JP2008167514A - 電動車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動車両において、停車時にモータと車輪との間に蓄積された捩れが変速機のシフトポジションを変更した際に戻ることによって発生する雑音や振動を抑制する。
【解決手段】車両駆動用の電動機と、シフトポジションが少なくとも前進レンジ→後退レンジ→駐車レンジの順序に変化する変速機とを備えた電動車両の制御装置において、車速０を検出する車両停止状態判定手段８と、車速が０で、変速機のシフトポジションが前進レンジからそれ以外のレンジへ変わった後、前記電動機と車輪との間の捩れを除去する分のリバーストルクを、前記電動機に発生させるように制御する捩れ除去制御手段７と、を備えた構成。パークロックピンが入る前に、モータ〜車輪間の捩れを除去することが出来るので、ピン当たり音や振動を抑制することが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は電動車両の制御装置に関し、特に変速機のシフトポジション変更時における雑音発生防止技術に関する。

下記特許文献１は従来の一般的な電気自動車の構成例を示すものである。
特開平５−１７６４０９号公報

ＥＶ（電気自動車）、ＨＥＶ（ハイブリッド電気自動車）、ＦＣＶ（燃料電池車）等の少なくとも電動機（以下モータと記載）によって車両を駆動する構成を含む電動車両においては、モータトルクによってモータ〜車輪（タイヤ）までの間に捩れが生じる。図２は、モータ出力軸ａとタイヤ端ｂの関係を示す模式図である。図２に示すようにモータの出力をタイヤに伝達する駆動伝達系は完全な剛体ではなく、実際にはばね系としての特性を有しており、トルクによって捩れを生じる。この捩れはモータがトルク出力を停止した後もフリクション等で抜けきれない場合がある。例えばブレーキが操作された車両停止状態で変速機のシフトポジションがＤレンジにある場合には、前進方向に捩れが蓄積された状態になる。この状態でシフトポジションをＤレンジからＰレンジに入れる場合、シフトポジションはＤ→Ｎ→Ｒ→Ｐと切り替わることになるが、Ｒレンジを通過する際の後退トルクによって捩れが開放され、モータ軸の角度が変移を開始する。そしてＰレンジに移行したところでパークロックピン（駐車状態でモータ出力軸aの回転を拘束する機構）により動きが拘束されるためピン当り音や振動が発生することがある、という問題があった。
本発明は、上記のごとき停車時にモータと車輪との間に蓄積された捩れが変速機のシフトポジションを変更した際に戻ることによって発生する雑音や振動を抑制する電動車両の制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明においては、車両駆動用の電動機と、シフトポジションが少なくとも前進レンジ→後退レンジ→駐車レンジの順序に切り替わる変速機とを備えた電動車両の制御装置において、車速０を検出する車両停止状態判定手段と、車速が０で、変速機のシフトポジションが前進レンジからそれ以外のレンジへ変わった後、前記電動機と車輪との間の駆動伝達系に生じた捩れを除去する分のリバーストルク（前進方向の反対方向、つまり後進方向のトルク）を、前記電動機に発生させるように制御する捩れ除去制御手段と、を備えるように構成している。
なお、前進レンジとは車両の前進方向にトルクを発生するシフトポジションであり、Ｄ（ドライブ）レンジの他に、１速、２速等の固定レンジも含む。
また、変速機のシフトポジションは、前進レンジと後退レンジとの間に中立レンジを有し、前進（Ｄ）レンジ→中立（Ｎ）レンジ→後退（Ｒ）レンジ→駐車（Ｐ）レンジの順序に切り替わるものを含む。

本発明においては、変速機のシフトポジションが前進レンジからそれ以外のレンジへ変わった後、リバーストルクを発生させるように制御するため、パークロックピンが入る前にモータ〜車輪間の捩れを除去することが出来るので、ピンあたり音や振動を抑制することができる、という効果がある。

（実施例１）
図１は本発明の一実施例の制御装置を示すブロック図であり、車両駆動用の電動機を制御する装置を示す。
なお、変速機のシフトポジションをＤレンジからＰレンジへ変える場合は、一般にＤ（ドライブレンジ）→Ｎ（ニュートラルレンジ）→Ｒ（リバースレンジ）→Ｐ（パーキングレンジ）の順序で切り替わるが、電動車両の場合にはＮレンジが無い場合もあるので、本実施例では、少なくともＤ→Ｒ→Ｐと切り替わる構成を前提としている。
また、Ｄレンジはドライブレンジの他に、１速や２速の固定ポジションを含む。つまり前進方向にトルクを発生するポジションを意味する。

また、ハイブリッド電動車両の場合には、車両駆動用モータをエンジン始動用のスタータモータに兼用することがあるので、駆動伝達系は「エンジン−クラッチ−モータ−クラッチ−車軸」のような構成の場合がある。このようにモータと車軸間の駆動伝達系にクラッチを備えている場合は、クラッチが切断されていれば発明の課題に記載したような問題は生じないので、クラッチを有する構成では本発明の制御はクラッチ接続時に限るものとする。

