JP2004180437A

JP2004180437A - 電気自動車の制御装置

Info

Publication number: JP2004180437A
Application number: JP2002344931A
Authority: JP
Inventors: Hikari Hayakawa; 光早川
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-11-28
Also published as: JP4062072B2

Abstract

【課題】電動機のロックを防止し、インバータのスイッチング素子の過熱状態を避けることを目的とする。
【解決手段】アクセル操作量に基づいて要求トルクを算出するトルク指令値算出部２と、要求トルクに基づいて電動機５の発生トルクを制御する電動機出力制御部３と、路面の傾斜角度を検出する傾斜角センサ７と、路面の傾斜角度と車両重量などに基づいて登坂トルクを算出する登坂トルク算出部９と、車速センサ１１およびリバーススイッチ１２の信号に基づき意図しない車両の走行状態を検出し登坂制御の許可を判断する登坂制御判断部１３と、電動機出力制御部３を備える。電動機出力制御部３は、登坂制御の許可の状態で要求トルクと登坂トルクを比較し、要求トルクが登坂トルク以下の場合、トルク発生を許可せず、電動機５のロック状態を継続させない。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車の制御装置に関し、特に登坂時の走行制御をする制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平１１−２１５６８７号公報
電気自動車において、登坂時にアクセルペダルの踏み込み量不足等のため、電動機がロック状態になるおそれがある。電動機がロック状態になると電動機を駆動するインバータの特定のスイッチング素子に電流が集中し、急激な温度上昇が発生して、このスイッチング素子が熱破壊する可能性がある。
従来このような電動機のロック状態におけるインバータのスイッチング素子の熱破壊を防止するため、スイッチング素子の温度上昇と電動機の回転数などから、電動機のロック状態を検出し、出力電流を制限するか、または出力を停止し、車両のずれ下がりなどを起こさせて、電動機の回転子の回転角をずらすことが考えられている（特許文献１参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この従来技術によれば、電動機がロック状態であることを検出した場合に、電動機のトルクを低減して回転子の回転角をずらして位相を変化させ、ロック状態のために加熱状態にあったスイッチング素子から別の加熱状態に無いスイッチング素子に通電をずらすことによって、大きなトルクを発生させロック状態から脱することができる。
しかしながら、加熱状態に無いスイッチング素子を用いて電動機を回転させ始めたとしても、再度加熱状態にあったスイッチング素子でトルクを発生させることになり、過熱状態が継続してしまうという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記の問題点を解決するために、電動機のロック状態を防止し、スイッチング素子の過熱状態の継続を避けることができる電気自動車の制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は、車両の駆動力源である電動機と、運転者のアクセル操作量に基づいて前記電動機への要求トルクを算出するトルク算出手段と、前記要求トルクに基づいて前記電動機の発生トルクを制御するトルク制御手段を備えた電気自動車の制御装置において、路面の傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段と、少なくとも路面の傾斜角度と車両重量に基づいて、登坂に必要なトルクである登坂トルクを算出する登坂トルク算出手段とを備え、前記トルク制御手段は、前記要求トルクが前記登坂トルク以下である場合には、前記電動機のトルク発生を禁じるものとした。
【０００６】
【発明の効果】
本発明により、登坂トルク算出手段は坂を登るに必要な登坂トルクを算出し、トルク算出手段は電動機への要求トルクを算出し、トルク制御手段が両者を比較し要求トルクが登坂トルク以下の場合は、電動機のトルク発生を禁じるので、電動機がロック状態となることを防止できる。
その結果、電動機電源の特定のスイッチング素子に電流が集中することを防ぐことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を説明する。
図１は電気自動車の制御装置のブロック構成を示す図である。
電動機５の駆動を制御する制御判断部１には、入力としてアクセル開度センサ６、傾斜角センサ７、車速センサ１１、リバーススイッチ（リバースＳＷ）１２が接続する。
制御判断部１から制御信号がブレーキ制御装置１４に出力され、ブレーキ１５の作動、解除が行われる。
【０００８】
また、制御判断部１から制御信号がインバータ４に出力され、インバータ４が制御判断部１からの制御信号に基づいて電動機５への供給電力を制御することによって電動機５の駆動制御が行われる。
さらにイグニッションスイッチ（イグニッションＳＷ）１６が制御判断部１にメインスイッチとして接続している。イグニッションスイッチ１６は、図示しないキーシリンダスイッチがイグニッション位置にあるとき、オンされる。
【０００９】
制御判断部１の構成とその入出力の関係をさらに詳細に説明する。
