JP2017024586A - 電動自動車のクルーズコントロール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、クルーズコントロールオン時の加速が、駆動モータの運転効率が最も高い最高効率点で行える電動自動車のクルーズコントロール装置を提供する。【解決手段】本発明のクルーズコントロール装置は、走行用駆動力を出力する駆動モータ７を有し、クルーズコントロールオン時、駆動モータ７の出力制御により車速を目標車速Ａになるようクルーズコントロールする電動自動車のクルーズコントロール装置であって、クルーズコントロールの加速時に要求される駆動モータ７の駆動力を、駆動モータ７の運転効率が最も高い最高効率点のトルク値Ｔ１から設定するモータ駆動力設定部２５と、設定された駆動モータ７の最高効率点のトルク値Ｔ１にしたがい駆動モータ７の出力を設定し加速制御する制御部１３とを有する。【選択図】図３

Description

本発明は、駆動モータの出力で定速走行させる電動自動車のクルーズコントロール装置に関する。

電気自動車には、運転者の負担の軽減を図るため、運転中の自動車の速度を、アクセルペダルを踏み続けることなく一定に維持するクルーズコントロール装置を装備しているものがある。
ハイブリッド車を含む電気自動車（電動車両）のクルーズコントロール装置の多くは、特許文献１や引用文献２に示されるように走行用の駆動モータのオンオフ制御により、車速を目標車速になるようクルーズコントロールしている。クルーズコントロールオン時における加速制御は、特許文献１や特許文献２にも開示されているように加速に要する要求トルクを駆動モータから出力させるという、要求トルクだけに依存した駆動モータの出力制御が用いられている。

特開２０１１−２３９６０５号 特開２０１４−１８４７９９号

電気自動車に搭載されている駆動モータの特性は、車速（駆動モータの回転速度）が低く出力トルクが高い程、駆動モータの運転効率は悪く、所定の高速車速域、所定のトルク域に近づく程、駆動モータの運転効率は上昇し、さらに高速車速域になると、駆動モータの運転効率は下降することがわかっている。
特許文献１や特許文献２のような要求トルクだけに依存して駆動モータの出力を制御する場合、例えばクルーズコントロールを多用する高速道路における高速巡航時、具体的には高速道路を高速（例えば１００ｋｍ／ｈ付近）で巡航走行するときの駆動モータは、運転効率の高い領域のトルク値でなく、運転効率の低い領域のトルク値にしたがい加速制御が行われる。

ところが電気自動車の駆動モータは、限られた容量の車載バッテリで駆動されるため、上記のような駆動モータの運転効率の低い領域での運転は、バッテリの出力を有効に駆動モータの駆動力に利用できない。
そこで、本発明の目的は、クルーズコントロールオン時の加速が、駆動モータの運転効率が最も高い最高効率点で行える電動自動車のクルーズコントロール装置を提供する。

本発明の態様は、走行用駆動力を出力する駆動モータを有し、クルーズコントロールオン時、駆動モータの出力制御により車速を目標車速になるようクルーズコントロールする電動自動車のクルーズコントロール装置であって、クルーズコントロールの加速時に要求される駆動モータの駆動力を、駆動モータの運転効率が最も高い最高効率点のトルク値から設定するモータ駆動力設定部と、設定された駆動モータの最高効率点のトルク値にしたがい駆動モータの出力を設定し加速制御する制御部とを具備するものとした。

本発明によれば、クルーズコントロールオン時の加速は、駆動モータの運転効率の最も高い最高運転効率点のトルク値を用いて行える。
したがって、限られた容量のバッテリの出力を有効に駆動モータの駆動力に変換でき、電気自動車の航続走行距離の増加が図れる。

