JP7283565B2 - 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。

ＪＰ２０１５－１３３７９９Ａでは、電動車両の制御装置として、アクセル操作量が減少またはゼロになり、かつ、電動車両が停車間際になると、モータに車両を停止させるトルクを発生させる停止制御を実行する制御装置が開示されている。

上述の停止制御では、モータに印加される外乱トルクを推定し、モータが発生するトルクを推定した外乱トルクに収束させる制御を行うことで、傾斜がある道路でも車両を停止させることができる。しかしながら、上述の停止制御は、自車両の前方に先行車両が存在する可能性が考慮されていないため、例えば先行車両が自車両よりも減速度が大きい等、先行車両の状態によっては先行車両に接近しすぎてしまうおそれがある。

本発明は、自車両の前方に先行車両が存在する場合であっても、先行車両の状態によらず、自車両を適切な位置で停止でき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、走行駆動源であるモータと、モータの回生制動力を制御して電動車両を減速させるコントローラと、を備える電動車両の制御方法である。この制御方法では、コントローラは、アクセル操作量を取得し、電動車両を駆動する駆動軸の回転速度に相関のある回転体の角速度を取得し、アクセル操作量に基づいて第１のトルク指令値を算出し、第１のトルク指令値をトルク指令値に設定し、トルク指令値に基づいて前記モータに生じるトルクを制御し、電動車両が停止する際の目標停止位置を設定し、電動車両から目標停止位置までの距離に応じて、回転体の目標角速度を算出し、目標角速度と取得した角速度との差分に基づいて、電動車両を目標停止位置に停止させるための第２のトルク指令値を算出する。そして、アクセル操作量が減少またはゼロになり、かつ、電動車両が停車間際である場合には、第２のトルク指令値をトルク指令値に設定するとともに、目標停止位置までの距離に応じてモータの制駆動力を調整する。

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、一実施形態の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、一実施形態の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、目標停止位置算出処理を実現するためのブロック図である。 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、停止制御処理を実現するためのブロック図である。 図７は、モータ角速度Ｆ／Ｂトルクを算出する方法を説明するための図である。 図８は、外乱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９は、駆動力伝達系の振動を抑制する制振制御処理を実現するためのブロック図である。 図１０は、制振制御処理に用いられる伝達特性の一例を示す図である。 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と従来の制御による制御結果の一例を示すタイムチャートである。 図１２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他の例を示すタイムチャートである。

以下、添付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の一例を示すブロック図である。

本実施形態における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（以下単にモータ４と称する）を備え、モータ４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。

図１に例示す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。この電動車両のドライバは、加速時には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、又はアクセルペダルの踏み込み量をゼロに操作する。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θ、モータ４の回転子位相α、モータ４の電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ等の車両状態を示す信号、および、後述する相対距離やステアリングパドル操作信号をデジタル信号として入力する。そしてモータコントローラ２は、入力された信号に基づいて、モータ４に供給される電力を制御するためのＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号をインバータ３に供給してインバータ３のスイッチング素子を開閉制御する。

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、モータ４に所望の電流を流す。

モータ４は、例えば、三相交流モータにより実現される。モータ４は、インバータ３から出力される交流電流を用いて駆動力を発生し、減速機５及び駆動軸８を介して、左右の駆動輪９ａ、９ｂに駆動力を伝達する。また、モータ４は、電動車両の走行時に駆動輪９ａ、９ｂに連れ回されて回転する場合に、回生駆動力を発生させることで電動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、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。

回転センサ６は、例えば、レゾルバやエンコーダにより実現され、モータ４の回転子位相αを検出する。

電流センサ７は、モータ４に供給される三相交流電流ｉｕ、ｉｖ及びｉｗを検出する。ただし、三相交流電流ｉｕ、ｉｖ及びｉｗの和は０（ゼロ）であるため、任意の２相の電流を検出して、残りの１相の電流については演算により求めてもよい。

カメラ１０は、車両の進行方向を撮像可能に構成され、進行方向に存在する車両や障害物と自車両との相対距離を計測する。ただし、カメラ１０は一例であって、これに限られない。カメラ１０に代えて、自車両と進行方向に存在する車両や障害物との相対距離を計測可能なセンサあるいはレーダを用いてもよい。またカメラ１０はステレオカメラであってもよい。なお、進行方向は、車両の前方だけでなく、車両後進時には後方も含む。したがって、車両が後進する際における進行方向を撮像するために、車両の前方だけでなく、後方を撮像可能なカメラを備えることが好ましい。なお、以下では、車両の進行方向を、便宜上前方と表現する。また、車両の進行方向に存在する車両を以下では前車と称する。

ステアリングパドルＳＷ１１は、ドライバによるステアリングパドルの操作を検出する。

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、モータコントローラ２は電動車両の作動状態を示す信号を入力する。ここにいう作動状態とは、バッテリ１とインバータ３との間の直流電圧値Ｖｄｃ（Ｖ）、電動車両の車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）、アクセル開度ＡＰ（％）、モータ４の回転子位相α（ｒａｄ）、モータ４の回転速度Ｎｍ（ｒｐｍ）、並びにモータ４に供給される三相交流電流値ｉｕ、ｉｖ及びｉｗ、ステアリングパドル操作信号などのことである。また、モータコントローラ２は、後述する目標停止位置算出処理に係る制御演算に必要な相対距離を入力する。

