JP2004040993A - ハイブリッド電気自動車のモーター制御装置及び方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】駆動モードでのチップイン／チップアウト並びに発電モードの間の頻繁な切換時に車両の振動及びショック発生を抑え、急加速時にも安定した乗車感及び優れた加速性を具現することができるハイブリッド電気自動車のモーター制御装置及び方法を提供する。
【解決手段】加速ペダル位置及びその変化量に基づいてモータートルクを算出する電子制御ユニット；及び電子制御ユニットの制御によりモーターを制御するモーター制御ユニット；を備え、電子制御ユニットは、走行中に加速ペダル位置及びその変化量を検出する段階；加速ペダル位置に基づいてモータートルクを算出する段階；複数の設定された常数から選択されるフィルター常数に基づいて、モータートルクを低域パスフィルタリングする段階；及びフィルタリングされたモータートルクに基づいてモーターのトルクを制御する段階；を遂行する。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド電気自動車のモーター制御装置及び方法に関し、より詳しくは、並列型ハイブリッド自動車の加速ペダルの操作時にモータートルクの変化によって発生する衝撃を減らすためのハイブリッド電気自動車のモーター制御装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッド電気自動車において、全般的な動作を総括制御する上位制御器のＨＣＵ（Ｈｙｂｒｉｄ　ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）は、下位制御器のＭＣＵ（Ｍｏｔｏｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）と所定の方式で通信し、駆動源であるモーターの駆動トルクと速度及び発電トルクなどを制御する。そして、ＨＣＵは、補助動力源として電力発電のための動力を発生するエンジンを制御するＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）と通信し、エンジン始動に係るリレーの制御及び故障診断を遂行する。また、ＨＣＵは、主動力源のバッテリーの温度、電圧、電流、充電状態（Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ；以下、“ＳＯＣ”とする）などを検出してバッテリーの諸般的な状態を管理するバッテリー管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍ；以下“ＢＭＳ”とする）と通信し、ＳＯＣの状態に応じてモータートルク及び速度を制御する。さらに、ＨＣＵは、車速と運転者の走行要求に応じて変速比を決定制御するＴＣＵ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）と通信し、運転者が要求する車速が維持されるように制御する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
前記において、上位制御器のＨＣＵと下位制御器のＭＣＵ、ＥＣＵ、ＢＭＳ、ＴＣＵとの間には、ＣＡＮ通信（Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）を通じて相互情報の交換と制御信号を送受信する。
【０００４】
また、エンジンがアイドル状態で車速が停止したりブレーキペダルがオン（ＯＮ）された状態又は加速ペダルがオフ（ＯＦＦ）状態を維持する場合には、燃料節約のためにＥＣＵを制御してエンジン始動をオフさせる。一方、停止状態で走行モードに切換えられる場合には、イグニションキーを使用しなくても自動的にモーター始動が維持されるようにアイドルストップを制御する。
【０００５】
前記ＨＣＵの制御を受ける下位制御器のＭＣＵのモーター駆動及び発進制御の条件は、次の通りに設定される。
例えば、駆動モーターの性能が下記の表１のような条件に設定されると仮定すれば、モーター駆動及び発進制御の条件は下記の表２の通りに設定される。
【表１】
Figure 2004040993
【表２】
Figure 2004040993
【０００６】
前記のように、ハイブリッド電気自動車で駆動するモーターのトルクは、運転者の運転要求である加速ペダルのスロットル開度と現在の車速とによって決定される。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１９７１５４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、運転者が加速ペダルを速くチップイン（Ｔｉｐ−ｉｎ）した後にチップアウト（Ｔｉｐ−ｏｕｔ）する場合、モーターのトルク変化もこれに反応して速く変化するようになる。ところが、加速ペダルを速くチップイン／アウトを反復遂行すると、増加してから減少するモータートルクの急激な変化により、車両が揺れて乗車感が低下する問題点が発生する。
