JP3746507B2

JP3746507B2 - 電気自動車の駆動制御装置

Info

Publication number: JP3746507B2
Application number: JP2004134223A
Authority: JP
Inventors: 明鈴木
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2021-02-15
Also published as: JP2004248499A

Description

本発明は、発進から微速走行における運転者の負担を軽減する電気自動車の駆動制御装置に関する。

一般に、電気自動車には、モータの平坦なトルク特性を生かしてモータの駆動力を減速機を介して直接駆動輪に伝達する形式のものや、ガソリンエンジン車と同様な運転操作とするため、クラッチ及びマニアル変速機を搭載した形式のものがある。このような電気自動車では、発進から微速走行におけるモータ出力トルクが小さい状態において微妙なアクセル操作が要求され、運転者の負担が増す原因となっていた。

このため、従来から発進・微速走行が円滑に行なえるよう、種々の提案がなされており、例えば、特許文献１には、モータ回転数が零のとき、車輌の前進・後進を切り換える前後進指令信号を、モータの回転方向を判別するモータ回転方向信号として制御装置に入力することにより、モータの始動動作を円滑にする技術が開示されており、また、特許文献２には、走行用モータの始動時、すなわち電気自動車の発進時を検出したとき、走行用モータの電流制限値（最大トルクにほぼ比例する値）を増加させて発進を容易にする技術が開示されている。

また、特許文献３には、走行速度が零付近に低下すると、バッテリから所定量の電流をモータに供給して微小駆動力を発生して駆動輪を僅かに駆動するようにし、渋滞走行時に微速走行する場合に、アクセルとブレーキの両方を操作する手間を省略する技術が開示されている。
特開昭６２−２１７８０４号公報実開平１−８６４０１号公報特開平３−２５３２０２号公報

しかしながら、トルクコンバータ付自動変速機を搭載しない電気自動車では、勾配のある道路での発進時には、アクセルペダルの踏み込み不足によるずり落ちや、その反動による急発進のおそれがあり、また、トルクコンバータ付自動変速機を搭載した電気自動車であっても、道路勾配変化による負荷変動に対し完全に順応できるわけではなく、コストが増加するという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、勾配路における発進・微速走行を容易に行なうことのできる電気自動車の駆動制御装置を提供することを目的としており、また、併せて平地での微速走行時の操作性をも向上することのできる電気自動車の駆動制御装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明による第１の電気自動車の駆動制御装置は、アクセルペダルの踏み込み量に応じて交流電動機からなる走行用モータの出力トルクを制御する電気自動車の駆動制御装置において、車輌の進行方向を選択するシフト位置に対し、上記走行用モータの回転方向が一致するか否かを判別するモータ回転方向判別手段と、車輌の走行速度が設定速度以下で上記シフト位置に対して上記走行用モータの回転方向が同じであると判別され、上記アクセルペダル及びブレーキペダルが共に踏まれていない場合、走行抵抗を僅かに上回るトルクを発生するよう、上記走行用モータの周波数、電圧及び電流を変化させることにより出力トルクを補正し、車輌の走行速度が設定速度以下で上記シフト位置に対して上記走行用モータの回転方向が反対であると判別され、上記アクセルペダルの踏み込み量が設定値以下の場合、車輌を静止させるトルクを発生させるよう、上記走行用モータの周波数、電圧及び電流を変化させることにより上記走行用モータの出力トルクを補正し、該出力トルクの補正を上記車輌を静止させるトルクと同じ基本トルクの得られる上記アクセルペダルの踏み込み量に達するまで行うトルク補正手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明による第２の電気自動車の駆動制御装置は、第１の電気自動車の駆動制御装置において、上記トルク補正手段は、車輌の走行速度が設定速度以下で上記シフト位置に対して上記走行用モータの回転方向が同じであると判別され、上記アクセルペダル及び上記ブレーキペダルが共に踏まれていない場合、自動変速機によるクリープ現象の速度と同等以下の速度を発生させる微小トルクを発生するよう、上記走行用モータの出力トルクを補正することを特徴とする。

