３との間の電流を測定する。

インバータ２は、複数の電子デバイスにより構成される回路であり、直流と交流との変換を行う。例えば、インバータ２は、各相で２個のスイッチング素子で構成されている。なお、例えば、スイッチング素子として、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のパワー半導体素子が用いられる。

インバータ２においては、モータコントローラ５が生成するＰＷＭ信号に応じてスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦの切り替え操作が行われる。このような切り替え操作によって、バッテリ１からインバータ２に供給される直流の電流が交流に変換され、モータ３に所望の大きさの交流電流が印加される。なお、モータ３が回生制動を行う時には、モータ３にて発生する回生電力は交流電流として出力され、インバータ２によって直流に変換された後にバッテリ１に充電される。

モータコントローラ５は、モータ３の駆動トルクを制御するコントローラである。モータコントローラ５には、車速Ｖ、アクセル開度θ、モータ３の回転子位相α、モータ３に流れる電流Ｉ、直流電源ラインにおける直流電流値Ｖｄｃ等の車両変数の信号がデジタル信号として入力される。

なお、モータコントローラ５に入力される回転子位相αは、モータ３に併設された回転センサ６（例えば、レゾルバやエンコーダ）により測定される。直流電流値Ｖｄｃは、バッテリ１を制御するバッテリコントローラ１ａにより測定される。また、モータ３は三相交流モータであるため、電流センサ４は、モータ３に流れる電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを測定し、その測定した電流値をモータコントローラ５に出力する。

モータコントローラ５は、入力される車両変数に基づいてモータ３の回転制御に用いるＰＷＭ信号を生成する。そして、モータコントローラ５は、ドライブ回路（不図示）を用いて、ＰＷＭ信号に応じたインバータ２の駆動信号を生成する。

モータ３は、インバータ２から供給される交流電流によって駆動トルクを発生させる。モータ３の駆動トルクは、減速機７及び駆動軸（ドライブシャフト）８を介して駆動輪９ａ、９ｂに駆動力を伝達する。また、モータ３は、車両の走行時に駆動輪に連れて回転し、回生制動力を発生させるとともに回生電力を発生させる。このようにして、車両の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。

図２は、モータコントローラ５により行われるモータ制御のフローチャートである。

ステップＳ２０１においては、入力処理が行われる。具体的には、モータ制御に必要な車両情報を示す信号（車両変数）が、センサ入力または他コントローラとの通信により取得される。

上述のように、モータ３に流れる三相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗは、電流センサ４により取得される。なお、三相の電流値の合計はゼロになることが知られているので、例えばｉｗをセンサ入力で取得するのではなく、ｉｕとｉｖとから計算で求めてもよい。

モータ３の回転子位相α（電気角）［ｒａｄ］は、レゾルバやエンコーダなどの回転センサにより取得される。その回転子位相α（電気角）を微分することで、回転子角速度ω（電気角）［ｒａｄ／ｓ］が求められる。そして、モータ３の機械的な角速度であるモータ角速度ω_m［ｒａｄ／ｓ］は、回転子角速度ω（電気角）をモータ３の極対数で除することで求められる。

車速Ｖ［ｋｍ／ｈ］は、以下のように算出することができる。まず、モータ角速度ω_mにタイヤ動半径Ｒを乗じ、ファイナルギヤのギヤ比で除することにより、車両速度ｖ［ｍ／ｓ］を求める。そして、車両速度ｖ［ｍ／ｓ］に、［ｍ／ｓ］から［ｋｍ／ｈ］への単位変換係数（３６００／１０００）を乗ずることで、車速Ｖ［ｋｍ／ｈ］を求めることができる。なお、車速Ｖ［ｋｍ／ｈ］は、不図示のメータやブレーキコントローラ等の他のコントローラより通信にて取得してもよい。

アクセル開度θ［％］は、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に応じた値である。アクセル開度θは、アクセル開度センサにより取得してもよいし、車両コントローラや他のコントローラより通信にて取得してもよい。

直流電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］は、バッテリコントローラ１ａから出力される。なお、直流電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］は、直流電源ラインに設けられた電圧センサにより測定されてもよい。

ステップＳ２０２においては、基本目標トルク算出処理が行われる。モータコントローラ５は、図３に示されるアクセル開度とトルクとの関係を示すテーブルを用いて、アクセル開度θ及び車速Ｖに基づき、基本目標トルク指令値Ｔ_m ^*を設定する。

