JP5251608B2 - 電動車両のモータ制御方法および電動車両用駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の駆動輪を回転駆動する電動モータの出力特性を、制御マップ上の切替ラインを境に、低回転寄りの運転領域に対応する低速モードと、これよりも高回転寄りの運転領域まで対応可能な高速モードとの間で切り替える電動車両のモータ制御方法等に関する。

従来から、自動車の分野では、エミッション性や燃費性能等のさらなる向上を目的として、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関を用いた従来の自動車に代えて、電動モータを動力源としたいわゆる電気自動車や、内燃機関と併用して電動モータを用いるいわゆるハイブリッド自動車等が開発されてきたのは周知の通りである。

このように、動力源の少なくとも一部として電動モータを用いた車両（以下、このような車両のことを電動車両という）では、車両の様々な走行シーンに電動モータの出力特性を対応させるために、比較的幅広い範囲の回転速度をカバーできるように電動モータを制御することが望まれる。

例えば、下記特許文献１では、電動モータの回転速度が所定の閾値（切替回転速度）を越えること等の条件が成立すると、電動モータの巻線の結線状態を切り替えたり、界磁制御方式を切り替えたりすることにより、電動モータの出力特性をより高回転寄りの領域まで対応可能な特性に変化させることが行われている。

特開平６−２２５５８８号公報

ところで、上記のような結線の切り替え等に応じて、電動モータの出力特性が、低回転寄りの運転領域に対応した出力特性と、高回転寄りの運転領域に対応した出力特性との間で切り替わる際には、電動モータの出力が断続的に変化する等により、車両の駆動輪に伝達されるトルクが一時的に変動すると考えられる。このとき、トルク変動の幅があまりに大きいと、車両に大きなショックが発生して乗員の快適性が損なわれるため、上記のようなトルク変動を軽減して車両に発生するショックをできるだけ緩和することが望まれる。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、車両の駆動輪を回転駆動する電動モータの出力特性が切り替わる際に発生するショックを低減して乗員の快適性を良好に維持することを目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、車両の駆動輪を回転駆動する電動モータの出力特性を、制御マップ上の切替ラインを境に、低回転寄りの運転領域に対応する低速モードと、これよりも高回転寄りの運転領域まで対応可能な高速モードとの間で切り替える電動車両のモータ制御方法であって、上記電動モータに電力を供給する電源装置の電圧値を検出する電圧検出ステップと、このステップで検出された電圧値に基づいて上記切替ラインを設定するライン設定ステップと、上記電源装置の電圧値が低下することを予測する予測ステップと、このステップで電圧値が低下することが予測された場合に、電圧値の実際の低下に先立って、上記ライン設定ステップで設定された切替ラインを上記予測された低下度合いに基づいて低回転側にシフトさせるシフトステップとを含むことを特徴とするものである（請求項１）。

本発明によれば、電動モータの出力特性を切り替える際の基準となる制御マップ上の切替ラインを、電源装置の電圧値の低下に先立って、予測された低下度合いに基づき低回転側にシフトさせるようにしたため、例えば電源電圧の実際の低下に合わせて切替ラインを再設定した場合と異なり、電動モータの出力特性が意図しないタイミングで低速モードから高速モードに切り替わるのを回避でき、その際に車両に発生するショックを低減して乗員の快適性を良好に維持できるという利点がある。

本発明において、好ましくは、上記シフトステップで、上記切替ラインのシフト量を高負荷域ほど低回転側に補正する（請求項２）。

このようにすれば、電動モータに大きな負荷がかかって電源装置の電圧値が低下したような場合に、高速モードへの切り替えタイミングを高負荷域で相対的に早めることにより、モータ電流のサージ現象（電動モータに一時的な高電流が流れる現象）を抑制することができ、上記サージ現象によるモータの損失・損傷を効果的に防止できるという利点がある。

本発明において、好ましくは、上記予測ステップにより電圧値の低下が予測されとしても、上記電動モータの運転状態が、上記シフトステップでの切替ラインのシフト予定位置よりも高回転側にある場合には、上記シフトステップによる切替ラインのシフトを禁止する（請求項３）。

このようにすれば、シフト後の切替ラインよりも高回転側で出力特性が高速モードに切り替わるのを回避でき、その際に車両に大きなショックが発生するのを効果的に防止できるという利点がある。

また、本発明は、車両の駆動輪を回転駆動する電動モータと、この電動モータの出力特性を、制御マップ上の切替ラインを境に、低回転寄りの運転領域に対応する低速モードと、これよりも高回転寄りの運転領域まで対応可能な高速モードとの間で切り替える制御手段と、上記電動モータに電力を供給する電源装置の電圧値を検出する電圧検出手段とを備えた電動車両用駆動装置であって、上記制御手段は、上記電圧検出手段により検出された電圧値に基づいて上記切替ラインを設定するライン設定手段と、上記電源装置の電圧値が低下することを予測する予測手段と、この予測手段により電圧値が低下することが予測された場合に、電圧値の実際の低下に先立って、上記ライン設定手段により設定された切替ラインを上記予測された低下度合いに基づいて低回転側にシフトさせるシフト手段とを有することを特徴とするものである（請求項４）。

