JP5900609B2 - 電動車両の制御装置および電動車両の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータで駆動可能な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、モータの回転速度を駆動輪の回転速度に相当させた相当回転速度と、駆動輪の平均回転速度との偏差に所定のゲインを乗じて補正値を演算し、モータのトルク指令値から補正値を減じることにより、車両のトルク変動などに伴う振動を抑制する技術が知られている（ＪＰ２００２−１５２９１６Ａ参照）。

ここで、ＪＰ２００２−１５２９１６Ａにおいて、所定のゲインは、モータの回転速度と駆動輪の回転速度と駆動軸のねじり角度を変数として記述される電気自動車の駆動系の運動方程式と、トルク指令値から補正値を減じて得られるモータの入力トルクを用いた制御系の状態運動方程式における特性方程式の極を、実数となるように定めるという構成になっている。このため、ＣＰＵにおける演算遅れ、回転速度の検出遅れ、モータのトルク応答遅れ等のようなフィードバック制御系に存在する遅れ時間が大きい場合に、制御系が発散してしまう。このようなフィードバック制御系の発散を防止するためにフィードバックゲインを小さくすると、上述した特性方程式の極が実数とならずに制振性能が不足してしまうという問題が生じる。

本発明は、制御系の安定性確保と制振性能を両立させることを目的とする。

一実施形態における電動車両の制御装置は、アクセル開度及び車速に基づいて設定されたモータトルク指令値を入力し、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部と、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部と、を備え、前記フィードフォワード演算部は、電動車両に設けられているセンサの検出値を前記モータトルク指令値から独立して入力することなくモータトルク指令値を入力して、モータ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モータ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。

本発明の実施形態、本発明の利点については、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、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は、電動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。 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、最終トルク指令値Ｔｍ２^＊を設定する処理を行う制御ブロック図の一例である。 図５は、Ｆ／Ｆ補償器の詳細な構成を示すブロック図である。 図６は、車両の駆動力伝達系をモデル化した図である。 図７は、Ｆ／Ｂ補償器の詳細な構成を示すブロック図である。 図８は、第２の実施形態において、最終トルク指令値Ｔｍ２^＊を設定する処理を行う制御ブロック図の一例である。 図９は、第３の実施形態において、最終トルク指令値Ｔｍ２^＊を設定する処理を行う制御ブロック図の一例である。 図１０は、第４の実施形態において、最終トルク指令値Ｔｍ２^＊を設定する処理を行う制御ブロック図の一例である。 図１１は、第１の実施形態における電動車両の制御装置と、ＪＰ２００２−１５２９１６Ａに記載の制御装置との制御結果の比較図である。

−第１の実施形態−
図１は、第１の実施形態における電動車両の制御装置を備えた電気自動車の主要構成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。

電動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。

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（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。

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、電動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。

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）を入力する。

車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）は、図示しない車速センサや、図示しないブレーキコントローラ等の他のコントローラより通信にて取得する。または、モータ回転速度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。

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。

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。

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。

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。

ステップＳ２０２では、第１のトルク指令値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、第１のトルク指令値Ｔｍ１^＊を設定する。

ステップＳ２０３では、ステップＳ２０２で設定された第１のトルク指令値Ｔｍ１^＊とモータ回転速度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指令値Ｔｍ２^＊を設定する。最終トルク指令値Ｔｍ２^＊を設定する方法の詳細については、後述する。

ステップＳ２０４では、ステップＳ２０３で設定された最終トルク指令値Ｔｍ２^＊、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。

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。

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をトルク指令値で指示された所望のトルクで駆動することができる。

図４は、最終トルク指令値Ｔｍ２^＊を設定する処理を行う制御ブロック図の一例である。最終トルク指令値Ｔｍ２^＊を設定する制振制御演算部４００は、フィードフォワード補償器４０１（以下、Ｆ／Ｆ補償器４０１と呼ぶ）と、フィードバック補償器４０２（以下、Ｆ／Ｂ補償器４０２と呼ぶ）と、加算器４０３とを備える。

