CN114056121B - 电动汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能不会感受到MT车辆所特有的辛苦地享受像MT车辆那样的驾驶感觉的电动汽车。该电动汽车使用模拟了具有内燃机和手动变速器的MT车辆的MT车辆模型(530)来运算马达转矩。在第一操作模式下，仿真离合器踏板的操作量和仿真换挡装置的换挡位置被用于MT车辆模型(530)的输入，仿真离合器踏板的操作和仿真换挡装置的操作被反映至电动马达的控制。在不需要仿真离合器踏板的操作的第二操作模式下，代替仿真离合器踏板的操作量，由驾驶员模型(550)算出的离合器踏板的操作量被用于MT车辆模型(530)的输入。

Description

电动汽车
技术领域
本发明涉及将电动马达用作行驶用的动力装置的电动汽车。
背景技术
在电动汽车(EV：Electric Vehicle)中被用作行驶用的动力装置的电动马达与在传统车辆(CV：Conventional Vehicle)中被用作行驶用的动力装置的内燃机相比，转矩特性大为不同。由于动力装置的转矩特性的差异，CV必须有变速器，而一般而言EV不具备变速器。当然，EV不具备通过驾驶员的手动操作来切换变速比的手动变速器(MT：ManualTransmission)。因此，在带MT的传统车辆(以下，称为MT车辆)的驾驶和EV的驾驶中，驾驶感觉存在很大的差异。
另一方面，电动马达能通过控制所施加的电压、磁场来比较容易地控制转矩。因此，在电动马达中，通过实施适当的控制，能在电动马达的动作范围内获得所希望的转矩特性。此前，有效利用该特征，至今为止提出了控制EV的转矩以模拟MT车辆特有的转矩特性的技术。
在专利文献1中，公开了一种在通过驱动马达向车轮传递转矩的车辆中展现仿真的换挡的技术。在该车辆中，在由车速、加速器开度、加速器打开速度或制动器踩踏量规定的规定的契机，进行使驱动马达的转矩减少设定变动量之后，以规定时间使转矩再次增加的转矩变动控制。由此，给习惯了具备有级变速器的车辆的驾驶员带来的违和感得到抑制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2018－166386号公报
然而，在上述的技术中，无法通过驾驶员自身的操作来自主地决定模拟了变速动作的转矩变动控制的定时。特别是，对于习惯了MT车辆的驾驶的驾驶员来说，不经由由驾驶员自身进行的手动变速动作的仿真的变速动作恐怕会给追求操纵MT的乐趣的驾驶员的驾驶感觉带来违和感。
考虑到这样的情形，本申请的发明者们为了能在EV中获得MT车辆的驾驶感觉而研究了在EV中设置仿真换挡装置和仿真离合器踏板。当然，并不是简单地将这些仿真装置装配于EV。本申请的发明者们为了能以通过仿真换挡装置和仿真离合器踏板的操作来获得与MT车辆的转矩特性同样的转矩特性的方式控制电动马达而进行了研究。
不过，MT车辆的驾驶伴有特有的辛苦也是事实。特别是，对于习惯了具有自动变速器(AT：Automatic Transmission)的AT车辆的驾驶的当今的驾驶员来说，离合器踏板的操作有时是既麻烦又困难的操作。例如，倒车时的离合器操作、坡道起步的离合器操作、急转弯的离合器操作、拥堵时的离合器操作、道口处的离合器操作、进车库的离合器操作、沙石路上的离合器操作等可以说是特别辛苦的操作。这是在EV中再现MT车辆的驾驶感觉的情况下也同样可能发生的问题。如果只是将在MT车辆中所需的操作保持原样地应用于EV，则就连MT车辆所特有的辛苦也会被再现，驾驶员恐怕会变得无法享受像MT车辆那样的驾驶感觉。
发明内容
本发明是鉴于上述的问题而完成的，其目的在于提供一种能不会感受到MT车辆所特有的辛苦地享受像MT车辆那样的驾驶感觉的电动汽车。
本发明的电动汽车是一种将电动马达用作行驶用的动力装置的电动汽车，具备加速用踏板、仿真离合器踏板、仿真换挡装置、操作模式切换装置以及控制装置。操作模式切换装置是在第一操作模式与第二操作模式之间切换操作模式的装置。第一操作模式是使仿真离合器踏板的操作和仿真换挡装置的操作反映至电动马达的控制的操作模式。第二操作模式是在电动马达的控制中不需要仿真离合器踏板的操作的操作模式。控制装置是按照由操作模式切换装置选择出的操作模式来控制电动马达所输出的马达转矩的装置。
控制装置具备存储器和处理器。存储器存储MT车辆模型和第一驾驶员模型。MT车辆模型是模拟了MT车辆中的驱动轮转矩的转矩特性的模型。在此所说的MT车辆是指具有通过油门踏板的操作来控制转矩的内燃机和通过离合器踏板的操作和换挡装置的操作来切换挡位的手动变速器的车辆。第一驾驶员模型是模拟了模范驾驶员驾驶MT车辆的情况下的由模范驾驶员进行的离合器踏板的操作的模型。
处理器在选择了第一操作模式的情况下执行以下的第一处理至第五处理。第一处理是接受加速用踏板的操作量来作为对MT车辆模型进行的油门踏板的操作量的输入的处理。第二处理是接受仿真离合器踏板的操作量来作为对MT车辆模型进行的离合器踏板的操作量的输入的处理。第三处理是接受仿真换挡装置的换挡位置来作为对MT车辆模型进行的换挡装置的换挡位置的输入的处理。第四处理是使用MT车辆模型来计算由油门踏板的操作量、离合器踏板的操作量以及换挡装置的换挡位置确定的驱动轮转矩的处理。并且，第五处理是运算用于向电动汽车的驱动轮提供驱动轮转矩的马达转矩的处理。
