JP2022044955A - 電気自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＴ車両のような運転と通常のＥＶとしての運転の両方の運転感覚を得ることができ、発進時はＥＶ特有の加速をすることができる電気自動車を提供する。【解決手段】この電気自動車は、マニュアルトランスミッションと内燃機関とを有するＭＴ車両のようなトルク特性で電気モータを制御する第１モードによる走行と、通常のトルク特性で電気モータを制御する第２モードによる走行とを選択可能に構成される。この電気自動車の制御装置は、第１モードが選択されている場合であっても、車速が所定値未満であるか又は疑似シフト装置のシフトポジションに対応するギア段が所定値未満であるかの何れか一方が成立している場合は、第２モードによる走行となるように電気モータを制御する。【選択図】図１０

Description

本発明は、電気モータを走行用の動力装置として用いる電気自動車に関する。

電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）において走行用の動力装置として用いられる電気モータは、従来車両において走行用の動力装置として用いられてきた内燃機関に対して、トルク特性が大きく異なっている。動力装置のトルク特性の違いにより、ＣＶは変速機が必須であるのに対し、一般にＥＶは変速機を備えていない。もちろん、ＥＶは、運転者の手動操作により変速比を切り替えるマニュアルトランスミッション（ＭＴ：Manual Transmission）は備えていない。このため、ＭＴ付きの従来車両（以下「ＭＴ車両」とも称する。）の運転とＥＶの運転とでは、運転感覚に大きな違いがある。

一方で電気モータは、印加する電圧や界磁を制御することで比較的容易にトルクを制御することができる。従って電気モータでは、適当な制御を実施することにより、電気モータの動作範囲内で所望のトルク特性を得ることが可能である。この特徴を活かして、ＥＶ車両のトルクを制御してＭＴ車両特有のトルク特性を模擬する技術がこれまで提案されている。

特許文献１には、駆動モータにより車輪にトルクを伝達する車両において、疑似的なシフトチェンジを演出する技術が開示されている。この車両では、車速、アクセル開度、アクセル開速度、又はブレーキ踏み込み量により規定される所定の契機で、駆動モータのトルクを設定変動量だけ減少させた後、所定時間でトルクを再度増加させるトルク変動制御が行われる。これにより、有段変速機を備える車両に慣れた運転者に対して与える違和感が抑制されるとしている。

特開２０１８－１６６３８６号公報

しかしながら、上記の技術では、変速動作を模擬したトルク変動制御のタイミングを運転者自身の操作によって主体的に決めることはできない。特に、ＭＴ車両の運転に慣れた運転者にとっては、運転者自身による手動変速動作を介在しない疑似的な変速動作は、運転感覚に違和感を与える虞がある。

このような事情を考慮し、本出願に係る発明者らは、ＥＶでＭＴ車両の運転感覚を得ることができるように、ＥＶに疑似シフト装置と疑似クラッチペダルを設けることを検討している。もちろん、単にこれらの疑似装置をＥＶに取り付けるのではない。本出願に係る発明者らは、疑似シフト装置と疑似クラッチペダルの操作によって、ＭＴ車両のトルク特性と同様のトルク特性が得られるように電気モータを制御できるようにすることを検討している。

一方で運転者としては、例えば走行環境や自身の気分により、ＭＴ車両のように運転したいし、通常のＥＶとしても運転したい。このような要望を実現する方法としては、電気モータの制御モードとして、ＭＴ車両を模擬した制御モードと、ＥＶとしての通常の制御モードとを用意し、それらを任意に切り替え可能にすることが考えられる。

しかしながら、ＭＴ車両を模擬した制御モードでは、内燃機関によるエンジンを模擬したトルク特性となるため、発進時に最大トルクが発生しないことになる。このためＭＴ車両を模擬した制御モードでは、動力装置が電気モータでありながらＥＶ特有の発進時の良い加速ができなくなってしまう。

本発明は、上述の課題を鑑みてなされたもので、ＭＴ車両のような運転と通常のＥＶとしての運転の両方の運転感覚を得ることができ、発進時はＥＶ特有の加速をすることができる電気自動車を提供することを目的とする。

本発明に係る電気自動車は、電気モータを走行用の動力装置として用いる電気自動車であって、加速用ペダルと、疑似クラッチペダルと、疑似シフト装置と、モード選択スイッチと、制御装置とを備える。モード選択スイッチは、電気モータの制御モードを第１モードと第２モードとの間で選択するスイッチである。制御装置は、モード選択スイッチで選択された制御モードに従い電気モータが出力するモータトルクを制御する装置である。

制御装置は、メモリと、プロセッサとを備える。メモリは、ＭＴ車両モデルと、モータトルク指令マップとを記憶する。ＭＴ車両モデルは、ＭＴ車両における駆動輪トルクのトルク特性を模擬したモデルである。ここでいうＭＴ車両とは、ガスペダルの操作によってトルクを制御される内燃機関と、クラッチペダルの操作とシフト装置の操作とによってギア段が切り替えられるマニュアルトランスミッションとを有する車両である。ＭＴ車両モデルは、第１モードで使用される。モータトルク指令マップは、加速用ペダルの操作量と電気モータの回転速度に対するモータトルクの関係を規定したマップである。モータトルク指令マップは、第２モードで使用される。

