JP3374703B2 - 電気自動車のモータトルク制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車におい
て、オートマチックトランスミッション搭載車両のクリ
ープトルクに相当するトルクを発生する電気自動車のモ
ータトルク制御装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】電気自動車において、アクセルの操作量
が零の場合にモータトルクも零となるようにモータトル
クを制御すると、オートマチックトランスミッション搭
載車両（以下オートマチック車両と呼ぶ）のようなクリ
ープトルクを発生しない。このため、オートマチック車
両の運転になれたドライバにとっては運転操作にとまど
うものである。 【０００３】そこで、従来から、アクセルペダルとブレ
ーキペダルとの両方とも操作されていない場合におい
て、モータにトルクを発生させるモータトルク制御装置
が用いられている。このモータトルク制御装置は、モー
タに一定値のトルクを発生させることによって、オート
マチック車両のクリープトルクに相当するトルクを発生
させている。 【０００４】また、特開平６−２１６４１８号公報に示
されているように、車速が一定値以下でかつブレーキペ
ダルが操作されている場合に、モータに道路勾配に応じ
たクリープトルクを発生させるモータトルク制御装置も
知られている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】上述した一定値のクリ
ープトルクを発生させるモータトルク制御装置を用いる
と、登坂時にアクセルペダルなどを操作しなければ、車
両は前進しにくく、後退する可能性もあった。 【０００６】また、特開平６−２１６４１８号公報に示
されている制御装置を用いた場合には、平坦な道路で停
止する際に、ブレーキペダルを操作するとクリープトル
クが発生する。このため所望の位置で停止しにくいこと
があり、所望の位置で停止するにはブレーキ操作量を増
加しなければならないなどの違和感をドライバに与える
ことがあった。 【０００７】従って本発明の目的は、ドライバに違和感
を与えることがなく、低速走行時及び坂道発進時の操作
性を向上する電気自動車のモータトルク制御装置を提供
することにある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、請求項１に記載の電気自動車のモータ
トルク制御装置は、道路勾配検出手段が検出する道路勾
配が増加すると、クリープトルク制御手段がモータのク
リープトルクを徐々に増加するので、坂道発進時にブレ
ーキ操作を行うことなしに車両の後退を抑制しながらス
ムーズに発進できる。 【０００９】 【００１０】 【００１１】しかも、坂道発進時にアクセル操作する
と、クリープトルク制御手段が発生させるクリープトル
クに、アクセル操作量に応じた力行トルクを加算するの
で、ドライバの操作に応じたトルクをスムーズに発生さ
せることができ、操作性が向上する。 【００１２】 【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施形態につい
て、図１から図７を参照して説明する。図１に示すよう
に、電気自動車のモータトルク制御装置１は、検出部２
と、制御部３と、出力部４などを備えている。 【００１３】上記検出部２は、道路勾配検出手段５とア
クセル操作検出手段６とブレーキ操作検出手段７と車速
検出手段８とモータ回転数検出手段９などから構成され
ている。上記アクセル操作検出手段６は、アクセルペダ
ルのオン・オフ操作及び操作量を検出し上記制御部３に
向かってアクセルペダル操作信号Ａｃを出力するように
なっている。上記ブレーキ操作検出手段７は、ブレーキ
ペダルのオン・オフ操作及び操作量を検出し上記制御部
３に向かってブレーキペダル操作信号Ｂｒを出力するよ
うになっている。 【００１４】車速検出手段８は、車輪１４の回転などを
検出可能な公知のスピードセンサなどによって得られ、
電気自動車の車速を検出し上記制御部３に向かって車速