处理器在选择了第二操作模式的情况下执行以下的第六处理至第十二处理。第六处理是使仿真离合器踏板的操作无效的处理。第七处理是使用第一驾驶员模型来计算离合器踏板的操作量的处理。第八处理是接受加速用踏板的操作量来作为对MT车辆模型进行的油门踏板的操作量的输入的处理。第九处理是接受由第一驾驶员模型算出的离合器踏板的操作量来作为对MT车辆模型进行的离合器踏板的操作量的输入的处理。第十处理是接受仿真换挡装置的换挡位置来作为对MT车辆模型进行的换挡装置的换挡位置的输入的处理。第十一处理是使用MT车辆模型来计算由油门踏板的操作量、离合器踏板的操作量以及换挡装置的换挡位置确定的驱动轮转矩的处理。并且，第十二处理是运算用于向电动汽车的驱动轮提供驱动轮转矩的马达转矩的处理。
根据本发明的电动汽车，在选择了第一操作模式的情况下，仿真离合器踏板的操作和仿真换挡装置的操作被反映至使用MT车辆模型的马达转矩的计算，因此驾驶员能像MT车辆那样享受离合器操作和换挡操作。在操作模式被切换为第二操作模式的情况下，通过第一驾驶员模型来算出离合器踏板的操作量，因此，不需要仿真离合器踏板的操作，驾驶员不用感受MT车辆所特有的辛苦。由此，驾驶员能不会感受到MT车辆所特有的辛苦地在电动汽车中享受像MT车辆那样的驾驶感觉。
在本发明的电动汽车中，也可以是，操作模式切换装置除了具有第一操作模式和第二操作模式来作为操作模式之外还具有第三操作模式来作为操作模式。第三操作模式是在电动马达的控制中不需要仿真换挡装置的操作和仿真离合器踏板的操作的操作模式。此外，也可以是，存储器除了存储MT车辆模型和第一驾驶员模型之外还存储第二驾驶员模型。第二驾驶员模型是模拟了模范驾驶员驾驶MT车辆的情况下的由模范驾驶员进行的离合器踏板的操作和换挡装置的操作的模型。
也可以是，在选择了上述的第三操作模式的情况下，处理器执行以下的第十三处理至第十九处理。第十三处理是使仿真离合器踏板的操作和仿真换挡装置的操作无效的处理。第十四处理是使用第二驾驶员模型来计算离合器踏板的操作量和换挡装置的换挡位置的处理。第十五处理是接受加速用踏板的操作量来作为对MT车辆模型进行的油门踏板的操作量的输入的处理。第十六处理是接受由第二驾驶员模型算出的离合器踏板的操作量来作为对MT车辆模型进行的离合器踏板的操作量的输入的处理。第十七处理是接受由第二驾驶员模型算出的换挡装置的换挡位置来作为对MT车辆模型进行的换挡装置的换挡位置的输入的处理。第十八处理是使用MT车辆模型来计算由油门踏板的操作量、离合器踏板的操作量以及换挡装置的换挡位置确定的驱动轮转矩的处理。并且，第十九处理是运算用于向电动汽车的驱动轮提供驱动轮转矩的马达转矩的处理。
在操作模式被切换为第三操作模式的情况下，通过第二驾驶员模型来算出离合器踏板的操作量和换挡装置的换挡位置，因此，不需要仿真离合器踏板的操作和仿真换挡装置的操作。由此，驾驶员不仅从离合器操作中解放出来，而且还从换挡操作中解放出来，不用感受MT车辆所特有的辛苦。
也可以是，操作模式切换装置被配置为按照驾驶员的选择来切换操作模式。此外，也可以是，操作模式切换装置被配置为按照预先确定的规则来根据驾驶场景自动地切换操作模式。而且，也可以是，操作模式切换装置被配置为：学习由驾驶员进行的操作模式的选择与驾驶员切换操作模式时的驾驶场景的关系，并按照学习到的关系来根据驾驶场景自动地切换操作模式。
发明效果
如上所述，根据本发明，能提供一种能不会感受到MT车辆所特有的辛苦地享受像MT车辆那样的驾驶感觉的电动汽车。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的实施方式的电动汽车的动力系统的构成的图。
图2是示意性地表示本发明的实施方式的电动汽车的信息收集系统的构成的图。
图3是表示图1和图2所示的电动汽车的控制系统的构成的框图。
图4是表示图1和图2所示的电动汽车的控制装置的功能的框图。
图5是表示图4所示的控制装置所具备的MT车辆模型的一个例子的框图。
图6是表示构成图5所示的MT车辆模型的发动机模型的一个例子的图。
图7是表示构成图5所示的MT车辆模型的离合器模型的一个例子的图。
图8是表示构成图5所示的MT车辆模型的MT模型的一个例子的图。
图9是将通过使用MT车辆模型的马达控制实现的电动马达的转矩特性与通过作为EV的通常的马达控制实现的电动马达的转矩特性进行比较而示出的图。
图10是表示图4所示的控制装置所具备的操作模式切换部的功能的一个例子的图。
图11是表示图4所示的控制装置所具备的驾驶员模型的离合器操作代行模式下的功能的图。
图12是表示图4所示的控制装置所具备的驾驶员模型的换挡/离合器操作代行模式下的功能的图。
附图标记说明
2：电动马达；8：驱动轮；10：电动汽车；16：逆变器；26：仿真换挡杆(仿真换挡装置)；28：仿真离合器踏板；30：车轮速度传感器；40：转速传感器；42：HMI单元；44：仿真发动机转速表；50：控制装置；60：摄像机(外部传感器)；62：雷达(外部传感器)；64：LIDAR(外部传感器)；66：导航装置；500：操作模式切换部；520：控制信号算出部；530：MT车辆模型；540：请求马达转矩计算部；550：驾驶员模型；550a：第一驾驶员模型；550b：第二驾驶员模型。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。其中，在以下所示的实施方式中提及了各要素的个数、数量、量、范围等数值的情况下，除了特别明示的情况、原理上明显地确定为该数值的情况之外，本发明并不限定于该提及的数值。此外，就在以下所示的实施方式中说明的构造等而言，除了特别明示的情况、原理上明显地确定为该构造等的情况之外，在本发明中不一定是必须的。需要说明的是，在各图中，对相同或相当的部分标注相同的附图标记，对其重复说明适当简化或省略。
1.电动汽车的构成
