JP2012157199A - 電気自動車の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータと変速機を備えた電気自動車において、モータと変速機を接続するクラッチを不要にして構成を簡易にすると共に、重量やコストの増加を抑制するようにした電気自動車の制御装置を提供する。
【解決手段】車両に搭載されるモータと、少なくとも運転者に操作されるアクセルペダルの開度に応じてモータの出力を制御するモータ出力制御手段と、変速指示がなされたとき、複数個の変速段ギヤを切り替える噛み合い式クラッチを有する変速機とを備えた電気自動車の制御装置において、モータ出力制御手段は、変速指示がなされたとき（Ｓ１２）、噛み合い式クラッチが前記複数個の変速段ギヤを切り替える前に（Ｓ２０からＳ２６）、モータの出力を零あるいはその近傍からなる所定値に制御する（Ｓ１８）。
【選択図】図７

Description

この発明は電気自動車の制御装置に関し、より具体的にはクラッチが除去された変速機を備えた電気自動車の制御装置に関する。

車両に搭載されるモータをアクセル開度に応じて算出されるトルク指令値に基づいて制御すると共に、クラッチを介して変速機に接続し、クラッチが操作されたとき、モータのフリクション分だけトルク指令値を減少し、モータの回転数を低下させてからクラッチの接続が行われるようにした電気自動車の制御装置は知られており、その例としては下記の特許文献１記載の技術を挙げることができる。

特許文献１記載の技術にあっては、さらに、モータが車速に対して規定された回転数以上で駆動されていた場合、トルク指令値が所定値以下となるように制御してクラッチの接続が行われるように構成している。

特開平５−２２７６１０号公報

特許文献１記載の技術にあっては、上記のように構成することで、モータの出力トルクと回転数が高い状態でのクラッチの接続を回避することでクラッチとモータの保護を図っているが、モータと変速機を接続するクラッチを備えているため、構成が複雑となると共に、重量やコストが増加する不都合がある。

この発明の目的は上記した課題を解決し、モータと変速機を備えた電気自動車において、モータと変速機を接続するクラッチを不要にして構成を簡易にすると共に、重量やコストの増加を抑制するようにした電気自動車の制御装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、車両に搭載されるモータと、少なくとも運転者に操作されるアクセルペダルの開度に応じて前記モータの出力を制御するモータ出力制御手段と、変速指示がなされたとき、前記モータに接続される入力軸と駆動輪に接続される出力軸の間に配置される複数個の変速段ギヤを切り替える噛み合い式クラッチを有する変速機とを備えた電気自動車の制御装置において、前記モータ出力制御手段は、前記変速指示がなされたとき、前記噛み合い式クラッチが前記複数個の変速段ギヤを切り替える前に、前記モータの出力を零あるいはその近傍からなる所定値に制御する如く構成した。

請求項２に係る電気自動車の制御装置にあっては、前記モータ出力制御手段によって前記変速指示がなされたときに前記モータの出力を所定値に制御された後、前記噛合い式クラッチを開放し、前記モータ出力制御手段によって前記入力軸と出力軸の差回転が所定範囲となるように制御された後、前記噛み合い式クラッチを係合する如く構成した。

請求項３に係る電気自動車の制御装置にあっては、前記モータ出力制御手段は、前記変速指示がなされたとき、前記モータの出力を、前記所定値に前記モータの回転子と前記入力軸のフリクショントルクに相当する値を加算して得た値に制御する如く構成した。

請求項４に係る電気自動車の制御装置にあっては、前記モータ出力制御手段は、前記フリクショントルクに相当する値を前記変速機の油温と前記入力軸の回転数に基づいて変更する如く構成した。

請求項５に係る電気自動車の制御装置にあっては、前記複数個の変速段ギヤは、前記モータの高速側のノイズピークが前記車両の設定最高車速を超えた領域で発生するように変速比が設定される如く構成した。

請求項１にあっては、運転者に操作されるアクセルペダルの開度に応じて車両に搭載されるモータの出力を制御するモータ出力制御手段と、変速指示がなされたとき、モータに接続される入力軸と駆動輪に接続される出力軸の間に配置される複数個の変速段ギヤを切り替える噛み合い式クラッチを有する変速機とを備えた電気自動車の制御装置において、モータ出力制御手段は、変速指示がなされたとき、噛み合い式クラッチが変速段ギヤを切り替える前に、モータの出力を零あるいはその近傍からなる所定値に制御する如く構成したので、変速指示に応じてモータの出力を零あるいはその近傍からなる所定値に制御することでモータと変速機を接続するクラッチを不要にでき、よって構成を簡易にできると共に、重量やコストの増加を抑制することができる。

請求項２に係る電気自動車の制御装置にあっては、モータ出力制御手段によって変速指示がなされたときにモータの出力を所定値に制御された後、噛合い式クラッチを開放し、モータ出力制御手段によって入力軸と出力軸の差回転が所定範囲となるように制御された後、噛み合い式クラッチを係合する如く構成したので、上記した効果に加え、変速段ギヤを一層滑らかに切り替えることができ、噛み合い式クラッチ係合時の異音を低下できると共に、噛み合い式クラッチの耐久性を向上させることができる。

請求項３に係る電気自動車の制御装置にあっては、モータ出力制御手段は、変速指示がなされたとき、モータの出力を、所定値にモータの回転子と入力軸のフリクショントルクに相当する値を加算して得た値に制御する如く構成したので、上記した効果に加え、噛み合い式クラッチに作用する負荷を擬似的にゼロにできるため、噛み合い式クラッチの耐久性を向上させることができる。

請求項４に係る電気自動車の制御装置にあっては、モータ出力制御手段は、フリクショントルクに相当する値を変速機の油温と入力軸の回転数に基づいて変更する如く構成したので、一層確実に噛み合い式クラッチに作用する負荷を擬似的にゼロにすることを実現することができる。

