JP6729002B2 - 電動車両の制御方法、及び、制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動車両の制御方法、及び、制御装置に関する。

電動機を駆動源として用いる電動車両の制御装置の中には、電動機の回生制動により制動力を得る回生ブレーキ制御装置を備え、この回生ブレーキ制動装置をドライバが操作することにより、回生量が制御されるものがある（例えば、特許文献１）。このような回生ブレーキ制動装置を備える電動車両においては、電動車両を停車させる場合に、ドライバは、電動車両が低速域まで減速するように回生量を制御する必要がある。

しかしながら、ドライバの操作に応じて回生量が増減される場合には、回生量の増減の操作をドライバが頻繁に行わなければならないため、ドライバの負担になる。また、回生量が大きい状態で停車すると、車両が前後に振られる振動（以下、加速度振動と称する）が発生するため、電動車両の滑らかな減速感が損なわれてしまいドライバに違和感を与えてしまう。

そこで、電動車両を滑らかに停車させるための回生量の制御方法の一つとして、モータ回転速度をフィードバック量とするフィードバック制御が考えられている。

特開平８−７９９０７号公報

モータ回転速度に基づくフィードバック制御を行う方法では応答性が低いため、制御系の安定性を確保するためにフィードバック量を小さくする必要がある。しかしながら、フィードバック量を小さくしてしまうと、電動車両が停車するまでの制動距離がのびてしまう。そのため、制動距離を短くしようとして、ドライバがブレーキペダルを踏み込んでしまうと、滑らかに停車できない。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、滑らかに停車させることができる電動車両の制御方法、及び、制御装置を提供することを目的とする。

本発明の電動車両の制御方法の一態様は、電動車両の制御方法は、アクセルペダルの開度に応じて電動車両が備えるモータに対するトルク指令値を設定し、電動車両を停車させる場合には、該トルク指令値に応じて前記モータを回生させる電動車両の制御方法である。この制御方法は、モータの回転速度に応じて該回転速度が低下するような速度制御トルクを算出する速度制御ステップと、電動車両に対する外乱トルクを推定する外乱トルク推定ステップと、電動車両を停車させる場合には、速度制御トルクと外乱トルクとを加算してトルク指令値を算出するトルク指令値算出ステップとを備える。速度制御ステップは、記回転速度が漸次的にゼロに収束するような回転速度目標値を設定する回転速度目標値設定ステップと、回転速度目標値に対して、第１のフィルタ処理を行うことでフィードフォワードトルクを算出するフィードフォワードトルク算出ステップと、回転速度目標値と前記回転速度との差分に対して、第２のフィルタ処理を行うことでフィードバックトルクを算出するフィードバックトルク算出ステップと、フィードフォワードトルクと前記フィードバックトルクとを加算して速度制御トルクを算出する加算ステップと、を備える。

本発明の一態様によれば、電動車両を滑らかに停車することができる。

図１は、本発明の制御方法により制御される電動車両の概略構成図である。 図２は、モータ制御のフローチャートである。 図３は、アクセル開度とトルクとの関係を示すテーブである。 図４は、電動車両の駆動力伝達系をモデル化した図である。 図５は、停止制御処理のブロック図である。 図６は、速度制御部の詳細なブロック図である。 図７は、モータ回転速度目標値設定部のブロック図である。 図８は、モータ回転速度目標値設定部にて用いる減衰率テーブルである。 図９は、外乱トルク推定部の詳細なブロック図である。 図１０は、フラグ設定部における処理を示すフローチャートである。 図１１は、停車までの動作を示すタイミングチャートである。 図１２は、停車までの動作を示すタイミングチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の制御方法により制御される電動車両１００を示す図である。

電動車両１００に搭載されるバッテリ１は、充放電可能な電池である。バッテリ１から放電される電力は、インバータ２を介してモータ３に供給される。また、モータ３が回生制動される場合には、モータ３で生じる回生電力が、インバータ２を介してバッテリ１に充電される。なお、インバータ２とモータ３との間には、電流センサ４が設けられており、電流センサ４はモータ３へと流れる三相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを測定する。

インバータ２は、複数の電子デバイスにより構成される回路であり、直流と交流との変換を行う。例えば、インバータ２は、各相で２個のスイッチング素子で構成されている。なお、例えば、スイッチング素子として、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のパワー半導体素子が用いられる。

インバータ２においては、モータコントローラ５が生成するＰＷＭ信号に応じてスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦの切り替え操作が行われる。このような切り替え操作によって、バッテリ１からインバータ２に供給される直流の電流が変換され、モータ３に所望の大きさの交流電流が印加される。なお、モータ３が回生制動を行う時には、モータ３からは回生電力が交流で出力され、その回生電力はインバータ２によって直流に変換された後にバッテリ１に充電される。

モータコントローラ５は、モータ３の駆動トルクを制御する制御装置である。モータコントローラ５には、車速Ｖ、アクセル開度θ、モータ３の回転子位相α、及び、電流センサ４により検出される三相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ等の車両変数の信号がデジタル信号として入力される。

なお、回転子位相αは、モータ３に併設された回転センサ６（例えば、レゾルバやエンコーダ）により測定される。また、モータ３は三相交流モータであるため、電流センサ４は、モータ３に流れる三相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを測定し、これらの電流値をモータコントローラ５に出力する。なお、車速Ｖ、及び、アクセル開度θの詳細については、後に説明する。