本発明による場合でも、上述したモータ制御方法による場合と同様の作用効果を得ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、車両の駆動輪を回転駆動する電動モータの出力特性が切り替わる際に発生するショックを低減して乗員の快適性を良好に維持できるという利点がある。

本発明の一実施形態にかかるモータ制御方法が適用される電動車両用駆動装置の全体構成を示す概略平面図である。 上記電動車両用駆動装置の制御系を示すブロック図である。 上記電動車両用駆動装置における電動モータやインバータ等の電気的な構成を示す回路図である。 上記電動モータの出力特性を示す図である。 上記出力特性がバッテリ電圧により変化することに対応して設定された上記電動モータ用の制御マップを示す図である。 上記電動モータに対し行われる制御動作の内容を示すフローチャートである。 バッテリ電圧が低下する前に切替ラインを低回転側にシフトさせる様子を説明するための図である。 上記切替ラインのシフトをバッテリ電圧が低下する前に行わないと大きな切替ショックが発生する可能性があることを説明するための図である。

図１は、本発明の一実施形態にかかるモータ制御方法が適用される電動車両用駆動装置の全体構成を示す概略平面図、図２は、電動車両用駆動装置の制御系を示すブロック図である。これらの図に示される電動車両用駆動装置は、ハイブリッド型自動車からなる電動車両１（以下、単に車両１という）を駆動するための駆動装置として構成されている。具体的に、この電動車両用駆動装置は、発電用の動力源として設けられたガソリンエンジンまたはディーゼルエンジン等からなるエンジン２と、必要時にエンジン２を始動するとともに、エンジン２から駆動力を得て発電を行うジェネレータ３と、走行用の動力源として設けられた電動モータ５と、上記ジェネレータ３で発電された電力を蓄えて必要箇所に供給するバッテリ９（本発明にかかる電源装置に相当）と、このバッテリ９からの供給電力を交流に変換して上記ジェネレータ３および電動モータ５を駆動する第１インバータ１１および第２インバータ１２と、これら各部を統括的に制御するコントローラ１５（本発明にかかる制御手段に相当）とを備えている。

上記電動モータ５は、ギヤトレイン６および差動装置７を介してドライブシャフト８と連動連結されており、これらギヤトレイン６、差動装置７、およびドライブシャフト８を含む動力伝達経路を経由することにより、上記電動モータ５の駆動力が、上記ドライブシャフト８に連結された左右一対の駆動輪１６に伝達されるようになっている。なお、当実施形態の車両１では、その前後左右に備わる４つの車輪のうち２つが駆動輪１６であり、残りの車輪は従動輪１７である。

上記電動モータ５は、例えば３相の交流同期モータ等からなり、必要時にバッテリ９から第２インバータ１２を介して電力の供給を受けることにより、上記ギヤトレイン６等を介してドライブシャフト８および駆動輪１６を駆動する一方、減速時や下り坂走行時等には、上記ドライブシャフト８から駆動力を得て発電を行い、その発電電力を上記バッテリ９に蓄電するように構成されている。

上記ジェネレータ３は、エンジン２の始動時にバッテリ９から第１インバータ１１を介して電力の供給を受けることにより、エンジン２のクランク軸を強制回転させてエンジン２を始動するスタータとしての機能、および、エンジン２のクランク軸から駆動力を得て発電するオルタネータとしての機能の両方を兼ね備えたものである。

上記コントローラ１５は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、およびＩ／Ｏ（入出力インターフェース）等からなり、このうちＲＯＭには、車両１の運転に必要な各種制御プログラム等があらかじめ格納されている。なお、ＲＡＭには制御プログラムの実行に必要な種々のワークメモリが格納されている。

図２に示すように、上記コントローラ１５には、車両１の各部に設けられた種々のセンサ類が電気的に接続されている。具体的に、コントローラ１５には、車両１の走行速度（車速）を検出する車速センサ３０と、ドライバーにより踏み込み操作される図外のアクセルペダルの開度ＴＶＯを検出するアクセル開度センサ３１と、エンジン２のクランク軸の回転速度を検出するエンジン回転速度センサ３２と、ジェネレータ３の軸回転速度を検出するジェネレータ回転速度センサ３３と、バッテリ９からジェネレータ３に入力される入力電流またはジェネレータ３からバッテリ９へと出力される出力電流を検出するジェネレータ電流センサ３４と、電動モータ５の軸回転速度Ｎを検出するモータ回転速度センサ３５と、電動モータ５の入出力電流を検出するモータ電流センサ３６と、バッテリ９の端子間電圧Ｖｂを検出するバッテリセンサ３７（本発明にかかる電圧検出手段に相当）とがそれぞれ接続されており、これら各センサ３０〜３７により検出された各種制御情報が上記コントローラ１５に電気信号として入力されるようになっている。

そして、上記コントローラ１５は、上記各センサ３０〜３７からの入力情報に基づいて種々の演算を実行し、その結果に基づいて上記エンジン２、ジェネレータ３、電動モータ５、およびインバータ１１，１２等の動作を統括的に制御する。そして、このようにコントローラ１５によって各部が制御されることにより、当実施形態の車両１では、ドライバーのアクセル操作等に基づき電動モータ５が駆動制御されて車両１の走行速度等が調節されるとともに、例えばバッテリ９の残容量が少なくなったとき等に、エンジン２の始動およびジェネレータ３による発電が行われ、その発電電力がバッテリ９に補充されるように構成されている。