請求項５に係る電気自動車の制御装置にあっては、複数個の変速段ギヤは、モータの高速側のノイズピークが車両の設定最高車速を超えた領域で発生するように変速比が設定される如く構成したので、上記した効果に加え、例えば車両の走行速度が低いときに小さい変速比のギヤに切り替えて低速側のノイズピークの車速範囲を狭くし、走行速度が高いときに大きい変速比のギヤに切り替えて高速側のノイズピークを（設定最高車速を超えて）より高速側に移すことも可能となり、よって常用運転域でのＮＶ（Noise Vibration。騒音）を低減させることができる。

この発明の第１実施例に係る電気自動車の制御装置を全体的に示す概略図である。 図１に示す変速機のスケルトン図である。 図１に示す変速機のスケルトン図である。 図１のＭＯＴ／ＥＣＵの制御値の算出動作を機能的に示すブロック図である。 図４の電圧指令値の算出処理を説明する説明図である。 図４の出力電圧監視部の動作をより詳細に示すブロック図である。 図１に示す電気自動車の制御装置の動作を説明するフロー・チャートである。 図７の処理を説明する説明図である。 図１に示す電気自動車の制御装置の効果を説明する説明図である。 同様に図１に示す電気自動車の制御装置の効果を説明する説明図である。 この発明の第２実施例に係る電気自動車の制御装置の構成を示す、図６と同様の出力電圧監視部のブロック図である。 図１１の第２実施例で制御されるフリクショントルクの特性を示す説明図である。 図１１のフリクショントルクのマップデータ値を説明する説明図である。 第２実施例の制御を説明する説明図である。 この発明の第３実施例に係る電気自動車の制御装置を全体的に示す、図１と同様の概略図である。 第３実施例に係る電気自動車の制御装置の動作を説明する、図７と同様のフロー・チャートである。 第３実施例の変形例のシフトパターンを示す説明である。 第３実施例の変形例の動作を説明するフロー・チャートである。

以下、添付図面を参照してこの発明に係る車両の制御装置を実施するための形態について説明する。

図１は、この発明の第１実施例に係る電気自動車の制御装置を全体的に示す概略図、図２と図３は図１に示す変速機のスケルトン図である。

図１において符号１０は電気自動車（以下「車両」という）１０を模式的に示し、車両１０にはモータ（電動機。図で「ＭＯＴ」と示す）１２が搭載される。モータ１２は具体的にはＤＣブラシレスモータからなり、後述するようにＵ，Ｖ，Ｗの３相電流を通電されて動作する。

モータ１２は駆動軸１４を介して手動変速機に類似する変速機（図で「ＭＴ」と示す）１６に接続される。変速機１６はモータ１２の出力を変速し、駆動輪（車輪）２０に伝達する。

モータ１２は通電されるとき、回転して駆動輪２０を駆動して車両１０を走行させる。一方、モータ１２は通電されないときは空転すると共に、駆動輪２０から駆動されるとき、駆動軸１４の回転によって生じた運動エネルギを電気エネルギに変換して出力する回生機能を有する発電機（ジェネレータ）として機能する。

モータ１２は、パワードライブユニット（ＰＤＵ）２２を介してバッテリ（ＢＡＴＴ）２４に接続される。ＰＤＵ２２はインバータを備え、バッテリ２４から供給（放電）される直流（電力）を交流に変換してモータ１２に供給すると共に、モータ１２の回生動作によって発電された交流を直流に変換してバッテリ２４に供給する。

図２に示す如く、変速機１６はモータ１２に（駆動軸１４を介して）接続される入力軸１６ａと、駆動輪２０に接続される出力軸１６ｂと、その間に配置される複数個の変速段ギヤ１６ｃと、モータなどからなるシフトアクチュエータ１６ｄと、シフトアクチュエータ１６ｄに接続される複数個の噛み合い式クラッチ１６ｅとを備える。

変速段ギヤ１６ｃは具体的には１速、２速、３速ギヤ１６ｃ１，１６ｃ２，１６ｃ３からなる。入力軸１６ａにはそのうちのドライブ側の１速、２速、３速ドライブギヤ１６ｃ１ａ，１６ｃ２ａ，１６ｃ３ａが相対回転自在に配置される一方、出力軸１６ｂには、それらに噛合するドリブン側の１速、２速、３速ドリブンギヤ１６ｃ１ｂ，１６ｃ２ｂ，１６ｃ３ｂが相対回転不能に固定される。

変速段ギヤ１６ｃは、モータ１２の高速側のノイズピークが車両１０の設定最高車速（例えば１８０ｋｍ／ｈ）を超えた領域で発生するように変速比が設定されるように構成される。それについては後述する。

出力軸１６ｂにはファイナルドライブギヤ１６ｂ１が固定される。ファイナルドライブギヤ１６ｂ１はファイナルドリブンギヤなどのギヤ群とディファレンシャル機構（全て図示せず)を介して駆動輪２０に接続される。

複数個の噛み合い式クラッチ１６ｅは変速段ギヤ１６ｃの間に配置される第１、第２の噛み合い式クラッチ１６ｅ１，１６ｅ２からなり、それぞれ入力軸１６ａに相対回転不能かつ軸方向に移動自在にスプライン結合されたスリーブドグクラッチと、その両側において１速、２速、３速ドライブギヤ１６ｃ１ａ，１６ｃ２ａ，１６ｃ３ａに設けられたドグクラッチ、回転を同期させるシンクロ機構を有する。

スリーブドグクラッチはシフトアクチュエータ１６ｄに取り付けられ、シフトアクチュエータ１６ｄが通電されて入力軸１６ａの軸方向に駆動されるとき、それに伴って図示の中立位置から移動して対応するギヤ１６ｃを入力軸１６ａに固定する。尚、第１の噛み合い式クラッチ１６ｅ１は１速ドライブギヤ１６ｃ１ａに対してのみ移動可能に構成される。

