特許 6191777 電動車両の制御装置および電動車両の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6191777

(24)【登録日】2017年8月18日

(45)【発行日】2017年9月6日

(54)【発明の名称】電動車両の制御装置および電動車両の制御方法

(51)【国際特許分類】

   B60L 15/20 20060101AFI20170828BHJP

   B60L 9/18 20060101ALI20170828BHJP

【ＦＩ】

   B60L15/20 J

   B60L9/18 J

【請求項の数】12

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2016-539786(P2016-539786)

(86)(22)【出願日】2014年8月8日

(86)【国際出願番号】JP2014071062

(87)【国際公開番号】WO2016021059

(87)【国際公開日】20160211

【審査請求日】2016年10月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】特許業務法人後藤特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100075513

【弁理士】

【氏名又は名称】後藤 政喜

(74)【代理人】

【識別番号】100120260

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅昭

(74)【代理人】

【識別番号】100148231

【弁理士】

【氏名又は名称】村瀬 謙治

(74)【代理人】

【識別番号】100185878

【弁理士】

【氏名又は名称】植田 晋一

(72)【発明者】

【氏名】小島 哲朗

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 健

(72)【発明者】

【氏名】勝又 雄史

(72)【発明者】

【氏名】澤田 彰

(72)【発明者】

【氏名】小松 弘征

【審査官】 清水 康

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１３／１５７３１５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−２２３３７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２１７２０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２００５８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０３７００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０２９４７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−００９５６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｌ １／００ − ３／１２

Ｂ６０Ｌ ７／００ − １３／００

Ｂ６０Ｌ １５／００ − １５／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両情報に基づいて目標トルク指令値を設定し、駆動輪につながるモータのトルクを制御する電動車両の制御装置において、
前記目標トルク指令値と車両に作用する外乱の少なくとも一部とを入力し、フィードフォワード演算により、第１のトルク目標値を演算するフィードフォワード演算手段と、
前記第１のトルク目標値に従ってモータトルクを制御するモータトルク制御手段と、
を備え、
前記フィードフォワード演算手段は、モータトルクおよび外乱から駆動軸ねじり角速度までの特性をモデル化した車両モデルであって、前記目標トルク指令値と前記車両に作用する外乱の少なくとも一部とを入力して、前記入力された外乱に応じた駆動軸ねじり角速度を出力する車両モデルと、前記車両モデルから出力される駆動軸ねじり角速度を前記目標トルク指令値にフィードバックさせることによって、前記第１のトルク目標値を演算する駆動軸ねじり角速度フィードバックモデルとを備える、
電動車両の制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電動車両の制御装置において、
前記車両に作用する外乱の少なくとも一部を推定する外乱推定手段をさらに備え、
前記車両モデルには、前記外乱推定手段によって推定された外乱が入力される、
電動車両の制御装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の電動車両の制御装置において、
前記外乱には、摩擦ブレーキの制動量が含まれる、
電動車両の制御装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電動車両の制御装置において、
前記外乱には、路面の勾配抵抗が含まれる、
電動車両の制御装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電動車両の制御装置において、
前記外乱には、空気抵抗が含まれる、
電動車両の制御装置。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電動車両の制御装置において、
前記外乱には、タイヤの転がり抵抗が含まれる、
電動車両の制御装置。

【請求項7】

請求項２に記載の電動車両の制御装置において、
前記外乱推定手段は、車両へのトルク入力からモータ角速度までの特性をモデル化した車両モデルに基づいて、前記車両に作用する外乱の少なくとも一部を推定する、
電動車両の制御装置。

【請求項8】

請求項３に記載の電動車両の制御装置において、
前記摩擦ブレーキの制動量と関連する摩擦制動量関連値を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出される摩擦制動量関連値に基づいて、前記摩擦ブレーキの制動量を算出する制動量算出手段と、
をさらに備える電動車両の制御装置。

【請求項9】

請求項８に記載の電動車両の制御装置において、
前記制動量算出手段は、前記検出手段の検出値が変化してから車両に作用する制動力が変化するまでの応答遅れを考慮して、前記摩擦ブレーキの制動量を算出する、
電動車両の制御装置。

【請求項10】

請求項３に記載の電動車両の制御装置において、
摩擦ブレーキの制動量指令値に基づいて、前記摩擦ブレーキの制動量を算出する制動量算出手段をさらに備える、
電動車両の制御装置。

【請求項11】

請求項１０に記載の電動車両の制御装置において、
前記制動量算出手段は、前記摩擦ブレーキの制動量指令値が変化してから車両に作用する制動力が変化するまでの応答遅れを考慮して、前記摩擦ブレーキの制動量を算出する、
電動車両の制御装置。

【請求項12】

車両情報に基づいて目標トルク指令値を設定し、駆動輪につながるモータのトルクを制御する電動車両の制御方法において、
前記目標トルク指令値と車両に作用する外乱の少なくとも一部とを入力し、フィードフォワード演算により、第１のトルク目標値を演算するステップと、
前記第１のトルク目標値に従ってモータトルクを制御するステップと、
を備え、
前記第１のトルク目標値を演算するステップでは、モータトルクおよび外乱から駆動軸ねじり角速度までの特性をモデル化した車両モデルに、前記目標トルク指令値と前記車両に作用する外乱の少なくとも一部とを入力して、前記入力された外乱に応じた駆動軸ねじり角速度を出力し、出力された駆動軸ねじり角速度を前記目標トルク指令値にフィードバックさせることによって、前記第１のトルク目標値を演算する、
電動車両の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

