JP2019022339A - 電動車両の制御装置及び電動車両の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電動車両の停止距離を短くしつつ、電動車両を滑らかに停止させる。【解決手段】モータ（４）を走行駆動源とし、モータ（４）の回生制動力により減速する電動車両の制御装置（２）は、アクセル操作量を取得し、電動車両の車体に作用する外乱トルクを推定し、電動車両を駆動する駆動軸の回転速度に相関のある回転体の角速度を取得する。そして制御装置（２）は、回転体の角速度から車体の速度までの伝達特性を模擬して車体速度を推定し、モータのトルク指令値を算出し、トルク指令値に基づいてモータ（４）に生じるトルクを制御する。制御装置（２）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である場合には、推定した車体速度の低下とともに、推定した外乱トルクにトルク指令値を収束させる。【選択図】図７

Description

本発明は、電動車両の制御装置及び電動車両の制御方法に関する。

電動車両の制御装置としては、アクセル操作量が減少またはゼロになり、かつ、電動車両が停車間際になると、モータ回転速度にフィードバックゲインを乗じたフィードバックトルクを用いて停止制御を実行する制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−１３３７９９号公報

上述の制御装置では、モータ回転速度の低下とともにモータトルク指令値を調整するにあたり、電動車両の停止距離を短くするにはフィードバックゲインを大きくする必要がある。しかしながら、フィードバックゲインを大きな値に設定しようとすると、フィードバック制御系の安定性が低下し、十分な安定余裕を確保することが困難になる。

仮にフィードバック制御系において十分な安定余裕がない状態で停止制御が実行されると、車両のモデル化誤差やギアバックラッシュなどの外乱要因により、モータトルク及びモータ回転速度が振動し、フィードバック制御系が発散することが懸念される。

本発明は、電動車両の停止距離を短くしつつ、電動車両を滑らかに停止させる電動車両の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様における電動車両の制御装置は、モータを走行駆動源とし、前記モータの回生制動力により減速する。そして電動車両の制御装置は、アクセル操作量を取得する操作量取得手段と、前記電動車両の車体に作用する外乱トルクを推定する外乱推定手段と、前記電動車両を駆動する駆動軸の回転速度に相関のある回転体の角速度を取得する角速度取得手段と、を備える。さらに電動車両の制御装置は、前記回転体の角速度から前記車体の速度までの伝達特性を模擬して車体速度を推定する車体速度推定手段と、前記モータのトルク指令値を算出するトルク指令値算出手段と、前記トルク指令値に基づいて、前記モータに生じるトルクを制御する制御手段と、を備える。前記トルク指令値算出手段は、前記アクセル操作量が所定値以下であり、かつ、前記電動車両が停車間際である場合には、前記車体速度推定手段により推定される車体速度の低下とともに、前記外乱推定手段により推定される外乱トルクに前記トルク指令値を収束させることを特徴とする。

この態様によれば、電動車両の停止距離を短くしつつ、電動車両を滑らかに停止させることができる。

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、車両の駆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、車体速度を推定して車体速度Ｆ／Ｂトルクを算出する方法を説明するための図である。 図８は、外乱トルク推定値を算出する方法を説明するための図である。 図９は、駆動力伝達系の振動を抑制する制振制御処理を実現するためのブロック図である。 図１０は、制振制御処理に用いられる伝達特性の一例を示す図である。 図１１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を示す図である。 図１２は、比較例による制御結果の一例を示す図である。 図１３は、モータ回転速度から車体速度までの伝達特性を有するフィルタのボード線図である。 図１４は、比較例におけるフィードバックゲインを小さな値に設定したときのボード線図である。 図１５は、第２実施形態における停止制御処理を実現するためのブロック図である。 図１６は、車体速度を推定して車体速度Ｆ／Ｂトルクを算出する方法を説明するための図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

（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気自動車の主要構成の一例を示すブロック図である。

本実施形態における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を備え、電動モータ４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。

図１に例示す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。この電動車両のドライバは、加速時には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、又はアクセルペダルの踏み込み量をゼロに操作する。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、車速Ｖ、アクセル開度ＡＰ、電動モータ４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する。そしてモータコントローラ２は、入力された信号に基づいて、電動モータ４に供給される電力を制御するためのＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号をインバータ３に供給してインバータ３のスイッチング素子を開閉制御する。

インバータ３は、例えば、各相毎に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、電動モータ４に所望の電流を流す。

電動モータ４は、例えば、三相交流モータにより実現される。電動モータ４は、インバータ３から出力される交流電流を用いて駆動力を発生し、減速機５及び駆動軸８を介して、左右の駆動輪９ａ、９ｂに駆動力を伝達する。また、電動モータ４は、電動車両の走行時に駆動輪９ａ、９ｂに連れ回されて回転する場合に、回生駆動力を発生させることで電動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。

回転センサ６は、例えば、レゾルバやエンコーダにより実現され、電動モータ４の回転子位相αを検出する。

電流センサ７は、電動モータ４に供給される三相交流電流ｉｕ、ｉｖ及びｉｗを検出する。ただし、三相交流電流ｉｕ、ｉｖ及びｉｗの和は０（ゼロ）であるため、任意の２相の電流を検出して、残りの１相の電流については演算により求めてもよい。

