JP2018085900A - 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】車両の速度が所定値以下の場合でも、車体に振動が発生するのを抑える技術を提供することを目的とする。
【解決手段】走行駆動源として機能するとともに車両に回生制動力を与えるモータと、車両に摩擦制動力を与える摩擦制動部と、を備える電動車両の制御方法であって、モータの回転速度または当該回転速度に比例する速度パラメータを検出し、モータに作用する外乱トルク推定値を算出し、摩擦ブレーキによる摩擦制動量を検出または推定し、摩擦制動量に応じて外乱トルク推定値を補正する。そして、電動車両が所定車速以下になると、モータの回転速度または速度パラメータの低下とともにモータトルクが外乱トルクに収束するようにモータを制御し、電動車両が所定車速以下において摩擦制動量が所定値以上のとき、外乱トルクに対する補正量を低減する。
【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、車両の加減速度制御システムにおいて、アクセル操作量が所定値未満の時はアクセル操作量に応じて減速度を制御し、アクセル操作量が所定値以上の時はアクセル操作量に応じて加速度を制御する技術が知られている（特許文献１参照）。この加減速度制御システムによれば、アクセル操作量に応じた目標加減速度を設定することができるので、目標加減速度が０に設定されたアクセル操作量であれば、登坂路であってもアクセル操作量の調整を要さずに一定の車速を保つことができる。

特開２０００−２０５０１５号公報

ここで、登坂路においてアクセル操作量の調整を要さずに一定の車速を保つためには、路面勾配を推定し、推定した路面勾配に応じて、車両の駆動トルクを平坦路走行時の駆動トルクに対して勾配抵抗分上乗せする補正が必要となる。

しかしながら、バッテリ満充電時やモータの加熱保護等によって回生電力が制限されるシーンにおいては、回生制動力に加えて摩擦ブレーキによる摩擦制動力を車両に与える場合がある。

摩擦制動力は、車両の進行方向への駆動トルクに対して逆方向へ作用する勾配抵抗となるため、車体速度が所定値以下になった際、路面に勾配が存在すると車体速度の正負が逆転することにより、勾配抵抗分の駆動トルクの補正量の正負が逆転し、車体に振動が発生する場合がある。

本発明は、車両の速度が所定値以下の場合でも、車体に振動が発生するのを抑え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、走行駆動源として機能するとともに車両に回生制動力を与えるモータと、車両に摩擦制動力を与える摩擦制動部と、を備える電動車両の制御方法であって、モータの回転速度または当該回転速度に比例する速度パラメータを検出し、モータに作用する外乱トルク推定値を算出し、摩擦ブレーキによる摩擦制動量を検出または推定し、摩擦制動量に応じて外乱トルク推定値を補正する。そして、電動車両が所定車速以下になると、モータの回転速度または速度パラメータの低下とともにモータトルクが外乱トルクに収束するようにモータを制御し、前記電動車両が前記所定車速以下において摩擦制動量が所定値以上のとき、外乱トルクに対する補正量を低減する。

本発明によれば、車速が小さくなるのに応じて外乱トルク推定値への補正量が低減されるので、車速がゼロ近傍になった時に車両が微小後退した場合でも、車体の振動発生を抑えることができる。

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の実施形態における電動車両の制御装置が備える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モデル化した図である。 図５は、車輪の制動力伝達系をモデル化した図である。 図６は、停止制御処理を実現するためのブロック図である。 図７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。 図８は、外乱トルク推定値Ｔｄを算出する方法を説明するための図である。 図９は、ブレーキ制動量Ｂと、車輪速ωｗに基づいてブレーキトルク補正値を算出する方法を説明するための図である。 図１０は、ブレーキトルク補正率と車速の絶対値との関係の一例を示す図である。 図１１は、ブレーキトルク補正値による外乱トルク推定値の補正の流れを示すフローチャートである。 図１２は、一実施形態の電動車両の制御装置による制御結果の一例を示す図である。

以下では、本発明による電動車両の制御装置を、電動機（以下、電動モータ、或は単にモータと呼ぶ）を駆動源とする電気自動車に適用した例について説明する。

[一実施形態]
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気自動車の主要構成を示すブロック図である。本発明の電動車両の制御装置は、車両の駆動源の一部または全部として電動モータ４（以下、単にモータ４ともいう）を備え、電動モータの駆動力により走行可能な電動車両に適用可能である。電動車両には、電気自動車だけでなく、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車も含まれる。特に、本実施形態における電動車両の制御装置は、アクセルペダルの操作のみで車両の加減速や停止を制御することができる車両に適用することができる。この車両ではドライバは、加速時にアクセルペダルを踏み込み、減速時や停止時には、踏み込んでいるアクセルペダルの踏み込み量を減らすか、または、アクセルペダルの踏み込み量をゼロとする。なお、登坂路においては、車両の後退を防ぐためにアクセルペダルを踏み込みつつ停止状態に近づく場合もある。

