JP3783590B2 - 電動車両の出力制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレス直流モータを駆動源とする電気自動車、電動スクータなどの電動車両の出力を制御する出力制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気モータを駆動源とする電動車両においては、被駆動軸をモータの出力軸に直結するか、または被駆動軸を変速比が固定された変速機を介してモータの出力軸に連結する構造をとることが多い。
【０００３】
電動車両においては、１回のバッテリの充電で走行し得る距離を延ばすことが大きな課題になっている。そのため、モータの出力を制御するに当って、定常運転モードと経済運転モードとの２つの運転モードを選択し得るようにしておいて、定常運転モードが選択されているときには走行性能を重視した出力制御を行い、経済運転モードが選択されているときには、バッテリの消耗を少なくして走行距離を延ばすために経済性を重視した出力制御を行うことが提案されている。
【０００４】
このような制御を行う電動車両の出力制御装置は、運転モードを定常運転モードとするか経済運転モードとするかを選択する運転モード選択手段と、アクセル操作部材の変位量をアクセル開度として検出するアクセルセンサと、運転モード選択手段が定常運転モードを選択しているときに定常運転時に許容する最大許容電流値を定常運転時最大許容電流値として設定して、設定した最大許容電流値を超えない範囲でアクセルセンサにより検出されているアクセル開度に応じて決定した駆動電流をモータに供給する定常運転時モータ駆動手段と、運転モード選択手段が経済運転モードを選択しているときに定常運転時最大許容電流値よりも低い値に制限された経済運転時最大許容電流値を設定して、該経済運転時最大許容電流値を超えない範囲でアクセルセンサにより検出されているアクセル開度に応じて決定した駆動電流をモータに供給する経済運転時モータ駆動手段とを備えている。
【０００５】
上記のような制御を行う場合、経済運転モードを選択して走行している状態で路面の状況によりモータにかかる負荷が増大して（例えば登坂走行にかかって）、モータが要求する駆動電流が経済運転時最大許容電流値を超える状態になると、モータに供給される駆動電流が不足して走行性能が低下する。
【０００６】
このような問題が生じるのを防ぐため、特開平１１−２０５９１４号に示された発明では、車両の傾斜角から車両が登坂走行を行っていることを検出する登坂走行検出手段を設けて、登坂走行が検出されたときに経済運転時最大許容電流値を大きい値に補正することにより、登坂性能を向上させている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、経済運転モードを選択している状態で、登坂走行が検出されたときに経済運転時最大許容電流値を大きい値に補正するようにすれば、経済運転時にモータに供給できる駆動電流の最大値（アクセル全開時の駆動電流値）を大きくすることができるため、登坂性能を向上させることができる。
【０００８】
しかしながら、既提案の装置では、車両の傾斜角を検出することにより登坂走行中であることを検出するようにしていたため、車両に傾斜角度計を搭載することが必要になり、コストが高くなるのを避けられなかった。また既提案の装置では、登坂走行時にのみ最大許容電流値を補正するようにしていたため、路面抵抗の増大や、車両重量の増大等、登坂走行以外の原因によりモータにかかる負荷が大きくなって、モータが要求する駆動電流が増加したときに、その要求に応えることができないという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、傾斜角度計などの高価なセンサを用いることなく、また登坂走行時はもちろん、登坂走行以外の原因によりモータにかかる負荷が大きくなってモータが要求する駆動電流が増加したときにも、その要求に応えることができるようにして、車両の走行性能を向上させることができるようにした電動車両の出力制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、車両の被駆動軸とブラシレス直流モータの出力軸とが直結されるかまたは変速比が固定された変速機を介して連結されている電動車両の運転モードを定常運転モードとするか経済運転モードとするかを選択する運転モード選択手段と、アクセル操作部材の変位量をアクセル開度として検出するアクセルセンサと、運転モード選択手段が定常運転モードを選択しているときに設定された定常運転時最大許容電流値を超えない範囲でアクセルセンサにより検出されているアクセル開度に応じて決定した駆動電流をモータに供給する定常運転時モータ駆動手段と、運転モード選択手段が経済運転モードを選択しているときに定常運転時最大許容電流値よりも低い値に制限された経済運転時最大許容電流値を超えない範囲でアクセルセンサにより検出されているアクセル開度に応じて決定した駆動電流を前記モータに供給する経済運転時モータ駆動手段とを備えた電動車両の出力制御装置に係わるものである。
【００１１】
本発明においては、ブラシレス直流モータのロータの回転角度位置を検出する位置センサの出力レベルの変化の時間間隔、該時間間隔から求めたモータの回転速度、及び該回転速度を換算して得た前記車両の走行速度の中から選択した一つの値を車速情報検出値として求める車速情報検出手段と、モータの駆動電流を検出するモータ電流検出回路と、車両の走行中にモータにかかる負荷の大きさが設定値に等しい状態でのモータの駆動電流と車速情報検出値との間の関係を与えるデータを走行時負荷判定用マップとして記憶した負荷判定用マップ記憶手段と、車速情報検出手段により検出された車速情報検出値に対して走行時負荷判定用マップから読み出した駆動電流の大きさとモータ電流検出回路により検出された駆動電流の大きさとから、モータにかかっている負荷が設定値を超えているか否かを判定する走行時負荷判定手段と、経済運転モードが選択されている状態で走行時負荷判定手段によりモータに設定値を超える負荷がかかっていると判定されたときに、運転モードを定常運転モードに切り換える負荷増大時運転モード切換手段とを設ける。
【００１２】
電動車両において、車両の走行中にモータに流れる駆動電流は、モータにかかっている負荷が大きい場合程大きい値を示す。したがって、モータにかかる負荷が設定値に等しいときに流れるモータの駆動電流と車速情報との関係を与えるデータを走行時負荷判定用マップとして記憶させておいて、モータ駆動電流検出回路により検出されるモータの駆動電流を、車速情報と走行時負荷判定用マップとから求められたモータの駆動電流と比較することにより、モータにかかっている負荷が設定値を超えているか否かを判定することができる。即ち、モータ電流検出回路が検出した駆動電流が、車速情報検出値に対して走行時負荷判定用マップから読み出したモータの駆動電流よりも大きいときに、モータに設定値を超える負荷がかかっていると判定することができる。
【００１３】
そして、経済運転モードが選択されている状態で、路面の勾配の増大等によりモータに設定値を超える負荷がかかっていると判定されたときに、運転モードを定常運転モードに切り換えるようにすると、モータに供給する駆動電流を増大させることができるため、負荷の増大により走行性能が低下するのを防ぐことができる。
【００１４】
上記のように、ブラシレス直流モータに必ず設けられている位置センサの出力から車両の走行速度の情報を得るようにすると、車両の走行速度の情報を得るためにエンコーダ等の車速センサを設ける必要がないため、コストの上昇を招くことなく、車速を検出することができる。
【００１５】
上記の構成では、経済運転モードが選択されている状態でモータにかかる負荷が増大したことが検出されたときに、運転モードを定常運転モードに切り換えるようにしているが、経済運転モードが選択されている状態でモータにかかる負荷が設定値を超えた後、該負荷が設定値以下に戻ったときには、運転モードを経済運転モードに戻すようにするのが好ましい。
【００１６】
上記の構成では、車両の走行速度とモータの駆動電流との関係だけからモータにかかる負荷の増大を検出するようにしたが、モータの駆動電流は、急加速操作が行われたときにも増加する。従って、上記の構成では、経済運転モードが選択されている状態で急加速操作が行われた際にも運転モードが定常運転モードに切り換えられることになり、経済運転モードにおいても急加速操作が許容されることになる。バッテリに蓄積されたエネルギを節約するため、経済運転モードにおいては、急加速操作が行われてもモータ駆動電流を増加させないようにするのが好ましい。
【００１７】
そのためには、上記の構成に加えて、アクセル開度の時間的な変化率を検出するアクセル開度変化率検出手段を更に設けて、アクセル開度変化率検出手段により検出されたアクセル開度の時間的変化率が設定値よりも小さいときにのみモータに設定値以上の負荷がかかっているか否かの判定を行うように走行時負荷判定手段を構成するのが好ましい。
【００１８】