従来、電動モータのトルクから駆動軸ねじり角速度までの特性をモデル化した車両モデルを用いて、擬似的に駆動軸ねじり角速度フィードバック系を構成し、駆動軸ねじり振動を抑制する制御装置が知られている（ＷＯ／２０１３／１５７３１５Ａ）。

【発明の概要】

【0003】

しかしながら、実際の車両を詳細に模擬した車両モデルを用いても、走行時の車両周辺環境（走行抵抗等）の変化や、摩擦ブレーキの介入等による外乱が発生した場合、車両モデルと実際の車両の挙動との間に誤差が生じ、駆動軸ねじり振動を精度良く抑制することができなくなる。

【0004】

本発明は、外乱が発生する場合でも、駆動軸ねじり振動を精度良く抑制する技術を提供することを目的とする。

【0005】

本発明の一態様における電動車両の制御装置は、車両情報に基づいて目標トルク指令値を設定し、駆動輪につながるモータのトルクを制御する電動車両の制御装置であって、目標トルク指令値、および車両に作用する外乱の少なくとも一部を入力し、フィードフォワード演算により、第１のトルク目標値を演算するフィードフォワード演算手段と、第１のトルク目標値に従ってモータトルクを制御するモータトルク制御手段とを備える。フィードフォワード演算手段は、モータトルクおよび外乱から駆動軸ねじり角速度までの特性をモデル化した車両モデルであって、目標トルク指令値および車両に作用する外乱の少なくとも一部を入力して、駆動軸ねじり角速度を出力する車両モデルと、車両モデルから出力される駆動軸ねじり角速度を目標トルク指令値にフィードバックさせることによって、第１のトルク目標値を演算する駆動軸ねじり角速度フィードバックモデルとを備える。

【0006】

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。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】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を示すブロック図である。

【図2】図２は、モータコントローラによって行われる処理の流れを示すフローチャートである。

【図3】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】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】図５は、制振制御演算処理を実現するための制御ブロック図である。

【図6】図６は、車体駆動力外乱と駆動輪外乱を算出する処理手順を示すフローチャートである。

【図7】図７は、モータ角速度と最終トルク目標値に基づいて、車体駆動力外乱推定値を算出する制御ブロックを示す図である。

【図8】図８は、第２の実施形態において、車体駆動力外乱と駆動輪外乱を算出する処理手順を示すフローチャートである。

【図9】図９は、車体駆動力外乱および駆動輪外乱を算出するための制御ブロック図である。

【図10】図１０は、外乱推定演算処理部の詳細な構成を示すブロック図である。

【図11】図１１は、第３の実施形態において、車体駆動力外乱と駆動輪外乱を算出する処理手順を示すフローチャートである。

【図12】図１２は、車体駆動力外乱および駆動輪外乱を算出するための制御ブロック図である。

【図13】図１３は、第１の実施形態における電動車両の制御装置による制御結果と、従来の制御装置（ＷＯ２０１３／１５７３１５Ａ）による制御結果とを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

−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を示すブロック図である。電動車両とは、車両の駆動源の一部または全部として電動モータを備え、電動モータの駆動力により走行可能な自動車のことであり、電気自動車だけでなく、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車も含まれる。また、電気自動車は、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であってもよい。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。

【0009】

モータコントローラ２は、車速Ｖ、アクセル開度θ、電動モータ４の回転子位相α、電動モータ４の電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ等の車両状態を示す信号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、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。

【0010】

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。

【0011】

電動モータ（三相交流モータ）４は、インバータ３から供給される交流電流により駆動力を発生し、減速機５および駆動軸８を介して、左右の駆動輪９ａ、９ｂに駆動力を伝達する。また、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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

ブレーキコントローラ１０は、摩擦制動量指令値に応じたブレーキ液圧を発生させる。
摩擦ブレーキ１１は、左右の駆動輪９ａ、９ｂに設けられ、ブレーキ液圧に応じてブレーキパッドをブレーキロータに押しつけて、車両に制動力を発生させる。

【0015】

Ｇセンサ１２は、車両の前後方向における加速度ａ_sを検出する。

【0016】

図２は、モータコントローラ２によって行われる処理の流れを示すフローチャートである。

【0017】

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θ（％）、電動モータ４の回転子位相α（ｒａｄ）、電動モータ４の回転数Ｎｍ（ｒｐｍ）、回転子の角速度ω（ｒａｄ／ｓ）、電動モータ４の電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ、バッテリ１とインバータ３間の直流電圧値Ｖｄｃ（Ｖ）、従動輪摩擦ブレーキ指令値Ｆｂｆ^*および駆動輪摩擦ブレーキ指令値Ｆｂｄ^*、車両前後加速度ａ_sを入力する。

【0018】

車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）は、図示しない車速センサや、ブレーキコントローラ１０等の他のコントローラより通信にて取得する。または、モータ角速度ωｍにタイヤ動半径Ｒを乗算し、ファイナルギヤのギヤ比で除算することにより車速ｖ（ｍ／ｓ）を求め、３６００／１０００を乗算することにより単位変換して、車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）を求める。

