JP2017175853A - 電動車両の制御方法、及び、電動車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のコントローラを用いて停止制御を実行する場合でも、各コントローラ間の通信遅れの影響による外乱抑止効果の低減を抑止することができる技術を提供することを目的とする。【解決手段】ドライバによるアクセル操作量に応じてトルク指令値を算出する車両制御コントローラと、当該トルク指令値に基づいてモータを制御するモータコントローラとを備えた電動車両の制御方法であって、電動車両が停車間際になると、モータ回転速度または速度パラメータの低下とともにトルク指令値を外乱トルクに収束させる停止制御が実行されているか否かを判定する停止制御判定ステップと、を含み、停止制御判定ステップにおいて停止制御が実行されていると判定された場合は、モータコントローラにおいて、停止制御が実行されていないと判定された場合よりもフィードバック制御系が有するフィードバックゲインを大きくする。【選択図】図１

Description

本発明は、電動車両の制御方法、及び、電動車両の制御装置に関する。

従来、モータ回転速度検出手段とトルク指令値算出手段とを有し、モータ回転速度の検出値の低下とともにトルク指令値を調整し、モータトルクを概ね勾配抵抗となる外乱トルク推定値に収束させる停止制御を実行する電動車両の制御装置が知られている（特許文献１参照）。当該電動車両の制御装置は、停止制御と、駆動力伝達系のねじり振動を抑制する制振制御とを併用して実行することで、平坦路、登坂路、降坂路によらず、加速度振動の無い滑らかな減速を停車間際で実現し、なおかつ停車状態を保持することができる。

特開２０１５−１３３７９９号公報

ところで、上述した停止制御では、モータ回転速度検出値のフィードバック制御系を構成することにより、外乱の影響によりモータ回転速度検出値に振動が発生した場合でも、当該振動を抑制するようにトルク指令値を算出することで、駆動力伝達系に生じる外乱の影響を抑止している。

しかしながら、モータ回転速度検出とトルク指令値算出とがそれぞれ異なるコントローラによって実行される場合、各コントローラ間の通信遅れの影響によって、上記フィードバック制御系を介してトルク指令値算出手段が取得する振動の位相にずれが生じてしまう。このため、モータ回転速度フィードバック制御系を用いてトルク指令値を算出することによる外乱抑止効果が低減されてしまい、例えば、登坂路における停止制御中にギヤバックラッシュを跨ぐ場面で加速度ショックが発生する恐れがある。

本発明は、複数のコントローラを用いて停止制御を実行する場合でも、各コントローラ間の通信遅れの影響による外乱抑止効果の低減を抑止することができる技術を提供することを目的とする。

本発明による電動車両の制御方法は、ドライバによるアクセル操作量に応じてトルク指令値を算出する車両制御コントローラと、当該トルク指令値に基づいてモータを制御するモータコントローラとを備えた電動車両の制御方法であって、モータ回転速度または当該モータ回転速度に比例する速度パラメータを検出する速度パラメータ検出ステップと、モータに作用する外乱トルクを推定する外乱トルク推定ステップと、車両制御コントローラが算出したトルク指令値をモータコントローラの入力とし、当該トルク指令値に対してモータ回転速度または速度パラメータをフィードバックするフィードバック制御系を用いて電動車両の駆動力伝達系に生じるねじり振動を抑制する制振制御を施した最終トルク指令値を算出する制振制御ステップと、最終トルク指令値に従って、モータを制御するモータ制御ステップと、電動車両が停車間際になると、モータ回転速度または速度パラメータの低下とともにトルク指令値を外乱トルクに収束させる停止制御が実行されているか否かを判定する停止制御判定ステップと、を含む。そして、停止制御判定ステップにおいて停止制御が実行されていると判定された場合は、モータコントローラにおいて、停止制御が実行されていないと判定された場合よりもフィードバック制御系が有するフィードバックゲインを大きくする。

本発明によれば、車両が停止制御中の場合にのみ、停止制御において併用される制振制御のフィードバックゲインを大きくすることにより、制振制御に係るモータ回転速度フィードバックの応答を速めることができるので、停止制御中における外乱抑止効果を向上させることができる。

図１は、第１実施形態に係る電動車両の制御装置を備えた電気自動車の主要構成を示すブロック図である。 図２は、第１実施形態に係る電動車両の制御装置によって実行される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、車両の駆動力伝達系を説明するための図である。 図５は、停止制御処理を説明するためのブロック図である。 図６は、図５で示したモータ回転速度Ｆ／Ｂトルク設定器の詳細を説明するための図である。 図７は、図５で示した外乱トルク推定値器の詳細を説明するための図である。 図８は、制振制御処理を説明するためのブロック図である。 図９は、バンドパスフィルタＨ₂（ｓ）の周波数特性を説明するための図である。 図１０は、第１実施形態の電動車両の制御装置による制御結果を説明するための図である。 図１１は、第２実施形態に係る電動車両の制御装置において用いられる、制振制御フィードバックゲイン−モータ回転速度テーブルの一例である。 図１２は、第２実施形態に係る電動車両の制御装置において用いられる、外乱トルク推定値−モータ回転速度閾値テーブルの一例である。

