(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルク制御機能を有するモータ駆動装置により弾性軸を介して車両を駆動する車両システムにおいて、
出力トルク指令Ｔmを入力する近似モデルを有し、
前記近似モデルを利用し、モータ回転速度の速度検出成分ωmを微分することにより、モータ加速トルク成分ＴmA*を求め、モータ加速トルク成分ＴmA*に振動抑制制御フィルタＦcomp（ｓ）を通した補償トルク成分ＴFcompを、入力トルク指令Ｔrefから減算することで前記出力トルク指令Ｔmを算出するフィードバック制御構成を備え、
前記振動抑制制御フィルタＦcomp（ｓ）は（１３）式から成る、ことを特徴とする車両システムの振動抑制制御装置。
【数１３】
0006977849.tif 000028
ただし、
ｓ：ラプラス演算子
ωr＝√（Ｋd・（１／ＴＪm＋１／ＴＪwM）
ωa＝√（Ｋd・（１／ＴＪwM））
ζr＝（Ｋd・Ｄs）／（２・ωr）
ζa＝（Ｋd・Ｄs）／（２・ωa）
ζA：調整要素
Ｄs＝ＴＪM／（ＴＪw＋ＴＪM）・Ｋt
ＴＪm：モータのイナーシャ相当の時定数
ＴＪw：駆動輪のイナーシャ相当の時定数（複数輪の合成値）
ＴＪM：車両の質量相当の時定数
Ｋd：駆動系のねじれ剛性係数
Ｋt：タイヤと路面の摩擦に関する係数
ＴＪwM＝ＴＪw＋ＴＪM
【請求項２】
前記近似モデルは、前記出力トルク指令Ｔmから、外乱トルクオブザーバで求めた外乱推定トルク＾Ｔobsおよび軸ねじれトルク＾Ｔdを減算して推定モータ加速トルク成分＾ＴmAを出力する減算器と、前記推定モータ加速トルク成分＾ＴmAをモータの慣性モーメントに相当する時定数で除算してモータ側の加速度を求めるブロックと、前記軸ねじれトルク＾Ｔdをタイヤと車体の合成慣性モーメントで除算して車体側の加速度を求めるブロックと、前記モータ側の加速度と車体側の加速度の差分を時間積分してモータおよび車体の相対速度を求めるブロックと、前記軸ねじれトルク＾Ｔdにすべり係数＾Ｄsを乗算してタイヤのすべり速度を求めるブロックと、前記モータおよび車体の相対速度と前記タイヤのすべり速度との差分を時間積分して弾性軸のねじれ位相に変換した後、駆動系のねじれ剛性係数＾Ｋdを乗算して前記軸ねじれトルク＾Ｔdを得るブロックと、を備えて構成され、
前記推定モータ加速トルク成分＾ＴmAと、モータ回転速度の速度検出成分ωmを微分して求めたモータ加速トルク成分ＴmA*との偏差に対して、モータ慣性モーメントに相当する時定数の積分演算を施し、その積分演算結果にオブザーバゲインＫgを乗算して外乱推定トルク＾Ｔobsを求め、前記外乱推定トルク＾Ｔobsを前記減算器に入力する外乱トルクオブザーバを設けたことを特徴とする請求項１に記載の車両システムの振動抑制制御装置。
【請求項３】
前記振動抑制制御フィルタＦcomp（ｓ）の入力を、前記モータ加速トルク成分ＴmA*に代えて、前記推定モータ加速トルク成分＾ＴmAとすることを特徴とする請求項２に記載の車両システムの振動抑制制御装置。
【請求項４】
前記推定モータ加速トルク成分＾ＴmAを遅延して、モータ回転速度の速度検出成分と推定モータ加速トルク成分＾ＴmAの時間整合をとる遅延補償手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の車両システムの振動抑制制御装置。
【請求項５】
前記モータ加速トルク成分ＴmA*と、前記推定モータ加速トルク成分＾ＴmAとの偏差を遅延させる低域通過フィルタを備えたことを特徴とする請求項４に記載の車両システムの振動抑制制御装置。
【請求項６】
前記モータ加速トルク成分ＴmA*と、前記推定モータ加速トルク成分＾ＴmAに、可変の重み係数を各々乗算する乗算器と、前記各乗算器の出力を加算する加算器を備え、
前記加算器の出力を前記振動抑制制御フィルタＦcomp（ｓ）の入力としたことを特徴とする請求項３又は４又は５に記載の車両システムの振動抑制制御装置。
【請求項７】
トルク制御機能を有するモータ駆動装置により弾性軸を介して車両を駆動する車両システムにおいて、
モータ回転位相および時間の計測値から演算したモータ回転検出速度ωm_detと、出力トルク指令Ｔmを入力する車両モデルにより推定したモータ回転推定速度＾ωmを、速度検出側の遅れ時間を含めた遅延時間の総和と等しい時間遅延させて得た＾ωm_dlyとの偏差情報により外乱推定トルク＾Ｔobsを求める外乱トルクオブザーバと、
入力トルク指令Ｔrefに前置フィルタを通したトルク指令Ｔref_LPFから、前記車両モデルにより求めた推定モータ加速トルク成分＾ＴmAに振動抑制制御フィルタを通した補償トルク成分ΔＴcompを減算することで前記出力トルク指令Ｔmを算出するフィードバック制御構成を備え、
前記外乱トルクオブザーバは、サンプル値系のモデルで構成され、前記出力トルク指令Ｔmから外乱推定トルク＾Ｔobsを減算した＾Ｔmを入力とし、該＾Ｔmから推定モータ加速トルク成分＾ＴmAを求めるブロックであり、＾Ｔmから軸ねじれトルク＾Ｔdを減算して＾ＴmAを出力する減算器と、推定モータ加速トルク成分＾ＴmAを近似積分して得た＾ωmから、＾Ｔdを近似積分して得た車体速度＾ωWmおよび＾Ｔdにすべり係数＾Ｄsを乗じたタイヤすべり速度を減算して軸ねじれ速度＾ωdを求め、＾ωdに積分係数＾Ｋd・Ｔｃを乗算したものを近似積分した後遅延器を通して前記軸ねじれトルク＾Ｔdとする機能とを備えたブロックか、又は（１２）式の二次伝達関数から係数を設計した二次フィルタにより構成された＾Ｔm−＾ＴmA変換ブロックと、
【数１２】
0006977849.tif 000029
ただし、
ｓ：ラプラス演算子
ωr＝√（Ｋd・（１／ＴＪm＋１／ＴＪwM）
ωa＝√（Ｋd・（１／ＴＪwM））
ζr＝（Ｋd・Ｄs）／（２・ωr）
ζa＝（Ｋd・Ｄs）／（２・ωa）
Ｄs＝ＴＪM／（ＴＪw＋ＴＪM）・Ｋt
ＴＪm：モータのイナーシャ相当の時定数
ＴＪw：駆動輪のイナーシャ相当の時定数（複数輪の合成値）
ＴＪM：車両の質量相当の時定数
Ｋd：駆動系のねじれ剛性係数
Ｋt：タイヤと路面の摩擦に関する係数
ＴＪwM＝ＴＪw＋ＴＪM
前記推定モータ加速トルク成分＾ＴmAを近似積分した＾ωmを、速度検出側の遅れ時間を含めた遅延時間の総和と等しい時間遅延させて得た＾ωm_dlyと前記モータ回転検出速度ωm_detの偏差にオブザーバゲインＫgを乗算するゲイン乗算器と、ゲイン乗算器の出力を遅延して前記＾Ｔobsとする遅延器と、を備え、
前記ωm_detと＾ωmの偏差は、モータ回転位相の過去のサンプル値との位相差を時間差で除算したωm_detと、＾ωmを遅延ブロックにより遅延させた＾ωm_dlyとの偏差をとるか、モータ回転位相の過去のサンプル値との位相差を固定サンプル周期で除算したωm_detと、＾ωmを遅延ブロックにより遅延させた＾ωm_dlyとの偏差をとるか、位相計測値に対してサンプル値系の一次遅れフィルタを構成し、一次遅れフィルタの積算部の入力信号をサンプル周期Ｔｃで除算したωm_detと、＾ωmを前記一次遅れフィルタと同じ係数の一次遅れフィルタを有した遅延ブロックにより遅延させた＾ωm_dlyとの偏差をとるか、のいずれかのサンプル値系のモデルの演算によって行われ、
前記振動抑制制御フィルタＦcomp（ｓ）は（１３）式から成る、ことを特徴とする車両システムの振動抑制制御装置。
【数１３】
0006977849.tif 000030
ただし、
ｓ：ラプラス演算子
ωr＝√（Ｋd・（１／ＴＪm＋１／ＴＪwM）
ωa＝√（Ｋd・（１／ＴＪwM））
ζr＝（Ｋd・Ｄs）／（２・ωr）
ζa＝（Ｋd・Ｄs）／（２・ωa）
ζA：調整要素
Ｄs＝ＴＪM／（ＴＪw＋ＴＪM）・Ｋt
ＴＪm：モータのイナーシャ相当の時定数
ＴＪw：駆動輪のイナーシャ相当の時定数（複数輪の合成値）
ＴＪM：車両の質量相当の時定数
Ｋd：駆動系のねじれ剛性係数
Ｋt：タイヤと路面の摩擦に関する係数
ＴＪwM＝ＴＪw＋ＴＪM
【請求項８】
トルク制御機能を有するモータ駆動装置により弾性軸を介して車両を駆動する車両システムにおいて、
モータ回転位相および時間の計測値から演算したモータ回転検出速度ωm_detの時間微分成分ＴmA_detと出力トルク指令Ｔmに基づいて外乱推定トルク＾Ｔobsを求める外乱トルクオブザーバと、
入力トルク指令Ｔrefに前置フィルタを通したトルク指令Ｔref_LPFから、前記車両モデルにより求めた推定モータ加速トルク成分＾ＴmAに振動抑制制御フィルタを通した補償トルク成分ΔＴcompを減算することで前記出力トルク指令Ｔmを算出するフィードバック制御構成を備え、
前記外乱トルクオブザーバは、サンプル値系のモデルで構成され、前記出力トルク指令Ｔmから外乱推定トルク＾Ｔobsを減算した＾Ｔmを入力とし、該＾Ｔmから推定モータ加速トルク成分＾ＴmAを求めるブロックであり、＾Ｔmから軸ねじれトルク＾Ｔdを減算して＾ＴmAを出力する減算器と、
＾ＴmAに積分係数Ｔｃ／＾ＴＪmを乗算したものから＾Ｔdに積分係数Ｔｃ／＾ＴＪwMを乗算したものを減算し、該減算出力に対して第１の近似積分を施し、第１の近似積分出力から、＾Ｔdにすべり係数＾Ｄsを乗じたタイヤすべり速度を減算して軸ねじれ速度＾ωdを求め、＾ωdに積分係数＾Ｋd・Ｔｃを乗算したものに対して第２の近似積分を施した後遅延器に通して前記軸ねじれトルク＾Ｔdとする機能とを備えたブロックか、又は（１２）式の二次伝達関数から係数を設計した二次フィルタにより構成された＾Ｔm−＾ＴmA変換ブロックと、
【数１２】
0006977849.tif 000031
前記推定モータ加速トルク成分＾ＴmAを遅延させた＾ＴmA_dlyと前記ＴmA_detの偏差成分ΔＴmA_dlyを積分する積分部と、積分部の出力にオブザーバゲインＫgを乗算するゲイン乗算器と、ゲイン乗算器の出力を遅延して前記＾Ｔobsとする遅延器とを備え、
前記ΔＴmA_detの演算は、
モータ回転位相の過去のサンプル値との位相差を時間差で除算したωm_detを、遅延させた後係数ＴＪm／Ｔｃにより微分して得た＾ＴmA_detと、＾ＴmAを遅延ブロックにより遅延させた＾ＴmA_dlyとの偏差をとるか、
モータ回転位相の過去のサンプル値との位相差を固定サンプル周期で除算したωm_detを、遅延させた後係数ＴＪm／Ｔｃにより微分して得た＾ＴmA_detと、＾ＴmAを遅延ブロックにより遅延させた＾ＴmA_dlyとの偏差をとるか、
位相計測値を微分したωm_detに対してサンプル値系の一次遅れフィルタを構成し、一次遅れフィルタの積算部の入力信号＾ＴmA_detと、＾ＴmAを前記一次遅れフィルタと同じ係数の一次遅れフィルタを有した遅延ブロックにより遅延させた＾ＴmA_dlyとの偏差をとるか、のいずれかのサンプル値系のモデルの演算によって行われ、
前記振動抑制制御フィルタＦcomp（ｓ）は（１３）式から成る、ことを特徴とする車両システムの振動抑制制御装置。
【数１３】
0006977849.tif 000032
ただし、
ｓ：ラプラス演算子
ωr＝√（Ｋd・（１／ＴＪm＋１／ＴＪwM）
ωa＝√（Ｋd・（１／ＴＪwM））
ζr＝（Ｋd・Ｄs）／（２・ωr）
ζa＝（Ｋd・Ｄs）／（２・ωa）
ζA：調整要素
Ｄs＝ＴＪM／（ＴＪw＋ＴＪM）・Ｋt
ＴＪm：モータのイナーシャ相当の時定数
ＴＪw：駆動輪のイナーシャ相当の時定数（複数輪の合成値）
ＴＪM：車両の質量相当の時定数
Ｋd：駆動系のねじれ剛性係数
Ｋt：タイヤと路面の摩擦に関する係数
ＴＪwM＝ＴＪw＋ＴＪM
【請求項９】
バックラッシュ期間を検出するバックラッシュ期間検出部と、
前記入力トルク指令Ｔrefを、高周波数帯域を制限する前置フィルタに通したＴref_LPFから、前記補償トルク成分ΔＴcompを減算して出力トルク指令Ｔmを出力する補償トルク減算器と、
前記補償トルク減算器から出力される出力トルク指令Ｔmを制限するリミッタであって、第１のトルクリミット値を有する第１のトルクリミッタおよび第１のトルクリミット値よりも小さい第２のトルクリミット値を有する第２のトルクリミッタと、
第１のトルクリミッタ又は第２のトルクリミッタの出力を選択するスイッチであり、前記バックラッシュ期間検出部がバックラッシュ期間を検出したときに第２のトルクリミッタの出力が選択される切替スイッチと、
前記切替スイッチで選択されたトルクリミッタの出力を前記補償トルク成分ΔＴcompと加算して前記前置フィルタにフィードバックする加算器と、を備え、
前記バックラッシュ期間検出部は、
前記＾Ｔmと＾ＴmAの差分である推定ねじれトルク＾Ｔdを入力して推定軸ねじれ位相＾θdに変換するトルク−位相変換部と、
前記推定軸ねじれ位相＾θdの零クロス点をバックラッシュ期間の開始タイミングとして検出するバックラッシュ開始タイミング検出部と、
前記推定軸ねじれ位相＾θdを時間微分して軸ねじれ速度を推定するねじれ速度推定部と、
出力トルク指令Ｔmを時間積分してバックラッシュ期間中の速度の変化成分を推定する変化速度推定部と、
前記ねじれ速度推定部で推定された軸ねじれ速度を、前記バックラッシュ開始タイミング検出部で検出されたバックラッシュの開始タイミングにより保持した初期ねじれ速度と、前記変化速度推定部で推定されたバックラッシュ期間中の速度の変化成分を加算し、時間積分してバックラッシュに相当する推定位相変化量＾ΔθBLを推定するねじれ変位推定部と、
設定したバックラッシュの位相幅の絶対値＾θdおよび余裕幅Δθと、前記ねじれ変位推定部で推定された位相変化量＾ΔθBLの比較に基づいてバックラッシュ期間の終了を検出するバックラッシュ終了検出部と、を備え、
前記バックラッシュ開始タイミング検出部で検出されたバックラッシュ開始タイミングと前記バックラッシュ終了検出部で検出されたバックラッシュ終了信号に基づいてバックラッシュ期間を検出することを特徴とする請求項７又は８に記載の車両システムの振動抑制制御装置。
【請求項１０】
前記トルク−位相変換部は、前記＾Ｔdに代えて前記Ｔmを入力して＾θdに変換することを特徴とする請求項９に記載の車両システムの振動抑制制御装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の車両システムの振動抑制制御装置を実行することを特徴とする車両システムの振動抑制制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機（モータ）をトルク制御する駆動装置と、ギヤやシャフトなどの弾性のある伝達系とを有する車両システムの振動抑制制御装置に関する。
【０００２】
電動車両などでは、ギヤやシャフトなどの伝達機構が剛性の低い弾性軸となるため、これに接続されるモータおよびタイヤの慣性モーメントや車体の慣性との間にねじれ共振が発生する。本発明は、この振動を抑制する制御方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
モータ駆動装置は電圧や電流を制御してモータの発生トルクを制御しており、交流モータではモータ軸に直結されたレゾルバやエンコーダの位相情報にもとづいて電流位相が制御されている。つまり、モータの位相や速度は検出可能である。これ以外にもタイヤ軸にも速度計測用のセンサがあるが、これは精度や分解能が低く検出遅れも大きいためこちらの速度センサから求めた速度情報は共振などの振動抑制制御には利用できない。したがって、モータ側の位置や速度情報だけを利用した振動抑制制御が必要になる。
【０００４】
本発明に類する従来例としては、特許文献１と特許文献２がある。特許文献１には車両モデルを使用した振動抑制制御方式が記載されており、本明細書では、この特許文献１に記載された車両モデルに準じて説明を行う。特許文献２は、特許文献１を改良する内容であり、速度検出に含まれる遅延時間（ムダ時間）に対する対策などが記載されている。
【０００５】
特許文献１の図４には、振動抑制制御（制振制御）を適用するシステムのモデルが定義されており、段落番号「００３４」に数式として記載されている。振動抑制制御の基本的な構成については特許文献１の図２に記載されている。
【０００６】
特許文献１の図２の制御要素として下記のブロックを使用している。  
【０００７】
（ａ）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）
（ｂ）バンドパスフィルタの特性を有する伝達特性Ｈ（ｓ）
（ｃ）車両として希望しているトルク入力からモータ回転速度までの伝達特性Ｇm（ｓ）
これを組み合わせて、トルク指令から共振周波数成分を除去する帯域遮断フィルタと、モータ速度検出を使用したフィードバック制御による振動抑制制御を構成している。
【０００８】
特許文献２では、電流制御応答や速度検出遅れなどによるムダ時間の対策方法について記載されている。対策法方法としては、モデルに入力するトルク指令に対して、速度検出のムダ時間と同じ遅延を挿入することにより、モデルの推定速度と速度検出との時刻を整合させている。
【０００９】
これらの特許文献１、２に記載された内容のうち、本発明と対照する機能は下記の項目である。  
【００１０】
（１）トルク指令および速度検出を利用して、振動を抑制する補償トルクをトルク指令に加算する振動抑制制御方式
（２）制御方式をサンプル値系に実装したときに生じる離散時間による誤差の抑制
（３）電流制御や速度検出などの遅れ時間（ムダ時間）による誤差成分の抑制。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−００９５６６号公報
【特許文献２】特開２００５−２６９８３５号公報
【特許文献３】特許第５８６１５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
まず本発明の実施例に対応する課題について、項目に分けて説明する。  
【００１３】
（１）モデルの低次元化
特許文献１では、車両システムのモデルをＧp（ｓ）として表している。このモデルは「モータ、タイヤ、車体」などの複数の慣性体が存在しているので、伝達関数で表すと高次式になる。しかし高次式のままでは特性が把握しにくいし、また振動抑制制御の設計も複雑になる。そこで、モデルを「積分と二次式との積」の伝達関数に近似し、そしてそれを利用した振動抑制制御の設計法を提案する。
【００１４】
（２）タイヤのスリップなどのモデルとの不整合問題
特許文献１、２には記載されていないが、制御に使用するモデル誤差も問題となる。車両の使用状況は大きく変化するので、例えばスリップしやすい路面ではタイヤ係数が小さくなる。一般的には制御内部のモデルは固定されているので、プラントとモデルのパラメータ誤差が生じる。これにより制御性能が低下するので、路面が変化しても性能低下が少ないロバスト性が望まれる。
【００１５】
（３）制御および検出のムダ時間の補償方法
本発明で対策する「ムダ時間」には、背景技術の（２）と（３）で示したように２種類の成分が存在する。特許文献１ではＣＰＵに実装するためにサンプル値系に変換することにより生じる離散時間による誤差を課題とし、特許文献２では、速度検出遅れなどの制御上のムダ時間を課題としている。