モータコントローラ５は、入力される車両変数に基づいて、モータ３の制御に用いるＰＷＭ信号を生成する。そして、モータコントローラ５は、ドライブ回路（不図示）を用いて、ＰＷＭ信号に基づいて、インバータ２に対する駆動信号を生成する。

モータ３は、インバータ２から供給される交流電流によって駆動トルクを発生させる。モータ３の駆動トルクは、減速機７及び駆動軸（ドライブシャフト）８を介して２つの駆動輪９に伝達される。また、モータ３は、電動車両１００の停車時に駆動輪と連れて回転し、回生制動力を発生させるとともに回生電力を生成することもできる。このようにして、電動車両１００の運動エネルギーが、電気エネルギーとして回収される。

図２は、モータコントローラ５により実行されるモータ制御のフローチャートである。

ステップＳ２０１においては、入力処理が実行される。具体的には、モータコントローラ５は、モータ制御に必要な車両情報を示す信号（車両変数）を、センサ入力または他コントローラとの通信により取得する。

モータ３に流れる三相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗは、電流センサ４により取得される。なお、三相の電流値の合計はゼロになることが知られている。そのため、例えば、三相電流の１つであるｉｗは、電流センサ４により取得されるのではなく、ｉｕとｉｖとから計算にて求めてもよい。

モータ３の回転子位相α（電気角）［ｒａｄ］は、レゾルバやエンコーダなどの回転センサ６により取得される。その回転子位相α（電気角）を微分することで、回転子角速度ω（電気角）［ｒａｄ／ｓ］が求められる。そして、モータ３の機械的な角速度であるモータ回転速度ωｍ［ｒａｄ／ｓ］は、回転子角速度ω（電気角）をモータ３の極対数で除することで求められる。モータ回転速度Ｎ［ｒｐｍ］は、モータ回転速度ωｍ［ｒａｄ／ｓ］に対して、［ｒａｄ／ｓ］から［ｒｐｍ］への単位変換係数（６０／２π）を乗ずることで求められる。

車速Ｖ［ｋｍ／ｈ］は、以下のように算出することができる。まず、モータ回転速度ωｍにタイヤ動半径Ｒを乗じ、ファイナルギヤのギヤ比で除することにより、車両速度ｖ［ｍ／ｓ］が求められる。そして、車両速度ｖ［ｍ／ｓ］に、［ｍ／ｓ］から［ｋｍ／ｈ］への単位変換係数（３６００／１０００）を乗ずることで、車速Ｖ［ｋｍ／ｈ］が求められる。なお、車速Ｖ［ｋｍ／ｈ］は、不図示のメータや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してもよい。

アクセル開度θ［％］は、アクセルペダルの開度を示すパラメータであり、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に応じた値である。アクセル開度θは、アクセル開度センサにより取得してもよいし、車両コントローラや他のコントローラより通信にて取得してもよい。

直流電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］は、バッテリ１のコントローラ（不図示）から出力される。なお、直流電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］は、直流電源ラインに設けられた電圧センサにより測定されてもよい。

ステップＳ２０２においては、基本目標トルク算出処理が実行される。モータコントローラ５は、図３に示されるテーブルを用いて、アクセル開度θ及び車速Ｖに基づき、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*を設定する。

ここで、図３には、アクセル開度θのそれぞれの場合において、モータ３が回転速度Ｎ［ｒｐｍ］である時に、モータ３にて発生させるトルクＴ［Ｎ・ｍ］が示されている。モータコントローラ５は、このテーブルを用いてアクセル開度θ及びモータ３の回転速度Ｎから求められるトルクＴを、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*として設定する。なお、モータ３の回転速度Ｎ［ｒｐｍ］は、モータ回転速度ωｍ［ｒａｄ／ｓ］を変換して求めることができる。

再び図２を参照すると、ステップＳ２０３においては、停止制御処理が実行される。モータコントローラ５は、モータ回転速度ωｍがある基準を満たす場合には、ステップＳ２０２において算出された第１のトルク目標値Ｔｍ₁ ^*を、モータトルク指令値Ｔｍ^*に設定する。一方、モータ回転速度ωｍが基準を満たさない場合には、速度制御を開始する。速度制御においては、外乱トルク推定値Ｔｄが求められ、モータ回転速度が小さくなるほど外乱トルク推定値Ｔｄに収束するような第２のトルク目標値Ｔｍ₂ ^*を、モータトルク指令値Ｔｍ^*として設定する。なお、停車時における第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となる。そのため、電動車両１００は、停車場所の勾配によらず停車状態を保持できる。停止制御処理の詳細については、後に、図５を用いて説明する。

ステップＳ２０４においては、電流指令値算出処理が実行される。モータコントローラ５は、ステップＳ２０３にて算出されたモータトルク指令値Ｔ_m ^*、モータ回転速度ωｍ、及び、直流電圧値Ｖｄｃから、モータ３に流すべき電流の目標値であるｄ軸電流目標値ｉｄ^*、及び、ｑ軸電流目標値ｉｑ^*を求める。具体的には、モータコントローラ５は、直流電圧値Ｖｄｃ、モータ回転速度ωｍ、及び、モータトルク指令値Ｔｍ^*と、ｄ軸電流目標値ｉｄ^*、及び、ｑ軸電流目標値ｉｑ^*との関係が示されたテーブルを予め記憶しており、このテーブルを用いて、ｄ軸電流目標値ｉｄ^*、及び、ｑ軸電流目標値ｉｑ^*を求める。