図１は、一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。電動車両とは、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自動車のことであり、電気自動車や、ハイブリッド自動車が含まれる。

モータコントローラ２は、電動モータ４（以下、単にモータ４と称する）を制御するコントローラである。モータコントローラ２には、車速Ｖ、モータ４の回転子位相α、駆動輪９ａ、９ｂの駆動輪角速度、モータ４の電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ等の車両状態を示す信号、および、後述する車両制御コントローラ１０によって算出されるトルク指令値がデジタル信号として入力される。モータコントローラ２は、入力された信号に基づいてモータ４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。

車両制御コントローラ１０は、車両の駆動力を制御するコントローラである。車両制御コントローラ１０には、アクセル開度θ、および、モータコントローラ２によって検出されるモータ回転速度ωｍがＣＡＮ等の通信手段を介して入力される。車両制御コントローラ１０は、入力された信号に基づいてモータ４に所望のトルクを発生させるためのトルク指令値を算出する。算出したトルク指令値は、ＣＡＮ等の通信手段を介してモータコントローラ２へ出力される。

インバータ３は、相ごとに備えられた２個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、モータ４に所望の電流を流す。

モータ（三相交流モータ）４は、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、減速機５および駆動軸８を介して、左右の駆動輪９ａ、９ｂに駆動力を伝達する。また、モータ４は、車両の走行時に駆動輪９ａ、９ｂ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、モータ４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７は、モータ４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６は、例えば、レゾルバやエンコーダであり、モータ４の回転子位相αを検出する。

図２は、モータコントローラ２、または、車両制御コントローラ１０によって行われる処理の流れを示すフローチャートである。ステップＳ２０１からステップＳ２０６に係る処理は、車両システムが起動している間、一定間隔で常時実行される。

ステップＳ２０１では、車両状態を示す信号がモータコントローラ２、または、車両制御コントローラ１０に入力される。ここでは、アクセル開度θ（%）が車両制御コントローラ１０に入力され、モータ４の回転子位相α（ｒａｄ）、駆動輪９ａ、９ｂの駆動輪回転角度（ｒａｄ）、モータ４の回転速度Ｎｍ（ｒｐｍ）、モータ４に流れる三相交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ、および、バッテリ１の直流電圧値Ｖｄｃ（Ｖ）がモータコントローラ２に入力される。

車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）は、図示しない車速センサや、他のコントローラより通信にて取得される。または、モータコントローラ２は、回転子機械角速度ωｍにタイヤ動半径ｒを乗算し、ファイナルギヤのギヤ比で除算することにより車速ｖ（ｍ／ｓ）を求め、３６００／１０００を乗算することで単位変換して、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されるか、他のコントローラから通信にて取得される。

モータ４の回転子位相α（ｒａｄ）は、回転センサ６から取得される。モータ４の回転速度Ｎｍ（ｒｐｍ）は、回転子角速度ω（電気角）をモータの極対数ｐで除算して、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られる。回転子角速度ωは、回転子位相αを微分することによって求められる。

モータ４に流れる電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ（Ａ）は、電流センサ７から取得される。

直流電圧値Ｖ_dc（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）により検出する。なお、直流電圧値Ｖ_dc（Ｖ）は、バッテリコントローラ（不図示）から送信される信号により検出するようにしてもよい。

ステップＳ２０２では、車両制御コントローラ１０が、基本目標トルクとしての第１のトルク目標値Ｔｍ１^*を算出する。具体的には、車両制御コントローラ１０は、ステップＳ２０１で入力されたアクセル開度θとモータ回転速度ωｍとに基づいて、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のトルク目標値Ｔｍ１^*を算出する。ただし、アクセル開度−トルクテーブルは一例であり、図３に示すものに限定されるものではない。

ステップＳ２０３では、モータコントローラ２、および、車両制御コントローラ１０が停止制御処理を行う。具体的には、モータコントローラ２がモータ回転速度を検出し、検出したモータ回転速度を車両制御コントローラ１０に送信する。車両制御コントローラ１０は、車両が停車間際か否かを判定し、停車間際でない場合は、ステップＳ２０２で算出した第１のトルク目標値Ｔｍ１^*を第３のトルク目標値Ｔｍ３^*に設定し、停車間際の場合は、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*を第３のトルク目標値Ｔｍ３^*に設定する。この第２のトルク目標値Ｔｍ２^*は、モータコントローラ２から取得されるモータ回転速度の低下とともに外乱トルク指令値Ｔｄに収束するものであって、登坂路では正トルク、降坂路では負トルク、平坦路では概ねゼロである。算出された第３のトルク目標値Ｔｍ３^*は、ＣＡＮ等の通信手段を介してモータコントローラ２へ送信され、モータ４に所望のトルクを発生させるトルク指令値として設定される。これにより、路面の勾配に関わらず、停車状態を維持することができる。停止制御処理の詳細は、後述する。