信号Ｖを出力するようになっている。 【００１５】モータ回転数検出手段９は、上記出力部４
の後述するモータ１２の出力軸などに接続しており、モ
ータ１２の回転数を検出し上記制御部３に向かってモー
タ回転数信号Ｍｔを出力するようになっている。 【００１６】また、必要に応じて、電気自動車に変速機
を設けた場合には、変速機のシフト位置を検出し制御部
３に向かってシフト位置信号Ｓｔを出力するシフト位置
検出手段１０を設けるのが望ましい。 【００１７】上記道路勾配検出手段５は、道路上を走行
中の車両に作用する力のうち、この道路に沿いかつ車両
の後方に指向した力、いわゆる勾配抵抗Ｋｒを演算し上
記制御部３に向かって出力する機能を有している。な
お、この道路勾配検出手段５が演算する勾配抵抗Ｋｒ
は、勾配を有する上り坂においては、重力加速度により
発生する力と、路面からの摩擦などによる力とを合わせ
たものとなっている。勾配抵抗Ｋｒは本明細書に記した
道路勾配を示している。 【００１８】道路勾配検出手段５は、上記モータ１２が
出力するトルクなどから求められるタイヤ駆動力Ｆと、
走行中に車両に作用する加速抵抗Ｒａと走行抵抗との和
とがほぼ等しいことから導き出される式１を用いて、上
記勾配抵抗Ｋｒを演算するようになっている。 【００１９】 Ｗ×ｓｉｎθ＝Ｆ−Ｒａ−Ｗ×μｒ−μｃ×Ｓ×Ｖ² −Ｒｃ……式１ 但し、Ｗ×ｓｉｎθ：勾配抵抗 Ｗ ：車両総重量 θ ：勾配度合 Ｆ ：タイヤ駆動力もしくはタイヤ制動力 Ｒａ ：加速抵抗 μｒ ：転がり抵抗係数 μｃ ：空気抵抗係数 Ｓ ：車両前面投影面積 Ｖ ：車速 Ｒｃ ：旋回抵抗 なお、上記道路勾配検出手段５は、車両総重量Ｗなどの
走行前にあらかじめ明確となる数値を記憶しているとと
もに、車速Ｖなどの走行中に検出する必要がある数値に
関しては上記車速検出手段８などから供給されるように
なっている。このように、道路勾配検出手段５は車両の
走行に関する力の釣合いに基づいて演算して、道路勾配
を推定するようになっている。 【００２０】上記出力部４は、電力変換回路１１から構
成されている。上記電力変換回路１１には、モータ１２
およびバッテリ１３が接続している。電力変換回路１１
は、インバータ等であり、上記制御部３から出力される
後述する最終指令トルクＴＴに従って、バッテリ１３か
ら供給されかつモータ１２に印加する電圧の周波数等を
変更することによりモータ１２の力行トルクを制御する
機能を有している。また、電力変換回路１１は、モータ
１２が強制回転させられることにより発生する電力をバ
ッテリ１３に蓄積する回生トルクを制御する機能を有し
ている。 【００２１】上記モータ１２は、その出力軸に車輪１４
と上記モータ回転数検出手段９等が接続している。モー
タ１２は、バッテリ１３から供給させる電圧が上記電力
変換回路１１を介して印加させることによって、上記車
輪１４を駆動する力行トルクを発生するとともに、上記
車輪１４によって強制回転させられることによって電力
を発生する。 【００２２】上記制御部３は、記憶手段１５と判定手段
１６と演算手段１７と指示手段１８とから構成されてい
る。この制御部３は、上記検出部２から出力される信号
Ｋｒ，Ａｃ，Ｂｒ，Ｖ，Ｓｔ，Ｍｔに基づいて、最終指
令トルクＴＴを演算し電力変換回路１１に向かって出力
するようになっている。 【００２３】上記記憶手段１５は、第１の記憶部１９と
第２の記憶部２０と第３の記憶部２１と第４の記憶部２
２と第５の記憶部２３とを備えている。第１の記憶部１
９は図３に示すように、モータ１２の最大トルクなどか
ら求められる第１の所定トルクＴ１を上限とし、かつ上
記道路勾配検出手段５が出力した演算勾配抵抗Ｋｒに比
例した第１の指令クリープトルクＫＴ１を演算する第１
のマップ２４を記憶している。 【００２４】上記第２の記憶部２０は、図４に示すよう
に、上記車速検出手段８が出力する車速信号Ｖ（車速）
が早くなるのにしたがってゲインが小さくなる第２のマ
ップ２５を記憶している。 【００２５】この第２のマップ２５は、車速信号Ｖ（車
速）が演算手段１７の後述する第３の演算部３０が演算
