JP2015195698A

JP2015195698A - 車両の制御装置

Info

Publication number: JP2015195698A
Application number: JP2014203484A
Authority: JP
Inventors: 翔大野; Sho Ono; 洋一平川; Yoichi Hirakawa
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-10-01
Publication date: 2015-11-05

Abstract

【課題】車両のバネ下の前後方向の振動を抑制する車両の制御装置を提供する。【解決手段】車両の制御装置は、Ｓ２０２で車両の駆動源の第１のトルク指令値を設定し、この第１のトルク指令値に対して、Ｓ２０３で車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数成分を低減する処理を行い、車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数成分を低減する処理が行われた第２のトルク指令値を設定し、この指令値に基づいて、車両の駆動源のトルクを制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、車両の制御装置に関する。

従来、アクセル開度や車速などから算出される駆動モータの駆動トルク要求値に対して、車両のトルク伝達系の固有振動周波数成分を除去又は低減するフィルタリング処理を行って駆動トルク目標値を算出し、駆動モータのトルクが駆動トルク目標値に一致するように、駆動モータの電流を制御する電気自動車のモータ制御装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２００１−４５６１３号公報

ここで、バネ下の重量が重い車両、例えば、インホイールモータを搭載した車両では、加速時に駆動輪のばね下の前後方向の振動が発生しやすい。しかしながら、特許文献１に記載のモータ制御装置は、駆動軸の捻り振動の抑制を目的とするものであるため、バネ下の前後方向の振動を抑制することができない。

本発明は、車両のバネ下の前後方向の振動を抑制する技術を提供することを目的とする。

本発明による車両の制御装置は、車両の制御装置は、車両の駆動源のトルク指令値に対して、車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数成分を低減する処理を行い、車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数成分を低減する処理が行われたトルク指令値に基づいて、車両の駆動源のトルクを制御する。

本発明によれば、車両のバネ下前後振動の発生を抑制することができる。

図１は、第１の実施形態における車両の制御装置を備えた電動車両の主要構成を示すブロック図である。図２は、電動モータコントローラによって行われるモータ電流制御の処理の流れを示すフローチャートである。図３は、アクセル開度−トルクテーブルの一例を示す図である。図４は、第１の実施形態における車両の制御装置において、第１のトルク指令値Ｔｍ₁ ^*を算出してから、モータ４Ｒの最終トルク指令値Ｔｍ_R2 ^*と、モータ４Ｌの最終トルク指令値Ｔｍ_L2 ^*とを算出する制御ブロックを示す図である。図５は、車両のバネ下前後振動系をモデル化した図である。図６は、車幅方向内方の下側から見たサスペンション装置の全体斜視図である。図７は、バネ下前後振動を抑制するフィルタ処理を行わない従来の制御装置の制御結果を示す図である。図８は、第１の実施形態における電動車両の制御装置の制御結果を示す図である。図９は、第２の実施形態における車両の制御装置において、第１のトルク指令値Ｔｍ１＊を算出してから、モータ４Ｒの最終トルク指令値ＴｍＲ２＊と、モータ４Ｌの最終トルク指令値ＴｍＬ２＊とを算出するブロック図である。図１０は、第２の実施形態の車両の制御装置におけるバネ下制振制御演算処理のＦＦ演算部のブロック図である。図１１は、図１０に示すＦＦ演算部のブロック図と等価な構成のブロック図である。図１２は、第２の実施形態の車両の制御装置におけるバネ下制振制御演算処理のＦＢ演算部のブロック図である。図１３は、ＦＦ演算部のブロック図と共に、図１２に示すＦＢ演算部のブロック図と等価な構成のブロック図を示す。図１４は、伝達関数Ｈ（ｓ）のフィルタ特性を示す図である。図１５は、ＦＦ演算部およびＦＢ演算部の別の構成を示すブロック図である。図１６は、バネ下前後振動を抑制するフィルタ処理を行わない従来の制御装置の制御結果を示す図である。図１７は、第２の実施形態における電動車両の制御装置の制御結果を示す図である。

以下では、本発明による車両の制御装置を電動車両に搭載した例を挙げて説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態における電動車両の制御装置を備えた電動車両の主要構成を示すブロック図である。電動車両は、車両の駆動源の一部または全部として電動モータを備え、電動モータの駆動力により走行可能な車両であって、例えば電気自動車であるが、電気自動車に限定されることはなく、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車であってもよい。