Ｆ／Ｆ補償器４０１は、第１のトルク指令値Ｔｍ１^＊を入力し、第１のトルク目標値および第１のトルク目標値に対するモータ回転数推定値を出力する。

Ｆ／Ｂ補償器４０２は、第１のトルク目標値に対するモータ回転数推定値およびモータ回転数検出値を入力し、第２のトルク目標値を出力する。

加算器４０３は、Ｆ／Ｆ補償器４０１から出力される第１のトルク目標値と、Ｆ／Ｂ補償器４０２から出力される第２のトルク目標値とを加算して、最終トルク指令値Ｔｍ２^＊を出力する。

図５は、Ｆ／Ｆ補償器４０１の詳細な構成を示すブロック図である。Ｆ／Ｆ補償器４０１は、車両パラメータとギア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５０１と、トルク指令値から擬似ねじり角速度にフィードバックゲイン（Ｆ／Ｂゲイン）を積算した値を減算する駆動軸ねじり角速度Ｆ／Ｂモデル５０２と、制御系遅れ要素５０３とを備える。

駆動軸ねじり角速度Ｆ／Ｂモデル５０２の出力である駆動軸ねじり角速度Ｆ／Ｂ指令値Ｔ_FBに、制御系遅れ要素５０３である制御演算時間ｅ^-L1sとモータ応答遅れＧａ（ｓ）を考慮した値が車両モデル５０１に入力されて、擬似駆動ねじり角速度ωｄ＾が求められる。求められた擬似駆動ねじり角速度ωｄ＾に、制御系遅れ要素５０３であるセンサ信号処理時間ｅ^-L2sを考慮し、Ｆ／ＢゲインＫ_FB1を積算した値を第１のトルク指令値Ｔｍ１^＊から減算し、減算により得られる値を駆動軸ねじり角速度Ｆ／Ｂ指令値Ｔ_FBとして、これを第一のトルク目標値とする。

まず初めに、車両モデル５０１について説明する。

図６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。

式（１）〜（６）における各パラメータは、下記の通りである。
Ｊｍ：モータイナーシャ
Ｊｗ：駆動輪イナーシャ（１軸分）
Ｍ：車両の質量
Ｋｄ：ドライブシャフトのねじり剛性
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：タイヤの荷重半径
ωｍ：モータ角速度
ωｗ：駆動輪角速度
Ｔｍ：モータトルク
Ｔｄ：駆動軸トルク
Ｆ：駆動力（２軸分）
Ｖ：車両の速度
θ：ドライブシャフトのねじり角