图1是示意性地表示本实施方式的电动汽车10的动力系统的构成的图。如图1所示，电动汽车10具备电动马达2来作为动力源。电动马达2例如是无刷DC(Direct Current：直流)马达、三相交流同步马达。在电动马达2设有用于检测该电动马达2的转速的转速传感器40。电动马达2的输出轴3经由齿轮机构4连接于传动轴5的一端。传动轴5的另一端经由差动齿轮6连接于车辆前方的驱动轴7。
电动汽车10具备作为前车轮的驱动轮8和作为后车轮的从动轮12。驱动轮8分别设于驱动轴7的两端。在各车轮8、12设有车轮速度传感器30。在图1中，作为代表仅绘制出右后轮的车轮速度传感器30。车轮速度传感器30也被用作用于检测电动汽车10的车速的车速传感器。车轮速度传感器30通过CAN(Controller Area Network：控制器局域网络)等车载网络连接于后述的控制装置50。
电动汽车10具备电池14和逆变器16(inverter)。电池14蓄存驱动电动马达2的电能。逆变器16将从电池14输入的直流电力转换为电动马达2的驱动电力。由逆变器16实现的电力转换通过由控制装置50实现的PWM(Pulse Wave Modulation：脉冲波调制)控制来进行。逆变器16通过车载网络连接于控制装置50。
电动汽车10具备用于输入加速请求的加速踏板(加速用踏板)22和用于输入制动请求的制动踏板24来作为用于供驾驶员输入对电动汽车10的动作请求的动作请求输入装置。在加速踏板22设有用于检测作为加速踏板22的操作量的加速器开度的加速器位置传感器32。此外，在制动踏板24设有用于检测作为制动踏板24的操作量的制动器踩踏量的制动器位置传感器34。加速器位置传感器32和制动器位置传感器34通过车载网络连接于控制装置50。
电动汽车10还具备仿真换挡杆(仿真换挡装置)26和仿真离合器踏板28来作为动作输入装置。换挡杆(换挡装置)和离合器踏板是对手动变速器(MT)进行操作的装置，但当然电动汽车10不具备MT。仿真换挡杆26和仿真离合器踏板28只不过是与本来的换挡杆、离合器踏板不同的虚设物。
仿真换挡杆26具有模拟了MT车辆所具备的换挡杆的构造。仿真换挡杆26的配置和操作感等同于实际的MT车辆。在仿真换挡杆26设有例如与第一挡、第二挡、第三挡、第四挡、第五挡、第六挡、倒车挡以及空挡的各挡位对应的位置。在仿真换挡杆26设有通过判别仿真换挡杆26位于哪个位置来检测挡位的换挡位置传感器36。换挡位置传感器36通过车载网络连接于控制装置50。
仿真离合器踏板28具有模拟了MT车辆所具备的离合器踏板的构造。仿真离合器踏板28的配置和操作感等同于实际的MT车辆。驾驶员在想要通过仿真换挡杆26来进行挡位的设定变更的情况下踩踏仿真离合器踏板28，当挡位的设定变更完成时停止踩踏而使仿真离合器踏板28复原。在仿真离合器踏板28设有用于检测仿真离合器踏板28的踩踏量Pc[％]的离合器位置传感器38。离合器位置传感器38通过车载网络连接于控制装置50。
电动汽车10具备仿真发动机转速表44。发动机转速表是对驾驶员显示内燃机(发动机)的转速的装置，但当然电动汽车10不具备发动机。仿真发动机转速表44只不过是与本来的发动机转速表不同的虚设物。仿真发动机转速表44具有模拟了传统车辆所具备的发动机转速表的构造。仿真发动机转速表44既可以是机械式也可以是液晶显示式。或者，还可以是由平视显示器实现的投影显示式。在液晶显示式、投影显示式的情况下，可以做到能任意地设定转速极限(revolution limit)。仿真发动机转速表44通过车载网络连接于控制装置50。
电动汽车10具备HMI(Human Machine Interface：人机接口)单元42。驾驶员能使用HMI单元42来选择与仿真换挡杆26和仿真离合器踏板28的操作相关的操作模式。在该情况下，HMI单元42作为操作模式选择装置发挥功能。详情将在后文进行叙述，能通过HMI单元42来选择的操作模式是手动操作模式、离合器操作代行模式、换挡/离合器操作代行模式以及自动切换模式这四个。HMI单元42例如既可以是触摸面板式的HMI，也可以是通过语音实现的交互式的HMI。HMI单元42通过车载网络连接于控制装置50。
图2是示意性地表示本实施方式的电动汽车10的信息收集系统的构成的图。如图2所示，电动汽车10具备摄像机60、雷达62以及LIDAR(Light Detection And Ranging：激光探测及测距)64来作为用于检测本车辆所处的状况的外部传感器。摄像机60被装配为至少对本车辆的前方进行拍摄。摄像机60例如是搭载有CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor：互补金属氧化物半导体)图像传感器的立体摄像机。雷达62具体而言是毫米波雷达，装配于车辆的前部。LIDAR64例如装配于车辆的车顶。此外，电动汽车10具备基于地图信息和GPS(Global Position System：全球定位系统)信息来推定地图上的本车辆的当前位置的导航装置66。外部传感器60、62、64和导航装置66通过车载网络连接于控制装置50。
控制装置50典型地是搭载于电动汽车10的ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)。控制装置50可以是多个ECU的组合。控制装置50具备接口52、存储器54以及处理器56。在接口52连接有车载网络。存储器54包括暂时地记录数据的RAM(Random AccessMemory：随机存取存储器)和保存能由处理器56执行的控制程序、与控制程序关联的各种数据的ROM(Read Only Memory：只读存储器)。处理器56从存储器54读出并执行控制程序、数据，基于从各传感器获取到的信号来生成控制信号。
