JP4848123B2

JP4848123B2 - 電気自動車の制御装置

Info

Publication number: JP4848123B2
Application number: JP2004182236A
Authority: JP
Inventors: 尚也武田; 智永杉本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-06-21
Filing date: 2004-06-21
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2024-06-21
Also published as: JP2006006078A

Description

本発明は、電動機により走行可能なハイブリッド車両を含む電気自動車の制御装置に関するものである。

従来から急発進時や急加速時に発生する車体振動を抑制して乗り心地を向上させる電気自動車の制御装置が提案されている（特許文献１参照）。

これは、トルク指令値演算手段によりアクセル操作量に応じて所定のトルク指令値を演算し、目標電流値演算手段によりトルク指令値に応じて所定の目標電流値を演算し、目標電流値に応じた電流により電動機を制御する電気自動車の制御装置であり、アクセル操作量を急激に増加させて全開走行状態へと移行させる際には、目標電流値演算手段の遅延手段によりトルク指令値に対して所定の遅れを生じさせるようにしている。
特開２００３−１６９４０２号公報

しかしながら、上記従来例では、アクセル操作量を急激に増加させて全開走行状態へと移行させる際には、目標電流値演算手段の遅延手段によりトルク指令値に対して所定の遅れを生じさせるものであるため、車両状態によっては急発進加速したい場合であっても出力トルク増大時の変化率が小さくされるため、運転者に違和感を与えるという不具合があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、車両状態によっては急発進加速可能な電気自動車の制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、車速が規定以下の停車状態において、方向指示器が作動され且つシフトポジションが前進レンジである場合には、車両が右折又は左折若しくは合流のために停車していると判定して、急発進加速を必要とする車両状態と設定する車両状態検出手段と、アクセル開度に応じてトルク指令値を演算するトルク指令値演算手段と、前記トルク指令値に応じて電動機の出力トルクを制御する電動機制御手段と、を備え、前記電動機制御手段は、前記車両状態検出手段により設定された車両状態が急発進加速を必要としない状態である場合にはトルク指令値に対して所定の遅延を生じさせて電動機の出力トルクを制御し、設定された車両状態が急発進加速を必要とする場合にはトルク指令値に対して所定の遅延を生じさせることなく電動機の出力トルクを制御するようにした。

したがって、本発明では、トルク指令値演算手段によりアクセル開度に応じてトルク指令値を演算し、トルク指令値に応じて電動機制御手段により電動機の出力トルクを制御する電気自動車の制御装置であり、車速が規定以下の停車状態において、方向指示器が作動され且つシフトポジションが前進レンジである場合には、車両が右折又は左折若しくは合流のために停車していると判定して、急発進加速を必要とする車両状態と設定する車両状態検出手段を備え、前記車両状態検出手段により設定された車両状態が、急発進加速を必要としない状態である場合には電動機制御手段によりトルク指令値に対して所定の遅延を生じさせて電動機の出力トルクを制御し、急発進加速を必要とする場合には電動機制御手段によりトルク指令値に対して所定の遅延を生じさせることなく電動機の出力トルクを制御する。
このため、急発進加速を必要としない状態である場合には、電動機制御手段によりトルク指令値に対して所定の遅延を生じさせて電動機の出力トルクを制御し、急激な出力トルクの増加に伴う駆動系のねじれ共振による車体振動の発生を抑制して、乗り心地を向上させることができる。
しかも、交差点での左右折時や合流時等で、急発進加速を必要とする状況において、アクセル開度に対する電動機の発生トルクを急峻とでき、ドライバーに違和感を与えることがなくなる。即ち、加速力を確保することで、ドライバーは余裕を持って左右折や合流を行うことができる。

