JP2023136976A - 車両システムの振動抑制制御装置及び振動抑制制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】振動抑制制御とバックラッシュ制御が協調するようにガタ制御や切り替え動作の改善、また、車体に作用する外乱力やトルク制御や速度検出の誤差の抑制を図る。【解決手段】モータと駆動装置と減速機とを有する車両システムの振動抑制にあたり、前記モータの伝達トルクが負値から正値に変化する零クロスタイミングを示すＦｏｒ方向のバックラッシュ開始タイミングと、当該伝達トルクの正値から負値への変化時を示すＲｅｖ方向のバックラッシュ開始タイミングと、を生成する。また、伝達トルクとモータトルクとに依る推定バックラッシュトルクからＦｏｒ方向のバックラッシュ終了タイミングと前記Ｒｅｖ方向のバックラッシュ終了タイミングとを生成する。そして、Ｆｏｒ方向並びに前記Ｒｅｖ方向のバックラッシュ開始タイミング並びにバックラッシュ終了タイミングに基づき車両システムの振動抑制制御を実行する期間を定める。【選択図】図１３

Description

本発明は、電動機（モータ）を駆動源とする車両システムの振動抑制制御技術に関する。

モータとタイヤ間の駆動力伝達機構には、シャフトやギヤなどが存在する。シャフトの剛性が低いと弾性軸（ねじりバネ）となり、モータや車体の慣性成分と共振が生じる。さらにギヤ部にはバックラッシュが存在するので、駆動力が反転する際には「ガタ打ちショック・歯打ち音」が問題となり、トルク応答の不連続が振動源になる。この対策として、軸共振を抑制する振動抑制制御や、バックラッシュに起因する衝撃を抑制するガタ詰め制御（バックラッシュ制御）が適用されている（特許文献１～５）。

特許文献１，２では、シャフトなどの弾性軸による共振を抑制する振動抑制制御が提案されている。特許文献１では車両モデルを利用して、トルク指令と速度検出情報から振動を抑制するための補償トルクを演算し、入力トルク指令に補償トルクを加算する構成が記載されている。特許文献２では、フィードバック制御（ＦＢ制御）ループ内のトルク制御や速度検出などのムダ時間による影響を低減する方法が提案されている。特許文献３では、これらの振動抑制制御に対してさらにガタ制御機能を追加しており、トルク指令に補正を加えるフィードフォワード制御（ＦＦ制御）部と、速度検出を情報源とする振動抑制制御であるフィードバック制御（ＦＢ制御）部とを組み合わせている。ＦＦ制御内にはバックラッシュを含む車両モデルを内蔵させてあり、「トルク指令から共振帯域成分を除去する機能」と、「バックラッシュ期間の推定とモータトルクの制限機能」、および、「トルク制限中にＦＢ制御側の振動抑制制御が不要な応答をしないように非干渉補償成分を生成」という３種類の作用がある。

しかし、バックラッシュ後の歯当たりショックまでしか対策されておらず、バックラッシュ終了後の挙動、つまりトルク制限後からトルク指令に相当する軸ねじりを発生させるまでの過渡的なトルク急変に起因する脈動までは考慮されていない。

このバックラッシュ後の過渡トルクの対策例は、特許文献４、非特許文献１に記載されている。バックラッシュ中にはギヤ間の相対速度が生じ、この相対速度が大きいとバックラッシュ後の過渡トルクも大きくなる。そこで、歯が再接触する直前に相対速度を零まで減速させることが提案されている。相対速度を零まで低減させればギヤの歯が接触するときのショックは無くなるが、その代わり相対位相の変化率も小さくなるので、逆にバックラッシュ時間が長くなってトルク指令に対する応答遅れが問題になってくる。

モデルと実機のパタメータに誤差があると振動抑制効果が低下する。モータ速度検出を用いたＦＢ制御により共振周波数成分は抑制できるが、軸と車体側の慣性モーメントにより生じる反共振周波数成分については抑制効果が少ない。そのためＦＦ制御にてトルク指令に含まれる反共振成分を除去しているが、モデル誤差があると正確な除去が行えなくなる。そのため、パタメータ誤差により反共振のような低い周波数の振動が生じやすい。

この課題については、特許文献５に開示のように「外乱トルクオブザーバを利用した振動抑制制御」により対策が行われている。オブザーバは車体側に作用するトルクも外乱トルクとして推定できるので、これを利用した振動抑制制御では反共振のような低周波成分も抑制できる。

加減速（駆動／回生）の切り替えが緩やかでありトルク指令が零付近で停滞するときには、相対的にトルク制御誤差の影響が大きくなる。トルク誤差が大きくなると正確なバックラッシュ位相が推定できなくなり、バックラッシュ制御の適用期間にズレが生じる。

これに対しては、図２１（ａ）に示すように、トルク指令が小さい場合には「外乱トルクオブザーバを利用した振動抑制制御」を適用するだけで十分なバックラッシュ抑制効果が得られる。そこで、特許文献５によると、トルク指令が小さい場合条件では、「バックラッシュ制御を無効にする対策」を追加すればよいことが記載されている。

特開２００３－００９５６６号公報 特開２００５－２６９８３５号公報 特許第５８６１５５４号公報 特開２０１９－１５１２５６号公報 特許第６９７７８４９号公報

二見茂、久良修郭、七井貞明、「バックラッシュを有するサーボ機構のマイクロコンピュータを用いた衝突が生じない制御方式」，精密機械５０巻１１号、ｐ．１７９１－１７９７（１９８４年）

しかし、特許文献５の振動抑制制御やバックラッシュ制御を適用しても、以下の課題がある。

（１）トルク指令が小さい場合のバックラッシュ検出のチャタリング
特許文献５の振動抑制制御を適用しても、例えば、図２１（ｂ）のｔ１～ｔ２期間に示すように、トルク指令が緩やかな零クロスをする条件ではバックラッシュ期間中は推定軸トルク＾Ｔｄが零付近に停滞するので、外乱などによって想定外の零クロスが発生しやすくなる。バックラッシュ終了直後にこの「外乱による零クロス」を誤検出すると、バックラッシュ制御を何度も繰り返す「チャタリング」が生じることになる。想定される外乱要素としては、車体側の作用トルク（勾配路などの加速度成分）、およびモータの制御トルクや速度検出の誤差などが考えられ、これらを完全に抑制することはできない。

（２）登坂路など車体側に加わる加速度の影響
勾配のある路面（勾配路）などでは車体側にも重力加速度が加わるので、バックラッシュ期間中であってもタイヤや車体の速度が変化する。車体の慣性は大きいので速度変化はゆっくりしているが、それでも加速度を二階積分したものが位相成分であることから、バックラッシュ時間が長くなるとバクラッシュ位相の推定誤差も無視できない大きさになってくる。特に、トルク指令の緩やかな零クロスでは、モータ側の速度増加量も少なくまたバックラッシュ時間も長くなってくるため、車体側の加速度も考慮しないと「正確なバックラッシュ終了タイミング」が推定できなくなる。

（３）バックラッシュ後の過渡トルク振動の問題
図２１で示したように、バックラッシュ期間のモータトルクはモータ単体を急加速させるが、歯当たり後には軸反力により元の速度付近まで急減速する。このモータ速度の変動に振動抑制制御が反応し、１段目の「－ＴＦｃｏｍｐ」に示されるような正負に変化する補償トルクを出力する。バックラッシュ期間中（ｔ１～ｔ２）では「－ＴＦｃｏｍｐ」は負側に発生しているが、ｔ２以降では「－ＴＦｃｏｍｐ」は正方向のパルス状になるので、制御出力Ｔｍがトルク指令Ｔｒｅｆ２を超えてオーバーシュートが生じている。このオーバーシュートが課題３であり、「バックラッシュ後の過渡トルク」と呼ぶことにする。入力されるトルク指令自体が急変するのであれば車体の加速度に紛れてＴＦｃｏｍｐの過渡成分を感じにくいが、緩やかな零クロス状態でパルス状の加速度が発生すると体感に現れやすくなる。

特許文献４及び非特許文献１はこの過渡トルク成分を抑制するために、バックラッシュ終了直前にギヤ間の相対速度を零に絞る方式が記載されている。しかし、相対速度を抑制しすぎると、バックラッシュ期間が長引いてトルクの応答遅れになる。つまり、「過渡トルクの抑制」と「応答遅れ」の相反する関係があるので、それらを協調させる制限方式について検討する必要がある。

（４）トルク制御の誤差や位相検出誤差の要因
「制御装置の電流制御誤差」や「モータの温度変動」等により制御出力トルクＴｍと実際のモータトルクとには「トルク制御誤差」が発生する。また、モータ速度についても「速度検出誤差」が存在する。

実用に供する際には、これらの誤差成分の影響も考慮しておく必要がある。もし、推定バックラッシュ速度がほぼ零になってしまうと、推定バックラッシュ位相が停滞してバックラッシュ制御状態から抜けられないという異常状態も有り得る。そのため、バックラッシュ位相の推定誤差を抑制し、もし異常が生じても通常のトルク制御に復帰させる保護機能を追加する必要がある。

本発明は、以上の事情を鑑み、振動抑制制御とバックラッシュ制御が協調するようにバックラッシュ制御や切り替え動作の改善、さらには、車体に作用する外乱力やトルク制御や速度検出の誤差等による悪影響の抑制を図ることを課題とする。

そこで、本発明の一態様は、モータの駆動装置と当該モータの減速機を有する車両システムの振動抑制制御装置であって、前記駆動装置の入力トルク指令に基づきモータトルクを出力する振動抑制補償部と、前記モータトルクから前記モータのシャフト軸の伝達トルクを算出する外乱トルクオブザーバと、前記モータトルクと前記伝達トルクとに基づき、車両システムの振動抑制制御を実行する期間を推定する推定部とを備え、前記推定部は、前記伝達トルクが負値から正値に変化する零クロスタイミングを示すＦｏｒ方向のバックラッシュ開始タイミングと、当該伝達トルクの正値から負値への変化時を示すＲｅｖ方向のバックラッシュ開始タイミングと、を生成し、前記伝達トルクを前記シャフト軸のバネ定数で除算したものの時間微分により算出した推定軸ねじれ速度をバックラッシュ開始時刻でラッチして当該推定軸ねじれ速度の初期値とし、前記モータトルクからモータ慣性モーメントの時間積分に基づき算出したモータ角速度の変動分と前記推定軸ねじれ速度の初期値との和を相対速度とみなし、この相対速度を時間積分して算出した推定バックラッシュ位相に前記バネ定数を乗算して推定バックラッシュトルクを生成し、この推定バックラッシュトルクに基づき前記Ｆｏｒ方向のバックラッシュ終了タイミングと前記Ｒｅｖ方向のバックラッシュ終了タイミングとを生成し、前記Ｆｏｒ方向並びに前記Ｒｅｖ方向のバックラッシュ開始タイミング並びにバックラッシュ終了タイミングに基づき前記振動抑制制御を実行する期間を定める車両システムの振動抑制制御装置である。

本発明の一態様は、前記振動抑制制御装置において、前記推定部は、前記外乱トルクオブザーバの推定外乱トルクから前記車両システムのタイヤ及び車体の合成慣性モーメントの積分に基づき当該タイヤの角速度の変動分を算出し、この角速度の変動分と前記モータ角速度の変動分と前記推定軸ねじれ速度の初期値との合成値を相対速度とみなし、この相対速度を時間積分して算出した推定バックラッシュ位相に前記バネ定数を乗算して前記推定バックラッシュトルクを生成する。

本発明の一態様は、前記振動抑制制御装置において、前記入力トルク指令に変換ゲインを乗算して目標相対速度を設定し、前記相対速度から前記目標相対速度を減算した超過量に比例ゲインを乗算することで前記入力トルク指令を制限するトルク補正成分を生成し、前記入力トルク指令の基準上限値または当該入力トルク指令のいずれかのうち小さな値から前記トルク補正成分の正成分の値を減算することで当該入力トルク指令のトルク上限値を補正し、前記入力トルク指令の基準下限値または当該入力トルク指令のいずれかのうち大きな値から前記トルク補正成分の負成分の値を減算することで当該入力トルク指令のトルク下限値を補正するトルク制限部をさらに備える。

本発明の一態様は、前記振動抑制制御装置において、前記目標相対速度は、上下限値が設定されたものである。

本発明の一態様は、前記振動抑制制御装置において、前記推定部は、モータ回転位相θｍ＿ｄｅｔとこれをバックラッシュ開始時にラッチした当該モータ回転位相θｍ＿ｄｅｔの初期位相θｍ０との差分より算出した当該モータ回転位相θｍ＿ｄｅｔの変動分（θｍ－θｍ０）にバネ定数＾Ｋｄを乗算して換算トルク＾Ｔｄｍ２に変換し、モータ角速度ωｍ＿ｄｅｔをバックラッシュ開始時にラッチした初期モータ角速度ωｍ０から、前記伝達トルク＾Ｔｄを前記バネ定数＾Ｋｄで除算及び時間微分して算出された値をバックラッシュ開始時にラッチした推定ガタ速度の初期値＾ωｇ＿ｉｎｉを減算して、初期タイヤ角速度＾ωｗ＿ｉｎｉを算出し、前記外乱トルクオブザーバの外乱トルク＾Ｔｏｂｓをバックラッシュ開始時でラッチした当該外乱トルク＾Ｔｏｂｓの初期値＾Ｔｏｂ＿ｉｎｉに前記車両システムのタイヤと車体の合成慣性モーメントの積分を適用してタイヤ角速度の変動分＾Δωｗを算出し、前記初期タイヤ角速度＾ωｗ＿ｉｎｉから前記変動分＾Δωｗを減算してタイヤ角速度推定＾ωｗ２とし、さらに時間積分とバネ定数＾Ｋｄの乗算を適用してタイヤ回転位相の変動分の換算トルク＾Ｔｄｗ２を算出し、前記モータ回転位相θｍ＿ｄｅｔに基づく換算トルク＾Ｔｄｍ２から前記タイヤ回転位相の変動分の換算トルク＾Ｔｄｗ２を減算して前記推定バックラッシュ位相のトルク換算値＾Ｔｇ２を算出し、この推定バックラッシュ位相のトルク換算値＾Ｔｇ２に基づき、前記Ｆｏｒ方向のバックラッシュ終了タイミングと前記Ｒｅｖ方向のバックラッシュ終了タイミングとを生成する。