式（１）〜（６）をラプラス変換してトルク指令値Ｔｍからモータ角速度ωｍまでの伝達特性を求めると、式（７）、（８）となる。

ただし、式（８）中の各パラメータは、次式（９）〜（１６）で表される。

また、トルク指令値Ｔｍから駆動軸トルクＴｄまでの伝達特性は、式（１７）となり、式（１７）中のパラメータｃ１、ｃ０はそれぞれ、式（１８）、（１９）で表される。

式（２）、（４）、（５）、（６）より、モータ角速度ωｍから駆動輪角速度ωｗまでの伝達特性を求めると、次式（２０）となる。

式（７）、（８）、（２０）より、トルク指令値Ｔｍから駆動輪角速度ωｗまでの伝達特性は次式（２１）となる。

式（１７）、（２１）より、駆動軸トルクＴｄから駆動軸角速度ωｗまでの伝達特性は、次式（２２）となる。

ここで、式（１）を変形すると、次式（２３）となる。

従って、式（２２）、（２３）より、駆動軸ねじり角速度ωｍ／Ｎ−ωｗは、次式（２４）で表せる。

ただし、式（２４）中のＨｗ（ｓ）は、式（２５）〜（２９）で表される。

また、モータから駆動軸までのバックラッシュ特性を不感帯でモデル化すると、駆動軸トルクＴｄは、次式（３０）で表される。

ここで、θｄは、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である。

図５に示す車両モデル５０１の構成は、上記説明に基づいたものである。

続いて、駆動軸ねじり角速度Ｆ／Ｂモデル５０２について説明する。

車両モデル５０１より算出した疑似ねじり角速度ωｄ＾＝ωｍ／Ｎ−ωｗを用いて、駆動軸ねじり角速度Ｆ／Ｂ指令値Ｔ_FBを次式（３１）で表す。

式（３１）は、式（４）、（６）より、次式（３２）により表せる。

また、式（１７）は、次式（３３）に変形できる。

ここで、ζｐは駆動トルク伝達系の減衰係数であり、ωｐは駆動トルク伝達系の固有振動周波数である。

さらに、式（３３）の極と零点を調べると、α＝ｃ_０／ｃ_１となるため、極零相殺すると、次式（３４）となる。

式（３２）、（３４）より、駆動軸ねじり角速度Ｆ／Ｂ指令値Ｔ_FBをトルク指令値Ｔｍから減算した場合、駆動軸トルクＴｄは、次式（３５）で表される。

式（３５）を変形すると、駆動軸ねじり角速度Ｆ／Ｂ系の伝達特性は次式（３６）で表される。

ここで、規範応答は次式（３７）で表される。

駆動軸ねじり角速度Ｆ／Ｂ系の伝達特性と、規範応答が一致する条件は、次式（３８）となる。

式（３８）より、Ｆ／ＢゲインＫ_FBIは、次式（３９）で表せる。

制御系遅れ要素５０３では、制御演算時間遅れｅ^-L1s、モータ応答遅れＧａ（ｓ）、センサ信号処理時間遅れｅ^-L2sを加味している。ここで、Ｌ１、Ｌ２は、それぞれ制御演算時間、センサ信号処理時間である。より具体的には、制御演算時間は、本実施形態において行われるねじり振動制御演算に要する時間、すなわち、モータトルク指令値が入力されてから最終トルク目標値を算出するのに要する時間の時間遅れ分に相当し、センサ信号処理時間は、回転速度センサ６等の各種センサで信号を検出するのに要する時間や検出した信号値を処理するのに要する時間の時間遅れ分に相当する。

モータ応答遅れＧａ（ｓ）は、次式（４０）で表される。モータ応答遅れとは、最終トルク目標値に対して、実際にモータトルクが発生するまでの時間である。ただし、τａはモータ応答時定数である。

続いて、Ｆ／Ｂ補償器４０２の構成について説明する。

図７は、Ｆ／Ｂ補償器４０２の詳細な構成を示すブロック図である。Ｆ／Ｂ補償器４０２は、第２のトルク目標値を入力して制御対象の伝達特性Ｇｐ（ｓ）を用いて算出した第２のトルク目標値に対するモータ回転数推定値と、Ｆ／Ｆ補償器４０１の車両モデルにより算出した第１のトルク目標値に対するモータ回転数推定値とを加算して、最終モータ回転数推定値を求める。そして、求めた最終モータ回転数推定値とモータ回転数検出値との偏差を、制御対象の伝達特性Ｇｐ（ｓ）の逆特性と、バンドパスフィルタＨ（ｓ）からなるフィルタＨ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）を通して、第２のトルク目標値を算出する。このバンドパスフィルタＨ（ｓ）は、中心周波数が車両の駆動系のねじり共振周波数と一致している。ゲインＫは、Ｆ／Ｂ系制御系の安定余裕（ゲイン余裕、位相余裕）を調整するために配置され、大きさ１以下の値である。

なお、車両の制御装置の構成として、Ｆ／Ｂ補償器４０２を設けることが望ましいが、Ｆ／Ｂ補償器４０２を設けずに、Ｆ／Ｆ補償器４０１から出力される第１のトルク目標値に基づいて、モータトルク制御を行うこともできる。