また、上記コントローラ１５には、ナビゲーションユニット４０が電気的に接続されている。このナビゲーションユニット４０は、あらかじめ記憶された地図データ上のどの位置を自車両が走行しているのかをＧＰＳ衛星からの電波に基づいて特定するとともに、乗員により設定された目的地に対し最適経路等を演算して図外のディスプレイ上に表示する等の各種情報処理を実行するものである。

図３は、上記ジェネレータ３、電動モータ５、およびインバータ１１，１２の回路図である。本図に示すように、上記電動モータ５の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）には、直列に接続された第１巻線Ｌ１および第２巻線Ｌ２からなる２つの巻線がそれぞれ設けられており、これら各相の巻線Ｌ１，Ｌ２に流れる電流の経路を切り替える手段として、上記第２インバータ１２にはスイッチング素子Ｓｗが設けられている。そして、このスイッチング素子Ｓｗによる切替動作に応じて、上記第２インバータ１２からの電流Ｉｍが上記第１・第２巻線Ｌ１，Ｌ２の両方を流れる状態と、このうちの第１巻線Ｌ１のみに電流Ｉｍが流れる状態との間で通電状態が切り替わるようになっている。

図４は、電動モータ５の出力特性を示す図である。この図４において、太線で示す特性線Ａ１は、上記第１および第２巻線Ｌ１，Ｌ２の両方に電流を流したときの出力特性を、細線で示す特性線Ａ２は、上記第１巻線Ｌ１のみに電流を流したときの出力特性を、それぞれ示している。本図に示すように、第１巻線Ｌ１のみに電流を流した場合（特性線Ａ２の場合）には、両巻線Ｌ１，Ｌ２に電流を流した場合（特性線Ａ１の場合）と比べて、電動モータ５の軸トルクＴは低下するものの、より高い回転速度まで電動モータ５を駆動できるようになる。これは、以下の理由による。

すなわち、電動モータ５の第１および第２の巻線Ｌ１，Ｌ２に電流が流れているとき、この電動モータ５には、図３に示すように、モータ回転速度Ｎに応じた誘起電圧Ｖａが発生するが、この誘起電圧Ｖａがインバータ１２側の電圧Ｖｄｃよりも小さい間は、その電位差によりインバータ１２側から電動モータ５へと電流Ｉｍが流れる。ただし、この状態からさらにモータ回転速度Ｎが上昇し、上記誘起電圧Ｖａがインバータ側の電圧Ｖｄｃと略等しくなると、電動モータ５に電流Ｉｍが流れなくなり、図４の特性線Ａ１の限界ラインＡＬに示すように、電動モータ５のトルクＴが急低下する。そこで、電流Ｉｍが流れなくなる前に、上記スイッチング素子Ｓｗにより電流経路を切り替えて、電流Ｉｍが第２巻線Ｌ２を迂回して第１巻線Ｌ１にのみ流れるようにすれば、その分だけ電動モータ５の誘起電圧Ｖａが低下するため、上記限界ラインＡＬよりも高回転側の領域においても、インバータ１２と電動モータ５の間に電位差を生じさせることができ、より高回転まで電動モータ５を駆動できるようになる。

このように、当実施形態では、直列に接続された複数の巻線Ｌ１，Ｌ２を電動モータ５の各相に設け、これら複数の巻線Ｌ１，Ｌ２の全部または一部に電流が流れるようにその経路を切り替えることにより、電動モータ５の出力特性を、低回転寄りの運転領域に対応する特性（図４の特性線Ａ１）と、高回転寄りの運転領域に対応する特性（特性線Ａ２）との間で適宜切り替えるようにしている。なお、以下では、上記第１および第２の巻線Ｌ１，Ｌ２の両方に電流を流すことにより、特性線Ａ１のような出力特性が得られるように電動モータ５を制御した状態を低速モード、上記第１巻線Ｌ１のみに電流を流すことにより、特性線Ａ２のような出力特性が得られるように電動モータ５を制御した状態を高速モードと称する。

図４に示すように、上記低速モードと高速モードとの間の切り替えは、電動モータ５の回転速度Ｎが、低速モードと高速モードとの重複部分にあらかじめ設定された切替ラインＰを通過したときに実行される。例えば、図中の矢印Ｄ１に示すように、回転速度Ｎが切替ラインＰよりも低速側にあるために電動モータ５が低速モードで駆動されている状態で、上記回転速度Ｎが切替ラインＰよりも高回転側の領域まで上昇した場合には、電動モータ５の出力特性が低速モードから高速モードに切り替えられる。一方、上記矢印Ｄ１とは逆に、電動モータ５が高速モードで駆動されている状態で、その回転速度Ｎが上記切替ラインＰよりも低回転側の領域まで低下した場合には、上記電動モータ５の出力特性が、高速モードから低速モードに切り替えられる。