本発明の一態様は、前記振動抑制制御装置において、前記推定部は、前記伝達トルク＾Ｔｄをシャフトのバネ定数Ｋｄで除算したものを時間微分して推定軸ねじれ速度＾ωｄとし、これをバックラッシュ開始時刻でラッチして初期値＾ωｇ＿ｉｎｉとし、モータトルクＴｍにモータ慣性モーメントＪｍの時間積分を適用したものをモータ角速度の変動分＾Δωｍとし、前記外乱トルクオブザーバの外乱トルク＾Ｔｏｂｓはバックラッシュ開始時でラッチして＾Ｔｏｂ＿ｉｎｉとし、これにタイヤと車体の合成慣性モーメントの積分を適用してタイヤ角速度の変動分＾Δωｗを算出し、前記初期値＾ωｇ＿ｉｎｉと前記モータ角速度の変動分＾Δωｍと前記タイヤ角速度の変動分＾Δωｗの和を相対速度＾ωｇ１とみなし、これを時間積分して算出した推定バックラッシュ位相＾θｇにバネ定数Ｋｄを乗算して推定バックラッシュトルク＾Ｔｇ１を算出し、モータ回転位相θｍ＿ｄｅｔから、バックラッシュ開始時の初期位相θｍ０をラッチし、バックラッシュ中のモータ回転位相の変動分（θｍ－θｍ０）を算出し、さらに、バネ定数＾Ｋｄを乗算してガタ位相に比例したトルク＾Ｔｄｍ２に変換し、モータ角速度ωｍ＿ｄｅｔから、バックラッシュ開始時の速度ωｍ０をラッチして、これから前記相対速度の初期値＾ωｇ＿ｉｎｉを減算して、初期タイヤ角速度＾ωｗ＿ｉｎｉを算出し、前記初期タイヤ角速度＾ωｗ＿ｉｎｉから前記タイヤ角速度の変動分＾Δωｗを減算して推定タイヤ角速度＾ωｗ２を算出し、この推定タイヤ角速度＾ωｗ２を時間成分とバネ定数＾Ｋｄの乗算を適用してタイヤ位相の変動分に比例したトルク＾Ｔｄｗ２を算出し、前記モータ回転位相θｍ＿ｄｅｔに基づくトルク＾Ｔｄｍ２から前記推定タイヤ角速度＾ωｗ２に基づくトルク＾Ｔｄｗ２を減算して推定バックラッシュ位相のトルク換算値＾Ｔｇ２を算出し、前記推定バックラッシュトルク＾Ｔｇ１に基づき、信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｆｏｒ１および信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｒｅｖ１を生成し、前記推定バックラッシュ位相のトルク換算値＾Ｔｇ２に基づき、信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｆｏｒ２および信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｒｅｖ２を生成し、信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｆｏｒ１と信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｆｏｒ２の論理和（ＯＲ）によりＦｏｒ方向のバック終了タイミングの信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｆｏｒを生成し、信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｒｅｖ１と信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｒｅｖ２の論理和（ＯＲ）によりＲｅｖ方向のバックラッシュ終了タイミングの信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｆｏｒを生成する。

本発明の一態様は、前記振動抑制制御装置において、前記モータ角速度ωｍ＿ｄｅｔと前記入力トルク指令Ｔｒｅｆに基づく重み係数Ｋγを出力する二次元テーブルＫγ－Ｔａｂｌｅをさらに備え、前記推定バックラッシュトルク＾Ｔｇ１は、重み係数Ｋγにより重み付けされ、前記トルク換算値＾Ｔｇ２は、（１－重み係数Ｋγ）により重み付けされる。

本発明の一態様は、以上の振動抑制制御装置を実行する車両システムの振動抑制制御方法である。

以上の本発明によれば、振動抑制制御とバックラッシュ制御が協調するようにバックラッシュ制御や切り替え動作の改善、さらには、車体に作用する外乱力やトルク制御や速度検出の誤差の抑制を図ることできる。

本発明の制御対象のプラントモデル。 本発明において近似により簡素化したプラントモデル。 （ａ）ギヤのバックラッシュに基づくガタ位相の飽和特性図、（ｂ）当該バックラッシュに基づく軸トルクとトルク換算したガタ位相の関係特性図。 本発明が適用される車両の動力伝達機構の概略構成図。 本発明の実施形態における近似モデルの概略構成図。 外乱トルクオブザーバと振動抑制制御の構成図。 外乱トルクオブザーバ内のモデル部のブロック図。 振動抑制制御にガタ制御機能のブロック図。 振動抑制制御にガタ制御機能のブロック図。 ガタ制御機能のガタ期間推定部のブロック図。 （ａ）推定ガタ位相の飽和特性図、（ｂ）推定ガタ位相のトルク換算に基づく軸トルクとトルク換算したガタ位相の関係特性図。 （ａ）正方向側ガタ到達検出の特性図、（ｂ）逆方向側ガタ到達検出の特性図。 本発明の実施形態１の振動抑制制御装置のブロック図。 本発明の実施形態２の振動抑制制御装置のブロック図。 本発明の実施形態３の振動抑制制御装置のブロック図。 実施形態３のガタ制御におけるトルク制限値の補正のブロック図。 本発明の実施形態４の振動抑制制御装置のブロック図。 本発明の実施形態５の振動抑制制御装置のブロック図。 本発明の実施形態６の振動抑制制御装置のブロック図。 本発明の実施形態７の振動抑制制御装置のブロック図。 （ａ）外乱トルクオブザーバによる振動抑制制御による加減速特性図、（ｂ）外乱トルクオブザーバによる振動抑制制御とガタ制御の組み合わせによる加減速特性図。 実施形態１（ガタ制御にチャタリング対策を追加）による加減速特性図。 実施形態２（ガタ制御に車体側外乱トルクを補正なし）による加減速特性図。 実施形態３（ガタ制御に推定ガタ速度制限機能を追加）による加減速特性図。 実施形態４（位相・速度検出によるガタ位相とガタ速度の推定方式の精度確認）による加減速特性図。

以下に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。

以下の説明では、「バックラッシュ中の異常加速」「バックラッシュ直後の歯当たりショック」「バックラッシュ後から定常状態への移行時に生じる過渡トルク」という3種類の異なる現象が存在するため紛らわしくなる。そこで、以下に述べる実施形態の全体的な振動抑制制御を「ガタ制御」と略し、個別の制御内容については「ガタ中のモータ加速の抑制」、「歯当たり時の衝撃対策」、「ガタ後の過渡トルク脈動の低減」のように区別して説明する。ギヤ間の相対位相や相対速度を「ガタ位相・ガタ速度」とし、バックラッシュ期間の開始タイミングを「ガタ開始」、バックラッシュ期間の終了タイミングは「ガタ終了」と省略する。

［車両プラントモデルの定義］
制御対象である車両システムについては特許文献１に記載されているモデルを使用する。しかし、モータの極対数やギヤ比およびタイヤ径などの係数まで含めるとモデルが複雑になるので、トルクと速度の変数を定格値にて正規化することにより、図１のように変換した等価モデルを使用する。正規化手法を用いるとモータの極対数などの係数は各要素パラメータ内に統合され、「慣性モーメント」が「積分時定数」に変換されることになる。

バックラッシュ特性については、「モータとタイヤ間の位相差に対する軸トルクの不感帯関数」として表現することが多い。しかし以降の実施例ではギヤ間の相対位相（ガタ位相）を制御変数として使用するので、図１では、ガタ位相が明示される構成に変更してある。不感帯関数の代わりに、「ガタ位相を正負のバックラッシュ幅で飽和する関数」として表現し、「モータとタイヤ間の位相差からガタ位相を減算したもの」が軸ねじれ位相になるので、これに軸の剛性係数（バネ定数Ｋｄ）を乗算して軸トルクを得ている。

図１のパラメータは、下記の要素である。

（設定パラメータ）
ＴＪｍ：モータの慣性モーメントＪｍに相当する時定数
ＴＪｗ：駆動輪の慣性モーメントＪｗに相当する時定数
ＴＪＭ：車両の慣性Ｍに相当する時定数
Ｋｄ：駆動系のねじれ剛性係数（バネ定数）
Ｋｔ：タイヤと路面の摩擦に関する係数
（変数）
ωｍ：モータの角速度
ωｗ：タイヤ（駆動輪）の角速度
ωＭ：車速の角速度変換値
Ｔｍ：モータトルク（制御出力トルク）
Ｔｄ：シャフト軸の伝達トルク（軸ねじりトルク）
ＴｍＡ：モータの慣性モーメントを加速するトルク成分（ＴｍＡ＝Ｔｍ－Ｔｄ）
Ｔｔ：タイヤと接地面間の作用力のトルク変換値
ＴＦ：車両に加えられる外力のトルク換算値
θｄ：シャフト軸のねじれ位相
θｇ：モータ側ギヤとシャフト側ギヤ間の位相差（バックラッシュ内の相対位相、ガタ位相）
θｍｗ：モータ軸とタイヤ軸との位相差（θｍ：モータ位相，θｗ：タイヤ位相，θｍｗ＝θｍ－θｗ）
θＢＬ：バックラッシュ位相（遊び幅の位相であり両振幅、片振幅はθＢＬ／２）
図１の正規化モデルと対比させた車両構造の模式図が図４である。大別すると下記の構成になっている。

駆動装置は、制御演算部（制御部）とモータの位相や速度検出部および要求トルクを発生させるインバータにて構成されている。
制御部では、上位からのトルク指令に対して振動やガタの抑制補償トルクを付加して、「制御出力トルク」としてインバータに出力し、
インバータでは、モータ位相検出や電流検出、および電流制御や半導体電力変換器により「制御出力トルク」に一致した「モータトルク」を発生させる。
動力伝達機構は、モータ・ギヤ・シャフト（弾性軸）・タイヤ・車体にて構成されるものとし、この機構部分をモデルとして示したものが図1に相当する。

［制御用近似モデルの定義］
図１のモデルには４個の積分要素が存在するので、モータトルクＴｍからモータ角速度ωｍまでの伝達関数を求めると４次式になる。しかし制御演算ではもっと簡素化したいので、特許文献５に記載されている図２のような「次数を低減した近似モデル」を使用した。さらに、図１ではギヤのバックラッシュ特性を「位相の非線形特性」として表現しているが、バネ定数＾Ｋｄを乗算してトルクの単位に換算してしまい図２のような「軸トルクの非線形特性」として取り扱っている。

プラントと制御モデルを区別するため、以降では制御に使用する変数の先頭に「^」を付記する。

図２のＧｐ２（ｓ）内の要素をリスト表記しておく。

（制御パラメータ）
＾ＴＪｍ：モータの慣性モーメントに相当する時定数
＾Ｋｄ：駆動系のねじれ剛性係数（バネ定数）
＾ＴＪｗＭ：タイヤと車体の合成慣性モーメントに相当する時定数
＾Ｄｓ：トルクと路面間の等価トルクからスリップ速度＾ωｓｌｉｐへの変換ゲイン（すべり係数）
＾ＴＢＬ：バックラッシュ位相θＢＬにバネ定数＾Ｋｄを乗算したガタによる不感帯トルク幅
（制御変数）
＾ωｍ：モータの角速度
＾ωｗ：タイヤの角速度
＾ωｓｌｉｐ：タイヤと路面間のすべり速度
＾ωＭ：車両の速度
＾ＴｍＡ：モータの慣性モーメントを加速するトルク成分（＝Ｔｍ－＾Ｔｄ）
＾Ｔｄ：シャフト軸の伝達トルク（軸トルク推定値）
＾Ｔｇ：ギヤ内のモータ側とシャフト側の位相差にバネ定数＾Ｋｄを乗算した等価ガタトルク
＾Ｔｍｗ：モータ軸とタイヤ軸との位相差にバネ定数＾Ｋｄを乗算した等価トルク成分
（プラント変数）以降、実トルクなので「＾」は付けない。
Ｔｍ：モータトルク（制御出力トルク）
ＴＦ２：近似モデルにて車体に加わる外力を軸トルクに換算した外乱トルク成分
Ｔｄｉｓｔ：外乱トルクをモータ軸に換算したトルク成分
図１から図２への近似については、タイヤの時定数ＴＪｗに比べて車体の時定数ＴＪＭが十分に大きいことを利用して、「図１の車両モデルＧｐ（ｓ）内の要素ブロックＧＴｄＷｗ（ｓ）部分」を、「図２のＧＴｄＷｗ２（ｓ）のような「次数を低減したモデル」部分」に置換するものである。この詳細については特許文献５に記載されており、ここでは（１）式～（３）式に関係式だけを示しておく。Ｄｓは「タイヤトルク」と「タイヤと路面間のすべり速度」との比例関係を示す係数（すべり係数）に相当し、＾ＴＪｗＭは車体とタイヤの時定数の和であるので「一体化した合成慣性モーメント（タイヤ・車体合成時定数）」に相当している。

図２の近似モデルと対比させた車両構造の模式図が図５である。タイヤと車体が一体化した合成慣性モーメント＾ＴＪｗＭになり、タイヤと路面間の特性はスリップ速度（すべり速度）ωｓｌｉｐとして表現した。また車体に作用する外乱については、近似によって生じるフィルタ項も外乱の一部であるとみなし、新たな外乱ＴＦ２に置き換えている。

また、図５には制御に使用する位相や速度の変数定義についても記載しており、「モータ位相：θｍ、タイヤ・車体位相：θｗ、軸ねじれ位相：θｄ、そしてガタ位相：θｇ」としている。

ギヤ内部を「モータ側ギヤの位相：θｇｍ」と「シャフト側ギヤの位相：θｇｄ」とすると、ギヤ間の相対位相が「ガタ位相θｇ（＝θｇｍ－θｇｄ）」に相当する。ここで、θｇの原点はバックラッシュ位相差の中心に設定する。

モータ側ギヤの位相θｇｍはモータ軸と直結されており（４）式のようにモータ位相と同一とみなす。シャフト側ギヤの位相θｇｄは、タイヤ位相θｗにシャフトの軸ねじれ位相θｄを加算した（５）式で表される。図３にバックラッシュの位相やトルクの非線形特性を示してあり同図（ａ）がガタ位相の特性である。（６）式のようにモータ・タイヤ間位相差θｍｗを定義すると、ガタ位相の飽和関数は（７）式で表され、軸ねじれ位相θｄは（８）式のようにモータ・タイヤ間位相差θｍｗからガタ位相θｇを減算することにより求まる。

各位相を時間微分したものが速度であり、これについては位相変数と同じ添え字を付記して表現する。

図３（ｂ）には「ギヤとシャフトを一体化したトルク特性」を示してあり、横軸はモータとタイヤの位相差（θｍ－θｗ）、縦軸はトルク成分である。飽和特性であるガタ位相θｇにＫｄを乗算すると（９）式の等価ガタトルクＴｇになり、（１０）式のようにモータ・タイヤ間の位相差θｍｗにＫｄを乗算した線形トルクからガタトルクＴｇを減算したものが、軸ねじりにより生じる軸トルク成分Ｔｄとなる。

