JP6819081B2 - 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。

特許文献１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制御装置を開示している。この制御装置では、モータトルクが車両の駆動軸に伝達されない不感帯区間を有する車両において、当該車両の駆動力伝達系の固有振動周波数を低減するフィルタリング処理をモータトルク指令値に施し、フィルタリング処理後の最終トルク指令値に従ってモータトルクを制御している。

これにより、コーストや減速からの加速時でも不感帯区間を有する車両の駆動力伝達系の固有振動周波数成分を低減することができ、駆動軸トルクの振動を抑制することができる。従って、ギヤ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加速性能を実現することができる。

特開２０１３−２２３３７３号公報

ところで、特許文献１に開示された技術では、上述の不感帯区間においては、モータへのトルク指令値の変化率に応じて駆動モータトルクが決定される。このため、コーストや減速から緩やかに加速する場合は、ギヤが噛み合うタイミングで駆動モータトルクがトルク指令値に追従するように働くため、ギヤが離れてから再び噛み合う際のショックを抑制することができる。

しかしながら、コーストや減速から速やかに加速するような場合は、トルク指令値の変化率が大きいため、不感帯区間でのトルクの変化量が比較的大きくなる。その際、急峻なトルク変化に伴って、音や振動が発生する場合があり問題となる。

本発明は、コーストや減速から速やかに加速するようなシーンでも、急峻なトルク変化に伴い発生する音や振動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方法は、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電動車両の制御方法であって、モータトルクが車両の駆動軸トルクに伝達されない不感帯区間を有する車両の駆動力伝達系の固有振動周波数を低減するフィルタリング処理をモータトルク指令値に施すトルク指令値演算工程と、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工程と、を含む。トルク指令値演算工程では、不感帯区間におけるモータトルク指令値の変化率を所定の上限値に制限するレートリミッタ処理を行う。

本発明によれば、不感帯区間でのトルク変化量を所定の上限値に制限できるため、コーストや減速から速やかに加速するようなシーンでも、急峻なトルク変化に伴い発生する音や振動を抑制することができる。

図１は、第１実施形態における制御装置を備えた電動車両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、目標トルク指令値Ｔｍ^*に基づいて、最終トルク指令値Ｔｍｆ^*を設定する制振制御演算処理を行う制御ブロック図の一例である。 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、制振制御ＦＦ演算部のブロック図の一例である。 図７は、制振制御ＦＢ演算部のブロック図の一例である。 図８は、伝達関数Ｈ（ｓ）の周波数特性を示す図である。 図９は、第２実施形態における制振制御ＦＦ演算部のブロック図の一例である。 図１０は、第１実施形態および第２実施形態の制御装置を電動車両に適用した際の制御結果の一例と従来例に係る制御結果とを示したタイムチャートである。

−第1実施形態−
図１は、第１実施形態における制御装置を備えた電動車両の主要構成を示すブロック図である。なお、電動車両とは、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。

電動モータコントローラ２には、車速Ｖ、アクセル開度θ、電動モータ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がデジタル信号として入力される。電動モータコントローラ２は、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、相ごとに備えられた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（三相交流モータ）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。

図２は、電動モータコントローラ２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Ｓ２０６に係る処理は、車両システムが起動している間、一定の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が電動モータコントローラ２に入力される。ここでは、車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）、アクセル開度θ（%）、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、および、バッテリ１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。または、電動モータコントローラ２は、回転子機械角速度ωｍにタイヤ動半径ｒを乗算し、ファイナルギヤのギヤ比で除算することにより車速ｖ（ｍ／ｓ）を求め、３６００／１０００を乗算することで単位変換して、車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）を求める。

電動モータコントローラ２は、アクセル開度θ（%）を、図示しないアクセル開度センサから取得する。なお、アクセル開度θ（%）は、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取得するようにしても良い。

電動モータ４の回転子位相α（ｒａｄ）は、回転センサ６から取得される。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。