モータコントローラ２は、車両システムを制御するコントローラとして機能する。モータコントローラ２は、車速Ｖ、アクセル開度θ（アクセル操作量）、モータ（三相交流モータ）４の回転子位相α、モータ４の三相交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ等の車両状態を示す信号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の駆動力と回生制動力とを制御するためのＰＷＭ信号を生成する。また、モータコントローラ２は、生成したＰＷＭ信号に応じてインバータ３のスイッチング素子を開閉制御する。モータコントローラ２はさらに、ドライバによるアクセル操作量、あるいは、ブレーキペダル１０の操作量に応じて、摩擦制動量指令値を生成する。

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およびドライブシャフト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良い。

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。

ブレーキコントローラ１１は、モータコントローラ２で生成された摩擦制動量指令値に応じたブレーキ液圧（マスタシリンダの圧力）を発生させるブレーキアクチュエータ指令値を摩擦ブレーキ１３に出力する。また、ブレーキコントローラ１１は、液圧センサ１２により検出されるブレーキ液圧が摩擦制動量指令値に応じて決まる値に追従するようにフィードバック制御を行う。

液圧センサ１２は、ブレーキ制動量検出手段として機能し、摩擦ブレーキ１３のブレーキ液圧を検出することでブレーキ制動量Ｂを取得して、取得したブレーキ制動量Ｂをブレーキコントローラ１１とモータコントローラ２へ出力する。

摩擦ブレーキ１３は、摩擦制動部として機能する。具体的には、摩擦ブレーキ１３は、左右の駆動輪９ａ、９ｂにそれぞれ設けられ、ブレーキ液圧に応じてブレーキパッドをブレーキロータに押しつけて、車両に制動力を発生させる。以下の説明では、この制動力の大きさを摩擦制動量と呼ぶ。

摩擦ブレーキ１３による摩擦制動力は、アクセル操作量と車速等から算出されるドライバの意図する制動トルクに対して、最大回生制動トルクが不足する場合に、モータコントローラ２から出力される摩擦制動量指令値に応じて用いられる。また、摩擦制動力は、ドライバの意図する制動力が最大回生制動トルクより小さい場合であっても、バッテリ１の満充電時やモータ４の加熱保護等によって回生電力が制限されて、ドライバの所望する制動力を回生制動トルクだけでは賄えない場合にも用いられる。なお、摩擦制動力は、アクセル操作量に応じて要求される場合だけではなく、ドライバのブレーキペダル操作量により所望される制動力を達成するためにも用いられる。

図２は、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。

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に入力される。ここでは、車速Ｖ（ｍ／ｓ）、アクセル開度θ（％）、モータ４の回転子位相α（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、バッテリ１とインバータ３間の直流電圧値Ｖ_dc（Ｖ）、ブレーキ操作量、及び、ブレーキ制動量Ｂが入力される。

車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）は、車両駆動時において駆動力を伝達する車輪（駆動輪９ａ、９ｂ）の車輪速である。車速Ｖは、車輪速センサ１４ａ、１４ｂや、図示しない他のコントローラより通信にて取得される。または、車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）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を乗算することにより単位変換して求められる。

アクセル開度θ（％）は、ドライバによるアクセル操作量を示す指標として、図示しないアクセル開度センサから取得されるか、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４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に流れる三相交流電流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）、または、バッテリコントローラ（不図示）から送信される電源電圧値から求められる。

ブレーキ制動量Ｂは、液圧センサ１２が検出したブレーキ液圧センサ値から取得される。あるいは、ドライバのペダル操作によるブレーキペダルの踏み込み量を検出するストロークセンサ（不図示）等による検出値（ブレーキ操作量）を使用しても良い。

ステップＳ２０２のトルク目標値算出処理では、モータコントローラ２が第１のトルク目標値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およびモータ回転速度ωｍに応じて算出される駆動力特性の一態様を表した図３に示す第１のアクセル開度−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^*を設定する。上述したように、本実施形態における電動車両の制御装置は、アクセルペダルの操作のみで車両の加減速や停止を制御することができる車両に適用可能であり、少なくともアクセルペダルの全閉によって車両を停止させることを可能とするために、図３に示すアクセル開度−トルクテーブルでは、アクセル開度が０（全閉）の時には、回生制動力が働くように負のモータトルクが設定されている。ただし、アクセル開度−トルクテーブルは、図３に示すものに限定されない。