電動モータコントローラ２は、車速Ｖ、アクセル開度θ、電動モータ（三相交流モータ）４Ｒ、４Ｌの回転子位相α、電動モータ４の電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ等の車両状態を示す信号をデジタル信号として入力し、入力された信号に基づいて、電動モータ４Ｒ、４Ｌを制御するためのＰＷＭ信号を生成する。また、生成したＰＷＭ信号に応じてインバータ３の駆動信号を生成する。

インバータ３は、例えば、各相ごとに２対のスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳ−ＦＥＴ等のパワー半導体素子）を備え、駆動信号に応じてスイッチング素子をオン／オフすることにより、バッテリ１から供給される直流の電流を交流に変換し、電動モータ４Ｒに所望の電流を流す。

電動モータ４Ｒは、駆動輪９Ｒのホイール内に配置されたインホイールモータであり、インバータ３から供給される交流電流により駆動力を発生し、右側の駆動輪９Ｒに駆動力を伝達する。また、車両の走行時に駆動輪９Ｒに連れ回されて回転するときに、回生駆動力を発生させることで、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。この場合、インバータ３は、電動モータ４Ｒの回生運転時に発生する交流電流を直流電流に変換して、バッテリ１に供給する。

電流センサ７Ｒは、電動モータ４Ｒに流れる３相交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを検出する。ただし、３相交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの和は０であるため、任意の２相の電流を検出して、残りの１相の電流は演算により求めてもよい。

回転センサ６Ｒは、例えば、レゾルバやエンコーダであり、電動モータ４Ｒの回転子位相αを検出する。

インバータ３は、また、駆動信号に応じてスイッチング素子をオン／オフすることにより、バッテリ１から供給される直流の電流を交流に変換し、電動モータ４Ｌに所望の電流を流す。

電動モータ４Ｌは、駆動輪９Ｌのホイール内に配置されたインホイールモータであり、インバータ３から供給される交流電流により駆動力を発生し、左側の駆動輪９Ｌに駆動力を伝達する。また、車両の走行時に駆動輪９Ｌに連れ回されて回転するときに、回生駆動力を発生させることで、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。この場合、インバータ３は、電動モータ４Ｌの回生運転時に発生する交流電流を直流電流に変換して、バッテリ１に供給する。

電流センサ７Ｌは、電動モータ４Ｌに流れる３相交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを検出する。ただし、３相交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの和は０であるため、任意の２相の電流を検出して、残りの１相の電流は演算により求めてもよい。

回転センサ６Ｌは、例えば、レゾルバやエンコーダであり、電動モータ４Ｌの回転子位相αを検出する。

図２は、電動モータコントローラ２によって行われるモータ電流制御の処理の流れを示すフローチャートである。以下では、電動モータ４Ｒを対象とした説明を行うが、電動モータ４Ｌに対しても同じ処理を行う。ただし、ステップＳ２０２およびステップＳ２０３の処理は、電動モータ４Ｒ、４Ｌの両方に共通する同じ処理であるため、一方のモータを対象として処理を行った場合、他方のモータに対しては、算出済みの値を用いるようにしてもよい。

ステップＳ２０１では、車両状態を示す信号を入力する。ここでは、車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）、アクセル開度θ（％）、電動モータ４Ｒの回転子位相α（ｒａｄ）、電動モータ４Ｒの回転数Ｎｍ（ｒｐｍ）、電動モータ４Ｒに流れる三相交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ、バッテリ１とインバータ３間の直流電圧値Ｖｄｃ（Ｖ）を入力する。

車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）は、図示しない車速センサや、図示しない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する。または、左右のモータ回転速度の平均値にタイヤ動半径Ｒを乗算し、ファイナルギアのギア比で除算することにより車速ｖ（ｍ／ｓ）を求め、３６００／１０００を乗算することにより単位変換して、車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）を求める。

アクセル開度θ（％）は、図示しないアクセル開度センサから取得するか、図示しない車両コントローラ等の他のコントローラから通信にて取得する。

電動モータ４Ｒの回転子位相α（ｒａｄ）は、回転センサ６Ｒから取得する。電動モータ４Ｒの回転数Ｎｍ（ｒｐｍ）は、回転子の角速度ω（電気角）を電動モータ４Ｒの極対数で除算して、電動モータ４の機械的な角速度であるモータ回転速度ωｍ（ｒａｄ／ｓ）を求め、求めたモータ回転速度ωｍに６０／（２π）を乗算することによって求める。回転子の角速度ωは、回転子位相αを微分することによって求める。