このようにガタ位相を等価なトルク成分で表現しておけば、（１１）式のように積分や微分に関する係数Ｋｄを一体化して取り扱えるようになる。

同様にモータの加速度Ａｍから速度ωｍを得る積分についても、（１２）式のように積分や微分にモータ時定数ＴＪｍを使用して取り扱えば、この積分入力や微分出力はトルク単位のＴｍＡになる。ＴｍＡは電磁気的なギャップトルクや機械的な軸反力を合成した「純粋にモータを加速するトルク」であるので、本書内ではこれを「モータ加速トルク」と呼んでいる。

（８）式のθｍｗとθｇおよびθｄを時間微分したものを、速度成分ωｍｗとωｇ及びωｄとする。歯当たり中はθｇ＝一定に固定されるので「ωｍｗ＝ωｄ」となり、ガタ期間中はθｄ＝０に固定されるので「ωｍｗ＝ωｇ」となる。

以上が、特許文献１から引用するプラントモデルと特許文献５から引用する制御モデルの説明である。ただし本提案ではより一般的な表現にしたいので、バックラッシュの定義を両振幅に変更し、また一部の記号や変数表現なども変更している。

（本発明の振動抑制制御装置６の基本構成）
図６は特許文献５の制御部と制御対象（プラント）との関係を示す全体構成である。

制御対象であるプラントモデル６０は、図１の車両モデルＧｐ（ｓ）と速度を時間積分（３０４）したモータ位相θｍで模擬する。このθｍを検出したものがモータ回転位相検出値θｍ＿ｄｅｔになる。

振動抑制制御装置６は、速度検出部６１、外乱トルクオブザーバ６２及び振動抑制補償部６３を備える。

速度検出部６１は、モータ回転位相θｍを時間微分部３０５により速度検出ωｍ＿ｄｅｔを得る。実際にはサンプル値系の検出位相θｍ＿ｄｅｔを時間差分として実装するが、ここでは簡単な位相θｍの微分表現としている。

上位からトルク指令Ｔｒｅｆが与えられＬＰＦ１からは低域通過・変化率制限機能により急変を抑制したＴｒｅｆ２が、振動抑制補償部６３へのトルク指令である。振動抑制補償部６３の出力は制御出力トルクＴｍであり、理想的なトルク制御が可能であると仮定して、プラントにはＴｍと等しいモータトルクが発生するものとする。

また、振動抑制のために、外乱トルクオブザーバ６２の内部信号＾ＴｍＡを利用してフィルタＦｃｏｍｐ（ｓ）にて補償トルクＴＦｃｏｍｐを計算し、そして減算部３２によりトルク指令Ｔｒｅｆ２からＴＦｃｏｍｐを減算して制御出力トルクＴｍとしている。

外乱トルクオブザーバ６２は、制御出力トルクＴｍを入力としており、＾ＧｐＴｍＡ２（ｓ）を規範モデルとする。図中のスイッチ３０７がＳ側の場合は、トルク指令Ｔｍから推定外乱トルク＾Ｔｏｂｓを減算部４４にて減算したものを規範モデルの入力＾Ｔｍｓとし、この規範モデルの出力＾ＴｍＡとモータの時定数による積分演算から得る速度と実機の速度＾ωｍとの偏差成分にオブザーバゲインＫｇ部４３の出力値を乗算して＾Ｔｏｂｓを推定している。

規範モデル＾ＧｐＴｍＡ２（ｓ）は図２を図７のブロック図に変形して求めたものであり、＾Ｔｍｓから出力＾ＴｍＡまでの伝達関数として表すと（１３）式になる。これは二次フィルタ形式であり、分母が共振周波数ωｒや粘性係数ζｒを、分子が反共振周波数ωａやその粘性係数ζａを表すことが知られている。

特許文献５では、この（１３）式の分子や分母の特性周波数や粘性係数を利用して設計しており、振動抑制制御のフィルタＦｃｏｍｐ（ｓ）を（１４）式に設定している。ここで、ζＡは調整係数である。

図６の外乱トルクオブザーバ１２においては、オブザーバゲインＫｇの入力成分として、スイッチ３０７にてＡ側とＳ側の２種類の速度偏差Δωｍが選択できる。

スイッチ３０７のＳ側を選択したものが一般的な外乱トルクオブザーバの構成であり、＾ＧｐＴｍＡ２（ｓ）の出力＾ＴｍＡからモータ時定数＾ＴＪｍの積分部３０６によりモータ速度＾ωｍに変換し、この＾ωｍから実機速度検出ωｍ＿ｄｅｔを減算部４２に供して、速度偏差Δωｍ２とする。

特許文献５ではこれとは別に、スイッチのＡ側を選択する構成も記載している。これは、速度検出ωｍ＿ｄｅｔの方にモータ時定数＾ＴＪｍの微分部３１によりモータ加速トルク成分ＴｍＡ＿ｄｅｔを求め、＾ＴｍＡからＴｍＡ＿ｄｅｔを減算部５１に供して偏差トルクΔＴｍＡを求めた後に、モータ時定数＾ＴＪｍの積分部５２により速度偏差Δωｍ１を得る。

２種類の速度偏差（Δωｍ１とΔωｍ２）を比較すると、Ａ側の積分部５２を、減算部５１を超えて、移動すれば、＾ＴｍＡと微分部３１の二箇所の枝部に現れる。そうすると微分部３１側は微積分が相殺され、＾ＴｍＡに移動した積分部５２だけが残るので、Ｓ側の積分部３０６の構成と一致する。

しかし、等価なのは周波数領域である伝達関数で表現したからであり、実時間領域の積分として実装する場合には２種類の積分部５２，３０６には初期値設定の差異がある。Ａ側を選択して、かつ惰行走行中に制御を開始するときには、空転しているモータ速度を積分部３０６の初期値に設定する必要がある。この初期化を表現するために、図６の積分部３０６のブロック図には初期値設定信号用の端子ｙ０と制御停止中を示すｃｌｒ端子を追加して示した。制御開始前でありｃｌｒ端子が「ｏｎ」（制御停止）の場合には、ｙ０の入力信号ｉｎｉｔを積分の初期値として更新し続け、「ｏｆｆ」になると積分動作を開始することを表している。これに対してＳ側を選択した場合には、規範モデルとプラントとの差分は速度の微分成分であり、空転中なので軸トルク推定値＾Ｔｄは略零に維持されるので積分（５２）の初期値も零でよい。初期値が零であるので積分部５２のｙ０やｃｌｒ端子は省略した。

言い換えると、スイッチ３０７による選択される要素は積分の初期化だけが差異なので、それさえ適切に処理していれば特性には差異はない。

特許文献５の振動抑制制御の特性例として数値シミュレーションによる動作波形を図２１（ａ）に示す。図６の制御構成と図１のプラントモデルを使用している。後述の実施形態でも利用できるように、「入力トルク指令は振幅が小さく零クロス時も緩やかな変化」という運転条件に設定してあり、入力トルク指令Ｔｒｅｆは、±２％のトルク振幅の間を０．４ｓの時間幅で直線状に変化させている。モデルのパラメータは下記の条件になるように仮想値を設定し、ガタ特性を強調したいのでバックラッシュ位相は過大に設定してある。

（モデルパラメータの設定）
・共振周波数 ：ωｒ＝２π・１０ ［ｒａｄ／ｓ］
・反共振周波数：ωａ＝２π・１．５ ［ｒａｄ／ｓ］
・タイヤ係数 ：Ｋｔ＝２５ ｐ．ｕ
・バックラッシュ位相のトルク換算 ＴＢＬ＝Ｋｄ＊θＢＬ＝０．２ｐ．ｕ．（θＢＬ＝０．２ ｐ．ｕ．／Ｋｄ）
図２１（ａ）のｔ１～ｔ２間が回生から駆動方向に変化するバックラッシュ期間でありこれを「Ｆｏｒ方向」とする。ｔ３～ｔ４間が駆動から回生方向のバックラッシュ期間でありこちらを「Ｒｅｖ方向」とする。

１段目はトルク成分であり、ＬＰＦ１により急変や高周波成分を除去した制御入力のトルク指令Ｔｒｅｆ２（一点鎖線）、振動抑制制御の補償トルク成分「－１・ＴＦｃｏｍｐ」（波線）、および制御出力「Ｔｍ＝Ｔｒｅｆ２－ＴＦｃｏｍｐ」（太い実線）である。ここで、「Ｔｒｅｆ２からＴＦｃｏｍｐを減算」を「Ｔｒｅｆ２に（ＴＦｃｏｍｐの負値）を加算」と表現した方が分かりやすいので、「（－１）・ＴＦｃｏｍｐ」として負値の波形を描いた。２段目は実機のタイヤとモータ間の速度差ωｍｗを（細い一点鎖線）で描いてある。バックラッシュ期間（ｔ１～ｔ２、ｔ３～ｔ４）のωｍｗがガタ速度ωｇに相当し、終了時刻であるｔ２およびｔ４時刻のωｍｗ成分が「歯当たり時のガタショック」を引き起こす。３段目は位相成分をトルク換算したものであり、実線がガタ位相の換算トルクＴｇ（＝Ｋｄ・θｇ）、破線がモータ・タイヤ間の位相の換算トルク（Ｋｄ・θｍｗ）であり、この差分が軸ねじりトルクＴｄ（＝Ｋｄ・θｍｗ－Ｔｇ）になる。４段目は外乱トルクオブザーバの推定トルク＾Ｔｏｂｓ（点線）と後述する軸トルクの推定＾Ｔｄ（実線）である。

軸ねじりトルクＴｄが零クロスすると（ｔ１～ｔ２、ｔ３～ｔ４）期間のバックラッシュが生じており、この期間における制御出力トルクＴｍが小さな値に抑制されていることが、特許文献５の「外乱トルクオブザーバによる振動抑制制御方式」の作用である。これにより、２段目のガタ速度に相当するωｍｗの増加量を抑制できており歯当たり時のガタショックを抑制する効果が得られる。

バックラッシュ期間の＾Ｔｏｂｓは鋸波状になっているが、これはガタ位相の換算トルクＴｇを外乱成分として推定しているからである。そして、外乱オブザーバから規範モデル出力＾ＴｍＡ成分を取り出し、フィルタＦｃｏｍｐに通して補償トルクＴＦｃｏｍｐを演算してＴｒｅｆ２に減算補償すれば、Ｔｍの増加を抑制して零付近に停滞させる作用になる。

（振動抑制制御と組み合わせるガタ制御の基本構成）
バックラッシュ期間の推定には軸ねじりトルクＴｄが必要だが、これは直接に検出することができない。そこで、制御出力トルクＴｍから外乱トルクオブザーバのモデル出力＾ＴｍＡを減算した成分＾Ｔｄを代わりに使用する。これは図６の破線部で示した差分演算部３０８に相当する。

図６の＾Ｔｄ成分は、図２では減算器４１，１１にて減算する成分（Ｔｄｉｓｔ＋＾Ｔｄ）に相当する。図２と図７を比較すれば、車体に作用するトルク成分ＴＦ２の影響をモータ側に換算したものが図２のＴｄｉｓｔであり、トルク成分ＴＦ２が存在しないと仮定するとＴｄ成分は＾Ｔｄｓに一致し、そして、ＴＦ２が存在する場合は、Ｔｄｉｓｔと＾Ｔｄｓの合成成分が、以下の（１５）式のように軸ねじりトルク（軸トルク推定値）＾Ｔｄと等価になる。

特許文献５では、図６の振動抑制制御に対して、さらにガタ制御を追加した図８のような構成例も開示されている。

図６の外乱トルクオブザーバ部に対応するブロックがＴｄｉｓｔ＿ＯＢＳ（１２０）のブロックであり、軸トルク推定値＾Ｔｄを利用したガタ期間の推定部ＢＬ＿Ｅｓｔ（２００）が追加されている。また、バックラッシュ期間中は制御出力Ｔｍを低く抑えたいので、ＴｒｅｆからＴｍまでの入力処理ブロックＴｍ＿Ｇｅｎ（１００）を図示の構成に変更している。

（ａ）入力処理ブロックＴｍ＿Ｇｅｎ（１００）の主要機能
Ｔｍ＿Ｇｅｎで実現する機能は、ガタ期間の状態信号Ｓ＿ＢＬが「＝１：バックラッシュ中」のときにはスイッチｓｗＡを「＝１ 側」に切り替えて、モータの異常加速を抑制するトルク制限ＴＬＩＭ１（１０２）を適用したＴｒｅｆ４を選択して、制御出力トルクＴｍを小さなトルクに制限することである。ガタ期間中はトルク制限が邪魔をして補正トルクＴＦｃｏｍｐが正確に出力できなくなるので、このＴｒｅｆ４には振動抑制補償トルクＴＦｃｏｍｐを補正していない。

ブロックＴｍ＿Ｇｅｎ（１００）内のうち「ｓｗＡとＴＬＩＭ１を除いた部分」は、ｓｗＡがガタ期間から通常のトルク出力「＝０ 側」に戻る場合の対策であり、Ｔｍの急変（不連続）を抑制するための「バンプレス対策」と呼ばれる機能である。ＴｍからＴｒｅｆ３を減算部３１１して、ガタ制御から復帰（Ｓ＿ＢＬ＝１→０）したら生じてしまうＴｍの変化量を計算し、この変化量が少なくなるように、フィードバックゲインＫαを介してトルク指令Ｔｒｅｆから加算補正部３１２に供する。これにより、Ｔｒｅｆ３と現在出力中のＴｒｅｆ４とが一致するようにＴｒｅｆ２を修正するフィードバックが構成でき、（Ｓ＿ＢＬ＝１→０）の切り替えが起こってもＴｍ出力は不連続にならない。Ｆｃｏｍｐ（ｓ）は二次のフィルタであるので、一次フィルタのように簡単に初期化できない。そのため、ガタ制御中もＦｃｏｍｐ（ｓ）の演算は継続させておき、その代わりにＴｒｅｆ２にフィードバックする構成のバンプレス対策を採用している。

復帰後は速やかに指令値Ｔｒｅｆに追従させたいので、その追従特性をＬＰＦ１にて設定する。これは、一般的な低域通過フィルタや変化率制限で構成すればよい。一例としては、図９のような積分部３１６とＬＰＦ１の時定数ゲイン部３１４およびフィードバック減算器３１３で一次遅れフィルタを構成しておき、変化率を制限する飽和関数３１５を追加挿入すればよい。バンプレス対策の手法は提案内容と直接には関係ないので、一例のみを記載しておく。