ステップＳ２０３では、モータコントローラ２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、停車間際（所定車速以下、或いは、車速に比例する速度パラメータが予め定めた既定値以下）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^*をモータトルク指令値Ｔｍ^*に設定し、停車間際の場合は、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*をモータトルク指令値Ｔｍ^*に設定する。この第２のトルク目標値Ｔｍ２^*は、モータ回転速度の低下とともに概ね勾配抵抗となる外乱トルク指令値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。これにより、モータトルクと勾配抵抗とが釣り合った状態が維持されることで、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。

ここで、走行駆動源として機能するとともに車両に回生制動力を与えるモータを備えた車両が停車する場合は、まず回生制動力により減速する。しかしながら、バッテリ満充電時やモータの加熱保護等によって回生電力が制限されるシーンにおいては、ドライバの所望する減速度を得るために、回生制動力に加えて摩擦ブレーキによる摩擦制動力を車両に与える場合がある。この摩擦制動力は、モータトルクに対して勾配抵抗に関連しない抵抗成分として作用するため、登坂路における滑らかな停車を実現するためには、当該摩擦制動力の大きさ（摩擦制動量）に応じて外乱トルク推定値Ｔｄを補正して、外乱トルク推定値Ｔｄと勾配抵抗とを概ね一致させる必要がある。

したがって、ステップＳ２０３において外乱トルク推定値Ｔｄを算出する際には、勾配に関連しない抵抗成分としてモータ４に作用する摩擦制動量を外乱トルク推定値から除外して、外乱トルク推定値を勾配外乱と概ね一致させるための外乱トルク補正処理が実行される。

また、摩擦制動力は、車両の進行方向への駆動トルクに対して逆方向へ作用する勾配抵抗とみなされるので、摩擦制動量に応じて外乱トルク推定値Ｔｄが補正される際は、車両の進行方向により補正の正負が変化する。したがって、登坂路における車速がゼロ近傍（所定車速以下）になった時に車両が微小後退した場合など、車体速度の正負が逆転した場合に勾配抵抗分の駆動トルクの補正量の正負が逆転し、車体に振動が発生する場合がある。

このような振動を抑制するために、本実施形態では、外乱トルク補正処理における外乱トルク推定値に対する補正量を車速Ｖに応じて調整する補正量調整処理も実行される。これらの処理を含む停止制御処理の詳細は、後述する。

続くステップＳ２０４では、モータコントローラ２が電流指令値算出処理を行う。具体的には、ステップＳ２０３で算出したトルク目標値Ｔｍ^*（モータトルク指令値Ｔｍ^*）に加え、モータ回転速度ωｍや直流電圧値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^*および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ｉｕ、ｉｖ、ｉｗと、電動モータ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。

そして、ｄ軸、ｑ軸電圧指令値ｖｄ、ｖｑと、電動モータ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。求めた三相交流電圧指令値ｖｕ、ｖｖ、ｖｗと電流電圧値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４をモータトルク指令値Ｔｍ^*で指示された所望のトルクで駆動することができる。

ここで、ステップＳ２０３で実行される停止制御処理の説明に先立って、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Ｇ_p（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：電動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：駆動系の捻り剛性
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：トルク目標値Ｔｍ^*
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。

ただし、式（１）〜（３）中の符号の右上に付されているアスタリスク（^*）は、時間微分を表している。

式（１）〜（５）で示す運動方程式に基づいて、モータ４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）を求めると、次式（６）で表される。

ただし、式（６）中の各パラメータは、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）の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、Ｇ_p（ｓ）は、（２次）／（３次）の伝達特性を構成する。

次に、ブレーキ制動量Ｂからモータ回転速度ωｍまでの伝達特性Ｇｂ（ｓ）について説明する。

図５は、車輪の制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。
rb：摩擦ブレーキ力が作用する作用点までの半径
Ｆ／Ｂ：摩擦ブレーキの作用点におけるブレーキ制動量
B：ブレーキ制動量
そして、図５より、以下の運動方程式を導くことができる。

ただし、式（１０）中のＦ／Ｂは以下とする。
ωw>0 : Ｆ／Ｂ >0
ωw=0 : Ｆ／Ｂ =0
ωw<0 : Ｆ／Ｂ <0
そして、図４、図５より、以下の運動方程式を導くことができる。

式（１）、（３）、（４）、（５）、（１１）で示す運動方程式に基づいて、ブレーキ制動量Ｂからモータ回転速度ωｍまでの伝達特性Ｇｂ（ｓ）を求めると、次式（１２）で表される。

ただし、式（１２）中の各パラメータは、次式（１３）で表される。

続いて、図６〜１１を参照して、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＞
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、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、検出されたモータ回転速度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７を用いて説明する。

図７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６に戻って説明を続ける。外乱トルク推定器５０２は、検出されたモータ回転速度ωｍと、モータトルク指令値Ｔｍ^*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８を用いて説明する。

