JP2018088788A - 電動車両の制御装置、電動車両の制御方法および電動車両の制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】電費を考慮したトルク配分を行っていないことで生じる、配分比による電費性能の低下を抑制できる電動車両の制御装置、電動車両の制御方法および電動車両の制御システムを提供する。【解決手段】車両制御装置において、駆動トルク配分比決定部24は、各駆動源の総出力損失が増大した場合、駆動トルク配分比を総出力損失が減少する駆動トルク配分比に変更する。【選択図】図２

Description

本発明は、電動車両の制御装置、電動車両の制御方法および電動車両の制御システムに関する。

特許文献１には、前輪を駆動する第１モータと後輪を駆動する第２モータを有する電動車両において、車両の進路上の路面変化に応じて各モータの出力トルクの配分比を変更する技術が開示されている。

特開2011-230543号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、電費を考慮したトルク配分を行っていないため、配分比によっては電費性能が低下するおそれがあった。
本発明の目的の一つは、電費性能の低下を抑制できる電動車両の制御装置、電動車両の制御方法および電動車両の制御システムを提供することにある。

本発明の一実施形態における電動車両の制御装置は、各駆動源の総出力損失が増大した場合、配分比を総出力損失が減少する配分比に変更する。

よって、本発明にあっては、電費性能の低下を抑制できる。

実施形態１における電動車両1の制御システムの構成図である。 車両制御装置17の制御ブロック図である。 車両速度およびアクセル開度に応じたドライバ要求駆動トルク設定マップである。 駆動トルク配分比決定部24の制御ブロック図である。 駆動トルク配分比に応じた総出力損失特性マップの一例を示す図である。 加減速時駆動トルク配分比決定処理の流れを示すフローチャートである。 駆動トルク配分比指令決定処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態１の駆動トルク配分比指令決定処理の動作を示す図である。

〔実施形態１〕
図１は、実施形態１における電動車両1の制御システムの構成図である。
電動車両1は、フロント輪2FL,2FRにトルクを出力するフロントモータ3を有する。フロントモータ3およびフロント輪2FL,2FR間の動力伝達は、減速機4、ディファレンシャル5およびフロント車軸6FL,6FRを介して行われる。電動車両1は、リア輪2RL,2Rrにトルクを出力するリアモータ7を有する。リアモータ7およびリア輪2RL,2RR間の動力伝達は、減速機8、ドグクラッチ9、ディファレンシャル10およびリア車軸6RL,6RRを介して行われる。ドグクラッチ9が締結されている場合には、リアモータ7およびリア輪2RL,2RR間で動力が伝達される。一方、ドグクラッチ9が解放されている場合には、リアモータ7およびリア輪2RL,2RR間で動力は伝達されない。各車輪2FL,2FR,2RL,2RRは、車輪速を検出する車輪速センサ11FL,11FR,11RL,11RRを有する。フロントモータ3は、モータ回転数を検出するレゾルバ12を有する。リアモータ7は、モータ回転数を検出するレゾルバ13を有する。電動車両1は、低電圧バッテリ14および高電圧バッテリ15を有する。低電圧バッテリ14は、例えば鉛蓄電池である。高電圧バッテリ15は、例えばリチウムイオン電池またはニッケル水素電池である。高電圧バッテリ15は、DC-DCコンバータ16により昇圧された電力により充電される。

