JP6402783B2 - 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。

従来、電動機の回生制動力を任意に設定し得る設定手段を設け、設定手段によって設定された回生制動力で電動機の回生を行う電気自動車用回生ブレーキ制御装置が知られている（ＪＰ８−７９９０７Ａ参照）。

しかしながら、ＪＰ８−７９９０７Ａの技術では、設定手段によって設定された回生制動力が大きい場合には、設定された回生制動力で電気自動車が減速して速度が０になったときに、車体の前後方向に振動が発生するという問題が生じる。

本発明は、回生制動力で電動車両を停止させる際に、車体の前後方向に振動が発生するのを抑制する技術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、モータの回転制動力により減速する電動車両の制御装置であって、アクセル操作量を検出するとともに、外乱トルク推定値を算出し、勾配に関連しない抵抗成分を車両状態から検出または推定する。そして、検出または推定した抵抗成分に応じて外乱トルク推定値を補正する。モータは、モータトルク指令値に基づいて制御される。モータトルク指令値は、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、モータの回転速度に比例する速度パラメータの低下とともに補正後の外乱トルク推定値に収束する。

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する。

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、車両の駆動力伝達系をモデル化した図である。 図６は、車輪の制動力伝達系をモデル化した図である。 図７は、停止制御処理を実現するためのブロック図である。 図８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算出する方法を説明するための図である。 図９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１０は、第１の実施形態の電動車両の制御装置におけるブレーキ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１１は、第１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、第２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１４は、第２の実施形態の電動車両の制御装置における停止制御処理のブロック図である。 図１５は、第２の実施形態の電動車両の制御装置における制振制御処理のブロック図である。 図１６は、第２の実施形態の電動車両の制御装置における制振制御処理の詳細を表したブロック図である。 図１７は、第２の実施形態の電動車両の制御装置におけるブレーキ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１８は、第２の実施形態の電動車両の制御装置におけるブレーキ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１９は、第２の実施形態の電動車両の制御装置における制振制御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。

（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４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、モータコントローラ２は、生成したＰＷＭ信号により、インバータ３のスイッチング素子を開閉制御する。また、モータコントローラ２は、後述する外乱トルクを推定する外乱トルク推定手段と、後述するモータトルク指令値を算出するモータトルク指令値算出手段と、モータトルク指令値に基づいて電動モータ４を制御するモータ制御手段と、後述するブレーキトルク推定値を算出するブレーキトルク推定手段としての機能を有する。

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、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、電動モータ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、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。

ブレーキコントローラ１１は、ブレーキペダル１０の踏み込み量に応じてブレーキ制動量Ｂを設定し、ブレーキ制動量Ｂに応じてブレーキ液圧を制御する。

液圧センサ１２は、ブレーキ操作量検出手段として機能し、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をモータコントローラ２へ出力する。

摩擦ブレーキ１３は、ブレーキ液圧に応じて、ブレーキパッドをロータに押し当て、車両に制動力を発生させる。

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の回転速度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）、ブレーキ制動量Ｂを入力する。

車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）は、図示しない車速センサや、他のコントローラより通信にて取得する。または、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の回転速度Ｎｍ（ｒｐｍ）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、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る。

ブレーキ制動量Ｂは、ブレーキ液圧を検出する液圧センサ１２より取得する。ドライバのブレーキ操作量を検出するストロークセンサ等（不図示）の値を使用してもよい。また、図示しない車両コントローラや他のコントローラから通信にてブレーキ指令値を取得して、ブレーキ制動量Ｂとしてもよい。センサ値もしくは指令値からブレーキ制動量Ｂを設定する際、ブレーキ制動量Ｂを車両に入力してから実際に車両に制動力が作用するまでの応答性を考慮する。

ステップＳ２０２では、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ＡＰおよびモータ回転速度ωｍに基づいて、図３に示すアクセル開度−トルクテーブルを参照することにより、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*を設定する。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時であって、少なくともアクセル開度が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、停止制御処理を行う。具体的には、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^*に設定し、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、ステップＳ２０３で算出したモータトルク目標値Ｔｍ^*、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。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求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。なお、算出したｄ軸、ｑ軸電圧指令値ｖｄ、ｖｑに対して、ｄ−ｑ直交座標軸間の干渉電圧を相殺するために必要な非干渉電圧を加算するようにしてもよい。