図８は、モータ回転速度ωｍと、モータトルク指令値Ｔｍ^*と、ブレーキ制動量Ｂおよび車速Ｖを示す速度パラメータとしての車輪速ωｗに基づいて算出されるブレーキトルク補正値とに基づいて、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８０１と、制御ブロック８０２と、ブレーキトルク推定器８０３と、加減算器８０４と、制御ブロック８０５とを備える。

制御ブロック８０１は、Ｈ（ｓ）／Ｇ_p（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を入力してフィルタリング処理を行う事により、第１のモータトルク推定値を算出する。Ｇ_p（ｓ）は、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であり、式（９）で表される。Ｈ（ｓ）は、分母次数と分子次数との差分が、モデルＧ_p（ｓ）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８０２は、Ｈ（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、モータトルク指令値Ｔｍ^*を入力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。

ブレーキトルク推定器８０３は、ブレーキ制動量Ｂと車輪速ωｗとに基づいて、摩擦ブレーキ１３が車両に与える制動力としてのブレーキトルク推定値を算出する。そして、算出したブレーキトルク推定値に車輪速ωｗに応じた比率を乗じた値を、ブレーキトルク補正値として出力する。

ブレーキトルク推定器８０３の詳細を、図９を用いて説明する。図９は、ブレーキ制動量Ｂと車輪速ωｗとに基づいて、ブレーキトルク補正値を算出する方法を説明するための制御ブロック図である。

制御ブロック９０１は、上述した伝達特性Ｇｂ（ｓ）にて、ブレーキ制動量Ｂをフィルタリング処理して、ブレーキ回転数推定値を算出する。ここで、ブレーキによる制動力は、車両の前進時、後退時ともに減速方向に作用するので、車両前後速度（車体速度、車輪速度、モータ回転速度、ドライブシャフト回転数、またはこれらの値に比例する速度パラメータ）の符号に応じてブレーキトルク推定値の符号を反転させる必要がある。従って、制御ブロック９０１は、ブレーキ回転数推定値の符号を、入力される車輪速ωｗに応じて、車両が前進なら負に、車両が後退なら正に設定する。

制御ブロック９０２は、ローパスフィルタＨ（ｓ）を用いた、Ｈ（ｓ）／Ｇ_p（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、ブレーキ回転数推定値を入力してフィルタリング処理を行う事により、ブレーキトルク推定値を算出する。算出したブレーキトルク推定値は、補正率調整器９０３へ出力される。

ＡＢＳ関数９０４は、入力される車輪速ωｗの絶対値を算出して、算出した値をローパスフィルタ９０５へ出力する。

ローパスフィルタ９０５は、車輪速ωｗの絶対値に対して高周波ノイズをキャンセルするフィルタリング処理を施して得た値を、補正率算出器９０６に出力する。

補正率算出器９０６は、外乱トルク推定値からキャンセルするブレーキトルク推定値の割合を車速に応じて決定する。具体的には、補正率算出器９０６は、車輪速ωｗの絶対値に応じて、外乱トルク推定値に加算するブレーキトルク推定値の割合（ブレーキトルク補正率）を算出し、算出したブレーキトルク補正率を補正率調整器９０３に出力する。ブレーキトルク補正率の算出方法について、図１０を参照して説明する。

図１０は、車速Ｖ（車輪速ωｗ）と、ブレーキトルク補正率[％]との関係の一例を示す図である。図示するとおり、補正率算出器９０６は、車輪速ωｗの絶対値が所定値（１ｋｍ／ｈ）未満の場合に、車輪速ωｗの絶対値が小さくなるのに応じてブレーキトルク補正率を小さくする。当該所定値は、電動車両が停車すると判定し得る値であればよく、本実施形態では例えば１ｋｍ／ｈに設定される。したがって、本実施形態におけるブレーキトルク補正率は、車輪速ωｗが１ｋｍ／ｈ以上であれば１（１００％）に設定される。そして、車両がさらに減速し、車速が徐々に０に近づくのに応じて、ブレーキトルク補正率はより小さい値に設定され、車輪速ωｗが０．５ｋｍ／ｈまで下がると、ブレーキトルク補正率は０（０％）に設定される。算出されたブレーキトルク補正率は、補正率調整器９０３へ出力される。

