JP6540716B2

JP6540716B2 - 車両の制御装置および車両の制御方法

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Publication number: JP6540716B2
Application number: JP2016571531A
Authority: JP
Inventors: 弘征小松; 伊藤　健; 健伊藤; 中島　孝; 孝中島; 雄史勝又; 澤田　彰; 彰澤田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2015-01-26
Filing date: 2015-01-26
Publication date: 2019-07-10
Anticipated expiration: 2035-01-26
Also published as: US20180015925A1; CN107206983A; MX361856B; MX2017009614A; WO2016120980A1; KR101919725B1; KR20170101308A; CA2975064C; EP3251906B1; BR112017015719A2; EP3251906A4; US9956960B2; CA2975064A1; JPWO2016120980A1; RU2657480C1; EP3251906A1; CN107206983B; BR112017015719B1

Description

本発明は、車両の制御装置および車両の制御方法に関する。

従来、電動機の回生制動力を任意に設定し得る設定手段を設け、設定手段によって設定された回生制動力で電動機の回生を行う電気自動車用回生ブレーキ制御装置が知られている（ＪＰ８−７９９０７Ａ参照）。

しかしながら、設定手段によって設定された回生制動力が大きい場合には、設定された回生制動力で電気自動車が減速して速度が０になったときに、車体の前後方向に振動が発生するという問題が生じる。

本発明は、車両を停止させる際に、車体の前後方向に振動が発生するのを抑制する技術を提供することを目的とする。

本発明の一態様における車両の制御装置は、摩擦制動力を発生させて車両を減速させる装置であって、車両の走行速度に比例する速度パラメータを検出する速度パラメータ検出手段と、アクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、車両に作用する外乱トルクを推定する外乱トルク推定手段と、電気的に摩擦制動量を調整可能な摩擦制動量調整手段と、車両状態に基づいて、第１のトルク目標値を算出する第１のトルク目標値算出手段と、速度パラメータの低下とともに外乱トルクに漸近的に収束する第２のトルク目標値を算出する第２のトルク目標値算出手段と、第１のトルク目標値と第２のトルク目標値の大きさを比較することによって、車両が停車間際であるか否かを判定する停車間際判定手段と、を備える。車両の制御装置はさらに、車両が停車間際ではないと判定されると、第１のトルク目標値に基づいて摩擦制動量を決定し、アクセル操作量が所定値以下であり、かつ、車両が停車間際であると判定されると、第２のトルク目標値に基づいて速度パラメータの低下とともに摩擦制動量を外乱トルクに漸近的に収束させる制御手段を備える。

本発明の実施形態については、添付された図面とともに以下に詳細に説明される。

図１は、一実施形態における車両の制御装置を備えた電気自動車の主要構成を示すブロック図である。図２は、モータコントローラによって行われるモータ電流制御の処理の流れを示すフローチャートである。図３は、アクセル開度−トルクテーブルの一例を示す図である。図４は、車両の駆動力伝達系をモデル化した図である。図５は、停止制御処理を実現するためのブロック図である。図６は、モータ回転速度ωｍに基づいて、モータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωを算出する方法を説明するための図である。図７は、モータ回転速度ωｍと、モータトルク指令値Ｔｍ^*と、摩擦制動量指令値Ｔｂ^*とに基づいて、外乱トルク推定値Ｔｄを算出する方法を説明するためのブロック図である。図８Ａは、登坂路において、一実施形態における車両の制御装置によって停止制御処理を行った場合の制御結果を示す図である。図８Ｂは、平坦路において、一実施形態における車両の制御装置によって停止制御処理を行った場合の制御結果を示す図である。図８Ｃは、降坂路において、一実施形態における車両の制御装置によって停止制御処理を行った場合の制御結果を示す図である。

以下では、本発明による車両の制御装置を電気自動車に適用した例について説明する。

図１は、一実施形態における車両の制御装置を備えた電気自動車の主要構成を示すブロック図である。特に、本実施形態における車両の制御装置は、アクセルペダルの操作のみで車両の加減速や停止を制御することができる車両に適用することができる。この車両では、ドライバは、加速時にアクセルペダルを踏み込み、減速時や停止時には、踏み込んでいるアクセルペダルの踏み込み量を減らすか、または、アクセルペダルの踏み込み量をゼロとする。なお、登坂路においては、車両の後退を防ぐためにアクセルペダルを踏み込みつつ停止状態に近づく場合もある。ドライバのアクセルペダル操作により車両が停止状態に近づくと、後述するブレーキコントローラが摩擦ブレーキを作動させて、車両を減速または停止させる。すなわち、本実施形態における車両の制御装置は、ドライバのブレーキペダル操作とは関係なく、摩擦ブレーキの制動量を電気的に調整することができる。