ステップＳ２０４では、モータコントローラ２が制振制御処理を行う。具体的には、ステップＳ２０３で設定された第３のトルク目標値Ｔｍ３^*と、モータ回転速度ωｍとに基づいて、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８のねじり振動など）を抑制する最終トルク指令値としての第６のトルク目標値Ｔｍ６^*を設定する。第６のトルク目標値Ｔｍ６^*を設定する制振制御演算処理の詳細については、後述する。

ステップＳ２０５では、モータコントローラ２が、ステップＳ２０４で算出した第６のトルク目標値Ｔｍ６^*、モータ回転速度ωｍ、および、直流電圧値Ｖ_dc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、モータトルク指令値、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Ｓ２０６では、モータコントローラ２が、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑをそれぞれ、ステップＳ２０５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、モータ４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、モータ４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Ｖ_dc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、モータ４をトルク指令値で指示された所望のトルクで駆動させることができる。

以下、一実施形態の電動車両の制御装置において、ステップＳ２０３で実行される停止制御処理の詳細について説明する。

＜停止制御＞
まず、本実施形態における電動車両の制御装置の、モータトルクＴｍからモータ回転速度ωｍまでの伝達特性Ｇ_p（ｓ）について説明する。なお、この伝達特性Ｇｐ（ｓ）は、外乱トルクの推定も含めた停止制御処理において、車両の駆動力伝達系をモデル化した車両モデルとして用いられる。

図４は、車両の駆動力伝達系をモデル化した図であり、同図における各パラメータは、以下に示すとおりである。
Ｊ_m：モータのイナーシャ
Ｊ_w：駆動輪のイナーシャ
Ｍ：車両の重量
Ｋ_d：駆動系のねじり剛性
Ｋ_t：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：タイヤの荷重半径
ω_m：モータ回転速度
Ｔ_m ^*：モータトルク指令値
Ｔ_d：駆動輪のトルク
Ｆ：車両に加えられる力
Ｖ：車両の速度
ω_w：駆動輪の角速度
そして、図４より、以下の運動方程式を導くことができる。

式（１）〜（５）で示す運動方程式に基づいて、モータトルクＴｍからモータ回転速度ωｍまでの伝達特性Ｇｐ（ｓ）を求めると、次式（６）で表される。

ただし、式（６）中のａ₃、ａ₂、ａ₁、ａ0、ｂ₃、ｂ₂、ｂ₁、ｂ₀は、次式（７）で表される。

式（６）に示す伝達関数の極と零点を調べると、次式（８）で示す伝達関数に近似することができ、１つの極と１つの零点は極めて近い値を示す。これは、次式（８）のαとβが極めて近い値を示すことに相当する。

従って、式（８）における極零相殺（α＝βと近似する）を行うことにより、次式（９）に示すように、Ｇｐ（ｓ）は、（２次）／（３次）の伝達特性を構成する。

また、本実施形態に係る停止制御は、続くステップＳ２０４の制振制御（フィードフォワード補償器）を併用するので、車両モデルＧｐ（ｓ）は、Ｇｐ（ｓ）と制振制御のアルゴリズムにより、次式（１０）で示すとおり、制振制御を適用した場合の車両応答Ｇｒ（ｓ）と見なすことができる。

続いて、図５〜７を参照して、停止制御処理の詳細について説明する。

図５は、停止制御処理を実現するためのブロック図である。停止制御処理は、車両制御コントローラ１０が備えるモータ回転速度Ｆ／Ｂトルク設定器５０１と、外乱トルク推定器５０２と、加算器５０３と、トルク比較器５０４とを用いて、モータコントローラ２から送信されるモータ回転速度ωｍに基づいて行われる。以下、それぞれの構成について詳細を説明する。

モータ回転速度Ｆ／Ｂトルク設定器５０１は、モータコントローラ２から送信されるモータ回転速度ωｍに基づいて、モータ回転速度フィードバックトルク（以下、モータ回転速度Ｆ／Ｂトルクと呼ぶ）Ｔωを算出する。詳細は図６を用いて説明する。

図６は、モータ回転速度ωｍに基づいて、モータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωを算出する方法を説明するための図である。モータ回転速度Ｆ／Ｂトルク設定器５０１は、乗算器６０１を備え、モータ回転速度ωｍにゲインＫｖｒｅｆを乗算することにより、モータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωを算出する。ただし、Ｋｖｒｅｆは、電動車両の停止間際に電動車両を停止させるのに必要な負（マイナス）の値であり、例えば、実験データ等により適宜設定される。モータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωは、モータ回転速度ωｍが大きいほど、大きい制動力が得られるトルクとして設定される。

