(57)【要約】車体の共振周波数を通過するトルクリプルによる外乱振動成分を十分に低減することが可能な電動車両のモータ制御装置を提供するために、モータを駆動源とする電動車両において、電動車両のアクセル開度、車速などの車両情報に基づいて第1のトルク指令を生成するモータトルク設定手段と、モータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、前記回転位置から回転速度を演算する回転速度演算手段と、前記回転速度の交流信号成分を抽出するハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタから抽出した交流信号に基づいて共振抑制信号を出力する共振抑制ゲイン回路とを備え、前記第1のトルク指令に、共振抑制信号を加算あるいは減算した信号を第2のトルク指令としてモータの駆動制御を行うようにした。
2014061083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを駆動源とする電動車両において、電動車両のアクセル開度、車速などの車両情報に基づいて第1のトルク指令を生成するモータトルク設定手段と、モータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、前記回転位置信号から回転速度を演算する回転速度演算手段と、前記回転速度信号の交流信号成分を抽出するハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタから抽出した交流信号に基づいて共振抑制信号を出力する共振抑制ゲイン回路とを備え、前記第1のトルク指令に、前記共振抑制信号を加算あるいは減算した信号を第2のトルク指令として前記モータの駆動制御を行うことを特徴とする電動車両のモータ制御装置。
【請求項２】
前記回転速度の交流信号成分を抽出するハイパスフィルタを1次または２次のハイパスフィルタとしたことを特徴とする請求項１の電動車両のモータ制御装置。
【請求項３】
前記回転速度の交流信号成分を抽出するハイパスフィルタを１次としたハイパスフィルタにおいて、前記第1のトルク指令に共振抑制信号を加算あるいは減算した第２のトルク指令に、第１のトルク指令と第２のトルク指令の定常偏差が零になるように係数を乗算したことを特徴とする請求項２に記載の電動車両のモータ制御装置。
【請求項４】
前記回転速度の交流信号成分を抽出するハイパスフィルタを２次としたハイパスフィルタにおいて、遮断周波数を1Hz以下、減衰定数を0.6〜1.0に設定したことを特徴とする請求項２に記載の電動車両のモータ制御装置。
【請求項５】
前記第1のトルク指令と前記回転位置とからトルクリプルモデル信号を出力するトルクリプルモデル演算手段と、前記トルクリプルモデル信号に基づいてトルクリプルモデル補償信号を出力するトルクリプルモデル補償ゲイン回路とを備え、前記第1のトルク指令に、前記トルクリプルモデル補償信号と、共振抑制信号とを加算あるいは減算した信号を第2のトルク指令として、モータの電流制御手段による処理を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電動車両のモータ制御装置。
【請求項６】
前記第1のトルク指令と前記回転位置とからトルクリプルモデル信号を出力するトルクリプルモデル演算手段において、トルクリプルモデル信号の演算に用いるトルクリプルモデルの最大次数ｎを、（60度／（位置検出誤差（電気角）））で算出される値よりも小さくなるように設定したことを特徴とする請求項５に記載の電動車両のモータ制御装置。
【請求項７】
前記第1のトルク指令と前記回転位置とからトルクリプルモデル信号を出力するトルクリプルモデル演算手段において、モータの磁界解析や代表的なモータの事前測定結果に基づくトルクリプルの振幅、位相を、トルクリプルモデル信号の演算に用いるトルクリプルモデルの振幅、位相のマップに設定したことを特徴とする請求項５または６に記載の電動車両のモータ制御装置。
【請求項８】
前記第1のトルク指令と前記回転位置とからトルクリプルモデル信号を出力するトルクリプルモデル演算手段において、車両特性とは切り離したモータとトルクメータと一定速度で制御した低速度脈動のモータとを用いてトルクリプルを測定し、測定したトルクリプルの振幅、位相からマップを生成することを特徴とする請求項５または６に記載の電動車両のモータ制御装置。
【請求項９】
前記トルクリプルモデル補償ゲイン回路は、前記回転速度に応じてその大きさを変更できるようにしたことを特徴とする請求項５から８のいずれか１項に記載の電動車両のモータ制御装置。
【請求項１０】
前記回転速度を入力として、モータ構造とインバータ駆動方法によってあらかじめ決まるトルクリプルの周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタから抽出したトルクリプル周波数信号に基づいてトルクリプル誤差補償信号を出力するトルクリプル誤差補償ゲイン回路とを備え、前記第1のトルク指令に、前記トルクリプル誤差補償信号と、共振抑制信号とを加算あるいは減算した信号を第２のトルク指令として、モータの電流制御手段による処理を行うことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の電動車両のモータ制御装置。
【請求項１１】
前記バンドパスフィルタの減衰定数の設定値を0.05〜1の間で設定したことを特徴とする請求項１０に記載の電動車両のモータ制御装置。
【請求項１２】
前記トルクリプル誤差補償ゲイン回路は、前記回転速度に応じてその大きさを変更できるようにしたことを特徴とする請求項１０または１１に記載の電動車両のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動車両を駆動するモータ制御装置に関し、特にモータトルクの急峻な立ち上がりやクリープ走行時のモータのトルクリプルによって生じる電動車両の振動を抑制するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動車両のモータ制御装置では、ドライバのアクセル操作に応じたトルク指令に対して、モータの発生トルクが追従するようにモータ電流を制御することが行われている。
さらに、電動車両のモータ制御装置では、車両がクリープ走行する際にモータに発生するトルクリプルが車両のねじり振動の共振周波数に一致して生じる振動、および車両の急発進時のようにモータトルクが急峻に立ち上がることによって生じる振動を抑制し、運転者に快適な乗り心地を提供することが求められている。【０００３】
従来の電動車両のモータ制御装置においては、上記課題を実現するために既に種々の提案がなされている。例えば、車両の各種車両情報に基づいて設定される第１のトルク目標値を、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）に相当する特性を具備したフィルタに入力して、モータの回転速度推定値を算出し、このモータの回転速度推定値とモータ回転速度検出手段によって検出された回転速度検出値との偏差を演算し、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を有するバンドパスフィルタＨ（ｓ）を用いたモデルＨ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）を具備したフィルタに入力することで、第２のトルク目標値を算出し、この第２のトルク目標値と第１のトルク目標値とを加算したものを新たなモータトルク指令値とするものがある（例えば特許文献１を参照）。【０００４】
また、別の方法として、モータの速度変動分を高速フーリエ変換により抽出し、この抽出結果に基づいて選択した振動周波数成分をモータトルク指令にフィードバックすることで、タイヤ軸振動、モータ軸振動などを抑制するものがある（例えば特許文献２を参照）。
また、モータのトルクリプルを抑制して振動を低減する方法として、モータの発生するトルクに応じたトルクリプルの振幅と位相に関するテーブルを作成し、このテーブルを参照してトルクリプルの振幅および位相が抑制されるようにトルク指令値に対応したリプル補償値を算出すようにすることでトルクリプルによって生じるモータ軸振動を抑制するものである（例えば特許文献３、４を参照）。【０００５】
更にまた別の方法として、回転電機が車両の駆動源として用いられる場合、例えば、回転電機を車体に支持する支持部のマウントゴムの特性のバラツキや、回転電機から車輪までの駆動伝達系の構造に起因して、異なる特性のトルクリプルを生じる場合があり、車両の前進と後進とで発生するトルクリプルが異なるものとして、回転電機の出力トルクの正負を判定する正負判定部を有し、出力トルクの正負に応じて異なる位相のリプル補正波を生成し、発生するトルクリプルに応じた適切なリプル補正を行うことで、車両の振動を抑制するものがある（特許文献５を参照）。【０００６】