モータコントローラ２は、車速Ｖ、アクセル開度ＡＰ、モータ（三相交流モータ）４の回転子位相α、モータ４の電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ等の車両状態を示す信号をデジタル信号として入力し、入力された信号に基づいて、モータ４を制御するためのＰＷＭ信号を生成する。また、モータコントローラ２は、生成したＰＷＭ信号に応じてインバータ３の駆動信号を生成する。モータコントローラ２はさらに、後述する方法により、摩擦制動量指令値を生成する。

インバータ３は、例えば、各相ごとに２個のスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳ−ＦＥＴ等のパワー半導体素子）を備え、駆動信号に応じてスイッチング素子をオン／オフすることにより、バッテリ１から供給される直流の電流を交流に変換し、モータ４に所望の電流を流す。

モータ４は、インバータ３から供給される交流電流により駆動力を発生し、減速機５およびドライブシャフト８を介して、左右の駆動輪９ａ、９ｂに駆動力を伝達する。また、モータ４は、車両の走行時に駆動輪９ａ、９ｂに連れ回されて回転するときに、回生駆動力を発生させることで、車両の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。この場合、インバータ３は、モータ４の回生運転時に発生する交流電流を直流電流に変換して、バッテリ１に供給する。

電流センサ７は、モータ４に流れる３相交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを検出する。ただし、３相交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの和は０であるため、任意の２相の電流を検出して、残りの１相の電流は演算により求めてもよい。

回転センサ６は、例えば、レゾルバやエンコーダであり、モータ４の回転子位相αを検出する。

液圧センサ１０は、ブレーキ液圧を検出する。

ブレーキコントローラ１１は、モータコントローラ２で生成された摩擦制動量指令値に応じたブレーキ液圧を発生させる。ブレーキコントローラ１１はまた、液圧センサ１０により検出されるブレーキ液圧が摩擦制動量指令値に応じて決まる値に追従するようにフィードバック制御を行う。

摩擦ブレーキ１２は、左右の駆動輪９ａ、９ｂに設けられ、ブレーキ液圧に応じてブレーキパッドをブレーキロータに押しつけて、車両に制動力を発生させる。

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

ステップＳ２０１では、車両状態を示す信号を入力する。ここでは、車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）、アクセル開度ＡＰ（％）、モータ４の回転子位相α（ｒａｄ）、モータ４の回転速度Ｎｍ（ｒｐｍ）、モータ４に流れる三相交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ、バッテリ１とインバータ３間の直流電圧値Ｖｄｃ（Ｖ）、ブレーキ液圧を入力する。

車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）は、図示しない車速センサや、他のコントローラより通信にて取得する。または、回転子機械角速度ωｍにタイヤ動半径Ｒを乗算し、ファイナルギアのギア比で除算することにより車速ｖ（ｍ／ｓ）を求め、３６００／１０００を乗算することにより単位変換して、車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）を求める。

アクセル開度ＡＰ（％）は、図示しないアクセル開度センサから取得するか、図示しない車両コントローラ等の他のコントローラから通信にて取得する。

モータ４の回転子位相α（ｒａｄ）は、回転センサ６から取得する。モータ４の回転速度Ｎｍ（ｒｐｍ）は、回転子角速度ω（電気角）をモータ４の極対数ｐで除算して、モータ４の機械的な角速度であるモータ回転速度ωｍ（ｒａｄ／ｓ）を求め、求めたモータ回転速度ωｍに６０／（２π）を乗算することによって求める。回転子角速度ωは、回転子位相αを微分することによって求める。

モータ４に流れる電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ（Ａ）は、電流センサ７から取得する。

直流電圧値Ｖｄｃ（Ｖ）は、バッテリ１とインバータ３間の直流電源ラインに設けられた電圧センサ（不図示）、または、バッテリコントローラ（不図示）から送信される電源電圧値から求める。

ブレーキ液圧は、液圧センサ１０によって検出される。

ステップＳ２０２では、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*を設定する。具体的には、ステップＳ２０１で入力されたアクセル開度ＡＰおよびモータ回転速度ωｍに基づいて、図３に示すアクセル開度−トルクテーブルを参照することにより、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*を設定する。ただし、アクセル開度−トルクテーブルは、図３に示すものに限定されることはない。

ステップＳ２０３では、電動車両が停止するように制御する停止制御処理を行う。具体的には、電動車両の停車間際を判断し、停車間際以前は、ステップＳ２０２で算出した第１のトルク目標値Ｔｍ１^*を第３のトルク目標値Ｔｍ３^*に設定し、停車間際以降は、モータ回転速度の低下とともに、後述する外乱トルク推定値Ｔｄに収束する第２のトルク目標値Ｔｍ２^*を第３のトルク目標値Ｔｍ３^*に設定する。そして、第３のトルク目標値Ｔｍ３^*に基づいて、モータトルク指令値Ｔｍ^*と摩擦制動量指令値Ｔｂ^*を算出する。ブレーキコントローラ１１は、摩擦制動量指令値Ｔｂ^*に応じたブレーキ液圧を発生させることによって摩擦ブレーキ１２を作動させて、車両を減速または停止させる。停止制御処理の詳細については、後述する。