電動車両1は、車両制御装置（コントロールユニット）17、フロントモータ制御装置18、リアモータ制御装置19およびバッテリ制御装置20を有する。各制御装置17,18,19,20は、CANバス21を介してお互いに情報を共有する。車両制御装置17は、各種センサから情報を入力し、車両の統合制御を行う。車両制御装置17は、ドライバのアクセル開度（アクセル操作量）および車両速度から、車両の要求駆動トルクであるドライバ要求駆動トルクを決定する。また、車両制御装置17は、フロント輪2FL,2FRおよびリア輪2RL,2RRの駆動トルク配分比を決定する。車両制御装置17は、駆動トルク配分比に応じてフロントモータ3およびリアモータ7が出力すべきフロント指令駆動トルクおよびリア指令駆動トルクを決定する。フロントモータ制御装置（駆動制御部）18は、フロント指令駆動トルクに応じてインバータ18aを駆動し、フロントモータ3に供給する電力を制御する。リアモータ制御装置（駆動制御部）19は、リア指令駆動トルクに応じてインバータ19aを駆動し、リアモータ7に供給する電力を制御する。バッテリ制御装置20は、高電圧バッテリ15の充放電状態および高電圧バッテリ15を構成する単電池セルを監視する。バッテリ制御装置20は、高電圧バッテリ15の充放電状態等に基づいて、バッテリ電力制限値を算出する。バッテリ電力制限値は、各モータ3,7において許容する最大トルクである。例えば高電圧バッテリ15の充電量が低下している場合には、通常よりもバッテリ電力制限値を小さな値に設定する。車両制御装置17は、バッテリ電力制限値に応じてフロント指令駆動トルクおよびリア指令駆動トルクを制限する。

図２は、車両制御装置17の制御ブロック図である。
ドライバ要求駆動トルク決定部22は、ドライバのアクセル開度および車両速度を読み込み、図３に示すような、車両速度およびアクセル開度に応じたドライバ要求駆動トルク設定マップを参照してドライバ要求駆動トルクを決定する。ドライバ要求駆動トルク設定マップは、アクセル開度毎(0/8〜8/8)に9段階の特性が設定されている。前進走行時は、基本的に車両速度が低いほどドライバ要求駆動トルクは大きくなる。
加減速時駆動トルク配分比決定部23は、アクセル操作量および車両速度を読み込み、加減速時駆動トルク配分比を決定する。加減速時駆動トルク配分比の決定方法は後述する。
駆動トルク配分比決定部（配分比決定部）24は、ドライバ要求駆動トルク、車両速度および加減速時駆動トルク配分比から駆動トルク配分比指令を決定する。駆動トルク配分比指令の決定方法は後述する。
駆動トルク配分処理部25は、ドライバ要求駆動トルクおよび駆動トルク配分指令からフロント指令駆動トルクおよびリア指令駆動トルクを決定する。
電力制限処理部26は、バッテリ電力制限値に応じてフロント指令駆動トルクおよびリア指令駆動トルクを制限したフロント電力制限後指令駆動トルクおよびリア電力制限後指令駆動トルクを決定する。

図４は、駆動トルク配分比決定部24の制御ブロック図である。
最低総出力損失駆動トルク配分比決定部24aは、ドライバ要求駆動トルクおよび車両速度から、駆動源（両モータ3,7および両インバータ18a,19a）の出力損失を合計した総出力損失が最低となる駆動トルク配分比（最低総出力損失駆動トルク配分比）を決定する。フロントモータ3の出力損失は、インバータ18aの消費電力からフロントモータ3の出力分を減じたものである。同様に、リアモータ7の出力損失は、インバータ19aの消費電力からリアモータ7の出力分を減じたものである。図５は、駆動トルク配分比に応じた総出力損失特性マップの一例を示す図である。図５に示すように、総出力損失は、駆動トルク配分比に応じて変化する。また、総出力損失の特性は、ドライバ要求駆動トルクまたは車両速度に応じて変動する。最低総出力損失駆動トルク配分比決定部24aは、ドライバ要求駆動トルクおよび車両速度の少なくとも一方が他のマップと異なる複数の総出力損失特性マップを持つ。各総出力損失特性は、車両実験により、ドライバ要求駆動トルクを所定トルクずつ異ならせ、または車両速度を所定速度ずつ異ならせて実測したものである。最低総出力損失駆動トルク配分比決定部24aは、ドライバ要求駆動トルクおよび車両速度から対応する総出力損失特性マップを選択し、選択した総出力損失特性マップにおける総出力損失特性において総出力損失が最低となる駆動トルク配分比（最低総出力損失駆動トルク配分比）を決定する（図５の点Aにおける駆動トルク配分比）。