ここで、図３を参照すると、アクセル開度θの値に応じて、モータ３が回転数Ｎ［ｒｐｍ］である時に、モータ３が発生すべきトルク［Ｔ・ｍ］が示されている。モータコントローラ５は、このテーブルを用いてアクセル開度θ及びモータ角速度ω_mから求められるトルクを、基本目標トルク指令値Ｔ_m ^*として設定する。なお、モータ３の回転数Ｎ［ｒｐｍ］は、モータ角速度ω_m［ｒａｄ／ｓ］から変換することができる。

ステップＳ２０３においては、制振制御演算処理が行われる。なお、この制振制御演算処理において制振制御が考慮された処理が行われることにより、駆動軸トルクの振動を抑制することができる。モータコントローラ５は、基本目標トルク指令値Ｔ_m ^*とモータ角速度ω_mとに応じて、駆動軸トルクの応答を犠牲にすることなく、駆動力伝達系振動（駆動軸のねじり振動など）を抑制するように、最終トルク目標値Ｔ_m3 ^*を算出する。なお、制振制御演算処理の詳細については、後に、図４を用いて説明する。

ステップＳ２０４においては、電流指令値算出処理が行われる。モータコントローラ５は、Ｓ２０３にて算出された最終トルク目標値Ｔ_m3 ^*、モータ角速度ω_m、直流電圧値Ｖｄｃから、モータ３に流すべき電流の目標値を同期回転座標で示したｄｑ軸電流目標値ｉｄ^*、ｉｑ^*を求める。具体的には、モータコントローラ５は、直流電圧値Ｖｄｃ、モータ角速度ω_m、及び、基本目標トルク指令値Ｔ_m ^*と、ｄ軸電流目標値ｉｄ^*及びｑ軸電流目標値ｉｑ^*との関係が示されたテーブルを予め記憶しており、このテーブルを用いて、ｄｑ軸電流目標値ｉｄ^*、ｉｑ^*を求める。

ステップＳ２０５においては、電流制御演算処理が行われる。モータコントローラ５は、まず、三相電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗと、モータ３の回転子位相αとから、ｄｑ軸電流値ｉｄ、ｉｑを演算する。次に、Ｓ２０４で算出したｄｑ軸電流目標値ｉｄ^*、ｉｑ^*と、ｄｑ軸電流ｉｄ、ｉｑとの偏差を求め、その偏差に応じてｄｑ軸電圧指令値ｖｄ、ｖｑを演算する。なお、この部分には非干渉制御を加えてもよい。

そして、モータコントローラ５は、ｄｑ軸電圧指令値ｖｄ、ｖｑとモータ３の回転子位相αとから三相電圧指令値ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを算出する。この三相電圧指令値ｖｕ、ｖｖ、ｖｗと直流電圧Ｖｄｃとから、ＰＷＭ信号（ｏｎ ｄｕｔｙ）ｔｕ［％］、ｔｖ［％］、ｔｗ［％］を求める。

Ｓ２０１〜Ｓ２０５により求められＰＷＭ信号を用いて、インバータ２のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを操作する。このようにすることで、モータ３に所望の電力が供給されるので、モータ３はトルク指令値に応じたトルクで駆動することになる。

次に、図４、及び、図５を用いて、図２に示された制振制御演算処理（Ｓ２０３）の詳細について説明する。

図４は、モータコントローラ５により実行される制振制御演算処理のフローチャートである。

制振制御演算処理においては、損失考慮処理(Ｓ４０１)、ＦＦ（フィードフォワード）演算処理(Ｓ４０２)、ＦＢ（フィードバック）演算処理(Ｓ４０３)、補償値加算処理(Ｓ４０４)、及び、損失補償処理(Ｓ４０５)が行われる。

本実施形態においては、損失考慮処理（Ｓ４０１）によって、ＦＦ演算処理（Ｓ４０２）への入力値は、トルク損失に起因する減少分を考慮した有効な値に補正される。あわせて、補償値加算処理（Ｓ４０４）からの出力値に対して損失補償処理（Ｓ４０５）を行うことにより、トルク損失に起因する指令値に対する駆動トルクの減少分が補償される。