【特許文献１】特許第３５０８９７４２号
【特許文献２】特許第４７８７７３６号
【特許文献３】特許第３２４２２２３号
【特許文献４】特開２００５−２４７５７４
【特許文献５】特許第４８３５９５９号
【非特許文献１】苅込他、新開発EV  向け高応答加速度制御、自動車技術会学術講演会前刷集  No.55-11
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載のような電動車両のモータ制御装置にあっては、制御系に複数の伝達関数モデルと車両パラメータを用いており、制御演算や制御調整が複雑になる課題があった。また、バンドパスフィルタH(s)を駆動系の共振周波数に概略一致させることで振動周波数の信号を抽出し、これをフィードバックすることで振動を抑制する場合、中心周波数がずれると振動抑制効果が低下してしまう課題があった。また、モータのトルクリプルのようなモータ回転数に応じて振動周波数が変化する外乱要因に対しては、フィルタの通過帯域幅を広く取る必要があるが、制御系が不安定になるため、振動抑制効果が不足するという課題があった。【０００８】
特許文献２に記載のような電動車両のモータ制御装置にあっては、モータ回転速度検出器から得た信号を周波数分析して、検出された周波数の主要成分を通過させるように速度ダンピング制御を行うようにしているが、モータのトルクリプルはモータ軸の回転数によって振動周波数が変化するため、停車状態から高速までモータ回転数が大きく変化し、さらに加減速を繰り返すような電動車両においては、高速フーリエ変換（FFT）のような周波数分析してからフィルタ周波数を決定するような方式は現実的ではない。例えば、0.1秒の周波数分解能でFFTによる周波数分析を行う場合、振動周波数が一定の状態で数十秒のデータを取得する必要があるが、車両の加減速は数秒でモータ回転数が大きく変化するため、FFTによる周波数分析結果の精度が著しく低下するという問題点もあった。【０００９】
特許文献３に記載のようなモータ制御装置にあっては、あらかじめ設定しておいた、トルク指令、速度情報、電動機の回転位置ごとに関連付けられたトルクリプルの振幅、位相を用いてトルクリプルを低減しているが、電動車両ではモータ1台ごとに回転位置を検出する検出器の高い精度での位置検出精度の保証が困難であり、位置検出器の位置検出誤差がある場合には、トルクリプルの低減効果が著しく低下する問題点があった。【００１０】
特許文献４に記載のようなモータ制御装置にあっては、専用の動作モードを準備しておき、その動作モードにおけるモータトルクリプルをトルクリプル測定演算器で測定して、得られたトルクリプルの振幅、位相からデータテーブルを作成するようにしているが、電動車両では、車両1台ごとにモータに負荷を与えてトルクリプルの振幅、位相を抽出することは設備、費用、時間の観点から現実的ではない。また、モータが故障して交換した際に、交換前のトルクリプルの振幅、位相を用いる場合には、特許文献３と同様な問題点が生じる。【００１１】
特許文献５に記載のような電動車両のモータ制御装置にあっては、モータを車体に支持する支持部のマウントゴムの特性のバラツキや、回転電機から車輪までの駆動伝達系の構造に起因して、正負のトルクで異なる特性のトルクリプルを生じる問題に対して、モータの出力トルクの正負を判定する正負判定部を有し、出力トルクの正負に応じて異なる位相のリプル補正波を生成し、発生するトルクリプルに応じた適切なリプル補正を行うようにしているが、モータを車体に支持する支持部のマウントゴムの特性のバラツキや、モータから車輪までの駆動伝達系の構造に起因したトルクリプル特性を取得するには専用設備が必要、多大な費用と時間がかかる課題がある。また、モータが故障して交換した際に、交換前のトルクリプルの振幅、位相を用いる場合には、特許文献３と同様な問題点が生じる。【００１２】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、トルクリプルによるモータ軸振動および車両共振振動を簡単且つ安価な方法で効果的に抑制することができる電動車両のモータ制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明の電動車両のモータ制御装置は、モータを駆動源とする電動車両において、電動車両のアクセル開度、車速などの車両情報に基づいて第1のトルク指令を生成するモータトルク設定手段と、モータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、前記回転位置信号から回転速度を演算する回転速度演算手段と、前記回転速度信号の交流信号成分を抽出するハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタから抽出した交流信号に基づいて共振抑制信号を出力する共振抑制ゲイン回路とを備え、前記第1のトルク指令に、前記共振抑制信号を加算あるいは減算した信号を第2のトルク指令として前記モータの駆動制御を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係る電動車両のモータ制御装置は、電動車両のアクセル開度、車速などの車両情報に基づく第1のトルク指令に、ハイパスフィルタから抽出した共振抑制信号を加算あるいは減算した第２のトルク指令により、モータの電流制御手段による処理を行うことにより、埋込み磁石型永久磁石モータやレアアースレスモータ、省レアアースモータなどのようなトルクリプルの大きいモータを搭載した電動車両においても、モータ軸振動および車両振動を十分低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電動車両のモータ制御装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１の制御効果を示すボード線図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る電動車両のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態２の位置検出誤差とトルクリプル補償誤差との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２のトルクリプルの振幅と位相のマップの一例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る電動車両のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態１から実施の形態３の振動抑制効果を示すための波形データを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１の電動車両のモータ制御装置の基本構成を示すブロック図である。なお、電動車両そのものの詳細説明はここでは割愛するが、既に周知の構成でよく、例えば、上記特許文献１で説明のものを参照することができる。
図１において、モータ１は図示を省略するギヤやドライブシャフトの駆動系を介して車両に接続され、車両に対して駆動力を伝達する駆動源である。モータ１で発生する駆動力は、第２のトルク指令Ｉ2に基づいて、電流制御手段２および駆動回路３を介して与えられる。モータトルク設定手段４は、アクセル開度、車速などの情報に応じて、あらかじめ設定されたマップや条件式、数式によって関係付けられた第1のトルク指令Ｉ1を出力するものである。
【００１７】
前記第２のトルク指令Ｉ2は、電動車両のアクセル開度、車速などの車両情報に基づいてモータトルク設定手段４により生成される第1のトルク指令Ｉ1を、回転位置検出手段５はモータ１の回転位置を検出するものであり、回転速度演算手段６は前記回転位置検出手段５によって検出された回転位置から回転速度を演算するものである。更にハイパスフィルタ７は前記回転速度演算手段６によって検出された回転速度の交流信号成分を抽出するもので、共振抑制ゲイン回路８は前記ハイパスフィルタ７によって抽出された交流信号成分から共振抑制信号Sgを生成するものである。加減算器９は前記第1のトルク指令Ｉ1から前記共振抑制信号Sgを加算あるいは減算するもので、この場合、減算することにより第２のトルク指令Ｉ2を得ている。
【００１８】
