JP2021087337A - 車両用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】省電力化のためにモータの最大出力を制限するエコモードを実施しつつ、高勾配の登坂路を確実に走行可能とする車両用制御装置を提供すること。【解決手段】バッテリ１６から供給される電力により車両１０の駆動力を発生するモータ１１を備えた車両１０の制御装置２０であって、モータ１１の出力を制限する出力制限部２３と、車両１０の走行経路の道路勾配情報を取得する情報取得部２１と、情報取得部２１に取得される道路勾配情報に基づき、出力制限部２３によるモータ１１の出力制限値を補正する出力制限補正部２４と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は車両用制御装置に関する。

近年、環境負荷低減の観点から、トラック等の商用車の分野においても内燃機関を備えず、電動モータのみによって駆動する電動トラックの開発が行われている（特許文献１参照）。

このような電動車両では、所定の航続距離を確保するために、通常モードに比べてモータの最大出力を制限する、いわゆるエコモードが検討されている。

特開２０１６−１１３０６３号公報

しかしながら、電動トラックは乗用車に比べて車両総重量が大きく、かつ、積載状態によって重量変動も大きい。従って、エコモード実施中に所定勾配以上の登坂路を走行しようとすると、最大出力が制限されているために登坂路を走行できない虞がある。
以上から、本願の解決すべき課題は、省電力化のためにモータの最大出力を制限するエコモードを実施しつつ、高勾配の登坂路を確実に走行可能とする車両用制御装置を提供することである。

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現することができる。

（１）本適用例に係る車両用制御装置は、バッテリから供給される電力により車両の駆動力を発生するモータを備えた車両の制御装置であって、前記モータの出力を制限する出力制限部と、前記車両の走行経路の道路勾配情報を取得する情報取得部と、前記情報取得部に取得される前記道路勾配情報に基づき、出力制限部による前記モータの出力制限値を補正する出力制限補正部と、を含む。

上記適用例に係る車両用制御装置によれば、モータの出力を制限するいわゆるエコモード時において、道路勾配情報に基づいてモータの出力制限値を補正することで、エコモード実施時における出力不足を抑えることができる。

（２）上記適用例に係る車両用制御装置において、前記出力制限補正部は、前記道路勾配情報の勾配が正側に大きいほど、前記出力制限値の補正幅を大きくしてもよい。このように、モータの出力制限値の補正幅を勾配が正側に大きいほど大きくすることで、登坂路における坂道発進の確実性を向上し、且つ最高速度の低下を抑制することができる。

（３）上記適用例に係る車両用制御装置において、前記出力制限補正部は、前記車両の車両重量が大きいほど、前記出力制限値の補正幅を大きくしてもよい。このように、車両重量が大きいほど、モータの出力制限値の補正幅を大きくすることで、積載量が増加した場合も、登坂路における坂道発進の確実性を向上し、最高速度の低下を抑制することができる。

（４）上記適用例に係る車両用制御装置において、前記出力制限補正部は、前記車両の車両重量及び前記道路勾配情報の勾配増加に起因した走行抵抗増加分と同等となるように補正してもよい。このように、補正幅を勾配増加及び車両重量増加に起因した走行抵抗増加分と同等とすることで、エコモードによる省電力化効果を活かしつつ、十分な出力性能を確保することができる。

本発明の一実施形態に係る制御装置を含む電動車両の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る制御装置が実行するエコモード時のモータの駆動制御ルーチンを示すフローチャートである。 平坦路（勾配０％）の場合に駆動輪に伝達されるモータトルク−回転数の関係図である。 勾配２％の場合に駆動輪に伝達されるモータトルク−回転数の関係図である。 勾配５％の場合に駆動輪に伝達されるモータトルク−回転数の関係図である。 車両重量別の勾配とエコモード最大出力との関係図である。

