WO2024195236A1 - モーター制御装置 - Google Patents

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WO2024195236A1
WO2024195236A1 PCT/JP2023/045878 JP2023045878W WO2024195236A1 WO 2024195236 A1 WO2024195236 A1 WO 2024195236A1 JP 2023045878 W JP2023045878 W JP 2023045878W WO 2024195236 A1 WO2024195236 A1 WO 2024195236A1
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WO
WIPO (PCT)
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motor
control device
map
wheel
torque
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/045878
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
亮佑 古賀
一憲 河合
晃 丸山
Original Assignee
三菱自動車工業株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by 三菱自動車工業株式会社 filed Critical 三菱自動車工業株式会社
Publication of WO2024195236A1 publication Critical patent/WO2024195236A1/ja

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Definitions

  • This case concerns a motor control device for an electric vehicle.
  • motor control devices have been developed that are capable of suppressing torsional resonance between the motor (drive device) and the wheels and power transmission mechanism (load device) in electrically powered vehicles such as electric cars and hybrid cars that can run on a motor.
  • a technology is known that uses an approximation model of the drive system to grasp its motion state and suppresses torsional resonance by reducing a specific frequency component contained in the control commands (torque command, drive force command) for the motor (see Patent Documents 1 and 2).
  • the load-side inertia in the drive system [the moment of inertia on the load side in the power transmission mechanism driven by the drive side (motor)] is treated as a preset fixed value. Meanwhile, the actual value of the load-side inertia is expected to change depending on the slip state of the drive wheels. Therefore, with conventional technology, it is difficult to accurately grasp the motion state of the drive system in a slip state, and there is room for improvement in terms of controllability.
  • One of the objectives of this case was devised in light of the above problems, and is to provide a motor control device that can improve the controllability of a motor with a simple configuration.
  • this objective is not the only objective.
  • Another objective of this case is to achieve effects that cannot be obtained with conventional technology, which are derived from the configurations shown in the "Mode for carrying out the invention" described below.
  • the disclosed motor control device can be realized as the aspects (application examples) disclosed below, which solve at least part of the above problems.
  • Each of the aspects from aspect 2 onwards is an aspect that can be selected additionally as appropriate, and each of them is an aspect that can be omitted. None of the aspects from aspect 2 onwards discloses an essential aspect or configuration for the present case.
  • the disclosed motor control device controls the operating state of a motor mounted on an electric vehicle that drives wheels via a power transmission mechanism so as to suppress torsional resonance between the motor and the wheels and the power transmission mechanism.
  • This motor control device includes a calculation unit that calculates a damping torque, which is a feedback correction torque for suppressing the torsional resonance, based on an angular velocity corresponding to a motor angular velocity, and a control unit that controls the motor based on the required torque of the motor and the damping torque.
  • the calculation unit also has a map that defines a feedback gain that changes depending on at least the slip state of the wheels, and sets the feedback gain related to the calculation of the damping torque based on the map.
  • the map is a three-dimensional map that defines the relationship between the slip ratio of the wheel, the braking force, and the feedback gain.
  • the slip ratio is calculated based on a vehicle body speed and a wheel speed of the electric vehicle. Note that the slip ratio can be calculated, for example, by dividing a difference between the wheel speed and the vehicle body speed by the vehicle body speed.
  • the wheel speed is a value detected by a wheel speed sensor, or a value calculated based on the detected value of the motor angular velocity.
  • the wheel speed may be an actual measurement value (or a calculated value derived from the actual measurement value) by the wheel speed sensor, or an estimated value (theoretical value) calculated based on the detected value of the motor angular velocity.
  • the reference speed of the wheels is calculated with the influence of the turning operation corrected based on the vehicle body speed and the yaw rate of the electric vehicle, and the slip ratio is calculated based on the wheel speed and the reference speed.
  • the reference speed it is preferable to use the reference speed as the center of gravity movement speed of each wheel, rather than using the vehicle body speed as the center of gravity movement speed of the electric vehicle.
  • the calculation unit sets the feedback gain based on either one of the slip ratios of the left and right wheels driven by the motor, or an average value of the slip ratios.
  • Aspect 7. In the aspects including Aspect 2 described above, it is preferable that the braking force is calculated based on a maximum value of each of the braking forces at the left and right wheels driven by the motor, or a left-right difference between the braking forces.
  • the calculation unit has a second map that defines the relationship between a correction coefficient of the feedback gain and the vehicle body speed or wheel speed of the electric vehicle, and calculates the vibration damping torque using a multiplication value of the correction coefficient and the feedback gain obtained based on the second map.
  • the disclosed motor control device provides feedback gains that change according to the wheel slip state, which are defined in a map. This allows for accurate feedback of the actual motion state of the drivetrain in a slipping state, improving motor controllability with a simple configuration.
  • FIG. 1 is a block diagram of a vehicle to which a motor control device according to the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a flow of motor control.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between motor torque and motor angular velocity.
  • 1A is a graph showing the relationship between the slip ratio and the load side inertia
  • FIG. 1B is a graph showing the relationship between the braking force and the load side inertia
  • 1A is a graph showing the relationship between the slip ratio and the feedback gain
  • FIG. 1B is a graph showing the relationship between the braking force and the feedback gain
  • FIG. 1C is a graph showing the relationship between the vehicle speed and the correction coefficient.
  • the disclosed motor control device is applied to electric vehicles (electric cars, hybrid cars, etc.) equipped with a motor that drives the wheels via a power transmission mechanism.
  • This motor control device has a function of controlling the operating state of the motor so as to suppress torsional resonance between the motor (drive side device) and the wheels and power transmission mechanism (load side device).
  • the power transmission mechanism here includes, for example, an axle connected to the wheels, a differential mechanism, a reduction mechanism (gear train), a transmission mechanism, etc. There is no restriction on the number of motors installed in the electric vehicle.
  • the disclosed motor control device may be applied to an in-wheel motor vehicle in which the left and right wheels are driven independently by separate motors, or to a torque vectoring vehicle (a torque distribution vehicle in which the torque (driving force) input from multiple motors can be distributed between the left and right wheels) in which the left and right wheels can operate in conjunction with each other via a differential mechanism.
  • a torque vectoring vehicle a torque distribution vehicle in which the torque (driving force) input from multiple motors can be distributed between the left and right wheels
  • the left and right wheels can operate in conjunction with each other via a differential mechanism.
  • electric vehicles to which the disclosed motor control device can be applied include plug-in hybrid vehicles (PHEVs) that can be externally charged or powered.
  • PHEVs plug-in hybrid vehicles
  • a plug-in hybrid vehicle is a hybrid vehicle that is equipped with an engine and motor as a drive source, a generator as a power generation device, and a battery as a power storage device, and that allows the battery to be externally charged or powered from the battery.
  • the former plug-in hybrid vehicle is provided with a charging port (inlet) for inserting a charging cable that supplies power from an external charging facility, a non-contact power receiving device, etc.
  • the latter plug-in hybrid vehicle is provided with an outlet for external power supply, a non-contact power supply device, etc. It is also possible to install the above-mentioned charging port and outlet in the same plug-in hybrid vehicle.
  • the disclosed motor control device is applicable to these plug-in hybrid vehicles that are capable of external charging or external power supply.
  • a motor control device 10 as an embodiment is mounted on an electric vehicle 1 shown in Fig. 1.
  • the electric vehicle 1 is mounted with a motor 2 as a drive source for driving left and right wheels 5 (left and right wheels).
  • the driving force of the motor 2 is transmitted to the left and right wheels 5 via a reduction mechanism 3 and an axle 4.
  • the reduction mechanism 3 reduces the speed of the rotation output from the motor 2.
  • the reduction mechanism 3 includes a differential device having an open differential mechanism, a limited slip differential (LSD) mechanism, or the like.
  • the motor 2 is an electric motor that has the function of driving at least the front or rear wheels of the electric vehicle 1, and preferably has both a power running function and a regenerative power generation function.
  • the motor 2 is electrically connected to the battery 7 via an inverter 6.
  • the inverter 6 is a converter (DC-AC inverter) that converts between the power of the DC circuit on the battery 7 side (DC power) and the power of the AC circuit on the motor 2 side (AC power).
  • the battery 7 is, for example, a lithium-ion secondary battery or a nickel-metal hydride secondary battery.
  • the motor control device 10 When the motor 2 is powered, DC power is converted to AC power by the inverter 6 and supplied to the motor 2.
  • the motor 2 is generating power by regeneration, the generated power is converted to DC power by the inverter 6 and charged into the battery 7.
  • the operating states of the inverter 6 and the motor 2 are controlled by the motor control device 10.