ステップＳ２０４では、ステップＳ２０３で算出したモータトルク指令値Ｔｍ^*、モータ回転速度ωｍおよび直流電圧値Ｖｄｃに基づいて、ｄ軸電流目標値ｉｄ^*、ｑ軸電流目標値ｉｑ^*を求める。例えば、モータトルク指令値、モータ回転速度、および直流電圧値と、ｄ軸電流目標値およびｑ軸電流目標値との関係を定めたテーブルを予め用意しておいて、このテーブルを参照することにより、ｄ軸電流目標値ｉｄ^*、ｑ軸電流目標値ｉｑ^*を求める。

ステップＳ２０５では、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑをそれぞれ、ステップＳ２０４で求めたｄ軸電流目標値ｉｄ^*およびｑ軸電流目標値ｉｑ^*と一致させるための電流制御を行う。このため、まず初めに、ステップＳ２０１で入力された三相交流電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗと、モータ４の回転子位相αとに基づいて、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑを求める。続いて、ｄ軸、ｑ軸電流指令値ｉｄ^*、ｉｑ^*と、ｄ軸、ｑ軸電流ｉｄ、ｉｑとの偏差から、ｄ軸、ｑ軸電圧指令値ｖｄ、ｖｑを算出する。なお、算出したｄ軸、ｑ軸電圧指令値ｖｄ、ｖｑに対して、ｄ−ｑ直交座標軸間の干渉電圧を相殺するために必要な非干渉電圧を加算するようにしてもよい。

次に、ｄ軸、ｑ軸電圧指令値ｖｄ、ｖｑと、モータ４の回転子位相αから、三相交流電圧指令値ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを求める。そして、求めた三相交流電圧指令値ｖｕ、ｖｖ、ｖｗと直流電圧値Ｖｄｃから、ＰＷＭ信号ｔｕ（％）、ｔｖ（％）、ｔｗ（％）を求める。このようにして求めたＰＷＭ信号ｔｕ、ｔｖ、ｔｗにより、インバータ３のスイッチング素子を開閉することによって、モータ４をモータトルク指令値Ｔｍ^*で指示された所望のトルクで駆動することができる。

ここで、ステップＳ２０３で行われる停止制御処理について説明する前に、本実施形態における車両の制御装置において、モータトルクＴｍからモータ回転速度ωｍまでの伝達特性Ｇｐ（ｓ）と、摩擦制動量Ｔｂからモータ回転速度ωｍまでの伝達特性Ｇｂ（ｓ）について説明する。

図４は、車両の駆動力伝達系をモデル化した図であり、同図における各パラメータは、以下に示すとおりである。
Ｊ_m：電動モータのイナーシャ
Ｊ_w：駆動輪のイナーシャ
Ｍ：車両の重量
Ｋ_d：駆動系の捻り剛性
Ｋ_t：タイヤと路面の摩擦に関する係数
Ｎ：オーバーオールギヤ比
ｒ：タイヤの荷重半径
ω_m：電動モータの角速度
Ｔ_m：トルク目標値Ｔｍ^*
Ｔ_d：駆動輪のトルク
Ｆ：車両に加えられる力
Ｖ：車両の速度
ω_w：駆動輪の角速度
Ｔ_b：摩擦制動量（モータ軸換算トルク）
そして、図４より、以下の運動方程式を導くことができる。ただし、式（１）〜（３）中の符号の右上に付されているアスタリスク（^*）は、時間微分を表している。また、ω_w＞０の場合にＴ_b＞０、ω_w＜０の場合にＴ_b＜０、ω_w＝０の場合にＴ_b＝０とする。

式（１）〜（５）で示す運動方程式に基づいて、モータ４のトルク目標値Ｔｍからモータ回転速度ωｍまでの伝達特性Ｇｐ（ｓ）、および、摩擦制動量Ｔｂからモータ回転速度ωｍまでの伝達特性Ｇｂ（ｓ）を求めると、それぞれ次式（６）、（７）で表される。

ただし、式（６）、（７）中の各パラメータは、次式（８）で表される。

式（６）に示す伝達関数の極と零点を調べると、次式（９）の伝達関数に近似することができ、１つの極と１つの零点は極めて近い値を示す。これは、次式（９）のαとβが極めて近い値を示すことに相当する。