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、モータコントローラ２は電動車両の作動状態を示す信号を入力する。ここにいう作動状態とは、バッテリ１とインバータ３との間の直流電圧値Ｖｄｃ（Ｖ）、電動車両の車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）、アクセル開度ＡＰ（％）、電動モータ４の回転子位相α（ｒａｄ）、電動モータ４の回転速度Ｎｍ（ｒｐｍ）、並びに電動モータ４に供給される三相交流電流値ｉｕ、ｉｖ及びｉｗなどのことである。

車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）は、図示しない車速センサから取得され、又は他のコントローラから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、ファイナルギアのギア比で除して車速ｖ（ｍ／ｓ）を求め、車速ｖ（ｍ／ｓ）に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ＡＰ（％）は、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。

電動モータ４の回転子位相α（ｒａｄ）は、回転センサ６から取得される。電動モータ４の回転速度Ｎｍ（ｒｐｍ）は、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）に６０／（２π）を乗じて求められる。モータ回転速度ωｍ（ｒａｄ／ｓ）は、回転子角速度ω（電気角）を電動モータ４の極対数ｐで除して得られる。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。

電動モータ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Ｖｄｃ（Ｖ）は、バッテリ１とインバータ３との間の直流電源ラインに設けられた電圧センサ（不図示）から取得され、又は、バッテリコントローラ(不図示)により送信される電源電圧値から求められる。

ステップＳ２０２では、モータコントローラ２は第１のトルク目標値Ｔｍ１^*を設定する。具体的には、モータコントローラ２は、ステップＳ２０１で入力されたアクセル開度ＡＰ及びモータ回転速度ωｍに基づいて、例えばアクセル開度−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。

例えば、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）の時のモータ回生量が大きくなるようにモータトルクが設定されている。すなわち、モータ回転数が正の値を示す時であって、少なくともアクセル開度が０（全閉）の時には、電動車両に回生制動力が働くように負のモータトルクが設定される。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は停止制御処理を行う。具体的には、モータコントローラ２は、電動車両の停車間際を判断し、停車間際以前は、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^*に設定する。停車間際以降は、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、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、後述するように、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については、後述する。

ステップＳ２０４では、モータコントローラ２は、駆動軸トルクを無駄にすることなく、駆動軸８のねじり振動などの駆動力伝達系振動を抑制する制振制御処理を行う。具体的には、モータコントローラ２は、ステップＳ２０２で設定されたモータトルク指令値Ｔｍ^*とモータ回転速度ωｍとに基づいて、制振制御処理が施されたモータトルク指令値Ｔｍ^*を算出する。制振制御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は、モータトルク指令値Ｔｍ^*、モータ回転速度ωｍ及び直流電圧値Ｖｄｃに基づいて、ｄ軸電流目標値ｉｄ^*、及びｑ軸電流目標値ｉｑ^*を求める。例えば、実験結果やシミュレーション結果などを通じて、モータトルク指令値、モータ回転速度及び直流電圧値と、ｄ軸電流目標値及びｑ軸電流目標値との関係を求めたテーブルをあらかじめ用意しておく。そしてモータコントローラ２は、モータトルク指令値Ｔｍ^*、モータ回転速度ωｍ及び直流電圧値Ｖｄｃを取得すると、用意したテーブルを参照してｄ軸電流目標値ｉｄ^*及び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は、ｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑがそれぞれｄ軸電流目標値ｉｄ^*及びｑ軸電流目標値ｉｑ^*に一致するよう電流制御を行う。

具体的には、モータコントローラ２は、ステップＳ２０１で入力された三相交流電流値ｉｕ、ｉｖ及び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及びｑ軸電流ｉｑを求める。続いてモータコントローラ２は、ｄ軸及びｑ軸電流目標値ｉｄ^*及びｉｑ^*と、ｄ軸及びｑ軸電流ｉｄ及びｉｑとの偏差から、ｄ軸及びｑ軸電圧指令値ｖｄ及びｖｑを算出する。

なお、モータコントローラ２算出したｄ軸及びｑ軸電圧指令値ｖｄ及び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となる非干渉電圧を加算するようにしてもよい。

続いてモータコントローラ２は、ｄ軸及びｑ軸電圧指令値ｖｄ及びｖｑと、電動モータ４の回転子位相αと、三相交流電圧指令値ｖｕ、ｖｖ及びｖｗと、直流電圧値Ｖｄｃとから、ＰＷＭ信号ｔｕ（％）、ｔｖ（％）及びｔｗ（％）を求める。このようにして求めたＰＷＭ信号ｔｕ、ｔｖ及びｔｗに従ってインバータ３のスイッチング素子がＯＮ／ＯＦＦするので、モータトルク指令値Ｔｍ^*に示された所望のトルクで電動モータ４を駆動することができる。

次に、ステップＳ２０３で行われる停止制御処理について説明するにあたり、まず、本実施形態における電動車両のモータトルクＴｍからモータ回転速度ωｍまでの伝達特性Ｇｐ（ｓ）について説明する。

図４及び図５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 ：車両の質量
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 ：タイヤの過重半径
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 ：車両に加えられる駆動力
Ｖ ：車体の速度
ω_w：駆動輪の角速度