電動モータ４Ｒに流れる電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ（Ａ）は、電流センサ７Ｒから取得する。

直流電圧値Ｖｄｃ（Ｖ）は、バッテリ１とインバータ３間の直流電源ラインに設けられた電圧センサ（不図示）、または、図示しないバッテリコントローラから送信される電源電圧値から求める。

ステップＳ２０２では、第１のトルク指令値Ｔｍ₁ ^*を設定する。具体的には、ステップＳ２０１で入力されたアクセル開度θおよび車速Ｖに基づいて、図３に示すアクセル開度−トルクテーブルを参照することにより、第１のトルク指令値Ｔｍ₁ ^*を設定する。

ステップＳ２０３では、ステップＳ２０２で算出された第１のトルク指令値Ｔｍ₁ ^*に対して、バネ下前後振動を抑制するフィルタ処理を施すことによって、第２のトルク指令値Ｔｍ₂ ^*を算出する。また、算出した第２のトルク指令値Ｔｍ₂ ^*を１／２倍することによって、モータ４Ｒの最終トルク指令値Ｔｍ_R2 ^*（＝Ｔｍ₂ ^*／２）と、モータ４Ｌの最終トルク指令値Ｔｍ_L2 ^*（＝Ｔｍ₂ ^*／２）とを算出する。第２のトルク指令値Ｔｍ₂ ^*の詳しい算出方法については後述する。

ステップＳ２０４では、ステップＳ２０３で算出したモータ４Ｒの最終トルク指令値Ｔｍ_R2 ^*、モータ回転速度ωｍおよび直流電圧値Ｖｄｃに基づいて、ｄ軸電流目標値ｉｄ^*、ｑ軸電流目標値ｉｑ^*を求める。例えば、トルク指令値、モータ回転速度、および直流電圧値と、ｄ軸電流目標値およびｑ軸電流目標値との関係を定めたテーブルを予め用意しておいて、このテーブルを参照することにより、ｄ軸電流目標値ｉｄ^*、ｑ軸電流目標値ｉｑ^*を求める。

ステップＳ２０５では、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑをそれぞれ、ステップＳ２０４で求めたｄ軸電流目標値ｉｄ^*およびｑ軸電流目標値ｉｑ^*と一致させるための電流制御を行う。このため、まず初めに、ステップＳ２０１で入力された三相交流電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗと、電動モータ４Ｒの回転子位相αとに基づいて、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑを求める。続いて、ｄ軸、ｑ軸電流指令値ｉｄ^*、ｉｑ^*と、ｄ軸、ｑ軸電流ｉｄ、ｉｑとの偏差から、ｄ軸、ｑ軸電圧指令値ｖｄ、ｖｑをそれぞれ算出する。なお、算出したｄ軸、ｑ軸電圧指令値ｖｄ、ｖｑに対して、ｄ−ｑ直交座標軸間の干渉電圧を相殺するために必要な非干渉電圧を加算するようにしてもよい。

次に、ｄ軸、ｑ軸電圧指令値ｖｄ、ｖｑと、電動モータ４Ｒの回転子位相αから、三相交流電圧指令値ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを求める。そして、求めた三相交流電圧指令値ｖｕ、ｖｖ、ｖｗと直流電圧値Ｖｄｃから、ＰＷＭ信号ｔｕ（％）、ｔｖ（％）、ｔｗ（％）を求める。このようにして求めたＰＷＭ信号ｔｕ、ｔｖ、ｔｗにより、インバータ３のスイッチング素子を開閉することによって、電動モータ４Ｒをトルク指令値で指示された所望のトルクで駆動することができる。

図４は、第１のトルク指令値Ｔｍ₁ ^*を算出してから、モータ４Ｒの最終トルク指令値Ｔｍ_R2 ^*（＝Ｔｍ₂ ^*／２）と、モータ４Ｌの最終トルク指令値Ｔｍ_L2 ^*（＝Ｔｍ₂ ^*／２）とを算出する制御ブロックを示す図である。フィルタ演算部４０１は、第１のトルク指令値Ｔｍ₁ ^*に対して、バネ下前後振動を抑制するフィルタ処理を施すことによって、第２のトルク指令値Ｔｍ₂ ^*を算出する。

乗算器４０２は、第２のトルク指令値Ｔｍ₂ ^*に１／２を乗算することによって、モータ４Ｒの最終トルク指令値Ｔｍ_R2 ^*を算出する。また、乗算器４０３は、第２のトルク指令値Ｔｍ₂ ^*に１／２を乗算することによって、モータ４Ｌの最終トルク指令値Ｔｍ_L2 ^*を算出する。

