JP3781897B2

JP3781897B2 - 電気自動車のトルク制御装置

Info

Publication number: JP3781897B2
Application number: JP17175198A
Authority: JP
Inventors: 靖武田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2018-06-18
Also published as: JP2000013904A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車のトルク制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車に搭載されている駆動モータは、バッテリの直流電力を電源とし、インバータによって変換された交流電力によって駆動される交流モータである。そして駆動モータによる走行特性をエンジン自動車の運転性と同様のものにするために、従来から、特に低速走行時にクリープトルクを発生させ、またある程度の車速（モータ回転数に対応する。以下、同じ）において走行抵抗と釣合う設定にしている。
【０００３】
図５には従来の電気自動車のトルク特性を示している。つまり、従来の電気自動車のトルク制御装置では、車速の減速時（したがって、駆動モータの回転数の減速時）には、ブレーキ操作によりブレーキスイッチがオンしていれば同図の特性曲線Ａに従うトルク特性に基づくトルク制御を行い、多くの回生エネルギをバッテリに回収する。またブレーキペダルが踏まれず、単にアクセルペダルから足が離され、走行抵抗だけで減速させているような場合、つまりアクセル開度が０％で、ブレーキスイッチがオフの場合には、特性曲線Ｂに従うトルク特性に基づくトルク制御を行うようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の電気自動車のトルク制御装置では、トルク特性曲線を、エンジン自動車に近い運転性を得るために低速時にはクリープトルクＣをを発生させ、またある程度の車速Ｄでモータトルクが走行抵抗Ｅと釣合う設定にしているので、次のような問題点があった。すなわち、減速時にブレーキスイッチがオンしている場合にも、ブレーキが踏まれず、単にアクセル開度が０％になっているだけの場合にも、車速がある程度（図５におけるＦ点）以下になれば正のトルク指令を発生するようになり、回生運転が十分低速まで継続できず、それだけ電力回収率が悪化し、バッテリ１回充電当たりの航続距離が延びない問題点があった。
【０００５】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、ドライバが車両を停止させようとしている意図が明らかな場合にはほぼ停止するまで回生運転を行うことによってバッテリへの電力回収率が高め、航続距離を延ばすことができる電気自動車のトルク制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の電気自動車のトルク制御装置は、アクセル開度の検出手段と、駆動モータの回転数検出手段と、ブレーキスイッチのオン／オフ検出手段と、（１）前記駆動モータの減速時に、前記アクセル開度が０かつ前記ブレーキスイッチがオンであれば、前記駆動モータの回転数が０になるまで当該駆動モータを回生制御し、（２）前記駆動モータの減速時に、前記アクセル開度が０かつ前記ブレーキスイッチがオフであれば、前記駆動モータの回転数が予め設定された所定値になるまで当該駆動モータを回生制御するモータ駆動制御手段とを備え、前記モータ駆動制御手段は、前記駆動モータへのトルク指令が０の値を跨がずにトルク指令を切り換える場合には、予め設定した切り換え期間はトルクをリニアに変化させ、前記駆動モータへのトルク指令を正の値から負の値、もしくは負の値から正の値に切り換える場合には、トルクが０の値付近にある時間を、トルクをリニアに変化させるより減らすように変化させ、この変化させる前後ではトルクをリニアに変化させることを特徴とする。
【０００７】
請求項１の発明の電気自動車のトルク制御装置では、車両の減速時に、ドライバが車両を停止させようとする意図が明らかである場合、つまり、アクセル開度が０でありかつブレーキスイッチがオンである場合には、駆動モータの回転数が０になるまで当該駆動モータを回生制御する。一方、車両の減速時でも、ドライバが釣合い車速まで減速することによって、クリープトルクだけで徐行しようという意図が明らかな場合、つまり、ブレーキスイッチがオフであり、アクセル開度のみが０である場合には、駆動モータの回転数が予め設定された所定値になるまで当該駆動モータを回生制御する。
【０００８】