ここで、低速モードと高速モードとの間の境界線である上記切替ラインＰは、コントローラ１５によって変動的に設定される。具体的に、コントローラ１５は、車両１の走行中に上記バッテリセンサ３７により検出されるバッテリ９の端子間電圧Ｖｂの値に基づいて、上記切替ラインＰを所定の回転速度の範囲で変動的に設定するように構成されている（詳細は後述する）。

再び図２に戻って、上記切替ラインＰの設定に関するコントローラ１５の機能について具体的に説明する。本図に示すように、上記コントローラ１５は、その機能要素として、ライン設定手段１５ａ、予測手段１５ｂ、シフト手段１５ｃ、および記憶手段１５ｄを有している。

上記ライン設定手段１５ａは、上記切替ラインＰをバッテリ９の端子間電圧Ｖｂに応じた所定の位置に設定するものである。

上記予測手段１５ｂは、上記ナビゲーションユニット４０から特定される車両１の走行予定経路に基づいて、上記バッテリ９の端子間電圧Ｖｂが低下することを予測するものである。すなわち、車両１の直近の走行予定経路に、上記電動モータ５に大きな負荷がかかるような経路が含まれる場合には、その負荷の増大に応じてバッテリ９の残容量が低下することが予測されるため、このようなときに上記端子間電圧Ｖｂが低下すると予測する。

上記シフト手段１５ｃは、上記予測手段１５ｂによりバッテリ９の端子間電圧Ｖｂが低下することが予測された場合に、電圧値Ｖｂの実際の低下に先立って、上記ライン設定手段により設定された切替ラインＰを上記予測された低下度合いに基づき低回転側にシフトさせるものである。

上記記憶手段１５ｄは、上記ライン設定手段１５ａが切替ラインＰを設定する際に参照する制御マップを記憶するものである。

図５は、上記記憶手段１５ｂに記憶されている制御マップを説明するための図である。本図に示される制御マップＭは、条件に応じて設定される複数のマップＭ１，Ｍ２…の束により構成されている。具体的には、上記バッテリセンサ３７により検出されるバッテリ９の端子間電圧Ｖｂに応じて、回転速度域の異なる複数のマップＭ１，Ｍ２…が用意され、これら複数のマップの束が上記制御マップＭとして記憶手段１５ｅに記憶されている。

すなわち、電動モータ５に電力を供給するバッテリ３７の残容量が減ることにより、その端子間電圧（バッテリ電圧）Ｖｂが低下すると、電動モータ５の上限の回転速度がその分低下するため、電動モータ５の出力特性は図示のように横軸の方向に縮小する。そこで、上記バッテリ電圧Ｖｂの値に対応して設定された複数のマップＭ１，Ｍ２…が用意され、このうちの適当なマップが、上記バッテリセンサ３７の検出値に基づき適宜選択されるようになっている。なお、図５中のマップＭ１は、上記バッテリ電圧Ｖｂが最大値（満充電時の電圧）付近にあることにより、電動モータ５の回転速度域を最も広く確保できる場合のマップであり、マップＭｎは、上記マップＭ１からｎ番目に狭いマップを示している。これらマップＭ１とマップＭｎを比較すると分かるように、各マップの切り替えによる回転速度域の変化に伴って、上記切替ラインＰの位置も横軸の方向に移動するようになっている。

次に、以上のように構成されたコントローラ１５により行われる制御動作の具体的内容について図６のフローチャートを用いて説明する。このフローチャートがスタートすると、コントローラ１５は、まず、上記バッテリ電圧Ｖｂの低下予測に基づき切替ラインＰをシフトさせる制御が実行済みかどうかを示すラインシフトフラグＦに、そのデフォルト値として「０」を入力する制御を実行する（ステップＳ１）。ラインシフトフラグＦが「０」であれば切替ラインＰが未だシフトされていないことになり、「１」であればシフト済みとなる。

次いで、コントローラ１５は、アクセル開度センサ３１およびモータ回転速度センサ３５から、電動モータ５の回転速度Ｎおよびアクセルペダルの開度ＴＶＯを読み込む制御を実行するとともに（ステップＳ２）、ここで読み込まれたアクセル開度ＴＶＯ等に基づいて、現時点での電動モータ５の要求トルクを算出する制御を実行する（ステップＳ３）。

次いで、コントローラ１５は、上記ラインシフトフラグＦ＝１であるか否かを判定し（ステップＳ４）、ここでＮＯと判定されて上記フラグＦ＝０であることが確認された場合、つまり、上記切替ラインＰが未だシフトされていないことが確認された場合に、上記バッテリ９の端子間電圧（バッテリ電圧）Ｖｂをバッテリセンサ３７から読み込む制御を実行する（ステップＳ５）。

次いで、コントローラ１５は、上記バッテリ電圧Ｖｂに応じた所定の位置に切替ラインＰを設定する制御を実行する（ステップＳ６）。すなわち、コントローラ１５は、上記記憶手段１５ｃに記憶されている複数の制御マップＭ１，Ｍ２…（図５参照）の中から、上記ステップＳ５で読み込まれたバッテリ電圧Ｖｂに応じた適当なマップを選択することにより、上記バッテリ電圧Ｖｂに応じた所定の位置に切替ラインＰを設定する。このとき、上述したように、バッテリ電圧Ｖｂが高いほど電動モータ５の回転速度域がより広く確保されることから、上記切替ラインＰは、バッテリ電圧Ｖｂが高いほど高回転側に設定され、バッテリ電圧が低いほど低回転側に設定される。

