JP7215371B2 - 電動車両システム及び電動車両の制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、電動車両システム及び電動車両の制御方法に関する。

駆動輪を駆動するための電動モータを備える電動車両では、電動モータのトルクは、ギヤ等の互いに噛み合う要素を含む複数の動力伝達部材を介して駆動輪に伝達される。これらの動力伝達部材間には、バックラッシュ（遊び）が設けられる。このようなバックラッシュの存在により、車両が減速状態から加速するシーン又は加速状態から減速するシーンでは、車両の動力伝達系は、一時的に、電動モータのトルクが駆動輪に伝達されない不感帯に入る。この不感帯を通過し終えた際には、ギヤ等の要素が噛み合う（すなわち、バックラッシュが詰まる）ことに起因する振動が動力伝達系に生じる。

例えば、特許文献１には、電動車両の制御方法が開示されている。この制御方法によれば、電動モータの動力を定める目標トルク指令値に基づいて、車両が上述の不感帯にあるか否かが判定される。そして、車両が不感帯にあると推定される場合には、電動モータに対する最終トルク指令値が制限される。より詳細には、この最終トルク指令値は、目標トルク指令値に基づいて、車両の振動が抑制されるように設定される。また、例えば、特許文献２には、動力源に電動モータを有する電動車両の制振制御装置が開示されている。この制振制御装置は、駆動軸へのトルク伝達が途切れているか否かを判定する判定手段と、駆動軸へのトルク伝達の途切れ中と判定している間はトルク目標値のフィードバック演算を停止する制振制御手段とを備えている。

国際公開第２０１８／０２０６７９号 特開２０１０－２００５６７号公報

上記特許文献１に記載の制御方法によれば、車両の動力伝達系が不感帯にあると推定されている間は、電動モータの指令トルクが継続的に制限される。このため、このような制御方法が用いられると、不感帯の通過に要する時間（バックラッシュ通過期間）が長くなり、その結果、電動車両の加速又は減速の応答性が低下することが懸念される。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、電動車両の加速又は減速の応答性の低下を抑制しつつ、バックラッシュの詰まりに起因して動力伝達系に発生する振動（バックラッシュ振動）を抑制できるようにした電動車両システム及び電動車両の制御方法を提供することを目的とする。

本発明に係る電動車両システムは、複数の動力伝達部材を介して駆動輪に連結された電動モータと、前記電動モータを制御する制御装置と、を備える。
前記制御装置は、
前記電動モータから前記駆動輪までの動力伝達系の振動伝達特性を模擬した伝達関数に基づいて構成され、ドライバーからの前記電動モータの要求トルクを入力として受け取り、前記電動モータの基本指令トルクを出力するフィードフォワード制御部と、
前記動力伝達系に関する情報に基づいて、前記複数の動力伝達部材間のバックラッシュが詰まるタイミングを推定するタイミング推定部と、
前記タイミング推定部によって推定された前記タイミングの到来に合わせて、前記バックラッシュの詰まりに起因して前記動力伝達系に発生する振動を抑制するための補正トルクを前記基本指令トルクに与えるトルク補正部と、
を備える。

前記動力伝達系に関する前記情報は、前記電動モータの角速度と前記駆動輪の角速度とを含んでもよい。そして、前記タイミング推定部は、前記駆動輪の前記角速度に対する前記電動モータの前記角速度の相対角速度に基づいて、前記バックラッシュの通過開始後の前記駆動輪に対する前記電動モータの積算相対角度を算出し、算出した前記積算相対角度が所定のバックラッシュ量に到達する時を前記タイミングであると推定してもよい。

前記補正トルクは、前記バックラッシュの詰まりに起因して生じて前記動力伝達系に入力されるトルク変動の波形と逆位相のトルクであってもよい。

前記トルク補正部は、前記バックラッシュの詰まりに起因して生じて前記動力伝達系に入力されると仮定されるトルクをステップ状の第１予測トルクとして設定する入力トルク設定部と、前記動力伝達系の固有振動周波数成分を低減するフィルタ処理を前記第１予測トルクに対して施して第２予測トルクを出力するフィルタ処理部と、前記第２予測トルクから前記第１予測トルクを減算して前記補正トルクを算出する減算部と、を含んでもよい。

本発明に係る電動車両の制御方法は、複数の動力伝達部材を介して駆動輪に連結された電動モータと、前記電動モータから前記駆動輪までの動力伝達系の振動伝達特性を模擬した伝達関数に基づいて構成されたフィードフォワード制御部を含む制御装置とを備える電動車両に適用される。
前記制御方法は、
ドライバーからの前記電動モータの要求トルクを前記フィードフォワード制御部に入力し、前記フィードフォワード制御部から前記電動モータの基本指令トルクを出力することと、
前記動力伝達系に関する情報に基づいて、前記複数の動力伝達部材間のバックラッシュが詰まるタイミングを推定することと、
推定された前記タイミングの到来に合わせて、前記バックラッシュの詰まりに起因して前記動力伝達系に発生する振動を抑制するための補正トルクを前記基本指令トルクに与えることと、
を含む。

本発明に係る電動車両システム及び電動車両の制御方法によれば、まず、動力伝達系の振動伝達特性を模擬した伝達関数に基づいて構成されたフィードフォワード制御部の利用により、車両の加速又は減速に伴う動力伝達系の捩り振動を抑制できる。

そのうえで、本発明によれば、バックラッシュが詰まるタイミングがタイミング推定部によって推定され、かつ、当該タイミングの到来に合わせてバックラッシュ振動を抑制するための補正トルクが電動モータの基本指令トルクに付与される。換言すると、本発明によれば、動力伝達系がバックラッシュ通過期間（不感帯）にあると推定されている間は、特許文献１に記載の制御手法のように電動モータのトルクが継続的に制限されることはない。このため、バックラッシュ振動の抑制を行った結果として車両の加速又は減速の応答性が低下することを抑制できる。