図２のステップＳ２０３で行うバネ下前後振動を抑制するフィルタリング処理（フィルタ演算部４０１で行われるフィルタリング処理）の詳細について説明する。

図５は、車両のバネ下前後振動系をモデル化した図であり、車両の運動方程式は、次式（１）〜（７）で表される。

ここで、式（１）〜（７）中の各パラメータは、以下に示す通りである。
Ｊ_m：モータイナーシャ
Ｊ_w：駆動軸のイナーシャ（１軸分）
Ｍ：車両質量
ｍ：モータユニット質量（１軸分）
Ｋ_d：ドライブシャフトのねじり剛性
Ｋ_t：タイヤと路面の摩擦に関する係数
Ｋ_b：サスペンションの仮想的な車体支持部のねじり剛性
Ｎ_al：オーバーオールギア比
ｒ：タイヤ荷重半径
Ｒ：サスペンションの仮想的な車体支持部から出力軸までの長さ
ω_m：モータ角速度
ω_w：駆動輪角速度
ω_b：サスペンションねじれ角速度
Ｔ_m：モータトルク
Ｔ_d：駆動軸トルク
Ｆ：駆動力（１軸分）
Ｖ：車体速度
ｖ：モータユニット速度
図５に示すサスペンションの仮想的な車体支持部５１の位置は、車体へのサスペンションの取り付け点ではなく、サスペンションの構成やレイアウト、取り付け位置などによって決まる。

本実施形態では、車体のメインフレームに、井桁形状のサスペンションメンバ（サブフレーム）がインシュレータを介して取り付けられ、サスペンションメンバにアッパーアームおよびロアアームを介してインホイールモータを含むインホイールモータユニットが取り付けられている。

図６は、車幅方向内方の下側から見たサスペンション装置の全体斜視図である。図６では、サスペンションメンバを省略しているが、サスペンションメンバにアッパーアーム６１およびロアアーム６２を介してインホイールモータユニット６３が取り付けられている。上述したように、インホイールモータユニット６３は、駆動輪６０のホイール内に配置されている。ロアアーム６２と車体のメインフレームとの間には、図示しないコイルスプリングが設けられている。すなわち、バネ下の部材には、サスペンションメンバやインホイールモータユニット６３などが含まれる。

アッパーアームおよびロアアームはリンク部材であり、これらのリンク部材の連結部は、インシュレータを介してサスペンションメンバやインホイールモータユニット６３に連結されている。従って、車体のメインフレームとインホイールモータユニット６３との間の全てのインシュレータや、ロアアーム６２と車体との間のコイルスプリング（不図示）などによって、車体支持部５１のねじり剛性Ｋ_bが決まる。なお、図示しないショックアブソーバの取り付け方によっては、ショックアブソーバも車体支持部５１のねじり剛性Ｋ_bに影響を及ぼすことがあるため、その場合には、ショックアブソーバの要素も考慮して、車体支持部５１のねじり剛性Ｋ_bを求めてもよい。

なお、車両の加速時には、図５の車体支持部５１を回転中心としてインホイールモータユニット６３が揺動するため、バネ下の前後方向の振動とは、厳密には円弧状の軌跡で振動する。しかし、円弧の半径は実際にはかなり大きいため、本明細書では、バネ下前後振動と記載する。

式（１）〜式（７）をラプラス変換してトルク指令値Ｔ_mからモータ角速度ω_mまでの伝達特性（車両モデル）Ｇ_p（ｓ）を求めると、次式（８）、（９）で表される。ただし、式（９）中のパラメータα₀〜α₆、β₀〜β₅は、車両諸元によって求まる定数である。

式（９）を整理すると、次式（１０）のように書き換えることができる。ただし、ζ_p、ω_pはそれぞれ、バネ下前後振動系の減衰係数、固有振動周波数である。バネ下前後振動系の固有振動周波数ω_pは、サスペンションの仮想的な車体支持部のねじり剛性Ｋ_bによって決まる。サスペンションの仮想的な車体支持部のねじり剛性Ｋ_bは、車体に対するモータユニットの前後方向のねじり剛性である。具体的には、ねじり剛性Ｋ_bは、サスペンションメンバ（サブフレーム）の車体取り付け点の前後方向剛性、ロアサスペンションメンバ取り付け点の前後方向剛性、アッパーサスペンションメンバ取り付け点の前後方向剛性、およびサスペンションコイルスプリングの前後方向剛性をそれぞれ加味して求めてもよいし、実験的に求めてもよい。式（１０）中のＡ（ｓ）は４次の多項式、Ｂ（ｓ）は５次の多項式である。