従って、式（９）における極零相殺（α＝βと近似する）を行うことにより、次式（１０）に示すように、Ｇｐ（ｓ）は、（２次）／（３次）の伝達特性を構成する。

次に、図２のフローチャートのステップＳ２０３で行われる停止制御処理の詳細について説明する。

図５は、停止制御処理を実現するためのブロック図である。停止制御処理は、モータ回転速度Ｆ／Ｂトルク設定器５０１、外乱トルク推定器５０２、加算器５０３、トルク比較器５０４、および、指令値算出器５０５によって行われる。

モータ回転速度Ｆ／Ｂトルク設定器５０１は、検出されたモータ回転速度ωｍに基づいて、モータ回転速度フィードバックトルク（以下、モータ回転速度Ｆ／Ｂトルクと呼ぶ）Ｔωを算出する。

図６は、モータ回転速度ωｍに基づいて、モータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωを算出する方法を説明するための図である。モータ回転速度Ｆ／Ｂトルク設定器５０１は、乗算器６０１を備え、モータ回転速度ωｍにゲインＫｖｒｅｆを乗算することにより、モータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωを算出する。ただし、Ｋｖｒｅｆは、電動車両の停止間際に電動車両を停止させるのに必要な負（マイナス）の値であり、例えば、実験データ等により適宜設定される。モータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωは、モータ回転速度ωｍが大きいほど、大きい制動力が得られるトルクとして設定される。

なお、モータ回転速度Ｆ／Ｂトルク設定器５０１は、モータ回転速度ωｍにゲインＫｖｒｅｆを乗算することにより、モータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωを算出するものとして説明したが、モータ回転速度ωｍに対する回生トルクを定めた回生トルクテーブルや、モータ回転速度ωｍの減衰率を予め記憶した減衰率テーブル等を用いて、モータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωを算出してもよい。

図５の外乱トルク推定器５０２は、検出されたモータ回転速度ωｍと、モータトルク指令値Ｔｍ^*と、摩擦制動量指令値Ｔｂ^*とに基づいて、外乱トルク推定値Ｔｄを算出する。モータトルク指令値Ｔｍ^*および摩擦制動量指令値Ｔｂ^*は、後述する指令値算出器５０５によって算出される。

図７は、モータ回転速度ωｍと、モータトルク指令値Ｔｍ^*と、摩擦制動量指令値Ｔｂ^*とに基づいて、外乱トルク推定値Ｔｄを算出する方法を説明するためのブロック図である。外乱トルク推定器５０２は、制御ブロック７０１と、制御ブロック７０２と、制御ブロック７０３と、制御ブロック７０４と、減算器７０５と、減算器７０６とを備える。

制御ブロック７０１は、Ｈ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）なる伝達特性を有するフィルタとしての機能を担っており、モータ回転速度ωｍを入力してフィルタリング処理を行うことにより、第１のモータトルク推定値を算出する。Ｈ（ｓ）は、分母次数と分子次数との差分が、モデルＧｐ（ｓ）（式（１０）参照）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ローパスフィルタである。

制御ブロック７０２は、Ｈ（ｓ）なる伝達特性を有するローパスフィルタとしての機能を担っており、モータトルク指令値Ｔｍ^*を入力してフィルタリング処理を行うことにより、第２のモータトルク推定値を算出する。

制御ブロック７０３は、式（７）に示すＧｂ（ｓ）なる伝達特性を有するフィルタとしての機能を担っており、摩擦制動量指令値Ｔｂ^*を入力してフィルタリング処理を行うことにより、摩擦制動回転速度推定値を算出する。なお、摩擦制動量指令値Ｔｂ^*の代わりに、液圧センサ１０で検出されるブレーキ液圧に基づいて算出される摩擦制動量を用いてもよい。

制御ブロック７０４は、制御ブロック７０１と同じくＨ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）なる伝達特性を有するフィルタとしての機能を担っており、摩擦制動回転速度推定値を入力してフィルタリング処理を行うことにより、摩擦制動量推定値を算出する。

減算器７０５は、第２のモータトルク推定値から摩擦制動量推定値を減算することにより、第３のモータトルク推定値を算出する。

減算器７０６は、第３のモータトルク推定値から第１のモータトルク推定値を減算することにより、外乱トルク推定値Ｔｄを算出する。この外乱トルク推定値Ｔｄは、摩擦制動量を除外した値となっている。

なお、本実施形態では、外乱トルクは、図７に示す通り、外乱オブザーバにより推定するが、車両前後Ｇセンサ等の計測器を使って推定してもよい。

ここで、外乱としては、空気抵抗、乗員数や積載量に起因する車両質量の変動によるモデル化誤差、タイヤの転がり抵抗、路面の勾配抵抗等が考えられるが、停車間際で支配的となる外乱要因は勾配抵抗である。外乱要因は運転条件により異なるが、外乱トルク推定器５０２は、モータトルク指令値Ｔｍ^*と、モータ回転速度ωｍと、車両モデルＧｐ（ｓ）と、摩擦制動量指令値Ｔｂ^*とに基づいて、外乱トルク推定値Ｔｄを算出するので、上述した外乱要因を一括して推定することができる。これにより、いかなる運転条件においても、減速からの滑らかな停車を実現することができる。

