JP2015192516A - モータ駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 減速機の大型化、および、部品点数の増加を招かないようにして、減速機の歯打ち音を低減する。
【解決手段】 モータＥＣＵは、目標トルクＴ*が反転した場合（時刻ｔ１）、反転設定トルクＴｎをモータで発生させる。モータＥＣＵは、カウンターギヤ機構のバックラッシュＢを逐次演算し、現時点のバックラッシュＢが、再当接時までの推定相対速度（Ｖ２−Ｖ１）の時間積分値（面積Ａに相当する）と等しくなるように、反転設定トルクＴｎをモータで発生させる期間Ｄ１と、戻し設定トルクＴｐをモータで発生させる期間Ｄ２とを設定する。これにより、カウンターギヤ機構の第１歯車の歯の周速度が第２歯車の歯の周速度と等しくなるタイミングで、両歯を当接させることができる。
【選択図】 図７

Description

本発明は、インホイールモータ駆動方式の自動車に設けられるモータ駆動制御装置に関する。

従来から、車輪の内部にモータおよび減速機を配置したインホイールモータ駆動方式の自動車が知られている。インホイールモータ駆動方式の自動車においては、モータのトルクの方向を反転させるときに、減速機のバックラッシュによって歯打ち音が発生し、その歯打ち音がドライバーに聞こえるおそれがある。特許文献１には、減速機のバックラッシュによって発生する歯打ち音を低減する技術が提案されている。この特許文献１に提案された減速機付きインホイールモータは、ロータに嵌合する２つのモータ出力軸を備えている。各モータ出力軸には、減速機を有する出力部が連結される。一方の出力部は、一方のモータ出力軸に固着された第１はすば歯車と、第１はすば歯車に噛合する第２はすば歯車とを備える。他方の出力部は、他方のモータ出力軸に固着され第１はすば歯車とは反対方向にねじって設けられる第３はすば歯車と、第３はすば歯車に噛合する第４はすば歯車とを備える。このインホイールモータでは、第２はすば歯車と第４はすば歯車とが共通の出力軸（車軸）に嵌合されて車輪にトルクを伝達する。

このインホイールモータは、第１・第２はすば歯車の噛み合い位置に対して、第３・第４はすば歯車の噛み合い位置を周方向にずらすことにより、バックラッシュを低減し、はすば歯車の歯打ち音を低減するように構成されている。

特開２００９−９０９２３号公報

しかしながら、特許文献１に提案されたインホイールモータでは、モータ出力軸を一対（２本）設けるととともに、各出力軸にそれぞれはすば歯車機構を設ける必要があり、減速機の大型化、および、部品点数の増加を招いてしまう。

本発明の目的は、上記問題に対処するためになされたもので、減速機の大型化、および／あるいは、部品点数の増加を招かないようにして、減速機の歯打ち音を低減することにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、車輪内にモータ（３０）および減速機（５０）を備え、前記モータのトルクを前記減速機を介して車輪に伝達するインホイールモータ駆動方式の自動車に設けられ、前記モータを目標トルクに従って駆動制御するモータ駆動制御装置（８０）において、
前記減速機における前記入力側歯車（５１）の歯（５１ｔ）と前記出力側歯車（５２）の歯（５２ｔ）との相対位置（Ｂ）を検出する相対位置検出手段（Ｓ１３）と、
前記目標トルクの方向が第１方向から第２方向に反転したときに、前記モータの回転速度を低下させるとともに、前記入力側歯車と前記出力側歯車との間に存在するバックラッシュを前記入力側歯車が前記出力側歯車に対して前記第２方向に相対回転する空転期間の途中で、前記相対位置に基づいて決定されるタイミングで前記モータの回転速度を増加させることにより、前記入力側歯車の歯が前記出力側歯車の歯に向かって接近していく際の接近速度を低下させるモータ速度制御手段（Ｓ１１〜Ｓ１９）とを備えたことにある。

本発明のモータ駆動制御装置は、モータのトルクを減速機を介して車輪に伝達するインホイールモータ駆動方式の自動車に設けられ、モータのトルクが目標トルクに追従するようにモータを駆動制御する。目標トルクは、例えば、ドライバーの操作量および車両の運動状態によって設定されるモータトルクの目標値であって、所定の演算周期にて演算される。インホイールモータ駆動方式の自動車においては、モータのトルクの方向を反転させるときに、減速機のバックラッシュによって歯打ち音が発生し、その歯打ち音がドライバーに聞こえるおそれがある。そこで、本発明のモータ駆動制御装置は、相対位置検出手段とモータ速度制御手段とを備えることにより、歯打ち音を低減する。

相対位置検出手段は、減速機における入力側歯車の歯と出力側歯車の歯との相対位置を検出する。例えば、相対位置検出手段は、入力側歯車の回転軸の回転位置と出力側歯車の回転軸の回転位置とを取得し、この２つの回転位置に基づいて、入力側歯車の歯と出力側歯車の歯との相対位置を検出する。

モータ速度制御手段は、目標トルクの方向が第１方向から第２方向に反転したときに、モータの回転速度を低下させる。つまり、モータで発生させるべき目標トルクが駆動トルクから制動トルクに反転したときに、モータに制動トルクを発生させてモータの回転速度を低下させる。

モータの回転速度が低下すると、入力側歯車と出力側歯車との噛合が解除される。モータ速度制御手段は、入力側歯車と出力側歯車との間に存在するバックラッシュを入力側歯車が出力側歯車に対して第２方向に相対回転する空転期間の途中で、相対位置検出手段により検出された相対位置に基づいて決定されるタイミングでモータの回転速度を増加させることにより、入力側歯車の歯が出力側歯車の歯に向かって接近していく際の接近速度を低下させる。

従って、入力側歯車の歯が出力側歯車の歯に当接するときの当接速度（｜（出力側歯車の歯の移動速度）−（入力側歯車の歯の移動速度）｜）を小さくすることができる。これにより、入力側歯車の歯が出力側歯車の歯に当接するときの衝突エネルギーを低減することができる。この結果、本発明によれば、減速機の大型化、および／あるいは、部品点数の増加を招かないようにして、減速機の歯打ち音を低減することができる。尚、入力側歯車とは、モータからトルクが入力される側の歯車であり、出力側歯車とは、車輪にトルクを伝達する側の歯車である。

本発明の一側面は、前記モータ速度制御手段が、前記接近速度が予め設定した歯打ち音低減用設定速度にまで低下した状態で、前記入力側歯車の歯が前記出力側歯車の歯に当接するように前記モータの回転速度を制御することにある。

本発明の一側面においては、モータ速度制御手段が、接近速度が予め設定した歯打ち音低減用設定速度にまで低下した状態で、入力側歯車の歯が出力側歯車の歯に当接するようにモータの回転速度を制御する。例えば、歯打ち音低減用設定速度をゼロとした場合には、モータ速度制御手段は、入力側歯車の歯の移動速度が出力側歯車の歯の移動速度と等しくなるときに入力側歯車の歯が出力側歯車の歯に当接するように、モータの回転速度を制御する。従って、本発明の一側面によれば、減速機の歯打ち音を良好に低減することができる。尚、歯打ち音低減用設定速度は、ゼロが好ましいが、減速機の歯打ち音を実質的に低減できる速度であればよい。

本発明の一側面は、前記モータ速度制御手段が、
前記相対位置に基づいて、前記目標トルクの方向が第１方向から第２方向に反転したときから制動トルクを前記モータで発生させる第１期間（Ｄ１）と、前記第１期間の終了後であって前記第１方向の駆動トルクを前記モータで発生させる第２期間（Ｄ２）とを設定するトルク発生期間設定手段（Ｓ１５）と、
前記第２期間の終了時に、前記目標トルクに従って前記モータを駆動制御する制御形態である通常制御に戻す通常制御復帰手段（Ｓ２０）とを備えたことにある。