次に、車両へのトルク入力に対するモータ回転速度の応答目標を示す理想モデルＧ_r（ｓ）と、車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数成分を除去するフィルタＧ_INV（ｓ）の導出について説明する。理想モデルＧ_r（ｓ）を次式（１１）で表すと、フィルタＧ_INV（ｓ）は、次式（１２）で表される。ただし、式（１１）、（１２）中のζ_r、ω_rはそれぞれ、理想モデルの減衰係数と固有振動周波数である。

すなわち、車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数成分を除去するフィルタＧ_INV（ｓ）は、車両のバネ下前後振動系の伝達特性の逆特性を含む伝達特性を有するフィルタである。

本実施形態における電動車両の制御装置の制御結果を、バネ下前後振動を抑制するフィルタ処理を行わない従来の制御装置の制御結果と比較しながら説明する。

図７は、バネ下前後振動を抑制するフィルタ処理を行わない従来の制御装置の制御結果を示す図である。図７では上から順に、トルク指令値、車両の加速度、モータ回転数を示している。

時刻Ｔ１でドライバがアクセルペダルをステップ的に踏み込み、トルク指令値が急激に大きくなった場合、駆動力に起因するバネ下前後振動が発生し、車両加速度およびモータ回転数に振動が発生している。

図８は、第１の実施形態における電動車両の制御装置の制御結果を示す図である。図８では上から順に、トルク指令値、車両の加速度、モータ回転数を示している。

時刻Ｔ１でドライバがアクセルペダルをステップ的に踏み込むと、トルク指令値が急激に大きくなる。本実施形態における電動車両の制御装置では、アクセル開度θおよび車速Ｖに基づいて算出される第１のトルク指令値Ｔｍ₁ ^*に対して、バネ下前後振動を抑制するフィルタ処理を施すことによって、第２のトルク指令値Ｔｍ₂ ^*を算出するので、車両加速度およびモータ回転数の振動が抑制されている。これにより、高レスポンスかつショックの少ない滑らかな車両応答を得ることができる。

以上、第１の実施形態における電動車両の制御装置によれば、車両の駆動源のトルク指令値に対して、車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数成分を低減する処理を行い、車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数成分を低減する処理が行われたトルク指令値に基づいて、車両の駆動源のトルクを制御する。これにより、車両のバネ下前後振動の発生を抑制することができる。

駆動源が車輪のホイール内に設けられたインホイールモータである車両の場合、バネ下の重量が重いため、加速時に駆動輪のばね下の前後方向の振動が発生しやすい。しかしながら、第１の実施形態における電動車両の制御装置を適用することにより、車両のバネ下前後振動の発生を効果的に抑制することができる。

また、第１の実施形態における電動車両の制御装置によれば、トルク指令値に対して、車両のバネ下前後振動系の伝達特性の逆特性を含む伝達特性を有するフィルタを用いたフィルタ処理を施すので、車両のバネ下前後振動の発生を効果的に抑制することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態の車両の制御装置は、これまで説明した第１の実施形態とは、バネ下前後振動を抑制するフィルタリング処理（図２のステップＳ２０３参照）の内容が異なる。以下では、特にこの点について、図面等を参照しながら詳細を説明する。

図９は、第１のトルク目標値Ｔｍ₁ ^*を算出してから、モータ４Ｒの最終トルク指令値Ｔｍ_R2 ^*（＝Ｔｍ₂ ^*／２）と、モータ４Ｌの最終トルク指令値Ｔｍ_L2 ^*（＝Ｔｍ₂ ^*／２）とを算出するバネ下制振制御演算部（９００Ｒ、９００Ｌ）のブロック図である。バネ下制振制御演算部は、第１のトルク指令値Ｔ_m1 ^*に対して、バネ下前後振動を抑制するフィルタ処理を施すことによって、第２のトルク指令値Ｔｍ₂ ^*を算出する。

乗算器９０１Ｒは、第１のトルク指令値Ｔｍ₁ ^*に１／２を乗算することにより、電動モータ４Ｒのトルク指令値Ｔｍ_R1 ^*を算出して、算出した値をフィードフォワード演算部９０２Ｒ（以下、ＦＦ演算部９０２Ｒと呼ぶ）に出力する。乗算器９０１Ｌは、第１のトルク指令値Ｔｍ₁ ^*に１／２を乗算することにより、電動モータ４Ｌのトルク指令値Ｔｍ_L1 ^*を算出して、算出した値をフィードフォワード演算部９０２Ｌ（以下、ＦＦ演算部９０２Ｌと呼ぶ）に出力する。