図５に戻って説明を続ける。加算器５０３は、モータ回転速度Ｆ／Ｂトルク設定器５０１によって算出されたモータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωと、外乱トルク推定器５０２によって算出された外乱トルク推定値Ｔｄとを加算することによって、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*を算出する。モータ回転速度ωｍが低下して０に近づくと、モータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωも０に近づくため、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*は、モータ回転速度ωｍの低下に応じて、外乱トルク推定値Ｔｄに収束していく。

トルク比較器５０４は、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*と第２のトルク目標値Ｔｍ２^*の大きさを比較し、値が大きい方のトルク目標値を第３のトルク目標値Ｔｍ３^*に設定する。車両の走行中、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*は第１のトルク目標値Ｔｍ１^*よりも小さく、車両が減速して停車間際（車速が所定車速以下）になると、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*よりも大きくなる。従って、トルク比較器５０４は、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*が第２のトルク目標値Ｔｍ２^*より大きければ、停車間際以前と判断して、第３のトルク目標値Ｔｍ３^*を第１のトルク目標値Ｔｍ１^*に設定する。また、トルク比較器５０４は、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*が第１のトルク目標値Ｔｍ１^*より大きくなると、車両が停車間際と判断して、第３のトルク目標値Ｔｍ３^*を第１のトルク目標値Ｔｍ１^*から第２のトルク目標値Ｔｍ２^*に切り替える。

指令値算出部５０５は、トルク比較器５０４から出力される第３のトルク目標値Ｔｍ３^*に基づいて、モータトルク指令値Ｔｍ^*と摩擦制動量指令値Ｔｂ^*を算出する。ここでは、モータ４が回生運転する状況下では、Ｔｍ^*＝０、ω_w＞０の場合にＴｂ^*＝｜Ｔｍ３^*｜、ω_w＝０の場合にＴｂ^*＝０、ω_w＜０の場合にＴｂ^*＝−｜Ｔｍ３^*｜とする。また、モータ４が力行運転する状況下では、Ｔｍ^*＝Ｔｍ３^*、Ｔｂ^*＝０とする。モータ４が力行運転する状況とは、モータ４の駆動力により車両が走行するシーンや、登坂路において車両を停止させるシーンである。

図８Ａ〜図８Ｃは、一実施形態における車両の制御装置によって停止制御処理を行った場合の制御結果を示す図である。図８Ａ〜図８Ｃはそれぞれ、登坂路、平坦路、降坂路で停車する場合の制御結果であり、各図において、上から順にモータ回転速度、モータトルク、摩擦制動量指令値、車両前後加速度を表している。

まず初めに、登坂路で停車する場合の制御結果について、図８Ａを参照しながら説明する。時刻ｔ２より前は、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*が第２のトルク目標値Ｔｍ２^*より大きい停車間際以前である。

停車間際以前である時刻ｔ１では、図２のステップＳ２０２で算出した第１のトルク目標値Ｔｍ１^*が第３のトルク目標値Ｔｍ３^*に設定され、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*（＝第３のトルク目標値Ｔｍ３^*）に基づいて決まる摩擦制動量指令値Ｔｂ^*に応じて減速する。

時刻ｔ２において、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*が第１のトルク目標値Ｔｍ１^*より大きくなって停車間際と判断されることにより、第３のトルク目標値Ｔｍ３^*が第１のトルク目標値Ｔｍ１^*から第２のトルク目標値Ｔｍ２^*に切り替わる。これにより、摩擦制動量指令値Ｔｂ^*も第１のトルク目標値Ｔｍ１^*に基づいて決まる値から、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*に基づいて決まる値に切り替わる。時刻ｔ２以後、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*（＝第３のトルク目標値Ｔｍ３^*）は、モータ回転速度ωｍの低下に応じて、外乱トルク推定値Ｔｄに収束していく。

外乱トルク推定値Ｔｄに収束していく第３のトルク目標値Ｔｍ３^*は、時刻ｔ２からｔ３の間において、負の値から正の値に切り替わる。第３のトルク目標値Ｔｍ３^*が負の値から正の値に切り替わるポイントにて、摩擦制動量指令値Ｔｂ^*は０となり、モータ４の力行運転による減速度調整を開始する。第３のトルク目標値Ｔｍ３^*が負の値から正の値に切り替わるまで０であったモータトルク指令値Ｔｍ^*は、以後、第３のトルク目標値Ｔｍ３^*と一致して、外乱トルク推定値Ｔｄに収束していく。