する目標車速ＶＬより早い場合には、ゲインを車速信号
Ｖに対し反比例させて徐々に小さくしている。上記車速
信号Ｖが、上記目標車速ＶＬと第１の所定車速Ｎとの和
を超えるとゲインは０となっている。 【００２６】この第１の所定車速Ｎは例えば５ｋｍ／ｈ
などの比較的低速な速度とするのが望ましい。なお、上
記目標車速ＶＬと第１の所定車速Ｎとの和は、本明細書
に記した一定値の車速を示している。 【００２７】また、第２のマップ２５は、上記車速信号
Ｖ（車速）が０より早くかつ上記目標車速ＶＬより遅い
場合には、第１の所定ゲインＧ１を維持するようになっ
ている。上記車速信号Ｖが負の場合つまり後退している
場合には、車速が遅くなるのにしたがってつまり後退車
速の高速化にしたがって、第２の所定ゲインＧ２を上限
としかつ上記第１の所定ゲインＧ１からゲインを比例さ
せて増加させている。 【００２８】第３の記憶部２１は、車速信号Ｖからクリ
ープ走行時の目標車速ＶＬを演算する第３のマップを記
憶している。この第３の記憶部２１は、渋滞か否かを判
別する渋滞判定手段を有してもよい。この渋滞判定手段
を備えかつ渋滞ではないと判定した場合には、目標車速
ＶＬを例えば２ｋｍ／ｈなどの極低速とするのが望まし
い。一方、渋滞と判定した場合には、目標車速ＶＬを、
第２の所定車速を上限としかつ例えば３０秒間などの比
較的短い所定時間内の平均車速に比例した速度とするの
が望ましい。 【００２９】なお、上記渋滞判定手段は、例えば３分間
などの比較的長い所定時間内の平均車速と、所定時間と
この所定時間内に実際に走行している時間との比である
走行時間比率とから渋滞か否かを判定するようになって
いる。 【００３０】上記第４の記憶部２２は、第３の所定ゲイ
ンを上限とし、かつアクセル操作検出手段６及びブレー
キ操作検出手段７がアクセル操作及びブレーキ操作を検
出しなくなってからの経過時間に比例したゲインを演算
する第４のマップを記憶している。第４のマップは、ア
クセル操作及びブレーキ操作のいずれか一方または両方
とも検出された場合には、ゲインが０となっている。 【００３１】上記第３の所定ゲインと上記第４のマップ
が演算するゲインとが等しくなる第１の所定時間は、上
記道路勾配検出手段５が演算する演算勾配抵抗Ｋｒに応
じて演算するのが望ましい。この際、第１の所定時間
は、演算勾配抵抗Ｋｒが大きくなるのにしたがって、つ
まり道路の勾配が急になるのにしたがって短くするのが
望ましい。 【００３２】上記第５の記憶部２３は、上記判定手段１
６の後述する第２の判定部２７によってモータ１２が過
熱し焼損する恐れがあるモータ過熱条件と判定された場
合において、アクセル操作検出手段６及びブレーキ操作
検出手段７がアクセル操作及びブレーキ操作を検出しな
くなってからの経過時間に対しゲインが徐々に減少する
第５のマップを記憶している。 【００３３】上記判定手段１６は、第１の判定部２６
と、第２の判定部２７とから構成されている。第１の判
定部２６は、図２に示すように、クリープトルクを発生
させるか否か判定する機能を有している。第１の判定部
２６はブレーキペダルが操作された場合にはクリープト
ルクを発生しないようになっており、その他の場合には
クリープトルクを発生させるようになっている。 【００３４】第２の判定部２７は、モータ過熱条件か否
かを判定する機能を有している。第２の判定部２７は、
モータ１２が過熱し易いモータロックロック状態である
回転数が所定回転数より少なくかつトルクが第２の所定
トルクより大きい場合には、モータ過熱条件と判定する
機能を有している。上記所定回転数及び第２の所定トル
クはモータ１２の性能及び仕様などから設定するのが望
ましい。 【００３５】上記演算手段１７は、第１の演算部２８
と、第２の演算部２９と、第３の演算部３０と、第４の
演算部３１と、第５の演算部３２とから構成されてい
る。演算手段１７は、図１及び図２に示す矢印Ｒのよう
に、上記記憶手段１５の第１のマップ２４ないし第５の
マップをよみこみ自在となっている。 【００３６】上記第１の演算部２８は、図２に示すよう