（ｂ）バックラッシュ期間（ガタ期間）の推定機能
特許文献５では、ガタ期間の推定を図８のＢＬ＿Ｅｓｔブロックで行っており、その詳細構成を図１０に示す。
この構成を機能で分けると、「ガタ開始タイミングＥ＿ｓｅｔの検出（２２０ａ）」、「ガタ速度＾ωｇとガタ位相（バックラッシュ位相）＾θｇの推定」、「ガタの終了タイミングＳ＿Ｒｓｔの検出」、そして「ガタ状態を生成するラッチ（ｓｒ１）」の４種類になる。

ガタ開始タイミングの推定は図１０の検出ブロック（２２０ａ）で行う。この入力は図６で示した外乱トルクオブザーバを利用した軸トルク推定＾Ｔｄであり、これが零クロスするタイミングを検出してガタ開始タイミングを出力する。零クロスにはトルクの変化極性により２種類あるので、＾Ｔｄが負値から正値に変化する零クロスタイミングをＥ＿Ｆｏｒ（Ｆｏｒ方向）、逆の正から負への変化時をＥ＿Ｒｅｖ（Ｒｅｖ方向）とし、論理和（ＯＲ）によりこれらの両方向成分を合成してＥ＿ｓｅｔ信号を得る。Ｅ＿ＦｏｒとＥ＿Ｒｅｖの差異が区別できるように、極性を示すステータス信号Ｓ＿ＦＲも出力しておく。

ガタ速度とガタ位相の推定部では、バックラッシュ中のモータ・タイヤ間の速度差＾ωｍｗ（ガタ速度＾ωｇ）を推定して、これを時間積分してガタ位相＾θｇを推定している。

この位相推定原理は関係式を用いて説明する。ここで変数に「（ｔ）」が付記してあれば時間ｔにより変化する成分とし、付記していないものはガタ期間中では固定値（初期値の保持値など）とする。また、時刻ｔ＝０がガタ開始時であり、開始時の変数には「（ｔ＝０）」を付記して表す。また、原理説明に関する式については「＾」記号を省略する。

モータ速度ωｍ（ｔ）については（１６）式のように、ガタ開始時の初期速度ωｍ０とそれに対する増速分に分離して取り扱い、増速分は右辺第一項のようにモータトルクＴｍと時定数ＴＪｍの時間積分で計算する。モータ位相のθｍ（ｔ）も、初期位相θｍ０とその後の変化成分に分離すると（１７）式になり、（１６）式のモータ速度ωｍ（ｔ）を代入すると積分と二階積分の２種類の積分項が現れる。

同様にタイヤ側もタイヤ角速度ωｗ（ｔ）を（１８）式、タイヤ位相θｗ（ｔ）を（１９）式として表現すると、やはり積分と二階積分の２種類の積分項が現れる。

図３で示すように、バックラッシュ期間ではガタ位相θｇ＝θｍｗ＝（θｍ－θｗ）であるので、（１７）式から（１９）式を減算すると（２０）式となり、さらに積分回数によりまとめると（２１）式のような３つの項に分離できる。

（２１）式の右辺第３項（θｍ０－θｗ０）はガタの初期位相であり、特許文献５ではこの初期値を零にした。これに対応するのは図１０の時間積分部２５０に追加したクリア端子（ｃｌｒ）であり、ここで初期値を零にすることを表した。また、（２１）式の右辺第２項の相対速度（ωｍ－ωｗ）を（２２）式のような「Ｔｄ／Ｋｄ（＝θｄ）を時間微分したもの」として推定しておき、これをガタ開始時刻（ｔ＝０）でラッチした（２３）式をωｇ＿ｉｎｉ＝（ωｍ０－ωｗ０）とする。この（２３）式は、図１０では微分（２１０＋２３０）とラッチｓｈ１に相当している。

ここで、（２２）式では（ωｍ－ωｗ）＝ωｄとみなしているが、これは図７のオブザーバ構成ではガタを含んでいないので、「θｇ＝０に固定（ωｄ＝０）」の条件となるからである。そこで、図１０では、推定値ωｍｗ（θｇ＝０）を使用せず、図７の＾ωｄを使用して表現している。

（２１）式の右辺第１項の２成分のうち、「ＴＪｗＭ≫ＴＪｍ」という仮定をおけば、ＴＦ２による車体の速度変化が小さいとみなして無視して（２４）式のように制御出力トルクＴｍ（ｔ）だけの項に近似することができる。

これで（２１）式の右辺が全て求まったので、バックラッシュ期間中のガタ位相（ギヤ間の相対位相）を推定することができ、これが図１０にて「Ｔｍと＾Ｔｄから＾θｇを推定する部分」の原理式である。

図１０のガタ位相推定部の各要素については、上述の関係式との対応を示すことで説明とする。
・（２２）式の微分に対応するのは、「バネ定数と時間微分部（２１０＋２３０）」であり推定軸ねじれ速度＾ωｄを出力する。
・（２３）式に対応するのは、ガタ開始タイミングＥ＿ｓｅｔにてｓｈ１で＾ωｄをラッチして初期値＾ωｇ＿ｉｎｉ を得る。
・（２４）式のＴＦ２を無視した式は、入力Ｔｍ（ｔ）に対してクリア付の時間積分部２４０により＾Δωｍを得る。
・（２１）式に対応するのは、初期値＾ωｇ＿ｉｎｉと変動分＾Δωｍを加算部２５１にて加算して＾ωｇを計算する部分と、＾ωｇからクリア付の時間積分部２５０によりガタ推定位相＾θｇを得る部分である。

図１０の各積分要素にはｃｌｒ端子を付加してあり、ガタ開始時には零に初期化されている。さらに、図中のｃｌｒ端子には論理回路の負論理を表現する「〇」印を付加してあり、ガタ期間を示すステータス信号Ｓ＿ＢＬが「０（ガタ期間でない状態）」になると時間積分部２４０等は零に初期化され、Ｓ＿ＢＬが「１（ガタ期間中）」の場合には、積分動作をして増速分を計算する。

ガタの終了タイミングＳ＿Ｒｓｔの検出については、図１０の推定ガタ位相＾θｇが歯当たり状態に達したことを検出するために、ウィンドウコンパレータＷｉｎＣｍｐにて、設定した正負の閾値［θｎ、θｐ］と比較してガタ終了のステータス信号Ｓ＿Ｒｓｔを出力する。閾値［θｎ、θｐ］は切り替え方向により変化させており、これは図１２のように動作する。Ｆｏｒ方向では同図（ａ）のように、Ｒｅｖ方向では同図（ｂ）のようにコンパレータが動作する。

図１０の「＾θｇを計算する積分要素（２５０）」の初期値を零に設定したため、Ｆｏｒ方向とＲｅｖ方向では＾θｇの増加方向が異なる。実際のモータ・タイヤ位相差は図３（ａ）のように零に対して対称に定義したが、図１０の推定位相＾θｇは図１１（ａ）のように、Ｆｏｒ方向では＾θｇ＿Ｆｏｒ特性（実線）のように零から正方向に、Ｒｅｖ方向では＾θｇ＿Ｒｅｖ特性（破線）のように零から負方向に変化する。これについては＾θｇにオフセット補正を加えてもよいのだが、図１２に示すように、＾θｇと比較する閾値の方にオフセット補正を適用している。

図１０の最後の要素ｓｒ１は、ガタ開始タイミングＥ＿ｓｅｔで「Ｓ＿ＢＬ＝１」にセットされ、ガタ到達ステータス信号Ｓ＿Ｒｓｔにより「Ｓ＿ＢＬ＝０」にリセットされるラッチであり、ガタ期間中のステータス信号Ｓ＿ＢＬを生成して、前述のスイッチｓｗＡの切り替えや、積分の初期化に使用する。

上記にて、図６の振動抑制制御にガタ制御を追加した構成例（図８）の概要を説明したが、この作用については図２１（ｂ）の動作波形例を用いて説明する。この設定条件やトルク指令Ｔｒｅｆは同図（ａ）と同じであり、制御部のみ「振動抑制制御とガタ制御機能を組み合わせた図８」に変更したものである。

図２１（ａ）（ｂ）において、ガタ期間中の制御出力トルクＴｍに違いが生じており、同図（ｂ）ではバックラッシュ期間中は一定値に制限されている。これは、図８のスイッチｓｗＡが「１」側に切り替わると、振動抑制制御の補償成分ＴＦｃｏｍｐは無効になり、Ｔｒｅｆ２をトルク制限ＴＬＩＭ１（１０２）で制限したものをＴｍとして出力しているからである。

その間も振動抑制制御はＴＦｃｏｍｐ（破線）を出力し続けており、入力処理ブロックＴｍ＿Ｇｅｎ（１００）のバンプレス対策機能により「Ｔｒｅｆ３とＴｍを一致」するようにＴｒｅｆ２（一点鎖線）が補正されているので、Ｔｒｅｆ２は「－ＴＦｃｏｍｐ」とは逆方向に補正されているが略一定値になる。Ｔｍがトルク制限ＴＬＩＭ１に抑制されたことにより、モータωｍの増加量つまりガタ速度（ωｍ－ωｗ）の増加量も抑制する作用が得られている。

ガタ期間中のＴｍは同図（ａ）よりも同図（ｂ）の方が大きくなっており、ガタ後の過渡的オーバーシュートも同図（ｂ）の方が大きいが、この大小は設定条件により変化する。後述する実施例の波形と対比させたいので、トルク指令を「振幅が小さくまた変化も緩やかな条件」に設定したからであり、「振幅が大きく零クロスで急変する条件」では逆に図８のガタ制御を適用した方がモータの増加量やガタ後の過渡的オーバーシュートは小さくなる。

また、ガタ時間の観点で比較すると、Ｔｍが大きい方がガタ時間幅は短くなっており。このことから、ガタショックや過渡トルクが許容できるのであれば、Ｔｍの抑制量が少ない方がバックラッシュを短時間に通過できることもわかる。

以下に前述の課題に対応した本発明の実施形態について説明する。

［実施形態１］低トルク指令時のガタ期間推定の誤検出防止対策
図１３に示された実施形態１の振動抑制制御装置は、前述の課題の（１）を解決する「チャタリング対策」に対応したものである。これにより、軸トルク推定＾Ｔｄに微小な脈動により零クロスが生じても、誤検出によりガタ制御を繰り返す異常動作（チャタリング）を防止できる。

実施形態１の全体構成例は図８の「ガタ期間の推定部ＢＬ＿Ｅｓｔ」の内部構成において図１０の態様から図１３に示された推定部の態様に置き換えたものである。

図１３の態様は、軸トルク推定＾Ｔｄの零クロス検出に対して許可条件を追加してあり、＾Ｔｄだけでなく制御出力トルクＴｍも利用して、ヒステリシス特性を利用した歯当たり検出や多重防止用のラッチなどによりガタ検出の許可信号を生成し、これにより不要な＾Ｔｄの零クロスを無効化する。

同図に示された本態様の推定部は、「（ａ）ガタ開始検出のチャタリング保護部」、「（ｂ）ガタ状態信号の生成部」、「（ｃ）ガタ位相の推定部」、「（ｄ）ガタ終了（ガタ位相到達）判定部」で構成される。

（ａ）ガタ開始検出のチャタリング保護部
まずガタ検出前に「歯面が接触状態」であることを推定する。これは、「軸トルク推定＾Ｔｄが十分なトルクを発生していること」をヒステリシス幅の２個のコンパレータ３２４ｐ，３２４ｎにより検出し、また同様に「制御出力トルクＴｍが十分なトルクを発生」していることをヒステリシス幅の２個のコンパレータ３２５ｐ，３２５ｎにより検出して推定とする。Ｆｏｒ方向側の２種類のコンパレータ３２４ｐ，３２５ｐの出力を論理積したＡＴＴ＿Ｆ」を「Ｆｏｒ方向側の歯面が接触中またはその直後」の信号とし、Ｒｅｖ方向側も「２種類のコンパレータ３２４ｎ，３２５ｎの出力を論理積したＡＴＴ＿Ｒ」を「Ｒｅｖ方向側の歯面が接触中またはその直後」の信号とみなす。

ＡＴＴ＿Ｆがラッチｓｒ＿ＥＮＲのセット端子（Ｓ）に与えられ、Ｆｏｒ側のギヤの歯面が接触した後の状態なのでＲｅｖ方向のガタ開始制御を許可する信号を「ＥＮ＿Ｒ＝１（許可）」にする。同様に、ＡＴＴ＿Ｒがｓｒ＿ＥＮＦのセット端子（Ｓ）に与えられ、Ｒｅｖ側のギヤの歯面が接触した後の状態なのでＦｏｒ方向のガタ開始制御を許可する信号を「ＥＮ＿Ｆ＝１（許可）」にする。

ラッチｓｒ＿ＥＮＲのリセット端子には反対方向の許可信号ＡＴＴ＿Ｒを、ラッチｓｒ＿ＥＮＦのリセット端子にはＡＴＴ＿Ｆを入力して、相互に許可状態をリセットさせる。また、このリセット信号を利用して多重動作防止機能も追加しているが、これについては次の項にて説明する。

こうして生成した許可信号を利用して、軸トルクの零クロス検出信号Ｅ＿Ｆｏｒと許可信号ＥＮ＿Ｆとの論理積（ＡＮＤ）３２７ｐをとり、無効分を排除したＳｅｔ＿Ｆｏｒをガタ開始タイミングとして利用する。同様に、軸トルクの零クロス検出信号Ｅ＿Ｒｅｖと許可信号ＥＮ＿Ｒとの論理積（ＡＮＤ）３２７ｎをとり、無効分を排除したＳｅｔ＿Ｒｅｖをガタ開始タイミングとして利用する。これにより、＾Ｔｄが微振動して零クロス検出がチャタリングしても異常なガタ開始検出を防止（無効化）することができる。

（ｂ）ガタ状態信号の生成部
図１０では、「Ｓｅｔ＿ＦｏｒとＳｅｔ＿Ｒｅｖの論理和信号とラッチｓｒ１のみ」でガタ状態を示す出力信号Ｓ＿ＢＬを作成していた。これを図１３では、方向別の２個のラッチ（ｓｒ１＿Ｆとｓｒ１＿Ｒ）に変更する。それぞれ（Ｓｅｔ＿ＦｏｒとＳｅｔ＿Ｒｅｖ）をセット端子に入力して状態保持をさせ、その各ラッチの出力（Ｓｇ＿ＦｏｒとＳｇ＿Ｒｅｖ）の論理和３２８をとったものを図１０のＳ＿ＢＬ信号に置き換える。これはガタ状態信号のセット動作であり、リセット動作については「ガタ終了（ガタ位相到達）判定部」にて説明する。