時刻ｔ５では、モータトルク指令値Ｔｍ^*（＝Ｔｍ３^*＝Ｔｍ２^*）は外乱トルク推定値Ｔｄに収束し、モータ回転速度ωｍは０に漸近的に収束する。これにより、前後方向における加速度振動のない滑らかな停車が実現される。モータトルク指令値Ｔｍ^*が外乱トルク推定値Ｔｄと一致することにより、時刻ｔ５以後、登坂路でも停車状態が保持される。

なお、上述した説明では、第３のトルク目標値Ｔｍ３^*が負の値から正の値に切り替わるポイントにて、摩擦制動量指令値Ｔｂ^*は０となり、モータ４の力行運転による減速度調整を開始するものとして説明したが、モータ４の力行運転を開始せずに、摩擦ブレーキ１２を用いて車両を停止させ、かつ、停止状態を維持するようにしてもよい。また、第３のトルク目標値Ｔｍ３^*が負の値から正の値に切り替わるポイントにて、摩擦制動量指令値Ｔｂ^*は０となり、モータ４の力行運転による減速度調整を開始した場合でも、車速がほぼ０になると、摩擦ブレーキ１２を作動させて停止状態を維持するようにしてもよい。摩擦ブレーキ１２を作動させて停止状態を維持する場合、車速がほぼ０の状態で、摩擦制動量指令値Ｔｂ^*を外乱トルク推定値Ｔｄに基づいて決まる値に設定する。

続いて、平坦路で停車する場合の制御結果について、図８Ｂを参照しながら説明する。平坦路における外乱トルク推定値Ｔｄは０とする。

時刻ｔ２において、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*が第１のトルク目標値Ｔｍ１^*より大きくなって停車間際と判断されることにより、第３のトルク目標値Ｔｍ３^*が第１のトルク目標値Ｔｍ１^*から第２のトルク目標値Ｔｍ２^*に切り替わる。これにより、摩擦制動量指令値Ｔｂ^*も第１のトルク目標値Ｔｍ１^*に基づいて決まる値から、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*に基づいて決まる値に切り替わる。

時刻ｔ２からｔ５にかけて、モータ回転速度ωｍの低下に応じて、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*は漸近的に０（外乱トルク推定値Ｔｄ）に収束する。これにより、第３のトルク目標値Ｔｍ３^*も漸近的に０に収束するので、摩擦制動量指令値Ｔｂ^*も漸近的に０（外乱トルク推定値Ｔｄ）に収束し、モータ回転速度ωｍも漸近的に０に収束する。これにより、前後方向における加速度振動のない滑らかな停車が実現される。時刻ｔ５以後は、停車状態が保持される。

最後に、降坂路で停車する場合の制御結果について、図８Ｃを参照しながら説明する。停車間際以前である時刻ｔ１では、図２のステップＳ２０２で算出した第１のトルク目標値Ｔｍ１^*が第３のトルク目標値Ｔｍ３^*に設定され、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*（＝第３のトルク目標値Ｔｍ３^*）に基づいて決まる摩擦制動量指令値Ｔｂ^*に応じて減速する。

時刻ｔ５では、摩擦制動量指令値Ｔｂ^*は、外乱トルク推定値Ｔｄに基づいて決まる値に収束し、モータ回転速度ωｍは０に漸近的に収束する。これにより、前後方向における加速度振動のない滑らかな停車が実現される。摩擦制動量指令値Ｔｂ^*が外乱トルク推定値Ｔｄに基づいて決まる値に収束することにより、時刻ｔ５以後、摩擦ブレーキ１２によって降坂路でも停車状態が保持される。

以上、一実施の形態における車両の制御装置によれば、摩擦制動力を発生させて車両を減速させる装置であって、車両に作用する外乱トルクを推定し、アクセル操作量が所定値以下であり、かつ、車両が停車間際になると、車両の走行速度に比例するモータ回転速度（速度パラメータ）の低下とともに、摩擦制動量を外乱トルク推定値Ｔｄに基づいて決まる値に収束させる。これにより、平坦路、登坂路、降坂路によらず、前後方向における加速度振動のない滑らかな減速を停車間際で実現することができ、かつ、停車状態を保持することができる。車両の減速または停止を、モータコントローラ２およびブレーキコントローラ１１からの指令により摩擦ブレーキ１２を作動させることによって実現するので、ドライバはアクセルペダルとブレーキペダルの踏み替え操作の必要が無く、ドライバの負担を軽減することができる。

なお、アクセル操作量が所定値以下とは、例えば１５ｋｍ／ｈ以下の速度など、十分に低速で走行しているときのアクセル操作量を意図している。なお、例に挙げた車速は一例であることは言うまでもない。