以下、本発明を具体化した一実施形態について説明する。

図１には、本発明の一実施形態に係る制御装置２０を含む電動車両の概略構成図が示されている。

図１に示す車両１０は例えば電動トラックであり、動力源として走行用モータ１１が搭載されている。走行用モータ１１はインバータ・コンバータ１２（以下、単にインバータ１２という）を介してバッテリ１６と電気的に接続されている。また走行用モータ１１の出力軸はデファレンシャル機構である動力伝達部１３及び駆動軸１４を介して左右の駆動輪１５と接続されている。

このように構成された車両１０は、バッテリ１６に蓄えられた電力を用いて走行用モータ１１が駆動力を発生させ、当該駆動力が動力伝達部１３及び駆動軸１４を介して左右の駆動輪１５に伝達されることで走行する。
なお、本実施形態に係る車両１０では、駆動用のバッテリ１６のみによって駆動する車両を例示するが、省エネルギーを目的としてエコモードが設けられる車両であれば特に限定されない。例えば、車両１０は、エンジンとそれにより駆動する発電用モータを備えたレンジエクステンダー車両でもあってもよいし、バッテリ１６が燃料電池システムである燃料電池車両であってもよい。

このように構成された車両１０の各部は、車両１０に搭載された制御装置２０（車両用制御装置）に接続されている。なお、これらの各部は、制御装置２０だけでなく、各部同士が相互に情報の伝達を行うことも可能である。

制御装置２０は、車両１０の全体を統合制御するための制御回路であり、本実施形態では、主に駆動に関する制御部分の機能について説明する。

本実施形態の制御装置２０は、主に、情報取得部２１、駆動制御部２２、出力制限部２３、出力制限補正部２４を有している。

情報取得部２１は、制御装置２０に接続されているエコモードスイッチ３０や勾配センサ３１等の各種スイッチや各種センサからの情報を取得する機能を有している。

エコモードスイッチ３０は、モータ１１の出力モードについて、通常モードと、当該通常モードよりもモータ１１の出力を制限したエコモードとを切り替えるスイッチであり、運転席付近に設置されている。情報取得部２１は、エコモードスイッチ３０のＯＮ、ＯＦＦ情報を取得可能である。

また勾配センサ３１は、例えばジャイロセンサや加速度センサであり、車両１０の走行経路の勾配（道路勾配情報）を検知する。情報取得部２１は、勾配センサ３１により検知した道路勾配情報を取得可能である。道路勾配情報とは、道路における水平面に対する傾斜度合いであり、平坦路では０％、登坂路では正の値、降坂路では負の値となる。

なお、情報取得部２１による道路勾配情報の取得は勾配センサ３１によるものに限られない。例えば、情報取得部２１は、車両１０に搭載されるナビゲーションシステム（図示せず）や、ＧＰＳ受信機等の他のセンサ等から道路勾配情報を取得してもよい。又は情報取得部２１は、道路勾配情報を、車両１０の加速度や、経路の高低差情報等から計算して取得してもよい。

情報取得部２１は、この他にも車両重量情報や、アクセル開度情報等を取得可能である。情報取得部２１は、例えば車両重量情報を車両１０の加速度や道路勾配情報から計算して取得する。なお、車両重量情報には車体重量と積載量を加味した車両総重量情報が含まれる。また、情報取得部２１は、アクセル開度情報をアクセルペダルに搭載されたアクセルペダル開度センサ（図示せず）から取得する。

駆動制御部２２は、情報取得部２１により取得したアクセル開度に応じたモータ１１の要求出力を算出し、当該要求出力に応じてインバータ１２による駆動用バッテリ１６からモータ１１への電力や周波数を調整することで、モータ１１の出力を制御する機能を有している。

出力制限部２３は、情報取得部２１によりエコモードスイッチ３０のＯＮ情報を取得した場合に、モータ１１の最大出力を制限する機能を有している。詳しくは、出力制限部２３は、モータ１１が出力可能な最大出力（出力上限値）を、通常モード時の最大出力（通常モード最大出力Ｔn）に対し、所定の出力制限値Ａecoを乗算したエコモード最大出力Ｔecoとすることでモータ１１の出力を制限する。この所定の出力制限値Ａecoは、定数でもよいし、モータ１１のトルクや回転数に応じた変数であってもよい。

