JP6720714B2 - 電動車両の制御方法、及び電動車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動車両の制御方法、及び電動車両の制御装置に関する。

特許文献１は、モータを用いた車両の制振制御装置を開示している。この制振制御装置は、トルク応答を線形近似した制御対象の伝達特性（Ｇｐ（ｓ））とトルク応答を理想化した規範応答（Ｇｍ（ｓ））からなるフィードフォワード補償器（Ｇｍ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ））を備える。また、伝達特性（Ｇｐ（ｓ））を用いて最終トルク指令値からモータ角速度を推定するモータ角速度推定部を備える。さらに、モータ角速度推定値とモータ角速度検出値の偏差に基づいて伝達特性（Ｇｐ（ｓ））の逆特性とバンドパスフィルタ（Ｈ（ｓ））からなるフィルタ（Ｈ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ））を通してフィードバックトルクを算出するフィードバック補償器を備える。

このようなフィードフォワード・フィードバック制御系を備えることにより、制御系に遅れ要素がない場合には、トルク指令値に対しても、外乱に対しても設計者が意図する理想的な車両応答が得られる。なお、特許文献１のＧｐ（ｓ）は、捻れ振動のダンピング成分として、例えば、主に、タイヤと路面摩擦に関する係数（Ｋｔ）で式を立てている。

特開２００３−９５６６号公報

ところで、実際の車両では、モータから駆動軸に至るまでのトルク伝達経路にモータの捻れ角速度に応じた粘性項が存在する。しかし、上記特許文献１の車両モデル（Ｇｐ（ｓ）等）は、モータの捻れ角速度に応じた粘性項が無い場合を想定したものであるので、実際の車両状態とは異なる挙動となる。そのため、全く外乱が無い状態でも、トルク目標値の変化時にモータ角速度推定値とモータ角速度検出値に乖離が生じてしまい、フィードバック補償器において不要なフィードバックトルクが発生する。その結果、アクセルを踏み込んだ際に駆動軸のトルク応答がオーバーシュートすることで、ドライバーにとって違和感のある車両挙動を誘発してしまう問題がある。

そこで、本発明は、電動車両の駆動軸のトルク応答のオーバーシュートを低減することで、ドライバーにとって違和感のある車両挙動を抑制することができる電動車両の制御方法、及び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方法は、車両情報に基づいて設定されるトルク目標値に基づいてトルク指令値を算出し、トルク指令値に基づいて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である。この制御方法は、トルク指令値を、モータのトルクとモータの角速度との関係を表す伝達特性に入力してモータ角速度推定値を算出する推定値算出工程と、モータ角速度推定値と、モータ角速度検出値と、の差分を、伝達特性の逆特性とバンドパスフィルタの積からなるフィルタに入力して前記トルク指令値に加算する第１のフィードバックトルクを算出するフィードバック工程と、を含む。そして、伝達特性に、モータの捻れ角速度に応じて生じる粘性項を追加してモータ角速度推定値を算出することを特徴とする。

上記態様であれば、トルク目標値の変化時において不要なフィードバックトルクを抑制し、駆動軸のトルク応答のオーバーシュートを抑制することで、ドライバーにとって違和感のある車両挙動を抑制することができる。

図１は、第１実施形態の電動車両の制御装置を備えた電動車両のシステム構成を示すブロック図である。 図２は、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４は、第１実施形態の電動車両の制御装置の制振制御ブロック図である。 図５は、第１実施形態の電動車両の制御装置を構成する制振制御ＦＦ演算部及び制振制御ＦＢ演算部のブロック図である。 図６は、電動車両の駆動力伝達系をモデル化した図である。 図７は、バンドパスフィルタＨ（ｓ）の周波数特性を示す図である。 図８は、本実施形態の電動車両の制御装置による制御効果の一例を示す図である。 図９は、第２実施形態の電動車両の制御装置を構成する制振制御ブロック図である。 図１０は、第３実施形態の電動車両の制御装置を構成する制振制御ブロック図である。 図１１は、図１０の制振制御ブロック図の等価変換を表す図である。

以下、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実施形態＞
＜電動車両のシステム構成＞
図１は、第１実施形態の電動車両１０の制御装置を備えた電動車両１０のシステム構成を示すブロック図である。電動車両１０とは、車両の駆動源の一部または全部としてモータ１８を備え、モータ１８の駆動力により走行可能な自動車のことであり、電気自動車や、ハイブリッド自動車が含まれる。

モータコントローラ１２（制御装置）には、車速Ｖ、アクセル開度、モータ１８の回転子位相α、モータ１８の三相交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ等の車両状態を示す信号がデジタル信号として入力される。モータコントローラ１２は、入力された信号に基づいてモータ１８を制御するためのＰＷＭ信号ｔｕ、ｔｖ、ｔｗを生成する。また、生成したＰＷＭ信号ｔｕ、ｔｖ、ｔｗに応じてインバータ１６の駆動信号を生成する。

インバータ１６は、相毎に備えられた２個のスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳ−ＦＥＴ等のパワー半導体素子）をオン／オフすることにより、バッテリ１４から供給される直流の電流を交流に変換し、モータ１８に所望の電流を流す。

