JP4888300B2

JP4888300B2 - モータトルク制御装置

Info

Publication number: JP4888300B2
Application number: JP2007245681A
Authority: JP
Inventors: 和功半田; 寛明宮本
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2027-09-21
Also published as: JP2009077585A

Description

本発明は、主に電気自動車のモータトルクの抑制に用いて好適の、モータトルク制御装置に関するものである。

従来より、燃料電池やバッテリからの電力によりモータを駆動して走行する電気自動車が開発又は一部で実用化されている。また、上述したような電気自動車以外にも、エンジンにより発電した電力によりモータを駆動して走行するハイブリッド式電気自動車も実用化されている。
ところで、電気自動車では、通常はクラッチ機構やトランスミッション（変速機構）を備えておらず、モータの出力軸が直接（又は最終減速ギアやデファレンシャルギアを介して）駆動輪に接続されている。

一方、トランスミッションを備えていない電気自動車であっても、車室内においては、トランスミッションを備えた車両と同様にシフトレバーが設けられる場合がある。例えば、図４に示す例では、シフトポジション（シフトレンジ）として、Ｐ（パーキング；駐車），Ｒ（リバース；後退），Ｎ（ニュートラル；中立），Ｄ（ドライブ；走行）及びＬ（ロー；低速）の各ポジションが設けられている。

ここで、Ｐレンジは、設定される目標トルクが常に０［Ｎｍ］であって、且つモータ出力軸に機械的なロックが作動するポジションであり、駐車時に使用するシフトポジションである。また、Ｎレンジもモータトルクは常に０［Ｎｍ］に保持され、モータを無負荷状態で使用するシフトポジションである。
また、Ｄレンジ及びＬレンジは、走行時に使用するシフトポジションであって、同じアクセル開度であれば、アクセル全開時を除いてＤレンジよりもＬレンジの方が大きな出力トルクに設定されるようになっている。また、Ｒレンジは後退走行時に使用するシフトポジションである。なお、このようなモータの目標トルクはＥＣＵ１０８により指示トルクとして出力され、この指示トルクに基づいてインバータの作動が制御される。
ところで、電気自動車では、シフトポジションに関わらず、常時全てのシフトポジションにおける目標トルクを算出又は設定しており、シフトポジションが選択されると、ＥＣＵではそのシフトポジションに対応した目標トルクを指示トルクとして出力するようになっている。

これは、例えば頻繁にシフトレバー操作が行われた場合に、その都度目標トルクを算出していると応答遅れが生じる可能性があるからであり、このため、上述のように、常に全てのシフトポジションにおける目標トルクを求めておき、選択されたシフトポジション応じた目標トルクを出力するようにしているのである。
ここで、目標トルクの算出手法について簡単に説明すると、図４はモータやインバータの作動を制御するＥＣＵ１０８の要部構成を示す模式図であって、ＥＣＵ１０８には、Ｐレンジ及びＮレンジでの目標トルクを設定する第１モータトルク設定部１１６、Ｄレンジでの目標トルクを設定する第２モータトルク設定部１１８、Ｌレンジでの目標トルクを設定する第３モータトルク設定部１２０、Ｒレンジでのモータ２の目標トルクを設定する第４モータトルク設定部１２２が設けられている。そして、上述のように、現在のシフトポジションに関わらず、これらの各トルク設定部１１６〜１２２において、常に各シフトポジションにおける目標トルクが設定されるようになっている。

このうち、第１モータトルク設定部１１６には固定値０［Ｎｍ］が設定されており、これにより、Ｐレンジ及びＮレンジにおいては、常に目標トルクが０［Ｎｍ］となる。また、第２及び第３モータトルク設定部１１８，１２０には、アクセル開度と車速とをパラメータとするマップ（Ｄレンジマップ及びＬレンジマップ）が設けられており、アクセル開度センサ１１２及び車速センサ１１４からの検出情報に基づいてＤレンジ及びＬレンジでの目標トルクが設定されるようになっている。