次に、ｄ軸、ｑ軸電圧指令値ｖｄ、ｖｑと、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で行われる停止制御処理について説明する前に、本実施形態における電動車両の制御装置において、モータトルクＴｍからモータ回転速度ωｍまでの伝達特性Ｇｐ（ｓ）について説明する。

図４、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。
Jm：電動モータのイナーシャ
Jw：駆動輪のイナーシャ
M：車両の質量
KD：駆動系の捻り剛性
Kt：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
ωm：電動モータの角速度
Tm：トルク目標値Ｔｍ^*
TD：駆動輪のトルク
F：車両に加えられる力
V：車両の速度
ωw：駆動輪の角速度
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。ただし、次式（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、電動モータ４のトルク目標値Ｔｍからモータ回転速度ωｍまでの伝達特性Ｇｐ（ｓ）を求めると、次式（６）で表される。

ただし、式（６）中に各パラメータは、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、Ｇｐ（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６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６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、図６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７は、停止制御処理を実現するためのブロック図である。

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、電動車両を電動モータ４の回生制動力によって停止させるためのモータ回転速度フィードバックトルクＴω（以下、モータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωと呼ぶ）を算出する。

図８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ωｍ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。すなわち、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、大きい回生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。

外乱トルク推定器５０２は、検出されたモータ回転速度ωｍと、ブレーキ制動量Ｂと、モータトルク指令値Ｔｍ^*に基づいて、外乱トルク推定値Ｔｄを算出する。

図９は、モータ回転速度ωｍと、ブレーキ制動量Ｂと、モータトルク指令値Ｔｍ^*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。

制御ブロック８０１は、Ｈ（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、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。Ｇｐ（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、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では、ブレーキ制動量Ｂと車輪速ωｗを入力して、後述するブレーキトルク推定方法にて、ブレーキトルク推定値を算出する。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等）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、ブレーキトルク推定値は、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。

続いて、ブレーキトルク推定器８０３の詳細を、図１０を用いて説明する。図１０は、ブレーキ制動量Ｂと車輪速ωｗに基づいて、ブレーキトルク推定値を算出する方法を説明するためのブロック図である。

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。

制御ブロック９０２は、ローパスフィルタＨ（ｓ）を用いた、Ｈ（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、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、加減算器８０４へ出力される。

図９に戻って説明を続ける。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し、ブレーキトルク推定値を加算する。ここでブレーキトルク推定値を加算することで、後段において、ブレーキ制動量Ｂに起因するブレーキトルクが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。算出した値は、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）を次式（１６）で表す。

なお、本実施形態では、外乱トルクは、図９に示す通り外乱オブザーバにより推定する。

ここで、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るブレーキ制動量Ｂと、車両モデルＧｐ（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７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（車速が所定車速以下）になると、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*よりも大きくなる。従って、トルク比較器５０４は、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*が第２のトルク目標値Ｔｍ２^*より大きければ、停車間際以前と判断して、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。

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、図１２を参照して、特にブレーキ制動時の制御について説明する。

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１１は、一定勾配の登坂路で停車する場合の制御結果であり、上から順にブレーキ制動量、モータ回転速度、モータトルク指令値、車両前後加速度を表している。また、モータトルク指令値を表した図中に示す点線は外乱トルク推定値を、一点鎖線は勾配外乱を表している。

時刻ｔ０では、図２のステップ２０２で算出される第１のトルク目標値Ｔｍ１^*に基づいて、電動モータ４の減速が行われる。外乱トルク推定値は、勾配外乱と一致しており、登坂路の勾配外乱を正確に推定できていることが分かる。

時刻ｔ１において、ドライバがブレーキペダルを踏み込むことにより、ブレーキ制動量Ｂが増加している。この時、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*とブレーキ制動量Ｂの併用により、車両前後加速度が制動側、即ちマイナス方向に増加していることが分かる。

時刻ｔ２では、図２のステップＳ２０３で算出される第２のトルク目標値Ｔｍ２^*に基づいて、電動モータ４の減速が行われる。この時、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*を構成する外乱トルク推定値は、図７の制御ブロック５０２の処理にてブレーキ制動量Ｂを考慮しているため、ブレーキ制動量Ｂの増加に関わらず勾配外乱と一致している。