  • the motor control device 10 is one of the electronic control devices (M-ECU, Motor Electronic Control Unit) mounted on the electric vehicle 1.
  • the motor control device 10 has the function of controlling the operating state of the motor 2 so as to suppress torsional resonance between the motor 2 and the power transmission mechanism (reduction mechanism 3 and axle 4) and wheels 5.
  • the motor control device 10 has a built-in processor (central processing unit), memory (main memory), storage device, interface device, etc. (not shown), which are connected to each other so that they can communicate with each other via an internal bus.
  • the contents of the judgments and controls performed by the motor control device 10 are recorded and saved in the memory as firmware or application programs, and when the program is executed, the contents of the program are expanded in memory space and executed by the processor.
  • a vehicle body attitude control device 11 vehicle body attitude ECU
  • an accelerator sensor 12 a brake sensor 13, a steering angle sensor 14, a vehicle speed sensor 15, a yaw rate sensor 16, a motor angular velocity sensor 17, and a wheel speed sensor 18.
  • the motor control device 10, vehicle body attitude control device 11, and sensors are capable of communicating with each other via an in-vehicle communication network.
  • the vehicle body attitude control device 11 is an electronic control device that sets the required torque required for the motor 2 according to the vehicle speed, longitudinal acceleration, lateral acceleration, angular velocity, accelerator operation amount, brake operation amount, steering angle, etc.
  • the motor control device 10 controls the operating state of the motor 2 based on the required torque and braking force set by the vehicle body attitude control device 11. Note that, when multiple motors 2 are mounted on the electric vehicle 1, the operating state of each motor 2 may be controlled based on a known torque distribution method.
  • the vehicle body attitude control device 11 of this embodiment also has the function of calculating the slip ratio for each wheel 5 provided on the vehicle and the braking force required for each wheel 5. Information on the slip ratio and braking force calculated here is transmitted to the motor control device 10.
  • the accelerator sensor 12 is a sensor that detects the amount of accelerator pedal depression (accelerator opening) and the depression speed.
  • the brake sensor 13 is a sensor that detects the amount of brake pedal depression (brake pedal stroke) and the depression speed.
  • the steering angle sensor 14 is a sensor that detects the actual steering angle of the wheels 5 and the steering angle of the steering wheel.
  • the vehicle speed sensor 15 is a sensor that detects the vehicle body speed V (the moving speed of the vehicle's center of gravity), which is the vehicle speed of the electric vehicle 1.
  • the yaw rate sensor 16 is a sensor that detects the yaw rate (angular velocity in the yaw direction) acting on the center of gravity of the electric vehicle 1.
  • the motor angular velocity sensor 17 is a sensor that detects the rotational angular velocity (motor angular velocity ⁇ M ) of the motor 2.
  • the wheel speed sensors 18 are sensors that detect the rotational angular velocity of the wheels 5 (or the axles 4), and are provided individually near each of the left and right wheels 5.
  • Control Configuration (A) Overall Configuration Fig. 2 is a block diagram showing the flow of motor control in the motor control device 10.
  • the motor control device 10 is provided with an FF calculation unit 20 (feedforward calculation unit), an FB calculation unit 30 (feedback calculation unit, calculation unit), and a control unit 40. These elements are shown by classifying the functions of the motor control device 10 for convenience. These elements can be written as independent programs, or can be written as a composite program that combines multiple elements. The programs corresponding to each element are stored in the memory or storage device of the motor control device 10, and are designed to be executed by the processor.
  • the FF calculation unit 20 calculates an FF damping torque T ff (feedforward damping torque) which is an input torque to the power transmission mechanism for suppressing torsional resonance, based on a transfer function representing the vibration characteristics of the power transmission mechanism and the required torque of the motor 2.
  • the FF calculation unit 20 has an inertia map 23 in which a load side inertia J load that changes depending on at least the slip state of the wheels 5 is specified.
  • the load side inertia J load related to the transfer function is set based on the inertia map 23.
  • a specific configuration of the FF calculation unit 20 will be described later.
  • the FF calculation unit 20 of this embodiment can be omitted. When the FF calculation unit 20 is omitted, the required torque of the motor 2 is transmitted to the control unit 40 as it is.
  • the FB calculation unit 30 calculates an FB damping torque Tfb (feedback damping torque, damping torque), which is a feedback correction torque for suppressing torsional resonance, based on an angular velocity equivalent to the motor angular velocity ⁇ M .
  • the FB damping torque Tfb is calculated based on a motor-side angular velocity ⁇ m of the power transmission mechanism corresponding to the motor angular velocity ⁇ M .
  • the FB calculation unit 30 has a gain map 35 in which a feedback gain that changes depending on at least the slip state of the wheels 5 is defined. The feedback gain related to the calculation of the FB damping torque Tfb is set based on the gain map 35. A specific configuration of the FB calculation unit 30 will be described later.
  • the control unit 40 controls the motor 2 based on the required torque of the motor 2 (in this embodiment, FF damping torque T ff ) and FB damping torque T fb .
  • FF damping torque T ff the required torque of the motor 2
  • FB damping torque T fb the required torque of the motor 2
  • T ff the required torque of the motor 2
  • T fb the required torque of the motor 2
  • T ff a motor-side angular velocity ⁇ m of the power transmission mechanism in a state in which the FF damping torque T ff (or a torque having a magnitude obtained by subtracting the FB damping torque T fb from the FF damping torque T ff ) is input to the power transmission mechanism is calculated.
  • An approximation model for grasping the operation of the drive system is stored in the plant 41. After that, the operating state of the inverter 6 is controlled so that the angular velocity input to the power transmission mechanism coincides with the motor-side angular
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between the motor torque T M and the motor angular velocity ⁇ M in the power transmission mechanism.
  • the power transmission mechanism of this embodiment is modeled with a two-inertia spring mass damper in the tire linear region.
  • T m is the motor side torque in the power transmission mechanism (the torque of the motor side mass of the two masses connected by the spring and the damper)
  • T ds is the axle side torque in the power transmission mechanism (the torque of the axle side mass of the two masses).
  • G is the reduction ratio of the reduction mechanism 3
  • K s is the elastic coefficient of the spring
  • D s is the viscosity coefficient of the damper.
  • J m is the motor inertia
  • J load is the load side inertia
  • J w is the wheel inertia
  • ⁇ s is the torsion angle
  • ⁇ m is the motor side angular velocity in the power transmission mechanism
  • ⁇ w is the wheel angular velocity.
  • the motor-side torque Tm is calculated by multiplying the motor torque Tm by the reduction ratio G.
  • the motor-side angular velocity ⁇ m is calculated by multiplying the motor-side torque Tm minus the axle-side torque Tds by "1/( Jm ⁇ s)", and the motor angular velocity ⁇ M is calculated by multiplying the motor-side angular velocity ⁇ m by "1/G”.
  • the elastic contribution torque is calculated as the product of the torsion angle ⁇ s obtained by multiplying the value A by "1/s” and the elastic coefficient Ks
  • the viscous contribution torque is calculated as the product of the value A and the viscosity coefficient Ds .
  • the wheel angular velocity ⁇ w is calculated by multiplying the axle torque Tds by "1/( Jload ⁇ s)".
  • a transfer function that indicates the relationship between the axle torque Tds and the motor torque Tm is expressed as in the following Equation 1.
  • Such a transfer function is stored in the motor angular velocity calculation unit 21 of the FF calculation unit 20, which will be described later.
  • Tm motor side torque of the power transmission mechanism
  • Tds axle side torque of the power transmission mechanism
  • Ks elastic coefficient of the power transmission mechanism
  • Ds viscosity coefficient of the power transmission mechanism
  • Jm motor inertia
  • Jload load side inertia
  • the FF calculation unit 20 has a motor angular velocity calculation unit 21, a frequency filter unit 22, and an inertia map 23.
  • the motor angular velocity calculation unit 21 calculates a value (T ds /T m ) representing the torque vibration state of the power transmission mechanism based on the above-mentioned transfer function and the required torque of the motor 2 set by the vehicle body posture control device 11.
  • the frequency filter unit 22 suppresses torsional resonance by filtering a predetermined frequency component included in the value (T ds /T m ) calculated by the motor angular velocity calculation unit 21.
  • the value output from the frequency filter unit 22 becomes the FF vibration suppression torque T ff (one of the input torques to the power transmission mechanism for suppressing torsional resonance).
  • the inertia map 23 is a map in which characteristics for setting the load side inertia Jload related to the transfer function described above are defined.
  • the inertia map 23 defines at least the relationship between the slip ratio of the wheels 5 and the load side inertia Jload .