プロセッサは、第１モードで電気モータを制御する場合、以下の第１乃至第５の処理を実行する。第１の処理は、加速用ペダルの操作量を、ＭＴ車両モデルに対するガスペダルの操作量の入力として受け付ける処理である。第２の処理は、疑似クラッチペダルの操作量を、ＭＴ車両モデルに対するクラッチペダルの操作量の入力として受け付ける処理である。第３の処理は、疑似シフト装置のシフト位置を、ＭＴ車両モデルに対するシフト装置の入力として受け付ける処理である。第４の処理は、加速用ペダルの操作量と、疑似クラッチペダルの操作量と、疑似シフト装置のシフト位置とで定まる駆動輪トルクを、ＭＴ車両モデルを用いて計算する処理である。そして、第５の処理は、駆動輪トルクを自車両の駆動輪に与えるためのモータトルクを演算する処理である。

プロセッサは、第２モードで電気モータを制御する場合、以下の第６及び第７の処理を実行する。第６の処理は、疑似クラッチペダルの操作と疑似シフト装置の操作とを無効にする処理である。第７の処理は、加速用ペダルの操作量と電気モータの回転速度とに基づき、モータトルク指令マップを用いてモータトルクを演算する処理である。

また、プロセッサは、前記モード選択スイッチにより第１モードが選択されている場合に、シフト位置により定まるＭＴ車両モデルのギア段が所定値未満であるか又は自車両の車速が所定値未満であるかの何れか一方が成立している場合は、第２モードにおける前記モータトルクとなるように電気モータを制御する。

以上の構成によれば、運転者は、モード選択スイッチにより第１モードを選択することにより、内燃機関とマニュアルトランスミッションとを有するＭＴ車両のように電気自動車を運転することができる。つまり、運転者は、クラッチペダル及びシフト装置を操作しＭＴ車両のような運転感覚を得ることができる。また、運転者は、モード選択スイッチにより第２モードを選択することにより、本来の性能で電気自動車を運転することができる。

さらに、以上の構成によれば、モード選択スイッチにより第１モードが選択されている場合であっても、ＭＴ車両モデルのギア段が所定値未満であるか自車両の車速が所定値未満であるかの何れか一方が成立している場合は、第２モードで電気モータを制御する。つまり、発進時は選択するモードに関わらずＥＶ特有の加速をすることができる。

以上述べたように、本発明によれば、ＭＴ車両のような運転と通常のＥＶとしての運転の両方の運転感覚を得ることができ、発進時はＥＶ特有の加速をすることができる電気自動車を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る電気自動車の動力系の構成を模式的に示す図である。 図１に示す電気自動車の制御システムの構成を示すブロック図である。 図１に示す電気自動車の制御装置の機能を示すブロック図である。 図３に示す制御装置が備えるモータトルク指令マップの一例を示す図である。 図３に示す制御装置が備えるＭＴ車両モデルの一例を示すブロック図である。 図５に示すＭＴ車両モデルを構成するエンジンモデルの一例を示す図である。 図５に示すＭＴ車両モデルを構成するクラッチモデルの一例を示す図である。 図５に示すＭＴ車両モデルを構成するＭＴモデルの一例を示す図である。 ＭＴ走行モードで実現される電気モータのトルク特性を、ＥＶ走行モードで実現される電気モータのトルク特性と比較して示す図である。 図３に示す制御装置の走行モード判定部で実行される処理を示すフローチャートである。 図１に示すモード選択スイッチによりＭＴモードが選択されている場合に、図３に示す制御装置の走行モード判定部により車速及びギア段に応じて選択されるモータトルクの一例を示す図である。 変形した態様を採用する場合の、図１に示す電気自動車の制御装置の機能を示すブロック図である。 変形した態様を採用する場合の、図３に示す制御装置の走行モード判定部で実行される処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

１．電気自動車の構成
図１は、本実施の形態に係る電気自動車１０の動力系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、動力源として電気モータ２を備えている。電気モータ２は、例えばブラシレスＤＣモータや三相交流同期モータである。電気モータ２には、その回転速度を検出するための回転速度センサ４０が設けられている。電気モータ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、前車輪である駆動輪８と、後車輪である従動輪１２とを備えている。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ている。各車輪８，１２には、車輪速センサ３０が設けられている。図１では、代表して右後輪の車輪速センサ３０のみが描かれている。車輪速センサ３０は、電気自動車１０の車速を検出するための車速センサとしても用いられる。車輪速センサ３０は、ＣＡＮ（Controller Area Network）などの車載ネットワークによって後述する制御装置５０に接続されている。

電気自動車１０は、バッテリ１４と、インバータ１６とを備えている。バッテリ１４は、電気モータ２を駆動する電気エネルギを蓄える。インバータ１６は、バッテリ１４から入力される直流電力を電気モータ２の駆動電力に変換する。インバータ１６による電力変換は、制御装置５０によるＰＷＭ（Pulse Wave Modulation）制御によって行われる。インバータ１６は、車載ネットワークによって制御装置５０に接続されている。

電気自動車１０は、運転者が電気自動車１０に対する動作要求を入力するための動作要求入力装置として、加速要求を入力するためのアクセルペダル（加速用ペダル）２２と、制動要求を入力するためのブレーキペダル２４とを備えている。アクセルペダル２２には、アクセルペダル２２の操作量であるアクセル開度Ｐａｐ［％］を検出するためのアクセルポジションセンサ３２が設けられている。またブレーキペダル２４には、ブレーキペダル２４の操作量であるブレーキ踏み込み量を検出するためのブレーキポジションセンサ３４が設けられている。アクセルポジションセンサ３２及びブレーキポジションセンサ３４、車載ネットワークによって制御装置５０に接続されている。