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

直流電流値Ｖ_dc（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）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）から送信される信号により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２が基本目標トルクとしての目標トルク指令値Ｔｍ^*を設定する。具体的には、電動モータコントローラ２は、ステップＳ２０１で入力されたアクセル開度θ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、目標トルク指令値Ｔｍ^*を設定する。ただし、図示したアクセル開度−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、モータコントローラ２において、制振制御演算部４００（図４参照）が制振制御演算処理を行う。具体的には、制振制御演算部４００は、ステップＳ２０２で設定された目標トルク指令値Ｔｍ^*と、モータ回転速度ωｍとに基づいて、駆動軸トルクを無駄にすることなく、駆動力伝達系振動（駆動軸８のねじり振動など）を抑制する制振制御後の最終トルク目標値Ｔｍｆ^*を算出する。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、モータコントローラ２において、電流指令値演算部４０３（図４参照）が電流指令値算出処理を行う。具体的には、電流指令値演算部４０３は、ステップＳ２０３で算出された最終トルク目標値Ｔｍｆ^*に加え、モータ回転速度ωｍや直流電圧値Ｖ_dc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、及び、直流電圧値と、ｄ軸電流目標値及びｑ軸電流目標値との関係を定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^*及びｑ軸電流目標値ｉｑ^*が求められる。

ステップＳ２０５では、電動モータコントローラ２において、電流制御演算部４０４（図４参照）が電流制御演算処理を行う。具体的には、電流制御演算部４０４は、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軸電流目標値ｉｄ^*及び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、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、ここでは、算出したｄ軸、ｑ軸電圧指令値ｖｄ、ｖｑに対して非干渉制御を加える場合もある。

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、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を目標トルク指令値Ｔｍ^*で指示された所望のトルクで駆動することができる。

＜制振制御演算処理＞
以下では、前述のステップＳ２０３において実行される制振制御演算処理の詳細を説明する。

図４は、本実施形態の電動車両の制御装置において、目標トルク指令値Ｔｍ^*に対して制振制御処理を行い、最終トルク目標値Ｔｍｆ^*を設定する制御ブロック図の一例である。最終トルク目標値Ｔｍｆ^*を設定する制振制御演算部４００は、制振制御フィードフォワード演算部４０１（以下、制振制御ＦＦ演算部４０１と呼ぶ）と、制振制御フィードバック演算部４０２（以下、制振制御ＦＢ演算部４０２と呼ぶ）と、加算器４３とを備える。

制振制御ＦＦ演算部４０１は、目標トルク指令値Ｔｍ^*が入力され、駆動軸８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、第一のトルク指令値Ｔｍ１^*（フィルタ処理後指令値）を出力するものである。また、駆動力伝達系が不感帯区間にあるとき、制振制御ＦＦ演算部４０１で算出される第一のトルク指令値Ｔｍ１^*の変化率が所定の上限値で制限される。これにより、目標トルク指令値の急峻な変化に伴い発生する音や振動を抑制することができる。

制振制御ＦＢ演算部４０２は、制振制御ＦＦ演算部４０１で算出されたモータ回転速度推定値とモータ角速度検出値ωｍに基づいて、外乱やモデル誤差を考慮した第二のトルク指令値Ｔｍ２^*を算出する。

加算器４３は、第一のトルク指令値Ｔｍ１^*と第二のトルク指令値Ｔｍ２^*とを加算して最終トルク指令値Ｔｍｆ^*を出力する。

制振制御ＦＦ演算部４０１で行われるフィードフォワード演算処理について説明する。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通りである。
Ｊｍ：モータイナーシャ
Ｊｗ：駆動輪イナーシャ（１軸分）
Ｍ：車両の質量
Ｋｄ：駆動軸のねじり剛性
Ｋｔ：タイヤと路面の摩擦に関する係数
Ｎ_al：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：駆動軸のねじり角
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、図５より以下の運動方程式（５）〜（１０）を導くことができる。

