JP5850171B2 - 電動車両の制御装置および電動車両の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動車両の制御装置および電動車両の制御方法に関する。

ＪＰ２００３−９５６６Ａに記載の車両の制振制御装置では、以下の方法により、モータを制御する際のトルク目標値を算出している。まず、アクセル開度や車速などから算出される駆動モータの駆動トルク要求値に対して、車両のトルク伝達系の固有振動周波数成分を除去又は低減するフィルタリング処理を行って駆動トルク目標値を算出する。続いて、駆動トルク目標値からモータ特性モデルを考慮してモータ回転速度推定値を算出し、算出したモータ回転速度推定値と実モータ回転速度との偏差を、駆動力伝達系の固有振動周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタとモータ特性モデルの逆系で構成されたフィルタに通すことによって、トルク指令値を算出する。そして、算出したトルク指令値を、駆動トルク目標値に対して加えることによって、最終駆動トルク目標値を算出している。これにより、道路勾配やトルク伝達系の外乱やモータ特性モデル誤差などによる影響を除去し、かつ、車両のトルク伝達系の固有振動周波数成分を除去または低減することにより、制振効果と急峻なトルクの立ち上がりを両立することができる。

ところで、一般的な車両のドライブシャフトのねじり振動の固有振動数は、６〜１０Ｈｚ程度である。出力したトルクに対してドライブシャフトが捻れることで振動が励起され、その振動がモータ回転速度に表されるため、ＪＰ２００３−９５６６Ａに記載の技術を用いて除去することができる。この結果、車両の出力軸トルクを、オーバーシュートやハンチングを起こすことなく滑らかに、かつ、トルク指令の入力から５０ｍｓ程度で定常値まで至るように急峻に立ち上げることができる。

ところが、車両の出力軸トルクを急峻に立ち上げたことによる結果、固有振動数２０〜４０Ｈｚ程度の振動成分を励起してしまうことがある。固有振動数２０〜４０Ｈｚ程度の振動は、車両が加速した場合に、駆動力の反力がロアアームを介してサスペンションメンバーを含むモータユニット（バネ下）を前後に加振することで励起されるものであり、駆動軸トルクおよびモータ回転速度にその振動成分が発生しない。すなわち、ＪＰ２００３−９５６６Ａに記載の車両の制振制御装置では、固有振動数２０〜４０Ｈｚ程度のバネ下前後振動を除去することができない。

本発明は、バネ下の前後方向の振動を抑制することを目的とする。

一実施形態における電動車両の制御装置は、車両情報に基づいてモータトルク指令値を設定し、駆動輪につながるモータのトルクを制御する。この電動車両の制御装置は、モータトルク指令値に対して、バネ下の前後方向の固有振動周波数成分を低減するフィルタリング処理を施すフィルタリング手段と、モータトルク指令値に前記フィルタリング処理が施されることによって求められる最終トルク指令値に従ってモータトルクを制御するモータトルク制御手段とを備える。

本発明の実施形態については、添付された図面とともに以下に詳細に説明される。

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、電動モータコントローラによって行われるモータ電流制御の処理の流れを示すフローチャートである。 図３は、アクセル開度−トルクテーブルの一例を示す図である。 図４Ａは、サスペンションスプリングの下側であるバネ下の構造を示す斜視図である。 図４Ｂは、サスペンションスプリングの下側であるバネ下の構造を示す上面図である。 図５は、車両前後振動抑制フィルタの構成を示す図である。 図６は、第３のトルク指令値Ｔｍ３＊を算出する処理を行う制御ブロック図の一例である。 図７は、制振制御ＦＦ演算部４０２Ｂの構成を示す制御ブロック図の一例である。 図８は、制振制御ＦＦ演算部４０２Ｂの構成を示す制御ブロック図の別の例である。 図９は、制振制御ＦＢ演算部６００Ａの詳細なブロック構成図である。 図１０は、伝達関数Ｈ（ｓ）の特性を示す図である。 図１１は、バネ下のバネ・マス・ダンパーモデル構成図である。 図１２Ａは、クリープ状態からの発進急加速時に、トルク指令値をステップ増加させた場合の加速度の応答を説明するための図であって、第１、第２の実施形態における電動車両の制御装置による制御結果を示す図である。 図１２Ｂは、クリープ状態からの発進急加速時に、トルク指令値をステップ増加させた場合の加速度の応答を説明するための図であって、ＪＰ２０１３−９５６６Ａに記載の制御装置による制御結果の一例を示す図である。 図１３Ａは、コースト状態からの急加速時に、トルク指令値をステップ増加させた場合の加速度の応答を説明するための図であって、第１、第２の実施形態における電動車両の制御装置による制御結果について説明するための別の図である。 図１３Ｂは、コースト状態からの急加速時に、トルク指令値をステップ増加させた場合の加速度の応答を説明するための図であって、ＪＰ２０１３−９５６６Ａに記載の制御装置による制御結果の一例を示す図である。