また、第４モータトルク設定部１２２では、第２モータトルク設定部１１８で設定された目標トルクに対しモータの回転方向を逆転させることでＲレンジの目標トルクを出力するようになっている。また、ＥＣＵ１０８には目標トルク選択手段１２４が設けられている。そして、この目標トルク選択手段１２４では、シフトポジションセンサ１１０で検出されたシフトポジションに対応したモータトルク設定部１１６〜１２２を選択することにより、シフトポジションに応じた目標トルクを選択し出力するようになっている。

なお、例えば特許文献１にも電気自動車のトルク制御に関する技術が開示されている。
特開２００２−２７１９１５号公報

しかしながら、従来の技術では、例えば車両停止時にアクセルペダルを踏み込んだ状態でＮレンジからＤレンジにシフトポジションを変更すると、Ｎレンジの目標トルク０［Ｎｍ］からＤレンジの目標トルクへ指示トルクが急変するため、急発進状態となるという課題がある。
このため、アクセルペダルを踏み込んだ状態でＮレンジからＤレンジに変更した場合には走行を禁止することも考えられるが、このように走行を禁止すると使い勝手が低下するという課題がある。

また、車両走行中にＤレンジからＬレンジに変更した場合には、Ｄレンジの目標トルクとＬレンジの目標トルクとが異なるため、やはり指示トルクが急変し、ショックが発生するという課題がある。
なお、特許文献１の技術では、ＤレンジやＲレンジ等の走行レンジからＮレンジやＰレンジ等の停止レンジにシフト操作された際に生じる車体振動を抑制するための技術が開示されている。

具体的には、モータのシフト位置が走行レンジから停止レンジに切り替えられると、モータ指示トルクを０に切り替えるのではなく、停止レンジに切り替わる直前のモータ指示トルクを予め設定された減少関数に基づいて設定時間内に徐々に０まで下げることで車体振動を抑制するようにしている。
しかしながら、この技術は走行レンジから停止レンジに切り替えられた際の制御であって、走行レンジに切り替えられた際の制御に関しては何ら考慮されていない。

本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、シフトポジションを変更した際のショックを抑制できるようにした、モータトルク制御装置を提供することを目的とする。

このため、本発明のモータトルク制御装置は、車両に搭載された駆動源としてのモータの出力トルクを制御するモータトルク制御装置であって、該車両の複数のシフトポジションのうち現在選択されているシフトポジションを検出するシフトポジションセンサと、該車両のアクセル操作量を検出するアクセルポジションセンサと、該アクセルポジションセンサから得られた該アクセル操作量に基づいて各シフトポジション毎の目標トルクをそれぞれ設定する目標トルク設定手段と、該シフトポジションセンサからの情報に基づいて現
在のシフトポジションに対応した目標トルクを目標トルク設定手段から選択する目標トルク選択手段と、該シフトポジションセンサからの情報に基づいて該車両の走行レンジに対応するシフトポジションへの切り替えが検出されると、該目標トルク選択手段で新たに選択された目標トルクに対して所定のゲインで一次遅れ処理を行い最終的な指示トルクとして出力する目標トルク補正手段とを備え、該シフトポジション切り替え後の目標トルクをＴ、該ゲインをｋ、前回の制御周期で出力された指示トルクをＴ _n-1 、今回の制御周期における指示トルクをＴ _n とすると、該目標トルク補正手段は、下式
Ｔ _n ＝Ｔ・ｋ＋Ｔ _n-1 ・（１−ｋ）
により指示トルクを周期的に求め、該ゲインを該シフトポジション切り替え後の経過時間に伴い漸増させるゲイン変更手段を有するたことを特徴としている。

また、該ゲイン変更手段は、該シフトポジション切り替え時における該ゲインの初期値を０とするとともに、所定時間後に該ゲインを１まで徐々に増大させ、その後該ゲインを１に保持するのが好ましい。
また、該シフトポジションとして、Ｐレンジ，Ｒレンジ，Ｎレンジ，Ｄレンジ及びＬレンジの各ポジションが設けられていることが好ましい。