【００１６】
離散時間の対策としては連続系の段階にて制御ブロックの構成を変更することにより対策し、速度検出の遅れ時間についてはモデルの入力トルク指令に等価な遅延時間を挿入して対策を行っている。本発明でもこのムダ時間の対策について検討している。
【００１７】
さらに、特許文献２の方式では速度検出側とモデル側の差分を取る際に時刻を整合させているが、差分結果には遅延を含んだままである。そこで、ムダ時間分の予測補償についても検討する。
【００１８】
（４）減速ギヤなどのバックラシュの影響
伝達機構のギヤにはバックラッシュ成分が存在する。この非線形要素によりハンチングなどの不安定現象が発生しやすい。特許文献１の振動抑制方式ではモデルの逆関数１／Ｇp（ｓ）を使用しており、この特性は共振周波数の帯域のゲインは低いが、逆に反共振周波数付近のゲインが高くなる。そのため非線形性やモデル誤差によって生じる振動成分は、反共振周波数付近の低い周波数で発生するようになる。この不安定現象の抑制も必要である。
【００１９】
本発明は、背景技術の（１）〜（３）と同等の機能を実現するとともに、さらに外乱による影響を低減し、モデル誤差などに対するロバスト性を向上させるものであり、モータの速度情報を利用して、共振による振動を抑制して車両の乗り心地を改善することができる車両システムの振動抑制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】
【００２０】
上記課題を解決するための請求項１に記載の車両システムの振動抑制制御装置は、
トルク制御機能を有するモータ駆動装置により弾性軸を介して車両を駆動する車両システムにおいて、
出力トルク指令Ｔmを入力する近似モデルを有し、
前記近似モデルを利用し、モータ回転速度の速度検出成分ωmを微分することにより、モータ加速トルク成分ＴmA*を求め、モータ加速トルク成分ＴmA*に振動抑制制御フィルタＦcomp（ｓ）を通した補償トルク成分ＴFcompを、入力トルク指令Ｔrefから減算することで前記出力トルク指令Ｔmを算出するフィードバック制御構成を備え、
前記振動抑制制御フィルタＦcomp（ｓ）は（１３）式から成る、ことを特徴とする。
【００２１】
【数１３】
0006977849.tif 000002
【００２２】
ただし、
ｓ：ラプラス演算子
ωr＝√（Ｋd・（１／ＴＪm＋１／ＴＪwM）
ωa＝√（Ｋd・（１／ＴＪwM））
ζr＝（Ｋd・Ｄs）／（２・ωr）
ζa＝（Ｋd・Ｄs）／（２・ωa）
ζA：調整要素
Ｄs＝ＴＪM／（ＴＪw＋ＴＪM）・Ｋt
ＴＪm：モータのイナーシャ相当の時定数
ＴＪw：駆動輪のイナーシャ相当の時定数（複数輪の合成値）
ＴＪM：車両の質量相当の時定数
Ｋd：駆動系のねじれ剛性係数
Ｋt：タイヤと路面の摩擦に関する係数
ＴＪwM＝ＴＪw＋ＴＪM
請求項２に記載の車両システムの振動抑制制御装置は、請求項１において、
前記近似モデルは、前記出力トルク指令Ｔmから、外乱トルクオブザーバで求めた外乱推定トルク＾Ｔobsおよび軸ねじれトルク＾Ｔdを減算して推定モータ加速トルク成分＾ＴmAを出力する減算器と、前記推定モータ加速トルク成分＾ＴmAをモータの慣性モーメントに相当する時定数で除算してモータ側の加速度を求めるブロックと、前記軸ねじれトルク＾Ｔdをタイヤと車体の合成慣性モーメントで除算して車体側の加速度を求めるブロックと、前記モータ側の加速度と車体側の加速度の差分を時間積分してモータおよび車体の相対速度を求めるブロックと、前記軸ねじれトルク＾Ｔdにすべり係数＾Ｄsを乗算してタイヤのすべり速度を求めるブロックと、前記モータおよび車体の相対速度と前記タイヤのすべり速度との差分を時間積分して弾性軸のねじれ位相に変換した後、駆動系のねじれ剛性係数＾Ｋdを乗算して前記軸ねじれトルク＾Ｔdを得るブロックと、を備えて構成され、
前記推定モータ加速トルク成分＾ＴmAと、モータ回転速度の速度検出成分ωmを微分して求めたモータ加速トルク成分ＴmA*との偏差に対して、モータ慣性モーメントに相当する時定数の積分演算を施し、その積分演算結果にオブザーバゲインＫgを乗算して外乱推定トルク＾Ｔobsを求め、前記外乱推定トルク＾Ｔobsを前記減算器に入力する外乱トルクオブザーバを設けたことを特徴とする。
【００２３】
請求項３に記載の車両システムの振動抑制制御装置は、請求項２において、
前記振動抑制制御フィルタＦcomp（ｓ）の入力を、前記モータ加速トルク成分ＴmA*に代えて、前記推定モータ加速トルク成分＾ＴmAとすることを特徴とする。
【００２４】
請求項４に記載の車両システムの振動抑制制御装置は請求項３において、
前記推定モータ加速トルク成分＾ＴmAを遅延して、モータ回転速度の速度検出成分と推定モータ加速トルク成分＾ＴmAの時間整合をとる遅延補償手段を備えたことを特徴とする。
【００２５】
請求項５に記載の車両システムの振動抑制制御装置は、請求項４において、
前記モータ加速トルク成分ＴmA*と、前記推定モータ加速トルク成分＾ＴmAとの偏差を遅延させる低域通過フィルタを備えたことを特徴とする。
【００２６】
請求項６に記載の車両システムの振動抑制制御装置は、請求項３又は４又は５において、
前記モータ加速トルク成分ＴmA*と、前記推定モータ加速トルク成分＾ＴmAに、可変の重み係数を各々乗算する乗算器と、前記各乗算器の出力を加算する加算器を備え、
前記加算器の出力を前記振動抑制制御フィルタＦcomp（ｓ）の入力としたことを特徴とする。
【００２７】
請求項７に記載の車両システムの振動抑制制御装置は、
トルク制御機能を有するモータ駆動装置により弾性軸を介して車両を駆動する車両システムにおいて、
モータ回転位相および時間の計測値から演算したモータ回転検出速度ωm_detと、出力トルク指令Ｔmを入力する車両モデルにより推定したモータ回転推定速度＾ωmを、速度検出側の遅れ時間を含めた遅延時間の総和と等しい時間遅延させて得た＾ωm_dlyとの偏差情報により外乱推定トルク＾Ｔobsを求める外乱トルクオブザーバと、
入力トルク指令Ｔrefに前置フィルタを通したトルク指令Ｔref_LPFから、前記車両モデルにより求めた推定モータ加速トルク成分＾ＴmAに振動抑制制御フィルタを通した補償トルク成分ΔＴcompを減算することで前記出力トルク指令Ｔmを算出するフィードバック制御構成を備え、
前記外乱トルクオブザーバは、サンプル値系のモデルで構成され、前記出力トルク指令Ｔmから外乱推定トルク＾Ｔobsを減算した＾Ｔmを入力とし、該＾Ｔmから推定モータ加速トルク成分＾ＴmAを求めるブロックであり、＾Ｔmから軸ねじれトルク＾Ｔdを減算して＾ＴmAを出力する減算器と、推定モータ加速トルク成分＾ＴmAを近似積分して得た＾ωmから、＾Ｔdを近似積分して得た車体速度＾ωWmおよび＾Ｔdにすべり係数＾Ｄsを乗じたタイヤすべり速度を減算して軸ねじれ速度＾ωdを求め、＾ωdに積分係数＾Ｋd・Ｔｃを乗算したものを近似積分した後遅延器を通して前記軸ねじれトルク＾Ｔdとする機能とを備えたブロックか、又は（１２）式の二次伝達関数から係数を設計した二次フィルタにより構成された＾Ｔm−＾ＴmA変換ブロックと、
【００２８】
【数１２】
0006977849.tif 000003
【００２９】
ただし、
ｓ：ラプラス演算子
ωr＝√（Ｋd・（１／ＴＪm＋１／ＴＪwM）
ωa＝√（Ｋd・（１／ＴＪwM））
ζr＝（Ｋd・Ｄs）／（２・ωr）
ζa＝（Ｋd・Ｄs）／（２・ωa）
Ｄs＝ＴＪM／（ＴＪw＋ＴＪM）・Ｋt
ＴＪm：モータのイナーシャ相当の時定数
ＴＪw：駆動輪のイナーシャ相当の時定数（複数輪の合成値）
ＴＪM：車両の質量相当の時定数
Ｋd：駆動系のねじれ剛性係数
Ｋt：タイヤと路面の摩擦に関する係数
ＴＪwM＝ＴＪw＋ＴＪM
前記推定モータ加速トルク成分＾ＴmAを近似積分した＾ωmを、速度検出側の遅れ時間を含めた遅延時間の総和と等しい時間遅延させて得た＾ωm_dlyと前記モータ回転検出速度ωm_detの偏差にオブザーバゲインＫgを乗算するゲイン乗算器と、ゲイン乗算器の出力を遅延して前記＾Ｔobsとする遅延器と、を備え、
前記ωm_detと＾ωmの偏差は、モータ回転位相の過去のサンプル値との位相差を時間差で除算したωm_detと、＾ωmを遅延ブロックにより遅延させた＾ωm_dlyとの偏差をとるか、モータ回転位相の過去のサンプル値との位相差を固定サンプル周期で除算したωm_detと、＾ωmを遅延ブロックにより遅延させた＾ωm_dlyとの偏差をとるか、位相計測値に対してサンプル値系の一次遅れフィルタを構成し、一次遅れフィルタの積算部の入力信号をサンプル周期Ｔｃで除算したωm_detと、＾ωmを前記一次遅れフィルタと同じ係数の一次遅れフィルタを有した遅延ブロックにより遅延させた＾ωm_dlyとの偏差をとるか、のいずれかのサンプル値系のモデルの演算によって行われ、
前記振動抑制制御フィルタＦcomp（ｓ）は（１３）式から成る、ことを特徴とする。
【００３０】
【数１３】
0006977849.tif 000004
【００３１】
ただし、
ｓ：ラプラス演算子
ωr＝√（Ｋd・（１／ＴＪm＋１／ＴＪwM）
ωa＝√（Ｋd・（１／ＴＪwM））
ζr＝（Ｋd・Ｄs）／（２・ωr）
ζa＝（Ｋd・Ｄs）／（２・ωa）
ζA：調整要素
Ｄs＝ＴＪM／（ＴＪw＋ＴＪM）・Ｋt
ＴＪm：モータのイナーシャ相当の時定数
ＴＪw：駆動輪のイナーシャ相当の時定数（複数輪の合成値）
ＴＪM：車両の質量相当の時定数
Ｋd：駆動系のねじれ剛性係数
Ｋt：タイヤと路面の摩擦に関する係数
ＴＪwM＝ＴＪw＋ＴＪM
請求項８に記載の車両システムの振動抑制制御装置は、
トルク制御機能を有するモータ駆動装置により弾性軸を介して車両を駆動する車両システムにおいて、
モータ回転位相および時間の計測値から演算したモータ回転検出速度ωm_detの時間微分成分ＴmA_detと出力トルク指令Ｔmに基づいて外乱推定トルク＾Ｔobsを求める外乱トルクオブザーバと、
入力トルク指令Ｔrefに前置フィルタを通したトルク指令Ｔref_LPFから、前記車両モデルにより求めた推定モータ加速トルク成分＾ＴmAに振動抑制制御フィルタを通した補償トルク成分ΔＴcompを減算することで前記出力トルク指令Ｔmを算出するフィードバック制御構成を備え、
前記外乱トルクオブザーバは、サンプル値系のモデルで構成され、前記出力トルク指令Ｔmから外乱推定トルク＾Ｔobsを減算した＾Ｔmを入力とし、該＾Ｔmから推定モータ加速トルク成分＾ＴmAを求めるブロックであり、＾Ｔmから軸ねじれトルク＾Ｔdを減算して＾ＴmAを出力する減算器と、
＾ＴmAに積分係数Ｔｃ／＾ＴＪmを乗算したものから＾Ｔdに積分係数Ｔｃ／＾ＴＪwMを乗算したものを減算し、該減算出力に対して第１の近似積分を施し、第１の近似積分出力から、＾Ｔdにすべり係数＾Ｄsを乗じたタイヤすべり速度を減算して軸ねじれ速度＾ωdを求め、＾ωdに積分係数＾Ｋd・Ｔｃを乗算したものに対して第２の近似積分を施した後遅延器に通して前記軸ねじれトルク＾Ｔdとする機能とを備えたブロックか、又は（１２）式の二次伝達関数から係数を設計した二次フィルタにより構成された＾Ｔm−＾ＴmA変換ブロックと、
【００３２】
【数１２】
0006977849.tif 000005
【００３３】
前記推定モータ加速トルク成分＾ＴmAを遅延させた＾ＴmA_dlyと前記ＴmA_detの偏差成分ΔＴmA_dlyを積分する積分部と、積分部の出力にオブザーバゲインＫgを乗算するゲイン乗算器と、ゲイン乗算器の出力を遅延して前記＾Ｔobsとする遅延器とを備え、
前記ΔＴmA_detの演算は、
モータ回転位相の過去のサンプル値との位相差を時間差で除算したωm_detを、遅延させた後係数ＴＪm／Ｔｃにより微分して得た＾ＴmA_detと、＾ＴmAを遅延ブロックにより遅延させた＾ＴmA_dlyとの偏差をとるか、
モータ回転位相の過去のサンプル値との位相差を固定サンプル周期で除算したωm_detを、遅延させた後係数ＴＪm／Ｔｃにより微分して得た＾ＴmA_detと、＾ＴmAを遅延ブロックにより遅延させた＾ＴmA_dlyとの偏差をとるか、
位相計測値を微分したωm_detに対してサンプル値系の一次遅れフィルタを構成し、一次遅れフィルタの積算部の入力信号＾ＴmA_detと、＾ＴmAを前記一次遅れフィルタと同じ係数の一次遅れフィルタを有した遅延ブロックにより遅延させた＾ＴmA_dlyとの偏差をとるか、のいずれかのサンプル値系のモデルの演算によって行われ、
前記振動抑制制御フィルタＦcomp（ｓ）は（１３）式から成る、ことを特徴とする。
【００３４】
【数１３】
0006977849.tif 000006
【００３５】
ただし、
ｓ：ラプラス演算子
ωr＝√（Ｋd・（１／ＴＪm＋１／ＴＪwM）
ωa＝√（Ｋd・（１／ＴＪwM））
ζr＝（Ｋd・Ｄs）／（２・ωr）
ζa＝（Ｋd・Ｄs）／（２・ωa）
ζA：調整要素
Ｄs＝ＴＪM／（ＴＪw＋ＴＪM）・Ｋt
ＴＪm：モータのイナーシャ相当の時定数
ＴＪw：駆動輪のイナーシャ相当の時定数（複数輪の合成値）
ＴＪM：車両の質量相当の時定数
Ｋd：駆動系のねじれ剛性係数
Ｋt：タイヤと路面の摩擦に関する係数
ＴＪwM＝ＴＪw＋ＴＪM
請求項９に記載の車両システムの振動抑制制御装置は、請求項７又は８において、
バックラッシュ期間を検出するバックラッシュ期間検出部と、
前記入力トルク指令Ｔrefを、高周波数帯域を制限する前置フィルタに通したＴref_LPFから、前記補償トルク成分ΔＴcompを減算して出力トルク指令Ｔmを出力する補償トルク減算器と、
前記補償トルク減算器から出力される出力トルク指令Ｔmを制限するリミッタであって、第１のトルクリミット値を有する第１のトルクリミッタおよび第１のトルクリミット値よりも小さい第２のトルクリミット値を有する第２のトルクリミッタと、
第１のトルクリミッタ又は第２のトルクリミッタの出力を選択するスイッチであり、前記バックラッシュ期間検出部がバックラッシュ期間を検出したときに第２のトルクリミッタの出力が選択される切替スイッチと、
前記切替スイッチで選択されたトルクリミッタの出力を前記補償トルク成分ΔＴcompと加算して前記前置フィルタにフィードバックする加算器と、を備え、
前記バックラッシュ期間検出部は、
前記＾Ｔmと＾ＴmAの差分である推定ねじれトルク＾Ｔdを入力して推定軸ねじれ位相＾θdに変換するトルク−位相変換部と、
前記推定軸ねじれ位相＾θdの零クロス点をバックラッシュ期間の開始タイミングとして検出するバックラッシュ開始タイミング検出部と、
前記推定軸ねじれ位相＾θdを時間微分して軸ねじれ速度を推定するねじれ速度推定部と、
出力トルク指令Ｔmを時間積分してバックラッシュ期間中の速度の変化成分を推定する変化速度推定部と、
前記ねじれ速度推定部で推定された軸ねじれ速度を、前記バックラッシュ開始タイミング検出部で検出されたバックラッシュの開始タイミングにより保持した初期ねじれ速度と、前記変化速度推定部で推定されたバックラッシュ期間中の速度の変化成分を加算し、時間積分してバックラッシュに相当する推定位相変化量＾ΔθBLを推定するねじれ変位推定部と、
設定したバックラッシュの位相幅の絶対値＾θdおよび余裕幅Δθと、前記ねじれ変位推定部で推定された位相変化量＾ΔθBLの比較に基づいてバックラッシュ期間の終了を検出するバックラッシュ終了検出部と、を備え、
前記バックラッシュ開始タイミング検出部で検出されたバックラッシュ開始タイミングと前記バックラッシュ終了検出部で検出されたバックラッシュ終了信号に基づいてバックラッシュ期間を検出することを特徴とすることを特徴としている。
【００３６】
請求項１０に記載の車両システムの振動抑制制御装置は、請求項９において、
前記トルク−位相変換部は、前記＾Ｔdに代えて前記Ｔmを入力して＾θdに変換することを特徴としている。
【００３７】
請求項１１に記載の車両システムの振動抑制制御方法は、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の車両システムの振動抑制制御装置を実行することを特徴としている。
【発明の効果】
【００３８】
（１）請求項１〜１１に記載の発明によれば、モータの速度情報を利用して、共振による振動を抑制し、車両の乗り心地を改善することができる。
（２）請求項１に記載の発明によれば、近似モデルの伝達関数の次数を二次に低減することができる。この低減されたフィルタの二次式を利用することで、振動抑制制御を構築するために必要な（１３）式のフィルタ特性を簡単に設計することができる。
（３）請求項２に記載の発明によれば、振動抑制制御にて計算しているモータ加速トルク成分ＴmA*を流用して外乱トルクオブザーバを実現することができ、この外乱トルクオブザーバにより、外乱トルクを推定することができる。
（４）請求項３に記載の発明によれば、外乱トルクオブザーバの外乱推定機能が振動抑制に寄与するので、バックラッシュを要因とする振動（ハンチング）や、タイヤ係数が変動した場合などのモデル誤差による外乱成分を抑制することができる。
（５）請求項４、５に記載の発明によれば、外乱トルクオブザーバのモータ加速トルクと速度検出の微分成分との時間的整合をとることができ、トルク指令が急変したときの振動抑制制御の特性が改善される。
（６）請求項６に記載の発明によれば、振動抑制制御に使用するモータ加速トルクを、速度検出を微分した成分と外乱トルクオブザーバ側のモータ加速トルクとで切り替えたり、両者を合成したり、各々に重み係数を付与したりすることができる。
（７）請求項７に記載の発明によれば、共振帯域のトルク成分を除去したトルク指令を出力することができる。
【００３９】
また、速度検出を使用した微分フィードバック型の振動抑制制御に似た作用が得られるため、車体や伝達機構に加わる外乱力によって生じる共振成分を抑制することができる。
【００４０】
また、外乱トルクオブザーバは車両モデルによる情報と速度検出による情報の偏差成分をモデル入力にフィードバックする構成であるので、車両モデルと実機のパラメータに差異が存在した場合でも、それによる誤差成分を抑制する作用が得られる。このため、パラメータ誤差や変動が生じても振動抑制制御の性能の低下を抑制するロバスト性を有している。
（８）請求項８に記載の発明によれば、速度検出から得たモータ加速トルク成分ＴmA_detと車両モデルから得た推定モータ加速トルク成分＾ＴmAとの偏差に基づいて外乱推定トルク＾Ｔobsを求めているので、外乱トルクオブザーバの構成を簡単化することができる。
（９）請求項９、１０に記載の発明によれば、バックラッシュの開始時刻と終了時刻を推定することができ、さらにバックラッシュ期間中はトルク指令を小さくしたモータの加速量を抑制できる。これにより加速による運動エネルギーが小さくなり、バックラッシュ終了時にギヤの歯が衝突したときのショックを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明が適用される車両システムの正規化した制御モデルの構成図。
