JPWO2015080027A1 - 電動車両の制御装置および電動車両の制御方法 - Google Patents

Abstract

モータを走行駆動源とし、モータの回生制動力により減速する電動車両の制御装置は、アクセル操作量を検出するとともに、モータトルク指令値を算出し、算出したモータトルク指令値に基づいて、モータを制御する。アクセル操作量が所定値以下であり、かつ、電動車両が停車間際になると、モータの回転速度の低下とともにモータトルク指令値をゼロに収束させる。

Description

本発明は、電動車両の制御装置および電動車両の制御方法に関する。

従来、電動機の回生制動力を任意に設定し得る設定手段を設け、設定手段によって設定された回生制動力で電動機の回生を行う電気自動車用回生ブレーキ制御装置が知られている（ＪＰ８−７９９０７Ａ参照）。

しかしながら、設定手段によって設定された回生制動力が大きい場合には、設定された回生制動力で電気自動車が減速して速度が０になったときに、車体の前後方向に振動が発生するという問題が生じる。

本発明は、回生制動力で電動車両を停止させる際に、車体の前後方向に振動が発生するの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装置は、モータを走行駆動源とし、モータの回生制動力により減速する電動車両の制御装置であって、アクセル操作量を検出するとともに、モータトルク指令値を算出し、算出したモータトルク指令値に基づいて、モータを制御する。アクセル操作量が所定値以下であり、かつ、電動車両が停車間際になると、モータの回転速度の低下とともにモータトルク指令値をゼロに収束させる。

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される。

図１は、一実施の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、車両の駆動力伝達系をモデル化した図である。 図５は、停止制御処理を実現するためのブロック図である。 図６は、モータ回転速度ωｍに基づいて、モータ回転速度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。 図７は、モータ回転速度ωｍと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ブロック図である。 図８は、一実施の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を示す図である。 図９は、一実施の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を示す図であって、アクセル操作量を０とした場合のタイムチャートである。 図１０は、一実施の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を示す図であって、アクセル操作量を一定とした場合のタイムチャートである。 図１１は、一実施の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を示す図であって、アクセル操作量を徐々に増加させた場合のタイムチャートである。 図１２は、モータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωを第２のトルク目標値Ｔｍ２^*として設定する場合において、停止制御処理を実現するためのブロック図である。

図１は、一実施の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を示すブロック図である。本発明の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を備え、電動モータ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。特に、本実施形態におけ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とができる車両に適用することができる。この車両では、ドライバは、加速時に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、または、アクセルペダルの踏み込み量をゼロとする。なお、車両の減速とは、車速がゼロに近づくことをいう。

モータコントローラ２は、車速Ｖ、アクセル開度ＡＰ、電動モータ（三相交流モータ）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をデジタル信号として入力し、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、モータコントローラ２は、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、例えば、各相ごとに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）を備え、駆動信号に応じてスイッチング素子をオン／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およびドライブシャフト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、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、車両状態を示す信号を入力する。ここでは、車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）、アクセル開度ＡＰ（％）、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、バッテリ１とインバータ３間の直流電圧値Ｖｄｃ（Ｖ）を入力する。

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する。または、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するか、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する。

電動モータ４の回転子位相α（ｒａｄ）は、回転センサ６から取得する。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４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から取得する。

直流電圧値Ｖｄｃ（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）、または、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から求める。

ステップＳ２０２では、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*を設定する。具体的には、ステップＳ２０１で入力されたアクセル開度ＡＰおよびモータ回転速度ωｍ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、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*を設定する。上述したように、本実施形態におけ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とができる車両に適用可能であり、少なくともアクセルペダルの全閉によって車両を停止させることを可能とするために、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時であって、少なくともアクセル開度が０（全閉）の時には、回生制動力が働くように、負のモータトルクが設定されている。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ることはない。