に、上記第１の記憶部１９の第１のマップ２４を用い
て、上記道路勾配手段５が出力する演算勾配抵抗Ｋｒか
ら第１の指令クリープトルクＫＴ１を演算し、第２の演
算部２９に出力するようになっている。 【００３７】上記第２の演算部２９は、上記車速検出手
段８が出力する車速信号Ｖと第３の演算部３０が演算し
た目標車速ＶＬと上記第２の記憶部２０の第２のマップ
２５とを用いて得られたゲインを、上記第１の演算部２
８が演算した第１の指令クリープトルクＫＴ１に乗算
し、第２の指令クリープトルクＫＴ２を第４の演算部３
１に向かって出力するようになっている。 【００３８】なお、上記第２の演算部２９と、上記第２
の記憶部２０とで本明細書に記した後退防止手段を構成
している。上記第３の演算部３０は、上記第３の記憶部
２１の第３のマップを用いて、車速検出手段８が出力す
る車速信号Ｖなどから目標車速ＶＬを演算し、上記第２
の演算部２９に向かって出力するようになっている。 【００３９】上記第４の演算部３１は、上記第４の記憶
部２２の第４のマップを用いて得られたゲインを上記第
２の演算部２９が出力した第２の指令クリープトルクＫ
Ｔ２に乗算し、第３の指令クリープトルクＫＴ３を出力
するようになっている。 【００４０】上記第４のマップは、アクセル操作及びブ
レーキ操作のいずれか一方または両方とも検出された場
合にゲインが０となっているため、アクセル操作及びブ
レーキ操作のいずれか一方または両方とも検出された場
合には、上記第４の演算部３１はクリープトルクを発生
させないこととなる。なお、上記第１の演算部２８と、
上記第１の記憶部１９と、第４の演算部３１と、第４の
記憶部２２とで本明細書に記したクリープトルク制御手
段を構成している。 【００４１】上記第５の演算部３２は、上記第２の判定
部２７がモータ過熱条件と判定した場合に、上記第５の
記憶部２３の第５のマップを用いて得られたゲインを上
記第４の演算部３１が出力した第３の指令クリープトル
クＫＴ３に乗算し、第４の指令クリープトルクＫＴ４を
出力するようになっている。 【００４２】上記指示手段１８は、図２に示すように、
上記第１の演算部２８ないし第５の演算部３２を通して
得られた第４の指令クリープトルクＫＴ４または、上記
第１の演算部２８ないし第４の演算部３１を通して得ら
れた第３の指令クリープトルクＫＴ３に、回生トルク指
令信号ＢＴと、アクセルペダル３３による力行トルク指
令信号ＡＴとを加算して最終指令トルクＴＴを演算し、
この最終指令トルクＴＴを上記電力変換回路１１に向か
って出力するようになっている。 【００４３】上記制御部３においては、図２に示すよう
に、上記第５の演算部３２と上記指示手段１８との間
に、上記指令クリープトルクＫＴ３，ＫＴ４がモータ１
２の最大トルクを超えないようにするリミッタ部３４を
設けるのが望ましい。 【００４４】また、変速機を設けた場合には、変速機の
シフト位置に応じてクリープトルクを補正するシフト補
償部３５を設けるのが望ましい。なお、図示例において
は上記第１の演算部２８と第２の演算部２９との間に設
けている。 【００４５】前述した構成によれば、図５に示すよう
に、まずステップＳ１でクリープトルクを発生させるか
否かを判定する。このステップＳ１では上記第１の判定
部２６がブレーキペダルが操作されているか否かで判定
し、ブレーキペダルが操作されていない場合にはステッ
プＳ２およびステップＳ３に進む。 【００４６】ステップＳ２では上記第１の演算部２８が
第１の指令クリープトルクＫＴ１を演算してステップＳ
４に進み、かつステップＳ３では上記第３の演算部３０
が目標速度ＶＬを演算してステップＳ４に進む。 【００４７】ステップＳ４では、上記第２の演算部２９
が上記第１の指令クリープトルクＫＴ１に第２のマップ
２５に基づいたゲインを乗算し第２の指令クリープトル
クＫＴ２を演算して、ステップＳ５に進む。 【００４８】ステップＳ５では、上記第４の演算部３１
が、ステップＳ４で演算された第２の指令クリープトル
クＫＴ２に、第４のマップに基づいたゲインを乗算し第
３の指令クリープトルクＫＴ３を演算して、ステップＳ
