JP4915405B2 - 車両およびその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、車両およびその制御方法に関し、詳しくは、電動機を備えた車両およびその制御方法に関する。
従来、モータからクリープトルクを出力する車両として、例えば特許文献1,2,3および4により提案されたものが知られている。ここで、特許文献1は、制動時に常に走行方向のクリープトルクを出力するとともに停車後も所定時間経過するまでは走行方向のクリープトルクを出力することにより動力を伝達する機械的部位にガタ詰めによるガタ音や振動を生じさせないようにする技術に関し、特許文献2は、モータのクリープトルクの発生が禁止されている状態でブレーキがオフされた場合に更に所定時間モータのクリープトルク発生の禁止を継続する技術に関し、特許文献3は、ブレーキペダル踏み込み時のクリープトルクカットを車両状況に応じて適切に行うことにより電気自動車の運転性の向上および電力消費削減を図る技術に関し、特許文献4は、登坂路において車両のずり下がりを抑制するためにクリープトルクを増加させる技術に関する。
特開2003−65106号公報 特許第4061738号公報 特開2006−50811号公報 特開2007−185070号公報
ところで、トルクコンバータを介すことなく、モータから直接あるいはギヤ機構を介して駆動輪にクリープトルクを出力する車両では、トルクコンバータを用いてモータからのトルクを増幅することができない。また、ギヤ機構を介して駆動輪にクリープトルクを出力する車両では、ギヤ機構におけるガタつきの発生を抑制するためにクリープトルクが緩やかに増加される。そのため、平坦路での停車状態からの発進時に運転者がクリープトルクの不足感を感じることがあった。
本発明は、平坦路における停車状態からの発進時にも生じがちなクリープトルクの不足感を緩和することを主目的とする。
本発明の車両およびその制御方法は、少なくとも上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の車両は、
動力を出力可能な電動機と、
前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
路面が平坦路であるか否か判定する平坦路判定手段と、
アクセルオフかつブレーキの制動力が所定値以下であるときに第一のトルク変化率をもって第一の目標クリープトルクに向かって変化するトルクをクリープトルクとして設定するクリープトルク設定手段と、
前記設定されたクリープトルクを出力するよう前記電動機を制御する制御手段と、
を備える車両であって、
前記クリープトルク設定手段は、発進時であってかつ前記平坦路判定手段により前記路面が平坦路であると判定されたときには前記第一のトルク変化率と同一または異なる第二のトルク変化率をもって前記第一の目標トルクよりも大きい第二の目標トルクに向かって変化するトルクを前記クリープトルクとして設定する手段である、
ことを要旨とする。
本発明の車両では、アクセルオフかつブレーキの制動力が所定値以下である場合、平坦路での発進時以外のときには第一のトルク変化率をもって第一の目標クリープトルクに向かって変化するクリープトルクを出力するよう電動機が制御されるとともに、平坦路での発進時には第一のトルク変化率と同一または異なる第二のトルク変化率をもって第一の目標トルクよりも大きい第二の目標トルクに向かって変化するクリープトルクを出力するよう電動機が制御される。これにより、平坦路での発進時にはそれ以外の減速時等に比べて大きいクリープトルクを電動機から出力することが可能となるので、平坦路における停車状態からの発進時に生じがちなクリープトルクの不足感を緩和することができる。
また、本発明の車両において、クリープトルク設定手段は、前記第二の目標トルクに向かって変化するトルクを前記クリープトルクとして設定しているときに該クリープトルクが前記第一の目標クリープトルクに達してから所定時間が経過した後には、第三のトルク変化率をもって前記第一の目標クリープトルクに向かって変化するトルクを前記クリープトルクとして設定する手段であるものとすることもできる。
さらに、本発明の車両は、内燃機関と、車軸に連結された駆動軸に接続されると共に駆動軸とは独立に回転可能に内燃機関の出力軸に接続され、電力と動力の入出力を伴って駆動軸と出力軸とに動力を入出力する電力動力入出力手段と、をさらに備え、電動機は、車軸または該車軸とは異なる車軸に駆動力を出力するよう取り付けられてなるものとすることもできる。
本発明の車両の制御方法は、
動力を出力可能な電動機と、 前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、を備えた車両の制御方法であって、
路面が平坦路であってアクセルオフかつブレーキの制動力が所定値以下である場合、発進時以外のときには第一のトルク変化率をもって第一の目標クリープトルクに向かって変化するクリープトルクを出力するよう前記電動機を制御するとともに、発進時には前記第一のトルク変化率と同一または異なる第二のトルク変化率をもって前記第一の目標トルクよりも大きい第二の目標クリープトルクに向かって変化するクリープトルクを出力するよう前記電動機を制御する、