制御判断部１は、トルク指令値算出部２、電動機出力制御部３、車両諸元記憶部８、登坂トルク算出部９、登坂制御判断部１３を有している。
アクセル開度センサ６は制御判断部１のトルク指令値算出部２に接続し、アクセル開度信号を入力する。
傾斜角センサ７は、登坂路の車体前後方向の傾斜角を検出し、登坂トルク算出部９に入力する。
【００１０】
車速センサ１１は、タイヤの回転数から車速を計算し、前進時は正、後進時は負で表す車速信号を登坂制御判断部１３に入力する。
リバーススイッチ１２は、乗員によって操作されるシフトレバーがリバースポジション（後進位置）のときオン状態になるスイッチである。このリバーススイッチ１２の状態信号が登坂制御判断部１３に入力する。
【００１１】
トルク指令値算出部２はアクセル開度からインバータ４が電動機５を駆動するときの要求トルクの指令値を算出して電動機出力制御部３に送出する。
登坂制御判断部１３は、車速センサ１１からの車速信号に基づき車両の停止、前進、後進などの車両の実際の走行状態を検出し、リバーススイッチ１２からのスイッチ信号で運転者が意図した進行方向を検出し、運転者の意図しない走行状態かどうか、つまり登坂制御をするかどうかの判断をし、登坂制御の許可信号を登坂トルク算出部９と電動機出力制御部３に送出する。
【００１２】
具体的には、リバーススイッチ１２がオフ（前進位置）の状態で、車速センサ１１が車両の後進または停止状態を示すとき、登坂制御判断部１３は運転者の意図しない走行状態と判断する。同様にリバーススイッチ１２がオン（後進位置）の状態で、車速センサ１１が車両の前進または停止状態を示すとき、登坂制御判断部１３は運転者の意図しない走行状態と判断する。
【００１３】
登坂制御判断部１３が運転者の意図しない走行状態と判断したとき、登坂トルク算出部９と電動機出力制御部３に対して登坂制御の許可信号を出す。
運転者の意図する走行状態と判断した場合は、両者に登坂制御の許可信号を出さない。
【００１４】
車両諸元記憶部８は予め車両重量、減速比、タイヤ径の車両諸元データを記憶する。
登坂トルク算出部９は、登坂制御の許可信号を受けたとき、車両諸元記憶部８から予め記憶された車両諸元データを読み出し、傾斜角センサ７によって検出された傾斜角と車両諸元データに基づき登坂に必要なトルク、すなわち登坂トルクを算出し、電動機出力制御部３に出力する。
【００１５】
図２に示すように坂の傾斜角をθとすると登坂トルクは、電動機の軸の出力トルクＴｍで表すと下式のようになる。
Ｔｍ＝（Ｍｃ×ｇ×ｓｉｎθ×ｒ）／Ｇｒ・・・（１）
ここで、車両重量をＭｃ、重力加速度をｇ、総減速比をＧｒ、タイヤ半径をｒとする。
【００１６】
電動機出力制御部３は、登坂制御判断部１３から登坂制御の許可信号を受けて、登坂トルク算出部９からの登坂トルクとトルク指令値算出部２からの要求トルクの指令値を比較する。
比較した結果、登坂トルク≧要求トルク指令値の場合、ブレーキ制御装置１４へブレーキ作動を指令するとともに、インバータ４へ電動機駆動出力目標値をゼロとして出力する。
逆に登坂トルク＜要求トルク指令値の場合、ブレーキ制御装置１４へブレーキ解除を指令するとともに、インバータ４へ要求トルクの指令値に対応する電動機駆動出力目標値を出力する。
【００１７】
電動機出力制御部３は、登坂制御判断部１３から登坂制御の許可信号を受けていないときは、ブレーキ制御装置１４へブレーキ解除を指令し、またインバータ４へ要求トルクの指令値に対応する電動機駆動出力目標値を出力する。
また、電動機出力制御部３は、リバーススイッチ１２のオン／オフ信号に基づいて電動機５の回転方向（正転／逆転）を決定し、電動機出力目標値とともに回転方向の信号を出力する。
【００１８】
インバータ４はスイッチング素子を備え、電動機出力制御部３からの電動機駆動出力目標値の信号と回転方向の信号により、図示しない電源バッテリからの電流、電圧をスイッチング素子で通電制御して、電動機５を逆転／正転の制御および入力された電動機駆動出力目標値に対応した出力になるように制御駆動する。
なお、制御判断部１は、マイクロコンピュータで構成される。
【００１９】
本実施の形態の作用を以下に説明する。図３は制御判断部１の動作を表すフローチャートである。
イグニッションスイッチ１６がオンで本制御を開始し、運転者によるアクセル操作がなされると、トルク指令値算出部２と電動機出力制御部３によるインバータ４を介した電動機５の駆動が開始される。
ステップ１０１では、トルク指令値算出部２は、アクセル開度センサ６からの信号に対応した要求トルクの指令値を算出する。
ステップ１０２では、登坂制御判断部１３はリバーススイッチ１２の状態を読み込み、運転者の意図が前進または後進であるかを検出する。
ステップ１０３では、登坂制御判断部１３は車速センサ１１から車速を読み込む。
【００２０】
ステップ１０４では、登坂制御判断部１３はステップ１０２、１０３の検出結果から、車両は運転者が意図した走行状態かどうかを判断する。
すなわち、リバーススイッチ１２がオフの状態で（つまり前進を意図した状態で）、車速センサ１１による車速信号が０または負（車両の走行状態が停止または後進）の場合は、運転者の意図しない走行状態と判断する。
また、リバーススイッチ１２がオンの状態で（つまり後進を意図した状態で）、車速センサ１１による車速信号が０または正（車両の走行状態が停止または前進）の場合も同様である。
【００２１】
意図する走行状態と判断した場合（リバーススイッチ１２がオフで前進状態、またはリバーススイッチ１２がオンで後進状態である場合）はステップ１１４に進み、意図しない走行状態と判断した場合はステップ１０５に進む。