このように損失考慮処理（Ｓ４０１）、及び、損失補償処理（Ｓ４０５）を行うことで、ＦＦ演算処理（Ｓ４０２）、ＦＢ演算処理（Ｓ４０３）、及び、補償値加算処理（Ｓ４０４）のみによって電動車両の振動を抑制する場合と比較すると、トルク損失が考慮されるので、さらに制振性を高めることができる。

これらのＳ４０１〜Ｓ４０５までの処理の詳細について、図５を用いて説明する。

図５は、制振制御演算処理の制御ブロック図である。この図においては、損失考慮処理（Ｓ４０１）を実行する損失考慮部５０１と、ＦＦ演算処理（Ｓ４０２）を実行するＦＦ演算部５０２と、ＦＢ演算処理（Ｓ４０３）を実行するＦＢ演算部５０３と、補償値加算処理（Ｓ４０４）を行う補償値加算部５０４と、損失補償処理（Ｓ４０５）を行う損失補償部５０５と、が示されている。

損失考慮部５０１は、基本目標トルク指令値Ｔ_m ^*をモータ３から駆動軸８までのトルク損失によるトルクの目減りを考慮した値に補正する。具体的には、回転運動に寄与する有効トルク成分Ｔ_m1 ^*が、次式にて算出される。

（１）式にて示されるように、トルク損失は、トランスミッションの伝達効率などに起因してトルクの大きさに比例する成分（ηＴ_m1 ^*）と、静止摩擦力のようにトルクの大きさによらず略一定の大きさであるオフセット成分（Ｔ_f）とにより構成される。ただし、ηは、トルク伝達効率であり、０以上かつ１より小さい値である（０≦η＜１）。また、オフセットトルクＴ_fは回転方向の逆向きに作用するため、モータ３が正回転の場合は負の値となり、負回転の場合は正の値となる。なお、トルク伝達効率η、及び、オフセットトルクＴ_fは、固定値としてもよいが、損失をより厳密に考慮するために、必要に応じてモータ角速度やモータトルク等の関連するパラメータに応じて変化させてもよい。

ＦＦ演算部５０２は、損失考慮部５０１から出力される有効トルク成分Ｔ_m1 ^*に対してＦＦ演算処理（Ｓ４０２）を行い、ＦＦ演算部出力ＦＦ_outを出力する。なお、ＦＦ演算部５０２の詳細な構成は、後に図７を用いて説明する。

ＦＢ演算部５０３には、モータ３への指令値であるＦＦ演算部出力ＦＦ_outと、モータ３の応答値であるモータ角速度ω_mとが入力される。ＦＢ演算部５０３は、モータ３における指令値と応答値との偏差を求め、この偏差に応じてＦＢ演算部出力ＦＢ_outを出力する。なお、ＦＢ演算部５０３の詳細な構成は、図７及び８にて説明する。

補償値加算部５０４は、ＦＦ演算部出力ＦＦ_outと、ＦＢ演算部出力ＦＢ_outとを加算して、制振制御後トルク指令値Ｔ_m2 ^*を生成する。

損失補償部５０５は、補償値加算部５０４から出力される制振制御後トルク指令値Ｔ_m2 ^*に対して、モータ３から駆動軸までのトルク損失を上乗せする。具体的には、次の式を用いて最終トルク目標値Ｔ_m3 ^*を算出する。

なお、この（２）式においても、（１）式と同様に、ηはトルク伝達効率（０≦η＜１）を示し、Ｔ_fはトルクオフセット成分を示している。なお、（２）式における制振制御後トルク指令値Ｔ_m2 ^*に対する最終トルク目標値Ｔ_m3 ^*の関係は、（１）式における基本目標トルク指令値Ｔ_m ^*に対する有効トルク成分Ｔ_m1 ^*の関係の逆の関係になる。これは、（１）式によってトルク損失分が考慮された有効値を求めるのに対して、（２）式によってトルク損失分が補償されるためである。

ここで、ＦＦ演算処理（Ｓ４０２）が行われるＦＦ演算部５０２、及び、ＦＢ演算処理（Ｓ４０３）が行われるＦＢ演算部５０３は、電動車両の駆動力伝達系をモデル化した車両モデルが用いて設計される。そこで、電動車両の駆動力伝達系を示す車両モデルについて説明する。