ステップＳ２０５においては、電流制御演算処理が実行される。モータコントローラ５は、まず、三相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗと、モータ３の回転子位相αとから、ｄ軸電流値ｉｄ、及び、ｑ軸電流値ｉｑを演算する。次に、モータコントローラ５は、ステップＳ２０４で算出したｄ軸電流目標値ｉｄ^*、及び、ｑ軸電流目標値ｉｑ^*と、ｄ軸電流値ｉｄ、及び、ｑ軸電流値ｉｑとのそれぞれの偏差を求め、それらの偏差に応じてｄ軸電圧指令値ｖｄ、及び、ｑ軸電圧指令値ｖｑを演算する。なお、この演算処理にて非干渉制御をあわせて行ってもよい。

そして、モータコントローラ５は、ｄ軸電圧指令値ｖｄ、及び、ｑ軸電圧指令値ｖｑとモータ３の回転子位相αとから、三相電圧指令値ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを算出する。モータコントローラ５は、三相電圧指令値ｖｕ、ｖｖ、ｖｗと直流電圧値Ｖｄｃとから、ＰＷＭ信号（ｏｎ ｄｕｔｙ）ｔｕ［％］、ｔｖ［％］、ｔｗ［％］を求める。モータコントローラ５は、ＰＷＭ信号をインバータ２に出力する。

モータコントローラ５から出力されるＰＷＭ信号を用いて、インバータ２のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦが操作される。このようにすることで、モータ３には、インバータ２から所望の交流電力が供給されるので、モータ３の回転駆動が制御される。

ここで、ステップＳ２０３における停止制御処理においては、モータトルクＴｍからモータ回転速度ωｍまでの伝達特性をモデル化した伝達特性モデルＧｐ（ｓ）が用いられる。そこで、以下では、図４を用いて、伝達特性モデルＧｐ（ｓ）について説明する。

図４は、電動車両１００の駆動力伝達系をモデル化した図である。なお、これらの図面には以下のパラメータが示されている。
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
これらのパラメータを用いれば、図４より、以下の運動方程式が導かれる。

なお、これらの式において右肩に「＊」が付されたパラメータは、当該パラメータが時間微分された値であることを示す。

（１）〜（５）式により、モータトルクＴｍから駆動軸ねじり角θまでの伝達特性は次式のように求められる。

ただし、（６）式における各パラメータは下記の通りである。

（６）式に示す伝達関数の極と零点を調べると、次の式の伝達関数に近似でき、その１つの極と１つの零点は極めて近い値を示す。これは、この式のαとβが極めて近い値を示すことに相当する。そのため、（６)式は、次の式のように示すことができる。

したがって、（７）式において極零相殺（α＝βと近似する）を行うことにより、次の式に示すような、（２次）／（３次）の伝達特性モデルＧｐ（ｓ）を構成できる。

この（８）式で示される伝達特性モデルＧｐ（ｓ）が、ステップＳ２０３の停止制御処理にて用いられる。以下では、停止制御処理の詳細について説明する。

図５は、停止制御処理を示すブロック図である。

速度制御部５１においては、速度制御ステップが実行される。具体的には、速度制御部５１は、停止制御が開始するタイミングから、モータ回転速度ωｍの入力に応じて、モータ回転速度ωｍが漸次的にゼロへ収束するようなモータ回転速度目標値ωｍ^*を求める。そして、速度制御部５１は、モータ回転速度ωｍをモータ回転速度目標値ωｍ^*と一致させるような速度制御トルクＴωを算出し、この速度制御トルクＴωを加算器５３に出力する。なお、速度制御部５１の詳細な構成については、後に、図６を用いて説明する。

外乱トルク推定部５２においては、外乱トルク推定ステップが実行される。具体的には、外乱トルク推定部５２は、モータ回転速度ωｍと、スイッチ５５から出力されるモータトルク指令値Ｔｍ^*との入力に応じて、外乱トルク推定値Ｔｄを算出する。なお、外乱トルク推定部５２の詳細な構成については、後に、図９を用いて説明する。

加算器５３は、速度制御部５１にて算出された速度制御トルクＴωと、外乱トルク推定部５２にて算出された外乱トルク推定値Ｔｄとの和を求め、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*として出力する。なお、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*は、トルク指令値の一例である。また、加算器５３は、トルク指令値算出部の一例であり、トルク指令値算出ステップを行う。

フラグ設定部５４は、外乱トルク推定値Ｔｄ、モータ回転速度ωｍ、及び、第１のトルク目標値Ｔｍ₁ ^*の入力に基づいて、スイッチ５５の切り替えを指示するフラグを設定する。なお、フラグ設定部５４は、ある条件を満たさない場合には、通常の走行状態であると判断し、フラグを０に設定する。一方、フラグ設定部５４は、ある条件を満たす場合には、停車間際の状態であると判断し、フラグに１を設定する。なお、フラグ設定部５４の詳細な動作については、後に、図１０を用いて説明する。

スイッチ５５は、フラグ設定部５４により設定されたフラグに応じて、第１のトルク目標値Ｔｍ₁ ^*または第２のトルク目標値Ｔｍ₂ ^*のいずれかを、モータトルク指令値Ｔｍ^*として出力する。具体的には、スイッチ５５は、フラグが０の場合は、第１のトルク目標値Ｔｍ₁ ^*を出力し、フラグが１の場合は、第２のトルク目標値Ｔｍ₂ ^*を出力する。