  • An example of the relationship between the slip ratio and the load side inertia Jload is shown in Fig. 4(A).
  • the load side inertia Jload is set to be larger as the slip ratio is smaller, and is set to be smaller as the slip ratio is larger.
  • the inertia map 23 of this embodiment defines a three-way relationship between the slip ratio of the wheel 5, the braking force, and the load side inertia Jload .
  • the inertia map 23 of this embodiment is a three-dimensional map that defines the relationship between the slip ratio of the wheel 5, the braking force, and the load side inertia Jload .
  • FIG. 4B shows an example of the relationship between the braking force and the load side inertia Jload when the slip ratio is fixed at a constant value.
  • the load side inertia Jload is set to be smaller as the braking force is smaller, and is set to be larger as the braking force is larger.
  • the graph shapes shown in FIGS. 4A and 4B have no particular meaning.
  • a known method may be used to calculate the slip ratio for setting the load inertia J load .
  • the slip ratio of each wheel 5 may be calculated based on the vehicle body speed V of the electric vehicle 1 and the wheel speed V w of each wheel 5.
  • the slip ratio may be defined as the difference (V w -V) between the wheel speed V w detected by the wheel speed sensor 18 and the vehicle body speed V detected by the vehicle speed sensor 15 divided by the vehicle body speed V, and the load inertia J load may be set based on the slip ratio of the left and right wheels 5.
  • the wheel speed V w of each wheel 5 may be estimated based on the motor angular velocity ⁇ M detected by the motor angular velocity sensor 17, and the slip ratio may be calculated based on the estimated wheel speed V w and vehicle body speed V.
  • a reference speed Vn of each wheel 5 (i.e., the moving speed of the center of gravity of each wheel 5) may be calculated for each wheel 5 with the influence of the turning operation corrected based on the vehicle body speed V and the yaw rate of the electric vehicle 1, and the slip ratio may be calculated based on the wheel speed Vw and the reference speed Vn .
  • the slip ratio value input to the inertia map 23 may be any one of the slip ratios of the left and right wheels 5 (e.g., the minimum or maximum value), an average value, or a value calculated based on a plurality of slip ratios (slip ratios of two left and right wheels or slip ratios of four wheels).
  • a known method may be used to calculate the braking force related to the setting of the load side inertia J load .
  • any of the braking forces (e.g., minimum or maximum value) at the left and right wheels 5 driven by the motor 2 may be used, an average value may be used, or a value calculated based on a plurality of braking forces (braking forces at two left and right wheels or braking forces at four wheels) may be used. Also, a value calculated based on the left-right difference in the braking forces at the left and right wheels 5 may be used.
  • the FB calculation section 30 has a PID control amount calculation section 31, a speed limiting section 32, a frequency filter section 33, a saturator section 34, a gain map 35, a correction coefficient map 36, and a multiplication section 37.
  • the PID control amount calculation section 31 calculates a feedback correction amount related to PID control based on the motor side angular velocity ⁇ m .
  • three types of feedback correction amounts namely, a proportional term correction amount, an integral term correction amount, and a differential term correction amount, are calculated based on the motor side angular velocity ⁇ m .
  • the three types of feedback correction amounts calculated here are added together and transmitted to the speed limiting section 32.
  • the speed limiting unit 32 is a limiter that limits the derivative value, which is the gradient of the time change of the combined feedback correction amount, within a predetermined range.
  • the frequency filter unit 33 suppresses torsional resonance by filtering predetermined frequency components contained in the output value of the speed limiting unit 32.
  • the saturator unit 34 restricts the upper and lower limits of the output value of the frequency filter unit 33.
  • the value output from the saturator unit 34 becomes the FB damping torque T fb (one of the input torques to the power transmission mechanism for suppressing torsional resonance).
  • Gain map 35 is a map that defines characteristics for setting the gain (feedback gain) of each feedback correction amount calculated by PID control amount calculation unit 31.
  • Gain map 35 defines at least the relationship between the slip ratio of wheel 5 and the feedback gain.
  • An example of the relationship between the slip ratio and the feedback gain is shown in FIG. 5(A). The smaller the slip ratio, the larger the feedback gain is set, and the larger the slip ratio, the smaller the feedback gain is set.
  • the gain map 35 of this embodiment defines the three-way relationship between the slip ratio of the wheel 5, the braking force, and the feedback gains (proportional term gain kp , integral term gain ki , and derivative term gain kd ).
  • the relationship between the slip ratio and the braking force is defined for each of the three types of feedback gains.
  • the gain map 35 of this embodiment is a three-dimensional map that defines the relationship between the slip ratio of the wheel 5, the braking force, and each feedback gain, and the number of maps prepared corresponds to the number of types of feedback gains (three in this embodiment).
  • Fig. 5B shows an example of the relationship between the braking force and any of the feedback gains when the slip ratio is fixed at a constant value.
  • the correction coefficient map 36 (second map) is a map that defines the relationship between the correction coefficient C by which the feedback gain is multiplied and the vehicle body speed V (or wheel speed Vw ) of the electric vehicle 1.
  • the relationship between the vehicle body speed V and the correction coefficient C is defined.
  • an example of the relationship between the vehicle body speed V and the correction coefficient C is shown in FIG. 5(C).
  • the correction coefficient C is set to be smaller as the vehicle body speed V is higher and larger as the vehicle body speed V is lower. It should be noted that the shape of the graph shown in FIG. 5(C) has no particular meaning.
  • the multiplication unit 37 inputs the products of the feedback gains obtained in the gain map 35 and the correction coefficient C obtained in the correction coefficient map 36 as final control feedback gains (control proportional term gain Kp , control integral term gain Ki , control differential term gain Kd ) to the PID control amount calculation unit 31.
  • the PID control amount calculation unit 31 calculates three types of feedback correction amounts (proportional term correction amount, integral term correction amount, and differential term correction amount) based on the motor side angular velocity ⁇ m and the control feedback gains, and transmits the sum of these to the speed limiting unit 32.
  • the FB calculation unit 30 of this embodiment calculates the FB vibration suppression torque Tfb using the multiplication value of the correction coefficient C obtained based on the correction coefficient map 36 and each feedback gain obtained in the gain map 35.
  • a known method may be adopted, the same value as the slip ratio related to the setting of the load side inertia Jload may be used, or a value different from the slip ratio related to the setting of the load side inertia Jload may be used.
  • a reference speed Vn i.e., a moving speed of the center of gravity of each wheel 5 in which the influence of the turning operation is corrected based on the vehicle body speed V and the yaw rate of the electric vehicle 1
  • the slip ratio may be calculated based on the wheel speed Vw and the reference speed Vn .
  • any of the slip ratios of the left and right wheels 5 for example, a minimum value or a maximum value
  • an average value may be used
  • a value calculated based on a plurality of slip ratios slip ratios of two left and right wheels or slip ratios of four wheels
  • a known method may be adopted as a method for calculating the brake force related to the setting of the feedback gains (proportional term gain kp , integral term gain ki , differential term gain kd ), or the same value as the brake force related to the setting of the load side inertia Jload may be used, or a value different from the brake force related to the setting of the load side inertia Jload may be used.
  • any of the brake forces at the left and right wheels 5 e.g., minimum or maximum value
  • an average value may be used, or a value calculated based on a plurality of brake forces (brake forces at two left and right wheels or brake forces at four wheels) may be used.
  • a value calculated based on the left-right difference in the brake forces at the left and right wheels 5 may be used.
  • any one of the wheel speeds Vw (e.g., the minimum or maximum value) detected by the wheel speed sensor 18 may be used instead of the vehicle body speed V, or an average value of these may be used.
  • a value calculated based on a plurality of wheel speeds Vw and the vehicle body speed V may be used.
  • the motor control device 10 of this embodiment is a motor control device 10 that controls the operating state of the motor 2 so as to suppress torsional resonance between the motor 2 and the wheels 5 and power transmission mechanism in an electric vehicle 1 equipped with a motor 2 that drives the wheels 5 via a power transmission mechanism (reduction mechanism 3, axles 4).
  • This motor control device 10 includes an FB calculation unit 30 that calculates an FB damping torque Tfb , which is a feedback correction torque for suppressing torsional resonance, based on an angular velocity equivalent to the motor angular velocity (motor-side angular velocity ⁇ m of the power transmission mechanism), and a control unit 40 that controls the motor 2 based on the required torque of the motor 2 and the FB damping torque Tfb .
  • the FB calculation unit 30 has a gain map 35 in which a feedback gain that changes depending on at least the slip state of the wheels 5 is defined, and sets a feedback gain related to the calculation of the FB damping torque Tfb based on the gain map 35.
