JP2019115145A - 車両の制御装置及び車両の制御方法 - Google Patents

車両の制御装置及び車両の制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】モータに過負荷が生じることによる出力の低下を確実に抑制することが可能な、新規かつ改良された車両の制御装置及び車両の制御方法を提供する。【解決手段】車両５００の駆動力を発生させるモータ２０，２２を制御し、モータ２０，２２が発生可能な最大定格トルクよりも低い連続定格トルクを上限としてモータ２０，２２を運転する第１運転モードと、前記最大定格トルクを上限としてモータ２０，２２を運転する第２運転モードと、を切り換え可能なモータ制御部１１０，１２０を備え、モータ制御部１１０，１２０は、ドライバからの運転モードの指定が無い場合に第１運転モードでモータ２０，２２を運転する、車両の制御装置１００が提供される。【選択図】図２

Description

本発明は、車両の制御装置及び車両の制御方法に関する。
従来、下記の特許文献１には、モータの短時間定格の時間を超えてモータに連続定格出力以上の負荷が与えられる場合は、モータの加速度を降下させてこのモータに与えられる負荷を事前に低減し、モータの短時間定格の時間を超えてモータに連続定格出力以上の負荷が与えられる場合を無くすことができ、モータの出力特性を最大に利用できることが記載されている。
特開２００１−１１９９９３号公報
しかし、上記特許文献に記載されている技術では、モータの短時間定格の時間を超えてモータに連続定格出力以上の負荷が与えられる場合は、モータの加速度を降下させてこのモータに与えられる負荷を事前に低減しているため、モータの短時間定格の時間内の負荷は、モータに与えられてしまう問題がある。このため、上記特許文献に記載されている技術では、モータに対し短時間定格の時間内で負荷が与えられることにより、モータが発熱し、モータの出力が急激に低下する可能性がある。
また、例えば車両をスポーツ走行に使用する場合など、ドライバが意図的に車両の出力を増加させたい場合がある。上記特許文献に記載されている技術では、このようなドライバの要請を考慮しておらず、モータの負荷を抑えつつ、必要な場合に出力を増大させることができなかった。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、モータに過負荷が生じることによる出力の低下を確実に抑制することが可能な、新規かつ改良された車両の制御装置及び車両の制御方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、車両の駆動力を発生させるモータを制御し、前記モータが発生可能な最大定格トルクよりも低い連続定格トルクを上限として前記モータを運転する第１運転モードと、前記最大定格トルクを上限として前記モータを運転する第２運転モードと、を切り換え可能なモータ制御部を備え、前記モータ制御部は、ドライバからの運転モードの指定が無い場合に前記第１運転モードで前記モータを運転する、車両の制御装置が提供される。
前記モータ制御部は、ドライバからの運転モードの指定がある場合に前記第２運転モードで前記モータを運転するものであっても良い。
また、ドライバからの運転モードの指定に応じて、前記モータが出力するトルクを前記最大定格トルクと前記連続定格トルクの間の所定のトルクに制限する最大出力制限部を備えるものであっても良い。
また、前記ドライバからの前記運転モードの指定は、パドルシフトによって行われるものであっても良い。
また、前記最大定格トルクは、前記モータを前記最大定格トルクで運転する場合に持続時間が制限されるトルクであっても良い。
また、前記連続定格トルクは、前記モータを前記連続定格トルクで運転する場合に持続時間が制限されないトルクであっても良い。
上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、車両の駆動力を発生させるモータを制御し、前記モータが発生可能な最大定格トルクよりも低い連続定格トルクを上限として前記モータを運転する第１運転モードと、前記最大定格トルクを上限として前記モータを運転する第２運転モードと、を切り換え可能なモータ制御部を備える車両の制御装置における車両の制御方法であって、ドライバからの運転モードの指定が無い場合に前記第１運転モードで前記モータを運転する、車両の制御方法が提供される。
以上説明したように本発明によれば、モータに過負荷が生じることによる出力の低下を確実に抑制することが可能となる。