ただし、式（４）におけるＳｔ（θ）は、飽和関数であり、次式（７）により定義される。

式（７）中のθ_BLは、モータ４から駆動軸８までのオーバーオールのギヤバックラッシュ量である。

式（１）〜（５）より、目標トルク指令値Ｔｍ^*から駆動軸ねじり角までの伝達特性は、次式（８）〜（１０）で表せる。

ただし、式（９）、（１０）中のｐ₁、ｐ₀、ａ₃、ａ₂、ａ₁、ａ₀はそれぞれ、次式（１１）により表される。また、ζ_pは駆動トルク伝達系の減衰係数であり、ω_pは駆動トルク伝達系の固有振動周波数である。

従って、駆動軸８の駆動軸トルクＴｄ（トルク応答）は、式（４）、（８）より、次式（１２）で表される。

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Ｇ_p（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Ｇ_ps（ｓ）について説明する。

式（１）〜（５）をラプラス変換して、トルク指令値からモータ角速度までの伝達特性を求めると、次式（１３）〜（１５）で表せる。

ただし、式（１４）、（１５）中のｂ₃、ｂ₂、ｂ₁、ｂ₀、ｃ₂、ｃ₁はそれぞれ次式（１６）で表される。

式（１４）を整理すると、Ｇｐ（ｓ）は、次式（１７）のように表すことができる。一般的な車両では、式（１７）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（１７）のαとβが極めて近い値を示すことに相当する。ここで、ζ_pとω_pはそれぞれ、駆動軸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（１７）における極零相殺（α＝βと近似）を行うことにより、次式（１８）に示すように、（２次）／（３次）の伝達特性Ｇ_p（ｓ）を構成する。

ここで、駆動軸トルクの規範応答は、次式（１９）、（２０）により定義される。

ただし、ζ_m1とω_m1はそれぞれ規範モデルの減衰係数と固有振動周波数である。

駆動軸トルクＴ_dとモータトルクＴ_mが一致するようなトルク指令値を求めると、次式（２１）、（２２）となる。

また、式（８）に式（２１）を代入すると、次式（２３）となる。

上記式（２１）〜（２３）により、制振制御ＦＦ演算部４０１のブロック図は、図６で表される。すなわち、制振制御ＦＦ演算部４０１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６０１（Ｇ_INV（ｓ））と、駆動軸ねじり角を演算するねじり角算出フィルタ６０２（Ｇ_tm（ｓ））と、上下限値がＳｔ（θ）で定義される飽和関数６０３（リミッタ）と、駆動軸ねじり角の位相ずれを補償する補償フィルタ６０４（Ｆ_s（ｓ））と、不感帯区間の補正トルク（補償フィルタ６０４の出力）の変化率の上限を制限するレートリミット６０５と、加算器６６、６７と、減算器６８とを備える。

加算器６６は、目標トルク指令値Ｔｍ^*と、レートリミット６０５の出力とを加算する。

レートリミット６０５は、制振制御ＦＦ演算部４０１において、不感帯区間における補正トルクの変化率（傾き）の上限値を制限する。これにより、コーストや減速から速やかに加速するようなトルクの変化率が大きい場面で、当該変化率が所定の上限値に制限されるので、急峻なトルク変化に伴って発生する音や振動を抑制することができる。

レートリミット６０５において制限される補正トルクの変化率上限値には、予め実験やシミュレーションにより求められた値であって、トルクの応答性を悪化させない範囲で、音や振動の発生要因となる急峻なトルク変化を抑制することができる値が設定される。

ねじり角算出フィルタ６０２は、加算器６６の加算結果に基づいて、駆動軸のねじり角θを演算結果として出力する。

飽和関数６０３は、ねじり角算出フィルタ６０２から出力される駆動軸のねじり角θが所定の上限値を超えている場合には、所定の上限値となるように制限するとともに、駆動軸のねじり角θが所定の下限値を下回っている場合には、所定の下限値となるように制限する。

補償フィルタ６０４は、飽和関数６０３で上下限値が制限された後の駆動軸捻り角のリミッタ値Ｓｔ（θ）に対して、駆動軸捻り角の車輪イナーシャとタイヤ摩擦力等による位相ずれを補償する。