電気自動車１０は、動作入力装置として、さらに疑似シフトレバー（疑似シフト装置）２６と、疑似クラッチペダル２８とを備えている。シフトレバー（シフト装置）とクラッチペダルはマニュアルトランスミッション（ＭＴ）を操作する装置であるが、当然ながら電気自動車１０はＭＴを備えていない。疑似シフトレバー２６と疑似クラッチペダル２８は、あくまでも、本来のシフトレバーやクラッチペダルとは異なるダミーである。

疑似シフトレバー２６は、ＭＴ車両が備えるシフトレバーを模擬した構造を有している。疑似シフトレバー２６の配置及び操作感は、実際のＭＴ車両と同等である。疑似シフトレバー２６には、例えば１速、２速、３速、４速、５速、６速、及びニュートラルの各ギア段に対応するポジションが設けられている。疑似シフトレバー２６には、疑似シフトレバー２６がどのポジションにあるかを示すシフトポジションＳｐを検出するシフトポジションセンサ３６が設けられている。シフトポジションセンサ３６は、車載ネットワークによって制御装置５０に接続されている。

疑似クラッチペダル２８は、ＭＴ車両が備えるクラッチペダルを模擬した構造を有している。疑似クラッチペダル２８の配置及び操作感は、実際のＭＴ車両と同等である。運転者は、疑似シフトレバー２６によりギア段の設定変更をしたい場合に疑似クラッチペダル２８を踏み込み、ギア段の設定変更が終わると踏み込みをやめて疑似クラッチペダル２８を元に戻す。疑似クラッチペダル２８には、疑似クラッチペダル２８のクラッチペダル踏み込み量Ｐｃ［％］を検出するためのクラッチポジションセンサ３８が設けられている。クラッチポジションセンサ３８は、車載ネットワークによって制御装置５０に接続されている。

電気自動車１０は、疑似エンジン回転速度メーター４４を備えている。エンジン回転速度メーターは、運転者に対して内燃機関（エンジン）の回転速度を表示する装置であるが、当然ながら電気自動車１０はエンジンを備えていない。疑似エンジン回転速度メーター４４は、あくまでも、本来のエンジン回転速度メーターとは異なるダミーである。疑似エンジン回転速度メーター４４は、従来車両が備えるエンジン回転速度メーターを模擬した構造を有している。疑似エンジン回転速度メーター４４は、機械式でもよいし液晶表示式でもよい。液晶表示式の場合、レブリミットを任意に設定できるようにしてもよい。疑似エンジン回転速度メーター４４は、車載ネットワークによって制御装置５０に接続されている。

電気自動車１０は、モード選択スイッチ４２を備えている。モード選択スイッチ４２は、電気自動車１０の走行モードを選択するスイッチである。電気自動車１０の走行モードには、ＭＴモードとＥＶモードとがある。モード選択スイッチ４２は、ＭＴモードとＥＶモードのいずれか一方を任意に選択可能に構成されている。詳細は後述するが、ＭＴモードでは、電気自動車１０をＭＴ車両のように運転するための制御モード（第１モード）で電気モータ２の制御が行われる。ＥＶモードでは、一般的な電気自動車のための通常の制御モード（第２モード）で電気モータ２の制御が行われる。モード選択スイッチ４２は、車載ネットワークによって制御装置５０に接続されている。

電気自動車１０は、制御装置５０を備えている。制御装置５０は、典型的には、電気自動車１０に搭載されるＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。制御装置５０は、複数のＥＣＵの組み合わせであってもよい。あるいは、制御装置５０は、電気自動車１０の外部の情報処理装置であってもよい。制御装置５０は、インターフェース５２と、メモリ５４と、プロセッサ５６とを備えている。インターフェース５２には車載ネットワークが接続されている。メモリ５４は、データを一時的に記録するＲＡＭ（Random Access Memory）と、プロセッサ５６で実行可能な制御プログラムや制御プログラムに関連する種々のデータを保存するＲＯＭ（Read Only Memory）とを含んでいる。プロセッサ５６は、制御プログラムやデータをメモリ５４から読み出して実行し、各センサから取得した信号に基づいて制御信号を生成する。

図２は、本実施の形態に係る電気自動車１０の制御システムの構成を示すブロック図である。制御装置５０には、少なくとも車輪速センサ３０、アクセルポジションセンサ３２、ブレーキポジションセンサ３４、シフトポジションセンサ３６、クラッチポジションセンサ３８、回転速度センサ４０、及びモード選択スイッチ４２から信号が入力される。これらのセンサと制御装置５０との間の通信には車載ネットワークが用いられている。図示は省略するが、これらの他にも様々なセンサが電気自動車１０に搭載され、車載ネットワークによって制御装置５０に接続されている。

また、制御装置５０からは、少なくともインバータ１６と疑似エンジン回転速度メーター４４へ信号が出力されている。制御装置５０はインバータ１６を介して電気モータ２のトルク制御を行う。これらの機器と制御装置５０との間の通信には車載ネットワークが用いられている。図示は省略するが、これらの他にも様々なアクチュエータや表示器が電気自動車１０に搭載され、車載ネットワークによって制御装置５０に接続されている。

制御装置５０は、走行モード判定部５００としての機能と、制御信号算出部５２０としての機能を備える。詳しくは、メモリ５４（図１に参照）に記憶されたプログラムがプロセッサ５６（図１に参照）により実行されることで、プロセッサ５６は、少なくとも走行モード判定部５００と、制御信号算出部５２０として機能する。走行モード判定とは、ＥＶモードとＭＴモードのどちらの走行モードで電気自動車１０を走行させるか判定する機能である。制御信号算出とは、アクチュエータや機器に対する制御信号を算出する機能である。制御信号には、少なくとも、インバータ１６を介して電気モータ２のトルク制御をするための信号と、疑似エンジン回転速度メーター４４に情報を表示させる信号とが含まれる。以下、制御装置５０が有するこれらの機能について説明する。

