JP2019198150A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】より簡易に路面高抵抗部を通過しやすくする。【解決手段】駆動輪に連結されたモータと、モータを駆動するインバータと、インバータの制御でモータのトルクを平滑化する平滑化処理を実行する制御装置と、を備える電動車両において、制御装置は、路面高抵抗部を走行するときには、インバータの制御で平滑化処理を実行しない。これにより、路面高抵抗部を走行するときに、モータのトルクの脈動（駆動輪のトルクの脈動）を大きくし、モータのトルクの極大値（駆動輪のトルクの極大値）を大きくすることができるから、路面高抵抗部を通過しやすくすることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、電動車両に関する。

従来、この種の電動車両としては、発進時における駆動力に見合う車輪速の上昇がない状態をもって車輪が段差に遭遇したと判定し、この判定後に段差乗り越えを一旦諦めたことを示す運転状態（運転者がシフトポジションを後進ポジションに変更して車両を後退させたこと）があったのを検知した後に、車輪が再度段差に接近するのを検知して段差乗り越えと判定すると、モータから車輪への駆動力を段差の大きさに応じて制御するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電動車両では、こうした制御により、段差乗り越えを可能にしている。

特開２００７−８３９９３号公報

上述の電動車両では、車輪が段差に遭遇して乗り越えられなかったときに、運転者がシフトポジションを後進ポジションに変更して車両を一旦後退させる（助走のために段差から離れる）必要があり、時間の無駄が生じる。また、車両を後退させるスペースが十分に存在するとは限らない。これらのため、段差などの路面高抵抗部を走行するときに、より簡易に路面高抵抗部を通過しやすくすることが求められている。

本発明の電動車両は、より簡易に路面高抵抗部を通過しやすくすることを主目的とする。

本発明の電動車両は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電動車両は、
駆動輪に連結されたモータと、
前記モータを駆動するインバータと、
前記インバータの制御で前記モータのトルクを平滑化する平滑化処理を実行する制御装置と、
を備える電動車両であって、
前記制御装置は、路面高抵抗部を走行するときには、前記インバータの制御で前記平滑化処理を実行しない、
ことを要旨とする。

この本発明の電動車両では、基本的には、インバータの制御でモータのトルクを平滑化する平滑化処理を実行する。そして、路面高抵抗部を走行するときには、インバータの制御で平滑化処理を実行しない。これにより、路面高抵抗部を走行するときに、モータのトルクの脈動（駆動輪のトルクの脈動）を大きくし、モータのトルクの極大値（駆動輪のトルクの極大値）を大きくすることができるから、路面高抵抗部を通過しやすくすることができる。即ち、運転者がシフトポジションを変更する必要がないから、より簡易に路面高抵抗部を通過しやすくすることができる。ここで、路面高抵抗部としては、例えば、段差や坂道、溝、オフロード（舗装されていない道路）などを挙げることができる。

こうした本発明の電動車両において、前記制御装置は、前記路面高抵抗部を走行するときには、前記モータが回転停止する前に前記平滑化処理を中止するものとしてもよい。こうすれば、路面高抵抗部を走行するときに、モータが回転停止するのを抑制することができ、路面高抵抗部をよりスムーズに通過しやすくすることができる。

本発明の一実施例としての電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 電子制御ユニット５０により実行される処理ルーチンの一例を示す説明図である。 モータ３２の電気角θｅと出力トルクＴｍとの関係の一例を示す説明図である。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車３２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例の燃料電池車４２０の構成の概略を示す構成図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、モータ３２と、インバータ３４と、蓄電装置としてのバッテリ３６と、電子制御ユニット５０と、を備える。

モータ３２は、同期発電電動機として構成されており、永久磁石が埋め込まれた回転子と、３相コイルが巻回された固定子と、を備える。このモータ３２は、回転子が駆動輪２２ａ，２２ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２６に接続されている。

インバータ３４は、モータ３２の駆動に用いられると共に電力ライン３８を介してバッテリ３６に接続されている。このインバータ３４は、６つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のそれぞれに並列に接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６と、を有する。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、それぞれ、電力ライン３８の正極側ラインと負極側ラインとに対してソース側とシンク側になるように２個ずつペアで配置されている。また、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６の対となるトランジスタ同士の接続点には、モータ３２の３相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）が接続されている。したがって、インバータ３４に電圧が作用しているときに、電子制御ユニット５０によって、対となるトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合が調節されることにより、３相コイルに回転磁界が形成され、モータ３２が回転駆動される。電力ライン３８の正極ラインと負極ラインとには、平滑用のコンデンサ３９が取り付けられている。

バッテリ３６は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されている。このバッテリ３６は、上述したように、電力ライン３８を介してインバータ３４に接続されている。