出力制限補正部２４は、情報取得部２１で取得される道路勾配情報及び車両重量情報に基づき、出力制限部２３によるモータ１１の出力制限値Ａecoを補正する機能を有している。具体的には、出力制限補正部２４は、道路勾配情報における勾配が正側に大きいほど、出力制限値Ａecoの補正幅ΔＡを大きくする。また、出力制限補正部２４は、車両重量情報の車両重量が大きいほど、出力制限値Ａecoの補正幅ΔＡを大きくする。より詳しくは、出力制限補正部２４は、勾配増加と車両重量増加に起因した走行抵抗増加分と同等量を出力制限値Ａecoの補正幅ΔＡとする。

このように構成された制御装置２０は、エコモード選択時には、モータ１１の最大出力を、車両１０が走行している経路の勾配や車両重量に応じた補正幅ΔＡで補正した出力制限値Ａecoで制限する。

図２には、本実施形態に係る制御装置２０が実行するエコモード時のモータ１１の駆動制御ルーチンを示すフローチャートが示されており、以下同フローチャートに沿って説明する。なお、当該駆動制御ルーチンは、情報取得部２１においてエコモードスイッチ３０のＯＮ情報を取得した時にスタートする。

まず、ステップＳ１として、制御装置２０は、情報取得部２１により、勾配センサ３１からの道路勾配情報を取得するとともに、車両重量を算出する。

ステップＳ２として、制御装置２０は、出力制限補正部２４により、道路勾配情報及び車両重量から出力制限値Ａecoに対する補正幅ΔＡを算出する。

続くステップＳ３として、制御装置２０は、出力制限部２３により、ステップＳ２で算出した補正幅ΔＡで補正した出力制限値Ａeco（以下、補正出力制限値Ａcという）を算出する。そして、通常モード最大出力Ｔnに対して補正出力制限値Ａcを乗じてエコモード最大出力Ｔecoを算出する。

ステップＳ４として、制御装置２０は、駆動制御部２２により、アクセル開度に応じたモータ１１の要求出力を算出する。

そして、ステップＳ５として、駆動制御部２２は、要求出力がエコモード最大出力Ｔecoより大であるか否かを判定する。当該判定結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち要求出力がエコモード最大出力Ｔecoに達していない場合は、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６において、駆動制御部２２は、モータ１１で要求出力通り出力するようインバータ１２を応御する。

一方、上記ステップＳ５の判定結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち要求出力がエコモード最大出力Ｔecoを超えている場合は、ステップＳ７に進む。

ステップ７において、駆動制御部２２は、モータ１１でエコモード最大出力Ｔecoを出力するようインバータ１２を制御する。

上記ステップＳ６又はＳ７でモータ出力を制御した後、ステップＳ８として、制御装置２０は、情報取得部２１において、エコモードスイッチ３０のＯＦＦ情報を取得したか否かを判定する。当該判定結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ちエコモードスイッチ３０がＯＮ状態である場合は、ステップＳ１に戻り、上述した処理を繰り返す。一方、当該判定結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ちエコモードスイッチ３０がＯＦＦに切り替わった場合には、次のステップＳ９に進む。

ステップ９では、制御装置２０は、出力制限部２３によるモータ１１の出力制限を解除し、即ち通常モードに切り替えて、当該ルーチンを終了する。

ここで図３から図６を参照すると、図３から図５には勾配に応じた駆動輪１５に伝達されるモータ１１のトルク−回転数の関係図が示されており、図６には車両重量別での勾配とエコモード最大出力との関係図がそれぞれ示されており、以下、これらの関係図を用いて、本実施形態のモータ１１の出力制限について具体的に説明する。