本発明の一実施形態に係る車両の構成を示す模式図である。 制御装置とその周辺の構成を詳細に示す模式図である。 本実施形態に係るモータの出力特性を示す模式図である。 本実施形態に係るモータの制御方法の概要を示す模式図である。 本実施形態の制御装置における処理の手順を示すフローチャートである。 モータの出力を段階的に変化させる例を示す模式図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る車両５００の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る車両５００の構成を示す模式図である。図１に示すように、車両５００は、前輪及び後輪の４つのタイヤ（車輪）１２，１４，１６，１８、制御装置（コントローラ）１００、外界認識部２００、前輪のタイヤ１２，１４の回転を制御するモータ２０、後輪のタイヤ１６，１８の回転を制御するモータ２２、モータ２０の制御を行うインバータ１９、モータ２２の制御を行うインバータ２１、モータ２０の駆動力をタイヤ１２，１４に伝達するギヤボックス２３及びドライブシャフト２４、モータ２２の駆動力をタイヤ１６，１８に伝達するギヤボックス２５及びドライブシャフト２６、前輪の各タイヤ１２，１４の回転から車輪速（車両速度）を検出する車輪速センサ４０，４２、後輪の各タイヤ１６，１８の回転から車輪速（車両速度）を検出する車輪速センサ２８，３０、アクセル開度センサ３２、モード切換スイッチ３３、前輪１２，１４を操舵するステアリングホイール３４、ステアリングホイールの操舵角δを検出する操舵角センサ３５、パワーステアリング機構３６、シフト操作部（パドルシフト）３８、前輪のモータ２０の温度を検出する温度センサ４４、後輪のモータ２２の温度を検出する温度センサ４６、を有して構成されている。
なお、図１に示す構成では、前輪を駆動する１つのモータ２０と後輪を駆動する１つのモータ２２を備えているが、この構成に限定されるものではなく、４つの各輪のそれぞれを駆動するモータと各モータに対応するギヤボックスが設けられていても良い。
本実施形態では、制御装置１００によりモータ２０，２２の制駆動力を演算し、制御装置１００がモータ２０，２２へ制駆動力を指示することで、モータ２０，２２を協調制御する。
図２は、制御装置１００とその周辺の構成を詳細に示す模式図である。図２に示すように、制御装置１００は、前後のモータ２０，２２の制御を行う走行制御部１５０を備えている。走行制御部１５０は、駆動力配分部１０５、第１モータ制御部１１０、第２モータ制御部１２０、スイッチ情報取得部１３０、最大出力制限部１４０、を有して構成されている。
制御装置１００の駆動力配分部１４０は、アクセル開度センサ３２からアクセル開度を取得すると、車両５００の総要求駆動力を演算し、総駆動力を前輪のモータ２０と後輪のモータ２２へ配分する。
第１モータ制御部１１０は、前輪のモータ２０を制御するインバータ１９に対し、前輪のモータ２０の要求駆動力の指令値を送る。インバータ１９は、前輪のモータ２０の要求駆動力の指令値に基づいて、前輪のモータ２０を制御する。
第２モータ制御部１２０は、後輪のモータ２２を制御するインバータ２１に対し、後輪のモータ２２の要求駆動力の指令値を送る。インバータ２１は、後輪のモータ２２の要求駆動力の指令値に基づいて、後輪のモータ２２を制御する。
スイッチ情報取得部１３０には、モード切換スイッチ３３から車両５００のモード切り換えに関する情報が入力される。
図３は、本実施形態に係るモータ２０，２２の出力特性を示す模式図である。図３では、前輪のモータ２０、または後輪のモータ２２について、駆動力（縦軸：トルク）と速度（横軸：回転数）の関係を示している。
モータ２０，２２の運転モードとして、最大定格モードと連続定格モードがある。最大定格モードでは、モータが発揮し得る最大トルク値（最大定格トルク）を出力できるが、最大トルク値の持続時間は制限される。モータを最大定格モードで使用すると、内部の発熱量が急激に上昇し、モータの劣化等に影響することから、最大定格モードでは最大トルク値の持続時間（許容時間）が定められている。一方、連続定格モードでは、最大定格モードよりもトルク値が制限され、長時間連続して出力可能なトルク値（連続定格トルク）が上限とされる。図３では、最大定格モードと連続定格モードのそれぞれについてのトルク特性を示している。
本実施形態では、モータ２０，２２のそれぞれを独立して制御できるため、前輪のモータ２０と後輪のモータ２２のトルクの前後配分を最適に制御することで、車両５００の安定性を高めることができる。特に、本実施形態では、第１モータ制御部１１０及び第２のモータ制御部１２０により、通常モードでのモータ２０，２２の基本トルク出力性能が、最大定格トルクではなく連続定格トルクを上限とする制御仕様とされる。