図６は、電動車両の駆動力伝達系をモデル化した図である。

ここで、駆動力伝達系に含まれるギアにて発生するバックラッシュによる不感帯を線形関数と飽和関数の差分で表現すると、車両の運動方程式は（３）〜（８）式で表される。

ただし、これらの式における各パラメータは下記の通りである。
Ｊ_m：モータイナーシャ
Ｊ_w：駆動軸イナーシャ（１軸分）
Ｋ_d：駆動軸のねじり剛性
Ｋ_t：タイヤと路面の摩擦に関する係数
Ｎ_al：オーバーオールギア比
ｒ：タイヤ荷重半径
ω_m：モータ角速度
ω_w：駆動輪角速度
Ｔ_m：モータトルク
Ｔ_D：駆動軸トルク
Ｆ：駆動力（２軸分）
Ｖ：車体速度
θ：駆動軸のねじり角
また、（６）式におけるＳｔ（θ）は、駆動軸ねじり角θを変数とする飽和関数であり、以下のように示される。

なお、θ_BLはモータ３から駆動軸８までのオーバーオールでのギアバックラッシュ量である。

（３）〜（８）式により、モータトルクＴ_mから駆動軸ねじり角θまでの伝達特性は次式のように求められる。

なお、Ｇｔ（ｓ）、Ｆｓ（ｓ）は、次の式で示される伝達関数である。

ただし、これらの式における各パラメータは下記の通りである。

なお、ζ_pは駆動トルク伝達系の減衰係数であり、ω_pは駆動トルク伝達系の固有振動周波数である。

駆動軸トルクＴ_dは、(６)、（１０）式より、次のように表すことができる。

ここで、駆動軸トルクの規範応答は、次式のように示される。

ただし、Ｇ_tm（ｓ）は、次の式で示される伝達関数である。

なお、ζ_mは理想モデルの減衰係数であり、ω_mは理想モデルの固有振動周波数である。

ここで、Ｔ_d＝Ｔ_dmとなるようなトルク指令値Ｔ_mを求めると、次式となる。

ただし、Ｇ_INVは、次の式で示される伝達関数である。

ここで、上述の、式（１０）、（１６）を用いることでＦＦ演算部５０２を設計することができる。

図７は、ＦＦ演算部５０２の制御ブロック図の一例である。

この図においては、ＦＦ演算部５０２においては、入力された有効トルク成分Ｔ_m1 ^*に対してＦＦ演算処理が行われ、ＦＦ演算部出力ＦＦ_outとして出力される。また、ＦＦ演算部５０２は、Ｇ_INV（ｓ）のフィルタ処理を行うブロック７０１と、Ｇ_t（ｓ）のフィルタ処理を行うブロック７０２と、（９）式に示された飽和関数であるブロック７０３と、（１２）式に示されたＦｓ（ｓ）のフィルタ処理を行うブロック７０４とにより構成されている。

なお、線形フィルタＧ_INV（ｓ）は、車両のトルク伝達の固有振動周波数成分を低減するフィルタとなる。フィルタＧ_tm（ｓ）は、駆動軸捻り角を演算するフィルタとなる。また、フィルタＦ_s（ｓ）は、駆動軸捻り角の車輪イナーシャとタイヤ摩擦力による位相ずれを補償するフィルタとなる。

ここで、式（１０）は、以下のように理解することができる。まず、モータトルクＴ_mと、駆動軸捻り角θを用いて示される飽和関数Ｓｔ(θ）に対してフィルタＦ_s（ｓ）の処理を行ったものとが加算される。そして、その加算値に対して、トルク指令値から駆動軸捻り角を演算するフィルタＧ_t（ｓ）を処理することで、駆動軸捻り角θが求められる。

ここで、出力値であるモータトルクＴ_mは、ＦＦ演算部出力ＦＦ_outに相当する。したがって、図７に示されるように、フィルタＧ_t（ｓ）であるブロック７０２の前段において、ＦＦ演算部出力ＦＦ_outと、飽和関数であるブロック７０３からの出力に対してブロック７０４のフィルタＦｓ（ｓ）の処理を行うことで求められるＳｔ(θ）・Ｆｓ（ｓ）とが加算される。そして、その加算値がフィードバックされてブロック７０２においてフィルタＧ_t（ｓ）の処理が行われることで、駆動軸捻り角θが求められる。