以上のように、本発明によれば、電動車両の加速又は減速の応答性の低下を抑制しつつバックラッシュ振動を抑制できるようになる。

本発明の実施の形態１に係る電動車両システムの構成例を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態１に係るＦ／Ｆ制振制御に関するブロック図である。 本発明の実施の形態１に係るＦ／Ｆ制振制御において用いられる動力伝達系ＰＴの捩りモデルを示す模式図である。 バックラッシュ通過期間を説明するためのグラフである。 本発明の実施の形態１に係るＦ／Ｆ制振制御における補正トルクＴｍｃに基づくトルク補正に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る補正トルクＴｍｃの利用による制振向上効果を説明するためのグラフである。 本発明の実施の形態２に係るＦ／Ｆ制振制御に関するブロック図である。 図７に示す予測トルクＴｓｉ、Ｔｓｉ’の時間波形の一例を表したグラフである。 図７に示す補正トルクＴｍｃの時間波形の一例を表したグラフである。 本発明の実施の形態２に係る補正トルクＴｍｃの利用による制振向上効果を説明するためのグラフである。 本発明に係るタイミング推定部の他の例におけるモータ角速度ωｍ及びホイール角速度ωｗの推定手法を説明するためのグラフである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。ただし、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略又は簡略する。以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

１．実施の形態１
図１～図６を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。

１－１．電動車両システムの構成例
図１は、本発明の実施の形態１に係る電動車両システム１０の構成例を説明するための模式図である。図１に示す電動車両システム１０は、電動車両（以下、単に「車両」と略する）の駆動源として電動モータ１４を備えている。すなわち、電動車両システム１０が適用された車両の駆動輪１２（図１では、そのうちの１つのみ図示）は、電動モータ１４を用いて駆動される。電動モータ１４は、例えば、３相交流電動機である。

より具体的には、電動車両システム１０は、バッテリ１６と、ＰＣＵ（Power Control Unit）１８と、動力伝達機構２０とをさらに備えている。バッテリ（直流電源）１６は、車両外部から供給される電力を蓄える。ＰＣＵ１８は、図示省略する複数のスイッチング素子を備える電力変換器（インバータ）を含む。車両が電動モータ１４によって駆動される時、ＰＣＵ１８は、それぞれのスイッチング素子を適宜にオン／オフすることによってバッテリ１６の直流電力を交流電力に変換して電動モータ１４に供給する。

動力伝達機構２０は、電動モータ１４の駆動力を各駆動輪１２に伝達させるために、複数の動力伝達部材を含む。ここでいう複数の動力伝達部材としては、減速機構２２の各構成要素（ドライブギヤ２４、ドリブンギヤ２６、カウンタ軸２８、ドライブギヤ３０及びデファレンシャルギヤボックス３２）と、ドライブシャフト３４（図１では、そのうちの１つのみ図示）とが該当する。より詳細には、電動モータ１４の出力軸１４ａには、ドリブンギヤ２６と噛み合うドライブギヤ２４が固定されている。カウンタ軸２８の一端にはドリブンギヤ２６が固定され、その他端にはドライブギヤ３０が固定されている。ドライブギヤ３０は、デファレンシャルギヤボックス３２のリングギヤ３２ａと噛み合っている。ドライブシャフト３４の一端にはデファレンシャルギヤボックス３２が連結され、その他端には駆動輪１２が連結されている。

動力伝達機構２０が備える上述の複数の動力伝達部材間は、ドライブギヤ２４等のギヤ部又はスプライン部（図示省略）によって互いに噛み合っており、したがって、各動力伝達部材間にはバックラッシュ（遊び）が存在する。このように、電動モータ１４は、各々の間にバックラッシュを有する複数の動力伝達部材を介して駆動輪１２に連結されている。

電動車両システム１０は、さらに、電動モータ１４及びＰＣＵ１８を制御する制御装置４０を備えている。制御装置４０は、プロセッサ４０ａとメモリ４０ｂとを有する電子制御ユニット（ＥＣＵ）を含む。メモリ４０ｂは、電動車両システム１０の動作を制御するためのプログラムを記憶している。プロセッサ４０ａは、メモリ４０ｂからプログラムを読み出して実行する。なお、制御装置４０は、複数のＥＣＵを用いて構成されていてもよい。

制御装置４０は、電動車両システム１０の動作を制御するための各種センサからセンサ信号を取り込む。ここでいう各種センサは、車輪速センサ４２と、モータ角速度センサ４４と、アクセルポジションセンサ４６とを含む。車輪速センサ４２は、駆動輪１２の角速度ωｗに応じた信号を出力する。モータ角速度センサ４４は、電動モータ１４の角速度ωｍに応じた信号を出力する。アクセルポジションセンサ４６は、車両のアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）に応じた信号を出力する。

１－２．フィードフォワード（Ｆ／Ｆ）制振制御
本実施形態の電動車両システム１０では、制御装置４０は、車両の加速又は減速に伴って車両に生じる振動（ショック）を抑制するために、Ｆ／Ｆ制振制御を実行する。

図２は、本発明の実施の形態１に係るＦ／Ｆ制振制御に関するブロック図である。制御装置４０は、フィードフォワード（Ｆ／Ｆ）制御部５０と、バックラッシュ通過期間推定部（以下、単に「バックラッシュ推定部」とも称する）５２と、トルク補正部５４とを備えている。図２に示す制御システムにおけるプラント（制御対象）は、「電動モータ１４から駆動輪１２までの動力伝達系ＰＴ（Power Train）」である。

駆動源として電動モータを備える電動車両では、高応答な電動モータの特性を利用して加速応答性を高めることができる。しかしながら、加速応答性を高めるために電動モータがステップ状のトルクを生じさせると、動力伝達系（ドライブシャフト等）の捩り振動（ショック）が発生する。また、このような捩り振動は、加速時に限らず、減速時にも生じる。

本実施形態の制御装置４０が備えるＦ／Ｆ制御部５０は、詳細は後述のように、車両のドライバーからの要求トルクＴｍｒに含まれる制御対象（動力伝達系ＰＴ）の固有振動周波数成分を低減するフィルタとしての機能を有する。電動モータ１４のトルクによって車両が駆動されている状態から更に車両を加速させる場合であれば、このようなＦ／Ｆ制御部５０から出力される基本指令トルクＴｍｂに従って電動モータ１４を制御することにより、上述の捩り振動を良好に抑制できる。