なお、モータ回転速度Ｆ／Ｂトルク設定器５０１は、モータ回転速度ωｍにゲインＫｖｒｅｆを乗算することによりモータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωを算出するものとして説明したが、モータ回転速度ωｍに対する回生トルクを定めた回生トルクテーブルや、モータ回転速度ωｍの減衰率を予め記憶した減衰率テーブル等を用いて、モータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωを算出してもよい。

図５に示す外乱トルク推定器５０２は、モータコントローラ２から送信されるモータ回転速度ωｍと、第３のトルク目標値Ｔｍ３^*とに基づいて、外乱トルク推定値Ｔ_dを算出する。外乱トルク推定器５０２の詳細は図７を用いて説明する。

図７は、モータ回転速度ωｍと、第３のトルク目標値Ｔｍ３^*とに基づいて、外乱トルク推定値Ｔ_dを算出する方法を説明するためのブロック図である。外乱トルク推定器５０２は、制御ブロック７０１と、制御ブロック７０２と、減算器７０３とを備える。

制御ブロック７０１は、Ｈ₁（ｓ）／Ｇｒ（ｓ）なる伝達特性を有するフィルタとしての機能を担っており、モータ回転速度ωｍに対してフィルタリング処理を施すことにより、第１のモータトルク推定値を算出する。Ｈ₁（ｓ）は、分母次数と分子次数との差分が、車両応答Ｇｒ（ｓ）（式（１０）参照）の分母次数と分子次数との差分以上となる伝達特性を有するローパスフィルタである。

制御ブロック７０２は、Ｈ₁（ｓ）なる伝達特性を有するローパスフィルタとしての機能を担っており、第３のトルク目標値Ｔｍ３^*に対してフィルタリング処理を行うことにより、第２のモータトルク推定値を算出する。

そして、減算器７０３によって、第１のモータトルク推定値と第２のモータトルク推定値との偏差が演算されることにより、車両に作用する外乱を表すパラメータである外乱トルク推定値Ｔｄが算出される。

なお、上記の通り算出される外乱トルク推定値Ｔｄは、図７に示す通り、外乱オブザーバにより推定されるものであるが、車両前後Ｇセンサ等の計測器を用いて推定されても良い。

ここで、車両に作用する外乱としては、空気抵抗、乗員数や積載量に起因する車両質量の変動によるモデル化誤差、タイヤの転がり抵抗、路面の勾配抵抗等が考えられるが、停車間際やイニシャルスタート時に支配的となる外乱要因は勾配抵抗である。外乱要因は運転条件により異なるが、外乱トルク推定器５０２は、モータトルク指令値Ｔｍ^*と、モータ回転速度ωｍと、制振制御を適用した場合の伝達特性Ｇｒ（ｓ）とに基づいて、外乱トルク推定値Ｔｄを算出するので、上述した外乱要因を一括して推定することができる。これにより、いかなる運転条件においても、減速からの滑らかな停車を実現することができる。

図５に示す加算器５０３は、モータ回転速度Ｆ／Ｂトルク設定器５０１によって算出されたモータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωと、外乱トルク推定器５０２によって算出された外乱トルク推定値Ｔｄとを加算することによって、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*を算出する。モータ回転速度ωｍが低下して０に近づくと、モータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωも０に近づくため、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*は、モータ回転速度ωｍの低下に応じて、外乱トルク推定値Ｔｄに収束していく。

トルク比較器５０４は、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*と第２のトルク目標値Ｔｍ２^*の大きさを比較し、値が大きい方のトルク目標値を第３のトルク目標値Ｔｍ３^*に設定する。車両の走行中、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*は第１のトルク目標値Ｔｍ１^*よりも小さく、車両が減速して停車間際（車速が所定車速以下）になると、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*よりも大きくなる。従って、トルク比較器５０４は、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*が第２のトルク目標値Ｔｍ２^*より大きければ、停車間際以前と判断して、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*を第３のトルク目標値Ｔｍ３^*として設定する。また、トルク比較器５０４は、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*が第１のトルク目標値Ｔｍ１^*より大きくなると、車両が停車間際と判断して、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*ではなく第２のトルク目標値Ｔｍ２^*を第３のトルク目標値Ｔｍ３^*として設定する。なお、停車状態を維持するため、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*は、登坂路では正トルク、降坂路では負トルク、平坦路では概ねゼロに収束する。

以上が停止制御処理の詳細である。このような処理を行うことにより、車両が走行している路面の勾配に関わらず、モータトルクのみで滑らかに停車し、停車状態を保持することができる。

＜制振制御＞
次に、上述の図２に係るステップＳ２０４で実行される制振制御処理の詳細について、図８を用いて説明する。以下に説明する制振制御処理は、モータコントローラ２で実行される。

