JP4687062B2 - 電動モータ駆動車両の制振制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、電動モータによって駆動される車両におけるトルクの振動を抑制する技術に関する。
電動モータを駆動源とする車両におけるトルク振動を抑制する制振制御装置としては、例えば後記特許文献１に記載のものがある。
上記従来の制振制御装置においては、各種車両情報に応じて第１のトルク目標値を設定し、また、後述するモータトルク指令値を入力し、車両へのトルク入力とモータ回転速度との間の伝達特性のモデルＧｐ(ｓ）に相当する特性を有するフィルタを通すことによってモータ回転速度を推定し、その回転速度推定値と実際のモータ回転速度との偏差を求め、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）、つまり「Ｈ(ｓ）の分母次数−分子次数≧Ｇｐ(ｓ）の分母次数−分子次数」なる条件を満たす伝達特性Ｈ(ｓ）を用いたモデルＨ(ｓ)／Ｇｐ(ｓ）のフィルタを備え、上記偏差を上記Ｈ(ｓ）／Ｇｐ(ｓ）なるフィルタに通することによって、第２のトルク目標値を算出し、第１のトルク目標値と第２のトルク目標値を加え合わせて前記モータトルク指令値とし、該モータトルク指令値に実モータの出力トルクを一致もしくは追従させるように制御している。
上記のような従来の制振制御における伝達特性Ｈ(ｓ）を持つバンドパスフィルタの構成手段として、ローパス側、ハイパス側の減衰特性（ｄＢ／ｄｅｃ）を概略一致させ、駆動系のねじり共振周波数が対数軸上でＨ(ｓ）の通過帯域の中央となるように構成する方法が知られている。これにより、理論上、不要な振動に対し、位相差０でキャンセルトルクを与えられるため、振動抑制に最大の効果を発揮することができている。
特開２００３−０９５６６号公報
上記従来の制振制御装置においては、各種車両情報に応じて第１のトルク目標値を設定し、また、後述するモータトルク指令値を入力し、車両へのトルク入力とモータ回転速度との間の伝達特性のモデルＧｐ(ｓ）に相当する特性を有するフィルタを通すことによってモータ回転速度を推定し、その回転速度推定値と実際のモータ回転速度との偏差を求め、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）、つまり「Ｈ(ｓ）の分母次数−分子次数≧Ｇｐ(ｓ）の分母次数−分子次数」なる条件を満たす伝達特性Ｈ(ｓ）を用いたモデルＨ(ｓ)／Ｇｐ(ｓ）のフィルタを備え、上記偏差を上記Ｈ(ｓ）／Ｇｐ(ｓ）なるフィルタに通することによって、第２のトルク目標値を算出し、第１のトルク目標値と第２のトルク目標値を加え合わせて前記モータトルク指令値とし、該モータトルク指令値に実モータの出力トルクを一致もしくは追従させるように制御している。
上記のような従来の制振制御における伝達特性Ｈ(ｓ）を持つバンドパスフィルタの構成手段として、ローパス側、ハイパス側の減衰特性（ｄＢ／ｄｅｃ）を概略一致させ、駆動系のねじり共振周波数が対数軸上でＨ(ｓ）の通過帯域の中央となるように構成する方法が知られている。これにより、理論上、不要な振動に対し、位相差０でキャンセルトルクを与えられるため、振動抑制に最大の効果を発揮することができている。
前記のような従来の制振制御を適用すると、通過帯域近傍のゲインを最大に得るためには、ねじり共振周波数ｆｐとハイパス側遮断周波数ｆｃＨとの比およびローパス側遮断周波数ｆｃＬとねじり共振周波数ｆｐとの比の関係ｋｆｃ、つまり
ｋｆｃ＝ｆｐ／ｆｃＨ＝ｆｃＬ／ｆｐ
をなるべく大きくとる必要があり、結果として、本来ねじり振動をキャンセルするために通過させていた共振周波数以外の周波数成分をも通過させやすくしてしまうことにより、ブレーキをかけた際の制動トルクさえも低減させるトルクを発生させてしまうので、減速時に押し出され感が現れてしまう可能性があった。
また、こうした問題を軽減するため、帯域幅を絞るとフィードバックトルクが十分得られないことから、ギアのバックラッシュ等に起因して生ずる外乱トルク要素に対して、十分な制振効果を得ることができないという問題があった。
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、電動モータ駆動車両における制振効果をより向上させた制振制御装置を提供することを目的とする。
ｋｆｃ＝ｆｐ／ｆｃＨ＝ｆｃＬ／ｆｐ
をなるべく大きくとる必要があり、結果として、本来ねじり振動をキャンセルするために通過させていた共振周波数以外の周波数成分をも通過させやすくしてしまうことにより、ブレーキをかけた際の制動トルクさえも低減させるトルクを発生させてしまうので、減速時に押し出され感が現れてしまう可能性があった。