一方、車両の減速状態（コースト状態）から加速状態（電動モータによる車両駆動状態）に移行するシーンでは、上述の捩り振動だけでなく、複数の動力伝達部材間のバックラッシュが詰まる（すなわち、対向し合う歯面が衝突する）ことに起因して励起される振動（ショック）も動力伝達系ＰＴに生じる。以下、この振動のことを、単に「バックラッシュ振動」とも称する。なお、このようなバックラッシュ振動は、上記とは逆に、車両の加速状態から減速状態に移行するシーンにおいても生じる。そこで、本実施形態の制御装置４０は、バックラッシュ振動をも抑制するために、詳細は後述されるバックラッシュ推定部５２とトルク補正部５４とを備えている。

１－２－１．動力伝達系ＰＴの捩りモデル
図３は、本発明の実施の形態１に係るＦ／Ｆ制振制御において用いられる動力伝達系ＰＴの捩りモデルを示す模式図である。この捩りモデルは、電動車両システム１０の動力伝達系ＰＴ（制御対象）をモデル化したものである。駆動源である電動モータ１４から駆動輪（タイヤ）１２までの間の各要素には、バネ要素及びイナーシャがある。ここでは、動力伝達系ＰＴのすべてのギヤ部及びスプライン部のバックラッシュが、ドライブシャフト３４の駆動輪１２側の端部にバックラッシュ要素３６としてまとめて存在すると仮定されている。これにより、バックラッシュ要素３６に対して電動モータ１４側（駆動源側）にある各要素のイナーシャを等価換算し、１つのイナーシャＪｍとしてみなすことができる。

また、図３において、Ｊｗは、駆動輪１２のイナーシャである。Ｔｍｆは電動モータ１４の最終指令トルクであり、Ｔｄはドライブシャフトトルクである。Ｎは動力伝達機構２０の全体のギヤ比である。ωｍ、ωｄ及びωｗは、それぞれ、電動モータ１４、ドライブシャフト３４及び駆動輪１２の角速度である。θは、バックラッシュ推定部５２によって算出される後述の積算相対角度である。θｂｌは、バックラッシュ推定部５２において後述のように利用される。Ｋｄはドライブシャフト３４の捩り剛性である。

１－２－２．フィードフォワード（Ｆ／Ｆ）制御部
動力伝達系ＰＴの振動伝達特性を模擬した伝達関数をＧ’（ｓ）と称する。この伝達関数Ｇ’（ｓ）は、ドライブシャフト３４の捩り剛性Ｋｄ、電動モータ１４及び駆動輪１２のそれぞれのイナーシャＪｍ、Ｊｗ等の動力伝達系ＰＴの諸元に基づいて予め決定することができる。

Ｆ／Ｆ制御部５０は、一例として、伝達関数Ｇ’（ｓ）の逆関数Ｆ（ｓ）に基づいて構成されている。図２に示すように、Ｆ／Ｆ制御部５０は、電動モータ１４の要求トルクＴｍｒを入力として受け取り、基本指令トルクＴｍｂを出力する。より具体的には、Ｆ／Ｆ制御部５０の伝達関数Ｆ（ｓ）は、一例として、詳細は特開２０００－２１７２０９号公報に記載のように、以下の（１）式のように表すことができる。τは伝達関数Ｆ（ｓ）の時定数であり、ｓはラプラス演算子である。Ｇ’（０）は、後述の（２）式中のドライブシャフトトルクＴｄ（ｓ）と最終指令トルクＴｍｆ（ｓ）との比（Ｔｄ（ｓ）／Ｔｍｆ（ｓ））、すなわち、図３に示す動力伝達機構２０のギヤ比Ｎ（減速比）に相当する。

上記のように構成されたＦ／Ｆ制御部５０によれば、制御対象である動力伝達系ＰＴの振動伝達特性と逆の特性が基本指令トルクＴｍｂ（すなわち、強制力）に与えられることになる。つまり、要求トルクＴｍｒに含まれる動力伝達系ＰＴの固有振動周波数成分を低減させることができる。このように決定される基本指令トルクＴｍｂの利用により、上述の捩り振動を効果的に抑制できる。

なお、ドライバー要求に基づく要求トルクＴｍｒは、例えば、アクセル開度に応じた値として算出される。また、要求トルクＴｍｒの算出のために、アクセル開度に加え、車速等の車両情報が用いられてもよい。

１－２－３．バックラッシュ通過期間推定部（バックラッシュ推定部）
図４は、バックラッシュ通過期間を説明するためのグラフである。図４には、車両が減速状態（コースト状態）から加速するシーンを例に挙げて、ドライブシャフトトルクＴｄの時間波形が表されている。なお、図４に用いられた波形の例は、バックラッシュ振動を抑制する対策（本実施形態のＦ／Ｆ制振制御）がなされていないものである。

ここでいうバックラッシュ通過期間は、図４に示すタイミングＢＬ０からタイミングＢＬ１までの期間（ＢＬ０－ＢＬ１）に相当する。タイミングＢＬ０は、減速状態から加速状態への移行に伴い、図３に示す動力伝達系ＰＴの捩りモデルのバックラッシュ要素３６のバックラッシュが詰まり始めるタイミングである。タイミングＢＬ１は、バックラッシュ通過期間を通過し終えるタイミング、すなわち、バックラッシュが詰まる（より詳細には、詰まり終える）タイミングである。

バックラッシュ推定部５２は、タイミング推定部５２ａを含む。タイミング推定部５２ａは、「動力伝達系ＰＴに関する情報」に基づいて、バックラッシュが詰まるタイミングＢＬ１を推定するように構成されている。具体的には、タイミングＢＬ１の到来は、例えば、以下に説明する手法で推定することができる。以下の推定手法において「動力伝達系ＰＴに関する情報」として用いられるパラメータは、最終指令トルクＴｍｆ、イナーシャＪｍ、モータ角速度ωｍ（前回値）、前後力Ｆｔ、イナーシャＪｗ、半径Ｒ、及びホイール角速度ωｗ（前回値）である。