このようにして切替ラインＰの設定が完了すると、コントローラ１５は、上記電動モータ５の出力特性が低速モードに設定されているか否かを判定する制御を実行する（ステップＳ７）。すなわち、先にも説明したように、スイッチング素子Ｓｗの作動状態に応じて、電動モータ５の２つの巻線Ｌ１，Ｌ２の両方に電流が流れるように電流経路が設定されていれば、上記電動モータ５の出力特性として低速モードが選択されていることになるため、スイッチング素子Ｓｗが上記のような作動状態にあるときに、電動モータ５が低速モードで駆動されていると判定する。

上記ステップＳ７でＹＥＳと判定されて低速モードに設定されていることが確認された場合、コントローラ１５は、上記バッテリ電圧Ｖｂがまもなく低下するか否かを予測する制御を実行する（ステップＳ８）。具体的には、車両１の走行予定経路を上記ナビゲーションユニット４０から読み出し、この読み出された予定経路に基づいて、上記電動モータ５にかかる負荷が近いうちに大きく増大するか否かを予測し、増大すると予測された場合に、上記バッテリ電圧Ｖｂが低下すると予測する。例えば、比較的長い登坂路や、長期間の加速が必要な高速道路の入口などでは、電動モータ５にかなり大きな負荷がかかって消費電力が急激に増大する（つまりバッテリ９の残容量が低下する）ため、これに応じてバッテリ電圧Ｖｂが急低下すると予測される。そこで、上記のような経路を車両１が近いうちに通過すると予測された場合に、上記バッテリ電圧Ｖｂが低下すると予測する。

上記ステップＳ８でバッテリ電圧Ｖｂの低下が予測された場合、コントローラ１５は、現時点での電動モータ５の運転状態、つまり、上記ステップＳ２，Ｓ３で取得されたモータ回転速度Ｎと要求トルクとに基づき特定される運転状態が、上記バッテリ電圧Ｖｂの低下予測に基づきシフトされる切替ラインＰのシフト予定位置よりも低回転側にあるか否かを判定する（ステップＳ９）。すなわち、後述するステップＳ１０では、上記ステップＳ８で予測されたバッテリ電圧Ｖｂの低下度合いに基づき切替ラインＰを低回転側にシフトさせる制御が実行されるが（図７参照）、その前に、まずステップＳ９において、上記切替ラインＰがシフトされた後の位置（図７の実線の位置）を想定し、現時点での運転状態がその位置よりも低回転側にあるか否かを判定する。

上記ステップＳ９でＹＥＳと判定されてシフト予定位置よりも低回転側にあることが確認された場合、コントローラ１５は、上記ステップＳ６で設定された切替ラインＰを、図７の矢印Ｘに示すように低回転側に所定量シフトさせる制御を実行する（ステップＳ１０）。ここでのシフト量は、上記ステップＳ８で予測されたバッテリ電圧Ｖｂの低下度合いに基づき決定される。すなわち、予測されるバッテリ電圧Ｖｂの低下量および低下速度が大きければ、上記切替ラインＰのシフト量も大きくされ、予測されるバッテリ電圧Ｖｂの低下量および低下速度が小さければ、上記切替ラインＰのシフト量も小さくされる。これにより、上記バッテリ電圧Ｖｂが実際に低下する前に、その低下後の電圧値に応じた適正な位置に上記切替ラインＰが先行してシフトされる。

このように、バッテリ電圧Ｖｂの実際の低下に先立って切替ラインＰをシフトさせるのは、上記電動モータ５の出力特性が低速モードから高速モードに切り替わる際に車両１に発生するショック（切替ショック）を低減するためである。

すなわち、上記ステップＳ１０のような切替ラインＰの先行シフトを行わなかった場合、上記切替ラインＰは、電度モータ５にかなり大きな負荷がかかる経路を車両１が実際に走行し始めるまでシフトされず、このような高負荷走行によりバッテリ電圧Ｖｂが実際に低下したときに、初めて低回転側にシフトされることになる。具体的には、車両１が登坂路を走行したり急加速したりすることでバッテリ電圧Ｖｂの低下が起きると、その低下した電圧値が上記ステップＳ５で読み込まれることにより、次のステップＳ６で切替ラインＰが低回転側に再設定される。このとき、例えばバッテリ電圧Ｖｂの低下が比較的急であったような場合には、バッテリ電圧Ｖｂの前回の読込み値と今回の読込み値にある程度の差が生じ、これに応じて図８に示すように、再設定後の切替ラインＰの位置（実線の位置）が、再設定前の位置（破線の位置）と比べて大きく低回転側にずれると考えられる。