本発明の一側面においては、モータ速度制御手段が、トルク発生期間設定手段と通常制御復帰手段とを備えている。トルク発生期間設定手段は、相対位置検出手段により検出された相対位置に基づいて、目標トルクの方向が第１方向から第２方向に反転したときから制動トルクをモータで発生させる第１期間と、第１期間の終了後であって第１方向の駆動トルクをモータで発生させる第２期間とを設定する。通常制御復帰手段は、第２期間の終了時に、目標トルクに従ってモータを駆動制御する制御形態である通常制御に戻す。

減速機の歯打ち音は、入力側歯車の歯が出力側歯車の歯と当接するときの当接速度（入力側歯車の歯が出力側歯車の歯に対して第２方向に相対回転して当接するときの当接速度）が小さいほど小さくなる。一方、この当接速度は、第１期間（制動トルクをモータで発生させる時間）と第２期間（第１方向の駆動トルクをモータで発生させる時間）によって変化する。従って、本発明の一側面によれば、空転期間中における入力側歯車の歯と出力側歯車の歯との相対位置に基づいて、第１期間と第２期間とを設定するため、減速機の歯打ち音を良好に低減することができる。

本発明の一側面は、前記入力側歯車の歯と前記出力側歯車の歯との相対速度を検出する相対速度検出手段（Ｓ１４）を備え、
前記トルク発生期間設定手段は、前記相対位置検出手段により検出された相対位置と前記相対速度検出手段により検出された相対速度とに基づいて、前記第１期間と前記第２期間とを設定することにある。

空転期間の途中で、路面から車輪に入力された外力などの外乱によって、出力側歯車の回転速度が変動することがある。そうした外乱によって出力側歯車の回転速度が変動した場合には、入力側歯車の歯が出力側歯車の歯に当接するタイミングが変動してしまう。そこで、本発明の一側面では、相対速度検出手段が、入力側歯車の歯と出力側歯車の歯との相対速度を検出し、トルク発生期間設定手段が、相対位置と相対速度とに基づいて、第１期間と第２期間とを設定する。従って、外乱によって出力側歯車の回転速度が変動した場合でも、その回転速度の変動を反映させて第１期間と第２期間とを適切に設定することができる。その結果、本発明の一側面によれば、減速機の歯打ち音を一層良好に低減することができる。

本発明の一側面は、前記トルク発生期間設定手段は、前記入力側歯車の歯が前記出力側歯車の歯に当接するまでに必要とされる、前記入力側歯車の歯の前記出力側歯車の歯に対する相対移動量を表し、かつ、前記相対位置に基づいて求められる現時点バックラッシュ（Ｂ）と、現時点から前記入力側歯車の歯が前記出力側歯車の歯に当接するまでの前記入力側歯車の歯が前記出力側歯車の歯に向かって接近していく際の予測接近速度を時間で積分した積分値（Ａ）とが等しくなるように前記第１期間と前記第２期間とを設定することにある。

本発明の一側面においては、トルク発生期間設定手段が、入力側歯車の歯が出力側歯車の歯に当接するまでに必要とされる、入力側歯車の歯の出力側歯車の歯に対する相対移動量を表す現時点バックラッシュを取得する。この現時点バックラッシュは、相対位置検出手段により検出される相対位置に基づいて求められるもので、距離で表される量であってもよいし、回転角度で表される量であってもよい。トルク発生期間設定手段は、この現時点バックラッシュと、現時点から入力側歯車の歯が出力側歯車の歯に当接するまでの入力側歯車の歯が出力側歯車の歯に向かって接近していく予測接近速度を時間で積分した積分値とが等しくなるように第１期間と第２期間とを設定する。

これにより、現時点バックラッシュがゼロになるタイミングで、入力側歯車の歯の移動速度が出力側歯車の歯の移動速度と等しくなるようにすることができる。換言すれば、入力側歯車の歯の移動速度が出力側歯車の歯の移動速度と等しくなるタイミングで、入力側歯車の歯を出力側歯車の歯に当接させることができる。従って、本発明の一側面によれば、減速機の歯打ち音を更に良好に低減することができる。

尚、現時点バックラッシュは、例えば、相対位置検出手段によって検出される入力側歯車の歯と出力側歯車の歯との相対位置から求めることができる。また、予測接近速度は、例えば、相対速度検出手段により検出される現時点の相対速度と、現時点以降の相対速度変化予測分との合計にて求めることができる。

本発明の一側面は、前記空転期間中にモータで発生させる制動トルクと第１方向の駆動トルクとは、その大きさが同一に設定されたことにある。

モータを目標トルクに従って駆動制御するモータ駆動制御装置においては、目標トルクの方向が反転したときであっても、モータで発生させるトルクを、その目標トルクに素早く追従させる必要がある。こうした要求に対して、本発明の一側面では、空転期間中にモータで発生させる制動トルクの大きさと第１方向の駆動トルクの大きさとが同一に設定されているため、空転期間中に、入力側歯車の歯の出力側歯車の歯に対する相対速度（接近速度）を増加させる第１期間と、入力側歯車の歯の出力側歯車の歯に対する相対速度（接近速度）を低下させる第２期間との両期間において、モータの能力範囲内で大きなトルクを発生させることができる。従って、本発明の一側面によれば、減速機の歯打ち音の低減と、モータトルクの追従性とを両立させることができる。

尚、上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、発明の各構成要件は前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。

本実施形態に係るモータ駆動制御装置が搭載された車両の概略構成図である。 モータユニットが組み込まれた車輪を車両前後方向から見て概略的に表した内部構造図である。 歯打ち音低減制御ルーチンを表すフローチャートである。 カウンターギヤ機構における噛み合い状態を表す説明図である。 モータトルク反転要求時の周速度とバックラッシュとモータトルクとの推移を表すグラフである。 モータトルク反転要求時におけるモータトルクの計画を説明するグラフである。 空転期間の途中におけるモータトルクの計画を説明するグラフである。 外乱発生時におけるモータトルクの計画を説明するグラフである。 モータトルクの計画を行わない場合の周速度とバックラッシュとモータトルクとの推移を表すグラフである。

以下、本発明の一実施形態に係るモータ駆動制御装置について説明する。図１は、本実施形態のモータ駆動制御装置が搭載されるインホイールモータ駆動方式の車両の構成を概略的に示している。

車両１は、左前輪１０fl、右前輪１０fr、左後輪１０rl、右後輪１０rrを備えている。左前輪１０fl、右前輪１０fr、左後輪１０rl、右後輪１０rrの内部には、インホイールモータユニット２０fl、２０fr、２０rl、２０rrがそれぞれ組み込まれている。インホイールモータユニット２０fl、２０fr、２０rl、２０rrは、サスペンション１５fl、１５fr、１５rl、１５rrによって車体ｂに支持されている。以下、左前輪１０fl、右前輪１０fr、左後輪１０rl、右後輪１０rrに関して、任意のものを特定する必要がない場合には、単に、車輪１０と呼ぶ。インホイールモータユニット２０fl、２０fr、２０rl、２０rrに関して、任意のものを特定する必要がない場合には、単に、モータユニット２０と呼ぶ。サスペンション１５fl、１５fr、１５rl、１５rrに関して、任意のものを特定する必要がない場合には、単に、サスペンション１５と呼ぶ。

モータユニット２０は、図２に示すように、車輪１０のリム部１０１とディスク部１０２とで囲まれた円筒空間に設けられる。本明細書における「インホイール」とは、この円筒空間内、あるいは、円筒空間の近傍を含めた円筒空間内のことを表す。モータユニット２０は、ハウジング２１内にモータ３０、および、減速機構４０を備えている。モータ３０は、例えば、三相ブラシレスモータであって、車体ｂに設けられたモータドライバ８５に接続され、モータドライバ８５からステータ３１に供給される電力により駆動トルクを発生する。また、モータ３０は、車輪１０の回転する力によってロータ３２が回されて発電し、発電電力をモータドライバ８５を介してバッテリ８６に回生する発電機としても機能する。モータ３０は、車体ｂに設けられたモータ制御用電子制御ユニット８０によってトルクの大きさ、および、トルクを発生させる方向が制御される。