【0019】

アクセル開度θ（％）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。

【0020】

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の回転数Ｎｍ（ｒｐｍ）は、回転子の角速度ω（電気角）を電動モータ４の極対数で除算して、電動モータ４の機械的な角速度であるモータ角速度ωｍ（ｒａｄ／ｓ）を求め、求めたモータ角速度ωｍに６０／（２π）を乗算することによって求める。回転子の角速度ω（ｒａｄ／ｓ）は、回転子位相αを微分することによって求める。

【0021】

電動モータ４の電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ（Ａ）は、電流センサ７から取得する。

【0022】

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、図示しないバッテリコントローラから送信される電源電圧値から求める。

【0023】

従動輪摩擦ブレーキ指令値Ｆｂｆ^*および駆動輪摩擦ブレーキ指令値Ｆｂｄ^*は、ブレーキコントローラ１０より通信にて取得する。

【0024】

車両前後加速度ａ_sは、Ｇセンサ１２より取得する。車両前後加速度ａ_sは、平坦路での加速時の値が正となるように符号を定める。

【0025】

ステップＳ２０２では、基本トルク目標値Ｔｍ１^*を算出する。具体的には、ステップＳ２０１で入力されたアクセル開度θおよび車速Ｖに基づいて、図３に示すアクセル開度−トルクテーブルを参照することにより、基本トルク目標値Ｔｍ１^*を算出する。

【0026】

ステップＳ２０３では、外乱算出処理を行う。具体的には、車体駆動力外乱Ｆｄｖと駆動輪外乱Ｆｄｗを算出する。車体駆動力外乱Ｆｄｖと駆動輪外乱Ｆｄｗの算出処理の詳細については後述する。

【0027】

ステップＳ２０４では、制振制御演算処理を行う。具体的には、ステップＳ２０２で設定された基本トルク目標値Ｔｍ１^*と、ステップＳ２０３で算出された車体駆動力外乱Ｆｄｖおよび駆動輪外乱Ｆｄｗと、モータ角速度ωｍとを入力し、駆動軸トルクの応答を犠牲にすることなく、駆動力伝達系振動（駆動軸８のねじり振動など）を抑制する最終トルク目標値Ｔｍ２^*を算出する。制振制御演算処理の詳細については、後述する。

【0028】

ステップＳ２０５では、ステップＳ２０４で算出された最終トルク目標値Ｔｍ２^*、モータ角速度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、トルク目標値、モータ角速度、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。

【0029】

ステップＳ２０６では、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑをそれぞれ、ステップＳ２０５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。

【0030】

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を最終トルク目標値で指示された所望のトルクで駆動することができる。

【0031】

以下、図２のステップＳ２０３で行われる外乱算出処理、および、ステップＳ２０４で行われる制振制御演算処理の詳細について説明する。まず初めに、両処理で使用する車両モデルについて説明する。

【0032】

図４は、車両の駆動力伝達系をモデル化した図であり、車両の運動方程式は、式（１）〜（６）で表される。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。

【数1】

【数2】

【数3】

【数4】

【数5】

【数6】

【0033】

特に、電動モータ４から駆動軸８までのバックラッシュ特性を不感帯でモデル化した場合、駆動軸トルクＴｄは次式（７）で表される。

【数7】

【0034】

ここで、式（１）〜（７）における各パラメータは、下記の通りである。
Ｊ_m：電動モータのイナーシャ
Ｊ_w：駆動輪のイナーシャ（１軸分）
Ｍ：車両の重量
Ｋ_d：駆動軸のねじり剛性
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
ω_w：駆動輪の角速度
Ｔ_m：モータトルク
Ｔ_d：駆動軸のトルク
Ｆ：駆動力（２軸分）
Ｆ_dv：車体駆動力外乱
Ｆ_dw：駆動輪外乱（２軸分）
Ｖ：車両の速度
θ：駆動軸のねじり角
θ_d：電動モータから駆動軸までのオーバーオールのバックラッシュ量

【0035】

式（１）〜（６）をラプラス変換して、モータトルクＴｍ、車体駆動力外乱Ｆｄｖ、および駆動輪外乱Ｆｄｗからモータ角速度ωｍまでの伝達特性を求めると、次式（８）となる。

【数8】

【0036】

ただし、式（８）中のＧ_p（ｓ）、Ｇ_pFdv（ｓ）、Ｇ_pFdw（ｓ）は、それぞれ次式（９）〜（１１）で表される。

【数9】

【数10】

【数11】

【0037】

式（９）〜（１１）中の各パラメータは、次式（１２）〜（２１）で表される。

【数12】

【数13】

【数14】

【数15】

【数16】

【数17】

【数18】

【数19】

【数20】

【数21】

【0038】

続いて、図２のステップＳ２０４で行われる制振制御演算処理の詳細について説明する。

【0039】

図５は、制振制御演算処理を実現するための制御ブロック図である。制振制御演算処理は、フィードフォワード補償器５０１（以下、Ｆ／Ｆ補償器５０１と呼ぶ）と、フィードバック補償器５０２（以下、Ｆ／Ｂ補償器５０２と呼ぶ）と、加算器５０３とによって行われる。

【0040】

Ｆ／Ｆ補償器５０１は、車両パラメータとギアのバックラッシュを模擬した不感帯モデルにより構成される車両モデル５０３と、ねじり角速度Ｆ／Ｂモデル５０４と、制御系遅れ要素５０５とを備え、基本トルク目標値Ｔｍ１^*、および車両に作用する外乱を入力し、フィードフォワード演算により、第１のトルク目標値を演算する。