バックラッシュ推定部５２は、まず、ここで説明する手法に基づくタイミングＢＬ１の推定に必要なタイミングＢＬ０を推定する。タイミングＢＬ０の推定は、一例として、次の（３）式を利用して行うことができる。ここで、電動モータ１４の最終指令トルクＴｍｆのラプラス変換をＴｍｆ（ｓ）とし、ドライブシャフトトルクＴｄのラプラス変換をＴｄ（ｓ）とすると、最終指令トルクＴｍｆからドライブシャフトトルクＴｄを算出するための伝達関数は、次の（２）式のようにＧ’（ｓ）・Ｆ（ｓ）として表すことができる。そして、（２）式中のＦ／Ｆ制御部５０の伝達関数Ｆ（ｓ）に対して上述の（１）式の関係を代入することにより、（３）式が得られる。バックラッシュ推定部５２は、車両の運転中に、（３）式に示す運動方程式を用いてドライブシャフトトルクＴｄを継続的に演算している。ドライブシャフトトルクＴｄは、バックラッシュ通過期間が到来するとゼロになる。このため、バックラッシュ推定部５２は、この運動方程式を用いたドライブシャフトトルクＴｄの推定値がゼロになる時を、タイミングＢＬ０として推定することができる。

次いで、タイミング推定部５２ａは、上記のように推定されたタイミングＢＬ０の到来時点から図３中に示す積算相対角度θの計算を開始する。積算相対角度θの算出は、例えば、次の（４）～（１１）式を利用する手法で行うことができる。（４）式は電動モータ１４の運動方程式を示し、（５）式は駆動輪１２の運動方程式を示している。なお、（５）式において、Ｒ及びＦｔは、それぞれ、駆動輪（タイヤ）１２の半径及び前後力である。Ｆｔは、例えば、車体の運動方程式（Ｆｔ－Ｆｒ＝Ｍ・α）を用いて、別途算出又は検出される走行抵抗Ｆｒ及び車体加速度αと、既知の車体重量Ｍとに基づいて算出することができる。

バックラッシュ通過期間（ＢＬ０－ＢＬ１）では、ドライブシャフトトルクＴｄは上述のようにゼロとなる。したがって、上記（４）、（５）式は、次の（６）、（７）式のように簡略化される。（８）式は、電動モータ１４の角速度（以下、単に「モータ角速度」とも称する）ωｍの算出式であり、（６）式の両辺を時間ｔで積分して整理することにより導出できる。駆動輪１２の角速度（以下、単に「ホイール角速度」とも称する）ωｗの算出式である（９）式についても、（７）式から同様に導出できる。

最終指令トルクＴｍｆの今回値と既知のイナーシャＪｍとを代入して（８）式を解くことにより、モータ角速度ωｍの今回値を所定の制御周期毎に算出できる。同様に、別途算出される駆動輪１２の前後力Ｆｔの今回値と、既知のイナーシャＪｗ及び駆動輪１２の半径Ｒとを代入して（９）式を解くことにより、ホイール角速度ωｗの今回値を所定の制御周期毎に算出できる。なお、バックラッシュ通過期間においては、駆動源（電動モータ１４）に与えられるトルク（最終指令トルクＴｍｆ）は、バックラッシュ要素３６よりも駆動源側のイナーシャＪｍの角加速度ｄωｍ／ｄｔを変化させることに使われ、駆動輪１２のイナーシャＪｗの角加速度ｄωｗ／ｄｔを変化させることには使われない。

より詳細には、（８）、（９）式を解くことにより得られるモータ角速度ωｍ及びホイール角速度ωｗの値は、個々の制御周期中の角速度ωｍ、ωｗの変動値ωｍ＿ｈａｔ、ωｗ＿ｈａｔに相当する。このため、モータ角速度ωｍの今回値は、この変動値ωｍ＿ｈａｔと、モータ角速度ωｍの前回値（例えば、モータ角速度センサ４４による検出値）との和として算出される。同様に、ホイール角速度ωｗの今回値は、変動値ωｗ＿ｈａｔと、ホイール角速度ωｗの前回値（例えば、車輪速センサ４２による検出値）との和として算出される。

上記のように得られたモータ角速度ωｍ及びホイール角速度ωｗの今回値と以下の（１０）式に基づき、ホイール角速度ωｗに対するモータ角速度ωｍの相対角速度ωｐの今回値を制御周期毎に算出できる。バックラッシュ通過期間中には、モータ角速度ωｍとドライブシャフト３４の角速度ωｄとの差がゼロになるため、相対角速度ωｐは、ホイール角速度ωｗに対するドライブシャフト３４の角速度ωｄの相対角速度と等しくなる。そのうえで、得られた相対角速度ωｐを以下の（１１）式を用いて積分することにより、駆動輪１２に対する電動モータ１４の相対角度（すなわち、駆動輪１２に対するドライブシャフト３４）θｐを制御周期毎に算出できる。

したがって、バックラッシュが詰まり始めるタイミングＢＬ０から相対角度θｐの積算を開始することにより、バックラッシュ通過期間中の各制御周期における相対角度θｐの積算値を、バックラッシュの通過開始後の積算相対角度θ（すなわち、バックラッシュを詰めるために変化した相対角度の総和）として算出できる。

タイミング推定部５２ａは、タイミングＢＬ０の到来後に、上記のように算出される積算相対角度θがバックラッシュ量θｂｌ以上になるか否かを判定する。このバックラッシュ量θｂｌは、例えば、バックラッシュ要素３６のバックラッシュ量（すなわち、電動モータ１４から駆動輪１２までの間にあるすべてのギヤ部及びスプライン部のオーバーオールのバックラッシュ量）と等しい値として設定される。タイミング推定部５２ａは、積算相対角度θがバックラッシュ量θｂｌに到達する時を、バックラッシュが詰まるタイミングＢＬ１であると推定する。

１－２－４．トルク補正部
トルク補正部５４は、タイミング推定部５２ａによって推定されたタイミングＢＬ１の到来に合わせて、バックラッシュ振動（バックラッシュの詰まりに起因して動力伝達系ＰＴに発生する振動）を抑制するための補正トルクＴｍｃを基本指令トルクＴｍｂに与えるように構成されている。具体的には、トルク補正部５４は、一例として、図２に示すように、補正トルク算出部５４ａと、トルク切替部５４ｂと、トルク加算部５４ｃとを含む。