６に進む。 【００４９】ステップＳ６では、上記第２の判定部２７
がモータ過熱状態か否かを判定する。第２の判定部２７
が前述したようにモータ過熱状態と判定するとステップ
Ｓ７に進み、モータ過熱状態ではないと判定するとステ
ップＳ８に進む。 【００５０】ステップＳ７では、ステップＳ５で演算さ
れた第３の指令クリープトルクＫＴ３に、上記第５の演
算部３２が第５のマップに基づいたゲインを乗算し第４
の指令クリープトルクＫＴ４を演算して、ステップＳ８
に進む。 【００５１】ステップＳ８では、上記ステップＳ５で演
算された第３の指令クリープトルクＫＴ３またはステッ
プＳ７で演算された第４の指令クリープトルクＫＴ４
に、上記指示手段１８が回生トルク指令信号ＢＴと力行
トルク指令信号ＡＴとを加算して、最終指令トルクＴＴ
を出力する。 【００５２】こうして得られた最終指令トルクＴＴに応
じて、上記電力変換回路１１がモータ１２に印加する電
圧を制御して、モータ１２が発生するクリープトルクを
制御する。そして、その後はステップＳ１以降の処理を
繰り返す。 【００５３】上記実施形態のモータトルク制御装置１に
よれば、図３に示すように第１のマップ２４が、道路勾
配検出手段５が演算する演算勾配抵抗Ｋｒに比例するク
リープトルクを発生させるようになっているので、道路
の勾配などに応じて適切なクリープトルクを発生するこ
ととなる。 【００５４】また、図４に示すように第２のマップ２５
が、車速が早くなるにしたがって、上記クリープトルク
を減少させるため、坂道発進などの登坂時において、略
一定の車速で前進できるようになって、ドライバの操作
性を向上することとなる。さらに、車両が後退すると、
第２のマップ２５がクリープトルクを増加させるので、
車両の後退を抑制することとなる。 【００５５】なお、この際に前進する車速は、上記第３
の演算部３０が算出した目標速度ＶＬと、目標車速ＶＬ
と第１の所定車速Ｎとの和との間の速度となる。またブ
レーキペダルを操作するとクリープトルクを発生しない
ため、ドライバに違和感を与えることもない。 【００５６】また、第４の演算部３１が第４のマップを
用いて、クリープトルクを徐々に増加するため、スムー
ズに発進することとなる。上記第２の判定部２７がモー
タ過熱状態であるか否かを判定し、かつ過熱状態にある
場合にはクリープトルクを徐々に減少するようになって
いるため、モータ１２の過熱を極力抑制してモータ１２
などの信頼性を確保することとなる。 【００５７】さらに、上記道路勾配検出手段５が、重力
加速度による力と路面の摩擦などによる力とを合わせた
値を演算するので、ジャイロなどを用いて検出された車
両の傾斜角に応じたクリープトルクを発生させる場合と
比べて、より適切なクリープトルクを発生させることが
可能となる。 【００５８】次に、上記実施形態の制御部３の作用を確
かめるために行った坂道発進実験の結果について図６お
よび図７を参照して説明する。本実験においては、勾配
の異なる数種類の上り坂に、一定のクリープトルクを発
生するモータトルク制御装置を備えた電気自動車（以下
比較例と呼ぶ）と、上記モータトルク制御装置１を備え
た電気自動車（以下本発明と呼ぶ）とを、ブレーキをか
けた状態で載置し、その後ブレーキを外して、この時の
後退距離と車速とを計測した。 【００５９】なお、比較例は、ブレーキを外してからの
経過時間を約０．４ないし０．５秒間とし、本発明は、
ブレーキを外してからの経過時間を約１０秒間としてい
る。また、図７に示す車速は、ブレーキを外した直後の
速度を示している。 【００６０】まず、図６に示すように、上り勾配と後退
距離との関係において、本発明の後退距離は比較例の後
退距離の略１／２となっている。比較例は約０．４ない
し０．５秒間に図示するような距離を後退するため、実
際にはブレーキペダルを操作しなければ後退し続けるこ
とが明らかになった。これに対して、本発明は１０秒た
っても比較例の略１／２の距離しか後退しないため、実
際にはほとんど後退しないことが明らかになった。 【００６１】また、図７に示すように、上り勾配と車速