以上、第１の実施形態における車両の制御装置によれば、モータトルク指令値を入力し、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４０１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電動モータコントローラ２（モータトルク制御部）とを備える。Ｆ／Ｆ補償器４０１は、モータトルク指令値を入力して、モータ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５０１と、車両モデル５０１から出力される駆動軸ねじり角速度をモータ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５０２とを備える。これにより、駆動軸ねじり角速度フィードバックモデル５０２のゲインを、安定性を考慮して小さく設定する必要がないため、制振性能を満足するフィードバックゲインに設定することができる。制御系の遅れや外乱が無い場合には、フィードフォワード補償値である第１のトルク目標値を用いて駆動軸ねじり振動を抑制することができる。

車両モデルの駆動力伝達系は、モータトルクが車両の駆動軸トルクに伝達されない不感帯を有するので、ギアバックラッシュ特性を模擬することが可能であり、ギアバックラッシュ発生時にも、駆動軸ねじり角振動を抑制することができる。

車両モデルの駆動力伝達系の不感帯幅は、モータから駆動軸までのギアバックラッシュ量の総和としたので、複数のギアのバックラッシュ量を個別に設定することなく、バックラッシュ特性を再現することができる。

Ｆ／Ｆ補償器４０１は、モータトルク指令値に対して制御系の持つ遅れ要素に応じた遅れ処理を行ってからフィードフォワード演算を行うので、制御系の持つ遅れ要素を考慮して、適切な制御を行うことができる。制御系の持つ遅れ要素には、車両状態量であるモータ回転数を検出して所定の処理を施すのに伴う時間遅れ、モータトルク指令値が入力されてから最終トルク目標値を算出するのに要する時間遅れ、および、最終トルク目標値に対して実際にモータトルクが発生するまでの時間遅れのうちの少なくとも１つの時間遅れが含まれるので、実際に発生する遅れ要素に基づいた遅れ処理を行うことにより、より適切な制御を行うことができる。

車両モデルは、目標トルク指令値を入力して、モータトルクから駆動軸ねじり角速度までの特性と、モータトルクからモータ回転数の特性をモデル化したものであり、Ｆ／Ｂ補償器４０２は、車両モデル５０１から出力されるモータ回転数推定値、およびモータ回転数検出値に基づいてフィードバック演算を行うことにより、第２のトルク目標値を演算する。電動モータコントローラ２は、Ｆ／Ｆ補償器４０１から出力される第１のトルク目標値とＦ／Ｂ補償器４０２から出力される第２のトルク目標値とを加算して得られる最終トルク目標値に従ってモータトルクを制御する。これにより、外乱やモデル誤差が発生した場合でも、駆動軸ねじり振動を抑制することができる。

−第２の実施形態−
図８は、第２の実施形態において、最終トルク指令値Ｔｍ２^＊を設定する処理を行う制御ブロック図の一例である。最終トルク指令値Ｔｍ２^＊を設定する制振制御演算部４００Ａは、Ｆ／Ｆ補償器４０１Ａと、Ｆ／Ｂ補償器４０２Ａと、加算器４０３とを備える。

Ｆ／Ｆ補償器４０１Ａは、図５に示すＦ／Ｆ補償器４０１の構成から、制御系遅れ要素５０３を省いた構成となっている。すなわち、Ｆ／Ｆ補償器４０１Ａは、車両パラメータとギア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５０１と、トルク指令値から擬似ねじり角速度にＦ／Ｂゲインを積算した値を減算する駆動軸ねじり角速度Ｆ／Ｂモデル５０２とを備え、駆動軸ねじり角速度Ｆ／Ｂモデル５０２の出力を第１のトルク目標値とする。

