JP2021118569A - 電気自動車 - Google Patents
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Abstract
Description
電気自動車は、回転機の回転速度に対するトルク特性が段階的に異なる複数のモードのうちの何れか1つのモードを選択するシフト装置をさらに備える。クラッチ装置は、シフト装置の操作時に操作される。トルク制御部は、シフト装置によって選択されたモードに応じて、回転機のトルクを制御するように構成されている。
トルク制御部は、クラッチ装置の操作量が大きくなるに従って、回転機のトルクをゼロに向かって変化させるように構成されている。
トルク制御部は、クラッチ装置の操作量が小さくなるに従って、回転機のトルクを選択されたモードに応じた値に向かって変化させるように構成されている。
トルク制御部は、クラッチ装置の操作量が所定の操作量より大きいときにシフト装置によるモードの選択を許容するように構成されている。
トルク制御部は、複数のモードのトルク特性が規定されたプリセットパターンを複数種類有し、複数種類のプリセットパターンの選択の中から選択されたプリセットパターンに従い回転機のトルクを制御するように構成されている。
トルク制御部は、電気自動車の運転状態に基づいて、電気自動車の走行状態がエンジンの駆動力によって実現されていると仮定したときのエンジン回転速度を模擬した仮想エンジン回転速度を取得し、取得した仮想エンジン回転速度に応じてエンジン音を付加するように構成されている。
電気自動車は、複数のモードのトルク特性を任意に設定する入力装置を更に備えている。
1.実施の形態の電気自動車の構成
図1は、実施の形態に係る電気自動車の構成を模式的に示す図である。図1に示すように、電気自動車10は、駆動源としての回転機2を備えている。回転機2は、例えば三相交流モータである。回転機2の出力軸3は、ギア機構4を介してプロペラシャフト5の一端に接続されている。プロペラシャフト5の他端は、デファレンシャルギア6を介して、車両前方のドライブシャフト7に接続されている。電気自動車10は、前車輪としての駆動輪8と後車輪としての従動輪12を備えている。駆動輪8は、ドライブシャフト7の両端にそれぞれ設けられる。プロペラシャフト5には、シャフト回転速度Npを検出するための回転速度センサ40が配置されている。
ECU50により行われる電気自動車10の制御には、駆動輪8に伝達されるトルクを制御するトルク制御が含まれる。ここでのトルク制御では、プロペラシャフト5に伝達される回転機駆動トルクTpが回転機要求駆動トルクTpreqとなるように、回転機2の駆動トルクを制御する。つまり、ECU50は、電気自動車10が備えるトルク制御部として機能する。
電気自動車10の走行中、ECU50は、運転状態に基づいて仮想エンジン回転速度Neを動的に演算している。例えば、ECU50は、プロペラシャフト5のシャフト回転速度Npと、シフトポジションGpに対応するギア比rと、クラッチペダル踏込量Pc等から演算されるクラッチ機構のスリップ率slipとを用いた以下の式(1)から、走行中の仮想エンジン回転速度Neを逆算する。
Ne=Np×(1/r)×slip ・・・(1)
仮想エンジン出力トルク算出部502は、仮想エンジン出力トルクTeoutを算出する処理を実行する機能ブロックである。仮想エンジン出力トルク算出部502には、アクセル開度Papと仮想エンジン回転速度Neが入力される。ECU50のメモリ54は、仮想エンジン回転速度Neに対する仮想エンジン出力トルクTeoutがアクセル開度Pap毎に規定されたマップを記憶している。図3は、仮想エンジン出力トルクの算出マップを示す図である。仮想エンジン出力トルク算出部502では、図3に示すマップを用いて、入力されたアクセル開度Papと仮想エンジン回転速度Neに対応する仮想エンジン出力トルクTeoutが算出される。算出された仮想エンジン出力トルクTeoutは、クラッチ出力トルク算出部506に出力される。