電子制御ユニット５０は、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭや、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポートを備える。電子制御ユニット５０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット５０に入力される信号としては、例えば、駆動輪２２ａ，２２ｂに取り付けられた車輪速センサ２３ａ，２３ｂからの車輪速Ｖｗａ，Ｖｗｂや、モータ３２の回転子に取り付けられた回転位置検出センサ（例えばレゾルバ）３２ａからのモータ３２の回転子の回転位置θｍ、モータ３２とインバータ３４とを接続する各相の電力ラインに取り付けられた電流センサ３２ｕ，３２ｖ，３２ｗからの各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを挙げることができる。また、コンデンサ３９の端子間に取り付けられた電圧センサ３９ａからのコンデンサ３９（電力ライン３８）の電圧ＶＨや、バッテリ３６の端子間に取り付けられた図示しない電圧センサからのバッテリ３６の電圧Ｖｂ、バッテリ３６の出力端子に取り付けられた図示しない電流センサからのバッテリ３６の電流Ｉｂも挙げることができる。さらに、イグニッションスイッチ６０からのイグニッション信号や、シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰ、アクセルペダル６３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃ、ブレーキペダル６５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ６６からのブレーキペダルポジションＢＰも挙げることができる。加えて、車速センサ６８からの車速Ｖや、加速度センサ６９からの加速度α、車両周辺を認識する周辺認識装置７０からの車両周辺の路面も挙げることができる。なお、シフトポジションＳＰとしては、駐車ポジション（Ｐポジション）や後進ポジション（Ｒポジション）、ニュートラルポジション（Ｎポジション）、前進ポジション（Ｄポジション）が用意されている。また、周辺認識装置７０は、カメラやレーザーセンサ、超音波センサなどのうちの１つまたは複数を用いて車両周辺を認識する装置として構成されている。

電子制御ユニット５０からは、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット５０は、回転位置検出センサ３２ａからのモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づいてモータ３２の電気角θｅや角速度ωｍ、回転数Ｎｍを演算したり、図示しない電流センサからのバッテリ３６の電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣを演算したりしている。蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ３６の全容量に対するバッテリ３６から放電可能な電力の容量の割合である。

こうして構成された実施例の電気自動車２０では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸２６に要求される要求トルクＴｄ＊を設定し、要求トルクＴｄ＊が駆動軸２６に出力されるようにモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊を設定する。そして、モータ３２がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようにパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）によりインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。

ここで、インバータ３４の制御（モータ３２の駆動制御）について説明する。電子制御ユニット５０は、最初に、モータ３２の電気角θｅを用いてＵ相，Ｖ相，Ｗ相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに座標変換（３相−２相変換）する。続いて、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に基づいてｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定する。こうしてｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定すると、ｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊および電流Ｉｄ，Ｉｑを用いてｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を設定する。そして、モータ３２の電気角θｅを用いてｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を各相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に座標変換（２相−３相変換）し、各相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊と三角波（搬送波）との比較によりトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のＰＷＭ信号を生成する。こうしてトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のＰＷＭ信号を生成すると、そのＰＷＭ信号を用いてトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチングを行なう。

次に、こうして構成された実施例の電気自動車２０の動作、特に、インバータ３４の制御でｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定する際の処理について説明する。図２は、電子制御ユニット５０により実行される処理ルーチンの一例を示す説明図である。このルーチンは、繰り返し実行される。

図２の処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０は、周辺認識装置７０から車両周辺情報を入力し（ステップＳ１００）、入力した車両周辺情報に基づいて、現在地が路面高抵抗部であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ここで、路面高抵抗部としては、例えば、段差や坂道、溝、オフロード（舗装されていない道路）などを挙げることができる。

ステップＳ１１０で現在地が路面高抵抗部でないと判定したときには、インバータ３４の制御で、モータ３２のトルクを平滑化する平滑化処理を実行すると決定して（ステップＳ１２０）、本ルーチンを終了する。この場合、インバータ３４の制御で、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に基づいてｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊の基本値としての基本電流指令Ｉｄｂａｓ，Ｉｑｂａｓを設定し、設定したｄ軸，ｑ軸の基本電流指令Ｉｄｂａｓ，Ｉｑｂａｓにモータ３２の電気角θｅに基づく補正係数ｋを乗じてｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定する。