補正率調整器９０３は、制御ブロック９０２から出力されたブレーキトルク推定値と、ブレーキトルク補正率とを乗算して、ブレーキトルク補正値を算出する。ブレーキトルク補正値をこのように算出することにより、外乱トルク推定値に対する補正量を車速に応じて調整することができる。すなわち、本実施形態では、例えば車輪速ωｗが１ｋｍ／ｈ以上であれば、ブレーキトルク補正率は１（１００％）なので、制御ブロック９０２から出力されたブレーキトルク推定値がそのままブレーキトルク補正値として出力される。車輪速ωｗが１ｋｍ／ｈ未満であれば、その値に応じたブレーキトルク補正率をブレーキトルク推定値に乗じることによって、車輪速ωｗが１ｋｍ／ｈ以上である時よりも外乱トルク推定値に対する補正量が低減されたブレーキトルク補正値が出力される。なお、車輪速ωｗが例えば０．５ｋｍ／ｈ以下になると、ブレーキトルク補正率が０％となり、外乱トルク推定値への補正量は０となる。算出されたブレーキトルク補正値は、図８に示す加減算器８０４へ出力される。

加減算器８０４は、第２のモータトルク推定値から第１のモータトルク推定値を減算するとともに、ブレーキトルク補正値を加算する。加減算器８０４において、車両の進行方向に対して負の符号を持つブレーキトルク補正値が加算されることで、ブレーキ制動量Ｂに起因するブレーキトルクが適切な割合でキャンセルされた外乱トルク推定値Ｔｄを後段において算出することができる。算出した値は、制御ブロック８０５へ出力される。

ここで、制御ブロック８０５の説明に先立って、図９を用いて説明したブレーキトルク補正値による外乱トルク推定値の補正フローについて、図１１に示すフローチャートを参照して説明する。

図１１は、ブレーキトルク補正値による外乱トルク推定値の補正処理において、特に、当該補正処理における補正量を車速Ｖに応じて調整するための処理を説明するフローチャートである。

ここで、車両が登坂路において減速し、停車に至る場面では、車速が徐々に０に近づいていく。この時、上述の停止制御において、車輪速センサの精度や、ギヤのバックラッシュに起因するモータ回転数の微小な変化等により、車速が０をオーバーシュートし、進行方向に対して負の方向に微小後退してしまう場合がある。そうすると、ブレーキトルク推定値の符号は車輪速ωｗに応じて設定されるので、外乱トルク推定値を補正するためのブレーキトルク補正値の符号が車両の進行方向に応じて反転する。その結果、ブレーキトルク補正値が加算される外乱トルク推定値の値が急変するので、それに応じて、外乱トルク推定値に収束するモータトルク（制駆動トルク）が急変し、車両に振動が発生する。

以下に説明するフローは、車両が減速し停車に至る場面において、摩擦ブレーキ１３による摩擦制動力がモータ４に作用し、且つ、車速が０をオーバーシュートする場合でも、外乱トルク推定値の急変を抑制して、車両の振動発生を抑えるための処理である。

ステップＳ１１００では、モータコントローラ２は、車両の減速制御が実行されているか否かを判定する。具体的には、モータコントローラ２は、ドライバがアクセルペダルを離すことによりアクセルペダル開度（アクセル操作量）が小さくなる場合に、減速制御が実行中であると判定する。また、ドライバがブレーキペダルを踏んだことを検知した場合にも減速制御が実行中であると判定してもよい。減速制御実行中と判定された場合は、続くステップＳ１１０１の処理が実行される。減速制御が実行されていないと判定された場合はステップＳ１１００の処理を、減速制御実行中と判定されるまで一定のサイクルでループする。

ステップＳ１１０１では、モータコントローラ２は、ブレーキ制動量Ｂを検出する。ブレーキ制動量Ｂは、液圧センサ１２が検出したブレーキ液圧センサ値またはブレーキコントローラ１１から摩擦ブレーキ１３へ出力されるブレーキアクチュエータ指令値から検出される。あるいは、ドライバによるブレーキペダル操作量から取得されてもよい。ブレーキ制動量Ｂが検出された後、モータコントローラ２は、続くステップＳ１１０２の処理を実行する。

ステップＳ１１０２では、モータコントローラ２は、ステップＳ１１０１で取得したブレーキ制動量Ｂが所定値より大きいか否かを判定する。本ステップは、車両が停止に至る場面で、車速が０をオーバーシュートし得るか否かを判定するためのステップである。ここで、減速制御中において、車両の進行方向への駆動トルクの絶対値以上の摩擦制動力を車両に作用させれば、車両は微小後退することなく摩擦制動力によって停止することができる。したがって、本実施形態における所定値には、摩擦ブレーキ１３によって車両の進行方向への駆動トルクの絶対値以上の摩擦制動力を出力するブレーキ制動量に相当する値が設定される。なお、本ステップで指標となる所定値は、予め用意したブレーキ制動量Ｂと、摩擦ブレーキ１３によるブレーキトルクの関係を収めたマップを参照して求めても良いし、上述した伝達特性Ｇｂ（ｓ）に基づいて算出しても良い。