トルク伝達ゲイン算出部504は、トルク伝達ゲインkを算出する処理を実行する機能ブロックである。トルク伝達ゲインkは、仮想エンジンのクラッチの踏込量に応じたトルク伝達度合を演算するためのゲインである。トルク伝達ゲイン算出部504には、クラッチペダル踏込量Pcが入力される。ECU50のメモリ54は、クラッチペダル踏込量Pcに対するトルク伝達ゲインkが規定されたマップを記憶している。図4は、トルク伝達ゲインの算出マップを示す図である。図4に示すように、トルク伝達ゲインkは、クラッチペダル踏込量Pcがpc0からpc1の範囲では1となり、クラッチペダル踏込量PcがPc1からPc2の範囲では、クラッチペダル踏込量Pcが増大するほど0に向かって徐々に減少し、クラッチペダル踏込量PcがPc1からPc2の範囲では0となるように規定されている。ここで、Pc0はクラッチペダル踏込量Pcが0%の位置に対応し、Pc1はPc0からの踏み込み時の遊び限界の位置に対応し、Pc3はクラッチペダル踏込量Pcが100%の位置に対応し、Pc2はPc3からの戻し時の遊び限界の位置に対応している。トルク伝達ゲイン算出部504では、図4に示すマップを用いて、入力されたクラッチペダル踏込量Pc対応するトルク伝達ゲインkが算出される。算出されたトルク伝達ゲインkは、クラッチ出力トルク算出部506に出力される。
クラッチ出力トルク算出部506は、クラッチ出力トルクTcoutを算出する処理を実行する機能ブロックである。クラッチ出力トルクTcoutは、仮想エンジンに接続されたクラッチ機構から出力されるトルクである。トルク伝達ゲイン算出部504には、仮想エンジン出力トルクTeoutとトルク伝達ゲインkが入力される。クラッチ出力トルク算出部506では、仮想エンジン出力トルクTeoutにトルク伝達ゲインkを乗算する以下の式(2)を用いて、クラッチ出力トルクTcoutが算出される。算出されたクラッチ出力トルクTcoutは、変速機出力トルク算出部510に出力される。
Tcout=Teout×k ・・・(2)
なお、実際のクラッチ機構は、バネやダンパ等の減衰装置を含むことが多い。このため、クラッチ出力トルクTcoutは、各々の特性を加味して動的な伝達トルクを算出してもよい。
ギア比算出部508は、ギア比rを算出する処理を実行する機能ブロックである。ギア比rは、複数のモードに対応する回転機2のトルク特性であり、変速機のギア比を模擬したものである。ギア比算出部508には、シフトポジションGpが入力される。ECU50のメモリ54は、シフトポジションGpに対するギア比rが規定されたマップを記憶している。図5は、ギア比の算出マップを示す図である。図5に示すように、ギア比rは、シフトポジションGpがハイギアであるほどギア比rが低くなるように規定されている。ギア比算出部508では、図5に示すマップを用いて、入力されたシフトポジションGp対応するギア比が算出される。算出されたギア比rは、変速機出力トルク算出部510に出力される。
変速機出力トルク算出部510は、変速機出力トルクTgoutを算出する処理を実行する機能ブロックである。変速機出力トルクTgoutは、変速機から出力されるトルクである。変速機出力トルク算出部510には、クラッチ出力トルクTcoutとギア比rが入力される。変速機出力トルク算出部510では、クラッチ出力トルクTcoutにギア比rを乗算する以下の式(3)を用いて、変速機出力トルクTgoutが算出される。
Tgout=Tcout×r ・・・(3)
ECU50は、トルク制御において、仮想エンジン出力トルク算出部502、トルク伝達ゲイン算出部504、クラッチ出力トルク算出部506、ギア比算出部508、及び変速機出力トルク算出部510における処理を順に実行する。算出された変速機出力トルクTgoutは、回転機要求駆動トルクTpreqとしてインバータ16へ出力される。インバータ16では、回転機駆動トルクTpが算出された回転機要求駆動トルクTpreqに近づくように、回転機への指令値を制御する。トルク制御では、このような処理が所定の制御周期で繰り返し実行されることにより、回転機駆動トルクTpが回転機要求駆動トルクTpreqに制御される。
電気自動車10の運転者は、運転中の任意のタイミングで手動変速動作を行う。図6は、運転者によって実行される疑似的な手動変速動作の手順を示す動作フロー図である。図6に示すように、本実施の形態の電気自動車10において運転者が疑似的な手動変速動作を行う場合、運転者は、先ずクラッチペダル28踏み込む(ステップS100)。クラッチペダル踏込量PcがPc1を超えると、クラッチペダル踏込量Pcが大きくなるにつれてクラッチ出力トルクTcoutが0に向かって変化する。そして、クラッチペダル踏込量PcがPc2を超えると、クラッチ出力トルクTcoutが0になる。このようなクラッチペダル28の踏み込み動作によれば、クラッチペダル28の踏み込み動作に対応して回転機駆動トルクTpが0に向かって変化するので、運転者は、MT車両のクラッチペダルを踏み込んだときにトルクが抜ける感覚を実感することができる。
実施の形態の電気自動車10は、以下のように変形した態様を採用してもよい。なお、以下に幾つかの変形例について説明するが、これらの変形例は、適宜組み合わせた構造としてもよい。