ステップＳ２０３では、停止制御処理を行う。具体的には、電動車両の停車間際を判断し、停車間際以前は、ステップＳ２０２で算出した第１のトルク目標値Ｔｍ１^*をモータトルク指令値Ｔｍ^*に設定し、停車間際以降は、モータ回転速度の低下とともに外乱トルク推定値Ｔｄに収束する第２のトルク目標値Ｔｍ２^*をモータトルク指令値Ｔｍ^*に設定する。この第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、後述するように、路面の勾配に関わらず、停車状態を維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Ｓ２０４では、ステップＳ２０３で算出したモータトルク目標値Ｔｍ^*、モータ回転速度ωｍおよび直流電圧値Ｖｄｃ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、および直流電圧値と、ｄ軸電流目標値および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^*、ｑ軸電流目標値ｉｑ^*を求める。

ステップＳ２０５では、ｄ軸電流ｉｄおよび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^*および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とに基づいて、ｄ軸電流ｉｄおよび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、算出したｄ軸、ｑ軸電圧指令値ｖｄ、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、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と直流電圧値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。

ここで、ステップＳ２０３で行われる停止制御処理について説明する前に、本実施形態における電動車両の制御装置において、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４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：電動モータのイナーシャ
Ｊ_w：駆動輪のイナーシャ
Ｍ：車両の重量
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：タイヤの荷重半径
ω_m：電動モータの角速度
Ｔ_m：トルク目標値
Ｔ_d：駆動輪のトルク
Ｆ：車両に加えられる力
Ｖ：車両の速度
ω_w：駆動輪の角速度

そして、図４より、以下の運動方程式を導くことができる。ただし、式（１）〜（３）中の符号の右上に付されているアスタリスク（^*）は、時間微分を表している。

式（１）〜（５）で示す運動方程式に基づいて、電動モータ４のトルク目標値Ｔｍからモータ回転速度ωｍまでの伝達特性Ｇｐ（ｓ）を求めると、次式（６）で表される。

ただし、式（６）中の各パラメータは、次式（７）で表される。

式（６）に示す伝達関数の極と零点を調べると、次式（８）の伝達関数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、次式（８）のαとβが極めて近い値を示すことに相当する。

従って、式（８）における極零相殺（α＝βと近似する）を行うことにより、次式（９）に示すように、Ｇｐ（ｓ）は、（２次）／（３次）の伝達特性を構成する。

続いて、図２のステップＳ２０３で行われる停止制御処理の詳細について説明する。図５は、停止制御処理を実現するためのブロック図である。

モータ回転速度Ｆ／Ｂトルク設定器５０１は、検出されたモータ回転速度ωｍに基づいて、電動車両を電動モータ４の回生制動力によって停止させるためのモータ回転速度フィードバックトルクＴω（以下、モータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωと呼ぶ）を算出する。

図６は、モータ回転速度ωｍに基づいて、モータ回転速度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。モータ回転速度Ｆ／Ｂトルク設定器５０１は、乗算器６０１を備え、モータ回転速度ωｍにゲインＫｖｒｅｆを乗算することにより、モータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωを算出する。ただし、Ｋｖｒｅｆは、電動車両の停止間際に電動車両を停止させるのに必要な負（マイナス）の値であり、例えば、実験データ等により適宜設定される。すなわち、モータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωは、モータ回転速度ωｍが大きいほど、大きい回生制動力が得られるトルクとして設定される。

なお、モータ回転速度Ｆ／Ｂトルク設定器５０１は、モータ回転速度ωｍにゲインＫｖｒｅｆを乗算することにより、モータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωを算出するものとして説明したが、モータ回転速度ωｍに対する回生トルクを定めた回生トルクテーブルや、モータ回転速度ωｍの減衰率を予め記憶した減衰率テーブル等を用いて、モータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωを算出してもよい。

外乱トルク推定器５０２は、検出されたモータ回転速度ωｍと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。