図２は、上記図１に係る電動車両のモータ制御装置において、ハイパスフィルタ７と共振抑制ゲイン回路８によって振動抑制制御を行ったときの振動低減効果を示す図である。図中、Ａは第２のトルク指令Ｉ2を第１のトルク指令Ｉ1と等しくした場合、すなわち前記第1のトルク指令に共振抑制信号を加算あるいは減算した第2のトルク指令に、第1のトルク指令と第2のトルク指令の定常偏差が零になるように係数を乗算した場合のゲインおよび位相特性を示しており、Ｂはハイパスフィルタ７（この場合２次ハイパスフィルタを使用）の出力に比例ゲインＧをかけて、比例ゲインＧを制御が安定な範囲で大きくしたときのゲイン(dB)および位相(deg)の特性を示している。２次ハイパスフィルタ７の出力に比例ゲインＧをかけるだけの簡素な構成で電動車両の共振周波数（１０Hz程度）におけるゲインピークのみを十分低減できることが分かる。
【００１９】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２の電動車両のモータ制御装置の変形例を示すブロック図で、実施の形態１と異なるところは、第１のトルク指令Ｉ1と回転位置信号Ｓpとからトルクリプルモデル信号Sm1、Sm2を出力するトルクリプルモデル演算手段１０a、１０bと、前記トルクリプルモデル信号Sm1、Sm2に基づいてトルクリプルモデル補償信号Sc1、Sc2を出力するトルクリプルモデル補償ゲイン回路１１a、１１bとを新たに備えた点である。
【００２０】
トルクリプルモデル演算手段１０a、１０bは、第1のトルク指令Ｉ1と、回転位置検出手段からの回転位置信号Ｓpに基づいて、モータのトルクリプルをモデル式から演算するものである。本実施の形態では、モータのトルクリプルを正弦波の重ね合わせでモデル化した次式を用いてトルクリプルの値を計算している。
【数１】
2014061083.tif 000003
【００２１】
本実施の形態におけるトルクリプル次数nの決定方法を次に示す。回転位置誤差Δθがある場合のトルクリプルモデルの出力値は次式である。
【数２】
2014061083.tif 000004
トルクリプルの真値が式(1)で表されるとした場合に、回転位置誤差Δθがある場合のトルクリプル補償誤差は次式となる。
【数３】
2014061083.tif 000005
【００２２】
トルクリプル補償誤差はトルクリプル自体の振幅値に比例し、各次数におけるトルクリプル補償誤差とトルクリプル振幅との比率は次式となる。
【数４】
2014061083.tif 000006
式(5)より、トルクリプル補償誤差とトルクリプル振幅との比率ΔTn/Tnが1以下の次数nにおいて、トルクリプル補償後のトルクリプル値がトルクリプル補償前のトルクリプル値よりも小さくできることになる。
【数５】
2014061083.tif 000007
【００２３】
このようなトルクリプルモデル演算手段１０a、１０bにおいて、トルクリプルモデル信号Sm1、Sm2の演算に用いるトルクリプルモデルの最大次数ｎを、60度／回転位置誤差（電気角）で算出される値よりも小さくなるように設定する。
【数６】
2014061083.tif 000008
【００２４】
本実施の形態で示すモータの顕著なトルクリプルの次数は、モータの電気角を基本周波数として6次、12次、18次である。式(4)を用いて、6次、12次、18次のトルクリプルについて、回転位置誤差Δθに対する補正誤差の割合を計算した結果を図４に示す。位置検出器５の取り付け誤差を含めた回転位置誤差の最悪値を電気角で4度（極対数4のモータでは電気角4度が機械角1度に相当）を見込んだとすると、補正誤差は6次、12次で1以下であり、6次、12次のトルクリプルをモデル化してトルクリプルモデル補償信号Sc1、Sc2にすることで、モータのトルクリプル振動の低減効果を高めることができる。図３中、トルクリプルモデル演算手段１０aは６次(6f)のトルクリプル用のもの、トルクリプルモデル演算手段１０bは1２次(12f)のトルクリプル用のものとして使用されている。
【００２５】
なお、実際の電動車両のモータ制御装置では、特許文献５に記載されているように、モータを車体に支持する支持部のマウントゴムの特性のバラツキや、回転電機から車輪までの駆動伝達系の構造に起因して生じる正負のトルクで異なる特性を考慮してトルクリプル補償値を各車両にあわせて実測し、逆演算して求めることは、モータ駆動系の摩擦変動や車両共振の影響で困難である。本実施の形態では、例えば、車両に搭載するモータをトルクメータと低速度脈動の速度制御したモータに接続し、これらを一定速度で回転させたときに車両に搭載するモータが生じるトルクリプルをトルクメータで測定し、この測定データをもとにトルクリプルの各次数における振幅、位相を抽出し、これを、特許文献３、特許文献４に示されている方法と同様にして、トルクリプルの振幅、位相のマップとして、トルクリプルモデル演算手段１０a、１０bのなかでモデル化している。
【００２６】
このように、モータを車体に支持する支持部のマウントゴムの特性のバラツキや、回転電機から車輪までの駆動伝達系の構造に依存しないように、車両特性とは切り離したモータとトルクメータと一定速度で制御した低速度脈動のモータとを用いてトルクリプルを測定し、測定したトルクリプルの振幅、位相からマップを生成するようにしたことで、車両の特性ばらつきを気にすることなくトルクリプルの振幅、位相のマップを決定することが可能である。
【００２７】
本実施の形態におけるトルクリプルの振幅、位相のマップの一例を図５に示す。なお、トルクリプルの振幅、位相のマップは前述のトルクメータから求めたものである必要はなく、ある程度の精度が得られているのであれば、磁界解析等の数値計算から求めたものであってもよい。このように、磁界解析等の数値計算から求めたものを用いることによって、従来トルクリプルの振幅、位相を得るために必要であったトルクリプルの測定にかかる時間と手間を排除することができる。
【００２８】
次に、前記トルクリプルモデル補償ゲイン回路１１a、１１bは、前記トルクリプルモデル補償信号Sc1、Sc2との積をとることで、トルクリプル補償信号を算出する。トルクリプルモデル補償ゲイン回路１１a、１１bは、モータの回転速度に対して一定、または、モータ回転数に応じて可変とする構成としてもよい。
【００２９】
以上のように、前記トルクリプルモデル補償信号Sc1、Sc2を加算あるいは減算した信号St1を第１のトルク指令I1から加算あるいは減算した信号I1aから、回転速度演算手段６とハイパスフィルタ７と共振抑制ゲイン８とから生成される共振抑制信号Sgを更に加算あるいは減算することで、モータを車体に支持する支持部のマウントゴムの特性のバラツキや、回転電機から車輪までの駆動伝達系の構造に起因して生じる振動については、その影響を大幅に低減することできる。
【００３０】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３の電動車両のモータ制御装置の変形例を示すブロック図で、実施の形態２と異なるところは、回転速度演算手段６からの回転速度信号を入力してモータ１構造と電流制御手段２、駆動回路３によってあらかじめ決まる主要なトルクリプルの周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタ１２a、１２ｂと、前記バンドパスフィルタ１２a、１２bから抽出したトルクリプル周波数信号に基づいてトルクリプル誤差補償信号Se1、Se2を出力するトルクリプル誤差補償ゲイン回路１３a、１３bとを新たに備えた点である。前記トルクリプルモデル補償信号Sc1、Sc2と、前記トルクリプル誤差補償信号Se1、Sc2とを加算器９bにより加算し、この出力St2を減算器９cにより前記第１のトルク指令I１から減算しI1aとする。この第1のトルク指令I1aが前記共振抑制信号Sgに加算あるいは減算することで第２のトルク指令I2を得ている。
【００３１】
前記バンドパスフィルタ１２a、１２ｂは、例えば、回転速度信号を入力としてトルクリプル周波数を通過させるフィルタとして次式の構成としている。
【数７】
2014061083.tif 000009
ここで、ωnfは回転速度信号を用いて求めたトルクリプル周波数であり、例えば、6次のトルクリプルであれば、回転速度信号をω、モータの極対数をｐとして、ω6f=6×ω×ｐとなる。減衰定数ζはおおよそ0.05〜1の範囲で定めればよく、本実施の形態ではζ=0.2としている。なお、sはラプラス演算子である。
【００３２】
次に、前記トルクリプル誤差補償ゲイン回路１３a、１３bは、前記バンドパスフィルタ１２a、１２bの出力であるトルクリプル周波数信号との積をとることで、トルクリプル誤差補償信号Se1、Se2を算出するようにしている。トルクリプル誤差補償ゲイン回路１３a、１３bは、モータ回転数に応じて可変とし、その大きさは制御系が安定な範囲で大きい値となるように設定することで、モータのトルクリプル振動の低減効果を高めることができる。
【００３３】