したがって、モータコントローラ２は、ブレーキ制動量Ｂが上記所定値より大きければ、ブレーキトルク推定値に基づく外乱トルク推定値の補正量を調整するため、続くステップＳ１１０３の処理を実行する。ブレーキ制動量Ｂが上記所定値以下であれば、車速が０をオーバーシュートすることはないので、ブレーキトルク推定値による補正量の調整（ステップＳ１１０３〜ステップＳ１１０５）は行わずに、ステップＳ１１０６の処理を実行する。

ステップＳ１１０３では、モータコントローラ２は、モータ回転数あるいは車輪速等の車速に比例する速度パラメータを取得する。なお、極低速域での車速検出精度の観点からは、より低速域での検出精度に優れたレゾルバにより検出されるモータ回転数を取得するのが好ましい。

ステップＳ１１０４では、モータコントローラ２は、取得した車速が予め定めた既定値以下であるか否かを判定する。本ステップは、車両が極低速域にあって、車両がまもなく停止するか否かを判定するためのステップである。したがって、ここでの既定値には、例えば１ｋｍ／ｈが設定される。これにより、車両が停止に至る場面で、車速が０をオーバーシュートし得る直前のタイミングを検知することができる。モータコントローラ２は、車速が１ｋｍ／ｈより小さければ、車両がまもなく停止すると判定して、外乱トルク推定値の補正量を調整するために続くステップＳ１１０５の処理を実行する。車速が１ｋｍ／ｈ以上であれば、車両はまだ停止しないと判定して、補正量の調整を行わずに、ステップＳ１１０６の処理を実行する。なお、本ステップにおける処理では、ステップＳ１１０３で検知した車速と前サイクルのステップＳ１１０３で検知した車速とを比較して、車両の減速方向から車両がまもなく停止するか否かを判定してもよい。

ステップＳ１１０５は、図９で示した補正率算出器９０６における処理であって、摩擦ブレーキ１３による摩擦制動力が車両に作用し、且つ、車速が０をオーバーシュートし得る場面でも車両の制駆動トルクの急変を抑制するために、外乱トルク推定値を補正するブレーキトルク推定値の割合を算出する。すなわち、図１０に示す車速[ｋｍ／ｈ]とブレーキトルク補正率[％]との関係に基づいて、ステップＳ１１０３で検出した車速に応じたブレーキトルク補正率を算出する。

ステップＳ１１０６は、図９で示した補正率調整器９０３における処理であって、ブレーキトルク推定値とステップＳ１１０５で算出したブレーキトルク補正率とを乗算することにより、外乱トルク推定値を補正するブレーキトルク補正値を算出する。これにより、摩擦ブレーキ１３による摩擦制動力が車両に作用し、且つ、車速が０をオーバーシュートし得る場合には、外乱トルク推定値の補正量を車速に応じて低減したブレーキトルク補正値を算出することができる。

ここで、ブレーキトルク補正率の初期値は１（１００％）とする。したがって、摩擦ブレーキ１３による摩擦制動量が所定値以下（ステップＳ１１０２参照）、あるいは、車両がまだ停止するには至らず、車速が０をオーバーシュートし得ない場面であれば（ステップＳ１１０４参照）、ブレーキトルク推定値の値がそのままブレーキトルク補正値として算出される。

続くステップＳ１１０７では、モータコントローラ２が、ブレーキトルク補正値に基づいて外乱トルク推定値を補正する。より具体的には、モータコントローラ２は、図８で示す加減算器８０４において、第２のモータトルク推定値から第１のモータトルク推定値を減算した値に、ブレーキトルク補正値を加算する。これにより、ブレーキ制動量Ｂに起因するブレーキトルクが車速に応じて適切な割合でキャンセルされた外乱トルク推定値Ｔｄを算出することができる。

以上がブレーキトルク補正値による外乱トルク推定値の補正フローの詳細である。図８に戻って停止制御の説明を続ける。

加減算器８０４で算出された外乱トルク推定値は、制御ブロック８０５へ出力される。制御ブロック８０５は、後述するＨｚ（ｓ）なる伝達特性を有するフィルタであり、加減算器８０４の出力を入力してフィルタリング処理を行う事により、外乱トルク推定値Ｔｄを算出する。

ここで、伝達特性Ｈｚ（ｓ）について説明する。式（９）を書き換えると、次式（１４）が得られる。ただし、式（１４）中のζz、ωz、ζp、ωpはそれぞれ、式（１５）で表される。