【０００９】
そこで、従来のハイブリッド電気自動車では、前記のようなモータートルクの急激な変化を緩衝させて乗車感を安定的に制御しようとする目的で、モータートルク計算の最終段階として低域パスフィルターによるフィルタリングを行っている。しかし、これでは、モータートルクの変化を遅く制御することはできるが加速力を低下させるという問題点が発生する。
【００１０】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、駆動モードでのチップインとチップアウト並びに発電モードとの間の頻繁な切換が行われても車両の振動及びショック発生を抑えるとともに、加速ペダルを速く操作する場合にも安定した乗車感及び優れた加速性を具現することができるハイブリッド電気自動車のモーター制御装置及び方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明によるハイブリッド電気自動車のモーター制御方法は、走行中に加速ペダル位置及び変化量を検出する段階；前記加速ペダル位置に基づいてモータートルクを算出する段階；複数の設定された常数から選択されるフィルター常数に基づいて、前記モータートルクを低域パスフィルタリングする段階；及び前記フィルタリングされたモータートルクに基づいて前記モーターのトルクを制御する段階；を有することを特徴としている。
【００１２】
また、前記フィルタリングする段階は、前記加速ペダル位置がモーターの発電条件を満たすか否かを判断する段階を有し、前記フィルター常数は、前記加速ペダル位置がモーターの発電条件を満たすか否かによって異なる値に選択され、前記フィルタリングする段階は、加速ペダル位置がモーターの発電条件を満たしていない場合、加速ペダル位置の変化量に基づいてチップイン及びチップアウトのうちいずれかの該当する状態を検出する段階；をさらに有し、前記フィルター常数は、チップイン及びチップアウトの状態によって異なる値に選択されることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明のハイブリッド電気自動車のモーターを制御する装置は、加速ペダル位置及びその変化量に基づいてモータートルクを算出する電子制御ユニット；及び前記電子制御ユニットの制御によって前記モーターを制御するモーター制御ユニット；を備え、前記電子制御ユニットは、走行中に加速ペダル位置及びその変化量を検出する段階；前記加速ペダル位置に基づいてモータートルクを算出する段階；複数の設定された常数から選択されるフィルター常数に基づいて、前記モータートルクを低域パスフィルタリングする段階；及び前記フィルタリングされたモータートルクに基づいて前記モーターのトルクを制御する段階；を遂行することを特徴としている。
【００１４】
さらに、本発明のハイブリッド電気自動車のモーターを制御する装置において、前記フィルタリングする段階は、加速ペダル位置がモーターの発電条件を満たすか否かを判断する段階；を有し、前記フィルター常数は、加速ペダル位置がモーターの発電条件を満たすか否かによって異なる値に選択され、前記フィルタリングする段階は、加速ペダル位置がモーターの発電条件を満たしていない場合、加速ペダル位置の変化量に基づいてチップイン及びチップアウトのうちいずれかの該当する状態を検出する段階；をさらに有し、前記フィルター常数は、チップイン及びチップアウトの状態によって異なる値に選択されることを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照し詳細に説明する。
【００１６】
本発明によるハイブリッド電気自動車のモーター制御装置は、図１に示すように、上位制御器のハイブリッド自動車制御ユニット１０（Ｈｙｂｒｉｄ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ；以下、“ＨＣＵ”と記す）と、下位制御器のモーター制御ユニット２０（Ｍｏｔｏｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ；以下、“ＭＣＵ”と記す）と、エンジン制御ユニット４０（Ｅｎｇｉｎｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ；以下、“ＥＣＵ”と記す）とを備えている。そして、ＨＣＵ１０は、ＭＣＵ２０はモーター３０を、ＥＣＵ４０はエンジン５０をそれぞれ制御する。
【００１７】
ＨＣＵ１０は、ハイブリッド電気自動車において、ＭＣＵ２０及びＥＣＵ４０とＣＡＮ通信により相互間データ制御信号を交換し、運転者の要求を反映するスロットル開度と車速及びエンジン速度に応じて要求トルクを検出した後、要求されたトルクによりモーター３０の駆動が遂行されるように制御する。