バネ下制振制御演算部９００Ｒは、ＦＦ演算部９０２Ｒと、フィードバック演算部９０３Ｒ（以下、ＦＢ演算部９０３Ｒと呼ぶ）とを備え、電動モータ４Ｒのトルク指令値Ｔｍ_R1 ^*を入力して、図２のステップＳ２０３の処理、すなわち、バネ下前後振動を抑制するバネ下制振制御演算処理を行う。また、バネ下制振制御処理部９００Ｌは、ＦＦ演算部９０２Ｌと、フォードバック演算部９０３Ｌ（以下、ＦＢ演算部９０３Ｌと呼ぶ）とを備え、電動モータ４Ｌのトルク指令値Ｔｍ_L1 ^*を入力して、バネ下前後振動を抑制するバネ下制振制御演算処理を行う。

以下では、ＦＦ演算部９０２Ｒで行われる処理内容について説明する。

ここで、再び図５を参照して、本実施形態においての車両の運動方程式を、次式（１３）〜（１９）により表す。なお、第１の実施形態において用いた車両の運動方程式（数式１〜７）と異なる数式だけではなく、重複する数式も以下に同時に記載する。

ここで、式（１３）〜（２０）中の各パラメータは、以下に示す通りである。
Ｊ_m：モータイナーシャ
Ｊ_w：駆動軸のイナーシャ（１軸分）
Ｍ：車両質量
ｍ：モータユニット質量（１軸分）
Ｋ_d：ドライブシャフトのねじり剛性
Ｋ_t：タイヤと路面の摩擦に関する係数
Ｋ_b：サスペンションの仮想的な車体支持部のねじり剛性
Ｎ_al：オーバーオールギア比
ｒ：タイヤ荷重半径
Ｒ：サスペンションの仮想的な車体支持部から出力軸までの長さ
ω_m：モータ角速度
ω_w：駆動輪角速度
ω_b：サスペンションねじれ角速度
Ｔ_m：モータトルク
Ｔ_d：駆動軸トルク
Ｆ：駆動力（１軸分）
Ｖ：車体速度
ｖ：モータユニット速度
θ_d：出力軸ねじり角
ただし、式（１７）中のＳｔ（θ）は出力軸ねじり角θ_dの上限および下限を制限する飽和関数であり、次式（２１）で定義される。

ただし、式（２１）中のθ_BLは、電動モータから出力軸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。

式（１３）〜式（１９）をラプラス変換してトルク指令値Ｔｍから出力軸ねじり角θ_dまでの伝達特性を求めると次式（２２）となる。ただし、式（２２）中のＧ_d（ｓ）、Ｆ（ｓ）は、それぞれ式（２３）、（２４）で表される。また、式（２３）、（２４）中の各項の定数α₀〜α₅、ｃ₀〜ｃ₃、ｄ₀〜ｄ₃は、車両緒元によって求まる定数である。

式（２３）、（２４）からバネ下前後振動系のダイナミクス（力学特性）を抽出すると、次式（２５）、（２６）のように表すことができる。

ただし、式（２５）中の、ζ_pはバネ下前後振動系の減衰係数、ω_pはバネ下前後振動系の固有振動周波数であり、ｋ_dsは車両緒元によって求まる定数である。また、バネ下前後振動系の固有振動数ω_pは、サスペンションの仮想的な車体支持部のねじり剛性によって決まるパラメータである。サスペンションの仮想的な車体支持部のねじり剛性は、サスペンションサブフレーム車体取り付け点の前後方向剛性、ロアサスペンションメンバ取り付け点の前後方向剛性、及びアッパーサスペンションメンバ取り付け点の前後方向剛性をそれぞれ加味して求めてもよいし、実験的に求めてもよい。

