JP2021058023A - 電動車両用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】目標トルクが大きくても、モータのトルクを目標トルクまで増加させることができる、電動車両用制御装置を提供する。【解決手段】駆動用モータの目標トルクは、アクセル開度を用いて設定される（Ｓ１）。トルク急増要求の将来的な有無が予測されて、トルク急増要求ありと予測された場合には（Ｓ２：ＹＥＳ）、トルク急増要求に応じてアクセル開度よりも先に変化するアクセル開度変化速度を用いて、昇圧用トルクが設定される（Ｓ３）。そして、この場合、目標トルクが昇圧用トルクに置き換えられて（Ｓ４）、昇圧用トルクに応じた電圧が得られるように、昇圧コンバータによる昇圧が制御される（Ｓ５）。【選択図】図２

Description

本発明は、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）やハイブリッド車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）などの電動車両に用いられる制御装置に関する。

ハイブリッド車などの電動車両には、モータを制御するＰＣＵ（Power Control Unit：パワーコントロールユニット）が搭載されている。

ＰＣＵは、高電圧バッテリから出力される直流電力を昇圧する昇圧コンバータと、昇圧コンバータによる昇圧後の直流電力を交流電力に変換するインバータとを備えている。電動車両では、アクセルペダルの操作量などに基づいて、モータのトルクの目標が設定される。そして、その目標のトルクがモータから出力されるように、昇圧コンバータによる昇圧が制御され、インバータからモータへの交流電力の供給が制御される。

特開２００９−２０１２００号公報

高電圧バッテリの容量が小さい場合、モータで大トルクを発生させるためには、高電圧バッテリから出力される電圧を昇圧コンバータにより速やかに目標電圧まで昇圧させる必要がある。しかしながら、昇圧コンバータによる昇圧の速度には、ハード上の制約や制御上の制約による限界がある。そのため、モータのトルクを目標トルクまで増加できない状況が生じ得る。

本発明の目的は、目標トルクが大きくても、モータのトルクを目標トルクまで増加させることができる、電動車両用制御装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る電動車両用制御装置は、バッテリから出力される直流電力を昇圧する昇圧コンバータと、直流電力を交流電力に変換してモータに供給するインバータとを搭載し、モータが発生する動力を駆動輪に伝達して走行する電動車両に用いられる制御装置であって、第１パラメータを用いて、モータのトルクの目標である目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、目標トルクに応じた電圧が得られるように、昇圧コンバータによる昇圧を制御する昇圧制御手段と、モータのトルクを急増させるトルク急増要求の将来的な有無を予測するトルク急増要求予測手段と、トルク急増要求予測手段によりトルク急増要求ありと予測された場合に、トルク急増要求に応じて第１パラメータよりも先に変化する第２パラメータを用いて、昇圧用トルクを設定する昇圧用トルク設定手段とを含み、昇圧制御手段は、昇圧用トルク設定手段により昇圧用トルクが設定された場合に、目標トルクを昇圧用トルクに置き換えて、昇圧用トルクに応じた電圧が得られるように、昇圧コンバータによる昇圧を制御する。

この構成によれば、モータの目標トルクは、第１パラメータを用いて設定される。トルク急増要求の将来的な有無が予測されて、トルク急増要求ありと予測された場合には、トルク急増要求に応じて第１パラメータよりも先に変化する第２パラメータを用いて、昇圧用トルクが設定される。そして、この場合、目標トルクを昇圧用トルクに置き換えられて、昇圧用トルクに応じた電圧が得られるように、昇圧コンバータによる昇圧が制御される。そのため、トルク急増要求に応じて大きな目標トルクが設定されても、その時点で既に昇圧コンバータによる昇圧後の電圧が引き上げられているので、モータのトルクを目標トルクまで速やかに増加させることができる。その結果、トルク急増要求に応じた電動車両の加速性能を発揮することができる。