変速段の確立について説明すると、シフトアクチュエータ１６ｄを介して第１の噛み合い式クラッチ１６ｅ１を図２で右に移動させると、１速ドライブギヤ１６ｃ１ａが入力軸１６ａに係合し、モータ１２から入力軸１６ａに入力された回転駆動力（入力トルク）は１速ドライブギヤ１６ｃ１ａを回転させる。

図３に示す如く、１速ドライブギヤ１６ｃ１ａの回転はそれに噛合する１速ドリブンギヤ１６ｃ１ｂに伝えられて出力軸１６ｂを回転させることで１速（変速段）が確立される。出力軸１６ｂの回転はファイナルドライブギヤ１６ｂ１からファイナルドリブンギヤとディファレンシャル機構などに伝えられ、さらには駆動輪２０に伝えられて車両１０を１速で前進走行させる。

また、その状態でモータ１２の回転方向を反転させると、モータ１２の回転は１速ドライブギヤ１６ｃ１ａと１速ドリブンギヤ１６ｃ１ｂに伝えられて出力軸１６ｂを逆方向に回転させることで後進１速（変速段）が確立される。

第２の噛み合い式クラッチ１６ｅ２を図２で右に移動させて２速ドライブギヤ１６ｃ２ａを入力軸１６ａに係合すると、同様に入力軸１６ａの回転駆動力は２速ドライブギヤ１６ｃ２ａと２速ドリブンギヤ１６ｃ２ｂを介して出力軸１６ｂを回転させることで２速（変速段）が確立される。

第２の噛み合い式クラッチ１６ｅ２を図２で左に移動させて３速ドライブギヤ１６ｃ３ａを入力軸１６ａに係合すると、入力軸１６ａの回転駆動力は３速ドライブギヤ１６ｃ３ａと３速ドリブンギヤ１６ｃ３ｂを介して出力軸１６ｂを回転させることで３速（変速段）が確立される。

このように、この実施例において変速機１６はＡＭＴ（Automated Manual Transmission）、即ち、自動化されたマニュアルトランスミッション（手動変速機）として構成される。

図１の説明に戻ると、車両１０の運転席にはシフト（レンジセレクト）レバー３０が配置される。シフトレバー３０は運転者の手動操作によって図示のようなシフトパターン３０ａを移動（選択）自在に構成される。シフトパターン３０ａはＰ，Ｒ，Ｎ，Ｄからなるメインレンジ３０ａ１と、Ｄレンジから分岐された＋／−からなるサブレンジ３０ａ２を備える。

サブレンジ３０ａ２の＋は現在の変速段からのシフトアップを、−は現在の変速段からのシフトダウンを示す。サブレンジ３０ａ２は運転者がメインレンジ３０ａ１においてＤレンジを選択しているときのみ使用可能に構成される。運転者がシフトレバー３０をサブレンジ３０ａ２の＋に位置させたときはシフトアップ（変速）指示、−に位置させたときはシフトダウン（変速）指示がなされたことを意味する。

尚、運転者によってＤレンジが選択されている場合、サブレンジ３０ａ２でのシフトレバー操作による変速指示に応じた変速の他に、車速とアクセル開度からシフトマップを検索して１速から３速の間で自動的に変速される。

シフトレバー３０の付近にはシフトレバーポジションセンサ３２が配置され、運転者によって選択されたメインレンジあるいはサブレンジでのシフトレバー３０の位置を示す出力を生じる。

また、変速機１６のケース底面のＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid。作動油）のリザーバには油温センサ３４が設けられ、油温ＴＡＴＦ（ＡＴＦの温度）を示す出力を生じる。

駆動輪２０の付近にはディスクブレーキなどのブレーキ３６が設けられると共に、ブレーキ３６にはブレーキユニット４０が接続される。さらに車両１０の運転席には運転者の操作自在にブレーキペダル４２が設けられる。

ブレーキユニット４０は油圧ブースタと電動サーボを備え、動作するとき、ブレーキペダル４２による運転者の操作と独立にブレーキ３６を作動させて車両１０を制動する。ブレーキペダル４２の付近にはブレーキ開度センサ４４が設けられ、ブレーキ開度、即ち、運転者によるブレーキペダル４２の踏み込み量に応じた出力を生じる。

同様に車両１０の運転席には運転者の操作自在にアクセルペダル４６が設けられると共に、その付近にはアクセル開度センサ４８が設けられ、アクセル開度、即ち、運転者によるアクセルペダル４６の踏み込み量に応じた出力を生じる。駆動輪２０のドライブ軸の付近には車速センサ５０が設けられ、車両１０の走行速度（車速）を示す信号を出力する。

ブレーキ開度センサ４４とアクセル開度センサ４８の出力はＭＯＴ／ＥＣＵ５２に送られると共に、シフトレバーポジションセンサ３２と油温センサ３４と車速センサ５０の出力はＡＭＴ／ＥＣＵ５４に送られる。

さらに、ブレーキユニット４０の動作を制御するＢＲＫ／ＥＣＵ５６も設けられる。ＢＲＫ／ＥＣＵ５６は必要に応じてブレーキ指示（動作指示）を送り、ブレーキユニット４０を動作させる。

ＭＯＴ／ＥＣＵ５２とＡＭＴ／ＥＣＵ５４とＢＲＫ／ＥＣＵ５６はそれぞれ、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどを有するマイクロコンピュータを備える。これらＥＣＵ５２，５４，５６は信号線６０によって接続され、相互に通信して情報を取得可能なように構成される。

さらにＭＯＴ／ＥＣＵ５２にはモータ１２に配置されたレゾルバなどを介して回転子（ＲＯＴ）の位相と回転数についての情報が送られると共に、ＰＤＵ２２に配置された電圧・電流センサなどから通電電流（と通電電圧）を示す情報が送られる。