−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り、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に適用可能である。

電動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（三相交流モータ）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し、入力された信号に基づいて、電動モータ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。

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

電動モータ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（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、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、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。

電流センサ７は、電動モータ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、電動モータ４の回転子位相αを検出する。

図２は、電動モータコントローラ２によって行われるモータ電流制御の処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ２０１では、車両状態を示す信号を入力する。ここでは、車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）、アクセル開度ＡＰ（％）、電動モータ４の回転子位相α（ｒａｄ）、電動モータ４の回転数Ｎｍ（ｒｐｍ）、電動モータ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Ｖｄｃ（Ｖ）を入力する。

車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）は、図示しない車速センサや、図示しないブレーキコントローラ等の他のコントローラより通信にて取得する。または、モータ回転速度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算することにより車速ｖ（ｍ／ｓ）を求め、３６００／１０００を乗算することにより単位変換して、車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）を求める。

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

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

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

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

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

ステップＳ２０３では、ステップＳ２０２で設定された第１のトルク指令値Ｔｍ１^*に対して、バネ下の前後方向における固有振動周波数成分を抑制するための車両前後振動抑制フィルタ処理を行うことによって、第２のトルク指令値Ｔｍ２^*を算出する。バネ下の部材には、サスペンションメンバーを含むモータユニットが含まれる。車両前後振動抑制フィルタ処理の詳細については後述する。

ステップＳ２０４では、ステップＳ２０３で設定した第２のトルク指令値Ｔｍ２^*、およびモータ回転速度ωｍに基づいて、駆動軸トルクの応答を犠牲にすることなく、駆動力伝達系の振動（駆動軸８のねじり振動）を抑制する第３のトルク指令値Ｔｍ３^*を算出する。第３のトルク指令値Ｔｍ３^*の詳しい算出方法については後述する。

ステップＳ２０５では、ステップＳ２０４で算出した第３のトルク指令値Ｔｍ３^*、モータ回転速度ωｍおよび直流電圧値Ｖｄｃに基づいて、ｄ軸電流目標値ｉｄ^*、ｑ軸電流目標値ｉｑ^*を求める。

ステップＳ２０６では、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、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。

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

図２のステップＳ２０３で行う車両前後振動抑制フィルタ処理の詳細について説明する。

図４Ａおよび図４Ｂは、サスペンションスプリングの下側であるバネ下の構造を示す図であり、図４Ａは斜視図、図４Ｂは上面図である。図４Ａに示すように、電動モータ５は、バネ下に設けられている。

バネ下前後振動は、路面から伝わる駆動力の反力がロアアーム（図４Ｂ参照）を介して、サスペンションメンバーを含むモータユニットを前後に加振することで励起される。従って、乗員が感知する加速度は、下記（Ａ）、（Ｂ）の和で近似することができる。
（Ａ）駆動力により、車体が推進されることで発生する加速度
（Ｂ）駆動力により、バネ下が前後に加振されることで発生する加速度外乱

ここで、上記（Ｂ）の加速度外乱は、パラメータ同定などにより、次式（１）で表すことができる。

式（１）中のＧｖ（ｓ）は、次式（２）により表される。ただし、式（１）中のＦは駆動力、αｖは加速度外乱であり、式（２）中のζｖ、ωｖはそれぞれ、バネ下前後振動の減衰係数、固有振動周波数である。

以下では、基本目標トルク指令値から式（１）で表される加速度外乱までの伝達特性を導出し、その伝達特性に存在するバネ下前後振動成分をキャンセルする車両前後振動抑制フィルタを導出する方法について説明する。

ギアバックラッシュによる不感帯を線形関数と飽和関数の差分で表現すると、車両の運動方程式は次式（３）〜式（８）で表される。

ここで、式（３）〜（８）における各パラメータは下記の通りである。
Ｊｍ：モータのイナーシャ
Ｊｗ：駆動輪のイナーシャ（１輪分）
Ｍ：車両の重量
Ｋｄ：ドライブシャフトのねじり剛性
Ｋｔ：タイヤと路面の摩擦に関する係数
Ｎａｌ：オーバーオールギア比
ｒ：タイヤの荷重半径
ωｍ：モータ回転速度
ωｗ：駆動輪の角速度
Ｔｍ：モータトルク
Ｔｄ：ドライブシャフト軸トルク
Ｆ：車両の駆動力
Ｖ：車両の速度
θ：ドライブシャフトの捻り角