そして、図４及び図５に示した駆動力伝達系のモデルを用いることにより、以下の運動方程式を導くことができる。ただし、次式（１）乃至（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。

上述の式（１）乃至（５）により表される運動方程式に基づいて、電動モータ４のモータトルク指令値Ｔｍ^*からモータ回転速度ωｍまでの伝達関数である伝達特性Ｇｐ（ｓ）を求めると、次式（６）により表される。

ただし、式（６）中に各パラメータは、次式（７）により表わされる。

上式（６）により表される伝達特性Ｇｐ（ｓ）の極と零点を調べると、伝達特性Ｇｐ（ｓ）を次式（８）のような伝達特性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、式（８）の伝達特性Ｇｐ（ｓ）中のαとβが極めて近い値を示すことを意味する。

したがって、上式（８）における極零相殺（α＝βと近似する）を行うことで導出される車両モデルＧｐ（ｓ）は、次式（９）に示すように（２次）／（３次）の伝達特性を有する。

車両モデルＧｐ(ｓ)及び制振制御のアルゴリズムにより、式（９）の車両モデルＧｐ(ｓ)は、次式（１０）に示す伝達特性Ｇｒ(ｓ)と見なすことができる。

続いて、モータトルクＴｍから車体速度Ｖまでの伝達特性Ｇｐｖ(ｓ)について説明する。

上述の式（１）乃至（５)に基づいて伝達特性Ｇｐｖ(ｓ)を求めると、伝達特性Ｇｐｖ(ｓ)は、次式(１１)により表される。

上述の式(８)及び(１１)に基づいてモータ回転速度ωｍから車体速度Ｖまでの伝達特性Ｇωｖ(ｓ)を求めると、伝達特性Ｇωｖ(ｓ)は、次式(１２)により表される。

続いて、モータトルクＴｍから電動車両の駆動力Ｆまでの伝達特性ＧｐＦ(ｓ)について説明する。

上述の式(１)乃至(５)に基づいて伝達特性ＧｐＦ(ｓ)を求めると、伝達特性ＧｐＦ(ｓ)は、次式(１３)により表わされる。

次に、図２のステップＳ２０３で行われる停止制御処理の詳細について説明する。

図６は、停止制御処理を実現する機能構成の一例を示すブロック図である。図６には、停止制御処理を実現する機能構成として、車体速度Ｆ／Ｂトルク設定器６０１と、外乱トルク推定器６０２と、加算器６０３と、トルク比較器６０４とが示されている。

車体速度Ｆ／Ｂトルク設定器６０１は、検出されたモータ回転速度ωｍに基づいて、電動モータ４の回生制動力を用いて電動車両を停止させるための車体速度フィードバックトルクＴω（以下、車体速度Ｆ／ＢトルクＴωと呼ぶ）を算出する。

図７は、モータ回転速度ωｍに基づいて車体速度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。

車体速度Ｆ／Ｂトルク設定器６０１は、制御ブロック７０１と乗算器７０２とを備える。

制御ブロック７０１は、上式（１２）の伝達特性Ｇωｖ(ｓ)を模擬又は近似したフィルタ、すなわち伝達特性Ｇωｖ(ｓ)を有するフィルタとしての機能を担っている。このため、制御ブロック７０１は、モータ回転速度ωｍを入力し、伝達特性Ｇωｖ(ｓ)を考慮したフィルタリング処理を行うことにより、車体速度Ｖの推定値を示す推定車体速度Ｖ＾を算出する。

なお、式(１２)の伝達特性Ｇωｖ（ｓ）は、次式（１４）のように近似することができる。

このため、制御ブロック７０１は、式（１２）の伝達特性Ｇωｖ（ｓ）に代えて、式（１４）の伝達特性Ｇωｖ（ｓ）を用いてフィルタリング処理を行うものであっても良い。これにより、式（１２）の伝達特性Ｇωｖ（ｓ）を用いる場合に比べて演算処理を低減することができる。

なお、上式（１４）中の時定数τωｖに代えて、式(１３)により特定される極ωpを用いても良い。このように、モータ回転速度ωｍから車体速度Ｖまでの伝達特性の分母の極を一つ用いることにより推定車体速度Ｖ＾を算出することが可能になる。

また、制御ブロック７０１は、上式（１２）のモータ回転速度ωｍから車体速度Ｖまでの伝達特性Ｇωｖ(ｓ)に加えて、上式（１３）のモータトルクＴｍから電動車両の駆動力Ｆまでの伝達特性ＧｐＦ(ｓ)を考慮したフィルタリング処理を行うものであっても良い。例えば、制御ブロック７０１は、次式（１５）の伝達特性Ｇωｖ(ｓ)を有するフィルタリング処理を行う。

上式（１５）において、ギア比、及びタイヤ同半径などを考慮したゲインｋを乗算することにより、伝達特性Ｇωｖ(ｓ)のうち入力をモータ回転速度ωｍとし、出力を推定車体速度Ｖ＾とすることができる。

上式（１５）の伝達特性Ｇωｖ(ｓ)を制御ブロック７０１に適用することにより、モータトルクＴｍから電動車両の駆動力Ｆまでの伝達特性を考慮したモータトルク指令値である第３のトルク目標値Ｔｍ３^*を算出することが可能になる。