出力軸トルクは、式（１７）、（２２）より、次式（２７）と表すことができる。

ここで、出力軸トルクの規範応答は、次式（２８）、（２９）と表される。

ただし、式（２９）中のζ_r、ω_rはそれぞれ、理想モデルの、バネ下前後振動系の減衰係数、バネ下前後振動系の固有振動周波数である。

Ｔ_d＝Ｔ_drとなるようなトルク指令値を求めると、次式（３０）、（３１）となる。

したがって、バネ下制振制御演算部ＲのＦＦ演算部９０２Ｒは、図１０に示すように、車両のバネ下前後振動系の固有振動数周波数ω_pを除去、または低減するフィルタＧ_INV（ｓ）（６０１）と、出力軸トルクの不感帯特性を補償する出力軸トルクの線形伝達特性Ｇ_d（ｓ）（６０２）と、Ｆ（ｓ）（６０４）と、飽和関数６０３により構成することができる。

また、式（２２）に、式（３０）を代入すると、次式（３２）と等価交換することができる。

したがって、バネ下制振制御演算部ＲのＦＦ演算部９０２Ｒは、図１１に示すように、車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数ω_pを除去または低減するフィルタＧ_INV（ｓ）（７０１）と、出力軸トルクの不感帯特性を補償する出力軸トルクの理想線形伝達特性Ｇ_p（ｓ）（７０２）と、Ｆ（ｓ）（７０４）と、飽和関数７０３により構成してもよい。

なお、ＦＦ演算器９０２Ｌも同様の構成である。

次に、バネ下制振制御演算部９００ＲのＦＢ演算部９０３Ｒについて、図１２を参照して説明する。

図１２は、ＦＢ演算部９０３Ｒのブロック図である。Ｇ_p（ｓ）（８０１）は、車両へのモータトルク入力に対するモータ回転速度の伝達特性を示すプラントモデルであり、Ｇ_ps（ｓ）（８０２）は、モータ回転速度のバックラッシュ補償分を算出する伝達関数である。ＦＢ演算部９０３Ｒは、バネ下制振制御後のトルク指令値Ｔｍ_R2 ^*と、ＦＦ補償器出力ＦＦ_outRを入力として、線形プラントモデルＧ_p（ｓ）（８０１）、フィルタＧ_d（ｓ）（８０３）、フィルタＦ（ｓ）（８０４）、飽和関数８０６、および伝達特性Ｇ_ps（ｓ）（８０２）より、モータ回転速度推定値ω_m^を演算する。さらに、算出したモータ回転速度推定値ω_m^と実モータ回転速度ω_mの差分を入力として伝達関数Ｈ（ｓ）／Ｇ_p（ｓ）（８０５）よりＦＢ補償器出力ＦＢ_outRを演算する。なお、上記の伝達関数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ている。

また、図１３のＦＢ演算部９０３Ｒの等価ブロック図に示すように、ＦＦ演算部９０２Ｒで算出した出力軸ねじり角のリミット値Ｓｔ(θ_d)を、伝達関数Ｇ_ps（ｓ）の入力としてもよい。

続いて、以下では、車両へのモータトルク入力に対するモータ回転速度の伝達特性を示すプラントモデルＧ_p（ｓ）、モータ回転速度のバックラッシュ補償分を算出する伝達関数Ｇ_ps（ｓ）の詳細について説明する。

式（１３）〜（２０）をラプラス変換して、トルク指令値からモータ回転速度までの伝達特性を求めると、次式（３３）〜（３５）となる。

ただし、式（３４）、（３５）中の各項のα₀〜α₅、ｃ₁〜ｃ₄、ｂ₀〜ｂ₅は、車両緒元によって求まる定数である。

式（３４）、（３５）からバネ下前後振動系のダイナミクスを抽出すると次式（３６）、（３７）となる。

ただし、式（３６）中のｋ_p、式（３７）中のｋ_psは、車両緒元によって求まる定数である。

続いて、伝達関数Ｈ（ｓ）の詳細について説明する。伝達関数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。この際、バンドパスフィルタを図１４に示すような周波数特性に設定すると、最も大きな効果を得ることができる。すなわち、伝達関数Ｈ（ｓ）は、ローパス側とハイパス側の減衰特性とが略一致し、かつ、バネ下前後振動周波数が、対数軸（logスケール）上において通過帯域の中央部近傍となるように設定する。そして、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、周波数ｆｐをバネ下前後振動周波数とし、ｋを任意の値として次式（３８）のように構成する。

ただし、式（３８）において、各変数は次式（３９）〜（４２）で表される。

また、式（１３）、（１７）、（２０）よりモータ回転速度を演算することもできる。したがって、図１５に示すように、ＦＦ演算部９０２Ｒで演算したモータ回転速度規範応答ω_rと、ＦＢ補償器出力ＦＢ_outRを線形プラントモデルＧ_p（ｓ）に入力して算出したモータ回転速度補償値とを加算して、モータ回転速度推定値ω_m^を算出する構成としてもよい。