許可信号用のラッチ（ｓｒ＿ＥＮＲとｓｒ＿ＥＮＦ）に同方向の２回目のガタ開始検出を無効化する多重動作防止機能を追加するために、ガタ状態信号（Ｓｇ＿ＦｏｒとＳｇ＿Ｒｅｖ）を利用してラッチ（ｓｒ＿ＥＮＲとｓｒ＿ＥＮＦ）のリセット条件を拡張する。Ｓｇ＿Ｆｏｒ信号が出力された場合には、次の同じガタ開始検出を無効化するために、ＡＴＴ＿Ｒと論理和をとったものをｓｒ＿ＥＮＦのリセット入力にした。同様に、Ｓｇ＿Ｒｅｖ信号が出力された場合には、ＡＴＴ＿Ｆと論理和をとったものをｓｒ＿ＥＮＲのリセット入力にした。これにより、同じ方向のガタ検出が繰り返さないようにする保護機能として動作する。

（ｃ）ガタ位相の推定部
ガタ位相の推定部は図１０と同じ構成であり、範囲は入力信号Ｔｍと＾Ｔｄから推定ガタトルク（推定バックラッシュトルク）＾Ｔｇを出力するまでの演算部である。また、図１０の時間積分部２５０をバネ係数＾Ｋｄも含めた時間積分及びＫｄ乗算部３２１に変更し、出力信号を推定ガタ位相＾θｇと等価な推定ガタトルク＾Ｔｇに置き換えたものである。

（ｄ）ガタ終了（ガタ位相到達）判定部
＾Ｔｇを入力として、ウィンドウコンパレータＷｉｎＣｍｐ＿Ｆ部３２２ｐによりＦｏｒ方向のガタ終了信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｆｏｒを、ウィンドウコンパレータＷｉｎＣｍｐ＿Ｒ部３２２ｎによりＲｅｖ方向のガタ終了信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｒｅｖを検出する。ＷｉｎＣｍｐ＿Ｆの閾値２６１ｐには図１２の［θｎ＿Ｆｏｒ、θｐ＿Ｆｏｒ］に＾Ｋｄを乗算した［Ｔｎ＿Ｆｏｒ，Ｔｐ＿Ｆｏｒ］を設定し、ＷｉｎＣｍｐ＿Ｒの閾値２６１ｎには図１２の［θｎ＿Ｒｅｖ、θｐ＿Ｒｅｖ］に＾Ｋｄを乗算した［Ｔｎ＿Ｒｅｖ，Ｔｐ＿Ｒｅｖ］を設定する。

図１２において、誤差が無ければ到達判定位相は「バックラッシュの両振幅位相＾θＢＬもしくは零」になるはずであるが、推定誤差を考慮して余裕を持たせてある。「＾θＢＬ＋Δθｇ１」や「－＾θＢＬ－Δθｇ１」のように余裕幅Δθｇ１を加算することによりガタ終了の推定タイミングが遅れるように補正し、また反転側の判定レベルも零ではなく微小な余裕分Δθｇ２を加算して「－Δθｇ２」や「Δθｇ２」に設定してある。

ＷｉｎＣｍｐ＿Ｆの出力はＳ＿Ｒｓｔ＿ＦｏｒがラッチＳｇ＿Ｆｏｒのリセット端子に入力し、ＷｉｎＣｍｐ＿Ｒの出力Ｓ＿Ｒｓｔ＿ＲｅｖはラッチＳｇ＿Ｒｅｖのリセット端子に入力して、ガタ状態信号（Ｓｇ＿ＦｏｒとＳｇ＿Ｒｅｖ）を終了（リセット）する。

（実施形態１の動作例）
以下、本実施形態の動作例について各ブロックに分けて説明する。

（ａ）ガタ開始検出のチャタリング保護部
チャタリング防止機能は、ラッチ（ｓｒ＿ＥＮＲとｓｒ＿ＥＮＦ）の許可信号（ＥＮ＿ＲとＥＮ＿Ｆ）を生成することにより行われる。セット側には微小な脈動により発生する成分を無効化させる機能を、リセット側には連続した２回目以降の信号を無効化させる機能が組み込まれる。

セット側の作用としては、＾Ｔｄのレベル判定である正側のコンパレータ３２４ｐが「＝１」になるとＦｏｒ動作後の歯面接触状態であるとみなし、負側のコンパレータ（３２４ｎ）が「＝１」になるとＲｅｖ動作後の歯面接触状態であるとみなす。同様に制御出力Ｔｍについても同じ正と負のコンパレータ３２５ｐ，３２４ｎにより、ＦｏｒとＲｅｖの歯面接触を推定しておき、同方向の検出結果の論理積を取ってＡＴＴ－ＦとＡＴＴ－Ｒとする。そして、ラッチｓｒ－ＥＮＦによりＥＮ＿Ｆを、ラッチｓｒ－ＥＮＲによりＥＮ＿Ｒを得る。この２種類の信号源を使用したのはノイズを考慮したものであり、＾ＴｄとＴｍとはほぼ似た動作をするのでこれらで二重化することにより許可信号（ＥＮ－ＲとＥＮ－Ｆ）の誤検出が生じる確率を低減する。

リセット側の作用としては、Ｓｅｔ＿ＦｏｒとＳｅｔ＿Ｒｅｖ信号がガタ状態にセットされたならば、許可信号のラッチ（ｓｒ＿ＥＮＲとｓｒ＿ＥＮＦ）をリセットさせることにより、同じ種類の開始信号が繰り返しても、次回以降は無効化させることができ同じ検出を何度も繰り返す異常を防止できる。

（ｂ）ガタ状態信号の生成部
ガタ状態を示す出力信号Ｓ＿ＢＬの生成部を、図１３では方向別の２個のラッチ（ｓｒ１＿Ｆとｓｒ１＿Ｒ）に増やした。この理由は二つあり、一つ目は、ラッチ（ｓｒ＿ＥＮＲとｓｒ＿ＥＮＦ）のリセット側に「連続した２回目以降の信号を無効化させる機能」を実装するためには、ガタ状態信号を方向ごとに分離する必要があった。二つ目は、図１０のガタ終了タイミングの検出に使用する方向信号Ｓ＿ＦＲを削除したかったことによる。＾Ｔｄの脈動によりＳ＿ＦＲが変化すると正確な閾値選択ができない。そこで、ガタ終了判定部でも２種類の閾値に対応させてコンパレータＷｉｎＣｍｐも２個に増やした。そうすると、ラッチ（ｓｒ１＿Ｆとｓｒ１＿Ｒ）もこれに対応させて２個にする必要がある。

つまり、２方向の状態信号に分離することにより、チャタリング防止効果と方向信号が不要になる効果が得られる。

（ｃ）ガタ位相の推定部
ガタ位相はギヤ間の相対速度を推定し、それを時間積分して求めている。ギヤの歯が接触していれば、除算及び微分部（２１０＋２３０）により「＾Ｔｄを＾Ｋｄの除算と時間微分」したものは、モータとタイヤの速度差ωｍｗ（軸ねじれ速度）の推定値になる。そこで、ガタ開始時の値をｓｈ１でラッチして、この初期値＾ωｇ＿ｉｎｉが継続するものと近似する。また、モータトルクＴｍによるモータ速度変動分＾Δωｍを時間積分部２４０により求め、これらの和をギヤ間の相対速度＾ωｇとし、さらに時間積分及び＾Ｋｄ乗算部３２１にて「ガタ位相＾θｇと等価なガタトルク＾Ｔｇ」を推定する。

ここでは車体慣性が十分に大きいとものとみなし、タイヤ・車体側の速度変動分は零に近似して省略している。

（ｄ）ガタ終了（ガタ位相到達）判定部
推定した等価ガタトルク＾Ｔｇにより、ＦｏｒとＲｅｖ両方向のウィンドウコンパレータによりバックラッシュの終了判定（歯面の再接触）を判定し、状態信号Ｓｇ＿ＦｏｒとＳｇ＿Ｒｅｖをリセットさせる。

ＷｉｎＣｍｐ＿Ｆ（３２２ｐ）の閾値２６１ｐには図１２の［θｎ＿Ｆｏｒ、θｐ＿Ｆｏｒ］に＾Ｋｄを乗算した［Ｔｎ＿Ｆｏｒ，Ｔｐ＿Ｆｏｒ］を設定しておけば、＾Ｔｇが閾値の範囲を超えると「Ｆｏｒ方向のガタ終了信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｆｏｒ」を出力し、ｓｒ１－Ｆのリセット端子からガタ状態信号Ｓｇ＿Ｆｏｒをリセットする。

同様に、ＷｉｎＣｍｐ＿Ｒ（３２２ｎ）の閾値２６１ｎには図１２の［θｎ＿Ｒｅｖ、θｐ＿Ｒｅｖ］に＾Ｋｄを乗算した［Ｔｎ＿Ｒｅｖ，Ｔｐ＿Ｒｅｖ］を設定しておけば、＾Ｔｇが閾値の範囲を超えると「Ｒｅｖ方向のガタ終了信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｒｅｖ」を出力し、ｓｒ１－Ｒのリセット端子からガタ状態信号Ｓｇ＿Ｒｅｖをリセットする。

このように、ガタ終了（ガタ位相到達）判定を二方向に分離したので、前述のように図１０の方向信号Ｓ＿ＦＲ信号が不要になる。

図１３の構成例の動作例が図２２（ａ）であり、これは図２１（ｂ）と同一条件とした。ガタ期間の判定部の動作を４段目に示してあり、ｔ１～ｔ２およびｔ３～ｔ４がバックラッシュ推定期間である。

図示されていないが、ｔ１以前では＾Ｔｄが十分大きな負値になっていたので許可信号ＥＮ＿Ｆが「＝１（許可）」になっており、＾Ｔｄが負から正方向に変化する零クロス時（ｔ１）にはＥ＿ＦｏｒとＥＮ＿ＦによりＳｅｔ＿Ｆｏｒのパルスが発生し、図のようにＳｇ＿Ｆｏｒの状態信号が「Ｓｇ＿Ｆｏｒ＝１（ＯＮ）」になる。バックラッシュ期間中に＾Ｔｇが変化すると、最初に検出Ｒｓｔ＿Ｒｅｖが立ち上がるが、これは「Ｆｏｒ方向のガタ制御状態：Ｓｇ＿Ｆｏｒ」が動作中は作用しない。そして、ｔ２時刻になるとＲｓｔ＿Ｆｏｒが立ち上がってＳｇ＿Ｆｏｒはリセットされる。比較のために、「実機Ｓｇ（破線）」にて実機のバックラッシュ期間も示しているが、ほぼ一致していることから正確なバックラッシュ期間を推定できることが確認できる。Ｒｅｖ側も同様であり、ｔ３～ｔ４期間がバックラッシュの推定期間であり、実機ともよく一致している。

図２２（ｂ）は下り勾配路の条件であり、プラントモデルの車体側にＴＦ＝０．２ ｐ．ｕ．の加速トルクを加えた。車体側の速度変動成分も相対速度を変化させるので、ｔ１～ｔ２期間では実機よりも推定期間の方が短くなっており、逆にｔ３～ｔ４期間では実機よりも推定期間の方が長くなっている。これは、重力による加速度成分を無視して（２４）式のように近似したために、ガタ終了タイミングの推定誤差が生じたものである。尚、後述の実施形態２は前記誤差の抑制を図るものである。

（実施形態１の効果）
以上の実施形態１を適用する以前の形態では、ガタ開始検出に、外乱トルクオブザーバを利用した軸トルク推定値＾Ｔｄの零クロスを使用しているため、オブザーバに使用している速度検出のノイズなどにより＾Ｔｄが脈動して不要な零クロスが生じやすい。そのため、「チャタリング」のような、異常に何度もガタ制御を繰り返す可能性がある。

そこで、実施形態１では、＾Ｔｄや制御出力トルクＴｍの振幅を利用した「歯面の接触状態を判定する機能」と、その直後の零クロスのみ有効にする「許可条件生成機能」を追加した。さらに、ガタ状態信号を利用して、同方向の検出は連続して検出しないようにして、連続的に検出する異常も回避した。さらに、ガタ状態のラッチやガタ終了判定を、＾Ｔｄの変化方向別に２個に分離した構成により、零クロスにより頻繁に変化する方向信号を使用しない構成にした。

以上の対策により、零クロスをヒステリシス特性に拡張し、さらに再トリガの防止機能を追加したように作用し、トルク指令が緩やかに駆動と回生との極性を変化させる場合など、軸トルク推定値＾Ｔｄに異常な零クロスが発生しやすい場合でも不要なガタ制御動作を抑制する効果が得られる。

［実施形態２］車体に作用する外乱力成分の補正
図１４の実施形態２は、近似モデルの車体側に作用する加速度成分ＴＦ２の影響を考慮したガタ終了タイミングの推定方法である。加速度成分ＴＦ２は検出できないので、代わりに外乱トルクオブザーバの推定トルク＾Ｔｏｂｓを利用するものであり、図１０と比較して、図１４にはラッチｓｈ３と積分部３２９が追加されている。これにより、車体に作用するトルクによって生じるタイヤ速度の変動分＾Δωｗを推定し、これを（＾Δωｍ＋＾ωｇ＿ｉｎｉ）成分に追加加算する。

（実施形態２の動作例）
ガタ速度＾ωｇを（＾Δωｍ＋＾Δωｗ＋＾ωｇ＿ｉｎｉ）に変更したことにより推定誤差が減少し、勾配路などの外乱成分も考慮した補正効果が得られる。

この構成での動作例を図２３に示した。これは図２２（ａ）（ｂ）と同じ条件である。図２３（ａ）は誤差要因が無いので、図２２と同様に図２３でも正確に推定できる。図２３（ｂ）については図２２の方はバックラッシュ期間に推定誤差が生じていたが、図２３の方では正確に推定できるようになった。下記の改善項目が本実施例の効果である。
・２段目のバックラッシュ期間中の「推定＾ωｇ」が、「実機のωｍｗ」と略一致する。
・４段目のガタ推定状態信号（Ｓｇ＿Ｆｏｒ）（Ｓｇ＿Ｒｅｖ）が、「実機のガタ期間Ｓｇ」と略一致する。

尚、図２３に示されたようにｔ２とｔ４以降のＴｍ波形に大きなオーバーシュートが残るが、後述の実施形態３により当該オーバーシュートを抑制できる。

（実施形態２の効果）
以上の実施形態２によれば、ガタ制御期間は、ガタ開始検出部と、ガタ位相を推定してガタ終了を判定する終了検出部にて構成されている。従来のガタ位相の推定演算方式では車体に作用する加速度成分は無視していたが、バックラッシュが長時間続く場合にはこの無視した成分が有意な推定誤差を生じることが分かった。