車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）は、図示しない車速センサから取得され、又は他のコントローラから通信にて取得される。または、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、ファイナルギアのギア比で除して車速ｖ（ｍ／ｓ）を求め、車速ｖ（ｍ／ｓ）に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４の回転子位相α（ｒａｄ）は、回転センサ６から取得される。モータ４の回転速度Ｎｍ（ｒｐｍ）は、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）に６０／（２π）を乗じて求められる。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４の極対数ｐで除して得られる。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。

直流電圧値Ｖｄｃ（Ｖ）は、バッテリ１とインバータ３との間の直流電源ラインに設けられた電圧センサ（不図示）から取得され、又は、バッテリコントローラ(不図示)により送信される電源電圧値から求められる。

相対距離は、カメラ１０により計測された計測値を取得する。または、不図示の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。なお、ＧＰＳ、レーダ、距離センサ、前車との車車間通信、あるいは路車間通信などを用いて相対距離を計測してもよい。

ステアリングパドル操作信号は、ステアリングパドルＳＷ信号を取得するか、もしくは不図示の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。

ステップＳ２０２では、モータコントローラ２は第１のトルク目標値Ｔｍ１^*を設定する。具体的には、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ＡＰ及びモータ回転速度ωｍに基づいて、例えばアクセル開度－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。

例えば、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値を示す時であって、少なくともアクセル開度が０（全閉）の時には、電動車両に回生制動力が働くように負のモータトルクが設定される。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、モータコントローラ２は目標停止位置算出処理を実行する。目標停止位置算出処理では、ステップＳ２０１でカメラ１０より取得した前車や障害物との相対距離と、ステアリングパドル操作信号とに基づき、目標停止位置を設定する。またアクセル開度θと前車との相対距離に基づいて、停止位置制御を介入させるか否かを判断し、停止位置制御を介入させる場合には、停止位置制御開始フラグを１に設定する。目標停止位置算出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は、停止制御処理を実行する。停止制御処理では、ステップＳ２０３で設定した停止位置制御開始フラグに応じて、トルク目標値が設定される。モータコントローラ２は、停止位置開始フラグが０の時は、ステップＳ２０２で算出した第１のトルク目標値Ｔｍ１^*を第３のトルク目標値Ｔｍ３^*に設定し、停止位置開始フラグが１の時は、モータ回転速度の低下とともに外乱トルク推定手段で決まる外乱トルク推定値Ｔｄに収束する第２のトルク目標値Ｔｍ２^*を第３のトルク目標値Ｔｍ３^*に設定する。なお、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、路面の勾配に関わらず停車状態を保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Ｓ２０５では、モータコントローラ２は、駆動軸トルクを無駄にすることなく、駆動軸８のねじり振動などの駆動力伝達系振動を抑制する制振制御処理を行う。具体的には、モータコントローラ２は、ステップＳ２０４で算出した第３のトルク目標値Ｔｍ３^*とモータ回転速度ωｍを入力し、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（駆動軸８のねじり振動など）を抑制する第６のトルク目標値Ｔｍ６^*を算出する。制振制御処理の詳細については後述する。

ステップＳ２０６では、モータコントローラ２は、ステップＳ２０５で算出した第６のトルク目標値Ｔｍ６^*、モータ回転速度ωｍ及び直流電圧値Ｖｄｃに基づいて、ｄ軸電流目標値ｉｄ^*、及びｑ軸電流目標値ｉｑ^*を求める。例えば、実験結果やシミュレーション結果などを通じて、モータトルク指令値、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求めたテーブルをあらかじめ用意しておく。そしてモータコントローラ２は、モータトルク指令値Ｔｍ^*、モータ回転速度ωｍ及び直流電圧値Ｖｄｃを取得すると、用意したテーブルを参照して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Ｓ２０７では、モータコントローラ２は、ｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑがそれぞれｄ軸電流目標値ｉｄ^*及びｑ軸電流目標値ｉｑ^*に一致するよう電流制御を行う。

具体的には、モータコントローラ２は、ステップＳ２０１で入力された三相交流電流値ｉｕ、ｉｖ及びｉｗと、モータ４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。続いてモータコントローラ２は、ｄ軸及びｑ軸電流目標値ｉｄ^*及びｉｑ^*と、ｄ軸及びｑ軸電流ｉｄ及びｉｑとの偏差から、ｄ軸及びｑ軸電圧指令値ｖｄ及びｖｑを算出する。

なお、モータコントローラ２が算出したｄ軸及びｑ軸電圧指令値ｖｄ及び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となる非干渉電圧を加算するようにしてもよい。

続いてモータコントローラ２は、ｄ軸及びｑ軸電圧指令値ｖｄ及びｖｑと、モータ４の回転子位相αと、三相交流電圧指令値ｖｕ、ｖｖ及びｖｗと、直流電圧値Ｖｄｃとから、ＰＷＭ信号ｔｕ（％）、ｔｖ（％）及びｔｗ（％）を求める。このようにして求めたＰＷＭ信号ｔｕ、ｔｖ及びｔｗに従ってインバータ３のスイッチング素子がＯＮ／ＯＦＦするので、モータトルク指令値Ｔｍ^*に示された所望のトルクでモータ４を駆動することができる。

以下では、図２のステップＳ２０３で行われる目標停止位置算出処理の詳細について説明する。

図４は、目標停止位置算出処理を実現する機能構成の一例を示すブロック図である。本実施形態の目標停止位置算出処理は、停止位置制御開始フラグ設定器１００１と、相対距離保持器１００２と、車間距離算出器１００３と、減算器１００４とを含んで構成される。