  • Gain map 35 in this embodiment is a three-dimensional map that defines the relationship between the slip ratio of wheel 5, the braking force, and the feedback gain. In this way, by setting the feedback gain in consideration of not only the slip ratio of wheel 5 but also the braking force applied to that wheel 5, it becomes possible to more appropriately control the motion state of the drive system in a slip state, thereby further improving the calculation accuracy of FB damping torque Tfb and further improving the controllability of motor 2.
  • the slip ratio can be calculated based on the vehicle body speed V and wheel speed Vw of the electric vehicle 1.
  • the slip ratio can be calculated by dividing the difference ( Vw -V) between the wheel speed Vw detected by the wheel speed sensor 18 and the vehicle body speed V detected by the vehicle speed sensor 15 by the vehicle body speed V. This makes it possible to quickly and accurately grasp the slip state of each wheel 5. Therefore, the controllability of the motor 2 can be further improved.
  • the wheel speed Vw may be a value detected by the wheel speed sensor 18, or may be a value calculated based on the motor angular speed ⁇ M detected by the motor angular velocity sensor 17.
  • emphasis is placed on the slip state of the wheel 5, thereby improving the controllability of the motor 2.
  • emphasis is placed on the current operating state of the motor 2, thereby improving the controllability.
  • the wheel speed Vw may be a value calculated based on the vehicle body speed V and the yaw rate of the electric vehicle 1.
  • a reference speed Vn of the wheel 5 in which the influence of the turning operation is corrected based on the vehicle body speed V and the yaw rate may be calculated, and the slip ratio may be calculated based on the wheel speed Vw and the reference speed Vn .
  • the FB calculation unit 30 can set the feedback gain based on either the slip ratio (for example, the minimum or maximum value) of the left and right wheels 5 (left and right wheels) driven by the motor 2, or the average value of the slip ratios.
  • the controllability of the motor 2 can be improved by emphasizing the motion state of either the left or right wheel driven by the motor 2.
  • the feedback gain based on the minimum value of the slip ratios of the left and right wheels, it is possible to apply feedback to the motion state by assuming that the wheel 5 is slipping less than it actually is.
  • the above braking force is calculated based on the maximum value of each braking force on the left and right wheels 5 (left and right wheels) driven by the motor 2, or the left-right difference in each braking force. This makes it possible to set a feedback gain based on the braking force that actually acts on the wheels 5, and to accurately calculate the FB damping torque Tfb that suppresses torsional resonance. Therefore, the controllability of the motor 2 can be further improved with a simple configuration.
  • the FB calculation unit 30 of this embodiment has a correction coefficient map 36 that defines the relationship between the correction coefficient C of the feedback gain and the vehicle body speed V (or wheel speed Vw ) of the electric vehicle 1.
  • the FB calculation unit 30 calculates the FB damping torque Tfb using the multiplied value of the correction coefficient C obtained based on the correction coefficient map 36 and the feedback gain. In this way, by reflecting the vehicle body speed V in the FB damping torque Tfb , it becomes possible to accurately grasp the motion state of the drive system during traveling, and the controllability of the motor 2 can be further improved.
  • an electric vehicle 1 equipped with a single motor 2 is illustrated, but the motor control of this case can also be applied to an electric vehicle 1 equipped with a pair of left and right motors 2 and a reduction mechanism 3 that also functions as a power distribution mechanism.
  • the motor control of this case can also be applied to an electric vehicle 1 equipped with a pair of left and right motors 2 and a reduction mechanism 3 that also functions as a power distribution mechanism.