本発明の第１の実施形態のクルーズコントロール装置の各部を、電気自動車（電動自動車）の主要部と共に示すブロック図。 駆動モータの運転特性を説明するための線図。 駆動モータの最高運転効率点を用いて行われるクルーズコントロール制御のフローチャート。 同制御による車速の変化、駆動モータの出力トルクの変化を説明する線図。 本発明の第２の実施形態の要部となる異なる駆動モータの最高効率点を用いて行われるクルーズコントロール制御のフローチャート。 同制御による車速の変化、デューティ比の変化、駆動モータのトルクの変化を説明する線図。

以下、本発明を図１から図４に示す第１の実施形態にもとづいて説明する。
図１は電気自動車（電動自動車）の概略構成を示している。この電気自動車の主要部を説明すると、図１中１は電気自動車の車体、３は同車体１の前部に配置された前輪、５は車体１の後部に配置された後輪、７は前記後輪５を駆動する駆動モータ（例えば同期型交流三相モータで構成）、９はバッテリ、１１はインバータ、１３は駆動モータ７を制御するＥＣＵ（マイクロコンピュータで構成）をそれぞれ示している。

このうちバッテリ９は、インバータ１１を介して駆動モータ７に接続され、バッテリ９の直流出力を交流出力に変換して駆動モータ７へ出力する。つまり、バッテリ９に蓄えた電力により、駆動モータ７から走行のための駆動力が出力される。これにより、バッテリ９の電力で後輪５の駆動が行われる。そして、ＥＣＵ１３は、予め設定された制御情報により、アクセルペダル（図示しない）のアクセル開度にしたがいインバータ１１を制御するように構成されていて、インバータ制御による駆動モータ７の制御により、電気自動車の走行が行われる。

この電気自動車には、運転中の自動車の速度を一定に維持するクルーズコントロールを行うクルーズコントロール装置１７が装備されている。すなわち、クルーズコントロール装置１７は、例えば上記ＥＣＵ１３を駆動モータ７の出力を制御する制御部として用いて、同制御部へ、車速センサ１９から電気自動車の車速信号が入力されたり、目標車速セット部２１からクルーズコントロールする目標車速値が入力されたり、クルーズコントロールスイッチ２３からクルーズコントロールをオンオフするオンオフ信号が入力されたりする。そして、ＥＣＵ１３（制御部）の制御により、駆動モータ７の最高運転効率のもとで、クルーズコントロールの加速が行えるようにしている。

例えばＥＣＵ１３には、クルーズコントロールに要求される駆動モータ７の駆動力を、駆動モータの運転効率が最も高い最高効率点のトルク値から設定するためのモータ駆動力設定部２５が収められている。モータ駆動力設定部２５には、予め図２に示されるような駆動モータ７の運転効率の特性を示すマップが設定されている。同特性のマップは、横軸に電気自動車の車速（駆動モータの回転速度）を示し、縦軸を同車速で走行時に求められる駆動モータ７の出力トルクを示し、駆動モータ７の運転効率の良否を表していて、車速が低く出力トルクが高い域程、駆動モータ７の運転効率は悪く、所定の高速車速域、所定のトルク域に近づく程、駆動モータ７の運転効率は上昇し、さらに高速車速域になると、駆動モータ７の運転効率は下降する特性を有している。すなわち、図２は領域Ｚ１から図２の中央上限部に表れる領域Ｚ７に向かうにしたがい、駆動モータ７の運転効率が高くなることを表している。

そして、モータ駆動力設定部２５は、目標車速値の設定、すなわち目標車速セット部２１から目標車速値を入力し、クルーズコントロールスイッチ２３をオンすると、クルーズコントロールの加速時に要求される駆動モータ７の駆動力（トルク）が、図２のマップのうち最も運転効率の高い最高効率点のトルク値Ａから設定されるものとしている。例えば平坦な高速道路を１００ｋｍ／ｈで高速巡航走行しようと、目標車速を「１００ｋｍ／ｈ」に設定して、クルーズコントロールオン（スイッチオン）すると、図２において最も駆動モータ７の運転効率の高い点、すなわち領域Ｚ７の上限値である「Ｔ１」なる最高効率点のトルク値が、加速時のトルク値として設定される。