停止位置制御開始フラグ設定器１００１（以下単にフラグ設定器１００１と称する）は、アクセル開度と相対距離とに応じて停止位置制御開始フラグを設定する停止位置制御開始フラグ処理を実行する。フラグ設定器１００１は、アクセル開度（操作量）がゼロ（全閉）、且つ、相対距離が所定値以内になった時に停止位置制御開始フラグを１に設定する。またフラグ設定器１００１は、アクセル開度がゼロ以外、且つ、相対距離が所定値以上となった時は、停止位置制御開始フラグを０に設定する。なお、ここでの所定値は、目標停止位置を設定しない従来の停止制御を実行した場合でも自車両の停車位置が前車や障害物に近づきすぎないと判断できる相対距離であって、例えば実験等により予め見出された値が適宜設定される。

相対距離保持器１００２は、フラグ設定器１００１が設定した停止位置制御開始フラグが０から１に変化したタイミングで相対距離を保持する。保持された相対距離は、減算器１００４に出力される。このようなタイミングで相対距離を保持することにより、前車や障害物に対して一定の距離を保って停車することが可能となる。

車間距離算出器１００３は、ドライバによるステアリングパドル操作量に応じて、前車や障害物との距離定数を変更し、停車時の相対距離目標値を算出する車間距離算出処理を実行する。距離定数とは、車両停車時における自車両と前車又は障害物との相対距離（車間距離）の目標値を算出するための定数である。本実施形態では、ドライバによるステアリングパドル操作で距離定数を変更することによって停車時の車間距離の目標値を任意に変更することができる。図４では、ステアリングパダリの操作量が増えるほど、車間距離の目標値が段階的に大きく設定される例が示されている。

減算器１００４では、相対距離保持器１００２で算出された相対距離から車間距離算出器で算出された車間距離目標値を減算し、目標停止位置を算出する。算出された目標停止位置は、停止制御によって車両が停止する際に目標となる停止位置として、モータ角速度フィードバックトルク設定器５０１に出力される。

次に、ステップＳ２０４で行われる停止制御処理について説明するにあたり、まず、本実施形態における電動車両のモータトルク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。

Ｊ_m ：モータのイナーシャ
Ｊ_w ：駆動輪のイナーシャ
Ｍ ：車両の質量
Ｋ_d ：駆動系の捻り剛性
Ｋ_t ：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
ω_m ：モータ回転速度
Ｔ_m ^* ：モータトルク指令値
Ｔ_d ：駆動輪のトルク
Ｆ ：車両に加えられる力（駆動力）
Ｖ ：車両の速度（車体速度）
ω_w ：駆動輪の角速度

そして、図５に示した駆動力伝達系のモデルを用いることにより、以下の運動方程式を導くことができる。

上述の式（１）乃至（５）により表される運動方程式に基づいて、モータ４のモータトルク指令値Ｔｍ^*からモータ回転速度ωｍまでの伝達関数である伝達特性Ｇｐ（ｓ）を求めると、次式（６）により表される。

ただし、式（６）中に各パラメータは、次式（７）により表わされる。

上式（６）により表される伝達特性Ｇｐ（ｓ）の極と零点を調べると、伝達特性Ｇｐ（ｓ）を次式（８）のような伝達特性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、式（８）の伝達特性Ｇｐ（ｓ）中のαとβが極めて近い値を示すことを意味する。

したがって、上式（８）における極零相殺（α＝βと近似する）を行うことで導出される車両モデルＧｐ（ｓ）は、次式（９）に示すように（２次）／（３次）の伝達特性を有する。

車両モデルＧｐ(ｓ)及び制振制御のアルゴリズムにより、式（９）の車両モデルＧｐ(ｓ)は、次式（１０）に示す伝達特性Ｇｒ(ｓ)と見なすことができる。

続いて、モータトルクＴｍから車体速度Ｖまでの伝達特性Ｇｐｖ(ｓ)について説明する。

上述の式（１）乃至（５)に基づいて伝達特性Ｇｐｖ(ｓ)を求めると、伝達特性Ｇｐｖ(ｓ)は、次式(１１)により表される。

ここで、上記式（１１）における各パラメータは次式（１２）で表される。

上述の式(８)及び(１１)に基づいてモータ回転速度ωｍから車体速度Ｖまでの伝達特性ＧωＶ(ｓ)を求めると、伝達特性ＧωＶ(ｓ)は、次式(１３)により表される。

続いて、モータトルクＴｍから電動車両の駆動力Ｆまでの伝達特性ＧｐＦ(ｓ)について説明する。

上述の式(１)乃至(５)に基づいて伝達特性ＧｐＦ(ｓ)を求めると、伝達特性ＧｐＦ(ｓ)は、次式(１４)により表わされる。

次に、図２のステップＳ２０４で行われる停止制御処理の詳細について説明する。

図６は、停止制御処理を実現する機能構成の一例を示すブロック図である。図６には、停止制御処理を実現する機能構成として、モータ角速度Ｆ／Ｂトルク設定器５０１と、外乱トルク推定器５０２と、減算器５０３と、トルク比較器５０４とが示されている。