图3是表示本实施方式的电动汽车10的控制系统的构成的框图。至少从车轮速度传感器30、加速器位置传感器32、制动器位置传感器34、换挡位置传感器36、离合器位置传感器38、转速传感器40、HMI单元42、摄像机60、雷达62、LIDAR64以及导航装置66向控制装置50输入信号。在这些传感器与控制装置50之间的通信中使用车载网络。虽然省略图示，但除了这些传感器之外，各种各样的传感器也搭载于电动汽车10，并通过车载网络连接于控制装置50。
此外，从控制装置50至少向逆变器16和仿真发动机转速表44输出信号。在这些设备与控制装置50之间的通信中使用车载网络。虽然省略图示，但除了这些设备之外，各种各样的致动器、显示器也搭载于电动汽车10，并通过车载网络连接于控制装置50。
控制装置50具备作为操作模式切换部500的功能和作为控制信号算出部520的功能。详细而言，由处理器56(参照图1)执行存储于存储器54(参照图1)的程序，由此处理器56至少作为操作模式切换部500和控制信号算出部520发挥功能。操作模式的切换是指对采用手动操作模式、离合器操作代行模式以及换挡/离合器操作代行模式中的哪个操作模式进行判定的功能。控制信号算出是指算出对致动器、设备的控制信号的功能。在控制信号中至少包括用于对逆变器16进行PWM控制的信号和使仿真发动机转速表44显示信息的信号。以下，对控制装置50所具有的这些功能进行说明。
2.控制装置的功能
2－1.马达转矩算出功能
图4是表示本实施方式的控制装置50的功能、特别是与对电动马达2的马达转矩指令值的算出相关的功能的框图。控制装置50通过在该框图中示出的功能来计算马达转矩指令值，并基于马达转矩指令值来生成用于对逆变器16进行PWM控制的控制信号。
如图4所示，控制信号算出部520具备MT车辆模型530、请求马达转矩计算部540以及驾驶员模型550。来自车轮速度传感器30、加速器位置传感器32、换挡位置传感器36以及离合器位置传感器38的信号被输入至控制信号算出部520。控制信号算出部520对来自这些传感器的信号进行处理，并算出使电动马达2输出的马达转矩。
MT车辆中的驱动轮转矩由控制对发动机的燃料供给的油门踏板的操作、切换MT的挡位的换挡杆的操作以及使发动机与MT之间的离合器进行动作的离合器踏板的操作来决定。MT车辆模型530是计算在将电动汽车10假定为具备发动机、离合器以及MT的MT车辆的情况下应该通过加速踏板22、仿真离合器踏板28以及仿真换挡杆26的操作获得的驱动轮转矩的模型。以下，将通过MT车辆模型530虚拟地实现的发动机、离合器以及MT分别称为虚拟发动机、虚拟离合器、虚拟MT。
由加速器位置传感器32检测到的加速器开度Pap被输入至MT车辆模型530来作为虚拟发动机的油门踏板的操作量。由换挡位置传感器36检测到的换挡位置Spd被输入至MT车辆模型530来作为虚拟MT的换挡杆的换挡位置。而且，由离合器位置传感器38检测到的离合器踏板踩踏量Pcd被输入至MT车辆模型530来作为虚拟离合器的离合器踏板的操作量。此外，由车轮速度传感器30检测到的车速Vw(或者车轮速度)也被输入至MT车辆模型530来作为表示车辆的负荷状态的信号。MT车辆模型530的详情将在后文进行叙述。
请求马达转矩计算部540将由MT车辆模型530算出的驱动轮转矩Tw转换为请求马达转矩Tm。请求马达转矩Tm是实现由MT车辆模型530算出的驱动轮转矩Tw所需的马达转矩。在驱动轮转矩Tw向请求马达转矩Tm的转换中，使用从电动马达2的输出轴3起至驱动轮8为止的减速比。
驾驶员模型550是模拟了模范驾驶员驾驶MT车辆的情况下的由模范驾驶员进行的离合器踏板的操作或者换挡杆(换挡装置)和离合器踏板的操作的模型。模范驾驶员是指作为在对MT车辆进行操作的方面的模范的虚拟的驾驶员。由换挡位置传感器36检测到的换挡位置Spd和由离合器位置传感器38检测到的离合器踏板踩踏量Pcd被输入至驾驶员模型550。此外，由车轮速度传感器30检测到的车速Vw(或者车轮速度)、由加速器位置传感器32检测到的加速器开度Pap以及由MT车辆模型计算出的虚拟发动机转速Ne也被输入至驾驶员模型550。被输入至MT车辆模型530的换挡位置Spd能切换为由驾驶员模型550算出的换挡位置Spm。此外，被输入至MT车辆模型530的离合器踏板踩踏量Pcd能切换为由驾驶员模型550算出的离合器踏板踩踏量Pcm。驾驶员模型550的详情将在后文进行叙述。
从操作模式切换部500向驾驶员模型550输入模式切换信号。模式切换信号是在换挡位置Spd与换挡位置Spm之间切换从驾驶员模型550输入至MT车辆模型530的换挡位置信号的信号。此外，模式切换信号也是在离合器踏板踩踏量Pcd与离合器踏板踩踏量Pcm之间切换从驾驶员模型550输入至MT车辆模型530的离合器位置信号的信号。来自HMI单元42、导航装置66以及外部传感器60、62、64的信号被输入至操作模式切换部500。操作模式切换部500基于这些信号来决定向驾驶员模型550输出的模式切换信号。操作模式切换部500的详情将在后文进行叙述。
2－2.MT车辆模型
2－2－1.概要
接着，对MT车辆模型530进行说明。图5是表示MT车辆模型530的一个例子的框图。MT车辆模型530由发动机模型531、离合器模型532、MT模型533以及车轴/驱动轮模型534构成。在发动机模型531中，虚拟发动机被模型化。在离合器模型532中，虚拟离合器被模型化。在MT模型533中，虚拟MT被模型化。在车轴/驱动轮模型534中，从车轴起至驱动轮为止的虚拟的转矩传递系统被模型化。各模型既可以由计算式表示也可以由映射图表示。