またＥＣＵ１３（本願の制御部に相当）は、クルーズコントロールの加速時、上記駆動モータ７の最高運転効率点のトルク値にしたがい駆動モータ７の出力を定めて加速に入る設定がなされている。つまり、クルーズコントロールの加速は、駆動モータ７の最高運転効率点のトルク値に基づき行われる。そして、この加速制御の後に減速制御を組み合わせて、目標車速が保たれるようにしている。例えばＥＣＵ１３には、駆動モータ７の最高運転効率点のトルク値に基づき行う加速制御と、この加速制御後に駆動モータ７の運転を停止させるという減速制御とを繰り返す設定がされている。

具体的にはＥＣＵ１３は、図４のように目標車速セット部２１から入力される目標車速値Ａを基準として、同目標車速値から所定車速高い上限車速値δ１（例えば予め規定された規定値）と、目標車速から所定値車速低い下限車速値δ２（例えば予め規定された規定値）との間の範囲でなる定速走行範囲δ内を、加速制御と減速制御とが繰り返されるようにしている。

つぎに、このクルーズコントロール装置１７の作用を、図３に示されるフローチャートおよび図４に示される線図を参照して説明する。図４の線図は、電気自動車の車速の変化と、駆動モータ７の出力トルクの変化とを示している。
例えば運転者が電気自動車を平坦な高速道路を８０ｋｍ／ｈで走行中（アクセルぺダル操作による）、クルーズコントロールに切り換え、アクセルペダル操作を必要とせずに高速巡航走行、例えば１００ｋｍ／ｈで走行する。

このときは、運転者は、目標車速セット部２１から「１００ｋｍ／ｈ」なる車速値を入力し、クルーズコントロールスイッチ２３をオン操作する。これにより、図３に示されるクルーズコントロール制御が始まり、まず図３中のステップＳ１および図４中のように目標車速値Ａのセットが行われる。ここでは、目標車速は「１００ｋｍ／ｈ」とセットされる。さらに自動的にクルーズコントロールの振幅である定速走行範囲δが設定される。例えば定速走行範囲δは、図４に示されるように目標車速値（１００ｋｍ／ｈ）を基準として、同目標車速値から規定値Ｘ、例えば５ｋｍ／ｈ高い上限車速値δ１（Ａ＋Ｘ）と、目標車速値から規定値Ｘ、例えば５ｋｍ／ｈ低い下限車速値δ２（Ａ−Ｘ）との間でなる。振幅値Ｘは、自動的に規定される規定値でなく、例えば運転者の操作により設定される設定値でも構わない。

ステップＳ３へ進むと、図２の駆動モータ７の運転効率の特性を示すマップから、目標車速たる「１００ｋｍ／ｈ」における駆動モータ７の最高運転効率点の駆動力（トルク）の設定が行われる。ここでは、図２における「１００ｋｍ／ｈ」なる目標車速Ａに基づき、駆動モータ７の最も運転効率の高いＺ７領域の上限値の点が選ばれる。この上限値に基づき、駆動モータ７の最も高い運転効率となるトルク値Ｔ１が算出される。これにより、「１００ｋｍ／ｈ」運転のトルク値Ｔ１が算出され、加速に要する駆動モータ７の出力トルクが設定される。ちなみに、要求トルク値に依存しただけの制御では、平坦路１００ｋｍ／ｈ巡航走行の場合、図２中の破線の運転点ＴＬで示される駆動モータ７の運転効率が低いＺ４域の上限とＺ５域の下限との境界域の運転点からトルク値が算出される。このため、本実施形態の駆動モータ７の運転効率は、最高に高いことがわかる。