図３から図５には、モータ１１の回転数に応じた駆動輪１５に伝達されるモータ１１の最大トルクと、車両１０にかかる走行抵抗が示されており、縦軸がトルク、横軸が回転数である。なお、モータ１１の回転数は車速に置き換えることができる。

まず図３には平坦路（勾配０％）の場合の駆動輪１５に伝達されるモータ１１のトルク−回転数の関係図が示されている。同図に示すように、モータ１１の通常モード最大出力Ｔnは、低回転数領域のトルクが高く、ある回転数から高回転数になるほどトルクが低くなる傾向となる。そして、平坦路（勾配０％）におけるエコモード最大出力Ｔeco（０％）は、通常モード最大出力Ｔnに出力制限部２３で算出した出力制限値Ａecoを乗じたトルク（Ｔn×Ａeco）となる。なお、本実施形態では出力制限値Ａecoは０から１までの間の定数（例えば０．７）とする。

走行抵抗は、空気抵抗、転がり抵抗、勾配抵抗、加速抵抗、等が含まれており、車両１０に対して進行方向と逆側に作用する力（トルク）である。図３に示すように、平坦路の走行抵抗Ｒ（０％）は、車速が早くなるほど、つまりモータ１１の回転数が高くなるほど上昇する傾向にある。走行抵抗Ｒ（０％）よりも大きいトルクを出力できなければ進行方向へのトルクが発生しないことから、走行抵抗Ｒ（０％）と最大出力との交点が、車両１０の最高速度となる。つまり図３では、交点Ｐ１における車速が通常モードの最高速度Ｖmax1となり、交点Ｐ２における車速がエコモードの最高速度Ｖmax2となる。

次に図４には、勾配２％の場合の駆動輪１５に伝達されるモータ１１のトルク−回転数の関係図が示されている。同図に示すように勾配が０％から２％に上がると、走行抵抗がＲ（０％）からＲ（２％）に上昇する。そうすると、走行抵抗Ｒ（２％）と平坦路でのエコモード最大出力Ｔeco（０％）との交点Ｐ２’は低回数側に移動することとなり、平坦路でのエコモード最大出力Ｔeco（０％）のままでは最高速度がＶmax2（０％）からＶmax2’に大幅に低下する。

そこで、本実施形態の制御装置２０では、出力制限補正部２４により出力制限値Ａecoに対する補正幅ΔＡ（２％）を算出し、算出した補正幅ΔＡ（２％）により出力制限値Ａecoを補正した補正出力制限値Ａc（２％）を算出する。つまり、勾配２％時のエコモード最大出力Ｔeco（２％）は、Ｔn×Ａc（２％）（Ａc＝Ａeco＋ΔＡ（２％））となる。これにより、モータ１１の最大出力は全体的に上昇し、出力可能なトルクが上がる。また、勾配２％時のエコモード最大出力Ｔeco（２％）と走行抵抗Ｒ（２％）との交点はＰ２（２％）となり、最高速度もＶmax2（２％）まで上昇する。特に、この勾配２％時の補正幅ΔＡ（２％）は、走行抵抗Ｒ（０％）から走行抵抗Ｒ（２％）への増加分と同等量以上とすることで、勾配増加に起因する最高速度の低下をより確実に抑制することができる。

さらに図５には、勾配５％の場合の駆動輪１５に伝達されるモータ１１のトルク−回転数の関係図が示されている。同図に示すように勾配が２％から５％にさらに上がると、走行抵抗もさらにＲ（０％）からＲ（５％）まで上昇する。

そこで、出力制限補正部２４は勾配２％時の補正幅ΔＡ（２％）よりも大きい勾配５％時の補正幅ΔＡ（５％）を算出し、算出した補正幅ΔＡ（５％）により出力制限値Ａecoを補正した補正出力制限値Ａc（５％）を算出する。勾配５％時のエコモード最大出力Ｔeco（５％）は、Ｔn×Ａc（５％）（Ａc＝Ａeco＋ΔＡ（５％））となる。これにより、モータ１１の最大出力は勾配２％時よりも全体的にさらに上昇し、出力可能なトルクが上がる。また、勾配５％時のエコモード最大出力Ｔeco（５％）と走行抵抗Ｒ（５％）との交点はＰ２（５％）となり、最高速度もＶmax2（５％）となり、最高速度の低下は抑制される。