本発明のモータトルク制御装置によれば、シフトポジションの切り替えが検出されると、目標トルクに対して所定のゲインで一次遅れ処理を行い最終的な指示トルクとして出力するので、切り替え前のシフトポジションでの目標トルクから切り替え後のシフトポジションでの目標トルクに指示トルクを連続的に変化させることができる。
これにより、指示トルクの不連続な急変化を抑制できトルクショックを抑制することができる。特に、車両停止時にアクセルペダルを踏み込んだ状態でＮレンジからＤレンジにシフトポジションを変更した場合に、違和感なく速やかに発進することができる利点があるほか、車両走行中にＤレンジからＬレンジに変更した場合にも、指示トルクの急変を防止してショックを抑制することができるという利点がある。

また、シフトポジション切り替え後は経過時間に応じてゲインを漸増させることより、シフトポジションの切り替え直後は緩やかに指示トルクを変更させながら、その後速やかに指示トルクをシフトポジション切り替え後の目標トルクに収束させることができるという利点がある。

以下、図面により、本発明の一実施形態にかかるモータトルク制御装置について説明すると、図１は本装置が適用される車両を示す模式図、図２は本装置の要部構成を示す模式図、図３はその作用を説明するタイムチャートである。
図１において、１は電気自動車（車両）、２は車両１に搭載された駆動源としてのモータ２を示している。なお、モータ２は本実施形態では三相交流モータが適用されている。また、車両１にはクラッチ機構やトランスミッション（変速機）は設けられておらず、モータ２の出力軸２ａは減速ギア及びデファレンシャルギアを一体化したデファレンシャルギアアッセンブリ３を介してドライブシャフト４及び駆動輪５に接続されている。

また、車両１には主電源としてのバッテリ６が設けられており、このバッテリ６からの電力供給を受けてモータ２が駆動するようになっている。また、図示するように、モータ２にはインバータ７が接続されており、このインバータ７によりバッテリ６からの直流電流が三相交流電流に変換されるとともに、モータ２の出力トルク及び回転数が制御されるようになっている。さらに、インバータ７にはモータコントロールユニットとしての電子制御装置（ＥＣＵ）８が接続されており、このＥＣＵ８によりモータ２の出力トルクが設定されるとともに、この出力トルク指令値（指示トルク）等の信号がインバータ７に出力されるようになっている。これにより、インバータ７の作動が制御されて、モータ２の出力トルクや回転数が制御されるようになっている。

また、上述のように、車両１には変速機は設けられていないものの、モータ２の作動態様を切り替えるためのシフトポジション選択手段としてシフトレバー（図示省略）が設けられており、シフトポジション（シフトレンジ）として、Ｐ（パーキング；駐車），Ｒ（リバース；後退），Ｎ（ニュートラル；中立），Ｄ（ドライブ；走行）及びＬ（ロー；低速）の各ポジションが設けられている。

一方、図２に示すように、ＥＣＵ８には、図示しないシフトレバーにより選択された現在のシフトポジション（シフトレンジ）を検出するシフトポジションセンサ１０，アクセルペダル（図示せず）の踏み込み量を検出するアクセル開度センサ（アクセルポジションセンサ）１２、モータ２の回転数（車速と等価）を検出するモータ回転数センサ（或いは車速センサ）１４等の各種スイッチ・センサ類が接続されており、ＥＣＵ８は、各スイッチ・センサ類からの信号を処理してインバータユニット７にモータ２の指示トルク信号を出力するようになっている。

ここで、図２に示すように、ＥＣＵ８には、モータ２に対する目標トルクをシフトポジション毎に設定する目標トルク設定手段１５と、シフトポジションセンサ１０からの情報に基づいて現在のシフトポジションに対応した目標トルクを目標トルク設定手段１５から選択する目標トルク選択手段２４と、シフトポジションセンサ１０からの情報に基づいてシフトポジションの切り替えが検出されると目標トルク選択手段２４で新たに選択された目標トルクに対して補正を施す目標トルク補正手段２６とを備えている。