Ｆ／Ｂ補償器４０２Ａは、図７に示すＦ／Ｂ補償器４０２の構成に、制御系遅れ要素を構成する制御演算時間遅れｅ^-L1s、センサ信号処理時間遅れｅ^-L2s、および、モータ応答遅れＧａ（ｓ）なる制御ブロックが追加されている。従って、Ｆ／Ｂ補償器４０２Ａは、第２のトルク目標値を入力して制御対象の伝達特性Ｇｐ（ｓ）を用いて算出した第２のトルク目標値に対するモータ回転数推定値と、Ｆ／Ｆ補償器４０１Ａの車両モデル５０１により算出した第１のトルク目標値に対するモータ回転数推定値とを加算して最終モータ回転数推定値を算出する。算出した最終モータ回転数推定値を、制御演算時間遅れｅ^-L1s、センサ信号処理時間遅れｅ^-L2s、およびモータ応答遅れＧａ（ｓ）の制御ブロックをそれぞれ通して得られる最終モータ回転数推定値と、モータ回転数検出値との偏差を、制御対象の伝達特性Ｇｐ（ｓ）の逆特性とバンドパスフィルタＨｃ（ｓ）からなるフィルタＨｃ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）を通して、第２のトルク目標値を算出する。これにより、第１のトルク目標値に対するモータ回転数推定値と、第２のトルク目標値に対するモータ回転数推定値は、制御系遅れ要素の影響が加味される。なお、バンドパスフィルタＨ（ｓ）の中心周波数とゲインを調整してＨｃ（ｓ）とすることにより、フィードバックトルクの位相ずれを解消することができる。

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、Ｆ／Ｂ補償器４０２Ａは、モータ回転数推定値に対して制御系の持つ遅れ要素に応じた遅れ処理を行い、遅れ処理を行ったモータ回転数推定値、およびモータ回転数検出値に基づいてフィードバック演算を行うことにより、第２のトルク目標値を演算するので、制御系の持つ遅れ要素を考慮して、適切なフィードバック制御を行うことができる。

−第３の実施形態−
図９は、第３の実施形態において、最終トルク指令値Ｔｍ２^＊を設定する処理を行う制御ブロック図の一例である。最終トルク指令値Ｔｍ２^＊を設定する制振制御演算部４００Ｂは、Ｆ／Ｆ補償器４０１Ａと、Ｆ／Ｂ補償器４０２Ｂと、加算器４０３とを備える。

Ｆ／Ｆ補償器４０１Ａの構成は、図８に示すＦ／Ｆ補償器４０１Ａの構成と同じである。すなわち、Ｆ／Ｆ補償器４０１Ａは、車両パラメータとギア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５０１と、トルク指令値から擬似ねじり角速度にＦ／Ｂゲインを積算した値を減算する駆動軸ねじり角速度Ｆ／Ｂモデル５０２とを備え、駆動軸ねじり角速度Ｆ／Ｂモデル５０２の出力を第１のトルク目標値とする。

Ｆ／Ｂ補償器４０２Ｂは、Ｆ／Ｆ補償器４０１Ａの車両モデル５０１により算出した第１のトルク目標値に対するモータ回転数推定値を、制御演算時間遅れｅ^-L1s、センサ信号処理時間遅れｅ^-L2s、およびモータ応答遅れＧａ（ｓ）の制御ブロックをそれぞれ通して得られる値と、第２のトルク目標値を入力して制御対象の伝達特性Ｇｐ（ｓ）を用いて算出した第２のトルク目標値に対するモータ回転数推定値とを加算して、最終モータ回転数推定値を算出する。算出した最終モータ回転数推定値とモータ回転数検出値との偏差を、制御対象の伝達特性Ｇｐ（ｓ）の逆特性とバンドパスフィルタＨ（ｓ）からなるフィルタＨ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）を通して、第２のトルク目標値を算出する。