また、こうした問題を軽減するため、帯域幅を絞るとフィードバックトルクが十分得られないことから、ギアのバックラッシュ等に起因して生ずる外乱トルク要素に対して、十分な制振効果を得ることができないという問題があった。
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、電動モータ駆動車両における制振効果をより向上させた制振制御装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明においては、第２のトルク目標値設定手段における伝達特性Ｈ(ｓ）のフィルタにおいて、ねじり共振周波数ｆｐとハイパス側遮断周波数ｆｃＨとの比およびローパス側遮断周波数ｆｃＬとねじり共振周波数ｆｐとの比の関係ｋｆｃを、
ｋｆｃ＝ｆｐ／ｆｃＨ＝ｆｃＬ／ｆｐ＝１ すなわち、
ｆｃＨ＝ｆｃＬ＝ｆｐ
なる関係に設定し、かつ、第２のトルク目標値を １≦ｋｆｂ≦２ なる範囲における任意のゲインｋｆｂ倍に増幅する増幅手段を備え、車両へのトルク入力とモータ回転速度の伝達特性のモデルＧｐ(ｓ）を２次振動系モデルで近似した場合に、前記第２のトルク目標値を増幅する増幅手段のゲインｋｆｂを、
ｋｆｂ＝２・(１−ζｐ）
に設定するように構成している。
ｋｆｃ＝ｆｐ／ｆｃＨ＝ｆｃＬ／ｆｐ＝１ すなわち、
ｆｃＨ＝ｆｃＬ＝ｆｐ
なる関係に設定し、かつ、第２のトルク目標値を １≦ｋｆｂ≦２ なる範囲における任意のゲインｋｆｂ倍に増幅する増幅手段を備え、車両へのトルク入力とモータ回転速度の伝達特性のモデルＧｐ(ｓ）を２次振動系モデルで近似した場合に、前記第２のトルク目標値を増幅する増幅手段のゲインｋｆｂを、
ｋｆｂ＝２・(１−ζｐ）
に設定するように構成している。
上記のように構成したことにより、通過帯域におけるゲイン／帯域幅比を最大とすることができ、ねじり共振周波数におけるフィードバックゲインを所定の大きさに保ったまま、不必要な帯域での減衰量を最大にすることができる。そして第２のトルク目標値を増幅する増幅器のゲインｋｆｂを １≦ｋｆｂ≦２ の範囲内の任意の値に設定することにより、制振効果をより改善することが出来る。
特に、ｋｆｂ＝２に設定した場合は、フィードバックトルクをゲイン０ｄＢで減衰なく第２のトルク目標値としてフィードバック可能となるので、ギアのバックラッシュ等に起因して生じる外乱トルクに対しても、効果的に振動を抑制することが可能になる、という効果が得られる。
特に、ｋｆｂ＝２に設定した場合は、フィードバックトルクをゲイン０ｄＢで減衰なく第２のトルク目標値としてフィードバック可能となるので、ギアのバックラッシュ等に起因して生じる外乱トルクに対しても、効果的に振動を抑制することが可能になる、という効果が得られる。
図１は本発明の一実施の形態を示すブロック図である。
図１において、１は車両のアクセル操作量を検出するアクセル開度センサ、２はモータトルク設定部、３は制振制御部、４はモータトルク制御部（何れも詳細後述）であり、モータトルク制御部の出力信号に応じてモータ５を制御する。６はモータ５の回転速度を検出するためのモータ回転角センサ、７はモータ５の回転を車輪８、９に伝達する駆動軸である。
図１において、１は車両のアクセル操作量を検出するアクセル開度センサ、２はモータトルク設定部、３は制振制御部、４はモータトルク制御部（何れも詳細後述）であり、モータトルク制御部の出力信号に応じてモータ５を制御する。６はモータ５の回転速度を検出するためのモータ回転角センサ、７はモータ５の回転を車輪８、９に伝達する駆動軸である。
モータトルク設定部２は、アクセル開度センサ１で検出したアクセル開度とモータ回転角センサ６から検出したモータ回転速度とに基づいてモータトルクの目標値（第１のトルク目標値Ｔ１）を設定する。この第１のトルク目標値Ｔ１は、例えばアクセル開度とモータ回転速度とに対応したトルク目標値のマップを予め記憶しておき、そのときのアクセル開度とモータ回転速度とに応じた値を読み出し、その値をＧｍ(ｓ）／Ｇｐ(ｓ）なる伝達特性を有するフィルタを通すことによって算出する。なお、アクセル開度とモータ回転速度とから求める代わりに上位コントローラからのトルク指令値を用いてもよい。
上記のＧｍ(ｓ）は車両へのトルク入力とモータ回転速度の応答目標を示すモデル（理想モデル）であり、Ｇｐ(ｓ）は車両へのトルク入力とモータ回転速度の伝達特性を示すモデルである。
上記のＧｍ(ｓ）は車両へのトルク入力とモータ回転速度の応答目標を示すモデル（理想モデル）であり、Ｇｐ(ｓ）は車両へのトルク入力とモータ回転速度の伝達特性を示すモデルである。