ただし、式（６）中のＳｔ（θ）は飽和関数であり、次式（９）で表される。式（９）中のθＢＬは、モータ４から駆動軸（ドライブシャフト）８までのオーバーオールでのギアバックラッシュ量である。

式（３）〜式（８）をラプラス変換すると、次式（１０）〜（１５）で表される。

式（１０）〜式（１５）より、モータトルクＴｍからモータ回転速度ωｍまでの伝達特性は、次式（１６）で表される。ただし、式（１６）中のＧｐ（ｓ）、Ｇｐｓ（ｓ）はそれぞれ、式（１７）、（１８）にて表される。

ただし、式（１７）、（１８）中の各パラメータは、次式（１９）で表される。

式（１０）〜（１５）より、モータトルクＴｍからドライブシャフトの捻り角θまでの伝達特性は、次式（２０）で表される。ただし、式（２０）中のＧｔ（ｓ）、Ｆｓ（ｓ）はそれぞれ、式（２１）、式（２２）で表される。

ただし、式（２１）、式（２２）中のｐ１、ｐ０は、次式（２３）により表される。また、ζｐ、ωｐはそれぞれ、駆動トルク伝達系の減衰係数、固有振動周波数である。

式（１３）、式（２０）より、ドライブシャフト軸トルクＴｄは、次式（２４）にて表される。

ここで、図２のステップＳ２０４で行う制振制御を適用した場合、ドライブシャフト軸トルクは、次式（２５）、（２６）で表される。

ここで、式（２５）中のトルク指令値Ｔｍ^**は、車両前後振動抑制フィルタを適用した後のトルク指令値である第２のトルク指令値Ｔｍ２^*（図２のステップ２０４で制振制御を行う前のトルク指令値）である。

次に、式（１１）、式（１２）、式（１４）より、ドライブシャフト軸トルクＴｄから駆動力Ｆまでの伝達特性は、次式（２７）、（２８）で表される。

ただし、式（２８）中のｋｆは、次式（２９）で表される。

さらに、駆動力Ｆから加速度外乱αｖまでの伝達特性は、式（１）、（２）で表されるから、式（１）、（２５）、（２７）より、制振制御前トルク指令値Ｔｍ^**からバネ下前後加速度αｖまでの伝達関数は、次式（３０）で表される。

ここで、式（３０）で表されるバネ下前後加速度の規範応答αｖｍを次式（３１）で表す。式（３１）中のＧｖｍ（ｓ）は、次式（３２）で表される。なお、Ｔｍ^*は、基本トルク指令値（第１のトルク指令値Ｔｍ１^*）である。

式（３０）に示すαｖと式（３１）に示すαｖｍについて、αｖ＝αｖｍとすると、トルク指令値Ｔｍ^**は、次式（３３）で表される。

ただし、式（３３）中のＨｖ（ｓ）は、次式（３４）で表される。

一般的な車両の特性では、次式（３５）の近似式が成り立つので、極零相殺により、式（３４）は、次式（３６）に書き換えられる。

ただし、式（３６）は、非プロパとなるため、時定数τのローパスフィルタを付加することにより、式（３６）は、次式（３７）のように３次／３次＝（１次／１次）×（２次×２次）のフィルタで表される

時定数τは十分小さい値とし、シミュレーションまたは実験等により適切な値を設定する。

式（３３）中のドライブシャフト捻り角θは、式（２０）から演算してもよいし、次式（３８）から求めてもよい。式（３８）は、駆動軸トルクＴｄとモータトルクＴｍとが一致するようなトルク指令値を求め、求めたトルク指令値を式（２０）に代入することにより得られる。

図５は、車両前後振動抑制フィルタの構成を示す図である。トルク指令値Ｔｍ^**（第２のトルク指令値Ｔｍ２^*）は、式（３３）で表されるが、図５は、第１のトルク指令値Ｔｍ１^*を入力して第２のトルク指令値Ｔｍ２^*を出力する車両前後振動抑制フィルタの構成を示している。図５に示すように、車両前後振動抑制フィルタは、（ｓ²＋２ζｖ・ωｖ・ｓ＋ωｖ²）／（ｓ²＋２ωｖ・ｓ＋ωｖ²）で表される制御ブロック５０１と、式（９）で表される飽和関数（リミッタ）５０２と、式（３７）で表されるＨｖ（ｓ）なる伝達特性を有する制御ブロック５０３と、式（２２）で表されるＦｓ（ｓ）なる伝達特性を有する制御ブロック５０４とを備える。