【0041】

ねじり角速度Ｆ／Ｂモデル５０４は、車両モデル５０３で算出される擬似駆動軸ねじり角速度ωｄ＾の前回演算値にＦ／ＢゲインＫ_FBIを乗算して得た値を、基本トルク目標値Ｔｍ１^*から減算し、減算により得られる値を第１のトルク目標値とする。Ｆ／ＢゲインＫ_FBIは、制振性能を満たす値に設定する。

【0042】

制御系遅れ要素５０５は、ねじり角速度Ｆ／Ｂモデル５０４から出力される第１のトルク目標値に、モータ応答遅れＧａ（ｓ）を考慮して、モータトルク応答目標値Ｔｍｒ^*を算出する。モータ応答遅れＧａ（ｓ）は、次式（２２）で表される。ただし、τａはモータ応答時定数である。

【数22】

【0043】

車両モデル５０３は、制御系遅れ要素５０５から出力されるモータトルク応答目標値Ｔｍｒ^*と、車体駆動力外乱Ｆｄｖと、駆動輪外乱Ｆｄｗとに基づいて、式（８）より、モータ角速度推定値ωｍ＾を算出する。車両モデル５０３はまた、算出したモータ角速度推定値ωｍ＾と駆動輪角速度ωｗとに基づいて、擬似駆動軸ねじり角速度ωｄ＾（ωｄ＾＝ωｍ＾／Ｎ−ωｗ）を算出する。

【0044】

Ｆ／Ｂ補償器５０２は、車両モデル５０３から出力されるモータ角速度推定値ωｍ＾と、モータ角速度ωｍ（モータ角速度検出値）との偏差に基づいて、第２のトルク目標値を算出する。

【0045】

加算器５０３は、第１のトルク目標値と第２のトルク目標値とを加算することにより、最終トルク目標値Ｔｍ２^*を算出する。

【0046】

次に、図２のステップＳ２０３で行われる外乱算出処理の詳細について説明する。図６は、車体駆動力外乱Ｆｄｖと駆動輪外乱Ｆｄｗを算出する処理手順を示すフローチャートである。

【0047】

ステップＳ６０１では、モータ角速度ωｍと最終トルク目標値Ｔｍ２^*に基づいて、車体駆動力外乱推定値Ｆｄｖ＾を算出する。ここでは、外乱として、摩擦ブレーキ制動量、路面の勾配抵抗、空気抵抗、タイヤの転がり抵抗をオーバーオールで推定する。

【0048】

図７は、モータ角速度ωｍと最終トルク目標値Ｔｍ２^*に基づいて、車体駆動力外乱推定値Ｆｄｖ＾を算出する制御ブロックを示す図である。

【0049】

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、モータ角速度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。Ｈ（ｓ）は、Ｈ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）の分母の次数が分子の次数と同じかそれ以上になるように設定する。具体的には、Ｇｐ（ｓ）は３次／４次のフィルタであるため、ここでは、Ｈ（ｓ）を０次／１次のローパスフィルタとして設定する。ローパスフィルタのゲインは、算出される車体駆動力外乱推定値Ｆｄｖ＾の滑らかさと応答性を最適化させた値に設定する。

【0050】

制御系遅れ要素７０２は、最終トルク目標値Ｔｍ２^*を入力し、制御演算時間遅れｅ^-L1s、センサ信号処理時間遅れｅ^-L2s、式（２２）に示すモータ応答遅れＧａ（ｓ）を考慮した時間遅れ演算を行い、最終トルク応答目標値Ｔｍ２ｒ^*を算出する。

【0051】

ところで、制御系遅れ要素７０２に入力される最終トルク目標値Ｔｍ２^*は、本処理（外乱算出処理）の後段で実施する制振制御演算処理で算出される。従って、制御系遅れ要素７０２は、入力される最終トルク目標値Ｔｍ２^*が制御周期分だけ過去の値となっていることを考慮した上で遅れ要素を調整する。

【0052】

制御ブロック７０３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、制御系遅れ要素７０２で算出される最終トルク応答目標値Ｔｍ２ｒ^*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。

【0053】

減算器７０４は、第１のモータトルク推定値から第２のモータトルク推定値を減算することにより、モータトルク外乱推定値を算出する。

【0054】

制御ブロック７０５は、モータトルク外乱推定値に、次式（２３）で示すゲインＫ_FvTmを乗算することにより、車体駆動力外乱推定値Ｆｄｖ＾を算出する。

【数23】

【0055】

ここで、算出した車体駆動力外乱推定値Ｆｄｖ＾に特定周波数の振動が現れる場合、その振動を除去するためのノッチフィルタ等のフィルタリング処理を車体駆動力外乱推定値Ｆｄｖ＾に施してもよい。