モータ１８（三相交流モータ）は、インバータ１６から供給される交流電流により駆動力を発生し、減速器２０及び駆動軸２２を介して、左右の駆動輪２４ａ，２４ｂに駆動力を伝達する。また、モータ１８は、車両の走行時に駆動輪２４ａ，２４ｂ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１６は、モータ１８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１４に供給する。

電流センサ２６は、モータ１８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２８は、例えばレゾルバやエンコーダであり、モータ１８の回転子位相αを検出する。

＜システム全体の制御フロー＞
図２は、モータコントローラ１２によって行われる処理の流れを示すフローチャートである。ステップＳ２０１からステップＳ２０５に係る処理は、車両システムが起動している間、一定間隔で常時実行される。

ステップＳ２０１では、車両状態を示す信号（車両情報）がモータコントローラ１２に入力される。ここでは、車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）、アクセル開度（％）、モータ１８の回転子位相α（ｒａｄ）が入力される。また、モータ１８の回転速度Ｎｍ（ｒｐｍ）、モータ１８に流れる三相交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ、及びバッテリ１４の直流電圧値Ｖｄｃ（Ｖ）が入力される。

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される。また、モータコントローラ１２は、モータ角速度検出値ωｍにタイヤ動半径ｒを乗算し、ファイナルギヤのギヤ比Ｎで除算することにより車速Ｖ（ｍ／ｓ）を求め、３６００／１０００を乗算することで単位変換して、車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）を求めることができる。

アクセル開度（％）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。

モータ１８の回転子位相α（ｒａｄ）は、回転センサ２８から取得される。モータ１８の機械的な角速度であるモータ角速度検出値ωｍは、回転子角速度ω（電気角）をモータ１８の極対数ｐで除算して求められる。モータ１８の回転速度Ｎｍ（ｒｐｍ）は、求めたモータ角速度検出値ωｍに６０／（２π）を乗算することによって求められる。回転子角速度ωは、回転子位相αを微分することによって求められる。

モータ１８に流れる三相交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ（Ａ）は、電流センサ２６から取得される。

直流電圧値Ｖ_dc（Ｖ）は、バッテリ１４とインバータ１６間の直流電源ラインに設けられた電圧センサ（不図示）により検出する。なお、直流電圧値Ｖ_dc（Ｖ）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に係る信号から検出するようにしてもよい。

ステップＳ２０２では、モータコントローラ１２が基本目標トルクとしてのトルク目標値Ｔｍ^*を設定する。具体的には、モータコントローラ１２は、ステップＳ２０１で入力されたアクセル開度及び車速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、トルク目標値Ｔｍ^*を設定する。ただし、アクセル開度−トルクテーブルは一例であり、図３に示すものに限定されるものではない。

ステップＳ２０３では、制振制御演算部３０（図４）により制振制御演算処理を行う。具体的には、ステップＳ２０２で設定されたトルク目標値Ｔｍ^*とモータ角速度検出値ωｍを入力し、駆動軸２２のトルク応答を犠牲にすることなく、駆動力伝達系振動（駆動軸２２の捻れ振動など）を抑制する最終トルク指令値Ｔｍｆ^*を設定する。最終トルク指令値Ｔｍｆ^*を設定する制振制御演算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で算出した最終トルク指令値Ｔｍｆ^*、モータ角速度検出値ωｍ、及び、直流電圧値Ｖ_dcに基づいて、電流指令値演算部６６（図４）がｄ軸電流指令値ｉｄ^*、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*を求める。例えば、最終トルク指令値Ｔｍｆ＊、モータ１８の回転速度Ｎｍ、及び直流電圧値Ｖｄｃと、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値との関係を定めたテーブルを予め用意しておく。そして、このテーブルを参照することにより、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*を求める。

ステップＳ２０５では、電流制御演算部６８（図４）が、ｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑをそれぞれ、ステップＳ２０４で求めたｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*と一致させるための電流制御を行う。このため、まず初めに、ステップＳ２０１で入力された三相交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗと、モータ１８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、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*とｄ軸電流ｉｄの偏差からｄ軸電圧指令値ｖｄを算出し、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*とｑ軸電流ｉｑとの偏差からｑ軸電圧指令値ｖｑを算出する。なお、算出したｄ軸電圧指令値ｖｄ、ｑ軸電圧指令値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軸電圧指令値ｖｄ、ｑ軸電圧指令値ｖｑと、モータ１８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Ｖ_dc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１６のスイッチング素子を開閉することによって、モータ１８をトルク指令値（最終トルク指令値Ｔｍｆ^*）で指示された所望のトルクで駆動させることができる（図４参照）。

＜制振制御演算処理＞
以下、本実施形態の電動車両１０の制御装置において、ステップＳ２０３で実行される制振制御演算処理の詳細について説明する。

図４は、第１実施形態の電動車両１０の制御装置の制振制御ブロック図である。トルク目標値Ｔｍ^*に当該制振制御演算処理を施すことによって、最終トルク指令値Ｔｍｆ^*が設定される。図４のうち、ステップＳ２０３を行う制振制御演算部３０、ステップＳ２０４を行う電流指令値演算部６６、ステップＳ２０５を行う電流制御演算部６８は、モータコントローラ１２の一部を構成する。

