JP4479782B2 - 車両用制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両用制御装置に関し、特に、車輪駆動用モータを有する車両においてユーザの操作による低燃費走行指示に応じて制御を行う車両用制御装置に関する。
近年、環境にやさしい電気自動車やハイブリッド自動車及び燃料電池自動車等のいわゆる電動車両が注目されている。環境にやさしいという観点からは、燃費の改善などの省エネルギ等を図ることが好ましい。燃費改善を図るには、車両の動力性能の制限や空調の制限等を行なうなど、車両の操作性、居住空間の快適性等をやや犠牲にすることがあり、そのために省エネルギの選択をユーザである運転者の簡単な操作で行わせることが好ましい。そこで、車両の制御部に低燃費走行指示を与えるスイッチ等が設けられる。このようなスイッチは、「エコモードスイッチ」、あるいは単に「エコスイッチ」等と呼ばれることがある。
例えば、特許文献1には、エコスイッチを備えた電気自動車において、ユーザの操作によりエコスイッチがオンされると昇圧コンバータの昇圧動作を停止させることで、コンバータにおけるスイッチング損失を無くして低燃費走行を可能にすることが記載されている。
特開2007−159214号公報
しかしながら、エコスイッチをオンした際にコンバータの昇圧動作を急に停止させると、モータトルクが急低下するために急ブレーキをかけたような違和感を運転者等に与えることになる。
また、エコスイッチのオン状態のまま走行中に運転者が車両を加速させたいときにアクセルを踏み込んでも、コンバータによる昇圧動作が停止した状態のままでは運転者が期待する動力性能を得ることはできない。そのため、特許文献1には、アクセル開度が所定閾値以上になったときにはコンバータの昇圧停止を解除することが記載されている。しかし、コンバータによる昇圧動作が急に開始されると、モータトルクの急増によって運転者等に強い飛び出し感を与えることになる。
したがって、特許文献1に記載される電気自動車では、エコスイッチをオンすることによりコンバータの昇圧動作を停止させることで燃費向上は図れるものの、エコスイッチをオンしたとき、および、エコスイッチがオン状態でアクセルを踏み込んだときのいずれの場合にも、ドライバビィティまたは運転性があまり良くない結果となる。
本発明の目的は、エコスイッチのオン中に低燃費走行を行いながら、運転者のアクセル要求に応じて動力性能を優先させた走行に自動的に移行するのを可能にするとともに、ドライバビリティを向上させることができる車両用制御装置を提供することにある。
本発明に係る車両用制御装置は、直流電源の出力電圧を昇圧してモータ駆動用電圧を生成するコンバータと、ユーザの操作により低燃費走行指示を発信する指示手段と、指示手段からの信号に基づきコンバータを制御する制御部とを備える車両用制御装置であって、制御部は、低燃費走行指示を取得する取得手段と、取得手段が低燃費走行指示を取得したときに、コンバータの昇圧上限値を所定の通常上限値から所定の電圧/時間のダウンレートで低下させて、直流電源の出力電圧よりも高い所定の制限上限値とする制限手段と、ユーザによるアクセル操作に基づくアクセル開度を判定する判定手段と、低燃費走行指示の取得中に判定手段によりアクセル開度が所定の閾値以上であると判定されるときにコンバータの昇圧上限値を所定の制限上限値から所定の電圧/時間のアップレートで上昇させて所定の通常上限値に復帰させる復帰手段と、を含むものである。
この構成の車両用制御装置では、ユーザ操作による低燃費走行指示を取得したときに、コンバータの昇圧上限値を所定の通常上限値から所定の電圧/時間のダウンレートで低下させて直流電源の出力電圧よりも高い所定の制限上限値とし、また、低燃費走行指示取得中にユーザ操作によるアクセル開度が所定の閾値以上になったときにコンバータの昇圧上限値を所定の制限上限値から所定の電圧/時間のアップレートで上昇させて所定の通常上限値に復帰させる。このように、低燃費走行指示の取得が有るときに、コンバータの昇圧上限値の制限を急激に行うのではなく所定のダウンレートで比較的緩やかに行うことで、モータトルク抜けによる急ブレーキ感を緩和または抑制することができる。また、低燃費走行指示取得中にもユーザの要求に応じてコンバータの昇圧制限を一時的に自動解除することでユーザによる車両の加速要求に速やかに応えることができ、その場合にもコンバータの昇圧上限値を急激にではなく所定のアップレートで通常上限値まで比較的緩やかに上昇させることで急な飛び出し感を緩和または抑制することができる。その結果、低燃費走行を行いながらドライバビリティも向上させることができる。