図７は、モータ回転速度ωｍと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ブロック図である。

制御ブロック７０１は、Ｈ（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、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。Ｇｐ（ｓ）は、車両へのトルク入力とモータの回転速度の伝達特性のモデルであり、Ｈ（ｓ）は、分母次数と分子次数との差分が、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、Ｈ（ｓ）なる伝達特性を有するローパス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２のモータトルク推定値から第１のモータトルク推定値を減算することにより、外乱トルク推定値を算出する。

本実施形態では、第２のモータトルク推定値と第１のモータトルク推定値との偏差に対して、制御ブロック７０４によりフィルタリング処理を施すことにより、外乱トルク推定値Ｔｄを算出する。制御ブロック７０４は、Ｈｚ（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２のモータトルク推定値と第１のモータトルク推定値と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、外乱トルク推定値Ｔｄを算出する。

ここで、伝達特性Ｈｚ（ｓ）について説明する。式（９）を書き換えると、次式（１０）が得られる。ただし、式（１０）中のξ_z、ω_z、ξ_p、ω_pはそれぞれ、式（１１）で表される。

以上より、Ｈｚ（ｓ）を次式（１２）で表す。ただし、ξ_c＞ξ_zとする。また、ギアのバックラッシュを伴う減速シーンで振動抑制効果を高めるために、ξ_c＞１とする。

なお、本実施形態では、外乱トルクは、図７に示す通り、外乱オブザーバにより推定するが、車両前後Ｇセンサ等の計測器を使って推定してもよい。

ここで、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、停車間際で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と車両モデルＧｐ（ｓ）に基づいて、外乱トルク推定値Ｔｄ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５に戻って説明を続ける。加算器５０３は、モータ回転速度Ｆ／Ｂトルク設定器５０１によって算出されたモータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωと、外乱トルク推定器５０２によって算出された外乱トルク推定値Ｔｄとを加算することによって、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、値が大きい方のトルク目標値をモータトルク指令値Ｔｍ^*に設定する。車両の走行中、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*は第１のトルク目標値Ｔｍ１^*よりも小さく、車両が減速して停車間際（車速が所定車速以下）になると、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*よりも大きくなる。従って、トルク比較器５０４は、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*が第２のトルク目標値Ｔｍ２^*より大きければ、停車間際以前と判断して、モータトルク指令値Ｔｍ^*を第１のトルク目標値Ｔｍ１^*に設定する。また、トルク比較器５０４は、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*が第１のトルク目標値Ｔｍ１^*より大きくなると、車両が停車間際と判断して、モータトルク指令値Ｔｍ^*を第１のトルク目標値Ｔｍ１^*から第２のトルク目標値Ｔｍ２^*に切り替える。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。

図８は、一実施の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を示す図である。図８（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、登坂路、平坦路、降坂路で停車する場合の制御結果であり、各図において、上から順にモータ回転速度、モータトルク指令値、車両前後加速度を表している。

時刻ｔ０では、図２のステップＳ２０２で算出される第１のトルク目標値Ｔｍ１^*に基づいて、電動モータ４の減速が行われる。

時刻ｔ１では、図５のＳ５０４において、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*が第１のトルク目標値Ｔｍ１^*より大きくなって停車間際と判断されることにより、モータトルク指令値Ｔｍ^*が第１のトルク目標値Ｔｍ１^*から第２のトルク目標値Ｔｍ２^*に切り替わる。この後、モータ回転速度ωｍの低下に応じて、モータトルク指令値Ｔｍ^*は、外乱トルク推定値Ｔｄに少しずつ近づいていく。

時刻ｔ３では、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、登坂路、平坦路、降坂路によらず、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。これにより、停車時に前後方向の加速度振動のない滑らかな停車を実現することができる。時刻ｔ３以後は、登坂路、平坦路、降坂路によらず、モータ回転速度ωｍは０であり、停車状態が維持されていることが分かる。