時刻ｔ３では、車両前後加速度およびモータ回転速度が０に収束しており、外乱トルク推定値と勾配外乱が一致した状態で車両が停車していることが分かる。

時刻ｔ４では、ドライバのブレーキ操作によりブレーキ制動量Ｂが解除されているが、外乱トルク推定値からブレーキ制動量Ｂはキャンセルされているため、外乱トルク推定値と勾配外乱が一致した状態を維持できていることが分かる。また、時刻ｔ４以降も車両前後加速度およびモータ回転速度は０に収束したままであり、停車状態を保持できていることが分かる。

次に、比較例として、外乱トルク推定値の算出にブレーキ制動量Ｂを考慮していない場合の制御結果を、図１２を参照して説明する。

時刻ｔ０では、図２のステップＳ２０２で算出される第１のトルク目標値Ｔｍ１^*に基づいて、電動モータ４の減速が行われる。この時点では、外乱トルク推定値は勾配外乱と一致しており、登坂路の勾配外乱を正確に推定できていることが分かる。

時刻ｔ１において、ドライバのブレーキ操作によりブレーキ制動量Ｂが増加している。この時、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*とブレーキ制動量Ｂの併用により、車両前後加速度が制動側に増加していることが分かる。

時刻ｔ２では、図２のステップＳ２０３で算出される第２のトルク目標値Ｔｍ２^*に基づいて、電動モータ４の減速が行われる。本比較例においては、図７の制御ブロック５０２において、ブレーキ制動量Ｂを考慮していないため、ブレーキ制動量Ｂによる制動力を勾配による外乱と誤認してしまう。このため、外乱トルク推定値が、実際の勾配外乱に対してより大きな値を示しており、実際の勾配よりも急峻な登坂路と誤推定していることが分かる。

時刻ｔ３では、車両前後加速度およびモータ回転速度が０に収束しており、外乱トルク推定値とブレーキ制動量Ｂを併用することで停車状態を保持していることが分かる。

時刻ｔ４において、ドライバのブレーキ操作によりブレーキ制動量Ｂが解除されている。この時、外乱トルク推定値は、実際の勾配より急峻な登坂路と誤推定している為、ブレーキ制動量Ｂを解除した際、車両前後加速度が駆動側に増加している。以降、車両が前進しており、停車状態を保持できていないことが分かる。

以上、第１の実施形態によれば、モータを走行駆動源とし、モータの回転制動力により減速する電動車両の制御装置であって、アクセル操作量を検出するとともに、外乱トルク推定値を算出し、勾配に関連しない抵抗成分を車両状態から検出または推定する。そして、検出または推定した勾配に関連しない抵抗成分に応じて外乱トルク推定値を補正する。モータは、モータトルク指令値に基づいて制御される。モータトルク指令値は、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、モータの回転速度の低下とともに補正後の外乱トルク推定値に収束する。これにより、前後方向における加速度振動のない滑らかな減速を停車間際で実現することができる。また、車両状態から勾配に関連しない抵抗（ブレーキ制動量、空気抵抗、転がり抵抗、旋回抵抗等）を検出または推定し、外乱トルク推定値を補正する事で、外乱トルク推定値と勾配外乱とを一致させることができるので、坂路において停車状態を維持することができる。

なお、アクセル操作量が所定値以下とは、車両が、回生制動とは別に、制動装置が介入することなく十分に低速（例えば１５ｋｍ／ｈ以下の速度）で走行しているときのアクセル操作量を意図している。なお、例に挙げた車速は一例であることは言うまでもない。

また、第１の実施形態によれば、ブレーキ制動量からブレーキトルク推定値を算出し、ブレーキトルク推定値に基づいて、外乱トルク推定値を補正する。これにより、モータによる回生制動以外の制動力が車両に加えられた際も、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ことができるので、車両停車後にブレーキ制動量を解除しても停車状態を保持することができる。

また、第１の実施形態によれば、運転者のブレーキ操作量を検出し、検出したブレーキ操作量に基づいてブレーキ制動量を決定する。これにより、例えばブレーキ液圧センサ、ブレーキペダルストロークセンサ等により検出したセンサ値に基づいて外乱トルク推定値を補正することができるので、車両の実際の計測値に基づいて外乱トルクを推定することができる。