続いて、図２のステップＳ２０４で行われる処理、すなわち、第３のトルク指令値Ｔｍ３^*を算出する方法について説明する。

図６は、第３のトルク指令値Ｔｍ３^*を算出する処理を行う制御ブロック図の一例である。第３のトルク指令値Ｔｍ３^*を算出する制振制御演算部６００は、制振制御ＦＢ演算部６００Ａと、制振制御ＦＦ演算部６００Ｂと、加算器６００Ｃを備える。

まず始めに、制振制御ＦＦ演算部６００Ｂの構成について説明する。

ドライブシャフト軸トルクＴｄとモータトルクＴｍとが一致するようなトルク指令値を求めると、次式（３９）、（４０）となる。

従って、車両のトルク伝達の固有振動周波数成分を低減する線形フィルタＧ_INV（ｓ）と、駆動軸ねじり角を演算するフィルタＧｔ（ｓ）、飽和関数（リミッタ）、駆動軸ねじり角の車輪イナーシャとタイヤ摩擦力による位相ずれを補償するフィルタＦｓ（ｓ）より、制振制御ＦＦ演算部６００Ｂの構成は、図７で表される。すなわち、制振制御ＦＦ演算部６００Ｂは、Ｇ_INV（ｓ）なる伝達特性を有する制御ブロック６０１と、Ｇｔ（ｓ）なる伝達特性を有する制御ブロック６０２と、式（９）で表される特性のリミッタ６０３と、Ｆｓ（ｓ）なる伝達特性を有する制御ブロック６０４と、加算器６０５と、加算器６０６と、減算器６０７とを備える。

式（２０）に式（３９）を代入すると、次式（４１）と等価変換することができる。

従って、制振制御ＦＦ演算部６００Ｂは、車両のトルク伝達の固有振動周波数成分を低減する線形フィルタＧ_INV（ｓ）と、駆動軸ねじり角の理想応答を演算するフィルタＧｔｍ（ｓ）と、飽和関数（リミッタ）と、駆動軸ねじり角の車輪イナーシャとタイヤ摩擦力による位相ずれを補償するフィルタＦｓ（ｓ）により、図８のように構成することもできる。図８に示す構成によれば、制振制御ＦＦ演算部６００Ｂは、Ｇ_INV（ｓ）なる伝達特性を有する制御ブロック６０１と、式（９）で表される特性のリミッタ６０３と、Ｆｓ（ｓ）なる伝達特性を有する制御ブロック６０４と、加算器６０６と、減算器６０７と、Ｇｔｍ（ｓ）なる伝達特性を有する制御ブロック６１２と、加算器６１１とを備える。

続いて、制振制御ＦＢ演算部６００Ａで行われるフィードバック演算処理について説明する。図９は、制振制御ＦＢ演算部６００Ａの詳細なブロック構成図である。制振制御ＦＢ演算部６００Ａは、Ｇｐ（ｓ）なる伝達特性を有する制御ブロック６５１と、Ｇｐｓ（ｓ）なる伝達特性を有する制御ブロック６５２と、Ｈ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）なる伝達特性を有する制御ブロック６５３と、加算器６５４と、減算器６５５と、Ｇｔ（ｓ）なる伝達特性を有する制御ブロック６５６と、式（９）で表される特性のリミッタ６５７と、Ｆｓ（ｓ）なる伝達特性を有する制御ブロック６５８と、加算器６５９とを備える。

Ｇｐ（ｓ）は、車両へのモータトルク入力に対するモータ回転速度の伝達特性を示す線形プラントモデルであり、Ｇｐｓ（ｓ）は、モータ回転速度のバックラッシュ補償分を算出する伝達関数である。Ｇｔ（ｓ）は、駆動軸捻り角を演算するフィルタ、Ｆｓ（ｓ）は、駆動軸捻り角の車輪イナーシャとタイヤ摩擦力による位相ずれを補償するフィルタであり、具体的には、式（２１）、（２２）で表される。