モータ３０の出力軸３３は、減速機構４０に接続される。減速機構４０は、カウンターギヤ機構５０と遊星歯車機構６０とから構成される。カウンターギヤ機構５０は、モータ３０の出力軸３３に固定される小径の駆動歯車である第１歯車５１と、第１歯車５１に噛合する大径の被動歯車である第２歯車５２とから構成される。第１歯車５１、第２歯車５２としては、例えば、平歯車、あるいは、はすば歯車が用いられている。

カウンターギヤ機構５０は、第１歯車５１と第２歯車５２とのあいだにバックラッシュが設けられており、モータ３０のトルクの方向が反転した時に、第１歯車５１がバックラッシュ分だけ第２歯車５２に対して空転し、バックラッシュが詰められた時点で第１歯車５１の歯５１ｔが第２歯車５２の５２ｔに反転方向で当接する。この両歯５１ｔ，５２ｔの当接時に、歯打ち音が発生する。本実施形態においては、このカウンターギヤ機構５０のバックラッシュによる歯打ち音を低減する。従って、カウンターギヤ機構５０は、歯打ち音の低減対象となる本発明の減速機に相当し、第１歯車５１が本発明の入力側歯車、第２歯車５２が本発明の出力側歯車に相当する。

第２歯車５２の回転軸５３は、遊星歯車機構６０に接続される。遊星歯車機構６０は、第２歯車５２の回転軸５３の外周に形成されるサンギヤ６１と、サンギヤ６１と同軸上に設けられるリングギヤ６２と、サンギヤ６１とリングギヤ６２との間で両ギヤ６１，６２に噛合する複数個のプラネタリギヤ６３と、プラネタリギヤ６３を等間隔に配置してプラネタリギヤ６３の公転運動により回転するプラネタリキャリア６４とを備えている。プラネタリキャリア６４にはアクスルハブ１１０が接続される。

アクスルハブ１１０は、ベアリング６５によって遊星歯車機構６０のハウジングに回転可能に設けられ、プラネタリキャリア６４と一体的に回転する。アクスルハブ１１０は、遊星歯車機構６０の車幅方向外側を覆う円筒部１１１と、円筒部１１１の外周面から径方向外側に延びた環状板部１１２を備えている。環状板部１１２は、ブレーキディスクロータ１２０が固定される部分となる。環状板部１１２には、周方向にそって所定の間隔でスタッドボルト１１３が内側から外側に突出するように固着されている。

車輪１０は、アクスルハブ１１０にブレーキディスクロータ１２０を取り付けた状態で、スタッドボルト１１３をホイールディスク１０２に形成された貫通孔１０３ａに挿通させ、スタッドボルト１１３にナット１１４を螺合して締め付けることにより、ブレーキディスクロータ１２０を挟んだ状態でアクスルハブ１１０に固定される。

遊星歯車機構６０においてもバックラッシュは存在するが、カウンターギヤ機構５０のバックラッシュに比べて無視できるほど小さく、ドライバーに聞こえるほどの歯打ち音は発生しない。従って、遊星歯車機構６０は、歯打ち音の低減対象ではない。

モータユニット２０には、モータ３０の出力軸３３の回転角度を表す検出信号を出力する第１回転角センサ８１と、カウンターギヤ機構５０における第２歯車５２の回転軸５３の回転角度を表す検出信号を出力する第２回転角センサ８２とが設けられている。本実施形態では、第１回転角センサ８１，第２回転角センサ８２としてレゾルバを用いるが、エンコーダ等の他の回転角センサを用いることもできる。

上述したモータユニット２０は、各車輪１０に設けられるが、それぞれ同様な構成であって、モータ３０で発生したトルクを減速機構４０を介して車輪１０に伝達する。各モータ３０は、モータドライバ８５に接続される。モータドライバ８５は、例えば、インバータであって、各モータ３０に対応するように４組設けられ、バッテリ８６から供給される直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を各モータ３０に供給する。これにより、各モータ３０は、トルクを発生し、各車輪１０に対して駆動力を付与する。また、各モータ３０は、発電機としても機能し、各車輪１０の回転エネルギーにより発電して、発電電力をモータドライバ８５を介してバッテリ８６に回生することができる。このモータ３０の発電により発生する制動トルクは、車輪１０に対して制動力を付与する。

モータドライバ８５は、モータ制御用電子制御ユニット８０に接続されている。モータ制御用電子制御ユニット８０（以下、モータＥＣＵ８０と呼ぶ）は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要部として備え、各種プログラムを実行して個々のモータ３０の作動を独立して制御するものである。モータＥＣＵ８０は、各モータユニット２０に設けられた２つの回転角センサ８１，８２（第１回転角センサ８１と第２回転角センサ８２）を接続し、各回転角センサ８１，８２の検出信号が入力されるように構成されている。

第１回転角センサ８１は、モータ３０の位相制御（電気角の検出）に用いられ、第２回転角センサ８２は、車輪速の検出用に用いられる。また、第１回転角センサ８１により検出される回転角度と第２回転角センサ８２により検出される回転角度とは、カウンターギヤ機構５０における第１歯車５１の歯５１ｔと第２歯車５２の歯５２ｔとの噛み合い状態（後述するバックラッシュＢ）を検出するためにも利用される。

また、モータＥＣＵ８０は、ドライバーが車両を走行させるために操作した操作状態を検出する操作状態検出装置８３と、車両の運動状態を検出する運動状態検出装置８４とを接続し、それらの検出装置８３，８４から出力される検出信号が入力されるように構成されている。

操作状態検出装置８３は、アクセルペダルの踏み込み量（あるいは、角度や圧力など）からドライバーのアクセル操作量を検出するアクセルセンサ、ブレーキペダルの踏み込み量（あるいは、角度や圧力など）からドライバーのブレーキ操作量を検出するブレーキセンサ、ドライバーが操舵ハンドルを操作した操舵操作量を検出する操舵角センサなどから構成される。運動状態検出装置８４は、車体ｂの走行速度を検出する車速センサ、車体ｂのヨーレートを検出するヨーレートセンサ、各車輪位置における車体ｂ（バネ上）の上下方向の加速度を検出するバネ上加速度センサ、車体ｂの左右方向における横加速度を検出する横加速度センサ、車体ｂのピッチレートを検出するピッチレートセンサ、車体ｂのロールレートを検出するロールレートセンサ、各サスペンション１５のストローク量を検出するストロークセンサ、各車輪１０のバネ下の上下方向における上下加速度を検出するバネ下加速度センサなどを適宜組み合わせて構成される。

車輪１０は、サスペンション１５によって車体ｂに連結されているため、車輪１０の駆動力および制動力は、サスペンションリンク機構によって車体ｂの上下方向の力に変換される。この車体ｂに上下方向に働く力の向きは、サスペンション１５のジオメトリによって決まる。例えば、前輪１０ｆのサスペンション１５の瞬間回転中心が前輪１０ｆよりも後方かつ上方に位置し、後輪１０ｒのサスペンションの瞬間回転中心が後輪１０ｒよりも前方かつ上方に位置する車両では、前輪１０ｆに駆動トルクが付与されると車体ｂを沈ませる方向の力が前輪１０ｆの接地点に発生し、前輪１０ｆに制動トルクが付与されると車体ｂを上向きに付勢する力が前輪１０ｆの接地点に発生する。また、後輪１０ｒに駆動トルクが付与されると車体ｂを上向きに付勢する力が後輪１０ｒの接地点に発生し、後輪１０ｒに制動トルクが付与されると車体ｂを沈ませる方向の力が後輪１０ｒの接地点に発生する。従って、各車輪１０の駆動力および制動力（制駆動力と呼ぶ）を独立して制御することにより、車体ｂに上下方向の力を付与することができ、車両の運動状態の制御を行うことができる。例えば、車両が走行中に、前輪１０ｆ側の車体ｂが下方へ運動している場合には、前輪１０ｆのモータ３０に制動トルクを付与することで前輪１０ｆ側の車体ｂを上向きに付勢して車体ｂの下方へ運動を抑制することができる。