これによって、ドライバが車両を停止させようとする意図が明らかな場合には車両の停止直前まで駆動モータの回生運転を行うことにより回生電力をバッテリに有効に回収して１充電当たりの航続距離を延ばし、またドライバが車両を釣合い車速まで減速させようとする意図が明らかな場合にはその釣合い車速付近の所定値になるまで回生運転を行うことによってドライバの意図通りの釣合い車速による徐行運転を可能とする。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、ドライバが車両を停止させようとする意図が明らかな場合には車両の停止直前まで駆動モータの回生運転を行うことにより回生電力をバッテリに有効に回収して１充電当たりの航続距離を延ばすことができ、またドライバが車両を釣合い車速まで減速させようとする意図が明らかな場合にはその釣合い車速付近の所定値になるまで回生運転を行うことによってドライバの意図通りの釣合い車速による徐行運転が可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の１つの実施の形態の構成を示しており、この実施の形態の電気自動車のトルク制御装置は、トルクコントロールユニット１、モータコントロールユニット２を備えている。トルクコントロールユニット１は、ドライバの運転操作の意図を推定するための情報を得るために、シフトポジションスイッチ３からシフトレバーのシフトポジションを示す信号を入力し、スロットルポジションセンサ４からアクセル開度を示す信号を入力し、ブレーキスイッチ５からフットブレーキの操作有り無しを示す信号を入力し、さらに車速情報として回転数センサ６から駆動モータ７の回転数を入力し、これらの入力情報を用い、内蔵するトルク特性データに基づいてトルク指令を演算して出力する。
【００１３】
またモータコントロールユニット２はシフトポジションスイッチ３の入力とスロットルポジションセンサ４の入力、そしてトルクコントロールユニット１の決定したトルク指令とに基づき、駆動モータ７の回転数を決定し、インバータユニット８のゲート制御を行う。
【００１４】
インバータユニット８はバッテリ９の直流電力を所定の周波数及び電圧の交流電力に変換して駆動モータ７に供給する。
【００１５】
次に、上記構成の電気自動車のトルク制御装置の動作を説明する。トルクコントロールユニット１はトルク−回転数特性マップデータを内蔵し、回転数センサ６の信号によって加速／減速状態を判断し、加速運転時には従来と同様のトルク−回転数特性マップデータを参照して、シフトポジションスイッチ３によるシフトレバーのポジション、スロットルポジションセンサ４によるアクセル開度に基づきトルク指令を演算してモータコントローラユニット２に与える。
【００１６】
モータコントロールユニット２は、シフトポジションスイッチ３によるシフトポジション、スロットルポジションセンサ４によるアクセル開度により速度指令を演算し、またトルクコントロールユニット１からトルク指令を入力し、これらに基づいて駆動モータ７の回転数指令を演算し、さらに回転数センサ６から駆動モータ７の回転数フィードバック信号を入力して回転数指令と比較して駆動モータ７の所要加減速量を演算し、これをゲート指令に反映させてインバータユニット８に与えてそのゲート制御を行う。
【００１７】
インバータユニット８はモータコントロールユニット２のゲート指令に基づいてＰＷＭ制御によってスイッチング素子のゲート制御を行い、バッテリ９の直流電力を駆動モータ７が所定の回転数で回転するような周波数、電圧の交流へ電力変換を行い、これによって駆動モータ７を駆動する。
【００１８】
他方、減速運転の場合には、次のように制御動作する。トルクコントロールユニット１は図３に示すようなトルク特性マップデータＴ１，Ｔ２，Ｔ３を内蔵している。トルク特性データＴ１は、減速状態で、ブレーキスイッチ５がオン、かつスロットルポジションセンサ４がアクセル開度０％を示している場合に参照するものであり、トルク特性データＴ２は、減速状態で、ブレーキスイッチ５がオフ、かつスロットルポジションセンサ４がアクセル開度０％を示している場合に参照するものであり、さらに、トルク特性データＴ３は、減速状態にはなく、ブレーキスイッチ５がオフ、かつアクセル開度が０％の場合に参照するトルク特性データである。
【００１９】
（１）ドライバが車両を停止させようとしている場合。
【００２０】
ドライバが車両を停止させたいと思っている場合の運転操作では、アクセルペダルを離し、ブレーキペダルを踏込むことによって減速させることになる。この場合、スロットルポジションセンサ４はアクセル開度０％、かつブレーキスイッチ５はオンとなり、また回転数センサ６からの回転数信号の時間微分値あるいは差分値は減速状態を示す。
【００２１】
そこで図２のステップＳ１，Ｓ２に示すように、このような条件が成立すれば、トルクコントロールユニット１はトルク特性データＴ１を選択して参照して、回転数センサ６の回転数信号に対応したトルク指令を決定し、これをモータコントロールユニット２に出力し、モータコントロールユニット２は第１の回生制御モードでインバータユニット８を制御し、モータの回転エネルギを電気エネルギとしてバッテリ９に回収する。この第１の回生制御では、トルク特性データＴ１はモータ回転数がほぼ０になるまで回生運転する特性に設定してあるので、車両がほぼ停止するまでモータの運動エネルギを電気エネルギとしてバッテリ９に回収することができ、バッテリ９の１回充電当たりの航続距離を延ばすことができる。
【００２２】
（２）ドライバが車両を釣合い車速で走行させようとしている場合。
【００２３】