制振制御部３は、第１のトルク目標値Ｔ１とモータ回転速度とを入力し、後述する演算を行って第１のトルク目標値Ｔ１と第２のトルク目標値Ｔ２とを加算したモータトルク指令値Ｔを出力する。
モータトルク制御部４は、上記モータトルク指令値Ｔにモータ５の出力トルクを一致もしくは追従させるように制御する。
上記モータトルク設定部２、制振制御部３およびモータトルク制御部４は、例えばマイクロコンピュータで構成されており、また、モータ５の駆動は、例えばトルク指令値Ｔに対応するＰＷＭ信号によって駆動されるインバータを用いて駆動する。
モータトルク制御部４は、上記モータトルク指令値Ｔにモータ５の出力トルクを一致もしくは追従させるように制御する。
上記モータトルク設定部２、制振制御部３およびモータトルク制御部４は、例えばマイクロコンピュータで構成されており、また、モータ５の駆動は、例えばトルク指令値Ｔに対応するＰＷＭ信号によって駆動されるインバータを用いて駆動する。
（第１の実施例）
図２は本発明の動作説明のためのモータ制御系のモデル構成を示すブロック図であり、図３および図４は本発明による制振制御のフィルタＨ(ｓ）の通過帯域を示すボード線図、図５は本発明による第１の実施例の構成を示すブロック図、図６は第１の実施例のシミュレーションによる出力結果を示す図である。
図２は本発明の動作説明のためのモータ制御系のモデル構成を示すブロック図であり、図３および図４は本発明による制振制御のフィルタＨ(ｓ）の通過帯域を示すボード線図、図５は本発明による第１の実施例の構成を示すブロック図、図６は第１の実施例のシミュレーションによる出力結果を示す図である。
図２において、トルク目標値設定手段１０１は、Ｇｍ(ｓ)／Ｇｐ(ｓ）の前置フィルタからなり、入力した上位コントローラからのトルク指令値１００（または図１に示したように各種車両情報：例えばアクセル開度やモータ回転速度）に応じて第１のトルク目標値１０２を設定する。このトルク目標値設定手段１０１は図１のモータトルク設定部２に相当する。
モータ回転速度推定手段１１０は、車両へのトルク入力とモータ回転速度との伝達特性のモデルＧｐ(ｓ）に相当する特性を有するフィルタで構成され、入力した第１のトルク目標値１０２からモータ回転速度推定値１０９を算出する。
減算手段１１６は、モータ回転速度推定値１０９と実際のモータ回転速度検出値１０６との偏差１１１を求める。
モータ回転速度推定手段１１０は、車両へのトルク入力とモータ回転速度との伝達特性のモデルＧｐ(ｓ）に相当する特性を有するフィルタで構成され、入力した第１のトルク目標値１０２からモータ回転速度推定値１０９を算出する。
減算手段１１６は、モータ回転速度推定値１０９と実際のモータ回転速度検出値１０６との偏差１１１を求める。
第２のトルク目標値設定手段１１３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Ｈ(ｓ）、つまり「Ｈ(ｓ）の分母次数−分子次数≧Ｇｐ(ｓ）の分母次数−分子次数」なる条件を満たす伝達特性Ｈ(ｓ）を用いたＨ(ｓ)／Ｇｐ(ｓ）のフィルタで構成され、前記減算手段で算出された偏差を入力し、第２のトルク目標値１１４を設定する。
増幅手段１１２は、第２のトルク目標値１１４に１≦ｋｆｂ≦２なる任意のゲインｋｆｂを掛け合わせて増幅後の第２のトルク目標値１０３を出力する。
加算手段１１５は、前記第１のトルク目標値１０２と増幅後の第２のトルク目標値１０３とを加え合わせてモータトルク指令値１０４とし、このモータトルク指令値１０４でモータ１０５（伝達特性をＧｐ'(ｓ）とする）を駆動制御する。つまり、前記モータトルク指令値１０４にモータ１０５の出力トルクを一致もしくは追従させるように制御する。なお、１２１は外部から加えられる外乱トルクである。
加算手段１１５は、前記第１のトルク目標値１０２と増幅後の第２のトルク目標値１０３とを加え合わせてモータトルク指令値１０４とし、このモータトルク指令値１０４でモータ１０５（伝達特性をＧｐ'(ｓ）とする）を駆動制御する。つまり、前記モータトルク指令値１０４にモータ１０５の出力トルクを一致もしくは追従させるように制御する。なお、１２１は外部から加えられる外乱トルクである。
上記のモータ回転速度推定手段１１０、増幅手段１１２、第２のトルク目標値設定手段１１３、加算手段１１５および減算手段１１６の部分が前記図１の制振制御部３に相当する。なお、図１のモータトルク制御部４は、伝達特性的には影響がないので図２には表示していないが、外乱トルク１２１とモータ１０５との間に存在する。以上が本発明を適用するモータ制御系のモデル構成である。