一般に、登坂走行の際や、摩擦抵抗が大きい路面での走行の際には、モータの出力トルクが不足気味になったときにアクセル開度を時間をかけて徐々に増加させていくのに対し、急加速時にはアクセル開度を短時間の内に増加させるため、登坂走行時のアクセル開度の時間的変化率は、急加速時のアクセル開度の時間的変化率に比べて小さい値を示す。したがって、上記のようにアクセル開度の時間的変化率を登坂走行の判定の条件に加えるようにすると、路面の傾斜角の増大、路面の摩擦抵抗の増大、車両重量の増大等によりモータにかかる負荷が増大したことによる駆動電流の増大と、急加速操作時に生じる駆動電流の増大とを区別して検出して、路面の傾斜角の増大や車両重量の増大等によりモータにかかる負荷が増大したときにのみ（車両の運転上やむを得ない場合にのみ）駆動電流を増大させることができるため、経済運転モード選択時に急加速操作によりバッテリが消耗するのを防いで、走行距離を延ばすことができる。
【００１９】
経済運転モードが選択されている状態で走行時負荷判定手段によりモータに設定値を超える負荷がかかっていると判定されたために、運転モードを経済運転モードから定常運転モードに切り換える際、及び運転者が経済運転モードで走行中に自らの意思により運転モードを経済運転モードから定常運転モードに切り換える際には、車速の急変により運転者が無用のショックを受けるのを防止するために、モータに与える駆動電流を経済運転モード時の値から定常運転モード時の値に徐々に増大させるようにするのが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態で用いるハードウェアの構成を概略的に示したもので、同図において１はブラシレス直流モータである。ブラシレス直流モータ１は、磁石界磁を備えたロータと、２相以上の多相の巻線を備えたステータとから構成されている。図示の例では、ブラシレス直流モータ１のステータにＵ，Ｖ，Ｗ３相の巻線が設けられ、ロータが２極に構成されているものとする。ブラシレス直流モータ１の回転軸は、電動車両の被駆動軸に直結されるか、または変速比が固定された変速機を介して電動車両の被駆動軸に連結されている。
【００２１】
図１においてｈｕ〜ｈｗは、モータ１の３相の巻線に対してそれぞれ設けられた位置センサである。これらの位置センサは通常ホールＩＣ等のホール素子により構成される。位置センサｈｕ〜ｈｗは、３相の巻線のそれぞれに対してロータの磁極の極性を検出して、検出している磁極がＮ極のときと、Ｓ極のときとでレベルを異にする位置検出信号を出力する。
【００２２】
図４（Ａ）ないし（Ｃ）は、Ｕ，Ｖ，Ｗ３相の巻線に対してそれぞれ設けられた３つの位置センサｈｕ，ｈｖ及びｈｗがそれぞれ出力する位置検出信号Ｈｕ，Ｈｖ及びＨｗの一例を示している。位置センサｈｕ〜ｈｗがそれぞれ出力する位置検出信号Ｈｕ〜Ｈｗは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ，タイマ等を有するマイクロコンピュータ２に入力されている。
【００２３】
マイクロコンピュータ２は、各相の巻線に対して設けられた位置センサの出力に応じて、ステータの巻線の励磁すべき相を決定して、決定した相の巻線に駆動電流を流すべく、モータ駆動回路３に駆動信号を与える。
【００２４】
モータ駆動回路３は、トランジスタやＭＯＳＦＥＴ等のスイッチ素子をブリッジ接続して構成した周知のインバータ回路からなっていて、マイクロコンピュータ２から与えられる駆動信号に応じて、ブリッジの上辺を構成するスイッチ素子の一つとブリッジの下辺を構成するスイッチ素子の一つとをオン状態にすることによりモータ１の巻線に駆動電流を流す。
【００２５】
図示の例では、モータ１のステータが３相の巻線を有しているため、スイッチ駆動回路３は、ブリッジの上辺を構成する３つのスイッチ素子と、ブリッジの下辺を構成する３つのスイッチ素子との合計６個のスイッチ素子を備えた周知の３相インバータ回路により構成されている。マイクロコンピュータ２は、インバータ回路を構成する６個のスイッチ素子にそれぞれ対応する６個の出力線を通してモータ駆動回路３に接続されていて、各出力線の電位（駆動信号）をＨレベル（高レベル）にすることにより各出力線に対応するスイッチ素子をオン状態にし、各出力線の電位をＬレベル（低レベル）にすることにより各出力線に対応するスイッチ素子をオフ状態にする。
【００２６】
マイクロコンピュータ２はまた、インバータ回路（モータ駆動回路３）のブリッジの上辺を構成するスイッチ素子及びブリッジの下辺を構成するスイッチ素子の少なくとも一方に与える駆動信号をＰＷＭ変調された波形として、該ＰＷＭ波形の駆動信号のデューティ比を変化させることにより、モータ１に流す駆動電流をＰＷＭ制御して、その平均値を制御する。
【００２７】
一例として、各相の巻線に通電する角度を１２０度として、駆動電流を所定の相順で３相の巻線に転流させる１２０度スイッチング制御を行う場合にＵ，Ｖ及びＷ３相の巻線に流れる駆動電流Ｉｕ，Ｉｖ及びＩｗのそれぞれの波形の一例を図４（Ｄ）ないし（Ｆ）に概略的に示した。
【００２８】
図１において４は、図示しないバッテリからモータ駆動回路３を通してモータ１のステータに流れる全駆動電流を検出するモータ電流検出回路である。この検出回路４は、例えば駆動電流の通電路に挿入されたシャント抵抗器により構成される。モータ電流検出回路４から得られる電流検出信号（駆動電流に比例した電圧信号）は、マイクロコンピュータ２のアナログ入力ポートに入力され、マイクロコンピュータ内のＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換されてＣＰＵにより認識される。
【００２９】
マイクロコンピュータ２にはまた、運転モード選択スイッチ５が発生する運転モード選択信号が入力されている。運転モード選択スイッチ５としては、運転者の手動操作によりオン状態とオフ状態とに切換えられるスイッチを用いることができる。この場合、マイクロコンピュータ２は、例えば運転モード選択スイッチ５がオフ状態にあるときに定常運転モードが選択されていると認識し、運転モード選択スイッチ５がオン状態にあるときに経済運転モードが選択されていると認識する。
【００３０】
マイクロコンピュータ２には更に、アクセルセンサ６の出力が入力されている。アクセルセンサ６は、運転者が車速を調節する際に操作するアクセル操作部材（アクセルグリップやアクセルペダル）の変位量をアクセル開度として検出して、アクセル開度に比例したアクセル開度検出信号を出力するセンサである。このアクセルセンサは、適宜の変位センサ、例えば可動接触子がアクセル操作部材と連動して変位するポテンショメータと該ポテンショメータの両端に定電圧を印加する電源回路とにより構成される。アクセルセンサ６が出力するアクセル開度検出信号は、マイクロコンピュータ２のアナログ入力ポートに入力されてデジタル信号に変換される。
【００３１】
マイクロコンピュータ２は、そのＲＯＭにより、車両が走行する路面の既知の勾配とモータの駆動電流と車速情報検出値との関係を与えるデータを登坂判定用マップとして記憶した登坂判定用マップ記憶手段と、ＣＰＵが実行する所定のプログラムを記憶したプログラム記憶手段とを構成する。
【００３２】
なお本明細書において、「車速情報検出値」は、車両の走行速度の情報を含む値を意味する。本発明が対象とする電動車両においては、ブラシレス直流モータの出力軸が車両の被駆動軸に直結されるか、または変速比が固定された変速機を介して車両の被駆動軸に連結されているため、上記の車速情報検出値としては、モータの回転に同期して発生する信号の発生間隔や、該信号の発生間隔から演算により求めたモータの回転速度や、該モータの回転速度を換算することにより求めた車両の走行速度そのものを用いることができる。
【００３３】
後記するように、本発明では、モータの回転に同期して発生する信号として、各相の巻線に対してロータの回転角度位置を検出するためにブラシレス直流モータに必ず設けられている位置センサの出力信号を用いる。
【００３４】
車両が走行している路面の既知の勾配とモータの駆動電流と車速情報検出値との関係は例えば図６に示した通りである。図６の縦軸はモータ１に与えられる駆動電流を示し、横軸は車両の走行速度を示しいてる。また曲線ａないしｄはそれぞれモータにかかる負荷がＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ及びＬｄ（Ｌａ＜Ｌｂ＜Ｌｃ＜Ｌｄ）の場合の駆動電流対走行速度特性を示している。ここで、負荷Ｌａ〜Ｌｄは例えば、路面（上り坂）の傾斜角が０°，５°，１０°及び１５°の場合にモータにかかる負荷を示している。
【００３５】
マイクロコンピュータのＲＯＭには、走行中にモータにかかる負荷の大きさが設定値に等しい状態での駆動電流と車速情報検出値との関係（例えば図６の曲線ａの関係）を与えるデータが走行時負荷判定用マップとして記憶されている。
【００３６】
当然のことながら、上記のマップは、速度情報検出値として車両の走行速度そのものを用いる場合には、駆動電流と走行速度との間の関係を与えるマップとして構成され、速度情報検出値としてモータの回転速度を用いる場合には、駆動電流とモータの回転速度との間の関係を与えるマップとして構成される。また速度情報検出値として、位置センサの出力の変化の時間間隔を用いる場合には、モータの駆動電流と、該時間間隔との間の関係を与えるマップとして上記マップが構成される。
【００３７】