ハイパスフィルタ７は、次の１次ハイパスフィルタまたは２次ハイパスフィルタの構成としている。ハイパスフィルタの遮断周波数ωＨＰＦは、ステップ状の第１のトルク指令I1に対してオーバーシュートや残留振動が小さくなるように値を設定し、２次ハイパスフィルタは遮断周波数を１Hz以下に設定、１次ハイパスフィルタでは遮断周波数を約２Hz付近に設定している。１次ハイパスフィルタの分子の係数Kcmpはトルク応答の定常偏差を補正する係数である。
【００３４】
次に、１次ハイパスフィルタを用いた場合に生じる定常偏差について説明する。図１のトルク指令I2から回転位置信号Spの微分値（図１の回転速度演算手段６の出力）までの伝達関数Ｇp(s)を非特許文献１の式（１）に記載の次式とした場合について説明する。
【数８】
2014061083.tif 000010
ここで、ｂ0、ｂ1、ｂ2、ζp、ωpは実車の特性に応じて決められた値、ｓはラプラス演算子である。
【００３５】
共振抑制ゲイン回路８の増幅倍率をkv、ハイパスフィルタ７を１次ハイパスフィルタとすると、図１の回転速度演算手段６の出力からSgまでの伝達関数は次式で表される。
【数９】
2014061083.tif 000011
【００３６】
トルク指令を０からTconstにステップ状に変化させたときのトルク指令に対する定常偏差は次式のようになる。
【数１０】
2014061083.tif 000012
上式から、１次のハイパスフィルタを用いた場合はトルク指令に対して一定の比率で定常偏差を生じることが分る。
なお、係数Kcmpは式（１０）の各値が既知の場合は式(１０)を用いて計算すればよいが、ステップ状の第１のトルク指令の定常トルクと、モータのトルク応答とが測定可能な場合は両者が概略一致するように設定すればよい。
なお、２次ハイパスフィルタを用いた場合はトルク応答の定常偏差が零であり、上述の補正係数は不要である。２次ハイパスフィルタの減衰定数ζＨＰＦは0.6〜1.0程度に設定すればよい。
【００３７】
【数１１】
2014061083.tif 000013
【数１２】
2014061083.tif 000014
次に、前記共振抑制ゲイン回路８は、入出力比であるゲイン（dB）を有し、前記ハイパスフィルタ７からの交流信号との積により、共振抑制信号を出力するように構成している。
なお、共振抑制信号の生成には、上記1次ハイパスフィルタ、2次ハイパスフィルタのいずれを用いても振動低減が可能である。
【００３８】
以上のように、前記トルクリプルモデル補償信号Sc1、Sc2とトルクリプル誤差補償信号Se1、Se2とを加算あるいは減算した信号St2を第１のトルク指令I1から加算あるいは減算した信号I1aから、回転速度演算手段６とハイパスフィルタ７と共振抑制ゲイン回路８とから生成される共振抑制信号Sgを更に加算あるいは減算することで、モータを車体に支持する支持部のマウントゴムの特性のバラツキや、回転電機から車輪までの駆動伝達系の構造に起因して生じる振動の影響を大幅に低減することできる。
【００３９】
図７は、上述した実施の形態１から４の制御系を用いて、10%勾配でアクセルを全開にしたときの第1、第２のトルク指令（上段）と、モータの回転速度信号（下段）を実際に測定した波形図である。図７（ａ）は、実施の形態１（図１）の制御構成において、第１のトルク指令＝第2のトルク指令とした場合の波形である。
【００４０】
図７（ｂ）は実施の形態１（図１）の制御構成において、共振抑制信号を用いた場合の波形であり、図中、緩やかな折曲直線は第１のトルク指令I1を、振動波形は第２のトルク指令I2を表している。図７（ａ）に比べるとモータのトルクリプルに起因する回転速度信号の振動が大幅に低減されている。図７（ｃ）は、実施の形態２（図３）の制御構成において、位置検出誤差を電気角で4度にした場合の波形であり、図７（ｂ）に比較して、回転速度信号の振動が低減できている。図７（ｄ）は、実施の形態３（図６）制御構成において、位置検出誤差を電気角で4度にした場合であり、図７（ｃ）に比較して、回転速度信号の振動をさらに低減できることがわかる。
【００４１】
以上のように、モータの位置検出誤差がある程度小さい場合や、モータの位置検出誤差を学習動作やモータの個別調整によって低減可能な場合には、この発明のいずれかの実施態様による制御構成とすることで、埋込み磁石型永久磁石モータやレアアースレスモータ、省レアアースモータなどのようなトルクリプルの大きいモータを搭載した電動車両においても、モータ軸振動および車両振動を従来よりも大幅に低減することが可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１モータ、２電流制御手段、３  駆動回路、  
４  モータトルク設定手段、５  回転位置検出手段、
６  回転速度演算手段、７  ハイパスフィルタ、
８  共振抑制ゲイン回路、９a、９b、９c    加減算器、
１０a、１０b  トルクリプルモデル演算回路、
１１a、１１b  トルクリプル補償ゲイン回路、
１２a、１２b  バンドパスフィルタ、    
１３a、１３b  トルクリプル誤差補償ゲイン回路。
【図１】
2014061083.tif 000015
【図２】
2014061083.tif 000016
【図３】
2014061083.tif 000017
【図４】
2014061083.tif 000018
【図５】
2014061083.tif 000019
【図６】
2014061083.tif 000020
【図７】
2014061083.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月16日(2014.12.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを駆動源とする電動車両において、電動車両のアクセル開度、車速を含む車両情報に基づいて第１のトルク指令を生成するモータトルク設定手段と、モータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、前記回転位置検出手段で検出された回転位置信号から回転速度を演算する回転速度演算手段と、前記回転速度演算手段で演算された回転速度信号の交流信号成分を抽出するハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタから抽出した交流信号に基づいて共振抑制信号を出力する共振抑制ゲイン回路とを備え、前記第１のトルク指令に、前記共振抑制信号を加算あるいは減算した信号を第2のトルク指令として前記モータの駆動制御を行うことを特徴とする電動車両のモータ制御装置。
【請求項２】
前記回転速度の交流信号成分を抽出するハイパスフィルタを１次または２次のハイパスフィルタとしたことを特徴とする請求項１の電動車両のモータ制御装置。
【請求項３】
前記回転速度の交流信号成分を抽出するハイパスフィルタを１次としたハイパスフィルタにおいて、前記第１のトルク指令に共振抑制信号を加算あるいは減算した第２のトルク指令に、第１のトルク指令と第２のトルク指令の定常偏差が零になるように係数を乗算したことを特徴とする請求項２に記載の電動車両のモータ制御装置。
【請求項４】
前記回転速度の交流信号成分を抽出するハイパスフィルタを２次としたハイパスフィルタにおいて、前記ハイパスフィルタの出力に比例ゲインＧを掛けたことを特徴とする請求項２に記載の電動車両のモータ制御装置。
【請求項５】
前記第１のトルク指令と前記回転位置信号とからトルクリプルモデル信号を出力するトルクリプルモデル演算手段と、前記トルクリプルモデル信号に基づいてトルクリプルモデル補償信号を出力するトルクリプルモデル補償ゲイン回路とを備え、前記第１のトルク指令に、前記トルクリプルモデル補償信号と、共振抑制信号とを加算あるいは減算した信号を第2のトルク指令として、モータの電流制御手段による処理を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電動車両のモータ制御装置。 
【請求項６】
前記第１のトルク指令と前記回転位置信号とからトルクリプルモデル信号を出力するトルクリプルモデル演算手段において、トルクリプルモデル信号の演算に用いるトルクリプルモデルの最大次数ｎを、60度／位置検出誤差（電気角）で算出される値よりも小さくなるように設定したことを特徴とする請求項５に記載の電動車両のモータ制御装置。
【請求項７】
前記第１のトルク指令と前記回転位置信号とからトルクリプルモデル信号を出力するトルクリプルモデル演算手段において、モータの磁界解析や代表的なモータの事前測定結果に基づくトルクリプルの振幅、位相を、トルクリプルモデル信号の演算に用いるトルクリプルモデルの振幅、位相のマップに設定したことを特徴とする請求項５に記載の電動車両のモータ制御装置。