との関係において、本発明はいかなる勾配を有する上り
坂においても前進車速を有して登坂する。これに対し
て、比較例はいかなる勾配においても前進車速を有して
おらず、勾配が約１６％以上の上り坂では後退してしま
う。 【００６２】なお、図６と図７とを比較して、本発明
は、上り勾配が約１６％以上の場合においては後退距離
を有するにもかかわらず前進車速を有している。これ
は、ブレーキを解除した直後からクリープトルク発生ま
での間に、勾配により車両が後退したものである。すな
わち、クリープトルクの立ち上げは車両を滑らかに発信
させようとするため、このクリープトルクの立ち上げが
徐々に行われこの間のトルクが車両を発信させようとす
るものより小さい間は車両が後退し、さらにトルクが増
大すると車両は前進する。 【００６３】 【発明の効果】請求項１の本発明によると、坂道発進時
に車両の後退を極力抑制できるので、坂道発進時の操作
性を向上することができる。 【００６４】しかも、坂道発進時にアクセル操作する
と、クリープトルク制御手段が発生させるクリープトル
クに、アクセル操作量に応じた力行トルクを加算するの
で、ドライバの操作に応じたトルクをスムーズに発生さ
せることができ、ドライバの操作性が向上する。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施形態の電気自動車のモータトル
ク制御装置を示すブロック線図。 【図２】図１に示された実施形態のモータトルク制御装
置の制御部を示すブロック線図。 【図３】図２に示されたモータトルク制御装置の第１の
マップを示す図。 【図４】図２に示されたモータトルク制御装置の第２の
マップを示す図。 【図５】図２に示されたモータトルク制御装置の処理の
手順を示すフローチャート。 【図６】本発明品と比較例について坂道発進実験で得ら
れた上り勾配と後退距離との関係を示す図。 【図７】本発明品と比較例について坂道発進実験で得ら
れた上り勾配と車速との関係を示す図。 【符号の説明】 １…モータトルク制御装置 ５…道路勾配検出手段 ６…アクセル操作検出手段 ７…ブレーキ操作検出手段 １２…モータ １９…第１の記憶部（クリープトルク制御手段） ２２…第４の記憶部（クリープトルク制御手段） ２８…第１の演算部（クリープトルク制御手段） ３１…第４の演算部（クリープトルク制御手段） Ｖ…車速信号（車速） Ｋｒ…演算勾配抵抗（道路勾配）

フロントページの続き (72)発明者 大和田 富治 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動 車工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−261418（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−154905（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60L 1/00 - 3/12 B60L 7/00 - 13/00 B60L 15/00 - 15/42

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 車速を検出する車速検出手段と、 道路勾配を検出する道路勾配検出手段と、 アクセル操作を検出するアクセル操作検出手段とを備え
   た電気自動車のモータトルク制御装置において、 前記車速検出手段が一定値以下の車速を検出し、かつ前
   記アクセル操作検出手段がアクセル操作を検出しない場
   合には、前記道路勾配検出手段の出力信号に基づいて道
   路勾配に応じたクリープトルクをモータに発生させる制
   御を行い、前記車速検出手段が一定値以下の車速を検出
   し、かつ前記アクセル操作検出手段がアクセル操作を検
   出した場合には、アクセル操作量に応じた力行トルクを
   前記クリープトルクに加算したトルクを前記モータに発
   生させる制御に切換えるクリープトルク制御手段を有す
   ることを特徴とする電気自動車のモータトルク制御装
   置。