制振制御ＦＢ演算部６００Ａは、制振制御後トルク指令値Ｔｍ３^*と制振制御ＦＦ演算部６００Ｂの出力ＦＦ_outを入力として、線形プラントモデルＧｐ（ｓ）、フィルタＧｔ（ｓ）、フィルタＦｓ（ｓ）、飽和関数（リミッタ）、伝達関数Ｇｐｓ（ｓ）より、モータ回転速度推定値ωｍ＾を演算する。さらに、算出したモータ回転速度推定値ωｍ＾と実モータ回転速度ωｍの差分を入力として、伝達関数Ｈ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）より、制振制御ＦＢ演算部６００Ａの出力ＦＢ_outを演算する。

伝達関数Ｈ（ｓ）は、バンドバスフィルタとした場合に、振動のみを低減するフィードバック要素となる。この際、図１０に示すようにフィルタの特性を設定すると、最も大きな効果を得ることができる。即ち、伝達関数Ｈ（ｓ）は、ローパス側およびハイパス側での減衰特性が略一致し、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ている。そして、例えば、Ｈ（ｓ）を１次のハイパスフィルタと１次のローパスフィルタで構成する場合、周波数ｆｐを駆動系のねじり共振周波数とし、ｋを任意の値として、式（４２）のように構成する。

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。

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

上述したように、モータトルクＴｍからモータ回転速度ωｍまでの伝達特性は、式（１６）〜（１８）で表される。

式（１７）を整理して次式（４３）のように表す。一般的な車両では、式（４３）の伝達関数の極と零点を調べると、１つの極と１つの零点は極めて近い値を示す。これは、式（４３）のαとβが極めて近い値を示すことに相当する。ここで、ζｐとωｐはそれぞれ、駆動ねじり振動系の減衰係数と固有振動周波数である。

従って、式（４３）における極零相殺（α＝βと近似）を行うことにより、次式（４４）に示すように、（２次）／（３次）の伝達特性Ｇｐ（ｓ）を構成する。

以上、第１の実施形態における電動車両の制御装置によれば、車両情報に基づいてモータトルク指令値を設定し、駆動輪につながるモータのトルクを制御する電動車両の制御装置において、モータトルク指令値に対して、バネ下の前後方向の固有振動周波数成分を低減するフィルタリング処理を施し、モータトルク指令値にフィルタリング処理が施されることによって求められる最終トルク指令値に従ってモータトルクを制御する。これにより、車両バネ下の前後方向における振動を低減し、乗員にショックや不快な振動を感じさせることなく、滑らかな加速を実現することができる。

また、バネ下の前後方向の固有振動周波数成分を低減するフィルタリング処理で用いられるフィルタを、バネ下の前後方向の伝達特性の逆特性を含むフィルタ（図５の制御ブロック５０１）とすることにより、車両バネ下の前後方向における振動を低減する補償トルクを適確に算出することが可能となる。この結果、急峻なトルク変化を伴う発進加速のシーンにおいても、乗員にショックや不快な振動を感じさせることなく、滑らかな加速を実現することができる。

特に、バネ下の前後方向の固有振動周波数成分を低減するフィルタリング処理で用いられるフィルタは、バネ下の前後方向の伝達特性の逆特性を含むフィルタ（図５の制御ブロック５０１）と、ドライブシャフト捻り角を入力とする飽和関数５０２と、ギアによる不感帯で補正トルクを出力するフィルタ（制御ブロック５０３）と、ドライブシャフト捻り角の車輪イナーシャとタイヤ摩擦力による位相ずれを算出するフィルタ（制御ブロック５０４）とを含む。これにより、コーストや減速からの加速時でも、ギアによる不感帯を有する車両の駆動力伝達系のバネ下前後方向の固有振動周波数成分を抑制し、バネ下前後方向の振動を抑えることができる。また、飽和関数（リミッタ）により、ギアによる不感帯の有無によるフィルタ構成を変更する必要がないため、複雑な演算（初期化、条件判定、切替など）をする必要がない。