このように再設定後の切替ラインＰが大きく低回転側にずれると、この再設定後の切替ラインＰとは異なる位置で電動モータ５の出力特性が切り替わり、その際に発生する切替ショックが通常よりも増大してしまうおそれがある。例えば、切替ラインＰの再設定に伴いその位置が破線から実線の位置へと移動したときに、電動モータ５の運転状態が図８の点Ｑに示す位置（再設定前の位置と再設定後の位置との間）にあったとすると、上記切替ラインＰの再設定に伴って、上記電動モータ５の運転状態としての点Ｑは、突然上記切替ラインＰよりも高回転側に位置することになる。すると、本来は切替ラインＰ上で出力特性が切り替わるべきところが、上記切替ラインＰよりも高回転側にずれた位置で出力特性が高速モードに切り替わってしまい、その際の切替ショックが増大してしまうおそれがある。

そこで、当実施形態では、上記バッテリ電圧Ｖｂが低下することが予測された場合に、電圧値の実際の低下に先立って、予測された低下度合いに基づき上記切替ラインＰを低回転側にシフトさせるようにしている（ステップＳ１０）。このようにすれば、電動モータ５の運転状態が低回転領域（シフト後の切替ラインＰよりも低回転側）にあるうちに上記切替ラインＰを先行して低回転側にシフトさせることにより、その後の登坂走行や急加速等に伴って実際にバッテリ電圧Ｖｂが低下したときに、上記切替ラインＰの位置が急変更されて出力特性が不意に切り替わるといった事態を回避でき、このような不意な切り替わりによる切替ショックの増大を防止することができる。

ここで、上記ステップＳ１０で低回転側にシフトされる切替ラインＰは、図７に示すように、高負荷域（縦軸のプラス側）ほどより低回転側に大きくシフトされる。すなわち、現時点でのバッテリ電圧Ｖｂの値に応じて設定される本来の切替ラインＰ（図７の破線で示すライン）に対し、これとほぼ平行になるように切替ラインＰをシフトさせたときの位置が図７の１点鎖線であるとすると、上記ステップＳ１０では、この１点鎖線のラインに対し、その高負荷部分を低回転側に補正した位置に上記切替ラインＰをシフトさせる。これは、上記切替ラインＰを境に電動モータ５の出力特性が低速モードから高速モードに切り替わる際に発生するモータ電流のサージを軽減するためである。

一般に、高速モードへの切り替え時に発生するモータ電流のサージ（一時的に電流が過大になる現象）は、モータの制御上、ある程度のレベルで起きることは避けられないが、サージ量があまりに大きいと、不要な高電流が流れることによるモータの損失が増大する上に、モータが損傷してしまうおそれがある。特に、上記切替ラインＰをシフトする制御（ステップＳ１０）が実行されるような状況、つまり、バッテリ電圧Ｖｂが大きく低下するほど電動モータ５の負荷が増大すると予想される状況では、上記サージ量が過大になることが懸念される。そこで、このようなサージ量の増大を抑制するために、上記ステップＳ１０では、図７に示すように、上記切替ラインＰのシフト量を高負荷域ほど低回転側に補正するようにしている。

すなわち、モータ電流のサージ量は、より高い目標電流値が設定される高回転・高負荷域ほど大きくなる傾向にあるため、高負荷域ではできるだけ低回転側で高速モードへの切り替えを行った方が、サージ量を小さくできる点で有利である。このような点を考慮して、上記ステップＳ１０では、高負荷域ほど上記切替ラインＰをより大きく低回転側にシフトさせており、これにより、高負荷域における高速モードへの切り替えがより早期に行われ、上記のようなサージ現象が抑制されるようになっている。

再び図６に戻ってフローチャートの続きを説明する。上記のようにして切替ラインＰのシフトが完了すると、コントローラ１５は、上記ラインシフトフラグＦに、切替ラインＰが既にシフトされたことを表す「１」を入力した後（ステップＳ１１）、現時点での電動モータ５の運転状態が、上記シフト後の切替ラインＰ（図７の実線の位置）よりも高回転側にあるか否かを判定する制御を実行する（ステップＳ１２）。

上述したように、先のステップＳ９で電動モータ５の運転状態が切替ラインＰのシフト予定位置よりも低回転側にあることが確認されているため、上記ステップＳ１２の判定では、最初ＮＯとされる。すると、コントローラ１５は、上記ステップＳ２に戻ってモータ回転速度Ｎおよびアクセル開度ＴＶＯを読み込むとともに、次のステップＳ３で要求トルクの算出を行い、さらにステップＳ３でラインシフトフラグＦ＝１であるか否かを判定する。

このとき、ラインシフトフラグＦには既に「１」が入力されているため（ステップＳ１１）、上記ステップＳ３の判定はＹＥＳとなる。すると、コントローラ１５は、上記ステップＳ８でバッテリ電圧Ｖｂが低下すると予測した結果が妥当であったか否かを判定する（ステップＳ１４）。例えば、車両１がナビゲーションユニット４０に設定されていた予定経路から外れたときに、上記予測結果が妥当でないと判定し、車両１が予定経路通りに走行しているときに、上記予測結果が妥当であると判定する。