  • the vehicle body attitude control device 11 is exemplified as setting the required torque, but the required torque may be set by another electronic control device, or the control configuration may be such that the required torque is set within the motor control device 10.
  • the required torque may be set by another electronic control device, or the control configuration may be such that the required torque is set within the motor control device 10.
  • the calculation of the slip ratio and braking force and the calculations may be made by another electronic control device, or the motor control device 10.
  • This technology can be used in the manufacturing industry of motor control devices installed in electric vehicles, and can also be used in the manufacturing industry of electric vehicles equipped with motor control devices.

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Abstract

開示のモーター制御装置（１０）は、モーターと車輪及び動力伝達機構との間のねじり共振が抑制されるようにモーターの作動状態を制御するものである。モーター制御装置（１０）は、モーター角速度に相当する角速度に基づき、ねじり共振を抑制するためのフィードバック補正トルクである制振トルク（Ｔｆｂ）を算出する算出部（３０）と、モーターの要求トルク及び制振トルク（Ｔｆｂ）に基づき、モーターを制御する制御部（４０）とを備える。算出部（３０）は、少なくとも車輪のスリップ状態に応じて変化するフィードバックゲインが規定されたマップ（３５）を有し、マップ（３５）に基づき制振トルク（Ｔｆｂ）の算出に係るフィードバックゲインを設定する。

Description

モーター制御装置
　本件は、電動車両のモーター制御装置に関する。
　従来、モーターによる走行が可能な電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両において、モーター（駆動側の装置）と車輪及び動力伝達機構（負荷側の装置）との間のねじり共振を抑制できるようにしたモーター制御装置が開発されている。例えば、駆動系の近似モデルを用いてその運動状態を把握し、モーターに対する制御指令（トルク指令，駆動力指令）に含まれる所定の周波数成分を減少させることでねじり共振を抑制する技術が知られている（特許文献１，２参照）。
特開2022-058067号公報 特開2020-058156号公報
　ねじり共振の抑制に係る従来の近似モデルでは、駆動系における負荷側イナーシャ〔駆動側（モーター）によって駆動される動力伝達機構における負荷側の慣性モーメント〕が予め設定された固定値として扱われている。一方、実際の負荷側イナーシャの値は、駆動輪のスリップ状態に応じて変化するものと予想される。したがって、従来の技術ではスリップ状態での駆動系の運動状態を精度よく把握することが難しく、制御性の面で改善の余地がある。
　本件の目的の一つは、上記のような課題に照らして創案されたものであり、簡素な構成でモーターの制御性を改善できるようにしたモーター制御装置を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けられる。
　開示のモーター制御装置は、以下に開示する態様（適用例）として実現でき、上記の課題の少なくとも一部を解決する。態様２以降の各態様は、何れもが付加的に適宜選択されうる態様であって、何れもが省略可能な態様である。態様２以降の各態様は、何れもが本件にとって必要不可欠な態様や構成を開示するものではない。
　態様１．開示のモーター制御装置は、動力伝達機構を介して車輪を駆動するモーターが搭載された電動車両において、前記モーターと前記車輪及び前記動力伝達機構との間のねじり共振が抑制されるように前記モーターの作動状態を制御するものである。このモーター制御装置は、モーター角速度に相当する角速度に基づき、前記ねじり共振を抑制するためのフィードバック補正トルクである制振トルクを算出する算出部と、前記モーターの要求トルク及び前記制振トルクに基づき、前記モーターを制御する制御部とを備える。また、前記算出部が、少なくとも前記車輪のスリップ状態に応じて変化するフィードバックゲインが規定されたマップを有するとともに、当該マップに基づき前記制振トルクの算出に係る前記フィードバックゲインを設定する。
　態様２．上記の態様１において、前記マップが、前記車輪のスリップ率とブレーキ力と前記フィードバックゲインとの関係を規定する三次元マップであることが好ましい。
　態様３．上記の態様２において、前記スリップ率が、前記電動車両の車体速度及び車輪速度に基づいて算出されることが好ましい。なお、前記スリップ率は、例えば前記車輪速度及び前記車体速度の差を前記車体速度で除することで算出可能である。
　態様４．上記の態様３において、前記車輪速度が、車輪速センサーで検出された値、又は、前記モーター角速度の検出値に基づいて算出された値であることが好ましい。換言すれば、前記車輪速度は、前記車輪速センサーによる実測値（又は実測値由来の算出値）であってもよいし、前記モーター角速度の検出値に基づいて算出された推定値（理論上の値）であってもよい。
　態様５．上記の態様３又は４において、前記車体速度及び前記電動車両のヨーレートに基づいて旋回動作の影響が補正された前記車輪の基準速度が算出されるとともに、前記車輪速度と前記基準速度とに基づいて前記スリップ率が算出されることが好ましい。換言すれば、前記電動車両の重心移動速度としての前記車体速度を用いるよりも、各車輪の重心移動速度としての前記基準速度を用いることが好ましい。
　態様６．上記の態様２を含む態様において、前記算出部が、前記モーターに駆動される左右輪の各スリップ率の何れか、又は、前記各スリップ率の平均値に基づき前記フィードバックゲインを設定することが好ましい。
　態様７．上記の態様２を含む態様において、前記ブレーキ力が、前記モーターに駆動される左右輪における各ブレーキ力の最大値、又は、前記各ブレーキ力の左右差に基づいて算出されることが好ましい。
　態様８．上記の態様１を含む態様において、前記算出部が、前記フィードバックゲインの補正係数と前記電動車両の車体速度又は車輪速度との関係を規定する第二マップを有するとともに、当該第二マップに基づいて得られる前記補正係数と前記フィードバックゲインとの乗算値を用いて前記制振トルクを算出することが好ましい。
　開示のモーター制御装置によれば、車輪のスリップ状態に応じて変化するフィードバックゲインがマップに規定されることから、スリップ状態における駆動系の実際の運動状態に対して精度よくフィードバックをかけることができ、簡素な構成でモーターの制御性を改善できる。
本発明に係るモーター制御装置が適用された車両のブロック図である。 モーター制御の流れを示すブロック図である。 モータートルク及びモーター角速度の関係を示す模式図である。 （Ａ）はスリップ率と負荷側イナーシャとの関係を示すグラフ、（Ｂ）はブレーキ力と負荷側イナーシャとの関係を示すグラフである。 （Ａ）はスリップ率とフィードバックゲインとの関係を示すグラフ、（Ｂ）はブレーキ力とフィードバックゲインとの関係を示すグラフ、（Ｃ）は車体速度と補正係数との関係を示すグラフである。
　開示のモーター制御装置は、動力伝達機構を介して車輪を駆動するモーターが搭載された電動車両（電気自動車やハイブリッド自動車等）に適用される。このモーター制御装置は、モーター（駆動側の装置）と車輪及び動力伝達機構（負荷側の装置）との間のねじり共振が抑制されるようにモーターの作動状態を制御する機能を持つ。ここでいう動力伝達機構には、例えば車輪に接続される車軸，差動機構（ディファレンシャル），減速機構（ギヤトレーン），変速機構（トランスミッション）等が含まれる。電動車両に搭載されるモーターの数は不問である。
　開示のモーター制御装置は、左右輪の各々が個別のモーターで互いに独立して駆動されるインホイールモータ車両に適用されてもよいし、左右輪の各々が差動機構を介して連係動作しうるトルクベクタリング車両〔複数のモーターから入力されたトルク（駆動力）を左右輪の間で分配可能なトルク分配車両〕に適用されてもよい。
　なお、開示のモーター制御装置を適用可能な電動車両には、外部充電又は外部給電が可能なプラグインハイブリッド車両（ＰＨＥＶ，Plug-in Hybrid Electric Vehicle）が含まれる。プラグインハイブリッド車両とは、駆動源としてのエンジン及びモーターと発電装置としてのジェネレータと蓄電装置としてのバッテリーとが搭載されたハイブリッド車両において、バッテリーに対する外部充電又はバッテリーからの外部給電が可能であるものを意味する。
　前者のプラグインハイブリッド車両には、外部充電設備からの電力が送給される充電ケーブルを差し込むための充電口（インレット）や非接触受電装置等が設けられる。後者のプラグインハイブリッド車両には、外部給電用のコンセント（アウトレット）や非接触給電装置等が設けられる。一台のプラグインハイブリッド車両に、上記の充電口やコンセントを併設することも可能である。開示のモーター制御装置は、これらの外部充電又は外部給電が可能なプラグインハイブリッド車両に適用可能である。