モータＥＣＵ８０は、操作状態検出装置８３により検出されたアクセル操作量に基づいてドライバー要求駆動力Ｆreqを演算するとともに、運動状態検出装置８４により検出された車両運動状態に基づいて各車輪１０毎の独立した制御用制駆動力Ｆｃを演算する。モータＥＣＵ８０は、ドライバー要求駆動力Ｆreqを４輪に配分（例えば、４等分）することにより、各車輪１０のドライバー要求配分駆動力Ｆｄを算出し、そのドライバー要求配分駆動力Ｆｄと、制御用制駆動力Ｆｃとの合計値を、各車輪１０の目標制駆動力Ｆ*（＝Ｆｄ＋Ｆｃ）に設定する。モータＥＣＵ８０は、目標制駆動力Ｆ*に対応する目標トルクＴ*を算出し、モータドライバ８５のスイッチング素子を制御して、各モータ３０に目標トルクＴ*を発生させる。

制御用制駆動力Ｆｃは、車両の運動状態によってトルクの方向が決定される。このため、目標トルクＴ*は、正から負、あるいは、負から正へと反転する。つまり、モータ３０の動作が力行から回生へ、あるいは、回生から力行へと切り替わる。このモータトルクの方向が切り替わるたびに、カウンターギヤ機構５０では、第１歯車５１と第２歯車５２との間のバックラッシュが詰められて歯打ち音が発生する。そこで、本実施形態においては、カウンターギヤ機構５０における歯打ち音を低減するための制御プログラムがモータＥＣＵ８０のマイコンに記憶されており、目標トルクＴ*の反転時には、この制御プログラムが実行されるようになっている。

尚、ブレーキペダル操作が行われた場合には、モータＥＣＵ８０は、ブレーキ操作量に基づいて負のドライバー要求駆動力Ｆreq（回生制動力）を演算する。従って、アクセル操作からブレーキ操作への切替時、あるいは、ブレーキ操作からアクセル操作への切替時においても、目標トルクＴ*は、正から負、あるいは、負から正へと反転する。この場合においても、モータＥＣＵ８０は、カウンターギヤ機構５０における歯打ち音を低減するための制御プログラムを実行する。

次に、モータＥＣＵ８０の実行する歯打ち音低減制御処理について説明する。図３は、歯打ち音低減制御ルーチンを表すフローチャートである。ここでは、歯打ち音低減制御ルーチンを説明する前に、歯打ち音を低減する原理、用語の定義について説明する。

モータ３０がトルクを発生している状態で、トルクの方向が反転した場合には、モータ３０で発生させるトルクが駆動トルクから制動トルクに切り替わる。このため、カウンターギヤ機構５０の第１歯車５１の歯５１ｔと第２歯車の歯５２ｔとの当接が解除され（当接解除と呼ぶ）、第１歯車５１が第２歯車５２に対してバックラッシュ分だけ反転方向に相対回転したときに、第１歯車５１の歯５１ｔと第２歯車５２の歯５２ｔとが再び当接する（再当接と呼ぶ）。歯打ち音低減制御処理は、この当接解除から再当接までの空転期間におけるモータトルク（制動トルク、駆動トルク）を調整して、再当接時における第１歯車５１の歯５１ｔの周方向の移動速度を第２歯車５２の歯５２ｔの周方向の移動速度に近づけるように制御することにより歯打ち音を低減するものである。以下、周方向の移動速度を周速度と呼ぶ。

第１歯車５１の歯５１ｔと第２歯車５２の歯５２ｔとの当接位置は、モータ３０の発生するトルクの方向によって異なる。図４（ａ）に示すように、モータ３０が第１方向にトルクを発生して、第１歯車５１が第２歯車５２を回しているときに、第１歯車５１の歯５１ｔと第２歯車５２の歯５２ｔとが当接している位置を第１方向側当接位置と呼び、図４（ｃ）に示すように、モータ３０が第２方向（第１方向に対して反対方向）にトルクを発生して、第１歯車５１が第２歯車５２を回しているときに、第１歯車５１の歯５１ｔと第２歯車５２の歯５２ｔとが当接している位置を第２方向側当接位置と呼ぶ。また、第１歯車５１の歯５１ｔと第２歯車５２の歯５２ｔとが第１方向側当接位置で当接している状態を第１方向当接状態と呼び、第１歯車５１の歯５１ｔと第２歯車５２の歯５２ｔとが第２方向側当接位置で当接している状態を第２方向当接状態と呼ぶ。本実施形態においては、目標トルクＴ*の方向が反転する（駆動トルクから制動トルクに切り替わる）直前のトルクの方向を第１方向として説明する。

モータＥＣＵ８０は、再当接時における第１歯車５１の歯５１ｔの周速度を第２歯車５２の歯５２ｔの周速度に近づけるようにするために、空転期間中に、第１回転角センサ８１により検出される第１歯車５１の回転角と、第２回転角センサ８２により検出される第２歯車５２の回転角とに基づいて、第１歯車５１の歯５１ｔと第２歯車５２の歯５２ｔとの相対位置を把握する。本実施形態においては、その相対位置を表すパラメータとしてバックラッシュＢを用いる。ここでは、第１方向当接状態からモータトルクの方向を反転させた場合、第１歯車５１の歯５１ｔと第２歯車５２の歯５２ｔとにおける現時点の相対位置を基準として、歯５１ｔが第２方向側当接位置で歯５２ｔに当接するまでに必要とされる、歯５１ｔの歯５２ｔに対する相対移動量（周方向距離）をバックラッシュＢとして定義する。

モータトルクの反転直前では、図４（ａ）に示すように、第１歯車５１の歯５１ｔと第２歯車５２の歯５２ｔとが第１方向側当接位置で当接しているため、バックラッシュＢは最大値となる。このバックラッシュＢを初期バックラッシュＢ０と呼ぶ。初期バックラッシュＢ０は、カウンターギヤ機構５０の構造から一義的に決まる。モータトルクの方向が反転されると、第１歯車５１の歯５１ｔと第２歯車５２の歯５２ｔとの当接が解除され、第１歯車５１の歯５１ｔが第２歯車の歯５２ｔに対して相対的に第２方向に移動する。この相対移動に伴って、バックラッシュＢは、図４（ｂ）に示すように、小さくなっていく。図４（ｃ）は、第１歯車５１の歯５１ｔと第２歯車５２の歯５２ｔとが再当接してバックラッシュＢがゼロになった状態を示している。

モータトルクを反転させた後、モータトルクをそのまま第２方向に維持してしまうと、第１歯車５１と第２歯車５２との再当接時には、両者の歯５１，５２の周方向の相対速度が大きくなってしまい、歯打ち音が発生する。そこで、歯打ち音低減制御処理では、第１歯車５１の空転期間の途中で、モータトルクを第２方向（制動トルク）から第１方向（駆動トルク）に切り替えて、第１歯車５１の歯５１ｔの周速度を第２歯車５２の歯５２ｔの周速度に近づける。これにより、第１歯車５１が第２歯車５２に再当接する際の、歯５１と歯５２の周速度をほぼ一致させることができる。図４において、第１歯車５１に示した矢印は、モータトルクの方向を表しているが、図４（ｂ）に示した２つの矢印は、モータトルクが途中で第２方向から第１方向に切り替わることを表している。