ここで、通常時にモータ２０，２２の基本トルク出力性能を、最大定格トルクを上限とすると、例えばドライバがスポーツ走行を楽しみたい場合など、モータ２０，２２に過負荷がかかるような状況下において、モータ２０，２２が過熱してしまう場合がある。このような場合、例えば温度センサ４４，４６が検出したモータ２０，２２の温度に基づいて、連続定格モードによる制御に切り換えることで、モータ２０，２２の発熱を抑えることができる。しかし、このような方法で最大定格モードから連続定格モードへの切り換えを行うと、モータ２０，２２の出力が突然ダウンしてしまうことになり、車両５００の加速が鈍り、ドライバが想定する運転ができなくなる。また、予期せぬ車両挙動が発生し、車両５００の挙動をコントロールできない事態が発生することも懸念される。
本実施形態では、通常モードでのモータ２０，２２の基本トルク出力性能を、最大定格トルクではなく連続定格トルクを上限とする制御仕様にすることで、モータ２０，２２の突然の出力ダウンを未然に防ぐことができる。これにより、モータ２０，２２の出力の低下が発生しにくくなるため、ドライバに違和感を与えることがなく、且つ、車両挙動を安定させることが可能である。
一方、例えばドライバがスポーツ走行を楽しみたい場合、車両５００が悪路（雪道など）を走行する場合等、通常とは異なる特殊な運転状態で車両５００が運転される場合がある。本実施形態では、このような場合には、特殊モードにより車両５００が運転される。ドライバは、モード切換スイッチ３３を操作することで、通常モードと特殊モードによる走行を切り換えることができる。なお、特殊モードは、スポーツ走行など通常よりもモータ出力が高い走行モード、悪路走行時に適した各輪の制御が行われるモード等を含む。車両５００が特殊モードで走行する場合、基本トルク出力性能は、最大定格トルクを上限とする制御仕様とされる。
具体的に、ドライバがモード切換スイッチ３３を操作して特殊モードがオン（ＯＮ）になると、第１モータ制御部１１０により、モータ２０の許容最大トルクが最大定格トルクまで引き上げられる。同様に、第２モータ制御部１２０により、モータ２２の許容最大トルクが最大定格トルクまで引き上げられる。これにより、通常時は連続定格トルクを上限としてモータ２０，２２の許容最大トルクが設定されるが、特殊モードのオン時には最大定格トルクを上限としてモータ２０，２２の許容最大トルクが設定される。つまり、通常時は許容上限トルクを連続定格トルクまでとし、特殊モードのオン時のみ最大定格トルクまで許容する制御を行う。
図４は、本実施形態に係るモータ２０，２２の制御方法の概要を示す模式図である。先ず、通常モードでは、前輪のモータ２０と後輪のモータ２２は、図４中に点Ａで示すトルク、回転数で駆動される。これにより、連続定格モードの連続定格トルクを上限としてモータ２０，２２が駆動される。
次に、ドライバがモード切換スイッチ３３を操作して、通常モードから特殊モードへの切り換えが行われると、前輪のモータ２０と後輪のモータ２２は、図４中に点Ｂで示すトルク、回転数で駆動される。これにより、最大定格モードの最大定格トルクを上限としてモータ２０，２２が駆動される。
次に、図５のフローチャートに基づいて、本実施形態の制御装置１００における処理の手順について説明する。図５の処理は、所定の制御周期毎に行われる。先ず、ステップＳ１０では、スイッチ情報取得部１３０が、モード切換スイッチ３３から取得した情報に基づいて、運転モードが特殊モードであるか否かを判定する。運転モードが特殊モードの場合は、ステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２では、モータ２０，２２の出力上限を最大定格トルクに設定する。
一方、ステップＳ１０で運転モードが特殊モードでない場合、すなわち通常モードの場合は、ステップＳ１４へ進む。ステップＳ１４では、モータ２０，２２の出力上限を連続定格トルクに設定する。
ステップＳ１４の後はステップＳ１６へ進み、最大出力が可変できるか否かを判定し、最大出力が可変できる場合は、ステップＳ１８へ進む。ステップＳ１８では、モータ２０，２２の出力上限を段階的に変化可能とする。
図６は、モータ２０，２２の出力を段階的に変化させる例を示す模式図である。図６に示す例では、最大定格トルクと連続定格トルクとの間に、３つのトルク特性（制御１〜３）が示されている。ステップＳ１８では、最大出力制限部１４０が、ドライバのシフト操作部３８への操作に応じて、モータ２０，２２が出力するトルクを図６に示す３つの制御１〜３に示すトルクに制限する。第１モータ制御部１１０及び第２モータ制御部１２０は、最大出力制限部１４０が制限したトルクに基づいてモータ２０，２２を制御する。例えば、ステップＳ１４でモータ２０，２２の出力上限を連続定格トルクに設定した後、ステップＳ１８でシフト操作部３８が１段階だけ操作されると、図６に示す制御１のトルクを上限としてモータ２０，２２が制御される。