なお、式（１３）の伝達特性ＧｐＦ(ｓ)に代えて、次式（１６）の伝達特性ＧｐＦ(ｓ)を用いても良い。

上式（１６）の伝達特性ＧｐＦ(ｓ)は、式（１３）の伝達特性ＧｐＦ(ｓ)において複素平面上で原点から遠い極αを近似した特性である。

以上のように、制御ブロック７０１は、モータ回転速度ωｍから車体速度Ｖまでの伝達特性Ｇωｖ(ｓ)により特定される分母の極を一つ以上用いて推定車体速度Ｖ＾を算出する。

乗算器７０２は、推定車体速度Ｖ＾に所定のゲインＫｖｒｅｆを乗じて、車体速度Ｆ／ＢトルクＴωを算出する。ただし、ゲインＫｖｒｅｆは、電動車両の停止間際に電動車両を停止させるために負（マイナス）の値をとり、例えば、実験データ等により適宜設定される。これにより、車体速度Ｆ／ＢトルクＴωは、推定車体速度Ｖ＾が大きくなるほど、大きな回生制動力が得られるようなトルク値に設定される。

なお、車体速度Ｆ／Ｂトルク設定器６０１は、推定車体速度Ｖ＾にゲインＫｖｒｅｆを乗じて車体速度Ｆ／ＢトルクＴωを算出するものとして説明したが、推定車体速度Ｖ＾と回生トルクとの関係を予め記憶した回生トルクテーブル、又は推定車体速度Ｖ＾の減衰率を予め記憶した減衰率テーブルを用いて車体速度Ｆ／ＢトルクＴωを算出するものであってもよい。

図６に戻って説明を続ける。外乱トルク推定器６０２は、モータ回転速度ωｍと第３のトルク目標値Ｔｍ３^*に基づいて、外乱トルク推定値Ｔｄを算出する。

図８は、モータ回転速度ωｍ及び第３のトルク目標値Ｔｍ３^*に基づいて外乱トルク推定値Ｔｄを算出する方法を説明するための図である。

外乱トルク推定器６０２は、制御ブロック８０１と、制御ブロック８０２と、減算器８０３と、を備える。

制御ブロック８０１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を入力してフィルタリング処理を行うことにより、第１のモータトルク推定値を算出する。

制御ブロック８０１の伝達特性のうち、分母を構成するＧｒ（ｓ）は、上述の式（１０）に示した伝達特性であり、式（９）の車両モデルＧｐ(ｓ)及び制振制御のアルゴリズムから導かれる車両モデルである。また、伝達特性の分子を構成するＨ１（ｓ）は、分母次数と分子次数との差分が車両モデルＧｐ（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、伝達特性Ｈ１（ｓ）を有する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^*を入力して、伝達特性Ｈ１（ｓ）を考慮した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。

減算器８０３は、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を外乱トルク推定値Ｔｄとして出力する。本実施形態の減算器８０３は、第１のモータトルク推定値を第２のモータトルク推定値から減じて外乱トルク推定値Ｔｄを算出する。

図６に戻って説明を続ける。加算器６０３は、車体速度Ｆ／Ｂトルク設定器６０１からの車体速度Ｆ／ＢトルクＴωと、外乱トルク推定器６０２からの外乱トルク推定値Ｔｄとを加算することにより、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*を算出する。

トルク比較器６０４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^*として第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。したがって、トルク比較器６０４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３のトルク目標値Ｔｍ３^*を第１のトルク目標値Ｔｍ１^*に設定する。

また、トルク比較器６０４は、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、車両が停車間際と判断して、第３のトルク目標値Ｔｍ３^*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。この第２のトルク目標値Ｔｍ２^*は、停車状態を維持するため、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。

次に、図２のステップＳ２０４で行われる制振制御処理の詳細について説明する。

図９は、電動車両の駆動力伝達系の振動を抑制する制振制御処理を実現する機能構成の一例を示すブロック図である。制振制御処理は、Ｆ／Ｆ補償器とＦ／Ｂ補償器との組み合わせにより構成される。

図９には、Ｆ／Ｆ補償器として制御ブロック９０１が示され、Ｆ／Ｂ補償器として、加算器９０２と、制御ブロック９０３と、減算器９０４と、制御ブロック９０５と、乗算器９０６とが示されている。

制御ブロック９０１は、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おり、第３のトルク目標値Ｔｍ３^*を入力して、電動車両のねじり振動を低減する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９０１の伝達特性のうち、分母を構成するＧｐ（ｓ）は、式（９）の車両モデルＧｐ(ｓ)であり、分子を構成するＧｒ（ｓ）は、車両モデルＧｐ(ｓ)及び制振制御のアルゴリズムから導かれる式（１０）の車両モデルである。

加算器９０２は、フィードフォワード制御により得られた第４のトルク目標値Ｔｍ４^*にＦ／Ｂ補償器の出力を加算することにより、第６のトルク目標値Ｔｍ６^*を出力する。

制御ブロック９０３は、車両モデルＧｐ(ｓ)を有するフィルタとしての機能を担っている。このため、制御ブロック７０１は、第６のトルク目標値Ｔｍ６^*を入力し、車両モデルＧｐ(ｓ)を考慮したフィルタリング処理を行うことにより、モータ回転速度ωｍの推定値を示すモータ回転速度推定値ωｍ＾を算出する。