２．制御装置の機能
２－１．モータトルク算出機能
図３は、本実施の形態に係る制御装置５０の機能、特に、電気モータ２に対するモータトルク指令値の算出に係る機能を示すブロック図である。制御装置５０は、このブロック図に示された機能によりモータトルク指令値を計算し、モータトルク指令値に基づいてインバータ１６を介して電気モータ２のトルク制御を行う制御信号を生成する。

図３に示すように、制御信号算出部５２０は、ＭＴ車両モデル５３０、要求モータトルク計算部５４０、モータトルク指令マップ５５０、及び切替スイッチ５６０を備える。制御信号算出部５２０には、車輪速センサ３０、アクセルポジションセンサ３２、シフトポジションセンサ３６、クラッチポジションセンサ３８、及び回転速度センサ４０からの信号が入力される。制御信号算出部５２０は、これらのセンサからの信号を処理し、電気モータ２に出力させるモータトルクを算出する

制御信号算出部５２０によるモータトルクの計算は、ＭＴ車両モデル５３０と要求モータトルク計算部５４０とを用いた計算と、モータトルク指令マップ５５０を用いた計算の２通りがある。前者は、電気自動車１０をＭＴモードで走行させる場合のモータトルクの計算に用いられる。後者は、電気自動車１０をＥＶモードで走行させる場合のモータトルクの計算に用いられる。どちらのモータトルクを用いるかは、切替スイッチ５６０によって決まる。切替スイッチ５６０による切り替えは、走行モード判定部５００による判定結果に基づいて行われる。

２－２．ＭＴモードでのモータトルクの計算
ＭＴ車両における駆動輪トルクは、エンジンに対する燃料供給を制御するガスペダルの操作と、ＭＴのギア段を切り替えるシフトレバー（シフト装置）の操作と、エンジンとＭＴとの間のクラッチを動作させるクラッチペダルの操作とによって決定付けられる。ＭＴ車両モデル５３０は、アクセルペダル２２、疑似クラッチペダル２８、及び疑似シフトレバー２６の操作によって得られる駆動輪トルクを計算するモデルである。以下、ＭＴモードにおいて、ＭＴ車両モデル５３０により仮想的に実現されるエンジン、クラッチ、及びＭＴを仮想エンジン、仮想クラッチ、仮想ＭＴと称する。

ＭＴ車両モデル５３０には、仮想エンジンのガスペダルの操作量として、アクセルポジションセンサ３２の信号が入力される。仮想ＭＴのシフトレバーのシフト位置として、シフトポジションセンサ３６の信号が入力される。さらに、仮想クラッチのクラッチペダルの操作量として、クラッチポジションセンサ３８の信号が入力される。また、ＭＴ車両モデル５３０には、車両の負荷状態を示す信号として車輪速センサ３０の信号も入力される。ＭＴ車両モデル５３０は、ＭＴ車両における駆動輪トルクのトルク特性を模擬したモデルである。ＭＴ車両モデル５３０は、運転者によるアクセルペダル２２、疑似シフトレバー２６、及び疑似クラッチペダル２８の操作が駆動輪トルクの値に反映されるように作成されている。ＭＴ車両モデル５３０の詳細については後述する。

要求モータトルク計算部５４０は、ＭＴ車両モデル５３０で算出された駆動トルクを要求モータトルクに変換する。要求モータトルクは、ＭＴ車両モデル５３０で算出された駆動トルクの実現に必要なモータトルクである。駆動トルクの要求モータトルクへの変換には、電気モータ２の出力軸３から駆動輪８までの減速比が用いられる。

２－３．ＥＶモードでのモータトルクの計算
図４は、ＥＶモードでのモータトルクの計算に用いられモータトルク指令マップ５５０の一例を示す図である。モータトルク指令マップ５５０は、アクセル開度とＰａｐと電気モータ２の回転速度とをパラメータとしてモータトルクを決定するマップである。モータトルク指令マップ５５０の各パラメータには、アクセルポジションセンサ３２の信号と、回転速度センサ４０の信号とが入力される。モータトルク指令マップ５５０からは、これらの信号に対応するモータトルクが出力される。

２－４．モータトルクの切り替え
モータトルク指令マップ５５０を用いて計算されたモータトルクをＴｅｖと表記し、ＭＴ車両モデル５３０及び要求モータトルク計算部５４０を用いて計算されたモータトルクをＴｍｔと表記する。２つのモータトルクＴｅｖ，Ｔｍｔのうち切替スイッチ５６０によって選択されたモータトルクが、電気モータ２に対してモータトルク指令値として与えられる。

ＥＶモードでは、運転者が疑似シフトレバー２６や疑似クラッチペダル２８を操作しても、その操作は電気自動車１０の運転には反映されない。つまり、ＥＶモードでは、疑似シフトレバー２６の操作と疑似クラッチペダル２８の操作は無効化される。ただし、モータトルクＴｅｖがモータトルク指令値として出力されている間も、ＭＴ車両モデル５３０を用いたモータトルクＴｍｔの計算は継続されている。逆に、モータトルクＴｍｔがモータトルク指令値として出力されている間も、モータトルクＴｅｖの計算は継続されている。つまり、切替スイッチ５６０には、モータトルクＴｅｖとモータトルクＴｍｔの両方が継続的に入力されている。