本発明による電気自動車の駆動制御装置は、自動変速機を搭載していない電気自動車においても、勾配路における発進・微速走行を容易に行なうことができ、また、併せて平地での微速走行時の操作性をも向上することができ、運転者の負担を軽減することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図７は本発明の実施の第１形態に係り、図１はモータ制御系の回路ブロック図、図２は勾配路における車輌の登坂抵抗を示す説明図、図３はアクセルペダルスイッチ及びアクセルセンサの出力特性を示す説明図、図４はシフトレバー及びシフトスイッチを示す説明図、図５はモータトルク制御処理のフローチャート、図６はモータの特性曲線を示す説明図、図７はアクセルペダルストロークと出力トルクとの関係を示す説明図である。

図１において、符号２は電気自動車に搭載される走行用のモータであり、本形態においては、交流誘導電動機である。このモータ２には、減速機及びデファレンシャルギヤからなるトランスアクスル３が連設され、このトランスアクスル３からの駆動力が、左右の前輪軸４を介して両前輪５に伝達されるようになっている。

また、モータ２には、走行駆動用の主電源であるメインバッテリ９からの直流電圧を所定の電圧の高周波に変換するインバータ等からなるモータ駆動回路６が接続され、このモータ駆動回路６に、モータの周波数、電圧、電流（すべり）を制御するモータコントローラ７が接続され、さらに、このモータコントローラ７に、トルク指令信号を出力する車輌コントローラ８が接続されている。

モータコントローラ７は、例えば、車輌コントローラ８からのトルク指令信号からモータの周波数、電圧、電流（すべり）を制御するためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号を出力するＰＷＭコントローラ等から構成され、車輌コントローラ８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェース等がバスを介して接続されたマイクロコンピュータ等から構成されている。そして、Ｉ／Ｏインターフェースを介して、アクセルペダルスイッチ１０、アクセルセンサ１１、シフトスイッチ１２、回転センサ１３ａ，１３ｂ等のスイッチ・センサ類、及び、モータコントローラ７が車輌コントローラ８に接続されており、車輌コントローラ８は各スイッチ・センサ類からの信号を処理し、アクセル踏み込み量に応じてモータ２に対するトルクを設定してモータコントローラ７に出力する。

アクセルペダルスイッチ１０及びアクセルセンサ１１は、図２に示すように、電気自動車１の運転席の床面に設けたアクセルペダル１４に連設されており、図３に示すように、アクセルペダル１４の踏み始めの微小ストロークでアクセルペダルスイッチ１０がＯＮし、また、アクセルペダル１４の踏み込み量（アクセルペダルストローク）に略比例したアクセル信号がアクセルセンサ１１から出力されるようになっている。

また、シフトスイッチ１２は、図４に示すように、シフトレバー１５の基部に連設されてシフト位置を検出するスイッチであり、シフトレバー１５がニュートラルレンジ（Ｎレンジ）、ドライブレンジ（Ｄレンジ）、リバースレンジ（Ｒレンジ）等の走行レンジの位置にシフトされたときに、そのシフト位置を検出するようになっている。

また、回転センサ１３ａ，１３ｂは、モータ２に所定の間隔で取り付けられ、互いに位相の異なるパルス信号を発生するセンサであり、車輌コントローラ８では、異なる２相のパルス信号を比較することによりモータ２の回転数と回転方向とを検出し、モータ回転方向判別手段としての機能を実現するようになっている。

一方、図１における符号１６は、制御電源用のサブバッテリであり、このサブバッテリ１６がキースイッチ１７を介してモータコントローラ７及び車輌コントローラ８に接続され、キースイッチ１７がＯＮされると、モータコントローラ７及び車輌コントローラ８に制御用電源が供給される。そして、車輌コントローラ８では、後述するモータトルク制御処理のプログラムを実行してモータ２の出力トルクを補正するトルク補正手段としての機能を実現し、トルクアップ、トルクダウンのトルク指令（速度指令）信号をモータコントローラ７に出力してモータ２のトルクを制御する。

