JP3951649B2

JP3951649B2 - 電気自動車のモータ制御装置

Info

Publication number: JP3951649B2
Application number: JP2001255475A
Authority: JP
Inventors: 貞雄今井; 裕介堀井
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2001-08-27
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2021-08-27
Also published as: JP2003070107A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気モータにより駆動力を得る電気自動車のクリープ走行を制御する電気自動車のモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガス性状や燃費向上、騒音低下等を図るために、電気モータにより駆動力を得る電気自動車が種々開発されている。このなかには、電気モータにより駆動力を得、内燃機関（エンジン）により発電機を駆動して電気モータの電源となる電力を充電する、所謂シリーズ式ハイブリッド車や、電気モータとエンジンとを駆動源とし、両者を走行状態により切り換えて走行する、所謂パラレル式ハイブリッド車等も含まれる。いずれも、モータ走行時には、主にアクセルペダルとブレーキペダルの操作状況に応じて電気モータの出力をモータ制御装置により制御して通常車と同等の運転操作を確保している。
【０００３】
ところで、一般的に電気自動車には、停車中はモータ回転が止められるが、停車中でもトルクコンバータ式自動変速機を搭載した車両のようなクリープ力が欲しいとの要望もあり、近年ではこのクリープトルクを付与する技術も開発されている。そして、クリープ走行時には、ブレーキペダルの踏み込み量により目標クリープ車速を演算し、これに応じて電気モータを制御する方法も考えられるが、ブレーキペダルの踏み込み量が一定値以上の場合には目標クリープ車速を0km/h （クリープ禁止領域）とし、クリープトルクを発生させないようにすることが好ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のクリープトルク制御では、平坦路と登坂路の判定を行っていないため、平坦路に合わせてＰＩゲインを設定しておくと、登坂発進でブレーキ解放後にクリープトルクの立ち上がりが遅くなり、車両の後退量が大きくなってしまう。逆に、クリープトルクの立ち上げのためのＰＩゲインを大きく設定すると、ブレーキ解放後に瞬時に十分なクリープトルクが得られ、車両の後退を防止することができるものの、平坦路ではブレーキ解放後に急発進するようなフィーリングになる虞がある。また、電気自動車の積載状況によっても平坦路や登坂路でのクリープトルクの立ち上がり時に違和感が生じるフィーリングになる虞もある。
【０００５】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、路面の勾配状況や積載状況等の外乱に拘らずクリープトルクを安定させ、良好なクリープフィーリング及びこれに伴う安定した加速フィーリングが得られる電気自動車のモータ制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１に係る本発明では、目標クリープトルクは、ブレーキの踏み込み量に応じて設定される目標車速と実車速との偏差に応じて比例積分制御により設定されるようにし、例えば、外乱トルクが大きいときは比例ゲイン、積分ゲイン共大きく設定してトルクの立ち上がりを早め、逆に、外乱トルクが小さいときは比例ゲイン、積分ゲイン共に小さく設定してトルクの立ち上がりを緩やかにできるようにしたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１には本発明の一実施形態例に係るモータ制御装置を備えた電気自動車の概略構成、図２にはモータ制御装置のブロック構成、図３にはブレーキペダル踏み込み量と目標車速との関係、図４には目標車速と目標回転速度との関係、図５には目標回転速度制御部の詳細ブロック、図６には外乱トルク演算部のフローチャート、図７には指令電流値と目標クリープトルクとの関係を示してある。また、図８には目標クリープトルクの立ち上がり状況を表すグラフ、図９には目標回転加速度制御部のブロック構成を示してある。
【００１２】