この場合にはドライバは単にアクセルペダルから足を離すだけで、車両の走行抵抗Ｅによって車速が減速し、最終的にはクリープトルクと走行抵抗とが釣合う車速（モータ回転数）で徐行するように制御する。このために図２のフローチャートにおけるステップＳ３，Ｓ４に示すように、スロットルポジションセンサ４がアクセル開度０％、かつブレーキスイッチ５がオフ、そして回転数センサ６からの回転数信号の時間微分値あるいは差分値は減速状態を示していれば、トルクコントロールユニット１はトルク特性データＴ２を選択して参照して、回転数センサ６の回転数信号に対応したトルク指令を決定し、これをモータコントロールユニット２に出力し、モータコントロールユニット２は第２の回生制御モードでインバータユニット８を制御する。
【００２４】
この第２の回生制御では、トルク特性データＴ２は釣合い車速Ｄの直前の所定の車速（回転数）Ｇまでは回生運転し、釣合い車速Ｄの点では走行抵抗Ｅと釣合うトルク指令を出力する設定である。これによって、通常のエンジン自動車と同様のクリープトルクによる徐行運転に円滑に移行することができるようになる。
【００２５】
（３）ドライバがクリープトルクだけで走行させている場合。
【００２６】
車両が減速状態になく、釣合い車速で走行している場合（この場合、アクセルペダルも踏まれず、ブレーキペダルも踏まれていない状態である）、したがって、回転数センサ６の信号から定速状態又は加速状態にあると判断され、かつスロットルポジションセンサ４はアクセル開度０％、ブレーキスイッチ５はオフ信号を入力している場合、トルクコントロールユニット１はトルクの勾配が緩やかな設定となっているトルク特性データＴ３を選択して参照してモータ回転数に対応したトルク指令を算出し、モータコントロールユニット２に出力する（図２のフローチャートにおけるステップＳ５）。
【００２７】
これによって、例えば、下り坂でブレーキを離したような場合、従来のように急激に回生制動が働いて車速がギクシャクした変化をすることがなく、スムーズに変化するようになる。
【００２８】
こうして、この実施の形態の電気自動車のトルク制御装置では、ブレーキペダルを踏込んで車両を完全に停止させる意図がある場合には車速がほぼ０になるまで回生制御を行うことによって車両の運動エネルギをバッテリ９に電気エネルギとして可能な限り回収することができ、この結果、１回の充電当たりの航続距離を延ばすことができ、また従来と同様の運転感覚も維持することができ、さらに釣合い車速で釣合っているときに道路上の勾配状態により走行抵抗が変化しても車速をスムーズに変化させることができる。
【００２９】
なお、上記の実施の形態で、トルクコントロールユニット１がトルク指令を切換える場合、図４に示す方法で切換え前後のトルク指令を調整する。
【００３０】
（ａ）切換え前トルク指令＜切換え後トルク指令
図４（ａ）に示すように、切換え前トルクＴｒ１＜切換え後トルクＴｒ２である場合には、予め設定した切換え期間ｔ１はリニアに変化させる。つまり、トルク制御周期がθである場合、ｉ回目の制御時のトルク指令Ｔｒは、
Ｔｒ＝（（Ｔｒ２−Ｔｒ１）／ｔ１）＊ｉ・θ＋Ｔｒ１
として設定する。
【００３１】
（ｂ）切換え前トルク指令＞切換え後トルク指令
同図（ｂ）に示すように、切換え前トルクＴｒ１＞切換え後トルクＴｒ２である場合には、予め設定した切換え期間ｔ２はリニアに変化させる。つまり、トルク制御周期がθである場合、ｉ回目の制御時のトルク指令Ｔｒは、
Ｔｒ＝（（Ｔｒ２−Ｔｒ１）／ｔ２）＊ｉ・θ＋Ｔｒ１
として設定する。
【００３２】
（ｃ）トルク指令がトルク指令０をまたぐ場合
例えば、回生モードから力行モードに切換える場合、トルクが０付近にある時間を極力減らし、逆トルクになったときには緩やかにトルクを指令値まで変化させる。
【００３３】
これによって、トルク切換え時に発生する衝撃を抑制し、乗り心地の改善を図る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施の形態の構成を示すブロック図。
【図２】上記の実施の形態によるトルク制御のフローチャート。
【図３】上記の実施の形態によるトルク制御の特性図。
【図４】上記の実施の形態におけるトルク指令の切換え時の移行制御を示すタイムチャート。
【図５】従来例によるトルク制御の特性図。
【符号の説明】
１トルクコントロールユニット
２モータコントロールユニット
３シフトポジションスイッチ
４スロットルポジションセンサ
５ブレーキスイッチ
６回転数センサ
７モータ
８インバータユニット
９バッテリ

Claims

アクセル開度の検出手段と、
駆動モータの回転数検出手段と、
ブレーキスイッチのオン／オフ検出手段と、
（１）前記駆動モータの減速時に、前記アクセル開度が０かつ前記ブレーキスイッチがオンであれば、前記駆動モータの回転数が０になるまで当該駆動モータを回生制御し、（２）前記駆動モータの減速時に、前記アクセル開度が０かつ前記ブレーキスイッチがオフであれば、前記駆動モータの回転数が予め設定された所定値になるまで当該駆動モータを回生制御するモータ駆動制御手段とを備え、
前記モータ駆動制御手段は、前記駆動モータへのトルク指令が０の値を跨がずにトルク指令を切り換える場合には、予め設定した切り換え期間はトルクをリニアに変化させ、
前記駆動モータへのトルク指令を正の値から負の値、もしくは負の値から正の値に切り換える場合には、トルクが０の値付近にある時間を、トルクをリニアに変化させるより減らすように変化させ、この変化させる前後ではトルクをリニアに変化させる
ことを特徴とする電気自動車のトルク制御装置。