図８は、本実施形態において用いる制振制御処理の詳細を説明するブロック図である。制振制御処理は、フィードフォワード補償器とフィードバック補償器とで構成される。フィードフォワード補償器８０１（以下、Ｆ／Ｆ補償器８０１という）は、上記式（１０）で示した車両応答Ｇｒ（ｓ）と、車両へのトルク入力とモータの回転速度の伝達特性のモデルＧｐ（ｓ）の逆系から構成されるＧｒ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）なる伝達特性を有するフィルタとしての機能を担っている。Ｆ／Ｆ補償器８０１は、第３のトルク目標値Ｔｍ３^*に対してフィルタリング処理を行うことにより、第４のトルク目標値Ｔｍ４^*を算出する。

制御ブロック８０２、８０３、および、ゲイン補償器８０４は、フィードバック補償器（以下、フィードバックのことをＦ／Ｂという）にて用いられるフィルタである。制御ブロック８０２は式（９）で表されるＧｐ（ｓ）なる伝達特性を有するフィルタであり、上述した第４のトルク目標値Ｔｍ４^*と、後述するゲイン補償器８０４からの出力である第５のトルク目標値Ｔｍ５^*とを加算した値に対してフィルタリング処理を施すことにより、モータ回転速度推定値を算出する。そして、減算器８０６において、制御ブロック８０２の出力であるモータ回転速度推定値から、検出したモータ回転速度ωｍが減算される。減算器８０６からの出力値は制御ブロック８０３に入力される。

制御ブロック８０３は、伝達特性Ｈ₂（ｓ）と、車両へのトルク入力とモータの回転速度の伝達特性のモデルＧｐ（ｓ）の逆系とから構成されるＨ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）なる伝達特性を有するフィルタであり、減算器８０６からの出力に対してフィルタリング処理を行う。当該フィルタリング処理が行われることで、モータ回転速度推定値とモータ回転速度ωｍとの偏差がトルク（Ｆ／Ｂ補償トルク）に換算される。当該トルク値は、車両に作用する外乱に相当する。Ｆ／Ｂ補償トルクは、ゲイン補償器８０４に出力される。

伝達特性Ｈ₂（ｓ）について説明する。Ｈ₂（ｓ）は、バンドパスフィルタとして構成された場合に、駆動力伝達系に生じる振動のみを低減するフィードバック要素となる。バンドパスフィルタを構成する伝達特性Ｈ₂（ｓ）の周波数特性は、図９で示すように設定されることで最も大きな制振効果を得ることができる。すなわち、伝達特性Ｈ₂（ｓ）は、周波数ｆ_LC以下のローパス側、および、周波数ｆ_Hc以上のハイパス側の減衰特性が略一致し、かつ、駆動軸のねじり共振周波数ｆ_p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。

例えば伝達特性Ｈ₂（ｓ）を一次のハイパスフィルタと一次のローパスフィルタとで構成する場合は、伝達特性Ｈ₂（ｓ）は、次式（１１）のように構成される。

ただし、τ_L＝１／（２πｆ_HC）、ｆ_HC＝ｋ・ｆ_p、τ_H＝１／（２πｆ_LC）、ｆ_LC＝ｆ_p／ｋである。また、周波数ｆ_pは駆動系のねじり共振周波数とし、ｋはバンドパスを構成する任意の値とする。

ゲイン補償器８０４は、制振制御に係るＦ／Ｂ補償器のフィードバックゲインＫ_FB（以下単にゲインＫ_FBと呼ぶ）を構成するフィルタであり、ゲインＫ_FBの値を調整することで、制振制御処理において用いるＦ／Ｂ補償器の安定性、あるいは、外乱抑止性能を調整することができる。例えば、ゲインＫ_FBの値を大きくすることで、モータ回転速度のフィードバック制御系においてのモータコントローラ２と車両制御コントローラ１０との間に生じる通信遅れを補償して、外乱抑止性能を高めることができる。しかしながら、制振制御処理において用いるＦ／Ｂ補償器は、フィードバックゲインの値を大きくすると、モータ回転角度や速度検出により発生するノイズの影響により、高周波のトルク成分が大きく出力されてしまう場合がある。

例えば、車両走行中に発生する２５〜１５０Ｈｚ帯の振動成分は、モータユニット、またはドライブシャフト等から発生する振動がマウント等を介して車体に伝わると、いわゆるこもり音が発生することがある。このため、外乱抑止性能の向上を目的としてＦ／Ｂ補償器のフィードバックゲインを上げると、前述の高周波のトルク成分が大きくなり、こもり音が顕著に表れることになる。結果として、フィードバックゲインの設定は、こもり音とのトレードオフの関係となるため、車両の走行状態によらずに常にフィードバックゲインを理想状態（フィードバックゲイン＝１）に設定することは出来ない。

しかしながら、車両が低速域となる停止制御中であれば、車両に発生する振動は、２５〜１５０Ｈｚ帯以下の振動成分が支配的となる。したがって、本発明に係る電動車両の制御装置は、車両が停止制御中であるか否かを判定し、車両が停止制御中であると判定した場合は、ゲインＫ_FBの値を停止制御中以外の値より大きな値に変更する。これにより、こもり音の原因となる高周波のトルク成分を増大させることなく、停止制御中の外乱抑止効果を向上させることができる。