［１．装置構成］
　実施例としてのモーター制御装置１０は、図１に示す電動車両１に搭載される。電動車両１には、左右の車輪５（左右輪）を駆動する駆動源としてのモーター２が搭載される。モーター２の駆動力は、減速機構３及び車軸４を介して左右の車輪５に伝達される。減速機構３は、モーター２から出力される回転を減速するものである。減速機構３には、オープンデフ機構やＬＳＤ（Limited Slip Differential）機構等を有するディファレンシャル装置（差動装置）が含まれる。
　モーター２は、少なくとも電動車両１の前輪又は後輪を駆動する機能を持つ電動機であり、好ましくは力行機能と回生発電機能とを併せ持つ。モーター２は、バッテリー７に対しインバーター６を介して電気的に接続される。インバーター６は、バッテリー７側の直流回路の電力（直流電力）とモーター２側の交流回路の電力（交流電力）とを相互に変換する変換器（ＤＣ－ＡＣインバータ）である。
　バッテリー７は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等である。モーター２の力行時には、直流電力がインバーター６で交流電力に変換されてモーター２に供給される。モーター２の回生発電時には、発電電力がインバーター６で直流電力に変換されてバッテリー７に充電される。インバーター６及びモーター２の作動状態は、モーター制御装置１０によって制御される。
　モーター制御装置１０は、電動車両１に搭載される電子制御装置（Ｍ－ＥＣＵ，Motor Electronic Control Unit）の一つである。モーター制御装置１０は、モーター２と動力伝達機構（減速機構３及び車軸４）及び車輪５との間のねじり共振が抑制されるように、モーター２の作動状態を制御する機能を持つ。モーター制御装置１０には、図示しないプロセッサー（中央処理装置），メモリー（メインメモリー），記憶装置（ストレージ），インターフェース装置等が内蔵され、内部バスを介してこれらが互いに通信可能に接続される。モーター制御装置１０で実施される判定や制御の内容は、ファームウェアやアプリケーションプログラムとしてメモリーに記録，保存され、プログラムの実行時にはプログラムの内容がメモリー空間内に展開され、プロセッサーによって実行される。
　モーター制御装置１０には、車体姿勢制御装置１１（車体姿勢ＥＣＵ），アクセルセンサー１２，ブレーキセンサー１３，操舵角センサー１４，車速センサー１５，ヨーレートセンサー１６，モーター角速度センサー１７，車輪速センサー１８が接続される。これらのモーター制御装置１０，車体姿勢制御装置１１，センサー類は、車載通信網を介して互いに通信可能とされる。
　車体姿勢制御装置１１は、車速，前後加速度，横加速度，角速度，アクセル操作量，ブレーキ操作量，操舵角などに応じて、モーター２に要求される要求トルクを設定する電子制御装置である。モーター制御装置１０は、車体姿勢制御装置１１で設定された要求トルクやブレーキ力に基づいて、モーター２の作動状態を制御するようになっている。なお、電動車両１に複数のモーター２が搭載される場合には、公知のトルク分配手法に基づいて、各モーター２の作動状態を制御すればよい。また、本実施例の車体姿勢制御装置１１は、車両に設けられる各々の車輪５についてのスリップ率や、各車輪５に要求されるブレーキ力を算出する機能を併せ持つ。ここで算出されたスリップ率やブレーキ力の情報は、モーター制御装置１０に伝達される。
　アクセルセンサー１２は、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）やその踏み込み速度を検出するセンサーである。ブレーキセンサー１３は、ブレーキペダルの踏み込み量（ブレーキペダルストローク）やその踏み込み速度を検出するセンサーである。操舵角センサー１４は、車輪５の実舵角やステアリングの操舵角を検出するセンサーである。車速センサー１５は、電動車両１の車速である車体速度Ｖ（車両重心の移動速度）を検出するセンサーである。
　ヨーレートセンサー１６は、電動車両１の重心に作用するヨーレート（ヨー方向の角速度）を検出するセンサーである。モーター角速度センサー１７は、モーター２の回転角速度（モーター角速度ωＭ）を検出するセンサーである。車輪速センサー１８は、車輪５（又は車軸４）の回転角速度を検出するセンサーであり、左右各々の車輪５の近傍に個別に設けられる。
［２．制御構成］
　（Ａ）全体構成
　図２は、モーター制御装置１０でのモーター制御の流れを示すブロック図である。モーター制御装置１０には、ＦＦ算出部２０（フィードフォワード算出部）とＦＢ算出部３０（フィードバック算出部，算出部）と制御部４０とが設けられる。これらの要素は、モーター制御装置１０の機能を便宜的に分類して示したものである。これらの要素は独立したプログラムとして記述することができ、複数の要素を合体させた複合プログラムとして記述することもできる。各要素に相当するプログラムは、モーター制御装置１０のメモリーや記憶装置に記憶されており、プロセッサーで実行されるようになっている。
　ＦＦ算出部２０は、動力伝達機構の振動特性を表す伝達関数とモーター２の要求トルクとに基づき、ねじり共振を抑制するための動力伝達機構への入力トルクであるＦＦ制振トルクＴｆｆ（フィードフォワード制振トルク）を算出するものである。ＦＦ算出部２０は、少なくとも車輪５のスリップ状態に応じて変化する負荷側イナーシャＪｌｏａｄが規定されたイナーシャマップ２３を有する。伝達関数に係る負荷側イナーシャＪｌｏａｄは、イナーシャマップ２３に基づいて設定される。ＦＦ算出部２０の具体的な構成については後述する。なお、本実施例のＦＦ算出部２０は省略可能である。ＦＦ算出部２０が省略された場合には、モーター２の要求トルクがそのまま制御部４０に伝達される。
　ＦＢ算出部３０は、モーター角速度ωＭに相当する角速度に基づき、ねじれ共振を抑制するためのフィードバック補正トルクであるＦＢ制振トルクＴｆｂ（フィードバック制振トルク，制振トルク）を算出するものである。本実施例では、モーター角速度ωＭに対応する動力伝達機構のモーター側角速度ωｍに基づいて、ＦＢ制振トルクＴｆｂが算出される。ＦＢ算出部３０は、少なくとも車輪５のスリップ状態に応じて変化するフィードバックゲインが規定されたゲインマップ３５を有する。ＦＢ制振トルクＴｆｂの算出に係るフィードバックゲインは、ゲインマップ３５に基づいて設定される。ＦＢ算出部３０の具体的な構成については後述する。
　制御部４０は、モーター２の要求トルク（本実施例ではＦＦ制振トルクＴｆｆ）及びＦＢ制振トルクＴｆｂに基づき、モーター２を制御するものである。ここでは、例えば制御部４０のプラント４１において、ＦＦ制振トルクＴｆｆ（又は、ＦＦ制振トルクＴｆｆからＦＢ制振トルクＴｆｂを減じた大きさのトルク）が動力伝達機構に入力される状態における動力伝達機構のモーター側角速度ωｍが算出される。プラント４１には、駆動系の動作を把握するための近似モデルが保存されている。その後、動力伝達機構に入力される角速度がモーター側角速度ωｍと一致するようにインバーター６の作動状態が制御され、所望のモーター角速度ωＭが実現される。
　図３は、動力伝達機構におけるモータートルクＴＭ及びモーター角速度ωＭの関係を示す模式図である。本実施例の動力伝達機構は、タイヤ線形領域における二慣性バネマスダンパーでモデル化される。図３中のＴｍは動力伝達機構におけるモーター側トルク（バネ及びダンパーで接続された二つのマスのうちモーター側マスのトルク）であり、Ｔｄｓは動力伝達機構における車軸側トルク（二つのマスのうち車軸側マスのトルク）である。Ｇは減速機構３の減速比であり、Ｋｓはバネの弾性係数であり、Ｄｓはダンパーの粘性係数である。また、Ｊｍはモーターイナーシャ，Ｊｌｏａｄは負荷側イナーシャ，Ｊｗは車輪イナーシャ，θｓはねじれ角，ωｍは動力伝達機構におけるモーター側角速度，ωｗは車輪角速度である。
　モーター側トルクＴｍは、モータートルクＴＭに減速比Ｇを乗じることで算出される。また、モーター側角速度ωｍは、モーター側トルクＴｍから車軸側トルクＴｄｓを減じた値に「１／（Ｊｍ・ｓ）」を乗じることで算出され、モーター角速度ωＭは、モーター側角速度ωｍに「１／Ｇ」を乗じることで算出される。車軸側トルクＴｄｓは、モーター側角速度ωｍから車輪角速度ωｗを減じた値Ａ（Ａ＝ωｍ－ωｗ）に基づいて算出される弾性寄与トルクと粘性寄与トルクとを加算することで算出される。
　弾性寄与トルクは、値Ａに「１／ｓ」を乗じて得られるねじれ角θｓと弾性係数Ｋｓとの積として算出され、粘性寄与トルクは、値Ａと粘性係数Ｄｓとの積として算出される。また、車輪角速度ωｗは車軸側トルクＴｄｓに「１／（Ｊｌｏａｄ・ｓ）」を乗じることで算出される。このような動力伝達機構のモデルは、制御部４０のプラント４１に保存される。また、この動力伝達機構において、車軸側トルクＴｄｓとモーター側トルクＴｍとの関係を表す伝達関数は、以下の式１のように表現される。このような伝達関数は、後述するＦＦ算出部２０のモーター角速度算出部２１に保存される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Ｔｍ：動力伝達機構のモーター側トルク
Ｔｄｓ：動力伝達機構の車軸側トルク
Ｋｓ：動力伝達機構の弾性係数
Ｄｓ：動力伝達機構の粘性係数
Ｊｍ：モーターイナーシャ
Ｊｌｏａｄ：負荷側イナーシャ
　（Ｂ）ＦＦ算出部