【図２】本発明の実施形態例による簡素化した制御モデルの構成図。
【図３】本発明の実施形態例による近似モデルの構成図。
【図４】本発明の実施例１による振動抑制制御装置のフィードバック部および近似伝達関数の構成図。
【図５】外乱トルクオブザーバの一般系の構成図。
【図６】本発明の実施例２における外乱トルクオブザーバの構成図。
【図７】本発明の実施例２による振動抑制制御装置の構成図。
【図８】本発明の実施例３による振動抑制制御装置の構成図。
【図９】本発明の実施例４の一例による振動抑制制御装置の構成図。
【図１０】本発明の実施例４の他の例による振動抑制制御装置の構成図。
【図１１】本発明の実施例５による振動抑制制御装置の構成図。
【図１２】検証用模擬プラントモデルのブロック図。
【図１３】外乱トルクオブザーバを用いた振動抑制制御の効果確認用シミュレーションモデルのブロック図。
【図１４】シミュレーションに適用する入力トルク指令と負荷外乱パターンの説明図。
【図１５】従来技術の高次（三次）モデルと実施例１で使用する二次近似モデルのボード線図。
【図１６】振動抑制制御無しでのシミュレーション結果の説明図。
【図１７】本発明の実施例１適用時のシミュレーション結果の説明図。
【図１８】本発明の実施例１を適用し、さらにギヤのバックラッシュ成分の影響を考慮した場合のシミュレーション結果の説明図。
【図１９】図１８の条件に、さらにタイヤスリップ有りとした場合のシミュレーション結果の説明図。
【図２０】本発明の実施例３適用時のシミュレーション結果の説明図。
【図２１】本発明の実施例３を適用し、さらにギヤのバックラッシュ成分の影響を考慮した場合のシミュレーション結果の説明図。
【図２２】図２１の条件に、さらにタイヤスリップ有りとした場合のシミュレーション結果の説明図。
【図２３】本発明の実施例３を適用し、さらにギヤのバックラッシュ成分の影響を考慮し、電流制御や速度検出の遅れ時間をＬＰＦ１として模擬して追加した場合のシミュレーション結果の説明図。
【図２４】本発明の実施例４を適用し、近似モデル側の遅延時間と速度検出側の遅延時間の整合を取った場合のシミュレーション結果の説明図。
【図２５】外乱トルク成分を考慮した車両モデルのブロック図。
【図２６】図２５の車両モデルを次数低減したモデルのブロック図
【図２７】本発明の実施例６による振動抑制制御装置の構成図。
【図２８】図２７の振動抑制制御装置をサンプル値系に変換した構成図。
【図２９】本発明の実施例６における外乱トルクオブザーバ内の車両モデル部の連続系のモデル構成図。
【図３０】本発明の実施例６における外乱トルクオブザーバ内の車両モデル部のサンプル値系のモデルの一例を示す構成図。
【図３１】本発明の実施例６における外乱トルクオブザーバ内の車両モデル部のサンプル値系のモデルの他の例を示す構成図。
【図３２】本発明の実施例６における速度検出と外乱トルクオブザーバの推定速度との差分演算の方法を示す構成図。
【図３３】本発明の実施例６における移動平均演算の一例を示し、（ａ）は構成図、（ｂ）は移動平均による時間整合を説明するタイムチャート。
【図３４】本発明の実施例７による振動抑制制御装置の構成図。
【図３５】本発明の実施例７における外乱トルクオブザーバ内の車両モデル部のサンプル値系のモデルの構成を示し、（ａ）は一例の構成図、（ｂ）は他の例の構成図。
【図３６】本発明の実施例７における速度検出と外乱トルクオブザーバの推定速度との差分演算の方法を示す構成図。
【図３７】本発明の実施例８、９による振動抑制制御装置の構成図。
【図３８】図３７内のバックラッシュ期間検出部の構成図。
【図３９】振動抑制制御を適用しない場合の加減速特性図。
【図４０】本発明の実施例６を適用し、実機のバックラッシュを無しとした場合の加減速特性図。
【図４１】本発明の実施例７を適用し、実機のバックラッシュを無しとした場合の加減速特性図。
【図４２】本発明の実施例７を適用し、実機のバックラッシュを有りに設定した場合の加減速特性図。
【図４３】本発明の実施例８を適用し、実機のバックラッシュを有りに設定した場合の加減速特性図。
【図４４】本発明の実施例８を適用した場合の、バックラッシュ期間を推定する機能の動作を表す加減速特性図。
【図４５】本発明の実施例９を適用し、実機のバックラッシュを有りに設定した場合の加減速特性図。
【図４６】本発明の実施例９を適用した場合の、バックラッシュ期間を推定する機能の動作を表す加減速特性図。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は数式の実装方法には多様な形態があるので、下記の実施形態例に限定されるものではない。特許文献１では車両用のモデルを数式で定義しているが、ラプラス演算子を用いた伝達関数およびブロック線図として表現すると図１のモデルＧp（ｓ）のようになる。
【００４３】
基本的には「特許文献１の図４」と同じ車両モデルであるが、ギヤ比やタイヤ半径などの係数などにより複雑になるので、一般的な単位法の概念を適用して「定格トルクと定格回転速度」を基底とする正規化モデルに変換している。これにより、全体の単位が統一され、ギヤ比やタイヤ半径などが陽に現れなくなるので制御ブロック図が簡素化できている。「単位法」や「正規化」についての説明を省略するが、モータの慣性モーメントや車体の慣性は「定格トルクを入力したときに定格速度に到達するまでの時定数」に置き換わる。この時定数を導入したことにより、複数の慣性成分の大きさが比較できるようになり、これを利用して近似の判断も行えるようになる。
【００４４】
図１の各変数や定数は下記のように定義する。
【００４５】
ＴＪm：モータのイナーシャ相当の時定数
ＴＪw：駆動輪のイナーシャ相当の時定数（複数輪の合成値）
ＴＪM：車両の質量相当の時定数
Ｋd：駆動系のねじれ剛性係数
Ｋt：タイヤと路面の摩擦に関する係数
ωm：モータの角速度
ωw：駆動輪の角速度
ωM：車両の速度
Ｔm：モータのトルク
Ｔd：駆動輪のトルク
Ｔt：タイヤと接地面間のトルク
ＴF：車両に加えられる外力（外乱トルク成分）
上記では、トルクと時定数とを混同しないように、トルクに関する変数は「Ｔ」を使用し、慣性モーメントから変換した時定数については「ＴＪ」を使用している。
【００４６】
また、制御内容を説明する際に実機プラントと制御内部のモデルとを使用するが、これらを混同しやすいので、制御モデルに関する係数や変数には、実施例２以降から先頭に「＾」の記号を付記して区別することにする。
【００４７】
各部ブロックの積分要素は（１）式のような伝達関数で表すことができる。ここで、「ｓ」はラプラス演算子である。
【００４８】
【数１】
0006977849.tif 000007
【００４９】
１１はモータトルク（出力トルク指令）Ｔmから駆動輪のトルクＴdを減算してモータのトルク（モータ加速トルク）ＴmAを出力する減算器である。
【００５０】
１２は減算器１１の出力に伝達関数Ｇm（ｓ）を乗じてモータの角速度ωmを出力するＧm（ｓ）ブロック、１３はモータの角速度ωmから駆動輪の角速度ωwを差し引く減算器、１４は減算器１３の出力に伝達関数Ｇd（ｓ）を乗じて駆動輪のトルクＴdを出力するＧd（ｓ）ブロックである。
【００５１】
１５は、駆動輪のトルクＴdからタイヤと接地面間のトルクＴtを差し引く減算器、１６は減算器１５の出力に伝達関数Ｇw（ｓ）を乗じて駆動輪の角速度ωwを出力するＧw（ｓ）ブロック、１７は駆動輪の角速度ωwから車両の速度ωMを差し引く減算器、１８は減算器１７の出力にタイヤと路面の摩擦に関する係数Ｋtを乗じてタイヤと接地面間のトルクＴtを出力するＫtブロック、１９はタイヤと接地面間のトルクＴtから車両に加えられる外力（外乱トルク成分）ＴFを差し引く減算器、２０は減算器１９の出力に伝達関数ＧM（ｓ）を乗じて車両の速度ωMを出力するＧM（ｓ）ブロックである。
【００５２】
前記減算器１５、１７、１９および各ブロック１６、１８、２０を伝達関数ＧTdWw（ｓ）と定義する。
【００５３】
図１は多段のフィードバック構成になっているので、外乱成分ＴFを無視し、下段のブロックから順に展開していくと、このモデルシステムは（２）式や（３）式のような伝達関数になる。
【００５４】
すなわち、弾性軸のねじりトルク（駆動輪のトルク）Ｔdからタイヤ速度（駆動輪の角速度）ωwの部分までを伝達関数ＧTdWw（ｓ）として表すと（２）式となり、
【００５５】
【数２】
0006977849.tif 000008
【００５６】
電磁気的に発生するモータのトルク（出力トルク指令）Ｔmからモータの回転速度（角速度）ωmまでというモデル全体の伝達関数Ｇp（ｓ）は、（３）式のような積分項と三次式との積になる。ここで、慣性モーメントの総和をＴＪΣ＝ＴＪm＋ＴＪw＋ＴＪMとする。
【００５７】
【数３】
0006977849.tif 000009
【００５８】
（３）式の積分項は全慣性モーメントの合成成分に相当する時定数となっているが、（４）式のようにモータ慣性モーメントの積分項Ｇm（ｓ）＝１／（ＴＪm・ｓ）とＦp（ｓ）とに分離する形式に係数補正を行なうと、フィルタ部（Ｆp（ｓ））は（５）式のようになる。
【００５９】
【数４】
0006977849.tif 000010
【００６０】
【数５】
0006977849.tif 000011
【００６１】
実施例１では、この（５）式を簡素化してから振動抑制制御に利用する。
【００６２】
（４）式および（５）式は図１を表したものであるが、近似を適用して、図２のように構成要素数を削減する。これの近似については伝達関数にて説明する。
【００６３】
近似は（２）式に対して適用するものであり、これは図１のＧTdWw（ｓ）部分を図２のＧTdWw2（ｓ）に置き換えることに相当している。
【００６４】
図２の伝達関数ＧTdWw2（ｓ）は、駆動輪のトルクＴdにすべり係数Ｄsを乗じてタイヤのスリップ（すべり）速度ωslipを出力するＤsブロック２１と、駆動輪のトルクＴdタイヤと車体の合成慣性モーメントＴＪwMで積分してタイヤと車体の速度ωwMを出力する１／ＴＪwM（ｓ）ブロック２２と、前記速度ωslipとωwMを加算して駆動輪の角速度ωwを出力する加算器２３とで構成されている。
【００６５】
前記（２）式は積分と一次フィルタの積で構成されているが、この一次フィルタ部の分母にある係数に対して（６）式のような近似を行う。
【００６６】
【数６】
0006977849.tif 000012
【００６７】
一般的には、車体の慣性とタイヤの慣性モーメントを時定数として比較すると、タイヤ側の時定数の方が大幅に小さい（ＴＪM≫ＴＪw）。さらに、タイヤ係数Ｋtは大きな値を持つので（Ｋt≫１）である。この２つの特性より、（２）式の一次フィルタ部の分母の係数は、（６）式の関係より１よりも大幅に小さい値であることが分かる。
【００６８】
この一次フィルタ部の分母は低域通過フィルタ（ＬＰＦ）特性を表しており、折点周波数は（６）式の逆数に相当する。（６）式の値が小さいということはこのＬＰＦはかなり高い周波数成分のみしか減衰させておらず、折点周波数が共振周波数や振動抑制制御の補償帯域よりも十分に高ければ、振動抑制制御とは無関係とみなすことができる。（６）式の値を零とみなして一次フィルタ部の分母側を単位ゲイン（＝１）に近似してしまうと、（２）式は（７）式に近似され、これは「（８）式の比例項Ｄs」と「（９）式の時定数ＴＪwMの積分」との和となる。
【００６９】
【数７】
0006977849.tif 000013
【００７０】
【数８】
0006977849.tif 000014
【００７１】
【数９】
0006977849.tif 000015
【００７２】
（９）式よりＴＪwMはタイヤと車体の合成慣性モーメントである。（８）式のＤsはタイヤのすべり特性を表す係数であり、タイヤ軸に加わる駆動力（駆動輪のトルク）Ｔdよって生じるスリップ（すべり）速度ωslipを演算するすべり係数に相当している。
【００７３】
上記の近似を適用すると、前述の（４）式と（５）式は、（１０）式と（１１）式のように簡素化できる。
【００７４】
【数１０】
0006977849.tif 000016
【００７５】
【数１１】
0006977849.tif 000017
【００７６】
（５）式に示す三次のフィルタＦp（ｓ）が、（１１）式に示す二次のフィルタＦp2（ｓ）に簡素化できたことにより、二次式の固有周波数や粘性比を使った一般系で特性が表されるようになり、二慣性系に近似したモデルを利用して制御設計を行うことが可能になる。
【００７７】
弾性軸の両端はモータ軸とタイヤ軸に接続されているが、振動抑制制御では両端の速度差およびこれを時間積分したねじれ位相を使用する。モータとタイヤの個々の速度が必要なければ、図２のブロック図の積分項を図３（本実施形態例の近似モデル）のように共通化して削減できる。
【００７８】
先ずＴＪmとＴＪwMの積分時定数を分離し、この時定数を用いて個々の加速度（ＡmとＡwM）の成分を計算する。それからこれらの加速度の差分を積分して速度差（ねじれ速度）を演算するようにした。また、後述する振動抑制制御にはモータ速度を微分した成分を使用するので、モータの積分項の入力成分ＴmAを出力するように変更した。この図３のような構成にすると積分器の数を２個に削減できる。
【００７９】
この出力成分ＴmAはモータの固定子と回転子間に生じる電磁気トルク（Ｔm）からモータの出力軸に加わる弾性軸の伝達トルク分の反力（駆動輪のトルク）Ｔdを減算したものであり、モータの加速度Ａmと比例しているので、以降では「モータ加速トルク」と呼ぶことにする。
【００８０】
図３において、図１および図２と同一部分は同一符号をもって示しており、２５は、減算器１１によって出力トルク指令Ｔmから駆動輪のトルクＴdを減算して得られたモータ加速トルクＴmAを、モータの慣性モーメントに相当する時定数（ＴＪm）で除算してモータ側の加速度Ａmを出力する除算器である。
【００８１】
２６は、駆動輪のトルクＴdをタイヤと車体の合成慣性モーメントＴＪwMで除算して車体側の加速度ＡwMを出力する除算器である。
【００８２】
モータ側の加速度Ａmと車体側の加速度ＡwMの偏差が減算器２７でとられ、その偏差出力は積分器２８において時間積分されて、モータと車体の相対速度ωm−ωwMとなる。
【００８３】
２９は、モータと車体の相対速度ωm−ωwMから、駆動輪のトルクＴdにすべり係数Ｄsを乗じたタイヤのスリップ（すべり）速度ωslipを差し引いて、モータとタイヤの相対速度（弾性軸の相対ねじれ速度）ωdを出力する減算器である。
【００８４】
Ｇd（ｓ）ブロック１４は、減算器２９から出力されるモータとタイヤの相対速度ωdに伝達関数Ｇd（ｓ）を乗じて駆動輪のトルクＴdを出力する。
【００８５】
図３を伝達関数として表すと（１２）式のＧPTmA2（ｓ）となり、（１１）式の二次フィルタＦP２（ｓ）と等しい。二慣性系では分母が共振特性を分子が反共振特性を表すことが知られており、（１２）式のような二次式であれば固有周波数と減衰比として取り扱える。本実施形態例では、振動抑制制御の設計にこの（１２）式を利用する。
【００８６】
【数１２】
0006977849.tif 000018
【００８７】
ただし、
ｓ：ラプラス演算子
ωr＝√（Ｋd・（１／ＴＪm＋１／ＴＪwM）
ωa＝√（Ｋd・（１／ＴＪwM））
ζr＝（Ｋd・Ｄs）／（２・ωr）
ζa＝（Ｋd・Ｄs）／（２・ωa）
Ｄs＝ＴＪM／（ＴＪw＋ＴＪM）・Ｋt
ＴＪm：モータのイナーシャ相当の時定数
ＴＪw：駆動輪のイナーシャ相当の時定数（複数輪の合成値）
ＴＪM：車両の質量相当の時定数
Ｋd：駆動系のねじれ剛性係数（ギヤ・弾性軸やシャフト等）
Ｋt：タイヤと路面の摩擦に関する係数
ＴＪwM＝ＴＪw＋ＴＪM
【実施例１】
【００８８】
実施例１の制振制御方式の構成例は図４（ａ）であり、制御対象のプラントＧP（ｓ）に対してＧcomp（ｓ）のフィードバック補償を適用している。Ｇcomp（ｓ）の内部構成は、速度検出ωmを微分器３１の１／＾Ｇm（ｓ）にて微分することによりモータ加速トルク成分ＴmA*を求め、これにバンドパスフィルタＦcomp（ｓ）（振動抑制制御フィルタ）を通した補償トルク成分ＴFcompを入力トルク指令Ｔrefにフィードバックしている。
【００８９】
すなわち、入力トルク指令Ｔrefから補償トルク成分ＴFcompを、減算器３２で減算して出力トルク指令Ｔmを出力している。このバンドパスフィルタＦcomp（ｓ）には（１３）式を採用する。調整要素はζAのみであり、それ以外は（１２）式の固有周波数と減衰比を用いている。
【００９０】
【数１３】
0006977849.tif 000019
【００９１】
図４の（ａ）図のプラント側はモータの積分項Ｇm（ｓ）とフィルタ部ＧPTmA（ｓ）に分離できるので、図４（ｂ）のように実機プラントのＧm（ｓ）と制御モデルの＾Ｇm（ｓ）とが等しいものと近似し、さらにフィルタ部ＧPTmA（ｓ）もＧPTmA2（ｓ）に近似すると、図４（ｃ）で示すようなフィードバックＦP-comp（ｓ）とＧm（ｓ）だけになる。つまり、このＦP-comp（ｓ）を（１４）式のように近似して、そしてこれが安定な特性になるようにＦcomp（ｓ）を設計すればよい。
【００９２】
【数１４】
0006977849.tif 000020
【００９３】
そこで（１４）式に、近似モデルの（１２）式と補償フィルタの（１３）式とを代入してみると、（１５）式の二次式となる。
【００９４】
【数１５】
0006977849.tif 000021
【００９５】
調整要素ζAは分母の粘性比に相当しているので、「ζA＝１」に設定すればこの分母は重根となり安定な系にでき、バンドパスフィルタＦcomp（ｓ）を設計できたことになる。
【００９６】
実際にはモデル誤差も存在するので、ζAの値は小さめに設定するなどの対応が必要になるが、理想的には「ζA＝１」とすればよい。（１５）式はプラントのフィルタ特性部を（１１）式に近似したことにより得られており、近似モデルを用いることによって補償器が容易に設計できる。
【００９７】
実施例１によれば、図１に対して近似を適用して図２の二慣性系のモデル構成に変更することで、伝達関数は（１０）式や（１１）式のように次数を低減することができる、さらに、図３のようにモータ加速トルクを出力とするモデルに変更すれば、この特性は（１２）式で示す二次式の固有周波数や粘性比を使った二次フィルタの一般系で表すことができるようになる。これにより、制御対象の共振や反共振特性が簡単に把握できるようになる。
【００９８】
この簡素化された二次式を利用すれば、図４（ａ）の振動抑制制御を構築するために必要な、（１３）式のフィードバック制御のフィルタ特性を簡単に設計できる。
【実施例２】
【００９９】
実施例１で設計した振動抑制制御には課題が残っており、ギヤのバックラシュやタイヤ係数（摩擦係数）の変動についても対策が必要である。その前段階として、本項では（実施例２）として、図３の近似モデルを利用した外乱トルクオブザーバの実現方法について提案する。
【０１００】