バックラッシュＢは、以下のように算出することができる。
第１回転角センサ８１により検出される第１歯車５１の回転角を第１回転角θ１、第２回転角センサ８２により検出される第２歯車５２の回転角を第２回転角θ２、第２歯車５２の回転角を第１歯車５１の回転角に換算するための換算係数をｋ（＝第２歯車５２の歯数／第１歯車５１の歯数）とすると、第２回転角θ２を第１歯車５１の回転角に換算した回転角はｋ・θ２となる。
第１歯車５１の第２歯車５２に対する相対回転位置θは、次式（１）にて表すことができる。
θ＝θ１−ｋ・θ２ ・・・（１）

第１歯車５１と第２歯車５２との噛み合いが第１方向当接状態となっているときの相対回転位置θをθｐ、第１歯車５１と第２歯車５２との噛み合いが第２方向当接状態となっているときの相対回転位置θをθｎとし、第１歯車５１における回転中心から噛合部までの半径をＲとすると、初期バックラッシュＢ０は、次式（２）にて表すことができる。
Ｂ０＝Ｒ×（｜θｐ−θｎ｜） ・・・（２）
初期バックラッシュＢ０は、一定値である。モータＥＣＵ８０は、初期バックラッシュＢ０を任意のタイミングで演算してメモリに記憶している。

モータ３０が第１方向に回転している状態でモータトルクが反転されると、バックラッシュＢは、初期バックラッシュＢ０から減少していくことになる。モータトルクが反転される直前の相対回転位置θを初期相対回転位置θ０とし、現時点の相対回転位置θを現在相対回転位置θｘとすると、現在相対回転位置θｘと初期相対回転位置θ０との差分（｜θｘ−θ０｜）に半径Ｒを乗算した値（Ｒ・（｜θｘ−θ０｜））がバックラッシュの減少分となる。従って、現時点のバックラッシュＢは、次式（３）にて表すことができる。
Ｂ＝Ｂ０−Ｒ・（｜θｘ−θ０｜） ・・・（３）
尚、この説明においては、バックラッシュＢは、距離を使って表されるが、第１歯車５１の回転角度を使って表されるものであってもよい。

歯打ち音低減制御処理においては、モータＥＣＵ８０は、第１歯車５１と第２歯車５２との再当接時における第１歯車５１の歯５１ｔの周速度（第１歯車周速度Ｖ１と呼ぶ）と第２歯車５２の歯５２ｔの周速度（第２歯車周速度Ｖ２と呼ぶ）とがほぼ一致するようにモータ３０の回転速度を制御する。例えば、図５に示すように、時刻ｔ１にてモータトルクの反転要求が出力されたとき、つまり、目標トルクＴ*の方向（符号）が反転したとき、反転要求が出力される直前のモータトルクの方向（第１方向）とは反対方向（第２方向）の設定トルク（反転設定トルクＴｎと呼ぶ）をモータ３０で発生させる（図５（ｃ）参照）。反転設定トルクＴｎは、予め一定の大きさに設定された制動トルクである。これにより、第１歯車５１は、第２歯車５２との当接が解除されて空転を開始する。この空転により、第１歯車周速度Ｖ１は、一定の傾きαで減少していく（図５（ａ）参照）。従って、第１歯車周速度Ｖ１と第２歯車周速度Ｖ２との相対速度Ｖ（＝Ｖ２−Ｖ１）は、時刻ｔ１からの経過時間ｔｘと傾きαとの積（α・ｔｘ）として表されるように増加していく。同時に、バックラッシュＢは、減少していく。このバックラッシュＢの減少分は、（α・ｔｘ）の時間積分値として表される。尚、αは、モータトルクの大きさに応じて決まる周速度変化係数であって、予めモータＥＣＵ８０に記憶されている。

歯打ち音低減制御処理においては、モータＥＣＵ８０は、第１歯車５１が空転している期間の途中で、モータトルクを反転設定トルクＴｎから戻し設定トルクＴｐに切り替える（図５（ｃ）参照）。この戻し設定トルクＴｐは、反転設定トルクＴｎと同じ大きさ（絶対値）であって方向（符号）が反対となる予め設定された一定の駆動トルクである。図５に示す例では、時刻ｔ２において、モータトルクが反転設定トルクＴｎから戻し設定トルクＴｐに切り替えられる。これにより、第１歯車周速度Ｖ１は、時刻ｔ２から一定の傾きαで増加していく。従って、第１歯車周速度Ｖ１と第２歯車周速度Ｖ２との相対速度Ｖ（＝Ｖ２−Ｖ１）は、時刻ｔ２から傾きαで減少していく。同時に、バックラッシュＢも、減少していく。

バックラッシュＢの減少により、時刻ｔ３において、第１歯車５１の歯５１ｔが第２歯車５２の歯５２ｔと再当接する。この再当接時、つまり、バックラッシュＢがゼロになるときの相対速度Ｖがゼロに近いほど歯打ち音を低減することができる。そこで、歯打ち音低減制御処理においては、再当接するときの相対速度Ｖがゼロになるように（相対速度Ｖがゼロになるタイミングで再当接するように）モータ回転速度を制御する。モータＥＣＵ８０は、反転設定トルクＴｎを発生させる期間Ｄ１と、戻し設定トルクＴｐを発生させる期間Ｄ２とを計画し、その計画に沿ってモータ３０にトルクを発生させることで、上記のように再当接時の相対速度Ｖを制御する。

相対速度Ｖを時間で積分した値は、バックラッシュＢの減少分に相当する。従って、バックラッシュＢがゼロになった瞬間において、相対速度Ｖをゼロにするためには、現時点から再当接するまでの予測相対速度Ｖ（＝予測接近速度）を時間で積分した値が、現時点におけるバックラッシュＢと等しくなるように期間Ｄ１と期間Ｄ２とを設定すればよい。例えば、現時点が、モータトルクの反転要求が出力された直後（当接解除時）である場合には、図６のグレーで塗りつぶした領域の面積Ａ０が、現時点から再当接するまでの予測相対速度Ｖを時間で積分した値となる。この場合、面積Ａ０が初期バックラッシュＢ０と等しくなるように期間Ｄ１と期間Ｄ２とを設定することにより、再当接時（時刻ｔ３）における相対速度Ｖをゼロにすることができる。期間Ｄ１と期間Ｄ２は、幾何学的に演算することができる。この場合、Ｄ１＝Ｄ２となり、バックラッシュＢが初期バックラッシュＢ０の半分（Ｂ０／２）になった時点で反転設定トルクＴｎを戻し設定トルクＴｐに切り替えればよい。これにより、期間Ｄ２が経過した時点で相対速度Ｖがゼロになる。再当接後は、モータトルクは、反転要求時の目標トルクＴ*に設定される。

外乱（路面から車輪１０への入力）の影響で第２歯車周速度Ｖ２が途中で変化しないかぎり、最初に計画した期間Ｄ１と期間Ｄ２とにしたがって反転設定トルクＴｎと戻し設定トルクＴｐとを発生させれば、再当接時における相対速度Ｖをゼロにすることができる。つまり、バックラッシュＢが初期バックラッシュＢ０の半分（Ｂ０／２）になった時点で反転設定トルクＴｎを戻し設定トルクＴｐに切り替えれば、再当接時における相対速度Ｖをゼロにすることができる。これにより、歯打ち音を低減することができる。