続いて、図９〜１１を参照して、アクセル操作量を加味した、より具体的な一実施の形態における電動車両の制御装置による制御結果について説明する。

図９〜１１は、図８と同様、一実施の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を示す図である。図９は、アクセル操作量をゼロとした場合の制御結果、図１０は、アクセル操作量を一定とした場合の制御結果、図１１は、アクセル操作量を徐々に増加させた場合の制御結果を示している。図９（ａ）〜（ｃ）、図１０（ａ）〜（ｃ）、図１１（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、登坂路、平坦路、降坂路で停車する場合の制御結果を表している。また、各図において、上から順にモータ回転速度、モータトルク指令値、車両前後加速度、および、アクセル開度を表している。

また、図９〜１１においてモータトルク指令値を示す図には、モータトルク指令値（実線）および外乱トルク推定値（一点鎖線）に加えて、第１のトルク目標値(点線)、および、第２のトルク目標値（破線）を示している。

時刻ｔ０では、図２のステップＳ２０２で算出される第１のトルク目標値Ｔｍ１^*に基づいて、電動モータの減速が行われる。

時刻ｔ１では、図５のＳ５０４において、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*が第１のトルク目標値Ｔｍ１^*より大きくなって停車間際と判断されることにより、モータトルク指令値Ｔｍ^*が第１のトルク目標値Ｔｍ１^*から第２のトルク目標値Ｔｍ２^*に切り替わる。この後、モータ回転速度ωｍの低下に応じて、モータトルク指令値Ｔｍ^*は、外乱トルク推定値Ｔｄに少しずつ近づいていく。この間、図９〜１１で示すとおり、モータトルク指令値Ｔｍ^*は、アクセル操作量に依存せず、外乱トルク推定値Ｔｄに収束していく。

時刻ｔ３では、図９〜１１の各図の（ａ）〜（ｃ）に示すように、アクセル開度、および路面状況（登坂路、平坦路、降坂路）によらず、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。これにより、停車時に前後方向の加速度振動のない滑らかな停車を実現することができる。時刻ｔ３以後は、アクセル開度、路面状況によらず、モータ回転速度ωｍは０であり、停車状態が維持されていることが分かる。

このように、Ｓ５０４において停車間際と判断する場合は、アクセル操作量によらず、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^*に切り替わり、モータ回転速度の低下とともに外乱トルク推定値に収束する。

ここで、登坂路では、ギアのバックラッシュを跨ぐ区間（図８〜１１の各図（ａ）の時刻ｔ２の直前）が発生する。モータ回転速度に、ギアのバックラッシュを跨ぐシーン等に発生するＧｐ（ｓ）とのモデル化誤差に起因する外乱が印加されると、Ｇｐ（ｓ）のゼロ点の特性により減衰係数ξ_zが１より小さいと、伝達特性Ｈ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）のフィルタ（制御ブロック７０１）によるフィルタ処理にて、１〜３Ｈｚ程度の振動が励起されてモータトルク指令値に伝播する。この１〜３Ｈｚ程度の振動は、加速度振動として車両に現れ、滑らかな停車を損なうことになるが、本実施形態では、第２のモータトルク推定値と第１のモータトルク推定値との偏差に対して、伝達特性Ｈｚ（ｓ）を有するフィルタ（制御ブロック７０３）によるフィルタ処理を施すことによって、外乱トルク推定値Ｔｄを算出するので、図８〜１１の各図（ａ）に示すように、ギアのバックラッシュを跨ぐシーンにおいても滑らかに減速および停車することができる。

ここで、上述した説明では、モータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωと外乱トルク推定値Ｔｄとを加算することによって、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*を算出したが、モータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωを第２のトルク目標値Ｔｍ２^*として設定してもよい。図１２は、モータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωを第２のトルク目標値Ｔｍ２^*として設定する場合において、停止制御処理を実現するためのブロック図である。図１２において、図５に示す構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付している。

モータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωを第２のトルク目標値Ｔｍ２^*として設定した場合も、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*が第１のトルク目標値Ｔｍ１^*より大きくなって停車間際と判断されることにより、モータトルク指令値Ｔｍ^*が第１のトルク目標値Ｔｍ１^*から第２のトルク目標値Ｔｍ２^*に切り替わる。このとき、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*は、モータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωと同一値であるため、モータ回転速度ωｍの低下に応じて、モータトルク指令値Ｔｍ^*はゼロに収束する。

以上、一実施の形態における電動車両の制御装置は、電動モータ４を走行駆動源とし、電動モータ４の回生制動力により減速する電動車両の制御装置であって、アクセル操作量を検出するとともに、モータトルク指令値Ｔｍ^*を算出し、算出したモータトルク指令値Ｔｍ^*に基づいて、電動モータ４を制御する。特に、アクセル操作量が所定値以下であり、かつ、電動車両が停車間際になると、電動モータ４の回転速度の低下とともにモータトルク指令値Ｔｍ^*をゼロに収束させるので、平坦路において、前後方向における加速度振動のない滑らかな減速を停車間際で実現することができ、かつ、停車状態を保持することができる。また、フットブレーキなどの機械的制動手段によるブレーキ制動力を使わなくても車両を停車状態まで減速させることができるので、停車間際においても電動モータ４を回生運転させることができ、電費を向上させることができる。さらに、アクセル操作のみで車両の加減速および停車を実現することができるので、アクセルペダルとブレーキペダルの踏み替え操作が必要なく、ドライバの負担を軽減することができる。なお、アクセル操作量が所定値以下とは、車両が、回生制動とは別に、制動装置が介入することなく、十分に低速（例えば１５ｋｍ/ｈ以下の速度）で走行しているときのアクセル操作量を意図している。なお、例に挙げた車速は一例であることは言うまでもない。

ドライバがブレーキペダルを用いて車両を停車させる場合、運転に慣れていないドライバはアクセルペダルを強く踏みすぎて、停車時に車両の前後方向に加速度振動が発生する。また、アクセル操作のみで車両の加減速および停車を実現する車両において、一定の減速度で減速および停車を実現しようとすると、減速時に十分な減速を実現するためには減速度を大きくする必要があるため、停車時に車両の前後方向に加速度振動が発生する。しかしながら、一実施の形態における電動車両の制御装置によれば、どのようなドライバであっても、上述したように、アクセル操作のみで滑らかな減速および停車を実現することができる。

また、一実施の形態における電動車両の制御装置では、モータ回転速度ωｍを検出し、検出したモータ回転速度ωｍに所定のゲインＫｖｒｅｆを乗算して、モータ回転速度フィードバックトルクＴωを算出する。そして、アクセル操作量が所定値以下であり、かつ、電動車両が停車間際になると、モータ回転速度フィードバックトルクＴωをモータトルク指令値Ｔｍ^*として設定する。モータ回転速度フィードバックトルクＴωは、粘性（ダンパ）として働くため、停車間際においてモータ回転速度ωｍは滑らか（漸近的に）にゼロに収束する。これにより、前後加速度にショックのない滑らかな停車を実現することができる。

さらに、一実施の形態における電動車両の制御装置では、車両情報に基づいて第１のトルク目標値Ｔｍ１^*を算出するとともに、モータ回転速度フィードバックトルクＴωを第２のトルク目標値Ｔｍ２^*として算出し、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*と第２のトルク目標値Ｔｍ２^*のうち、大きい方の値をモータトルク指令値Ｔｍ^*に設定する。これにより、車両情報に基づいた第１のトルク目標値Ｔｍ１^*で減速した後に、停車間際において第２のトルク目標値Ｔｍ２^*に切り替えて、減速からの滑らかな停車を実現することができる。また、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*と第２のトルク目標値Ｔｍ２^*のうちの大きい方の値をモータトルク指令値Ｔｍ^*に設定するので、いかなる勾配においても、トルク目標値の切り替えタイミングにおいてトルク段差が発生することがなく、滑らかな減速を実現することができる。