以下、本発明の電気自動車の制御装置を一実施形態に基づいて説明する。図１〜図７は、本発明を適用した電気自動車の制御装置の第１実施形態を示し、図１は電気自動車の制御装置のシステム構成図、図２はメモリに記憶されているアクセル開度に対するトルク指令値マップ、図３は電流指令値算出部における電流算出特性を示す特性図、図４は制御手段でのトルク指令値算出および出力の制御フローチャート、図５は車両の発進状態の判定から発進完了までを制御する制御フローチャート、図６および図７は図５に示す制御フローチャートのサブルーチンである。

図１に示す電気自動車は、電源であるバッテリ１よりの電気エネルギーをインバータ２により交流電力に変換して三相交流同期モータ等の電動機３を駆動し、電動機３に連結されたデファレンシャルギヤを含むファイナル装置４を駆動し、ドライブシャフト５を介して駆動輪６を駆動する電気自動車であり、車両制動時には電動機３で回生制動し、電動機３で発電した電気エネルギーをインバータ２を介して直流に変換してバッテリ１に蓄電するよう構成している。

電気自動車の制御装置は、ドライバーによるアクセル操作量を検出するアクセル開度センサ１３、ファイナルドライブ装置４の入力回転速度を検出することにより車速を検出する車速センサ１４、ドライバーによるステアリングハンドルの操舵角を検出する操舵角センサ１５、ドライバーによるシフトレバーの操作位置を検出するシフトセンサ１６、車両の進行方向を変更する際に操作される方向指示器の操作位置を検出する方向指示センサ１７を備える。また、これらセンサ１３〜１７の各信号およびメモリ１１に記憶されているマップデータに基づいて電動機３の必要トルク（トルク指令値）を演算するＣＰＵ１０と、ＣＰＵ１０から入力されたトルク指令値に基づいて電動機３への電流指令値を演算してインバータ２へ出力する電流指令値算出部１２とを備える。

前記メモリ１１には、前記ＣＰＵ１０から受けた各種情報を記憶し、ＣＰＵ１０から要求された情報を記憶している格納情報から出力する。また、アクセル開度センサ１３で検出したアクセル操作量および車速センサ１４で検出した車速に対応して電動機３で出力すべきトルク指令値のマップ（走行時トルク指令値マップ）を記憶している。

前記メモリ１１には、さらに、車両の停車状態からの発進時にＣＰＵ１０から参照されるアクセル開度に対応して電動機３で出力すべきトルク指令値のマップ（発進時トルク指令値マップ）が記憶されており、停車状態からの発進時においてＣＰＵ１０からの要求されたアクセル開度に対するトルク指令値をＣＰＵ１０へ出力する。

前記発進時トルク指令値マップは、図２に示すように、通常発進時に参照されるアクセル開度に対するトルク指令値を記憶させた通常発進時トルク指令値マップＡと、急発進加速時に参照されるアクセル開度に対するトルク指令値を記憶させた急発進加速時トルク指令値マップＢとから構成されている。通常発進時トルク指令値マップＡは、例えば、アクセル開度がＸである場合に、急発進加速時におけるトルク指令値Ｔ２より低いトルク指令値Ｔ１を出力するよう構成され、アクセル開度に対して円滑に車両を発進可能なトルク指令値が設定されている。また、急発進加速時トルク指令値マップＢは、前記のようにアクセル開度がＸである場合に、通常発進時におけるトルク指令値Ｔ１より高いトルク指令値Ｔ２を出力するよう構成され、アクセル開度に対して迅速に車両を発進加速可能なトルク指令値が設定されている。