ステップ１０５では、登坂制御判断部１３は登坂トルク算出部９と電動機出力制御部３に登坂制御の許可信号を出力する。
【００２２】
ステップ１０６では、登坂トルク算出部９は登坂制御の許可信号を受けて、傾斜角センサ７から傾斜角を読み込む。
ステップ１０７では、登坂トルク算出部９は車両諸元記憶部８のデータと傾斜角θから式（１）にしたがって登坂トルクを算出し、電動機出力制御部３に出力する。
ステップ１０７の後はステップ１０８に進む。
【００２３】
ステップ１０８では、電動機出力制御部３は、要求トルクの指令値が登坂トルクを上回るかどうかをチェックする。上回る場合はステップ１１２へ、等しいか下回る場合はステップ１０９に進む。
ステップ１０９では、電動機出力制御部３はブレーキ制御装置１４にブレーキ作動信号を出力し、ブレーキ１５により車両を制動させる。
【００２４】
ステップ１１０では、電動機出力制御部３は電動機駆動出力目標値をゼロとして出力する（電動機出力不許可）。つまり電動機の駆動を禁ずる。
ステップ１１１では、トルク指令値算出部２は、アクセル開度センサ６からの信号に対応した要求トルクの指令値を算出する。
ステップ１１１の後、ステップ１０８に戻る。
つまり、運転者が、アクセルペダルをさらに踏み込み、増大した要求トルクの指令値を電動機出力制御部３に入力して、登坂トルクを上回るまでこのステップ１０８からステップ１１１のループを繰り返す。
【００２５】
ステップ１１２では、電動機出力制御部３はブレーキ制御装置１４にブレーキ解除信号を出力し、ブレーキ１５を開放する。
ステップ１１３では、電動機出力制御部３は要求トルクの指令値に対応した電動機駆動出力目標値をインバータ４に出力する（電動機出力許可）。
ステップ１１３の後ステップ１１５に進む。
これより、次のステップ１１５では、インバータ４が電動機駆動出力目標値に追随して、電動機５を駆動する。
【００２６】
一方、ステップ１０４のチェックで運転者の意図する走行状態と判断したときには、ステップ１１４では、電動機出力制御部３はインバータ４に要求トルクの指令値に対応した電動機駆動出力目標値を出力する（電動機出力許可）。ステップ１１４の後ステップ１１５に進む。
これにより一連の制御のフローが終了し最初に戻る。
【００２７】
本実施の形態のトルク指令値算出部２は本発明のトルク算出手段を構成する。また、上記フローにおけるステップ１０２は選択走行方向検出手段を、ステップ１０３は走行状態検出手段を、ステップ１０４と１０５は走行判断手段を、ステップ１０６は傾斜角度検出手段を、ステップ１０７は登坂トルク算出手段を、ステップ１０８、１１０とステップ１１３、１１４および１１５はトルク制御手段を、ステップ１０９と１１２は制動手段を構成する。
【００２８】
以上のように本実施の形態によれば、登坂制御判断部１３は、運転者が選択した走行方向を示すリバーススイッチ１２の信号と車速センサ１１からの信号に基づき、実際の車両走行状態が運転者の意図する方向への走行状態かどうかを判断し、意図しない走行状態と判断された場合は、電動機出力制御部３は、アクセル開度に対応した要求トルクの指令値と、坂道の傾斜角と車両重量に基づき算出された登坂トルクとを比較し、要求トルクの指令値が登坂トルク以下の場合、ブレーキを作動させ、電動機５への駆動出力をゼロとする。
【００２９】
その結果、電動機のロック状態は継続せず、インバータのスイッチング素子の過熱による破損を防止できる。
また、アクセルをさらに踏み込んで要求トルクの指令値が登坂トルクを上回ると、電動機出力制御部３はブレーキを解除し電動機へ出力するので、坂道発進時の車両のずり下がりの防止を可能としている。
【００３０】
なお、本実施の形態においては、傾斜角センサ７によって登坂路の傾斜角を検出する構成としたが、傾斜角センサ７の代わりにカーナビゲーションの地図情報から登坂路の傾斜角を検出する構成としてもよい。
さらに、要求トルクの指令値が登坂トルク以下である場合には、ブレーキに代えてオートマチックトランスミッションを「駐車位置（パーキングポジション）」に切り替えて車両を停止させておく構成としてもよい。
【００３１】
登坂トルクの算出は車両諸元記憶部８に予め記憶された車両重量に基づいて算出するようにしたが、例えばイグニッションスイッチをオンした時のサスペンションのストローク量から車両重量を検出する車重検出手段によって検出した値を用いてもよい。
このような車両重量検出方法では、乗員および積載荷物の重量が適切に車両重量に反映されるので、登坂トルク算出の精度が向上する。
【００３２】
また、本実施の形態では、リバーススイッチ１２の信号を制御判断部１に入力し、前進／後進を切り替える構成としたが、図示しないトランスミッションの後進位置を検出してリバーススイッチ１２をオンとし、トランスミッション側で後進操作を行い、制御判断部１では正転／逆転の制御をしない構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の構成を示す図である。
【図２】登坂トルクを求める方法を示す図である。
【図３】本発明の作用を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１制御判断部
２トルク指令値算出部
３電動機出力制御部
４インバータ
５電動機
６アクセル開度センサ
７傾斜角センサ
８車両諸元記憶部
９登坂トルク算出部
１１車速センサ
１２リバーススイッチ
１３登坂制御判断部
１４ブレーキ制御装置
１５ブレーキ
１６イグニッションスイッチ