また、式（１６）は、以下のように理解することができる。まず、有効トルク成分Ｔ_m1 ^*と、Ｆ_s（ｓ）・Ｓｔ（θ）とが加算される。そして、その加算値に対してＧ_INV（ｓ）の処理が行われる。そして、Ｇ_INV（ｓ）の処理後の加算値から、Ｆ_s（ｓ）・Ｓｔ（θ）を減ずることで、モータトルクＴ_m（ＦＦ演算部出力ＦＦ_outに相当する）が求められる。

図７を参照すると、ブロック７０４からの出力は、Ｆ_s（ｓ）・Ｓｔ（θ）である。したがって、Ｇ_INV（ｓ）であるブロック７０１の前段において、有効トルク成分Ｔ_m1 ^*と、ブロック７０４からの出力値であるＦ_s（ｓ）・Ｓｔ（θ）とが加算される。そして、その加算値がブロック７０１に入力されて、Ｇ_inv（ｓ）の処理が行われる。そして、Ｇ_INV（ｓ）であるブロック７０１からの出力値から、ブロック７０４から出力されるＦ_s（ｓ）・Ｓｔ（θ）を減ずることで、ＦＦ演算部出力ＦＦ_outが求める。

また、ＦＦ演算部５０２は、図７に示された構成に限られず、他の構成であってもよい。

図８は、ＦＦ演算部５０２の制御ブロック図の他の一例である。このブロック図においては、ＦＦ演算部５０２の構成として、フィルタＧ_t（ｓ）ではなく、駆動軸捻り角の理想応答を演算するフィルタＧ_tm（ｓ）を用いて構成されている。

まず、式（１０）に式（１６）を代入すると、次の式に等価変換できる。

式（１８）を、図７の構成を導いた式（１０)と比較すると、図７のフィルタＧ_t（ｓ）にはＦＦ演算部出力ＦＦ_outであるモータトルクＴ_mが入力されているのに対して、図８のフィルタＧ_tm（ｓ）には有効トルク成分Ｔ_m1 ^*が入力されている点が異なる。

ここで、図８の構成と図７の構成とを比較すると、図８においては、フィルタＧ_t（ｓ）であるブロック７０２の代わりにフィルタＧ_tm（ｓ）であるブロック８０１が用いられている。そして、ブロック８０１には、出力値であるＦＦ補償器出力ＦＦ_outでなく、入力値である有効トルク成分Ｔ_m1 ^*が入力される。

次に、ＦＢ演算部５０３から出力されるＦＢ演算部出力ＦＢ_outの算出方法について説明する。

（３）〜（８）式をラプラス変換して、モータトルクＴ_mからモータ角速度ω_mまでの伝達特性を求めると次式となる。

なお、伝達関数Ｇ_p（ｓ）、Ｇ_ps（ｓ）は、次の式で示される。

なお、Ｇ_p（ｓ）は、電動車両へのモータトルク入力に対するモータ角速度ω_mの伝達特性を示す線形プラントモデルであり、Ｇ_ps（ｓ）は、ギアバックラッシュ量に対してモータ角速度のバックラッシュ補償分を求める伝達関数である。

ただし、これらの式における各パラメータは次式の通りである。

ここで、（２０）式を整理すると、（２２）式のように表すことができる。

ただし、ζ_pは駆動ねじり振動系の減衰係数であり、ω_pは駆動ねじり振動系の固有振動周波数である。

車両モデルが一般的な車両であることを前提として（２２）式の伝達関数の極と零点を調べると、１つの極と１つの零点は極めて近い値を示す。これは、（２２）式のαとβが極めて近い値を示すことに相当する。そこで、（２２）式における極零相殺（α＝βと近似する）を行うことにより、次の式に示すような（２次）／（３次）の伝達特性Ｇ_p（ｓ）を構成することができる。

ここで、フィードバックされるＦＢ演算部出力ＦＢ_outにおいては、振動が低減されることが好ましい。そこで、ＦＢ演算部出力ＦＢ_outに対して、さらに、バンドパスフィルタＨ（ｓ）を用いた処理を行う。