減算器９０４は、モータ回転速度推定値ωｍ＾とモータ回転速度ωｍとの偏差を出力する。本実施形態の減算器９０４は、モータ回転速度推定値ωｍ＾からモータ回転速度ωｍを減じて偏差を算出する。

制御ブロック９０５は、Ｈ２（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おり、減算器９０４の偏差を入力してフィルタリング処理を行うことにより、外乱ｄの推定値を示す推定外乱ｄ＾を算出する。

制御ブロック９０５の伝達特性のうち、式（９）の車両モデルＧｐ(ｓ)及び制振制御のアルゴリズムから導かれる車両モデルであり、分子を構成するＨ２（ｓ）は、振動のみを低減するフィードバック要素となる伝達特性を有するバンドパスフィルタである。

乗算器９０６は、制御ブロック９０５からの推定外乱ｄ＾にフィードバックゲインＫ_FBを乗じて、モータ回転速度ωｍの制御誤差を考慮した第５のトルク目標値Ｔｍ５^*を算出する。そして加算器９０２により第５のトルク目標値Ｔｍ５^*が第４のトルク目標値Ｔｍ４^*に加算されることで、電動車両のねじり振動の発生を抑制するように第６のトルク目標値Ｔｍ６^*にモータ回転速度ωｍがフィードバックされる。

次に、制御ブロック９０５が有する伝達特性Ｈ２（ｓ）について説明する。

図１０は、伝達特性Ｈ２（ｓ）を実現するためのバンドパスフィルタの一例を示す図である。

伝達特性Ｈ２（ｓ）は、ローパス側での減衰特性とハイパス側での減衰特性とが略一致し、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に設定される。このようにフィルタの特性を設定することにより、最も大きな効果を得ることができる。

例えば、１次のハイパスフィルタ及び１次のローパスフィルタを用いて伝達特性Ｈ２（ｓ）を構成する場合、伝達特性Ｈ２（ｓ）は次式（１７）で表され、周波数ｆｐが駆動系のねじり共振周波数に設定され、ｋが任意の値に設定される。

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。

なお、本実施形態では、電動車両の駆動力伝達系にねじり振動が発生するため停止制御と制振制御を併用したが、駆動力伝達系にねじり振動が発生しない電動車両についてはステップＳ２０４の制振制御処理を実行しなくても良い。

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１１及び図１２を参照して、平坦路で停止制御を実行した場合の電動車両の状態について説明する。

図１１は、推定車体速度Ｖ＾を用いて第２のトルク目標値Ｔｍ２^*を演算する電動車両の制御装置による制御結果の一例を示すタイムチャートである。図１２は、比較例として、推定車体速度Ｖ＾を求めることなくモータ回転速度ωｍから第２のトルク目標値Ｔｍ２^*を演算する場合の制御結果を示すタイムチャートである。

図１１及び図１２の各々については、（ａ）にはモータトルク指令値に相当する第３のトルク目標値Ｔｍ^*３が示され、（ｂ）にはモータ回転速度が示され、（ｃ）には車両前後加速度が示されている。また（ａ）乃至（ｃ）の横軸は共通の時間軸である。

比較例では図１２（ａ）に示すように、時刻ｔ１１においてモータコントローラ２は、電動車両が停車間際であると判断し、停止制御処理を開始する。そして図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、時刻ｔ１１から時刻ｔ１６にかけて、モータコントローラ２は、停止制御処理を実行することにより、モータ回転速度ωｍが漸近的にゼロに収束するようにモータトルク指令値を演算する。

図１２では、推定車体速度Ｖ＾を求めることなくモータ回転速度ωｍから直接Ｆ／Ｂトルクを演算する構成であるため、フィードバック制御系の安定性を確保するためには、角速度フィードバックゲインを小さな値に設定しなければならない。

その結果、図１２（ｃ）に示すように車両前後加速度の急峻な変動は抑えられるものの、停止制御処理の開始からモータ回転速度ωｍがゼロに収束するまでの間に、時刻t１１から時刻ｔ１６までの時間を要するため、電動車両の停止距離が長くなってしまう。すなわち、比較例では、フィードバック制御系の安定性を確保しつつ、ドライバの意図する停止距離を実現することは困難である。

一方、本実施形態では、図１１（ａ）に示すように、時刻ｔ２においてモータコントローラ２は、電動車両が停車間際であると判断し、停止制御処理を開始する。そして図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ４にかけて、モータコントローラ２は、停止制御処理を実行することにより、モータ回転速度ωｍが漸近的にゼロに収束するようにモータトルク指令値を演算する。

本実施形態ではモータ回転速度から車体速度までの伝達特性を考慮して推定車体速度Ｖ＾を演算する構成であるため、図１２の比較例に比べて停止制御中の制御誤差が小さくなるので、フィードバック制御系の安定性を確保しやすくなる。このため、比較例で設定された角速度フィードバックゲインに対して、図７に示した乗算器７０２のゲインＫｖｒｅｆを大きな値に設定することが可能になる。