ただし、車輪１０に入力された外乱の影響で第２歯車周速度Ｖ２が空転期間の途中で変化した場合には、相対速度Ｖが想定通りに推移しなくなるため、当接解除時に計画した期間Ｄ１と期間Ｄ２とをそのまま使うと、再当接時における相対速度Ｖをゼロにすることができない。そこで、本実施形態においては、図７に示すように、現時点から再当接するまでの期間における面積Ａ（グレーで塗りつぶした領域の面積）を用いて、面積Ａが現時点のバックラッシュＢと等しくなるように期間Ｄ１と期間Ｄ２とを逐次計画更新する。面積Ａは、現時点から再当接予定時刻（予測相対速度Ｖがゼロになる時刻）までの予測相対速度Ｖ（＝予測接近速度）を時間で積分した積分値となる。予測相対速度Ｖは、現時点の相対速度Ｖ（＝Ｖ２−Ｖ１）に、相対速度変化予測分（α×現時点からの経過時間）を加算することによって求められる。

例えば、現時点から再当接するまでの期間における面積Ａは、図７を用いて、幾何学的に次式（４）により求められる。
Ａ＝Ｖnow・Ｄ１＋（α／２）・Ｄ１^２＋（α／２）・Ｄ２^２ ・・・（４）
ここでＶnowは、現時点における相対速度Ｖを表し、Ｄ１は、現時点からの反転設定トルクＴｎを発生させる期間の長さ（時間）、Ｄ２は、戻し設定トルクＴｐを発生させる期間の長さ（時間）を表す。右辺の第１項と第２項との和は、期間Ｄ１における面積分に相当し、右辺の第３項は、期間Ｄ２における面積分に相当する。また、相対速度Ｖnowは、第１回転角θ１の時間微分により算出される現時点の回転角速度を第１歯車５１の歯５１ｔの周速度に変換して得られる第１歯車周速度Ｖ１nowと、第２回転角θ２の時間微分により算出される現時点の回転角速度を第２歯車５２の歯５２ｔの周速度に変換して得られる第２歯車周速度Ｖ２nowとの差（Ｖ２now−Ｖ１now）により求められる。

また、再当接時の相対速度Ｖをゼロにするためには、次式（５）の関係を設定すればよい。
α・Ｄ２＝Ｖnow＋α・Ｄ１ ・・・（５）
式（５）からＤ２は、Ｄ１を使って次式（６）にて表すことができる。
Ｄ２＝Ｖnow／α＋Ｄ１ ・・・（６）
式（４）のＡに、現時点におけるバックラッシュＢを代入し、式（４）のＤ２に式（６）を代入すれば、式（４）を次式（７）に変形することができる。
Ｂ＝Ｖnow・Ｄ１＋（α／２）・Ｄ１^２＋（α／２）・（Ｖnow／α＋Ｄ１）^２
・・・（７）
式（７）をＤ１の二次方程式の形式にて表すと次式（８）が得られる。
α・Ｄ１^２＋２Ｖnow・Ｄ１＋（Ｖnow^２／（２α）−Ｂ）＝０ ・・・（８）

この式（８）を解くことによって現時点から反転設定トルクＴｎを継続させる期間Ｄ１を算出することができる。また、戻し設定トルクＴｐを発生させる期間Ｄ２は、算出したＤ１を式（６）に代入して算出することができる。この場合、正の値となるＤ１の解が得られない場合は、Ｄ１＝０とし、現時点が期間Ｄ２に入っていること、つまり、現時点が戻し設定トルクＴｐを発生させる期間であることを意味する。バックラッシュＢが（Ｖnow^２／（２α））よりも小さな値となる場合には、式（８）が成立する正の値となるＤ１が存在しないため、現時点は、戻し設定トルクＴｐを発生させる期間Ｄ２に入っていることになる。この場合、Ｄ２は、式（６）にＤ１＝０を代入して算出されるが、Ｖnowがゼロ以下となる場合には、ゼロ（Ｄ２＝０）に設定される。このＤ２がゼロになったタイミングで、モータ３０で発生させるトルクは、本来の目標トルクＴ*に切り替えられる。

以下、モータＥＣＵ８０の実行する歯打ち音低減制御ルーチンについて、図３に示すフローチャートを使って説明する。歯打ち音低減制御ルーチンは、各車輪１０のモータ３０毎に独立して実施される。ここでは、任意の車輪１０に設けられるモータ３０にかかる歯打ち音低減制御ルーチンについて説明する。歯打ち音低減制御ルーチンは、モータ３０が駆動されているとき、つまり、目標トルクＴ*がゼロでないときに実施される。

モータＥＣＵ８０は、ステップＳ１１において、目標トルクＴ*（目標制駆動力Ｆ*によって設定される目標トルク）の反転要求が発生したか否かについて判断する。モータＥＣＵ８０は、各モータ３０ごとの目標トルクＴ*を所定の演算周期にて演算しており、このステップＳ１１においては、目標トルクＴ*の方向（符号）が反転したか否かについて判断する。モータＥＣＵ８０は、目標トルクＴ*の演算周期と同じ周期にてステップＳ１１の判断を繰り返し、目標トルクＴ*の反転要求が発生すると、その処理をステップＳ１２に進める。

モータＥＣＵ８０は、ステップＳ１２において、第１回転角センサ８１により検出される第１回転角θ１と、第２回転角センサ８２により検出される第２回転角θ２とを読み込む。続いて、モータＥＣＵ８０は、ステップＳ１３において、現時点のバックラッシュＢを上記式（３）を使って算出する。尚、モータＥＣＵ８０は、ステップＳ１２以降の処理を所定の演算周期にて繰り返し実施するが、最初にステップＳ１３にてバックラッシュＢを計算するときには、その計算に必要となる初期相対回転位置θ０、つまり、反転要求が発生したときの相対回転位置θである初期相対回転位置θ０をメモリに記憶する。

続いて、モータＥＣＵ８０は、ステップＳ１４において、現時点における相対速度Ｖnowを上述したように算出する（Ｖnow＝Ｖ２now−Ｖ１now）。続いて、モータＥＣＵ８０は、ステップＳ１５において、現時点から再当接予測時刻までのモータトルク計画を作成する。例えば、モータＥＣＵ８０は、期間Ｄ１と期間Ｄ２の長さ（時間）を上述した計算式にて算出する。

続いて、モータＥＣＵ８０は、ステップＳ１６において、Ｄ１がゼロないか否かについて判断する。つまり、現時点がモータトルク計画上の期間Ｄ１に入っているか否かについて判断する。目標トルクＴ*の反転要求が発生した直後は、式（８）における相対速度Ｖnowがゼロであるため、正の値となるＤ１が存在する。従って、モータＥＣＵ８０は、「Ｙｅｓ」と判定し、その処理をステップＳ１７に進める。モータＥＣＵ８０は、ステップＳ１７において、モータで発生させるトルクを反転設定トルクＴｎに設定する。これにより、モータＥＣＵ８０は、モータドライバ８５のスイッチング素子を制御して、モータ３０に反転設定トルクＴｎを発生させる。つまり、反転要求が出力されたときの目標トルクＴ*とは異なる反転設定トルクＴｎを発生させる。

モータＥＣＵ８０は、ステップＳ１７の処理が完了すると、その処理をステップＳ１２に戻して上述した処理を所定の演算周期で繰り返す。従って、モータトルク計画の作成が繰り返される。Ｄ１がゼロではないと判定されている間（Ｓ１６：Ｙｅｓ）は、モータ３０は、反転設定トルクＴｎを発生している。このため、図５の時刻ｔ１〜ｔ２の期間にて示すように、相対速度Ｖ（Ｖ２−Ｖ１）は、傾きαで増加していく。また、バックラッシュＢは、低下していく。これに伴って、Ｄ１（現時点における残りのＤ１）も短くなっていく。