なお、バンドパスフィルタＨ（ｓ）の詳細については、後に図１１を用いて説明する。

このような、線形プラントモデルＧ_p（ｓ）、伝達関数Ｇ_ps（ｓ）、及び、フィルタＨ（ｓ）を用いて、ＦＢ演算部５０３を構成することができる。

図９は、ＦＢ演算部５０３及び補償値加算部５０４の制御ブロック図である。

ＦＢ演算部５０３においては、モータ３への指令値に対応するモータ角速度推定値ω_meと、モータ３からの応答値であるモータ角速度ω_mとの差に応じて、ＦＢ演算部出力ＦＢ_outが求められている。

（１９）式は、以下のように理解することができる。モータトルクＴ_mに対して伝達関数Ｇ_p（ｓ）を処理したものと、駆動軸捻り角θを用いて示される飽和関数Ｓｔ(θ）に対して伝達関数Ｇ_ps（ｓ）を処理したものとが加算されて、モータ角速度ω（モータ角速度推定値ω_me）が求められる。

図９を参照すると、線形プラントモデルＧ_p（ｓ）であるブロック９０５には制振制御後トルク指令値Ｔ_m2 ^*が入力される。一方、伝達関数Ｇ_ps（ｓ）であるブロック９０４には、飽和関数Ｓｔ（θ）が入力される。そして、ブロック９０４とブロック９０５とからの出力が加算されて、モータ角速度推定値ω_meが求められる。

また、飽和関数Ｓｔ（θ）に関連する処理はブロック９０１〜９０３である。これは、式（１０）により導かれた図７のブロック７０２〜７０４と同様の構成である。図９においては、ブロック９０２から出力される飽和関数Ｓｔ（θ）が、ブロック９０４に入力されるように構成される。

そして、指令値であるモータ角速度推定値ω_meと、応答値であるモータ角速度ω_mとの差分が算出される。その差分に対して、ブロック９０６の伝達関数Ｈ（ｓ）／Ｇ_p（ｓ）の処理を行うことで、ＦＢ演算部出力ＦＢ_outが求められる。そして、補償値加算部５０４がＦＦ補償器出力ＦＦ_outとＦＢ演算部出力ＦＢ_outとを加算することで、制振制御後トルク指令値Ｔ_m2 ^*が求められる。なお、伝達関数Ｈ（ｓ）は分母次数と分子次数との差分が、伝達関数Ｇ_p（ｓ）の分母次数と分子次数との差分以上となるように設定されるものとする。

また、ＦＢ演算部５０３は、図９のように構成されなくてもよい。例えば、図９のブロック９０１、９０２は、図７のブロック７０２、７０３に相当することに着目して、ブロック９０４に対して、ブロック９０２からでなく、ブロック７０３から駆動軸捻り角のリミット値Ｓｔ（θ）が入力されるように構成してもよい。このように構成されたＦＢ演算部５０３が図１０に示されている。

図１０は、ＦＦ演算部５０２、ＦＢ演算部５０３、及び、補償値加算部５０４の他の一例のブロック図である。

この図においては、図９の構成と比較すると、ＦＢ演算部５０３にてブロック９０１〜９０３が削除されているとともに、ＦＦ演算部５０２のブロック７０３から出力される飽和関数Ｓｔ（θ）が、ＦＢ演算部５０３のブロック９０４に入力されている。このようにすることで、ＦＦ演算部５０２、及び、ＦＢ演算部５０３の構成を簡略化することができる。

ここで、バンドパスフィルタである伝達関数Ｈ（ｓ）について説明する。

図１１は、Ｈ（ｓ）の特性の一例を示す図である。

この図を参照すると、Ｈ（ｓ）は、ローパス側及びハイパス側の減衰特性が略一致し、かつ、駆動系のねじり共振周波数が、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な特性を有する。例えば、Ｈ（ｓ）を１次のハイパスフィルタと１次のローパスフィルタで構成する場合には、周波数ｆ_pを駆動系のねじり共振周波数とすると、伝達関数Ｈ（ｓ）は、ｋを任意の値として次の式のように構成することができる。

ただし、各パラメータは以下の通りである。

次に、図１２を用いて電動車両の各状態を説明することで、本発明の効果を説明する。

図１２は、電動車両の状態を示す図である。図１２（ａ）には、基本目標トルク指令値Ｔ_m ^*が示され、図１２（ｂ）には、最終トルク目標値Ｔ_m3 ^*が示され、図１２（ｃ）には、電動車両の前後方向の加速度ａが示されている。