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、Ｆ／Ｂ補償器４０２Ｂは、モータ回転数推定値に対して制御系の持つ遅れ要素に応じた遅れ処理を行い、遅れ処理を行ったモータ回転数推定値、およびモータ回転数検出値に基づいてフィードバック演算を行うことにより、第２のトルク目標値を演算するので、制御系の持つ遅れ要素を考慮して、適切なフィードバック制御を行うことができる。

−第４の実施形態−
図１０は、第４の実施形態において、最終トルク指令値Ｔｍ２^＊を設定する処理を行う制御ブロック図の一例である。最終トルク指令値Ｔｍ２^＊を設定する制振制御演算部４００Ｃは、Ｆ／Ｆ補償器４０１Ｃと、Ｆ／Ｂ補償器４０２Ｃと、加算器４０３とを備える。

Ｆ／Ｆ補償器４０１Ｃは、図９に示すＦ／Ｆ補償器４０１Ａの構成に対して、モータ応答遅れＧａ（ｓ）の伝達特性を有する制御ブロック５０５が追加されている。すなわち、Ｆ／Ｆ補償器４０１Ｃは、車両パラメータとギア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５０１と、トルク指令値から擬似ねじり角速度にＦ／Ｂゲインを積算した値を減算する駆動軸ねじり角速度Ｆ／Ｂモデル５０２と、制御系の遅れ要素であるモータ応答遅れＧａ（ｓ）の伝達特性を有する制御ブロック５０５を備え、駆動軸ねじり角速度Ｆ／Ｂモデル５０２の出力を第１のトルク目標値とする。制御ブロック５０５は、ねじり角速度Ｆ／Ｂモデル５０２と車両モデル５０１との間に設けられている。

Ｆ／Ｂ補償器４０２Ｃは、Ｆ／Ｆ補償器４０１Ｃの車両モデル５０１により算出した第１のトルク目標値に対するモータ回転数推定値を、制御演算時間遅れｅ^-L1sおよびセンサ信号処理時間遅れｅ^-L2sの制御ブロックをそれぞれ通して得られる値と、第２のトルク目標値を入力して制御対象の伝達特性Ｇｐ（ｓ）を用いて算出した第２のトルク目標値に対するモータ回転数推定値とを加算して、最終モータ回転数推定値を算出する。算出した最終モータ回転数推定値とモータ回転数検出値との偏差を、制御対象の伝達特性Ｇｐ（ｓ）の逆特性とバンドパスフィルタＨ（ｓ）からなるフィルタＨ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）を通して、第２のトルク目標値を算出する。これにより、第１のトルク目標値にトルク応答遅れの影響を加味し、第１のトルク目標値に対するモータ回転数推定値に制御演算時間・センサ信号処理時間の影響を加味することができる。

以上、第４の実施形態における電動車両の制御装置によれば、Ｆ／Ｂ補償器４０２Ｃは、モータ回転数推定値に対して制御系の持つ遅れ要素に応じた遅れ処理を行い、遅れ処理を行ったモータ回転数推定値、およびモータ回転数検出値に基づいてフィードバック演算を行うことにより、第２のトルク目標値を演算するので、制御系の持つ遅れ要素を考慮して、適切なフィードバック制御を行うことができる。

図１１は、第１の実施形態における電動車両の制御装置と、ＪＰ２００２−１５２９１６Ａに記載の制御装置との制御結果の比較図である。図中、上から順に、目標トルク指令値の時間変化、最終トルク目標値の時間変化、前後加速度の時間変化をそれぞれ示している。

ＪＰ２００２−１５２９１６Ａに記載の制御装置において、制御演算時間遅れ、センサ信号処理時間遅れ、モータ応答遅れといったフィードバック制御系に存在する遅れ時間を考慮し、フィードバック制御系の発散を確実に防止するために適切な安定余裕（ゲイン余裕、位相余裕）を確保するようにフィードバックゲインを小さく設定すると、図１１に示すように、前後加速度のオーバーシュートが発生する。