加算器６７は、目標トルク指令値Ｔｍ^*と、レートリミット６０５の出力とを加算する。

線形フィルタ６０１は、加算器６７の加算結果に対して、車両のトルク伝達の固有振動周波数成分を低減する。

減算器６８は、線形フィルタ６０１の出力と、補償フィルタ６０４の出力との偏差を算出し、算出した値を第１のトルク目標値Ｔｍ１として出力する。

これにより、車両の駆動力伝達系が不感帯区間にいるか、不感帯区間以外の領域にいるかを判断する等の複雑な演算（初期化、条件設定、切替など）を要することなく、不感帯区間におけるトルクの変化率を所定の上限値に制限することができる。

続いて、制振制御ＦＢ演算部４０２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７は、本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を構成する制振制御ＦＢ演算部４０２と、制振制御ＦＦ演算部４０１と、モータ回転速度推定値演算部７０１と、制御系遅れ時間調整器７０２のブロック図である。

制振制御ＦＦ演算部４０１は、図６を用いて上述した通りである。

モータ回転速度推定値演算部７０１は、減算器７１、７３と、比例要素７２（Ｋｄ／Ｎａｌ）と、積分要素７４（１／（Ｊｍ）ｓ）とから構成される。

減算器７１は、捻れ角算出フィルタ６０２の出力（θ）と、飽和関数６０３の出力（Ｓｔ（θ））との差分を算出する。減算器７３は、第一のトルク指令値Ｔｍ１^*と、比例要素７２（Ｋｄ／Ｎａｌ）を介した減算器７１の出力との差分を算出する。そして、積分要素７４は、減算器７１の出力を積分することによりモータ角速度推定値を算出する。

制御系遅れ要素７０２は、制御系の遅れ要素を考慮し、入力されるモータ角速度推定値を所定時間遅らせて、制振制御ＦＢ演算部４０２に出力する。制御系の遅れの要素としては、フィードバックループ内の制御演算における遅れ要素である制御演算時間遅れｅ^-L1s、及びセンサ検出及びその処理に伴う遅れであるセンサ信号処理時間ｅ^-L2sがある。また、また、目標トルク指令値Ｔｍ^*に対して実際にモータトルクが発生するまでのモータ応答遅れＧａ（ｓ）が存在する。よって、制御系遅れ要素７０２は、モータ角速度推定値に加味する処理遅れ要素７５（ｅ^-(L1+L2)s）と、その出力に加味してモータ角速度推定値ωｍ＾を出力する応答遅れ要素７６（Ｇａ（ｓ））を備える。

ここで、Ｌ１、Ｌ２は、それぞれ制御演算時間、センサ信号処理時間である。またモータ応答遅れＧａ（ｓ）は次式（２４）で表される。

ここで、τａはモータ応答時定数である。なお、モータ角速度推定値ωｍ＾の算出において、制御演算時間遅れｅ^-L1s、モータ応答遅れＧａ（ｓ）、センサ信号処理時間ｅ^-L2sのうち、誤差として無視できるほど小さいものが有る場合は、それを省略してもよい。

制振制御ＦＢ演算部４０２は、制御対象の伝達特性要素７０３（Ｇｐ（ｓ）＝Ｇｔ（ｓ））と、伝達特性要素７０３の逆特性とバンドバスフィルタＨ（ｓ）とから構成される逆特性フィルタ７０４（Ｈ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ））と、加算器７７と、減算器７８と、を備える。

伝達特性要素７０３は、式（１３）に基づき構成される。伝達特性要素７０３は、逆特性フィルタ７０４から出力される第２のトルク指令値Ｔｍ２^*を入力とし、第２のトルク指令値Ｔｍ２^*に対するモータ回転速度推定値を算出し、算出した値を加算器７７に出力する
加算器７７は、モータ回転速度推定値演算部７０１から出力され、制御系遅れ時間調整器７０２を介して入力されるモータ回転速度推定値ωｍ＾と、伝達特性要素７０３の出力とを足し合わせて最終モータ角速度推定値を算出する。