ＭＯＴ／ＥＣＵ５２はそれらセンサ出力に基づき、即ち、少なくとも運転者に操作されるアクセルペダル４６の開度に応じて所望のトルクが生じるように制御値を算出してモータ１２の出力を制御する。

図４はＭＯＴ／ＥＣＵ５２の制御値の算出動作を機能的に示すブロック図である。

以下説明すると、モータ１２のいずれか２相（例えばＵ相とＷ相）の電流は３相／２軸変換部５２ａによってｄ−ｑ軸上の実相電流ｉｄ，ｉｑに変換され、電流制御演算部５２ｂに入力される。ここでｄｑは公知のモータのベクトル制御におけるｄｑ変換のことである。

電流制御演算部５２ｂはアクセル開度から算出されるモータトルク指令と検出されたモータ１２の回転数とバッテリ２４の入出力電圧とに基づいて目標とする電流指令値Ｉｄ，Ｉｑを求めると共に、前記した実相電流ｉｄ，ｉｑとの電流偏差Δｉｄ，Δｉｑを算出し、ＰＩ制御則を用いて下記の式１，２に従って電圧指令値ＶＤ，ＶＱを算出する。

ＶＤ＝Ｋｐ×Δｉｄ＋Ｋｉ×（∫Δｉｄ・ｄｔ）＋Ｃ１ ・・・式１
ＶＱ＝Ｋｐ×Δｉｑ＋Ｋｉ×（∫Δｉｑ・ｄｔ）＋Ｃ２ ・・・式２
上記でＫｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン、Ｃ１，Ｃ２：ｄ，ｑ軸間の干渉成分を除去するためのフィードフォワード項である。

図５は図４の電圧指令値の算出処理を説明する説明図である。図５を参照してこの電圧指令値ＶＤ，ＶＱの算出を敷衍すると、所望の動作点上の電圧指令値ＶＤ，ＶＱは、次のように算出される。

即ち、モータ１２の電気角速度ωで表わされる逆起電力ωｋｅから求められるａ点（ωｋｅ，０）に、モータ１２の各相の抵抗分Ｒと電流指令値Ｉｄ，Ｉｑのｄ軸成分Ｉｄとから求められるｄ軸成分Ｒ×Ｉｄを加算してｂ点（ωｋｅ＋Ｒ×Ｉｄ，０）を算出する。

次いでモータ１２の電気角速度ωとｄ軸方向のインダクタンス成分Ｌｄと電流指令値Ｉｄ，Ｉｑのｄ軸成分Ｉｄとで求められるｑ軸成分（ω×Ｌｄ×Ｉｄ）を加算し、ｃ点（ωｋｅ＋Ｒ×Ｉｄ，ω×Ｌｄ×Ｉｄ）を算出する。

次いでモータ１２の各相の抵抗成分Ｒと電流指令値Ｉｄ，Ｉｑのｑ軸成分Ｉｑとから求められるｑ軸成分Ｒ×Ｉｑを加算してｄ点（ωｋｅ＋Ｒ×Ｉｄ，ω×Ｌｄ×Ｉｄ＋Ｒ×Ｉｑ）を算出する。

次いでモータ１２の電気角速度ωとｑ軸方向のインダクタンス成分Ｌｑと電流指令値Ｉｄ，Ｉｑのｑ軸成分Ｉｑとで求められるｑ軸成分（ω×Ｌｑ×Ｉｑ）を加算する。これにより、所望の動作点であるｅ点（ωｋｅ＋Ｒ×Ｉｄ−ω×Ｌｑ×Ｉｑ，ω×Ｌｄ×Ｉｄ＋Ｒ×Ｉｑ）を求めることができる。

このようにして電圧指令値を算出することができる。算出された電圧指令値ＶＤ，ＶＱは出力電圧監視部５２ｃに入力され。そこでモータ過回転などの不都合が生じないように出力電圧が監視される。

図６は出力電圧監視部５２ｃの動作をより詳細に示すブロック図である。

以下説明すると、出力電圧監視部５２ｃにおいて電流制御演算部５２ｂで算出された電圧指令値ＶＤ，ＶＱは制御系異常判定部５２ｃ１に入力され、そこで算出値が印加電圧リミットを超えるか否か判定される。

また算出値は位相検出部５２ｃ２に入力され、そこで位相が検出され、算出値の前回値の位相を初期位相φ_initとして出力する。尚、制御系異常判定部５２ｃ１で印加電圧リミットを超えると判定されるとき、算出値の今回値の位相を初期位相φ_initとして出力する。

位相制御部５２ｃ３は、モータ１２にトルクを発生させない電圧指令値ＶＤ，ＶＱの位相をゼロトルク位相φ_comとして予め記憶してするゼロトルク位相記憶部５２ｃ４を備え、そこから出力されるゼロトルク位相φ_comに近づくように例えばＰＩ制御則を用いて出力変化分Δφを算出する。

位相減算部５２ｃ５は位相検出部５２ｃ２から出力される初期φ_initから出力変化分の積算値∫Δφを減算して現在位相φ_nowを算出して位相制御部５２ｃ３に入力する。このように、位相制御部５２ｃ３などではゼロトルク位相と現在位相の差が所定値以下となるまで、上記の処理が繰り返される。

位相制御部５２ｃ３の出力φ+Δφは出力電圧算出部５２ｃ６に送られ、そこで以下の式に従って電圧指令値が最終的に算出され、出力電圧切り替え部５２ｃから出力される。
ＶＤ＝ＶＰ×ｃｏｓ（φ+Δφ） ・・・式３
ＶＱ＝ＶＰ×ｓｉｎ（φ+Δφ） ・・・式４
上記でＶＰ：振幅である。