補正トルク算出部５４ａは、タイミングＢＬ１が到来する時に基本指令トルクＴｍｂに加算される補正トルクＴｍｃを算出する。補正トルクＴｍｃは、バックラッシュの詰まりに起因して生じるドライブシャフトトルクＴｄの変動を抑制するために、当該ドライブシャフトトルクＴｄの変動波形（図４に例示される波形）に対して逆位相のトルク変動を与えるように付与される。

より具体的には、図３に示す動力伝達系ＰＴにおいてバックラッシュ要素３６に対して電動モータ１４側（駆動源側）にある各要素（すなわち、イナーシャＪｍに対応する要素）の固有振動周波数成分の正弦波が、補正トルクＴｍｃとして付与される。ただし、このような正弦波の補正トルクＴｍｃが長く与えられ続けると、与えられた正弦波が動力伝達系ＰＴに強制力として作用し、逆にドライブシャフトトルクＴｄの変動を発生させてしまう。

そこで、本実施形態では、正弦波が適切に減衰して収束するように調整された減衰係数を用いて、補正トルクＴｍｃの波形が設定される。より詳細には、減衰係数の大きさは、想定されるドライブシャフトトルクＴｄの変動波形に応じて事前に決定される。すなわち、減衰係数の大きさの調整によって、逆位相のトルク変動を補正トルクＴｍｃとして付与する期間が適切に調整される。

また、補正トルクＴｍｃの正弦波の振幅は、例えば、メモリ４０ｂに記憶されたマップから与えられる。具体的には、例えば、バックラッシュの詰まりを伴う加速又は減速時の基本指令トルクＴｍｂの傾き（時間変化率）の大きさと正弦波の振幅との関係を定めたマップＡを用いることができる。そして、このマップＡでは、正弦波の振幅は、例えば、この傾きが大きいほど大きくなるように設定されてもよい。また、正弦波の振幅の算出のために、マップＡとともに或いはそれに代え、例えば、車速等の車両情報と正弦波の振幅との関係を定めたマップＢが用いられてもよい。

トルク切替部５４ｂは、タイミング推定部５２ａによるタイミングＢＬ１の到来の有無の判定結果に応じて、トルク加算部５４ｃに出力する補正トルクの値（０又はＴｍｃ）を変更する。トルク加算部５４ｃは、トルク切替部５４ｂから出力された補正トルクを基本指令トルクＴｍｂに加えることによって、最終指令トルクＴｍｆを算出する。

より具体的には、トルク切替部５４ｂは、積算相対角度θがバックラッシュ量θｂｌ未満である場合、つまり、タイミングＢＬ１が未だ到来していないとタイミング推定部５２ａによって推定される場合には、図２に示すように、補正トルクとしてゼロを出力する。したがって、この場合には、補正トルクＴｍｃによる基本指令トルクＴｍｂの補正は行われない。つまり、最終指令トルクＴｍｆは、基本指令トルクＴｍｂと等しくなる。

一方、トルク切替部５４ｂは、積算相対角度θがバックラッシュ量θｂｌ以上になる場合、つまり、タイミングＢＬ１の到来が推定された場合には、図２に示すように、補正トルク算出部５４ａによって算出された補正トルクＴｍｃを出力する。したがって、この場合には、補正トルクＴｍｃによる基本指令トルクＴｍｂの補正が行われる。その結果、最終指令トルクＴｍｆは、基本指令トルクＴｍｂと補正トルクＴｍｃとの和として算出される。

次に、バックラッシュの詰まりに起因するドライブシャフトトルクＴｄの変動の発生メカニズムから、補正トルクＴｍｃを付与するタイミングを考える。このトルク変動は、バックラッシュが詰まる際にトルクが過渡的にドライブシャフト３４に入力され、かつ、伝達されることで発生すると考えられる。したがって、バックラッシュが詰まるタイミングＢＬ１から補正トルクＴｍｃを付与することが適切であると考えられる。この点に関し、上述の構成を有する本実施形態のトルク補正部５４によれば、タイミング推定部５２ａによってタイミングＢＬ１の到来が推定されると、トルク切替部５４ｂは、補正トルク算出部５４ａによって算出された補正トルクＴｍｃを直ちにトルク加算部５４ｃに出力する。このため、タイミングＢＬ１の到来に合わせて補正トルクＴｍｃの付与をフィードフォワード的に開始することができる。

１－２－５．制御装置による処理
図５は、本発明の実施の形態１に係るＦ／Ｆ制振制御における補正トルクＴｍｃに基づくトルク補正に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。なお、Ｆ／Ｆ制振制御自体は、基本的には電動車両システム１０の起動中に継続して実行される。また、制御装置４０は、本ルーチンの処理を、Ｆ／Ｆ制振制御の実行中に制御周期毎に繰り返し実行する。

図５に示すルーチンでは、制御装置４０（バックラッシュ推定部５２）は、まず、ステップＳ１００において、バックラッシュ通過期間（ＢＬ０－ＢＬ１）が到来したか否かを判定する。この判定は、例えば、上述のようにタイミングＢＬ０の到来の有無を判定することによって行うことができる。

ステップＳ１００の判定結果が否定的である場合、つまり、バックラッシュ通過期間が到来していない場合には、制御装置４０は、今回の処理サイクルを終了する。一方、この判定結果が肯定的である場合、つまり、バックラッシュ通過期間が到来したと判定された場合には、処理はステップＳ１０２に進む。なお、以下のステップＳ１０２～Ｓ１０６の処理は、車両が減速状態から加速したためにバックラッシュ通過期間が到来する時、車両が加速状態から減速したためにバックラッシュ通過期間が到来する時の双方を対象として実行される。

ステップＳ１０２では、制御装置４０（バックラッシュ推定部５２のタイミング推定部５２ａ）は、上述した手法で積算相対角度θを算出する。その後、処理は、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、制御装置４０（タイミング推定部５２ａ）は、ステップＳ１０２において算出した積算相対角度θが上述のバックラッシュ量θｂｌ以上であるか否かを判定する。

