JP5661500B2

JP5661500B2 - 電気自動車の駆動制御装置

Info

Publication number: JP5661500B2
Application number: JP2011034356A
Authority: JP
Inventors: 剛志神田
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2011-02-21
Filing date: 2011-02-21
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2031-02-21
Also published as: JP2012175775A

Description

この発明は、バッテリ駆動、燃料電池駆動等の電気自動車の駆動制御装置に関する。

従来、電気自動車の駆動制御装置において、運転者の意思により、最大出力及び最大トルクの上限を可変にするものが提案されている（例えば、特許文献１）。

特開平０９−４６８１０号公報

路面状況が、降雨により濡れていたり、凍っている場合は、アクセル入力に対して俊敏にトルクが変わると空転する恐れがあり、運転し難い。また、電池残量が少ない状況では、電力消費を極力抑えて充電可能な場所へ移動する必要がある。
特許文献１では、運転者の意思により、最大出力及び最大トルクの上限を可変にし、省エネ運転を可能にすることが提案されているが、最大出力や最大トルクの制限では、濡れや凍結等の路面状況による適切な制御は難しい。また、特許文献１の技術では、運転者の判断や意思による切換操作が必要となる。

この発明の目的は、運転者の判断による操作を行うことなく、降雨による濡れ等の路面状況に応じた安定した走行が行える電気自動車の駆動制御装置を提供することである。
この発明の他の目的は、電池残量が少ない状況では、電力消費を極力抑えて充電可能な場所へ移動可能とすることである。

この発明の電気自動車の駆動制御装置は、アクセル操作手段１０の操作量に応じたモータ指令トルクＴｒを出力するトルク指令手段２３と、このトルク指令手段２３の出力するモータ指令トルクＴｒに応じたトルクとなるように、車輪２の駆動用のモータ４の駆動電流を制御する指令トルク対応モータ制御手段２２とを備えた電気自動車の駆動制御装置において、
車両の走行中の路面の状況を検出する路面状況センサ３１または降雨を検出するレインセンサ３２を設け、
モータ駆動用のバッテリ１９の電圧を監視して閾値よりも低い場合にバッテリ残量少と判定するバッテリ残量検出手段３３を有し、
前記トルク指令手段２３に、前記アクセル操作手段１０の操作量とモータ指令トルクＴｒとの関係を示すアクセル特性曲線ａ〜ｄを複数設定したアクセル特性曲線設定部２８設け、このアクセル特性曲線設定部２８に、バッテリ残量少用のアクセル特性曲線ｄを設け、このバッテリ残量少用のアクセル特性曲線ｄは、前記路面状況または降雨に対応して設定されたアクセル特性曲線ｂ，ｃよりも、前記アクセル操作手段１０の操作量に対するモータ指令トルクＴｒの大きさが小さく、
前記トルク指令手段は、前記路面状況センサ３１またはレインセンサ３２、および前記バッテリ残量検出手段３３の検出信号に応じて、モータ指令トルクＴｒの出力に用いるアクセル特性曲線を前記複数のアクセル特性曲線ａ〜ｄの内で切り換えるアクセル特性切換部２９を有することを特徴とする。

この構成によると、複数のアクセル特性曲線ａ〜ｄが設定され、路面状況センサ３１またはレインセンサ３２の検出信号に応じて、使用するアクセル特性曲線ａ〜ｃが切り換えられる。このため、アクセル特性曲線ｂ，ｃを、路面の濡れによるスリップ等を配慮した曲線とすることで、アクセルペダル等のアクセル操作手段１０の操作量を、通常時と同様に操作しても、車両の加速や速度が抑えられる。したがって、濡れた路面等において、アクセル入力に対して俊敏にトルクが大きくなって車輪２の空転等が生じることが抑えられる。このように、運転者の判断による操作を行うことなく、降雨による濡れ等の路面状況に応じた安定した走行が行える。

この発明において、前記路面状況センサ３１は、路面の通常の状況である乾燥状況と濡れ状況との区別を検出可能であり、前記アクセル特性曲線設定部２８は、前記アクセル特性曲線として、通常状況用の曲線ａと濡れ状況用の曲線ｂとを有し、前記アクセル特性切換部２９は、前記路面状況センサ３１による前記濡れ状況の検出、または前記レインセンサ３２による降雨の検出により前記濡れ状況用のアクセル特性曲線ｂに切り換えるようにしても良い。
この構成の場合、運転者の判断を待つことなく、路面の濡れ状況に応じた走行が行える。アクセル特性切換部２９によるアクセル特性曲線に切り換えは、路面状況センサ３１とレインセンサ３２の両方の検出信号により判断を行うようにしても良い。