そして、ステップＳ１６において、Ｄ１＝０、つまり、現時点が期間Ｄ１から抜け出たと判定された場合には、モータＥＣＵ８０は、ステップＳ１８において、Ｄ２がゼロでないか否かについて判断する。つまり、現時点がモータトルク計画上の期間Ｄ２に入っているか否かについて判断する。Ｄ２は、式（６）にＤ１＝０を代入してＶnow／αとして計算されるため、現時点の相対速度Ｖnowがゼロ以下にならない間は、正の値に維持される。従って、期間Ｄ１が終了した時点では期間Ｄ２に入ることになる（Ｓ１８：Ｙｅｓ）。この場合、モータＥＣＵ８０は、ステップＳ１９において、モータ３０で発生させるトルクを戻し設定トルクＴｐに設定する。これにより、モータＥＣＵ８０は、モータドライバ８５のスイッチング素子を制御して、モータ３０に戻し設定トルクＴｐを発生させる。つまり、反転設定トルクＴｎとは方向が反対で絶対値の等しいトルク戻し設定トルクＴｐを発生させる。

モータＥＣＵ８０は、ステップＳ１９の処理が完了すると、その処理をステップＳ１２に戻して上述した処理を所定の演算周期で繰り返す。戻し設定トルクＴｐを発生させている間は、図５の時刻ｔ２〜ｔ３の期間にて示すように、相対速度Ｖは減少していく。こうして、ステップＳ１８において、Ｄ２＝０、つまり、現時点が期間Ｄ１から抜け出たと判定された場合には、モータＥＣＵ８０は、ステップＳ２０において、モータで発生させるトルクを本来の目標トルクＴ*（目標制駆動力Ｆ*（＝Ｆｄ＋Ｆｃ）を発生させるトルク）に切り替えて、歯打ち音低減制御ルーチンを終了する。従って、目標トルクＴ*に従ってモータ３０を駆動制御する制御態様である通常制御に戻される。歯打ち音低減制御ルーチンは、所定の短いインターバルが経過すると再開される。従って、次の目標トルクＴ*の反転要求が発生した時点で、ステップＳ１２からの処理が実施されることになる。

以上説明した歯打ち音低減制御ルーチンによれば、目標トルクＴ*の反転要求が出力された場合、再当接時における第１歯車５１の歯５１ｔの周速度が第２歯車５２の歯５２ｔの周速度と等しくなるようにモータ３０の回転速度が制御される。つまり、相対速度Ｖが減少してゼロになるタイミングで第１歯車５１の歯５１ｔが第２歯車５２の歯５２ｔに当接するようにモータ３０の回転速度が制御される。従って、再当接時における第１歯車５１と第２歯車５２との間で発生する衝突エネルギーが少なくなり、カウンターギヤ機構５０の歯打ち音を低減することができる。また、モータ３０の回転速度制御により実現できるため、減速機構４０の大型化、および、部品点数の増加を招かない。

比較例として、空転期間中にモータ３０の回転速度を制御しない場合には、図９に示すように、目標トルクＴ*の方向が反転した時刻ｔ１から、その目標トルクＴ*（制動トルク）をモータ３０が発生するようにモータ３０の通電が制御される。従って、第１歯車５１と第２歯車５２とが再当接する時刻ｔ２においては、相対速度Ｖが大きくなっており、第１歯車５１の歯５１ｔと第２歯車５２の歯５２ｔとが互いに強く衝突する。これにより、ドライバーに聞こえるほどの歯打ち音が発生する。

また、本実施形態においては、再当接時における相対速度Ｖがゼロになるようにモータ３０の回転速度を制御するにあたって、空転期間の前半に一定の大きさの反転設定トルクＴｎを発生させ、空転期間の後半に一定の大きさの戻し設定トルクＴｐを発生させるため、モータ３０のトルク制御（回転速度制御）が容易となる。更に、空転期間中においては、現時点における相対速度Ｖnowに基づいて、現時点から第１歯車５１と第２歯車５２とが再当接するまでの期間における予測相対速度Ｖの積算値（面積Ａ）が、現時点のバックラッシュＢと等しくなるように、反転設定トルクＴｎを発生させる期間Ｄ１と、戻し設定トルクＴｐを発生させる期間Ｄ２とが逐次設定される。従って、モータ３０の空転期間中に外乱の影響で第２歯車周速度Ｖ２が変化した場合であっても、第２歯車周速度Ｖ２の変化をフィードバックして、外乱発生後の最新の相対速度Ｖnowを基準として予測相対速度Ｖの積算値（面積Ａ）が演算されるため、当初計画された期間Ｄ１、期間Ｄ２を適正に補正することができる。これにより、外乱が発生した場合であっても、歯打ち音を良好に低減することができる。

例えば、図８に示すように、時刻ｔ４に外乱（路面からの入力）によって第２歯車周速度Ｖ２が増加した場合には、その直後のモータトルク計画を作成する時刻ｔnowにおいて、外乱発生後の最新の相対速度Ｖnowを基準として期間Ｄ１，Ｄ２が算出される。このため、反転設定トルクＴｎを発生させる期間Ｄ１は、短くなるように更新設定される。つまり、反転設定トルクＴｎから戻し設定トルクＴｐに切り替えるタイミング（時刻ｔ５）は、当初計画よりも早められる。この結果、再当接時（時刻ｔ６）における相対速度Ｖをゼロにすることができる。尚、外乱の発生タイミング、あるいは、外乱の大きさによっては、再当接時における相対速度Ｖをゼロにできないケースもあるが、それであっても、相対速度Ｖをゼロに近づけることができ、カウンターギヤ機構５０における歯打ち音を低減することができる。

また、本実施形態においては、カウンタ−ギヤ機構５０の入力軸（モータ３０の出力軸３３）と出力軸５３とに回転角センサ８１，８２を備えているため、第１回転角センサ８１を用いて、カウンタ−ギヤ機構５０のバックラッシュの影響のないモータ３０の回転角を精度良く検出することができ、第２回転角センサ８２を用いて、カウンタ−ギヤ機構５０のバックラッシュの影響のない車輪１０の回転角を精度良く検出することができる。従って、モータ３０の位相制御および車輪速検出を精度良く行うことができる。

また、第１回転角センサ８１、第２回転角センサ８２の何れか一方が故障した場合には、歯打ち音低減制御ルーチンは実施できないものの、故障していない側の回転角センサを使ってモータ３０の駆動制御を継続することができる。

モータ３０を目標トルクＴ*に従って駆動制御するモータ駆動制御装置においては、目標トルクＴ*の方向が反転したときであっても、モータ３０で発生させるトルクを、その目標トルクＴ*に素早く追従させる必要がある。そのためには、カウンターギヤ機構５０の歯打ち音をできるだけ発生させないように、かつ、素早く第１方向当接状態から第２方向当接状態に切り替える必要がある。こうした要求に対して、本実施形態においては、反転設定トルクＴｎの大きさと戻し設定トルクＴｐの大きさとを等しくしているため、空転期間中における期間Ｄ１と期間Ｄ２とをほぼ同じ長さに設定することができ、しかも両期間Ｄ１，Ｄ２において、モータ３０の能力範囲内で大きなトルクを発生させることができる。このため、モータ３０の能力を有効に使って、カウンターギヤ機構５０の歯打ち音の低減と、モータトルクの追従性とを両立させることができる。

以上、本実施形態のモータ駆動制御装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、本実施形態においては、相対速度Ｖ（接近速度）がゼロになるタイミングで再当接するようにモータ３０の回転速度が制御されるが、必ずしも、相対速度Ｖがゼロになるタイミングを再当接の目標タイミングにする必要はなく、相対速度Ｖが予め設定した設定速度Ｖref（歯打ち音を低減できる速度）にまで低下した状態で再当接するように、モータ３０の回転速度を制御すればよい。例えば、期間Ｄ２の終了タイミングは、相対速度Ｖnowが設定速度Ｖref以下になったことが検出されたタイミングとすればよい。この場合、期間Ｄ２を、実施形態の期間Ｄ２よりもＶref／αだけ短く設定してもよい。この変形例であっても、減速機構４０の大型化、および、部品点数の増加を招くことなく、歯打ち音を低減することができる。