【0056】

図６に戻って説明を続ける。ステップＳ６０２では、次式（２４）により、車体駆動力外乱Ｆｄｖを算出する。

【数24】

【0057】

ステップＳ６０３では、次式（２５）より、駆動輪外乱Ｆｄｗを算出する。

【数25】

【0058】

以上、第１の実施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基本トルク目標値Ｔｍ１^*（目標トルク指令値）を設定し、駆動輪につながる電動モータ４のトルクを制御する制御装置であって、基本トルク目標値Ｔｍ１^*、および車両に作用する外乱を入力し、フィードフォワード演算により、第１のトルク目標値を演算するＦ／Ｆ補償器５０１と、第１のトルク目標値に従ってモータトルクを制御するモータコントローラ２とを備える。Ｆ／Ｆ補償器５０１は、モータトルクおよび外乱から駆動軸ねじり角速度までの特性をモデル化した車両モデルであって、基本トルク目標値Ｔｍ１^*および車両に作用する外乱を入力して、擬似駆動軸ねじり角速度ωｄ＾を出力する車両モデル５０３と、車両モデル５０３から出力される擬似駆動軸ねじり角速度ωｄ＾を基本トルク目標値Ｔｍ１^*にフィードバックさせることによって、第１のトルク目標値を演算するねじり角速度Ｆ／Ｂモデル５０４とを備える。車両モデル５０３は、車両に作用する外乱を考慮して、擬似駆動軸ねじり角速度ωｄ＾を算出するので、外乱が発生した場合でも、精度良く擬似駆動軸ねじり角速度ωｄ＾を求めることができ、これにより、駆動軸ねじり振動を精度良く抑制することができる。

【0059】

駆動軸トルクの不感帯となるギアバックラッシュ区間では、外乱によるモデル化誤差の影響が駆動軸ねじり角速度に顕著に表れるため、外乱を考慮せずに擬似駆動軸ねじり角速度ωｄ＾を算出する従来の制御装置では、バックラッシュ発生時に駆動軸ねじり振動を精度良く抑制できない可能性があった。しかしながら、本実施形態における電動車両の制御装置によれば、ギアバックラッシュ発生時にも駆動軸ねじり振動を精度良く抑制することができる。また、モータを走行駆動源とし、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では、ブレーキペダルを使って車両の減速・停止を行う従来の車両に比べて、モータによる回生ブレーキ領域が拡大されるため、ギアバックラッシュ区間を跨ぐ走行シーンの頻度が高くなる。この車両に本発明の制振制御を適用すれば、上述したように、ギアバックラッシュ発生時にも駆動軸ねじり振動を精度良く抑制することができるので、著しい乗り心地の改善が可能となる。

【0060】

また、第１の実施形態における電動車両の制御装置によれば、モータコントローラ２によって車両に作用する外乱を推定し、車両モデル５０３には、推定した外乱が入力される。これにより、外乱を固定値とした場合や、関連性のあるパラメータに基づいて外乱を求める場合に比べて、車両の周辺環境の変化を加味した正確な外乱を求めることができ、これにより、精度良く擬似駆動軸ねじり角速度ωｄ＾を求めることができる。

【0061】

モータコントローラ２によって推定される外乱には、摩擦ブレーキの制動量が含まれるので、電動モータ４による回生制動と摩擦ブレーキの協調制御が行われる場合や、ドライバがブレーキ操作を行った場合でも、擬似駆動軸ねじり角速度ωｄ＾を精度良く求めることができ、特に、ギアバックラッシュ発生時にも駆動軸ねじり振動を精度良く抑制することができる。

【0062】

また、モータコントローラ２によって推定される外乱には、路面の勾配抵抗が含まれるので、坂路走行時においても擬似駆動軸ねじり角速度ωｄ＾を精度良く求めることができ、特に、ギアバックラッシュ発生時にも駆動軸ねじり振動を精度良く抑制することができる。

【0063】

さらに、モータコントローラ２によって推定される外乱には、空気抵抗が含まれるので、例えば高速走行時のように空気抵抗が大きくなる状況下でも、擬似駆動軸ねじり角速度ωｄ＾を精度良く求めることができ、特に、ギアバックラッシュ発生時にも駆動軸ねじり振動を精度良く抑制することができる。

【0064】

また、モータコントローラ２によって推定される外乱には、タイヤの転がり抵抗が含まれるので、擬似駆動軸ねじり角速度ωｄ＾を精度良く求めることができ、特に、ギアバックラッシュ発生時にも駆動軸ねじり振動を精度良く抑制することができる。

【0065】

モータコントローラ２は、車両へのトルク入力からモータ角速度までの特性をモデル化した車両モデルＧｐ（ｓ）に基づいて、車両に作用する外乱を推定するので、車両に作用している外乱を精度良く推定することができる。また、信頼性の確保された既存の車両信号から外乱を推定するため、外乱を検出するための新規センサの追加が不要となり、コスト増加を抑制することができ、かつ、システムが複雑化することによる電子信頼性の悪化の可能性を低減することができる。

【0066】

−第２の実施形態−
第１の実施形態では、外乱として、摩擦ブレーキ制動量、路面の勾配抵抗、空気抵抗、転がり抵抗をオーバーオールで推定した。第２の実施形態における電動車両の制御装置では、空気抵抗と転がり抵抗は考慮せず、摩擦ブレーキ制動量と路面の勾配抵抗を考慮して外乱を推定する。

【0067】

図８は、第２の実施形態において、車体駆動力外乱Ｆｄｖと駆動輪外乱Ｆｄｗを算出する処理手順を示すフローチャートである。また、図９は、車体駆動力外乱Ｆｄｖおよび駆動輪外乱Ｆｄｗを算出するための制御ブロック図である。