　ＦＦ算出部２０の具体的な構成について説明する。図２に示すように、ＦＦ算出部２０は、モーター角速度算出部２１と周波数フィルター部２２とイナーシャマップ２３とを有する。モーター角速度算出部２１は、前述の伝達関数と車体姿勢制御装置１１で設定されたモーター２の要求トルクとに基づき、動力伝達機構のトルク振動状態を表す値（Ｔｄｓ／Ｔｍ）を算出するものである。また、周波数フィルター部２２は、モーター角速度算出部２１で算出された値（Ｔｄｓ／Ｔｍ）に含まれる所定の周波数成分をフィルタリングすることで、ねじり共振を抑制するものである。周波数フィルター部２２から出力される値が、ＦＦ制振トルクＴｆｆ（ねじり共振を抑制するための動力伝達機構への入力トルクの一つ）となる。
　イナーシャマップ２３は、前述の伝達関数に係る負荷側イナーシャＪｌｏａｄを設定するための特性が規定されたマップである。イナーシャマップ２３には、少なくとも車輪５のスリップ率と負荷側イナーシャＪｌｏａｄとの関係が規定される。ここで、スリップ率と負荷側イナーシャＪｌｏａｄとの関係を、図４（Ａ）に例示する。負荷側イナーシャＪｌｏａｄは、スリップ率が小さいほど大きく設定され、スリップ率が大きいほど小さく設定される。
　本実施例のイナーシャマップ２３には、車輪５のスリップ率とブレーキ力と負荷側イナーシャＪｌｏａｄとの三者関係が規定される。換言すれば、本実施例のイナーシャマップ２３は、車輪５のスリップ率とブレーキ力と負荷側イナーシャＪｌｏａｄとの関係を規定する三次元マップである。ここで、スリップ率を一定値に固定した場合におけるブレーキ力と負荷側イナーシャＪｌｏａｄとの関係を、図４（Ｂ）に例示する。負荷側イナーシャＪｌｏａｄは、ブレーキ力が小さいほど小さく設定され、ブレーキ力が大きいほど大きく設定される。なお、図４（Ａ），（Ｂ）に示すグラフ形状に特段の意味はない。
　負荷側イナーシャＪｌｏａｄの設定に係るスリップ率の算出手法としては、公知の手法を採用してもよい。例えば、電動車両１の車体速度Ｖ及び各車輪５の車輪速度Ｖｗに基づき、各車輪５のスリップ率を算出してもよい。車輪速センサー１８で検出された車輪速度Ｖｗと車速センサー１５で検出された車体速度Ｖとの差（Ｖｗ－Ｖ）を車体速度Ｖで除したものをスリップ率と定義し、左右の車輪５のスリップ率に基づいて負荷側イナーシャＪｌｏａｄを設定してもよい。あるいは、モーター角速度センサー１７で検出されたモーター角速度ωＭに基づいて各車輪５の車輪速度Ｖｗを推定し、推定された車輪速度Ｖｗ及び車体速度Ｖに基づいてスリップ率を算出してもよい。
　また、車体速度Ｖ及び電動車両１のヨーレートに基づいて旋回動作の影響が補正された各車輪５の基準速度Ｖｎ（すなわち、各車輪５の重心移動速度）を算出し、車輪速度Ｖｗと基準速度Ｖｎとに基づいてスリップ率を算出してもよい。なお、イナーシャマップ２３に入力されるスリップ率の値としては、左右の各車輪５におけるスリップ率の何れか（例えば最小値や最大値）を用いてもよいし、平均値を用いてもよく、あるいは複数のスリップ率（左右二輪のスリップ率や四輪のスリップ率）に基づいて算出される値を用いてもよい。
　負荷側イナーシャＪｌｏａｄの設定に係るブレーキ力の算出手法としては、公知の手法を採用してもよい。例えば、モーター２に駆動される左右の各車輪５におけるブレーキ力の何れか（例えば最小値や最大値）を用いてもよいし、平均値を用いてもよく、あるいは複数のブレーキ力（左右二輪のブレーキ力や四輪のブレーキ力）に基づいて算出される値を用いてもよい。また、左右の各車輪５におけるブレーキ力の左右差に基づいて算出される値を用いてもよい。
　（Ｃ）ＦＢ算出部
　ＦＢ算出部３０の具体的な構成について説明する。図２に示すように、ＦＢ算出部３０は、ＰＩＤ制御量算出部３１，速度制限部３２，周波数フィルター部３３，サチュレーター部３４，ゲインマップ３５，補正係数マップ３６，乗算部３７を有する。ＰＩＤ制御量算出部３１は、モーター側角速度ωｍに基づいて、ＰＩＤ制御に係るフィードバック補正量を算出するものである。ここでは、モーター側角速度ωｍに基づき、比例項補正量，積分項補正量，微分項補正量の三種類のフィードバック補正量が算出される。ここで算出された三種類のフィードバック補正量は、合算された上で速度制限部３２に伝達される。
　速度制限部３２は、合算されたフィードバック補正量の時間変化勾配である微分値を所定範囲内に制限するリミッターである。周波数フィルター部３３は、速度制限部３２の出力値に含まれる所定の周波数成分をフィルタリングすることで、ねじり共振を抑制するものである。サチュレーター部３４は、周波数フィルター部３３の出力値の上限及び下限を制限するものである。サチュレーター部３４から出力される値が、ＦＢ制振トルクＴｆｂ（ねじり共振を抑制するための動力伝達機構への入力トルクの一つ）となる。
　ゲインマップ３５は、ＰＩＤ制御量算出部３１で算出される各フィードバック補正量のゲイン（フィードバックゲイン）を設定するための特性が規定されたマップである。ゲインマップ３５には、少なくとも車輪５のスリップ率とフィードバックゲインとの関係が規定される。ここで、スリップ率とフィードバックゲインとの関係を、図５（Ａ）に例示する。フィードバックゲインは、スリップ率が小さいほど大きく設定され、スリップ率が大きいほど小さく設定される。
　本実施例のゲインマップ３５には、車輪５のスリップ率とブレーキ力とフィードバックゲイン（比例項ゲインｋｐ，積分項ゲインｋｉ，微分項ゲインｋｄ）との三者関係が規定される。ここでは、三種類のフィードバックゲインの各々について、スリップ率及びブレーキ力との関係が規定される。換言すれば、本実施例のゲインマップ３５は、車輪５のスリップ率とブレーキ力と各フィードバックゲインとの関係を規定する三次元マップであり、フィードバックゲインの種類数に応じた個数（本実施例では三個）のマップが用意されている。
　ここで、スリップ率を一定値に固定した場合におけるブレーキ力と何れかのフィードバックゲインとの関係を、図５（Ｂ）に例示する。フィードバックゲインは、ブレーキ力が小さいほど小さく設定され、ブレーキ力が大きいほど大きく設定される。なお、図５（Ａ），（Ｂ）に示す各フィードバックゲイン（比例項ゲインｋｐ，積分項ゲインｋｉ，微分項ゲインｋｄ）の大小関係やグラフ形状に特段の意味はない。
　補正係数マップ３６（第二マップ）は、フィードバックゲインに乗算される補正係数Ｃと電動車両１の車体速度Ｖ（または車輪速度Ｖｗ）との関係が規定されたマップである。補正係数マップ３６には、例えば車体速度Ｖと補正係数Ｃとの関係が規定される。ここで、車体速度Ｖと補正係数Ｃとの関係を図５（Ｃ）に例示する。補正係数Ｃは、車体速度Ｖが大きいほど小さく、車体速度Ｖが小さいほど大きく設定される。なお、図５（Ｃ）に示すグラフ形状に特段の意味はない。
　乗算部３７は、ゲインマップ３５で得られた各フィードバックゲインと補正係数マップ３６で得られた補正係数Ｃとの積を最終的な制御用フィードバックゲイン（制御用比例項ゲインＫｐ，制御用積分項ゲインＫｉ，制御用微分項ゲインＫｄ）として、ＰＩＤ制御量算出部３１に入力するものである。ＰＩＤ制御量算出部３１は、前述のモーター側角速度ωｍと制御用フィードバックゲインとに基づいて三種類のフィードバック補正量（比例項補正量，積分項補正量，微分項補正量）を算出し、これらの合計値を速度制限部３２に伝達する。このように、本実施例のＦＢ算出部３０は、補正係数マップ３６に基づいて得られる補正係数Ｃとゲインマップ３５で得られた各フィードバックゲインとの乗算値を用いてＦＢ制振トルクＴｆｂを算出する。
　フィードバックゲイン（比例項ゲインｋｐ，積分項ゲインｋｉ，微分項ゲインｋｄ）の設定に係るスリップ率の算出手法としては、公知の手法を採用してもよいし、負荷側イナーシャＪｌｏａｄの設定に係るスリップ率と同一値を使用してもよく、負荷側イナーシャＪｌｏａｄの設定に係るスリップ率とは異なる値を使用してもよい。また、車体速度Ｖ及び電動車両１のヨーレートに基づいて旋回動作の影響が補正された各車輪５の基準速度Ｖｎ（すなわち、各車輪５の重心移動速度）を算出し、車輪速度Ｖｗと基準速度Ｖｎとに基づいてスリップ率を算出してもよい。ゲインマップ３５に入力されるスリップ率の値としては、左右の各車輪５におけるスリップ率の何れか（例えば最小値や最大値）を用いてもよいし、平均値を用いてもよく、あるいは複数のスリップ率（左右二輪のスリップ率や四輪のスリップ率）に基づいて算出される値を用いてもよい。
　同様に、フィードバックゲイン（比例項ゲインｋｐ，積分項ゲインｋｉ，微分項ゲインｋｄ）の設定に係るブレーキ力の算出手法としては、公知の手法を採用してもよいし、負荷側イナーシャＪｌｏａｄの設定に係るブレーキ力と同一値を使用してもよく、負荷側イナーシャＪｌｏａｄの設定に係るブレーキ力とは異なる値を使用してもよい。例えば、左右の各車輪５におけるブレーキ力の何れか（例えば最小値や最大値）を用いてもよいし、平均値を用いてもよく、あるいは複数のブレーキ力（左右二輪のブレーキ力や四輪のブレーキ力）に基づいて算出される値を用いてもよい。また、左右の各車輪５におけるブレーキ力の左右差に基づいて算出される値を用いてもよい。
　また、補正係数Ｃの設定に際し、車体速度Ｖの代わりに車輪速センサー１８で検出された何れかの車輪速度Ｖｗ（例えば最小値や最大値）を使用してもよいし、それらの平均値を用いてもよく、あるいは複数の車輪速度Ｖｗ及び車体速度Ｖに基づいて算出される値を用いてもよい。
［３．効果］
　（１）本実施例のモーター制御装置１０は、動力伝達機構（減速機構３，車軸４）を介して車輪５を駆動するモーター２が搭載された電動車両１において、モーター２と車輪５及び動力伝達機構との間のねじり共振が抑制されるようにモーター２の作動状態を制御するモーター制御装置１０である。このモーター制御装置１０は、モーター角速度に相当する角速度（動力伝達機構のモーター側角速度ωｍ）に基づき、ねじり共振を抑制するためのフィードバック補正トルクであるＦＢ制振トルクＴｆｂを算出するＦＢ算出部３０と、モーター２の要求トルク及びＦＢ制振トルクＴｆｂに基づき、モーター２を制御する制御部４０とを備える。ＦＢ算出部３０は、少なくとも車輪５のスリップ状態に応じて変化するフィードバックゲインが規定されたゲインマップ３５を有するとともに、ゲインマップ３５に基づきＦＢ制振トルクＴｆｂの算出に係るフィードバックゲインを設定する。