また、前記路面状況センサ３１を設ける場合に、この路面状況センサ３１は、路面の通常の状況である乾燥状況と、濡れ状況と、凍結状況との区別を検出可能とし、前記アクセル特性曲線設定部２８は、前記アクセル特性曲線として、通常状況用の曲線ａと、濡れ状況用の曲線ｂと、凍結状況用の曲線ｃとを有し、前記アクセル特性切換部２９は、前記路面状況センサ３１による前記濡れ状況の検出により前記濡れ状況用のアクセル特性曲線ｂに切り換え、前記路面状況センサ３１による前記凍結状況の検出により前記凍結状況用のアクセル特性曲線ｃに切り換えるようにしても良い。

この発明において、前記アクセル特性切換部２９は、前記バッテリ残量検出手段３３がバッテリ残量少と判定した場合に、前記バッテリ残量少用のアクセル特性曲線ｄに切り換えるものとしても良い。
高速走行を行うと、空力抵抗が大きくなるため、同じバッテリ残量に対して航続距離が伸びない。この構成の場合、バッテリ残量がある程度まで少なくなると、バッテリ残量少用のアクセル特性曲線ｄによる制御を行うことで、高速走行が回避される。そのため、バッテリ残量が少ない場合に、僅かでも航続距離を延ばし、充電可能な場所に走行によって辿り着くことができる。

この場合に、前記アクセル特性切換部２９は、前記バッテリ残量検出手段３３がバッテリ残量少と判定した場合に、前記路面状況センサ３１の検出信号にかかわらず、またレインセンサ３２を有する場合はレインセンサ３２の検出信号にも係わらず、前記バッテリ残量少用のアクセル特性曲線ｄに切り換えるようにしても良い。
これにより、路面状況の如何に係わらず、走行途中でのバッテリ切れを可能な限り回避することができる。

この発明の電気自動車の駆動制御装置は、アクセル操作手段の操作量に応じたモータ指令トルクを出力するトルク指令手段と、このトルク指令手段の出力するモータ指令トルクに応じたトルクとなるように、車輪の駆動用のモータの駆動電流を制御する指令トルク対応モータ制御手段とを備えた電気自動車の駆動制御装置において、車両の走行中の路面の状況を検出する路面状況センサまたは降雨を検出するレインセンサを設け、モータ駆動用のバッテリ１９の電圧を監視して閾値よりも低い場合にバッテリ残量少と判定するバッテリ残量検出手段３３を有し、前記トルク指令手段に、前記アクセル操作手段の操作量とモータ指令トルクとの関係を示すアクセル特性曲線を複数設定したアクセル特性曲線設定部を設け、このアクセル特性曲線設定部に、バッテリ残量少用のアクセル特性曲線を設け、このバッテリ残量少用のアクセル特性曲線は、前記路面状況または降雨に対応して設定されたアクセル特性曲線よりも、前記アクセル操作手段の操作量に対するモータ指令トルクの大きさが小さく、前記トルク指令手段は、前記路面状況センサまたはレインセンサ、および前記バッテリ残量検出手段の検出信号に応じて、モータ指令トルクの出力に用いるアクセル特性曲線を前記複数のアクセル特性曲線の内で切り換えるアクセル特性切換部を有するため、運転者の判断による操作を行うことなく、降雨による濡れ等の路面状況に応じた安定した走行が行える電気自動車の駆動制御装置を提供することができる。
また、モータ駆動用のバッテリの電圧を監視して閾値よりも低い場合にバッテリ残量少と判定するバッテリ残量検出手段を設け、アクセル特性曲線設定部に、バッテリ残量少用のアクセル特性曲線を設け、前記アクセル特性切換部は、前記バッテリ残量検出手段がバッテリ残量少と判定した場合に、前記バッテリ残量少用のアクセル特性曲線に切り換えるようにした場合は、電池残量が少ない状況で、電力消費を極力抑え、充電可能な場所へ移動可能とすることができる。