切替スイッチ５６０による入力の切り替えによって、モータトルク指令値は、モータトルクＴｅｖからモータトルクＴｍｔへ、或いは、モータトルクＴｍｔからモータトルクＴｅｖへ切り替えられる。このとき、２つのモータトルクの間にずれがある場合、切り替えに伴ってトルク段差が発生してしまう。このため、切り替え後暫くの間は、トルクの急激な変化が生じないように、モータトルク指令値に対して徐変処理が実施される。例えば、ＥＶモードからＭＴモードへの切り替えでは、モータトルク指令値を直ぐにモータトルクＴｅｖからモータトルクＴｍｔに切り替えるのではなく、所定の変化率でモータトルクＴｍｔへ向けて徐々に変化させる。ＭＴモードからＥＶモードへの切り替えでも同様の処理が行われる。

切替スイッチ５６０は、後述する走行モード判定部５００からの信号によって動作する。走行モード判定部５００には、モード選択スイッチ４２からの信号に加え、車輪速センサ３０及びシフトポジションセンサ３６からも信号が入力されている。車輪速センサ３０により自車両の車速の情報が取得される。シフトポジションセンサ３６によりＭＴ車両モデルにおけるギア段の情報が取得される。走行モード判定部５００は、モード選択スイッチ４２による選択だけでなく、自車両の車速及びＭＴ車両モデルにおけるギア段も考慮して、切替スイッチ５６０を動作させる。走行モード判定部５００による切替スイッチ５６０の動作の詳細については後述する。

２－５．ＭＴ車両モデル
２－５－１．概要
次に、ＭＴ車両モデル５３０について説明する。図５は、ＭＴ車両モデル５３０の一例を示すブロック図である。ＭＴ車両モデル５３０は、エンジンモデル５３１と、クラッチモデル５３２と、ＭＴモデル５３３と、車軸・駆動輪モデル５３４とから構成されている。エンジンモデル５３１では、仮想エンジンがモデル化されている。クラッチモデル５３２では、仮想クラッチがモデル化されている。ＭＴモデル５３３は、仮想ＭＴがモデル化されている。車軸・駆動輪モデル５３４では、車軸から駆動輪までの仮想のトルク伝達系がモデル化されている。各モデルは計算式で表されてもよいしマップで表されてもよい。

各モデル間では計算結果の入出力が行われる。また、エンジンモデル５３１にはアクセルポジションセンサ３２で検出されたアクセル開度Ｐａｐが入力される。クラッチモデル５３２には、クラッチポジションセンサ３８で検出されたクラッチペダル踏み込み量Ｐｃが入力される。ＭＴモデル５３３には、シフトポジションセンサで検出されたシフトポジションＳｐが入力される。さらに、ＭＴ車両モデル５３０では、車輪速センサ３０で検出された車速Ｖｗ（或いは車輪速）が複数のモデルにおいて使用される。ＭＴ車両モデル５３０では、これらの入力信号に基づき、駆動輪トルクＴｗと仮想エンジン回転速度Ｎｅとが算出される。

２－５－２．エンジンモデル
エンジンモデル５３１は、仮想エンジン回転速度Ｎｅと仮想エンジン出力トルクＴｅｏｕｔを算出する。エンジンモデル５３１は、仮想エンジン回転速度Ｎｅを計算するモデルと仮想エンジン出力トルクＴｅｏｕｔを計算するモデルから構成される。仮想エンジン回転速度Ｎｅの計算には、例えば、次式（１）で表されるモデルが用いられる。次式（１）では、駆動輪８の回転速度Ｎｗ、総合減速比Ｒ、及びクラッチ機構のスリップ率ｓｌｉｐから仮想エンジン回転速度Ｎｅが算出される。

式（１）において、駆動輪８の回転速度Ｎｗは車輪速センサ３０で検出された車輪速から算出される。総合減速比Ｒは、後述するＭＴモデル５３３で計算されるギア比（変速比）ｒと、車軸・駆動輪モデル５３４で規定されている減速比とから算出される。スリップ率ｓｌｉｐは、後述するクラッチモデル５３２で算出される。仮想エンジン回転速度Ｎｅは、ＭＴモードの選択時、疑似エンジン回転速度メーター４４に表示される。

なお、ＭＴ車両のアイドリング中は、エンジン回転速度を一定回転速度に維持するアイドルスピードコントロール制御（ＩＳＣ制御）が行われる。そこで、エンジンモデル５３１は、車速が０であり、かつアクセル開度Ｐａｐが０％である場合、仮想エンジン回転速度Ｎｅを所定のアイドリング回転速度（例えば１０００ｒｐｍ）として算出する。

エンジンモデル５３１は、仮想エンジン回転速度Ｎｅ及びアクセル開度Ｐａｐから仮想エンジン出力トルクＴｅｏｕｔを算出する。仮想エンジン出力トルクＴｅｏｕｔの計算には、例えば、図７に示すような２次元マップが用いられる。この２次元マップでは、アクセル開度Ｐａｐ毎に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が与えられる。図６に示すトルク特性は、ガソリンエンジンを想定した特性に設定することもできるし、ディーゼルエンジンを想定した特性に設定することもできる。また、自然吸気エンジンを想定した特性に設定することもできるし、過給エンジンを想定した特性に設定することもできる。ＭＴモードでの仮想エンジンを切り替えるスイッチを設けて、運転者が好みの設定に切り替えられるようにしてもよい。エンジンモデル５３１で算出された仮想エンジン出力トルクＴｅｏｕｔは、クラッチモデル５３２に出力される。