減算器７８は、最終モータ角速度推定値とモータ角速度検出値ωｍの偏差を算出する。そして、減算器７８で算出された値が逆特性フィルタ７０４に入力されることで、第二のトルク指令値Ｔｍ２^*が算出される。

算出された第２のトルク指令値Ｔｍ２^*は、加算器４３に入力され、第１のトルク指令値Ｔｍ１^*と足し合わされて、最終トルク指令値Ｔｍｆ^*が算出される。

図８は、逆特性フィルタ７０４を構成する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８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（２５）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。

以上が、第１実施形態の電動車両の制御装置における制振制御演算処理の詳細である。ここで、本実施形態の電動車両の制御装置による制御結果について、図１０を参照して説明する。

図１０は、第１実施形態、後述する第２実施形態の電動車両の制御装置による制御結果、および、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、目標トルク指令値、最終トルク指令値、駆動軸トルク、モータ回転速度の波形をそれぞれ示している。

図１０で示されるのは、車両が、回生トルクにより減速している状態から目標トルク指令値Ｔｍ^*を急峻な傾きで増加させて加速するシーンにおける制御結果である。

従来技術（ａ）では、目標トルク指令値が急峻な傾きで増加し始めた後、駆動軸トルクが負からゼロとなる時刻ｔ１からｔ２まで、バックラッシュの影響により不感帯区間となる。不感帯区間においては、目標トルク指令値の変化率に応じてモータトルクが決定されるため、急峻な傾きで増加した目標トルク指令値に追従してモータ回転速度が急激に増加する。その結果、不感帯を脱して再びギヤが噛み合う時刻ｔ２で、音や振動が発生してしまう。

これに対して、第１実施形態の電動車両の制御装置（ｂ）では、目標トルク指令値が急峻な傾きで増加し始めた後、時刻ｔ３からｔ４まで、バックラッシュの影響により不感帯区間となる。しかしながら、従来技術に対してレートリミット６０５が追加されているため、最終トルク指令値の急峻な変化を制限することができている。このため、不感帯区間におけるモータ回転速度の増加傾きが小さくなっている。その結果、不感帯区間を脱する際、従来に比べて緩やかにギヤが噛み合うので、時刻ｔ４で発生する音や振動を軽減することができる。

以上、第１実施形態の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電動車両の制御方法を実現する制御装置であって、モータトルクが車両の駆動軸トルクに伝達されない不感帯区間を有する車両の駆動力伝達系の固有振動周波数を低減するフィルタリング処理をモータトルク指令値に施すトルク指令値演算手段と、モータトルク指令値にフィルタリング処理（６０１）が施されることによって求められる第1のトルク指令値に基づい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。トルク指令値演算手段は、不感帯区間におけるモータトルク指令値の変化率を所定の上限値に制限するレートリミッタ処理を行う。これにより、不感帯区間における最終トルク指令値の急峻な変化を抑制することができるので、急峻なトルク変化に伴って発生する音や振動を抑制することができる。

また、第１実施形態の電動車両の制御装置によれば、フィルタリング処理は、車両の駆動力伝達系の固有振動周波数を低減する線形フィルタ６０１を用いて実行される。また、トルク指令値演算工程では、フィルタリング処理（線形フィルタ６０１）と、モータトルク指令値に基づいて駆動軸ねじり角を算出する駆動軸ねじり角算出処理（ねじり角算出フィルタ６０２）と、算出した前記駆動軸ねじり角に上下限値のリミットを与えるねじり角上下限リミッタ処理（飽和関数６０３（Ｓｔ（リミッタ）））と、ねじり角上下限リミッタ処理が施された前記駆動軸ねじり角の位相ずれを補償する位相ずれ補償処理（補償フィルタ６０４（Ｆ_s（ｓ）））と、位相ずれが補償された駆動軸ねじり角に施されるレートリミッタ処理（レートリミット６０５）と、が実行される。これにより、複雑な演算（初期化、条件判定、切替など）を実施することなく、不感帯区間における急峻なトルク変化に伴って発生する音や振動を抑制することができる。