このうち、目標トルク設定手段１５は、Ｐレンジ及びＮレンジでのモータ２の目標トルクを設定する第１モータトルク設定部１６、Ｄレンジでのモータ２の目標トルクを設定する第２モータトルク設定部１８、Ｌレンジでのモータ２の目標トルクを設定する第３モータトルク設定部２０、Ｒレンジでのモータ２の目標トルクを設定する第４モータトルク設定部２２を備えている。そして、シフトポジションに関わらず、これらの各トルク設定部１６〜２２において、常に各シフトポジションにおける目標トルクが設定されるようになっている。

また、目標トルク選択手段２４では、シフトポジションセンサ１０で検出されたシフトポジションに対応したモータトルク設定部１６〜２２を選択することにより、シフトポジションに応じた目標トルクを選択し、出力するようになっている。
ここで、第１モータトルク設定部１６には固定値として０［Ｎｍ］が記憶されており、Ｐレンジ及びＮレンジでの目標トルクは、常に０［Ｎｍ］に設定されるようになっている。

また、第２モータトルク設定部１８には、アクセル開度と車速とをパラメータとして目標トルクを求めるマップ（Ｄレンジマップ）が設けられており、アクセル開度センサ１２及び車速センサ１４からの検出情報に基づいてＤレンジでの目標トルクが設定されるようになっている。
また、第３モータトルク設定部２０においてもアクセル開度と車速とをパラメータとして目標トルクを求めるマップ（Ｌレンジマップ）が設けられている。なお、このＬレンジマップはＤレンジマップに対して、アクセル開度及び車速が同じであればＬレンジマップで設定される目標トルクの方が大きな値となるような特性に設定されている。

また、第４モータトルク設定部２２では、上記第２モータトルク設定部１８で設定された目標トルクの符号を反転させることで、Ｒレンジの目標トルクを出力するようになっている。つまり、この場合にはＤレンジの目標トルクと絶対値が同じでモータ２の出力軸２ａの回転方向のみが変更されることとなる。
また、目標トルク補正手段２６は、シフトポジションの切り替え時に目標トルクの急変を抑制するために、目標トルクに対していわゆるなまし制御を行う手段である。具体的には、目標トルク補正手段２６はシフトポジション切り替え時に目標トルクがパルス状に不連続に変化するのを抑制してトルクショックの発生を防止するものであり、インバータ７に出力される指示トルクを連続的に変化させる機能を有している。なお、本実施形態では目標トルク補正手段２６においてゲインｋを用いた一次遅れ処理が実行される。

ここで、シフトポジション切り替え後に設定される目標トルクをＴ、ゲインをｋ、今回の制御周期において実際にインバータ７に出力される指示トルクをＴ_n、前回の制御周期にインバータ７に出力された指示トルクをＴ_n-1とすると、目標トルク補正手段２６において、以下の式（１）により指示トルクＴ_n が周期的に算出されるようになっている。
Ｔ_n＝Ｔ・ｋ＋Ｔ_n-1・（１−ｋ）・・・・・（１）
そして、このような一次遅れ処理を実行することにより、シフトポジション切り替え前の目標トルクとシフトポジション切り替え後の目標トルクとが連続的に変化し、トルクショックを防止することができる。

また、本実施形態においては、ゲインｋの値を変更するゲイン変更部（ゲイン変更手段）２８が設けられており、このゲイン変更部２８において、時間の経過に応じてゲインｋが徐々に増大するようになっている。
これは、シフトポジション切り替え直後は緩やかに指示トルクを変更しながらも、その後は速やかにシフトポジション切り替え後の目標トルクに指示トルクを収束させるためである。そこで、ゲイン変更部２８では、シフトポジションスイッチ１０からの検出情報に基づいてシフトポジションの切り替えを検出すると、上記ゲイン変更部２８においてタイマをスタートさせて、タイマのカウンタに応じてゲインｋを変更するようになっている。

