電気自動車用途のPMSMに対する新しい適応型ニューラルファジーおよび適応比例共振制御スキーム

静かで滑らかな電動ライド

電気自動車は既にガソリン車よりもクリーンですが、モータの制御方法には改善の余地があります。アクセルを踏んだときの急なガクつき、モータからのかすかなビリビリ音、無駄なエネルギー消費はいずれも、道路や交通状況の変化に対してモータがどれだけ速く滑らかに応答できるかに起因します。本稿では、人工知能と特定の信号整形を組み合わせた内部からの新しい“駆動”方法を探り、電気自動車の加速をより滑らかにし、エネルギーの無駄を減らし、実際の撹乱に強くする手法を扱います。

実走行でモータ制御が重要な理由

現代の電気自動車は、コンパクトで効率的かつ発進時から高いトルクを発揮するため永久磁石モータを採用することが多いです。しかし市街地走行は複雑です：信号で停止・発進を繰り返し、渋滞を抜け、坂や変動する負荷に直面します。こうした状況では、モータの回転速度が要求に対してオーバーシュートや遅れを起こしたり、シャフトのねじりトルクにリップルが生じたりします。そのリップルは振動や騒音、歯車や軸受への余分な負担として現れます。固定的な調整値に頼る従来の制御回路は限られた条件下でしかうまく機能せず、路面や温度、車両の荷重が変化すると性能が低下することがあります。

学習とルールを融合したより良い速度制御

著者らは通常の外側速度制御ブロックを適応型ニューラルファジィシステムに置き換えています。これはファジィ論理のif–thenルールとニューラルネットワークの学習能力を組み合わせた制御器です。工場で一度手動調整される代わりに、この制御器は例示データからモータ速度が指令や撹乱にどう応答するかを学習します。生の速度偏差（目標速度に対する実際の速度のずれ）とその変化率を重なり合う“意見”の集合に変換し、それらをブレンドして精密な補正を生成します。訓練と試験の結果、この学習型制御器はオーバーシュートやアンダーシュートを低減し、目標速度到達時間を短縮し、非線形性や変動がある条件でも安定した挙動を素早く見つけることが示されました。

低騒音で安定した動作のための電流整形

外側ループがモータの回転速度を決める一方、内側ループは各瞬間にコイルに流す電流の大きさを決定します。本研究では、適応比例共振（PR）制御器を導入しています。この制御器は誤差の大きさにだけ反応するのではなく、望ましくないリップルが最も影響を及ぼすモータの主要な交流周波数の電流に特に注意を払うよう調整されます。いくつかの重要な調整値を慎重に選ぶことで、その基本周波数に対して非常に高い補正能力を発揮しつつ、他の周波数帯での不安定化を避けます。その結果、電流波形はほぼ理想的な正弦波に近づき、トルクリップルや可聴のうなりとして現れる鋭い振動が大幅に減少します。

新戦略の検証

チームは、外側ループにニューラルファジィ速度制御、内側ループに共振電流制御を組み合わせた二段構成を、詳細なコンピュータシミュレーションと実車駆動系を模したハードウェアインザループ実験で評価しました。比較対象は、従来の比例–積分（PI）制御器、その内側ループに共振制御を組み合わせた方式、モデル予測制御アプローチの3方式です。静止からの立ち上がり、負荷下での定常走行、一定負荷での急速な速度変化、一定速度での急激な負荷変動といった多様なシナリオで、新方式は一貫して目標速度への到達が速く、ピークや谷が小さくなりました。また、モータの抵抗やインダクタンスを加熱や過酷な環境を模して人工的に変化させても、より滑らかなトルクとよりクリーンな電流を生み出しました。

今後の電気自動車への含意

平たく言えば、このハイブリッド制御戦略は、固定化されたレシピを機械的に追従するのではなく、電動機に考え適応する能力を与えます。速度レベルでの撹乱拒否を学習し、モータ内部の電流波形を整えることで、振動、騒音、エネルギー損失を削減します。運転者にとっては、より滑らかな加速、安定した巡航、経年劣化や気象変化に強い駆動系を意味します。一部で動作周波数を固定と仮定する点は残るものの、知能化と周波数を意識した制御をモータ駆動に導入することは、より洗練され耐久性と効率に優れた電気自動車への重要な一歩になり得ると示唆されます。

引用: Sangeetha, E., Ramachandran, V.P. A novel adaptive neuro-fuzzy and adaptive proportional resonant control scheme for PMSM based electric vehicle applications. Sci Rep 16, 8023 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35363-2

キーワード: 電気自動車用モータ, ニューロファジィ制御, 永久磁石同期モータ, トルクリップル低減, 先進モータ駆動