図１に示すように、電気自動車は、車両の駆動系を駆動するための２台の電気モータ（モータ）１と、発電専用のエンジン２とを備えたシリーズ式のものである。モータ１の駆動力はトランスミッション３から出力軸４に出力され、出力軸４からデフ５を介して駆動輪６に駆動力が伝達される。エンジン２には発電機７が接続され、エンジン２の駆動よって発電機７が発電して発電機７で発生した電力はバッテリ８に蓄積される。尚、本願発明は、シリーズ式の電気自動車だけでなくパラレル式の電気自動車にも適用可能である。また、モータ１の台数も２台に限らず、１台のモータ１を備えた電気自動車であってもよい。
【００１３】
バッテリ走行時には、エンジン２の駆動による発電機７の発電（エンジン発電）は行わず、バッテリ８から供給される電力によりモータ１を駆動している。ハイブリッド走行時には、エンジン発電を行い、この発電電力によってバッテリ８を充電すると同時にモータ１を駆動している。また、減速時はモータ１が発電機として作動して発電（回生発電）し、モータ１側からバッテリ８側へと電力が回生され、この回生電力によってもバッテリ８が充電される。つまり、バッテリ８ではモータ１への駆動電力の放電と、発電機７の発電電力及びモータ１の回生電力による充電とが行われる。
【００１４】
上述した電気自動車には、アクセルペダル１０の踏み込み量を検出するアクセル踏み込みセンサ１１が設けられると共に、ブレーキペダル１２の踏み込み量（踏み込み状態）を検出するブレーキペダル踏み込み状態検出手段としての踏み込みセンサ１３が設けられている。また、トランスミッション３の出力軸４には出力軸４の回転数に基づき車両の車速を検出して車両の停車状態を検出する車速センサ１４が設けられている。また、モータ１の回転速度を検出する回転速度センサ１８が設けられ、モータ１の実トルク（実モータトルク：指令値）を導出する手段が備えられている。尚、車速センサ１４の検出値によりモータ１の回転速度を導出することも可能である。
【００１５】
アクセル踏み込みセンサ１１、踏み込みセンサ１３及び車速センサ１４の検出情報は制御装置（ＥＣＵ）１５に入力され、アクセルペダル１０やブレーキペダル１２の操作状況、及び車速の状況等に応じてモータ１の出力が制御され、通常車と同等の運転操作性を確保している。そして、ＥＣＵ１５のクリープ制御手段１６によりモータ１の出力を制御することにより、クリープ走行を可能としている。即ち、車両の停車状態が検出され、踏み込みセンサ１３によりブレーキペダル１２の踏み込みが解除したことが検出されると、車両が設定クリープ車速となるようにクリープ制御手段１６によりモータ１の出力が制御されるようになっている。
【００１６】
クリープ制御手段１６では、車両の運転状態に基づいて基準クリープトルクが設定され、車両にかかる外乱トルクが基準クリープトルクに加味されて目標クリープトルクが設定され（目標クリープトルク設定手段）、目標クリープトルクに基づいてモータ１の出力が制御（指令電流値が制御）されてクリープトルクが制御される。車両の運転状態は、ブレーキペダル１２の踏み込み量に基づいて目標車速を求め、目標車速に相当して導出されるモータ１の回転速度もしくは回転加速度が適用される。車両にかかる外乱トルクは、モータ１の回転速度と、車両重量をモータ回転部分相当イナーシャに換算したイナーシャとにより検出される。ここで、外乱は、道路勾配や積載状況等である。
【００１７】
車両にかかる外乱トルクが基準クリープトルクに加味されて目標クリープトルクが設定されるため、道路勾配や積載状況等の外乱に拘らず安定したクリープトルクが得られる。このため、平坦路、登坂路に拘らず安定した加速フィーリングが得られる。更に、登坂路での後退が防止されると共に、平坦路であっても急発進するようなフィーリングになることがなく、また、積載状況によりクリープトルクの立ち上がりに違和感が生じることもない。
【００１８】
図２乃至図６に基づいてクリープ制御手段１６を説明する。
【００１９】
図２に示すように、クリープ制御手段１６には基準クリープトルク設定手段２１が備えられ、基準クリープトルク設定手段２１は目標車速変換部２０、回転速度変換部２２及び目標回転速度制御部２３とで構成されている。また、クリープ制御手段１６には外乱トルク検出手段としての外乱トルク演算部２４が設けられている。基準クリープトルク設定手段２１で設定された基準トルク（設定値）に外乱トルク演算部２４で演算された外乱トルク（検出値）が加味されて目標クリープトルクとされる（目標クリープトルク設定手段）。目標クリープトルクは電流変換部２５で指令電流値に変換されてインバータ２６に出力され、バッテリ８からの直流電流が指令電流値に応じた交流電流に変換されてモータ１に送られる（出力が制御される）。