ここで、ゲイン変更部２８には図２に示すような特性のマップが設けられている。このマップにおいては、タイマのカウンタ＝０のときのゲインｋの初期値は０に設定されており、カウンタの増大とともにゲインｋはリニアに増大するような特性に設定されている。また、所定時間経過するとゲインｋは最大値１に達し、以降はゲインｋ＝１を保持するようになっている。

このようなｋを上述の式（１）に代入することで、シフトポジション切り替え直後はゲインｋ＝０となり、シフトポジション切り替え前の目標トルクがそのまま指示トルクとして出力されることになる。
そして、これ以降徐々にゲインｋが増大することにより、シフトポジション切り替え後の目標トルクの影響度合いが増大し、ゲインｋ＝１となると、式（１）によりシフトポジション切り替え後の目標トルク＝指示トルクとなる。

なお、ゲインｋ＝固定値としてもよく、この場合にも、シフトポジション切り替え後に徐々に指示トルクを変化させることができる。しかしながら、上述したようにゲインｋを時間の経過に応じて０から１に変更することにより、切り替え直後は緩やかに指示トルクを変更させながら、その後速やかに指示トルクをシフトポジション切り替え後の目標トルクに収束させることができる。

本発明の一実施形態に係るモータトルク制御装置は上述のように構成されているので、例えば車両走行中にドライバがＤレンジからＬレンジにシフトポジションを操作した場合の作用について図３のタイムチャートを用いて説明すると以下のようになる。
まず、ＥＣＵ８ではシフトポジションに関わらず、各モータトルク設定部１６〜２２において各シフトポジション毎の目標トルクを設定する。そして、目標トルク選択手段２４では、シフトポジションセンサ１０からの情報に基づいて現在のシフトポジションに対応した目標トルクを選択し、これを指示トルクとして出力する。

したがって、Ｄレンジで走行中には、第２モータトルク設定部１８で設定された目標トルクを選択して、これを指示トルクとして出力している。そして、ドライバが図示しないシフトレバーを操作してシフトポジションをＤレンジからＬレンジに選択すると、目標トルク選択手段２４ではＬレンジに対応した目標トルクを選択する。
このため、従来では、シフトポジションを切り替えると（ｔ＝ｔ１）、図３に線ｃで示すようにインバータ７への指示トルクがＤレンジの目標トルクからＬレンジの目標トルクに不連続に変化してしまい、トルクショックが生じていた。

一方、本装置によれば、目標トルク選択手段２４で選択された目標トルクに対して一次遅れ処理を施すとともに、ゲイン変更部２８のタイマをスタートさせてタイマのカウンタに応じてゲインｋを変更し、ゲインｋを初期値０から１に向けて徐々に変更していくので、最終的に出力される指示トルクとして図３の線ａに示すような特性を得ることができる。
すなわち、まず一次処理遅れを施すことで、指示トルクをＤレンジの目標トルクからＬレンジの目標トルクに連続的に変化させることができ、トルクショックを抑制することができる。さらに、本実施形態においては、ゲインｋを時間に応じて徐々に１に近づけるように変化させることにより、シフトポジションの切り替え直後は緩やかに指示トルクを変更させながら、その後速やかに指示トルクをシフトポジション切り替え後の目標トルクに収束させることができる利点がある。

ここで、図３の線ｂはゲインｋ＝一定（例えばｋ＝０．５）としたときの特性を示している。図示するように、シフトポジション切り替え直後においては、線ａで示すゲイン可変の特性のほうが緩やかに指示トルクが変化しているが、その後指示トルクは速やかにＤレンジの目標トルクに収束している。このため、線ｂで示す特性に対し、線ａで示す特性のほうが早期にＬレンジでの目標トルクに収束する（ｔ＝ｔ２，ｔ３参照）。

以上のように、本実施形態に係るモータトルク制御装置によれば、シフトポジションの切り替えが検出されると、切り替え後のシフトポジションでの目標トルクに対して一次遅れ処理を行って最終的な指示トルクとして出力するので、切り替え前後での目標トルクを連続的に変化させることができるという利点がある。
これにより、指示トルクの不連続な急変化を抑制できトルクショックを抑制することができるようになる。特に、車両停止時にアクセルペダルを踏み込んだ状態でＮレンジからＤレンジにシフトポジションを変更した場合に、違和感なく速やかに発進することができるようになるという利点があるほか、車両走行中にＤレンジからＬレンジに変更した場合にも、指示トルクの急変を防止してショックを抑制することができるという利点がある。