本発明に係る車両用制御装置において、制御部は、低燃費走行指示の取得中にコンバータの昇圧上限値を制限上限値から通常上限値に復帰させた後に判定手段によりアクセル開度が所定の閾値未満であると判定されたときに制限手段によりコンバータの昇圧上限値を通常上限値から前記ダウンレートで制限上限値に戻す復帰解除手段をさらに含むことが好ましい。
この構成の車両用制御装置によれば、アクセル開度が所定の閾値未満になったときに低燃費走行に自動的に戻るので、ユーザの操作負担が軽減されるとともに燃費向上を図れる。この際、コンバータの昇圧上限値を通常上限値から所定のダウンレートで制限上限値に戻すので、トルク抜けによる急ブレーキのような違和感が緩和または抑制されてドライバビリティが改善される。
また、本発明に係る車両用制御装置において、復帰解除手段がコンバータの昇圧上限値を通常上限値から制限上限値へ戻す際の判定基準となるアクセル開度閾値は、復帰手段がコンバータの昇圧上限値を制限上限値から通常上限値へ復帰させる際の判定基準となるアクセル開度閾値よりも低く設定されていることが好ましい。
この構成の車両用制御装置によれば、前記2つのアクセル開度閾値を同一にした場合にはその閾値辺りでのアクセル開度変動によりコンバータの昇圧上限値の復帰や制限が頻繁に行われることでかえってドライバビリティおよび燃費が悪化することにもなるが、コンバータの昇圧制限を一旦解除した後に再び昇圧制限状態に戻す際のアクセル開度閾値を低く設定することで、このような不具合を低減できる。
また、本発明に係る車両用制御装置において、ダウンレートは、コンバータの昇圧上限値を前記通常上限値から前記制限上限値へ一気にではなく比較的緩やかに低下させるよう設定されることが好ましい。
この構成の車両用制御装置によれば、低燃費走行指示の取得中は安定走行に移りつつあるか安定走行中のことが多いので、ダウンレートが、コンバータの昇圧上限値を通常上限値から制限上限値へ一気にではなく比較的緩やかに低下させるよう設定されることで低燃費性能が若干犠牲になるもののユーザのドライバビリティに対する満足度が向上する。
また、本発明に係る車両用制御装置において、アップレートは、コンバータの昇圧上限値を前記制限上限値から前記通常上限値へ一気にではないものの比較的短時間で上昇させるよう設定されることが好ましい。
この構成の車両用制御装置によれば、低燃費走行指示の取得中にコンバータの昇圧制限が解除されるときは例えば加速を行いたいとき等であるので、アップレートが、コンバータの昇圧上限値を制限上限値から通常上限値へ一気にではないものの比較的短時間で上昇させるよう設定されることで、ドライバビリティが若干犠牲になるもののユーザの加速等の動力性能に対する満足度が向上する。
さらに、本発明に係る車両用制御装置において、アップレートは、ダウンレートを超える値であることが好ましい。
この構成の車両用制御装置によれば、コンバータの昇圧制限をかけるときはゆっくり行ってドライバビリティをより向上させ、コンバータの昇圧制限解除のときは短時間で復帰させて加速等の動力性能をより向上させることができる。
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態に付き詳細に説明する。以下の説明では、モータとして、車両に搭載されるモータ・ジェネレータを説明するが、単にモータとしての機能を有するものでもよい。車両に搭載されるモータの数は複数であってもよい。また、電源回路の構成として、2次電池、コンバータ、インバータを有するものとして説明するが、これ以外の要素、例えば、低電圧DC/DCコンバータ等を有するものであってもよい。なお、以下で述べる電圧値等は、説明のための一例であり、車両の仕様等に応じ適宜変更が可能である。
図1は、車両用制御装置10の構成を概略的に示す図である。車両用制御装置10は、車輪駆動用モータを搭載する車両の制御を行うシステムであるが、ここでは特に、エコスイッチがオンオフされたときの制御を行う機能を有する。