しかも、トルク急増要求なしと予測された場合には、昇圧用トルクが設定されないので、昇圧コンバータによる昇圧後の電圧が無駄に引き上げられることを抑制でき、電動車両の燃費または電費の悪化を抑制することができる。

本発明によれば、トルク急増要求に応じて大きな目標トルクが設定されても、その時点で既に昇圧コンバータによる昇圧後の電圧が引き上げられているので、モータのトルクを目標トルクまで速やかに増加させることができる。その結果、トルク急増要求に応じた電動車両の加速性能を発揮することができる。

本発明の一実施形態に係る電動車両の構成を示すブロック図である。 昇圧制御処理の流れを示すフローチャートである。 アクセル開度変化速度と昇圧用トルクとの関係を示す図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜電動車両の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る電動車両１の構成を示すブロック図である。

電動車両１は、シリーズ方式のハイブリッドシステムを採用しており、エンジン（Ｅ／Ｇ）２、発電用モータ（ＭＧ１）３および駆動用モータ（ＭＧ２）４を搭載している。

エンジン２は、たとえば、ガソリンエンジンであり、エンジン２の燃焼室への吸気量を調整するための電子スロットルバルブ、燃料を吸入空気に噴射するインジェクタ（燃料噴射装置）および燃焼室内に電気放電を生じさせる点火プラグなどを備えている。

発電用モータ３は、たとえば、永久磁石同期モータからなる。発電用モータ３の回転軸は、エンジン２のクランクシャフトと機械的に連結されている。

駆動用モータ４は、たとえば、発電用モータ３よりも大型の永久磁石同期モータからなる。駆動用モータ４の回転軸は、動力伝達機構に連結されている。動力伝達機構には、デファレンシャルギヤが含まれており、駆動用モータ４の動力は、デファレンシャルギヤに伝達され、デファレンシャルギヤから左右の駆動輪（前輪または後輪）５に分配される。

また、電動車両１には、ＰＣＵ（Power Control Unit：パワーコントロールユニット）６および高電圧バッテリ（ＢＡＴ）７が搭載されている。

ＰＣＵ６は、発電用モータ３および駆動用モータ４の駆動を制御するためのユニットであり、ＭＧ１用インバータ（ＩＮＶ１）１１、ＭＧ２用インバータ（ＩＮＶ２）１２および昇圧コンバータ（ＢｓｔＣＯＮＶ）１３を備えている。ＭＧ１用インバータ１１およびＭＧ２用インバータ１２は、２個のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）の直列回路をＵ相、Ｖ相およびＷ相の各相に対応して設け、それらの直列回路を互いに並列に接続した回路構成を有している。

高電圧バッテリ７は、複数の二次電池を組み合わせた組電池であり、直流電力を出力する。

電動車両１の加速走行時には、駆動用モータ４が力行運転されて、駆動用モータ４が力行のための動力を発生する。このとき、高電圧バッテリ７から出力される直流電力が昇圧コンバータ１３により昇圧されて、昇圧された直流電力がＭＧ２用インバータ１２で三相交流電力に変換され、その三相交流電力が駆動用モータ４に供給される。これにより、高電圧バッテリ７の電力が消費される。

また、電動車両１の走行開始時には、高電圧バッテリ７から出力される直流電力が昇圧コンバータ１３により昇圧されて、昇圧された直流電力がＭＧ１用インバータ１１で三相交流電力に変換され、三相交流電力が発電用モータ３に供給される。これにより、発電用モータ３がモータリング運転されて、エンジン２が発電用モータ３によりモータリングされる。このモータリングによりエンジン２のクランクシャフトが回転し、その回転数が始動に必要な回転数まで上昇すると、エンジン２の点火プラグがスパークされて、エンジン２が始動される。