また、ブレーキの操作に関わる指令値（ブレーキ制動量指令値等）に基づいてブレーキ制動量を決定してもよい。これにより、センサ検出遅れなどの無駄時間を生じることなく、外乱トルク推定値を推定することができる。

また、第１の実施形態によれば、ブレーキ制動量は、車両へのブレーキ制動量の入力から車両に制動力が作用するまでの応答性を考慮して決定される。これにより、例えば、摩擦ブレーキへの指令値入力から液圧の応答や、液圧から車両の制動力に作用するまでの応答等の応答性を考慮してブレーキ制動量を算出することで、車両モデルと実際の車両とのモデル誤差を抑止することができる。

また、第１の実施形態によれば、ブレーキトルク推定値の符号が、車両の進行方向に応じて異なる。これにより、ブレーキトルク推定値を、車両の前進時、後退時共に、適切に推定することができる。

さらに、第１の実施形態によれば、車両へのブレーキ制動量の入力とモータ回転速度の伝達特性のモデルＧｂ（ｓ）を含むフィルタを用いてブレーキトルク推定値を算出する。これにより、外乱トルク推定値からブレーキ制動量を精度よくキャンセルすることができる。

そして、第１の実施形態によれば、ローパスフィルタＨ（ｓ）と、車両へのトルク入力とモータの回転速度の伝達特性のモデルＧｐ（ｓ）の逆系とから構成されるＨ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）なる伝達特性を有するフィルタをさらに用いてブレーキトルク推定値を算出する。これにより、外乱トルク推定値からブレーキ制動量をさらに精度よくキャンセルすることができる。

(第２の実施形態）
第２の実施形態の電動車両の制御装置は、これまで説明した第１の実施形態に加えて、制振制御を併用する。以下、本実施形態における電動車両の制御装置について、特に、制振制御併用の態様について説明する。

図１３は、第２の実施形態の電動車両の制御装置のモータコントローラ２によって行われる制御フローチャート図である。図２で示す第１の実施形態における制御フローに加えて、ステップＳ２０３ａにて、制振制御処理を行う。

ステップＳ２０３ａの処理は、図１３で示すとおり、ステップＳ２０３（停止制御処理）の後段で行う。本実施形態では、上述の第１の実施形態におけるステップＳ２０３で算出したモータトルク指令値Ｔｍ^*、すなわちトルク比較器５０４の出力であるモータトルク指令値Ｔｍ^*（図７参照）を、第３のトルク目標値Ｔｍ３^*とする（図１４参照）。そして、第３のトルク目標値Ｔｍ３^*に対して制振制御処理を行うことでモータトルク指令値Ｔｍ^*を得る。

より具体的には、ステップＳ２０３ａにおいて、ステップＳ２０３で算出したモータトルク指令値Ｔｍ３^*とモータ回転速度ωｍを制振制御ブロック１５０１に入力する（図１５参照）。そして、制振制御ブロック１５０１にて、駆動軸トルクの応答を犠牲にすることなくトルク伝達系振動（ドライブシャフトの捩じり振動等）を抑制した制振制御後のモータトルク指令値Ｔｍ^*を算出する。以下、図１６を参照して、制振制御ブロック１５０１にて行う制振制御処理の一例を説明する。

図１６は、本実施形態において用いる制振制御処理のブロック図である。フィードフォワード補償器１６０１（以下、Ｆ／Ｆ補償器という）は、伝達特性Ｇｒ（ｓ）と、車両へのトルク入力とモータの回転速度の伝達特性のモデルＧｐ（ｓ）の逆系から構成されるＧｒ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）なる伝達特性を有するフィルタとしての機能を担っており、第３のトルク目標値Ｔｍ３^*を入力してフィルタリング処理を行うことにより、フィードフォワード補償による制振制御処理を行う。使用する伝達特性Ｇｒ（ｓ）は、次（１７）式で表すことができる。

なお、Ｆ／Ｆ補償器１６０１にて行う制振制御Ｆ／Ｆは、特開２００１−４５６１３号公報に記載されている制振制御でもよいし、特開２００２−１５２９１６号公報に記載されている制振制御でもよい。