続くステップＳ５により、駆動モータ７は、図４中の通電パルスａに示されるように最高運転効率となるトルク値Ｔ１で運転される。この運転により電気自動車の車速は、図４中の車速線ｃに示されるように定速走行範囲δ内を上昇する。すなわち電気自動車は、目標車速へ向けて加速される（加速制御）。そして、ステップＳ７へ至る。
ステップＳ７は、車速が定速走行範囲δの上限車速値δ１まで上昇したか否かを判定するもので、車速が定速走行範囲δの上限車速値δ１（Ａ＋Ｘ）を上回るようになると（車速＞Ａ＋Ｘ）、ステップＳ９へ進む。すると、加速制御を終え、減速制御に切り換わる。減速制御は、図４中の非通電パルスｂに示されるように駆動モータ７の運転を停止することで行われる。この減速制御は、駆動モータ７へ通電しないことで行われるため、駆動モータ７のトルク値は「０ Ｎ・ｍ」である。これにより、図４中の車速線ｄに示されるように電気自動車の車速は下降を始める。そして、ステップＳ１１へ至る。

ステップＳ１１は、車速が定速走行範囲δの下限まで車速が下降したか否かを判定するもので、車速が定速走行範囲δの下限車速値δ２（Ａ＋Ｘ）を下回るようになると（車速＜Ａ−Ｘ）、ステップＳ５へ戻り、減速制御を終え、再び加速制御に入る。そして、再びステップＳ７により、車速が定速走行範囲δの上限車速値δ１（Ａ＋Ｘ）を上回ると判定されると、再びステップＳ９へ至り、減速制御に切り換わる。こうした加速制御と減速制御との繰り返し、詳しくは定速走行範囲δ内を、最高効率運転点のトルク値Ｔ１で駆動モータ７を運転する加速制御と、駆動モータ７の運転を停止（通電しない）する減速制御との繰り返しにより、電気自動車は、目標車速Ａでのクルーズコントロール、すなわちアクセルペダルを踏み続けることなく「１００ｋｍ／ｈ」に維持される（高速巡航走行）。

むろん、クルーズコントロールスイッチ２３をオフ操作すると、クルーズコントロールは解除される。
以上説明したようにクルーズコントロールオン時の加速は、図２中の運転点ＴＬを用いるような従来の加速制御とは異なり、駆動モータ７の運転効率を最大限に考慮した、駆動モータ７の最高運転効率点のトルク値で行うことができる。

それ故、電気自動車に搭載されたバッテリ９の出力を有効に駆動モータ７の駆動力に変換することができ、限られたバッテリ９の容量を有効に用いて、電気自動車の航続走行距離を増加させることができる。しかも、クルーズコントロールオン時の減速は、駆動モータ７の運転を停止（非通電）して、バッテリ９の電力消費を抑えるので、一層、電気自動車の航続走行距離の増加を図ることができる。

特に定速走行範囲δ内で、駆動モータ７の最高効率運転点のトルク値Ｔ１による加速制御と、駆動モータ７の運転停止（通電しない）による減速制御とを繰り返す制御を用いたことにより、電気自動車は、航続走行距離の増加を図りつつ、高い精度で目標車速Ａを一定に維持できる。
図５および図６は、本発明の第２の実施形態を示す。

本実施形態は、第１の実施形態のような駆動モータの最高運転効率点を用いて駆動モータをオンオフ制御するのではなく、駆動モータの最高運転効率点を用いた駆動モータのデユーティ比制御で、クルーズコントロールするようにしたものである。
例えば図１中の一点鎖線に示されるようにＥＣＵ１３に、モータ駆動力設定部２５で設定した駆動モータの最高運転効率点のトルク値を所定のデューティ比で設定するデューティ比設定部２９を設ける。そして、ＥＣＵ１３により、図５に示されるフローチャートおよび図６に示される線図のように上記設定されたデューティ比を目標車速と現在の車速との差に応じて変更、さらには同変更したデューティ比で駆動モータ７の出力を設定し加速制御する。