図５は一般的な外乱トルクオブザーバの構成例である。各部の記号や変数は下記のように定義した。
【０１０１】
ＧP（ｓ）：制御対象プラントのモデル
＾ＧP（ｓ）：制御内のモデル
Ｋg：オブザーバゲイン
＾ωm：制御モデルによるモータの推定速度
Ｔmdist：モータ軸トルクに換算した外乱トルク成分
＾Ｔobs：外乱推定トルク
本来は登坂路のような勾配などの影響は車体の外力として作用し、またブレーキによる減速力はタイヤ軸の外乱トルクとして作用する。しかし検出情報はモータ速度だけなので、これらの外乱トルク成分をまとめてモータ軸に換算したＴmdistとして定義し、外乱トルクオブザーバによりこの外乱トルクを＾Ｔobsとして推定する。
【０１０２】
図５の構成は一般的なものであり、減算器４１で出力トルク指令ＴmからＴmdistを減算してプラントのモデルＧP（ｓ）内に与えると速度検出ωmに相当する速度になる。オブザーバ側では、減算器４４で出力トルク指令Ｔmから＾Ｔobsを差し引き、これをモデル＾ＧP（ｓ）に入力して推定速度＾ωmを計算し、これとプラントの速度検出ωmの差分を減算器４２で計算し、これにゲイン乗算器４３のオブザーバゲインＫgを乗算して外乱推定トルク＾Ｔobsとし、それをモデル入力トルクに付加した減算器４４にフィードバックする構成となっている。
【０１０３】
実施例２では、図５の一般的な構成から、さらに図６の構成に変更した。実施例１で示した振動抑制制御の図４（ａ）では、速度検出に微分に相当する１／Ｇm（ｓ）＝（ＴＪm・ｓ）によりモータの加速度トルク（モータ加速トルク成分）ＴmA*を計算している。一方、図３のモデルもこれと等価な出力ＴmAを出力している。そこで図３の近似モデルを利用して、図５の「速度差成分（＾ωm−ωm）」を、図６のような「モータ加速トルク成分の偏差（＾ＴmA−ＴmA*）（減算器５１の出力）」に変更すれば、すでに振動抑制制御にて計算しているＴmA*を流用した外乱トルクオブザーバが実現できる。実際にディジタル制御装置に実装する場合には、離散時間誤差を抑制するために（１２）式の二次の伝達関数の方を用いる。
【０１０４】
図６において、図３および図５と同一部分は同一符号をもって示している。近似モデルＧPTmA2（ｓ）内の減算器１１の出力である推定モータ加速トルク成分＾ＴmA（＝（＾ＴＪm・ｓ）・＾ωm）を減算器５１に取り込み、減算器５１にて、モータの角速度ωmを微分器３１に通したモータ加速トルク成分ＴmA*（＝（＾ＴＪm・ｓ）・ωm）との差分を計算する。そして減算器５１の出力（＾ＴＪm・ｓ）・Δωmに、積分器５２による積分を施した後、ゲイン乗算器４３のオブザーバゲインＫgを乗算して外乱推定トルク＾Ｔobsとしている。
【０１０５】
また図６においては、前述のすべり係数Ｄsとねじれ剛性係数Ｋdは制御モデルに関する係数であるため、これらをすべり係数＾Ｄsとねじれ剛性係数＾Ｋdとして表している。
【０１０６】
２５は、前記推定モータ加速トルク成分＾ＴmAをモータの慣性モーメントに相当する時定数＾ＴＪmで除算してモータ側の加速度を求める除算器である。
【０１０７】
２６は、軸ねじれトルク＾Ｔdをタイヤと車体の合成慣性モーメント＾ＴＪwMで除算して車体側の加速度を求める除算器である。
【０１０８】
前記除算器２５と２６の差分が減算器２７で求められ、その差分出力は積分器２８によって時間積分されてモータおよび車体の相対速度＾ωdが求められる。
【０１０９】
前記軸ねじれトルク＾ＴdにＤsブロック２１のすべり係数＾Ｄsを乗算してタイヤのすべり速度が求められる。
【０１１０】
前記タイヤのすべり速度と、前記モータおよび車体の相対速度＾ωdとの差分が減算器２９で求められ、その差分出力は、Ｇd（ｓ）ブロック１４において時間積分されて弾性軸のねじれ位相に変換された後、駆動系のねじれ剛性係数＾Ｋdが乗算されて前記軸ねじれトルク＾Ｔdが得られる。
【０１１１】
なお減算器１１と減算器４４は、出力トルク指令Ｔmから外乱推定トルク＾Ｔobsと軸ねじれトルク＾Ｔdを減算する１つの減算器にまとめてもよい。
【０１１２】
上記のように、モデルＧPTmA2（ｓ）側の＾ＴmAの方は図３の出力をそのまま利用するだけでよく、モデル側の速度を微分する必要はない。ただし、この差分は速度の微分成分であるので、速度差に戻すために差分後に積分１／（＾ＴＪm・ｓ）を追加してある。最後にこの積分後の値にオブザーバゲインＫgを乗算して外乱推定トルク＾Ｔobsとすれば、図６は図５と等価な特性になる。以降の実施例では、図６の破線で示した２種類の信号ＴmA*、＾ＴmAを利用して振動抑制制御を実現するものである。
【０１１３】
図７は、図６の外乱トルクオブザーバと図４（ａ）の振動抑制制御を組み合わせたものであり、これが実施例２の構成例である。図７において、図６および図４（ａ）と同一部分は同一符号をもって示している。
【０１１４】
尚、図７の６０は、図６の積分器５２とゲイン乗算器４３の機能をまとめたブロックである。
【０１１５】
図７では、図６のモデル部分（ＧPTmA2（ｓ））を＾ＧPTmA2（ｓ）のブロックとしてまとめて記載してある。これは、図１のモデルに準拠した近似を適用しないモデルとして実装すると演算時間が増加するし、図３のように複数の要素ブロックとして実装した場合にはサンプル値系に変化したときに離散時間の誤差が生じる。しかし、（１２）式の＾ＧPTmA2（ｓ）のように二次フィルタの形態に変換してからサンプル値系に変換すれば、離散時間による誤差も抑制することができる。
【０１１６】
実施例２によれば、図３の簡素化したモデルを使用して図６のような外乱トルクオブザーバを構成することにより、モータ軸換算の外乱トルク成分が推定できる。図７のように、モデル部分に＾ＧPTmA2（ｓ）を採用すれば、実施例１の振動抑制制御の中間成分を流用することができるので構成が簡単になる。
【０１１７】
さらに、図７の＾ＧPTmA2（ｓ）の部分を単一の伝達関数にまとめると、（１２）式のような二次フィルタ形になり、制御装置に組み込むためにサンプル値系に変換しても、離散時間による誤差が抑制できる。
【実施例３】
【０１１８】
実施例１の振動抑制制御と実施例２の外乱トルクオブザーバを利用して、図８のような振動抑制制御を構成したものが実施例３である。図７との差異はフィードバック信号源であり、バンドパスフィルタＦcomp（ｓ）の入力を、速度検出側のＴmA*からモデル側の推定値＾ＴmAに変更している。外乱トルクオブザーバはＴmA*と＾ＴmAの両成分が一致するように動作するので、通常はこれらの信号はほぼ同様な値に収束する。
【０１１９】
しかし実施例１の方法と比べると、実施例３ではバックラシュを要因とするハンチングや、タイヤ係数が変動した場合などのモデル誤差による外乱成分が抑制できる特徴がある。
【０１２０】
特許文献１では、トルク指令の入力部に共振付近の周波数成分を除去する前置フィルタを追加していた。また、振動抑制に外乱を考慮していない理想モデルの逆特性（１／Ｇp（ｓ））を用いているので、モデル誤差が存在する場合には補償性能が低下する問題が有った。また、この逆特性は反共振周波数付近のゲインが高くなるので、逆に低周波の振動が生じることもある。
【０１２１】
これらの課題に対して、実施例３ではトルク指令と速度検出の両方をモデルに入力しており、そのモデルの内部状態を振動抑制のフィードバック制御に利用している。モデルへの２つの入力成分のうち速度検出成分を無視して、トルク指令とモデルおよび振動抑制フィードバックだけを取り出すと、これは前置フィルタと等価な効果が得られる。つまり、トルク指令に含まれている共振を起因する周波数成分を抑制するように作用する。そのため、実施例３の構成では、特許文献１のような前置フィルタを挿入する必要がない。また、オブザーバゲインＫgを大きくしていくと前置フィルタの効果が小さくなり、代わりに実施例１と等価な速度検出による振動抑制制御の効果が大きくなる。このように２種類の機能を内包していることにより、特許文献１や実施例１、２と同様な共振による振動成分を抑制する効果が得られている。
【０１２２】
さらに、特許文献１や実施例１、２には非線形やモデル誤差などの影響を受けやすい問題が有った。例えばギヤのバックラシュ期間中は、モータの慣性モーメントだけが加速するのでモータの速度変化が大きくなり、これが振動抑制制御の過補償状態となるためハンチング動作を引き起こすと考えられる。路面摩擦（タイヤ係数）の変化に起因するモデル誤差では、補償フィルタの設計誤差により補償すべき周波数特性にズレが生じて応答波形が歪むと考えられる。前述したようにこれらの誤差成分の影響は、特に補償フィルタのゲインが高い反共振帯域の成分として現われやすい。
【０１２３】
これに対して実施例３を適用し、外乱トルクオブザーバの動作帯域が反共振周波数を含むようにオブザーバゲインＫgを設定しておくと、反共振程度の低周波振動成分を外乱トルクとして推定できるようになる。この推定した外乱トルク成分が振動抑制制御の補償値を修正することになり、バックラシュによるハンチングや路面摩擦の変化などに起因する低周波の振動成分を抑制できるようになる。
【０１２４】
したがって、外乱トルクオブザーバを利用して外乱の影響を含むモータ加速トルクを振動抑制制御に利用すると、非線形性やモデル誤差などの影響があっても安定性を維持できるというロバスト性が実現できる効果が得られる。
【実施例４】
【０１２５】
図８では連続系のブロック図として記載しており、速度検出の遅延などは無視している。しかし実際の速度検出は、レゾルバやエンコーダなどの回転センサから得られる位相情報を周期的にサンプルし、そのサンプル間の位相差と時間差により速度を計算している。そのため速度検出にはサンプル間隔や演算時間などの遅延が生じる。またモータ駆動装置では電流制御などを使用してトルクを制御しているので、電流制御の応答遅れなども存在する。図９では、これらの遅れ時間をムダ時間成分Ｌ１にまとめて「遅延１：ｅ-L1s」（遅延部６１）として表現した。この遅延後のωm_dlyが実際に検出される速度検出成分となる。
【０１２６】
実施例３に対して、このムダ時間の影響を低減する対策を適用する内容が実施例４であり、その構成の一例を図９に示す。図９において図６と同一部分は同一符号をもって示している。図９では、外乱トルクオブザーバの推定トルクを正確にするため、速度検出側のムダ時間成分Ｌ１に対して、外乱トルクオブザーバ側にも同じムダ時間成分Ｌ２「遅延２：ｅ-L2s」（遅延部６２）を挿入して、減算器５１による差分前の両成分の時刻を整合させている。遅延部６２は、本発明の遅延補償手段を構成している。
【０１２７】
遅延時間Ｌ１を含む速度検出成分を使用してモータ加速トルクを計算したものが（ＴmA_dly*）（微分器３１の出力）である。外乱トルクオブサーバのモデルには電流制御や速度検出機能までは実装していないので、外乱トルクオブザーバ内のモータ加速トルクの推定出力（＾ＴmA）に対して、前述の遅れ時間Ｌ１と等しい遅れ時間（Ｌ２）の遅延処理（遅延部６２）を挿入して（＾ＴmA_dly）を求め、これと前述の（ＴmA_dly*）との差分を取って外乱トルクオブサーバの加速トルクの差分成分（減算器５１の出力）として使用する。
【０１２８】
実施例４と特許文献２との差異は、振動抑制制御のフィードバック成分（バンドパスフィルタＦcomp（ｓ）の入力）には外乱トルクオブザーバのモータ加速トルク成分＾ＴmAを使用していること、さらに、この＾ＴmAは遅延を含んでいないことである。すなわち図９の外乱トルクオブザーバから、破線で示すように遅延２（遅延部６２）の前段から取り出した成分（＾ＴmA）を振動抑制制御に使用している。
【０１２９】
実施例４の構成の他の例を示す図１０では、図９の場合よりもさらに速度検出にノイズが多い場合を想定しており、通常はノイズによる速度外乱を抑制するために、速度検出結果にさらに低域通過フィルタＬＰＦ（高域遮断フィルタ）を微分器３１の後段に追加することが多い。つまり、ムダ時間成分Ｌ１の後段にＬＰＦの遅延を追加することになり、ＴmA_dly*成分がさらに遅れる。そのため、モデル側の＾ＴmA_dlyにも時間を整合させるためのＬＰＦを追加する必要がある。
【０１３０】
しかし図１０では、図９の減算器５１によるＴmA_dly*と＾ＴmA_dlyとの差分演算後に低域通過フィルタ７０を挿入する構成とした。できるだけ遅延が少なくかつ時間を整合させてモータ加速トルク成分間で差分を取った後で、単一の低域通過フィルタ７０を挿入する構成にすれば、この追加した低域通過フィルタ７０による遅延時間に関しては時間整合を考慮する必要はない。これも、実施例４の遅延時間の整合を実現する構成例の一つである。要は、実機側とモデル側の時間整合を取ればよいので種々の構成が存在するが、ここでは図９と図１０の２例のみ示しておく。
【０１３１】
実施例４によれば、次のような効果が得られる。  
【０１３２】
特許文献２では、速度検出などの遅れ時間（ムダ時間）の影響を補正するために、理想モデル１／Ｇp（ｓ）の入力成分に等価な遅延を挿入して、モデルと実機の速度差成分の時刻を整合させていた。しかし、フィードバック制御に使用する信号にもこのムダ時間の遅れを含んでいるので、トルク指令が急変する条件では誤差が生じる。そのため、前置フィルタで高域成分を除去する必要があった。
【０１３３】
実施例４の方式では、特許文献２と同様に、オブザーバのモデルと実機の差分成分に対しては遅延を用いて時刻の整合を取っているが、トルク指令に起因する振動抑制制御成分には遅延を含まない信号を利用している。そのため、トルク指令の変化によって生じる振動成分を抑制する効果には補償遅れが含まれない。
【０１３４】
これは視点を変えると、速度検出の時間遅れは補正できないが、これからモータに発生させるトルク指令の方は制御演算時には把握できている。また、車体側の時定数が大きいので外乱トルクによる速度検出の変動は比較的に遅いが、トルク指令によるモータ側の速度は大きく変化する。そこで、速度検出による補償成分には遅延による影響が少ないので遅延による時間整合を適用し、トルク指令による補償成分には遅延を含めないようにした。
【０１３５】
つまり、外乱トルクオブザーバの差分に時間整合を取ることにより外乱トルクの推定を正確にするとともに、トルク指令の急変時にはムダ時間分の予測補償を適用した効果が得られる。
【実施例５】
【０１３６】
実施例５の構成例を図１１に示す。これは、バンドパスフィルタＦcomp（ｓ）の入力として、実施例１や実施例２の「速度検出の微分成分を利用した方式」と実施例３や実施例４の「外乱トルクオブザーバを利用した方式」を切り替える機能を追加したものである。始動時などトルク指令が零に固定されている場合には、できるだけ負荷側の外乱を優先して高速に抑制したい。その場合には、速度検出のみ使用する実施例１や実施例２の方が適している。また、路面状況が共振周波数と同期して変化するような特殊条件も有り得るので、その場合には補償信号の速さを向上しておきたい。
【０１３７】
そこで図１１のように実施例２と実施例３を組み合わせ、両方のモータ加速トルク成分に重みをかけて加算する構成を追加し、これにより両信号の切り替えやゲイン調整機能を付加した。
【０１３８】
図１１において図９と同一部分は同一符号をもって示している。８１は速度検出側（微分器３１の出力側）のモータ加速トルク成分ＴmA_dly*に重み係数ＫFB1を乗算する乗算器である。８２はモデル＾ＧPTmA2（ｓ）側のモータ加速トルク成分＾ＴmAに重み係数ＫFB2を乗算する乗算器である。重み係数ＫFB1、ＫFB2は可変である。８３は、乗算器８１、８２の出力を加算し、加算出力をバンドパスフィルタＦcomp（ｓ）に入力する加算器である。これら乗算器８１、８２および加算器８３によって信号選択重み制御部８０を構成している。
【０１３９】
信号選択重み制御部８０を設ける本実施例５の機能は、図９に限らず、図７、図８、図１０の構成に適用することもできる。
【０１４０】
尚図１１では、遅延２（遅延部６２）を設ける構成を例として用いている。図１１は遅延２を備えない構成に置き換えてもよい。
【０１４１】
経過時間に応じて相対的に増減させれば、２種類の信号（制御方式）をゆっくりと切り替えられる。また、２種類の重み係数の和自体を増減すれば、振動抑制制御のフィードバック量を調整することもできる。
【０１４２】
実施例５の構成例により、エンジン始動に相当するモータ駆動装置内のインバータのゲート遮断（インバータの全スイッチング素子の遮断）を解除した直後は、実施例１側の速度検出を利用した振動抑制制御として動作させる方が高速に外乱を抑制できるので好ましい。そして外乱トルクオブザーバの状態が安定した後に、切り替え用の重み係数ＫFB1、ＫFB2を切り替えて、実施例３や実施例４の方式に徐々に移行すればよい。この係数を時間経過に対して直線状に切り替えれば、制御方式を切り替えた際のショックも防止できる。
【０１４３】
＜各実施例における作用・効果の検証結果＞
本発明は、振動抑制制御の特性を改善することが目的であるので、ステップ応答などの過渡応答を数値シミュレーションで調べることにより作用・効果を検証する。
【０１４４】
実機プラントには図１２のモデルを使用する。図１２は図１を基本とする詳細モデルシステムＧp（ｓ）を使用しており、これに対して、路面の勾配などにより生じる負荷トルクをＴMdist（図１ではＴFに相当）とし、路面の摩擦係数の変化についてはＫtブロック１８でのタイヤ係数乗算の後に、乗算器８５による調整係数ＫKtの乗算を追加して模擬する。
【０１４５】
ギヤのバックラシュは弾性軸のねじれ位相に対して位相非線形関数（バックラシュ位相±θBL）器８６を追加して模擬する。尚図１のＧd（ｓ）（＝Ｋd／ｓ）ブロック１４は、積分器８７とＫdブロック８８に分離して構成している。プラントはこのモデルのみ使用し、各設定値を変更することにより外乱や係数変化およびバックラシュの有無を切り替える。
【０１４６】
このプラントモデルのパラメータは単位法のまま設定してあり、共振周波数＝１０Ｈｚ、反共振周波数＝１．５Ｈｚとなるように仮想モデルを定義して、その補償特性を調べた。ここで、タイヤ係数はＫt＝２５．０ｐ．ｕ．と大きく設定している。
【０１４７】
制御システムとしては、図１３のような構成とした。図１３は、図１１の一部を次のように変更して構成されている。プラントモデルＧp（ｓ）には、バックラシュ位相±θBL、路面変化用の調整係数ＫKt、車体に加わる外乱力（トルク換算）ＴMdist（ｔ）を入力し、遅延部６１、６２に代えて、時定数τLPF1、τLPF2の低域通過フィルタ９１、９２（ＬＰＦ１、ＬＰＦ２）を設け、入力トルク指令Ｔref（ｔ）と減算器３２の間に時定数τLPF3の低域通過フィルタ９３（ＬＰＦ３）を設けた。さらに信号選択重み制御部８０の代わりに、バンドパスフィルタＦcomp（ｓ）に入力する＾ＴmAとＴmA_dlyを切り替えるＳｅｌＦＢスイッチ９４を設け、バンドパスフィルタＦcomp（ｓ）の出力側に、重み係数（ゲイン補正値）ＫFBを乗算するための乗算器９５を設けた。
【０１４８】