また、一実施の形態における電動車両の制御装置では、外乱トルクを推定し、アクセル操作量が所定値以下であり、かつ、電動車両が停車間際になると、モータ回転速度の低下とともにモータトルク指令値Ｔｍ^*を外乱トルク推定値Ｔｄに収束させるので、登坂路、平坦路、降坂路によらず、前後方向における加速度振動のない滑らかな減速を停車間際で実現することができ、かつ、停車状態を保持することができる。

外乱トルク推定値Ｔｄは、登坂路では正の値、降坂路では負の値として推定するので、坂路においても滑らかに停車し、フットブレーキを必要とせずに停車状態を保持することができる。また、平坦路では外乱トルク推定値Ｔｄをゼロとして推定するので、平坦路において、滑らかに停車し、フットブレーキを必要とせずに停車状態を保持することができる。

一実施の形態における電動車両の制御装置では、モータ回転速度ωｍを検出し、検出したモータ回転速度ωｍに所定のゲインＫｖｒｅｆを乗算して、モータ回転速度フィードバックトルクＴωを算出する。そして、アクセル操作量が所定値以下であり、かつ、電動車両が停車間際になると、モータ回転速度フィードバックトルクＴωと外乱トルクＴｄとの加算値を、モータトルク指令値Ｔｍ^*として算出する。モータ回転速度フィードバックトルクＴωは、モータトルクからモータ回転速度までの動特性に対して粘性（ダンパ）として働くため、停車間際においてモータ回転速度ωｍは滑らか（漸近的に）にゼロに収束する。これにより、前後加速度の振動を抑制した滑らかな停車を実現することができる。

また、車両へのトルク入力とモータの回転速度の伝達特性のモデルＧｐ（ｓ）に基づいて、外乱トルクを推定するので、精度良く外乱トルク推定値Ｔｄを求めることができる。

特に、モデルＧｐ（ｓ）と、分母次数と分子次数との差分が、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Ｈ（ｓ）とで構成されるＨ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）なる伝達特性を有するフィルタにモータ回転速度ωｍを入力して第１のモータトルク推定値を算出するとともに、伝達特性Ｈ（ｓ）を有するフィルタにモータトルク指令値Ｔｍ^*を入力して第２のモータトルク推定値を算出し、第２のモータトルク推定値と第１のモータトルク推定値との偏差を演算することにより、外乱トルク推定値Ｔｄを求める。これにより、精度良く外乱トルク推定値Ｔｄを求めることができる。

また、モデルＧｐ（ｓ）の分子が２次式で表される場合に、２次式の分子と２次式の分母で構成されるフィルタＨｚ（ｓ）を用いて第２のモータトルク推定値と第１のモータトルク推定値との偏差に対してフィルタリング処理を施すことにより、外乱トルク推定値Ｔｄを求める。このフィルタＨｚ（ｓ）の分子の２次式は、モデルＧｐ（ｓ）の分子の２次式であり、フィルタＨｚ（ｓ）の分母の２次式は、モデルＧｐ（ｓ）の分子の２次式から演算される第１の減衰係数ξ_zよりも大きい値に設定された第２の減衰係数ξ_cを有する２次式である。モータ回転速度ωｍに、ギアのバックラッシュを跨ぐシーン等で発生するＧｐ（ｓ）とのモデル化誤差を含む外乱が印加されると、Ｇｐ（ｓ）のゼロ点の特性により、ξ_zが１より小さいと、Ｈ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）なる伝達特性を有するフィルタによるフィルタ処理で１〜３Ｈｚ程度の振動が励起され、モータトルク指令値に伝播してしまう。このため、第２のモータトルク推定値と第１のモータトルク推定値との偏差に対して、フィルタＨｚ（ｓ）によりフィルタ処理を施すことで、ギアのバックラッシュを跨ぐシーン等においても、滑らかに減速および停車することができる。