車両用制御装置10は、モータ24と、モータ24に接続される電源回路30と、制御部50とを含んで構成される。また、制御部50には、エコスイッチ(指示手段)42が接続される。モータ24は、電力が供給される力行時は電動機として機能し、回生制動時には発電機として機能する三相同期型モータである。
電源回路30は、モータ24と接続される回路であり、モータ24が電動機として機能するときにこれに電力を供給し、あるいはモータ24が発電機として機能するときは回生電力を受け取って直流電源を充電する機能を有する。
電源回路30は、2次電池である直流電源32と、直流電源側の平滑コンデンサ34と、昇降圧機能を有するコンバータ36と、昇圧側の平滑コンデンサ38と、インバータ回路40とを含んで構成される。
直流電源32としては、例えば、約200Vの端子電圧を有するリチウムイオン組電池あるいはニッケル水素組電池、またはキャパシタ等を用いることができる。
コンバータ36は、直流電源32側の電圧をリアクトルのエネルギ蓄積作用を利用して例えば約650Vの通常上限値まで昇圧可能な回路で、昇圧コンバータとも呼ばれる。コンバータ36は双方向機能を有し、インバータ回路40側からの電力を直流電源32側に充電電力として供給するときには、インバータ回路40側の高圧を直流電源32に適した電圧に降圧する作用も有する。図1において、コンバータ36の高電圧側出力が昇圧電圧VHで示されている。
インバータ回路40は、高圧直流電力を交流三相駆動電力に変換し、それぞれに接続されるモータ24に供給する機能と、逆にモータ24からの交流三相回生電力を高圧直流充電電力に変換する機能とを有する回路である。
エコスイッチ42は、ユーザが任意に操作できる操作子で、これをオンにするときは、ユーザが低燃費走行を望んでいることを示す低燃費走行指示信号を出力する機能を有するスイッチである。エコスイッチ42は、例えば、運転席の適当な位置に設けることができる。エコスイッチ42の状態、すなわち、オン状態かオフ状態かは、制御部50に伝送される。
制御部50は、電源回路30の制御を通して、車両に搭載されるモータ24の作動を制御する機能を有し、特にここでは、エコスイッチ42がオンオフされたときの電源回路30の制御を通して、車両のドライバビリティと低燃費性能等とを適度に調和させる制御を行う機能を有する。
制御部50は、実際的にはCPUで構成され、必要に応じ、CPUの他の要素として、プログラム等を記憶する記憶装置、エコスイッチ42との間のインタフェース回路を含む。なお、これらの要素がある場合は、これらは内部バスで相互に接続される。かかる制御部50は、車両搭載に適したコンピュータ等で構成することができる。制御部50の機能は、他の車両搭載コンピュータの機能の一部とすることもできる。例えば、車両全体の制御を行う電子制御ユニット(ECU)等に、制御部50の機能を持たせることができる。
制御部50は、エコスイッチ42のオン信号、すなわち低燃費走行指示を取得する低燃費走行指示取得モジュール(取得手段)52と、エコスイッチ42がオンされるときに電源回路30のコンバータ36の昇圧上限値を所定のダウンレートで通常上限値から制限上限値に低下させる昇圧上限値低下モジュール(制限手段および復帰解除手段)54と、エコスイッチ42がオフされるときに電源回路30のコンバータ36の昇圧上限値を所定のアップレートで制限上限値から通常上限値まで上昇復帰させる昇圧上限値復帰モジュール(復帰手段)56と、ユーザである車両運転者のアクセル操作によるアクセル開度を判定するアクセル開度判定モジュール58とを含んで構成される。かかる機能はソフトウェアを実行することで実現でき、具体的には、車両制御プログラムのエコスイッチ関連制御プログラムを実行することで実現できる。これらの機能の一部をハードウェアによって実現するものとしてもよい。
続いて、上記構成からなる車両用制御装置10の動作、特に制御部50の各機能について、図2のフローチャートと、図3のタイムチャートとを用いて詳細に説明する。なお、以下では、図1の符号を用いて説明する。図2は、エコスイッチ42がオンオフされたときの制御についての処理の手順を示すフローチャートで、各手順は、車両制御プログラムのエコスイッチ関連制御プログラムにおける各処理手順を示すものである。図3は、図2のフローチャートに関連して、エコスイッチ42の状態、電源回路30のコンバータ36の昇圧電圧の状態のそれぞれの時間変化を、時間軸を共通にして示すタイムチャートである。