基本的にはこの構成で実施例１から実施例４を模擬することができる。振動抑制制御成分に乗算するＫFBを零にすればフィードバック補償を無効にでき、ＳｅｌＦＢスイッチ９４を切り替えれば、実施例１、２と実施例３、４の構成を切り替えられる。外乱トルクオブザーバの時間整合に関しては、一次遅れフィルタＬＰＦ１（９１）とＬＰＦ２（９２）で模擬しており、時定数τLPF1やτLPF2を０ｓに設定すれば等価的にＬＰＦ特性を無効にすることもできる。
【０１４９】
図１２と図１３の各要素は下記のとおりである。
【０１５０】
Ｔref（ｔ）：入力トルク指令
ＴMdist（ｔ）：車体に加わる外乱力（トルク換算）
Ｇp（ｓ）：車両を模擬したプラントモデル（図１２）
±θBL：実モデルのギヤのバックラシュ位相（零設定のときはバックラシュ無し）
ＫKt：実モデルの路面変化用の調整係数（１．０：実路面の摩擦がモデルと一致、＜１：路面がスリップ状態の場合）
＾ＧPTmA2（ｓ）：外乱トルクオブザーバに用いるモデル（（１２）式）
＾ＴＪm：モデルのモータ慣性モーメント相当の時定数
Ｋg：外乱トルクオブザーバのフィードバックゲイン
Ｆcomp（ｓ）：振動抑制制御のフィルタ部（（１３）式、ζA＝１）
ＫFB：振動抑制制御のフィードバック成分のゲイン補正（零設定のときは補償無し）
ＬＰＦ１：速度検出遅れを模擬した低域通過フィルタ（τLPF1：時時定、τLPF1＝０は遅延なし）
ＬＰＦ２：オブザーバ内の速度検出遅れと整合させる低域通過フィルタ（τLPF2：時定数、τLPF2＝０は遅延なし）
＾Ｔobs：外乱トルクオブザーバによる推定トルク
ＴFcomp：振動抑制制御の補償トルク成分
ＴmA_dly：実機プラント側のモータ速度検出の微分成分（遅延あり）
＾ＴmA、＾ＴmA_dly：モデル側のモータ速度検出の微分成分（遅延なし）、（遅延あり）
過渡応答特性を調べるために、入力トルク指令Ｔref（ｔ）と負荷外乱トルクＴMdist（ｔ）の入力パターンは図１４のように設定した。これは、トルク指令の応答特性と車体に加わる反力を過渡的に変化したときの振動成分、および零トルクに戻した時のバックラシュの影響を評価するための特性例である。
【０１５１】
ｔ＝１．０〜２．０ｓ  ：１００％トルクで加速
ｔ＝２．０〜４．０ｓ  ：０％トルクで惰行走行
ｔ＝４．０〜５．０ｓ  ：５０％トルクの反力（上り勾配）により減速
ｔ＝５．０ｓ〜：０％トルクの反力、惰行走行
しかし、実際のトルク指令はこのような急峻に変化するステップ波形ではないので、低域通過フィルタ９３のＬＰＦ３（１０ｍｓ）を追加して少し立ち上がりを緩和させてある。後述する波形には、このフィルタ９３の出力を「ＴrefLp」として示している。
【０１５２】
実施例１から実施例４の特性を模擬するために、表１のように各設定値を組み合わせている。
【０１５３】
【表１】
0006977849.tif 000022
【０１５４】
＜二慣性系に近似したモデルと速度検出情報を用いた振動抑制制御の作用・動作（実施例１）＞
図１５は実施例１に使用するモデル近似の妥当性を示すために、（２）式のＧTdWw（ｓ）と（７）式のＧTdWw2（ｓ）の特性をｂｏｄｅ線図にて比較したものである。（ａ）図より、ゲインに差が生じるのは５０Ｈｚ以上であり、共振周波数である１０Ｈｚより高い周波数成分にだけ差が生じている。さらに（ｂ）図にて、モータの入力トルクからモータ速度までの伝達関数である（３）式のＧp（ｓ）と（１０）式・（１１）式のＧp2（ｓ）を比較してみると、ほぼ２つの特性が重なっていることから近似モデルの誤差は少なく、この近似を適用したモデルも制御に使用できることが分かる。
【０１５５】
図１６は実施例１と比較するために振動抑制制御を無効（ＫFB＝０）にした特性であり、モータの回転速度ωmや弾性軸の相対ねじれ速度ωdやねじれトルクＴdなどに、トルク指令変化後に共振周波数に近い１０Ｈｚ付近成分の大きな振動が発生しており減衰も遅い。
【０１５６】
これに対して図１７は、実施例１の振動抑制制御と近似モデルによる設計法を適用したときの応答であり、図１６に比べると、トルク指令が急変しても振動が発生していない。時刻１ｓの加速開始直後だけ、入力トルク分の弾性軸ねじれ位相を発生させるために、短時間だけモータ速度ωmが増加しているが、ねじれ位相つまり伝達トルクＴdが目標値に到達すると速度は元に戻り、あとはタイヤ速度ωwと一致して加速する。これより、共振による振動が抑制されかつ安定に加速するという作用が確認できる。これはｔ＝２ｓのトルク指令が零に戻る場合も同様である。
【０１５７】
しかし、ｔ＝４ｓのように車体に外乱力が加わると、補償トルク成分ＴＦcompに振動が生じている。モータ速度ωmにも振幅が小さいものの振動が生じており、速度変動を振動抑制制御が増幅するような挙動を起こしている。この外乱によって生じる振動成分は図１６に比べるとかなり低い周波数成分であり、反共振周波数１．５Ｈｚ付近の成分である。
【０１５８】
このようなトルク指令と外乱トルクの変化特性から、次の２つの作用が確認できる。第一は、図１を図２のように近似して二慣性系のようなモデルに変更して振動抑制制御を構成しても、トルク指令の変化に対しては十分な制振効果が得られる。第二は、外乱トルクに対しては、逆に反共振周波数程度の低周波の振動を発生させる欠点がある。これは（１３）式の補償フィルタ設計法を変更するか、または外乱抑制機能を追加する必要があることを意味している。そこで後者の外乱抑制機能を提案するものである。
【０１５９】
＜負荷外乱トルクオブザーバの作用・動作（実施例２）＞
前項に示した図１６と図１７では、図３の近似モデルを用いた図６の構成の外乱トルクオブザーバの推定機能のみ有効にしてある（Ｋg≠０）。この図１６と図１７の一点鎖線で示した推定外乱トルク＾Ｔobsの推定動作を確認すると、ｔ＝１ｓとｔ＝２ｓには微小成分が生じているが直ぐに無負荷に戻り、ｔ＝４ｓとｔ＝５ｓの外乱トルクの開始及び解除時には、応答遅れがあるものの、安定に外乱トルクを推定できている。
【０１６０】
前述したように制振制御の問題点である外乱トルク時の振動は車両の慣性の影響を受けるため低周波成分であるので、それを補償する程度の応答性能が得られるようにＫgを設定してある。これにより、実施例２の構成でも、外乱トルクオブザーバが正常は推定動作が可能であることがわかる。
【０１６１】
＜外乱トルクオブザーバによる振動抑制の作用・動作（実施例３）＞
実施例３の作用を示す前に、解決したい２種類の課題を説明する波形例を示しておく。
【０１６２】
最初はバックラシュの影響を示す。図１７の実施例１を適用した条件にて、さらに実機プラントのモデルにギヤのバックラシュ成分（±θBL≠０）を設定すると、図１８のように特性が変化する。トルク指令が変化した場合には図１７と同様に振動を抑制できているが、ｔ＝４ｓの外乱トルク後はハンチングが継続する異常振動が発生している。これはトルク指令が零である場合には、バックラシュつまりギヤの波面が接していない特殊状態が生じることが原因であり、低周波の振動が継続するという問題を引き起こす。
【０１６３】
次は、モデル誤差の影響を示す。図１８に対して、さらに路面の摩擦が低下してタイヤ係数のみ０．３倍に変化（ＫKt＝０．３）させると、図１９のように特性が変化する。ｔ＝１ｓ〜ｔ＝２ｓの期間はトルク指令が加わっているのでバックラシュ領域ではないが、モデル誤差に起因する低い周波数の振動が生じる問題が有る。さらにｔ＝２ｓ以降のようにトルク指令が零に戻ると、この外乱を起振源としてバックラシュによるハンチングが発生している。
【０１６４】
まとめると、実施例１、２の方式には、バックラシュによるハンチング現象と、モデル誤差の影響との２種類の低周波振動現象という課題が存在しており、この両方を実施例３にて対策するものである。
【０１６５】
図１８と図１９でも、外乱トルクオブザーバの推定機能のみ有効にしてある。まだ制御には使用していないが、外乱推定トルク＾Ｔobsには、外乱トルクだけでなく、上記の振動トルク成分も含まれている。この推定特性より、外乱トルクオブザーバを利用した振動抑止制御の有効性が期待できる。
【０１６６】
ここからは、上記の課題を示す特性と比較する形で、実施例３の作用・動作例を示す。
【０１６７】
最初に、図１７と同じ理想的なプラント条件において、振動抑制制御方式を実施例１から実施例３の構成に切り替えた特性が図２０である。ｔ＝１ｓ〜ｔ＝２ｓのトルク指令変化に対しては同様に安定な特性が維持できており、さらに課題であったｔ＝４ｓ〜ｔ＝６ｓ付近の反共振付近の低周波振動も抑制できている。これより、本発明の振動抑制制御であれば低周波の異常振動を生じさせない作用が確認できる。
【０１６８】
次に、図１８と同様にバックラシュのみ設定した条件では、本発明方式を適用すると図２１のような安定な特性になる。ｔ＝１ｓ〜ｔ＝２ｓのトルク指令変化に対しては安定な特性が維持できており、さらにｔ＝４ｓ以降の外乱トルク入力後に生じていたバックラシュによるハンチングも抑制できている。
【０１６９】
最後に、図１９と同様にバックラシュとモデル誤差の両方が存在する条件では、本発明方式を適用すると図２２のような特性になる。図１９の課題であったｔ＝１ｓ〜ｔ＝２ｓのトルク指令が加わっているときの低周波振動が大幅に抑制されており、ｔ＝２ｓ後のバックラシュによる振動も発生してない。この期間の推定外乱トルク＾Ｔobsをみると、モデル誤差が無かった場合と比べて外乱推定が動作していることから、外乱推定機能が振動抑制に寄与していることが推察できる。ｔ＝４ｓ以降については図２０や図２１と同様に安定性が維持できている。
【０１７０】
＜速度検出との時間整合を外乱トルクオブザーバに追加した制振制御への作用・動作（実施例５）＞
図１８と同じバックラシュのみ設定した条件に対して、電流制御や速度検出の遅れ時間をＬＰＦ１（τLPF1）として模擬したものが図２３の特性例である。振動抑制制御は実施例３の条件のままであり、まだオブザーバ側の時間整合対策は適用しないのでＬＰＦ２は遅延なし（τLPF2＝０）に設定している。また、課題の特徴を明確にするために、トルク指令の入力部に挿入したＬＰＦ３も時定数を零に変更（τLPF3＝１０→０ｍｓ）して、トルク指令をステップ状に急変させている。本特性の改善効果は、トルク指令の変化時に現れるので、波形はｔ＝０．５〜２．５ｓの期間のみ時間軸方向に拡大して描いてある。外乱トルク時には低周波成分だけなので安定性に差が無いため省略した。
【０１７１】
図２３の課題は、速度検出の遅れ時間の影響によりオブザーバの推定トルクに誤差が生じることである。
【０１７２】
ｔ＝１ｓおよびｔ＝２ｓの指令急変後には、外乱推定トルク＾Ｔobsのパルス状の波形内にひずみや１サイクル程度の残留振動が現れている。そのため、ｔ＝２ｓ後の振動抑制補償の波形ＴFcompも直ぐに零に戻らずに推定誤差によって収束波形に段状の歪が生じている。その結果モータ駆動部に出力するトルク指令Ｔmの波形にもこの歪が重畳されている。
【０１７３】
図２３に対して、図９のような速度検出相当の遅延補償を適用した特性が図２４である。具体的にはモデル側のＬＰＦ２の遅延時間を速度検出側のＬＰＦ１の遅延時間と同じ値（τLPF2＝τLPF1＝５ｍｓ）に設定した。この時間遅れの整合により、外乱推定トルク＾Ｔobsや振動抑制補償ＴFcompの波形の振動成分が抑制され、出力トルク指令Ｔmも滑らかなオーバーシュートも歪や振動もない波形となっている。これにより、オブザーバのモータ加速トルクと速度検出の微分成分との時間的な整合を取ることにより、振動抑制制御の特性が改善できることが確認できた。
【０１７４】
＜実施例１〜実施例５における問題点＞
（オブザーバの構成方法と速度検出方式との組み合わせ、および時間整合対策）
実施例１〜実施例５に記載された基本原理は連続系のモデルと伝達関数式を利用して示されている。しかし、実用に供する際にはディジタル制御として実装する必要があり、これにはいくつかの課題がある。
【０１７５】
・ディジタル演算装置などのプログラムとして実装するには、ディジタル制御に適したサンプル値系に変換する必要がある。サンプル時間だけ離散した時刻の値に近似する際に、離散化の誤差が生じる。
【０１７６】
・速度検出には位相の時間差や計測ノイズの影響を抑制するためのフィルタを使用する。これによる時間遅れ成分が存在しているので、遅延の無いモデル側の速度と比較すると、時刻の不整合によりオブザーバ推定に誤差が生じる。特に過渡応答時に誤差が大きくなるので、時間の整合対策が必要になる。
【０１７７】
詳細については後述するが、課題を理解しやすいように、先に図３９および図４０と図４１の共振特性の例を示しておく。これは、トルク指令を台形状に変化させた場合の共振例とその抑制効果である。図３９（Ａ）が振動抑制制御を適用しない場合の加減速特性であり、図３９（Ｂ）はこの一部分の時間軸を拡大したものである。図３９（Ａ）の（ａ）がトルク指令と伝達軸のねじれトルクＴdであり、（ｂ）に軸ねじれ速度、（ｃ）にモータ加速トルク成分ＴmAが描かれている。
【０１７８】
実施例１〜５で示したデータに比べてトルク指令Ｔref_LPFを台形状に変更してあるが、それでも台形の折れ点を起振源として共振現象であるオーバーシュートと残留振動が発生している。折れ点の変化が急になるほど振動の振幅も大きくなり、これは加速中でも減衰しないことがわかる。実施例６以降では、これを図４０（実施例６）や図４１（実施例７）のように安定にするものであり、安定に制御できれば振動に隠れていた成分も明確になってくる。図４０（ｂ）のΔωmW波形は伝達機構の両端の速度差（モータ軸とタイヤ軸との速度差）であり、まだバックラッシュを無視しているので、軸ねじり位相の時間微分成分（軸ねじり速度）に相当する。弾性軸の伝達トルクを一定の傾きで増加減させる場合には、軸ねじり位相も増減させる必要があるので、軸ねじり速度の振幅が一定幅になっていることが分かる。
【０１７９】
（駆動力伝達系内のバックラッシュ要素の対策）
車両の伝達機構には減速ギヤが使用されているが、ギヤにはバックラッシュと呼ばれる遊びがある。これはモータトルクの極性が正負に切り替わる零トルク付近で発生し、ギヤの歯が噛み合っていないため伝達力つまりモータ軸への反力も零の状態になる。そのためモータの慣性モーメントが小さければ、モータトルクがそれほど大きくなくてもモータ速度は急加速する。そしてバックラッシュ期間の終了時にはギヤの歯同士が衝突する状態になり、「ガタ詰めショック」と呼ばれる異常な振動や音が生じる。
【０１８０】
この対策として、モータトルク指令が零クロスする際には、変化率を下げてトルク指令が小さい時間を長くすることにより静かに歯が当たるようにする対策が適用されてきた。
【０１８１】
図４１（実施例７）では制御も実機もバックラッシュを無視していたが、制御方式は変えずに実機プラント側のバックラッシュだけを追加して、その影響を調べたものが図４２である。（ａ）の軸ねじりトルクＴdをみると零クロスする付近で零に貼りつくような歪が生じており、これがバックラッシュ動作である。（ｂ）の軸ねじれ速度には図４１には無かったパルス状の波形が重畳されている。パルスのどこがバックラッシュ期間であるかを明示したいので、補助的に破線の波形を付記した。バックラッシュ期間中のみ実線で示した軸ねじり速度の波形をトレースさせバックラッシュ以外は値をホールドさせており、実線と破線が一致している期間がバックラッシュ発生中を意味している。
【０１８２】
図４２（Ｂ）の拡大図をみると、（ｂ）の軸ねじれ速度はバックラッシュの開始直後から急増しバックラッシュの終了後に急減するというパルス状の波形となっている。これは弾性軸からの反力が無いのでモータ単体が急加速し、歯が衝突すると加速した慣性エネルギーが軸ねじりの弾性エネルギーに変換されて減速したものである。このパルス波形の振幅が大きいほど、バックラッシュ終了時の歯同士の相対速度が大きくなり、「ガタ詰めショック」も大きくなる。
【０１８３】
特許文献３にはこの「ガタ詰め制御」の対策方法が記載されており、規範モデルを用いてバックラッシュの発生期間を推定することが特徴である。バックラッシュ期間以外ではトルク指令は大きくしておき、バックラッシュ期間中だけトルク指令を低く抑制することにより、全体的な応答特性の低下を抑制しながら、「ガタ詰めショック」も低減するものである。
【０１８４】
図４２（Ｂ）の時間軸拡大図では、１．５ｓ付近と２.１ｓ付近にトルク指令Ｔref_LPFの零クロスが生じており、緩急の２種類が含まれるように拡大範囲を選択してある。この緩急により、制御出力であるＴmの零クロス付近での挙動に差が生じている。１．５ｓ付近のようにトルク指令の変化が緩やかな場合には、バックラッシュ中つまりＴdが零の期間では制御出力Ｔmが零付近に絞られるように動作しており、これにより二段目の軸ねじれ速度の急変を抑制する「ガタ詰め制御」の効果が得られている。
【０１８５】
しかし、後半の２．１ｓ付近のようにトルク指令の変化が急な場合には、外乱トルクオブザーバに応答限界があるため制御出力Ｔmを十分に絞り切れておらず、大きな軸ねじれ速度つまりモータの急加速が生じている。
【０１８６】
そこで、実施例６や実施例７を適用しただけでは抑制しきれないトルク急変時の「ガタ詰めショック」を低減させるために、実施例８や実施例９にて機能拡張することにより広範囲のガタ詰めショックを低減するものである。
【０１８７】
（サンプル値系の制限）
実施例１〜５では、連続系のモデルにて構成を示している。しかし、近年では制御器にＣＰＵ（Central Processing Unit）と呼ばれるコンピュータのプロセッサを使用することが多く、制御アルゴリズムは離散時間のディジタル値として取り扱うディジタル制御として実装されている。
【０１８８】
ディジタル制御には、次のような制約が存在する。  
【０１８９】
（ａ）サンプル値系（離散時間）
連続の入力信号であっても、離散時間のサンプル値に変換して取り扱われる。内部の状態量もサンプルタイミングを基準にして更新される。プログラムの実行には時間を要するので、出力信号には最大１サンプルの遅延が発生する。
【０１９０】
（ｂ）有効桁数の制限
信号の量も符号化されたディジタル値として取り扱うので、有効桁数や分解能の問題が生じる。固定小数点や浮動小数点などの符号化方法によりダイナミックレンジも変化する。
【０１９１】
（ｃ）離散演算の誤差
サンプル値系のディジタル制御において、連続系に近い結果を得るには、積分を近似するためにルンゲクッタ法のような繰り返し演算を適用する方法がある。また多くの積分要素が有り、またフィードバックループを含む構成については、多変数の状態方程式などに変換して連立微分法的式を解くなどの方法もある。一方で、後進差分法などを用いて、多少の誤差を含むが簡単に実装する方法もある。
【０１９２】
実施例６〜９では、組込用のＣＰＵにてリアルタイム制御として実現したい。そのため、できるだけ簡素化したアルゴリズムおよび短い演算時間として実装する必要がある。そこで、積分は簡単な後進差分で近似しフィードバックループにもサンプル遅延を挿入する近似を適用することにより、収束演算などを行わないことにした。そのため、連続系との演算誤差が大きくなる懸念がある。