前記ＣＰＵ１０は、走行時においては、アクセル開度センサ１３で検出したアクセル操作量および車速センサ１４で検出した車速に応じてメモリ１１に記憶されている走行時トルク指令値マップを参照してトルク指令値を電流指令値算出部１２に出力する。また、停車状態からの発進時においては、車速センサ１４、方向指示センサ１７およびシフトセンサ１６よりの情報により車両の発進状態が急発進加速を要する状況であるか否かの判定により、前記発進時トルク指令値マップＡ、Ｂのいずれか一方のマップを選択する一方、アクセル開度センサ１３で検出したアクセル操作量に応じてメモリ１１に記憶されている発進時トルク指令値マップＡ、Ｂを参照してトルク指令値を演算する。そして、急発進加速を要する状況であるか否かの判断結果と共に演算したトルク指令値を電流指令値算出部１２に出力する。また、ＣＰＵ１０は舵角センサ１５および方向指示センサ１７よりの情報により発進動作が完了したか否かを判定し、発進動作が完了した場合には走行時トルク指令値マップに基づき演算したトルク指令値を電流指令値算出部１２に出力する。

前記電流指令値算出部１２は、図３に示すように、ＣＰＵ１０の急発進加速の要否の判定結果が、急発進加速が必要であれば、ＣＰＵ１０から入力されたトルク指令値（図中のｂ線を参照）に基づいて電流指令値を演算してインバータ２へ出力し、急発進加速が必要でなければ、トルク指令値に基づいて電流指令値を演算し、演算した電流値を所定の遅延時間だけ遅延させて（図中のａ線を参照）インバータ２に出力するよう構成している。インバータ２は、バッテリ１の電気エネルギー（直流）を電流指令値算出部１２で算出された電流指令値に基づいて交流電力へと変換して電動機３へと供給し、電動機３を駆動する。

以上の構成の電気自動車の制御装置の停車状態からの発進時における動作について、図４〜図７に示す制御フローチャートに基づいて、以下に説明する。図４に示す制御フローチャートは車両発進時にＣＰＵ１０により一定周期毎に実行され、電流指令値算出部１２へのトルク指令値を演算出力するメインルーチンであり、また、図５に示す制御フローチャートは、メインルーチンの制御周期に対して、例えば、５〜１０周期に１回の割合でＣＰＵにより実行され、車両の発進状態の判定から発進完了までを制御するルーチンである。先ず、電流指令値算出部１２へのトルク指令値を演算出力するメインルーチンについて説明する。

先ず、ステップＳ１では、現在のアクセル開度とサブルーチンでのフラグ設定値とを読込む。前記フラグは、後述するようにサブルーチンで設定され、通常発進時には、Ｆ＝０に設定され、また、急発進加速を要する場合には、Ｆ＝１に設定され、このフラグＦ＝１は急発進加速が完了するまで保持される。

ステップＳ２では、ステップＳ１で読込んだフラグ設定値とアクセル開度に応じてメモリ内に格納したトルクマップ（図２参照）のいずれかを選択すると共に選定したトルクマップに基づきトルク指令値を算出する。

ステップＳ３では、ステップＳ２で算出したトルク指令値とフラグ設定値を電流指令値算出部１２へ出力する。

以上のように、メインルーチンは、制御サイクル毎に、現在におけるフラグ設定値とフラグ設定値に対応するアクセル開度に応じたトルク指令値とを電流指令値算出部１２に出力し続ける。電流指令値算出部１２は、前述のごとく、フラグ設定値とトルク指令値とに基づいて急発進加速が必要であれば、ＣＰＵ１０から入力されたトルク指令値に基づいて電流指令値を演算してインバータ２へ出力し、急発進加速が必要でなければ、トルク指令値に基づいて電流指令値を演算し、演算した電流値を所定の遅延時間だけ遅延させてインバータ２に出力する。

次いで、車両の発進状態の判定から発進完了までを制御するルーチンを説明する。このルーチンでは、ステップＳ４で急発進モードでの制御中か否かが判定され、ステップＳ５およびステップＳ６で急発進加速が必要か否かが判定され、急発進加速が必要な場合にはステップＳ７で急発進モード（フラグ設定値Ｆ＝１）が設定され、ステップＳ８で急発進加速が完了したか否かが判定されるようにしている。