【００１８】
ＨＣＵ１０には、スロットル開度と車速によって算出されるモーター発電トルクと駆動トルクとの合計によってトルク制御値を決定するための低域パスフィルターが備えられる。
【００１９】
また、前記低域パスフィルターには、複数個のフィルター常数値が設定されている。
【００２０】
モーターが駆動される場合、チップイン時にモータートルクが速く増加されるようにする常数値とチップアウト時にモータートルクが遅く減少されるようにする常数値が設定される。
【００２１】
このような常数値は、モーターが発電機の機能を遂行する場合に使用されるフィルター常数とは異なるように設定される。
【００２２】
モーターが発電機の機能を遂行する場合に使用されるフィルター常数の値は、加速ペダルの操作状態がチップイン状態から突然変化した場合に突然負（ｎｅｇａｔｉｖｅ）のトルクが発生しない値に設定される。
【００２３】
前記のような低域パスフィルターの常数値は、例えば下記の表３のように設定される。
【表３】
Figure 2004040993
【００２４】
前記表３のように設定される低域パスフィルターの常数値において、数値により本発明の保護の範囲が限られるわけではない。即ち、このような数値等は、本発明の適用対象となる電気自動車のモーターの諸元を参考にして当業者により変更可能である。
【００２５】
ＨＣＵ１０は、設定されたプログラムで動作する一つ以上のマイクロプロセッサーにより構成され、前記設定されたプログラムは、後述する本発明の一実施の形態によるハイブリッド電気自動車のモーター制御方法を遂行するための一連の命令とすることができる。
【００２６】
前記低域パスフィルターは、ソフトウェアあるいはハードウェアのうちいずれによって構成してもよい。
【００２７】
ＭＣＵ２０は、上位制御器のＨＣＵ１０で印加される制御信号により駆動源であるモーター３０の駆動トルクと駆動速度及び発電トルクとを制御し、走行性及び発電を維持する。
【００２８】
ＥＣＵ４０は、上位制御器のＨＣＵ４０の制御により補助動力源であるエンジン５０の始動制御とアイドルストップ制御などを遂行する。
【００２９】
次に、前述したような機能を有する本発明のハイブリッド電気自動車のモーター制御を遂行する動作について説明する。
【００３０】
ハイブリッド電気自動車が走行している状態で（Ｓ１０１）、ＨＣＵ１０は、スロットル開度の検出により加速ペダルの変化が検出されたか否かを判断する（Ｓ１０２）。
【００３１】
前記Ｓ１０２で加速ペダルの変化が検出されると、ＨＣＵ１０は、モーター３０の発電トルクと駆動トルクとをそれぞれ計算する（Ｓ１０３）（Ｓ１０４）。前記発電トルクと駆動トルクの計算は、通常の方法により計算することができる。
【００３２】
この時、前記駆動トルクは電気自動車の駆動輪を回転させる方向に作用し、前記発電トルクはその逆方向に作用するので、前記発電トルクの値は前記駆動トルクの値に対して負（−）の符号を有する。
【００３３】
そしてＨＣＵ１０は、前記検出されるモーター３０の発電トルクと駆動トルクとを合せ（つまり、純駆動トルクを計算し）、モータートルクを計算する（Ｓ１０５）。
【００３４】
モータートルクを計算した後にＨＣＵ１０は、前述した複数個のフィルター常数から特定のフィルター常数値を選択する（Ｓ１０６）。
【００３５】
前記フィルター常数選択段階（Ｓ１０６）については、図３を参照し具体的に説明する。
【００３６】
まず、ＨＣＵ１０は、スロットル開度に基づいてモーターの発電条件が満たされたか否かを判断する（Ｓ３１０）。前記モーター発電条件が満たされたか否かは、例えば表２に示された条件に基づいて判断することができる。
【００３７】
スロットル開度がモーターの発電条件を満たす場合、ＨＣＵ１０は、表３に示されたモーター発電時のフィルター常数値を選択する（Ｓ３２０）。
【００３８】
また、モーター発電条件が満たされなかった場合には、ＨＣＵ１０は、加速ペダル位置の変化量によりチップイン及びチップアウトのうちいずれかの該当する状態を判断する（Ｓ３３０）。加速ペダル位置の変化量が正（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）である場合にはチップイン、その反対（負：ｎｅｇａｔｉｖｅ）である場合にはチップアウトと判断することができる。
【００３９】
前記フィルター常数は、加速ペダルの操作状態がチップイン状態かチップアウト状態かによって異なる値にそれぞれ選択される（Ｓ３４０）（Ｓ３５０）。
【００４０】
このように各状況によって異なるように選択されるフィルター常数の値は、例えば表３のように設定された値とすることができる。
【００４１】
フィルター常数の値が選択（Ｓ１０６）されると、ＨＣＵ１０は、選択したフィルター常数に基づいて前記モータートルクを低域パスフィルタリングする（Ｓ１０７）。
【００４２】