図１において、電流ＰＩ制御部１、２相→３相変換部２、インバータ３、θ・ω_ｒｅ演算部４、３相→２相変換部５、ＴＲＱ電流変換部６、モータ９の部分は、一般的なモータのトルク制御系であるから、この部分の概略を先に説明する。
まず、モータ９を流れるｕ、ｖ、ｗ各相の電流値Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗを図示しない電流センサによって検出する。なお、三相電流には Ｉ_ｕ＋Ｉ_ｖ＋Ｉ_ｗ＝０ の関係があり、三相のうちの二相を検出すれば他の一相は演算によって求められるので、二相分を検出すればよい。
上記の検出したアナログ値の電流値をＡ／Ｄ変換してデジタル値として取り込み、３相→２相変換部５では、３相→２相変換を行って３相電流をｄ軸電流Ｉ_ｄ、ｑ軸電流Ｉ_ｑの２相に変換する。

一方、θ・ω_ｒｅ演算部４では、モータ９の回転子位相（電気角）θ［ｒａｄ］を図示しないポジション検出器（レゾルバやエンコーダなど）によって検出して読み込み、この回転子位相θを微分することにより、モータの回転子角速度（電気角）ω_ｒｅ［ｒａｄ／ｓ］を求める。

また、ＴＲＱ電流変換部６では、トルク指令値Ｔ^＊［Ｎ・ｍ］と回転子角速度ω_ｒｅに応じてｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊、ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊を求める。
電流ＰＩ制御部１では、３相→２相変換部５から送られたｄ軸電流Ｉ_ｄ、ｑ軸電流Ｉ_ｑとＴＲＱ電流変換部６から送られたｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊、ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊との偏差（Ｉ_ｄ ^＊−Ｉ_ｄ、Ｉ_ｑ ^＊−Ｉ_ｑ）の値にＰＩ（比例積分）制御を施すことにより、ｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄ ^＊、ｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑ ^＊を演算する。

２相→３相変換部２では、ｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄ ^＊、ｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑ ^＊を二相−三相変換して三相電圧指令値、つまりｕ相電圧指令値Ｖ_ｕ ^＊、ｖ相電圧指令値Ｖ_ｖ ^＊［Ｖ］、ｗ相電圧指令値Ｖ_ｗ ^＊を出力する。

上記の三相電圧指令値をＰＷＭ変換したＰＷＭ信号によってインバータ３を駆動することにより、モータ９の各相巻線にはそれぞれｕ相電圧、ｖ相電圧、ｗ相電圧が印加されて対応した電流が流れ、モータ９に対して電流フィードバックによるベクトル制御が行われる。以上が一般的なモータのトルク制御系の概略説明である。

次に、本発明の要点である捩れ除去制御部７と車両停止状態判定部８について説明する。
車両停止状態判定部８は、θ・ω_ｒｅ演算部４からモータの回転子位相θを取得し、車両停止状態か否かを回転角度変移が発生している（変化量が０でない）か否かで判定する。

捩れ除去制御部７は、外部から与えられたトルク指令値Ｔ^＊とシフト情報（変速機のシフトポジション情報）を入力し、シフト情報がＤからＮに変化（Ｎが無い場合はＤからＲに変化）し、かつトルク指令値Ｔ^＊が所定値以下の場合（トルク指令値Ｔ^＊はシフト情報に対してフィルタ処理等により遅れる場合があるため、所定値以下になっていることを判定する。この所定値はほぼ０）は、所定時間の間、所定値のリバーストルク（前進方向の反対方向、つまり後進方向のトルク）をトルク指令値Ｔ^＊としてＴＲＱ電流変換部６に出力する。このリバーストルクに相当するトルク指令値Ｔ^＊がＴＲＱ電流変換部６で電流指令値に変換され、前記と同様にトルク制御が行われることにより、モータが捩れ除去トルクを発生する。

なお、上記のリバーストルクを出力する所定時間は、トルク指令値を印加してからモータが実際に逆転方向に変位し始めるまでの時間であり、予め実験で求めておいても良いし、或いは実際に逆転を検出する方法でもよい。
また、リバーストルクの値は、予め実験等によって捩れを解消するに適当な値を求めておく。