２－５－３．クラッチモデル
クラッチモデル５３２は、トルク伝達ゲインｋを算出する。トルク伝達ゲインｋは、疑似クラッチペダル２８の踏み込み量に応じた仮想クラッチのトルク伝達度合いを算出するためのゲインである。クラッチモデル５３２は、例えば、図７に示すようなマップを有する。このマップでは、クラッチペダル踏み込み量Ｐｃに対してトルク伝達ゲインｋが与えられる。図７でトルク伝達ゲインｋは、クラッチペダル踏み込み量ＰｃがＰｃ０からＰｃ１の範囲で１となり、クラッチペダル踏み込み量ＰｃがＰｃ１からＰｃ２の範囲で０まで一定の傾きで単調減少し、クラッチペダル踏み込み量ＰｃがＰｃ２からＰｃ３の範囲で０となるように与えられる。ここで、Ｐｃ０はクラッチペダル踏み込み量Ｐｃが０％に対応し、Ｐｃ１はクラッチペダル踏み込み時の遊び限界に対応し、Ｐｃ３はクラッチペダル踏み込み量Ｐｃが１００％対応し、Ｐｃ２はＰｃ３からクラッチペダルを戻す際の遊び限界に対応している。

図７に示すマップは一例であり、クラッチペダル踏み込み量Ｐｃの増加に対するトルク伝達ゲインｋの変化は、０に向かう広義単調減少であればその変化曲線に限定はない。例えば、Ｐｃ１からＰｃ２におけるトルク伝達ゲインｋの変化は、上に凸となる単調減少曲線でも良いし、下に凸となる単調減少でも良い。

クラッチモデル５３２は、トルク伝達ゲインｋを用いてクラッチ出力トルクＴｃｏｕｔを算出する。クラッチ出力トルクＴｃｏｕｔは、仮想クラッチから出力されるトルクである。クラッチモデル５３２は、例えば、次式（２）により、仮想エンジン出力トルクＴｅｏｕｔ、及びトルク伝達ゲインｋからクラッチ出力トルクＴｃｏｕｔを算出する。クラッチモデル５３２で算出されたクラッチ出力トルクＴｃｏｕｔは、ＭＴモデル５３３に出力される。

２－５－４．ＭＴモデル
ＭＴモデル５３３は、ギア比（変速比）ｒを算出する。ギア比ｒは、仮想ＭＴにおいて疑似シフトレバー２６のシフトポジションＳｐにより決まるギア比である。疑似シフトレバー２６のシフトポジションＳｐと仮想ＭＴのギア段とは一対一の関係にある。ＭＴモデル５３３は、例えば、図８に示すようなマップを有する。このマップでは、ギア段に対してギア比ｒが与えられる。図８に示すように、ギア段が大きいほどギア比ｒは小さくなる。

ＭＴモデル５３３は、ギア比ｒを用いて変速機出力トルクＴｇｏｕｔを算出する。変速機出力トルクＴｇｏｕｔは、仮想変速機から出力されるトルクである。ＭＴモデル５３３は、例えば、次式（３）により、クラッチ出力トルクＴｃｏｕｔ、及びギア比ｒから変速機出力トルクＴｇｏｕｔを算出する。ＭＴモデル５３３で算出された変速機出力トルクＴｇｏｕｔは、車軸・駆動輪モデル５３４に出力される。

２－５－５．車軸・駆動輪モデル
車軸・駆動輪モデル５３４は、所定の減速比ｒｒを用いて駆動輪トルクＴｗを算出する。減速比ｒｒは、仮想ＭＴから駆動輪８までの機械的な構造により決まる固定値である。車軸・駆動輪モデル５３４は、例えば、次式（４）により、変速機出力トルクＴｇｏｕｔ、及び減速比ｒｒから駆動輪トルクＴｗを算出する。車軸・駆動輪モデル５３４算出された駆動輪トルクＴｗは、要求モータトルク計算部５４０に出力される。

２－６．ＭＴモードで実現される電気モータのトルク特性
要求モータトルク計算部５４０は、ＭＴ車両モデル５３０で算出された駆動輪トルクＴｗをモータトルクに変換する。図９は、ＭＴ走行モードで実現される電気モータ２のトルク特性を、ＥＶ走行モードで実現される電気モータ２のトルク特性と比較して示す図である。ＭＴモードの場合、図９に示されるように、疑似シフトレバー２６により設定されるギア段に応じてＭＴ車両のトルク特性を模擬するようなトルク特性（図中実線）を実現することができる。

２－７．走行モード判定
次に、制御装置５０の走行モード判定部５００による切替スイッチ５６０の動作について説明する。走行モード判定部５００による切替スイッチ５６０の動作は、モード選択スイッチ４２で選択されるモード、車輪速センサ３０により検出される車速、及びシフトポジションセンサ３６により検出されるシフトポジションＳｐ、を考慮して行われる。図１０は、走行モード判定部５００で実行される処理を示すフローチャートである。図１０に示される処理は、制御装置５０の所定の制御周期で繰り返し実行される。

ステップＳ５１０において、制御装置５０は、モード選択スイッチ４２による選択がＭＴモードであるかＥＶモードであるかを判定する。ＭＴモードである場合（ステップＳ５１０；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ５１１に進む。ＥＶモードである場合（ステップＳ５１０；Ｎｏ）、処理はステップＳ５２１に進み、モータトルクＴｅｖとなるように切替スイッチ５６０を動作させる。

ステップＳ５１１において、制御装置５０は、車速及びギア段の情報を取得する。車速は、車輪速センサ３０により検出される値である。ギア段は、シフトポジションセンサ３６により検出されるシフトポジションＳｐに対応する仮想ＭＴのギア段である。また取得される情報は少なくとも次の制御周期まではメモリ５４に記憶され、制御装置５０は１つ前の制御周期において取得された情報を参照することができる。ステップＳ５１１の処理の後、処理はステップＳ５１２に進む。