マイクロコンピュータ２は、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、運転モード選択スイッチ５の状態に応じて電動車両の運転モードを定常運転モードとするか経済運転モードとするかを選択する運転モード選択手段と、運転モード選択手段が定常運転モードを選択しているときに設定された定常運転時最大許容電流値を超えない範囲でアクセルセンサにより検出されているアクセル開度に応じて決定した駆動電流をモータ１に供給する定常運転時モータ駆動手段と、運転モード選択手段が経済運転モードを選択しているときに定常運転時最大許容電流値よりも低い値に制限された経済運転時最大許容電流値を超えない範囲でアクセルセンサ６により検出されているアクセル開度に応じて決定した駆動電流をモータ１に供給する経済運転時モータ駆動手段と、ブラシレス直流モータ１のロータの回転角度位置を検出する位置センサの出力レベルの変化の時間間隔、該時間間隔から求めたモータの回転速度、及び該回転速度を換算して得た前記車両の走行速度の中から選択した一つの値を車速情報検出値として求める車速情報検出手段と、一定のサンプリング間隔でアクセルセンサの出力をサンプリングして、アクセルセンサの出力をサンプリングする毎に、アクセル開度の時間的な変化率を検出するアクセル開度変化率検出手段と、車速情報検出手段により検出された車速情報検出値に対して走行時負荷判定用マップから読み出した駆動電流の大きさとモータ電流検出回路により検出された駆動電流の大きさとから、モータにかかっている負荷が設定値を超えているか否かを判定する走行時負荷判定手段と、経済運転モードが選択されている状態で走行時負荷判定手段によりモータに設定値を超える負荷がかかっていると判定されたときに、運転モードを定常運転モードに切り換える負荷増大時運転モード切換手段とを実現する。
【００３８】
上記の各手段を実現するためにマイクロコンピュータが実行するプログラムのメインルーチンのアルゴリズムの一例を示すフローチャートを図２に示した。図２に示したアルゴリズムに従う場合には、先ずステップ１においてアクセルセンサ６の出力を読み込む。マイクロコンピュータ２は、十分に短いサンプリング間隔でアクセルセンサ６の出力を常時サンプリングしており、サンプリングしたアクセル開度をＲＡＭに記憶させる。マイクロコンピュータはまた、アクセル開度をサンプリングする毎に、ステップ２を実行して一定の時間ｔが経過する間に検出されたアクセル開度の変化Δθと、時間ｔとの比Δθ／ｔをアクセル開度の時間的変化率として演算する。ここでΔθは、ある時刻ｔ1 におけるアクセル開度θ1 と、時刻ｔ1 から一定の時間ｔが経過した時の時刻ｔ2 におけるアクセル開度θ2 とから、Δθ＝θ2 −θ1 により演算される。このステップ２により、アクセル開度変化率検出手段が実現される。
【００３９】
アクセル開度の時間的変化率を演算した後、ステップ３において運転モード選択スイッチ５が定常運転モードと経済運転モードとのいずれの運転モードを選択しているかを判定する。本実施形態では、運転モード選択スイッチ５と、図２のステップ３とにより、電動車両の運転モードを定常運転モードとするか経済運転モードとするかを選択する運転モード選択手段が構成されている。
【００４０】
図２のステップ３の判定を行った結果、定常運転モードが選択されていると判定された場合には、ステップ４に進んで、予めＲＯＭに記憶されている定常運転時の最大許容電流値Ｉmax1を読み出して、この最大許容電流値を定常運転時最大許容電流値とする。
【００４１】
ステップ４で定常運転時最大許容電流値を決定した後、ステップ５において、ステップ１で検出されたアクセル開度からモータに流すべき駆動電流値（平均値）を決定し、更にモータに流す駆動電流の平均値を決定した値にするために必要な駆動電流のデューティ比を決定する。次いで、ステップ６において、モータ駆動回路３に駆動信号を与える。この駆動信号は位置センサｈu 〜ｈw の出力のレベルが変化する毎に変化する信号であり、前述のように、モータ駆動回路３を構成するインバータ回路のブリッジの上辺のスイッチ素子及び下辺のスイッチ素子の少なくとも一方に与える駆動信号はステップ５で決定されたデューティ比で断続するＰＷＭ波形の駆動信号である。
【００４２】
定常運転時にモータ１に供給される駆動電流Ｉは、設定された定常運転時最大許容電流値Ｉmax1を超えない範囲でアクセル開度θに対して変化させられる。定常運転時における駆動電流平均値とアクセル開度θとの関係は、例えば図５の曲線ａの通りである。
【００４３】
図２のステップ３において経済運転モードが選択されていると判定されたときには、ステップ７に進んでＲＯＭに記憶されている経済運転時の最大許容電流値Ｉmax2を読み出して、この最大許容電流値を経済運転時最大許容電流値とする。経済運転時最大許容電流値Ｉmax2は、定常運転時最大許容電流値Ｉmax1よりも小さい値に設定されている。
【００４４】
ステップ７で経済運転時最大許容電流値を決定した後、ステップ８に進んで、アクセル開度に対応するモータの駆動電流値（平均値）を決定し、駆動電流の平均値を決定した値にするために必要な駆動電流のデューティ比を決定する。
【００４５】
経済運転モードが選択されているときには、定常運転時最大許容電流値Ｉmax1よりも低い値に制限された経済運転時最大許容電流値Ｉmax2を超えない範囲で、アクセルセンサ６により検出されているアクセル開度θに応じて決定した駆動電流をモータ１に供給する。経済運転モードが選択されているときにモータ１に供給される駆動電流Ｉとアクセル開度θとの関係の一例を示すと、図５の曲線ｂの通りである。
【００４６】
図２のステップ８において経済運転時のデューティ比を決定した後、ステップ９において、モータの負荷が設定値を超えているか否かを判定する負荷判定処理を行う。この負荷判定処理を行うルーチンは、例えば図３に示す通りである。図３の負荷判定処理ルーチンでは、ステップ１において、先ず位置センサｈu 〜ｈw の出力のレベル変化の内、予め定めた特定のレベル変化の間の時間間隔を計測する。
【００４７】
位置センサの出力のレベル変化の時間間隔とは、例えば図４（Ａ）において位置検出信号ＨｕがＨレベルになってからＬレベルになるまでの時間（位置検出信号ＨｕがＨレベルになっている時間）や、位置検出信号ＨｕがＬレベルになってからＨレベルになるまでの時間、あるいは、位置検出信号ＨｕがＨレベルになってから位置検出信号ＨｖがＨレベルになるまでの時間等である。いずれの位置検出信号のレベル変化の時間間隔を計測するかは任意であるが、レベル変化の時間間隔を計測する位置検出信号は予め定めておき、毎回同じ位置検出信号（一つまたは複数の位置検出信号）のレベル変化の時間間隔を計測するようにする。
【００４８】
位置センサの出力のレベル変化の時間間隔の計測はマイクロコンピュータに設けられたタイマにより行う。例えば、位置検出信号Ｈｕの立ち上がりから立下がりまでの時間間隔を計測する場合には、位置検出信号Ｈｕの立ち上がりのエッジでタイマを起動し、該位置検出信号Ｈｕの立下がりのエッジでタイマの計時値を読み込むとともに該タイマをリセットする。
【００４９】
位置センサｈｕ〜ｈｗはモータ１のステータ側の特定の位置に固定されているため、位置センサの出力のレベル変化の時間間隔は、モータの回転速度情報を含んでいる。また本発明が対象とする電動車両においては、モータ１の回転軸が車両の被駆動軸に直結されているか、または変速比が固定された変速機を介して車両の被駆動軸に連結されているため、位置センサの出力のレベル変化の時間間隔は、車両の走行速度の情報をも含んでいる。
【００５０】
本発明では、位置検出信号のレベル変化の時間間隔の計測値、この計測値から演算したモータの回転速度、及びこのモータの回転速度を換算して得た車両の走行速度の内のいずれか一つを車両の走行速度の情報を含む車速情報検出値として用いる。以下に示す例では、モータの回転速度を換算して得た車両の走行速度を車速情報検出値として用いる。
【００５１】
図３のステップ２で、予め定めた特定の位置検出信号のレベル変化の時間間隔を計測した後、ステップ２においてその計測値からモータの回転速度を演算し、更にステップ３において、モータの回転速度を車両の走行速度に変換する。
【００５２】
この例では、図３のステップ１ないしステップ３により、車速情報検出手段が実現される。
【００５３】
図３のステップ３において車両の走行速度を求めた後、ステップ４に進んでモータ電流検出回路４が検出しているモータの駆動電流Ｉを読み込み、ステップ５において、駆動電流Ｉが判定値Ｉｓ（Ｉｓは走行速度により変化する）を超えているか否かを判定する。ここでは図６の曲線ａの関係を走行時負荷判定マップとして記憶させておき、検出された車速情報に対してこのマップから読み出した駆動電流の値を判定値Ｉｓとして、モータ電流検出回路により検出された駆動電流Ｉが判定値Ｉｓよりも大きいときに登坂走行中であると判定する。
【００５４】
図３のステップ５の判定を行った結果、検出された駆動電流Ｉが検出された走行速度における判定値Ｉｓを超えていると判定されたときには、ステップ６に進んで、アクセルセンサにより検出されたアクセル開度の時間的変化率Δθ／ｔが設定値αよりも小さいか否かを判定する。
【００５５】
一般に、路面の傾斜角等、路面の状況の変化に対応する際には、アクセル開度θを時間をかけて徐々に増加させていくのに対し、急加速時にはアクセル開度を短時間の内に増加させるため、路面の状況が変化したときのアクセル開度の時間的変化率Δθ／ｔは、急加速時のアクセル開度の時間的変化率Δθ／ｔに比べて小さい値を示す。したがって、Δθ／ｔと比較する設定値を適当に定めておくことにより、運転者が急加速を行うためにアクセル操作を行ったのか、それ以外の目的でアクセル操作を行ったのかを判定することができる。