図４の説明に戻ると、出力電圧監視部５２ｃの出力は２軸／３相変換部５２ｄに送られ、そこでＵ，Ｖ，Ｗ相電圧からなる３相電圧指令値に変換され、ＰＤＵ２２に出力される。

次いで図１に戻ってＡＭＴ／ＥＣＵ５４の動作を説明すると、ＡＭＴ／ＥＣＵ５４はシフトレバーポジションセンサ３２などのセンサ出力とＭＯＴ／ＥＣＵ５２に通信して得たアクセル開度などの情報に基づき、シフト指示を決定してシフトアクチュエータ１６ｄを動作させる。

即ち、ＡＭＴ／ＥＣＵ５４は、後述するようにシフトマップ検索による変速指示がなされたとき、あるいは運転者からシフトレバー３０を通じて変速指示がなされたとき、シフトアクチュエータ１６ｄを動作させて噛み合い式クラッチ１６ｅを入力軸１６ａに沿って移動させ、３個の変速段ギヤ１６ｃを例えば１速から２速、３速から２速へなどと切り替える。

上記を前提としてこの実施例に係る電気自動車の動作を説明する。

図７はその動作を示すフロー・チャートである。尚、図示のプログラムはＡＭＴ／ＥＣＵ５４によって実行される。

以下説明すると、Ｓ（ステップ）１０においてシフトマップ検索による変速指示がなされたか、即ち、Ｄレンジが選択されている場合、図示しない変速制御部において車速とアクセル開度からシフトマップを検索した結果、変速指示がなされているか否か判断する。

Ｓ１０で否定されるときはＳ１２に進み、運転者変速指示、即ち、サブレンジ３０ａ２でのシフトレバー操作によって運転者から変速指示がなされたか否か判断し、否定されるときはＳ１４に進み、現在の変速段（速度）を維持し、以降の処理をスキップする。

他方、Ｓ１２で肯定されるときはＳ１６に進み、変速可か否か判断する。この判断は具体的には、アクセル開度から算出される必要モータトルクが変速先の変速段で要求されるモータ最大トルク未満であり、必要モータ回転数が変速先の変速段で要求されるモータ最高回転数未満か否か判断することで行う。

Ｓ１６で否定されるときはＳ１４に進む一方、肯定されるときはＳ１８に進み、ＭＯＴゼロトルク制御を実行する。これはＳ１０で肯定されるときも同様であり、換言すれば変速指示がなされたとき、Ｓ１８に進み、ＭＯＴゼロトルク制御が実行される。

Ｓ１８のＭＯＴゼロトルク制御は、ＭＯＴ／ＥＣＵ５２に通信し、前記した出力電圧監視部５２ｃの位相制御部５２ｃ３においてゼロトルク位相と現在位相の差が所定値以下となるように電圧指令値ＶＤ，ＶＱを算出して出力させることで行われる。

図８はその処理を示す説明図である。尚、同図においてｄ，ｑ軸の向きを図５と相違させて示す。図示の如く、位相が９０度相違する直交領域にあるときはモータ１２のトルクＴｑは下部左欄の末尾の式によって０［Ｎｍ］に制御される。

一方、車速の増加に伴って弱め界磁領域にあるときは、Ｉｄが０［Ａ］（実効値）を超えるが、下部右欄の末尾の式に示す如く、Ｉｑが０であることから、トルクＴｑは結果的に０［Ｎｍ］に制御される。

図７フロー・チャートの説明に戻ると、次いでＳ２０に進み、ドグクラッチを開放する。即ち、シフトアクチュエータ１６ｄを動作させて噛み合い式クラッチ１６ｅのスリーブドグクラッチを中立位置に戻し、Ｓ２２に進み、モータ変速後回転数合わせを実行する。これは噛み合い式クラッチ１６ｅの損傷を回避するためであり、モータイナーシャと差回転が同期回転数以上のときに行われる。

次いでＳ２４に進み、所望の変速段ギヤにドグクラッチを係合、即ち、シフトアクチュエータ１６ｄを動作させて噛み合い式クラッチ１６ｅのスリーブドグクラッチを変速先の変速段ギヤのドグクラッチに係合させる。次いでＳ２６に進み、変速完了と判断して以降の処理をスキップする。

上記の如く、この実施例に係る電気自動車の制御装置においては、変速指示がなされたとき、変速段ギヤが切り替えられる前に、モータ１２の出力を零あるいはその近傍からなる所定値、具体的にはゼロトルクに制御する如く構成したので、変速段ギヤ１６ｃを切り替えるのにモータ１２と変速機１６を接続するクラッチを不要にでき、よって構成を簡易にできると共に、重量やコストの増加を抑制することができる。

さらに、３個の変速段ギヤ１６ｃを備えることで、上記した効果に加え、モータ１２の一層の小型化を図ることができる。図９を参照して説明すると、モータ１２に変速機１６を接続しない場合、換言すれば変速比が固定される場合、同図（ａ）に示すように車速と車軸最大駆動力とは背反関係となる。

他方、この実施例にあっては３個の変速段ギヤ１６ｃを備える変速機１６を設けるように構成したので、同図（ｂ）に示す如く、変速比を変えることで最高速と車軸トルクとを向上させることができる。換言すれば、同一の最高速と車軸トルクを実現する車軸最大駆動力を低減することができ、よってモータ１２を一層小型化することができる。

さらに、３個の変速段ギヤ１６ｃを備えることで、上記した効果に加え、変速比が固定される場合に比し、騒音（ＮＶ（Noise Vibration））を低減することができる。

さらに、複数個の変速段ギヤ１６ｃは、モータ１２の高速側のノイズピークが車両１０の設定最高車速を超えた領域で発生するように変速比が設定される如く構成される。その結果、実施例に係る車両１０の騒音が図１０（ａ）に示すような特性を有すると仮定すると、同図（ｂ）に示す如く、車速が低いときに小さい変速比（Ｌｏｗレシオ）のギヤに切り替えて低速側のノイズピークの車速範囲を狭くし、車速が高いときに大きい変速比（Ｈｉレシオ）のギヤに切り替えて高速側のノイズピークを（想像線で示すように）設定最高車速を超えてより高速側に移すことができ、よって常用運転域での騒音を低減させることができる。