ステップＳ５１２において、制御装置５０は、電気自動車１０が減速中であるか否かを判定する。電気自動車１０が減速中であるか否かの判定は、例えば次のように行う。１つ前の制御周期のステップＳ５１１において取得した車速と、現在の制御周期のステップＳ５１１において取得した車速を比較し、値が小さくなるとき減速中と判定する。あるいは、取得する車速の摂動による誤判定を抑えるために、一定時間の間で取得する車速のデータについて、フィルタリング処理を行い、一定時間において車速の傾きが負となる場合に減速中であると判定しても良い。

電気自動車１０が減速中である場合（ステップＳ５１２；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ５１３に進む。電気自動車１０が減速中でない場合（ステップＳ５１２；Ｎｏ）、処理はステップＳ５２０に進む。

ステップＳ５１３において、制御装置５０は、現在の制御周期において選択するモータトルクを、１つ前の制御周期において選択したモータトルクとする。つまり、１つ前の制御周期においてＭＴモードのモータトルクＴｍｔが選択されていた場合は、現在の制御周期においてもモータトルクＴｍｔを選択する。逆に、１つ前の制御周期においてＥＶモードのモータトルクＴｅｖが選択されていた場合は、現在の制御周期においてもモータトルクＴｅｖを選択する。

すなわち、ステップＳ５１２において電気自動車１０が減速中であると判定される場合、モータトルクの切り替え処理は行われない。

ステップＳ５２０において、制御装置５０は、車速が所定値未満であるか、又はギア段が所定値未満であるかを判定する。車速及びギア段に対する所定値は、例えば、ＭＴ走行モードで実現される電気モータ２のトルクがＥＶ走行モードで実現される電気モータ２のトルクと同等のトルクとなる値に設定する。例えば、図９において、ギア段１ｓｔのＭＴ走行モードで実現される電気モータ２のトルク特性（図中実線）と、ＥＶモードのトルク特性（図中点線）との交点に基づいて設定する。この場合、ギア段に対する所定値は、２ｎｄであり、車速に対する所定値は、交点における電気モータ２の回転速度と駆動輪までのギア比とにより算出する車速となる。

車速が所定値未満であるかギア段が所定値未満であるかの何れか一方が成立している場合（ステップＳ５２０；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ５２１に進み、モータトルクＴｅｖとなるように切替スイッチ５６０を動作させる。車速が所定値以上かつギア段が所定値以上である場合（ステップＳ５２０；Ｎｏ）、処理はステップＳ５３０に進む。

ステップＳ５３０において、制御装置５０は、１つ前の制御周期から現在の制御周期までの間にギア段の変更が行われたか否かを判定する。ギア段の変更が行われたか否かの判定は、例えば次のように行う。メモリ５４に記憶される１つ前の制御周期において取得されたギア段と現在の制御周期において取得されたギア段とを比較し、値に変化があるか否かにより判定する。

ギア段の変更が行われた場合（ステップＳ５３０；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ５３１に進み、モータトルクＴｍｔとなるように切替スイッチ５６０を動作させる。ギア段の変更が行われていない場合（ステップＳ５３０；Ｎｏ）、処理はステップＳ５２１に進み、モータトルクＴｅｖとなるように切替スイッチ５６０を動作させる。

図１１は、モード選択スイッチ４２によりＭＴモードが選択されている場合（ステップS５１０；Ｙｅｓ）に、走行モード判定部５００により選択されるモータトルクの一例を示す図である。車速の所定値は、図１１の車速のグラフの細線により示されている。ギア段の所定値は、２ｎｄである。ｄｔは、制御装置５０の制御周期を表し、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、及びｔ６それぞれの時点において図１０に示す走行モード判定部５００による処理が実行される。

またそれぞれのグラフにおける開始時点である時間ｔ０において、電気自動車１０は停車している。つまり、図１１に示すグラフは、電気自動車１０の発進時からの挙動を示している。時間ｔ０においては、モータトルクＴｅｖが選択される。

図１１の時間ｔ１からｔ４にかけて、電気自動車１０は加速している（ステップＳ５１２；Ｙｅｓ）。一方、時間ｔ４からｔ６にかけて、電気自動車１０は減速している（ステップＳ５１２；Ｎｏ）。

図１１の時間ｔ１において、車速は所定値未満、またギア段も所定値未満であるから（ステップＳ５２０；Ｙｅｓ）、モータトルクＴｅｖが選択されている。

図１１の時間ｔ２において、ギア段は所定値以上であるが、車速が所定値未満であるから（ステップＳ５２０；Ｙｅｓ）、モータトルクＴｅｖが選択されている。

図１１の時間ｔ３において、車速が所定値以上、かつギア段が所定値以上である（ステップＳ５２０；Ｎｏ）。また、１つ前の制御周期の時間ｔ２のギア段（２ｎｄ）から変更が行われているため（ステップＳ５３０；Ｙｅｓ）、モータトルクＴｍｔに切り替わる。

図１１の時間ｔ６において、車速が所定値未満、またギア段も所定値未満であるが、電気自動車１０が減速中であるため（ステップＳ５１２；Ｙｅｓ）、モータトルクの切り替えが行われず、モータトルクＴｍｔが選択されている。

本実施の形態に係る電気自動車１０では、モード選択スイッチ４２でＭＴモードが選択されていても、モータトルクＴｅｖが選択される場合がある。このため、制御装置５０は、モータトルクＴｍｔとモータトルクＴｅｖのどちらが選択されているのかについてドライバに表示あるいは音声によって通知するように構成されていても良い。