そこで、振動抑制制御のために組み込んだ外乱トルクオブザーバを利用して、推定外乱トルクが車体側の加速トルクに相当するものとみなしてタイヤ側の速度変動分も計算することにより、ガタ位相推定の演算精度を改善した。これにより、勾配路であってもガタ制御の適用期間が正確になり、その結果、ガタショックや過渡的なトルク脈動を抑制する効果が得られる。

［実施形態３］ガタ後の過渡トルクを抑制するギヤ相対速度の計算とその制限速度の実現
実施形態２の動作例の波形には、全てガタ終了直後（ｔ＝２．３ ｓ と３．４５ｓ付近）に制御出力Ｔｍのオーバーシュートが生じている。

そこで、実施形態３は以下のトルク制限部である入力処理ブロックＴｍ＿Ｇｅｎ（１００ａ）により前記オーバーシュートを抑制する。

図１５に示された実施形態３の入力処理ブロックＴｍ＿Ｇｅｎ（１００ａ）は、図８の態様において、ＴＬＩＭ＿ＡＳＲ（３３０）を追加したものであり、トルク制限ＴＬＩＭ１の上下限値（ＴＧＬｉｍ＿Ｐ，ＴＧＬｉｍ＿Ｎ）を可変させるものである。

図１６は、ＴＬＩＭ＿ＡＳＲ（３３０）の内部構成例を示す。入力信号は「入力指令トルクＴｒｅｆ」と「ガタ時の基本トルク制限値ＴＧＬｉｍ」、及び図１５のガタ制御ブロックＢＬ＿Ｅｓｔ２（２００ａ）の出力である「推定ガタ速度＾ωｇ」と「Ｆｏｒ方向やＲｅｖ方向のガタ状態を示す信号（Ｓｇ＿Ｆｏｒ・Ｓｇ＿Ｒｅｖ）」である。ここで、ＢＬ＿Ｅｓｔ２は、ＢＬ＿Ｅｓｔから出力信号を増やしたものであり、さらに後述する実施例のために入力信号も増やしているがここでは使用しない。

図１５のＴＬＩＭ＿ＡＳＲ（３３０）の構成部（図１６）の主要な部分は、「入力トルクＴｒｅｆと比例制御ゲインＫＴＷとを乗算部３３１にて乗算してガタ速度の基準値（目標相対速度）ωｇ＿ｒｅｆを演算する部分」と、「制御対象である＾ωｇから基準値ωｇ＿ｒｅｆを減算部３３２にて減算し、これに比例制御ゲインＫＡＳＲを乗算部３３３にて乗算して上下限値の補正成分Ｔｃ＿ａｓｒを演算する部分」である。

このＴｃ＿ａｓｒ成分を直接トルク指令Ｔｍに加減算する構成も考えられるが、ここではトルク制限ＴＬＩＭ１（図１５）の上下限値を可変調整する間接的な補正方法を採用した。

基準となるトルク制限値ＴＧＬｉｍに正負の符号をつけて上限値と下限値に分け、最小関数ｍｉｎ（３３４）により「基準上限値ＴＧＬｉｍとトルク指令Ｔｒｅｆとの小さい方」を選択し、これから「トルク補正成分Ｔｃ＿ａｓｒからＬｉｍＴｐにより正成分のみ抽出したもの」を減算部３３５にて減算して、「補正されたトルク上限値ＴＧＬｉｍ＿Ｐ」として出力する。同様に、最大関数ｍａｘ（３３６）により「基準下限値（－ＴＧＬｉｍ）とトルク指令Ｔｒｅｆとの大きい方」を選択して、これから「トルク補正成分Ｔｃ＿ａｓｒからＬｉｍＴｎにより負成分のみ抽出したもの」を減算部３３７にて減算して、「補正されたトルク下限値ＴＧＬｉＩｍ＿Ｎ」として出力する。

ここで上限値と下限値の大小関係が入れ替わらないように、スイッチ（ｓｗＧＬｐとｓｗＧＬｎ）を追加して、Ｆｏｒ方向では「ＴＧＬｉｍ＿Ｐのみ補正出力して反対側のＴＧＬｉｍ＿Ｎは零に固定」し、Ｒｅｖ方向では「ＴＧＬｉｍ＿Ｎのみ補正出力し反対側のＴＧＬｉｍ＿Ｐは零に固定」してある。

以上が、実施形態３で追加したＴＬＩＭ＿ＡＳＲブロックの内容である。

次に、基準値の計算に使用するゲインＫＴＷ（３３１）の設定方法について説明する。まず、減速時に生じる軸共振を単純化するため、仮想的に弾性軸のタイヤ側を固定しておきモータ角速度ωｄ＿０で歯当たりした後の共振特性を考える。「モータ初期角速度ωｄ＿０の運動エネルギー」は「ねじれ位相θｄの位置エネルギー」と相互にエネルギーを授受するのでこれらの波形は余弦波と正弦波状になる。ねじれ位相のピーク値をθｄ＿ｐとすると（２５）式のエネルギーの関係式が得られ、さらにθｄ＿ｐをＫｄにてトルク換算してＴｄ＿ｐとおけば、初期モータ速度ωｄ０と軸トルクのピーク値Ｔｄ＿ｐとが（２６）式の関係になる。

理想的な共振抑制制御としては、Ｔｍ波形に「ピーク値Ｔｄ＿ｐの正弦波波形」を出力するはずであり、そうすれば共振の９０°経過時点で軸速度が零になって振動抑制が完了する。見方を変えると、初期モータ角速度ωｄ０と（２６）式により、これから振動抑制制御が発生するはずのトルクピーク値Ｔｍ＿ｐｅａｋを予測できることになる。

図２１（ａ）の波形例で検算してみると、（２６）式の係数項１／√（Ｋｄ×ＴＪｍ）＝０．６２とｔ２時刻のωｍｗ（ｔ２）＝０．０２８ ｐ．ｕ． にて計算した「ｔ２後のＴｍのピーク値」はＴｍ＿ｐｅａｋ ＝０．０２８／０．６２＝０．０４５ ｐ．ｕ． である。これに対して、図２１（ａ）のｔ２後に生じるＴｍ＿ｐｅａｋ は約０．０４２であるので、ほぼ似た値になっている。ことからこの予測に関する妥当性が確認できる。

ガタ後のＴｍピークがトルク指令Ｔｒｅｆを超えないようにしたければ、この予測式を利用して、ガタ終了時のガタ速度を（２７）式で求めるような目標速度ωｇ＿ｒｅｆ以下に制限しておけばよい。この（２７）式の係数をＴＬＩＭ＿ＡＳＲブロックのゲインＫＴＷ（３３１）として設定する。実際にはタイヤ側は固定していないし各種の減衰項も存在する。また、「ωｇの制御部」を比例制御ゲインＫＡＳＲ（３３３）に簡素化すれば定常偏差も生じる。これらの影響を厳密に計算すると複雑になること、Ｔｍのオーバーシュートを抑制するだけならそれほど制御精度も要求されないことから、調整係数ｋａｄｊを追加して、これを過渡応答シミュレーションや実機試験などで調整することにする。比例制御ゲインＫＡＳＲも同様な調整パラメータとする。

（実施形態３の動作例）
実施形態３を適用した動作例を説明した加減速特性を図２４に示した。パラメータや入力信号は図２２や図２３と同じ設定であり、ＫＴＷの調整係数をｋａｄｊ＝０．７、比例ゲインをＫＡＳＲ＝２とした。トルク指令Ｔｒｅｆは省略しているが図２１のＴｒｅｆ２と同じ波形であり、（２７）式を適用すると上下限目標はωｇ＿ｒｅｆ（２段目：破線）のような波形になる。

２段目の速度＾ωｇはガタ推定開始（ｔ１）直後に急増するが、ＴＬＩＭ＿ＡＳＲにより、上下限目標ωｇ＿ｒｅｆを超えると比例制御ゲインＫＡＳＲおよびＴＬＩＭ１の上下限制限による抑制動作が生じ、制御出力Ｔｍを零付近まで低減させて、ガタ推終了時（ｔ２）の＾ωｇを抑制している。この＾ωｇが目標速度付近に抑制されているので、ｔ２後に生じるＴｍのピーク値はちょうどトルク指令Ｔｒｅｆと一致するようになり、トルク指令を超過するオーバーシュートは発生していない。ＴＬＩＭ＿ＡＳＲが動作すると、ＴｍもＴｒｅｆ２も零付近に減衰してほぼ一致するようになるので、バンプレス対策としての効果も得られる。さらに、振動抑制制御の補償トルク「－ＴＦｃｏｍｐ」も、ガタ終了時に零付近に抑制されており、ガタ後のＴｍピーク後に負に逆ぶれする量も減って、直ぐに定常状態に移行できている。

このことから、ガタ後の過渡的なオーバーシュートを抑制するだけでなく、ガタ状態からスムーズに定常状態に移行できる効果も得られており、振動抑制制御とガタ制御が協調して動作するようになった。

特許文献４及び非特許文献１では相対速度を零まで制限しているが、図２４（ａ）のωｍｗ（≒ωｇ）は、最初は速く立ちあがり目標速度を超えると上限値に飽和させて速度を維持する。この立ち上がりが膨らんだ矩形状の波形にするとガタ位相の変化を速くさせることができるので、「ωｇの抑制（過渡トルクの抑制）」と「ガタ時間の短縮（応答遅れ）」の相反する課題を協調させる解であるとも言える。

しかし、図２４（ｂ）のように車体側の外乱力（加速度）が存在すると、ωｍｗの波形にはＦｏｒ方向とＲｅｖ方向で差異が生じてくる。Ｆｏｒ方向ではωｍｗは飽和しているが、Ｒｅｖ側では十分に抑制できておらずωｍｗは鋸歯状に増加を続けている。これは、図１６のＬｉｍＴｎにて逆方向の補正を禁止したからであり、後述する誤差成分の悪影響も懸念して補正限界を零に設定した。ＬｉｍＴｎを逆符号まで拡張することも可能であるが、現状でもガタ速度の抑制効果は得られているし、またバックラッシュ期間の推定（Ｓｇ＿Ｆｏｒ、Ｓｇ＿Ｒｅｖ）も正確に推定できている。

この方式のもう一つの長所は、トルク指令が十分に大きな場合には、上限目標値ωｇ＿ｒｅｆが大きな値になるので＾ωｇがこれを超過することはなく、Ｔｍの抑制機能が動作しなくなることである。実施例３が作用するのは、Ｔｍのオーバーシュートが発生しやすい場合のみであり、Ｔｒｅｆが急上昇するのでガタ時間が短くＴｍのオーバーシュートも発生しないときには不要な補正動作をしないこともある意味での効果である。

（実施形態３の効果）
弾性軸による共振を有するシステムにギヤのバックラッシュが加わると、２種類の問題が生じる。一つは、「ガタ期間中のモータ増速による歯当たり時の衝撃」であり、もう一つは、「バックラッシュ後の過渡トルク成分」である。従来法では前者の対策だけでありバックラッシュ期間中のモータ加速を抑制した。しかし、後者のバックラッシュ後のトルク脈動までは考慮していなかった。

実施形態３は、「バックラッシュ後に振動抑制制御が発生する過渡トルク成分」を抑制するための対策であり、特にトルク指令の振幅が小さく緩やかに零クロスする条件において効果が得られる。対策としては、トルク指令からガタ期間中のギヤ相対速度（ガタ速度）の制限速度を計算しておき、推定ガタ速度がこの制限速度以下になるように制御出力Ｔｍを抑制する一種の速度制御機能を追加した。さらに、共振特性が存在してもモータトルクがオーバーシュートしないための条件式を導出し、トルク指令に応じて適切な制限速度を計算して可変設定する。

実施形態３が適用されることで、まずガタ期間中のガタ速度の上限が制限されるので、歯当たり時の衝撃が抑制できる。さらに、ガタ速度の上限値を共振特性まで考慮して可変設定することにより、ガタ後の過渡トルクが生じても、制御出力（モータトルク）Ｔｍのピーク値がトルク指令Ｔｒｅｆに一致するように制御でき、オーバーシュートの抑制と定常時へのスムーズな移行が実現できた。これにより衝撃音だけでなく、体感として不快な加速度成分も抑制できる。

本実施形態では、相対速度を零にするのではなく、許容できる上限速度に制限しているのでガタ時間の長期化も抑制でき、トルク指令の応答遅れも防止できる。

それ以外にも、本実施例が作用した場合には、振動抑制制御の補償トルク成分が零方向に抑制される。バックラッシュ後の補償トルクが零にリセットできれば、次のトルクの立ち上がり特性にガタ制御が干渉しないことになり、トルク応答の制御性がよくなる。

［実施形態４］ガタ後の過渡トルクを抑制するギヤ相対速度の計算とその制限速度の実現
図１７に示された実施形態４の全体構成は、図１５の実施形態３の構成と同じである。変更点は図１６で示したＴＬＩＭ＿ＡＳＲの構成例に対して、図１７のようにガタ速度の上限目標値の部分に上下限制限ＬｉｍＷｇ（３３８）を設定するトルク制限部を備える。

（実施形態４の動作例）
既に述べているように、バックラッシュが存在すると「ガタ期間中にモータが増速するため歯当たり時の衝撃が発生する課題」と、バックラッシュ後に「振動抑制制御の過渡トルク成分が発生するという課題」とがある。実施形態３では後者の課題に対する対策であり、これはトルク指令が緩やかに零クロスする場合でガタ時間が長期化する場合にのみ作用し、トルク指令が大きく急な零クロスの場合には作用しない。

しかし、「トルク指令が急変しながら零クロスする場合」には、初期ガタ速度＾ωｇ＿ｉｎｉが大きな値を持つ。そのため、少しのモータ速度の増速であってもガタ速度ωｇが過大になり、歯当たり時のショックが大きくなってくる。そこで、トルク指令の挙動とは無関係に、単純に「ガタ速度の過大状態」を検出して、その場合でもＴｍを抑制するように機能拡張する。

実施形態４を適用した動作例を説明した加減速特性を図２５に示した。実施形態４では、実施形態３の構成に対して追加した上下限制限ＬｉｍＷｇ（３３８）が「トルク指令に無関係なガタ速度の上下限抑制機能」として作用する。実施例３の「トルク指令に比例した制限速度ωｇ＿ｒｅｆの出力部分」に「上下限制限ＬｉｍＷｇ（３３８）を追加して±ΔωｇＬｉｍの範囲内に制限」するだけで、±ΔωｇＬｉｍを超えるガタ速度になるとＫＡＳＲによるフォードバック補正が作用してＴｍを減少させることにより、ガタ速度ωｇの増加を抑制して歯当たり時のガタショックを低減する効果が得られる。