Claims

車両の駆動力源である電動機と、運転者のアクセル操作量に基づいて前記電動機への要求トルクを算出するトルク算出手段と、前記要求トルクに基づいて前記電動機の発生トルクを制御するトルク制御手段を備えた電気自動車の制御装置において、
路面の傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段と、
少なくとも路面の傾斜角度と車両重量に基づいて、登坂に必要なトルクである登坂トルクを算出する登坂トルク算出手段とを備え、
前記トルク制御手段は、前記要求トルクが前記登坂トルク以下である場合には、前記電動機のトルク発生を禁じることを特徴とする電気自動車の制御装置。
前記トルク制御手段によって電動機のトルク発生を禁じている場合に車両を制動する制動手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の制御装置。
車両の前進、後進の選択状態を検出する選択走行方向検出手段と、
車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、
前記選択走行方向検出手段の検出した走行方向と、前記走行状態検出手段の検出した車両の実際の走行状態が異なるとき運転者が意図しない走行状態として判断する走行判断手段を備え、
前記制動手段は、前記運転者が意図しない走行状態であるときに、前記制動を行うことを特徴とする請求項２に記載の電気自動車の制御装置。
前記登坂トルク算出手段は、路面の車両前後方向の傾斜角θ、車両重量Ｍｃ、減速比Ｇｒ、タイヤ半径ｒ、重力加速度ｇとすると、登坂トルクを（Ｍｃ×ｇ×ｓｉｎθ×ｒ）／Ｇｒで表される式によって算出することを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の電気自動車の制御装置。