図2において、エコスイッチ42を有する車両の制御においては、まずエコスイッチ42がオンか否かが判断される(ステップS10)。この工程は、制御部50のCPU52において、低燃費走行指示取得モジュール52がエコスイッチ42からのオン信号を取得したか否かによって判断される。
エコスイッチ42がオンされると(ステップS10でYES)、電源回路30のコンバータ36の昇圧上限値が所定のダウンレートで低下させる処理が行われる(ステップS12)。この場合、昇圧上限値は、通常の場合、すなわちエコスイッチ42がオンされていないときの昇圧上限値である通常上限値から、低燃費性能の観点から予め定められ、通常上限値よりも低く設定される昇圧上限値である制限上限値に低下させて、昇圧上限値が制限される。上記の例では、コンバータ36は、約200Vを約650Vに昇圧するものなので、通常上限値はこの約650Vである。制限上限値は、低燃費性能の設定によるが、例えば約500Vである。
図3においてこの様子が矢印Aの位置に示される。すなわち、エコスイッチ42がオフからオンに切り替わると、昇圧電圧の上限値は、通常上限値Vから制限上限値Vに低減される。このとき、通常上限値Vから制限上限値Vに一気に低下させるのではなく、所定のダウンレートの下で、VからVへの低下が実行される。図3の例では、tdownの時間をかけて、VからVへの低下が比較的緩やかに実行される。この場合、ダウンレートRdown=−(V−V)/tdownである。
このダウンレートRdownの大きさは、低燃費性能よりもドライバビリティを優先する観点から設定が行われる。なぜならば、エコスイッチをオンしてコンバータ36の昇圧上限値を制限する場合は、安定走行に移りつつあるか安定走行中のことが多く、低燃費性能を重視してダウンレートRdownをあまり大きくしすぎると、トルク抜け、あるいは急ブレーキ感があり、ドライバビリティが低下するからである。したがって、安定走行中のドライバビリティ等の観点から、このダウンレートRdownを設定することが好ましい。
なお、エコスイッチ42がオンされていないときには(ステップS10でNO)、後述するステップS20の処理に進む。
エコスイッチ42がオンされてコンバータ36の昇圧上限値が約500Vに制限されているとき、アクセル開度が80%以上であるか否かが判定される(ステップS14)。この判定は、制御部50におけるアクセル開度判定モジュール58が行う。具体的には、アクセルペダル(またはアクセルレバー)の踏み込み位置(または押し込み位置)を位置センサで検出し、その検出信号に基づいて判定する。ここで、アクセル開度が80%以上ということは、エコスイッチ42をオンして低燃費走行を行っているときに、ユーザである運転者が車両を急加速させたくてアクセルを踏み込んだ状態が想定される。
アクセル開度が80%以上であるとき(ステップS14でYES)、コンバータ36の昇圧制限の解除が実行される(ステップS16)。具体的には、コンバータ36の昇圧上限値が制限上限値である約500Vから所定のアップレートRupで通常上限値である約650Vに上昇させる処理が行われる。
図3においてこの様子が矢印Bの位置に示される。すなわち、エコスイッチ42がオンされた状態でアクセル開度が80%以上になったとき、昇圧電圧の上限値は、制限上限値Vから通常上限値Vに上昇復帰される。このとき、制限上限値Vから通常上限値Vに一気に上昇させるのではなく、所定のアップレートRupの下で、VからVへの上昇復帰が実行される。図3の例では、tupの時間をかけて、VからVへの上昇が実行される。この場合、アップレートRup=+(V−V)/tupである。
このアップレートRupの大きさは、ドライバビリティよりも動力性能を優先する。なぜならば、エコスイッチ42をオンした状態、すなわち低燃費走行中にアクセル開度を80%以上と大きくするのは例えば急加速を行いたいときであり、ドライバビリティを重視してアップレートRupをあまり小さくしすぎると、加速がゆっくり立上がり、加速感が不十分に感じられるおそれがあるからである。したがって、加速等の動力性能等の観点から、このアップレートRupを設定することが好ましい。