図５に示した第１の実施例においては、図２における車両モデルのモータ回転速度推定値１０９と実際のモータ回転速度検出値１０６との偏差を求める際に、積分偏差が生じることを防ぐため、図２の制御ブロック構成を等価変換して図５に示すような構成とする。図５において、トルク目標値設定手段５０１は、Ｇｍ(ｓ)／Ｇｐ(ｓ）の前置フィルタからなり、入力した上位コントローラからのトルク指令値５００（または各種車両情報：例えばアクセル開度やモータ回転速度）に応じて第１のトルク目標値５０２を設定する。
モータ５０５へのモータトルク指令値５０４は、駆動系のねじり共振周波数を中心周波数ｆｐとするバンドパスフィルタ５１０を通過することにより、モータトルク指令値のねじり共振周波数成分５０９となる。上記バンドパスフィルタ５１０の遮断周波数はｆｃＨ＝ｆｃＬ＝ｆｐに設定されている。ただし、ｆｃＨはハイパス側の遮断周波数、ｆｃＬはローパス側の遮断周波数である。
また、モータ５０５の実際のモータ回転速度検出値５０６は、Ｈ(ｓ)／Ｇｐ(ｓ）なるフィルタ５０７を通して電動モータにかかるトルクのねじり共振周波数成分５０８に変換される。
また、モータ５０５の実際のモータ回転速度検出値５０６は、Ｈ(ｓ)／Ｇｐ(ｓ）なるフィルタ５０７を通して電動モータにかかるトルクのねじり共振周波数成分５０８に変換される。
減算手段５１６は、前記モータトルク指令値のねじり共振周波数成分５０９と、モータ５０５にかかるトルクのねじり共振周波数成分５０８との偏差５１１を求める。
増幅手段５１２は、上記の偏差を、１≦ｋｆｂ≦２なる範囲の値（後述するように図２ではｋｆｂ＝２とする）を有する任意のゲインｋｆｂ倍に増幅し、第２のトルク目標値５０３とする。
増幅手段５１２は、上記の偏差を、１≦ｋｆｂ≦２なる範囲の値（後述するように図２ではｋｆｂ＝２とする）を有する任意のゲインｋｆｂ倍に増幅し、第２のトルク目標値５０３とする。
加算手段５１５は、前記第１のトルク目標値５０２と増幅後の第２のトルク目標値５０３とを加え合わせてモータトルク指令値５０４とし、このモータトルク指令値５０４によってモータ５０５を駆動制御する。つまり、前記モータトルク指令値５０４にモータ５０５の出力トルクを一致もしくは追従させるように制御する。
なお、図５のフィルタ５０７におけるＨ(ｓ)／Ｇｐ(ｓ）の特性は、図２の第２のトルク目標値設定手段１１３における「Ｈ(ｓ）の分母次数−分子次数≧Ｇｐ(ｓ）の分母次数−分子次数」なる条件を満たす伝達特性Ｈ(ｓ）を用いたＨ(ｓ)／Ｇｐ(ｓ）と同じである。
上記のように、第１の実施例においては、バンドパスフィルタ５１０の遮断周波数がｆｃＨ＝ｆｃＬ＝ｆｐと設定されているので、そのままでは中心周波数ｆｐにおける通過損失が−６ｄＢになる。そのため増幅手段５１２によってこれを補償するように、増幅手段５１２のゲインｋｆｂを２(つまり＋６ｄＢ）に設定する。
これにより、バンドパスフィルタ５１０の通過損失を受けずに、第２のトルク日標値５１１をフィードバック可能にすることが出来る。
なお、図５のフィルタ５０７におけるＨ(ｓ)／Ｇｐ(ｓ）の特性は、図２の第２のトルク目標値設定手段１１３における「Ｈ(ｓ）の分母次数−分子次数≧Ｇｐ(ｓ）の分母次数−分子次数」なる条件を満たす伝達特性Ｈ(ｓ）を用いたＨ(ｓ)／Ｇｐ(ｓ）と同じである。
上記のように、第１の実施例においては、バンドパスフィルタ５１０の遮断周波数がｆｃＨ＝ｆｃＬ＝ｆｐと設定されているので、そのままでは中心周波数ｆｐにおける通過損失が−６ｄＢになる。そのため増幅手段５１２によってこれを補償するように、増幅手段５１２のゲインｋｆｂを２(つまり＋６ｄＢ）に設定する。
これにより、バンドパスフィルタ５１０の通過損失を受けずに、第２のトルク日標値５１１をフィードバック可能にすることが出来る。
図３は、バンドパスフィルタ５１０における通過ゲイン特性を示すボード線図である。図３において、２０１は遮断周波数をｆｃＨ＝ｆｃＬ＝ｆｐに設定した場合の通過ゲイン特性、２０２は遮断周波数をｆｃＨ＝ｆｃＬ＝ｆｐに設定した場合の位相特性を示す。
図４は、バンドパスフィルタ５１０におけるゲイン／通過帯域幅比を示すボード線図である。図４において、３０１は遮断周波数をｆｃＨ＝ｆｃＬ＝ｆｐに設定した場合のゲイン／通過帯域幅比、３０２、３０３は遮断周波数がｆｐ／ｆｃＨ＝ｆｃＬ／ｆｐ≠１の場合におけるゲイン／通過帯域幅比を示す。