制御ブロック１６０３、１６０４は、フィードバック制御（以下、フィードバックのことをＦ／Ｂという）にて用いられるフィルタである。制御ブロック１６０３は上述したＧｐ（ｓ）なる伝達特性を有するフィルタであり、加算器１６０５から出力される、Ｆ／Ｆ補償器１６０１の出力と後述する制御ブロック１６０４の出力とを加算して得た値を入力してフィルタリング処理を行う。そして、減算器１６０６において制御ブロック１６０３から出力された値からモータ回転速度ωｍが減算される。減算された値は制御ブロック１６０４に入力される。制御ブロック１６０４は、ローパスフィルタＨ（ｓ）と、車両へのトルク入力とモータの回転速度の伝達特性のモデルＧｐ（ｓ）の逆系とから構成されるＨ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）なる伝達特性を有するフィルタであり、減算器１６０６からの出力を入力してフィルタリング処理を行い、Ｆ／Ｂ補償トルクとして算出した値を加算器１６０５へ出力する。

そして、加算器１６０５において、Ｆ／Ｆ補償による制振制御処理がなされた第３のトルク目標値Ｔｍ３^*と、前述のＦ／Ｂ補償トルクとして算出した値とが加算されることで、車両のトルク伝達系の振動を抑制するモータトルク指令値Ｔｍ^*が算出される。

なお、制振制御ブロック１５０１にて行う制振制御は、特開２００３−９５６６号公報に記載されている制振制御でもよいし、特開２０１０−２８８３３２号公報に記載されている制振制御でもよい。

また、制振制御（Ｆ／Ｆ補償器）を併用する際は、制振制御のアルゴリズムにより、第１の実施形態において式（１４）で表した車両モデルＧｐ（ｓ）を、上記（１７）式に示した伝達特性Ｇｒ（ｓ）と見なすことができる。具体的には、図９の制御ブロック８０１で示したＨ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）なる伝達特性を有するフィルタは、図１７の制御ブロック１７０１で示す通り、Ｈ（ｓ）／Ｇｒ（ｓ）なる伝達特性を有するフィルタと見なすことができる。

続いて、制振制御（Ｆ／Ｂ補償器）を併用する場合のブレーキトルク推定値の算出方法について説明する。

図１８は、制振制御併用時のブレーキトルク推定値の算出を説明するためのブロック図である。

制御ブロック１００１は、無駄時間を考慮したブレーキ回転数推定値の過去値を設定する。なお、ここでの無駄時間は、車両のセンサ検出遅れ等である。

制御ブロック１００２は、制御ブロック１００１で設定したブレーキ回転数推定値の過去値に応じて、制振制御（Ｆ／Ｂ補償器）処理Ｇ_FB（ｓ）を施し、制振制御トルク推定値Ｔ_FBを算出する。より詳細を、図１９を参照して説明する。

図１９は、制御ブロック１００２における制振制御（Ｆ／Ｂ補償器）処理Ｇ_FB（ｓ）の詳細を説明するための図である。制御ブロック１９０１は、Ｈ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）なる伝達特性を有するフィルタである。上述の通り、Ｇｐ（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、Ｈ（ｓ）は、分母次数と分子次数との差分が、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１９０２は、伝達特性Ｇｐ（ｓ）を有するフィルタであり、制御ブロック１９０１の出力を入力として、フィルタリング処理を施して得た値を減算器１９００へ出力する。減算器１９００は、制御ブロック１９０２から出力される値から、ブレーキ回転数推定値の過去値を減算して、減算して得た値を制御ブロック１９０１へ出力する。これにより、ブレーキ回転数推定値から、制振制御（Ｆ／Ｂ補償器）処理が施された制振制御トルク推定値Ｔ_FBを算出することができる。

なお、制振制御（Ｆ／Ｂ補償器）は、図１３のステップ２０３ａの制振制御処理と同様に、特開２００３−９５６６号公報に記載されている制振制御でもよいし、特開２０１０−２８８３３２号公報に記載されている制振制御でもよい。

図１８に戻って説明を続ける。制御ブロック１００３では、ブレーキ制動量Ｂと制振制御トルク指令値Ｔ_FBと車輪速ωｗに応じて、式（１２）で示す伝達特性Ｇｂ（ｓ）の処理を施すことで、制振制御後のブレーキ回転数推定値を算出する。