図６は、速度制御部５１の詳細なブロック図である。

モータ回転速度目標値設定部５１１においては、回転速度目標値設定ステップが実行される。モータ回転速度目標値設定部５１１は、停車間際の状態となるタイミングにおいてモータ回転速度ωｍを入力値として受け付ける。そして、モータ回転速度目標値設定部５１１は、その入力値が初期値であり時間の経過とともにゼロに近づくように、モータ回転速度目標値ωｍ^*を算出する。そして、モータ回転速度目標値設定部５１１は、モータ回転速度目標値ωｍ^*を、ブロック５１２、及び、減算器５１３に出力する。

ブロック５１２は、フィードフォワードトルク算出ステップを実行するフィードフォワードトルク算出部の一例である。ブロック５１２は、モータ回転速度目標値ωｍ^*に対して「Ｒ₁（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）」と示される第１のフィルタ処理を行うことでフィードフォワード制御に用いるトルクを算出し、その算出値に対して第１のゲインＫ₁の乗算処理を行う。ブロック５１２は、これらの処理を行うことで、フィードフォワード（Ｆ／Ｆ）制御の指令値となるＦ／Ｆトルク（フィードフォワードトルク）Ｔｆｆを算出し、そのＦ／ＦトルクＴｆｆを加算器５１５に出力する。

減算器５１３は、モータ回転速度目標値ωｍ^*とモータ回転速度ωｍとの差分を算出し、算出した差分をブロック５１４に出力する。

ブロック５１４は、フィードバックトルク算出ステップを実行するフィードバックトルク算出部の一例である。ブロック５１４は、減算器５１３から出力される差分に対して「Ｒ₁（ｓ）／（Ｇ_p（ｓ）（１−Ｒ₁（ｓ）））」と示される第２のフィルタ処理を行うことでフィードバック制御に用いるトルクを算出し、その算出値に対して第２のゲインＫ₂の乗算処理を行う。ブロック５１４は、これらの処理を行うことで、フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御の指令値となるＦ／Ｂトルク（フィードバックトルク）Ｔｆｂを算出し、そのＦ／ＢトルクＴｆｂを加算器５１５に出力する。

加算器５１５では、加算ステップが実行される。加算器５１５は、Ｆ／ＦトルクＴｆｆとＦ／ＢトルクＴｆｂとを加算して、速度制御トルクＴωを算出する。

ここで、図６に示されたブロック５１２、５１４の構成について詳細に説明する。Ｒ₁（ｓ）はローパスフィルタであり、その時定数にはシミュレーションまたは実験にて求めた最適値が設定される。また、第１のゲインＫ₁、及び、第２のゲインＫ₂は、それらの和が１となるような値に設定される。このように第１のゲインＫ₁、及び、第２のゲインＫ₂が設定されることで、速度制御トルクＴωのうちのＦ／ＦトルクＴｆｆとＦ／ＢトルクＴｆｂとの割合を設定できる。さらに、第２のゲインＫ₂は、外乱トルク推定値Ｔｄに応じて変更される。具体的には、外乱トルク推定値Ｔｄが正の値の場合には、登坂路を走行していると判断され、第２のゲインＫ₂は、より小さい値が設定される。

図７は、モータ回転速度目標値設定部５１１の詳細なブロック図の一例である。

ブロック５１１１は、モータ回転速度目標値ωｍ^*を算出して出力するブロックである。まず、電動車両１００が停車間際の状態となるタイミングにおいて、ブロック５１１１には、モータ回転速度ωｍが入力される。そして、ブロック５１１１は、その入力値をそのままモータ回転速度目標値ωｍ^*として出力するとともに、以降の処理にて用いる（８）式に示した伝達特性モデルＧｐ（ｓ）を初期化する。

ブロック５１１２は、ブロック５１１２から出力されるモータ回転速度目標値ωｍ^*に対して、ゲインＫｖｒｅｆを乗算して規範トルクＴｒｅｆを算出する。そして、ブロック５１１２は、規範トルクＴｒｅｆをブロック５１１１に出力する。

停止制御処理の開始後においては、ブロック５１１１は、ブロック５１１２から出力される規範トルクＴｒｅｆに対して、伝達特性モデルＧｐ（ｓ）のフィルタ処理を行うことにより、モータ回転速度目標値ωｍ^*を算出して出力する。このように、停車間際の状態となるタイミングにおいては、ブロック５１１１は、モータ回転速度ωｍを出力する。そして、停車間際の状態となり停止制御処理が開始した後においては、ブロック５１１１は、時間の経過とともに漸次的にゼロに近づくようなモータ回転速度目標値ωｍ^*を出力する。このような構成とすることにより、規範トルクＴｒｅｆからモータ回転速度目標値ωｍ^*までの動特性に対して粘性（ダンパ）要素が働く。

図８は、モータ回転速度目標値設定部５１１の他の例を説明する図である。この例においては、モータ回転速度目標値設定部５１１は、図８に示された減衰率テーブルを用いて、モータ回転速度目標値ωｍ^*を算出して出力する。

モータ回転速度目標値設定部５１１は、停車間際の状態となるタイミングにおいてモータ回転速度ωｍが入力されると、その入力値を初期値ωｍ_initとするような、図８に示す減衰率テーブルを作成する。作成された減衰率テーブルにおいては、モータ回転速度目標値ωｍ^*が、初期値ωｍ_initから時間の経過とともに漸次的にゼロに近づくように変化する。