その結果、図１１（ｃ）に示すように、車両前後加速度の急峻な変動を抑制しつつ、図１１（ｂ）に示すように、停止制御処理の開始からモータ回転速度ωｍがゼロに収束するまでの期間を時刻t２から時刻ｔ４までに短縮することができる。

すなわち、本実施形態のモータコントローラ２は、フィードバック制御系の安定性を確保しつつ、ドライバの意図する停止距離を実現することができる。したがって、本実施形態によれば、電動車両の停止距離を短くし、かつ、滑らかな停車を実現することができる。

次に、本実施形態における制振制御を考慮した停止制御の閉ループ伝達特性について図１３及び図１４を参照して説明する。図１３及び図１４には、本実施形態の伝達特性が実線により示され、図１２に示した比較例の伝達特性が破線により示されている。

図１３は、本実施形態における停止制御の閉ループ伝達特性を示すボード線図である。

図１３では、停止制御の角速度フィードバックゲインに相当する乗算器７０２のゲインＫｖｒｅｆがドライバの意図する停止距離を実現するのに必要となる値に設定されている。比較例においても同一の値が設定されている。

図１３に示すように、ゲイン特性については、高周波域において本実施形態の特性が比較例の特性に比べて低いことが分かる。位相特性については、本実施形態と比較例との間で概ね特性が一致している。

比較例では、入力信号に対する出力信号の位相が１８０°遅れる周波数Ｆｓ２においてゲインが０［ｄＢ］になっており、ゲイン余裕がないことが分かる。ゲイン余裕が確保されていない状態で停止制御処理が実行されると、モータ回転速度及びモータトルクの両者で持続振動が発生するとともに、車両前後加速度についても振動するため、ドライバに不安感を与えてしまう。

これに対して本実施形態では、位相が１８０°遅れる周波数Ｆｓ２においてゲインが負の値となっており、ゲイン余裕が十分にあることが分かる。すなわち、本実施形態のゲイン特性については、周波数Ｆｓ２でのゲインが０よりも所定の幅だけ小さく、かつ、低周波数領域における周波数Ｆｓ１での極小値よりも小さくなるように設定される。

このため、周波数Ｆｓ２でゲイン余裕が十分に確保されるので、モータ回転速度及びモータトルクに持続振動を発生させることなく、電動車両を滑らかに停止させることができる。

図１４は、比較例の角速度フィードバックゲインを小さく設定した場合の閉ループ伝達特性を示すボード線図である。

図１４に示すように、本実施形態及び比較例の双方の閉ループ伝達特性において、位相が１８０°遅れる周波数Ｆｓ２でゲイン余裕が十分に確保されているため、フィードバック制御系が発散することなく滑らかに停車させることができる。しかしながら、比較例においては、角速度フィードバックゲインが小さな値に設定されているため、図１２（ｃ）に示したように本実施形態と比べて停止距離（時刻ｔ１１から時刻ｔ１６）は長くなる。

このため、比較例では、フィードバック制御系の安定性を確保しつつ停止距離を短くすることは困難であるのに対し、本実施形態ではフィードバック制御系の安定性の確保と停止距離の短縮とを両立することができる。

以上、第１の実施形態によれば、電動モータ４を走行駆動源とし、電動モータ４の回生制動力により減速する電動車両の制御装置は、モータコントローラ２により構成される。モータコントローラ２は、アクセル操作量を取得する操作量取得手段を構成するステップＳ２０１の処理と、電動車両の車体に作用する外乱トルクを推定する外乱推定手段を構成する外乱トルク推定器６０２と、電動車両を駆動する駆動軸８の回転速度に相関のある回転体の角速度を取得する角速度取得手段とを備える。本実施形態における駆動軸８は、減速機５及びドライブシャフトを含み、駆動軸８の回転速度に相関のある回転体の角速度は、回転体を構成する電動モータ４のモータ回転速度ωｍである。

そして、モータコントローラ２は、図７に示したように、モータ回転速度ωｍから車体の速度Ｖまでの伝達特性Ｇωｖ(ｓ)を模擬して車体速度を推定する車体速度推定手段を構成する制御ブロック７０１を備える。さらにモータコントローラ２は、図２に示したように、電動モータ４のモータトルク指令値Ｔｍ^*を算出するトルク指令値算出手段を構成するステップＳ２０３の処理と、モータトルク指令値Ｔｍ^*に基づいて電動モータ４に生じるトルクを制御する制御手段を構成するステップＳ２０６の処理とを備える。

ステップＳ２０３においてモータコントローラ２は、アクセル操作量が所定の値以下であり、かつ、電動車両が停車間際である場合には、推定車体速度Ｖ＾の低下とともに、外乱トルク推定値Ｔｄにモータトルク指令値Ｔｍ^*を収束させる。

本実施形態では、図６に示したように、アクセル操作量が所定の値以下であり、かつ、電動車両が停車間際である場合にトルク比較器６０４がモータトルク指令値Ｔｍ^*として第２のトルク目標値Ｔｍ２^*を出力する。この場合において第２のトルク目標値Ｔｍ２は、推定車体速度Ｖ＾に対してゲインＫｖｒｅｆを乗じた車体速度Ｆ／ＢトルクＴωに基づき算出される。