ステップＳ１０４の判定結果が否定的である場合、つまり、バックラッシュが詰まるタイミングＢＬ１が未だ到来していないと判定した場合には、制御装置４０は、今回の処理サイクルを終了する。一方、この判定結果が肯定的である場合、つまり、タイミングＢＬ１の到来が推定された場合には、処理はステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６では、制御装置４０（トルク補正部５４）は、上述した手法で補正トルクＴｍｃを算出するとともに、この補正トルクＴｍｃを基本指令トルクＴｍｂに加算して最終指令トルクＴｍｆを算出する。そして、制御装置４０は、算出した最終指令トルクＴｍｆを電動モータ１４に付与する。

１－３．効果
以上説明した本実施形態の電動車両システム１０のＦ／Ｆ制振制御によれば、要求トルクＴｍｒに基づく基本指令トルクＴｍｂの算出のために、動力伝達系ＰＴの伝達特性を模擬した伝達関数の逆関数Ｆ（ｓ）に基づいて構成されたＦ／Ｆ制御部５０が用いられる。これにより、要求トルクＴｍｒに含まれる制御対象（動力伝達系ＰＴ）の固有振動周波数成分が低減された基本指令トルクＴｍｂを用いて、車両の加減速に伴って生じる上述の捩り振動を効果的に抑制できる。

そのうえで、Ｆ／Ｆ制振制御によれば、バックラッシュが詰まるタイミングＢＬ１の到来がタイミング推定部５２ａによって推定された場合には、バックラッシュ振動を抑制するための補正トルクＴｍｃがフィードフォワード的に基本指令トルクＴｍｂに与えられる。図６は、本発明の実施の形態１に係る補正トルクＴｍｃの利用による制振向上効果を説明するためのグラフである。

図６では、バックラッシュの通過を伴う車両の加速時の電動モータ１４の最終指令トルクＴｍｆ及びドライブシャフトトルクＴｄのそれぞれの波形が、「比較例」と「実施の形態１」との間で比較されている。ここでいう「比較例」は、当該加速時に補正トルクＴｍｃを利用せずに基本指令トルクＴｍｂが最終指令トルクＴｍｆとして用いられる例に相当する。

図６より、補正トルクＴｍｃを利用しない比較例によれば、バックラッシュの詰まりに起因して生じるドライブシャフトトルクＴｄの変動が満足に抑制されないことが分かる。一方、補正トルクＴｍｃを利用する本実施形態の波形によれば、比較例と比べて、当該トルク変動を良好に減衰させられることが分かる。

そして、本実施形態のＦ／Ｆ制振制御によれば、動力伝達系ＰＴがバックラッシュ通過期間（不感帯）にあると推定されている間は、特許文献１に記載の制御手法のように電動モータ１４のトルク（最終指令トルクＴｍｆ）が継続的に制限されることはない。付け加えると、本Ｆ／Ｆ制振制御は、何らかの手法によってバックラッシュが実際に詰まったことを検出し、かつ、その検出後にバックラッシュ振動を抑制するために電動モータのトルクを補正するフィードバック制御を開始（又は再開）するものではなく、タイミングＢＬ１の到来を推定し、かつ当該タイミングＢＬ１の到来に合わせて補正トルクＴｍｃをフィードフォワード的に付与するものである。このため、バックラッシュ振動の抑制を行った結果として車両の加速又は減速の応答性が低下することを抑制できる。

以上のように、本実施形態のＦ／Ｆ制振制御によれば、電動車両の加速又は減速の応答性の低下を抑制しつつ、バックラッシュ振動を抑制できるようになる。

２．実施の形態２
次に、図７～図１０を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態に係る電動車両システムは、以下に説明される点を除き、上述した実施の形態１に係る電動車両システム１０と同様に構成されている。

２－１．Ｆ／Ｆ制振制御
図７は、本発明の実施の形態２に係るＦ／Ｆ制振制御に関するブロック図である。本実施形態に係る電動車両システムは、図２に示す制御装置４０に代えて制御装置６０を備えている。制御装置６０が備えるトルク補正部６２は、補正トルク算出部５４ａに代えて補正トルク算出部６２ａを備える点において、トルク補正部５４と異なっている。

補正トルク算出部６２ａは、図７に示すように、入力トルク設定部６２ａ１と、フィルタ処理部６２ａ２と、減算部６２ａ３とを備えている。補正トルク算出部６２ａによる補正トルクＴｍｃの算出手法では、バックラッシュの詰まり（歯打ち）に起因して生じて動力伝達系ＰＴに入力されるトルクは、ステップ入力であると仮定される。入力トルク設定部６２ａ１は、このようなトルクをステップ状の予測トルクＴｓｉとして設定する。なお、予測トルクＴｓｉは、本発明に係る「第１予測トルク」の一例に相当する。

図８は、図７に示す予測トルクＴｓｉ、Ｔｓｉ’の時間波形の一例を表したグラフである。入力トルク設定部６２ａ１により設定される予測トルクＴｓｉは、図８に示すように、タイミング推定部５２ａによって推定されるタイミングＢＬ１においてステップ状に変化する。予測トルクＴｓｉの変化量（すなわち、ステップ状に入力されるトルクの変化量）としては、例えば、予め設定された固定値が用いられてもよいし、或いは、バックラッシュの詰まりを伴う加速又は減速時の基本指令トルクＴｍｂの変化量に応じて変更されてもよい。

入力トルク設定部６２ａ１から出力された予測トルクＴｓｉは、フィルタ処理部６２ａ２に入力される。フィルタ処理部６２ａ２の伝達関数は、Ｆ／Ｆ制御部５０のそれと同じＦ（ｓ）である。すなわち、フィルタ処理部６２ａ２は、動力伝達系ＰＴ（制御対象）の固有振動周波数成分を低減するフィルタ処理を第１予測トルクＴｓｉに対して施すように構成されている。

フィルタ処理部６２ａ２から出力されたトルク、すなわち、予測トルクＴｓｉに含まれる上記固有振動周波数成分が低減されたトルクを、ここでは予測トルクＴｓｉ’と称する。この予測トルクＴｓｉ’は、図８に示すように表される。なお、予測トルクＴｓｉ’は、本発明に係る「第２予測トルク」の一例に相当する。