また、第２の減衰係数ξ_cを１よりも大きい値に設定するので、振動抑制効果を高めることができる。

一実施の形態における電動車両の制御装置によれば、車両情報に基づいて第１のトルク目標値Ｔｍ１^*を算出するとともに、モータ回転速度ωｍの低下とともに外乱トルク推定値Ｔｄに収束する第２のトルク目標値Ｔｍ２^*を算出し、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*より第２のトルク目標値Ｔｍ２^*が大きくなると、電動車両が停車間際であると判断して、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。これにより、車両情報に基づいた第１のトルク目標値Ｔｍ１^*で減速した後に、停車間際において第２のトルク目標値Ｔｍ２^*に切り替えて、減速からの滑らかな停車を実現することができる。

本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、上述した説明では、アクセル操作量が所定値以下であり、かつ、電動車両が停車間際になると、電動モータ４の回転速度の低下とともにモータトルク指令値Ｔｍ^*を外乱トルク推定値Ｔｄ（またはゼロ）に収束させるものとして説明した。しかし、車輪速や車体速度、ドライブシャフトの回転速度などの車両パラメータ（速度パラメータ）は、電動モータ４の回転速度と比例関係にあるため、電動モータ４の回転速度に比例する車両パラメータの低下とともにモータトルク指令値Ｔｍ^*を外乱トルク推定値Ｔｄ（またはゼロ）に収束させるようにしてもよい。

本願は、２０１３年１１月２９日に日本国特許庁に出願された特願２０１３−２４７４０７に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (13)