図６は、モータ５０５に対して、外乱トルク５２１としてステップ状のトルク外乱６０１を与えた場合におけるモータ５０５の出力回転速度（モータ回転速度検出値）５０６の応答波形を示す図であり、（ａ）はトルク外乱６０１の波形、（ｂ）は前記特許文献１に記載した従来の制振制御による応答波形、（ｃ）は本発明の第１の実施例における応答波形を示す。
図６から判るように、制振制御を行わない場合の回転速度応答６０２、６０４は、外乱トルク６０１の影響を受けてねじり共振周波数で大きな振幅をもって振動している。そして、前記特許文献１に記載した従来の制振制御によると第２のトルク目標値がバンドパスフィルタの通過ロスによって減衰されるため、完全な制振効果が得られず、出力回転速度は６０３に示すように、ねじり振動がかなり残っている。
これに対し、図６（ｃ）に示した本発明の特性においては、第２のトルク目標値５１１が減衰されずにフィードバックされるので、波形６０５に示したように出力回転速度は振動がほぼ収まって滑らかに変化していることが判る。
これに対し、図６（ｃ）に示した本発明の特性においては、第２のトルク目標値５１１が減衰されずにフィードバックされるので、波形６０５に示したように出力回転速度は振動がほぼ収まって滑らかに変化していることが判る。
ここで前記した車両のトルク入力とモータ回転速度の伝達特性Ｇｐ(ｓ）について説明する。
図１０は車両の駆動ねじり振動系の運動方程式を説明するための図であり、図１０における各符号は以下に示すとおりである。
Ｊm：モータのイナーシャ
Ｊw：駆動輪のイナーシャ
Ｍ：車両の重量
ＫD：駆動系のねじり剛性
ＫT：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：タイヤの加重半径
ωm：モータの角速度
Ｔm：モータのトルク
ＴD：駆動輪のトルク
Ｆ：車両に加えられる力
Ｖ：車両の速度
ωW：駆動輪の角速度
図１０より、以下の運動方程式を導くことが出来る。
図１０は車両の駆動ねじり振動系の運動方程式を説明するための図であり、図１０における各符号は以下に示すとおりである。
Ｊm：モータのイナーシャ
Ｊw：駆動輪のイナーシャ
Ｍ：車両の重量
ＫD：駆動系のねじり剛性
ＫT：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：タイヤの加重半径
ωm：モータの角速度
Ｔm：モータのトルク
ＴD：駆動輪のトルク
Ｆ：車両に加えられる力
Ｖ：車両の速度
ωW：駆動輪の角速度
図１０より、以下の運動方程式を導くことが出来る。
Ｊm・ω＊m＝Ｔm−ＴD／Ｎ
２Ｊw・ω＊W＝ＴD−ｒＦ
ＭＶ＊＝Ｆ
ＴD＝ＫD ∫(ωm／Ｎ−ωW）
Ｆ＝ＫT(ｒωW−Ｖ）
なお、上記の各数式において、符号の右上に付されている「＊」は、時間微分を示す。 上記の各運動方程式に基づいて、モータトルクからモータ回転速度の伝達特性Ｇｐ(ｓ）を求めると下記（数２）式のようになる。
２Ｊw・ω＊W＝ＴD−ｒＦ
ＭＶ＊＝Ｆ
ＴD＝ＫD ∫(ωm／Ｎ−ωW）
Ｆ＝ＫT(ｒωW−Ｖ）
なお、上記の各数式において、符号の右上に付されている「＊」は、時間微分を示す。 上記の各運動方程式に基づいて、モータトルクからモータ回転速度の伝達特性Ｇｐ(ｓ）を求めると下記（数２）式のようになる。
Ｇｐ(ｓ）＝(ｂ３ｓ３＋ｂ２ｓ２＋ｂ１ｓ＋ｂ０)
／ｓ(ａ４ｓ３＋ａ３ｓ２＋ａ２ｓ＋ａ１） …（数２）
ただし、
ａ４＝２Ｊm・Ｊw・Ｍ
ａ３＝Ｊm(２Ｊw＋Ｍｒ２)ＫT
ａ２＝｛Ｊm＋(２Ｊw／Ｎ２〕｝Ｍ・ＫD
ａ１＝｛Ｊm＋(２Ｊw／Ｎ２)＋(Ｍｒ２／Ｎ２)｝ＫD・ＫT
ｂ３＝２Ｊw＋Ｍ
ｂ２＝(２Ｊw＋Ｍｒ２)ＫT
ｂ１＝Ｍ・ＫD
ｂ０＝ＫD・ＫT
上記（数２）式に示した伝達関数の極と零点を調べると、一つの極と一つの零点とは極めて近い値を示す。これは下記（数３）式におけるαとβが極めて近い値を示すことに相当する。
／ｓ(ａ４ｓ３＋ａ３ｓ２＋ａ２ｓ＋ａ１） …（数２）
ただし、
ａ４＝２Ｊm・Ｊw・Ｍ
ａ３＝Ｊm(２Ｊw＋Ｍｒ２)ＫT
ａ２＝｛Ｊm＋(２Ｊw／Ｎ２〕｝Ｍ・ＫD
ａ１＝｛Ｊm＋(２Ｊw／Ｎ２)＋(Ｍｒ２／Ｎ２)｝ＫD・ＫT
ｂ３＝２Ｊw＋Ｍ
ｂ２＝(２Ｊw＋Ｍｒ２)ＫT
ｂ１＝Ｍ・ＫD
ｂ０＝ＫD・ＫT
上記（数２）式に示した伝達関数の極と零点を調べると、一つの極と一つの零点とは極めて近い値を示す。これは下記（数３）式におけるαとβが極めて近い値を示すことに相当する。
Ｇｐ(ｓ)＝(ｓ＋β)(ｂ２'ｓ２＋ｂ１'ｓ＋ｂ０')
／ｓ(ｓ＋α)(ａ３'ｓ２＋ａ２'ｓ＋ａ１') …（数３）
したがって上記（数３）式における極零相殺（α＝βと近似する）を行うことにより、下記（数４）式に示すように、（２次）／（３次）の伝達特性Ｇｐ(ｓ)が得られる。
／ｓ(ｓ＋α)(ａ３'ｓ２＋ａ２'ｓ＋ａ１') …（数３）