【請求項８】
前記第１のトルク指令と前記回転位置信号とからトルクリプルモデル信号を出力するトルクリプルモデル演算手段において、車両特性とは切り離したモータとトルクメータと一定速度で制御した低速度脈動のモータとを用いてトルクリプルを測定し、測定したトルクリプルの振幅、位相からマップを生成することを特徴とする請求項５に記載の電動車両のモータ制御装置。
【請求項９】
前記トルクリプルモデル補償ゲイン回路は、前記回転速度に応じてその大きさを変更できるようにしたことを特徴とする請求項５に記載の電動車両のモータ制御装置。
【請求項１０】
前記回転速度を入力として、モータ構造とインバータ駆動方法によってあらかじめ決まるトルクリプルの周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタから抽出したトルクリプル周波数信号に基づいてトルクリプル誤差補償信号を出力するトルクリプル誤差補償ゲイン回路とを更に備え、前記第１のトルク指令に、前記トルクリプルモデル補償信号と、前記トルクリプル誤差補償信号と、共振抑制信号とを加算あるいは減算した信号を第２のトルク指令として、モータの電流制御手段による処理を行うことを特徴とする請求項５に記載の電動車両のモータ制御装置。
【請求項１１】
前記バンドパスフィルタの減衰定数の設定値を０．０５〜１の間で設定したことを特徴とする請求項１０に記載の電動車両のモータ制御装置。
【請求項１２】
前記トルクリプル誤差補償ゲイン回路は、前記回転速度に応じてその大きさを変更できるようにしたことを特徴とする請求項１０に記載の電動車両のモータ制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】電動車両のモータ制御装置
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動車両を駆動するモータ制御装置に関し、特にモータトルクの急峻な立ち上がりやクリープ走行時のモータのトルクリプルによって生じる電動車両の振動を抑制するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動車両のモータ制御装置では、ドライバのアクセル操作に応じたトルク指令に対して、モータの発生トルクが追従するようにモータ電流を制御することが行われている。
さらに、電動車両のモータ制御装置では、車両がクリープ走行する際にモータに発生するトルクリプルが車両のねじり振動の共振周波数に一致して生じる振動、および車両の急発進時のようにモータトルクが急峻に立ち上がることによって生じる振動を抑制し、運転者に快適な乗り心地を提供することが求められている。
【０００３】
従来の電動車両のモータ制御装置においては、上記課題を実現するために既に種々の提案がなされている。例えば、車両の各種車両情報に基づいて設定される第１のトルク目標値を、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）に相当する特性を具備したフィルタに入力して、モータの回転速度推定値を算出し、このモータの回転速度推定値とモータ回転速度検出手段によって検出された回転速度検出値との偏差を演算し、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を有するバンドパスフィルタＨ（ｓ）を用いたモデルＨ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）を具備したフィルタに入力することで、第２のトルク目標値を算出し、この第２のトルク目標値と第１のトルク目標値とを加算したものを新たなモータトルク指令値とするものがある（例えば特許文献１を参照）。
【０００４】
また、別の方法として、モータの速度変動分を高速フーリエ変換により抽出し、この抽出結果に基づいて選択した振動周波数成分をモータトルク指令にフィードバックすることで、タイヤ軸振動、モータ軸振動などを抑制するものがある（例えば特許文献２を参照）。
また、モータのトルクリプルを抑制して振動を低減する方法として、モータの発生するトルクに応じたトルクリプルの振幅と位相に関するテーブルを作成し、このテーブルを参照してトルクリプルの振幅および位相が抑制されるようにトルク指令値に対応したリプル補償値を算出すようにすることでトルクリプルによって生じるモータ軸振動を抑制するものである（例えば特許文献３、４を参照）。
【０００５】
更にまた別の方法として、回転電機が車両の駆動源として用いられる場合、例えば、回転電機を車体に支持する支持部のマウントゴムの特性のバラツキや、回転電機から車輪までの駆動伝達系の構造に起因して、異なる特性のトルクリプルを生じる場合があり、車両の前進と後進とで発生するトルクリプルが異なるものとして、回転電機の出力トルクの正負を判定する正負判定部を有し、出力トルクの正負に応じて異なる位相のリプル補正波を生成し、発生するトルクリプルに応じた適切なリプル補正を行うことで、車両の振動を抑制するものがある（特許文献５を参照）。
【０００６】
【特許文献】
【特許文献１】特許第３５０８９７４２号公報
【特許文献２】特許第４７８７７３６号公報
【特許文献３】特許第３２４２２２３号公報
【特許文献４】特開２００５−２４７５７４号公報
【特許文献５】特許第４８３５９５９号公報
【非特許文献】  
【非特許文献１】苅込他、新開発EV 向け高応答加速度制御、自動車技術会学術講演会前刷集 No.55-11 
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載のような電動車両のモータ制御装置にあっては、制御系に複数の伝達関数モデルと車両パラメータを用いており、制御演算や制御調整が複雑になる課題があった。また、バンドパスフィルタＨ（ｓ）を駆動系の共振周波数に概略一致させることで振動周波数の信号を抽出し、これをフィードバックすることで振動を抑制する場合、中心周波数がずれると振動抑制効果が低下してしまう課題があった。また、モータのトルクリプルのようなモータ回転数に応じて振動周波数が変化する外乱要因に対しては、フィルタの通過帯域幅を広く取る必要があるが、制御系が不安定になるため、振動抑制効果が不足するという課題があった。
【０００８】
特許文献２に記載のような電動車両のモータ制御装置にあっては、モータ回転速度検出器から得た信号を周波数分析して、検出された周波数の主要成分を通過させるように速度ダンピング制御を行うようにしているが、モータのトルクリプルはモータ軸の回転数によって振動周波数が変化するため、停車状態から高速までモータ回転数が大きく変化し、さらに加減速を繰り返すような電動車両においては、高速フーリエ変換（FFT）のような周波数分析してからフィルタ周波数を決定するような方式は現実的ではない。例えば、0.1秒の周波数分解能でFFTによる周波数分析を行う場合、振動周波数が一定の状態で数十秒のデータを取得する必要があるが、車両の加減速は数秒でモータ回転数が大きく変化するため、FFTによる周波数分析結果の精度が著しく低下するという問題点もあった。
【０００９】
特許文献３に記載のようなモータ制御装置にあっては、あらかじめ設定しておいた、トルク指令、速度情報、電動機の回転位置ごとに関連付けられたトルクリプルの振幅、位相を用いてトルクリプルを低減しているが、電動車両ではモータ1台ごとに回転位置を検出する検出器の高い精度での位置検出精度の保証が困難であり、位置検出器の位置検出誤差がある場合には、トルクリプルの低減効果が著しく低下する問題点があった。
【００１０】
特許文献４に記載のようなモータ制御装置にあっては、専用の動作モードを準備しておき、その動作モードにおけるモータトルクリプルをトルクリプル測定演算器で測定して、得られたトルクリプルの振幅、位相からデータテーブルを作成するようにしているが、電動車両では、車両1台ごとにモータに負荷を与えてトルクリプルの振幅、位相を抽出することは設備、費用、時間の観点から現実的ではない。また、モータが故障して交換した際に、交換前のトルクリプルの振幅、位相を用いる場合には、特許文献３と同様な問題点が生じる。
【００１１】
特許文献５に記載のような電動車両のモータ制御装置にあっては、モータを車体に支持する支持部のマウントゴムの特性のバラツキや、回転電機から車輪までの駆動伝達系の構造に起因して、正負のトルクで異なる特性のトルクリプルを生じる問題に対して、モータの出力トルクの正負を判定する正負判定部を有し、出力トルクの正負に応じて異なる位相のリプル補正波を生成し、発生するトルクリプルに応じた適切なリプル補正を行うようにしているが、モータを車体に支持する支持部のマウントゴムの特性のバラツキや、モータから車輪までの駆動伝達系の構造に起因したトルクリプル特性を取得するには専用設備が必要、多大な費用と時間がかかる課題がある。また、モータが故障して交換した際に、交換前のトルクリプルの振幅、位相を用いる場合には、特許文献３と同様な問題点が生じる。