図６の車両重量別の勾配とエコモード最大出力との関係図に示すように、エコモード最大出力Ｔecoは、勾配が増加するほど補正幅ΔＡも大きくなる。従って、勾配が増加するほどエコモード最大出力Ｔecoは増加する、即ちモータ１１の出力制限が緩和され通常モード最大出力Ｔnに近づいていく傾向にある。

また、図６に示すように、補正幅ΔＡは車両重量が大きいほど、勾配に対する上昇幅が大きくなる。このことから、積載量が大きいほどエコモード最大出力Ｔecoは大きくなる。

以上のように、本実施形態に係る制御装置２０によれば、モータ１１の出力を制限するエコモード時において、道路勾配情報に基づいてモータ１１の出力制限値Ａecoを補正することで、エコモード実施時における出力不足を抑えることができる。

特に、モータ１１の出力制限値Ａecoの補正幅ΔＡを勾配が正側に大きいほど大きくすることで、登坂路における坂道発進の確実性を向上し、最高速度の低下を抑制することができる。

また、車両重量が大きいほど、モータ１１の出力制限値Ａecoの補正幅ΔＡを大きくすることで、積載量が増加した場合も、登坂路における坂道発進の確実性を向上し、最高速度の低下を抑制することができる。

さらに、補正幅ΔＡを勾配増加及び車両重量増加に起因した走行抵抗増加分と同等とすることで、エコモードによる省電力化効果を活かしつつ、十分な出力性能を確保することができる。

これらのことから本実施形態に係る制御装置２０によれば、省電力化のためにモータ１１の最大出力を制限するエコモードを実施しつつ、高勾配の登坂路を確実に走行できる。

以上で本発明に係る車両用制御装置の実施形態についての説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態では、制御装置２０の出力制限補正部２４が、補正幅ΔＡにより出力制限値Ａecoを補正した補正出力制限値Ａcを算出して、当該補正出力制限値Ａcを用いて通常モード最大出力Ｔnを制限したエコモード最大出力Ｔecoを算出しているが、エコモード最大出力Ｔecoの補正はこれに限られるものではない。例えば補正出力制限値Ａcを算出せず、通常モード最大出力Ｔnを出力制限値Ａecoにより制限した結果に対して補正をかけてもよい（Ｔn×Ａeco＋ΔＡ）。

１０ 電動車両
１１ モータ
１２ インバータ
１３ 動力伝達部
１４ 駆動軸
１５ 駆動輪
１６ 駆動用バッテリ
２０ 制御装置
２１ 情報取得部
２２ 駆動制御部
２３ 出力制限部
２４ 出力制限補正部
３０ エコモードスイッチ
３１ 勾配センサ

Claims (4)

1. バッテリから供給される電力により車両の駆動力を発生するモータを備えた車両の制御装置であって、
   前記車両の走行中において、前記モータの出力を制限する出力制限部と、
   前記車両の経路の道路勾配情報を取得する情報取得部と、
   前記情報取得部に取得される前記道路勾配情報に基づき、前記出力制限部による前記モータの出力制限値を補正する出力制限補正部と、
   を含むことを特徴とする車両用制御装置。
2. 前記出力制限補正部は、前記道路勾配情報の勾配が正側に大きいほど、前記出力制限値の補正幅を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
3. 前記出力制限補正部は、前記車両の車両重量が大きいほど、前記出力制限値の補正幅を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
4. 前記出力制限補正部は、前記車両の車両重量及び前記道路勾配情報の勾配増加に起因した走行抵抗増加分と同等となるように前記出力制限値の補正幅を補正することを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
   

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