また、飽和関数５０２の上下限値を、ギアのバックラッシュ量に基づいて定める（式（９）参照）ので、バックラッシュ補正量を算出することができる。

さらに、バネ下の前後方向の固有振動周波数成分を低減するフィルタリング処理（図２のＳ２０３）が施されたモータトルク指令値に対して、駆動軸のねじり振動を抑制するためのフィルタリング処理（図２のＳ２０４）を施し、駆動軸のねじり振動を抑制するためのフィルタリング処理（制振制御）が施されたモータトルク指令値を最終トルク指令値としてモータトルクを制御する。駆動力伝達系の制振制御では、モータトルクからモータ回転速度までの制御対象のモデルを想定し、モータ回転速度の検出遅れ等を考慮して構成されていることがある。このような場合、バネ下の前後方向の固有振動周波数成分を低減するフィルタリング処理を駆動軸のねじり振動を抑制するためのフィルタリング処理（制振制御）の後段に配置すると、制振制御内で考慮している制御対象のモデルと異なる応答になってしまい、さらに想定しているモータ回転速度の応答と検出遅れ等の適合にズレが生じる。この結果、制振制御の性能悪化につながる場合がある。これに対して、本実施形態のように、バネ下の前後方向の固有振動周波数成分を低減するフィルタリング処理を制振制御の前段で実施することにより、駆動力伝達系振動の制振制御の効果を残しつつ、２０〜４０Ｈｚ程度のバネ下の前後方向における振動を抑制することができる。

−第２の実施形態−
バネ下前後振動は、路面から伝わる駆動力の反力がロアアームを介して、サスペンションメンバーを含むモータユニットを前後に加振することで励起されるため、乗員が感知する加速度は、図１１に示すバネ・マス・ダンパー系でモデル化できる。

図１１に示すバネ下のバネ・マス・ダンパーモデル構成図の運動方程式は、次式（４５）で表される。

式（４５）より、駆動力Ｆから車両（車室）の変位量ｘｖまでの伝達特性は、次式（４６）で表される。

従って、駆動力Ｆから車両前後加速度αｖまでの伝達特性は、次式（４７）で表される。また、式（４７）中のＧｖ（ｓ）は、式（４８）で表される。

ただし、式（４８）中のｖ１、ｖ０、ωｖ、ζｖは式（４９）で表される。

以下では、基本目標トルク指令値である第１のトルク指令値Ｔｍ１^*から、式（４７）で表される車両前後加速度αｖまでの伝達特性を導出し、その伝達特性に存在するバネ下前後振動成分をキャンセルする車両前後振動抑制フィルタを導出する方法について説明する。

ギアバックラッシュによる不感帯を線形関数と飽和関数の差分で表現すると、車両の運動方程式は次式（５０）〜式（５５）で表される。

ここで、式（５０）〜（５５）における各パラメータは下記の通りである。
Ｊｍ：モータのイナーシャ
Ｊｗ：駆動輪のイナーシャ（１輪分）
Ｍ：車両の重量
Ｋｄ：ドライブシャフトのねじり剛性
Ｋｔ：タイヤと路面の摩擦に関する係数
Ｎａｌ：オーバーオールギア比
ｒ：タイヤの荷重半径
ωｍ：モータ回転速度
ωｗ：駆動輪の角速度
Ｔｍ：モータトルク
Ｔｄ：駆動輪のトルク
Ｆ：車両の駆動力
Ｖ：車両の速度
θ：ドライブシャフトの捻り角

ただし、式（５３）中のＳｔ（θ）は飽和関数であり、次式（５６）で表される。式（５６）中のθＢＬは、モータ４から駆動軸（ドライブシャフト）８までのオーバーオールでのギアバックラッシュ量である。

式（５０）〜式（５５）をラプラス変換すると、次式（５７）〜（６２）で表される。

式（５７）〜式（６２）より、モータトルクＴｍからモータ回転速度ωｍまでの伝達特性は、次式（６３）で表される。ただし、式（６３）中のＧｐ（ｓ）、Ｇｐｓ（ｓ）はそれぞれ、式（６４）、（６５）にて表される。

ただし、式（６４）、（６５）中の各パラメータは、次式（６６）で表される。

式（５７）〜（６２）より、モータトルクＴｍからドライブシャフトの捻り角θまでの伝達特性は、次式（６７）で表される。ただし、式（６７）中のＧｔ（ｓ）、Ｆｓ（ｓ）はそれぞれ、式（６８）、式（６９）で表される。

ただし、式（６８）、式（６９）中のｐ１、ｐ０は、次式（７０）により表される。また、ζｐ、ωｐはそれぞれ、駆動トルク伝達系の減衰係数、固有振動周波数である。

式（６０）、式（６７）より、ドライブシャフト軸トルクＴｄは、次式（７１）にて表される。

ここで、図２のステップＳ２０４で行う制振制御を適用した場合、ドライブシャフト軸トルクは、次式（７２）、（７３）で定義する。

ここで、式（７２）中のトルク指令値Ｔｍ^**は、車両前後振動抑制フィルタを適用した後のトルク指令値である第２のトルク指令値Ｔｍ２^*（図２のステップ２０４で制振制御を行う前のトルク指令値）である。