−第２実施形態−
図９は、第２実施形態の電動車両の制御装置において、第１のトルク指令値Ｔｍ１^*を算出する処理を行う制御ブロック図の一例である。

第１のトルク指令値Ｔｍ１^*を算出する制振制御ＦＦ演算部４０１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６０１（Ｇ_INV（ｓ））と、駆動軸ねじり角を演算するねじり角算出フィルタ６０２（Ｇ_tm（ｓ））と、上下限値がＳｔ（θ）で定義される飽和関数６０３（Ｓｔ（リミッタ））と、駆動軸ねじり角の位相ずれを補償する補償フィルタ６０４（Ｆ_s（ｓ））と、不感帯区間におけるモータトルク応答を不感帯区間以外に対して早める応答促進フィルタ９０６（Ｇ_INV2（ｓ））と、不感帯区間の補正トルク（補償フィルタ６０４の出力）の変化率の上限を制限するレートリミット６０５と、加算器６６、６７と、減算器６８とを備える。なお、図６に示す構成（第１実施形態）と同じ構成の制御ブロックについては、同一の符号を付して詳しい発明は省略する。

図９に示す第２実施形態の制振制御ＦＦ演算部４０１は、図４で示した制振制御ＦＦ演算部４０１とは、応答促進フィルタ９０６がレートリミット６０５の前段に配置されている点が主に異なる。応答促進フィルタ９０６は、不感帯区間と、不感帯区間以外のモータトルク応答とを個別に設定することができる。

応答促進フィルタ９０６は、次式で表される。

ここで、ζｍ２とωｍ２は、駆動力伝達系がバックラッシュ区間（不感帯区間）以外の区間にあるときを想定した第二の規範モデルの減衰係数と固有振動周波数である。

本実施形態の制振制御ＦＦ演算部４０１は、式（２４）で表される応答促進フィルタ９０６（Ｇ_INV2（ｓ））を備えることにより、不感帯区間のモータトルク応答を不感帯区間以外に対して早めることができる。

また、応答促進フィルタ９０６（Ｇ_INV2（ｓ））の後段に配置されるレートリミット６０５は、不感帯区間の補正トルク（応答促進フィルタ９０６Ｇ_INV2（ｓ）の出力）の変化率（傾き）の上限値を制限する。本実施形態のレートリミット６０５において制限される変化率上限値には、予め実験やシミュレーションにより定められた値であって、応答促進フィルタ９０６による応答促進効果を低減させない範囲で、音や振動の発生要因となる急峻なトルク変化を抑制することができる値が設定される。

これにより、不感帯区間のモータトルク応答を不感帯区間以外に対して早めることができ、且つ、不感帯区間において音や振動の発生要因となる急峻なトルク変化を抑制することができる。

第２実施形態の電動車両の制御装置による制御結果について、図１０を参照して説明する。

図１０は、前述の第１実施形態、および、第２実施形態の電動車両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、目標トルク指令値、最終トルク指令値、駆動軸トルク、モータ回転速度の波形をそれぞれ示している。

図１０で示されるのは、車両が、回生トルクにより減速している状態から目標トルク指令値Ｔｍ^*を急峻な傾きで増加させて加速するシーンにおける制御結果である。

従来技術（ａ）では、目標トルク指令値が急峻な傾きで増加し始めた後、駆動軸トルクが負からゼロとなる時刻ｔ１からバックラッシュの影響により不感帯区間となる。不感帯区間においては、目標トルク指令値の変化率に応じてモータトルクが決定されるため、モータ回転速度が急激に増加する。その結果、不感帯を脱して再びギヤが噛み合う時刻ｔ２で、音や振動が発生してしまう。

これに対して、第２実施形態の電動車両の制御装置（ｃ）では、目標トルク指令値が急峻な傾きで増加し始めた後、時刻ｔ５からｔ６まで、バックラッシュの影響により不感帯区間となる。しかしながら、従来技術に対して、応答促進フィルタ９０６、およびレートリミット６０５が追加されているため、不感帯区間の応答を速めつつ、最終トルク指令値の急峻な変化を制限することができている。このため、不感帯区間におけるモータ回転速度の増加傾きが小さくなっている。その結果、不感帯区間を脱する際、従来に比べて緩やかにギヤが噛み合うので、時刻ｔ６で発生する音や振動を軽減することができる。