【００１２】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、トルクリプルによるモータ軸振動および車両共振振動を簡単且つ安価な方法で効果的に抑制することができる電動車両のモータ制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明の電動車両のモータ制御装置は、モータを駆動源とする電動車両において、電動車両のアクセル開度、車速を含む車両情報に基づいて第１のトルク指令を生成するモータトルク設定手段と、モータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、前記回転位置信号から回転速度を演算する回転速度演算手段と、前記回転速度信号の交流信号成分を抽出するハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタから抽出した交流信号に基づいて共振抑制信号を出力する共振抑制ゲイン回路とを備え、前記第１のトルク指令に、前記共振抑制信号を加算あるいは減算した信号を第2のトルク指令として前記モータの駆動制御を行う
ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】  
この発明に係る電動車両のモータ制御装置は、電動車両のアクセル開度、車速などの車両情報に基づく第１のトルク指令に、ハイパスフィルタから抽出した共振抑制信号を加算あるいは減算した第２のトルク指令により、モータの電流制御手段による処理を行うことにより、埋込み磁石型永久磁石モータやレアアースレスモータ、省レアアースモータなどのようなトルクリプルの大きいモータを搭載した電動車両においても、モータ軸振動および車両振動を十分低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】  本発明の実施の形態１に係る電動車両のモータ制御装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】  本発明の実施の形態１の制御効果を示すボード線図である。
【図３】  本発明の実施の形態２に係る電動車両のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】  本発明の実施の形態２の位置検出誤差とトルクリプル補償誤差との関係を示す図である。
【図５】  本発明の実施の形態２のトルクリプルの振幅と位相のマップの一例を示す図である。
【図６】  本発明の実施の形態３に係る電動車両のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】  本発明の実施の形態１から実施の形態３の振動抑制効果を示すための波形データを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１の電動車両のモータ制御装置の基本構成を示すブロック図である。なお、電動車両そのものの詳細説明はここでは割愛するが、既に周知の構成でよく、例えば、上記特許文献１で説明のものを参照することができる。
図１において、モータ１は図示を省略するギヤやドライブシャフトの駆動系を介して車両に接続され、車両に対して駆動力を伝達する駆動源である。モータ１で発生する駆動力は、第２のトルク指令Ｉ２に基づいて、電流制御手段２および駆動回路３を介して与えられる。モータトルク設定手段４は、アクセル開度、車速などの情報に応じて、あらかじめ設定されたマップや条件式、数式によって関係付けられた第１のトルク指令Ｉ1を出力するものである。
【００１７】
前記第２のトルク指令Ｉ２は、電動車両のアクセル開度、車速などの車両情報に基づいてモータトルク設定手段４により生成される第１のトルク指令Ｉ1を、共振抑制ゲイン回路８からの共振抑制信号Sgと加算あるいは減算することにより得られる。回転位置検出手段５はモータ１の回転位置を検出するものであり、回転速度演算手段６は前記回転位置検出手段５によって検出された回転位置から回転速度を演算するものである。更にハイパスフィルタ７は前記回転速度演算手段６によって検出された回転速度の交流信号成分を抽出するもので、共振抑制ゲイン回路８は前記ハイパスフィルタ７によって抽出された交流信号成分から共振抑制信号Sgを生成するものである。加減算器９は前記第１のトルク指令Ｉ1から前記共振抑制信号Sgを加算あるいは減算するもので、この場合、減算することにより第２のトルク指令Ｉ２を得ている。
【００１８】
図２は、上記図１に係る電動車両のモータ制御装置において、ハイパスフィルタ７と共振抑制ゲイン回路８によって振動抑制制御を行ったときの振動低減効果を示す図である。図中、Ａは第２のトルク指令Ｉ２を第１のトルク指令Ｉ1と等しくした場合、すなわち前記第１のトルク指令に共振抑制信号を加算あるいは減算した第２のトルク指令に、第１のトルク指令と第2のトルク指令の定常偏差が零になるように係数を乗算した場合のゲインおよび位相特性を示しており、Ｂはハイパスフィルタ７（この場合２次ハイパスフィルタを使用）の出力に比例ゲインＧをかけて、比例ゲインＧを制御が安定な範囲で大きくしたときのゲイン(dB)および位相(deg)の特性を示している。２次ハイパスフィルタ７の出力に比例ゲインＧをかけるだけの簡素な構成で電動車両の共振周波数（１０Hz程度）におけるゲインピークのみを十分低減できることが分かる。
【００１９】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２の電動車両のモータ制御装置の変形例を示すブロック図で、実施の形態１と異なるところは、第１のトルク指令Ｉ1と回転位置信号Ｓpとからトルクリプルモデル信号Sm1、Sm2を出力するトルクリプルモデル演算手段１０a、１０bと、前記トルクリプルモデル信号Sm1、Sm2に基づいてトルクリプルモデル補償信号Sc1、Sc2を出力するトルクリプルモデル補償ゲイン回路１１a、１１bとを新たに備えた点である。
【００２０】
トルクリプルモデル演算手段１０a、１０bは、第１のトルク指令Ｉ1と、回転位置検出手段５からの回転位置信号Ｓpに基づいて、モータのトルクリプルをモデル式から演算するものである。本実施の形態では、モータのトルクリプルを正弦波の重ね合わせでモデル化した次式を用いてトルクリプルの値を計算している。
【数１】
2014061083.tif 000022
【００２１】
本実施の形態におけるトルクリプル次数nの決定方法を次に示す。回転位置誤差Δθがある場合のトルクリプルモデルの出力値は次式である。
【数２】      
2014061083.tif 000023
トルクリプルの真値が式(1)で表されるとした場合に、回転位置誤差Δθがある場合のトルクリプル補償誤差は次式となる。
【数３】
2014061083.tif 000024
【００２２】
トルクリプル補償誤差はトルクリプル自体の振幅値に比例し、各次数におけるトルクリプル補償誤差とトルクリプル振幅との比率は次式となる。
【数４】
2014061083.tif 000025
式(5)より、トルクリプル補償誤差とトルクリプル振幅との比率ΔTn/Tnが1以下の次数nにおいて、トルクリプル補償後のトルクリプル値がトルクリプル補償前のトルクリプル値よりも小さくできることになる。
【数５】
2014061083.tif 000026
【００２３】
このようなトルクリプルモデル演算手段１０a、１０bにおいて、トルクリプルモデル信号Sm1、Sm2の演算に用いるトルクリプルモデルの最大次数ｎを、60度／回転位置誤差（電気角）で算出される値よりも小さくなるように設定する。
【数６】
2014061083.tif 000027
【００２４】
本実施の形態で示すモータの顕著なトルクリプルの次数は、モータの電気角を基本周波数として６次、１２次、１８次である。式(4)を用いて、６次、１２次、１８次のトルクリプルについて、回転位置誤差Δθに対する補正誤差の割合を計算した結果を図４に示す。回転位置検出手段５の取り付け誤差を含めた回転位置誤差の最悪値を電気角で4度（極対数4のモータでは電気角4度が機械角1度に相当）を見込んだとすると、補正誤差は６次、１２次で1以下であり、６次、１２次のトルクリプルをモデル化してトルクリプルモデル補償信号Sc1、Sc2にすることで、モータのトルクリプル振動の低減効果を高めることができる。図３中、トルクリプルモデル演算手段１０aは６次(6f)のトルクリプル用のもの、トルクリプルモデル演算手段１０bは1２次(12f)のトルクリプル用のものとして使用されている。