次に、式（５８）、式（５９）、式（６１）より、ドライブシャフト軸トルクＴｄから駆動力Ｆまでの伝達特性は、次式（７４）、（７５）で表される。

ただし、式（７５）中のｋｆは、次式（７６）で表される。

さらに、駆動力Ｆから車両前後加速度αｖまでの伝達特性は、式（４７）、（４８）で表されるから、式（４７）、（７２）、（７４）より、制振制御前トルク指令値Ｔｍ^**から車両前後加速度αｖまでの伝達関数は、次式（７７）で表される。

ここで、式（７７）で表される車両前後加速度の規範応答αｖｍを次式（７８）で表す。式（７８）中のＧｖｍ（ｓ）は、次式（７９）で表される。なお、Ｔｍ^*は、基本トルク指令値である。

式（７７）に示すαｖと式（７８）に示すαｖｍについて、αｖ＝αｖｍとすると、トルク指令値Ｔｍ^**は、次式（８０）で表される。

ただし、式（８０）中のＨｖ（ｓ）は、次式（８１）で表される。

一般的な車両の特性では、次式（８２）の近似式が成り立つので、極零相殺により、式（８１）は、次式（８３）に書き換えられる。

ただし、式（８３）は、非プロパとなるため、時定数τのローパスフィルタを付加することにより、式（８３）は、次式（８４）のように３次／３次＝（１次／１次）×（２次×２次）のフィルタで表される。

時定数τは十分小さい値とし、シミュレーションまたは実験等により適切な値を設定する。

式（８０）中のドライブシャフト捻り角θは、式（６７）から演算してもよいし、次式（８５）から求めてもよい。式（８５）は、駆動軸トルクＴｄとモータトルクＴｍとが一致するようなトルク指令値を求め、求めたトルク指令値を式（６７）に代入することにより得られる。

第２の実施形態における電動車両の制御装置における車両前後振動抑制フィルタの構成は、第１の実施形態と同様に図５で示される。

以上、第２の実施形態における電動車両の制御装置においても第１の実施形態における電動車両の制御装置と同様に、車両バネ下の前後方向における振動を低減し、乗員にショックや不快な振動を感じさせることなく、滑らかな加速を実現することができる。

第１、第２の実施形態における電動車両の制御装置による制御結果について説明する。まず始めに、クリープ状態から（ギアのバックラッシュを伴わない）発進急加速時に、トルク指令値をステップ的に増加させた場合の加速度の応答について、図１２Ａおよび図１２Ｂを用いて説明する。

図１２Ａは、第１、第２の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１２Ａでは、上から順に、制振制御を行った後のトルク指令値の時間変化、車両前後加速度の時間変化、ドライブシャフト軸トルクの時間変化、モータ回転数の時間変化をそれぞれ示している。

停車状態から時刻ｔ１でアクセルをステップ的に踏み込んで基本目標トルク指令値が急激に立ち上がった場合、駆動軸トルクは時刻ｔ２でほぼ定常値に収束している。また、加速度についても、後述する従来例で見られる２０〜４０Ｈｚ程度の振動が抑制され、滑らかに立ち上がり、時刻ｔ２にほぼ定常値に収束している。

図１２Ｂは、特開２００３−９５６６号公報に記載の制御装置による制御結果の一例を示す図である。クリープ状態から時刻ｔ１でアクセルをステップ的に踏み込んで基本目標トルク指令値が急激に立ち上がった場合、駆動力伝達系の振動を抑制するための制振制御により、制振制御後のトルク指令値は、基本目標トルク指令値に対して駆動力伝達系の振動周波数成分を抑制したトルク指令値となり、駆動軸トルクがステップ的に振動無く立ち上がり、時刻ｔ２に至るまでもなく収束する。一方、加速度は、立ち上がり時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて２０〜４０Ｈｚ程度の振動が残っている。

次に、コースト状態からの（ギアのバックラッシュを伴う）急加速時に、トルク指令値をステップ的に増加させた場合の加速度の応答について、図１３Ａおよび図１３Ｂを用いて説明する。

図１３Ａは、第１、第２の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１３Ａでは、上から順に、制振制御を行った後のトルク指令値の時間変化、車両前後加速度の時間変化、ドライブシャフト軸トルクの時間変化、モータ回転数の時間変化をそれぞれ示している。