また、変速指示がなされたときにモータの出力を所定値に制御された後、噛合い式クラッチ１６ｅを開放し、次いで入力軸と出力軸の差回転が所定範囲となるように制御された後、噛み合い式クラッチ１６ｅを係合する如く構成したので、上記した効果に加え、変速段ギヤ１６ｃを一層滑らかに切り替えることができ、噛み合い式クラッチ係合時の異音を低下できると共に、噛み合い式クラッチ１６ｅの耐久性を向上させることができる。

図１１は、この発明の第２実施例に係る電気自動車の制御装置の構成を示す図６と同様の出力電圧監視部５２ｃのブロック図である。

第１実施例と相違する点に焦点をおいて説明すると、第２実施例にあっては、変速指示がなされたとき、モータ１２の出力を、前記したゼロトルク（所定値）にモータ１２の回転子と入力軸１６ａのフリクショントルクに相当する値を加算して得た値に制御する如く構成した。尚、この処理は図７フロー・チャートのＳ１８で行われる。

即ち、変速指示がなされたときにモータ１２の出力をゼロトルクに制御することでモータ１２と変速機１６の間のクラッチを不要にできるが、その場合でも噛み合い式クラッチ１６ｅのスリーブドグクラッチとそれに噛合するドライブギヤ側のドグクラッチにはモータ１２の回転子と入力軸１６ａのフリクショントルクが作用する。第２実施例はそれに対策するようにした。

図１２はそのフリクショントルクの特性を示す説明図である。図示の如く、フリクショントルクは入力軸１６ａの回転数が上昇するにつれて増加すると共に、油温ＴＡＴＦが低下するにつれて増加する。

従って、第２実施例においては、図１２にその特性を示すフリクショントルク（付加トルク）を、入力軸１６ａの回転数と油温ＴＡＴＦとから検索自在に図１３に示すようなマップデータ（マップ値）としてＭＯＴ／ＥＣＵ５２のＲＯＭに記憶するようにした。

より具体的には、図１１に示す如く、出力電圧監視部５２ｃに付加トルク演算部５２ｃ８を設け、そこで付加トルクを検索して出力電圧算出部５２ｃ６に送り、算出値ＶＤ，ＶＱに加算するようにした。加算値は第１実施例の図４に示すのと同様、２軸／３相変換処理を経てＰＤＵ２２に出力される。

第２実施例のゼロトルク制御を図１４に示す。図示の如く、モータ１２は、車速（回転数）と油温で異なるフリクショントルク（付加トルク）を所定値（ゼロトルク）に加算したトルクに制御される。

第２実施例に係る電気自動車の制御装置にあっては、上記した如く、変速指示がなされたとき、モータ１２の出力を、ゼロトルク（所定値）にモータ１２の回転子と変速機１６の入力軸１６ａのフリクショントルク（付加トルク）に相当する値を加算して得た値に制御する（Ｓ１８）如く構成したので、上記した効果に加え、噛み合い式クラッチ１６ｅに作用する負荷を擬似的にゼロにできるため、噛み合い式クラッチ機構１６ｅなどの耐久性をさらに向上させることができる。

さらに、噛み合い式クラッチ１６ｅの応答性も向上することから、変速速度も向上させることができると共に、同様にモータなどからなるシフトアクチュエータ１６ｄの容量を低減することも可能となる。

また、上記したフリクショントルク（付加トルク）に相当する値を変速機１６の油温ＴＡＴＦと変速機１６の入力軸１６ａの回転数に基づいて検索、換言すれば変更する如く構成したので、一層確実に噛み合い式クラッチ１６ｅに作用する負荷を擬似的にゼロにすることを実現することができる。尚、残余の構成および効果は第１実施例と異ならない。

図１５は、この発明の第３実施例に係る電気自動車の制御装置を全体的に示す、図１と同様の概略図である。

第１、第２実施例と相違する点に焦点をおいて説明すると、第３実施例にあっては、図示のような前進３速、後進（Ｒ）１速の手動変速機類似のシフトパターン３０ｂを備え、運転者はシフトレバー３０を手動操作してそれらのいずれかを選択可能に構成した。

第３実施例ではシフトアクチュエータ１６ｄに代えてチェンジ機構１６ｆが設けられ、運転者によるシフトレバー３０の操作はシフトワイヤ６２を介して、従来の手動変速機と同様に、チェンジ機構１６ｆに接続され、運転者のシフトレバー３０の操作で選択された変速段が機械的に選択（確立）される。

また、車両運転席床面にクラッチペダル６４が設けられると共に、その付近にはクラッチペダルスイッチ６６が設けられ、運転者によるクラッチペダル６４の踏み込み操作を示す出力を生じてＡＭＴ／ＥＣＵ５４に送る。

図１６は第３実施例に係る電気自動車の制御装置の動作を示すフロー・チャートである。図示のプログラムは同様にＡＭＴ／ＥＣＵ５４によって実行される。

以下説明すると、Ｓ１００においてクラッチ踏み込み、即ち、運転者によってクラッチペダル６４の踏み込みがなされたか否かクラッチぺダルスイッチ６６の出力から判断し、否定されるときはＳ１０２に進み、モータ通常運転制御、即ち、モータ１２の制御としてゼロトルク制御ではない通常の制御を維持し、以降の処理をスキップする。

他方、Ｓ１００で肯定されるときはＳ１０４に進み、第１実施例と同様にＭＯＴゼロトルク制御を実行する。即ち、変速指示がなされたとき、変速段ギヤが切り替えられる前に、モータ１２の出力を零あるいはその近傍からなる所定値、具体的にはゼロトルクに制御する。