モータ角速度Ｆ／Ｂトルク設定器５０１は、検出されたモータ回転速度ωｍと、後述する目標停止位置算出処理にて算出された目標停止位置と、停止位置制御開始フラグ処理にて設定された停止位置制御開始フラグとに基づいて、モータ４の回生制動力を用いて電動車両を停止させるためのモータ角速度フィードバックトルクＴω（以下、モータ角速度Ｆ／ＢトルクＴωと呼ぶ）を算出する。詳細は図７を参照して説明する。

図７は、モータ角速度Ｆ／Ｂトルク設定器５０１がモータ角速度Ｆ／ＢトルクＴωを算出する方法を説明するための図である。

モータ角速度Ｆ／Ｂトルク設定器５０１は、単位変換器６０１と、積分器６０２と、減算器６０３、６０７と、乗算器６０４、６０９と、上下限リミット６０５と、回転速度切替器６０６と、制御ブロック６０８とを備える。

単位変換器６０１は、モータ回転速度ωｍにゲインｋ２を乗じることにより単位変換（ｒａｄ／ｓ→ｍ／ｓ）を行う。

積分器６０２は、単位変換器６０１によって単位変換処理されたモータ回転速度ωｍに積分処理を施すことにより、停止制御開始後の移動距離を算出する。なお、積分器６０２は、停止位置制御開始フラグが０から１に変化したタイミングで初期化される。

減算器６０３は、目標停止位置と、停止制御開始後の移動距離との偏差を算出する。算出された偏差は乗算器６０４に入力される。

乗算器６０４は、入力された偏差にゲインｋ１を乗算することによって、偏差に応じた回転速度を算出する。

上下限リミット６０５は、乗算器６０４で算出された回転速度に上下限リミットを施す。上限リミット値としては、停止制御開始フラグが０から１に変化した時のモータ回転速度が設定されてよい。さらに、下限リミット値としては、車両の後退を抑止するために０が設定されてよい。

回転速度切替器６０６は、停止制御開始フラグの状態に応じて、上下限リミット６０５から出力される回転速度に回転速度切替処理を施し、第１のモータ回転速度目標値を算出する。停止制御開始フラグが１の時は、上下限リミット６０５から出力される回転速度を第１のモータ回転速度目標値に設定する。停止制御開始フラグが０の時は、第１のモータ回転速度目標値を０に設定する。

減算器６０７は、第１のモータ回転速度目標値とモータ回転数ωｍの偏差を演算し、第２のモータ回転速度目標値を算出する。算出された第２のモータ回転速度目標値は、制御ブロック６０８に入力される。なお、図中において減算器６０７の近傍に示す＋、－の位置は入れ替えてもよく、適宜設定されてよい。

制御ブロック６０８は、上記式（１３）の伝達特性Ｇωｖ(ｓ)を模擬又は近似したフィルタ、すなわち伝達特性Ｇωｖ(ｓ)を有するフィルタとしての機能を担っている。このため、制御ブロック６０８は、モータ回転速度ωｍを入力し、伝達特性Ｇωｖ(ｓ)を考慮したフィルタリング処理を行うことにより、車体速度Ｖの推定値を示す推定車体速度Ｖ＾を算出する。

なお、式(１３)の伝達特性Ｇωｖ（ｓ）は、次式（１５）のように近似することができる。

このため、制御ブロック６０８は、式（１３）の伝達特性Ｇωｖ（ｓ）に代えて、式（１５）の伝達特性Ｇωｖ'（ｓ）を用いてフィルタリング処理を行うものであっても良い。これにより、式（１３）の伝達特性Ｇωｖ（ｓ）を用いる場合に比べて演算処理を低減することができる。

なお、上式（１５）中の時定数τωｖに代えて、式(１４)により特定される極ωpを用いても良い。このように、モータ回転速度ωｍから車体速度Ｖまでの伝達特性の分母の極を一つ用いることにより推定車体速度Ｖ＾を算出することが可能になる。

また、上記式（１４）に代えて、複素平面上で原点から遠い極αを近似した特性である次式（１６）を使用しても良い。

また、制御ブロック６０８は、モータ回転速度ωｍから推定車体速度Ｖ＾と、駆動力ＦからモータトルクＴｍまでの伝達特性を表す上式（１６）を考慮し、次式（１７）の伝達特性ＧωＶ(ｓ)によってフィルタリング処理を行うように構成されても良い。

なお、上式（１７）において、ギア比、及びタイヤ同半径などを考慮したゲインｋを乗算することにより、伝達特性ＧωＶ(ｓ)の入力をモータ回転速度ωｍとし、出力を推定車体速度Ｖ＾とすることができる。

そして、乗算器６０９において、制御ブロック６０８から出力される推定車体速度Ｖ＾にゲインｋｖｒｅｆが乗じられることで、角速度フィードバックトルクＴωが算出される。ただし、ゲインｋｖｒｅｆは、０よりも大きい値（ｋｖｒｅｆ＞０）が設定されるものとする。

続いて、図６に示す外乱トルク推定器５０２について説明する。外乱トルク推定器５０２は、モータ回転速度ωｍとモータトルク指令値Ｔｍ^*に基づき、外乱トルク推定値Ｔｄを算出する。詳細は図８を用いて説明する。

図８は、モータ回転速度ωｍ及び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。

外乱トルク推定器５０２は、制御ブロック７０１と、制御ブロック７０２と、減算器７０３と、を備える。

制御ブロック７０１は、Ｈ１（ｓ）／Ｇｒ（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ことにより、第１のモータトルク推定値を算出する。