以下、車輌コントローラ８によるモータ２のトルク制御処理について、図５のフローチャートに従って説明する。

プログラムがスタートすると、まず、ステップS1で車速無または微小な状態と判断するとステップS2に進む。ステップS2で、シフトスイッチ１２からの信号により、シフト位置がＤまたはＲレンジであるかを判断し、シフト位置がＮレンジであるときには、モータ２を停止させてプログラムを抜け、シフト位置がＤまたはＲレンジであるときには、ステップS3へ進む。

ステップS3では、アクセルペダルスイッチ１０がＯＮしているか、すなわち、運転者がアクセルペダル１４に足をかけて踏み込んでいる状態であるか否かを調べる。そして、アクセルペダル１４から足を離しアクセルペダルスイッチ１０がＯＦＦであるときには、モータ２を停止させてプログラムを抜け、アクセルペダルスイッチ１０がＯＮのとき、ステップS4へ進んで、回転センサ１３ａ，１３ｂからの位相の異なる２つのパルスの信号から、モータ２の回転方向を演算し、ステップS5で、シフト位置に対してモータ２の回転方向が反対か否かを調べる。

その結果、シフト位置に対しモータ２の回転方向が同じ方向であるとき、すなわち、Ｄレンジに対して車輌前進方向にモータ２が回転しているとき、あるいはＲレンジに対して車輌後退方向にモータ２が回転しているときには、ステップS5から通常走行制御に移行し、シフト位置に対しモータ２の回転方向が反対のときには、勾配のある道路で車輌がずり落ちている状態と判断してステップS5からステップS6へ進み、始動時の磁界周波数ｆ0を指令する信号をモータコントローラ７へ出力する。

次いで、ステップS7へ進み、アクセルセンサ１１からのアクセル信号が無または微小であり、アクセルペダル１４の踏み込み量が設定値以下の状態であるか否かを調べ、設定値以下のとき、ステップS8で、モータ２のすべりＳがＳ≒１のほぼ拘束停止状態であるか否かを調べる。拘束停止状態であるならばステップS7へ戻り、拘束停止状態でないときには、ステップS9へ進んで、トルクアップ・ダウンの補正指令を出力してステップS7へ戻る。

ここで、電気自動車１の勾配路におけるずり落ち力（走行抵抗）Ｆは、図２に示すように、電気自動車１の車輌重量をｍとすると、Ｆ＝ｍｇｓｉｎθであり、ずり落ちを防止するためのモータトルクＴSは、タイヤ有効半径をＲ、減速比をｉとして、ＴS＝Ｆ・Ｒ／ｉで与えられる。

一方、誘導電動機であるモータ２は、固定子の回転磁界の回転数すなわち同期回転数をｎs、回転子回転数をｎとすると、すべりＳはＳ＝（ｎs−ｎ）／ｎsであり、このすべりＳ、モータ電圧Ｖの関数である２次出力（機械的動力出力）ＰMを、回転子角速度ωで除した値ＰM／ω（ω＝２πｎ／６０）がモータ２の発生トルクＴとなる。そして、図６に示すように、０≦Ｓ≦１の範囲が通常の電動機の状態、Ｓ＞１の範囲が電動機運転としての指示トルクと同じ方向のトルクを発生しながら逆方向に回転している制動機の状態、Ｓ＜０の範囲が発電機の状態である。

従って、ステップS6における始動時の磁界周波数ｆ0によってモータ２で発生するトルクＴがＴ＜ＴSであれば、車輌のずり落ちが発生し、モータ２の回転子回転数ｎが負となってＳ＞１の制動運転領域となるため、アクセルペダル１４が僅かに踏み込まれている状態では、ステップS7〜S9のループを繰り返してモータ２に対する周波数、電圧及び電流（すべり）を補正して最終的にＴ＝ＴSとなるようにし、モータ２の回転子がずり落ち力に抗して静止するＳ＝１（ｎ＝０）の拘束停止状態で勾配路に車輌を静止させることができるようにするのである。

次に、アクセルペダル１４がさらに踏み込まれ、アクセルペダル１４の踏み込み量が設定値を越えると、ステップS7からステップS10へ分岐し、車輌がずり落ち状態か否かを調べる。そして、ずり落ち状態のときには、ステップS11で、モータ２の周波数、電圧及び電流（すべり）を変化させて単位トルクアップ量Δｔだけトルクアップさせる指令信号をモータコントローラ７に出力し、ステップS7へ戻る。