上記ステップＳ１４でＹＥＳと判定されて予測結果が妥当であることが確認された場合、コントローラ１５は、ステップＳ１２に移行して、上記ステップＳ２，Ｓ３での新たな取得値（モータ回転速度Ｎおよび要求トルクの最新の取得値）から特定される電動モータ５の運転状態が、上記シフト後の切替ラインＰ（図７の実線のライン）よりも高回転側にあるか否かを判定する制御を実行する。そして、ここでＹＥＳと判定された場合に、上記第２インバータ１２のスイッチング素子Ｓｗを作動させ、電動モータ５の第１・第２巻線Ｌ１，Ｌ２のうち第１巻線Ｌ１のみに電流が流れるように電流経路を切り替えることにより、電動モータ５の出力特性を低速モードから高速モードに切り替える制御を実行する（ステップＳ１３）。なお、上記ステップＳ１４でＮＯと判定されて予測結果が妥当でない（つまりバッテリ電圧Ｖｂが低下しない）ことが確認された場合には、リターンして最初のステップＳ１から制御がやり直される。

次に、上記ステップＳ９でＮＯと判定された場合、つまり、電動モータ５の運転状態が上記切替ラインＰのシフト予定位置よりも高回転側にあることが確認された場合の制御動作について説明する。この場合、コントローラ１５は、上記電動モータ５の運転状態が、上記ステップＳ６で設定された通常の切替ラインＰ、つまりバッテリ電圧Ｖｂの現在の検出値に基づき設定された切替ラインＰよりも高回転側にあるか否かを判定する制御を実行する（ステップ１５）。そして、ここでＹＥＳと判定された場合に電動モータ５の出力特性を高速モードに切り替える一方（ステップＳ１６）、ＮＯと判定された場合にはリターンする。

これにより、車両１が加速中であれば、間もなくして上記通常の切替ラインＰを基準に電動モータ５の出力特性が高速モードに切り替わり、減速中であれば、上記ステップＳ１０における切替ラインＰのシフト予定位置より低回転側に領域移行するのを待ってから、上記切替ラインＰのシフトが実行されることになる。

次に、上記ステップＳ８でＮＯと判定された場合、つまり、バッテリ電圧Ｖｂの低下が予測されなかった場合の制御動作について説明する。この場合には、バッテリ電圧Ｖｂの低下による影響を考慮しなくてよいため、コントローラ１５は、電動モータ５の出力特性が通常の切替ラインＰ（ステップＳ６で設定されたライン）よりも高回転側に移行したか否かを判定し（ステップＳ１５）、ここでＹＥＳと判定された場合に、電動モータ５の出力特性を低速モードから高速モードに切り替える制御を実行する（ステップＳ１６）。

また、上記ステップＳ７でＮＯと判定された場合、つまり、電動モータ５の出力特性が高速モードに設定されている場合には、ステップＳ１７に移行して、電動モータ５の出力特性が通常の切替ラインＰよりも低回転側に移行したか否かを判定する。そして、このステップＳ１７でＹＥＳと判定されて切替ラインＰよりも低回転側に移行したことが確認された場合に、上記電動モータ５のスイッチング素子Ｓｗを作動させて第１・第２巻線Ｌ１，Ｌ２の両方に電流が流れるように電流経路を切り替えることにより、電動モータ５の出力特性を高速モードから低速モードに切り替える制御を実行する（ステップＳ１８）。

以上説明したように、当実施形態の電動車両用駆動装置は、車両１の駆動輪１６を回転駆動する電動モータ５と、この電動モータ５の出力特性を、制御マップＭ上の切替ラインＰを境に、低回転寄りの運転領域に対応する低速モードと、これよりも高回転寄りの運転領域まで対応可能な高速モードとの間で切り替えるコントローラ１５（制御手段）と、上記電動モータ５に電力を供給する電源の電圧値としてのバッテリ電圧Ｖｂを検出するバッテリセンサ３７（電圧検出手段）とを備えている。そして、当実施形態では、上記電動モータ５に対する制御として、上記バッテリセンサ３７によりバッテリ電圧Ｖｂを検出するステップ（Ｓ５）と、このステップで検出された電圧値Ｖｂに基づいて上記切替ラインＰを設定するステップ（Ｓ６）と、上記バッテリ電圧Ｖｂが低下することを予測するステップ（Ｓ８）と、このステップでバッテリ電圧Ｖｂが低下することが予測された場合に、電圧値の実際の低下に先立って、予測された低下度合いに基づき上記切替ラインＰを低回転側にシフトさせるステップ（Ｓ１０）とを含む制御動作が、上記コントローラ１５により実行されるようになっている。このような構成によれば、上記電動モータ５の出力特性が切り替わる際に発生するショックを低減して乗員の快適性を良好に維持できるという利点がある。

例えば、登坂走行や急加速等により電動モータ５の負荷が増大し、これに応じてバッテリ電圧Ｖｂが急低下したときに、このバッテリ電圧Ｖｂの実際の低下に合わせて切替ラインＰを低回転側に再設定したような場合には、図８に示したように、上記切替ラインＰの位置が急に変更されることにより、電動モータ５の出力特性が意図しないタイミングで低速モードから高速モードに切り替わり、その切り替え時のトルク変動により車両１にかなり大きなショックが発生するおそれがある。これに対し、上記実施形態では、バッテリ電圧Ｖｂの低下に先立って、予測された低下度合いに基づき上記切替ラインＰを低回転側にシフトさせるようにしたため、バッテリ電圧Ｖｂが実際に低下したときには既に切替ラインＰの位置が変更されていることになり、上記のような不意な出力特性の切り替えが回避される。このため、上記実施形態によれば、バッテリ電圧Ｖｂが低下しても適正なタイミングで出力特性を切り替えることができ、その際に発生するショックを低減して乗員の快適性を良好に維持できるという利点がある。