ことを特徴とする。
本発明の車両の制御方法では、路面が平坦路であってアクセルオフかつブレーキの制動力が所定値以下である場合、発進時以外のときには第一のトルク変化率をもって第一の目標クリープトルクに向かって変化するクリープトルクを出力するよう電動機を制御するとともに、発進時には第一のトルク変化率と同一または異なる第二のトルク変化率をもって第一の目標トルクよりも大きい第二の目標クリープトルクに向かって変化するクリープトルクを出力するよう電動機を制御する。これにより、平坦路での発進時にはそれ以外の減速時等に比べて大きいクリープトルクを出力することが可能となるので、平坦路における停車状態からの発進時に生じがちなクリープトルクの不足感を緩和することができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例としての車両20の構成の概略を示す構成図である。実施例の車両20は、図示するように、駆動軸32を介して左右の駆動輪39a, 39bに動力を出力するモータ40と、モータ40を駆動するインバータ60に接続されたバッテリ50と、車両20の全体をコントロールする電子制御ユニット(以下、「ECU」という。)70とを備える。
モータ40は、発電機として作動することができると共に電動機として作動可能な周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ60を介してバッテリ50と電力のやりとりを行う。インバータ60はそれぞれ6つのスイッチング素子と6つのダイオードとからなる周知のインバータ回路として構成されており、正極母線及び負極母線を介してバッテリ50の入出力端子に接続されている。そして、インバータ60はECU70により制御され、バッテリ50はECU70によって管理されている。
ECU70は、CPU72を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU72の他に処理プログラムを記憶するROM74やデータを一時的に記憶するRAM76、図示しない入出力ポートおよび通信ポート等を備える。ECU70には、イグニッションスイッチ(スタートスイッチ)80からのイグニッション信号、シフトレバー81の操作位置であるシフトポジションSPを検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP、アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc、ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルストロークセンサ86からのブレーキペダルストロークBS、車両の車速を取得する車速センサ87からの車速V、車両20が接地している路面の勾配を検出する勾配センサ100からの勾配θなどが入力ポートを介して入力される。また、ECU70からは、モータ40を駆動するためのインバータ60のスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力される。
次に、車両20におけるクリープトルクの出力制御について説明する。図2は、アクセル開度Accが値0(アクセルオフ)であるとともに、ブレーキペダルストロークBSが値0(ブレーキオフ)であるか、あるいはブレーキペダルストロークBSが所定値以下(ブレーキによる制動力が所定値以下)であるときに実施例のECU70により所定時間毎に繰り返し実行されるクリープトルク出力制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。なお、図2のルーチンは、アクセルペダル83が踏み込まれてアクセル開度Accが値0よりも大きくなるか、あるいは、ブレーキペダル85が踏み込まれてブレーキペダルストロークBSが値0または値0に比較的近い所定の閾値よりも大きくなった段階で終了する。
図2のクリープトルク出力制御ルーチンの開始に際して、ECU70は、第一目標トルクTset1、第二目標トルクTset2、発進フラグF、勾配センサ100からの勾配θ、経過時間tといった制御に必要なデータを入力する(ステップS200)。ここで、第一目標トルクTset1は、アクセル開度Accが値0であるときに、クリープトルクとして出力すべきトルクの基本値であり、所定車速(例えば、5km/h程度)以下であるときには一定の値となる。第二目標トルクTset2は、第一目標トルクTset1に所定の嵩上げ量(例えば、第一目標トルクTset1の5〜20%程度の値)を加算した第一目標トルクTset1よりも大きい値である。また、発進フラグFは、車両20が停車状態でアクセルペダル83とブレーキペダル85との両方の踏み込みが解除されると値1に設定され、その後、アクセルペダル83またはブレーキペダル85が踏み込まれると値0に設定される。更に、経過時間tは、図示しないタイマにより計測される発進フラグFが値1に設定されてからの経過時間である。