このようにモータートルクを低域パスフィルタリングした（Ｓ１０７）後には、ＨＣＵ１０は、低域パスフィルタリングの結果得られるモータートルクに基づいてＭＣＵ２０を制御する。これによりＭＣＵ２０は、フィルタリングされたモータートルクに基づいてモーター３０を制御する（Ｓ１０８）。
【００４３】
【発明の効果】
したがって、以上述べた本発明によれば、次のような優れた効果がある。
ハイブリッド電気自動車において、駆動モードでのチップインとチップアウト、そして発電モードとの間の頻繁な切換が行われても、車両の振動及びショック発生が減少する。
【００４４】
また、チップインの場合には、十分に大きな低域パスフィルター常数値が設定されるので、運転者が急加速を必要とする場合にも加速力を低下させることなくモータートルクを制御することにより適切な加速対応が迅速にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるハイブリッド電気自動車のモーター制御装置の構成ブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態によるハイブリッド電気自動車のモーター制御方法を示したフローチャートである。
【図３】本発明の一実施の形態によるハイブリッド電気自動車のモーター制御方法で、複数個のフィルター常数の中で適切なフィルター常数を選択する過程の詳細フローチャートである。
【符号の説明】
１０　　ハイブリッド自動車制御ユニット（ＨＣＵ）
２０　　モーター制御ユニット（ＭＣＵ）
３０　　モーター
４０　　エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）
５０　　エンジン

Claims (6)

  1. ハイブリッド電気自動車のモーターを制御する方法として、
    走行中に加速ペダル位置及び変化量を検出する段階；
    前記加速ペダル位置に基づいてモータートルクを算出する段階；
    複数の設定された常数から選択されるフィルター常数に基づいて、前記モータートルクを低域パスフィルタリングする段階；及び
    前記フィルタリングされたモータートルクに基づいて前記モーターのトルクを制御する段階；を有することを特徴とするハイブリッド電気自動車のモーター制御方法。
  2. 前記フィルタリングする段階は、前記加速ペダル位置がモーターの発電条件を満たすか否かを判断する段階を有し、
    前記フィルター常数は、前記加速ペダル位置がモーターの発電条件を満たすか否かによって異なる値に選択されることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気自動車のモーター制御方法。
  3. 前記フィルタリングする段階は、
    加速ペダル位置がモーターの発電条件を満たしていない場合、加速ペダル位置の変化量に基づいてチップイン及びチップアウトのうちいずれかの該当する状態を検出する段階；をさらに有し、
    前記フィルター常数は、チップイン及びチップアウトの状態によって異なる値に選択されることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド電気自動車のモーター制御方法。
  4. ハイブリッド電気自動車のモーターを制御する装置として、加速ペダル位置及びその変化量に基づいてモータートルクを算出する電子制御ユニット；及び
    前記電子制御ユニットの制御によって前記モーターを制御するモーター制御ユニット；を備え、
    前記電子制御ユニットは、
    走行中に加速ペダル位置及びその変化量を検出する段階；
    前記加速ペダル位置に基づいてモータートルクを算出する段階；
    複数の設定された常数から選択されるフィルター常数に基づいて、前記モータートルクを低域パスフィルタリングする段階；及び
    前記フィルタリングされたモータートルクに基づいて前記モーターのトルクを制御する段階；を遂行することを特徴とするハイブリッド電気自動車のモーター制御装置。
  5. 前記フィルタリングする段階は、
    加速ペダル位置がモーターの発電条件を満たすか否かを判断する段階；を有し、
    前記フィルター常数は、加速ペダル位置がモーターの発電条件を満たすか否かによって異なる値に選択されることを特徴とする請求項４に記載のハイブリッド電気自動車のモーター制御装置。
  6. 前記フィルタリングする段階は、
    加速ペダル位置がモーターの発電条件を満たしていない場合、加速ペダル位置の変化量に基づいてチップイン及びチップアウトのうちいずれかの該当する状態を検出する段階；をさらに有し、
    前記フィルター常数は、チップイン及びチップアウトの状態によって異なる値に選択されることを特徴とする請求項５に記載のハイブリッド電気自動車のモーター制御装置。
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