また、このアップレートRupの値は、ダウンレートRdownの値を超える値に設定される。上記の例では、tup<tdownと設定される。これにより、コンバータ36の昇圧制限をするときは昇圧上限値の低下を比較的緩やかにしてドライバビリティをより向上させ、コンバータ36の昇圧制限を解除するときは昇圧上限値を短時間で復帰させて加速等の動力性能をより向上させることができる。
なお、エコスイッチ42をオンした状態でアクセル開度が80%以上でなければ(ステップS14でNO)、後述するステップS20の処理に進む。
アクセル開度が80%以上になったことでコンバータ36の昇圧制限を解除する処理が実行された後、アクセル開度が70%未満になっているか否かが判定される(ステップS18)。ここで、アクセル開度70%未満になっているということは、ユーザが急加速のためにアクセルペダルを一旦大きく踏み込んだ後にアクセルを戻して加速中止または減速した場合が想定される。アクセル開度が70%未満になっていれば、上記ステップS12に戻って、再びコンバータの昇圧制限を実行する。この制御は、制御部50における昇圧上限値低下モジュール54が実行する。図3においてこの様子が矢印Cの位置に示されるが、上記ダウンレートRdownでコンバータ36の昇圧上限値を通常上限値から制限上限値へ低下させるのはエコスイッチ42をオンしたときと同様である。
ここで、上記ステップS18におけるアクセル開度の閾値70%を、上記ステップS14におけるアクセル開度の閾値80%よりも低く設定するのは、次の理由による。すなわち、上記2つのアクセル開度閾値を同一にした場合には、その閾値辺りでのアクセル開度変動によりコンバータ36の昇圧上限値の復帰や制限が頻繁に行われることでかえってドライバビリティおよび燃費が悪化することにもなるが、コンバータ36の昇圧制限を一旦解除した後に再び昇圧制限状態に戻す際のアクセル開度閾値を低く設定することで、このような不具合を低減できるからである。
上記ステップS10およびS14でNOと判定されたとき、ならびに、上記ステップS18でアクセル開度が70%未満であると判定されたときには、エコスイッチ42がオフされたか否かが判定される(ステップS20)。エコスイッチ42がオフされていれば(ステップS20でYES)、コンバータ36の昇圧上限値を通常上限値である約650Vに設定して、エコ制御を終了する。このとき、コンバータ36の昇圧上限値を通常上限値に戻す際にも、図3において矢印Dの位置に示されるように、低燃費走行中のコンバータ昇圧解除(ステップS16)の場合と同じアップレートRupで比較的緩やかに上昇させる。
一方、エコスイッチ42がオフされていないときには(ステップS20でNO)、上記ステップS18でYESと判定された場合と同様に、上記ステップS12に戻って、エコスイッチ42がオフされるまで上述したステップS12〜S18の処理を繰り返し実行する。
上述したように、本実施形態の車両用制御装置10によれば、ユーザのエコスイッチオン操作による低燃費走行指示を取得したときに、コンバータ36の昇圧上限値を通常上限値である約650Vから所定のダウンレートRdownで低下させて制限上限値である約500Vとし、また、低燃費走行指示取得中にユーザのアクセル操作によるアクセル開度が第1の閾値である80%以上になったときにコンバータ36の昇圧上限値を制限上限値から所定のアップレートRupで上昇させて所定の通常上限値に復帰させる。このように、低燃費走行指示の取得が有るときに、コンバータ36の昇圧上限値の制限を急激に行うのではなく所定のダウンレートRdownで比較的緩やかに行うことで、モータトルク抜けによる急ブレーキ感を緩和または抑制することができる。また、低燃費走行指示取得中にもユーザの要求に応じてコンバータ36の昇圧制限を一時的に自動解除することでユーザによる車両の加速要求に速やかに応えることができ、その場合にもコンバータ36の昇圧上限値を急激にではなく所定のアップレートRupで通常上限値まで比較的緩やかに上昇させることで急な飛び出し感を緩和または抑制することができる。その結果、低燃費走行を行いながらドライバビリティも向上させることができる。