モータ回転速度目標値設定部５１１は、図８に示すような減衰率テーブルを用いることにより、停車間際の状態となるタイミングにおいてモータ回転速度の初期値ωｍ_initを出力する。そして、停止制御処理の開始後においては、モータ回転速度目標値設定部５１１は、時間の経過とともにゼロに収束するモータ回転速度目標値ωｍ^*を出力する。

なお、別の態様として、モータ回転速度目標値設定部５１１は、モータ回転速度ωｍに対する所定のトルクテーブルを用いてモータ回転速度目標値ωｍ^*を求めてもよい。

図９は、外乱トルク推定部５２の詳細なブロック図である。

ブロック５２１は、モータ回転速度ωｍに対して「Ｈ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）」で示されるフィルタ処理を行い、第１のモータトルク推定値Ｔ_est1を算出する。この処理に用いられるフィルタは、ローパスフィルタＨ（ｓ）を（８）式で示した伝達特性モデルＧｐ（ｓ）で除したものである。なお、ローパスフィルタＨ（ｓ）は、その次数が伝達特性モデルＧｐ（ｓ）の分母次数と分子次数との差分以上となるものが用いられる。このようなローパスフィルタＨ（ｓ）を用いることにより、第１のモータトルク推定値Ｔ_est1の安定性を向上させることができる。

ブロック５２２は、モータトルク指令値Ｔｍ^*に対してローパスフィルタＨ（ｓ）を用いたフィルタ処理を行い、第２のモータトルク推定値Ｔ_est2を算出する。

減算器５２３は、ブロック５２１にて算出された第１のモータトルク推定値Ｔ_est1と、ブロック５２２にて算出された第２のモータトルク推定値Ｔ_est2との差分を算出し、その差分を外乱トルク推定値Ｔｄとして出力する。

ここで、外乱に応じたトルク（外乱トルク推定値Ｔｄ）を推定する処理について説明する。電動車両１００は、空気抵抗や勾配に起因する抵抗などの様々な外乱の影響を受ける。そのため、モータトルク指令値Ｔｍ^*のような指令値と、モータ回転速度ωｍのような応答値との間には外乱による偏差が生じる。外乱トルク推定部５２は、この偏差に基づいて、外乱トルク推定値Ｔｄを算出する。

なお、外乱トルクの推定方法は、図９に示したように外乱オブザーバにより推定する方法に限られず、車両前後加速度センサ等の計測器を用いて推定してもよい。

図１０は、フラグ設定部５４における処理手順を示すフローチャートである。

ステップＳ１００１では、ゲインＫｖｒｅｆとモータ回転速度ωｍとの積から外乱トルク推定値Ｔｄを減じた値が、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*よりも大きいか否かが判定される。すなわち、「Ｋｖｒｅｆ×ωｍ−Ｔｄ＞Ｔｍ₁ ^*」の判定条件式が成立するか否かが判定される。成立する場合には、次にステップＳ１００２が実行される。一方、成立しない場合には、次にステップＳ１００３が実行される。

ここで、この判定条件式について説明する。電動車両１００が停車しようと減速している状態においては、右辺の第１のトルク目標値Ｔｍ₁ ^*は、図３に示したテーブルに応じて定まる。そして、電動車両１００が停車しようとしている場合には、アクセルペダルは全閉であるため、図３によれば、第１のトルク目標値Ｔｍ₁ ^*は一定の負の値となる。一方、電動車両１００が減速している状態においては、左辺は、外乱トルク推定値Ｔｄに応じた値に収束する。

したがって、電動車両１００が停車するまでの間に、左辺は右辺を上回る。そこで、左辺が右辺を上回る状態を、電動車両１００が停車間際の状態とみなし、一方、左辺が右辺以下となる状態を、電動車両１００が通常の走行状態とみなす。したがって、この判定条件式を用いることにより、電動車両１００が停車間際の状態であるか否かを判断できる。

ステップＳ１００２のように、判定条件式の左辺が右辺よりも大きい場合には、停車間際の状態と判断され、フラグに１がセットされる。

ステップＳ１００３のように、判定条件式の左辺が右辺以下である場合には、通常走行の状態と判断され、フラグに０がセットされる。

このように、電動車両１００が停車した状態においては、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*は、外乱トルク推定値Ｔｄと等しくなる。具体的には、外乱トルク推定値Ｔｄ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。したがって、摩擦ブレーキを用いなくても、モータ３のトルクのみで滑らかに停車し、勾配に依らず停車状態を保持することができる。

次に図１１、及び、図１２のタイムチャートを用いて、電動車両１００の走行状況について説明する。なお、図１１においては、第２のゲインＫ₂は外乱トルク推定値Ｔｄに応じて変化しない。一方、図１２においては、第２のゲインＫ₂は外乱トルク推定値Ｔｄに応じて変化する場合がある。

図１１（ａ）には登坂路、図１１（ｂ）には平坦路、図１１（ｃ）には降坂路における電動車両１００の動作が示されている。また、それぞれの図においては、図面上方から、（ｉ）モータ回転速度ωｍ、（ｉｉ）モータトルク指令値Ｔｍ^*、（ｉｉｉ）電動車両１００の前後方向の加速度ａ、及び、（ｉｖ）第２のゲインＫ₂が示されている。なお、（ｉ）にはスイッチ５５に設定されるフラグが点線で示されており、また、（ｉｉ）には外乱トルク推定値Ｔｄが点線で示されている。