停車状態から時刻ｔ１でアクセルをステップ的に踏み込んで基本目標トルク指令値が急激に立ち上がった場合、駆動軸トルクは時刻ｔ２でほぼ定常値に収束している。また、加速度についても、後述する従来例で見られる２０〜４０Ｈｚ程度の振動が抑制され、滑らかに立ち上がり、時刻ｔ２にほぼ定常値に収束している。すなわち、ギアのバックラッシュを伴うシーンにおいても、バネ下の前後方向における振動を抑制することができる。

図１３Ｂは、特開２００３−９５６６号公報に記載の制御装置による制御結果の一例を示す図である。コースト状態から時刻ｔ１でアクセルをステップ的に踏み込んで基本目標トルク指令値が急激に立ち上がった場合、ギアバックラッシュの不感帯の誤差を補正するために、トルク指令値を加速側に発生させることにより、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて２０〜４０Ｈｚ程度の加速度の振動（ショック）が助長されている。

このように、第１、第２の実施形態における電動車両の制御装置によれば、ギアのバックラッシュの有無によらず、乗員にショックや不快な振動を感じさせることなく、滑らかでありながら、レスポンスを損なうことのない急峻な加速性能を実現することができる。

本発明は、上述した第１、第２の実施形態に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、バネ下の前後方向の固有振動周波数成分を低減するフィルタリング処理で用いるドライブシャフトの捻り角θは、図２のステップＳ２０４で行う駆動力伝達系の振動（駆動軸８のねじり振動）を抑制するフィルタリング処理で算出した値を用いてもよい。

本願は、２０１２年１０月４日に日本国特許庁に出願された特願２０１２−２２２３７１に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (7)

1. 車両情報に基づいてモータトルク指令値を設定し、駆動輪につながるモータのトルクを制御する電動車両の制御装置において、
   前記モータトルク指令値に対して、バネ下の前後方向の固有振動周波数成分を低減するフィルタリング処理を施すフィルタリング手段と、
   前記モータトルク指令値に前記フィルタリング処理が施されることによって求められる最終トルク指令値に従ってモータトルクを制御するモータトルク制御手段と、
   を備え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において、
   前記フィルタリング処理で用いられるフィルタは、バネ下の前後方向の伝達特性の逆特性を含むフィルタである、
   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において、
   前記フィルタリング処理で用いられるフィルタは、バネ下の前後方向の伝達特性の逆特性を含む第１のフィルタと、ドライブシャフト捻り角を入力とする飽和関数と、ギアのバックラッシュによる不感帯で補正トルクを出力する第２のフィルタと、ドライブシャフト捻り角の車輪イナーシャとタイヤ摩擦力による位相ずれを算出する第３のフィルタとを含み、
   前記ギアのバックラッシュは、前記モータから前記ドライブシャフトを介して駆動輪に至るトルク伝達系において、前記モータから前記ドライブシャフトまでに存在するギアのバックラッシュであって、
   前記飽和関数の出力は、前記第２のフィルタと前記第３のフィルタに入力され、
   前記第１のフィルタには、前記モータトルク指令値に前記第３のフィルタの出力を加算した値が入力され、
   前記第１のフィルタの出力から前記第３のフィルタの出力を減算して得られる値に、前記第２のフィルタの出力である補正トルクを加算した値を、前記フィルタリング手段の出力とする、
   電動車両の制御装置。
4. 請求項３に記載の電動車両の制御装置において、
   前記飽和関数の上下限値を、ギアのバックラッシュ量に基づいて定める、
   電動車両の制御装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電動車両の制御装置において、
   前記フィルタリング処理が施されたモータトルク指令値に対して、駆動軸のねじり振動を抑制するためのフィルタリング処理を施すねじり振動抑制手段をさらに備え、
   前記モータトルク制御手段は、前記駆動軸のねじり振動を抑制するためのフィルタリング処理が施されたモータトルク指令値を最終トルク指令値としてモータトルクを制御する、
   電動車両の制御装置。
6. 車両情報に基づいてモータトルク指令値を設定し、駆動輪につながるモータのトルクを制御する電動車両の制御方法において、
   前記モータトルク指令値に対して、バネ下の前後方向の固有振動周波数成分を低減するフィルタリング処理を施し、
   前記モータトルク指令値に前記フィルタリング処理が施されることによって求められる最終トルク指令値に従ってモータトルクを制御する、
   電動車両の制御方法。
7. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電動車両の制御装置において、
   前記車両情報には、アクセル開度および車速が含まれる、
   電動車両の制御装置。

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