一方、ステップS10で、ずり落ち状態でないときには、ステップS12へ進んで単位トルクアップ量Δｔを積算したトルクアップ補正量ΔＴ（＝ΣΔｔ）が零より大きいか否かを調べ、ΔＴ＞０のときステップS7へ戻って以上の過程を繰り返し、ΔＴ≦０のとき、ステップS12から通常走行制御へ移行する。

すなわち、図７に示すように、アクセルペダルストロークＳに対し、予め車輌コントローラ８内にマップ化されて格納されている通常走行時の基本トルクＴに、単位トルクアップ量Δｔをステップ的に加算することにより、坂道発進時のトルク指示値Ｔ’が得られるよう補正し、坂道発進時のトルクと同じ基本トルクの得られるアクセルペダルストロークＳ’に達した後は、通常走行のトルク制御に移行する。

これにより、従来のように運転者の熟練を要することなく、坂道発進からの走行をスムーズに行なうことができ、アクセルペダルの踏み込み不足によるずり落ちや、その反動による急発進を回避し、運転者の負担を軽減することができるのである。

図８及び図９は本発明の実施の第２形態に係わり、図８はモータ制御系の回路ブロック図、図９はモータトルク制御処理のフローチャートである。

本形態は、前述の第１形態におけるモータトルク制御処理を発展させ、勾配のある道路における発進を容易にするばかりでなく、平地における微速走行の操作性をも向上させるものである。

図８に示すように、本形態は、前述の第１形態に対し、車輌コントローラ８に接続されるスイッチとして、図示しないブレーキペダルに連設するブレーキペダルスイッチ２０を追加した構成となっており、他の構成は前述の第１形態と同様である。

本形態におけるモータトルク制御処理では、図９のステップS20で、回転センサ１３ａ（１３ｂ）からの信号に基づいて算出される車速が無または微小である設定速度以下か否かを調べ、車速が設定速度を越えているときには、ステップS20を抜けて通常走行制御とし、車速が設定速度以下のときには、ステップS21へ進んで、シフト位置がＤレンジまたはＲレンジかを調べる。

そして、シフト位置がＤレンジでもなくＲレンジでもないＮレンジであるときには、モータ２を停止させてプログラムを抜け、シフト位置がＤまたはＲレンジであるときには、ステップS22へ進んで、回転センサ１３ａ，１３ｂからの位相の異なる２つのパルスの信号から、モータ２の回転方向を演算する。

次に、ステップS23へ進むと、シフト位置に対してモータ２の回転方向が反対か否かを調べ、シフト位置に対しモータ２の回転方向が同じ方向であるときには、ステップS24以下の処理へ進み、シフト位置に対しモータ２の回転方向が反対であり、車輌が勾配路でずり落ち状態にあるときには、ステップS27以下の処理へ進む。

まず、ステップS24以下の処理について説明すると、ステップS24で、アクセルペダルスイッチ１０がＯＮか否かを調べ、アクセルペダルスイッチ１０がＯＮであれば、通常走行制御に移行し、アクセルペダルスイッチ１０がＯＦＦのときには、ステップS25で、さらに、ブレーキペダルスイッチ２０がＯＮか否かを調べる。

その結果、ブレーキペダルスイッチ２０がＯＦＦでブレーキペダルが踏まれていなければ、モータ２を停止してプログラムを抜け、ステップS25でブレーキペダルスイッチ２０がＯＦＦのとき、すなわち、アクセルペダル及びブレーキペダルが共に踏まれていないときには、ステップS25からステップS26へ進んで、微小トルクを発生させる微速モードの指令信号をモータコントローラ７に出力してステップS20へ戻る。

この微速モードは、流体トルクコンバータを使用した自動変速機等によるクリープ現象の微速度と同等か、それ以下の微速度を発生させるモードであり、平地における渋滞走行等の微速走行における繁雑な運転操作による運転者の負担を軽減することができる。