【０１９３】
以下の実施例では、このことを「サンプル値系への変換方法」や「サンプル値系の演算誤差」などと呼ぶことにする。
【実施例６】
【０１９４】
以下の実施例でも実施例１〜５で定義したモデルや変数および伝達関数を使用するものであり、基本的な車両モデルは図２５のブロック図で表される（モータ、タイヤ、車体）の３種類の慣性体とトルク伝達機構（ギヤ、弾性軸）のバネ要素とにより構成されている。
【０１９５】
図２５において図１と異なる点は、減算器１０において、モータのトルク（出力トルク指令）Ｔmから外乱トルク成分（モータ軸に換算した成分）Ｔdistを減算し、その減算出力を前記減算器１１に入力していることにあり、その他の点は図１と同一に構成されている。図２５の各変数や定数は図１で述べたものと同一である。
【０１９６】
図２５のモデルＧp（ｓ）は、実施例１と同様に（（１）式〜（１２）式が適用されて）、伝達関数の次数が低減された図２６のモデルに近似される。図２６において図２５および図２と同一部分は同一符号をもって示している。
【０１９７】
図２６のモデルを使用して外乱トルクオブザーバを構成したものが後述する図２９である、これは、図２５の外乱トルク成分Ｔdistを推定するものであり、＾Ｔmから＾Ｔobsと＾Ｔdと同じ箇所で減算されている。このことから、外乱推定トルク＾Ｔobsは、モデルの軸ねじれトルク成分＾Ｔdを補正する成分とみなすこともできる。図２９の構成では、推定モータ加速トルクは＾ＴmA＝＾Ｔm−（＾Ｔobs＋＾Ｔd）となり、これと推定モータ速度＾ωmとの関係は（１６）式のような微分や積分で表せる。
【０１９８】
【数１６】
0006977849.tif 000023
【０１９９】
以降の実施例ではこれをサンプル値系にて実現する構成例を提案する。
【０２００】
実施例６の元となる連続系で示した全体構成が図２７である。まず図２７中の各変数と要素ブロックの説明を下記に示す。
【０２０１】
［変数の説明］
Ｔref：入力トルク指令、上位の指令装置からモータの軸出力トルクを要求された値
ΔＴcomp：振動抑制制御の出力（振動抑制制御フィルタ１５０の出力）である補償トルク成分
Ｔm：本制御装置の出力トルク指令、また外乱トルクオブザーバ１２０の入力でもある。後段のモータ駆動装置にてこのトルクを発生する。
【０２０２】
ωm：実モータの回転速度
θm，ｔ：実モータの回転位相と時間であり、これらをＲＤ変換器１３０によりサンプル時刻でラッチし、その時間差成分より後段の速度演算部１４０で速度を演算する。
【０２０３】
ωm_det：（θm，ｔ）の計測値（θm_det，ｔ_det）から速度演算部１４０により演算したモータ回転速度検出、「制御装置のＴm出力から実機でのトルク発生までのムダ時間」と「実回転速度ωmから回転速度検出ωm_detまでのムダ時間」との合計をＬ１と記載している（遅延ブロック１はｅ-L1s）。
【０２０４】
＾Ｔobs：外乱トルクオブザーバ１２０が推定する外乱トルク成分（外乱推定トルク）、これは図２５におけるＴdistを推定しており、ＴFなどの車体側に加わる外乱力もここに変換されて推定される
＾ωm：外乱トルクオブザーバ内の規範モデル（１２１）におけるモータ速度推定出力
＾ＴmA：外乱トルクオブザーバ内の規範モデル（１２１）におけるモータ加速トルク推定出力
＾ωm_dly：速度演算部１４０の「遅延１：ｅ-L1s」と整合させるために、＾ωmを遅延部６２の「遅延２：ｅ-L2s」により遅延した信号成分
Δωm：モデルの推定モータ速度（＾ωm_dly）とモータの速度検出（ωm_det）との偏差を減算器５１でとった速度偏差成分、これにオブザーバゲインＫg倍をゲイン乗算器４３で乗算して推定トルク＾Ｔobsとする。
【０２０５】
［ブロックの説明］
（ａ）前置フィルタ部（PRE-LPF）１００：外部からのトルク指令Ｔrefから高い周波数成分を除去するフィルタ、上下限を制限するトルクリミッタもここに内蔵されている、この出力Ｔref_LPFを振動抑制制御の入力とする。
【０２０６】
（ｂ）プラント(実車両）１１０：図２５や（３）式のＧp（ｓ）に相当する実車両のプラントである。インバータなどの駆動装置などは無視している。出力トルク指令Ｔmの入力に対してモータ回転速度ωmを出力し、さらにこれを積分器２８で時間積分したものがモータ回転位相θmである。
【０２０７】
（ｃ）外乱トルクオブザーバ１２０（Ｔｄｉｓｔ＿ＯＢＳ）：振動抑制制御の一部であり、車両モデル部（１２１）と時間整合を考慮した速度偏差演算部（遅延部６２、減算器５１）およびオブサーバゲインＫgによるフィードバック部により構成されている。
【０２０８】
（ｄ）車両モデル１２１：外乱トルクオブザーバ１２０内のモデル部分であり、図２６に相当する車両を模擬する。入力はトルク指令Ｔmであり、（１０）式の＾Ｇp（ｓ）相当のモータ回転速度＾ωmを出力し、（１２）式のＧTdWw2（ｓ）相当の推定モータ加速トルク＾ＴmAを出力する。
【０２０９】
（ｅ）ＲＤ変換器１３０：速度検出用の計測回路であり、レゾルバとレゾルバ/ディジタル変換器（RD変換器）などを用いて回転位相θm_detを出力する。速度検出では、この位相θm_detと当時に時刻ｔ_detもサンプルする。
【０２１０】
（ｆ）速度演算部１４０：ＲＤ変換器の振動より、モータ速度検出を演算する。
【０２１１】
（ｇ）振動抑制制御フィルタ１５０：弾性軸による共振を抑制するための振動抑制制御成分ΔＴcompを計算するフィルタＦcomp（ｓ）、（１３）式のバンドパスフィルタに相当する。
【０２１２】
次に図２７の構成を説明する。まず、前置フィルタ部１００において入力トルク指令Ｔrefから高域の周波数帯域を除去し上下限の制限を適用したＴref_LPFを演算する。これから振動抑制制御による補償トルクΔＴcompを減算して制御出力トルクＴmとする。また、このＴmは、振動抑制制御内の外乱トルクオブザーバ１２０の入力でもある。
【０２１３】
モータ速度は、回転位相θmや時刻ｔの計測値（θm_det，ｔ_det）から、速度演算部１４０によって演算しており、例えば過去のサンプル値との位相差を時間差で除算することにより速度検出ωm_detを得ている。
【０２１４】
外乱トルクオブザーバ１２０（Ｔｄｉｓｔ＿ＯＢＳ）の詳細構成は後述するが、この出力であるモータ加速トルクの推定成分＾ＴmAを振動抑制制御に使用しており、振動抑制制御フィルタ１５０（Ｆcomp（ｓ））を介して補償トルクΔＴcompを得て、それをＴref_LPFから減算してＴmとしている。
【０２１５】
図２７の制御部をサンプル値系に変換したものが図２８である。これは制御部の全体構成を示しており、前置フィルタ部１００だけは詳細に記載してある。前置フィルタ部１００は、入力されるトルク指令Ｔrefの高い周波数帯域を制限する低域通過フィルタＫLPFを有し、最大値を制限するトルクリミッタ１０１（ＴＬＩＭ０）（第１のトルクリミッタ）も追加している。ここでは後進差分法で変換した簡単な構成例を示しており、遅延器１０３の遅延演算子は「ｚ-1」であらわす。またこのサンプル周期はＴｃである。
【０２１６】
トルクリミッタ１０１の出力（Ｔref_LPF）は、遅延器１０３で遅延され、遅延器１０３の出力は減算器１０４において入力トルク指令Ｔrefから減算され、減算器１０４の出力は低域通過フィルタＫLPFに通された後加算器１０５において遅延器１０３の出力と加算される。加算器１０５の加算出力はトルクリミッタ１０１に入力される。
【０２１７】
図２８において、前置フィルタ部１００の出力Ｔref_LPFから振動抑制制御フィルタ１５０の出力である補償トルクΔＴcompを減算したものを振動抑制制御の出力Ｔmとしており、これは外乱トルクオブザーバ１２０の入力トルク指令でもある。また、フィードバック部に遅延ｚ-1を挿入する必要があるので、振動抑制制御フィルタ１５０の後段に遅延器１６１を挿入している。この遅延が多いと誤差も増えるので、個数が少なくなるようにこの位置に挿入した。
【０２１８】
図２９は外乱トルクオブザーバ１２０の構成例である。図２９は元となる連続系モデルであり、図２６の次数を低減したモデルを用いている。図２９のモデルＧp2（ｓ）は実施例２の図６の外乱トルクオブザーバのモデル＾ＧpTmA2（ｓ）と同一に構成され、これに図２７の遅延部６２、減算器５１、ゲイン乗算器４３、減算器４４を記載している。
【０２１９】
図２９をサンプル値系に変換したものが図３０であり、時間積分を「後進差分による積算演算」に置換した構成例である。
【０２２０】
図３０において図２９と異なる点は、減算器１１の出力（＾ＴmA）を、積分係数乗算器Ｔｃ／ＴＪmと、遅延演算子ｚ-1を有した遅延器および加算器から成る積算部１２２に通してモータ回転推定速度＾ωmを得たことと、推定軸ねじれ速度＾ωdを、積分係数乗算器＾Ｋｄ・Ｔｃと、遅延演算子ｚ-1を有した遅延器および加算器から成る積算部１２３と、遅延演算子ｚ-1を有した遅延器１２４に通して軸ねじれトルクの推定値＾Ｔdを得たことと、＾Ｔdを積分係数乗算器Ｔｃ／ＴＪmと、遅延演算子ｚ-1を有した遅延器および加算器から成る積算部１２５に通して＾ωWMを得たことと、ゲイン乗算器４３の後段に遅延演算子ｚ-1を有した遅延器１２６を挿入したことにある。
【０２２１】
外乱トルクの推定値＾Ｔobsをモデルへのトルク指令入力から減算すると、速度偏差が減少するように収束し、外乱トルクと推定値が一致するように動作する。
【０２２２】
図中の遅延部６２（ｅ-L2sブロック）は、時間整合対策のために挿入したものであり後の図３２で詳述する。
【０２２３】
図３１は図３０の別形態であり、図３０の＾ＤＧp2のモータモデル部は（１２）式の二次伝達関数を利用しても実装することができる。そこで、（１２）式から直接に二次ＩＩＲフィルタ１２７（Infinite Impulse Response Filter、無限インパルス応答フィルタ)の係数を設計して、＾ＤＧpTmA2_ＩＩＲ２（本発明の＾Ｔm−＾ＴmA変換ブロック）として実装したものである。ここで、外乱推定トルク＾Ｔobsの推定に使用する＾ωmについては、二次ＩＩＲフィルタ１２７の出力成分＾ＴmAを積分係数乗算器Ｔｃ／ＴＪmおよび積算部１２２によって時間積分して得ている。
【０２２４】
前記図２８に戻ると、トルク指令Ｔrefに前置フィルタ部１００として、後進差分による一次ＬＰＦを適用して急変を抑制したＴref_LPFを得ている。この前置フィルタ部１００にはノッチフィルタのような共振周波数を除去する機能までは必要なく、後段の振動抑制制御では補償できないような高い周波数成分をここで除去している。
【０２２５】
外乱トルクオブザーバ１２０では、前置フィルタ部１００の出力Ｔref_LPFから振動抑制制御の補償トルク成分ΔＴcompを減算した出力トルク指令成分Ｔmと速度演算部１４０で演算した速度検出成分ωm_detを入力とし、車両モデルを利用して推定したモータ加速トルク成分＾ＴmAを出力している。これを振動抑制制御フィルタ１５０によって振動抑制の補償トルク成分ΔＴcompを計算し、Ｔref_LPFから減算したものを振動抑制制御の補償が適用されたトルク指令Ｔmとし、これを制御器の出力としている。駆動システムでは、このトルク指令Ｔmを後段の駆動装置に与えて、実際のモータにトルク指令Ｔmに相当するモータトルクを発生させている。
【０２２６】
このように外乱トルクオブザーバ１２０を利用して構成した振動抑制制御には、前記実施例３で既に説明したように、入力信号に対応して３種類の作用が期待できる。
【０２２７】
外乱トルクオブザーバ１２０の速度検出側の入力を零に固定して無効化し、その場合のトルク指令Ｔref_LPFから出力Ｔmまでの伝達関数を考える。外乱トルクオブザーバ１２０と振動抑制制御フィルタ１５０を介したフィードバック系を集約した伝達関数に変換してみると、一種の帯域除去フィルタに相当している。つまり、トルク指令Ｔref_LPFに含まれていた共振帯域のトルク成分を除去したトルク指令を出力する作用が得られる。
【０２２８】
一方、外乱トルクオブザーバ１２０のトルク指令側の入力を零に固定して無効化し、速度検出による振動抑制効果を考えてみる。すると２番目の作用として、一般的なＰＩＤ制御などの効果として知られている「速度微分フィードバックによる振動抑制制御効果」が得られる。図３１の例で考えると外乱トルクオブザーバ１２０は速度偏差が零になるように、つまりモデル速度と速度検出が等しくなるように動作している。＾ＴmAはモデル速度＾ωmを生成する積分器の入力信号であるので＾ωmの微分に相当し、オブザーバの収束動作により速度検出の微分成分の近似値であるとみなすこともできる。そして、この＾ＴmAを振動抑制制御フィルタ１５０を介して振動抑制制御に使用しているので、速度検出を使用した微分フィードバック型の振動抑制制御に似た作用が得られる。これは、車体や伝達機構に加わる外乱力よって生じる共振成分を抑制することができる。
【０２２９】
さらに、外乱トルクオブザーバは規範モデルによる情報と速度検出による情報の偏差成分をモデル入力にフィードバックする構成であるので、規範モデルと実機のパラメータに差異が存在した場合でも、それによる誤差成分を抑制する作用が得られる。これが３番目の作用であり、パラメータ誤差や変動が生じても振動抑制制御の性能の低下を抑制するロバスト性を有している。
【０２３０】
図３２は、速度検出部（ＲＤ変換器１３０および速度演算部１４０）と、外乱トルクオブザーバで使用する推定速度＾ωmと速度検出ωm_detの偏差Δωmを求める部分の構成を示している。推定速度＾ωm側には、時間整合のために遅延時間Ｌ２に相当する遅延ブロックｅ-L2s（遅延部６２）が挿入されている。
【０２３１】
図２７や図２８では省略されているが、この制御システムには多くの遅延成分が存在する。ＣＰＵの割込み信号に対して、制御出力が得られるまでには演算時間が必要だし、後段の駆動装置には電流制御などの応答遅れもある。さらに位置検出器を用いて速度を検出する構成では、ある程度の時間差における位相差を使用して速度を演算する必要がありこの検出遅れも存在するし、ノイズ除去のためにＬＰＦを挿入するとさらに遅れ成分が増える。図２７では、速度検出による遅延時間をＬｎ、他も含めた遅延時間の総和をＬ１として表している。
【０２３２】
これに対して、外乱トルクオブザーバのモデル部では、トルク指令のサンプル値を使用してモデルを計算しているので、モデルの推定速度の方はサンプル時刻の成分とみなすことができる。そのため、このまま偏差を取ると時間Ｌ１だけ時間がずれた成分の差分が得られ、過渡応答時にはこの時間の不整合が誤差要因となる。
【０２３３】
そこで、図３２のように外乱トルクオブザーバの速度偏差を計算する際に、遅れ時間Ｌ１と整合を取るためにモデル側にも等しい時間Ｌ２相当の遅延ｅ-L2sのブロックを挿入して対策を行っている。遅延時間の補正については、割込み時刻から位相検出までの電流制御などによる遅延成分と、速度検出演算部の遅延成分に分離して表している。演算時間や電流制御の応答時間は比較的に小さく変動量も少ないが、速度検出の方は演算手法やＬＰＦなどにより遅延分が変化するので、これらを分離して説明することにした。以降では速度検出の方式に対応させた時間整合方式を提案する。
【０２３４】
図３２（ａ）の速度検出部（ＲＤ変換器１３０）では、回転位相θmとその時刻ｔを計測回路にてサンプルし、それをＣＰＵに読みだしたものを位相θm_detと時刻ｔ_detとする。そして、遅延演算子ｚ-nを有した遅延器１４１によって位相θm_detを遅延し、減算器１４２において、現在時刻のθm_detから、遅延器１４１により出力されるｎ回サンプル前のデータを減算する。また遅延演算子ｚ-nを有した遅延器１４３によってｔ_detを遅延し、減算器１４４において、現在時刻のｔ_detから、遅延器１４３により出力されるｎ回サンプル前のデータを減算する。
【０２３５】
そして減算器１４２の出力である位相差分を、演算器１４５において減算器１４４の出力である時間差分で除算して速度検出ωm_detを計算している。ここで、「ｚ-n」のブロックは「ｚ-1」をｎ個縦続接続したものに相当しており、現在時刻に対してｎ回サンプル前のデータとの差分をとることを意味している。
【０２３６】
図３２では、速度検出演算部（１４０）とモデルとの偏差演算部（減算器５１）および時間整合部ｅ-L2s（遅延部６２）の構成例を示してある。モータ駆動装置の電流制御などによる遅延時間はほぼ一定であるものとみなして、これは遅延器６５（ｚ-α）のα回の遅延演算により補償している。そしてこの後段にて、速度検出による遅延時間分を補正している。速度検出には種々の方式があるが、図３２（ａ）図のようにｎ回分のサンプル間隔における位相差を使用する場合には、モデル側にも移動平均演算部６６、すなわち図３３（ａ）のような(ｎ＋１)回の移動平均演算を挿入すれば、速度検出と等価な遅延時間を生成できる。
【０２３７】
速度検出にｎ回という複数サンプル間隔を設定したのは、位相検出データには検出誤差やノイズが混入するので、差分演算の位相差や時間差を長く（値を大きく）することにより相対的にノイズ成分の比率（検出誤差）を小さくして、速度の検出精度を改善するためである。しかしｎ数を増やすと、精度と引き換えに時間遅れ（ｅ-Lnsと表現）が増加する問題がある。そこで、外乱トルクオブザーバ側の推定速度にもＬｎ相当の遅延を挿入して時間の整合を取るようにした。
【０２３８】
図３３（ａ）の移動平均演算による等価遅延時間を図示したものが図３３（ｂ）である。ｎ＝４の場合には、速度検出はサンプルタイミングｄ０（ｎ＝０）とｄ４（ｎ＝４）の４×Ｔｃ分の位相差より計算されるので、検出期間の中心時刻を検出時刻とすると遅延時間は（ΔＴLn＝２×Ｔｃ）となる。そこで、モデル側に（ｎ＋１）回の移動平均を挿入すれば、（ｎ＋１）＝５の場合にはｄ０〜ｄ５の平均値ｍａ（５）を出力することになり、この中心時刻は速度検出と等価な遅延時間（２×Ｔｃ）を生じさせることができる。
【０２３９】
時間の整合を取るためにモデル側に遅延を挿入すると振動抑制効果が低下するように感じるが、高速な応答が必要なトルク指令に対する振動抑制については、遅延ブロックより前の＾ＴmAを使用しているので時間整合の影響を受けない。遅延を含む速度偏差情報は、比較的にゆっくりと変化する外乱トルクの推定に使用されるだけなので、それほど特性を劣化させない。
【０２４０】
図３２（ａ）の速度検出部は、位相計測をＣＰＵの割込み信号とソフトウエアなどにより実装することも想定して、固定周期である割込間隔Ｔｃに対してΔＴのバラツキを含む場合を想定している。そのため、位相計測と同時に時刻も計測させることにより、正確な時間差が得られるようにしてある。もし速度検出をディジタルロジック回路として実装できれば、サンプル時刻ｔ_detをサンプル周期Ｔｃと正確に同期させることができるので、図３２（ｂ）のように時刻の差分は「固定サンプル周期：ｎ・Ｔｃ」に置き換えてもよい。