まず、図１１（ａ）に示されるように、電動車両１００が登坂路を走行する場合について説明する。

時刻ｔ０、ｔ１では、電動車両１００は停車するために減速を開始しているが、停車間際の状態になっておらず、通常の走行状態である。そのため、図１０のステップＳ１００１の判定条件式が成立しないので、図５に示したフラグ設定部５４は、フラグに０を設定する。したがって、モータトルク指令値Ｔｍ^*は、図２のステップＳ２０２にて算出された第１のトルク目標値Ｔｍ１^*となる。なお、減速している間はアクセル開度θが全閉状態であるので、図３のテーブルに示したように、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*（モータトルク指令値Ｔｍ^*）は、負の一定の値となる。

したがって、（ｉｉ）モータトルク指令値Ｔｍ^*は、負の一定の値である第１のトルク目標値Ｔｍ１^*となる。また、（ｉ）モータ回転速度ωｍは、一定の速度で減少しており、（ｉｉｉ）加速度ａは、負の一定値である。なお、（ｉｖ）第２のゲインＫ₂は、一定の「０．５」の値であり変化しない。

時刻ｔ２では、電動車両１００は停車間際の状態となり、図１０のステップＳ１００１の判定条件式が成立するので、停車間際の状態であると判断される。そのため、フラグ設定部５４がフラグを１に設定するので、スイッチ５５から出力されるモータトルク指令値Ｔｍ^*は、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*から第２のトルク目標値Ｔｍ２^*に切り替えられる。このタイミングで、速度制御部５１においては、モータ回転速度目標値設定部５１１から出力されるモータ回転速度目標値ωｍ^*の初期値に、モータ回転速度ωｍが設定される。

したがって、（ｉ）に示されるように、時刻ｔ２にてフラグに１が設定され、モータ回転速度ωｍはゼロへの収束を開始する。また、（ｉｉ）に示されるように、モータトルク指令値Ｔｍ^*は、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*に切り替えられる。第２のトルク目標値Ｔｍ２^*は、速度制御部５１から出力される速度制御トルクＴωと、外乱トルク推定部５２によって算出された外乱トルク推定値Ｔｄとの和である。速度制御トルクＴωは漸次的にゼロに収束するため、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*は、外乱トルク推定値Ｔｄに収束する。また、（ｉｉｉ）に示されるように、モータトルク指令値Ｔｍ^*の減少に伴って、加速度ａは増加を開始する。なお、外乱トルク推定値Ｔｄは、登坂路の勾配に応じて、正の値となる。また、加速度ａは、外乱トルク推定値Ｔｄに応じて正の値に収束する。

時刻ｔ３では、電動車両１００が概ね停車している状態となる。（ｉ）に示されるように、モータ回転速度ωｍは、概ねゼロとなる。また、（ｉｉ）に示されるように、モータトルク指令値Ｔｍ^*は、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*であり、速度制御トルクＴωがゼロに収束するため外乱トルク推定値Ｔｄと概ね等しくなる。また、（ｉｉｉ）に示されるように、加速度ａは、外乱トルク推定値Ｔｄに応じた所定の正の値に収束する。そのため、電動車両１００は、加速度振動の少ない、滑らかな停車を行うことができる。なお、時刻ｔ２からｔ３までの間において、モータトルク指令値Ｔｍ^*、及び、加速度ａが振動している。この振動はギヤのバックラッシュに起因するものであり、詳細については後に説明する。

時刻ｔ４では、電動車両１００は完全に停車している。このような場合には、（ｉｉｉ）に示されるように、加速度ａは路面の勾配に応じて正の外乱トルク推定値Ｔｄとなる。

ここで、一般に、Ｆ／Ｂ制御は、応答性が低いが安定性は高い。一方、Ｆ／Ｆ制御は、応答性が高いが安定性は低い。そのため、速度制御部５１において、Ｆ／ＢトルクＴｆｂに加えてＦ／ＦトルクＴｆｆを用いることで、応答性が向上する。そのため、モータ回転速度ωｍの規範応答の時定数を小さく設定できるので、制動距離が長くなることなく安定性を確保することができる。

次に、図１１（ｂ）に示される平坦路における場合、および、図１１（ｃ）に示される降坂路をおける場合について説明する。これらの図においては、図１１（ａ）の登坂道における場合と比較すると、（ｉｉ）に示される外乱トルク推定値Ｔｄ、及び、（ｉｉｉ）に示される加速度ａが異なる。

（ｉｉ）に示されるように、外乱トルク推定値Ｔｄは、（ｂ）平坦路においてはゼロであり、（ｃ）降坂路においては負の値である。そのため、（ｉｉｉ）に示されるように、時刻ｔ４において電動車両１００が完全に停車している状態においては、加速度ａは、外乱トルク推定値Ｔｄに応じた値となる。すなわち、加速度ａは、（ｂ）平坦路においてゼロであり、（ｃ）降坂路において負の値となる。そのため、電動車両１００が完全に停車した後においては、路面の勾配によらず、摩擦ブレーキを用いなくても、電動車両１００は停車状態を維持することができる。なお、（ｂ）平坦路、及び、（ｃ）降坂路においては、ギヤのバックラッシュに起因する振動は発生しない。

ここで、図１１（ａ）に示されるような場合で、第２のゲインＫ₂が「０．５」の値である場合には、すなわち、Ｆ／Ｂトルクの配分が比較的大きい。このような場合には、（ａ）登坂路において、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間に、モータトルク指令値Ｔｍ^*が負から正に変化するタイミングで、ギヤのバックラッシュを跨ぐため、電動車両１００に前後方向の振動が発生してしまう。そこで、第２のゲインＫ₂を外乱トルク推定値Ｔｄに応じて変化させることにより、このような振動を低減する方法について、図１２を用いて説明する。