エンジン２が動作している状態で、発電用モータ３が発電運転されることにより、発電用モータ３が三相交流電力を発生する。発電用モータ３が発電する三相交流電力は、ＭＧ１用インバータ１１により、直流電力に変換される。そして、ＭＧ１用インバータ１１から出力される直流電力がＭＧ２用インバータ１２で三相交流電力に変換され、三相交流電力が駆動用モータ４に供給される。また、駆動用モータ４への電力の供給が不要なときには、ＭＧ１用インバータ１１から出力される直流電力が昇圧コンバータ１３で降圧されて、降圧後の直流電力が高電圧バッテリ７に供給されることにより、高電圧バッテリ７が充電される。

電動車両１の減速走行時には、駆動用モータ４が回生運転されて、駆動輪５から駆動用モータ４に伝達される動力が三相交流電力に変換される。このとき、駆動用モータ４が走行駆動系の抵抗となり、その抵抗が電動車両１を制動する制動力（回生制動力）として作用する。駆動用モータ４が発生する三相交流電力は、ＭＧ２用インバータ１２により、直流電力に変換される。そして、ＭＧ２用インバータ１２から出力される直流電力が昇圧コンバータ１３で降圧されて、降圧後の直流電力が高電圧バッテリ７に供給されることにより、高電圧バッテリ７が充電される。

＜制御系＞
また、電動車両１には、マイコンを含む構成のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）が備えられている。図１には、ＰＣＵ６を制御するための１つのＥＣＵ２１のみが示されているが、電動車両１には、各部を制御するため、複数のＥＣＵが搭載されている。ＥＣＵ２１を含む複数のＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。

ＥＣＵ２１には、制御に必要な各種センサが接続されている。ＥＣＵ２１には、たとえば、アクセルセンサ２２が接続されている。アクセルセンサ２２は、電動車両１のユーザ（ドライバ）により操作されるアクセルペダルの操作量に応じた検出信号を出力する。

ＥＣＵ２１は、アクセルセンサ２２の検出信号から、アクセルペダルの最大操作量に対する操作量の割合、つまりアクセルペダルが踏み込まれていないときを０％とし、アクセルペダルが最大に踏み込まれたときを１００％とする百分率であるアクセル開度を求める。また、ＥＣＵ２１は、アクセル開度の時間変化率、つまりアクセル開度変化速度を求める。

＜昇圧制御処理＞
図２は、昇圧制御処理の流れを示すフローチャートである。図３は、アクセル開度変化速度と昇圧用トルクとの関係を示す図である。

駆動用モータ４の駆動時には、ＥＣＵ２１により、昇圧制御処理が所定の周期で実行される。

昇圧制御処理では、駆動用モータ４のトルクの目標である目標トルクが設定される（ステップＳ１）。たとえば、ＥＣＵ２１のマイコンには、不揮発性メモリが内蔵されており、この不揮発性メモリには、アクセル開度と目標トルクとの関係を定めたマップが記憶されている。ＥＣＵ２１により、アクセルセンサ２２の検出信号からアクセル開度が求められて、その不揮発性メモリに記憶されているマップに従って、アクセル開度に応じた目標トルクが設定される。

また、モータのトルクを急増させるトルク急増要求の将来的な有無が予測される（ステップＳ２）。たとえば、アクセル開度の時間変化率であるアクセル開度変化速度が所定値を超えているときには、その後、アクセル開度に応じた目標トルクが急増することが予想されるので、トルク急増要求が将来的にあると予測される。一方、アクセル開度変化速度が所定値以下である場合には、将来的なトルク急増要求がないと予測される。

トルク急増要求が将来的にあると予測された場合（ステップＳ２のＹＥＳ）、トルク急増要求に対してアクセル開度よりも先に変化するアクセル開度変化速度に応じた昇圧用トルクが設定される（ステップＳ３）。昇圧用トルクは、たとえば、図３に示されるように、アクセル開度変化速度が大きいほど２次関数的に増加するように設定される。