制振制御演算部３０は、制振制御フィードフォワード演算部（制振制御ＦＦ演算部３２）、制振制御フィードバック演算部（制振制御ＦＢ演算部５８）、加算器６４により構成される。

制振制御ＦＦ演算部３２（フィードフォワード演算手段）は、本願のフィードフォワード工程を行うものである。制振制御ＦＦ演算部３２は、トルク目標値Ｔｍ^*が入力され、駆動軸２２における捻れ振動を抑制するためのフィルタリング処理（後述）を行うことで、トルク指令値Ｔｍ１^*を出力するものである。また、制振制御ＦＦ演算部３２は、トルク指令値Ｔｍ１^*を算出する過程でモータ角速度推定値ωｍ＾を算出する。制振制御ＦＦ演算部３２の演算の詳細については後述する。

制振制御ＦＢ演算部５８（フィードバック演算手段）は、本願のフィードバック工程を行うものである。制振制御ＦＢ演算部５８は、モータ角速度推定値ωｍ＾とモータ角速度検出値ωｍと差分に基づいて外乱やモデル誤差を考慮したトルク補正値Ｔｍ２^*（第１のフィードバックトルク）を算出するものである。制振制御ＦＢ演算部５８の演算の詳細については後述する。

加算器６４は、トルク指令値Ｔｍ１^*とトルク補正値Ｔｍ２^*とを加算して最終トルク指令値Ｔｍｆ^*を出力するものである。

図５は、第１実施形態の電動車両１０の制御装置を構成する制振制御ＦＦ演算部３２及び制振制御ＦＢ演算部５８のブロック図である。まず、制振制御ＦＦ演算部３２における演算について説明する。図５に示すように、制振制御ＦＦ演算部３２は、車両パラメータとギヤのバックラッシュを模擬した不感帯モデルにより構成される車両モデル３４を備える。また、駆動軸２２の捻れ角速度推定値（ωｄ＾、擬似捻れ角速度）にゲインＫ_FB1（フィードバックゲイン）を乗算した値をトルク目標値からＴｍ^*減算する駆動軸捻れ角速度ＦＢ演算部５２を備える。

本実施形態の車両モデル３４について説明する。図６は、電動車両１０の駆動力伝達系をモデル化した図である。図６に基づいて、電動車両１０の運動方程式は以下の（１）〜（７）式となる。

ここで、各パラメータは下記の通りである。

Ｊｍ：モータイナーシャ
Ｊｗ：駆動軸イナーシャ（１軸分）
Ｋｄ：ドライブシャフトの捻れ剛性
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：タイヤ荷重半径
ωｍ：モータ角速度
ωｗ：駆動輪角速度
Ｔｍ：モータトルク
Ｔｄ：駆動軸トルク
Ｆ：駆動力（２軸分）
Ｖ：車体速度
θ：ドライブシャフトの捻れ角
Ｃ：モータの捻れ角速度に応じた粘性係数
Ｔｃ：モータの捻れ角速度に応じた粘性トルク

ところで、モータ１８の捻れ角速度は、駆動軸２２の捻れ角速度（ωｄ＝（ωｍ／Ｎ）−ωｗ）と相関関係がある。よって、駆動軸２２の捻れ角速度に上記粘性係数Ｃを乗じることにより、モータ１８における粘性トルクＴｃを算出することができる。

（１）〜（７）式をラプラス変換してモータトルクＴｍ（トルク目標値Ｔｍ^*）からモータ角速度（モータ角速度推定値ωｍ＾）までの伝達特性を求めると次式となる。

ただし、各パラメータは次式の通りである。

（１０）式において、ａ２は、モータ１８の捻れ角速度に応じた粘性項（２ＪｗＭＣ／Ｎ）を有し、ａ１も同様に粘性項（ＣＫｔ（Ｍｒ²＋２Ｊｗ）／Ｎ）を有する。また、モータトルクＴｍから駆動軸トルクＴｄまでの伝達特性は次式となる。

ただし、各パラメータは次式の通りである。

（２），（４），（５），（６）式よりモータ角速度（モータ角速度推定値ωｍ＾）から駆動輪角速度ωｗまでの伝達特性を求めると次式となる。

（７），（９），（１１）式より、モータトルクＴｍから駆動輪角速度ωｗまでの伝達特性は次式となる。

（９），（１３）式より駆動軸トルクＴｄから駆動輪角速度ωｗまでの伝達特性は次式となる。

（１）式を変形すると、
と書けるので、（１４），（１５）式より駆動軸捻れ角速度（ωｍ／Ｎ）−ωｗは次式で表せる。

ただし、
である。

また、モータ１８から駆動軸２２までのバックラッシュ特性を不感帯でモデル化すると、駆動軸トルクＴｄは次式で表される。

ここで、θｄは、モータ１８から駆動軸２２までトルクを伝達するギヤのオーバーオールのバックラッシュ量である。これにより、車両モデル３４は、伝達特性Ｇｐ（ｓ）を含み、かつモータ１８のトルクが電動車両１０の駆動軸に伝達されない不感帯区間を備えたモデルとなる。