以上より、Ｈｚ（ｓ）は次式（１６）で表される。

ここで、モータ４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、停車間際で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と勾配に関連しない抵抗成分であって、車速に応じて適切な割合に調整されたブレーキトルク補正値と、車両モデルＧ_p（ｓ）に基づいて、外乱トルク推定値Ｔｄを算出するので、ドライバのブレーキ操作量に関わらず、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６に戻って説明を続ける。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。

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モータトルク指令値Ｔｍ^*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（車速に対応する速度パラメータが所定値以下）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、モータトルク指令値Ｔｍ^*を第１のトルク目標値Ｔｍ１^*に設定する。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、モータトルク指令値Ｔｍ^*を第１のトルク目標値Ｔｍ１^*から第２のトルク目標値Ｔｍ２^*に切り替える。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。

なお、停車間際を判定する指標となる上記所定値は、図１１を参照して説明したステップＳ１１０４において車両がまもなく停止するか否かを判定する指標となる既定値以上の車速である。

以下、本実施形態における電動車両の制御装置を電気自動車に適用した際の効果について、図１２を参照して説明する。

図１２は、本実施形態における電動車両の制御装置による制御結果の一例と、従来制御による制御結果とを比較する図である。図１２は、一定勾配の登坂路で停車する場合の制御結果であり、上から順に、（ａ）車速、（ｂ）ブレーキ制動量Ｂ、（ｃ１）従来制御におけるブレーキトルク推定値、（ｄ１）従来制御におけるモータトルク、（ｃ２）本実施形態において補正されたブレーキトルク推定値（ブレーキトルク補正値）、（ｄ２）本実施形態におけるモータトルクである。

時刻ｔ１では、時刻ｔ１以前から一定量のブレーキ制動量Ｂが使用されることにより車両が減速していき、車速が所定値（例えば、１ｋｍ／ｈ）を下回る。この時、ブレーキトルク推定値は、図示のとおり負の方向に、ブレーキ制動量Ｂのトルク換算値として算出される。

時刻ｔ１からｔ２にかけては、車速が徐々に０に近づいて行く。また、時刻ｔ１からｔ２にかけての従来制御におけるブレーキトルク推定値は、車速に応じて補正されないので、ブレーキ制動量Ｂと同様に一定値である。

時刻ｔ２では、車両が停車しようとするが、車速センサや勾配センサ等のセンサ精度や、ギヤバックラッシュの影響等により、車速が０をオーバーシュートしており、車両が微小後退してしまう。

この時、従来制御では、車両の進行方向が逆転したのに伴いブレーキトルク推定値の符号が反転し、それに応じて車両のモータトルク（制駆動トルク）の正負方向が急変してしまうので、収束すべき外乱トルク推定値に対してモータトルクがオーバーシュートする。その結果、車両に前後方向のショックや振動が発生する。

また、時刻ｔ３〜ｔ６においても、従来技術では、ｔ２と同様にブレーキトルク推定値の符号が反転するたびに、モータトルクの急変に伴い振動が発生してしまう。

これに対して、本実施形態に係る電動車両の制御装置による制御結果の一例について説明する。

上記のとおり、時刻ｔ１において所定値（１ｋｍ／ｈ）を下回った車速は、時刻ｔ１〜ｔ２にかけて徐々に０に近づいていく。この時、本実施形態の電動車両の制御装置によれば、図１０で示した車速（車輪速ωｗ）とブレーキトルク補正率[％]との関係を示すテーブルに基づいて、車速に応じたブレーキトルク補正値が算出される。ブレーキトルク補正値は、ブレーキトルク推定値が補正された値であって、車速に応じて低減されるので、図示するとおり、車速が０に近づくほど小さくなる。

その結果、車速が０となる時刻ｔ２時点におけるブレーキトルク補正値は０となる。したがって、本実施形態の電動車両の制御装置によれば、車速が０を跨ぐタイミングにおける外乱トルク推定値（不図示）の補正量は０であり、外乱トルク推定値が急変することはないので、図示する通り、モータトルクの急変が抑制され、それに伴って生じる車両の振動を抑えることができる。

また、時刻ｔ３〜ｔ６において車速が０を跨ぐ場面でも、ブレーキトルク補正値は車速に応じて０となるので、モータトルクの急変が抑制され、車両の振動発生を抑制することができる。

以上、一実施形態の電動車両の制御装置は、走行駆動源として機能するとともに車両に回生制動力を与えるモータ４と、車両に摩擦制動力を与える摩擦制動部と、を備える電動車両の制御方法を実現する装置であって、モータの回転速度または当該回転速度に比例する速度パラメータを検出し、モータ４に作用する外乱トルク推定値を算出し、摩擦ブレーキ１３によるブレーキ制動量Ｂを検出または推定し、ブレーキ制動量Ｂに応じて外乱トルク推定値を補正する。そして、電動車両が所定車速以下になると、モータの回転速度または速度パラメータの低下とともにモータトルクが外乱トルクに収束するようにモータ４を制御し、電動車両が所定値以下においてブレーキ制動量Ｂが所定値以上のとき、外乱トルク推定値に対する補正量を低減する。これにより、車両が減速し停車に至る場面において、車速が０をオーバーシュートする場合でも、車速が小さくなるのに応じて外乱トルク推定値への補正量が低減されるので、補正による外乱トルク推定値の急変を抑制して、車両の振動発生を抑えることができる。