在各模型间进行计算结果的输入输出。此外，由加速器位置传感器32检测到的加速器开度Pap被输入至发动机模型531。离合器踏板踩踏量Pc被输入至离合器模型532。离合器踏板踩踏量Pc是由离合器位置传感器38检测到的离合器踏板踩踏量Pcd或由驾驶员模型550算出的离合器踏板踩踏量Pcm。换挡位置Sp被输入至MT模型533。换挡位置Sp是由换挡位置传感器36检测到的换挡位置Spd或由驾驶员模型550算出的换挡位置Spm。而且，在MT车辆模型530中，由车轮速度传感器30检测到的车速Vw(或者车轮速度)在多个模型中被使用。在MT车辆模型530中，基于这些输入信号来算出驱动轮转矩Tw和虚拟发动机转速Ne。
2－2－2.发动机模型
发动机模型531算出虚拟发动机转速Ne和虚拟发动机输出转矩Teout。发动机模型531由计算虚拟发动机转速Ne的模型和计算虚拟发动机输出转矩Teout的模型构成。在虚拟发动机转速Ne的计算中，例如使用由以下算式(1)表示的模型。在以下算式(1)中，根据车轮8的转速Nw、总减速比R以及虚拟离合器的滑移率slip来算出虚拟发动机转速Ne。
[数式1]
在算式(1)中，车轮8的转速Nw由车轮速度传感器30检测。总减速比R根据由后述的MT模型533计算的齿轮传动比(变速比)r和由车轴/驱动轮模型534规定的减速比来算出。滑移率slip由后述的离合器模型532算出。虚拟发动机转速Ne在选择MT模式时显示于仿真发动机转速表44。
不过，算式(1)是虚拟发动机和虚拟MT通过虚拟离合器被连接的状态下的虚拟发动机转速Ne的计算式。在虚拟离合器被断开的情况下，可以视为在虚拟发动机中产生的虚拟发动机转矩Te用于虚拟发动机转速Ne的上升。虚拟发动机转矩Te是对虚拟发动机输出转矩Teout加上由惯性矩产生的转矩而得到的转矩。在虚拟离合器被断开的情况下，虚拟发动机输出转矩Teout为零。因此，发动机模型531在虚拟离合器被断开的情况下，使用虚拟发动机转矩Te和虚拟发动机的惯性矩J通过以下算式(2)来算出虚拟发动机转速Ne。在虚拟发动机转矩Te的计算中，使用将加速器开度Pap作为参数的映射图。
[数式2]
需要说明的是，在MT车辆的怠速中，进行将发动机转速维持为恒定转速的怠速控制(Idle Speed Control：ISC控制)。因此，发动机模型531在虚拟离合器被断开、车速为0、并且加速器开度Pap为0％的情况下，算出虚拟发动机转速Ne来作为规定的怠速转速(例如1000rpm)。在驾驶员在停车中踩踏加速踏板22而进行空转的情况下，使用怠速转速来作为通过算式(2)计算的虚拟发动机转速Ne的初始值。
发动机模型531根据虚拟发动机转速Ne和加速器开度Pap来算出虚拟发动机输出转矩Teout。在虚拟发动机输出转矩Teout的计算中，例如使用如图6所示的二维映射图。该二维映射图是规定了稳定状态下的加速器开度Pap、虚拟发动机转速Ne以及虚拟发动机输出转矩Teout的关系的映射图。在该映射图中，针对每个加速器开度Pap赋予相对于虚拟发动机转速Ne的虚拟发动机输出转矩Teout。图6所示的转矩特性既能设定为假定了汽油发动机的特性，也能设定为假定了柴油发动机的特性。此外，既能设定为假定了自然吸气发动机的特性，也能设定为假定了增压发动机的特性。也可以是，设置切换MT模式下的虚拟发动机的开关从而驾驶员能切换为喜欢的设定。由发动机模型531算出的虚拟发动机输出转矩Teout被输出至离合器模型532。
2－2－3.离合器模型
离合器模型532算出转矩传递增益k。转矩传递增益k是用于算出与仿真离合器踏板28的踩踏量相应的虚拟离合器的转矩传递程度的增益。离合器模型532例如具有如图7所示的映射图。在该映射图中，对离合器踏板踩踏量Pc赋予转矩传递增益k。在图7中，以如下方式赋予转矩传递增益k：在离合器踏板踩踏量Pc在Pc0至Pc1的范围内该转矩传递增益k成为1，在离合器踏板踩踏量Pc在Pc1至Pc2的范围内该转矩传递增益k以恒定的斜率单调减少至0，在离合器踏板踩踏量Pc在Pc2至Pc3的范围内该转矩传递增益k成为0。在此，Pc0与离合器踏板踩踏量Pc为0％的位置对应，Pc1与离合器踏板踩踏时的游隙极限的位置对应，Pc3与离合器踏板踩踏量Pc为100％的位置对应，Pc2与离合器踏板从Pc3返回时的游隙极限的位置对应。
图7所示的映射图是一个例子，转矩传递增益k相对于离合器踏板踩踏量Pc的增加的变化只要是朝向0的广义单调减少即可，不限定于图7的变化曲线。例如，Pc1至Pc2中的转矩传递增益k的变化既可以是成为向上凸出的单调减少曲线，也可以是成为向下凸出的单调减少曲线。
离合器模型532使用转矩传递增益k来算出离合器输出转矩Tcout。离合器输出转矩Tcout是从虚拟离合器输出的转矩。离合器模型532例如通过以下算式(3)根据虚拟发动机输出转矩Teout和转矩传递增益k来算出离合器输出转矩Tcout。由离合器模型532算出的离合器输出转矩Tcout被输出至MT模型533。
[数式3]
Tcout＝Teout×k…(3)此外，离合器模型532算出滑移率slip。滑移率slip用于发动机模型531中的虚拟发动机转速Ne的计算。在滑移率slip的算出中，与转矩传递增益k同样地，可以使用对离合器踏板踩踏量Pc赋予滑移率slip的映射图。也可以代替那样的映射图，通过表示滑移率slip与转矩传递增益的关系的以下算式(4)根据转矩传递增益k来算出滑移率slip。
[数式4]
slip＝1-k…(4)