車両モデル３４は、駆動軸２２の捻れ角速度推定値ωｄ＾に応じて考慮されている。よって、トルク指令値（損失考慮前）をＴｍ１^*、モータ１８の捻れ角速度に応じた粘性トルクをＴｃ、駆動軸２２の捻れ角速度を算出するために用いるモータトルクをＴｍとすると、車両モデル３４では、次式に示す演算を行う。

なお、減速器２０（変速機構）付きの電動車両１０においては、モータ１８の捻れ角速度に応じた粘性項（粘性係数Ｃ）は、ギヤ比Ｎに応じた値に設定され、Ｃ（Ｎ）となる。

次に、駆動軸捻れ角速度ＦＢ演算部５２について説明する。駆動軸捻れ角速度ＦＢ演算部５２の出力であるトルク指令値Ｔｍ１^*は、トルク目標値Ｔｍ^*と後述の駆動軸捻れ角速度ＦＢ指令値Ｔ_FB（第２のフィードバックトルク）を用いて次式で表される。

（２０）式と（２１）式より、トルク目標値Ｔｍ^*とモータトルクＴｍの関係は次式で表される。

駆動軸捻れ角速度ＦＢ指令値Ｔ_FBは、車両モデル３４より算出した駆動軸捻れ角速度推定値（ωｄ＾＝（ωｍ／Ｎ）−ωｗ）を用いて、次式で表される。

さらに、上式は、（４），（６）式より次式のように書き換えることができる。

また、（１１）式は、以下の（２５）式のように変形できる。

ここで、ζｐは駆動トルク伝達系の減衰係数、ωｐは駆動トルク伝達系の固有振動周波数である。さらに、（２５）式の極と零点を調べると、α≒ｃ₀／ｃ₁となるため極零相殺すると次式となる。

（２２），（２４），（２６）式より、駆動軸トルクＴｄは次式で表される。

（２７）式を変形すると駆動軸捻れ角速度ＦＢ系の伝達特性は次式で表される。

モータ１８から駆動軸２２へのトルク応答を理想化した規範応答は、Ｔｍ’からＴｄの応答が振動系とならない（アンダーシュートとなる）ものと考えると次式で表される。

駆動軸捻れ角速度ＦＢ系の伝達特性と、規範応答が一致する条件は次式となる。

（２９）式よりフィードバックゲインは次式で定められる。

図５に示すように、車両モデル３４は、Ｔｍを出力する減算器３６を備える。また、車両モデル３４は、減算器４０ａ、ωｄ＾を生成する積分要素４０ｂ、θを生成する積分要素４０ｃ、不感帯要素４０ｄ（Ｉ（θ））、比例要素４０ｅ（Ｋｄ）、フィルタ４０ｆ（Ｈｗ（ｓ））、減算器４０ａからなる負帰還ループ４０を備える。

ここで、減算器４０ａのプラス側には減算器３６の出力（Ｔｍ）であって比例要素３８（１／ＪｍＮ）を通したもの（Ｔｍ／ＪｍＮ）が入力され、マイナス側にはフィルタ４０ｆ（Ｈｗ（ｓ））の出力（Ｈｗ（ｓ）・Ｔｄ）が入力される。積分要素４０ｂの出力（（１７）式）は、駆動軸捻れ角速度ＦＢ演算部５２に出力される。

不感帯要素４０ｄ（Ｉ（θ））では、積分要素４０ｃで算出されるθについて、（１９）式に従い以下のように変換する。

また、車両モデル３４は、減算器３６の出力（Ｔｄ）であって比例要素４２（１／Ｊｍ）を通した出力（Ｔｄ／Ｊｍ）と、比例要素４０ｅ（Ｋｄ）の出力（Ｔｄ）であって比例要素４４（１／ＪｍＮ）を通した出力（Ｔｄ／ＪｍＮ）との差分を出力する減算器４６を備える。さらに、減算器４６の出力を積分してモータ角速度推定値ωｍ＾（（１６）式）を出力する積分要素４８を備える。よって、車両モデル３４は、モータ角速度推定値ωｍ＾の推定値算出工程を行うことができる。

さらに、車両モデル３４では、積分要素４０ｃの出力（ωｄ＾）にモータ１８の捻れ角速度に対応した粘性係数Ｃを乗ずる比例要素５０（Ｃ）を備え、比例要素５０（Ｃ）の出力が減算器３６のマイナス側に入力される。

図５に示すように、駆動軸捻れ角速度ＦＢ演算部５２は、積分要素４０ｂの出力（ωｄ＾）にゲインＫ_FB1を乗ずる比例要素５４（Ｋ_FB1）と、トルク目標値Ｔｍ^*と比例要素５４の出力（駆動軸捻れ角速度ＦＢ指令値Ｔ_FB）との差分をトルク指令値Ｔｍ１^*として出力する減算器５６とを有する。よって、駆動軸捻れ角速度ＦＢ演算部５２は、結果的にフィードフォワード工程を行うことができる。