先ず、ステップＳ４では、フラグ設定値が（Ｆ＝０）であるか否かが判定され、フラグ設定値がＦ＝１である場合にはステップＳ８へ進み、フラグ設定値がＦ＝０である場合にはステップ５へ進む。

フラグ設定値は通常Ｆ＝０に設定されており、急発進加速が必要な場合のみ急発進加速が完了するまでフラグ設定値がＦ＝１に設定されるものである。このため、フラグ設定値がＦ＝０の場合には、急発進加速が必要かどうかまだ判定していない場合も含まれるため、ステップＳ５〜ステップＳ６での急発進加速の要否判定のステップへ進むようにしている。また、フラグ設定値がＦ＝１の場合は、既に急発進加速が必要であると判定されており、急発進加速の制御中であることを示しているため、急発進加速の完了を判定するステップＳ８へ進むようにしている。

ステップＳ５では、車両が停車しているか否かを車速センサ１４よりの車速信号により判定し、停車状態である場合にはステップＳ６へ進み、停車状態でなければステップＳ９へ進む。これは、急発進加速の要否の判定は、車両が停車した場合にのみに行うため、停車のたびに判断を行うものである。

ステップＳ６では、車両が急発進加速を必要とする状態であるか否かを判定し、急発進加速が必要である場合にはステップＳ７へ進み、急発進加速を要しない場合にはステップＳ９へ進む。ここでは、急発進加速の要否を、例えば、車両が交差点での右左折であるか、若しくは、合流ポイントで急発進加速が必要となる状況であるかにより判断を行う。

図６は、ステップＳ６での具体的な判定ステップである。図６によりステップＳ６での具体的な判定ステップを説明する。

ステップＳ６１では、車速センサ１４よりの車速信号が規定以下（例えば、クリープ時車速以下）であるか否かを確認し、車速がクリープ時車速以下であればステップＳ６２へ進み、クリープ時車速を超えている場合にはステップＳ６５へ進む。

ステップＳ６２では、方向指示センサ１７により方向指示器が左右いずれかに操作されているか否かが判定され、操作されている場合にはステップＳ６３へ進み、操作されていない場合にはステップＳ６５へ進む。方向指示器が操作されている場合は、車両が左右左折中、若しくは、合流中であることが確認でき、迅速に車両を発進させる必要があると判断するものである。なお、ここでは、方向指示器が作動中であるか否かを判定することによって、左右左折中、若しくは、合流を判定しているが、例えば、ナビゲーション装置により車両の現在地を確認できる場合には、車両が交差点内若しくは合流地点にあることにより急発進加速が必要であると判定するようにしてもよい。なお、方向指示灯の点滅信号により左右折を検出することは、ハザードのために点滅されることがあるため、方向指示器により車両の左右折を検出する場合には方向指示レバーの位置を検出するようにする。

ステップＳ６３では、シフトセンサ１６によるシフト位置が前進位置であるか否かを判定し、前進位置である場合にはステップＳ６４に進み、前進位置以外である場合にはステップＳ６５へ進む。前進位置のシフトポジションとしては、Ｄレンジ、２レンジ、および、Ｌレンジがある。

そして、ステップＳ６４では、ステップＳ６１〜６３の条件を全て満たしていることから、急発進加速が必要な状況と判定する。また、ステップＳ６５では、ステップＳ６１〜６３の条件のうちのいずれか満たさないことから急発進加速は不要な状況と判定する。

以上のステップにより急発進加速が必要と判断された場合には、図５のサブルーチンに戻り、ステップＳ７により、急発進加速のためのフラグ設定値をＦ＝１と設定し、メインルーチンでのトルク指令値算出時に、急発進加速時トルク指令値マップを選択するよう設定し、電流指令値算出部１２での電流指令値の算出時に急加速モードを選択するよう設定してステップＳ８へ進む。