３．効果
以上説明したように、本実施の形態に係る電気自動車１０によれば、運転者はモード選択スイッチ４２によりＭＴモードを選択することにより、ＭＴ車両のように電気自動車を運転することができる。また、運転者はモード選択スイッチ４２によりＥＶモードを選択することにより、本来の性能で電気自動車を運転することができる。これにより、ＭＴ車両のような運転と通常のＥＶとしての運転の両方の運転感覚を得ることができる。

さらに、モード選択スイッチ４２によりＭＴモードを選択されている場合であっても、ギア段が所定値未満であるか又は車速が所定値未満であるかの何れか一方が成立している場合は、制御装置５０はモータトルクＴｅｖとなるように電気モータ２のトルクの制御を行う。これにより、発進時はモード選択スイッチ４２で選択するモードに関わらずＥＶ特有の加速をすることができる。

４．変形例
本実施の形態に係る電気自動車１０は、以下のように変形した態様を採用しても良い。

制御装置５０は、走行モード判定部５００において、要求モータトルク計算部５４０が出力するモータトルクＴｍｔも考慮してモータトルクの選択を行うように構成されていても良い。

図１２は、変形例に係る電気自動車１０の制御装置５０の機能を示すブロック図である。この制御装置５０では、走行モード判定部５００が、要求モータトルク計算部５４０が出力するモータトルクＴｍｔを入力とする。

図１３は、変形例に係る電気自動車１０の走行モード判定部５００で実行される処理を示すフローチャートである。図１３に示す処理は、ステップＳ５４０を除いて、図１０に示す処理と同一である。このため、ステップＳ５４０以外の処理については、以下において説明を省略する。

ステップＳ５４０において、制御装置５０は、モータトルクＴｍｔが所定値より大きいか否かを判定する。モータトルクＴｍｔが所定値より大きい場合（ステップＳ５４０；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ５３１に進み、モータトルクＴｍｔとなるように切替スイッチ５６０を動作させる。モータトルクＴｍｔが所定値より小さい場合（ステップＳ５４０；Ｎｏ）、処理はステップＳ５２１に進み、モータトルクＴｅｖとなるように切替スイッチ５６０を動作させる。

このように変形した態様を採用することで、アクセルペダル２２の操作が適度であり、運転者がＥＶモードによる発進を要求していると考えられる場合に限り、ＥＶモードのモータトルクＴｅｖが選択されるように制御装置５０を構成することができる。またこのとき、アクセルペダル２２の操作が十分にある場合は、車速が所定値未満、又はギア段が所定値未満であっても、ＭＴモードのモータトルクＴｍｔで発進することができる。

従って、ステップＳ５４０における所定値は、運転者がＥＶモードによる発進を要求していると考えられるアクセルペダル２２の操作範囲に基づいて定められる。例えば、電気自動車１０の車両適合等により定められる。

２ 電気モータ
１０ 電気自動車
１４ バッテリ
１６ インバータ
２２ アクセルペダル
２６ 疑似シフトレバー
２８ 疑似クラッチペダル
３０ 車輪速センサ
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
４０ 回転速度センサ
４２ モード選択スイッチ
５０ 制御装置
５００ 走行モード判定部
５２０ 制御信号算出部

Claims (1)

1. 電気モータを走行用の動力装置として用いる電気自動車であって、
   加速用ペダルと、
   疑似クラッチペダルと、
   疑似シフト装置と、
   前記電気モータの制御モードを第１モードと第２モードとの間で選択するモード選択スイッチと、
   前記モード選択スイッチで選択された前記制御モードに従い前記電気モータが出力するモータトルクを制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   メモリと、
   プロセッサと、を備え、
   前記メモリは、
   ガスペダルの操作によりトルクを制御する内燃機関とクラッチペダルの操作及びシフト装置の操作によりギア段が切り替えられるマニュアルトランスミッションとを有するＭＴ車両における駆動輪トルクのトルク特性を模擬したＭＴ車両モデルと、
   前記加速用ペダルの操作量と前記電気モータの回転速度に対する前記モータトルクの関係を規定したモータトルク指令マップと、を記憶し、
   前記プロセッサは、
   前記第１モードで前記電気モータを制御する場合は、
   前記加速用ペダルの操作量を、前記ＭＴ車両モデルに対する前記ガスペダルの操作量の入力として受け付ける処理と、
   前記疑似クラッチペダルの操作量を、前記ＭＴ車両モデルに対する前記クラッチペダルの操作量の入力として受け付ける処理と、
   前記疑似シフト装置のシフト位置を、前記ＭＴ車両モデルに対する前記シフト装置の入力として受け付ける処理と、
   前記加速用ペダルの操作量と、前記疑似クラッチペダルの操作量と、前記疑似シフト装置のシフト位置とで定まる前記駆動輪トルクを、前記ＭＴ車両モデルを用いて計算する処理と、
   前記駆動輪トルクを自車両の駆動輪に与えるための前記モータトルクを演算する処理と、を実行し
   前記第２モードで前記電気モータを制御する場合は、
   前記疑似クラッチペダルの操作と前記疑似シフト装置の操作とを無効にする処理と、
   前記加速用ペダルの操作量と前記電気モータの回転速度とに基づき、前記モータトルク指令マップを用いて前記モータトルクを演算する処理と、を実行し、
   前記モード選択スイッチにより第１モードが選択されている場合に、前記シフト位置により定まる前記ＭＴ車両モデルの前記ギア段が所定値未満であるか又は前記自車両の車速が所定値未満であるかの何れか一方が成立している場合は、
   前記第２モードにおける前記モータトルクとなるように前記電気モータを制御する
   ことを特徴とする電気自動車。

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