したがって上記（数３）式における極零相殺（α＝βと近似する）を行うことにより、下記（数４）式に示すように、（２次）／（３次）の伝達特性Ｇｐ(ｓ)が得られる。
Ｇｐ(ｓ)＝(ｂ２'ｓ２＋ｂ１'ｓ＋ｂ０')／ｓ(ａ３'ｓ２＋ａ２'ｓ＋ａ１') …（数４）
上記の（数４）式をマイコン処理によって具現化するため、例えば下記（数５）式を用いてＺ変換し、離散化する。
ｓ＝(２／Ｔ)・｛（１−Ｚ−１）／（１＋Ｚ−１）｝ …（数５）。
上記の（数４）式をマイコン処理によって具現化するため、例えば下記（数５）式を用いてＺ変換し、離散化する。
ｓ＝(２／Ｔ)・｛（１−Ｚ−１）／（１＋Ｚ−１）｝ …（数５）。
次に、伝達特性Ｈ(ｓ)について説明する。
Ｈ(ｓ)は、バンドパスフィルタとした場合に、振動のみを低減するフィードバック要素となる。このバンドパスフィルタのフィルタ特性は例えば図１１に示すように、ローパス側およびハイパス側の減衰特性がほぼ一致し、かつ、駆動系のねじり共振周波数ｆｐ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ている。なお、ｆｃＬはローパス側遮断周波数、ｆｃＨはハイパス側遮断周波数である。
第１の実施例においては、前記図３、図４に示したように、ｆｐ＝ｆｃＬ＝ｆｃＨに設定している。つまり通過帯域の中央が駆動系のねじり共振周波数ｆｐになり、かつ、ハイパス側もローパス側も中央のｆｐから直ちに減衰を開始する特性となっている。
Ｈ(ｓ)は、バンドパスフィルタとした場合に、振動のみを低減するフィードバック要素となる。このバンドパスフィルタのフィルタ特性は例えば図１１に示すように、ローパス側およびハイパス側の減衰特性がほぼ一致し、かつ、駆動系のねじり共振周波数ｆｐ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ている。なお、ｆｃＬはローパス側遮断周波数、ｆｃＨはハイパス側遮断周波数である。
第１の実施例においては、前記図３、図４に示したように、ｆｐ＝ｆｃＬ＝ｆｃＨに設定している。つまり通過帯域の中央が駆動系のねじり共振周波数ｆｐになり、かつ、ハイパス側もローパス側も中央のｆｐから直ちに減衰を開始する特性となっている。
（第２の実施例）
図７は第２の実施例の構成を示す機能ブロック図、図８は第２の実施例のシミュレーションによる出力結果を示す図、図９は第２の実施例の動作を説明するためのブロック図である。
図７は第２の実施例の構成を示す機能ブロック図、図８は第２の実施例のシミュレーションによる出力結果を示す図、図９は第２の実施例の動作を説明するためのブロック図である。
図７において、トルク目標値設定手段７０１は、Ｇｍ(ｓ)／Ｇｐ(ｓ）の前置フィルタからなり、入力した上位コントローラからのトルク指令値７００（または各種車両情報：例えばアクセル開度やモータ回転速度）に応じて第１のトルク目標値７０２を設定する。
モータ７０５へのモータトルク指令値７０４は、駆動系のねじり共振周波数を中心周波数ｆｐとするバンドパスフィルタ７１０を通過することにより、モータトルク指令値のねじり共振周波数成分７０９となる。上記バンドパスフィルタ７１０の遮断周波数はｆｃＨ＝ｆｃＬ＝ｆｐに設定されている。ただし、ｆｃＨはハイパス側の遮断周波数、ｆｃＬはローパス側の遮断周波数である。
また、モータ７０５の実際のモータ回転速度検出値７０６は、Ｈ(ｓ)／Ｇｐ(ｓ）なるフィルタ７０７を通して電動モータにかかるトルクのねじり共振周波数成分７０８に変換される。
減算手段７１６は、前記モータトルク指令値のねじり共振周波数成分７０９と、モータ７０５にかかるトルクのねじり共振周波数成分７０８との偏差７１１を求める。
減算手段７１６は、前記モータトルク指令値のねじり共振周波数成分７０９と、モータ７０５にかかるトルクのねじり共振周波数成分７０８との偏差７１１を求める。
増幅手段７１２は、上記の偏差７１１を、ｋ＝２・(１−ζｐ）なるゲイン倍に増幅し、第２のトルク目標値７０３とする。
加算手段７１５は、前記第１のトルク目標値７０２と増幅後の第２のトルク目標値７０３とを加え合わせてモータトルク指令値７０４とし、このモータトルク指令値７０４によってモータ７０５を駆動制御する。つまり、前記モータトルク指令値７０４にモータ７０５の出力トルクを一致もしくは追従させるように制御する。ただし、７２１は外乱トルクである。
加算手段７１５は、前記第１のトルク目標値７０２と増幅後の第２のトルク目標値７０３とを加え合わせてモータトルク指令値７０４とし、このモータトルク指令値７０４によってモータ７０５を駆動制御する。つまり、前記モータトルク指令値７０４にモータ７０５の出力トルクを一致もしくは追従させるように制御する。ただし、７２１は外乱トルクである。