また、ステップＳ１４でモータ２０，２２の出力上限を連続定格トルクに設定した後、ステップＳ１８でシフト操作部３８が２段階操作されると、図６に示す制御２のトルクを上限としてモータ２０，２２が制御される。同様に、ステップＳ１４でモータ２０，２２の出力上限を連続定格トルクに設定した後、ステップＳ１８でシフト操作部３８が３段階操作されると、図６に示す制御３のトルクを上限としてモータ２０，２２が制御される。
以上のように、ステップＳ１６で最大出力が可変できると判定された場合は、ドライバのシフト操作部３８への操作に応じて、連続定格トルクよりも大きく、最大定格トルクよりも小さいトルクでモータ２０，２２が駆動される。このような制御を行うことにより、モータ２０，２２の出力上限を最大定格トルクとした場合に比べて、モータ２０，２２の発熱等に起因してモータ２０，２２の運転モードが連続定格モードに落ちるまでの時間を稼ぐことができる。従って、実際に連続定格トルクまでトルクが抑制されるまでの時間を稼ぐことが可能となる。
ステップＳ１２，Ｓ１８の後は、処理を一旦終了する。また、ステップＳ１６で最大出力が可変でないと判定された場合も処理を一旦終了する。
以上説明したように本実施形態によれば、運転モードが通常モードの場合は連続定格トルクを上限としてモータ２０，２２の制御を行い、運転モードが特殊モードに切り換えられると、最大定格トルクを上限としてモータ２０，２２の制御を行うようにした。これにより、通常モードではモータ２０，２２の出力が突然ダウンしてしまうことがなく、車両５００の安定性を保つことができる。また、運転モードが特殊モードの場合は、最大定格トルクを上限としてモータ２０，２２が制御されるので、スポーツ走行、悪路での走行等の際にモータ２０，２２の出力を最大限に発揮することが可能となる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
１００ 制御装置
１０２ 熱負荷優先度算出部
１０４ 安定性優先度算出部
１０６ 駆動力配分制御部

Claims (7)

  1. 車両の駆動力を発生させるモータを制御し、前記モータが発生可能な最大定格トルクよりも低い連続定格トルクを上限として前記モータを運転する第１運転モードと、前記最大定格トルクを上限として前記モータを運転する第２運転モードと、を切り換え可能なモータ制御部を備え、
    前記モータ制御部は、ドライバからの運転モードの指定が無い場合に前記第１運転モードで前記モータを運転することを特徴とする、車両の制御装置。
  2. 前記モータ制御部は、ドライバからの運転モードの指定がある場合に前記第２運転モードで前記モータを運転することを特徴とする、請求項１に記載の車両の制御装置。
  3. ドライバからの運転モードの指定に応じて、前記モータが出力するトルクを前記最大定格トルクと前記連続定格トルクの間の所定のトルクに制限する最大出力制限部を備えることを特徴とする、請求項１に記載の車両の制御装置。
  4. 前記ドライバからの前記運転モードの指定は、パドルシフトによって行われることを特徴とする、請求項３に記載の車両の制御装置。
  5. 前記最大定格トルクは、前記モータを前記最大定格トルクで運転する場合に持続時間が制限されるトルクであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の車両の制御装置。
  6. 前記連続定格トルクは、前記モータを前記連続定格トルクで運転する場合に持続時間が制限されないトルクであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の車両の制御装置。
  7. 車両の駆動力を発生させるモータを制御し、前記モータが発生可能な最大定格トルクよりも低い連続定格トルクを上限として前記モータを運転する第１運転モードと、前記最大定格トルクを上限として前記モータを運転する第２運転モードと、を切り換え可能なモータ制御部を備える車両の制御装置における車両の制御方法であって、
    ドライバからの運転モードの指定が無い場合に前記第１運転モードで前記モータを運転することを特徴とする、車両の制御方法。
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