　このように、車輪５のスリップ状態に応じて変化するフィードバックゲインをゲインマップ３５に規定しておくことで、実際の運動状態に対して精度よくフィードバックをかけることができ、ＦＢ制振トルクＴｆｂに対して適切なフィードバック制御量を反映させることが可能となる。これにより、例えば車輪５のスリップ状態が高い場合であっても、ねじり共振が抑制されるＦＢ制振トルクＴｆｂを精度よく算出することができる。したがって、簡素な構成でモーター２の制御性を改善できる。
　（２）本実施例のゲインマップ３５は、車輪５のスリップ率とブレーキ力とフィードバックゲインとの関係を規定する三次元マップである。このように、フィードバックゲインを車輪５のスリップ率だけでなくその車輪５に対するブレーキ力を考慮して設定することで、スリップ状態における駆動系の運動状態をより適切に制御できるようになり、ＦＢ制振トルクＴｆｂの算出精度をさらに改善でき、モーター２の制御性をさらに改善できる。
　（３）上記のスリップ率は、電動車両１の車体速度Ｖ及び車輪速度Ｖｗに基づいて算出されうる。例えば、車輪速センサー１８で検出された車輪速度Ｖｗと車速センサー１５で検出された車体速度Ｖとの差（Ｖｗ－Ｖ）を車体速度Ｖで除算することで、スリップ率が算出されうる。これにより、個々の車輪５のスリップ状態を素早くかつ精度よく把握できるようになる。したがって、モーター２の制御性をさらに改善できる。
　（４）上記の車輪速度Ｖｗは、車輪速センサー１８で検出された値であってもよいし、モーター角速度センサー１７で検出されたモーター角速度ωＭに基づいて算出された値であってもよい。前者の場合には、車輪５のスリップ状態を重視してモーター２の制御性を改善できる。また、後者の場合には、モーター２の現在の作動状態を重視してその制御性を改善できる。
　（５）上記の車輪速度Ｖｗは、車体速度Ｖ及び電動車両１のヨーレートに基づいて算出された値であってもよい。すなわち、車体速度Ｖ及びヨーレートに基づいて旋回動作の影響が補正された車輪５の基準速度Ｖｎを算出し、車輪速度Ｖｗと基準速度Ｖｎとに基づいてスリップ率を算出してもよい。これにより、旋回中のスリップ状態における駆動系の運動状態を精度よく把握できるようになり、モーター２の制御性をさらに改善できる。
　（６）上記のＦＢ算出部３０は、モーター２に駆動される左右の車輪５（左右輪）の各スリップ率の何れか（例えば最小値や最大値）、又は、各スリップ率の平均値に基づきフィードバックゲインを設定しうる。前者の場合には、モーター２に駆動される左右輪の何れかの運動状態を重視してモーター２の制御性を改善できる。例えば、左右輪の各スリップ率の最小値に基づくフィードバックゲインの設定によれば、車輪５が実際よりもスリップしていないものと見なして運動状態にフィードバックをかけることができる。一方、左右輪の各スリップ率の最大値に基づくフィードバックゲインの設定によれば、車輪５が実際よりもスリップしているものと見なして運動状態にフィードバックをかけることができる。また、後者の場合には、モーター２に駆動される左右輪の平均的な運動状態を重視してモーター２の制御性を改善できる。
　（７）上記のブレーキ力は、モーター２に駆動される左右の車輪５（左右輪）における各ブレーキ力の最大値、又は、各ブレーキ力の左右差に基づいて算出される。これにより、車輪５に実際に作用するブレーキ力に基づいてフィードバックゲインを設定することができ、ねじり共振が抑制されるＦＢ制振トルクＴｆｂを精度よく算出することができる。したがって、簡素な構成でモーター２の制御性をさらに改善できる。
　（８）本実施例のＦＢ算出部３０は、フィードバックゲインの補正係数Ｃと電動車両１の車体速度Ｖ（または車輪速度Ｖｗ）との関係を規定する補正係数マップ３６を有する。また、ＦＢ算出部３０は、補正係数マップ３６に基づいて得られる補正係数Ｃとフィードバックゲインとの乗算値を用いてＦＢ制振トルクＴｆｂを算出する。このように、車体速度ＶをＦＢ制振トルクＴｆｂに反映させることで、走行時における駆動系の運動状態を精度よく把握できるようになり、モーター２の制御性をさらに改善できる。
［４．その他］
　上記の実施例はあくまでも例示に過ぎず、本実施例で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施例の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。また、本実施例の各構成は必要に応じて取捨選択でき、あるいは、適宜組み合わせることができる。
　上記の実施例では、単一のモーター２を備えた電動車両１を例示したが、本件のモーター制御は左右一対のモーター２と動力分配機構としての機能を併せ持つ減速機構３とを備えた電動車両１にも適用可能である。少なくとも、ねじり共振が抑制されるようにモーター２の作動状態を制御する際に、フィードバックゲインを車輪５のスリップ状態に応じて変化させることで、上記の実施例と同様の制御を実施することができ、上記の実施例と同様の作用，効果を獲得できる。
　上記の実施例では、要求トルクを設定する車体姿勢制御装置１１を例示したが、他の電子制御装置に要求トルクを設定させてもよいし、モーター制御装置１０の内部で要求トルクを設定するような制御構成にしてもよい。スリップ率及びブレーキ力の算出についても同様であり、他の電子制御装置に算出させてもよいし、モーター制御装置１０に算出させてもよい。
　本件は、電動車両に搭載されるモーター制御装置の製造産業に利用可能であり、モーター制御装置を搭載する電動車両の製造産業にも利用可能である。
１　電動車両
２　モーター
３　減速機構
４　車軸
５　車輪（左右輪）
６　インバーター
７　バッテリー
１０　モーター制御装置
１１　車体姿勢制御装置
１２　アクセルセンサー
１３　ブレーキセンサー
１４　操舵角センサー
１５　車速センサー
１６　ヨーレートセンサー
１７　モーター角速度センサー
１８　車輪速センサー
２０　ＦＦ算出部
２１　モーター角速度算出部
２２　周波数フィルター部
２３　イナーシャマップ
３０　ＦＢ算出部（算出部）
３１　ＰＩＤ制御量算出部
３２　速度制限部
３３　周波数フィルター部
３４　サチュレーター部
３５　ゲインマップ（マップ）
３６　補正係数マップ（第二マップ）
３７　乗算部
４０　制御部
４１　プラント
Ｊｌｏａｄ　負荷側イナーシャ
Ｔｆｆ　フィードフォワード制振トルク
Ｔｆｂ　フィードバック制振トルク（制振トルク）
 

Claims (8)

  1. 　動力伝達機構を介して車輪を駆動するモーターが搭載された電動車両において、前記モーターと前記車輪及び前記動力伝達機構との間のねじり共振が抑制されるように前記モーターの作動状態を制御するモーター制御装置であって、
    　モーター角速度に相当する角速度に基づき、前記ねじり共振を抑制するためのフィードバック補正トルクである制振トルクを算出する算出部と、
    　前記モーターの要求トルク及び前記制振トルクに基づき、前記モーターを制御する制御部とを備え、
    　前記算出部が、少なくとも前記車輪のスリップ状態に応じて変化するフィードバックゲインが規定されたマップを有するとともに、当該マップに基づき前記制振トルクの算出に係る前記フィードバックゲインを設定する
    ことを特徴とする、モーター制御装置。
  2. 　前記マップが、前記車輪のスリップ率とブレーキ力と前記フィードバックゲインとの関係を規定する三次元マップである
    ことを特徴とする、請求項１記載のモーター制御装置。
  3. 　前記スリップ率が、前記電動車両の車体速度及び車輪速度に基づいて算出される
    ことを特徴とする、請求項２記載のモーター制御装置。
  4. 　前記車輪速度が、車輪速センサーで検出された値、又は、前記モーター角速度の検出値に基づいて算出された値である
    ことを特徴とする、請求項３記載のモーター制御装置。
  5. 　前記車体速度及び前記電動車両のヨーレートに基づいて旋回動作の影響が補正された前記車輪の基準速度が算出されるとともに、前記車輪速度と前記基準速度とに基づいて前記スリップ率が算出される
    ことを特徴とする、請求項３記載のモーター制御装置。
  6. 　前記算出部が、前記モーターに駆動される左右輪の各スリップ率の何れか、又は、前記各スリップ率の平均値に基づき前記フィードバックゲインを設定する
    ことを特徴とする、請求項２記載のモーター制御装置。
  7. 　前記ブレーキ力が、前記モーターに駆動される左右輪における各ブレーキ力の最大値、又は、前記各ブレーキ力の左右差に基づいて算出される
    ことを特徴とする、請求項２記載のモーター制御装置。
  8. 　前記算出部が、前記フィードバックゲインの補正係数と前記電動車両の車体速度又は車輪速度との関係を規定する第二マップを有するとともに、当該第二マップに基づいて得られる前記補正係数と前記フィードバックゲインとの乗算値を用いて前記制振トルクを算出する
    ことを特徴とする、請求項１記載のモーター制御装置。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009273328A (ja) * 2008-05-12 2009-11-19 Nissan Motor Co Ltd 車両用制振制御装置
JP2011020584A (ja) * 2009-07-16 2011-02-03 Mitsubishi Motors Corp 車両挙動制御装置
JP2021191194A (ja) * 2020-06-04 2021-12-13 トヨタ自動車株式会社 電動車両の制振制御装置

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