【0068】

図８のステップＳ８０１では、従動輪摩擦ブレーキ指令値Ｆｂｆ^*、駆動輪摩擦ブレーキ指令値Ｆｂｄ^*、および、車速Ｖに基づいて、次式（２６）〜（２９）に基づいて、従動輪ブレーキ制動量Ｆｄｂｆ、駆動輪ブレーキ制動量Ｆｄｂｄ、および、総ブレーキ制動量Ｆｄｂを算出する。この処理は、図９の摩擦ブレーキ制動量演算部９０１によって行われる。

【数26】

【数27】

【数28】

【数29】

【0069】

ここで、式（２６）〜（２９）における各パラメータは、下記の通りである。
τ_b：ブレーキ応答遅れ時定数
Ｌ_b：ブレーキ応答遅れ無駄時間
Ｆ_bf^*：従動輪摩擦ブレーキ指令値（二輪分の制動量の絶対値）
Ｆ_bd^*：駆動輪摩擦ブレーキ指令値（二輪分の制動量の絶対値）
Ｆ_dbf：従動輪ブレーキ制動量（二輪分）
Ｆ_dbd：駆動輪ブレーキ制動量（二輪分）
Ｆ_db：総ブレーキ制動量（四輪分）

【0070】

また、ｓｇｎ（Ｖ）は、車速Ｖが正の時に１、負の時に−１、０の時に０となる関数である。従って、従動輪摩擦ブレーキ指令値Ｆ_bf^*および駆動輪摩擦ブレーキ指令値Ｆ_bd^*は、車速Ｖが正の場合に負の値となり、車速Ｖが負の場合に正の値となる。

【0071】

なお、従動輪摩擦ブレーキ指令値Ｆｂｆ^*および駆動輪摩擦ブレーキ指令値Ｆｂｄ^*の代わりに、ブレーキ液圧を検出する液圧センサや、ドライバのブレーキ操作量を検出するストロークセンサ等、摩擦ブレーキの制動量と関連する検出値を用いて、従動輪ブレーキ制動量Ｆｄｂｆ、駆動輪ブレーキ制動量Ｆｄｂｄ、総ブレーキ制動量Ｆｄｂを算出するようにしてもよい。

【0072】

ステップＳ８０２では、次式（３０）より、空気抵抗Ｆｄａを算出する。この処理は、図９の空気抵抗演算処理部９０２によって行われる。

【数30】

【0073】

式（３０）において、Ｋρは空気抵抗演算比例定数である。ただし、空気抵抗演算比例定数Ｋρを固定値ではなく、車速Ｖの符号や温度等の条件に応じて可変としてもよい。空気抵抗は、車両前後方向の逆向きに作用するため、車速Ｖが正の場合に空気抵抗Ｆｄａを負の値に、車速Ｖが負の場合に空気抵抗Ｆｄａを正の値に設定する。

【0074】

ステップＳ８０３では、次式（３１）より、転がり抵抗Ｆｄｒを算出する。この処理は、図９の転がり抵抗演算処理部９０３によって行われる。

【数31】

【0075】

式（３１）において、Ｆｄｒｃは、転がり抵抗を予め実験的に求めた代表値である。転がり抵抗は、車両前後方向の逆向きに作用するため、車速Ｖが正の場合に転がり抵抗Ｆｄｒを負の値に、車速Ｖが負の場合に転がり抵抗Ｆｄｒを正の値に設定する。なお、転がり抵抗Ｆｄｒを、タイヤの空気圧センサ等の関連するセンサ検出値に基づいて算出するようにしてもよい。

【0076】

ステップＳ８０４では、車体駆動力外乱推定値Ｆｄｖ＾を算出する。この処理は、図９の外乱推定演算処理部９０４によって行われる。

【0077】

図１０は、外乱推定演算処理部９０４の詳細な構成を示すブロック図である。外乱推定演算処理部９０４は、制御ブロック１００１と、制御系遅れ要素１００２と、制御ブロック１００３と、加算器１００４と、制御系遅れ要素１００５と、制御ブロック１００６と、制御ブロック１００７と、制御系遅れ要素１００８と、制御ブロック１００９と、制御ブロック１０１０と、加算器１０１１と、減算器１０１２と、制御ブロック１０１３とを備える。

【0078】

制御ブロック１００１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、図７の制御ブロック７０１と同様に、モータ角速度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。

【0079】

制御系遅れ要素１００２は、図７の制御系遅れ要素７０２と同様に、最終トルク目標値Ｔｍ２^*を入力し、制御演算時間遅れｅ^-L1s、センサ信号処理時間遅れｅ^-L2s、式（２２）に示すモータ応答遅れＧａ（ｓ）を考慮した時間遅れ演算を行う。

【0080】

制御ブロック１００３は、図７の制御ブロック７０３と同様に、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、制御系遅れ要素１００２で時間遅れ演算処理が行われた最終トルク目標値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。

【0081】

加算器１００４は、転がり抵抗Ｆｄｒと、空気抵抗Ｆｄａと、従動輪ブレーキ制動量Ｆｄｂｆとを加算することにより、車体駆動力抵抗合算値を算出する。

【0082】

制御系遅れ要素１００５は、加算器１００４で算出された車体駆動力抵抗合算値を入力し、センサ信号処理時間遅れｅ^-L2sを考慮した時間遅れ演算を行う。

【0083】

制御ブロック１００６は、式（１０）で示すＧ_pFdv（ｓ）に、制御系遅れ要素１００５によって時間遅れ演算処理が行われた車体駆動力抵抗合算値を入力して、モータ角速度応答を求める。