ここで、図９を用いて第２の実施例の動作を説明する。
図９において、外部から入力したトルク指令値をｕ、出力回転速度をＹ、外乱入力トルクをｄとして、中間ノードの演算結果をそれぞれｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４、ｘ５と置くと、下記の（数６）式に示す連立方程式が求められる。
図９において、外部から入力したトルク指令値をｕ、出力回転速度をＹ、外乱入力トルクをｄとして、中間ノードの演算結果をそれぞれｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４、ｘ５と置くと、下記の（数６）式に示す連立方程式が求められる。
Ｙ＝Ｇｐ'(ｓ)・（ｘ１＋ｄ）
ｘ１＝ｘ５＋ｕ
ｘ２＝Ｈ(ｓ)・ｘ１ …（数６）
ｘ３＝｛Ｈ(ｓ)／Ｇｐ(ｓ)｝・Ｙ
ｘ４＝ｘ２−ｘ３
ｘ５＝ｋ（ｘ２−ｘ３）
また、下記（数７）式〜（数１０）式に示す関係がある。
ｘ１＝ｘ５＋ｕ
ｘ２＝Ｈ(ｓ)・ｘ１ …（数６）
ｘ３＝｛Ｈ(ｓ)／Ｇｐ(ｓ)｝・Ｙ
ｘ４＝ｘ２−ｘ３
ｘ５＝ｋ（ｘ２−ｘ３）
また、下記（数７）式〜（数１０）式に示す関係がある。
つまり第２の実施例においては、車両へのトルク入力とモータ回転速度の伝達特性のモデルＧｐ(ｓ）を下記（数１６）式（＝数１式）に示す２次振動系モデルで近似した場合に、前記第２のトルク目標値を増幅する増幅手段のゲインｋｆｂを、
ｋｆｂ＝２・(１−ζｐ）
に設定したものである。
Ｊs ：車両慣性
ｂ０：定数
ｂ１：定数
上記のように、ｋ＝２・(１−ζｐ）に設定することにより、実際の電動モータＧｐ'(ｓ）の出力と車両振動モデルＧｐ(ｓ）の出力とが完全に一致するように第２のトルク目標をフィードバックすることが可能となり、理論的には外乱によるねじり共振周波数での振動を零に抑制することが可能となる。
図８は、モータ７０５に対して、外乱トルクｄ７２１としてステップ状のトルク指令８０１を与えた場合におけるモータ７０５の出力回転速度７０６の応答波形を示す図である。
図８において、（ａ）は外乱トルク波形、（ｂ）は前記特許文献１に記載した従来の制振制御による応答波形、（ｃ）は本発明の応答波形を示す。
図８に示した制振制御を行わなかった場合の回転速度応答８０２、８０４は、外乱トルクｄ８０１を受けてねじり共振周波数で大きな振幅をもって振動している。これに対して本発明による制振制御を行った場合は、第２のトルク目標値７１１が外乱トルクｄ８０１に対してＧｍ(ｓ)・ｄとなるようにフィードバックがかかることにより、（ｃ）に示すように、回転速度出力波形８０５には、全く振動が生じていないことがわかる。
図８において、（ａ）は外乱トルク波形、（ｂ）は前記特許文献１に記載した従来の制振制御による応答波形、（ｃ）は本発明の応答波形を示す。
図８に示した制振制御を行わなかった場合の回転速度応答８０２、８０４は、外乱トルクｄ８０１を受けてねじり共振周波数で大きな振幅をもって振動している。これに対して本発明による制振制御を行った場合は、第２のトルク目標値７１１が外乱トルクｄ８０１に対してＧｍ(ｓ)・ｄとなるようにフィードバックがかかることにより、（ｃ）に示すように、回転速度出力波形８０５には、全く振動が生じていないことがわかる。
１…アクセル開度センサ ２…モータトルク設定部
３…制振制御部 ４…モータトルク制御部
５…モータ ６…モータ回転角センサ
７…駆動軸 ８、９…車輪
１００、５００、７００…上位コントローラからのトルク指令値
１０１、５０１、７０１…前置フィルタ
１０２、５０２、７０２…第１のトルク日標値
１０３、５０３、７０３…増幅後の第２のトルク目標値
１０４、５０４、７０４…モータへのトルク指令値
１０５、５０５、７０５…モータ
１０６、、５０６、７０６…モータの出力回転速度
１１３、５０７、７０７…トルク演算器
５０８、７０８…モータにかかる振動トルク
１０９…推定回転速度
５０９、７０９…指令トルクのねじり振動数成分
５１０、７１０…バンドパスフィルタ
１１１…回転速度偏差
５１１、７１１…トルク偏差
１２１、５２１、７２１…外乱トルク
２０１…ｆｐ＝ｆｃＨ＝ｆｃＬの際の通過ゲイン特性
２０２…ｆｐ＝ｆｃＨ＝ｆｃＬの際の位相特性
３０１…ｆｐ＝ｆｃＨ＝ｆｃＬの際のゲイン／帯域幅比
３０２、３０３…ｆｐ／ｆｃＨ＝ｆｃＬ／ｆｐ≠１のときのゲイン／帯域幅比
６０１、８０１…外乱トルク
６０２、６０４、８０２、８０４…制振制御無しの場合における回転速度応答