また、上記実施形態では、図７に示したように、上記バッテリ電圧Ｖｂの低下に先立って切替ラインＰをシフトさせる際に、そのシフト量を高負荷域ほど低回転側に補正するようにした。このような構成によれば、電動モータ５に大きな負荷がかかってバッテリ電圧Ｖｂが低下したような場合に、高速モードへの切り替えタイミングを高負荷域で相対的に早めることにより、電流のサージ現象（高速モードへの切り替え時に電動モータ５に一時的な高電流が流れる現象）を抑制することができ、上記サージ現象によるモータの損失・損傷を効果的に防止できるという利点がある。

また、上記実施形態では、上記ステップＳ８でバッテリ電圧Ｖｂの低下が予測されたとしても、上記電動モータ５の運転状態が、上記ステップＳ１０での切替ラインＰのシフト予定位置よりも高回転側にあった場合（つまりステップＳ９でＮＯの場合）には、上記ステップＳ１０ではなくステップＳ１５に移行することにより、上記切替ラインＰの低回転側へのシフトを禁止するようにした。このような構成によれば、シフト後の切替ラインＰよりも高回転側で出力特性が高速モードに切り替わってしまうのを回避でき、その際に車両１に大きなショックが発生するのを効果的に防止できるという利点がある。

また、上記構成によれば、シフト前の通常の切替ラインＰよりも高回転側から低回転側へと運転状態が移行し、これに応じて出力特性が高速モードから低速モードに切り替わった場合に、その直後においては上記切替ラインＰの低回転側へのシフトが禁止されるため、上記低速モードへの切り替わりが起きた直後に再度高速モードに切り替わるといったことがなく、上記切替ラインＰのシフト前後で出力特性が頻繁に切り替わることに起因して乗員が違和感を覚えるのを効果的に防止できるという利点がある。

なお、上記実施形態では、エンジン２と電動モータ５とを動力源として併用したハイブリッド型自動車に対して本発明の制御方法を適用した例について説明したが、本発明の制御方法は、電動モータ５を動力源の少なくとも一部として用いた電動車両であれば、特にその種類を問わず適用可能である。

１ 車両
５ 電動モータ
９ バッテリ（電源装置）
１５ コントローラ（制御手段）
１５ａ ライン設定手段
１５ｂ 予測手段
１５ｃ シフト手段
１６ 駆動輪
３７ バッテリセンサ（電圧検出手段）
Ｍ（Ｍ１，Ｍ２…） 制御マップ
Ｐ 切替ライン
Ｖｂ バッテリの端子間電圧（電源装置の電圧値）

Claims (4)

1. 車両の駆動輪を回転駆動する電動モータの出力特性を、制御マップ上の切替ラインを境に、低回転寄りの運転領域に対応する低速モードと、これよりも高回転寄りの運転領域まで対応可能な高速モードとの間で切り替える電動車両のモータ制御方法であって、
   上記電動モータに電力を供給する電源装置の電圧値を検出する電圧検出ステップと、
   このステップで検出された電圧値に基づいて上記切替ラインを設定するライン設定ステップと、
   上記電源装置の電圧値が低下することを予測する予測ステップと、
   このステップで電圧値が低下することが予測された場合に、電圧値の実際の低下に先立って、上記ライン設定ステップで設定された切替ラインを上記予測された低下度合いに基づいて低回転側にシフトさせるシフトステップとを含むことを特徴とする電動車両のモータ制御方法。
2. 請求項１記載の電動車両のモータ制御方法において、
   上記シフトステップでは、上記切替ラインのシフト量を高負荷域ほど低回転側に補正することを特徴とする電動車両のモータ制御方法。
3. 請求項１または２記載の電動車両のモータ制御方法において、
   上記予測ステップにより電圧値の低下が予測されたとしても、上記電動モータの運転状態が、上記シフトステップでの切替ラインのシフト予定位置よりも高回転側にある場合には、上記シフトステップによる切替ラインのシフトを禁止することを特徴とする電動車両のモータ制御方法。
4. 車両の駆動輪を回転駆動する電動モータと、この電動モータの出力特性を、制御マップ上の切替ラインを境に、低回転寄りの運転領域に対応する低速モードと、これよりも高回転寄りの運転領域まで対応可能な高速モードとの間で切り替える制御手段と、上記電動モータに電力を供給する電源装置の電圧値を検出する電圧検出手段とを備えた電動車両用駆動装置であって、
   上記制御手段は、
   上記電圧検出手段により検出された電圧値に基づいて上記切替ラインを設定するライン設定手段と、
   上記電源装置の電圧値が低下することを予測する予測手段と、
   この予測手段により電圧値が低下することが予測された場合に、電圧値の実際の低下に先立って、上記ライン設定手段により設定された切替ラインを上記予測された低下度合いに基づいて低回転側にシフトさせるシフト手段とを有することを特徴とする電動車両用駆動装置。

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