【００５６】
図３のステップ５において、検出された駆動電流の値が判定値（この例では平坦な路面を走行しているときの値）Ｉｓよりも大きいと判定され、ステップ６において、アクセル開度の時間的変化率から、運転者が急加速のためにアクセルを操作したのではないと判定されたときには、ステップ７に進んで負荷判定フラグを「１」にセットした後図２のステップ１０に戻る。
【００５７】
図３のルーチンのステップ５においてＩ≦Ｉｓと判定されたとき（モータの負荷が設定値を超えていないと判定されたとき）、及びステップ６においてアクセル開度の時間的変化率が設定値以上であると判定されたとき（急加速操作が行われたと判定されたとき）には、ステップ８において負荷判定フラグを「０」にセットした後、図２のステップ１０に戻る。
【００５８】
この例では、図３のステップ５ないし８と、図２のステップ１０とにより、経済運転モードが選択されている状態で走行時負荷判定手段によりモータに設定値を超える負荷がかかっていると判定されたときに、運転モードを定常運転モードに切り換え、走行時負荷判定手段によりモータにかかる負荷が設定値以下になったと判定されたときに運転モードを経済運転モードに戻す負荷増大時運転モード切換手段が実現される。
【００５９】
図２のステップ１０においては、負荷判定フラグが「１」であるか「０」であるかを判定して、負荷判定フラグが「１」であるときに登坂走行等によりモータの負荷が設定値を超えていると判定し、負荷判定フラグが「０」であるときにモータの負荷が設定値を超えていないと判定する。
【００６０】
図２のステップ１０においてモータの負荷が設定値を超えていると判定されたときには、ステップ４に移行して運転モードを定常運転モードに切り換える。
【００６１】
またステップ１０においてモータの負荷が設定値を超えていないと判定されたときには、何もしないでステップ６に移行し、モータ駆動回路３に駆動信号を与える。
【００６２】
上記の例では、図２のステップ４ないし６により、運転モード選択手段が定常運転モードを選択しているときに設定された定常運転時最大許容電流値を超えない範囲でアクセルセンサにより検出されているアクセル開度に応じて決定した駆動電流をモータに供給する定常運転時モータ駆動手段が実現される。
【００６３】
また図２のステップ６ないし８により、運転モード選択手段が経済運転モードを選択しているときに定常運転時最大許容電流値よりも低い値に制限された経済運転時最大許容電流値を超えない範囲でアクセルセンサにより検出されているアクセル開度に応じて決定した駆動電流をモータに供給する経済運転時モータ駆動手段が実現される。
【００６４】
上記の例では、モータにかかる負荷の増大と、急加速時の負荷の増大とを区別するために、アクセル開度の時間的変化率を設定値と比較することにより、急加速時のアクセル操作と急加速時以外のアクセル操作とを識別して、急加速時のアクセル操作ではないと判定されているときにのみ、走行時負荷判定手段による判定を行うようにしているが、アクセル開度の時間的変化率を登坂走行の判定に用いることなく、走行時負荷判定用マップのみを用いて、モータの負荷が設定値を超えているか否かの判定を行うようにしてもよい。この場合には、図２のステップ２及び図３のステップ６が省略される。
【００６５】
但し、このように構成した場合には、経済運転モード選択時に急加速操作が行われた場合にも運転モードが定常運転モードに切り換えられる。
【００６６】
上記の例では示さなかったが、経済運転モードが選択されている状態で走行時負荷判定手段によりモータに設定値を超える負荷がかかっていると判定されたために、運転モードを経済運転モードから定常運転モードに切り換える際には、車速の急変により運転者が無用のショックを受けるのを防止するために、モータに与える駆動電流を経済運転モード時の値から定常運転モード時の値に徐々に増大させるようにするのが好ましい。同様に、運転者が経済運転モードで走行中に自らの意思により運転モードを経済運転モードから定常運転モードに切り換える際にも、モータに与える駆動電流を経済運転モード時の値から定常運転モード時の値に徐々に増大させるようにするのが好ましい。
【００６７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、車両の走行中にモータにかかる負荷の大きさが設定値に等しい状態でのモータの駆動電流と車速情報検出値との間の関係を与えるデータを走行時負荷判定用マップとして記憶させておいて、検出された車速に対して上記マップから読み出した駆動電流とモータ電流検出回路により検出された駆動電流とから、経済運転モードが選択されている状態で、モータに設定値を超える負荷がかかっていると判定されたときに、運転モードを定常運転モードに切り換えるようにしたので、経済運転モード選択時に、路面の状況や車両重量の増大等によりモータの駆動電流が不足する状態が生じて走行性能が低下するのを防ぐことができる。
【００６８】
また本発明によれば、車速センサを用いることなく、ブラシレス直流モータに必ず設けられている位置センサの出力から車両の走行速度の情報を得るようにしたので、コストの上昇を招くことなく、車速を検出して、経済運転モード選択時の走行性能を向上させるための制御を行わせることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる出力制御装置のハードウェアの構成例を示したブロック図である。
【図２】図１の制御装置のマイクロコンピュータに実行させるプログラムのメインルーチンのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。
【図３】図２の登坂判定処理を行うルーチンのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。
【図４】ブラシレス直流モータに設けられる位置センサの出力波形と駆動電流波形とを概略的に示した波形図である。
【図５】本発明に係わる出力制御装置において、アクセル開度を変化させた場合の駆動電流の変化の特性の一例を示した線図である。
【図６】ブラシレス直流モータの駆動電流と車両の走行速度との間の関係を与える特性をモータにかかる負荷の大きさをパラメータとして示した線図である。
【符号の説明】
１…ブラシレス直流モータ、２…マイクロコンピュータ、３…モータ駆動回路、４…モータ電流検出回路、５…運転モード選択スイッチ、６…アクセルセンサ、ｈu 〜ｈw …位置センサ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレス直流モータを駆動源とする電気自動車、電動スクータなどの電動車両の出力を制御する出力制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気モータを駆動源とする電動車両においては、被駆動軸をモータの出力軸に直結するか、または被駆動軸を変速比が固定された変速機を介してモータの出力軸に連結する構造をとることが多い。
【０００３】
電動車両においては、１回のバッテリの充電で走行し得る距離を延ばすことが大きな課題になっている。そのため、モータの出力を制御するに当って、定常運転モードと経済運転モードとの２つの運転モードを選択し得るようにしておいて、定常運転モードが選択されているときには走行性能を重視した出力制御を行い、経済運転モードが選択されているときには、バッテリの消耗を少なくして走行距離を延ばすために経済性を重視した出力制御を行うことが提案されている。
【０００４】
このような制御を行う電動車両の出力制御装置は、運転モードを定常運転モードとするか経済運転モードとするかを選択する運転モード選択手段と、アクセル操作部材の変位量をアクセル開度として検出するアクセルセンサと、運転モード選択手段が定常運転モードを選択しているときに定常運転時に許容する最大許容電流値を定常運転時最大許容電流値として設定して、設定した最大許容電流値を超えない範囲でアクセルセンサにより検出されているアクセル開度に応じて決定した駆動電流をモータに供給する定常運転時モータ駆動手段と、運転モード選択手段が経済運転モードを選択しているときに定常運転時最大許容電流値よりも低い値に制限された経済運転時最大許容電流値を設定して、該経済運転時最大許容電流値を超えない範囲でアクセルセンサにより検出されているアクセル開度に応じて決定した駆動電流をモータに供給する経済運転時モータ駆動手段とを備えている。
【０００５】
上記のような制御を行う場合、経済運転モードを選択して走行している状態で路面の状況によりモータにかかる負荷が増大して（例えば登坂走行にかかって）、モータが要求する駆動電流が経済運転時最大許容電流値を超える状態になると、モータに供給される駆動電流が不足して走行性能が低下する。
【０００６】
このような問題が生じるのを防ぐため、特開平１１−２０５９１４号に示された発明では、車両の傾斜角から車両が登坂走行を行っていることを検出する登坂走行検出手段を設けて、登坂走行が検出されたときに経済運転時最大許容電流値を大きい値に補正することにより、登坂性能を向上させている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、経済運転モードを選択している状態で、登坂走行が検出されたときに経済運転時最大許容電流値を大きい値に補正するようにすれば、経済運転時にモータに供給できる駆動電流の最大値（アクセル全開時の駆動電流値）を大きくすることができるため、登坂性能を向上させることができる。