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、同様の安定余裕を確保するようにＦ／Ｂ補償器４０２のゲインＫを設定した場合でも、フィードフォワード補償によって、ほぼねじり振動を抑制することができるため、図１１に示すようなショックのない滑らかな応答を得ることができる。なお、第２〜第４実施形態における電動車両の制御装置についても同様に、安定余裕を確保するようにフィードバック補償器４０２にゲインを追加した場合でも、図１１に示すようなショックのない滑らかな応答を得ることができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されることはない。

本願は、２０１２年４月１８日に日本国特許庁に出願された特願２０１２−０９４７２２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 (9)

1. 車両情報に基づいてモータ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、
   アクセル開度及び車速に基づいて設定されたモータトルク指令値を入力し、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部と、
   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部と、
   を備え、
   前記フィードフォワード演算部は、電動車両に設けられているセンサの検出値を前記モータトルク指令値から独立して入力することなく前記モータトルク指令値を入力して、モータ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モータ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。
2. 請求項１に記載の電動車両の制御装置において、
   前記車両モデルの駆動力伝達系は、モータトルクが車両の駆動軸トルクに伝達されない不感帯を有する。
3. 請求項２に記載の電動車両の制御装置において、
   前記車両モデルの駆動力伝達系の不感帯幅は、モータから駆動軸までのギアバックラッシュ量の総和である。
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、
   前記フィードフォワード演算部は、前記モータトルク指令値に対して制御系の持つ遅れ要素に応じた遅れ処理を行ってから前記フィードフォワード演算を行う。
5. 請求項４に記載の電動車両の制御装置において、
   前記制御系の持つ遅れ要素には、車両の状態を示す車両状態量を検出して所定の処理を施すのに伴う時間遅れ、前記モータトルク指令値が入力されてからモータを制御するためのトルク目標値を算出するのに要する時間遅れ、および、モータを制御するためのトルク目標値に対して実際にモータトルクが発生するまでの時間遅れのうちの少なくとも１つの時間遅れが含まれる。
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、前記車両モデルは、モータトルクから駆動軸ねじり角速度までの特性と、前記モータトルクからモータ回転数の特性をモデル化したものであって、モータ回転数を検出するモータ回転数検出部と、前記車両モデルから出力されるモータ回転数推定値、および前記モータ回転数検出値に基づいてフィードバック演算を行うことにより、第２のトルク目標値を演算するフィードバック演算部と、をさらに備え、前記モータトルク制御部は、前記第１のトルク目標値と前記第２のトルク目標値とを加算して得られる最終トルク目標値に従ってモータトルクを制御する。
7. 請求項６に記載の電動車両の制御装置において、
   前記フィードバック演算部は、前記モータ回転数推定値に対して制御系の持つ遅れ要素に応じた遅れ処理を行い、前記遅れ処理を行ったモータ回転数推定値および前記モータ回転数検出値に基づいてフィードバック演算を行うことにより、前記第２のトルク目標値を演算する。
8. 請求項７に記載の電動車両の制御装置において、
   前記制御系の持つ遅れ要素には、前記モータ回転数検出部がモータ回転数を検出して所定の処理を施すのに伴う時間遅れ、前記モータトルク指令値が入力されてから前記最終トルク目標値を算出するのに要する時間遅れ、および、前記最終トルク目標値に対して実際にモータトルクが発生するまでの時間遅れのうちの少なくとも１つの時間遅れが含まれる。
9. 車両情報に基づいてモータ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、
   アクセル開度及び車速に基づいて設定されたモータトルク指令値を入力し、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工程と、
   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工程と、を備え、
   前記第１のトルク目標値を演算する工程では、電動車両に設けられているセンサの検出値を前記モータトルク指令値から独立して入力することなく前記モータトルク指令値に基づいて駆動軸ねじり角速度を求め、求めた駆動軸ねじり角速度を前記モータ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。

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