【０２４１】
図３２（ｂ）において、減算器１４２の出力である位相差分は、除算器１４６において固定サンプル周期ｎ・Ｔｃで除算され速度検出ωm_detが出力される。
【０２４２】
図３２（ｃ）の速度検出部は、時間差分やフィルタを「不完全微分・疑似微分」と呼ばれる手法で構成した例である。「後進差分による一次フィルタ（サンプル値系の一次遅れフィルタ）」において前回値に加算する前の成分を取り出して時間Ｔｃで除算すると、時間差分による速度検出と一次フィルタ（LPF）を組み合わせた成分が得られる。一方、モデル側の時間整合も同じ構成の「一次フィルタ」を利用すれば速度検出側と等価な遅延を挿入することができる。
【０２４３】
図３２（ｃ）において、速度検出側の「後進差分による一次フィルタ」は、ＲＤ変換器１３０（速度検出計測回路）で計測された位相から遅延器１５１の出力を減算する減算器１５２と、減算器１５２の出力を通過させるフィルタ係数ＫLPの乗算器１５３と、乗算器１５３の出力と遅延器１５１の出力を加算する加算器１５４とを備えている。なお遅延器１５１は加算器１５４の出力を遅延している。
【０２４４】
１５５は、加算器１５４で前回値と加算される前の乗算器１５３の出力を時間Ｔｃで除算する除算器である。
【０２４５】
モデル側の「後進差分による一次フィルタ」は、＾ωmをα回遅延演算する遅延器６５と、遅延器６５の出力から遅延器１６２の出力を減算する減算器１６３と、減算器１６３の出力を通過させる、フィルタ係数ＫLPの乗算器１６４と、乗算器１６４の出力と遅延器１６２の出力を加算する加算器１６５とを備えている。なお、遅延器１６２は加算器１６５の出力を遅延している。
【０２４６】
乗算器１５３、１６４の乗算係数ＫLPは、後進差分の場合、フィルタ時定数をＴLPFとすると、「ＫLP＝Ｔｃ／（Ｔｃ＋ＴLPF）」に設定する。
【０２４７】
以上のように実施例６によれば、次のような効果が得られる。  
【０２４８】
（ａ）規範モデルの演算精度が改善できる。  
【０２４９】
（ｂ）種々の速度検出やＬＰＦに対応した時間整合対策を適用したので、規範モデルと速度検出との偏差（差分）の精度が向上し、外乱トルクの推定精度が改善する。
【０２５０】
このように、外乱トルクオブザーバの精度や応答性能が改善できれば、ひいてはこれを使用した振動抑制制御の安定性が向上できる。
【実施例７】
【０２５１】
前記実施例３、４と同様に「モータ加速トルクの偏差を利用する方式」を採用した実施例７が図３４である。ここでは連続系の全体構成を図示してある。これをサンプル値系に変換した全体構成は図２８と同じ構成であり、本実施例は外乱トルクオブザーバや速度演算の部分のみ変更している。図３４において図２７と同一部分は同一符号をもって示している。
【０２５２】
図３４は、実施例６の構成例に対して、外乱トルクオブザーバ１２０の偏差部分（減算器５１）の入力を変更して、推定モータ加速トルク成分＾ＴmA_dlyと速度演算部１４１で演算された時間微分成分ＴmA_detとの差ΔＴmAに変更した点が特徴である。
【０２５３】
減算器５１の出力であるモータ加速トルクの偏差成分ΔＴmAは最終的には時間積分（積分器５２）により速度偏差成分Δωmに戻されるので、実施例６と同様な外乱トルクオブザーバが構成できる。こうすると、外乱トルクオブザーバ１２０内の車両モデル１２１の出力は、振動抑制制御に使用する成分と外乱トルク推定とは同じ成分を使用できるようになり、モータの推定速度＾ωmまで求める必要が無くなる。
【０２５４】
なお図３４では、図２７、図２８に示している前置フィルタ部１００を図示上省略している。
【０２５５】
図３５（ａ）は図３４の外乱トルクオブザーバ１２０をサンプル値系に変換した構成例であり、実施例６の図３０に対応している。モータの推定速度＾ωmが不要なので、図３０に示すモデル＾ＤＧp2内の＾ＴＪmと＾ＴＪWMの積分係数乗算後の積算部（１２２、１２５）を、モデル＾ＤＧp1内の減算器２７による差分の後に移動して１個の積算部１２８にまとめることにより、積分相当の個数を減らすことができる。
【０２５６】
減算器５１の差分出力は、積分係数乗算器Ｔｃ／＾ＴＪmと、遅延演算子ｚ-1を有した遅延器および加算器から成る積算部１２２に通した後、ゲイン乗算器４３に入力され、外乱トルクを推定する。
【０２５７】
図３５（ｂ）も実施例６の図３１に対応したものであり、モデル＾ＤＧp2内の積分（積分係数乗算器Ｔｃ／＾ＴＪmおよび積算部１２２）を減算器５１による偏差以降に移動したため、図３１のモデル＾ＤＧp2は二次ＩＩＲフィルタ１２７（＾ＤＧpTmA2_ＩＩＲ２）（本発明の＾Ｔm−＾ＴmA変換ブロック）のみと簡潔にできる。
【０２５８】
本実施例７のように車両モデルの出力を推定モータ加速トルク＾ＴmAにした理由は、図３５（ａ)のように、＾ＴＪmと＾ＴＪWMの２個の積分項を差分後に移動して１個に削減したいことによる。
【０２５９】
サンプル値系のディジタル演算では、積分器の個数が少ない方が誤差が減少して精度が高くなることを期待している。
【０２６０】
実施例７におけるモータ加速トルクの差分演算の詳細およびそれを積分する部分の構成を図３６に示す。図３６（ａ）は実施例６の図３２（ａ）に対応したものであり、モデル側の出力を加速トルクのみに変更し、逆に速度検出側には時間微分を時間差分に近似して追加してある。
【０２６１】
図３６（ａ）の速度検出側が図３２（ａ）と異なる点は、時間微分を追加したことであり、演算器１４５から出力されるモータ回転検出速度ωm_detを、遅延演算子ｚ-1を有した遅延器１３２に通し、遅延器１３２の出力とωm_detの差分を減算器１３３で求め、減算器１３３の差分出力を係数ＴＪm／Ｔｃの微分器１３４に通して＾ＴmA_detとしている。この速度検出側に時間微分演算を追加すると遅延時間成分が増加するので、これを補償するために、移動平均演算部６６の出力を２回の移動平均演算部６７に通して＾ＴmA_dlyとし、減算器５１の出力を、積分係数乗算器Ｔｃ／＾ＴＪmと、遅延演算子ｚ-1を有した遅延器および加算器から成る積算部１２２に通してΔωmとした。
【０２６２】
尚、図示省略しているが、図３６（ａ）のωm_detの演算部を実施例６の図３２（ｂ）に対応した構成に置き換えても良い。すなわち、図３６（ａ）のＲＤ変換器１３０、遅延器１４１、１４３、減算器１４２、１４４、演算器１４５に代えて、図３２（ｂ）のＲＤ変換器１３０、遅延器１４１、減算器１４２、除算器１４６を用いる。
【０２６３】
図３６（ｂ）は図３２（ｃ）のような速度検出後のフィルタと時間微分の部分にＩＩＲフィルタ（フィルタ係数ＫLPの一次フィルタ）を使用した場合の構成である。ＩＩＲフィルタのＬＰＦ効果が期待できるので、速度検出に多少のノイズが生じてもよいと考え、ここでは速度検出のサンプル間隔はｎ＝１に設定している。
【０２６４】
図３６（ｂ）において図３２（ｃ）と異なる点は、ＲＤ変換器１３０と減算器１５２の間に、遅延演算子ｚ-1を有した遅延器１３５と、遅延器１３５の出力との偏差をとる減算器１３６と、減算器１３６の出力に係数１／Ｔｃを乗算する乗算器１３７とにより構成される微分機能を設けたことである。そしてこの微分を相殺するために、減算器５１の出力側に積分係数乗算器Ｔｃ／＾ＴＪmおよび積算部１２２を設けてある。
【０２６５】
また、図３２（ｃ）の除算器１５５は、速度演算部の一部なので減算器１３６の直後に移動して１３７とした。
【０２６６】
図３６（ａ)の速度検出側では時間微分部に差分用の遅延器１３２を使用していたが、図３６（ｂ）では、これを一次遅れフィルタ内の機能を流用している。
【０２６７】
本来は装度に対するフィルタであるが、フィルタ内部の積算部の入力部から＾ＴmA_detを取り出すと速度時間差分成分が取り出せる。つまり遅延器１３２の機能を遅延器１５１に含ませることになり構成が少し簡素化できる。
【０２６８】
これに対して図３６（ｂ）のモデル側では、入力信号自体をモデル推定速度＾ωmからその微分成分であるモータ加速トルク＾ＴmAに変更している。その他は図３２（ｃ）と同様であり、実施例６と同様に一次遅れフィルタを挿入してあり、遅延器６５の後段に移動平均演算器６７を設けて速度検出側の微分演算によって増加した遅延時間分の整合を取っている。
【０２６９】
以上のように実施例７によれば、実施例６と同様に種々の速度検出やＬＰＦに対応した時間整合対策を適用したので、規範モデルと速度検出との偏差（差分）の精度が向上し、外乱トルクの推定精度が改善する。
【０２７０】
このように、外乱トルクオブザーバの推定精度や応答性能が改善できれば、ひいてはこれを使用した振動抑制制御の安定性が向上できる。
【実施例８】
【０２７１】
ギヤのバックラッシュによる「ガタ詰めショック」を抑制するために、バックラッシュ期間中のモータトルクを小さくして速度急変を抑制したい。しかし、零まで制限するとバックラッシュ位相が変化しないのでガタを詰める時間が延びてしまう。そこで、許容できるショックレベルの上限速度で加速させて、できるだけ早くバックラッシュを通過させ、トルク指令を制限する期間を短くすることが望ましい。そのためには、正確にバックラッシュの発生と終了を推定することが必要になる。
【０２７２】
そこで本実施例８では、実施例６、７の構成に対して、バックラッシュ期間を推定する機能と、バックラッシュ期間中はトルク指令を小さな値に抑制する機能を追加した。
【０２７３】
実施例８の全体構成例を図３７に示し、バックラッシュ期間検出部２００の構成例を図３８に示す。実施例６や実施例７にて既出の要素は、速度演算部１４０と外乱トルクオブザーバ（Ｔｄｉｓｔ＿ＯＢＳ）１２０および振動抑制制御フィルタ１５０（Ｆcomp）などである。さらに、図２７や図３４の外乱トルクオブザーバ１２０にて一点鎖線で示しているように、（Ｔm−＾ＴmA）成分を軸ねじれトルクの推定値＾Ｔｄとして出力する機能を追加し、これを推定に利用する。
【０２７４】
図３７において、前置フィルタ部１００内の加算器１０５の出力から振動抑制の補償トルク成分ΔＴcompを減算する補償トルク減算器２０１（ｓｕｂｇ）が設けられている。
【０２７５】
補償トルク減算器２０１の出力側には、出力トルク指令Ｔmを制限するトルク制限リミッタであって、第１のトルクリミット値を有する第１のトルクリミッタ１０１（ＴＬＩＭ０）と、第１のトルクリミット値よりも上下限制限幅の小さい第２のトルクリミット値を有する第２のトルクリミッタ１０２（ＴＬＩＭ１）が設けられている。
【０２７６】
トルクリミッタ１０１、１０２の出力側には、トルクリミッタ１０１、１０２の出力を選択するスイッチであり、後述のバックラッシュ期間検出部２００がバックラッシュを検出したときに第２のトルクリミッタ１０２の出力を選択する切替スイッチｓｗＡが設けられている。
【０２７７】
切替スイッチｓｗＡの出力（Ｔm）は加算器１０８（ａｄｄｇ）において、振動抑制制御フィルタ１５０から直接に出力される遅延前の補償トルク成分ΔＴcompと加算され、加算器１０８の加算出力は前回値保持用の遅延器１０３に入力される。
【０２７８】
外乱トルクオブザーバ１２０には、切替スイッチｓｗＡで選択されたトルクリミッタで制限された出力トルク指令Ｔmと、速度演算部１４０で検出されたモータ回転検出速度ωm_detが入力され、推定モータ加速トルク成分＾ＴmAと、Ｔm−＾ＴmA成分である推定軸ねじれトルク＾Ｔdが出力される。
【０２７９】
バックラッシュ期間検出部２００は、切替スイッチｓｗＡで選択されたトルクリミッタから出力される出力トルク指令Ｔmと、外乱トルクオブザーバ１２０から出力される推定軸ねじれトルク＾Ｔdを入力とし、バックラッシュ期間を推定しバックラッシュ期間のステータスを示すロジック信号「Ｓ＿ＢＬ」（バックラッシュ検出信号）を出力する。
【０２８０】
このロジック信号Ｓ＿ＢＬをトルク指令の操作に利用する場合には、フィードバック信号に相当するので、入力信号を１サンプル遅延させる遅延器２０２により遅延させたバックラッシュ検出信号Ｓ＿ＢＬｚを前記切替スイッチｓｗＡの操作信号としている。
【０２８１】
このバックラッシュ検出信号Ｓ＿ＢＬｚは、本実施例では、バックラッシュ期間中は“１”を出力し、これによって切替スイッチｓｗＡは“＝１”側、すなわち上下限制限幅の小さいトルクリミッタ１０２を選択するように構成されている。これによってバックラッシュ期間中のトルク指令の大きさを制限してモータの急加速を防止する。
【０２８２】
図３８に示すバックラッシュ期間検出部２００の主要部は、
推定ねじれトルク＾Ｔdを入力して“＝ｄ”側に固定したスイッチｓｗＢと、推定軸ねじれ位相＾θdに変換する除算器２１０（トルク−位相変換部）と、
前記推定軸ねじれ位相＾θdの零クロス点をバックラッシュ期間の開始タイミングとして検出するバックラッシュ開始タイミング検出部２２０と、
前記推定軸ねじれ位相＾θdを時間微分して軸ねじれ速度＾ωｄ＿ｄｉｖＴｄを推定するねじれ速度推定部２３０と、
図３７の出力トルク指令であるＴmをモータ慣性モーメント相当の時定数＾ＴＪmにて時間積分してバックラッシュ期間中のモータ速度の変化成分＾Δωｄ_BLを推定する変化速度推定部２４０と、
前記ねじれ速度推定部２３０で推定された軸ねじれ速度を、前記バックラッシュ開始タイミング検出部２２０で検出されたバックラッシュの開始タイミングでラッチ回路ｓｈ１により保持した初期ねじれ速度＾ωｄ_iniと、前記変化速度推定部２４０で推定されたバックラッシュ期間中の速度の変化成分＾Δωｄ_BLとを加算器２５１で加算し、さらにそれを時間積分してバックラッシュに相当する推定位相変化量＾ΔθBLを推定するねじれ変位推定部２５０と、
設定したバックラッシュの位相幅の絶対値＾θBLおよび余裕幅Δθと、前記ねじれ変位推定部２５０で推定された位相変化量＾ΔθBLの比較に基づいてバックラッシュ期間の終了を検出するバックラッシュ終了検出部２６０と、を備え、
前記バックラッシュ開始タイミング検出部２２０で検出されたバックラッシュ開始タイミング（トリガ信号Ｅ＿Ｓｅｔ）と前記バックラッシュ終了検出部２６０で検出されたバックラッシュ終了（Ｓ＿Ｒｓｔ）に基づいてバックラッシュ期間を検出するように構成されている。
【０２８３】
次に図３７、図３８の詳細を説明する。図３８のスイッチｓｗＢは実施例８では“＝ｄ”側に固定し、実施例９では“＝ｒ”側に固定する。そのため、実施例８では＾Ｔdを軸ねじれ位相の推定演算（除算器２１０）の入力として使用することになる。
【０２８４】
バックラッシュ期間の予測部は、バックラッシュ開始タイミング検出部２２０とバックラッシュ終了検出部２６０の二つに分けて表示した。そして、開始タイミングと終了を示す各検出信号（Ｅ＿Ｓｅｔ、Ｓ＿Ｒｓｔ）、ＳＲ−ＦＦ（セット・リセット−フィリップフロップ）からなるフリップフロップｓｒ１によりバックラッシュ期間のステータスを示すロジック信号「Ｓ＿ＢＬ」を出力する。図の例では、バックラッシュ期間中に“＝１”を出力するように設定した。
【０２８５】
次は、バックラッシュ開始タイミング検出部２２０の構成を説明する。図２７や図３４の外乱トルクオブザーバ１２０にて得られた＾Ｔdは弾性軸からの反力に相当しているので、除算器２１０（トルク−位相変換部）において剛性係数Ｋdで除算して推定軸ねじれ位相＾θｄに変換する。バックラッシュ開始タイミング検出部２２０では、この位相＾θｄの極性が正負に切り替わる零クロスのタイミングを検出して、開始タイミングをトリガ信号の形で出力する。ここで、トリガ信号は位相変化の方向に応じて２種類に分離してあり、負から正の方向の場合には「Ｅ＿Ｆｏｒ」を、逆に正から負の方向の場合には「Ｅ＿Ｒｅｖ」を出力する。これらは論理和回路２２１（ＯＲ）により一つのバックラッシュ開始タイミングトリガ信号Ｅ＿Ｓｅｔ信号にまとめてバックラッシュ開始タイミング検出部２２０の出力とし、この開始タイミングをトリガ信号としてフリップフロップｓｒ１（ＳＲ−ＦＦ）の入力として使用する。さらに、バックラッシュの終了を検出する際にはこの位相の変化方向の情報が必要になるので、Ｅ＿ＦｏｒとＥ＿Ｒｅｖのトリガ信号をラッチして、方向の極性を示すステータス信号「Ｓ＿ＦＲ」も出力している。
【０２８６】
次に、バックラッシュ終了の検出方法を説明する。これには、もう＾Ｔd成分を使用することができない。＾Ｔd成分には常に外乱トルクオブザーバの外乱推定による振動抑制制御の補償が行われており、バックラッシュ期間中のモータ加速成分も補償しており、出力トルク指令Ｔmを変化させている。つまり＾Ｔdも急変するのでこれを利用して軸ねじれ位相が正確に推定できなくなる。そこで、バックラッシュ終了の推定には別の予測方式を組み合わせることにした。その構成を、図３８の下側に描いてある。
【０２８７】
図４０（ｂ）の波形に示された軸ねじれ速度波形ΔωmWのように、バックラッシュも無く振動も抑制されていれば、軸トルクが一定勾配で変化して極性が切り替わるときには、軸ねじれ速度はほぼ一定になる。バックラッシュ期間の推定にはこの速度が必要であるため、＾Ｔd成分から軸ねじれ速度を推定する機能を追加する。
【０２８８】
そのためには、＾Ｔd成分から除算器２１０により変換した軸ねじれ位相＾θｄを利用し、それをねじれ速度推定部２３０により時間微分して、軸ねじれ速度＾ωｄ＿ｄｉｖＴｄを計算する。
【０２８９】
この推定した軸ねじれ速度を、ラッチ回路ｓｈ１を用いて、バックラッシュ開始タイミング検出部２２０の出力であるバックラッシュ開始タイミングトリガ信号Ｅ＿Ｓｅｔにより初期ねじれ速度値＾ωｄ_iniとして保持する。
【０２９０】
ねじれ速度推定部２３０は、前記遅延器２３１、減算器２３２、除算器２３３により構成された時間微分演算によって行われる。
【０２９１】
しかし、バックラッシュ期間中もモータ側のトルク指令Ｔmは変化するので、Ｔmをモータの時定数＾ＴＪmにて時間積分して速度の変化成分＾Δωｄ_BLも推定している。
【０２９２】
この時定数＾ＴＪmによる時間積分は、積分係数乗算器Ｔｃ／＾ＴＪmと、遅延演算子ｚ-1を有した遅延器および加算器から成る積算部２４１とによって行われる。速度変化成分＾Δωｄ_BLは、前述の前回のサンプルタイミングで推定したバックラッシュ検出信号Ｓ＿ＢＬｚによってバックラッシュ期間の開始までは切替制御されるスイッチｓｗ３にて零にリセットしておき、バックラッシュ期間中はスイッチｓｗ３を積算部２４１の加算器側に切替えて変化分のみを推定する。
【０２９３】
そして、ラッチ回路ｓｈ１でラッチした初期速度＾ωｄ_iniに変化成分＾Δωｄ_BLを加算器２５１にて加算補正してバックラッシュ期間中の軸ねじれ速度＾ωｄ_BLとみなす。最後に、ねじれ変位推定部２５０において、軸ねじれ速度＾ωｄ_BLを時間積分してバックラッシュに相当する位相変位量＾ΔθBLを推定する。この時間積分は、サンプル周期Ｔｃの乗算器２５２と、遅延演算子ｚ-1を有した遅延器および加算器から成る積算部２５３とによって行われる。
【０２９４】
このバックラッシュ開始時の位相変位量＾ΔθBLの初期値も、前記バックラッシュ検出信号Ｓ＿ＢＬｚにより切替制御が行われるスイッチｓｗ４にて零にリセットしておき、バックラッシュ期間中はスイッチｓｗ４を積算部２５３の加算器側に切替えて位相変動を推定する。