【００２５】
なお、実際の電動車両のモータ制御装置では、特許文献５に記載されているように、モータを車体に支持する支持部のマウントゴムの特性のバラツキや、回転電機から車輪までの駆動伝達系の構造に起因して生じる正負のトルクで異なる特性を考慮してトルクリプル補償値を各車両にあわせて実測し、逆演算して求めることは、モータ駆動系の摩擦変動や車両共振の影響で困難である。本実施の形態では、例えば、車両に搭載するモータをトルクメータと低速度脈動の速度制御したモータに接続し、これらを一定速度で回転させたときに車両に搭載するモータが生じるトルクリプルをトルクメータで測定し、この測定データをもとにトルクリプルの各次数における振幅、位相を抽出し、これを、特許文献３、特許文献４に示されている方法と同様にして、トルクリプルの振幅、位相のマップとして、トルクリプルモデル演算手段１０a、１０bのなかでモデル化している。
【００２６】
このように、モータを車体に支持する支持部のマウントゴムの特性のバラツキや、回転電機から車輪までの駆動伝達系の構造に依存しないように、車両特性とは切り離したモータとトルクメータと一定速度で制御した低速度脈動のモータとを用いてトルクリプルを測定し、測定したトルクリプルの振幅、位相からマップを生成するようにしたことで、車両の特性ばらつきを気にすることなくトルクリプルの振幅、位相のマップを決定することが可能である。
【００２７】
本実施の形態におけるトルクリプルの振幅、位相のマップの一例を図５に示す。なお、トルクリプルの振幅、位相のマップは前述のトルクメータから求めたものである必要はなく、ある程度の精度が得られているのであれば、磁界解析等の数値計算から求めたものであってもよい。このように、磁界解析等の数値計算から求めたものを用いることによって、従来トルクリプルの振幅、位相を得るために必要であったトルクリプルの測定にかかる時間と手間を排除することができる。
【００２８】
次に、前記トルクリプルモデル補償ゲイン回路１１a、１１bは、前記トルクリプルモデル補償信号Sc1、Sc2との積をとることで、トルクリプル補償信号を算出する。トルクリプルモデル補償ゲイン回路１１a、１１bは、モータの回転速度に対して一定、または、モータ回転数に応じて可変とする構成としてもよい。
【００２９】
以上のように、前記トルクリプルモデル補償信号Sc1、Sc2を加算あるいは減算した信号St1を第１のトルク指令Ｉ1から加算あるいは減算した信号Ｉ1ａから、回転速度演算手段６とハイパスフィルタ７と共振抑制ゲイン回路８とから生成される共振抑制信号Sgを更に加算あるいは減算することで、モータを車体に支持する支持部のマウントゴムの特性のバラツキや、回転電機から車輪までの駆動伝達系の構造に起因して生じる振動については、その影響を大幅に低減することできる。
【００３０】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３の電動車両のモータ制御装置の変形例を示すブロック図で、実施の形態２と異なるところは、回転速度演算手段６からの回転速度信号を入力してモータ１構造と電流制御手段２、駆動回路３によってあらかじめ決まる主要なトルクリプルの周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタ１２a、１２ｂと、前記バンドパスフィルタ１２a、１２bから抽出したトルクリプル周波数信号に基づいてトルクリプル誤差補償信号Se1、Se2を出力するトルクリプル誤差補償ゲイン回路１３a、１３bとを新たに備えた点である。前記トルクリプルモデル補償信号Sc1、Sc2と、前記トルクリプル誤差補償信号Se1、Se2とを加算器９bにより加算し、この出力St2を減算器９cにより前記第１のトルク指令I１から減算しＩ1ａとする。この信号Ｉ1ａが前記共振抑制信号Sgに加算あるいは減算することで第２のトルク指令Ｉ２を得ている。
【００３１】
前記バンドパスフィルタ１２a、１２ｂは、例えば、回転速度信号を入力としてトルクリプル周波数を通過させるフィルタとして次式の構成としている。
【数７】      
2014061083.tif 000028
ここで、ωnfは回転速度信号を用いて求めたトルクリプル周波数であり、例えば、６次のトルクリプルであれば、回転速度信号をω、モータの極対数をｐとして、ω6f=6×ω×ｐとなる。減衰定数ζはおおよそ０．０５〜１の範囲で定めればよく、本実施の形態ではζ=0.2としている。なお、sはラプラス演算子である。
【００３２】
次に、前記トルクリプル誤差補償ゲイン回路１３a、１３bは、前記バンドパスフィルタ１２a、１２bの出力であるトルクリプル周波数信号との積をとることで、トルクリプル誤差補償信号Se1、Se2を算出するようにしている。トルクリプル誤差補償ゲイン回路１３a、１３bは、モータ回転数に応じて可変とし、その大きさは制御系が安定な範囲で大きい値となるように設定することで、モータのトルクリプル振動の低減効果を高めることができる。
【００３３】
ハイパスフィルタ７は、次の１次ハイパスフィルタまたは２次ハイパスフィルタの構成としている。ハイパスフィルタの遮断周波数ωＨＰＦは、ステップ状の第１のトルク指令Ｉ1に対してオーバーシュートや残留振動が小さくなるように値を設定し、２次ハイパスフィルタは遮断周波数を１Hz以下に設定、１次ハイパスフィルタでは遮断周波数を約２Hz付近に設定している。１次ハイパスフィルタの分子の係数Kcmpはトルク応答の定常偏差を補正する係数である。
【００３４】
次に、１次ハイパスフィルタを用いた場合に生じる定常偏差について説明する。図１の第２トルク指令Ｉ２から回転位置信号Spの微分値（図１の回転速度演算手段６の出力）までの伝達関数Ｇp(s)を非特許文献１の式（１）に記載の次式とした場合について説明する。
【数８】
2014061083.tif 000029
ここで、ｂ0、ｂ1、ｂ2、ζp、ωpは実車の特性に応じて決められた値、ｓはラプラス演算子である。
【００３５】
共振抑制ゲイン回路８の増幅倍率をkv、ハイパスフィルタ７を１次ハイパスフィルタとすると、図１の回転速度演算手段６の出力からSgまでの伝達関数は次式で表される。
【数９】
2014061083.tif 000030
【００３６】
トルク指令を０からTconstにステップ状に変化させたときのトルク指令に対する定常偏差は次式のようになる。
【数１０】
2014061083.tif 000031
上式から、１次のハイパスフィルタを用いた場合はトルク指令に対して一定の比率で定常偏差を生じることが分る。
なお、係数Kcmpは式（１０）の各値が既知の場合は式(１０)を用いて計算すればよいが、ステップ状の第１のトルク指令の定常トルクと、モータのトルク応答とが測定可能な場合は両者が概略一致するように設定すればよい。
なお、２次ハイパスフィルタを用いた場合はトルク応答の定常偏差が零であり、上述の補正係数は不要である。２次ハイパスフィルタの減衰定数ζＨＰＦは０．６〜１．０程度に設定すればよい。
【００３７】
【数１１】
2014061083.tif 000032
【数１２】
2014061083.tif 000033
次に、前記共振抑制ゲイン回路８は、入出力比であるゲイン（dB）を有し、前記ハイパスフィルタ７からの交流信号との積により、共振抑制信号を出力するように構成している。
なお、共振抑制信号の生成には、上記１次ハイパスフィルタ、２次ハイパスフィルタのいずれを用いても振動低減が可能である。
【００３８】
以上のように、前記トルクリプルモデル補償信号Sc1、Sc2とトルクリプル誤差補償信号Se1、Se2とを加算あるいは減算した信号St2を第１のトルク指令Ｉ1から加算あるいは減算した信号Ｉ1ａから、回転速度演算手段６とハイパスフィルタ７と共振抑制ゲイン回路８とから生成される共振抑制信号Sgを更に加算あるいは減算することで、モータを車体に支持する支持部のマウントゴムの特性のバラツキや、回転電機から車輪までの駆動伝達系の構造に起因して生じる振動の影響を大幅に低減することできる。
【００３９】
図７は、上述した実施の形態１から３の制御系を用いて、10%勾配でアクセルを全開にしたときの第１、第２のトルク指令（上段）と、モータの回転速度信号（下段）を実際に測定した波形図である。図７（ａ）は、実施の形態１（図１）の制御構成において、第１のトルク指令＝第2のトルク指令とした場合の波形である。
【００４０】