（実施形態４の効果）
弾性軸による共振を有するシステムにギヤのバックラッシュが加わると、２種類の問題が生じる。一つは、「ガタ期間中のモータ増速による歯当たり時の衝撃」であり、もう一つは、「バックラッシュ後の過渡トルク成分」である。

従来法では前者の対策だけであったが、実施形態３により両方を考慮した対策ができた。しかし、これらはトルク指令が小さい領域を想定した対策であった。

これ以外にも、トルク指令が急変しながら零クロスする場合にはガタ開始時のギヤの相対速度が大きくなるので、ガタ時間が短くモータ加速量が少なくても、歯当たり時の衝撃音が大きくなる。

そこで、実施形態４においては、実施例３を拡張して、トルク指令とは無関係にギヤの相対速度の上下限を抑制する。これにより、トルク指令が急変しながらバックラッシュが発生した場合でも、「歯当たり音」を軽減できる効果が得られる。

［実施形態５］モータ位相検出を利用したガタ位相の推定
前述の実施形態までは、ガタ制御中に制御出力トルクＴｍを補正してガタショックやガタ後の過渡トルクを改善する方法を提案した。どちらかといえば「制御的」な内容であったが、以降では、実用上の課題である「トルク制御誤差や速度検出誤差」等の「ノイズ対策や信頼性向上」を図る。具体的には、下記の実施形態５～７が挙げられる。
（実施形態５）特許文献５や実施形態２と異なる原理のガタ速度・位相の推定の適用
（実施形態６）原理の異なる二種類のガタ位相推定を「異常保護機能」として応用
（実施形態７）原理の異なる二種類のガタ位相推定を利用して「推定ガタ位相の精度」を向上
図１８に示された実施形態５は、終了タイミング検出部分の「ガタ位相の推定方法」を、異なる原理の推定方法に置き換える。特許文献５や前述の実施形態と同様に全体構成は図８や図１５の態様を使用するが、図１５の態様において、ＢＬ＿Ｅｓｔ２の部分を、図１８の構成例のような「モータの位相・速度検出を利用した新たな推定方法」を適用した構成に置き換える。

図１８のうち変更した構成部分は、「モータ回転位相検出θｍ＿ｄｅｔ，モータ速度検出ωｍ＿ｅｔ、および外乱トルクオブザーバの推定外乱トルク＾Ｔｏｂｓ」を入力とし、推定ガタ位相＾Ｔｇ２を出力する演算部分であり、この＾Ｔｇ２を図１４の＾Ｔｇの代わりに使用する。それ以外の、ガタ開始や終了タイミングおよびガタ制御信号の生成部などは共通である。本実施形態では、ガタ位相Ｔｇ２を推定演算する変更部分だけ説明する。

従来は定常分と変動分に分離したが、今回はモータの位相変動分（θｍ－θｍ０）とタイヤの位相変動分（θｗ－θｗ０）とに分離する。両ギヤの位相変動分を個別に計算しておき、それにバネ定数を乗算してトルク＾Ｔｄｍ２を求め、これと＾Ｔｄｗ２にトルク換算したものを減算することにより推定ガタトルク＾Ｔｇ２を求めるものである。

先ず、モータの位相変動（θｍ－θｍ０）と＾Ｔｄｍ２を計算するために、モータ位相θｍを「ガタ期間中の状態信号Ｓ＿ＢＬにより保持動作をするラッチｓｈ４」により保持してθｍ０を生成し、減算部３４０により、検出位相θｍからθｍ０を減算して変動量（θｍ－θｍ０）を求める。これにバネ定数＾Ｋｄ（３４１）を乗算してトルク換算値の＾Ｔｄｍ２を得る。

次に、タイヤの位相変動（θｗ－θｗ０）であるが、これは直接に計測できないので初期速度と速度変動分に分離して推定する。初期速度は、軸トルク推定値＾Ｔｄを時間微分（２１０＋２３０）して推定軸ねじれ速度＾ωｄとしさらにガタ開始時刻でラッチ（ｓｈ１）にて保持したものを推定ガタ速度の初期値＾ωｇ＿ｉｎｉとする。検出モータ角速度ωｍも同じタイミングでラッチｓｈ５にて保持してωｍ０としておき、ωｍ０から＾ωｇ＿ｉｎｉを減算部３４２に供して「ガタ開始時のタイヤ角速度＾ωｗ＿ｉｎｉ」を求める。

タイヤ速度変動分については、外乱トルクオブザーバの推定トルク＾Ｔｏｂｓをガタ開始時刻でラッチｓｈ５により保持して＾Ｔｏｂｓ＿ｉｎｉに固定しておき、これがタイヤ・車体を加速するトルクとみなして時定数＾ＴＪｗＭの積分部３２９にて「推定タイヤ速度の変動分（＾Δωｗ）」を計算する。ここで、積分部３２９は初期リセット機能を付加してある。

そして、初期値＾ωｗ＿ｉｎｉから変動分＾Δωｗを減算して、ガタ期間中のタイヤ速度＾ωｗ２を得ている。ここで、＾Ｔｏｂｓは速度が減速する方向を正にしたので、初期速度＾ωｗ＿ｉｎｉから変動分＾Δωｗを減算した。

＾ωｗ２から位相成分およびトルク単位への変換をするために、「時間積分（初期リセット付）と＾Ｋｄ乗算ブロック（３２１）」を適用して「タイヤの位相変動分（θｗ－θｗ０）に相当する＾Ｔｄｗ２」を得る。

最後に、モータ側の＾Ｔｄｍ２からタイヤ側の＾Ｔｄｗ２を減算部３４５に供すれば、目的であるガタ位相推定＾θｇに比例するトルク換算値＾Ｔｇ２を求めるこれができ、これを使えばガタ到達判定が可能になる。

もし、実施形態３や実施形態４の機能も追加適用する場合には、「ガタ速度＾ωｇ」の情報が必要になる。これについても、「ωｍから＾ωｗ２を減算した＾ωｇ２」を計算して、これをガタ速度＾ωｇの代わりに使用すればよい。この＾ωｇ２が、図１５に示すＴＬＩＭ＿ＡＳＲ（３３０）の＾ωｇの代りに入力される。

（実施形態５の動作例）
実施形態５（図１８）の動作例を説明する前に、新しいガタ位相推定についての関係式を示す。

（１７）式に示されているモータ位相の変動分（θｍ（ｔ）－θｍ０）は、（２８）式のような二階積分に変形できる。

同様に、ガタ期間中のタイヤ位相の変動分も外乱トルクＴＦ２を積分して求め、（２８）式からこれを減算すれば（２９）式のガタ位相になる。

この（２９）式の右辺第２項のうち、ガタ開始時のタイヤ速度の初期値ωw0は、モータ速度から（２３）式の軸ねじれ速度を減算した（３０）式で計算する。

これらをまとめると（３１）式のようなガタ位相の推定式が得られる。これは、「モータ検出位相の変動分（θｍ（ｔ）－θｍ０）」と、「タイヤ速度を時間積分して求めたタイヤ位相の変動分」との差の形にしたことが特徴である。ここで、タイヤ位相の初期値は（θｗ０＝０）として省略している。

（３１）式ではトルク指令Ｔｍの項が消えており、その代わりモータの位相検出θｍや速度検出ωｍを利用しているので、入力信号源が異なる「新しい原理のガタ位相の推定方式」とみなせる。

実施形態５は、（２１）式の代わりに（３１）式を使用する構成に変更したものであり、（３１）式と図１８の各変数との対応について下記に示しておく。（３１）式と図１８との対応を以下に示す。

以上が本実施形態の動作であり、トルク指令Ｔｍを使用しないで、「モータの位相検出θｍや速度検出ωｍなどの情報からガタトルク＾Ｔｇを推定」することにより、トルク制御誤差が大きな条件でも、ガタ期間の推定誤差を抑制することができる。

（実施形態５の効果）
実施例３などでは、モータ速度の推定に制御出力トルクＴｍを使用していたが、Ｔｍが小さいためガタ時間が長くなる場合にはトルク制御誤差の影響を受けて異常な位相推定になる危険性がある。特に、ガタ位相が停滞してしまいガタ到達の検出に達しない場合には、ガタ期間が永遠に続くことになる。

トルクＴｍに含まれる誤差は二階積分すると大きな位相誤差になるが、実施例５では位相検出θｍを直接利用してガタ位相を求める方法なので、トルク誤差の影響を受けず位相推定の誤差が抑制できる効果が得られる。

実施例３と比較して基本となる関係式は等価であるので原理的な差はなく、性能の優劣は各システムの誤差の種類や大きさによって決まるのであり、どちらが優れているかは一概には決められない。しかし大局的な視野に立てば、異なる原理の方式を考案することは「誤差特性を抑制するための選択肢」という対策方法を増やしたことになり、これが本実施例の効果であるともいえる。

［実施形態６］２種類のガタ位相推定情報による異常保護（トルク誤差による異常動作の監視・保護）
実施形態５はモータの位相検出や速度検出を利用した新たなガタ位相の推定を行う。

これに対し、実施形態６は前記新たなガタ位相の推定法と従来の推定方法とを組み合わせたものである。従来の推定方法にて制御システムを構成しておき、実施形態５の新しい推定方法を利用して異常監視を行わせることにより保護機能を追加する。

図１９に示された実施形態６は、図１４の実施形態２の態様において、図１８の実施形態５の「新たなガタ位相推定＾Ｔｇ２の計算部」を追加し、さらにこれを利用したガタ終了検出用のコンパレータも追加したものである。

＾Ｔｇ２の計算部は実施形態５（図１８）と同じ構成であるが、実施形態２（図１４）で得られている成分「＾ωｇ＿ｉｎｉ，＾Δωｗ」はそのまま取り出して使用している。また実施態様２と連動させるため、ラッチ（ｓｈ４，ｓｈ５）の動作タイミングは従来の信号Ｓ＿ＢＬを使用して同期させている。

監視用としてこの＾Ｔｇ２によるガタ終了検出信号を得るために、ウィンドウコンパレータＷｉｎＣｍｐ２－Ｆ（Ｆｏｒ方向用）により到達信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｆｏｒ２を、同様にＷｉｎＣｍｐ２－Ｒ（Ｒｅｖ方向用）により到達信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｒｅｖ２を得る。そして、従来の推定法の＾Ｔｇ１から検出した信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｆｏｒ１とこのＳ＿Ｒｓｔ＿Ｆｏｒ２との論理和部３５２にて論理和を取ったＳ＿Ｒｓｔ＿ＦｏｒをＦｏｒ方向のガタ状態信号生成ラッチｓｒ１＿Ｆｏｒのリセット端子に入力する。同様に、従来の推定法の＾Ｔｇ１から検出した信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｒｅｖ１とＳ＿Ｒｓｔ＿Ｒｅｖ２との論理和部３５３にて論理和を取ったＳ＿Ｒｓｔ＿ＲｅｖをＲｅｖ方向のガタ状態信号生成ラッチｓｒ１＿Ｒｅｖのリセット端子に入力する。

これにより、ガタ到達の判定（ガタ状態のリセット信号）は二重化されることになる。さらに、ＷｉｎＣｍｐ２－ＦとＷｉｎＣｍｐ２－Ｒに与える閾値として、従来の閾値（２６１ｐと２６１ｎ）を拡大係数Ｋβだけ補正した値にする。

図１９の態様では、ガタ開始時の値を保持するラッチを使用しているが、等価であれば挿入位置を変更することも可能である。例えば、加算器（３４２）はｓｈ５とｓｈ１の保持値の差分となっているが、先に（ωｍ＿ｄｅｔ－＾ωｄ）の差分を演算してからラッチして＾ω＿ｉｎｉを得ることもできる。ここで、相対速度＾ωｇ１が、図１５のＴＬＩＭ＿ＡＳＲ（３３０）の＾ωｇの代りに入力される。

（実施形態６の動作例）
従来のガタ位相の推定には、制御出力トルクＴｍを使用していたためトルク制御誤差の影響を受けやすく、特にガタ時間が長くなると推定誤差は大きくなる。また、ガタ位相が停滞つまりガタ終了が検出できずガタ期間が永遠に続く危険性もある。

これに対して、位相検出と速度検出を利用する方法では、制御出力トルクＴｍを使用していないのでトルク制御誤差の影響を受けない。これを利用して、２種類のガタ位相の終了検出にて多重化することにより、どちらかが誤差によって検出遅れが生じても、異常が継続することなくガタ終了が可能となり信頼性が向上する。

両推定法のウィンドウコンパレータの閾値を等しくしておくと、常に「早い方の検出信号」が利用されるので、全体的にはガタ時間が短くなる。そこで、一方の閾値を少し大きな値（広い位相幅）に設定することにより、通常は精度が良い位相検出による推定法の方だけ動作させ、もう一方は異常時だけ保護機能として作用させる。図１９は、＾Ｔｇ２を利用したコンパレータ（Ｗｉｎｃｍｐ２＿Ｆ，ＷｉｎＣｍｐ２＿Ｒ）の方を拡大（Ｋβ倍）する例を示しており、通常は＾Ｔｇ１を入力とするコンパレータ（Ｗｉｎｃｍｐ１－Ｆ，Ｗｉｎｃｍｐ１－Ｒ）の検出信号（Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｆｏｒ１，Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｒｅｖ１）が動作しているが、トルク制御誤差により勾配路などの影響により到達検出が遅れてしまったときには、＾Ｔｇ２を利用したコンパレータ（Ｗｉｎｃｍｐ２＿Ｆ，ＷｉｎＣｍｐ２＿Ｒ）の検出信号（Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｆｏｒ２，Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｒｅｖ２）が保護機能として作用して、ガタ状態検出を強制リセットさせる。つまり、従来法に対して異常監視機能を追加した効果が得られる。

（実施形態６の効果）
ガタ位相の推定やガタ終了検出を、制御出力トルクＴｍを利用した推定方法と、モータの位相検出や速度検出を利用した推定方法との２種類とも実装して二重化する。実施形態６では、それぞれの誤差特性が異なることを利用して、これらを組み合わせて異常監視・保護機能として応用する。

保護監視機能として作用させる場合には、特性の良い推定方法を第一の推定方法として制御系を組んでおき、第二の推定方法のガタ終了検出レベルを広く設定しておく。こうすれば、第一の推定方法の誤差が大きくなった時だけ、第二の推定法が作用するので異常保護として機能するようになる。

これにより、第一の推定方法にガタ期間が長期化するという異常が生じても、第二の推定方法がガタ終了を検出して強制的にガタ制御を終了させることができ、システムの信頼性が向上する。