車両が停止制御中であるか否かの判断は、上述した第１のトルク目標値Ｔｍ１^*と第２のトルク目標値Ｔｍ２^*とに基づいて判断される。具体的には、トルク比較器５０４を用いて、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*と第２のトルク目標値Ｔｍ２^*とを比較して、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*が第１のトルク目標値Ｔｍ１^*よりも大きくなると、車両が停止制御中であると判断される。

以上説明した第１実施形態の電動車両の制御装置による制振制御結果について、図１０を参照して説明する。

図１０は、第１実施形態による制御結果と、従来技術による制御結果との比較図である。図１０（ａ）は、従来技術による制御結果を示しており、図１０（ｂ）は、第１実施形態の制御結果を示している。両図面とも、上から順に、モータ回転速度、モータトルク指令値、車両前後加速度をそれぞれ表している。

図１０で示されるのは、車両が、緩やかな登り勾配で停止制御を実施する場面における制御結果である。

時刻ｔ０では、図５で示したトルク比較器５０４によって第１のトルク目標値Ｔｍ１^*と第２のトルク目標値Ｔｍ２^*とを比較し、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*が第１のトルク目標値Ｔｍ１^*よりも大きくなるタイミングで停止間際と判断されることで、停止制御が開始される。

停止制御が開始された時刻ｔ０から時刻ｔ２にかけては、停止制御によりモータ回転速度が漸近的に０に収束するとともに、モータトルクが、登坂路で停車し、停車を維持するための正の値に漸近的に収束する。ここで、停止制御により車両が登坂路で停止する場合は、モータトルクが負から正の値に変化するため、時刻ｔ１からｔ２の間でギヤのバックラッシュを跨ぐ区間を通過する。

この時、従来技術による制御結果（図１０（ａ））では、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間でバックラッシュ区間を通過する際、モータ回転速度が大きく振動している。これは、モータコントローラ２が検出したモータ回転速度を車両制御コントローラ１０にフィードバックし、取得したモータ回転速度に基づいてトルク指令値を算出する車両制御コントローラ１０から、当該トルク指令値をモータコントローラ２へと出力する際のフィードバックループに係る各コントローラ間の通信遅れにより、モータ回転速度をフィードバックすることによる外乱抑止性能が低下することに起因する。

一方で、第１実施形態による制御結果（図１０（ｂ））では、停止制御中に、図８のゲイン補償器８０４で示すゲインＫ_FBの値を大きくすることにより制振制御におけるモータ回転速度のフィードバック応答を速めたことで、各コントローラ間の通信遅れが補償されるので、時刻ｔ１からｔ２の間でバックラッシュ区間を通過する際のモータ回転速度の振動を低減できている。また、停止制御中の車両は低速域にあり、モータ回転速度が停止制御中以外に比べて遅いので、フィードバックゲインを上げても、こもり音の原因となるような２５〜１５０Ｈｚ帯の振動成分が顕著に増幅されることはない。

以上、第１実施形態の電動車両の制御装置は、ドライバによるアクセル操作量に応じてトルク指令値を算出する車両制御コントローラ１０と、当該トルク指令値に基づいてモータを制御するモータコントローラ２とを備えた電動車両の制御方法を実現する制御装置であって、モータ回転速度または当該モータ回転速度に比例する速度パラメータを検出する速度パラメータ検出ステップと、モータに作用する外乱トルクを推定する外乱トルク推定ステップと、車両制御コントローラが算出したトルク指令値をモータコントローラの入力とし、当該トルク指令値に対してモータ回転速度または速度パラメータをフィードバックするフィードバック制御系を用いて電動車両の駆動力伝達系に生じるねじり振動を抑制する制振制御を施した最終トルク指令値を算出する制振制御ステップと、最終トルク指令値に従って、モータを制御するモータ制御ステップと、電動車両が停車間際になると、モータ回転速度または速度パラメータの低下とともにトルク指令値を外乱トルクに収束させる停止制御が実行されているか否かを判定する停止制御判定ステップと、を含む。そして、停止制御判定ステップにおいて停止制御が実行されていると判定された場合は、モータコントローラ２において、停止制御が実行されていないと判定された場合よりもフィードバック制御系が有するフィードバックゲインを大きくする。これにより、トルク指令値の算出、および、算出したトルク指令値に基づくモータ４の制御を別個のコントローラを用いて実行する場合でも、モータ回転速度のフィードバック制御系による外乱抑止効果を向上させることができるので、登坂路における停止制御中にギヤバックラッシュ区間を跨ぐ場面でも、ギヤバックラッシュに起因する加速度ショックを低減することができる。