次に、制振制御ＦＢ演算部５８の動作を説明する。制振制御ＦＢ演算部５８は、制振制御ＦＦ演算部３２の車両モデル３４により算出したモータ角速度推定値ωｍ＾とモータ角速度検出値ωｍとの差分を出力する減算器６０と、減算器６０の出力を伝達特性Ｇｐ（ｓ）（（９）式）の逆特性とバンドパスフィルタＨ（ｓ）からなるフィルタ６２（Ｈ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ））を通してトルク補正値Ｔｍ２^*を算出する。

図７は、バンドパスフィルタＨ（ｓ）の周波数特性を示す図である。次に、バンドパスフィルタＨ（ｓ）について説明する。バンドパスフィルタＨ（Ｓ）は、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７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、バンドパスフィルタＨ（ｓ）は、ローパス側、及びハイパス側の減衰特性が略一致し、かつ、駆動系の捻れ共振周波数が、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を駆動系の捻れ共振周波数とし、ｆ_LCを低周波側遮断周波数、ｆ_HCを高周波側遮断周波数、ｋを任意の値として（３３）式のように構成する。

ただし、τ_L＝１／（２πｆ_HC）、ｆ_HC＝ｋ・ｆｐ、τ_H＝１／（２πｆ_LC）、ｆ_LC＝ｆｐ／ｋである。

＜第１実施形態の制御効果の一例＞
図８は、本実施形態の電動車両１０の制御装置による制御効果の一例を示す図である。図８は、時刻ｔ０においてアクセルを踏み込んだ場合における本実施形態の電動車両１０の制御装置による制御結果と、従来技術による制御結果との比較図である。図中、上から順に、最終トルク指令値Ｔｍｆ^*、トルク補正値Ｔｍ２^*、モータ角速度検出値ωｍ、車両の前後加速度をそれぞれ表している。なお、各図中の実線は、本実施形態による制御結果を示し、破線は従来技術による制御結果を示す。

従来技術においてモータ１８のトルクとモータ１８の角速度との関係を表す伝達特性は、モータ１８の捻れ角速度に応じた粘性項（粘性係数Ｃ）が無い場合を想定している。このため、実際の車両状態とは異なる挙動となり、最終トルク指令値Ｔｍｆ^*、トルク補正値Ｔｍ２^*、モータ角速度検出値ωｍ、車両前後加速度において所定の周波数で振動が発生している。特に、電動車両１０に対して外乱が無い場合は、トルク補正値Ｔｍ２^*は、理想的にはゼロとなる。しかし、従来技術の制御では所定の周波数で振動していることがわかる。これは、従来技術では伝達特性において粘性項を考慮していないため、全く外乱がない状態でも、モータ角速度推定値ωｍ＾とモータ角速度検出値ωｍに乖離が生ずるからである。このため、従来技術の制御では不要なフィードバックトルクが発生する。そのため、時刻ｔ０〜ｔ１において車両前後加速度がオーバーシュートし、ドライバーにとって違和感のある車両挙動を誘発している。

一方、本実施形態によれば、伝達特性においてモータ１８の捻れ角速度に応じた粘性項（粘性係数Ｃ）を考慮しており、外乱が無い場合はトルク補正値Ｔｍ２＊がほぼゼロとなり、不要なフィードバックトルクは発生しない。このため、最終トルク指令値Ｔｍｆ^*、モータ角速度検出値ωｍ、車両前後加速度においても不要な振動が発生せず、ショックのない滑らかな応答を得ることができる。

＜第１実施形態の効果＞
以上述べたように、第１実施形態に係る電動車両１０の制御装置（モータコントローラ１２）は、車両情報に基づいて設定されるトルク目標値Ｔｍ^*に基づいてトルク指令値Ｔｍ１^*を算出し、トルク指令値（Ｔｍ１^*、Ｔｍｆ^*）に基づいて駆動輪２４ａ，２４ｂにつながるモータ１８のトルクを制御する電動車両１０の制御装置（モータコントローラ１２）である。この制御装置は、トルク指令値Ｔｍ１^*を、モータ１８のトルクとモータ１８の角速度との関係を表す伝達特性Ｇｐ（ｓ）に入力してモータ角速度推定値ωｍ＾を算出する車両モデル３４（推定値算出手段）と、モータ角速度推定値ωｍ＾と、モータ角速度検出値ωｍと、の差分を、伝達特性Ｇｐ（ｓ）の逆特性とバンドパスフィルタＨ（ｓ）の積からなるフィルタ６２（Ｈ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ））に入力してトルク指令値Ｔｍ１^*に加算するトルク補正値Ｔｍ２^*（第１のフィードバックトルク）を算出する制振制御ＦＢ演算部５８（フィードバック手段）と、を含む。そして、伝達特性Ｇｐ（ｓ）は、モータ１８の捻れ角速度に応じて生じる粘性項（粘性係数Ｃ,（１０）式参照）を備えることを特徴とする。