以上、第２実施形態の電動車両の制御装置によれば、フィルタリング処理は、車両の駆動力伝達系の固有振動周波数を低減する線形フィルタ６０１を用いて実行される。トルク指令値演算工程では、フィルタリング処理（線形フィルタ６０１）と、モータトルク指令値に基づいて駆動軸ねじり角を算出する駆動軸ねじり角算出処理（ねじり角算出フィルタ６０２）と、算出した駆動軸ねじり角に上下限値のリミットを与えるねじり角上下限リミッタ処理（飽和関数６０３）と、ねじり角上下限リミッタ処理が施された駆動軸ねじり角の位相ずれを補償する位相ずれ補償処理（補償フィルタ６０４）と、位相ずれが補償された駆動軸ねじり角に施される、不感帯区間のモータトルク応答を不感帯区間以外の区間におけるモータトルク応答に対して早める応答促進処理と、レートリミッタ処理と、が実行され、レートリミッタ処理は、応答促進処理の後段で実行される。これにより、不感帯区間の応答を速める処理を実施した場合においても、駆動軸のねじり振動を抑制しつつ、不感帯区間における急峻なトルク変化に伴う音や振動を抑制することができる。

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。

２…モータコントローラ（トルク指令値演算手段、モータトルク制御手段）
４…電動モータ
５…減速機
８…駆動軸

Claims (4)

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方法において、
   モータトルクが車両の駆動軸トルクに伝達されない不感帯区間を有する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リング処理を前記モータトルク指令値に施すトルク指令値演算工程と、
   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トルク指令値に基づいてモータトルクを制御するモータトルク制御工程と、を含み、
   前記トルク指令値演算工程では、前記不感帯区間における前記モータトルク指令値の変化率を所定の上限値に制限するレートリミッタ処理を行う、
   ことを特徴とする電動車両の制御方法。
2. 前記フィルタリング処理は、車両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を用いて実行され、
   前記トルク指令値演算工程では、
   前記フィルタリング処理と、
   前記モータトルク指令値に基づいて駆動軸ねじり角を算出する駆動軸ねじり角算出処理と、
   算出した前記駆動軸ねじり角に上下限値のリミットを与えるねじり角上下限リミッタ処理と、
   前記ねじり角上下限リミッタ処理が施された前記駆動軸ねじり角の位相ずれを補償する位相ずれ補償処理と、
   位相ずれが補償された前記駆動軸ねじり角に施される前記レートリミッタ処理と、が実行される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動車両の制御方法。
3. 前記フィルタリング処理は、車両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を用いて実行され、
   前記トルク指令値演算工程では、
   前記フィルタリング処理と、
   前記モータトルク指令値に基づいて駆動軸ねじり角を算出する駆動軸ねじり角算出処理と、
   算出した前記駆動軸ねじり角に上下限値のリミットを与えるねじり角上下限リミッタ処理と、
   前記ねじり角上下限リミッタ処理が施された前記駆動軸ねじり角の位相ずれを補償する位相ずれ補償処理と、
   位相ずれが補償された前記駆動軸ねじり角に施される、前記不感帯区間のモータトルク応答を前記不感帯区間以外の区間におけるモータトルク応答に対して早める応答促進処理と、
   前記レートリミッタ処理と、が実行され、
   前記レートリミッタ処理は、前記応答促進処理の後段で実行される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動車両の制御方法。
4. 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、
   モータトルクが車両の駆動軸トルクに伝達されない不感帯区間を有する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リング処理を前記モータトルク指令値に施すトルク指令値演算手段と、
   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、
   前記トルク指令値演算手段は、前記不感帯区間における前記モータトルク指令値の変化率を所定の上限値に制限するレートリミッタ処理を行う、
   ことを特徴とする電動車両の制御装置。

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