現在、アクセルペダルの操作のみで車両の加減速や停止を制御することができる車両の研究が進められている。この車両では、ドライバが踏み込んでいるアクセルペダルの踏み込み量を減らすか、または、アクセルペダルの踏み込み量をゼロとすると、モータの回生制動力によって車両を停止させることができる。しかしながら、このような車両では、例えばバッテリが満充電状態の場合など、バッテリのＳＯＣが高い状態ではモータの回生量が制限されるため、そのような場合には、モータの回生制動力を利用して車両を減速や停止させることができなくなる。しかしながら、本実施形態における車両の制御装置によれば、コントローラからの指令により摩擦ブレーキ１２を作動させて車両を減速や停止させることができるので、バッテリ１が高ＳＯＣ状態の場合でも、車両を滑らかに減速・停止させることができる。

また、一実施の形態における車両の制御装置によれば、モータ回転速度ωｍに所定のゲインＫｖｒｅｆを乗算して、モータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωを算出し、算出したモータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωおよび外乱トルク推定値Ｔｄに基づいて、摩擦制動量を決定する。モータ回転速度ωｍに所定のゲインＫｖｒｅｆを乗算することによって算出するモータ回転速度Ｆ／ＢトルクＴωは、モータトルクからモータ回転速度までの動特性に対して粘性（ダンパ）要素として働くため、停車間際においてモータ回転速度ωｍは漸近的に滑らかにゼロに収束する。これにより、前後加速度にショックのない滑らかな停車を実現することができる。

一実施の形態における車両の制御装置では、車両へのトルク入力に対するモータ回転速度の伝達特性のモデルＧｐ（ｓ）と、摩擦制動量とに基づいて、外乱トルクを推定する。モデルＧｐ（ｓ）に基づいて外乱トルクを推定することにより、精度良く外乱トルクを推定することができ、また、摩擦制動量を考慮して外乱トルクを推定するので、車両に作用する摩擦制動量を除いた外乱トルクを推定することができる。

外乱トルク推定器５０２が外乱トルクを推定する際に用いる摩擦制動量として、液圧センサ１０によって検出されるブレーキ液圧に基づいて算出される摩擦制動量を用いることができる。この場合、車両に作用する実際の摩擦制動量を考慮して、摩擦制動量を除いた外乱トルクを精度良く推定することができる。

外乱トルク推定器５０２が外乱トルクを推定する際に用いる摩擦制動量として、摩擦制動量指令値を用いる場合には、液圧センサ１０などのセンサを用いて摩擦制動量を検出する場合に比べて、センサの検出遅れ時間の影響を受けることがない。これにより、摩擦制動量を除いた外乱トルクを精度良く推定することができる。

一実施の形態における車両の制御装置によれば、外乱トルク推定器５０２は、車両へのトルク入力に対するモータ回転速度の伝達特性のモデルＧｐ（ｓ）と、車両への摩擦制動量入力に対するモータ回転速度の伝達特性のモデルＧｂ（ｓ）と、摩擦制動量とに基づいて、外乱トルク推定値Ｔｄを算出する。摩擦制動量指令値からブレーキ液圧までの応答や、ブレーキ液圧からブレーキパッドを介して車輪に制動力が作用するまでの応答を考慮することで、車両モデルと実車の応答との差異を低減することができる。

また、一実施の形態における車両の制御装置によれば、車両情報に基づいて、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*を算出するとともに、モータ回転速度ωｍの低下とともに外乱トルク推定値に収束する第２のトルク目標値Ｔｍ２^*を算出し、第１のトルク目標値と第２のトルク目標値の大きさを比較することによって、車両が停車間際であるか否かを判定する。そして、車両が停車間際ではないと判定されると、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*に基づいて摩擦制動量を決定し、車両が停車間際であると判定されると、第２のトルク目標値Ｔｍ２^*に基づいて摩擦制動量を決定する。これにより、車両の停車間際において、摩擦制動量を第１のトルク目標値Ｔｍ１^*に基づく値から第２のトルク目標値Ｔｍ２^*に基づく値に切り替える際に、段差を発生させることなく切り替えることができる。また、第１のトルク目標値Ｔｍ１^*と第２のトルク目標値Ｔｍ２^*のうちの大きい方の値に基づいて摩擦制動量を決定するので、いかなる勾配においてもトルク段差が発生することなく、滑らかな減速を実現することができる。

さらに、登坂路において、アクセル操作量が所定値以下であり、かつ、車両が停車間際になると、モータ回転速度ωｍの低下とともにモータトルク指令値Ｔｍ^*を外乱トルク推定値Ｔｄに収束させるので、登坂路においても減速からの滑らかな停車を実現することができ、かつ、停車状態を保持することができる。

本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、上述した実施形態では、車両の制御装置を電気自動車に適用した例について説明した。しかし、本発明の車両の制御装置は、電気的に摩擦制動量を調整可能な車両に適用可能であるため、適用先がモータを駆動源とする電動車両に限定されることはない。