一方、シフト位置に対しモータ２の回転方向が反対である場合のステップS27以下の処理では、まず、ステップS27で、同様に、アクセルペダルスイッチ１０がＯＮか否かを調べ、アクセルペダルスイッチ１０がＯＮのときには、ステップS28からステップS33において、前述の第１形態における図５のステップS6からステップS11と同様の処理を行なって勾配のある道路で容易に発進可能なようにし、アクセルペダルスイッチ１０がＯＦＦのときには、ステップS27からステップS34へ進んで、ブレーキペダルスイッチ２０がＯＮか否かを調べる。

ステップS34でブレーキペダルスイッチ２０がＯＮのときには、モータ２を停止してプログラムを抜け、ブレーキペダルスイッチ２０がＯＦＦのとき、すなわち、ステップS23で、車輌が勾配路でずり落ち状態にあることがわかり、アクセルペダルスイッチ１０及びブレーキペダルスイッチ２０が共にＯＦＦのときには、ステップS34からステップS35へ進んでずり落ち抵抗モードとし、勾配路において車輌がずり落ちることを防止するための微小トルクを発生する指令信号をモータコントローラ７へ出力してステップS27へ戻る。

そして、ステップS27からステップS35のループにおいて、ずり落ち抵抗モードの微小トルクを発生しても傾斜の大きい勾配路でずり落ちが発生し、運転者がアクセルぺダル１４を僅かに踏み込むと、前述のステップS28からステップS33の処理を実行して勾配路での発進を容易にする。

尚、以上の各形態においては、走行用のモータ２が交流誘導電動機である例について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、モータ２は、交流同期電動機でも良い。また、アクセルペダルスイッチ信号は、アクセル信号をもって兼用しても良い。

本発明の実施の第１形態に係り、モータ制御系の回路ブロック図同上、勾配路における車輌の登坂抵抗を示す説明図同上、アクセルペダルスイッチ及びアクセルセンサの出力特性を示す説明図同上、シフトレバー及びシフトスイッチを示す説明図同上、モータトルク制御処理のフローチャート同上、モータの特性曲線を示す説明図同上、アクセルペダルストロークと出力トルクとの関係を示す説明図本発明の実施の第２形態に係わり、モータ制御系の回路ブロック図同上、モータトルク制御処理のフローチャート

符号の説明

１電気自動車
２モータ
８車輌コントローラ
代理人弁理士伊藤進

Claims

アクセルペダルの踏み込み量に応じて交流電動機からなる走行用モータの出力トルクを制御する電気自動車の駆動制御装置において、
車輌の進行方向を選択するシフト位置に対し、上記走行用モータの回転方向が一致するか否かを判別するモータ回転方向判別手段と、
車輌の走行速度が設定速度以下で上記シフト位置に対して上記走行用モータの回転方向が同じであると判別され、上記アクセルペダル及びブレーキペダルが共に踏まれていない場合、走行抵抗を僅かに上回るトルクを発生するよう、上記走行用モータの周波数、電圧及び電流を変化させることにより出力トルクを補正し、車輌の走行速度が設定速度以下で上記シフト位置に対して上記走行用モータの回転方向が反対であると判別され、上記アクセルペダルの踏み込み量が設定値以下の場合、車輌を静止させるトルクを発生させるよう、上記走行用モータの周波数、電圧及び電流を変化させることにより上記走行用モータの出力トルクを補正し、該出力トルクの補正を上記車輌を静止させるトルクと同じ基本トルクの得られる上記アクセルペダルの踏み込み量に達するまで行うトルク補正手段とを備えたことを特徴とする電気自動車の駆動制御装置。
上記トルク補正手段は、
車輌の走行速度が設定速度以下で上記シフト位置に対して上記走行用モータの回転方向が同じであると判別され、上記アクセルペダル及び上記ブレーキペダルが共に踏まれていない場合、自動変速機によるクリープ現象の速度と同等以下の速度を発生させる微小トルクを発生するよう、上記走行用モータの出力トルクを補正することを特徴とする請求項１記載の電気自動車の駆動制御装置。