制御ブロック７０１の伝達特性のうち、分母を構成するＧｒ（ｓ）は、上述の式（１０）に示した伝達特性であり、式（９）の車両モデルＧｐ(ｓ)及び制振制御のアルゴリズムから導かれる車両モデルである。また、伝達特性の分子を構成するＨ１（ｓ）は、分母次数と分子次数との差分が車両モデル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７０２は、伝達特性Ｈ１（ｓ）を有する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、伝達特性Ｈ１（ｓ）を考慮した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。

減算器７０３は、第１のモータトルク推定値と第２のモータトルク推定値との偏差を外乱トルク推定値Ｔｄとして出力する。本実施形態の減算器７０３は、第１のモータトルク推定値を第２のモータトルク推定値から減じて外乱トルク推定値Ｔｄを算出する。

なお、本実施形態における外乱トルク推定値Ｔｄは、図８で示す外乱オブザーバにより推定されるが、例えば車両前後Ｇセンサ等の計測器を用いて推定されてもよい。

ここで、車両に作用する外乱としては、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、停車間際やイニシャルスタート時に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、制振制御のアルゴリズムと車両モデルＧｐ（ｓ）から導かれる伝達特性Ｇ_r（ｓ）とに基づいて外乱トルク推定値Ｔ_dを算出するので、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６に戻って説明を続ける。減算器５０３は、モータ角速度Ｆ／Ｂトルク設定器５０１からのモータ角速度Ｆ／ＢトルクＴωと、外乱トルク推定器５０２からの外乱トルク推定値Ｔｄとを加算することにより、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、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*に対して第２のトルク目標値Ｔｍ２^*が大きいと判断した場合、又は、停止位置制御開始フラグ設定器１００１にて算出した停止制御開始フラグの状態が１の時は、停車間際と判断して、第３のトルク目標値Ｔｍ３^*を第１のトルク目標値Ｔｍ１^*から第２のトルク目標値Ｔｍ２^*に切替えることにより停止制御を実行する。また、トルク比較器５０４は、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*に対して第１のトルク目標値Ｔｍ１^*が大きいと判断した場合、又は、停止位置制御開始フラグ処理器１００１にて算出した停止位置制御開始フラグの状態が０の時は、停車間際ではないと判断して、第３のトルク目標値Ｔｍ３^*を第２のトルク目標値Ｔｍ２^*から第１のトルク目標値Ｔｍ１^*に切替える。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。

次に、図２のステップＳ２０５で行われる制振制御処理の詳細について説明する。

図９は、電動車両の駆動力伝達系の振動を抑制する制振制御処理を実現する機能構成の一例を示すブロック図である。制振制御処理は、Ｆ／Ｆ補償器とＦ／Ｂ補償器との組み合わせにより構成される。

図９には、Ｆ／Ｆ補償器として制御ブロック８０１が示され、Ｆ／Ｂ補償器として、加算器８０５と、制御ブロック８０２と、減算器８０６と、制御ブロック８０３と、乗算器８０４とが示されている。

制御ブロック８０１は、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、電動車両のねじり振動を低減するフィルタリング処理を行うことにより、第４のトルク目標値Ｔｍ４^*を算出する。

制御ブロック８０１の伝達特性のうち、分母を構成するＧｐ（ｓ）は、式（９）の車両モデルＧｐ(ｓ)であり、分子を構成するＧｒ（ｓ）は、車両モデルＧｐ(ｓ)及び制振制御のアルゴリズムから導かれる式（１０）の車両モデルである。

加算器８０５は、フィードフォワード制御により得られた第４のトルク目標値Ｔｍ４^*にＦ／Ｂ補償器を構成する乗算器８０４の出力を加算して、第６のトルク目標値Ｔｍ６^*を出力する。

制御ブロック８０２は、車両モデルＧｐ(ｓ)を有するフィルタとしての機能を担っている。このため、制御ブロック８０２は、第６のトルク目標値Ｔｍ６^*を入力し、車両モデルＧｐ(ｓ)を考慮したフィルタリング処理を行うことにより、モータ回転速度ωｍの推定値を示すモータ回転速度推定値ωｍ＾を算出する。

減算器８０６は、モータ回転速度推定値ωｍ＾とモータ回転速度ωｍとの偏差を出力する。本実施形態の減算器８０６は、モータ回転速度推定値ωｍ＾からモータ回転速度ωｍを減じて偏差を算出する。

制御ブロック８０３は、Ｈ２（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、減算器８０６の偏差を入力してフィルタリング処理を行うことにより、外乱ｄの推定値を示す推定外乱ｄ＾を算出する。

制御ブロック８０３の伝達特性のうち、式（９）の車両モデルＧｐ(ｓ)及び制振制御のアルゴリズムから導かれる車両モデルであり、分子を構成するＨ２（ｓ）は、振動のみを低減するフィードバック要素となる伝達特性を有するバンドパスフィルタである。

乗算器８０４は、制御ブロック８０３からの推定外乱ｄ＾にフィードバックゲインＫ_FBを乗じて、モータ回転速度ωｍの制御誤差を考慮した第５のトルク目標値Ｔｍ５^*を算出する。そして加算器８０５により第５のトルク目標値Ｔｍ５^*が第４のトルク目標値Ｔｍ４^*に加算されることで、電動車両のねじり振動の発生を抑制するように第６のトルク目標値Ｔｍ６^*にモータ回転速度ωｍがフィードバックされる。