【０００８】
しかしながら、既提案の装置では、車両の傾斜角を検出することにより登坂走行中であることを検出するようにしていたため、車両に傾斜角度計を搭載することが必要になり、コストが高くなるのを避けられなかった。また既提案の装置では、登坂走行時にのみ最大許容電流値を補正するようにしていたため、路面抵抗の増大や、車両重量の増大等、登坂走行以外の原因によりモータにかかる負荷が大きくなって、モータが要求する駆動電流が増加したときに、その要求に応えることができないという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、傾斜角度計などの高価なセンサを用いることなく、また登坂走行時はもちろん、登坂走行以外の原因によりモータにかかる負荷が大きくなってモータが要求する駆動電流が増加したときにも、その要求に応えることができるようにして、車両の走行性能を向上させることができるようにした電動車両の出力制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、車両の被駆動軸とブラシレス直流モータの出力軸とが直結されるかまたは変速比が固定された変速機を介して連結されている電動車両の運転モードを定常運転モードとするか経済運転モードとするかを選択する運転モード選択手段と、アクセル操作部材の変位量をアクセル開度として検出するアクセルセンサと、運転モード選択手段が定常運転モードを選択しているときに設定された定常運転時最大許容電流値を超えない範囲でアクセルセンサにより検出されているアクセル開度に応じて決定した駆動電流をモータに供給する定常運転時モータ駆動手段と、運転モード選択手段が経済運転モードを選択しているときに定常運転時最大許容電流値よりも低い値に制限された経済運転時最大許容電流値を超えない範囲でアクセルセンサにより検出されているアクセル開度に応じて決定した駆動電流を前記モータに供給する経済運転時モータ駆動手段とを備えた電動車両の出力制御装置に係わるものである。
【００１１】
本発明においては、ブラシレス直流モータのロータの回転角度位置を検出する位置センサの出力レベルの変化の時間間隔、該時間間隔から求めたモータの回転速度、及び該回転速度を換算して得た前記車両の走行速度の中から選択した一つの値を車速情報検出値として求める車速情報検出手段と、モータの駆動電流を検出するモータ電流検出回路と、車両の走行中にモータにかかる負荷の大きさが設定値に等しい状態でのモータの駆動電流と車速情報検出値との間の関係を与えるデータを走行時負荷判定用マップとして記憶した負荷判定用マップ記憶手段と、車速情報検出手段により検出された車速情報検出値に対して走行時負荷判定用マップから読み出した駆動電流の大きさとモータ電流検出回路により検出された駆動電流の大きさとから、モータにかかっている負荷が設定値を超えているか否かを判定する走行時負荷判定手段と、経済運転モードが選択されている状態で走行時負荷判定手段によりモータに設定値を超える負荷がかかっていると判定されたときに、運転モードを定常運転モードに切り換える負荷増大時運転モード切換手段とを設ける。
【００１２】
電動車両において、車両の走行中にモータに流れる駆動電流は、モータにかかっている負荷が大きい場合程大きい値を示す。したがって、モータにかかる負荷が設定値に等しいときに流れるモータの駆動電流と車速情報との関係を与えるデータを走行時負荷判定用マップとして記憶させておいて、モータ駆動電流検出回路により検出されるモータの駆動電流を、車速情報と走行時負荷判定用マップとから求められたモータの駆動電流と比較することにより、モータにかかっている負荷が設定値を超えているか否かを判定することができる。即ち、モータ電流検出回路が検出した駆動電流が、車速情報検出値に対して走行時負荷判定用マップから読み出したモータの駆動電流よりも大きいときに、モータに設定値を超える負荷がかかっていると判定することができる。
【００１３】
そして、経済運転モードが選択されている状態で、路面の勾配の増大等によりモータに設定値を超える負荷がかかっていると判定されたときに、運転モードを定常運転モードに切り換えるようにすると、モータに供給する駆動電流を増大させることができるため、負荷の増大により走行性能が低下するのを防ぐことができる。
【００１４】
上記のように、ブラシレス直流モータに必ず設けられている位置センサの出力から車両の走行速度の情報を得るようにすると、車両の走行速度の情報を得るためにエンコーダ等の車速センサを設ける必要がないため、コストの上昇を招くことなく、車速を検出することができる。
【００１５】
上記の構成では、経済運転モードが選択されている状態でモータにかかる負荷が増大したことが検出されたときに、運転モードを定常運転モードに切り換えるようにしているが、経済運転モードが選択されている状態でモータにかかる負荷が設定値を超えた後、該負荷が設定値以下に戻ったときには、運転モードを経済運転モードに戻すようにするのが好ましい。
【００１６】
上記の構成では、車両の走行速度とモータの駆動電流との関係だけからモータにかかる負荷の増大を検出するようにしたが、モータの駆動電流は、急加速操作が行われたときにも増加する。従って、上記の構成では、経済運転モードが選択されている状態で急加速操作が行われた際にも運転モードが定常運転モードに切り換えられることになり、経済運転モードにおいても急加速操作が許容されることになる。バッテリに蓄積されたエネルギを節約するため、経済運転モードにおいては、急加速操作が行われてもモータ駆動電流を増加させないようにするのが好ましい。
【００１７】
そのためには、上記の構成に加えて、アクセル開度の時間的な変化率を検出するアクセル開度変化率検出手段を更に設けて、アクセル開度変化率検出手段により検出されたアクセル開度の時間的変化率が設定値よりも小さいときにのみモータに設定値以上の負荷がかかっているか否かの判定を行うように走行時負荷判定手段を構成するのが好ましい。
【００１８】
一般に、登坂走行の際や、摩擦抵抗が大きい路面での走行の際には、モータの出力トルクが不足気味になったときにアクセル開度を時間をかけて徐々に増加させていくのに対し、急加速時にはアクセル開度を短時間の内に増加させるため、登坂走行時のアクセル開度の時間的変化率は、急加速時のアクセル開度の時間的変化率に比べて小さい値を示す。したがって、上記のようにアクセル開度の時間的変化率を登坂走行の判定の条件に加えるようにすると、路面の傾斜角の増大、路面の摩擦抵抗の増大、車両重量の増大等によりモータにかかる負荷が増大したことによる駆動電流の増大と、急加速操作時に生じる駆動電流の増大とを区別して検出して、路面の傾斜角の増大や車両重量の増大等によりモータにかかる負荷が増大したときにのみ（車両の運転上やむを得ない場合にのみ）駆動電流を増大させることができるため、経済運転モード選択時に急加速操作によりバッテリが消耗するのを防いで、走行距離を延ばすことができる。
【００１９】
経済運転モードが選択されている状態で走行時負荷判定手段によりモータに設定値を超える負荷がかかっていると判定されたために、運転モードを経済運転モードから定常運転モードに切り換える際、及び運転者が経済運転モードで走行中に自らの意思により運転モードを経済運転モードから定常運転モードに切り換える際には、車速の急変により運転者が無用のショックを受けるのを防止するために、モータに与える駆動電流を経済運転モード時の値から定常運転モード時の値に徐々に増大させるようにするのが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態で用いるハードウェアの構成を概略的に示したもので、同図において１はブラシレス直流モータである。ブラシレス直流モータ１は、磁石界磁を備えたロータと、２相以上の多相の巻線を備えたステータとから構成されている。図示の例では、ブラシレス直流モータ１のステータにＵ，Ｖ，Ｗ３相の巻線が設けられ、ロータが２極に構成されているものとする。ブラシレス直流モータ１の回転軸は、電動車両の被駆動軸に直結されるか、または変速比が固定された変速機を介して電動車両の被駆動軸に連結されている。
【００２１】
図１においてｈｕ〜ｈｗは、モータ１の３相の巻線に対してそれぞれ設けられた位置センサである。これらの位置センサは通常ホールＩＣ等のホール素子により構成される。位置センサｈｕ〜ｈｗは、３相の巻線のそれぞれに対してロータの磁極の極性を検出して、検出している磁極がＮ極のときと、Ｓ極のときとでレベルを異にする位置検出信号を出力する。
【００２２】
図４（Ａ）ないし（Ｃ）は、Ｕ，Ｖ，Ｗ３相の巻線に対してそれぞれ設けられた３つの位置センサｈｕ，ｈｖ及びｈｗがそれぞれ出力する位置検出信号Ｈｕ，Ｈｖ及びＨｗの一例を示している。位置センサｈｕ〜ｈｗがそれぞれ出力する位置検出信号Ｈｕ〜Ｈｗは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ，タイマ等を有するマイクロコンピュータ２に入力されている。
【００２３】