ステップ200のデータ入力処理の後、勾配θの絶対値が所定値θref以下であるか否か判定する(ステップS210)。ここで、所定値θrefは、車両20が接地する路面の勾配の絶対値が所定値θref以下であれば、その路面は平坦路であると見なせる程度の値である。勾配θの絶対値が所定値θrefよりも大きいときには、目標トルクTsetに第一目標トルクTset1を設定し(ステップS240)、本ルーチンの前回実行時に設定されたクリープトルクTc(前回Tc,ただし初期値は本ルーチン開始前のモータ40に対するトルク指令値である)に第一のレート値ΔTc1を加えたもの(前回Tc+ΔTc1)と目標トルクTsetとのうちの小さい方をクリープトルクTcに設定する(ステップS250)。こうしてクリープトルクTcを設定したならば、クリープトルクTcをモータ40が出力するようにインバータ60を制御して(ステップS300)、ステップS200に戻る。一方、勾配θの絶対値が所定値θref以下であるときには、発進フラグFが値1であるか否か判定し(ステップS220)、発進フラグFが値0であるときには、上述のステップS240以降の処理を行う。これに対して、発進フラグFが値1であるときには、経過時間tが所定時間tref以下であるか否か判定する(ステップS230)。経過時間tが所定時間tref以下であるときには、目標トルクTsetに第一の目標トルクTset1よりも大きい値である第二目標トルクTset2を設定し(ステップS260)、本ルーチンの前回実行時に設定されたクリープトルクTc(前回Tc,初期値は上述のものと同様である)に実施例では第一のレート値ΔTc1と同一の値である第二のレート値ΔTc2を加えたもの(前回Tc+ΔTc2)と目標トルクTsetとのうちの小さい方をクリープトルクTcに設定する(ステップS270)。こうしてクリープトルクTcを設定したならば、クリープトルクTcをモータ40が出力するようにインバータ60を制御して(ステップS300)、ステップS200に戻る。また、経過時間tが所定時間trefを超えたときには、目標トルクTsetに第一目標トルクTset1を設定し(ステップS280)、本ルーチンの前回実行時に設定されたクリープトルクTc(前回Tc,初期値は上述のものと同様である)から予め定められた第三のレート値ΔTc3を減じたもの(前回Tc−ΔTc3)と目標トルクTsetとのうちの大きい方をクリープトルクTcに設定する(ステップS290)。こうしてクリープトルクTcを設定したならば、クリープトルクTcをモータ40が出力するようにインバータ60を制御して(ステップS300)、ステップS200に戻る。
上述のクリープトルク出力制御ルーチンが実行されると、ステップS210にて否定判断がなされる場合、すなわち平坦路での発進時以外の場合には、クリープトルクTcが第一のレート値ΔTc1に基づく変化率をもって第一目標トルクTset1に向かって変化するように設定されると共に第一目標トルクTset1に達した後には当該第一目標トルクTset1に維持され、設定されたクリープトルクTcを出力するようにモータ40が制御されることになる。これに対して、ステップS210およびS220にて肯定判断が為される場合、すなわち平坦路でアクセルオフかつブレーキオフされたことによる発進時には、図3に示すように、アクセルオフかつブレーキオフされてから(図3の時刻t1から)所定時間trefが経過するまで(図3の時刻t4まで)、クリープトルクTcが第一のレート値ΔTc1と一致する第二のレート値ΔTc2に基づく変化率をもって第一目標トルクTset1よりも大きい第二目標トルクTset2に向かって変化するように設定されると共に第二目標トルクTset2に達した後には当該第二目標トルクTset2に維持され、設定されたクリープトルクTcを出力するようにモータ40が制御されることになる。これにより、平坦路でアクセルオフかつブレーキオフされたことによる発進時には、図3において実線で示すように、クリープトルクTcが第一目標トルクTset1に達してから所定時間(図3の時刻t2からt4まで)だけステップS260,S270およびS300における目標トルクTsetの嵩上げが実行されなかった場合(図3における破線参照)よりも大きいトルク(クリープトルク)がモータ40から出力されることになる。この結果、実施例の車両20では、平坦路での停車状態からの発進時に生じがちなクリープトルクの不足感を緩和することができる。そして、アクセルオフかつブレーキオフされてから所定時間trefが経過した後には(クリープトルクTcが第一目標トルクTset1以上になってから所定時間経過した後には)、第三のレート値ΔTc3に基づく変化率をもって第一目標トルクTset1に向かって変化するトルクがクリープトルクTcとして設定され、設定されたクリープトルクTcを出力するようにモータ40が制御されることになる。これにより、車両20の車速Vを、第一のレート値ΔTc1に基づく変化率をもって第一目標トルクTset1に向かって変化するトルクをクリープトルクTcとして設定したときに標準的な平坦路において収束する車速(クリープ車速)にスムースに収束させることができる。ここで、実施例において、上述の所定時間trefや第二のレート値ΔTc2(第一のレート値ΔTc1)、目標トルクの嵩上げ量(Tset2−Tset1)は、アクセルオフかつブレーキオフとなってから所定時間trefが経過した段階で、クリープトルクTcが第一目標トルクTset1以上になってからクリープトルクの不足感を緩和するのに十分な所定時間だけ第一目標トルクTset1よりも大きなトルクがモータ40から出力されると共に、車両20の車速Vがクリープ車速を超えないように予め定められる。また、第三のレート値ΔTc3は、クリープトルクTcを減少させ始めてから車両20の車速Vがスムースに上記クリープ車速に収束するように予め定められる。