制御ブロック１００４は、制振制御後のブレーキ回転数推定値に、ローパスフィルタＨ（ｓ）と上述したＧｒ（ｓ）の逆系とからなる伝達特性Ｈ（ｓ）／Ｇｒ（ｓ）を有するフィルタによるフィルタリング処理を施し、ブレーキトルク推定値を算出する。算出されたブレーキトルク推定値は、第１の実施形態と同様に図１７の加減算器８０４に出力され、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加算される。

以上、第２の実施形態によれば、ドライブシャフトの捩じり振動を抑制する制振技術を使用する場合に、制振制御を考慮した伝達特性のモデルを用いて、ブレーキトルク推定値を算出する。これにより、制振制御を使用した際も、外乱トルク推定値からブレーキ制動量を精度よくキャンセルすることができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されることはなく、様々な変形や応用が可能である。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指令値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。

Claims (9)

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、
   アクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、
   外乱トルク推定値を算出する外乱トルク推定手段と、
   車両に制動力を加えるブレーキ制動量を車両状態から検出または推定する手段と、
   前記ブレーキ制動量に応じて前記外乱トルク推定値を補正する外乱トルク推定値補正手段と、
   モータトルク指令値を算出するモータトルク指令値算出手段と、
   前記モータトルク指令値に基づいて、前記モータを制御するモータ制御手段と、
   を備え、
   前記外乱トルク推定値補正手段は、前記ブレーキ制動量からブレーキトルク推定値を算出するブレーキトルク推定手段を備え、前記ブレーキトルク推定値に基づいて前記外乱トルク推定値を補正し、
   前記モータ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、電動車両が停車間際になると、前記モータの回転速度に比例する速度パラメータの低下とともに前記モータトルク指令値を補正後の外乱トルク推定値に収束させる、
   電動車両の制御装置。
2. 運転者のブレーキ操作量を検出するブレーキ操作量検出手段をさらに備え、
   前記ブレーキ制動量は、前記ブレーキ操作量検出手段が検出したブレーキ操作量に基づいて決定される、
   請求項１に記載の電動車両の制御装置。
3. 前記ブレーキ制動量は、ブレーキの操作に関わる指令値に基づいて決定される、
   請求項１に記載の電動車両の制御装置。
4. 前記ブレーキ制動量は、車両へのブレーキ制動量の入力から車両に制動力が作用するまでの応答性を考慮して決定される、
   請求項２または３に記載の電動車両の制御装置。
5. 前記ブレーキトルク推定値は、車両の進行方向に応じて符号が異なる、
   請求項１から４のいずれかに記載の電動車両の制御装置。
6. 前記ブレーキトルク推定手段は、車両へのブレーキ制動量の入力とモータの回転速度の伝達特性のモデルＧｂ（ｓ）を含むフィルタを用いて前記ブレーキトルク推定値を算出する、
   請求項１から５のいずれかに記載の電動車両の制御装置。
7. 前記ブレーキトルク推定手段は、ローパスフィルタＨ（ｓ）と、車両へのトルク入力とモータの回転速度の伝達特性のモデルＧｐ（ｓ）の逆系とから構成されるＨ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）なる伝達特性を有するフィルタをさらに用いて前記ブレーキトルク推定値を算出する、
   請求項６に記載の電動車両の制御装置。
8. 前記電動車両にドライブシャフトの捩じり振動を抑制する制振制御を適用する場合に、
   前記ブレーキトルク推定手段は、前記制振制御を考慮した伝達特性のモデルを用いて前記ブレーキトルク推定値を算出する、
   請求項６または７に記載の電動車両の制御装置。
9. 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、
   アクセル操作量を検出し、
   外乱トルク推定値を算出し、
   車両に制動力を加えるブレーキ制動量を車両状態から検出または推定し、
   前記ブレーキ制動量からブレーキトルク推定値を算出し、前記ブレーキトルク推定値に基づいて前記外乱トルク推定値を補正し、
   前記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、前記モータの回転速度に比例する速度パラメータの低下とともに補正後の外乱トルク推定値に収束するようなモータトルク指令値を算出し、
   前記モータトルク指令値に基づいて、前記モータを制御する、
   電動車両の制御方法。

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