レートリミッタ24bは、最低総出力損失駆動トルク配分比の１サンプリング周期（１制御周期）における変化量の上限を所定のリミット値に制限する。
駆動トルク変化量演算部24cは、４サンプリング周期（所定時間）におけるドライバ要求駆動トルクの最大値および最小値を演算し、両者の差分を駆動トルク変化量として出力する。
駆動トルク変化量判定部24dは、駆動トルク変化量が所定の駆動トルク変化量許容幅（所定変化量）以下の場合は1(TRUE)を出力し、それ以外は0(FALSE)を出力する。駆動トルク変化量許容幅は、総出力損失特性マップが切り替わる所定トルクよりも小さな値とする。
車両速度変化量演算部24eは、４サンプリング周期における車両速度の最大値および最小値を演算し、両者の差分を車両速度変化量として出力する。
車両速度変化量判定部24fは、車両速度変化量が所定の車両速度変化量許容幅以下の場合は1を出力し、それ以外は0を出力する。車両速度変化量許容幅は、総出力損失特性マップが切り替わる所定速度よりも小さな値とする。
AND演算子24gは、駆動トルク変化量判定部24dおよび車両速度変化量判定部24fの出力が共に1の場合は1を出力し、それ以外は0を出力する。
駆動トルク配分比選択部24hは、AND演算子24gの出力が1の場合は駆動トルク配分比指令として最低出力損失駆動トルク配分比を出力し、0の場合は駆動トルク配分比指令として加減速時駆動トルク配分比を出力する。

図６は、加減速時駆動トルク配分比決定処理の流れを示すフローチャートである。
ステップS1では、駆動トルク配分比の現在値を取得する。
ステップS2では、駆動トルク配分比の現在値から所定範囲内（現在値±αの範囲内）で総出力損失マップから総出力損失を参照する。ここで、所定範囲を決めるαは、ドライバが駆動トルク配分比の変化に伴う車両の加減速変動を感じない値を車両実験により決定する。αは、ドライバ要求駆動トルクおよび車両速度に応じて可変とする。具体的には、ドライバ要求駆動トルクが大きいほどαを小さな値とする。ドライバ要求駆動トルクが大きいほど加減速変動が大きくなるからである。また、車両速度が低いほどαを小さな値とする。車両速度が低いほどドライバは加減速変動を感じやすくなるからである。
ステップS3では、参照した総出力損失の中で最小となる総出力損失に対応する駆動トルク配分比を加減速時駆動トルク配分比として決定する。

図７は、駆動トルク配分比指令決定処理の流れを示すフローチャートである。
ステップS11では、車両速度およびドライバ要求駆動トルクを取得する。
ステップS12では、４サンプリング周期におけるドライバ要求駆動トルク変化量および車両速度変化量が共に許容幅（駆動トルク変化量許容幅、車両速度変化量許容幅）以上かを判定する。YESの場合はステップS13へ進み、NOの場合はステップS14へ進む。
ステップS13では、駆動トルク配分比指令として加減速時駆動トルク配分比をセットし、駆動トルク配分比を現在値から加減速時駆動トルク配分比に変更する（配分比決定ステップ）。
ステップS14では、駆動トルク配分比指令として最低総出力損失駆動トルク配分比をセットし、駆動トルク配分比を現在値から最低総出力損失駆動トルク配分比に変更する（配分比決定ステップ）。
ステップS15では、決定した駆動トルク配分比指令に応じて各モータ3,7の出力トルクを変更する（駆動制御ステップ）。なお、駆動トルク配分比指令として最低総出力損失駆動トルク配分比が選択された場合には、レートリミッタ24bにより駆動トルク配分比の変化量の上限が制限されるため、加減速時駆動トルク配分比が選択された場合と比較して駆動トルク配分比は緩やかに変化する。これにより、駆動トルク配分比の変化量が大きい場合でも、車両のショックを抑制できる。