また、一実施形態の電動車両の制御装置によれば、摩擦制動部は、車両が備える摩擦ブレーキ１３であって、ブレーキ制動量Ｂから、車両が前進なら負の符号に、車両が後進なら正の符号に設定されたブレーキトルク推定値を算出し、補正は、外乱トルク推定値からブレーキトルク推定値を加算することにより実行される。また、停車間際以降において所定値以下のブレーキ制動量Ｂが検出された場合は、モータ４の回転速度または速度パラメータが小さくなるほど、外乱トルク推定値に加算するブレーキトルク推定値の絶対値を小さくする。これにより、車両が減速し停車に至る場面において、摩擦ブレーキ１３による摩擦制動量が車両に作用する場合に、外乱トルク推定値からブレーキ制動量をキャンセルする補正が実行されるとともに、車速が小さくなるのに応じて外乱トルク推定値からキャンセルされるブレーキ制動量の割合が小さくなるので、補正による外乱トルク推定値の急変を抑制して、車両の振動発生を抑えることができる。

本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、上述した説明では、アクセル操作量が所定値以下であり、かつ、電動車両が停車間際になると、電動モータ４の回転速度の低下とともにモータトルク指令値Ｔｍ^*を補正後の外乱トルク推定値Ｔｄに収束させるものとして説明した。しかし、車輪速や車体速度、ドライブシャフトの回転速度などの速度パラメータは、電動モータ４の回転速度と比例関係にあるため、電動モータ４の回転速度に比例する速度パラメータの低下とともにモータトルク指令値Ｔｍ^*を外乱トルク推定値Ｔｄに収束させるようにしてもよい。

２…モータコントローラ（コントローラ）
４…モータ
６…回転センサ
１１…ブレーキコントローラ
１３…摩擦ブレーキ
１４ａ、１４ｂ…車輪速センサ

Claims (5)

1. 走行駆動源として機能するとともに車両に回生制動力を与えるモータと、車両に摩擦制動力を与える摩擦ブレーキと、を備える電動車両の制御方法において、
   前記モータの回転速度または当該回転速度に比例する速度パラメータを検出し、
   前記モータに作用する外乱トルク推定値を算出し、
   前記摩擦ブレーキによる摩擦制動量を検出または推定し、
   前記摩擦制動量に応じて前記外乱トルク推定値を補正し、
   電動車両が所定車速以下になると、前記モータの回転速度または前記速度パラメータの低下とともにモータトルクが前記外乱トルクに収束するように前記モータを制御し、
   前記電動車両が前記所定車速以下において前記摩擦制動量が所定値以上のとき、前記外乱トルク推定値に対する補正量を低減する、
   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において、
   前記所定車速以下とは、車両が停車間際であって、前記モータの回転速度または前記速度パラメータが予め定めた既定値より小さい場合である、
   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において、
   前記摩擦制動量から、車両が前進なら負の符号に、車両が後進なら正の符号に設定されたブレーキトルク推定値を算出し、
   前記補正は、前記外乱トルク推定値に前記ブレーキトルク推定値を加算する、
   電動車両の制御方法。
4. 請求項２に記載の電動車両の制御方法において、
   前記停車間際以降において所定値以下の前記摩擦制動量が検出された場合は、前記モータの回転速度または前記速度パラメータが小さくなるほど、前記外乱トルクに加算する前記ブレーキトルク推定値の絶対値を小さくする、
   電動車両の制御方法。
5. 走行駆動源として機能するとともに車両に回生制動力を与えるモータと、車両に摩擦制動力を与える摩擦ブレーキと、車両システムを制御するコントローラとを備える電動車両の制御装置において、
   前記コントローラは、
   前記モータに作用する外乱トルク推定値を算出し、
   前記摩擦ブレーキによる摩擦制動量を取得し、
   前記摩擦制動量に応じて前記外乱トルク推定値を補正し、
   電動車両が所定車速以下になると、前記モータの回転速度または前記速度パラメータの低下とともにモータトルクが前記外乱トルクに収束するように前記モータを制御し、
   前記電動車両が前記所定車速以下において前記摩擦制動量が所定値以上のとき、前記外乱トルクに対する補正量を低減する、
   電動車両の制御装置。

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