【００２０】
即ち、目標車速変換部２０には踏み込みセンサ１３の情報が入力され、目標車速変換部２０では踏み込みセンサ１３の情報、即ち、ブレーキペダル１２の踏み込み量に応じてクリープ走行の目標車速が導出される。具体的には、図３に示したように、所定の踏み込み量まで一定の目標車速が設定され、所定の踏み込み量以上で目標車速が徐々に減少するように、ブレーキペダル１２の踏み込み量と目標車速との関係が設定されてマップ化され、マップに応じて目標車速が導出される。
【００２１】
目標車速変換部２０で導出された目標車速は回転速度変換部２２に入力され、回転速度変換部２２では目標車速がモータ１の目標回転速度に変換される。具体的には、図４に示したように、目標車速が高くなると目標回転速度も高くなるように目標車速と目標回転速度が比例関係に設定されてマップ化され、マップに応じて目標回転速度が導出される。
【００２２】
目標回転速度は目標回転速度制御部２３に入力され、目標回転速度制御部２３では、実際のモータ１の回転速度（実モータ回転速度）及び比例積分ゲイン（Ｐゲイン、Ｉゲイン）に基づいて基準クリープトルクが設定される。Ｐゲイン及びＩゲインは、基準クリープトルクが平坦路相当になるように平坦路（外乱トルクがない状態）にあわせて設定されている。具体的には、図５に示したように、目標回転速度（目標車速）と実モータ回転速度（実車速）の偏差が演算され、偏差と積分制御部３１での演算結果が加算され、更に、加算された値が比例制御部３２で演算される。即ち、偏差に応じて比例積分制御により基準クリープトルクが演算される。この場合、積分制御部３１及び比例制御部３２の積分ゲイン及び比例ゲインは所定値に設定されている。
【００２３】
ここで、基準クリープトルクは、ＰゲインをKP、目標回転速度と実モータ回転速度の偏差をｅ、積分時間をTiとすると、一般に下式で表すことができる。
基準クリープトルク＝KP（ｅ＋１／Ti∫ｅｄｔ）
そして、積分ゲインをKiとすると、図５の処理により演算される。
【００２４】
ブレーキペダル１２の踏み込み量に応じて設定された目標車速から目標回転速度を導出し、目標回転速度から基準クリープトルクを演算するようにしたので、例えば、ブレーキの踏み込み量が大きいときにはクリープトルクを発生させずにすみ、無駄な電力の消費を防止できる。
【００２５】
一方、外乱トルク演算部２４には実モータトルク及び実モータ回転速度が入力され、外乱トルクが検出（演算）される。即ち、図６に示すように、ステップＳ１で実モータトルクが読み込まれる。また、ステップＳ２で前回の実モータ回転速度ａが読みだされると共に、ステップＳ３で今回の実モータ回転速度ｂが読みだされる。ステップＳ４ではモータ加速度（ｂ−ａ／サンプリング時間）、即ち、回転速度変化率が演算され、ステップＳ５で外乱トルクが演算される。外乱トルクは、以下の式で演算される。
外乱トルク＝実モータトルク−（イナーシャ×モータ加速度）
【００２６】
ここで、イナーシャは、前述したように、車両重量をモータ回転部分相当イナーシャに換算したものである。外乱トルクをモータ１のイナーシャ及び回転速度変化率に基づいて設定したので、簡単な構成で外乱トルクを検出できる。
【００２７】
外乱トルクは加算部３３で基準クリープトルクと加算されて目標クリープトルクとされる。目標クリープトルクは電流変換部２５に入力され、指令電流値に変換される。具体的には、図７に示したように、目標クリープトルクが大きくなると指令電流値が高くなるように目標クリープトルクと指令電流値が比例関係に設定されてマップ化され、マップに応じて指令電流値が導出される。導出された指令電流値はインバータ２６に出力され、バッテリ８からの直流電流が指令電流値に応じた交流電流に変換されてモータ１に送られ、モータ１の出力が制御される。
【００２８】
従って、指令値である実モータトルクから、積載の状況や勾配を加味したモータ１の実際の加速度（イナーシャ×モータ加速度）を減じて外乱トルクとし、外乱トルクを基準トルクに加算した状態で目標クリープトルクを設定しているので、車両にかかる外乱トルクが基準クリープトルクに加味されて目標クリープトルクが設定されることになる。このため、平坦路、登坂路に拘らず安定した加速フィーリングが得られる。更に、登坂路での後退が防止されると共に、平坦路であっても急発進するようなフィーリングになることがなく、また、積載状況によりクリープトルクの立ち上がりに違和感が生じることもない。
【００２９】