尚、このとき、第２実施例で説明したように、所定値にモータ１２の回転子と入力軸１６ａのフリクショントルクに相当する値を加算し、その値に制御しても良い。

尚、上記の処理につれて運転者のシフトレバー３０の操作に伴ってチェンジ機構１６ｆで選択される変速前のドグクラッチが開放され（Ｓ１０６）、変速先の変速段ギヤ１６ｃにドグクラッチが係合され（Ｓ１０８）、変速完了と判断されて（Ｓ１１０）終了する。

尚、図１５に破線で示すようにシフトパターン３０ｂに２個のシフトレバーポジションセンサ３２ａ，３２ｂを配置し、それらセンサの運転者によるシフトレバー３０の操作位置を示す出力をＡＭＴ／ＥＣＵ５４に入力し、ＡＭＴ／ＥＣＵ５４において変速がシフトアップかダウンかをアクセル開度などから予測し、Ｓ１０６とＳ１０８の間で第１実施例と同様のモータ変速後回転数合わせを実行するようにしても良い。

図１７は第３実施例の変形例のシフトパターン３０ｃを示す説明図、図１８はその動作を示すフロー・チャートである。図示のように変形例の場合、前進６速、後進（Ｒ）１速からなるシフトパターン３０ｃを備える。また、シフトパターン３０ｃにおいてＮ（ニュートラル）ポジションとその両側に計３個のシフトレバーポジションセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを配置してシフトレバー３０の位置を検出するようにした。

即ち、変速段を多く有する変形例の場合、複数段を飛ばして変速された場合、モータ１２の小さなイナーシャでも差回転の大きさから噛み合い式クラッチ１６ｅを損傷する恐れもあるため、検出されたシフトレバー３０のポジションと協調した回転数制御を行うようにした。

以下説明すると、Ｓ２００においてクラッチ踏み込みか否かをクラッチペダルスイッチ６６の出力から判断し、否定されるときはＳ２０２に進み、モータ通常運転制御を維持して以降の処理をスキップする。

他方、Ｓ２００で肯定されるときはＳ２０４に進んでモータゼロトルク制御を実行し、Ｓ２０６に進んでドグクラッチを中立位置に開放する。

次いでＳ２０８に進み、第１、第２、第３シフトレバーポジションセンサ３２ａ，３２ｂ、３２ｃ（以下「第１センサ３２ａ、第２センサ３２ｂ、第３センサ３２ｃ」という）の出力に基づき、図１７に示すシフトパターン３０ｃにおいてシフトレバー３０が第２センサ３２ｂの配置位置（Ｎポジション）に右から到達（第３センサ３２ｃの位置から第２センサ３２ｂの位置へ変化）したか、即ち、５速あるいは６速からのシフトダウンか否か判断する。

尚、図１８フロー・チャートの説明において「左」あるいは「右」は全て第２センサ３２ｂの配置位置（Ｎポジション）を基準とするシフトレバー３０の操作方向を意味するため、以降、単に「左」あるいは「右」という。

Ｓ２０８で肯定されるときは５速あるいは６速からのシフトダウンかと判断してＳ２１０に進み、モータ１２の回転数を４速相当値まで増加し、Ｓ２１２に進み、次に左へ移動（第２センサ３２ｂの位置から第１センサ３２ａの位置へ変化）したか否か判断し、肯定されるときは２速あるいは１速へのシフトダウンと判断してＳ２１４に進み、モータ１２の回転数を２速相当まで増加する。Ｓ２１２で否定されるときはＳ２１４の処理をスキップする。

尚、上記の運転者のシフトレバー３０の操作に応じてチェンジ機構１６ｆで選択される変速先の変速段ギヤ１６ｃの噛合い式クラッチ１６ｅのドグクラッチが係合され（Ｓ２１６）、変速完了と判断されて（Ｓ２１８）終了する。

他方、Ｓ２０８で否定されるときは１速あるいは２速からのシフトアップかと判断してＳ２２０に進み、左から到達（第１センサ３２ａの位置から第２センサ３２ｂの位置へ変化）したか否か判断し、肯定されるときはＳ２２２に進み、モータ１２の回転数を３速相当まで低減する。

次いでＳ２２４に進み、次に右へ移動（第２センサ３２ｂの位置から第３センサ３２ｃの位置へ変化）したか否か判断し、肯定されるときはＳ２２６に進み、モータ１２の回転数を５速相当まで低減し、Ｓ２１６以降に進む。尚、Ｓ２２４で否定されるときはＳ２２６の処理をスキップする。

他方、Ｓ２２０で否定されるときは３速あるいは４速からのシフトかと判断してＳ２２８に進み、次に左へ移動（第２センサ３２ｂの位置から第１センサ３２ａの位置へ変化）したか否か判断し、肯定されるときはＳ２３０に進み、モータ１２の回転数を２速相当まで低減し、Ｓ２１６以降に進む。

Ｓ２２８で否定されるときはＳ２３２に進み、次に右へ移動（第２センサ３２ｂの位置から第３センサ３２ｃの位置へ変化）したか否か判断し、肯定されるときはＳ２３４に進み、モータ１２の回転数を５速相当まで低減し、Ｓ２１６以降に進む。尚、Ｓ２３２で否定されるときはＳ２３４の処理をスキップする。

上記した如く、第３実施例に係る電気自動車の制御装置においても、変速指示がなされたとき、変速段ギヤ１６ｃが切り替えられる前に、モータ１２の出力を零あるいはその近傍からなる所定値、具体的にはゼロトルクに制御する如く構成したので、第１実施例と同様、変速段ギヤ１６ｃを切り替えるときもモータ１２と変速機１６を接続するクラッチを不要にでき、よって構成を簡易にできると共に、重量やコストの増加を抑制することができる。

また、２速から４速へ、あるいは５速から３速へなどと複数段飛ばしで変速された場合も、検出されたシフトレバー３０のポジションと協調してモータ１２の回転数制御を行うようにしたので、噛み合い式クラッチ１６ｅの損傷を回避することができる。