複数の駆動源（インバータ、モータ）を有する電動車両では、各駆動源でエネルギー損失が発生する。エネルギー損失は、インバータの消費電力からモータの出力分を減じた出力損失により評価できる。よって、各駆動源のエネルギー損失の合計が最小、すなわち、総出力損失が最小となる駆動トルク配分比を最低総出力損失駆動トルク配分比としたとき、各車両速度においてドライバ要求駆動トルクを最低総出力損失駆動トルク配分比に応じて各駆動源に配分することにより、最大効率で走行でき、電費性能の向上が狙える。一方、駆動トルク配分比に応じた総出力損失特性は、ドライバ要求駆動トルクや車両速度に応じて変化する。つまり、ドライバ要求駆動トルクおよび車両速度に応じて最低総出力損失駆動トルク配分比は変化する。このため、最大効率を狙うには、駆動トルク配分比指令を変化する最低総出力損失駆動トルク配分比に合わせて変更する必要がある。しかし、常に駆動トルク配分比指令を最低総出力損失駆動トルク配分比に合わせて変更すると、各駆動源の駆動トルク変化が大きくなり、車両にショックが発生する。

これに対し、実施形態１では、ドライバ要求駆動トルクおよび車両速度が共に一定である場合には、駆動トルク配分比指令を最低総出力損失駆動トルク配分比とする一方、ドライバ要求駆動トルクまたは車両速度が変化している場合には、駆動トルク配分比指令を現在値から所定範囲内で総出力損失が最小となる駆動トルク配分比とすることにより、上記課題を解決した。
図８は、実施形態１の駆動トルク配分比指令決定処理の動作を示す図である。
ドライバ要求駆動トルクまたは車両速度の変化によって総出力損失マップがL1からL2に変化すると、総出力損失は、L1上の点Aにおける総出力損失からL2上の点Bにおける総出力損失へと変化し、総出力損失が増大する。実施形態１では、ドライバ要求駆動トルクまたは車両速度が変化し、総出力損失特性マップが切り替わった場合、駆動トルク配分比の現在値から所定範囲内（現在値±αの範囲内）でL2から出力損失を参照し、所定範囲内で最小となる駆動トルク配分比、すなわちL2上の点Cにおける駆動トルク配分比を加減速時駆動トルク配分比として選択し、加減速時駆動トルク配分比を駆動トルク配分比指令とする。これにより、駆動トルク配分比の変化量を小さくして車両のショックを抑制しつつ、総出力損失の悪化に伴う電費性能の低下を抑制できる。また、所定範囲を決めるαを、ドライバ要求駆動トルクが大きいほど小さな値としているため、車両の加減速変動が大きい場合であっても、車両のショックを抑制できる。さらに、所定範囲を決めるαを、車両速度が低いほど小さな値としているため、ドライバが加減速変動を感じやすい低車速域において車両のショックを抑制できる。
その後、ドライバ要求駆動トルクおよび車両速度が一定となり、総出力損失マップがL2から変化しない場合には、L2上で総出力損失が最小となる駆動トルク配分比、すなわちL2上の点Dにおける駆動トルク配分比を最小総出力損失駆動トルク配分比として選択し、最小総出力損失駆動トルク配分比を駆動トルク配分比指令とする。これにより、車両のショックが生じにくいシーンでは、総出力損失を最小にできるため、電費性能を向上できる。なお、駆動トルク配分比を変化させる際、その変化速度の上限は所定のリミット値で制限されるため、駆動トルク配分比の変化に伴う車両のショックを抑制できる。

実施形態１では、以下の効果を奏する。
(1) 車両の各車輪2FL,2FR,2RL,2RRにトルクを付与する複数の駆動源（フロントモータ３、インバータ18aおよびリアモータ7、インバータ19a）を有する電動車両1の制御装置であって、車両の要求駆動トルクに対する各モータ3,7の駆動トルク配分比を決定する駆動トルク配分比決定部24と、決定した駆動トルク配分比に応じて各駆動源の各出力トルクを制御するフロントモータ制御装置18およびリアモータ制御装置19と、を備え、駆動トルク配分比決定部24は、各駆動源の総出力損失が増大した場合、駆動トルク配分比を総出力損失が減少する配分比に変更する。
これにより、総出力損失の悪化に伴う電費性能の低下を抑制できる。
(2) 駆動トルク配分比決定部24は、駆動トルク配分比を現在値から所定範囲内で変更する。
これにより、駆動トルク配分比の変化を制限できるため、車両のショックを抑制できる。
(3) 駆動トルク配分比決定部24は、駆動トルク配分比を現在値から所定範囲内で総出力損失が最小となる配分比に変更する。
これにより、車両のショックを抑制しつつ、総出力損失を十分に低減できる。