2－2－4.MT模型
MT模型533算出齿轮传动比(变速比)r。齿轮传动比r是在虚拟MT中由仿真换挡杆26的换挡位置Sp决定的齿轮传动比。仿真换挡杆26的换挡位置Sp与虚拟MT的挡位处于一对一的关系。MT模型533例如具有如图8所示的映射图。在该映射图中，对挡位赋予齿轮传动比r。如图8所示，挡位越大，齿轮传动比r越小。
MT模型533使用齿轮传动比r来算出变速器输出转矩Tgout。变速器输出转矩Tgout是从虚拟变速器输出的转矩。MT模型533例如通过以下算式(5)根据离合器输出转矩Tcout和齿轮传动比r来算出变速器输出转矩Tgout。由MT模型533算出的变速器输出转矩Tgout被输出至车轴/驱动轮模型534。
[数式5]
Tgout＝Tcout×r…(5)
2－2－5.车轴/驱动轮模型
车轴/驱动轮模型534使用规定的减速比rr来算出驱动轮转矩Tw。减速比rr是由从虚拟MT起至驱动轮8为止的机械构造决定的固定值。对减速比rr乘以齿轮传动比r而得到的值是前述的总减速比R。车轴/驱动轮模型534例如通过以下算式(6)根据变速器输出转矩Tgout和减速比rr来算出驱动轮转矩Tw。由车轴/驱动轮模型534算出的驱动轮转矩Tw被输出至请求马达转矩计算部540。
[数式6]
Tw＝Tgout×rr…(6)
2－2－6.通过使用MT车辆模型的马达控制实现的电动马达的转矩特性
请求马达转矩计算部540将由MT车辆模型530算出的驱动轮转矩Tw转换为马达转矩。图9是将通过使用MT车辆模型530的马达控制实现的电动马达2的转矩特性与通过作为EV的通常的马达控制实现的电动马达2的转矩特性进行比较而示出的图。根据使用MT车辆模型530的马达控制，如图9所示，能实现根据由仿真换挡杆26设定的挡位来模拟MT车辆的转矩特性那样的转矩特性(图中实线)。
2－3.操作模式的切换功能
2－3－1.各操作模式的概要
根据上述的MT车辆模型530，使由驾驶员进行的仿真换挡杆26和仿真离合器踏板28的操作反映至马达转矩，由此能宛如MT车辆那样驾驶电动汽车10。但是，对于不习惯MT车辆的驾驶的驾驶员来说，对离合器操作、换挡操作感到困难的场景有很多。此外，即使是习惯了MT车辆的驾驶的驾驶员，也很有可能想要轻松地驾驶而不进行离合器操作、换挡操作。作为针对这样的问题的对策，控制装置50具备代替驾驶员而代行离合器操作、换挡操作的功能。详细而言，作为由驾驶员进行的离合器操作和换挡操作的模式，准备了以下这三个操作模式。
首先，控制装置50所准备的第一操作模式是使仿真离合器踏板28的操作和仿真换挡杆26的操作反映至电动马达2的控制的模式。在第一操作模式下，驾驶员能通过仿真离合器踏板28的操作和仿真换挡杆26的操作来控制马达转矩，从而像MT车辆那样驾驶电动汽车10。以下，将第一操作模式称为手动操作模式。
控制装置50所准备的第二操作模式是在电动马达2的控制中不需要仿真离合器踏板28的操作的模式。在第二操作模式下，在MT车辆的驾驶中所需的离合器操作由控制装置50来代行。以下，将第二操作模式称为离合器操作代行模式。
第三操作模式是在电动马达2的控制中不需要仿真换挡杆26的操作和仿真离合器踏板28的操作的模式。在第三操作模式下，在MT车辆的驾驶中所需的离合器操作和换挡操作这两者由控制装置50来代行。以下，将第三操作模式称为换挡/离合器操作代行模式。
2－3－2.操作模式切换部
上述的这三个操作模式的切换由操作模式切换部500进行。操作模式切换部500包括模式切换信号输出部502和自动切换判定部504。模式切换信号输出部502将与通过HMI单元42选择出的操作模式相应的模式切换信号输出至驾驶员模型550。自动切换判定部504在通过HMI单元42选择出的操作模式为自动切换模式的情况下发挥功能。来自导航装置66的信号和来自外部传感器60、62、64的信号被输入至自动切换判定部504。
模式切换信号输出部502在通过HMI单元42选择了手动操作模式的情况下，设立手动操作标志502a。当手动操作标志502a被设立时，从模式切换信号输出部502向驾驶员模型550输入指示向手动操作模式的切换的模式切换信号。
模式切换信号输出部502在通过HMI单元42选择了离合器操作代行模式的情况下，设立离合器操作代行标志502b。当离合器操作代行标志502b被设立时，从模式切换信号输出部502向驾驶员模型550输入指示向离合器操作代行模式的切换的模式切换信号。
模式切换信号输出部502在通过HMI单元42选择了换挡/离合器操作代行模式的情况下，设立换挡/离合器操作代行标志502c。当换挡/离合器操作代行标志502c被设立时，从模式切换信号输出部502向驾驶员模型550输入指示向换挡/离合器操作代行模式的切换的模式切换信号。
2－3－3.与驾驶场景相应的操作模式的自动切换
自动切换判定部504具有驾驶场景登记部504a。在驾驶场景登记部504a中，预先存储有驾驶员想要离合器操作的代行的典型场景和驾驶员想要换挡操作和离合器操作这两者的代行的典型场景。自动切换判定部504在通过HMI单元42选择了自动切换模式的情况下，在手动操作模式、离合器操作代行模式以及换挡/离合器操作代行模式之中自动地选择符合当前的驾驶场景的操作模式。