６０３、８０３…ｆｐ＝ｆｃＨ＝ｆｃＬの際の回転速度応答
６０５…ｆｐ＝ｆｃＨ＝ｆｃＬかつｋｆｂ＝２の際の回転速度応答
８０５…ｆｐ＝ｆｃＨ＝ｆｃＬかつｋｆｂ＝２・(１−ζｐ)の際の回転速度応答
３…制振制御部 ４…モータトルク制御部
５…モータ ６…モータ回転角センサ
７…駆動軸 ８、９…車輪
１００、５００、７００…上位コントローラからのトルク指令値
１０１、５０１、７０１…前置フィルタ
１０２、５０２、７０２…第１のトルク日標値
１０３、５０３、７０３…増幅後の第２のトルク目標値
１０４、５０４、７０４…モータへのトルク指令値
１０５、５０５、７０５…モータ
１０６、、５０６、７０６…モータの出力回転速度
１１３、５０７、７０７…トルク演算器
５０８、７０８…モータにかかる振動トルク
１０９…推定回転速度
５０９、７０９…指令トルクのねじり振動数成分
５１０、７１０…バンドパスフィルタ
１１１…回転速度偏差
５１１、７１１…トルク偏差
１２１、５２１、７２１…外乱トルク
２０１…ｆｐ＝ｆｃＨ＝ｆｃＬの際の通過ゲイン特性
２０２…ｆｐ＝ｆｃＨ＝ｆｃＬの際の位相特性
３０１…ｆｐ＝ｆｃＨ＝ｆｃＬの際のゲイン／帯域幅比
３０２、３０３…ｆｐ／ｆｃＨ＝ｆｃＬ／ｆｐ≠１のときのゲイン／帯域幅比
６０１、８０１…外乱トルク
６０２、６０４、８０２、８０４…制振制御無しの場合における回転速度応答
６０３、８０３…ｆｐ＝ｆｃＨ＝ｆｃＬの際の回転速度応答
６０５…ｆｐ＝ｆｃＨ＝ｆｃＬかつｋｆｂ＝２の際の回転速度応答
８０５…ｆｐ＝ｆｃＨ＝ｆｃＬかつｋｆｂ＝２・(１−ζｐ)の際の回転速度応答
Claims (1)
- 電動モータを駆動源とする車両において、
前記電動モータの実回転速度またはそれに相当する値を検出するモータ回転速度検出手段と、
外部からの指令値または各種車両情報に応じて第１のトルク目標値を設定する第１のトルク目標値設定手段と、
分母次数と分子次数との差分が、車両へのトルク入力とモータ回転速度との伝達特性のモデル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）を有するバンドパスフィルタＨ(ｓ)を備え、後述するモータトルク指令値を入力して、上記バンドパスフィルタＨ(ｓ)を通過させることにより、モータトルク指令値のねじり共振周波数成分を出力する手段と、
前記実回転速度をＨ(ｓ)／Ｇｐ(ｓ）なる特性を有するフィルタを通すことによって電動モータにかかるトルクのねじり共振周波数成分を出力する手段と、
前記モータトルク指令値のねじり共振周波数成分と、前記電動モータにかかるトルクのねじり共振周波数成分との偏差を求めて第２のトルク目標値とする偏差演算手段と、
前記第１のトルク目標値と第２のトルク目標値を加え合わせて前記モータトルク指令値とするモータトルク指令値演算手段と、
を備え、前記モータトルク指令値に前記電動モータの出力トルクを一致もしくは追従させるように制御し、
かつ、前記バンドパスフィルタＨ(ｓ)の遮断周波数を、駆動系のねじり共振周波数ｆｐとハイパス側遮断周波数ｆｃＨとの比およびローパス側遮断周波数ｆｃＬと駆動系のねじり共振周波数ｆｐとの比の関係がそれぞれ、
ｋｆｃ＝ｆｐ／ｆｃＨ＝ｆｃＬ／ｆｐ＝１
になるように、つまりｆｐ＝ｆｃＨ＝ｆｃＬに設定し、かつ、前記第２のトルク目標値を
１≦ｋｆｂ≦２
なる範囲における任意のゲインｋｆｂ倍に増幅する増幅手段を備え、
車両へのトルク入力とモータ回転速度の伝達特性のモデルＧｐ(ｓ）を下記（数１）式に示す２次振動系モデルで近似した場合に、前記第２のトルク目標値を増幅する増幅手段のゲインｋｆｂを、
ｋｆｂ＝２・(１−ζｐ）
に設定したことを特徴とする電動モータ駆動車両の制振制御装置。
Ｊs：車両慣性
ｂ ０ ：定数
ｂ １ ：定数
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Citations (3)
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| JP2003009566A (ja) * | 2001-06-18 | 2003-01-10 | Nissan Motor Co Ltd | 電動モータを用いた車両の制振制御装置 |
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2004
- 2004-10-08 JP JP2004295738A patent/JP4687062B2/ja active Active
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