電気自動車10は、疑似的な手動変速動作を伴う走行を行うMT走行モードと、疑似的な手動変速動作を伴わない一般的なEV走行を行うEV走行モードとを切替可能に構成されていてもよい。この場合、電気自動車10は、MT走行モードとEV走行モードとをスイッチ等によって切り替える構成を備えていればよい。
MT車両では、クラッチペダルを踏み込まなければギア段を変更することができない。そこで、本実施の形態の電気自動車10では、MT車両の実際の操作感に近づけるために、シフトレバー26の操作によるモードの選択動作は、運転者がクラッチペダル28を踏み込んだときのみに許可する構成としてもよい。このような構成は、例えばECU50が、クラッチペダル踏込量Pcが所定の踏込量Pcthよりも大きい場合に入力されたシフトポジションGpのみ、最新のシフトポジションとしてメモリ54への書き込みを許可する構成とすればよい。
電気自動車10では、回転機2の出力範囲内であれば、トルク特性を自由に設定することができる。そこで、本実施の形態の電気自動車10では、複数のモードに対応したトルク特性のプリセットパターンを複数種類備えることとし、これらのプリセットパターンの中から運転者が好みのプリセットパターンを選択可能とする構成を採用してもよい。
複数のモードに対応したトルク特性は、運転者が任意に設定可能に構成されていてもよい。以下の説明では、運転者によってトルク特性を設定する処理を「トルク特性設定処理」と表記し、設定されるトルク特性のパターンを「ユーザープリセットパターン」と表記する。図8は、トルク特性設定処理に関する構成及び機能を示すブロック図である。図8に示すように、ユーザープリセットパターンは、例えばタッチパネル60を用いて設定することができる。タッチパネル60は、ディスプレイ上の接触操作を入力情報として受信する入力装置62と、ディスプレイ上に出力情報を表示する出力装置64と、を備えている。ECU50は、トルク特性設定処理を実行する機能ブロックとしてトルク特性設定部512を備えている。トルク特性設定部512は、入力装置62から運転者によって入力された入力情報に基づいてユーザープリセットパターンを設定し、その結果を出力装置64に出力する。
エンジン音を付加してエンジン搭載のMT車両を運転している感覚をさらに高めることとしてもよい。このような構成は、例えば、ECU50が仮想エンジン回転速度Neに応じたエンジン音を生成し、スピーカから出力する構成とすればよい。なお、エンジン音は、例えばエンジン型式に応じた複数種類の中から運転者が好みのエンジン音を選択可能に構成されていてもよい。この場合、ECU50は、運転者によって選択されたエンジン型式(例えばV8)と仮想エンジン回転速度Neに基づいて、選択されたエンジン型式のサウンドを模したエンジン音を生成すればよい。このような構成によれば、運転者は電気自動車10を運転しながらV8サウンドを楽しむといった多様な使い方が可能となる。また、仮想エンジン回転速度Neに応じてエンジン音を生成しているので、MT車両での空吹かしや半クラッチ等の状況のエンジン音も再現することができる。
本実施の形態の電気自動車10は、四輪のMT車両に限らず二輪のMT車両として構成されていてもよい。一般的な二輪のMT車両は、手で操作するクラッチレバーと、足で操作するシフトペダルと、を備えている。そこで、電気自動車10としての二輪車両では、四輪車両のシフトレバー26に換えてシフト装置の機能をシフトペダルに持たせ、四輪車両のクラッチペダル28に換えてクラッチ装置の機能をクラッチレバーに持たせるように構成すればよい。これにより、電気自動二輪車において、MT車両の手動変速動作を疑似的に再現することが可能となる。
3 出力軸
4 ギア機構
5 プロペラシャフト
6 デファレンシャルギア
7 ドライブシャフト
8 駆動輪
10 電気自動車
12 従動輪
14 バッテリ
16 インバータ
22 アクセルペダル
24 ブレーキペダル
26 シフトレバー(シフト装置)
28 クラッチペダル(クラッチ装置)
32 アクセルポジションセンサ
34 ブレーキポジションセンサ
36 シフトポジションセンサ
38 クラッチポジションセンサ
50 制御装置(ECU)
52 入出力インタフェース
54 メモリ
60 タッチパネル
62 入力装置
64 出力装置
500 仮想エンジン回転速度算出部
502 仮想エンジン出力トルク算出部
504 トルク伝達ゲイン算出部
506 クラッチ出力トルク算出部
508 ギア比算出部
510 変速機出力トルク算出部
トルク制御部は、クラッチ装置の操作量が大きくなるに従って、回転機のトルクをゼロに向かって変化させるように構成されている。
トルク制御部は、クラッチ装置の操作量が小さくなるに従って、回転機のトルクを選択されたモードに応じた値に向かって変化させるように構成されている。