作为驾驶员想要离合器操作的代行的场景，可列举倒车时、急转弯、拥堵时、道口、进车库、沙石路为例。在驾驶场景登记部504a中，与离合器操作代行模式建立关联地登记有这些场景。此外，拥堵时是驾驶员想要换挡操作和离合器操作这两者的代行的场景的一个例子。在驾驶场景登记部504a中，与换挡/离合器操作代行模式建立关联地登记有这样的场景。自动切换判定部504按照登记于驾驶场景登记部504a的数据来选择符合当前的驾驶场景的操作模式，并将选择出的操作模式输入至模式切换信号输出部502。需要说明的是，在自动切换判定部504中被选择为基本模式的是手动操作模式。仅在登记于驾驶场景登记部504a的场景下，进行操作模式从手动操作模式向离合器操作代行模式的切换、或者进行操作模式从手动操作模式向换挡/离合器操作代行模式的切换。
2－3－4.操作模式的机器学习
自动切换判定部504具有机器学习部504b。机器学习部504b在驾驶员通过HMI单元42选择了手动操作模式、离合器操作代行模式或者换挡/离合器操作代行模式时，识别进行该选择的驾驶场景。在驾驶场景的识别中，使用由导航装置66得到的地图上的本车辆的位置信息、由外部传感器60、62、64得到的本车辆的周边信息。机器学习部504b基于这些信息来识别车辆当前处于什么样的驾驶场景。
机器学习部504b通过机器学习来学习驾驶员通过HMI单元42选择出的操作模式与该选择时间点的驾驶场景的关系。在由机器学习部504b进行的学习中，例如使用有监督学习。在有监督学习中，使用将通过HMI单元42选择出的操作模式作为输出、将该选择时间点的驾驶场景作为输入的训练数据。作为有监督学习的算法，可以使用k－近邻法、决策树、随机森林、支持向量机、逻辑回归、包括深度学习的神经网络等。
2－4.驾驶员模型
2－4－1.手动操作模式下的功能
接着，对驾驶员模型550进行说明。驾驶员模型550的功能根据操作模式而不同。在作为基本的操作模式的手动操作模式下，驾驶员模型550不发挥功能。在图4中，从换挡位置传感器36被输入至驾驶员模型550的换挡位置Spd保持原样地从驾驶员模型550被输入至MT车辆模型530。此外，从离合器位置传感器38被输入至驾驶员模型550的离合器踏板踩踏量Pcd保持原样地从驾驶员模型550被输入至MT车辆模型530。就是说，在手动操作模式下，仿真离合器踏板28的操作和仿真换挡杆26的操作被反映至使用MT车辆模型530的马达转矩的计算。由此，驾驶员能像MT车辆那样享受离合器操作和换挡操作。
2－4－2.离合器操作代行模式下的功能
在通过操作模式切换部500指示了从手动操作模式向离合器操作代行模式的切换的情况下，驾驶员模型550作为图11所示的第一驾驶员模型550a发挥功能。在第一驾驶员模型550a中，来自离合器位置传感器38的信号未被使用，由驾驶员进行的仿真离合器踏板28的操作被设为无效。
第一驾驶员模型550a具有离合器操作模型552。离合器操作模型552是模拟了模范驾驶员的离合器操作的模型。由车轮速度传感器30检测到的车速Vw(或者车轮速度)、虚拟发动机转速Ne以及来自换挡位置传感器36的信号被输入至离合器操作模型552。
在离合器操作模型552中，来自换挡位置传感器36的信号用于测定离合器操作的定时。就离合器操作模型552而言，当根据来自换挡位置传感器36的信号检测到驾驶员的换挡操作时，将向MT车辆模型530输入的离合器踏板踩踏量Pcm设为最大值，以便断开虚拟离合器。
在离合器操作模型552中，车速Vw和虚拟发动机转速Ne用于离合器踏板踩踏量Pcm的计算。为了使根据车速Vw计算出的虚拟MT的输入轴的转速与虚拟发动机转速Ne平滑地一致，离合器操作模型552基于虚拟MT的输入轴的转速与虚拟发动机转速Ne的转速差来计算离合器踏板踩踏量Pcm。
如上所述，在离合器操作代行模式下，通过第一驾驶员模型550a来算出离合器踏板踩踏量Pcm，因此不需要仿真离合器踏板28的操作。因此，驾驶员不用感受与离合器操作相伴的MT车辆所特有的辛苦。由此，驾驶员能不会感受到MT车辆所特有的辛苦地在电动汽车10中享受像MT车辆那样的驾驶感觉。
2－4－3.换挡/离合器操作代行模式下的功能
在通过操作模式切换部500指示了从手动操作模式向换挡/离合器操作代行模式的切换的情况下，驾驶员模型550作为图12所示的第二驾驶员模型550b发挥功能。在第二驾驶员模型550b中，来自离合器位置传感器38的信号未被使用，由驾驶员进行的仿真离合器踏板28的操作被设为无效。同时，来自换挡位置传感器36的信号也未被使用，由驾驶员进行的仿真换挡杆26的操作也被设为无效。
第二驾驶员模型550b具有离合器操作模型552和换挡操作模型554。换挡操作模型554是模拟了模范驾驶员的换挡操作的模型。由车轮速度传感器30检测到的车速Vw(或者车轮速度)和虚拟发动机转速Ne被输入至换挡操作模型554。第二驾驶员模型550b的离合器操作模型552与第一驾驶员模型550a的离合器操作模型552是共用的。不过，在第二驾驶员模型550b中，用于测定离合器操作的定时的信号从换挡操作模型554被输入至离合器操作模型552。
在换挡操作模型554中，使用规定了车速Vw、虚拟发动机转速Ne以及虚拟MT的挡位的关系的换挡方式映射图。从换挡操作模型554输入至MT车辆模型530的换挡位置Spm在虚拟MT的挡位中一对一地对应。分别准备了升挡用的换挡方式映射图和降挡用的换挡方式映射图。
换挡操作模型554在加速时使用升挡用的换挡方式映射图来决定换挡位置Spm。该换挡方式映射图例如被制成为在虚拟发动机转速Ne上升至规定的升挡转速时进行升挡。升挡转速是发动机模型531中的转矩带(torque band)的跟前的转速，按每个挡位设定。
换挡操作模型554在减速时使用降挡用的换挡方式映射图来决定换挡位置Spm。该换挡方式映射图例如被制成为在虚拟发动机转速Ne降低至规定的降挡转速时进行降挡。降挡转速被设定为比升挡转速低的转速。