また、本実施形態の車両用制御装置10では、アクセル開度が第2の閾値70%未満になったときに低燃費走行に自動的に戻るので、ユーザの操作負担が軽減されるとともに燃費向上を図れる。この際、コンバータ36の昇圧上限値を通常上限値から所定のダウンレートRdownで制限上限値に戻すので、トルク抜けによる急ブレーキのような違和感が緩和または抑制されてドライバビリティが改善される。
なお、本実施形態の車両用制御装置10では、コンバータ36の昇圧上限値に関するアップRupとダウンレートRdown、ならびに、上記ステップS14およびS18における第1および第2のアクセル開度閾値をそれぞれ異なる値に設定したが、本発明に係る車両用制御装置では、アップレートRupとダウンレートRdownとが同一、および、第1および第2のアクセル開度閾値が同一であることを除外するものではない。
本発明に係る一実施形態である車両用制御装置の構成を示す図である。 図1の制御部において実行される制御手順を示すフローチャートである。 図2に示す制御におけるエコスイッチのオンオフ状態およびコンバータの昇圧電圧の変化状態を時間軸で示すタイムチャートである。
符号の説明
10 車両用制御装置、24 モータ、30 電源回路、32 直流電源、34,38 平滑コンデンサ、36 コンバータ、40 インバータ回路、42 エコスイッチ、50 制御部、52 低燃費走行指示取得モジュール、54 昇圧上限値低下モジュール、56 昇圧上限値復帰モジュール、58 アクセル開度判定モジュール。

Claims (6)

  1. 直流電源の出力電圧を昇圧してモータ駆動用電圧を生成するコンバータと、ユーザの操作により低燃費走行指示を発信する指示手段と、指示手段からの信号に基づきコンバータを制御する制御部とを備える車両用制御装置であって、
    制御部は、
    低燃費走行指示を取得する取得手段と、
    取得手段が低燃費走行指示を取得したときに、コンバータの昇圧上限値を所定の通常上限値から所定の電圧/時間のダウンレートで低下させて直流電源の出力電圧よりも高い所定の制限上限値とする制限手段と、
    ユーザによるアクセル操作に基づくアクセル開度を判定する判定手段と、
    低燃費走行指示の取得中に判定手段によりアクセル開度が所定の閾値以上であると判定されるときにコンバータの昇圧上限値を所定の制限上限値から所定の電圧/時間のアップレートで上昇させて所定の通常上限値に復帰させる復帰手段と、を含むことを特徴とする車両用制御装置。
  2. 請求項1に記載の車両用制御装置において、
    制御部は、低燃費走行指示の取得中にコンバータの昇圧上限値を前記制限上限値から前記通常上限値に復帰させた後に判定手段によりアクセル開度が所定の閾値未満であると判定されたときに制限手段によりコンバータの昇圧上限値を前記通常上限値から前記ダウンレートで前記制限上限値に戻す復帰解除手段をさらに含むことを特徴とする車両制御装置。
  3. 請求項2に記載の車両用制御装置において、
    復帰解除手段がコンバータの昇圧上限値を前記通常上限値から前記制限上限値へ戻す際の判定基準となるアクセル開度閾値は、復帰手段がコンバータの昇圧上限値を前記制限上限値から前記通常上限値へ復帰させる際の判定基準となるアクセル開度閾値よりも低く設定されていることを特徴とする車両制御装置。
  4. 請求項1ないし3のいずれか一項に記載の車両用制御装置において、
    ダウンレートは、コンバータの昇圧上限値を前記通常上限値から前記制限上限値へ一気にではなく比較的緩やかに低下させるよう設定されることを特徴とする車両用制御装置。
  5. 請求項1ないし3のいずれか一項に記載の車両用制御装置において、
    アップレートは、コンバータの昇圧上限値を前記制限上限値から前記通常上限値へ一気にではないものの比較的短時間で上昇させるよう設定されることを特徴とする車両用制御装置。
  6. 請求項1ないし3のいずれか一項に記載の車両用制御装置において、
    アップレートは、ダウンレートを超える値であることを特徴とする車両用制御装置。
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