以上説明した実施例の車両20では、アクセルオフかつブレーキオフである場合、平坦路での発進時以外のときには第一のレート値ΔTc1をもって第一目標トルクTset1に向かって変化するクリープトルクTcを出力するようモータ40が制御されるとともに、平坦路での発進時には第一のレート値ΔTc1と同一の値である第二のレート値ΔTc2をもって第一目標トルクTset1よりも大きい第二目標トルクTset2に向かって変化するクリープトルクTcを出力するようモータ40が制御される。これにより平坦路での発進時にはそれ以外の減速時等に比べて大きいクリープトルクTcを出力することが可能となるので平坦路における停車状態からの発進時に生じがちなクリープトルクの不足感を緩和することができる。
なお、実施例の車両20では、平坦路での発進時ではないときに、目標トルクTsetに一律に第一目標トルクTset1を設定したが、勾配θが所定値θrefよりも大きいときには(登り勾配であるときには)、車両20のずり下がりを抑制するために目標トルクTsetに第一目標トルクTset1よりも大きい値を設定したり、第一のレート値ΔTc1よりも大きなレートを用いたりしても構わない。また、実施例の車両20では、第一のレート値ΔTc1と第二のレート値ΔTc2とを同一の値としたが、両者を互いに異なる値(例えばΔTc2>ΔTc1)としてもよい。更に、クリープトルクTcを第二目標トルクTset2に向かって変化するように設定したときに、アクセルオフかつブレーキオフされてから所定時間trefが経過した時点から第一目標トルクTset1に向かって変化するトルクをクリープトルクTcに設定する代わりに、車速Vがクリープ車速よりも低い所定車速に達した時点から第一目標トルクTset1に向かって変化するトルクをクリープトルクTcに設定してもよい。また、図2のステップS230,S280およびS290の処理を省略してクリープトルクTcが第二目標トルクTset2に達した後に当該クリープトルクTcを漸減させることなく第二目標トルクTset2に維持してもよい。
更に、実施例では、駆動軸32に動力を出力可能なモータ40を備える車両20について説明したが、図4に示す変形例のハイブリッド車両120のように、モータ40に加えて駆動軸32に遊星歯車機構126を介してエンジン122と主として発電機として機能するモータ124とを接続したハイブリッド車両120に本発明を適用してもよい、また、図5に示す変形例のハイブリッド車両420のように、エンジン422と、エンジン422のクランクシャフトに接続されたインナーロータ432と駆動輪39a,39bに動力を出力する駆動軸32に接続されたアウターロータ434とを有してエンジン422の動力の一部を駆動軸32に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機430とを備えるハイブリッド車両420に本発明を適用してもよい。
ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ40が「電動機」に相当し、バッテリ50が「蓄電手段」に相当し、図2のステップS210の処理を実行する電子制御ユニット70が「平坦路判定手段」に相当し、図2のステップS220〜S290の処理を実行する電子制御ユニット70が「クリープトルク設定手段」に相当し、設定したクリープトルクTcが出力されるようモータ40を制御する電子制御ユニット70が「制御手段」に相当する。また、エンジン122,422が「内燃機関」に相当し、モータ124および遊星歯車機構126や対ロータ電動機430が「電力動力入出力手段」に相当する。
ここで「電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータ40に限定されるものではなく、動力を出力するものであれば如何なるタイプの電動機としても構わない。「蓄電手段」としては、二次電池などのバッテリ50に限定されるものではなく、キャパシタなど電動機と電力のやりとりが可能であれば、如何なるものとしても構わない。「クリープトルク設定手段」としては、アクセルオフかつブレーキの制動力が所定値以下であるときは第一のトルク変化率をもって第一の目標クリープトルクに向かって変化するトルクをクリープトルクとして設定するクリープトルク設定するとともに、発進時であってかつ前記平坦路判定手段により路面が平坦路であると判定されたときには前記第一のトルク変化率と同一または異なる第二のトルク変化率をもって第一の目標トルクよりも大きい第二の目標トルクに向かって変化するトルクをクリープトルクとして設定するものであれば如何なるものとしても構わない。「制御手段」としては、設定されたクリープトルクTcを出力するよう電動機を制御するものであれば如何なるものとしても構わない。