よって、第１実施形態に係る電動車両１０の制御方法は、車両情報に基づいて設定されるトルク目標値Ｔｍ^*に基づいてトルク指令値（Ｔｍ１^*、Ｔｍｆ^*）を算出し、トルク指令値に基づいて駆動輪２４ａ，２４ｂにつながるモータ１８のトルクを制御する電動車両１０の制御方法である。この制御方法は、トルク指令値Ｔｍ１^*を、モータ１８のトルクとモータ１８の角速度との関係を表す伝達特性Ｇｐ（ｓ）に入力してモータ角速度推定値ωｍ＾を算出する推定値算出工程を含む。また、モータ角速度推定値ωｍ＾と、モータ角速度検出値ωｍと、の差分を、伝達特性（Ｇｐ（ｓ））の逆特性とバンドパスフィルタＨ（ｓ）の積からなるフィルタ６２（Ｈ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ））に入力してトルク指令値Ｔｍ１^*に加算するトルク補正値Ｔｍ２^*（第１のフィードバックトルク）を算出するフィードバック工程と、を含む。そして、伝達特性Ｇｐ（ｓ）に、モータ１８の捻れ角速度に応じて生じる粘性項（粘性係数Ｃ、（１０）式参照）を追加してモータ角速度推定値ωｍ＾を算出することを特徴とする。

これにより、トルク目標値Ｔｍ^*の変化時において不要なフィードバックトルクを抑制し、駆動軸２２のトルク応答のオーバーシュートを抑制することで、ドライバーにとって違和感のある車両挙動を抑制することができる。

上記制御方法において、トルク目標値Ｔｍ^*に基づいてトルク指令値Ｔｍ１^*を算出するフィードフォワード工程を含む。フィードフォワード工程では、伝達特性Ｇｐ（ｓ）を含み、かつモータ１８のトルクが電動車両１０の駆動軸２２に伝達されない不感帯区間を有する電動車両１０の車両モデル３４を用いて、トルク指令値Ｔｍ１^*から駆動軸２２の捻れ角速度推定値ωｄ＾を算出する。また、トルク目標値Ｔｍ^*と、モータ１８から駆動軸２２へのトルク応答を理想化した規範応答に係るゲインＫ_FB1を捻れ角速度推定値ωｄ＾に乗じて得られる第２のフィードバックトルク（Ｔ_FB1）と、の差分に基づいてトルク指令値Ｔｍ１^*を算出する。そして、車両モデル３４は、トルク指令値Ｔｍ１^*と、捻れ角速度推定値ωｄ＾にモータ１８の捻れ方向の粘性係数Ｃを乗じて得られる粘性トルクＴｃと、の差分に基づいて捻れ角速度推定値ωｄ＾を算出することを特徴とする。これにより、車両モデル３４と実際の電動車両１０との間のモデル化誤差により発生する駆動軸捻れ振動を抑制することができる。

上記制御方法において、推定値算出工程は、車両モデル３４を用いて捻れ角速度推定値ωｄ＾を算出する際にモータ角速度推定値ωｍ＾を算出する工程であることを特徴とする。これにより、捻れ角速度推定値ωｄ＾とモータ角速度推定値ωｍ＾とが高精度に対応するので、算出誤差を抑制することができる。

上記制御方法において、粘性項（粘性係数Ｃ）を、モータ１８のトルクを駆動軸２２に伝達する減速器２０のギヤ比Ｎに応じて設定することを特徴とする。これにより、減速器２０のギヤ比Ｎを変更させても、トルク目標値Ｔｍ^*の変化時における不要なフィードバックトルクを抑制し、駆動軸２２のトルク応答のオーバーシュートを抑制することで、ドライバーにとって違和感のある車両挙動を抑制することができる。なお、この特徴は、同様にＧｐ（ｓ）を備える後述の第２、第３実施形態でも適用できる。

＜第２実施形態＞
図９は、第２実施形態の電動車両１０の制御装置を構成する制振制御ブロック図である。第２実施形態の電動車両１０の制御装置では、第１実施形態の制振制御ＦＢ演算部５８と加算器６４が共通に適用される。しかし、制振制御ＦＦ演算部７２はＧｍ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）なるフィルタで構成され、また最終トルク指令値Ｔｍｆ^*を入力してモータ角速度推定値ωｍ＾を算出する第２の伝達特性７４Ｇｐ（ｓ）を用いる点で相違する。

第２の伝達特性７４（Ｇｐ（ｓ））は、第１実施形態の伝達特性Ｇｐ（ｓ）と同様の関数である。また第２の伝達特性７４（Ｇｐ（ｓ））は、電動車両１０のモータ１８のトルクとモータ１８の角速度との間の伝達特性を現す線形プラントモデルであり、ギヤのバックラッシュによる不感帯は考慮されていない。一方、Ｇｍ（ｓ）は、車両へのモータトルク入力とモータ回転速度の応答目標との間の伝達特性を示す理想モデルである。また、Ｇｍ（ｓ）は、Ｇｐ（ｓ）と同様の関数で表現することができ、Ｇｐ（ｓ）と同様に、粘性項を包含し、かつ極零相殺（（２５）式参照）することが可能である。よって、ζｐを駆動トルク伝達系の減衰係数、ωｐを駆動トルク伝達系の固有振動周波数とし、ζｍを理想モデルの減衰係数、ωｍを理想モデルの固有振動周波数とすると、Ｇｍ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）は次式のように表すことができる。