また、第１実施形態の電動車両の制御装置は、車両情報に基づいて第１のトルク目標値を算出する第１のトルク目標値算出ステップと、モータ回転速度または速度パラメータの低下とともに外乱トルク推定値に収束する第２のトルク目標値を算出する第２のトルク目標値算出ステップと、第１のトルク目標値と第２のトルク目標値とを比較するトルク目標値比較ステップと、をさらに含む。停止制御判定ステップは、第２のトルク目標値が第１のトルク目標値より大きくなると、停止制御が実行されていると判定する。これにより、停止制御が実行されるタイミングであって、かつ、車両がギヤバックラッシュ区間を跨ぐ前のタイミングでフィードバックゲインを変更することができるので、ギヤバックラッシュに起因する加速度ショックを確実に低減することができる。

また、第１実施形態の電動車両の制御装置によれば、外乱トルクは、登坂路では正の値、降坂路では負の値、平坦路では概ねゼロと推定される。これにより、車両が走行している路面の勾配に関わらず、モータトルクのみで滑らかに停車し、停車状態を保持することができる。

−第２実施形態−
以下に説明する第２実施形態の電動車両の制御装置は、これまで説明した第１実施形態とは、ゲインＫ_FBの値を大きくするタイミングとなる停止制御が開始されたか否かの判定方法が異なる。具体的には、第２実施形態の電動車両の制御装置は、モータコントローラ２が、図１１に示すテーブルに基づいて、モータ回転速度に応じて停止制御が開始されたか否かを判定し、ゲインＫ_FBの値を変更する。

図１１は、ゲインＫ_FBの値とモータ回転速度との関係を示す図である。図１１の横軸はモータ回転速度を表し、縦軸はゲインＫ_FBの値を表す。図中のモータ回転速度ω_mLおよびω_mHは、ゲインＫ_FBの値を変更するタイミングを判定するための閾値である。図で示されるとおり、本実施形態では、モータ回転速度ω_mHを閾値として停止制御が開始されると判定し、モータ回転速度ω_mLにかけてゲインＫ_FBの値を大きくする。モータ回転速度ω_mHは、車両の速度が低速域にあって、停止制御が開始され得ると判定可能な閾値であり、例えば５００ｒｐｍである。モータ回転速度ω_mLは、車両の速度がさらに低下して、確実に停止制御が開始されていると判定可能な閾値であり、例えば２００ｒｐｍである。

このように、モータ回転速度に応じて停止制御中か否かを判定することで、第１実施形態に比べて停止制御中か否かの判定に係る演算量を減らすことができるので、モータコントローラ２でのソフトウェアの演算負荷を低減することができる。

また、車両の走行路面の勾配に応じて停止制御を開始するモータ回転速度の値は変わるので、停止制御処理中に算出される外乱トルク推定値に応じてモータ回転速度の閾値ω_mLおよびω_mHを変更しても良い。

図１２は、外乱トルク推定値と、モータ回転速度ω_mLおよびω_mHとの関係を示す図である。図１２の横軸は外乱トルク推定値を表し、縦軸はモータ回転速度閾値を表している。外乱トルク推定値が大きくなるほど、すなわち、登坂路の路面勾配が大きくなるほど、停止制御中にバックラッシュ区間に入る時のモータ回転速度が大きくなる。

したがって、第２実施形態においては、図１２に示すとおり、ゲインＫ_FBの値を変更するタイミングを計るための閾値であるモータ回転速度ω_mLおよびω_mHを、外乱トルク推定値が大きくなるほど大きな値に設定してもよい。これにより、路面勾配に応じて停止制御中にバックラッシュ区間に入るモータ回転速度が変わっても、バックラッシュ区間を跨ぐ前にゲインＫ_FBの値を大きくすることができるので、バックラッシュ区間で生じ得る加速度ショックを確実に抑制することができる。

以上、第２実施形態の電動車両の制御装置によれば、停止制御判定ステップは、モータ回転速度または速度パラメータと、車両が停止間際か否かを判定する閾値とを比較して、モータ回転速度または速度パラメータが閾値以下になると、前記停止制御が実行されていると判定する。これにより、停止制御が実行されているか否かの判定にかかる演算負荷を低減することができる。

また、第２実施形態の電動車両の制御装置によれば、停止制御判定ステップは、モータ回転速度または速度パラメータと比較する閾値の大きさを、電動車両が走行中の路面の勾配に応じて変更する。これにより、車両が走行している路面の勾配に関わらず、ギヤバックラッシュに起因する加速度ショックを確実に低減することができる。

本発明は、上述した一実施形態に限定されることはない。例えば、停止制御に用いられる外乱トルク推定値、あるいは、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*の算出に係る各構成をモータコントローラ２が備えていてもよい。具体的には、例えば、モータコントローラ２が、モータ回転速度Ｆ／Ｂトルク設定器５０１と、外乱トルク推定器５０２と、加算器５０３とを備え、検出したモータ回転速度ωｍに基づいて算出した第２のトルク目標値Ｔｍ２^*を車両制御コントローラ１０へ送信する構成としてもよい。