また、「内燃機関」としては、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関に限定されるものではなく、水素を燃料として動力を出力する内燃機関など、如何なる内燃機関としてもよい。「電力動力入出力手段」としては、モータ124と遊星歯車機構126とを組み合わせたものや対ロータ電動機430に限定されるものではなく、車軸に連結された駆動軸に接続されると共に駆動軸とは独立に回転可能に内燃機関に接続され、電力と動力の入出力を伴って駆動軸と出力軸とに動力を入出力可能なものであれば如何なるものとしても構わない。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、車両の製造産業において利用可能である。
本発明の一実施例としての車両20の構成の概略を示す構成図である。 クリープトルク出力制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 図2のクリープトルク出力制御ルーチンが実行されたときにクリープトルクTcや駆動軸32の回転数が時間とともに変化する様子を例示する説明図である。 変形例のハイブリッド車両120の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド車両420の構成の概略を示す構成図である。
符号の説明
20 車両、32 駆動軸、39a,39b 駆動輪、40,124 モータ、50 バッテリ、60 インバータ、70 電子制御ユニット(ECU)、72 CPU、74 ROM、76 RAM、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルストロークセンサ、87 車速センサ、100 勾配センサ、122,422 エンジン、126 遊星歯車機構、430 対ロータ電動機、432 インナーロータ、434 アウターロータ。

Claims (3)

  1. 動力を出力可能な電動機と、
    前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
    路面が平坦路であるか否か判定する平坦路判定手段と、
    アクセルオフかつブレーキの制動力が所定値以下であるときに第一のトルク変化率をもって第一の目標クリープトルクに向かって変化するトルクをクリープトルクとして設定するクリープトルク設定手段と、
    前記設定されたクリープトルクを出力するよう前記電動機を制御する制御手段と、
    を備える車両であって、
    前記クリープトルク設定手段は、発進時であってかつ前記平坦路判定手段により前記路面が平坦路であると判定されたときには前記第一のトルク変化率と同一または異なる第二のトルク変化率をもって前記第一の目標トルクよりも大きい第二の目標トルクに向かって変化するトルクを前記クリープトルクとして設定する手段であり、
    更に、前記クリープトルク設定手段は、前記第二の目標トルクに向かって変化するトルクを前記クリープトルクとして設定しているときに該クリープトルクが前記第一の目標クリープトルクに達してから所定時間が経過した後には、第三のトルク変化率をもって前記第一の目標クリープトルクに向かって変化するトルクを前記クリープトルクとして設定する手段である、
    車両。
  2. 請求項記載の車両であって、
    内燃機関と、
    車軸に連結された駆動軸に接続されると共に該駆動軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され、電力と動力の入出力を伴って前記駆動軸と前記出力軸とに動力を入出力する電力動力入出力手段と、
    を更に備え、
    前記電動機は、前記車軸または前記車軸とは異なる車軸に駆動力を出力するよう取り付けられてなる、
    車両。
  3. 動力を出力可能な電動機と、前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、を備えた車両の制御方法であって、
    路面が平坦路であってアクセルオフかつブレーキの制動力が所定値以下である場合、発進時以外のときには第一のトルク変化率をもって第一の目標クリープトルクに向かって変化するクリープトルクを出力するよう前記電動機を制御するとともに、発進時には前記第一のトルク変化率と同一または異なる第二のトルク変化率をもって前記第一の目標トルクよりも大きい第二の目標クリープトルクに向かって変化するクリープトルクを出力するよう前記電動機を制御するステップを含み、
    前記ステップは、前記第二の目標トルクに向かって変化するトルクを前記クリープトルクとして設定しているときに該クリープトルクが前記第一の目標クリープトルクに達してから所定時間が経過した後には、第三のトルク変化率をもって前記第一の目標クリープトルクに向かって変化するトルクを前記クリープトルクとして設定するステップである、
    ことを特徴とする車両の制御方法。

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