マイクロコンピュータ２は、各相の巻線に対して設けられた位置センサの出力に応じて、ステータの巻線の励磁すべき相を決定して、決定した相の巻線に駆動電流を流すべく、モータ駆動回路３に駆動信号を与える。
【００２４】
モータ駆動回路３は、トランジスタやＭＯＳＦＥＴ等のスイッチ素子をブリッジ接続して構成した周知のインバータ回路からなっていて、マイクロコンピュータ２から与えられる駆動信号に応じて、ブリッジの上辺を構成するスイッチ素子の一つとブリッジの下辺を構成するスイッチ素子の一つとをオン状態にすることによりモータ１の巻線に駆動電流を流す。
【００２５】
図示の例では、モータ１のステータが３相の巻線を有しているため、スイッチ駆動回路３は、ブリッジの上辺を構成する３つのスイッチ素子と、ブリッジの下辺を構成する３つのスイッチ素子との合計６個のスイッチ素子を備えた周知の３相インバータ回路により構成されている。マイクロコンピュータ２は、インバータ回路を構成する６個のスイッチ素子にそれぞれ対応する６個の出力線を通してモータ駆動回路３に接続されていて、各出力線の電位（駆動信号）をＨレベル（高レベル）にすることにより各出力線に対応するスイッチ素子をオン状態にし、各出力線の電位をＬレベル（低レベル）にすることにより各出力線に対応するスイッチ素子をオフ状態にする。
【００２６】
マイクロコンピュータ２はまた、インバータ回路（モータ駆動回路３）のブリッジの上辺を構成するスイッチ素子及びブリッジの下辺を構成するスイッチ素子の少なくとも一方に与える駆動信号をＰＷＭ変調された波形として、該ＰＷＭ波形の駆動信号のデューティ比を変化させることにより、モータ１に流す駆動電流をＰＷＭ制御して、その平均値を制御する。
【００２７】
一例として、各相の巻線に通電する角度を１２０度として、駆動電流を所定の相順で３相の巻線に転流させる１２０度スイッチング制御を行う場合にＵ，Ｖ及びＷ３相の巻線に流れる駆動電流Ｉｕ，Ｉｖ及びＩｗのそれぞれの波形の一例を図４（Ｄ）ないし（Ｆ）に概略的に示した。
【００２８】
図１において４は、図示しないバッテリからモータ駆動回路３を通してモータ１のステータに流れる全駆動電流を検出するモータ電流検出回路である。この検出回路４は、例えば駆動電流の通電路に挿入されたシャント抵抗器により構成される。モータ電流検出回路４から得られる電流検出信号（駆動電流に比例した電圧信号）は、マイクロコンピュータ２のアナログ入力ポートに入力され、マイクロコンピュータ内のＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換されてＣＰＵにより認識される。
【００２９】
マイクロコンピュータ２にはまた、運転モード選択スイッチ５が発生する運転モード選択信号が入力されている。運転モード選択スイッチ５としては、運転者の手動操作によりオン状態とオフ状態とに切換えられるスイッチを用いることができる。この場合、マイクロコンピュータ２は、例えば運転モード選択スイッチ５がオフ状態にあるときに定常運転モードが選択されていると認識し、運転モード選択スイッチ５がオン状態にあるときに経済運転モードが選択されていると認識する。
【００３０】
マイクロコンピュータ２には更に、アクセルセンサ６の出力が入力されている。アクセルセンサ６は、運転者が車速を調節する際に操作するアクセル操作部材（アクセルグリップやアクセルペダル）の変位量をアクセル開度として検出して、アクセル開度に比例したアクセル開度検出信号を出力するセンサである。このアクセルセンサは、適宜の変位センサ、例えば可動接触子がアクセル操作部材と連動して変位するポテンショメータと該ポテンショメータの両端に定電圧を印加する電源回路とにより構成される。アクセルセンサ６が出力するアクセル開度検出信号は、マイクロコンピュータ２のアナログ入力ポートに入力されてデジタル信号に変換される。
【００３１】
マイクロコンピュータ２は、そのＲＯＭにより、車両が走行する路面の既知の勾配とモータの駆動電流と車速情報検出値との関係を与えるデータを登坂判定用マップとして記憶した登坂判定用マップ記憶手段と、ＣＰＵが実行する所定のプログラムを記憶したプログラム記憶手段とを構成する。
【００３２】
なお本明細書において、「車速情報検出値」は、車両の走行速度の情報を含む値を意味する。本発明が対象とする電動車両においては、ブラシレス直流モータの出力軸が車両の被駆動軸に直結されるか、または変速比が固定された変速機を介して車両の被駆動軸に連結されているため、上記の車速情報検出値としては、モータの回転に同期して発生する信号の発生間隔や、該信号の発生間隔から演算により求めたモータの回転速度や、該モータの回転速度を換算することにより求めた車両の走行速度そのものを用いることができる。
【００３３】
後記するように、本発明では、モータの回転に同期して発生する信号として、各相の巻線に対してロータの回転角度位置を検出するためにブラシレス直流モータに必ず設けられている位置センサの出力信号を用いる。
【００３４】
車両が走行している路面の既知の勾配とモータの駆動電流と車速情報検出値との関係は例えば図６に示した通りである。図６の縦軸はモータ１に与えられる駆動電流を示し、横軸は車両の走行速度を示しいてる。また曲線ａないしｄはそれぞれモータにかかる負荷がＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ及びＬｄ（Ｌａ＜Ｌｂ＜Ｌｃ＜Ｌｄ）の場合の駆動電流対走行速度特性を示している。ここで、負荷Ｌａ〜Ｌｄは例えば、路面（上り坂）の傾斜角が０°，５°，１０°及び１５°の場合にモータにかかる負荷を示している。
【００３５】
マイクロコンピュータのＲＯＭには、走行中にモータにかかる負荷の大きさが設定値に等しい状態での駆動電流と車速情報検出値との関係（例えば図６の曲線ａの関係）を与えるデータが走行時負荷判定用マップとして記憶されている。
【００３６】
当然のことながら、上記のマップは、速度情報検出値として車両の走行速度そのものを用いる場合には、駆動電流と走行速度との間の関係を与えるマップとして構成され、速度情報検出値としてモータの回転速度を用いる場合には、駆動電流とモータの回転速度との間の関係を与えるマップとして構成される。また速度情報検出値として、位置センサの出力の変化の時間間隔を用いる場合には、モータの駆動電流と、該時間間隔との間の関係を与えるマップとして上記マップが構成される。
【００３７】
マイクロコンピュータ２は、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、運転モード選択スイッチ５の状態に応じて電動車両の運転モードを定常運転モードとするか経済運転モードとするかを選択する運転モード選択手段と、運転モード選択手段が定常運転モードを選択しているときに設定された定常運転時最大許容電流値を超えない範囲でアクセルセンサにより検出されているアクセル開度に応じて決定した駆動電流をモータ１に供給する定常運転時モータ駆動手段と、運転モード選択手段が経済運転モードを選択しているときに定常運転時最大許容電流値よりも低い値に制限された経済運転時最大許容電流値を超えない範囲でアクセルセンサ６により検出されているアクセル開度に応じて決定した駆動電流をモータ１に供給する経済運転時モータ駆動手段と、ブラシレス直流モータ１のロータの回転角度位置を検出する位置センサの出力レベルの変化の時間間隔、該時間間隔から求めたモータの回転速度、及び該回転速度を換算して得た前記車両の走行速度の中から選択した一つの値を車速情報検出値として求める車速情報検出手段と、一定のサンプリング間隔でアクセルセンサの出力をサンプリングして、アクセルセンサの出力をサンプリングする毎に、アクセル開度の時間的な変化率を検出するアクセル開度変化率検出手段と、車速情報検出手段により検出された車速情報検出値に対して走行時負荷判定用マップから読み出した駆動電流の大きさとモータ電流検出回路により検出された駆動電流の大きさとから、モータにかかっている負荷が設定値を超えているか否かを判定する走行時負荷判定手段と、経済運転モードが選択されている状態で走行時負荷判定手段によりモータに設定値を超える負荷がかかっていると判定されたときに、運転モードを定常運転モードに切り換える負荷増大時運転モード切換手段とを実現する。
【００３８】
上記の各手段を実現するためにマイクロコンピュータが実行するプログラムのメインルーチンのアルゴリズムの一例を示すフローチャートを図２に示した。図２に示したアルゴリズムに従う場合には、先ずステップ１においてアクセルセンサ６の出力を読み込む。マイクロコンピュータ２は、十分に短いサンプリング間隔でアクセルセンサ６の出力を常時サンプリングしており、サンプリングしたアクセル開度をＲＡＭに記憶させる。マイクロコンピュータはまた、アクセル開度をサンプリングする毎に、ステップ２を実行して一定の時間ｔが経過する間に検出されたアクセル開度の変化Δθと、時間ｔとの比Δθ／ｔをアクセル開度の時間的変化率として演算する。ここでΔθは、ある時刻ｔ1 におけるアクセル開度θ1 と、時刻ｔ1 から一定の時間ｔが経過した時の時刻ｔ2 におけるアクセル開度θ2 とから、Δθ＝θ2 −θ1 により演算される。このステップ２により、アクセル開度変化率検出手段が実現される。
【００３９】