このように、推定車体速度Ｖ＾を求めて第２のトルク目標値Ｔｍ２^*を算出することにより、電動モータ４から駆動輪９ａ及び９ｂまでの減速機５を含む駆動軸８のねじれ及びギアバックラッシュなどに起因する制御誤差を小さくすることができる。これにより、推定車体速度Ｖ＾に乗算されるゲインＫｖｒｅｆを大きくすることが可能になるので、図１１（ｃ）に示したように、フィードバック制御系の安定性を確保しつつ、電動車両の停車距離を短くすることができる。

したがって、本実施形態によれば、電動車両の停止距離を短くし、かつ、滑らかな停車を実現することができる。なお、アクセル操作量が所定値以下とは、回生制動とは別に、制動装置が介入することなく、電動車両が十分に低下した速度、例えば１５ｋｍ/ｈ以下で走行しているときのアクセル操作量を意味する。

また、本実施形態によれば、制御ブロック７０１は、式（１２）の伝達特性Ｇωｖ(ｓ)を近似したフィルタにより実現される。これにより、電動車両の停止距離を短くしつつ、モータコントローラ２の演算処理を低減することができる。

また、本実施形態によれば、伝達特性Ｇωｖ(ｓ)を近似したフィルタは、式（１６）のように、電動モータ４のモータ回転速度ωｍから車体速度Ｖまでの伝達特性Ｇωｖ(ｓ)の分母の極を１つ以上用いて伝達特性Ｇωｖ(ｓ)を近似したフィルタにより実現される。

このように、伝達特性Ｇωｖ(ｓ)の分母の極を１つ以上用いることにより、本来の伝達特性を近似することができるとともに、制御ブロック７０１の演算負荷を低減することができる。すなわち、モータコントローラ２の演算負荷を低減しつつ、電動車両の停止距離を短くすることができる。

また、伝達特性Ｇωｖ(ｓ)を近似したフィルタのゲイン特性に関しては、図１３に示したように、入力信号に対する出力信号の位相が１８０度遅延する周波数Ｆｓ２におけるゲインが、０よりも所定の幅だけ小さく、かつ、低周波数領域における周波数Ｆｓ１の極小値よりも小さくなるように設定される。

これにより、図１２で述べた比較例に比べて、図７に示した乗算器７０２のゲインＫｖｒｅｆを大きくすることが可能になるので、電動車両の停止距離を短くすることができる。

また、本実施形態によれば、ステップＳ２０３においてモータコントローラ２は、式（１７）に示したように、上述の伝達特性Ｇωｖ(ｓ)だけでなく、電動モータ４のトルクＴｍから電動車両の駆動力Ｆまでの伝達特性ＧｐＦ(ｓ)を模擬して、モータトルク指令値Ｔｍ^*を算出する。

これにより、モータトルクＴｍを用いて電動車両の駆動力Ｆを直接コントロールできない電動車両であっても、電動車両の停止距離を短くしつつ、滑らかな停車を実現することができる。

また、本実施形態によれば、モータコントローラ２は、図６に示したように、アクセル操作量に基づいて、例えば図３に示したマップから第１のトルク目標値Ｔｍ１^*を算出する第１算出手段と、外乱トルクに収束させる第２のトルク目標値Ｔｍ２^*を算出する第２算出手段と、を備える。そしてモータコントローラ２は、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*が第２のトルク目標値Ｔｍ２^*を上回る場合には、電動車両が停車間際であると判断する。

このように、モータコントローラ２は、図１１（ａ）に示したように、時刻ｔ２まで第１のトルク目標値Ｔｍ１^*に基づき電動車両を減速した後、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*に切り替えて電動車両を停車させる。これにより、平坦路、登坂路及び降坂路に依らず、加速度振動が抑えられた滑らかな減速を停車間際に実現することができる。これに加えて停車した後に停止状態を保持することができる。

なお、本実施形態では駆動軸８の回転速度に相関のある回転体の角速度としてモータ回転速度ωｍを用いる例について説明したが、駆動輪９ａ及び９ｂの回転速度を用いてもよい。

（第２実施形態）
次に、駆動輪９ａ及び９ｂの角速度を用いて第２のトルク目標値Ｔｍ２^*を演算する第２の実施形態について説明する。

図１５は、本発明の第２実施形態における停止制御処理を実現する機能構成の一例を示すブロック図である。

図１５には、車体速度Ｆ／Ｂトルク設定器６０１に代えて車体速度Ｆ／Ｂトルク設定器６１１が示されている。他の構成については、図６に示した構成と同じであるため、ここでの説明を省略する。

車体速度Ｆ／Ｂトルク設定器６１１は、車輪センサ１０により検出される駆動輪９ａの角速度を示す車輪速度ωｗに基づいて、車体速度Ｆ／ＢトルクＴωを算出する。

図１６は、車輪速度ωｗに基づいて車体速度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。

車体速度Ｆ／Ｂトルク設定器６１１は、制御ブロック７１１と乗算器７０２とを備える。なお、乗算器７０２は図７に示したものと同様の構成であるため、ここでは制御ブロック７１１についてのみ詳細に説明する。