また、同様にＲレンジとＤレンジとの間での切り替えの際にも不快なトルクショックを抑制することができる利点がある
また、シフトポジション切り替え後は、ゲインｋを漸増させることより、シフトポジションの切り替え直後においては比較的緩やかに指示トルクを変更させながら、その後速やかに指示トルクをシフトポジション切り替え後の目標トルクに収束させることができるという利点がある。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば上述の実施形態では本装置を電気自動車に適用した場合について説明したが、本装置をハイブリッド式電気自動車に適用しても良い。
また、本実施形態では車両のシフトポジションとして、Ｐ，Ｒ，Ｎ，Ｄ，Ｌの各ポジションを備えているが、シフトポジションについてもこのようなものには限定されず、少なくとも２つのシフトポジションを有していれば良い。
また、本実施形態ではシフトポジション選択手段としてシフトレバーを適用した場合について説明したが、シフトポジション選択手段としては、このようなシフトレバーに限定されるものではなく、ボタン式のシフトスイッチやパドル式のシフトスイッチ等、種々の手段を適用可能である。

本発明の一実施形態に係るモータトルク制御装置が適用される車両を示す模式図である。本発明の一実施形態に係るモータトルク制御装置の要部構成を示す模式図である。本発明の一実施形態に係るモータトルク制御装置の作用を説明するタイムチャートである。従来技術の一例について説明するための図である。

符号の説明

１電気自動車（車両）
２駆動源としてのモータ
１０シフトポジションセンサ
１２アクセル開度センサ（アクセルポジションセンサ）
１５目標トルク設定手段
２４目標トルク選択手段
２６目標トルク補正手段
２８ゲイン変更部（ゲイン変更手段）

Claims

車両に搭載された駆動源としてのモータの出力トルクを制御するモータトルク制御装置であって、
該車両の複数のシフトポジションのうち現在選択されているシフトポジションを検出するシフトポジションセンサと、
該車両のアクセル操作量を検出するアクセルポジションセンサと、
該アクセルポジションセンサから得られたアクセル操作量に基づいて各シフトポジション毎の目標トルクをそれぞれ設定する目標トルク設定手段と、
該シフトポジションセンサからの情報に基づいて現在のシフトポジションに対応した目標トルクを目標トルク設定手段から選択する目標トルク選択手段と、
該シフトポジションセンサからの情報に基づいて該車両の走行レンジに対応するシフトポジションへの切り替えが検出されると、該目標トルク選択手段で新たに選択された目標トルクに対して所定のゲインで一次遅れ処理を行い最終的な指示トルクとして出力する目標トルク補正手段とを備え、
該シフトポジション切り替え後の目標トルクをＴ、該ゲインをｋ、前回の制御周期で出力された指示トルクをＴ _n-1 、今回の制御周期における指示トルクをＴ _n とすると、該目標トルク補正手段は、下式
Ｔ _n ＝Ｔ・ｋ＋Ｔ _n-1 ・（１−ｋ）
により指示トルクを周期的に求め、
該ゲインを該シフトポジション切り替え後の経過時間に伴い漸増させるゲイン変更手段を有する
ことを特徴とする、モータトルク制御装置。
該ゲイン変更手段は、該シフトポジション切り替え時における該ゲインの初期値を０とするとともに、所定時間後に該ゲインを１まで徐々に増大させ、その後該ゲインを１に保持する
ことを特徴とする、請求項１記載のモータトルク制御装置。
該シフトポジションとして、Ｐレンジ，Ｒレンジ，Ｎレンジ，Ｄレンジ及びＬレンジの各ポジションが設けられている
ことを特徴とする、請求項１又は２記載のモータトルク制御装置。