アクセル開度の時間的変化率を演算した後、ステップ３において運転モード選択スイッチ５が定常運転モードと経済運転モードとのいずれの運転モードを選択しているかを判定する。本実施形態では、運転モード選択スイッチ５と、図２のステップ３とにより、電動車両の運転モードを定常運転モードとするか経済運転モードとするかを選択する運転モード選択手段が構成されている。
【００４０】
図２のステップ３の判定を行った結果、定常運転モードが選択されていると判定された場合には、ステップ４に進んで、予めＲＯＭに記憶されている定常運転時の最大許容電流値Ｉmax1を読み出して、この最大許容電流値を定常運転時最大許容電流値とする。
【００４１】
ステップ４で定常運転時最大許容電流値を決定した後、ステップ５において、ステップ１で検出されたアクセル開度からモータに流すべき駆動電流値（平均値）を決定し、更にモータに流す駆動電流の平均値を決定した値にするために必要な駆動電流のデューティ比を決定する。次いで、ステップ６において、モータ駆動回路３に駆動信号を与える。この駆動信号は位置センサｈu 〜ｈw の出力のレベルが変化する毎に変化する信号であり、前述のように、モータ駆動回路３を構成するインバータ回路のブリッジの上辺のスイッチ素子及び下辺のスイッチ素子の少なくとも一方に与える駆動信号はステップ５で決定されたデューティ比で断続するＰＷＭ波形の駆動信号である。
【００４２】
定常運転時にモータ１に供給される駆動電流Ｉは、設定された定常運転時最大許容電流値Ｉmax1を超えない範囲でアクセル開度θに対して変化させられる。定常運転時における駆動電流平均値とアクセル開度θとの関係は、例えば図５の曲線ａの通りである。
【００４３】
図２のステップ３において経済運転モードが選択されていると判定されたときには、ステップ７に進んでＲＯＭに記憶されている経済運転時の最大許容電流値Ｉmax2を読み出して、この最大許容電流値を経済運転時最大許容電流値とする。経済運転時最大許容電流値Ｉmax2は、定常運転時最大許容電流値Ｉmax1よりも小さい値に設定されている。
【００４４】
ステップ７で経済運転時最大許容電流値を決定した後、ステップ８に進んで、アクセル開度に対応するモータの駆動電流値（平均値）を決定し、駆動電流の平均値を決定した値にするために必要な駆動電流のデューティ比を決定する。
【００４５】
経済運転モードが選択されているときには、定常運転時最大許容電流値Ｉmax1よりも低い値に制限された経済運転時最大許容電流値Ｉmax2を超えない範囲で、アクセルセンサ６により検出されているアクセル開度θに応じて決定した駆動電流をモータ１に供給する。経済運転モードが選択されているときにモータ１に供給される駆動電流Ｉとアクセル開度θとの関係の一例を示すと、図５の曲線ｂの通りである。
【００４６】
図２のステップ８において経済運転時のデューティ比を決定した後、ステップ９において、モータの負荷が設定値を超えているか否かを判定する負荷判定処理を行う。この負荷判定処理を行うルーチンは、例えば図３に示す通りである。図３の負荷判定処理ルーチンでは、ステップ１において、先ず位置センサｈu 〜ｈw の出力のレベル変化の内、予め定めた特定のレベル変化の間の時間間隔を計測する。
【００４７】
位置センサの出力のレベル変化の時間間隔とは、例えば図４（Ａ）において位置検出信号ＨｕがＨレベルになってからＬレベルになるまでの時間（位置検出信号ＨｕがＨレベルになっている時間）や、位置検出信号ＨｕがＬレベルになってからＨレベルになるまでの時間、あるいは、位置検出信号ＨｕがＨレベルになってから位置検出信号ＨｖがＨレベルになるまでの時間等である。いずれの位置検出信号のレベル変化の時間間隔を計測するかは任意であるが、レベル変化の時間間隔を計測する位置検出信号は予め定めておき、毎回同じ位置検出信号（一つまたは複数の位置検出信号）のレベル変化の時間間隔を計測するようにする。
【００４８】
位置センサの出力のレベル変化の時間間隔の計測はマイクロコンピュータに設けられたタイマにより行う。例えば、位置検出信号Ｈｕの立ち上がりから立下がりまでの時間間隔を計測する場合には、位置検出信号Ｈｕの立ち上がりのエッジでタイマを起動し、該位置検出信号Ｈｕの立下がりのエッジでタイマの計時値を読み込むとともに該タイマをリセットする。
【００４９】
位置センサｈｕ〜ｈｗはモータ１のステータ側の特定の位置に固定されているため、位置センサの出力のレベル変化の時間間隔は、モータの回転速度情報を含んでいる。また本発明が対象とする電動車両においては、モータ１の回転軸が車両の被駆動軸に直結されているか、または変速比が固定された変速機を介して車両の被駆動軸に連結されているため、位置センサの出力のレベル変化の時間間隔は、車両の走行速度の情報をも含んでいる。
【００５０】
本発明では、位置検出信号のレベル変化の時間間隔の計測値、この計測値から演算したモータの回転速度、及びこのモータの回転速度を換算して得た車両の走行速度の内のいずれか一つを車両の走行速度の情報を含む車速情報検出値として用いる。以下に示す例では、モータの回転速度を換算して得た車両の走行速度を車速情報検出値として用いる。
【００５１】
図３のステップ２で、予め定めた特定の位置検出信号のレベル変化の時間間隔を計測した後、ステップ２においてその計測値からモータの回転速度を演算し、更にステップ３において、モータの回転速度を車両の走行速度に変換する。
【００５２】
この例では、図３のステップ１ないしステップ３により、車速情報検出手段が実現される。
【００５３】
図３のステップ３において車両の走行速度を求めた後、ステップ４に進んでモータ電流検出回路４が検出しているモータの駆動電流Ｉを読み込み、ステップ５において、駆動電流Ｉが判定値Ｉｓ（Ｉｓは走行速度により変化する）を超えているか否かを判定する。ここでは図６の曲線ａの関係を走行時負荷判定マップとして記憶させておき、検出された車速情報に対してこのマップから読み出した駆動電流の値を判定値Ｉｓとして、モータ電流検出回路により検出された駆動電流Ｉが判定値Ｉｓよりも大きいときに登坂走行中であると判定する。
【００５４】
図３のステップ５の判定を行った結果、検出された駆動電流Ｉが検出された走行速度における判定値Ｉｓを超えていると判定されたときには、ステップ６に進んで、アクセルセンサにより検出されたアクセル開度の時間的変化率Δθ／ｔが設定値αよりも小さいか否かを判定する。
【００５５】
一般に、路面の傾斜角等、路面の状況の変化に対応する際には、アクセル開度θを時間をかけて徐々に増加させていくのに対し、急加速時にはアクセル開度を短時間の内に増加させるため、路面の状況が変化したときのアクセル開度の時間的変化率Δθ／ｔは、急加速時のアクセル開度の時間的変化率Δθ／ｔに比べて小さい値を示す。したがって、Δθ／ｔと比較する設定値を適当に定めておくことにより、運転者が急加速を行うためにアクセル操作を行ったのか、それ以外の目的でアクセル操作を行ったのかを判定することができる。
【００５６】
図３のステップ５において、検出された駆動電流の値が判定値（この例では平坦な路面を走行しているときの値）Ｉｓよりも大きいと判定され、ステップ６において、アクセル開度の時間的変化率から、運転者が急加速のためにアクセルを操作したのではないと判定されたときには、ステップ７に進んで負荷判定フラグを「１」にセットした後図２のステップ１０に戻る。
【００５７】
図３のルーチンのステップ５においてＩ≦Ｉｓと判定されたとき（モータの負荷が設定値を超えていないと判定されたとき）、及びステップ６においてアクセル開度の時間的変化率が設定値以上であると判定されたとき（急加速操作が行われたと判定されたとき）には、ステップ８において負荷判定フラグを「０」にセットした後、図２のステップ１０に戻る。
【００５８】
この例では、図３のステップ５ないし８と、図２のステップ１０とにより、経済運転モードが選択されている状態で走行時負荷判定手段によりモータに設定値を超える負荷がかかっていると判定されたときに、運転モードを定常運転モードに切り換え、走行時負荷判定手段によりモータにかかる負荷が設定値以下になったと判定されたときに運転モードを経済運転モードに戻す負荷増大時運転モード切換手段が実現される。
【００５９】
図２のステップ１０においては、負荷判定フラグが「１」であるか「０」であるかを判定して、負荷判定フラグが「１」であるときに登坂走行等によりモータの負荷が設定値を超えていると判定し、負荷判定フラグが「０」であるときにモータの負荷が設定値を超えていないと判定する。
【００６０】
図２のステップ１０においてモータの負荷が設定値を超えていると判定されたときには、ステップ４に移行して運転モードを定常運転モードに切り換える。
【００６１】
またステップ１０においてモータの負荷が設定値を超えていないと判定されたときには、何もしないでステップ６に移行し、モータ駆動回路３に駆動信号を与える。
【００６２】
上記の例では、図２のステップ４ないし６により、運転モード選択手段が定常運転モードを選択しているときに設定された定常運転時最大許容電流値を超えない範囲でアクセルセンサにより検出されているアクセル開度に応じて決定した駆動電流をモータに供給する定常運転時モータ駆動手段が実現される。
【００６３】
また図２のステップ６ないし８により、運転モード選択手段が経済運転モードを選択しているときに定常運転時最大許容電流値よりも低い値に制限された経済運転時最大許容電流値を超えない範囲でアクセルセンサにより検出されているアクセル開度に応じて決定した駆動電流をモータに供給する経済運転時モータ駆動手段が実現される。