［実施形態７］２種類のガタ位相推定情報の混合法（誤差特性を考慮した重み付き加算）
実施形態７は、実施形態５で提案したモータの位相・速度検出を利用したガタ位相の推定法を利用して、推定ガタ位相の精度向上を図る。２種類の推定方式には、運転領域（速度やトルク）により、異なる精度特性を有していることを前提として、２種類のうち優れた情報の方の重みを増やして合成することにより推定精度を改善する。

実施形態７の構成例を図２０に示す。

実施形態２で計算する推定方式により＾Ｔｇ１成分を求め、実施形態５の推定方式により＾Ｔｇ２成分を求めて、２種類のガタトルク（ガタ位相の換算値）を推定しておく。

これとは別に、速度検出ωｍ＿ｄｅｔと制御出力トルク指令Ｔｒｅｆ（またはＴｍなど）を二次元テーブルＫγ－Ｔａｂｌｅに入力して、重み係数Ｋγを出力させる。ここで、Ｋγの範囲は「０～１」である。

そして、＾Ｔｇ１にはＫγを乗算部３５４にて乗算し、＾Ｔｇ２には（１－Ｋγ）を乗算部３６３にて乗算し、これらの出力値を加算することにより合成して推定位相＾Ｔｇを得て、これをガタ終了タイミングの検出に利用するようにした。

実施形態３や実施形態４も追加して適用するためには推定ガタ速度＾ωｇが必要になるが、これも同じ重みを使用する。逐次更新される入力ωｍ＿ｄｅｔからｓｈ５でサンプルした＾ωｍ０を減算部３６１にて減算してガタ期間中の変化量を求め、これからさらに＾Δωｗを加算部３６２にて加算してモータ位相・速度検出を利用した推定ガタ速度の変化成分＾ωｇ２を求めておき、従来の推定変化速度＾ωｇ１にはＫγを乗算部３５７にて乗算し、＾ωｇ２には（１－Ｋγ）を乗算部３５６にて乗算してから加算合成したものを＾ωｇ成分として使用する。この＾ωｇ成分は、図１５に示すＴＬＩＭ＿ＡＳＲ（３３０）に入力される。

（実施形態７の動作例）
特許文献５や実施形態２等のガタ位相推定方法はトルク制御誤差による影響を受けやすく、もう一方の実施形態５で示したガタ位相の推定方式は角速度検出値ωｍの誤差の影響を受けやすい。このように影響する誤差要因が異なるので、「トルクと回転速度の二次元平面」を設定すると、それぞれ誤差成分のマップ（等高線）が描ける。そして、２種類の誤差の大小関係を利用して重み係数Ｋγを設定しておく。運転時には、各推定方式の結果である＾Ｔｇ１と＾Ｔｇ２に、この精度に応じた重み係数「Ｋγ（３５４，５３７）」と「（１－Ｋγ）（３５３，５３６）」を乗算して加算合成すると、精度の良い方の重みを増やすことができるので、これを使って二種類の合成推定値＾Ｔｇとすれば精度を改善することができる。これが実施例７の作用と効果である。

図２０では、二次元テーブルＫγ－Ｔａｂｌｅの入力にωｍ＿ｄｅｔとＴｒｅｆを利用したが、各方式の誤差特性を表現できればよく、制御出力トルクＴｍなどで代用することもできる。また、安定化のためにテーブルの入力信号に低域通過フィルタ（ＬＰＦ）を追加するなどの構成も挙げられる。

（実施形態７の効果）
ガタ位相の推定部を、制御出力トルクＴｍを利用した推定方法と、モータの位相検出や速度検出を利用した推定方法との２種類とも実装して二重化する。実施形態７では、それぞれの誤差特性が異なることを利用して、これらを組み合わせてお互いに補完させることによりガタ位相の推定誤差を抑制させる。

２種類の方式の推定位相に重みを掛けて合成するものであり、その重みはあらかじめトルクや速度などの運転状態に応じた誤差特性に基づいて設定する。精度のよい方の重みを大きくして合成することにより、誤差が大きな領域をお互いに補完させることができ、運転領域全体において精度の底上げができるという効果が得られる。

６…振動抑制制御装置、６０…プラントモデル（車両システム）、６１…速度検出部、６２…外乱トルクオブサーバ、６３…振動抑制補償部
３２４ｐ，３２４ｎ、３２５ｐ，３２５ｎ…コンパレータ、３２７ｐ、３２７ｎ…論理積積、Ｓｅｔ＿Ｆｏｒ、Ｓｅｔ＿Ｒｅｖ…ラッチ、３２８…論理和部、２１０＋２３０…除算及び微分部、２４０…時間積部、３２１…時間積分及び＾Ｋｄ乗算部、３２２ｐ…ＷｉｎＣｍｐ＿Ｆ、３２２ｎ…ＷｉｎＣｍｐ＿Ｒ
３２９…積分
１００，１００ａ…入力処理ブロックＴｍ＿Ｇｅｎ、３３０、３３０ａ…ＴＬＩＭ＿ＡＳＲ、３１１、３１２、３３２、３３７…減算部、３３３…乗算部、ＫＡＳＲ…比例ゲイン、３３４…最小関数ｍｉｎ、３３５…減算部、３３６…最大関数ｍａｘ
３２９…積分部、３４０、３４２、３４５…減算部、３４１…乗算部
３５２、３５３…論理和部、３５４…乗算部
３６１…減算部、３６２…加算部、３６３…乗算部
ｓｈ４、ｓｈ５、ｓｈ６…ラッチ

Claims (8)

1. モータの駆動装置と当該モータの減速機を有する車両システムの振動抑制制御装置であって、
   前記駆動装置の入力トルク指令に基づきモータトルクを出力する振動抑制補償部と、
   前記モータトルクから前記モータのシャフト軸の伝達トルクを算出する外乱トルクオブザーバと、
   前記モータトルクと前記伝達トルクとに基づき、車両システムの振動抑制制御を実行する期間を推定する推定部と
   を備え、
   前記推定部は、
   前記伝達トルクが負値から正値に変化する零クロスタイミングを示すＦｏｒ方向のバックラッシュ開始タイミングと、当該伝達トルクの正値から負値への変化時を示すＲｅｖ方向のバックラッシュ開始タイミングと、を生成し、
   前記伝達トルクを前記シャフト軸のバネ定数で除算したものの時間微分により算出した推定軸ねじれ速度をバックラッシュ開始時刻でラッチして当該推定軸ねじれ速度の初期値とし、
   前記モータトルクからモータ慣性モーメントの時間積分に基づき算出したモータ角速度の変動分と前記推定軸ねじれ速度の初期値との和を相対速度とみなし、この相対速度を時間積分して算出した推定バックラッシュ位相に前記バネ定数を乗算して推定バックラッシュトルクを生成し、
   この推定バックラッシュトルクに基づき前記Ｆｏｒ方向のバックラッシュ終了タイミングと前記Ｒｅｖ方向のバックラッシュ終了タイミングとを生成し、
   前記Ｆｏｒ方向並びに前記Ｒｅｖ方向のバックラッシュ開始タイミング並びにバックラッシュ終了タイミングに基づき前記振動抑制制御を実行する期間を定めること
   を特徴とする車両システムの振動抑制制御装置。
2. 前記推定部は、
   前記外乱トルクオブザーバの推定外乱トルクから前記車両システムのタイヤ及び車体の合成慣性モーメントの積分に基づき当該タイヤの角速度の変動分を算出し、
   この角速度の変動分と前記モータ角速度の変動分と前記推定軸ねじれ速度の初期値との合成値を相対速度とみなし、この相対速度を時間積分して算出した推定バックラッシュ位相に前記バネ定数を乗算して前記推定バックラッシュトルクを生成すること
   を特徴とする請求項１に記載の車両システムの振動抑制制御装置。
3. 前記入力トルク指令に変換ゲインを乗算して目標相対速度を設定し、
   前記相対速度から前記目標相対速度を減算した超過量に比例ゲインを乗算することで前記入力トルク指令を制限するトルク補正成分を生成し、
   前記入力トルク指令の基準上限値または当該入力トルク指令のいずれかのうち小さな値から前記トルク補正成分の正成分の値を減算することで当該入力トルク指令のトルク上限値を補正し、
   前記入力トルク指令の基準下限値または当該入力トルク指令のいずれかのうち大きな値から前記トルク補正成分の負成分の値を減算することで当該入力トルク指令のトルク下限値を補正するトルク制限部をさらに備えたこと
   を特徴とする請求項１または２に記載の車両システムの振動抑制制御装置。
4. 前記目標相対速度は、上下限値が設定されたこと
   を特徴とする請求項３に記載の車両システムの振動抑制制御装置。
5. 前記推定部は、
   モータ回転位相θｍ＿ｄｅｔとこれをバックラッシュ開始時にラッチした当該モータ回転位相θｍ＿ｄｅｔの初期位相θｍ０との差分より算出した当該モータ回転位相θｍ＿ｄｅｔの変動分（θｍ－θｍ０）にバネ定数＾Ｋｄを乗算して換算トルク＾Ｔｄｍ２に変換し、
   モータ角速度ωｍ＿ｄｅｔをバックラッシュ開始時にラッチした初期モータ角速度ωｍ０から、前記伝達トルク＾Ｔｄを前記バネ定数＾Ｋｄで除算及び時間微分して算出された値をバックラッシュ開始時にラッチした推定ガタ速度の初期値＾ωｇ＿ｉｎｉを減算して、初期タイヤ角速度＾ωｗ＿ｉｎｉを算出し、
   前記外乱トルクオブザーバの外乱トルク＾Ｔｏｂｓをバックラッシュ開始時でラッチした当該外乱トルク＾Ｔｏｂｓの初期値＾Ｔｏｂ＿ｉｎｉに前記車両システムのタイヤと車体の合成慣性モーメントの積分を適用してタイヤ角速度の変動分＾Δωｗを算出し、
   前記初期タイヤ角速度＾ωｗ＿ｉｎｉから前記変動分＾Δωｗを減算してタイヤ角速度推定＾ωｗ２とし、さらに時間積分とバネ定数＾Ｋｄの乗算を適用してタイヤ回転位相の変動分の換算トルク＾Ｔｄｗ２を算出し、
   前記モータ回転位相θｍ＿ｄｅｔに基づく換算トルク＾Ｔｄｍ２から前記タイヤ回転位相の変動分の換算トルク＾Ｔｄｗ２を減算して前記推定バックラッシュ位相のトルク換算値＾Ｔｇ２を算出し、
   この推定バックラッシュ位相のトルク換算値＾Ｔｇ２に基づき、前記Ｆｏｒ方向のバックラッシュ終了タイミングと前記Ｒｅｖ方向のバックラッシュ終了タイミングとを生成すること
   を特徴とする請求項３または４に記載の車両システムの振動抑制制御装置。
6. 前記推定部は、
   前記伝達トルク＾Ｔｄをシャフトのバネ定数Ｋｄで除算したものを時間微分して推定軸ねじれ速度＾ωｄとし、
   これをバックラッシュ開始時刻でラッチして初期値＾ωｇ＿ｉｎｉとし、モータトルクＴｍにモータ慣性モーメントＪｍの時間積分を適用したものをモータ角速度の変動分＾Δωｍとし、
   前記外乱トルクオブザーバの外乱トルク＾Ｔｏｂｓはバックラッシュ開始時でラッチして＾Ｔｏｂ＿ｉｎｉとし、これにタイヤと車体の合成慣性モーメントの積分を適用してタイヤ角速度の変動分＾Δωｗを算出し、
   前記初期値＾ωｇ＿ｉｎｉと前記モータ角速度の変動分＾Δωｍと前記タイヤ角速度の変動分＾Δωｗの和を相対速度＾ωｇ１とみなし、
   これを時間積分して算出した推定バックラッシュ位相＾θｇにバネ定数Ｋｄを乗算して推定バックラッシュトルク＾Ｔｇ１を算出し、
   モータ回転位相θｍ＿ｄｅｔから、バックラッシュ開始時の初期位相θｍ０をラッチし、バックラッシュ中のモータ回転位相の変動分（θｍ－θｍ０）を算出し、さらに、バネ定数＾Ｋｄを乗算してガタ位相に比例したトルク＾Ｔｄｍ２に変換し、
   モータ角速度ωｍ＿ｄｅｔから、バックラッシュ開始時の速度ωｍ０をラッチして、これから前記相対速度の初期値＾ωｇ＿ｉｎｉを減算して、初期タイヤ角速度＾ωｗ＿ｉｎｉを算出し、
   前記初期タイヤ角速度＾ωｗ＿ｉｎｉから前記タイヤ角速度の変動分＾Δωｗを減算して推定タイヤ角速度＾ωｗ２を算出し、この推定タイヤ角速度＾ωｗ２を時間成分とバネ定数＾Ｋｄの乗算を適用してタイヤ位相の変動分に比例したトルク＾Ｔｄｗ２を算出し、
   前記モータ回転位相θｍ＿ｄｅｔに基づくトルク＾Ｔｄｍ２から前記推定タイヤ角速度＾ωｗ２に基づくトルク＾Ｔｄｗ２を減算して推定バックラッシュ位相のトルク換算値＾Ｔｇ２を算出し、
   前記推定バックラッシュトルク＾Ｔｇ１に基づき、信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｆｏｒ１および信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｒｅｖ１を生成し、
   前記推定バックラッシュ位相のトルク換算値＾Ｔｇ２に基づき、信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｆｏｒ２および信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｒｅｖ２を生成し、
   信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｆｏｒ１と信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｆｏｒ２の論理和（ＯＲ）によりＦｏｒ方向のバック終了タイミングの信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｆｏｒを生成し、
   信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｒｅｖ１と信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｒｅｖ２の論理和（ＯＲ）によりＲｅｖ方向のバックラッシュ終了タイミングの信号Ｓ＿Ｒｓｔ＿Ｆｏｒを生成すること
   を特徴とする請求項３または４に記載の車両システムの振動抑制制御装置。
7. 前記モータ角速度ωｍ＿ｄｅｔと入力トルク指令Ｔｒｅｆに基づく重み係数Ｋγを出力する二次元テーブルＫγ－Ｔａｂｌｅをさらに備え、
   前記推定バックラッシュトルク＾Ｔｇ１は、重み係数Ｋγにより重み付けされ、
   前記トルク換算値＾Ｔｇ２は、（１－重み係数Ｋγ）により重み付けされること
   を特徴とする請求項６に記載の車両システムの振動抑制制御装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の車両システムの振動抑制制御装置を実行することを特徴とする車両システムの振動抑制制御方法。

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