ここで、ｄ軸，ｑ軸の基本電流指令Ｉｄｂａｓ，Ｉｑｂａｓは、モータ３２の電気周期（電気角の１周期）における平均トルクがトルク指令Ｔｍ＊に等しくなるように定められる。また、補正係数ｋは、モータ３２の電気角θｅに基づくモータ３２のトルクの脈動を抑制するために用いられるものであり、実施例では、モータ３２の電気角θｅと補正係数ｋとの関係を予め実験や解析により定めてマップとして図示しないＲＯＭに記憶しておき、モータ３２の電気角θｅが与えられると、このマップから対応する補正係数ｋを導出して設定するものとした。この補正係数ｋは、具体的には、平滑化処理を実行しないとき（ｄ軸，ｑ軸の基本電流指令Ｉｄｂａｓ，Ｉｑｂａｓをｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に設定するとき）にモータ３２のトルクがトルク指令Ｔｍ＊よりも小さくなる電気角範囲では、値１よりも大きい（ｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を基本電流指令Ｉｄｂａｓ，Ｉｑｂａｓに対して大きくする）値が設定される。また、補正係数ｋは、平滑化処理を実行しないときにモータ３２のトルクがトルク指令Ｔｍ＊よりも大きくなる電気角範囲では、値１よりも小さい（ｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を基本電流指令Ｉｄｂａｓ，Ｉｑｂａｓに対して小さくする）値が設定される。

ステップＳ１１０で現在地が路面高抵抗部であると判定したときには、インバータ３４の制御で平滑化処理を実行しないと決定して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。この場合、インバータ３４の制御で、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に基づいてｄ軸，ｑ軸の基本電流指令Ｉｄｂａｓ，Ｉｑｂａｓを設定し、設定したｄ軸，ｑ軸の基本電流指令Ｉｄｂａｓ，Ｉｑｂａｓをｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に設定する。このとき、モータ３２のトルク（駆動輪２２ａ，２２ｂのトルク）がある程度大きく脈動する。

図３は、モータ３２の電気角θｅと出力トルクＴｍとの関係の一例を示す説明図である。図中、実線は、平滑化処理を実行したときの関係を示し、破線は、平滑化処理を実行しないときの関係を示す。図示するように、平滑化処理を実行しないことにより、平滑化処理を実行するときに比して、モータ３２のトルクの脈動（極大値と極小値との差）が大きくなることが分かる。実施例では、路面高抵抗部を走行するときには、平滑化処理を実行しないことにより、モータ３２のトルクの脈動（駆動輪２２ａ，２２ｂのトルクの脈動）を大きくし、モータ３２のトルクの極大値（駆動輪２２ａ，２２ｂのトルクの極大値）を大きくすることができる。これにより、路面高抵抗部を通過しやすくする（段差や坂道の場合には乗り越えやすくし、溝の場合には脱出しやすくする）ことができる。即ち、運転者がシフトポジションＳＰを変更する必要がないから、より簡易に路面高抵抗部を通過しやすくすることができる。

以上説明した実施例の電気自動車２０では、現在地が路面高抵抗部でないときには、モータ３２のトルクを平滑化する平滑化処理を実行し、現在地が路面高抵抗部であるときには、平滑化処理を実行しない。これにより、路面高抵抗部を走行するときに、モータ３２のトルクの脈動（駆動輪２２ａ，２２ｂのトルクの脈動）を大きくし、モータ３２のトルクの極大値（駆動輪２２ａ，２２ｂのトルクの極大値）を大きくすることができるから、路面高抵抗部を通過しやすくすることができる。即ち、運転者がシフトポジションＳＰを変更する必要がないから、より簡易に路面高抵抗部を通過しやすくすることができる。

実施例の電気自動車２０では、現在地が路面高抵抗部でないときには、平滑化処理を実行し、現在地が路面高抵抗部であるときには、平滑化処理を実行しないものとした。ここで、平滑化処理を中止するタイミングとしては、モータ３２が回転停止する前、例えば、駆動輪２２ａ，２２ｂが段差に差し掛かって凹み始めてからモータ３２が回転停止するまでの間などが好ましい。モータ３２が回転停止する前に平滑化処理を中止してモータ３２のトルクの極大値（駆動輪２２ａ，２２ｂのトルクの極大値）を大きくすることにより、モータ３２（駆動輪２２ａ，２２ｂ）が回転停止するのを抑制し、よりスムーズに路面高抵抗部を通過しやすくすることができる。

また、平滑化処理を再開するタイミングとしては、車両が路面高抵抗部の通過を完了する前、例えば、段差や坂道の場合には平滑化処理を再開しても乗り越えられると判定したとき、溝の場合には平滑化処理を再開しても脱出できると判定したときとするのが好ましい。このタイミングとしては、例えば、車速Ｖが閾値Ｖｒｅｆ（例えば、４ｋｍ／ｈや５ｋｍ／ｈ、６ｋｍ／ｈなど）よりも高くなったときなどを挙げることができる。車両が路面高抵抗部の通過を完了する前に平滑化処理を再開してモータ３２のトルクの極大値（駆動輪２２ａ，２２ｂのトルクの極大値）を小さくすることにより、車両が路面高抵抗部の通過を完了してから平滑化処理を再開するものに比して、運転者に飛び出し感を与えるのを抑制することができる。