また、本実施形態においては、バックラッシュＢと現時点の相対速度Ｖnowに基づいて、モータトルク計画（期間Ｄ１，Ｄ２）を設定しているが、現時点の相対速度Ｖnowを用いずに、簡易的に、バックラッシュＢのみに基づいてモータトルク計画（期間Ｄ１，Ｄ２）を設定する構成であってもよい。例えば、モータＥＣＵ８０は、反転要求が出力されてモータトルクを反転してからバックラッシュＢが予め設定した第１設定バックラッシュＢref１（例えば、初期バックラッシュＢ０の１／２）になるまでの期間を反転設定トルクＴｎを発生させる期間Ｄ１に設定し、期間Ｄ１の終了からバックラッシュＢが予め設定した第２設定バックラッシュＢref2になるまでの期間を戻し設定トルクＴｐを発生させる期間Ｄ２に設定する構成であってもよい。この第２設定バックラッシュＢref2は、第１設定バックラッシュＢref1よりも小さく、且つ、ゼロより大きな量となるバックラッシュであって、空転期間中に相対速度Ｖを低下させて歯打ち音を低減できる量とすればよい。この変形例であっても、減速機構４０の大型化、および、部品点数の増加を招くことなく、歯打ち音を低減することができる。また、相対速度Ｖnowの演算が不要となるため、モータＥＣＵ８０の演算負荷を低減することができる。この場合、実施形態と同様に、反転設定トルクＴｎの大きさは、戻し設定トルクＴｐの大きさと等しくしておくとよい。

また、例えば、モータＥＣＵ８０は、モータトルクが反転してからバックラッシュＢが予め設定した第１設定バックラッシュＢref１（例えば、初期バックラッシュＢ０の１／２）以下になったことが検出されるまでの期間を期間Ｄ１に設定し、期間Ｄ１の終了から、相対速度Ｖnowが予め設定した設定速度Ｖref（歯打ち音を低減できる速度）以下になったことが検出されるまでの期間を期間Ｄ２に設定するようにしてもよい。

また、本実施形態においては、反転設定トルクＴｎ、および、戻し設定トルクＴｐは、予め定められた一定値であるが、少なくとも一方を可変にする構成であってもよい。例えば、戻し設定トルクＴｐが一定値の場合では、空転期間の後半（Ｂ＜Ｂ０／２）において、外乱によりバックラッシュＢが急減（相対速度Ｖが急増）した場合には、再当接時における相対速度Ｖをゼロにできないが、戻し設定トルクＴｐの大きさ（絶対値）を増加させることにより、相対速度Ｖをゼロにする、あるいは、よりゼロに近づけることができる。これは、戻し設定トルクＴｐの大きさを増加させると、相対速度Ｖの傾きαを大きくすることができるからである。

例えば、図３のステップＳ１５のモータトルクの計画時において、再当接時における予測相対速度Ｖがゼロにならない場合には、ゼロに近づくように戻し設定トルクＴｐを増加させればよい。この場合、戻し設定トルクＴｐの大きさと相対速度Ｖの傾きαの大きさとの関係を表す関係付けデータをモータＥＣＵ８０に記憶しておき、モータＥＣＵ８０が、再当接時における予測相対速度Ｖがゼロに最も近くなる戻し設定トルクＴｐの大きさを設定すればよい。

また、本実施形態においては、第２回転角センサ８２は、カウンターギヤ機構５０の出力軸５３の回転角を検出するように設けられているが、例えば、遊星歯車機構６０のバックラッシュがカウンターギヤ機構５０のバックラッシュに比べて無視できるほど小さい場合には、上記第２回転角センサ８２に代えて、遊星歯車機構６０の出力軸、つまり、アクスルハブ１１０の回転角を検出する第２回転角センサ８２’（図２に破線にて示す）を用いても良い。

１…車両、１０…車輪、１５…サスペンション、２０…モータユニット、３０…モータ、３３…出力軸、４０…減速機構、５０…カウンターギヤ機構、５１…第１歯車、５１ｔ，５２ｔ…歯、５２…第２歯車、５３…出力軸、６０…遊星歯車機構、８０…モータ制御用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、８１…第１回転角センサ、８２…第２回転角センサ、８３…操作状態検出装置、８４…運動状態検出装置、８５…モータドライバ、８６…バッテリ、Ａ…面積、Ｂ…バックラッシュ、Ｂ０…初期バックラッシュ、Ｄ１…第１期間、Ｄ２…第２期間、Ｔ*…目標トルク、Ｔｎ…反転設定トルク、Ｔｐ…戻し設定トルク、Ｖ１…第１歯車周速度、Ｖ２…第２歯車周速度、θ１…第１回転角、θ２…第２回転角。

Claims (6)

1. 車輪内にモータおよび減速機を備え、前記モータのトルクを前記減速機を介して車輪に伝達するインホイールモータ駆動方式の自動車に設けられ、前記モータを目標トルクに従って駆動制御するモータ駆動制御装置において、
   前記減速機における前記入力側歯車の歯と前記出力側歯車の歯との相対位置を検出する相対位置検出手段と、
   前記目標トルクの方向が第１方向から第２方向に反転したときに、前記モータの回転速度を低下させるとともに、前記入力側歯車と前記出力側歯車との間に存在するバックラッシュを前記入力側歯車が前記出力側歯車に対して前記第２方向に相対回転する空転期間の途中で、前記相対位置に基づいて決定されるタイミングで前記モータの回転速度を増加させることにより、前記入力側歯車の歯が前記出力側歯車の歯に向かって接近していく際の接近速度を低下させるモータ速度制御手段と
   を備えたモータ駆動制御装置。
2. 請求項１記載のモータ駆動制御装置において、前記モータ速度制御手段は、前記接近速度が予め設定した歯打ち音低減用設定速度にまで低下した状態で、前記入力側歯車の歯が前記出力側歯車の歯に当接するように前記モータの回転速度を制御する、モータ駆動制御装置。
3. 請求項１または２記載のモータ駆動制御装置において、
   前記モータ速度制御手段は、
   前記相対位置に基づいて、前記目標トルクの方向が第１方向から第２方向に反転したときから制動トルクを前記モータで発生させる第１期間と、前記第１期間の終了後であって前記第１方向の駆動トルクを前記モータで発生させる第２期間とを設定するトルク発生期間設定手段と、
   前記第２期間の終了時に、前記目標トルクに従って前記モータを駆動制御する制御形態である通常制御に戻す通常制御復帰手段と
   を備えたモータ駆動制御装置。
4. 請求項３記載のモータ駆動制御装置において、
   前記入力側歯車の歯と前記出力側歯車の歯との相対速度を検出する相対速度検出手段を備え、
   前記トルク発生期間設定手段は、前記相対位置検出手段により検出された相対位置と前記相対速度検出手段により検出された相対速度とに基づいて、前記第１期間と前記第２期間とを設定する、モータ駆動制御装置。
5. 請求項４記載のモータ駆動制御装置において、
   前記トルク発生期間設定手段は、前記入力側歯車の歯が前記出力側歯車の歯に当接するまでに必要とされる、前記入力側歯車の歯の前記出力側歯車の歯に対する相対移動量を表し、かつ、前記相対位置に基づいて求められる現時点バックラッシュと、現時点から前記入力側歯車の歯が前記出力側歯車の歯に当接するまでの前記入力側歯車の歯が前記出力側歯車の歯に向かって接近していく際の予測接近速度を時間で積分した積分値とが等しくなるように前記第１期間と前記第２期間とを設定する、モータ駆動制御装置。
6. 請求項３ないし請求項５の何れか一項記載のモータ駆動制御装置において、
   前記空転期間中にモータで発生させる制動トルクと第１方向の駆動トルクとは、その大きさが同一に設定された、モータ駆動制御装置。

Images