【0084】

制御ブロック１００７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、制御ブロック１００６で求められたモータ角速度応答を入力して、第３のモータトルク推定値を算出する。

【0085】

制御系遅れ要素１００８は、駆動輪ブレーキ制動量Ｆｄｂｄを入力し、センサ信号処理時間遅れｅ^-L2sを考慮した時間遅れ演算を行う。

【0086】

制御ブロック１００９は、式（１１）で示すＧ_pFdw（ｓ）に、制御系遅れ要素１００８によって時間遅れ演算処理が行われた駆動輪ブレーキ制動量を入力して、モータ角速度応答を求める。

【0087】

制御ブロック１０１０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、制御ブロック１００９で求められたモータ角速度応答を入力して、第４のモータトルク推定値を算出する。

【0088】

加算器１０１１は、第３のモータトルク推定値と第４のモータトルク推定値とを加算することにより、第５のモータトルク推定値を算出する。

【0089】

減算器１０１２は、第１のモータトルク推定値から、第２のモータトルク推定値および第５のモータトルク推定値を減算することにより、モータトルク外乱推定値を算出する。

【0090】

制御ブロック１０１３は、減算器１０１２から出力されるモータトルク外乱推定値に、式（２３）で示したゲインＫ_FvTmを乗算することにより、車体駆動力外乱推定値Ｆｄｖ＾を算出する。

【0091】

図８のフローチャートに戻って説明を続ける。ステップＳ８０５では、次式（３２）より、車体駆動力外乱Ｆｄｖを算出する。この処理は、図９の車体駆動力外乱算出処理部９０５によって行われる。

【数32】

【0092】

ステップＳ８０６では、次式（３３）より、駆動輪外乱Ｆｄｗを算出する。この処理は、図９の駆動輪外乱算出処理部９０６によって行われる。

【数33】

【0093】

以上、第２の実施形態における電動車両の制御装置によれば、第１の実施形態における電動車両の制御装置と同様に、車両モデル５０３は、車両に作用する外乱を考慮して、擬似駆動軸ねじり角速度ωｄ＾を算出するので、外乱が発生した場合でも、精度良く擬似駆動軸ねじり角速度ωｄ＾を求めることができ、これにより、駆動軸ねじり振動を精度良く抑制することができる。

【0094】

また、従動輪摩擦ブレーキ指令値Ｆｂｆ^*および駆動輪摩擦ブレーキ指令値Ｆｂｄ^*に基づいて、摩擦ブレーキの制動量（従動輪ブレーキ制動量Ｆｄｂｆ、駆動輪ブレーキ制動量Ｆｄｂｄ、および、総ブレーキ制動量Ｆｄｂ）を算出する。これにより、センサを用いて摩擦ブレーキの制動量を求める方法に比べて、センサの検出誤差や検出遅れの影響を受けることなく、摩擦ブレーキの制動量を安定的に求めることができる。また、摩擦ブレーキの制動量を検出するための新規センサの追加が不要となり、コスト増加を抑制することができ、かつ、センサ検出信号処理の追加に伴う演算量の増加を抑制することができる。

【0095】

さらに、式（２６）〜（２９）に示すように、摩擦ブレーキの制動量指令値が変化してから車両に作用する制動力が変化するまでの応答遅れを考慮して、摩擦ブレーキの制動量を算出するので、より正確に、摩擦ブレーキ制動量を求めることができる。

【0096】

従動輪摩擦ブレーキ指令値Ｆｂｆ^*および駆動輪摩擦ブレーキ指令値Ｆｂｄ^*の代わりに、摩擦ブレーキの制動量と関連する摩擦制動量関連値（ブレーキ液圧やドライバのブレーキ操作量等）を検出し、検出した摩擦制動量関連値に基づいて、摩擦ブレーキの制動量を算出することもできる。この場合には、ブレーキアクチュエータの特性や応答を正確に反映した摩擦ブレーキ制動量を求めることができる。また、摩擦制動量関連値の検出値が変化してから車両に作用する制動力が変化するまでの応答遅れを考慮して、摩擦ブレーキの制動量を算出することにより、より正確に、摩擦ブレーキ制動量を求めることができる。

【0097】

−第３の実施形態−
第１および第２の実施形態では、車体駆動力外乱推定値Ｆｄｖ＾を算出してから、車体駆動力外乱Ｆｄｖおよび駆動輪外乱Ｆｄｗを算出した。第３の実施形態における電動車両の制御装置では、車体駆動力外乱推定値Ｆｄｖ＾を算出することなく、車体駆動力外乱Ｆｄｖおよび駆動輪外乱Ｆｄｗを算出する。

【0098】

図１１は、第３の実施形態において、車体駆動力外乱Ｆｄｖと駆動輪外乱Ｆｄｗを算出する処理手順を示すフローチャートである。また、図１２は、車体駆動力外乱Ｆｄｖおよび駆動輪外乱Ｆｄｗを算出するための制御ブロック図である。

【0099】

図１１のステップＳ１１０１では、次式（３４）に示すように、車速Ｖの微分値とＧセンサ１２よって検出される車両前後加速度ａ_sとの偏差に、車両質量Ｍを乗算することによって、勾配抵抗Ｆｄｓを算出する。この処理は、図１２の勾配抵抗演算処理部１２０１によって行われる。