この発明の一実施形態に係る駆動制御装置を搭載した電気自動車を平面図で示す概念構成のブロック図である。同駆動制御装置におけるアクセル特性曲線の説明図である。

この発明の一実施形態を図１および図２と共に説明する。この電気自動車は、車体１の左右の前輪となる車輪２が駆動輪でかつ操舵輪とされ、左右の後輪となる車輪３が従動輪の操舵輪とされた４輪の自動車である。駆動輪および従動輪となる車輪２，３は、いずれもタイヤを有し、それぞれ車輪用軸受を介して車体１に支持されている。駆動輪となる左右の前側の車輪２，２は、１台の走行用のモータ４により、減速機５および車軸６を介して駆動される。左右の車輪２，２の車軸６，６は、ディファレンシャル（図示せず）を介して、カーブ走行時に回転速度に差を付けることが可能とされている。モータ４は、ＩＰＭモータ（埋込磁石型同期モータ）等の同期モータや誘導モータが用いられ、バッテリ１９の直流電流でインバータ装置２２を介して駆動されるが、直流モータであっても良い。各車輪２，３にはブレーキ７が設けられている。

左右の前輪となる操舵輪である車輪２，２は、転舵機構８を介して転舵可能であり、操舵機構９により操舵される。操舵機構９は、ステアリングホイールの回転を、機械的または電気的に連動させて転舵機構８に伝える機構である。運転席には、運転のための操作手段として、この他に、アクセルペダル等のアクセル操作手段１０と、シフトギヤ操作手段１１と、ブレーキペダル等のブレーキ操作手段（図示せず）とが設けられている。

制御系を説明すると、自動車全般の統括制御を行う電気制御ユニットであるＥＣＵ２１と、このＥＣＵ２１の指令に従って走行用のモータ４の制御を行う前記インバータ装置２２とが、車体１に搭載されている。ＥＣＵ２１は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、並びに各種の電子回路等で構成される。モータ４の制御を行う駆動制御装置は、前記ＥＣＵ２１とインバータ装置２２で構成される。ＥＣＵ２１には、アクセル操作手段１０の操作量に応じたモータ指令トルクＴｒをインバータ装置２２へ出力するトルク指令手段２３が設けられている。

インバータ装置２２は、請求項で言う「指令トルク対応モータ制御手段」であり、パワー回路部２４と、このパワー回路部２４を制御するモータコントール部２５とで構成される。パワー回路部２４は、バッテリ１９の直流電力をモータ４の駆動に用いる３相の交流電力に変換するインバータ２６と、このインバータ２６を制御するＰＷＭドライバ２７とで構成される。インバータ２６は、複数の半導体スイッチング素子（図示せず）で構成され、ＰＷＭドライバ２７は、入力された電流指令をパルス幅変調し、前記各半導体スイッチング素子にオンオフ指令を与える。モータコントール部２５は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、および電子回路により構成され、上位制御手段であるＥＣＵ２１から与えられるモータ指令Ｔｒを電流指令に変換し、パワー回路部２４のＰＷＭドライバ２７に与える。

この実施形態は、上記基本構成の駆動制御装置において、走行中の路面の状況を検出する路面状況センサ３１およびバッテリ残量検出手段３３を車体１に設けると共に、ＥＣＵ２１のトルク指令手段２３に、アクセル特性曲線設定部２８およびアクセル特性切換部２９を設けている。路面状況センサ３１に加え、または路面状況センサ３１を設ける代わりに、降雨を検出するレインセンサ３２を設けても良い。

路面状況センサ３１は、この例では、路面の通常の状況である乾燥状況と、濡れ状況と、凍結状況との区別を検出可能なものを用いている。このような乾燥状況，濡れ状況，凍結状況の区別を車両走行中に検出可能な路面状況センサとしては、画像処理による可視画像式、レーザレーダ式、光ファイバ式等のものが開発され、または市販のものもあり、それらを使用することができる。レインセンサ３２は各種のものが市販されており、それらを使用することができる。バッテリ残量検出手段３３は、バッテリ１９の電圧を監視し、検出電圧が閾値よりも低い場合にバッテリ残量少と判定する手段である。閾値は、バッテリ１９や、どの程度でバッテリ残量少とするかの設計に応じて、適宜設定すれば良い。

アクセル特性曲線設定部２８には、アクセル操作手段１０の操作量（以下、「アクセル開度」と称す）と、出力するモータ指令トルクＴｒとの関係を示すアクセル特性曲線ａ〜ｄ（図２）を複数設定した手段である。この実施形態では、通常状況用の曲線ａと、濡れ状況用の曲線ｂと、凍結状況用の曲線ｃと、バッテリ残量少用の曲線ｄとの４つのアクセル特性曲線ａ〜ｄを設定している。これらの曲線ａ〜ｄの関係は、アクセル開度に対するモータ指令トルクＴｒの大きさが、図２のように、通常状況用の曲線ａが最も大きく、濡れ状況用の曲線ｂ、凍結状況用の曲線ｃ、バッテリ残量少用の曲線ｄの順に小さくなっている。また、これらのアクセル特性曲線ａ〜ｄは、いずれも、アクセル開度に対してモータ指令トルクＴｒが比例的に大きくなるが、モータ指令トルクＴｒの上限に達した後は、アクセル開度の操作量に係わらず、各曲線毎に定められた一定値となる。