次に、制御ブロック８０３が有する伝達特性Ｈ２（ｓ）について説明する。

図１０は、伝達特性Ｈ２（ｓ）を実現するためのバンドパスフィルタの一例を示す図である。

伝達特性Ｈ２（ｓ）は、ローパス側での減衰特性とハイパス側での減衰特性とが略一致し、かつ、駆動系のねじり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る。このようにフィルタの特性を設定することにより、最も大きな効果を得ることができる。

例えば、１次のハイパスフィルタ及び１次のローパスフィルタを用いて伝達特性Ｈ２（ｓ）を構成する場合、伝達特性Ｈ２（ｓ）は次式（１８）で表され、周波数ｆｐが駆動系のねじり共振周波数に設定され、ｋが任意の値に設定される。

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

なお、本実施形態では、電動車両の駆動力伝達系にねじり振動が発生するため停止制御と制振制御を併用したが、駆動力伝達系にねじり振動が発生しない電動車両についてはステップＳ２０５の制振制御処理を実行しなくても良い。

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及び図１２を参照して説明する。図１１（ａ）は平坦路で、図１１（ｂ）は登坂路で、図１１（ｃ）は、降坂路で停止制御を実行した場合のタイムチャートを示す。いずれも、破線は従来の停止制御（従来例）、実線は本実施形態の停止制御（実施例）を表している。また、図１２は、本実施形態の停止制御中に前車が移動した場合に従来例に移行した場合のタイムチャートを示す。また、図１１、図１２ともに、上から、モータトルク指令値、モータ回転速度、および自車両の位置を示す。

図１１（ａ）に示す平坦路における従来例では、時刻ｔ０にてドライバのアクセル開度操作量がゼロとなり、停止制御開始と判断され、時刻ｔ３にかけて停止制御によってモータ回転速度が漸近的にゼロに収束している。

従来例は、前車や障害物との相対距離に依らず、モータトルクは一意に決まっているため回生トルクは小さい。その結果、時刻ｔ２では前車や障害物との相対距離が０となり、追突してしまうことが分かる。このように、従来例ではドライバの意図する目標停止位置に停止することができない。

一方、本発明にかかる実施例では、時刻ｔ０にてドライバのアクセル開度操作量がゼロとなり、停止制御開始と判断して停止制御が開始されており、時刻ｔ１にかけて前車や障害物との相対距離に応じてモータ回生トルクを大きく設定できるため、時刻ｔ３では前車や障害物との相対距離を確保しながら滑らかな停車を実現できていることが分かる。

図１１（ｂ）に示す登坂路における従来例では、時刻ｔ０にてドライバのアクセル操作量がゼロとなり、停止制御開始と判断され、時刻ｔ３にかけて停止制御によってモータ回転速度が漸近的にゼロに収束している。

従来例は、時刻ｔ１にてモータ回生トルクを大きく設定しているので、停止するまでの時間が短くなっている。このため、モータ回転速度がゼロに収束した時の位置（自車の停車位置）が、前車や障害物の位置に対してはるか手前で止まっており、ドライバの意図する目標停止位置に停止することができない。

一方、実施例では、時刻ｔ０にてドライバのアクセル開度操作量がゼロとなり、停止制御開始と判断して停止制御が開始されており、時刻ｔ２にかけて前車や障害物との相対距離に応じてモータ回生トルクを小さく設定できるため、時刻ｔ４では前車や障害物との相対距離を確保しながら滑らかな停車を実現できていることが分かる。

図１１（ｃ）に示す降坂路における従来例では、時刻ｔ０にてドライバのアクセル操作量がゼロとなり、停止制御開始と判断され、時刻ｔ２にかけて停止制御によってモータ回転速度が漸近的にゼロに収束している。

従来例では、前車や障害物との相対距離に依らず、モータトルクは一意に決まっているため、回生トルクが小さく、時刻ｔ２では前車や障害物との相対距離が０に近くなっており、追突のおそれがあることが分かる。結果、従来例では、ドライバの意図する目標停止位置に停止することができない。

一方、実施例では、時刻ｔ０にてドライバのアクセル開度操作量がゼロとなり、停止制御開始と判断して停止制御が開始されており、時刻ｔ１にかけて前車や障害物との相対距離に応じてモータ回生トルクを大きく設定できるため、時刻ｔ２では前車や障害物との相対距離を確保しながら滑らかな停車を実現できていることが分かる。

このように、本発明にかかる実施例によれば、ドライバの意図する停止位置、すなわち目標停止位置に自車両を停車させることができる。

図１２は、本実施形態にかかる停止制御中に前車が移動した場合の挙動を示す。なお、時刻ｔ１以降の実線は、従来の停止制御に移行した場合の挙動を示し、時刻ｔ１以降の破線は、従来の停止制御に移行しなかった場合の挙動を示している。

なお、本実施形態における停止制御中において従来の停止制御に移行する場合には、第１のモータ回転速度目標値（目標角速度）の値をゼロにすればよい、より具体的には、停止制御中において、上述したモータ角速度Ｆ／Ｂトルク設定器５０１が有する回転速度切替器６０６の出力をゼロにすることによって、目標停止位置を考慮せず、モータ４のトルクをモータ回転速度の低下とともに外乱トルクに収束させる従来の停止制御に移行することができる。