図７（ｂ）は実施の形態１（図１）の制御構成において、共振抑制信号Sgを用いた場合の波形であり、図中、緩やかな折曲直線は第１のトルク指令Ｉ1を、振動波形は第２のトルク指令Ｉ２を表している。図７（ａ）に比べるとモータのトルクリプルに起因する回転速度信号の振動が大幅に低減されている。図７（ｃ）は、実施の形態２（図３）の制御構成において、位置検出誤差を電気角で4度にした場合の波形であり、図７（ｂ）に比較して、回転速度信号の振動が低減できている。図７（ｄ）は、実施の形態３（図６）制御構成において、位置検出誤差を電気角で4度にした場合であり、図７（ｃ）に比較して、回転速度信号の振動をさらに低減できることがわかる。
【００４１】
以上のように、モータの位置検出誤差がある程度小さい場合や、モータの位置検出誤差を学習動作やモータの個別調整によって低減可能な場合には、この発明のいずれかの実施態様による制御構成とすることで、埋込み磁石型永久磁石モータやレアアースレスモータ、省レアアースモータなどのようなトルクリプルの大きいモータを搭載した電動車両においても、モータ軸振動および車両振動を従来よりも大幅に低減することが可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１    モータ、      ２    電流制御手段、    ３    駆動回路、  
４    モータトルク設定手段、    ５    回転位置検出手段、
６    回転速度演算手段、        ７    ハイパスフィルタ、
８    共振抑制ゲイン回路、      ９a、９b、９c    加減算器、
１０a、１０b    トルクリプルモデル演算回路、
１１a、１１b    トルクリプル補償ゲイン回路、
１２a、１２b    バンドパスフィルタ、    
１３a、１３b    トルクリプル誤差補償ゲイン回路
【手続補正書】
【提出日】平成27年12月22日(2015.12.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを駆動源とする電動車両のアクセル開度、車速を含む車両情報に基づいて第１のトルク指令を生成するモータトルク設定手段と、モータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、前記回転位置検出手段で検出された回転位置信号から回転速度を演算する回転速度演算手段と、前記回転速度演算手段で演算された回転速度信号の交流信号成分を抽出するハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタから抽出した交流信号に基づいて共振抑制信号を出力する共振抑制ゲイン回路と、前記第１のトルク指令と前記回転位置信号とからモデル化によりトルクリプルモデル信号を出力するトルクリプルモデル演算手段と、前記トルクリプルモデル信号を所定の増幅倍率で増幅したトルクリプルモデル補償信号を出力するトルクリプルモデル補償ゲイン回路とを備え、前記第１のトルク指令に、前記トルクリプルモデル補償信号と、共振抑制信号とを加算あるいは減算した信号を第２のトルク指令として、前記モータの駆動制御を行うことを特徴とする電動車両のモータ制御装置。
【請求項２】
前記トルクリプルモデル演算手段は、トルクリプルモデル信号を下記モデル式（１）から演算するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電動車両のモータ制御装置。
【数１】
2014061083.tif 000034
【請求項３】
前記トルクリプルモデル信号の演算に用いるトルクリプルモデルの最大次数を、60度／位置検出誤差（電気角）で算出される値よりも小さくなるように設定したことを特徴とする請求項２に記載の電動車両のモータ制御装置。
【請求項４】
前記トルクリプルモデル演算手段およびトルクリプルモデル補償ゲイン回路は、前記モータのトルクリプル次数として６次用および１２次用のものをそれぞれ備えたことを特徴とする請求項１に記載の電動車両のモータ制御装置。
【請求項５】
前記トルクリプルモデル演算手段において、モータの磁界解析や代表的なモータの事前測定結果に基づくトルクリプルの振幅、位相を、トルクリプルモデル信号の演算に用いるトルクリプルモデルの振幅、位相のマップに設定したことを特徴とする請求項１に記載の電動車両のモータ制御装置。
【請求項６】
前記トルクリプルモデル演算手段において、車両特性とは切り離したモータとトルクメータと一定速度で制御した低速度脈動のモータとを用いてトルクリプルを測定し、測定したトルクリプルの振幅、位相からマップを生成することを特徴とする請求項１に記載の電動車両のモータ制御装置。
【請求項７】
前記トルクリプルモデル補償ゲイン回路の増幅倍率は、前記回転速度に応じてその大きさを変更できるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電動車両のモータ制御装置。
【請求項８】
前記回転速度を入力として、モータ構造とインバータ駆動方法によってあらかじめ決まるトルクリプルの周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタから抽出したトルクリプル周波数信号に基づいてトルクリプル誤差補償信号を出力するトルクリプル誤差補償ゲイン回路とを更に備え、前記第１のトルク指令に、前記トルクリプルモデル補償信号と、前記トルクリプル誤差補償信号と、共振抑制信号とを加算あるいは減算した信号を第２のトルク指令として、モータの電流制御手段による処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の電動車両のモータ制御装置。
【請求項９】
前記バンドパスフィルタおよび前記トルクリプル誤差補償ゲイン回路は、前記モータのトルクリプル次数として６次用および１２次用のものをそれぞれ備えたことを特徴とする請求項８に記載の動車両のモータ制御装置。  
【請求項１０】
前記バンドパスフィルタの減衰定数の設定値を０．０５〜１の間で設定したことを特徴とする請求項８に記載の電動車両のモータ制御装置。
【請求項１１】
前記トルクリプル誤差補償ゲイン回路の増幅倍率は、前記回転速度に応じてその大きさを変更できるようにしたことを特徴とする請求項８に記載の電動車両のモータ制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
この発明の電動車両のモータ制御装置は、モータを駆動源とする電動車両のアクセル開度、車速を含む車両情報に基づいて第１のトルク指令を生成するモータトルク設定手段と、モータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、前記回転位置検出手段で検出された回転位置信号から回転速度を演算する回転速度演算手段と、前記回転速度演算手段で算された回転速度信号の交流信号成分を抽出するハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタから抽出した交流信号に基づいて共振抑制信号を出力する共振抑制ゲイン回路と、前記第１のトルク指令と前記回転位置信号とからモデル化によりトルクリプルモデル信号を出力するトルクリプルモデル演算手段と、前記トルクリプルモデル信号を所定の増幅倍率で増幅したトルクリプルモデル補償信号を出力するトルクリプルモデル補償ゲイン回路とを備え、前記第１のトルク指令に、前記トルクリプルモデル補償信号と、共振抑制信号とを加算あるいは減算した信号を第２のトルク指令として、前記モータの駆動制御を行うことを特徴とするものである。 
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
次に、前記トルクリプルモデル補償ゲイン回路１１a、１１bは、夫々入力信号を所定の増幅倍率だけ増幅する。前記増幅倍率と前記トルクリプルモデル補償信号Sc1、Sc2との積をとることで、トルクリプル補償信号を算出する。トルクリプルモデル補償ゲイン回路１１a、１１bは、モータの回転速度に対して一定、または、モータ回転数に応じてその増幅倍率を可変とする構成としてもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
次に、前記トルクリプル誤差補償ゲイン回路１３a、１３bは、単なる比例ゲイン（定数）として所定の増幅倍率でバンドパスフィルタ１２a、１２bの出力信号を増幅するもので、前記バンドパスフィルタ１２a、１２bの出力であるトルクリプル周波数信号との積をとることで、トルクリプル誤差補償信号Se1、Se2を算出するようにしている。トルクリプル誤差補償ゲイン回路１３a、１３bは、モータ回転数に応じて可変とし、その大きさは制御系が安定な範囲で大きい値となるように設定することで、モータのトルクリプル振動の低減効果を高めることができる。
【国際調査報告】
2014061083.tif 000035
2014061083.tif 000036
2014061083.tif 000037
2014061083.tif 000038