上述した実施形態例では、図５において、Ｐゲイン及びＩゲインを、基準クリープトルクが平坦路相当になるように固定状態で設定したが、Ｐゲイン及びＩゲインを、基準クリープトルクが平坦路相当になるように基準値で与え、外乱トルクが発生したとき、つまり、図６で演算される外乱トルクに応じて、発生した外乱トルクに合わせてＰゲイン及びＩゲインを変更（大きく）するようにしてもよい。
【００３０】
外乱トルクに応じてＰゲイン及びＩゲインを変更するようにしたので、例えば、外乱トルクが大きいときは比例ゲイン、積分ゲイン共大きく設定してトルクの立ち上がりを早め、逆に、外乱トルクが小さいときは比例ゲイン、積分ゲイン共に小さく設定してトルクの立ち上がりを緩やかにできるようにしたものである。なお、ゲインを変更する方法は、外乱トルクを加算する方法に比べて制御を安定させやすい。
【００３１】
この場合、図５で最終的に演算されるのは目標クリープトルクとなり、図６で演算される外乱トルクを図５で最終的に演算された目標クリープトルクに加算する処理は必要なくなる。このため、図８に示したように、目標クリープトルクの立ち上がり角θを急にすることができ、応答性を高めることが可能になる。
【００３２】
また、上述した実施形態例では、目標回転速度制御部２３では、目標回転速度と実モータ回転速度の偏差により基準クリープトルクが設定されるようになっているが、実モータ回転加速度の偏差により基準クリープトルクを設定することも可能である。つまり、図９に示すように、目標回転速度制御部２３に代えて目標回転加速度制御部２８を設けてもよい。
【００３３】
つまり、図９に示したように、目標回転加速度制御部２８には実モータ回転速度が入力されると共に、回転速度変換部２２からの目標回転速度が入力される。そして、目標回転加速度制御部２８には目標回転速度と実モータ回転速度の差に応じた目標回転加速度がマップにより記憶され、目標回転加速度がＰＩ演算部２９に送られる。一方、ＰＩ演算部２９には実モータ回転加速度及びＰゲイン及びＩゲイン（外乱トルクがない状態にあわせて設定されたゲイン）が入力され、目標回転加速度と実モータ回転加速度の差に応じて比例積分制御により基準クリープトルクが演算される。
【００３４】
尚、ＰＩ演算部２９の比例積分制御は、図５における実モータ回転速度が実モータ回転加速度に代わり、目標回転速度が目標回転加速度に代わること以外は、同じである。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１に係る本発明では、目標クリープトルクは、ブレーキの踏み込み量に応じて設定される目標車速と実車速との偏差に応じて比例積分制御により設定され、外乱トルクに応じて比例ゲイン及び積分ゲインが変更されるので、例えば、外乱トルクが大きいときは比例ゲイン、積分ゲイン共大きく設定してトルクの立ち上がりを早め、逆に、外乱トルクが小さいときは比例ゲイン、積分ゲイン共に小さく設定してトルクの立ち上がりを緩やかにできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係るモータ制御装置を備えた電気自動車の概略構成図。
【図２】モータ制御装置のブロック構成図。
【図３】ブレーキペダル踏み込み量と目標車速との関係を表すマップ。
【図４】目標車速と目標回転速度との関係を表すマップ。
【図５】目標回転速度制御部の詳細ブロック図。
【図６】外乱トルク演算部のフローチャート。
【図７】指令電流値と目標クリープトルクとの関係を表すマップ。
【図８】目標クリープトルクの立ち上がり状況を表すグラフ。
【図９】目標回転加速度制御部のブロック構成図。
【符号の説明】
１電気モータ（モータ）
２エンジン
７発電機
８バッテリ
１３踏み込みセンサ
１４車速センサ
１５制御装置（ＥＣＵ）
１６クリープ制御装置
２１基準クリープトルク設定手段
２２回転速度変換部
２３目標回転速度制御部
２４外乱トルク演算部
２５電流変換部

Claims

車両走行用の電気モータを備えた電気自動車のモータ制御装置において、
上記車両に対しクリープトルクを与えるように上記電気モータの出力を制御するクリープ制御手段を備え、
上記クリープ制御手段は、
上記車両のブレーキの踏み込み量に応じて設定される目標車速と実車速との偏差に応じて比例積分制御により設定されると共に上記車両にかかる外乱トルクに応じて比例ゲイン及び積分ゲインを変更し目標クリープトルクを設定する目標クリープトルク設定手段と、
上記外乱トルクを検出する外乱トルク検出手段とを有し、
目標クリープトルク設定手段からの出力値に応じて上記電気モータの出力を制御する
ことを特徴とする電気自動車のモータ制御装置。