図では、時刻ｔ０にて前車が移動を開始している。そして、時刻ｔ１で目標停止位置と前車の距離とが所定値を超えたため、目標停止位置を設定しない従来の停止制御に移行している。このように、時刻ｔ１移行に従来の停止制御に移行して、減速度を従来例と同等にすることにより、移動後の前車の位置に対して、ドライバに違和感を生じさせることなく停車することができる。

このように、本実施形態を適用することによって、前車や障害物との相対距離に応じた目標停止位置に車両を滑らかに停車させることができる。

以上、一実施形態の電動車両の制御方法は、モータを走行駆動源とし、モータ４の回生制動力により減速する電動車両の制御方法である。この制御方法は、アクセル操作量を取得し、電動車両の車体に作用する外乱トルクを推定し、電動車両を駆動する駆動軸８の回転速度に相関のある回転体の角速度（モータ回転速度ωｍ）を取得し、アクセル操作量に基づいて第１のトルク指令値（第１のトルク目標値Ｔｍ１^*）を算出し、第１のトルク指令値をトルク指令値（モータトルク指令値Ｔｍ^*）に設定し、トルク指令値に基づいてモータ４に生じるトルクを制御し、電動車両が停止する際の目標停止位置を設定し、電動車両から目標停止位置までの距離に応じて回転体の目標角速度（第１のモータ回転速度目標値）を算出し、目標角速度と取得した角速度との差分に基づいて、電動車両を目標停止位置に停止させるための第２のトルク指令値（第２のトルク目標値Ｔｍ２^*）を算出する。そして、アクセル操作量が減少またゼロになり、かつ、電動車両が停車間際である場合には、第２のトルク指令値をトルク指令値に設定するとともに、目標停止位置までの距離に応じてモータ４の制駆動力を調整して、トルク指令値を外乱トルク推定値Ｔｄに収束させる。

これにより、目標停止位置までの距離に応じて目標角速度を算出し、当該目標角速度に応じてモータトルクを制御することができるので、ドライバの所望の位置に自車両を停止させることが可能となる。

また、一実施形態の電動車両の制御方法によれば、目標停止位置は、電動車両と、当該電動車両の進行方向に存在する車両又は障害物との相対距離から所定の距離を減じて算出される。これにより、前車との車間距離に応じて目標停止位置が設定されるので、例えば前車の減速度が増加した場合であっても、車両停止時に前車に追突する可能性を軽減することができる。また、このように制御されることにより、ドライバがブレーキペダルを踏み換え操作する必要性が低減されるので、ドライバビリティが向上し、車両の商品価値を高めることができる。また、目標停止位置が車両又は障害物との相対距離から所定の距離を減じて算出されることにより、前車や障害物に対して一定の距離を保って停車することが可能となる。

また、一実施形態の電動車両の制御方法によれば、上記の所定の距離は、電動車両の停止時における当該電動車両と、当該電動車両の進行方向に存在する車両又は障害物との相対距離の目標値であって、ドライバによって変更可能に設定される。これにより、停車時における自車両から前車又は障害物までの距離をドライバが任意に変更することが可能となる。

また、一実施形態の電動車両の制御方法によれば、電動車両と、当該電動車両の進行方向に存在する車両又は障害物との相対距離は、距離を測定可能なセンサ、レーダ、又はカメラ１０を用いて検出する。これにより、自車両との相対距離を検出することができるので、検出した相対距離に基づいて目標停止位置を算出することが可能となる。

また、一実施形態の電動車両の制御方法によれば、電動車両と、当該電動車両の進行方向に存在する車両又は障害物との相対距離が所定値以下に低下した場合には、停車間際と判断して、トルク指令値（モータトルク指令値Ｔｍ^*）を第１のトルク指令値（第１のトルク目標値Ｔｍ１^*）から第２のトルク指令値（第２のトルク目標値Ｔｍ２^*）に切替える。これにより、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*によって減速した後、車両を目標停止位置に停止させるための第２のトルク目標値Ｔｍ２^*に切替わったモータトルク指令値Ｔｍ^*が外乱トルクに収束されるので、加速度振動の無い常に滑らかな減速を実現することができ、かつ、車両を目標停止位置に停車させることができる。

また、一実施形態の電動車両の制御方法によれば、第１のトルク指令値と第２のトルク指令値の大きさを比較し、第２のトルク指令値に対して第１のトルク指令値が大きい場合には、トルク指令値（モータトルク指令値Ｔｍ^*）を第２のトルク指令値（第２のトルク目標値Ｔｍ２^*）から第１のトルク指令値（第１のトルク目標値Ｔｍ１^*）に切替える。これにより、車両を目標停止位置に停止させる第２のトルク目標値Ｔｍ２^*からアクセル操作量に応じて算出される第１のトルク目標値Ｔｍ１^*に切り替わるので、ドライバの要求に応じた走行が可能になる。

また、一実施形態の電動車両の制御方法によれば、アクセル操作量が減少またゼロになり、かつ、電動車両が停車間際である場合に電動車両の進行方向に存在する車両又は障害物が移動することにより目標停止位置と当該車両又は障害物の位置とが所定距離以上離れた場合には、目標角速度をゼロに設定する。これにより、目標停止位置に停止させる本実施形態の停止制御から、目標停止位置を考慮せず、モータ４のトルクをモータ回転速度の低下とともに外乱トルクに収束させる従来の停止制御に移行することができる。その結果、前車が移動する前に設定された目標停止位置が維持されることで、前車から離れすぎた位置に車両を停止させるような事態を回避することができるので、ドライバに違和感を生じさせずに車両を停止させることができる。