また、上述した説明では、アクセル操作量が所定値以下であり、かつ、車両が停車間際になると、モータ回転速度ωｍの低下とともに摩擦制動量を外乱トルク推定値Ｔｄに収束させるものとして説明した。しかし、車輪速や車体速度、ドライブシャフトの回転速度などの速度パラメータは、電動モータ４の回転速度と比例関係にあるため、モータ４の回転速度に比例する速度パラメータの低下とともに摩擦制動量を外乱トルク推定値Ｔｄに収束させるようにしてもよい。

Claims

摩擦制動力を発生させて車両を減速させる車両の制御装置であって、
前記車両の走行速度に比例する速度パラメータを検出する速度パラメータ検出手段と、
アクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、
前記車両に作用する外乱トルクを推定する外乱トルク推定手段と、
電気的に摩擦制動量を調整可能な摩擦制動量調整手段と、
車両状態に基づいて、第１のトルク目標値を算出する第１のトルク目標値算出手段と、
前記速度パラメータの低下とともに前記外乱トルクに漸近的に収束する第２のトルク目標値を算出する第２のトルク目標値算出手段と、
前記第１のトルク目標値と前記第２のトルク目標値の大きさを比較することによって、前記車両が停車間際であるか否かを判定する停車間際判定手段と、
前記車両が停車間際ではないと判定されると、前記第１のトルク目標値に基づいて前記摩擦制動量を決定し、前記アクセル操作量が所定値以下であり、かつ、前記車両が停車間際であると判定されると、前記第２のトルク目標値に基づいて前記速度パラメータの低下とともに前記摩擦制動量を前記外乱トルクに漸近的に収束させる制御手段と、
を備えることを特徴とする車両の制御装置。
請求項１に記載の車両の制御装置において、
前記速度パラメータに所定のゲインを乗算して、速度フィードバックトルクを算出する速度フィードバックトルク算出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記速度フィードバックトルクおよび前記外乱トルクに基づいて、前記摩擦制動量を決定する、
車両の制御装置。
請求項１または請求項２に記載の車両の制御装置において、
前記外乱トルク推定手段は、前記車両へのトルク入力に対する前記速度パラメータの伝達特性のモデルと、摩擦制動量とに基づいて、前記外乱トルクを推定する、
車両の制御装置。
請求項３に記載の車両の制御装置において、
前記摩擦制動量と関連する摩擦制動量関連値を検出する検出手段をさらに備え、
前記外乱トルク推定手段が前記外乱トルクを推定する際に用いる前記摩擦制動量は、前記検出手段によって検出される摩擦制動量関連値に基づいて算出される、
車両の制御装置。
請求項３に記載の車両の制御装置において、
前記外乱トルク推定手段が前記外乱トルクを推定する際に用いる前記摩擦制動量は、摩擦制動量指令値である、
車両の制御装置。
請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の車両の制御装置において、
前記外乱トルク推定手段は、前記車両へのトルク入力に対する前記速度パラメータの伝達特性のモデルと、前記車両への摩擦制動量入力に対する前記速度パラメータの伝達特性のモデルと、前記摩擦制動量とに基づいて、前記外乱トルクを推定する、
車両の制御装置。
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の車両の制御装置において、
前記速度パラメータは、原動機の回転速度である、
車両の制御装置。
請求項７に記載の車両の制御装置において、
登坂路において前記アクセル操作量が所定値以下であり、かつ、前記車両が停車間際になると、前記原動機の回転速度の低下とともに前記原動機のトルクを前記外乱トルクに収束させる原動機トルク調整手段をさらに備える、
車両の制御装置。
摩擦制動力を発生させて車両を減速させる制動力発生手段と、前記車両の状態を検出する状態検出手段と、前記状態検出手段の検出結果に基づいて前記制動力発生手段の制御を行う制御手段とを有する車両の制御方法であって、
前記制御手段は、
前記車両の走行速度に比例する速度パラメータを検出するステップと、
アクセル操作量を検出するステップと、
前記車両に作用する外乱トルクを推定するステップと、
車両状態に基づいて、第１のトルク目標値を算出する第１のトルク目標値算出ステップと、
前記速度パラメータの低下とともに前記外乱トルクに漸近的に収束する第２のトルク目標値を算出する第２のトルク目標値算出ステップと、
前記第１のトルク目標値と前記第２のトルク目標値の大きさを比較することによって、前記車両が停車間際であるか否かを判定する停車間際判定ステップと、
前記車両が停車間際ではないと判定されると、前記第１のトルク目標値に基づいて摩擦制動量を決定し、前記アクセル操作量が所定値以下であり、かつ、前記車両が停車間際であると判定されると、前記第２のトルク目標値に基づいて前記速度パラメータの低下とともに前記摩擦制動量を前記外乱トルクに漸近的に収束させるステップと、
を備えることを特徴とする車両の制御方法。