なお、ＦＢ演算部９０３Ｌも同様の構成である。

図１６は、バネ下前後振動を抑制するフィルタ処理を行わない従来の制御装置の制御結果を示す図である。図１６では上から順に、トルク指令値、車両の加速度、モータ回転数を示している。

図１７は、第２の実施形態における電動車両の制御装置の制御結果を示す図である。図１７では上から順に、トルク指令値、車両の加速度、モータ回転数を示している。

以上、第２の実施形態における電動車両の制御装置によれば、車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数を低減する処理を行うバネ下制振制御演算部（９００Ｒ、９００Ｌ）は、車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数を低減するフィルタＧ_INV（６０１）と、出力軸トルクの不感帯特性を補償する際に算出される出力軸トルクの線形伝達関数Ｇ_d（ｓ）（６０２）、Ｆ（ｓ）（６０４）と、出力軸トルクの不感帯特性を補償する際に算出される出力軸ねじり角の上限および下限を制限する飽和関数（６０３）とを備える。これにより、トルク伝達系に不感帯が存在する場合でも、車両のバネ下の前後方向における振動を低減することができる。

また、出力軸トルクの線形伝達関数Ｇ_d（ｓ）（６０２）、Ｆ（ｓ）（６０４）は、出力軸ねじり角のダイナミクスからバネ下前後振動系のダイナミクスを抽出した特性であるので、出力軸トルクの不感帯特性を効果的に補償することができる。

また、飽和関数（６０３）の上限および下限は、駆動軸から出力軸までに存在するギアのバックラッシュ量に基づいて設定するので、出力軸トルクの不感帯幅を的確に設定して、出力軸トルクの不感帯特性を効果的に補償することができる。

また、車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数は、サスペンションの駆動源支持部の剛性に基づいて決定するので、車両のバネ下の前後方向における振動の固有振動周波数成分を効果的に低減することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されることはない。例えば、上述した実施形態では、本発明による車両の制御装置を電動車両に適用した例を挙げて説明したが、内燃機関のみを駆動源とする車両にも適用することができる。

図２のステップＳ２０２では、車速Ｖおよびアクセル開度θに基づいて、第１のトルク指令値Ｔｍ₁ ^*を設定したが、第１のトルク指令値Ｔｍ₁ ^*の設定方法は、この方法に限定されることはない。

２…電動モータコントローラ（トルク指令値設定手段、振動低減手段、トルク制御手段）
３…インバータ
４Ｒ、４Ｌ…モータ

Claims

車両の駆動源のトルク指令値を設定するトルク指令値設定手段と、
前記トルク指令値に対して、車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数成分を低減する処理を行う振動低減手段と、
前記車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数成分を低減する処理が行われたトルク指令値に基づいて、前記車両の駆動源のトルクを制御するトルク制御手段と、
を備えることを特徴とする車両の制御装置。
請求項１に記載の車両の制御装置において、
前記振動低減手段は、前記トルク指令値に対して、車両のバネ下前後振動系の伝達特性の逆特性を含む伝達特性を有するフィルタを用いたフィルタ処理を施す、
ことを特徴とする車両の制御装置。
請求項１に記載の車両の制御装置において、
前記振動低減手段は、車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数を低減するフィルタと、
出力軸トルクの不感帯特性を補償する出力軸トルクの線形伝達関数と、
前記出力軸トルクの不感帯特性を補償する際に算出される出力軸ねじり角の上限および下限を制限する飽和関数と、を備える、
ことを特徴とする車両の制御装置。
請求項３に記載の車両の制御装置において、
前記出力軸トルクの線形伝達関数は、出力軸ねじり角のダイナミクスからバネ下前後振動系のダイナミクスを抽出した特性とする、
ことを特徴とする車両の制御装置。
請求項３または４に記載の車両の制御装置において、
前記飽和関数の上限および下限は、前記駆動源から出力軸までに存在するギアのバックラッシュ量に基づいて設定する、
ことを特徴とする車両の制御装置。
請求項１から５のいずれか一項に記載の車両の制御装置において、
前記車両のバネ下前後振動系の固有振動周波数は、サスペンション車体支持部の剛性に基づいて求める、
ことを特徴とする車両の制御装置。
請求項１から６のいずれか一項に記載の車両の制御装置において、
前記車両の駆動源は、車輪のホイール内に設けられたインホイールモータである、
ことを特徴とする車両の制御装置。