具体的には、図５に示されるようにステップＳ３において、目標車速Ａでの駆動モータ７の最高運転効率点のトルク値、ここでは例えば「１００ｋｍ／ｈ」のトルク値Ｔ１を算出する。その後、ステップＳ２１においてＤｕｔｙ比（デューティ比）を算出、ステップＳ２３においてＤｕｔｙ比で駆動モータ７のトルク出力（例えば１００ｍｓの周期）、さらにステップＳ２５において目標車速Ａと現在の車速（車速センサで検出された車速）との差を算出、ステップＳ２９において同差にしたがったＤｕｔｙ比の補正をするという、ルーチンの繰り返しにより、図６中のＤｕｔｙ比、トルク出力が変化しながら（目標車速と現在車速との差が小さくなるにしたがい、ルーチン比：小，Ｔ１トルクの出力時間：小）、目標車速Ａである「１００ｋｍ／ｈ」まで加速が行われる。そして、この目標車速Ａと現在の車速との差に応じたＤｕｔｙ比制御により、図６に示されるように電動自動車の車速は、駆動モータ７の最高運転効率のもとで目標車速Ａに保たれる。

このように駆動モータ７の最高運転効率点におけるトルク値を用いたＤｕｔｙ比制御で、クルーズコントロールの加速を行うようにしても、駆動モータ７の運転効率を最大限に考慮して駆動モータ７の運転を行うので、第１の実施形態と同様、電気自動車に搭載されたバッテリ９の出力を有効に駆動モータ７の駆動力に変換することができる。特にＤｕｔｙ比制御は、第１の実施形態におけるオンオフ制御に比べ、目標車速Ａを高精度に保つことができる。

但し、図５において第１の実施形態と同じ部分には、同一符号を付してその説明を省略した。
なお、上述した実施形態における各構成および組合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能であることはいうまでもない。また本発明は、上述した実施形態によって限定されることはなく、「特許請求の範囲」によってのみ限定されることはいうまでもない。例えば実施形態では、電気自動車に本発明を適用したが、これに限らず、駆動モータとエンジンとを併用したハイブリッド車などにも適用してもよい。

７ 駆動モータ
１３ ＥＣＵ（制御部）
２５ モータ駆動力設定部
２９ デューティ比設定部
Ａ 目標車速
Ｔ１ 最高運転効率点のトルク

Claims (4)

1. 走行用駆動力を出力する駆動モータを有し、クルーズコントロールのオン時、前記駆動モータの出力制御により目標車速になるよう車速を制御する電動自動車のクルーズコントロール装置であって、
   前記クルーズコントロールの加速時に要求される前記駆動モータの駆動力を、当該駆動モータの運転効率が最も高い最高効率点のトルク値から設定するモータ駆動力設定部と、
   前記設定された駆動モータの最高効率点のトルク値にしたがい前記駆動モータの出力を設定し加速制御する制御部と
   を具備したことを特徴とする電動自動車のクルーズコントロール装置。
2. 前記制御部は、
   前記加速制御の後に前記駆動モータの運転停止による減速制御を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動自動車のクルーズコントロール装置。
3. 前記制御部は、前記目標車速を基準として所定車速高い上限車速値と、前記目標車速から所定値車速低い下限車速値との間の範囲でなる定速走行範囲が設定され、
   前記定速走行範囲内で前記加速制御と前記減速制御とが繰り返される
   ことを特徴とする請求項２に記載の電動自動車のクルーズコントロール装置。
4. 前記モータ駆動力設定部で設定された駆動モータの最高効率点のトルク値を所定のデューティ比で設定するデューティ比設定部を有し、
   前記制御部は、前記デューティ比を前記目標車速と現在の車速との差に応じて変更するデューティ比制御により前記駆動モータの出力を設定し加速制御するものである
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動自動車のクルーズコントロール装置。

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