なおＧｍ（ｓ）において粘性項を考慮しなくても良い場合は、粘性係数Ｃをゼロにすればよい（（１０）式参照）。

＜第２実施形態の効果＞
よって、第２実施形態の電動車両１０の制御方法（制御装置）によれば、トルク目標値Ｔｍ^*に基づいてトルク指令値Ｔｍ１^*を算出するフィードフォワード工程を含む。そして、フィードフォワード工程では、モータ１８のトルクとモータ１８の角速度との関係を表す第２の伝達特性７４の逆特性と、モータ１８から電動車両１０の駆動軸２２へのトルク応答を理想化した規範応答との積からなる制振制御ＦＦ演算部７２を用いてトルク目標値Ｔｍ^*からトルク指令値Ｔｍ１^*を算出することを特徴とする。これにより、簡易な構成でフィードフォワード演算を行うことができる。

上記制御方法において、フィードフォワード工程では、第２の伝達特性７４に、モータ１８の捻れ角速度に応じて生じる粘性項（粘性係数Ｃ）を追加してトルク指令値Ｔｍ１^*を算出することを特徴とする。これにより、粘性項を考慮しつつ簡易な構成でフィードフォワード演算を行うことができる。

上記制御方法において、第２の伝達特性７４を用いた推定値算出工程では、トルク指令値Ｔｍ１^*とトルク補正値Ｔｍ２^*（第１のフィードバックトルク）とを加算したもの（最終トルク指令値Ｔｍｆ^*）に基づいてモータ角速度推定値ωｍ＾を算出することを特徴とする。これにより、最終トルク指令値Ｔｍｆ^*に基づいてモータ角速度推定値ωｍを算出するので、トルク補正値Ｔｍ２^*を高精度に算出することができる。

＜第３実施形態＞
図１０は、第３実施形態の電動車両１０の制御装置を構成する制振制御ブロック図である。図１１は、図１０の制振制御ブロック図の等価変換を表す図である。第３実施形態の電動車両１０の制御装置では、第２実施形態と同様に制振制御ＦＢ演算部５８、及び第２の伝達特性７４（図１０、図１１では省略）を用いる点で共通する。しかし、制振制御ＦＦ演算部７６では、モータ１８のトルクが駆動軸２２に伝達されない不感帯区間を有する電動車両１０の駆動力伝達系の固有振動周波数成分を低減する線形フィルタ７８を用いてトルク目標値Ｔｍ^*からトルク指令値Ｔｍ１^*を算出する点で相違する。

上記フィルタにおいて、駆動力伝達系のバックラッシュによる不感帯区間は、駆動軸２２の捻れ角θに依存する線形関数と捻れ角θを変数とする飽和関数（（４１）式）との差分により表現することができる。よって、図５に基づき、車両の運動方程式は以下の（３５）〜（４０）で表される。

ここで、各パラメータは下記の通りである。
Ｊｍ：モータイナーシャ
Ｊｗ：駆動軸イナーシャ（１軸分）
Ｍ：車両の質量
Ｋｄ：駆動軸の捻れ剛性
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：タイヤ荷重半径
ωｍ：モータ角速度
ωｗ：駆動輪角速度
Ｔｍ：モータトルク
Ｔｄ：駆動軸トルク
Ｆ：駆動力（２軸分）
Ｖ：車体速度
θ：駆動軸の捻れ角

ただし、Ｓｔ（θ）は飽和関数であり、
と定義する。θＢＬはモータ１８から駆動軸２２までのオーバーオールでのギヤバックラッシュ量である。

（３５）〜（４０）式より、トルク指令値（トルク目標値Ｔｍ^*）から駆動軸捻れ角θまでの伝達特性は次式のように求められる。

ただし、
であり、ζｐは駆動力伝達系の減衰係数、ωｐは駆動力伝達系の固有振動周波数である。

従って、駆動軸トルクＴｄは（３８）、（４２）式より、
と表される。

ここで、駆動軸２２のトルク応答に係る規範応答Ｔｄｍを次式とする。

ここで、ζｍとωｍはそれぞれ理想モデルの減衰係数と固有振動周波数である。

Ｔｄ＝ＴｄｍとなるようなモータトルクＴｍを求めると次式となる。

従って、制振制御ＦＦ演算部７６は、図１０に示すように、電動車両１０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７８（Ｇ_INV（ｓ））と、駆動軸捻れ角θを算出するフィルタ８０（Ｇｔｍ（ｓ））と、リミッタとなる飽和関数８２（Ｓｔ（θ））と、駆動軸捻れ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８４（Ｆｓ（ｓ））より構成される。また、制振制御ＦＦ演算部７６は、加算器８６、フィルタ８０、飽和関数８２、フィルタ８４の順に接続した直列回路においてフィルタ８４の出力を加算器８６に帰還させる正帰還ループを備えている。加算器８６にはトルク指令値Ｔｍ１^*が入力され、トルク指令値Ｔｍ１^*とフィルタ８４の出力が加算される。そして、制振制御ＦＦ演算部７６は、トルク目標値Ｔｍ＊とフィルタ８４の出力を加算する加算器８８を備える。さらに、加算器８８の出力であって線形フィルタ７８（Ｇ_INV（ｓ））を通したものとフィルタ８４との差分をトルク指令値Ｔｍ１＊として出力する減算器９０を備える。