1. モータを走行駆動源とし、前記モータの回生制動力により減速する電動車両の制御装置であって、
   前記アクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、
   モータトルク指令値を算出するモータトルク指令値算出手段と、
   前記モータトルク指令値に基づいて、前記モータを制御するモータ制御手段と、
   を備え、
   前記モータトルク指令値算出手段は、前記アクセル操作量が所定値以下であり、かつ、電動車両が停車間際になると、モータの回転速度または前記モータの回転速度に比例する車両パラメータの低下とともに前記モータトルク指令値をゼロに収束させる、
   電動車両の制御装置。
2. 請求項１に記載の電動車両の制御装置において、
   前記モータの回転速度を検出するモータ回転速度検出手段と、
   前記モータの回転速度に所定のゲインを乗算して、モータ回転速度フィードバックトルクを算出するモータ回転速度フィードバックトルク算出手段とをさらに備え、
   前記モータトルク指令値算出手段は、前記アクセル操作量が所定値以下であり、かつ、電動車両が停車間際になると、前記モータ回転速度フィードバックトルクを前記モータトルク指令値として設定する、
   電動車両の制御装置。
3. 請求項２に記載の電動車両の制御装置において、
   車両情報に基づいて第１のトルク目標値を算出する第１のトルク目標値算出手段と、
   前記モータ回転速度フィードバックトルクを第２のトルク目標値として算出する第２のトルク目標値算出手段と、
   前記第１のトルク目標値と前記第２のトルク目標値の大きさを比較するトルク比較手段と、
   をさらに備え、
   前記モータトルク指令値算出手段は、前記第１のトルク目標値と前記第２のトルク目標値のうち、大きい方の値を前記モータトルク指令値とする、
   電動車両の制御装置。
4. 請求項１に記載の電動車両の制御装置において、
   外乱トルクを推定する外乱トルク推定手段をさらに備え、
   前記モータトルク指令値算出手段は、前記アクセル操作量が所定値以下であり、かつ、電動車両が停車間際になると、前記モータの回転速度または前記モータの回転速度に比例する車両パラメータの低下とともに前記モータトルク指令値を前記外乱トルクに収束させる、
   電動車両の制御装置。
5. 請求項４に記載の電動車両の制御装置において、
   前記外乱トルク推定手段は、前記外乱トルクを、登坂路では正の値、降坂路では負の値として推定する、
   電動車両の制御装置。
6. 請求項４または請求項５に記載の電動車両の制御装置において、
   前記外乱トルク推定手段は、平坦路では前記外乱トルクをゼロとする、
   電動車両の制御装置。
7. 請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の電動車両の制御装置において、
   前記モータの回転速度を検出するモータ回転速度検出手段と、
   前記モータの回転速度に所定のゲインを乗算して、モータ回転速度フィードバックトルクを算出するモータ回転速度フィードバックトルク算出手段と、
   をさらに備え、
   前記モータトルク指令値算出手段は、前記アクセル操作量が所定値以下であり、かつ、電動車両が停車間際になると、前記モータ回転速度フィードバックトルクと前記外乱トルクとの加算値を、前記モータトルク指令値として算出する、
   電動車両の制御装置。
8. 請求項４から請求項７のいずれか一項に記載の電動車両の制御装置において、
   前記外乱トルク推定手段は、車両へのトルク入力とモータの回転速度の伝達特性のモデルＧｐ（ｓ）に基づいて、前記外乱トルクを推定する、
   電動車両の制御装置。
9. 請求項８に記載の電動車両の制御装置において、
   前記外乱トルク推定手段は、前記モデルＧｐ（ｓ）と、分母次数と分子次数との差分が、前記モデル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Ｈ（ｓ）とで構成されるＨ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）なる伝達特性を有するフィルタに前記モータの回転速度を入力して第１のモータトルク推定値を算出するとともに、前記伝達特性Ｈ（ｓ）を有するフィルタに前記モータトルク指令値を入力して第２のモータトルク推定値を算出し、前記第２のモータトルク推定値と前記第１のモータトルク推定値との偏差を演算することにより、前記外乱トルクを推定する、
   電動車両の制御装置。
10. 請求項９に記載の電動車両の制御装置において、
    前記外乱トルク推定手段は、前記モデルＧｐ（ｓ）の分子が２次式で表される場合に、２次式の分子と２次式の分母で構成されるフィルタＨｚ（ｓ）を用いて前記第２のモータトルク推定値と前記第１のモータトルク推定値との偏差に対してフィルタリング処理を施すことにより、前記外乱トルクを推定し、
    前記フィルタＨｚ（ｓ）の分子の２次式は、前記モデルＧｐ（ｓ）の分子の２次式であり、前記フィルタＨｚ（ｓ）の分母の２次式は、前記モデルＧｐ（ｓ）の分子の２次式から演算される第１の減衰係数よりも大きい値に設定された第２の減衰係数を有する２次式である、
    電動車両の制御装置。
11. 請求項１０に記載の電動車両の制御装置において、
    前記第２の減衰係数は、１よりも大きい値である、
    電動車両の制御装置。
12. 請求項４から請求項１１のいずれか一項に記載の電動車両の制御装置において、
    車両情報に基づいて第１のトルク目標値を算出する第１のトルク目標値算出手段と、
    前記モータの回転速度または前記モータの回転速度に比例する車両パラメータの低下とともに前記外乱トルクに収束する第２のトルク目標値を算出する第２のトルク目標値算出手段と、
    前記第１のトルク目標値と前記第２のトルク目標値の大きさを比較するトルク比較手段と、
    をさらに備え、
    前記モータトルク指令値算出手段は、前記第１のトルク目標値より前記第２のトルク目標値が大きくなると、前記電動車両が停車間際であると判断して、前記第２のトルク目標値を前記モータトルク指令値として設定する、
    電動車両の制御装置。
13. モータを走行駆動源とし、前記モータの回生制動力により減速する電動車両の制御方法であって、
    前記アクセル操作量を検出するステップと、
    モータトルク指令値を算出するステップと、
    前記モータトルク指令値に基づいて、前記モータを制御するステップと、
    を備え、
    前記モータトルク指令値を算出するステップでは、前記アクセル操作量が所定値以下であり、かつ、電動車両が停車間際になると、モータの回転速度または前記モータの回転速度に比例する車両パラメータの低下とともに前記モータトルク指令値をゼロに収束させる、
    電動車両の制御方法。

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