如上所述，在换挡/离合器操作代行模式下，通过第二驾驶员模型550b来算出换挡位置Spm和离合器踏板踩踏量Pcm。因此，驾驶员不需要对仿真离合器踏板28进行操作，此外，也不需要对仿真换挡杆26进行操作。因此，驾驶员不用感受与离合器操作和换挡操作相伴的MT车辆所特有的辛苦。由此，驾驶员能不会感受到MT车辆所特有的辛苦地在电动汽车10中享受像MT车辆那样的驾驶感觉。
3.其他
上述实施方式的电动汽车10是用一个电动马达2来驱动前轮的FF(Front EngineFront Drive：前置发动机前轮驱动)车。但是，本发明也能应用于在前和后配置两台电动马达来驱动前轮和后轮的每一个的电动汽车。此外，本发明也能应用于在各轮具备轮内马达的电动汽车。在这些情况下的MT车辆模型中，可以使用将带MT的全轮驱动车模型化而成的MT车辆模型。
上述实施方式的电动汽车10不具备变速器。但是，本发明也能应用于具备有级或无级的自动变速器的电动汽车。在该情况下，以输出由MT车辆模型计算出的马达转矩的方式控制包括电动马达和自动变速器的动力传动系(power train)即可。
在上述实施方式中，操作模式切换部500与HMI单元42一起构成操作模式切换装置。操作模式切换部500是控制装置50的一个功能，但也可以将操作模式切换部500的全部功能转移至HMI单元42。就是说，也可以将HMI单元42配置为操作模式切换装置。

Claims (5)

1.一种电动汽车，将电动马达用作行驶用的动力装置，所述电动汽车的特征在于，具备：
加速用踏板；
仿真离合器踏板；
仿真换挡装置；
操作模式切换装置，在第一操作模式与第二操作模式之间切换操作模式，所述第一操作模式是使所述仿真离合器踏板的操作和所述仿真换挡装置的操作反映至所述电动马达的控制的操作模式，所述第二操作模式是在所述电动马达的控制中不需要所述仿真离合器踏板的操作的操作模式；以及
控制装置，按照由所述操作模式切换装置选择出的所述操作模式来控制所述电动马达所输出的马达转矩，
所述控制装置具备存储器和处理器，
所述存储器存储：
MT车辆模型，模拟了MT车辆中的驱动轮转矩的转矩特性，所述MT车辆具有通过油门踏板的操作来控制转矩的内燃机和通过离合器踏板的操作和换挡装置的操作来切换挡位的手动变速器；以及
第一驾驶员模型，模拟了模范驾驶员驾驶所述MT车辆的情况下的由所述模范驾驶员进行的所述离合器踏板的操作，
所述处理器在选择了所述第一操作模式的情况下执行如下处理：
接受所述加速用踏板的操作量来作为对所述MT车辆模型进行的所述油门踏板的操作量的输入；
接受所述仿真离合器踏板的操作量来作为对所述MT车辆模型进行的所述离合器踏板的操作量的输入；
接受所述仿真换挡装置的换挡位置来作为对所述MT车辆模型进行的所述换挡装置的换挡位置的输入；
使用所述MT车辆模型来计算由所述油门踏板的操作量、所述离合器踏板的操作量以及所述换挡装置的换挡位置确定的所述驱动轮转矩；以及
运算用于向所述电动汽车的驱动轮提供所述驱动轮转矩的所述马达转矩，
所述处理器在选择了所述第二操作模式的情况下执行如下处理：
使所述仿真离合器踏板的操作无效；
使用所述第一驾驶员模型来计算所述离合器踏板的操作量；
接受所述加速用踏板的操作量来作为对所述MT车辆模型进行的所述油门踏板的操作量的输入；
接受由所述第一驾驶员模型算出的所述离合器踏板的操作量来作为对所述MT车辆模型进行的所述离合器踏板的操作量的输入；
接受所述仿真换挡装置的换挡位置来作为对所述MT车辆模型进行的所述换挡装置的换挡位置的输入；
使用所述MT车辆模型来计算由所述油门踏板的操作量、所述离合器踏板的操作量以及所述换挡装置的换挡位置确定的所述驱动轮转矩；以及
运算用于向所述电动汽车的驱动轮提供所述驱动轮转矩的所述马达转矩。
2.根据权利要求1所述的电动汽车，其特征在于，
所述操作模式切换装置还具有第三操作模式来作为所述操作模式，所述第三操作模式是在所述电动马达的控制中不需要所述仿真换挡装置的操作和所述仿真离合器踏板的操作的操作模式，
所述存储器还存储第二驾驶员模型，所述第二驾驶员模型模拟了所述模范驾驶员驾驶所述MT车辆的情况下的由所述模范驾驶员进行的所述离合器踏板的操作和所述换挡装置的操作，
所述处理器在选择了所述第三操作模式的情况下执行如下处理：
使所述仿真离合器踏板的操作和所述仿真换挡装置的操作无效；
使用所述第二驾驶员模型来计算所述离合器踏板的操作量和所述换挡装置的换挡位置；
接受所述加速用踏板的操作量来作为对所述MT车辆模型进行的所述油门踏板的操作量的输入；
接受由所述第二驾驶员模型算出的所述离合器踏板的操作量来作为对所述MT车辆模型进行的所述离合器踏板的操作量的输入；
接受由所述第二驾驶员模型算出的所述换挡装置的换挡位置来作为对所述MT车辆模型进行的所述换挡装置的换挡位置的输入；
使用所述MT车辆模型来计算由所述油门踏板的操作量、所述离合器踏板的操作量以及所述换挡装置的换挡位置确定的所述驱动轮转矩；以及
运算用于向所述电动汽车的驱动轮提供所述驱动轮转矩的所述马达转矩。
3.根据权利要求1或2所述的电动汽车，其特征在于，
所述操作模式切换装置按照驾驶员的选择来切换所述操作模式。
4.根据权利要求1或2所述的电动汽车，其特征在于，
所述操作模式切换装置按照预先确定的规则来根据驾驶场景自动地切换所述操作模式。
5.根据权利要求3所述的电动汽车，其特征在于，
所述操作模式切换装置学习由所述驾驶员进行的所述操作模式的选择与所述驾驶员切换所述操作模式时的驾驶场景的关系，并按照学习到的所述关系来根据所述驾驶场景自动地切换所述操作模式。
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