また、第２実施形態の説明では、停止制御が開始されたか否かの判定はモータコントローラ２において実行されるものとしたが、車両制御コントローラ１０によって実行されてもよい。その際は、車両制御コントローラ１０は、当該判定の閾値となるモータ回転速度をモータコントローラ２から受信する構成としてもよい。

また、上述の説明では、停止制御中にギヤバックラッシュ区間を跨ぐのは車両が登坂路を走行中であることを前提としたが、必ずしも登坂路に限らず、停止制御中にモータトルクが負から正、あるいは、正から負へ０を跨いで変化する場合であれば、平坦路や降坂路でもギヤバックラッシュ区間を跨ぐ可能性がある。したがって、本発明に係る電動車両の制御方法は、停止制御中にギヤバックラッシュ区間を跨ぐ場面であれば、車両が走行している路面の勾配に関わらず、ギヤバックラッシュに起因する加速度ショックを低減することができる。

２…モータコントローラ（速度パラメータ検出部、制振制御部、停止制御判定部、モータ制御部）
１０…車両制御コントローラ（外乱トルク推定部）

Claims (6)

1. ドライバによるアクセル操作量に応じてトルク指令値を算出する車両制御コントローラと、当該トルク指令値に基づいてモータを制御するモータコントローラとを備えた電動車両の制御方法において、
   モータ回転速度または当該モータ回転速度に比例する速度パラメータを検出する速度パラメータ検出ステップと、
   前記モータに作用する外乱トルクを推定する外乱トルク推定ステップと、
   前記車両制御コントローラが算出した前記トルク指令値を前記モータコントローラの入力とし、当該トルク指令値に対して前記モータ回転速度または前記速度パラメータをフィードバックするフィードバック制御系を用いて電動車両の駆動力伝達系に生じるねじり振動を抑制する制振制御を施した最終トルク指令値を算出する制振制御ステップと、
   前記最終トルク指令値に従って、前記モータを制御するモータ制御ステップと、
   電動車両が停車間際になると、前記モータ回転速度または前記速度パラメータの低下とともに前記トルク指令値を前記外乱トルクに収束させる停止制御が実行されているか否かを判定する停止制御判定ステップと、を含み、
   前記停止制御判定ステップにおいて前記停止制御が実行されていると判定された場合は、前記モータコントローラにおいて、前記停止制御が実行されていないと判定された場合よりも前記フィードバック制御系が有するフィードバックゲインを大きくする、
   ことを特徴とする電動車両の制御方法。
2. 車両情報に基づいて第１のトルク目標値を算出する第１のトルク目標値算出ステップと、
   前記モータ回転速度または前記速度パラメータの低下とともに前記外乱トルクに収束する第２のトルク目標値を算出する第２のトルク目標値算出ステップと、
   前記第１のトルク目標値と前記第２のトルク目標値とを比較するトルク目標値比較ステップと、をさらに含み、
   前記停止制御判定ステップは、前記第２のトルク目標値が前記第１のトルク目標値より大きくなると、前記停止制御が実行されていると判定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動車両の制御方法。
3. 前記停止制御判定ステップは、前記モータ回転速度または前記速度パラメータと、車両が停止間際か否かを判定する閾値とを比較して、前記モータ回転速度または前記速度パラメータが前記閾値以下になると、前記停止制御が実行されていると判定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動車両の制御方法。
4. 前記停止制御判定ステップは、前記モータ回転速度または前記速度パラメータと比較する前記閾値の大きさを、電動車両が走行中の路面の勾配に応じて変更する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の電動車両の制御方法。
5. 前記外乱トルクは、登坂路では正の値、降坂路では負の値、平坦路では概ねゼロと推定される、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電動車両の制御方法。
6. ドライバによるアクセル操作量に応じてトルク指令値を算出する車両制御コントローラと、当該トルク指令値に基づいてモータを制御するモータコントローラとを備えた電動車両の制御装置において、
   モータ回転速度または当該モータ回転速度に比例する速度パラメータを検出する速度パラメータ検出部と、
   前記モータに作用する外乱トルクを推定する外乱トルク推定部と、
   前記車両制御コントローラが算出した前記トルク指令値を前記モータコントローラの入力とし、当該トルク指令値に対して前記モータ回転速度または前記速度パラメータをフィードバックするフィードバック制御系を用いて電動車両の駆動力伝達系に生じるねじり振動を抑制する制振制御を施した最終トルク指令値を算出する制振制御部と、
   前記最終トルク指令値に従って、前記モータを制御するモータ制御部と、
   電動車両が停車間際になると、前記モータ回転速度または前記速度パラメータの低下とともに前記トルク指令値を前記外乱トルクに収束させる停止制御が実行されているか否かを判定する停止制御判定部と、を備え、
   前記停止制御判定部において前記停止制御が実行されていると判定された場合は、前記モータコントローラにおいて、前記停止制御が実行されていないと判定された場合よりも前記フィードバック制御系が有するフィードバックゲインを大きくする、
   ことを特徴とする電動車両の制御装置。