(4) 駆動トルク配分比決定部24は、４サンプリング周期における要求駆動トルクの変化量が駆動トルク変化量許容幅以上の場合には、駆動トルク配分比を現在値から所定範囲内で変更し、４サンプリング周期における要求駆動トルクの変化量が駆動トルク変化量許容幅未満の場合には、駆動トルク配分比を現在値から所定範囲よりも広い範囲内で変更する。
これにより、車両のショックの抑制と総出力損失の低減との両立を図れる。
(5) 駆動トルク配分比決定部24は、４サンプリング周期における要求駆動トルクの変化量が駆動トルク変化量許容幅以上の場合には、駆動トルク配分比を現在値から所定範囲内で総出力損失が最小となる駆動トルク配分比に変更し、４サンプリング周期における要求駆動トルクの変化量が駆動トルク変化量許容幅未満の場合には、駆動トルク配分比を現在値から所定範囲よりも広い範囲内で総出力損失が最小となる駆動トルク配分比に変更する。
これにより、車両のショックの抑制と総出力損失の十分な低減との両立を図れる。
(6) 車両の各車輪2FL,2FR,2RL,2RRにトルクを付与する複数の駆動源（フロントモータ3、インバータ18aおよびリアモータ7、インバータ19a）を有する電動車両1の制御装置であって、車両速度が変化した場合、駆動トルク配分比を、各駆動源の総出力損失が現在値以下となる配分比に変更する。
これにより、総出力損失の悪化に伴う電費性能の低下を抑制できる。

(7) 車両の各車輪にトルク2FL,2FR,2RL,2RRを付与する複数の駆動源（フロントモータ３、インバータ18aおよびリアモータ7、インバータ19a）を有する電動車両1の制御方法であって、車両の要求駆動トルクに対する各モータ3,7の駆動トルク配分比を決定する駆動トルク配分比決定ステップ（ステップS13、ステップS14）と、決定した駆動トルク配分比に応じて各駆動源の各出力トルクを制御する駆動制御ステップ（ステップS15）と、を備え、駆動トルク配分比決定ステップは、各駆動源の総出力損失が増大した場合、駆動トルク配分比を総出力損失が減少する配分比に変更する。
これにより、総出力損失の悪化に伴う電費性能の低下を抑制できる。
(8) 車両の各車輪2FL,2FR,2RL,2RRにトルクを付与する複数の駆動源（フロントモータ３、インバータ18aおよびリアモータ7、インバータ19a）と、各駆動源を制御する車両制御装置17と、を備える電動車両1の制御システムであって、車両制御装置17は、車両の要求駆動トルクに対する各モータ3,7の駆動トルク配分比を決定する駆動トルク配分比決定部24と、決定した駆動トルク配分比に応じて各駆動源の各出力トルクを制御するフロントモータ制御装置18およびリアモータ制御装置19と、を備え、駆動トルク配分比決定部24は、各駆動源の総出力損失が増大した場合、駆動トルク配分比を総出力損失が減少する配分比に変更する。
これにより、総出力損失の悪化に伴う電費性能の低下を抑制できる。

〔他の実施形態〕
以上、本発明を実施するための実施形態を説明したが、本発明の具体的な構成は実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、実施形態では、２つの駆動源を有する電動車両について説明したが、本発明は、複数の駆動源を有する電動車両、例えば、車輪毎に４つの駆動源を有する電動車両にも適用可能である。

1 電動車両
2FL,2FR,2RL,2RR 車輪
3 フロントモータ（駆動源）
7 リアモータ（駆動源）
17 車両制御装置（コントロールユニット）
18 フロントモータ制御装置（駆動制御部）
18a インバータ（駆動源）
19 リアモータ制御装置（駆動制御部）
19a インバータ（駆動源）
24 駆動トルク配分比決定部（配分比決定部）