また、一実施形態の電動車両の制御方法によれば、目標角速度（乗算器６０４の出力値）には、所定のリミット値が施される。これにより、停止制御開始時にモータトルク指令値Ｔｍ^*が急激に変動すること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。

例えば、上述の各種演算に用いたモータ回転速度ωｍは、電動車両を駆動する駆動軸８の回転速度に相関のある回転体の角速度であればよく、適宜変更されてよい。例えば、上述の各種演算に用いるパラメータとして、モータ回転速度ωｍに代えて、車輪速や車体速度、又はドライブシャフトの回転速度等を用いてもよい。

Claims (10)

1. 走行駆動源であるモータと、前記モータの回生制動力を制御して電動車両を減速させるコントローラと、を備える電動車両の制御方法であって、
   前記コントローラは、
   アクセル操作量を取得し、
   前記電動車両を駆動する駆動軸の回転速度に相関のある回転体の角速度を取得し、
   前記アクセル操作量に基づいて第１のトルク指令値を算出し、
   前記第１のトルク指令値をトルク指令値に設定し、
   前記トルク指令値に基づいて前記モータに生じるトルクを制御し、
   前記電動車両が停止する際の目標停止位置を設定し、
   前記電動車両から前記目標停止位置までの距離に応じて、前記回転体の目標角速度を算出し、
   前記目標角速度と取得した前記角速度との差分に基づいて、前記電動車両を前記目標停止位置に停止させるための第２のトルク指令値を算出し、
   前記アクセル操作量が減少またはゼロになり、かつ、前記電動車両が停車間際である場合には、前記第２のトルク指令値を前記トルク指令値に設定するとともに、前記目標停止位置までの距離に応じて前記モータの制駆動力を調整する、
   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、
   前記コントローラは、
   前記電動車両の車体に作用する外乱トルクを推定し、
   前記第２のトルク指令値を前記トルク指令値に設定するとともに、前記目標停止位置までの距離に応じて前記モータの制駆動力を調節することによって、前記トルク指令値を前記外乱トルクに収束させる、
   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において、
   前記目標停止位置は、前記電動車両と、当該電動車両の進行方向に存在する車両又は障害物との相対距離から所定の距離を減じて算出される、
   電動車両の制御方法。
4. 請求項３に記載の電動車両の制御方法において、
   前記所定の距離は、前記電動車両の停止時における当該電動車両と、当該電動車両の進行方向に存在する車両又は障害物との相対距離の目標値であって、ドライバによって変更可能に設定される、
   電動車両の制御方法。
5. 請求項３または４に記載の電動車両の制御方法において、
   前記電動車両と、当該電動車両の進行方向に存在する車両又は障害物との相対距離は、距離を測定可能なセンサ、レーダ、又はカメラを用いて検出する、
   電動車両の制御方法。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の電動車両の制御方法において、
   前記コントローラは、
   前記電動車両と、当該電動車両の進行方向に存在する車両又は障害物との相対距離が所定値以下に低下した場合には、前記停車間際と判断して、前記トルク指令値を前記第１のトルク指令値から前記第２のトルク指令値に切替える、
   電動車両の制御方法。
7. 請求項６に記載の電動車両の制御方法において、
   前記コントローラは、
   前記第１のトルク指令値と前記第２のトルク指令値の大きさを比較し、
   前記第２のトルク指令値に対して前記第１のトルク指令値が大きい場合には、前記トルク指令値を前記第２のトルク指令値から前記第１のトルク指令値に切替える、
   電動車両の制御方法。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の電動車両の制御方法において、
   前記コントローラは、
   前記アクセル操作量が減少またはゼロになり、かつ、前記電動車両が停車間際である場合に前記電動車両の進行方向に存在する車両又は障害物が移動することにより前記目標停止位置と当該車両又は障害物の位置とが所定距離以上離れた場合には、
   前記目標角速度をゼロに設定する、
   電動車両の制御方法。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の電動車両の制御方法において、
   前記目標角速度には、所定のリミット値が施される、
   電動車両の制御方法。
10. 走行駆動源であるモータと、前記モータの回生制動力を制御して電動車両を減速させるコントローラとを備える電動車両の制御装置であって、
    前記コントローラは、
    アクセル操作量を取得し、
    前記電動車両を駆動する駆動軸の回転速度に相関のある回転体の角速度を取得し、
    前記アクセル操作量に基づいて第１のトルク指令値を算出し、
    前記第１のトルク指令値をトルク指令値に設定し、
    前記トルク指令値に基づいて前記モータに生じるトルクを制御し、
    前記電動車両が停止する際の目標停止位置を設定し、
    前記電動車両から前記目標停止位置までの距離に応じて、前記回転体の目標角速度を算出し、
    前記目標角速度と取得した前記角速度との差分に基づいて、前記電動車両を前記目標停止位置に停止させるための第２のトルク指令値を算出し、
    前記アクセル操作量が減少またはゼロになり、かつ、前記電動車両が停車間際である場合には、前記第２のトルク指令値を前記トルク指令値に設定するとともに、前記目標停止位置までの距離に応じて前記モータの制駆動力を調整する、
    電動車両の制御装置。

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