この図においては、アクセルオフ（コースト）で減速している状態で、時刻ｔ０において、アクセルが踏み込まれる。そして、時刻ｔ１になると車両の加速度が一定になる。このような車両の状態における、基本目標トルク指令値Ｔ_m ^*、最終トルク目標値Ｔ_m3 ^*、車両前後加速度ａが示されている。なお、点線が従来の制振制御が行われている場合（損失考慮処理、及び、損失補償処理が行われていない場合）を示し、実線が本願の制振制御が行われている場合を示している。

図１２（ａ）の目標トルク指令値を参照すると、時刻ｔ０まではアクセルペダルが踏まれていないため、モータ３は回生制動を行い車両が減速するように、基本目標トルク指令値Ｔ_m ^*は負の値となる。そしで、時刻ｔ０にてアクセルペダルが踏まれると、モータ３にて駆動トルクが発生して車両が加速できるように、基本目標トルク指令値Ｔ_m ^*は正の値となる。

ここで、基本目標トルク指令値Ｔ_m ^*の符号が変わると、減速機７のモータ３側のギアが、駆動軸８側のギアとの間に存在するバックラッシュを通過する。

減速機７のギアの相対位置関係を誤認識してしまうと、このような誤認識に起因して、図９（ｂ）にて点線で示すように、過剰なＦＢトルクが生成されてしまう。そして、車両前後加速度ａが一定の値となる時刻ｔ１までの間に最終トルク目標値Ｔ_mf ^*がオーバーシュートしてしまう。そのため、図９（ｃ）にて点線で示すように、車両前後加速度ａが滑らかに変化せず、ドライバにとって違和感のある車両挙動を誘発してしまうことになる。

本発明によれば、トルク損失による外乱が考慮されているため、減速機７のギアの相対位置関係の誤認識が生じにくくなる。そのため、図９（ｂ）にて実線で示すように、時刻ｔ１までの間に最終トルク目標値Ｔ_mf ^*がオーバーシュートしにくくなる。したがって、図９（ｃ）にて実線で示すように、車両前後加速度ａが滑らかに変化して、ドライバにとって違和感のある車両挙動がおこりにくくなる。

本発明によれば、以下の効果を得ることができる。

本発明の電動車両の制御方法によれば、ＦＦ演算処理（Ｓ４０２）の前段でトルク損失の影響を考慮した損失考慮処理（Ｓ４０１）を行うことで、制振性を向上させることができる。具体的には、図５に示したように、損失考慮部５０１においては、基本目標トルク指令値Ｔｍ^*に対して、（１）式に示されたようなモータ３から駆動軸８までのトルク損失に応じた補正を行って有効トルク成分Ｔ_m1 ^*を算出する損失考慮処理（Ｓ４０１）が行われる。

そして、有効トルク成分Ｔ_m1 ^*に対して、モータ３のトルクが車両の駆動軸８に伝達されない不感帯をモデル化した飽和関数であるブロック７０３を有するＦＦ演算部５０２によるＦＦ演算処理（Ｓ４０２）、及び、車両の駆動力伝達系の固有振動周波数を低減するフィルタＨ（ｓ）を有するＦＢ演算部５０３によるＦＢ演算処理（Ｓ４０３）が行われる。そして、補償値加算部５０４が、ＦＦ演算部５０２から出力されるＦＦ演算部出力ＦＦ_outと、ＦＢ演算部５０３から出力されるＦＢ演算部出力ＦＢ_outとを加算して、制振制御後トルク指令値Ｔ_m2 ^*を求める。そして、制振制御後トルク指令値Ｔ_m2 ^*に基づいてモータ３へ流す電流の制御処理（Ｓ２０５）が行われる。

ここで、実際の電動車両においては、モータ３にて発生するトルクから、駆動軸８までとの間にはトルク損失が存在する。そのため、ＦＦ演算処理（Ｓ４０１）に用いられる基本目標トルク指令値Ｔ_m ^*に対して、（１）式を用いて、トルク損失を考慮した実際に駆動輪にて働く有効成分を算出する補正を行う。このようにすることで、噛みあうギアの相対的な位置が正確に求められるので、車両を滑らかに加速及び減速することができる。

特に、図１２に示されたように、減速している状態で再加速するような場合においては、最終トルク目標値Ｔ_m3 ^*のオーバーシュートが発生しないので、車両を滑らかに加速することができる。