上記した如く、第１、第２、第３実施例にあっては、車両１０に搭載されるモータ（電動機）１２と、少なくとも運転者に操作されるアクセルペダル４６の開度に応じて前記モータの出力を制御するモータ出力制御手段（ＭＯＴ／ＥＣＵ５２）と、変速指示がなされたとき、前記モータに接続される入力軸１６ａと駆動輪２０に接続される出力軸１６ｂの間に配置される複数個の変速段ギヤ１６ｃを切り替える噛み合い式クラッチ１６ｅを有する変速機１６とを備えた電気自動車の制御装置において、前記モータ出力制御手段は、前記変速指示がなされたとき（Ｓ１０，Ｓ１２，Ｓ１００，Ｓ２００）、前記噛み合い式クラッチ１６ｅが前記複数個の変速段ギヤを切り替える前に（Ｓ２０からＳ２６，Ｓ１０６からＳ１１０，Ｓ２０６からＳ２３４）、前記モータ１２の出力を零あるいはその近傍からなる所定値に制御する（Ｓ１８、Ｓ１０４，Ｓ２０４）ように構成した。

また、前記モータ出力制御手段によって前記変速指示がなされたときに前記モータ１２の出力を所定値に制御された後、前記噛合い式クラッチ１６ｅを開放し（Ｓ１８，Ｓ２０，Ｓ１０４，Ｓ１０６，Ｓ２０４，Ｓ２０６）、前記モータ出力制御手段によって前記入力軸１６ａと出力軸１６ｂの差回転が所定範囲となるように制御された後（Ｓ２２，Ｓ２１０，Ｓ２１４，Ｓ２２２，Ｓ２２６，Ｓ２３０，Ｓ２３４）、前記噛み合い式クラッチ１６ｅを係合する（Ｓ２４，Ｓ１０８，Ｓ２１６）如く構成した。

また、第２実施例にあっては、前記モータ出力制御手段は、前記変速指示がなされたとき、前記モータの出力を、前記所定値に前記モータの回転子と前記入力軸１６ａのフリクショントルク（付加トルク）に相当する値を加算して得た値に制御する（Ｓ１８，Ｓ１０４，Ｓ２０４）如く構成した。

また、第２実施例にあっては、前記モータ出力制御手段は、前記フリクショントルクに相当する値を前記変速機１６の油温ＴＡＴＦと前記入力軸１６ａの回転数に基づいて変更する如く構成した。

また、第１実施例にあっては、前記複数個の変速段ギヤ１６ｃは、前記モータ１２の高速側のノイズピークが前記車両１０の設定最高車速を超えた領域で発生するように変速比が設定される（図１０）如く構成した。

尚、上記において変速機の例として平行軸方式の変速機を示したが、この発明はそれに限定されるものではなく、その他の形式の変速機であっても良い。

また、第３実施例において最小限の数のシフトポジションセンサを実装してシンクロ機構に負担をかけないように構成したが、シフトポジションセンサの数を増加してそれぞれの変速段ごとに配置して、変速後の回転数合わせをより精緻に行うようにしても良い。

また、シフトポジションセンサの数を増加してそれぞれの変速段ごとに配置する場合、チェンジ機構１６ｆにシフトアクチュエータを接続すると共に（図示せず）、図１５に破線で示すように運転者によるシフトレバー３０の操作をＡＭＴ／ＥＣＵ５４に入力し、チェンジ機構１６ｆの動作を電気的に制御するようにしても良い。

１０ 車両（電気自動車）、１２ モータ（電動機）、１６ 変速機、１６ａ 入力軸、１６ｂ 出力軸、１６ｃ 変速段ギヤ、１６ｄ シフトアクチュエータ（アクチュエータ）、１６ｅ 噛み合い式クラッチ、２０ 駆動輪、２２ ＰＤＵ、２４ バッテリ（ＢＡＴＴ）、３０ シフトレバー、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ シフトパターン、３０ａ２ サブレンジ、３２ シフトレバーポジションセンサ、３４ 油温センサ、４６ アクセルペダル、４８ アクセル開度センサ、５０ 車速センサ、５２ ＭＯＴ／ＥＣＵ（モータ出力制御手段）、５４ ＡＭＴ／ＥＣＵ、６４ クラッチペダル、６６ クラッチペダルスイッチ

Claims (5)

1. 車両に搭載されるモータと、少なくとも運転者に操作されるアクセルペダルの開度に応じて前記モータの出力を制御するモータ出力制御手段と、変速指示がなされたとき、前記モータに接続される入力軸と駆動輪に接続される出力軸の間に配置される複数個の変速段ギヤを切り替える噛み合い式クラッチを有する変速機とを備えた電気自動車の制御装置において、前記モータ出力制御手段は、前記変速指示がなされたとき、前記噛み合い式クラッチが前記複数個の変速段ギヤを切り替える前に、前記モータの出力を零あるいはその近傍からなる所定値に制御することを特徴とする電気自動車の制御装置。
2. 前記モータ出力制御手段によって前記変速指示がなされたときに前記モータの出力を所定値に制御された後、前記噛合い式クラッチを開放し、前記モータ出力制御手段によって前記入力軸と出力軸の差回転が所定範囲となるように制御された後、前記噛み合い式クラッチを係合することを特徴とする請求項１記載の電気自動車の制御装置。
3. 前記モータ出力制御手段は、前記変速指示がなされたとき、前記モータの出力を、前記所定値に前記モータの回転子と前記入力軸のフリクショントルクに相当する値を加算して得た値に制御することを特徴とする請求項１または２記載の電気自動車の制御装置。
4. 前記モータ出力制御手段は、前記フリクショントルクに相当する値を前記変速機の油温と前記入力軸の回転数に基づいて変更することを特徴とする請求項３記載の電気自動車の制御装置。
5. 前記複数個の変速段ギヤは、前記モータの高速側のノイズピークが前記車両の設定最高車速を超えた領域で発生するように変速比が設定されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電気自動車の制御装置。

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