ステップＳ８では、急発進加速が完了したか否かが判定され、急発進加速が完了した場合にはステップＳ９へ進み、急発進加速中であれば今回の処理を終了する。急発進加速中は、電動機３による急発進時や急加速時では、電動機３の出力トルクがこれに追従するように制御され、急激な出力トルクの増加によって駆動系の「ねじれ共振系」が共振し、車体振動が発生することがしばしばあり、運転者や同乗者の乗り心地を悪化させる。従って、交差点にて停車状態からの右左折や停車状態からの合流が完了した場合には、直ちに通常制御へ戻す必要がある。ここでは、急発進加速モードの終了の判断基準として、例えば、左右折を終了して方向指示器が中立位置に戻され、操舵角センサ１５よりの操舵角信号が規定以下となることにより判定する。

図７は、ステップＳ８での具体的な判定ステップである。図７によりステップＳ８での具体的な判定ステップを説明する。

ステップＳ８１では、方向指示器が左右いずれかの位置から中立位置に戻っているか否かを判定し、中立位置に戻っている場合にはステップＳ８２へ進み、まだ中立位置に戻っていない場合にはステップＳ８４へ進む。即ち、方向指示器が左右いずれかの位置から中立位置に戻っている場合は、車両の左右折や合流が完了してステアリングハンドルが操舵位置から直進位置近くに戻されていることを示している。

ステップＳ８２では、舵角センサ１５よりの操舵角信号が規定舵角以下になっているか否かが判定され、規定舵角以下となっている場合にはステップＳ８３へ進み、規定舵角を超えている場合にはステップＳ８４へ進む。前記規定舵角は、ゼロ（直進状態）が望ましいが、ステアリングハンドルの遊び等を考慮して概ね直進状態と判断できる場合も含めるように設定する。

そして、ステップＳ８３では、ステップＳ８１〜８２の条件を共に満たすので急発進加速が必要な状況は完了したと判断する。また、ステップＳ８４では、同様にステップＳ８１〜８２の条件のいずれかを満たさないので急発進加速が必要な状況が継続していると判断する。

なお、以上では方向指示器の作動状態と操舵角に基づいて左右折や合流の終了を検出したが、ナビゲーション装置を用いて自車両の位置を検出して左右折や合流の完了を検出してもよい。

図５に戻り、ステップＳ９では、以上のステップにより急発進加速が完了したと判断された場合、若しくは、急発進加速は必要ないと判断された場合に、急発進加速のためのフラグ設定値をＦ＝０と設定し、メインルーチンでのトルク指令値算出時に、通常発進時トルク指令値マップＡを選択するよう設定し、電流指令値算出部１２での電流指令値の算出時に通常時モードを選択するよう設定して処理を終了する。

なお、本実施形態においては、左右折時や合流時を「急発進加速が必要な状況」としたが、これに限らず、例えば、高速道路の料金所からの発進時、停車中で先行車との距離が所定距離以上離れた場合等、急加速が必要とされる他の条件であってもよい。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）アクセル開度に応じてトルク指令値を演算するトルク指令値演算手段（ステップＳ１〜Ｓ３）と、前記トルク指令値に応じて電動機の出力トルクを制御する電動機制御手段（１２）と、急発進加速を必要とする車両状態を検出する車両状態検出手段（ステップＳ６）と、を備え、前記電動機制御手段（１２）は、前記車両状態検出手段（ステップＳ６）により検出された車両状態が急発進加速を必要としない状態である場合にはトルク指令値に対して所定の遅延を生じさせて電動機３の出力トルクを制御し、検出された車両状態が急発進加速を必要とする場合にはトルク指令値に対して所定の遅延を生じさせることなく電動機３の出力トルクを制御するようにした。このため、交差点での左右折時や合流時等で、急発進加速を必要とする状況において、アクセル開度に対する電動機３の発生トルクを急峻とでき、ドライバーに違和感を与えることがなくなる。即ち、加速力を確保することで、ドライバーは余裕を持って左右折や合流を行うことができる。