図９は、図７に示す補正トルクＴｍｃの時間波形の一例を表したグラフである。減算部６２ａ３は、上記フィルタ処理後の予測トルクＴｓｉ’からフィルタ処理前の予測トルクＴｓｉを減算し、その結果として得られる値を補正トルクＴｍｃとして出力する。このように算出された補正トルクＴｍｃは、図９に示すように表される。なお、図８及び図９では、車両が減速状態から加速する例における予測トルクＴｓｉ、Ｔｓｉ’及び補正トルクＴｍｃの波形が表されている。これに対し、車両が加速状態から減速する例における予測トルクＴｓｉ、Ｔｓｉ’及び補正トルクＴｍｃの波形は、図８及び図９に表された波形を紙面の上下方向に反転したものとなる。

２－２．効果
図１０は、本発明の実施の形態２に係る補正トルクＴｍｃの利用による制振向上効果を説明するためのグラフである。

動力伝達系ＰＴの固有振動周波数成分が上記フィルタ処理によって低減されていない予測トルクＴｓｉのようなステップ状のトルクが、バックラッシュの詰まりに伴って実際に生じて動力伝達系ＰＴに入力されると、当該固有振動周波数成分の存在に起因して大きなバックラッシュ振動が生じ得る。これに対し、フィルタ処理後の予測トルクＴｓｉ’のように固有振動周波数成分が低減されたトルクが実際に入力された場合には、当該固有振動周波数成分が低減されているので、このステップ入力に起因するバックラッシュ振動を良好に抑制できると考えられる。

上述した本実施形態のトルク補正部６２によれば、動力伝達系ＰＴの固有振動周波数成分が低減された予測トルクＴｓｉ’からフィルタ処理前の予測トルクＴｓｉを引いて得られるトルクが補正トルクＴｍｃ（＝Ｔｓｉ’－Ｔｓｉ）として用いられる。換言すると、フィルタ処理後の予測トルクＴｓｉ’は、フィルタ処理前の予測トルクＴｓｉと補正トルクＴｍｃとの和に相当する（Ｔｓｉ’＝Ｔｓｉ＋Ｔｍｃ）。したがって、バックラッシュの詰まりに伴って予測トルクＴｓｉとして仮定されたようなステップ状のトルクＴｘが実際に生じて動力伝達系ＰＴに入力された場合には、補正トルクＴｍｃを含む最終指令トルクＴｍｆの利用により、そのステップ状の実入力トルクＴｘに対して補正トルクＴｍｃを与えることが可能となる。つまり、補正トルクＴｍｃを利用して実入力トルクＴｘに含まれる上記固有振動周波数成分を低減させることができる。これにより、図１０に示すように、バックラッシュの詰まりに起因するドライブシャフトトルクＴｄの変動を良好に抑制することができ、その結果として、バックラッシュ振動を良好に抑制できる。

さらに、本実施形態のＦ／Ｆ制振制御によれば、バックラッシュの詰まりに起因して生じて動力伝達系ＰＴに入力されるトルクが、バックラッシュが詰まるタイミングＢＬ１の到来前に予測トルクＴｓｉとして予測できる。そして、予測トルクＴｓｉのフィルタ処理をタイミングＢＬ１の到来前に行うことができる。このため、その後のタイミングＢＬ１の到来に合わせて、補正トルクＴｍｃを最終指令トルクＴｍｆにフィードフォワード的に与えることができる。このように、本実施形態のＦ／Ｆ制振制御によっても、フィードフォワード制御を利用してバックラッシュ振動に対処できる。

以上のように、本実施形態のＦ／Ｆ制振制御によっても、電動車両の加速又は減速の応答性の低下を抑制しつつ、バックラッシュ振動を抑制できるようになる。

３．他の実施の形態
次に、本発明に係るタイミング推定部の他の例、及び、本発明に適用可能な電動車両の他の例について説明する。

３－１．タイミング推定部の他の例
上述したタイミング推定部５２ａは、（４）～（１１）式を利用して、バックラッシュが詰まるタイミングＢＬ１を推定する。タイミング推定部５２ａの例では、既述したように、「動力伝達系ＰＴに関する情報」として、最終指令トルクＴｍｆ、イナーシャＪｍ、モータ角速度ωｍ（前回値）、前後力Ｆｔ、イナーシャＪｗ、半径Ｒ、及びホイール角速度ωｗ（前回値）が用いられる。

これに対し、ここで説明するタイミング推定部の他の例では、「動力伝達系ＰＴに関する情報」として、モータ角速度ωｍとホイール角速度ωｗのみが用いられる。この例では、以下に図１１を参照して詳述されるように、バックラッシュ通過期間中の角速度ωｍ（今回値）が、当該バックラッシュ通過期間中のモータ角速度ωｍの複数の過去値から推定される。同様に、バックラッシュ通過期間中の角速度ωｗ（今回値）が、当該バックラッシュ通過期間中のホイール角速度ωｗの複数の過去値から推定される。なお、モータ角速度ωｍ及びホイール角速度ωｗが取得された後に相対角速度ωｐ、相対角度θｐ及び積算相対角度θを求める手法は、（１０）及び（１１）式を利用するタイミング推定部５２ａのそれと同じである。

図１１は、本発明に係るタイミング推定部の他の例におけるモータ角速度ωｍ及びホイール角速度ωｗの推定手法を説明するためのグラフである。なお、ここでは、車両が減速状態から加速するシーンを例示して説明を行うが、この推定手法は、車両が加速状態から減速するシーンにおいても同様に適用可能である。

バックラッシュ通過期間中には、駆動輪１２側のイナーシャＪｗが駆動源（電動モータ１４）側のイナーシャＪｍから切り離されているので、車両の加速に際して電動モータ１４の最終指令トルクＴｍｆが高められると、図１１中に模式的に示されるようにモータ角速度ωｍが上昇する。モータ角速度ωｍは、その後にバックラッシュが詰まった後に低下する。