Claims (10)

1. 車両の各車輪にトルクを付与する複数の駆動源を有する電動車両の制御装置であって、
   前記車両の要求駆動トルクに対する前記各駆動源の出力トルクの配分比を決定する配分比決定部と、
   前記決定した配分比に応じて前記各駆動源の各出力トルクを制御する駆動制御部と、
   を備え、
   前記配分比決定部は、前記各駆動源の総出力損失が増大した場合、前記配分比を前記総出力損失が減少する配分比に変更する電動車両の制御装置。
2. 請求項１に記載の電動車両の制御装置において、
   前記配分比決定部は、前記配分比を現在値から所定範囲内で変更する電動車両の制御装置。
3. 請求項２に記載の電動車両の制御装置において、
   前記配分比決定部は、前記配分比を現在値から前記所定範囲内で前記総出力損失が最小となる配分比に変更する電動車両の制御装置。
4. 請求項１に記載の電動車両の制御装置において、
   前記配分比決定部は、所定時間内における前記要求駆動トルクの変化量が所定変化量よりも大きい場合には、前記配分比を現在値から所定範囲内で変更し、前記所定時間内における前記要求駆動トルクの変化量が前記所定変化量以下の場合には、前記配分比を現在値から前記所定範囲よりも広い範囲内で変更する電動車両の制御装置。
5. 請求項４に記載の電動車両の制御装置において、
   前記配分比決定部は、前記所定時間内における前記要求駆動トルクの変化量が前記所定変化量よりも大きい場合には、前記配分比を現在値から前記所定範囲内で前記総出力損失が最小となる配分比に変更し、前記所定時間内における前記要求駆動トルクの変化量が前記所定変化量以下の場合には、前記配分比を現在値から前記所定範囲よりも広い範囲内で前記総出力損失が最小となる配分比に変更する電動車両の制御装置。
6. 車両の各車輪にトルクを付与する複数の駆動源を有する電動車両の制御装置であって、
   前記車両の速度またはアクセル操作量が変化した場合、前記各駆動源が出力する出力トルクの配分比を、前記各駆動源の総出力損失が現在値以下となる配分比に変更する電動車両の制御装置。
7. 車両の各車輪にトルクを付与する複数の駆動源を有する電動車両の制御方法であって、
   前記車両の要求駆動トルクに対する前記各駆動源の出力トルクの配分比を決定する配分比決定ステップと、
   前記決定した配分比に応じて前記各駆動源の各出力トルクを制御する駆動制御ステップと、
   を備え、
   前記配分比決定ステップは、前記各駆動源の総出力損失が増大した場合、前記配分比を前記総出力損失が減少する配分比に変更する電動車両の制御方法。
8. 請求項７に記載の電動車両の制御方法において、
   前記配分比決定ステップは、前記配分比を現在値から所定範囲内で変更する電動車両の制御方法。
9. 請求項７に記載の電動車両の制御方法において、
   前記配分比決定ステップは、所定時間内における前記要求駆動トルクの変化量が所定変化量よりも大きい場合には、前記配分比を現在値から所定範囲内で変更し、前記所定時間内における前記要求駆動トルクの変化量が前記所定変化量以下の場合には、前記配分比を現在値から前記所定範囲よりも広い範囲内で変更する電動車両の制御方法。
10. 車両の各車輪にトルクを付与する複数の駆動源と、
    前記各駆動源を制御するコントロールユニットと、
    を備える電動車両の制御システムであって、
    前記コントロールユニットは、
    前記車両の要求駆動トルクに対する前記各駆動源の出力トルクの配分比を決定する配分比決定部と、
    前記決定した配分比に応じて前記各駆動源の各出力トルクを制御する駆動制御部と、
    を備え、
    前記配分比決定部は、前記各駆動源の総出力損失が増大した場合、前記配分比を前記総出力損失が減少する配分比に変更する電動車両の制御システム。

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