（イ）トルク指令値演算手段（ステップＳ１〜Ｓ３）により、車両状態検出手段（ステップＳ６）によって検出された車両状態が急発進加速を必要とする場合には、急発進加速を必要としない場合に対して、アクセル開度に対するトルク指令値を増大させるため、急発進を要しない通常発進時には、急発進や急加速時に発生する車体振動を抑制して乗り心地を高いレベルで確保できると共に、急発進加速を要する場合には大きなトルクを発生することができる。

（ウ）車両状態検出手段（ステップＳ６）としては、車両が右折又は左折若しくは合流のために停車している場合に急発進加速を必要とする車両状態であると検出することにより、停車状態からの加速する状況のうち、交差点の右左折時や合流時に車両の加速性能を高めることで、ドライバーは余裕を持って運転することができる。

（エ）車両状態検出手段（ステップＳ６）は、車両が右折又は左折若しくは合流のために停車している車両状態であることを、車速が規定以下であり且つ方向指示器が作動され、しかもシフトポジションが前進レンジであることにより判定するため、当該状態を検出するために新たなセンサを追加することなく、通常の車両システムが保有するセンサ機能を活用することができる。

（オ）車両状態検出手段（ステップＳ８）は、方向指示器が中立位置に復帰され且つ操舵角が車両直進時近傍の角度となることにより急発進加速を必要とする車両状態が終了したと判定するため、当該状態を検出するために新たなセンサを追加することなく、通常の車両システムが保有するセンサ機能を活用することができる。また、急発進加速を必要とする車両状態が終了したと判定する要素として、車速信号を入れないことにより、交差点右左折しかけたが、対向車通過を待ったり、横断歩道上の歩行者、自転車の通過を待つために再停車し再発進する場合でも、急発進加速による増大トルクを利用することができる。

本発明の一実施形態を示す電気自動車の制御装置のシステム構成図。メモリに記憶されているアクセル開度に対するトルク指令値マップ。電流指令値算出部における電流算出特性を示す特性図。制御手段でのトルク指令値算出および出力の制御フローチャート。車両の発進状態の判定から発進完了までを制御する制御フローチャート。図５に示す急発進要否判定のサブルーチンを示すフローチャート。図５に示す完了判定のサブルーチンを示すフローチャート。

符号の説明

１バッテリ
２インバータ
３電動機
４ファイナルドライブ装置
５ドライブシャフトと
６駆動輪
１０ＣＰＵ
１１メモリ
１２電流指令値算出部
１３アクセル開度センサ
１４車速センサ
１５舵角センサ
１６シフトセンサ
１７方向指示センサ

Claims

車速が規定以下の停車状態において、方向指示器が作動され且つシフトポジションが前進レンジである場合には、車両が右折又は左折若しくは合流のために停車していると判定して、急発進加速を必要とする車両状態と設定する車両状態検出手段と、
アクセル開度に応じてトルク指令値を演算するトルク指令値演算手段と、
前記トルク指令値に応じて電動機の出力トルクを制御する電動機制御手段と、を備え、
前記電動機制御手段は、前記車両状態検出手段により設定された車両状態が急発進加速を必要としない状態である場合にはトルク指令値に対して所定の遅延を生じさせて電動機の出力トルクを制御し、設定された車両状態が急発進加速を必要とする場合にはトルク指令値に対して所定の遅延を生じさせることなく電動機の出力トルクを制御することを特徴とする電気自動車の制御装置。
前記トルク指令値演算手段は、前記車両状態検出手段によって設定された車両状態が急発進加速を必要とする場合には、急発進加速を必要としない場合に対して、アクセル開度に対するトルク指令値を増大させることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の制御装置。
前記車両状態検出手段は、方向指示器が中立位置に復帰され且つ操舵角が車両直進時近傍の角度となることにより急発進加速を必要とする車両状態の設定を解除することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気自動車の制御装置。