本推定手法によれば、図１１に示すように、一例としてバックラッシュ通過期間中の過去の２つの時点ｔ_ｎ－１、ｔ_ｎ－２間の（実）モータ角速度ωｍの変化量から、バックラッシュ通過期間中の現時点ｔ_ｎのモータ角速度ωｍが推定される。時点ｔ_ｎ－１、ｔ_ｎ－２のモータ角速度ωｍの値は、例えば、モータ角速度センサ４４により検出される。このような時点ｔ_ｎのモータ角速度ωｍの推定は、例えば、線形近似を用いて行うことができる。また、バックラッシュ通過期間中の時点ｔ_ｎのホイール角速度ωｗについても、同様に、バックラッシュ通過期間中の過去の２つの時点ｔ_ｎ－１、ｔ_ｎ－２間の（実）ホイール角速度ωｗの変化量から推定される。

以上説明したようなタイミング推定部が、タイミング推定部５２ａの代わりに、実施の形態１又は２に適用されてもよい。

付け加えると、タイミング推定部５２ａ及び上述の他の例に係るタイミング推定部では、ホイール角速度ωｗ（今回値）は、既に説明した手法に代え、次のような手法で取得されてもよい。すなわち、バックラッシュ通過期間においては、駆動側のモータ角速度ωｍの変化量（＝今回値－前回値）と比べ、被駆動側のホイール角速度ωｗの変化量（＝今回値－前回値）は微小である。このため、ホイール角速度ωｗの今回値として、例えば、車輪速センサ４２により検出されるホイール角速度ωｗの前回値が用いられてもよい。或いは、ホイール角速度ωｗの今回値は、例えば、このように検出されるホイール角速度ωｗの前回値に対して走行抵抗Ｆｒ及び路面勾配等のパラメータを加味して推定されてもよい。

３－２．電動車両の他の例
上述した電動車両システム１０が適用される電動車両は、図１に示すように、当該電動モータ１４のみを駆動源として備え、かつ、この電動モータ１４を作動させる電源としてバッテリ１６のみを備えている。しかしながら、本発明を適用可能な電動車両は、「複数の動力伝達部材を介して駆動輪に連結された電動モータを備える」ものである限り、上記の例に限られない。すなわち、本発明に係る電動車両は、例えば、電動モータとともに他の駆動源（例えば、内燃機関）を備えるハイブリッド車両であってもよい。また、本発明に係る電動車両は、例えば、車両外部から供給される電力を蓄えるバッテリとともに他の電源（例えば、内燃機関を用いて発電する発電機、又は燃料電池）を備える車両（ハイブリッド車両又は燃料電池車両）であってもよい。

以上説明した各実施の形態に記載の例及び他の各変形例は、明示した組み合わせ以外にも可能な範囲内で適宜組み合わせてもよいし、また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形してもよい。

１０ 電動車両システム
１２ 駆動輪
１４ 電動モータ
１６ バッテリ
１８ ＰＣＵ（Power Control Unit）
２０ 動力伝達機構
２２ 減速機構
３４ ドライブシャフト
３６ バックラッシュ要素
４０、６０ 制御装置
４２ 車輪速センサ
４４ モータ角速度センサ
４６ アクセルポジションセンサ
５０ 制御部
５２ バックラッシュ通過期間推定部（バックラッシュ推定部）
５２ａ タイミング推定部
５４、６２ トルク補正部
５４ａ、６２ａ 補正トルク算出部
５４ｂ トルク切替部
５４ｃ トルク加算部
６２ａ１ 入力トルク設定部
６２ａ２ フィルタ処理部
６２ａ３ 減算部

Claims (5)

1. 複数の動力伝達部材を介して駆動輪に連結された電動モータと、
   前記電動モータを制御する制御装置と、
   を備える電動車両システムであって、
   前記制御装置は、
   前記電動モータから前記駆動輪までの動力伝達系の振動伝達特性を模擬した伝達関数に基づいて構成され、ドライバーからの前記電動モータの要求トルクを入力として受け取り、前記電動モータの基本指令トルクを出力するフィードフォワード制御部と、
   前記動力伝達系に関する情報に基づいて、前記複数の動力伝達部材間のバックラッシュが詰まるタイミングを推定するタイミング推定部と、
   前記タイミング推定部によって推定された前記タイミングの到来に合わせて、前記バックラッシュの詰まりに起因して前記動力伝達系に発生する振動を抑制するための補正トルクを前記基本指令トルクに与えるトルク補正部と、
   を備えることを特徴とする電動車両システム。
2. 前記動力伝達系に関する前記情報は、前記電動モータの角速度と前記駆動輪の角速度とを含み、
   前記タイミング推定部は、
   前記駆動輪の前記角速度に対する前記電動モータの前記角速度の相対角速度に基づいて、前記バックラッシュの通過開始後の前記駆動輪に対する前記電動モータの積算相対角度を算出し、
   算出した前記積算相対角度が所定のバックラッシュ量に到達する時を前記タイミングであると推定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動車両システム。
3. 前記補正トルクは、前記バックラッシュの詰まりに起因して生じて前記動力伝達系に入力されるトルク変動の波形と逆位相のトルクである
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動車両システム。
4. 前記トルク補正部は、
   前記バックラッシュの詰まりに起因して生じて前記動力伝達系に入力されると仮定されるトルクをステップ状の第１予測トルクとして設定する入力トルク設定部と、
   前記動力伝達系の固有振動周波数成分を低減するフィルタ処理を前記第１予測トルクに対して施して第２予測トルクを出力するフィルタ処理部と、
   前記第２予測トルクから前記第１予測トルクを減算して前記補正トルクを算出する減算部と、
   を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動車両システム。
5. 複数の動力伝達部材を介して駆動輪に連結された電動モータと、前記電動モータから前記駆動輪までの動力伝達系の振動伝達特性を模擬した伝達関数に基づいて構成されたフィードフォワード制御部を含む制御装置とを備える電動車両の制御方法であって、
   ドライバーからの前記電動モータの要求トルクを前記フィードフォワード制御部に入力し、前記フィードフォワード制御部から前記電動モータの基本指令トルクを出力することと、
   前記動力伝達系に関する情報に基づいて、前記複数の動力伝達部材間のバックラッシュが詰まるタイミングを推定することと、
   推定された前記タイミングの到来に合わせて、前記バックラッシュの詰まりに起因して前記動力伝達系に発生する振動を抑制するための補正トルクを前記基本指令トルクに与えることと、
   を含むことを特徴とする電動車両の制御方法。

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