図１２に示されるように、図１２（ａ）に示される登坂路における場合にのみ、第２のゲインＫ₂が変更される。図１２（ｂ）に示された平坦路、及び、図１２（ｃ）に示された降坂路においては、第２のゲインＫ₂は変更されず、それぞれ、図１１（ｂ）、及び、図１１（ｃ）に示された場合と同様になる。以下では、図１２（ａ）についてのみ説明する。

図１２（ａ）に示されるように登坂路における場面では、外乱トルク推定値Ｔｄが正である。そのため、登坂路を走行していると判断されて、第２のゲインＫ₂はより小さく設定される。具体的には、外乱トルク推定値Ｔｄが概ねゼロである平坦路と、外乱トルク推定値Ｔｄが負である降坂路に比べて、外乱トルク推定値Ｔｄが正である登坂路では、第２のゲインＫ₂を小さく設定し、Ｆ／ＢトルクＴｆｂの配分を小さくする。登坂路においては、電動車両１００が停車するまでの、モータトルク指令値Ｔｍ^*がゼロとなるタイミングで、ギヤのバックラッシュを跨いでしまう。しかしながら、第２のゲインＫ₂が小さく設定されることで、応答性が高いＦ／ＦトルクＴｆｆの比率が大きくなるので、ギヤのバックラッシュを跨ぐ際の振動を低減することができる。

なお、本実施形態においては、第１のゲインＫ₁と第２のゲインＫ₂との和が１である場合にちて示したが、これに限らない。第１のゲインＫ₁、及び、第２のゲインＫ₂を、任意の値に設定してもよい。

本実施形態により、以下の効果を得ることができる。

本実施形態によれば、速度制御部５１において速度制御ステップが実行されることで、速度制御トルクＴωが算出される。この速度制御トルクＴωによって、モータ回転速度ωｍは、停車制御が開始されるタイミングでのモータ回転速度ωｍである初期値から、漸次的にゼロに収束するように変化する。すなわち、この速度制御ステップにおいては、モータ回転速度目標値設定部５１１による回転速度目標値設定ステップ、ブロック５１２によるフィードフォワードトルク算出ステップ、及び、ブロック５１４によるフィードバックトルク算出ステップが実行される。

速度制御ステップにおいてフィードバック制御だけが実行される場合には、制御系の安定性を確保するために、モータ回転速度ωｍの規範応答の時定数を大きく設定しなければならない。しかしながら、時定数を大きく設定してしまうと、制動距離が長くなってしまう。

そこで、本実施形態のように応答性の高いフィードフォワード制御を併用することにより、モータ回転速度ωｍの規範応答の時定数を小さく設定することができる。そのため、制動距離が長くなることなく、電動車両１００の安定性を向上させ、滑らかに停車させることができる。

さらに、モータ回転速度ωｍの低下とともに、速度制御トルクＴωはゼロに収束するため、モータトルク指令値Ｔｍ^*は外乱トルク推定値Ｔｄに収束する。すなわち、電動車両１００が平坦路、登坂路、及び、降坂路のいずれを走行している場合でも、モータトルク指令値Ｔｍ^*は勾配に応じた外乱トルク推定値Ｔｄに収束するので、電動車両を滑らかに減速または停車させることができる。さらに、停車後において停車状態を保持することができる。

また、停車間際においては摩擦ブレーキなどの機械的な制動手段を用いなくても減速できる。そのため、停車間際においてモータ３が回生する機会が増えるので、電費を向上させることができる。

また、ブレーキ操作が不要であり、アクセル操作のみで電動車両１００を減速させて停車させることができる。そのため、ペダルの踏み替え操作の必要が無く、ドライバの負担を軽減できる。

また、本実施形態によれば、ブロック５１２において、モータ回転速度目標値ωｍ^*に対して「Ｒ₁（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）」からなるフィルタを用いた第１のフィルタ処理を行うことにより、フィードフォワード制御が行われる。

そのため、モータ回転速度ωｍをモータ回転速度目標値ωｍ^*へ収束させるトルクを、オープンループで算出することができる。これにより、制御系の安定性に影響を与えずにフィードフォワード制御を行うことができるので、フィードバック制御における応答性の不足を補うことができる。

また、本実施形態によれば、ブロック５１４においては、モータ回転速度ωｍとモータ回転速度目標値ωｍ^*との差分に対して「Ｒ₁（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）（１−Ｒ₁（ｓ））」からなるフィルタを用いた第２のフィルタ処理を行うことにより、フィードバック制御が行われる。

そのため、モータ回転速度ωｍをモータ回転速度目標値ωｍ^*へ収束させるトルクをクローズドループで算出することができる。これにより、伝達特性モデルＧｐ（ｓ）におけるモデル化誤差による影響を低減することができる。

また、本実施形態によれば、フィードフォワード制御に用いる第１のゲインＫ₁と、フィードバック制御に用いる第２のゲインＫ₂との和は１である。

そのため、第１のゲインＫ₁及び第２のゲインＫ₂を定めることにより、フィードフォワード制御とフィードバック制御との配分を、電動車両１００の状態などに応じて任意に設定することができるので、より滑らかに停車することができる。