（４２）式に（４９）式を代入すると次式となる。

従って、図１０に示す制振制御ＦＦ演算部７６の等価変換を考えると、図１１に示すように構成することができる。図１１に示す等価変換のブロック図は図１０とほぼ同様の形態を有しているが、加算器８６にフィルタ８４の出力とトルク目標値Ｔｍ^*が入力される点で相違する。

＜第３実施形態の効果＞
本実施形態のように制振制御ＦＦ演算部７６を備えることにより、第１実施形態の場合と異なり積分要素がないため、トルク指令値Ｔｍ１^*をより高精度に算出することができる。

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。

１０ 電動車両
１２ モータコントローラ
３２ 制振制御ＦＦ演算部
３４ 車両モデル
５０ 比例要素
５８ 制振制御ＦＢ演算部
６８ 電流制御演算部

Claims (9)

1. 車両情報に基づいて設定されるトルク目標値に基づいてトルク指令値を算出し、前記トルク指令値に基づいて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、
   前記トルク指令値を、前記モータのトルクと前記モータの角速度との関係を表す伝達特性に入力してモータ角速度推定値を算出する推定値算出工程と、
   前記モータ角速度推定値と、モータ角速度検出値と、の差分を、前記伝達特性の逆特性とバンドパスフィルタの積からなるフィルタに入力して前記トルク指令値に加算する第１のフィードバックトルクを算出するフィードバック工程と、を含み、
   前記伝達特性に、前記モータの捻れ角速度に応じて生じる粘性項を追加して前記モータ角速度推定値を算出することを特徴とする電動車両の制御方法。
2. 請求項１に記載の電動車両の制御方法において、
   前記トルク目標値に基づいて前記トルク指令値を算出するフィードフォワード工程を含み、
   前記フィードフォワード工程では、
   前記伝達特性を含み、かつ前記モータのトルクが電動車両の駆動軸に伝達されない不感帯区間を有する電動車両の車両モデルを用いて、前記トルク指令値から前記駆動軸の捻れ角速度推定値を算出するとともに、前記トルク目標値と、前記モータから前記駆動軸へのトルク応答を理想化した規範応答に係るゲインを前記捻れ角速度推定値に乗じて得られる第２のフィードバックトルクと、の差分に基づいて前記トルク指令値を算出し、
   前記車両モデルは、
   前記トルク指令値と、前記捻れ角速度推定値に前記モータの捻れ方向の粘性係数を乗じて得られる粘性トルクと、の差分に基づいて前記捻れ角速度推定値を算出することを特徴とする電動車両の制御方法。
3. 請求項２に記載の電動車両の制御方法において、
   前記推定値算出工程は、
   前記車両モデルを用いて前記捻れ角速度推定値を算出する際に前記モータ角速度推定値を算出する工程であることを特徴とする電動車両の制御方法。
4. 請求項１に記載の電動車両の制御方法において、
   前記トルク目標値に基づいて前記トルク指令値を算出するフィードフォワード工程を含み、
   前記フィードフォワード工程では、
   前記モータのトルクと前記モータの角速度との関係を表す第２の伝達特性の逆特性と、前記モータから前記電動車両の駆動軸へのトルク応答を理想化した規範応答との積からなるフィルタを用いて前記トルク目標値から前記トルク指令値を算出することを特徴とする電動車両の制御方法。
5. 請求項４に記載の電動車両の制御方法において、
   前記フィードフォワード工程では、
   前記第２の伝達特性に、前記モータの捻れ角速度に応じて生じる粘性項を追加して前記トルク指令値を算出することを特徴とする電動車両の制御方法。
6. 請求項１に記載の電動車両の制御方法において、
   前記トルク目標値に基づいて前記トルク指令値を算出するフィードフォワード工程を含み、
   前記フィードフォワード工程では、
   前記モータのトルクが電動車両の駆動軸に伝達されない不感帯区間を有する前記電動車両の駆動力伝達系の固有振動周波数成分を低減するフィルタを用いて前記トルク目標値から前記トルク指令値を算出することを特徴とする電動車両の制御方法。
7. 請求項４乃至６のいずれか１項に記載の電動車両の制御方法において、
   前記推定値算出工程では、
   前記トルク指令値と前記第１のフィードバックトルクとを加算したものに基づいて前記モータ角速度推定値を算出することを特徴とする電動車両の制御方法。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電動車両の制御方法において、
   前記粘性項を、前記モータのトルクを電動車両の駆動軸に伝達する減速器のギヤ比に応じて設定することを特徴とする電動車両の制御方法。
9. 車両情報に基づいて設定されるトルク目標値に基づいてトルク指令値を算出し、前記トルク指令値に基づいて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、
   前記トルク指令値を、前記モータのトルクと前記モータの角速度との関係を表す伝達特性に入力してモータ角速度推定値を算出する推定値算出手段と、
   前記モータ角速度推定値と、モータ角速度検出値と、の差分を、前記伝達特性の逆特性とバンドパスフィルタの積からなるフィルタに入力して前記トルク指令値に加算する第１のフィードバックトルクを算出するフィードバック手段と、を含み、
   前記伝達特性は、前記モータの捻れ角速度に応じて生じる粘性項を備えることを特徴とする電動車両の制御装置。