また、本発明の電動車両の制御方法によれば、図５を参照すると、補償値加算部５０４は、ＦＦ演算部５０２から出力されるＦＦ演算部出力ＦＦ_outと、ＦＢ演算部５０３から出力されるＦＢ演算部出力ＦＢ_outとを加算して、制振制御後トルク指令値Ｔ_m2 ^*を求める。そして、損失補償部５０５は、制振制御後トルク指令値Ｔ_m2 ^*に対して、損失補償処理（Ｓ４０５）を行って最終トルク目標値Ｔ_m3 ^*を求める。

実際の電動車両においては、トルク損失が存在するためモータ３への指令値に対して出力値が目減りしてしまう。そこで、補償値加算部５０４から出力される制振制御後トルク指令値Ｔ_m2 ^*に対して、（２）式を用いてトルク損失を補償する。このようにすることで、モータ３の駆動トルクにおける目減り分が補償されるので、モータ３のトルク損失の影響を低減することができる。

なお、機械損失に起因するトルク外乱を抑制するために、ＦＢ演算部５０３を用いることで、周期的に継続するような駆動軸ねじり振動の収束を早めることができる。しかしながら、ギアバックラッシュを通過した直後の駆動軸トルクの応答にて発生するオーバーシュートや立ち上がりの遅れなどは、ＦＢ演算部５０３では抑制することができず、損失考慮部５０１を用いることで抑制することができる。

また、本発明の電動車両の制御方法によれば、（１）式、及び、（２）式に示すように、損失考慮処理（Ｓ４０１）においては、モータ３の駆動トルクの大きさに応じて変化する変動成分と、所定のオフ設定成分とのトルク損失が考慮されている。このように、実際のモータ３におけるトルク損失を正確にモデル化して、損失考慮処理（Ｓ４０１）、及び、損失補償処理（Ｓ４０５）が行われることで、車両の加速及び減速を滑らかに行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１ バッテリ
２ インバータ
３ モータ
７ 減速機
８ 駆動軸（ドライブシャフト）
５０１ 損失考慮部
５０２ ＦＦ演算部
５０３ ＦＢ演算部
５０４ 補償値加算部
５０５ 損失補償部

Claims (4)

1. 車両情報に基づいてモータに対する目標トルク指令値を設定し、該目標トルク指令値を用いて駆動輪につながるモータを制御する電動車両の制御方法であって、
   前記目標トルク指令値に対して、前記モータから駆動軸までのトルク損失に応じた補正を行う、補正ステップと、
   前記補正後の前記目標トルク指令値に対して、前記モータのトルクが車両の駆動軸に伝達されない不感帯を有する車両の駆動力伝達系の固有振動周波数を低減するフィルタ処理を行うフィルタ処理ステップと、
   前記フィルタ処理ステップにおけるフィルタ処理後の前記目標トルク指令値に対して、前記トルク損失に応じた補償を行う補償ステップと、
   前記補償ステップにより補償された前記目標トルク指令値に基づいて前記モータを制御するモータ制御ステップと、を有する、
   ことを特徴とする電動車両の制御方法。
2. 請求項１に記載の電動車両の制御方法であって、
   前記トルク損失は、前記モータにて発生するトルクに応じた変動成分を含む、
   ことを特徴とする電動車両の制御方法。
3. 請求項１または２に記載の電動車両の制御方法であって、
   前記トルク損失は、所定のオフセット成分を含む、
   ことを特徴とする電動車両の制御方法。
4. 車両情報に基づいてモータに対する目標トルク指令値を設定し、該目標トルク指令値を用いて駆動輪につながるモータを制御する電動車両の制御装置であって、
   前記目標トルク指令値に対して、前記モータから駆動軸までのトルク損失に応じた補正を行う補正部と、
   前記補正後の前記目標トルク指令値に対して、前記モータのトルクが車両の駆動軸に伝達されない不感帯を有する車両の駆動力伝達系の固有振動周波数を低減するフィルタ処理を行うフィルタ処理部と、
   前記フィルタ処理部によるフィルタ処理後の前記目標トルク指令値に対して、前記トルク損失に応じた補償を行う補償部と、
   前記補償部により補償された前記目標トルク指令値に基づいて前記モータを制御するモータ制御部と、を有する、
   ことを特徴とする電動車両の制御装置。

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