【数34】

【0100】

ここで、車両質量Ｍは、制振制御演算処理および外乱算出処理の車両モデルに設定されている車両質量と同じ値を用いる。ただし、サスペンションのストロークセンサ等で検出した車両質量検出値に応じて車両モデルに設定した車両質量を可変とする場合には、勾配抵抗算出に用いる車両質量も同じく可変とする。

【0101】

なお、路面の勾配をカーナビゲーションシステム等の他の車載システムより通信等にて取得し、取得した勾配に車両質量Ｍを乗算することによって、勾配抵抗Ｆｄｓを求めてもよい。

【0102】

ステップＳ１１０２では、従動輪摩擦ブレーキ指令値Ｆｂｆ^*、駆動輪摩擦ブレーキ指令値Ｆｂｄ^*、および、車速Ｖに基づいて、式（２６）、（２７）、（２９）に基づいて、従動輪ブレーキ制動量Ｆｄｂｆおよび駆動輪ブレーキ制動量Ｆｄｂｄを算出する。この処理は、図１２の摩擦ブレーキ外乱演算処理部１２０２によって行われる。

【0103】

ステップＳ１１０３では、式（３０）より、空気抵抗Ｆｄａを算出する。この処理は、図１２の空気抵抗演算処理部１２０３によって行われる。

【0104】

ステップＳ１１０４では、式（３１）より、転がり抵抗Ｆｄｒを算出する。この処理は、図１２の転がり抵抗演算処理部１２０４によって行われる。

【0105】

ステップＳ１１０５では、次式（３５）に示すように、従動輪ブレーキ制動量Ｆｄｂｆと、勾配抵抗Ｆｄｓと、空気抵抗Ｆｄａと、転がり抵抗Ｆｄｒとを加算することにより、車体駆動力外乱Ｆｄｖを算出する。この処理は、図１２の車体駆動力外乱算出処理部１２０５によって行われる。

【数35】

【0106】

ステップＳ１１０６では、次式（３６）より、駆動輪外乱Ｆｄｗを算出する。この処理は、図１２の駆動輪外乱算出処理部１２０６によって行われる。

【数36】

【0107】

以上、第３の実施形態における電動車両の制御装置によれば、第１および第２の実施形態における電動車両の制御装置と同様に、車両モデル５０３は、車両に作用する外乱を考慮して、擬似駆動軸ねじり角速度ωｄ＾を算出するので、外乱が発生した場合でも、精度良く擬似駆動軸ねじり角速度ωｄ＾を求めることができ、これにより、駆動軸ねじり振動を精度良く抑制することができる。

【0108】

図１３は、第１の実施形態における電動車両の制御装置による制御結果と、従来の制御装置（ＷＯ２０１３／１５７３１５Ａ）による制御結果とを示す図である。図１３では、降坂路において電動モータ４の回生ブレーキと摩擦ブレーキの協調制御状態で走行している場面で、ドライバがブレーキペダルを緩やかに離し、その後にアクセルペダルを緩やかに踏み込んだ状況での目標トルク指令値、最終トルク目標値、車両の前後加速度をそれぞれ上から順に示している。図１３において、実線が第１の実施形態における電動車両の制御装置による制御結果であり、点線が従来の制御装置による制御結果である。

【0109】

時刻ｔ０〜ｔ２の期間では、踏み込んでいたブレーキペダルをドライバが緩やかに離していき、時刻ｔ２で完全にブレーキペダルを離している。これにより、基本トルク目標値は、時刻ｔ０〜ｔ２にかけて緩やかに負の値から０に向かって上昇し、時刻ｔ２において、０となる。

【0110】

ドライバは、時刻ｔ２でブレーキペダルを離すと同時にアクセルペダルを緩やかに踏み込む。これにより、時刻ｔ２以降において、基本トルク目標値は緩やかに増加していく。

【0111】

ところで、時刻ｔ２〜ｔ４では、モータトルクの値が負から正に変化するため、ギアのバックラッシュ区間を跨ぐ。従来の制御装置では、ギアのバックラッシュを考慮した制振制御を行うため、ギアが詰まるまでの間、最終トルク目標値を一定に保ちつつ、ギアが詰まった時点から再び最終トルク目標値を立ち上げる。

【0112】

外乱が無い場合、車両のギアが詰まるタイミングと、最終トルク目標値が立ち上がるタイミングは一致する。しかし、本タイムチャートの事例では、降坂路を走行しつつ、摩擦ブレーキの介入も継続しているため、外乱が印加されている。従来の制御装置では、これらの外乱が考慮されていない制振制御の車両モデルと、実際の車両状態との間で誤差が生じるため、時刻ｔ３〜ｔ４において、ギアが詰まる前に最終トルク目標値が立ち上がり、制振制御のＦ／Ｂ補償器の作用の関係から、時刻ｔ４〜ｔ５において、加速度が急激に大きくなっている。

【0113】

これに対して、第１の実施形態における電動車両の制御装置によれば、制振制御の車両モデル５０３として外乱を考慮しているため、車両モデル５０３と実際の車両の状態とは一致する。従って、ギアが詰まるタイミングで最終トルク目標値が立ち上がるので、時刻ｔ４〜ｔ５において、ショックの無い滑らかな加速応答が得られる。

【0114】

本発明は、上述した実施形態に限定されることはない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】