そして、昇圧用トルクが設定された場合には、目標トルクが昇圧用トルクに置き換えられて（ステップＳ４）、昇圧用トルクを目標トルクとして、目標トルクに応じた目標電圧、つまり昇圧用トルクに応じた目標電圧が設定され、昇圧コンバータ１３による昇圧後の電圧が目標電圧に一致するように、昇圧コンバータ１３による昇圧が制御される（ステップＳ５）。

一方、昇圧用トルクが設定されていない場合には（ステップＳ２のＮＯ）、目標トルクに応じた目標電圧が設定され、昇圧コンバータ１３による昇圧後の電圧が目標電圧に一致するように、昇圧コンバータ１３による昇圧が制御される（ステップＳ５）。

なお、ＭＧ２用インバータ１２については、昇圧用トルクではなく、目標トルクに応じた三相交流電力が駆動用モータ４に供給されるように制御される。

＜作用効果＞
以上のように、駆動用モータ４の目標トルクは、アクセル開度を用いて設定される。トルク急増要求の将来的な有無が予測されて、トルク急増要求ありと予測された場合には、トルク急増要求に応じてアクセル開度よりも先に変化するアクセル開度変化速度を用いて、昇圧用トルクが設定される。そして、この場合、目標トルクが昇圧用トルクに置き換えられて、昇圧用トルクに応じた電圧が得られるように、昇圧コンバータ１３による昇圧が制御される。そのため、トルク急増要求に応じて大きな目標トルクが設定されても、その時点で既に昇圧コンバータ１３による昇圧後の電圧が引き上げられているので、駆動用モータ４のトルクを目標トルクまで速やかに増加させることができる。その結果、トルク急増要求に応じた電動車両１の加速性能を発揮することができる。

しかも、トルク急増要求なしと予測された場合には、昇圧用トルクが設定されないので、昇圧コンバータ１３による昇圧後の電圧が無駄に引き上げられることを抑制でき、電動車両１の燃費の悪化を抑制することができる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、前述の実施形態では、アクセル開度変化速度に応じた昇圧用トルクが設定されるとしたが、アクセル開度変化速度に限らず、車速や現在の昇圧コンバータ１３による昇圧後の電圧などに基づいて昇圧用トルクが設定されてもよい。

また、本発明に係る技術がハイブリッド車に適用された場合を例にとったが、本発明に係る技術は、ハイブリッド車に限らず、モータを走行用の駆動源として搭載した車両であれば、エンジンを搭載していない電気自動車に適用することもできる。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１：電動車両
４：駆動用モータ（モータ）
５：駆動輪
７：高電圧バッテリ（バッテリ）
１２：ＭＧ２用インバータ（インバータ）
１３：昇圧コンバータ
２１：ＥＣＵ（制御装置、目標トルク設定手段、昇圧制御手段、トルク急増要求予測手段、昇圧用トルク設定手段）

Claims (1)

1. バッテリから出力される直流電力を昇圧する昇圧コンバータと、直流電力を交流電力に変換してモータに供給するインバータとを搭載し、前記モータが発生する動力を駆動輪に伝達して走行する電動車両に用いられる制御装置であって、
   第１パラメータを用いて、前記モータのトルクの目標である目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、
   前記目標トルクに応じた電圧が得られるように、前記昇圧コンバータによる昇圧を制御する昇圧制御手段と、
   前記モータのトルクを急増させるトルク急増要求の将来的な有無を予測するトルク急増要求予測手段と、
   前記トルク急増要求予測手段により前記トルク急増要求ありと予測された場合に、前記トルク急増要求に応じて前記第１パラメータよりも先に変化する第２パラメータを用いて、昇圧用トルクを設定する昇圧用トルク設定手段とを含み、
   前記昇圧制御手段は、前記昇圧用トルク設定手段により前記昇圧用トルクが設定された場合に、前記目標トルクを前記昇圧用トルクに置き換えて、前記昇圧用トルクに応じた電圧が得られるように、前記昇圧コンバータによる昇圧を制御する、制御装置。

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