また、本実施形態によれば、外乱トルク推定値Ｔｄが大きいほど、第２のゲインＫ₂は、小さく設定される。

ここで、モータ回転速度ωｍに外乱が印加されると、伝達特性モデルＧｐ（ｓ）のゼロ点の特性により、Ｆ／Ｂトルク設定ブロックであるブロック５１４にて１〜３Ｈｚ程度の振動が励起され、モータトルク指令値Ｔｍ^*に伝播する。特に、登坂路においては、モータトルク指令値Ｔｍ^*が負から正に変化するため、モータトルク指令値Ｔｍ^*がゼロとなるタイミングの近傍で、ギヤのバックラッシュが発生してしまう。このバックラッシュに起因する外乱によって、伝達特性モデルＧｐ（ｓ）においてモデル化誤差が生じてしまう。そのような場合には、加速度振動が電動車両１００に発生してしまい、滑らかな停車をすることができない。

しかしながら、本実施形態では、外乱トルク推定値Ｔｄが大きい場合、すなわち、電動車両１００が登坂路を走行している場合には、ギヤのバックラッシュの発生する可能性が高いと判断して、第２のゲインＫ₂を小さく設定する。このようにすることで、Ｆ／Ｂトルクの比率が小さくなり、Ｆ／Ｂトルク設定部において発生するＦ／Ｂトルクの振動成分が低減されるとともに、応答性の高いＦ／Ｆトルクの比率が高くなる。このようにして、電動車両１００を滑らかに減速し停車することができる。

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。また、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。

１ バッテリ
２ インバータ
３ モータ
５ モータコントローラ
５１ 速度制御部
５２ 外乱トルク推定部
５３ 加算器
５４ フラグ設定部
５５ スイッチ

Claims (6)

1. アクセルペダルの開度に応じて電動車両が備えるモータに対するトルク指令値を設定し、前記電動車両を停車させる場合には、該トルク指令値に応じて前記モータを回生させる電動車両の制御方法であって、
   前記モータの回転速度に応じて該回転速度が低下するような速度制御トルクを算出する速度制御ステップと、
   前記電動車両に対する外乱トルクを推定する外乱トルク推定ステップと、
   前記電動車両を停車させる場合には、前記速度制御トルクと、前記外乱トルクとを加算して、前記トルク指令値を算出するトルク指令値算出ステップとを備え、
   前記速度制御ステップは、
   前記回転速度が漸次的にゼロに収束するような回転速度目標値を設定する回転速度目標値設定ステップと、
   前記回転速度目標値に対して、第１のフィルタ処理を行うことでフィードフォワードトルクを算出する、フィードフォワードトルク算出ステップと、
   前記回転速度目標値と前記回転速度との差分に対して、第２のフィルタ処理を行うことでフィードバックトルクを算出する、フィードバックトルク算出ステップと、
   前記フィードフォワードトルクと前記フィードバックトルクとを加算して、前記速度制御トルクを算出する加算ステップと、
   を備える、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であって、
   前記電動車両において前記トルク指令値から前記回転速度までをモデル化した伝達特性を、Ｇｐ（ｓ）とし、
   前記回転速度の規範応答を、Ｒ₁（ｓ）とし、
   前記第１のフィルタ処理は、Ｒ₁（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）からなるフィルタを用いて実行される、
   電動車両の制御方法。
3. 請求項１または２に記載の電動車両の制御方法であって、
   前記電動車両において前記トルク指令値から前記回転速度までをモデル化した伝達特性を、Ｇｐ（ｓ）とし、
   前記回転速度の規範応答を、Ｒ₁（ｓ）とし、
   前記第２のフィルタ処理は、Ｒ₁（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）（１−Ｒ₁（ｓ））からなるフィルタを用いて実行される、
   電動車両の制御方法。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の電動車両の制御方法であって、
   前記フィードフォワードトルク算出ステップにおいて、前記第１のフィルタ処理の後に、さらに、第１のゲインの乗算処理を行うことで前記フィードフォワードトルクを算出し、
   前記フィードバックトルク算出ステップにおいて、前記第２のフィルタ処理の後に、さらに、第２のゲインの乗算処理を行うことで前記フィードバックトルクを算出し、
   前記第１のゲインと、前記第２のゲインとの和は、１である、
   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であって、
   前記第２のゲインは、前記外乱トルクが正の場合には、前記外乱トルクがゼロ又は負の場合よりも、小さい、
   電動車両の制御方法。
6. アクセルペダルの開度に応じて電動車両が備えるモータに対するトルク指令値を設定し、前記電動車両を停車させる場合には、該トルク指令値に応じて前記モータを回生させる電動車両の制御装置であって、
   前記電動車両を停車させる場合に、前記モータの回転速度に応じて該回転速度が低下するような速度制御トルクを算出する速度制御部と、
   前記電動車両に対する外乱トルクを推定する外乱トルク推定部と、
   前記電動車両を停車させる場合には、前記速度制御トルクと、前記外乱トルクとを加算して、前記トルク指令値を算出するトルク指令値算出部とを備え、
   前記速度制御部は、
   前記回転速度が漸次的にゼロに収束するような回転速度目標値を設定する回転速度目標値設定部と、
   前記回転速度目標値に対して、第１のフィルタ処理を行うことでフィードフォワードトルクを算出する、フィードフォワードトルク算出部と、
   前記回転速度目標値と前記回転速度との差分に対して、第２のフィルタ処理を行うことでフィードバックトルクを算出する、フィードバックトルク算出部と、
   前記フィードフォワードトルクと前記フィードバックトルクとを加算して、前記速度制御トルクを算出する加算器と、を備える、
   電動車両の制御装置。