トルク制御部は、クラッチ装置の操作量が所定の操作量より大きいときにシフト装置によるモードの選択を許容するように構成されている。
トルク制御部は、複数のモードのトルク特性が規定されたプリセットパターンを複数種類有し、複数種類のプリセットパターンの選択の中から選択されたプリセットパターンに従い回転機のトルクを制御するように構成されている。
トルク制御部は、電気自動車の運転状態に基づいて、電気自動車の走行状態がエンジンの駆動力によって実現されていると仮定したときのエンジン回転速度を模擬した仮想エンジン回転速度を取得し、取得した仮想エンジン回転速度に応じてエンジン音を付加するように構成されている。
電気自動車は、複数のモードのトルク特性を任意に設定する入力装置を更に備えている。
トルク伝達ゲイン算出部504は、トルク伝達ゲインkを算出する処理を実行する機能ブロックである。トルク伝達ゲインkは、仮想エンジンのクラッチの踏込量に応じたトルク伝達度合を演算するためのゲインである。トルク伝達ゲイン算出部504には、クラッチペダル踏込量Pcが入力される。ECU50のメモリ54は、クラッチペダル踏込量Pcに対するトルク伝達ゲインkが規定されたマップを記憶している。図4は、トルク伝達ゲインの算出マップを示す図である。図4に示すように、トルク伝達ゲインkは、クラッチペダル踏込量Pcがpc0からpc1の範囲では1となり、クラッチペダル踏込量PcがPc1からPc2の範囲では、クラッチペダル踏込量Pcが増大するほど0に向かって徐々に減少し、クラッチペダル踏込量PcがPc2からPc3の範囲では0となるように規定されている。ここで、Pc0はクラッチペダル踏込量Pcが0%の位置に対応し、Pc1はPc0からの踏み込み時の遊び限界の位置に対応し、Pc3はクラッチペダル踏込量Pcが100%の位置に対応し、Pc2はPc3からの戻し時の遊び限界の位置に対応している。トルク伝達ゲイン算出部504では、図4に示すマップを用いて、入力されたクラッチペダル踏込量Pc対応するトルク伝達ゲインkが算出される。算出されたトルク伝達ゲインkは、クラッチ出力トルク算出部506に出力される。
Claims (8)
- 車輪にトルクを伝達する回転機と、
運転者によって操作されるクラッチ装置と、
前記回転機のトルクを制御するトルク制御部と、を備え、
前記トルク制御部は、前記クラッチ装置の操作量に応じて前記回転機のトルクを制御するように構成されることを特徴とする電気自動車。 - 前記回転機の回転速度に対するトルク特性が段階的に異なる複数のモードのうちの何れか1つのモードを選択するシフト装置を備え、
前記クラッチ装置は、前記シフト装置の操作時に操作され、
前記トルク制御部は、前記シフト装置によって選択されたモードに応じて、前記回転機のトルクを制御するように構成されることを特徴とする請求項1に記載の電気自動車。 - 前記トルク制御部は、
前記クラッチ装置の操作量が大きくなるに従って、前記回転機のトルクをゼロに向かって変化させるように構成されることを特徴とする請求項2に記載の電気自動車。 - 前記トルク制御部は、
前記クラッチ装置の操作量が小さくなるに従って、前記回転機のトルクを選択された前記モードに応じた値に向かって変化させるように構成されることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の電気自動車。 - 前記トルク制御部は、
前記クラッチ装置の操作量が所定の操作量より大きいときに前記シフト装置によるモードの選択を許容するように構成されることを特徴とする請求項2から請求項4の何れか1項に記載の電気自動車。 - 前記トルク制御部は、
前記複数のモードのトルク特性が規定されたプリセットパターンを複数種類有し、
複数種類の前記プリセットパターンの選択の中から選択されたプリセットパターンに従い前記回転機のトルクを制御するように構成されることを特徴とする請求項2から請求項5の何れか1項に記載の電気自動車。 - 前記トルク制御部は、
前記電気自動車の運転状態に基づいて、前記電気自動車の走行状態がエンジンの駆動力によって実現されていると仮定したときのエンジン回転速度を模擬した仮想エンジン回転速度を取得し、
取得した前記仮想エンジン回転速度に応じてエンジン音を付加する
ように構成されることを特徴とする請求項2から請求項6の何れか1項に記載の電気自動車。 - 前記複数のモードのトルク特性を任意に設定する入力装置を更に備えることを特徴とする請求項2から請求項7の何れか1項に記載の電気自動車。
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