実施例の電気自動車２０では、周辺認識装置７０からの車両周辺情報に基づいて現在地が路面高抵抗部であるか否かを判定するものとした。しかし、車速センサ６８からの車速Ｖや加速度センサ６９からの加速度α、車輪速センサ２３ａ，２３ｂからの駆動輪２２ａ，２２ｂの車輪速Ｖｗａ，Ｖｗｂなどのうちの少なくとも１つに基づいて現在地が路面高抵抗部であるか否かを判定するものとしてもよい。また、図示しないクラウドサーバからの路面情報などに基づいて現在地が路面高抵抗部であるか否かを判定するものとしてもよい。さらに、これらの複数を組み合わせて、現在地が路面高抵抗部であるか否かを判定するものとしてもよい。

実施例の電気自動車２０では、蓄電装置として、バッテリ３６を用いるものとしたが、蓄電可能な装置であればよく、キャパシタなどを用いるものとしてもよい。

実施例では、駆動輪２２ａ，２２ｂに連結されたモータ３２およびバッテリ３６を備える電気自動車２０の構成とした。しかし、モータおよびバッテリに加えてエンジンも備えるハイブリッド自動車の構成としたり、モータおよびバッテリに加えて燃料電池も備える燃料電池車の構成としたりしてもよい。ハイブリッド自動車の構成としては、例えば、図４の変形例のハイブリッド自動車１２０に示すように、駆動輪２２ａ，２２ｂにモータ３２を接続すると共に駆動輪２２ａ，２２ｂにプラネタリギヤ１３０を介してエンジン１２２およびモータ１２４を接続し、モータ３２，１２４にインバータ３４，１２６を介してバッテリ３６を接続する構成を挙げることができる。また、図５の変形例のハイブリッド自動車２２０に示すように、駆動輪２２ａ，２２ｂに変速機２３０を介してモータ３２を接続すると共にモータ３２にクラッチ２２９を介してエンジン２２２を接続し、モータ３２にインバータ３４を介してバッテリ３６を接続する構成も挙げることができる。さらに、図６の変形例のハイブリッド自動車３２０に示すように、駆動輪２２ａ，２２ｂにモータ３２を接続すると共にエンジン３２２に発電機３２４を接続し、モータ３２および発電機３２４にインバータ３４，３２６を介してバッテリ３６を接続する構成も挙げることができる。燃料電池車の構成としては、例えば、図７の変形例の燃料電池車４２０に示すように、駆動輪２２ａ，２２ｂにモータ３２を接続すると共にモータ３２にインバータ３４を介してバッテリ３６および燃料電池４２２を接続する構成を挙げることができる。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ３２が「モータ」に相当し、電子制御ユニット５０が「制御装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電動車両の製造産業などに利用可能である。

２０ 電気自動車、２２ａ，２２ｂ 駆動輪、２３ａ，２３ｂ 車輪速センサ、２４ デファレンシャルギヤ、２６ 駆動軸、３２，１２４ モータ、３２ａ 回転位置検出センサ、３２ｕ，３２ｖ，３２ｗ 電流センサ、３４ インバータ、３６ バッテリ、３８ 電力ライン、３９ コンデンサ、３９ａ 電圧センサ、５０ 電子制御ユニット、６０ イグニッションスイッチ、６１ シフトレバー、６２ シフトポジションセンサ、６３ アクセルペダル、６４ アクセルペダルポジションセンサ、６５ ブレーキペダル、６６ ブレーキペダルポジションセンサ、６８ 車速センサ、６９ 加速度センサ、７０ 周辺認識装置、１２０，２２０，３２０ ハイブリッド自動車、１２２，２２２，３２２ エンジン、１３０ プラネタリギヤ、２２９ クラッチ、２３０ 変速機、３２４ 発電機、４２０ 燃料電池車、４２２ 燃料電池、Ｄ１１〜Ｄ１６ ダイオード、Ｔ１１〜Ｔ１６ トランジスタ。

Claims (2)

1. 駆動輪に連結されたモータと、
   前記モータを駆動するインバータと、
   前記インバータの制御で前記モータのトルクを平滑化する平滑化処理を実行する制御装置と、
   を備える電動車両であって、
   前記制御装置は、路面高抵抗部を走行するときには、前記インバータの制御で前記平滑化処理を実行しない、
   電動車両。
2. 請求項１記載の電動車両であって、
   前記制御装置は、前記路面高抵抗部を走行するときには、前記モータが回転停止する前に前記平滑化処理を中止する、
   電動車両。

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