図３は、上記の捩れ除去処理制御を示すフローチャートである。
図３において、まず、ステップＳ１では、シフトポジション情報を取得する。これは変速機の変速ポジションに対応した信号である。
ステップＳ２では、レンジがＤ→Ｎに変化（またはＤ→Ｒに変化）したか否かを判断する。
ステップＳ２でＮＯ（レンジ変化無し）の場合は、直ちに処理を終了する。
ステップＳ２でＹＥＳの場合は、ステップＳ３へ行き、モータの回転角度を取得する。
次に、ステップＳ４では、モータ回転角度の変化から車速が０（回転角度変化＝０）か否かを判断する。
ステップＳ４でＮＯ（車速が０でない）の場合は、直ちに処理を終了する。
ステップＳ４でＹＥＳの場合は、ステップＳ５で捩れ除去トルク（リバーストルク）を出力する。
なお、ステップＳ５の前に、トルク指令値Ｔ^＊が所定値以下であることを判定するステップＳを設け、トルク指令値Ｔ^＊が所定値（ほぼ０）以下の場合にのみ捩れ除去トルクを出力するように構成してもよい。
その後、ステップＳ６では、タイマを歩進させ、ステップＳ７ではタイマの計測値から所定時間が経過したか否かを判別する。そして所定時間が経過した場合には処理を終了する。この所定時間は、前記のようにトルク指令値を印加してからモータが実際に逆転方向に変位し始めるまでの時間であり、予め実験で求めておいても良いし、或いは実際に逆転を検出する方法でもよい。

次に、実際の動作特性に基づいて本発明の効果を説明する。
図４は、本発明におけるモータトルクと回転角の変化を示す特性図、図５は、従来例におけるモータトルクと回転角の変化を示す特性図である。
例えば、車両が停止状態のまま、ブレーキを踏みながらＤレンジに入れると、前進のトルク指令値Ｔ^＊が出力され、前進方向のトルクが発生するのでモータ回転角が変化するが、車輪は停止状態なので、モータと車輪間の駆動伝達系に捩れが生じる。この状態で変速機をＮレンジからＲレンジを経由してＰレンジに変えようとすると、Ｒレンジを通過したところでリバーストルクによって捩れが解消されるが、操作速度が速い場合にはＰレンジに入ったところでパークロックピンによってモータの回転が拘束されるため、ピン当たり音や振動が発生する。
上記のような状態は、Ｄレンジで車両走行後、ブレーキを踏んで停車し、その後にＤレンジからＮ→Ｒ→Ｐとシフトしてパーキング状態にする場合等に相当する。

図５に示した従来例においては、ＤレンジからＮ（またはＲ）レンジに切り替わった時点（約２.２ｓｅｃ）の後、モータトルク（トルク指令値）が０になった時点（３ｓｅｃ）以後も蓄積された捩れが残っており、Ｐレンジになった時点（約４.２ｓｅｃ）でピン当たり音と振動が発生する。

これに対して、図４に示した本発明においては、変速機がＤレンジ以外（ＮまたはＲレンジ）に変化した時点（約２.２ｓｅｃ）の後、モータトルク（トルク指令値）が０になった時点（３ｓｅｃ）から所定時間の間、リバーストルクを加える（リバース方向のトルク指令値を出力）ことにより、捩れが急速に戻っている。そのためＰレンジになった時点（約４.２ｓｅｃ）においてピン当たり音や振動が発生しないことが判る。

上記のように、本発明においては、パークロックピンが入る前に、モータ〜車輪間の捩れを除去することが出来るので、ピン当たり音や振動を抑制することができる、という効果がある。また、予め捩れを除去しておくことにより、モータｄ軸への放電処理時に、捩れ開放による車両振動を防止することができる、という効果も得られる。

本発明の一実施例の制御装置を示すブロック図。 モータ出力軸とタイヤ端の関係を示す模式図。 捩れ除去処理制御を示すフローチャート。 本発明におけるモータトルクと回転角の変化を示す特性図。 従来例におけるモータトルクと回転角の変化を示す特性図。

符号の説明

１…電流ＰＩ制御部 ２…２相→３相変換部
３…インバータ ４…θ・ω_ｒｅ演算部
５…３相→２相変換部 ６…ＴＲＱ電流変換部
７…捩れ除去制御部 ８…車両停止状態判定部
９…モータ

Claims (2)

1. 車両駆動用の電動機と、シフトポジションが少なくとも前進レンジ→後退レンジ→駐車レンジの順序で切り替わる変速機とを備えた電動車両の制御装置において、
   車速０を検出する車両停止状態判定手段と、
   車速が０で、変速機のシフトポジションが前進レンジからそれ以外のレンジへ変わった後、前記電動機と車輪との間の駆動伝達系に生じた捩れを除去する分のリバーストルクを、前記電動機に発生させるように制御する捩れ除去制御手段と、
   を備えたことを特徴とする電動車両の制御装置。
2. 前記捩れ除去制御手段は、車速が０で、変速機のシフトポジションが前進レンジからそれ以外のレンジへ変わった後、前記電動機へ与えるトルク指令値が所定値以下になった時点から所定時間の間、前記リバーストルクを、前記電動機に発生させるように制御することを特徴とする請求項１に記載の電動車両の制御装置。

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