まず、車輪速度ωｗから車体速度Ｖまでの伝達特性Ｇωｖ１（ｓ）は、次式（１８）により表される。

制御ブロック７１１は、上式（１８）の伝達特性Ｇωｖ１(ｓ)を有するフィルタとしての機能を担っている。このため、制御ブロック７１１は、車輪速度ωｗを入力し、伝達特性Ｇωｖ１(ｓ)を考慮したフィルタリング処理を行うことにより、推定車体速度Ｖ＾を算出する。

なお、式(１８)の伝達特性Ｇωｖ１（ｓ）に代えて、式（１４）と同じように、伝達特性Ｇωｖ１（ｓ）を近似した近似式を制御ブロック７１１に適用しても良い。

なお、本実施形態では駆動軸８の回転速度に相関のある回転体の角速度として駆動輪９ａの角速度を用いたが、従属輪の角速度、又は駆動軸８を構成するドライブシャフト軸に回転速度センサを取り付けてその回転速度センサの検出値などを用いても良い。

本発明の第２実施形態によれば、モータコントローラ２は、駆動軸８の回転速度に相関のある回転体の角速度として、回転体を構成する駆動輪９ａの角速度を示す車輪速度ωｗを用いる。具体的には、モータコントローラ２は、車輪速度ωｗから車体速度Ｖまでの伝達特性Ｇωｖ１（ｓ）を模擬して推定車体速度Ｖ＾を演算する。そして、ステップＳ２０３においてモータコントローラ２は、アクセル操作量が所定の値以下であり、かつ、電動車両が停車間際である場合には、推定車体速度Ｖ＾の低下とともに、外乱トルク推定値Ｔｄにモータトルク指令値Ｔｍ^*を収束させる。

このように、車輪速度ωｗを用いてモータトルク指令値Ｔｍ^*を求めることにより、第１実施形態と同様、図１１に示したように、フィードバック制御系の安定性を確保しつつ、停止距離を短縮させることができる。

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。

２ モータコントローラ（制御装置、トルク指令値算出手段、制御手段）
６０１ 車体速度Ｆ／Ｂトルク設定器（車体速度推定手段）
６０２ 外乱トルク推定器（外乱推定手段）
７０１ 制御ブロック（車体速度推定手段）
Ｓ２０１ （操作量取得手段、角速度取得手段）

Claims (7)

1. モータを走行駆動源とし、前記モータの回生制動力により減速する電動車両の制御装置であって、
   アクセル操作量を取得する操作量取得手段と、
   前記電動車両の車体に作用する外乱トルクを推定する外乱推定手段と、
   前記電動車両を駆動する駆動軸の回転速度に相関のある回転体の角速度を取得する角速度取得手段と、
   前記回転体の角速度から前記車体の速度までの伝達特性を模擬して車体速度を推定する車体速度推定手段と、
   前記モータのトルク指令値を算出するトルク指令値算出手段と、
   前記トルク指令値に基づいて、前記モータに生じるトルクを制御する制御手段と、
   を備え、
   前記トルク指令値算出手段は、前記アクセル操作量が所定値以下であり、かつ、前記電動車両が停車間際である場合には、前記車体速度推定手段により推定される車体速度の低下とともに、前記外乱推定手段により推定される外乱トルクに前記トルク指令値を収束させる、
   電動車両の制御装置。
2. 請求項１に記載の電動車両の制御装置であって、
   前記車体速度推定手段は、前記伝達特性を近似したフィルタを含む、
   電動車両の制御装置。
3. 請求項２に記載の電動車両の制御装置であって、
   前記フィルタは、前記回転体の角速度から前記車体の速度までの伝達特性の分母の極を１つ以上用いて当該伝達特性を近似したフィルタである、
   電動車両の制御装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載の電動車両の制御装置であって、
   前記フィルタのゲイン特性は、入力信号に対して出力信号の位相が１８０度遅延するときのゲインが０に対して所定の幅だけ小さく、かつ、低周波数領域の極小値よりも小さくなるように定められる、
   電動車両の制御装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の電動車両の制御装置であって、
   前記トルク指令値算出手段は、前記モータのトルクから前記電動車両の駆動力までの伝達特性を模擬して前記トルク指令値を算出する、
   電動車両の制御装置。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の電動車両の制御装置であって、
   前記トルク指令値算出手段は、
   前記アクセル操作量に基づいて第１のトルク目標値を算出する第１算出手段と、
   前記外乱トルクに収束させる第２のトルク目標値を算出する第２算出手段と、
   前記第１のトルク目標値が前記第２のトルク目標値を上回る場合には、前記電動車両が停車間際であると判断する、
   電動車両の制御装置。
7. モータを走行駆動源とし、前記モータの回生制動力により減速する電動車両の制御方法であって、
   前記電動車両の車体に作用する外乱トルクを推定する外乱推定ステップと、
   前記電動車両を駆動する駆動軸の回転速度に相関のある回転体の角速度から前記車体の速度までの伝達特性を用いて車体速度を推定する車体速度推定ステップと、
   アクセル操作量が所定値以下であり、かつ、前記電動車両が停車間際である場合には、前記車体速度の低下とともに、前記外乱トルクに前記モータのトルク指令値を収束させるトルク指令処理ステップと、
   前記トルク指令値に基づいて、前記モータに生じるトルクを制御する制御ステップと、
   を備える電動車両の制御方法。

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