【０２９５】
前記積分係数乗算器Ｔｃ／＾ＴＪm、積算部２４１、スイッチｓｗ３によって変化速度推定部２４０を構成し、加算器２５１は初速度に変化分を補正する補償部に相当し、その後段の乗算器２５２、積算部２５３、スイッチｓｗ４によってねじれ変位推定部２５０を構成している。
【０２９６】
次にバックラッシュ終了検出部２６０の構成を説明する。
【０２９７】
ここで初期軸ねじれ速度の正負極性（Ｓ＿ＦＲ）により推定する位相変位量の方向（正負の符号・極性）が変化するので、バックラッシュ終了を判定するために比較する基準位相の方も正負の極性に応じて切り替える必要がある。そこで、正負の極性に応じて２種類の判定基準位相を設定する基準位相設定部２６１ｐ、２６１ｎを設け、バックラッシュ開始タイミング検出部２２０から出力されるステータス信号Ｓ＿ＦＲで切替制御されるスイッチｓｗ２ｆ，ｓｗ２ｒによって判定基準値を切り替え、それをラッチ回路ｓｈ２ｆ，ｓｈ２ｒによりバックラッシュ開始タイミングトリガ信号Ｅ＿Ｓｅｔのタイミングでラッチする構成とした。
【０２９８】
ラッチ回路ｓｈ２ｆでラッチされた、基準となる判定位相幅θｐは比較器ｃｍｐｆのｂ入力端に入力しておき、ａ入力端に入力される推定位相変化量＾ΔθBLをこれと大小比較して（＾ΔθBL＞θｐ）を検出する。
【０２９９】
ラッチ回路ｓｈ２ｒでラッチされた、基準となる判定位相幅θｎは比較器ｃｍｐｒのａ入力端に入力しておき、ｂ入力端に入力される推定位相変化量＾ΔθBLをこれと大小比較して（θｎ＞＾ΔθBL）を検出する。
【０３００】
比較器ｃｍｐｆ、ｃｍｐｒの各判定出力は論理和回路２６２を通してバックラッシュ終了信号Ｓ＿Ｒｓｔとなり、フリップフロップｓｒ１をリセットする。
【０３０１】
前記基準位相設定部２６１ｐ、２６１ｎにおいて、バックラッシュの基準位相幅は符号の無い絶対値θBLとして設定されるものとし、判定値にはさらに余裕幅Δθを加算したのちに変化方向に応じて正負の符号を設定している。また、バックラッシュ期間中でもトルク指令Ｔmの極性が変化して回転の方向が反転することも有り得るので、逆方向は零に近い余裕幅Δθ程度の判定レベルを設定することにより、もし反転した場合には直ぐにバックラッシュ終了を出力できるようにした。この判定位相幅θｐ、θｎと前述の推定位相変化量＾ΔθBLとを大小比較して終了判定を行い、ＳＲ−ＦＦ（フリップフロップｓｒ１）の信号Ｓ＿ＢＬをリセットする。
【０３０２】
以上がバックラッシュ期間の推定部の構成例である。
【０３０３】
前記基準位相設定部２６１ｐ、２６１ｎ、スイッチｓｗ２ｆ，ｓｗ２ｒ，ラッチ回路ｓｈ２ｆ、ｓｈ２ｒ、比較器ｃｍｐｆ，ｃｍｐｒ，論理和回路２６２によってバックラッシュ終了検出部２６０を構成している。
【０３０４】
フリップフロップｓｒ１は、バックラッシュ開始タイミングトリガ信号Ｅ＿ｓｅｔによりセットされてからバックラッシュ終了信号Ｓ＿Ｒｓｔによってリセットされるまでの期間バックラッシュ検出信号Ｓ＿ＢＬを出力する。
【０３０５】
前記推定位相変化量＾ΔθBLは、バックラッシュ開始からの「モータ位相とタイヤ位相との差分の変化量」であり、これはギヤのバックラッシュ遊びの推定位相に相当する。この遊び位相が設定したバックラッシュ位相（θｐ、θｎ）に達した時点を、比較器ｃｍｐｆ，ｃｍｐｒ、論理和回路２６２によってバックラッシュ期間の終了判定としている。
【０３０６】
再び図３７に戻り、前述のバッククラシュ検出信号Ｓ＿ＢＬによるトルク指令の制限方法を説明する。
【０３０７】
前置フィルタ部１００内の上下限制限ブロックを２種類にして、第一の上下限制限ブロックＴＬＩＭ０（トルクリミッタ１０１）は従来通りであり、もう一方の第二の上下限制限ブロックＴＬＩＭ１（トルクリミッタ１０２）はバックラッシュ期間の制限用でありトルク幅（トルクリミット値）を第一の上下限制限ブロックＴＬＩＭ０（トルクリミッタ１０１）よりも小さい第２のトルクリミッタ値に設定する。そして、バックラッシュ検出信号Ｓ＿ＢＬｚがバックラッシュ期間の場合にだけスイッチｓｗＡをバックラッシュ制限側（ＴＬＩＭ１側）に切り替える。これにより、バックラッシュ期間中のトルク指令の大きさを制限してモータの加速を防止する。
【０３０８】
しかし、振動抑制制御の補償成分ΔＴcompを上下限制限ブロックの後で減算する構成にすると、補償成分にはこの制限機能が効かなくなるので、減算補償部（補償トルク減算器２０１）をリミッタの前に移動する。そうすると、今度はスイッチｓｗＡをバックラッシュ側（＝１）から通常側(＝０)に戻すように切り替えた場合に、前置フィルタ部１００の出力が急変してしまい、共振の起振源になってしまう。
【０３０９】
そこで、バンプレス対策として、補償成分ΔＴcompをｓｕｂｇ（補償トルク減算器２０１）において減算し、同じ値ΔＴcomを前回値保持（遅延器１０３）の直前にａｄｄｇ（加算器１０８）にて加算する方式とした。
【０３１０】
以上が、バックラッシュ期間の検出とその期間中のトルク指令制限方法の構成例である。このバックラッシュ期間のトルク制限はトルクが零クロスするすべての場合に動作させる必要は無く、外部から入力されるトルク指令の変化率が緩やかな場合には動作させる必要はない。外乱トルクオブザーバによる振動抑制制御もバックラッシュ期間中はトルク指令を制限するように動作するので、この制限量が不足する場合のみ、バックラッシュ検出信号Ｓ＿ＢＬとＴＬＩＭ１（トルクリミッタ１０２）を利用した制限機能が動作するように設定すればよい。
【０３１１】
次に、この位相推定の原理を説明する。前述したように、実施例６や実施例７を適用したシステムでは、バックラッシュ終了の検出には、＾Ｔdを利用することはできない。そこで、タイヤと車体の合成慣性モーメントは大きく、トルク指令も零付近であるので、短時間であればタイヤ側の速度変化は少ないものと仮定して上記の方法を採用した。
【０３１２】
もしギヤ両端の軸速度が計測できる場合には、（１７）式のように、モータ側の速度ωm（ｔ）とタイヤ側の速度ωW（ｔ）より速度差ΔωmW（ｔ）を求め、それを（１８）式のようにバックラッシュ開始時刻ｔ０からの経過時間Δｔまで時間積分すれば、バックラッシュ期間中におけるギヤ歯間の相対位相θBL（Δｔ）を計算することができる。
【０３１３】
【数１７】
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【０３１４】
【数１８】
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【０３１５】
ΔωmW（ｔ）は軸ねじれとバックラッシュという２種類の位相成分の和を時間微分したものであり、バックラッシュ直前までは、バックラッシュが無いので軸ねじれ速度を、バックラッシュ中は軸トルクが零であるのでギヤの遊び期間中の相対速度を示すことになる。
【０３１６】
しかし、タイヤ側の速度は計測できないので、（１９）式のようにこれを他の情報を使って近似する。
【０３１７】
【数１９】
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【０３１８】
まず、タイヤの速度はほとんど変化しないものと仮定して「＾ωw（ｔ０＋Δｔ）≒＾ωw（ｔ０）」のように初期値を保持して代用する。次に、モータ速度側をωm（ｔ０＋Δｔ）＝Δωm（Δｔ）＋ωm（ｔ０）のように変化速度Δωm（Δｔ）と初期速度ωm（ｔ０）に分離してから、（１９）式の３行目のように、右辺第１項がモータ側の変化速度Δωm（Δｔ）、右辺第２項が軸ねじれ速度の初期値Δωmw（ｔ０）＝（ωm（ｔ０）−＾ωw（ｔ０））の２要素にまとめて、変化項と固定項を分離した形式で取り扱うことにする。
【０３１９】
固定項については、＾Ｔdより推定した位相＾θdをねじれ速度推定部２３０で時間微分した速度を利用し、変化項については、バックラッシュ中に変化するモータ速度Δωm（Δｔ）を（２０）式にてトルク指令Ｔmを積分して推定する。
【０３２０】
【数２０】
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【０３２１】
都合がよいことに、モータ出力軸には反力が加わらないので、モータの入力トルクはすべてモータを加速するトルク成分となる。そこで、変化速度推定部２４０の積分係数乗算器Ｔｃ／＾ＴＪmのようにモータの慣性モーメンＴＪmを積分時定数に設定すればよい。
【０３２２】
この（２０）式の近似と（１９）式により、バックラッシュ期間中に変化する軸ねじれ速度の近似値が求まるので、これに（１８）式の積分演算を適用すればバックラッシュ位相の推定値が得られる。そして、このバックラッシュ位相の推定値と予め設定されたバックラッシュ位相幅とを比較することによりバックラッシュ終了の検出を行うように構成した。
【０３２３】
上述の式と図３８とを対応させて説明すると、入力信号である＾Ｔdを剛性係数Ｋdで除算してねじれ位相＾θｄを計算し、これをねじれ速度推定部２３０で時間微分することによりΔωmw（ｔ）に相当する＾ωｄ＿ｄｉｖＴｄを求め、この値をラッチ回路ｓｈ１にてサンプルすることにより初期値Δωmw（ｔ０）に相当する＾ωｄ_iniを得る。もう一方の入力信号であるトルク指令Ｔmを時間積分して、モータ側の変化速度Δωm（Δｔ）に相当する＾Δωd_BLを計算し、これと＾ωｄ_iniの和を、加算器２５１で計算し、ωm（ｔ０＋Δｔ）相当である＾ωd_BLとし、さらにこれをねじれ変位推定部２５０で時間積分して＾θBL（Δｔ）に相当する＾θBLを推定する。（２０）式のΔωm（Δｔ）と（１８）式の＾θBL（Δｔ）は開始時刻ｔ０の初期値は零であるので、ここでバックラッシュ検出信号Ｓ＿ＢＬｚが“０”、つまりバックラッシュではないスタンバイ期間ではスイッチｓｗ３とスイッチｓｗ４により＾ωd_BLと＾θBLを零値にリセットしてある。
【０３２４】
このように、図３８の構成にてバックラッシュ位相の変化量が推定できるので、あとは基準位相設定部２６１ｐ、２６１ｎで設定した位相幅θｐ、θｎと比較することにより、バックラッシュの終了を検出する。
【０３２５】
設定された比較基準であるバックラッシュの位相幅については、前述したように、トルクの変化方向に正方向と負方向の２種類があるので、スイッチｓｗ２ｆとｓｗ２ｒおよびラッチ回路ｓｈ２ｆとｓｈ２ｒにより選択してある。
【０３２６】
この実施例８の方式が成立するにはいくつかの前提や工夫が必要である。まず、推定開始時には外乱トルクオブザーバの推定値が十分に収束しており、実トルクを推定できている必要がある。大きなトルク変化が短時間に繰り返されると、正確なバックラッシュの開始タイミングが推定できないし、初期速度の推定も誤差が生じて終了の検出も不正確になる。これに関しては、短時間にトルク極性が繰り返されるのはトルク指令が小さい場合と考えられるので、前記図４２を使って説明したように、実施例６や実施例７の方式自体にトルク指令を絞る効果があるので、トルク指令が小さいときには実施例８の推定動作を停止してリミッタ切り替えを動作させなくても問題ない。
【０３２７】
また、バックラッシュの位相には機台ごとのバラツキが存在するので、推定期間のズレが生じてしまう。これに関しては、トルクを絞る期間が短くなってガタ詰めショックが生じるよりも、応答が少し遅れても静かなほうが好ましい。そこで、バックラッシュの開始判定はトルクの零クロス（バックラッシュ開始タイミング検出部２２０の零クロスエッジ検出）より少し早めに検出できるレベルとし、終了判定の位相に関しても基準位相設定部２６１ｐ、２６１ｎの設定値に対してΔθを適当な余裕位相として加えて検出を遅らせるなどの工夫で対応できる。
【０３２８】
実施例７に実施例８の方式を追加適用した場合の特性例が図４３のタイムチャートである。これは、図４２と同じ条件での動作例である。また、バックラッシュ期間の予測動作に関する挙動は図４４のタイムチャートに示してある。
【０３２９】
図４３（Ａ）および図４３（Ｂ）の波形（ｂ）に示す軸ねじれ速度では、実線と破線を重ねて描いたバックラッシュ期間中の速度変動幅が大幅に抑制できていることが確認できる。また、制御出力Ｔmは強制的に小さな値に抑制されており、波形（ｃ）に示されているようにモータ加速トルクＴmAも振動抑制制御の補正量ΔＴcompも小さい値に抑制されている。波形（ｄ）の推定軸トルク＾Ｔdは、バックラッシュ開始時までは実ねじれトルクと同じような波形をしているので零クロス検出による開始タイミングを検出できることが分かる。しかし、その後のバックラッシュ期間中は、＾Ｔd成分は小さくなるように絞られているが、零値付近までは抑制できていないのでトルクリミッタを追加したものである。また、外乱トルクオブザーバの推定トルク＾Ｔobsについては、バックラッシュ以降も脈動が残っているため推定誤差が生じているが、０．１ｓ以内には正常推定値に収束できているので、これ以降なら再度バックラッシュの推定が可能になると考えられる。
【０３３０】
図４４は、バックラッシュ期間を推定する機能の動作であり、波形（ａ）は＾Ｔd入力より推定したねじれ速度を破線で示した。ここでは、開始時にホールドした＾ωｄ_iniの方を実線で描いてある。
【０３３１】
波形（ｂ）にはモータトルク指令を積分して推定したΔωm（Δｔ）（＾Δωd_BL）成分を実線で、これに＾ωｄ_ini（＾ωd_BL）の初期値も加算したものを一点鎖線で描いてある。トルク指令を制限しても、バックラッシュを短時間で終了させる程度の速度が発生できていることが確認できる。
【０３３２】
波形（ｃ）は、トルク推定＾Ｔdより求めた位相＾θｄと、（１８）式を用いて推定した＾ΔθBL成分を実線で示してある。これと比較するθｐとθｎの値を一点鎖線と破線で示してある。
【０３３３】
波形（ｄ）はタイミング信号Ｅ＿ＳｅｔとＳ＿Ｒｓｔ、およびそれらをラッチしたバックラッシュ検出信号Ｓ＿ＢＬを示してある。比較のために最下部に実機プラントモデルから検出したバックラッシュ期間も破線で描いており、ほぼ正確にタイミングが推定できていることが分かる。
【実施例９】
【０３３４】
実施例８では、外乱トルクオブザーバの入出力の差分成分＾Ｔdを用いてすべり位相や速度の推定を行っていたが、この情報源をトルク指令Ｔmに変更したものが実施例９である。具体的には、図３８のスイッチｓｗＢ“＝r”側に設定してＴmを入力し、除算器２１０に通して軸ねじれ位相＾θｄに変換することにより、＾θｄを推定するための情報源をトルク指令Ｔmで代用するものである。
【０３３５】
トルク指令が零付近の動作であるので、振動抑制制御の補償成分が収束していればこの近似が適用できる。
【０３３６】
バックラッシュは軸ねじれトルクが零近辺で生じるので、外乱トルクオブザーバを用いた推定軸トルク＾ＴdとＴmとはほぼ同じ値になっている。そこで、バックラッシュの予測に限定すれば、信号を代用しても差異は少ない。
【０３３７】
それ以外の動作は実施例８と同じ構成であり、図４３と図４４に対応する特性例が、図４５と図４６である。これらは、ほぼ同じ特性となっており、近似しても動作可能であることが確認できている。
【０３３８】
実施例８と実施例９との特性例を比較してみると、方式変更による優劣は少ないようなので、実際には速度検出に含まれるノイズ量などによって選択することになると考えられる。
【０３３９】
実施例６や実施例７の構成を拡張して、実施例８や実施例９の機能を追加すると、バックラッシュの開始時刻と終了時刻を推定でき、さらにバックラッシュ期間中はトルク指令を小さくしてモータの加速量を抑制できる。これにより加速による運動エネルギーが小さくなり、バックラッシュ終了時にギヤの歯が衝突したときのショックを小さくすることができる。
【０３４０】
本方式では、トルク指令が小さい領域や緩やかなトルク変化の場合には、正確にバックラッシュを推定することができない。しかし、実施例６や実施例７の外乱トルクオブザーバを利用した振動抑制制御自体に、バックラッシュ期間中にモータが急加速した場合には、出力トルク指令を低減する機能が存在している。したがって、実施例８と実施例９は全領域で動作させる必要は無く、バックラッシュ期間が推定しやすい大きなトルク指令の変化率の場合のみ動作させるだけでよい。
【０３４１】
つまり、実施例６や実施例７と実施例８や実施例９を組み合わせることにより、広範囲なバックラッシュに起因する「ガタ詰めショック」を抑制することができる。
【符号の説明】
【０３４２】
１０、１１、１３、１５、１７、１９、２７、２９、３２、４１、４２、４４、５１、１０４、１３３、１３６、１４２、１４４、１５２、１６３、２３２…減算器
１２…Ｇm（ｓ）ブロック
１４…Ｇd（ｓ）ブロック
１６…Ｇw（ｓ）ブロック
１８…Ｋtブロック
２０…ＧM（ｓ）ブロック
２１…Ｄsブロック
２２…１／ＴＪwM・ｓブロック
２３、８３、１０８、２４１…加算器
２５、２６、２１０、２３３…除算器
２８、５２、８７…積分器
３１…微分器
４３…ゲイン乗算器
６１、６２…遅延部
６５，１０３、１２４、１２６、１３２、１３５、１４１、１４３、１６１、２０２、２０３、２３１…遅延器
６６、６７…移動平均演算部
７０、９１、９２、９３…低域通過フィルタ
８０…信号選択重み制御部
８１、８２、８５、９５…乗算器
８６…位相非線形関数器
８８…Ｋdブロック
１００…前置フィルタ部
１０１、１０２…トルクリミッタ
１１０…プラント
１２０…外乱トルクオブザーバ
１２２、１２８、２４１、２５３…積算部
１３０…ＲＤ変換器
１４０、１４１…速度演算部
１５０…振動抑制制御フィルタ
２００…バックラッシュ期間検出部
２２０…バックラッシュ開始タイミング検出部
２２１、２６２…論理和回路
２３０…ねじれ速度推定部
２４０…変化速度推定部
２５０…ねじれ変位推定部
２６０…バックラッシュ終了検出部
２６１ｐ、２６１ｎ…基準位相設定部
ｓｗＡ，ｓｗＢ，ｓｗ２ｆ，ｓｗ２ｒ，ｓｗ３，ｓｗ４…スイッチ
ｓｈ１，ｓｈ２ｆ，ｓｈ２ｒ…ラッチ回路
ｃｍｐｆ，ｃｍｐｒ…比較器
ｓｒ１…フリップフロップ
【要約】      （修正有）【課題】モータの速度情報を利用して、共振による振動を抑制して車両の乗り心地を改善することができる車両システムの振動抑制制御装置を提供する。【解決手段】車両へのトルク入力とモータ回転速度の伝達特性モデルを、モータ慣性モーメントの積分項と、フィルタ特性の二次式との積の伝達関数に近似した近似モデルを有し、前記近似モデルを利用し、モータ回転速度の速度検出成分ωmを微分することにより、モータ加速トルク成分ＴmA*を求め、モータ加速トルク成分ＴmA*にバンドパスフィルタＦcomp（ｓ）を通した補償トルク成分ＴFcompを、入力トルク指令Ｔrefから減算するフィードバック制御構成を備えた。【選択図】図４【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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