【００６４】
上記の例では、モータにかかる負荷の増大と、急加速時の負荷の増大とを区別するために、アクセル開度の時間的変化率を設定値と比較することにより、急加速時のアクセル操作と急加速時以外のアクセル操作とを識別して、急加速時のアクセル操作ではないと判定されているときにのみ、走行時負荷判定手段による判定を行うようにしているが、アクセル開度の時間的変化率を登坂走行の判定に用いることなく、走行時負荷判定用マップのみを用いて、モータの負荷が設定値を超えているか否かの判定を行うようにしてもよい。この場合には、図２のステップ２及び図３のステップ６が省略される。
【００６５】
但し、このように構成した場合には、経済運転モード選択時に急加速操作が行われた場合にも運転モードが定常運転モードに切り換えられる。
【００６６】
上記の例では示さなかったが、経済運転モードが選択されている状態で走行時負荷判定手段によりモータに設定値を超える負荷がかかっていると判定されたために、運転モードを経済運転モードから定常運転モードに切り換える際には、車速の急変により運転者が無用のショックを受けるのを防止するために、モータに与える駆動電流を経済運転モード時の値から定常運転モード時の値に徐々に増大させるようにするのが好ましい。同様に、運転者が経済運転モードで走行中に自らの意思により運転モードを経済運転モードから定常運転モードに切り換える際にも、モータに与える駆動電流を経済運転モード時の値から定常運転モード時の値に徐々に増大させるようにするのが好ましい。
【００６７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、車両の走行中にモータにかかる負荷の大きさが設定値に等しい状態でのモータの駆動電流と車速情報検出値との間の関係を与えるデータを走行時負荷判定用マップとして記憶させておいて、検出された車速に対して上記マップから読み出した駆動電流とモータ電流検出回路により検出された駆動電流とから、経済運転モードが選択されている状態で、モータに設定値を超える負荷がかかっていると判定されたときに、運転モードを定常運転モードに切り換えるようにしたので、経済運転モード選択時に、路面の状況や車両重量の増大等によりモータの駆動電流が不足する状態が生じて走行性能が低下するのを防ぐことができる。
【００６８】
また本発明によれば、車速センサを用いることなく、ブラシレス直流モータに必ず設けられている位置センサの出力から車両の走行速度の情報を得るようにしたので、コストの上昇を招くことなく、車速を検出して、経済運転モード選択時の走行性能を向上させるための制御を行わせることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる出力制御装置のハードウェアの構成例を示したブロック図である。
【図２】図１の制御装置のマイクロコンピュータに実行させるプログラムのメインルーチンのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。
【図３】図２の登坂判定処理を行うルーチンのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。
【図４】ブラシレス直流モータに設けられる位置センサの出力波形と駆動電流波形とを概略的に示した波形図である。
【図５】本発明に係わる出力制御装置において、アクセル開度を変化させた場合の駆動電流の変化の特性の一例を示した線図である。
【図６】ブラシレス直流モータの駆動電流と車両の走行速度との間の関係を与える特性をモータにかかる負荷の大きさをパラメータとして示した線図である。
【符号の説明】
１…ブラシレス直流モータ、２…マイクロコンピュータ、３…モータ駆動回路、４…モータ電流検出回路、５…運転モード選択スイッチ、６…アクセルセンサ、ｈu 〜ｈw …位置センサ。
Claims (4)
- 車両の被駆動軸とブラシレス直流モータの出力軸とが直結されるかまたは変速比が固定された変速機を介して連結されている電動車両の運転モードを定常運転モードとするか経済運転モードとするかを選択する運転モード選択手段と、アクセル操作部材の変位量をアクセル開度として検出するアクセルセンサと、前記運転モード選択手段が定常運転モードを選択しているときに設定された定常運転時最大許容電流値を超えない範囲で前記アクセルセンサにより検出されているアクセル開度に応じて決定した駆動電流を前記モータに供給する定常運転時モータ駆動手段と、前記運転モード選択手段が経済運転モードを選択しているときに前記定常運転時最大許容電流値よりも低い値に制限された経済運転時最大許容電流値を超えない範囲で前記アクセルセンサにより検出されているアクセル開度に応じて決定した駆動電流を前記モータに供給する経済運転時モータ駆動手段とを備えた電動車両の出力制御装置において、
前記ブラシレス直流モータのロータの回転角度位置を検出する位置センサの出力レベルの変化の時間間隔、該時間間隔から求めた前記モータの回転速度、及び該回転速度を換算して得た前記車両の走行速度の中から選択した一つの値を車速情報検出値として求める車速情報検出手段と、
前記モータの駆動電流を検出するモータ電流検出回路と、
前記車両の走行中に前記モータにかかる負荷の大きさが設定値に等しい状態での前記モータの駆動電流と前記車速情報検出値との間の関係を与えるデータを走行時負荷判定用マップとして記憶した負荷判定用マップ記憶手段と、
前記車速情報検出手段により検出された車速情報検出値に対して前記走行時負荷判定用マップから読み出した駆動電流の大きさと前記モータ電流検出回路により検出された駆動電流の大きさとから、前記モータにかかっている負荷が前記設定値を超えているか否かを判定する走行時負荷判定手段と、
前記経済運転モードが選択されている状態で前記走行時負荷判定手段によりモータに前記設定値を超える負荷がかかっていると判定されたときに、前記運転モードを定常運転モードに切り換える負荷増大時運転モード切換手段と、
を具備してなる電動車両の出力制御装置。 - 車両の被駆動軸とブラシレス直流モータの出力軸とが直結されるかまたは変速比が固定された変速機を介して連結されている電動車両の運転モードを定常運転モードとするか経済運転モードとするかを選択する運転モード選択手段と、アクセル操作部材の変位量をアクセル開度として検出するアクセルセンサと、前記運転モード選択手段が定常運転モードを選択しているときに設定された定常運転時最大許容電流値を超えない範囲で前記アクセルセンサにより検出されているアクセル開度に応じて決定した駆動電流を前記モータに供給する定常運転時モータ駆動手段と、前記運転モード選択手段が経済運転モードを選択しているときに前記定常運転時最大許容電流値よりも低い値に制限された経済運転時最大許容電流値を超えない範囲で前記アクセルセンサにより検出されているアクセル開度に応じて決定した駆動電流を前記モータに供給する経済運転時モータ駆動手段とを備えた電動車両の出力制御装置において、
前記ブラシレス直流モータのロータの回転角度位置を検出する位置センサの出力レベルの変化の時間間隔、該時間間隔から求めた前記モータの回転速度、及び該回転速度を換算して得た前記車両の走行速度の中から選択した一つの値を車速情報検出値として求める車速情報検出手段と、
前記モータの駆動電流を検出するモータ電流検出回路と、
前記車両の走行中に前記モータにかかる負荷の大きさが設定値に等しい状態での前記モータの駆動電流と前記車速情報検出値との間の関係を与えるデータを走行時負荷判定用マップとして記憶した負荷判定用マップ記憶手段と、
前記車速情報検出手段により検出された車速情報検出値に対して前記走行時負荷判定用マップから読み出した駆動電流の大きさと前記モータ電流検出回路により検出された駆動電流の大きさとから、前記モータにかかっている負荷が前記設定値を超えているか否かを判定する走行時負荷判定手段と、
前記経済運転モードが選択されている状態で前記走行時負荷判定手段によりモータに前記設定値を超える負荷がかかっていると判定されたときに、前記運転モードを定常運転モードに切り換え、前記走行時負荷判定手段により前記モータにかかる負荷が前記設定値以下になったと判定されたときに前記運転モードを経済運転モードに戻す負荷増大時運転モード切換手段と、
を具備してなる電動車両の出力制御装置。 - 前記アクセル開度の時間的な変化率を検出するアクセル開度変化率検出手段が更に設けられ、
前記走行時負荷判定手段は、前記アクセル開度変化率検出手段により検出されたアクセル開度の時間的変化率が設定値よりも小さいときにのみ前記モータに設定値以上の負荷がかかっているか否かの判定を行うように構成されている請求項１または２に記載の電動車両の出力制御装置。 - 経済運転モードが選択されている状態で前記走行時負荷判定手段によりモータに前記設定値を超える負荷がかかっていると判定されたために、運転モードを経済運転モードから定常運転モードに切り換える際には、前記モータに与える駆動電流を経済運転モード時の値から定常運転モード時の値に徐々に増大させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の電動車両の出力制御装置。
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