図１のアクセル特性切換部２９は、路面状況センサ３１およびバッテリ残量検出手段３３の検出信号に応じて、トルク指令手段２３からインバータ装置２２へ与えるモータ指令トルクＴｒの出力に用いるアクセル特性曲線を、前記複数のアクセル特性曲線ａ〜ｄの内で切り換える手段である。アクセル特性切換部２９は、常時は、通常状況用の曲線ａを用いるが、路面状況センサ３１による濡れ状況の検出により濡れ状況用のアクセル特性曲線ｂに切り換え、凍結状況の検出により凍結状況用のアクセル特性曲線ｃに切り換える。また、バッテリ残量検出手段３３によりバッテリ残量少と判定された場合は、路面状況センサ３１の検出信号に係わらず、バッテリ残量少用の曲線ｄに切り換える。また、アクセル特性切換部２９は、凍結状況用のアクセル特性曲線ｃやバッテリ残量少用の曲線ｄ等に切り換えた後に、車両の走行等により凍結路面から乾燥路面等へ移動したり、バッテリ１９の充電がなされるなどで、路面状況センサ３１やバッテリ残量検出手段３３の検出結果が変わったときは、そのときに路面状況センサ３１やバッテリ残量検出手段３３の検出結果に対応したアクセル特性曲線ａ〜ｄに切り換える。

なお、アクセル特性切換部２９は、通常状況用のアクセル特性曲線ａと濡れ状況用のアクセル特性曲線ｂとに切り換えについては、レインセンサ３２の検出信号を用いて切り換えるようにしても良い。また、アクセル特性切換部２９に対して、常に通常状況用の曲線ａを用いるように、切換機能を解除する操作手段（図示せず）を設けても良い。

この構成の電気自動車の駆動制御装置によると、複数のアクセル特性曲線ａ〜ｄが設定し、路面状況センサ３１またはレインセンサ３２の検出信号に応じて、使用するアクセル特性曲線ａ〜ｃが切り換えられる。このため、アクセル特性曲線ｂ，ｃを、路面の濡れや凍結によるスリップ等を配慮した曲線とすることで、アクセルペダル等のアクセル操作手段１０の操作量を、通常時と同様に操作しても、車両の加速や速度が抑えられる。したがって、濡れた路面や凍結した路面等において、アクセル入力に対して俊敏にトルクが大きくなって車輪２の空転等が生じることが抑えられる。このように、運転者の判断による操作を行うことなく、降雨による濡れ等の路面状況に応じた走行が行える。

また、バッテリ１９の蓄電量がある程度以上に低下したときは、バッテリ残量検出手段３３によりバッテリ残量少と判定され、バッテリ残量少用の曲線ｄに切り換えられる。高速走行を行うと、空力抵抗が大きくなるため、同じバッテリ残量に対して航続距離が伸びない。この構成の場合、バッテリ残量が少ない場合、バッテリ残量少用のアクセル特性曲線ｄによる制御を行うことで、高速走行が回避される。そのため、バッテリ残量が少ない場合に、僅かでも航続距離を延ばし、充電可能な場所に走行によって辿り着くことができる。

なお、上記実施形態では、路面状況センサ３１、レインセンサ３２、およびバッテリ残量検出手段３３を設け、４つのアクセル特性曲線ａ〜ｄを設定したが、参考提案例としてバッテリ残量検出手段３３は必ずしも設けなくても良く、また路面状況センサ３１とレインセンサ３２とは、いずれか一方を選択的に設けても良い。アクセル特性曲線については、例えば、通常状況用の曲線ａと濡れ状況用の曲線ｂとの２種類としても良い。
また、アクセル特性曲線ａ〜ｄの切換と共に、コンソールに設けられた表示装置の画面（図示せず）等に、アクセル特性を変更した走行状況であることを知らせる表示を行う手段を設けても良い。
アクセル特性曲線設定部２８およびアクセル特性切換部２９は、上記実施形態では、ＥＣＵ２１に設けたが、インバータ装置２２のモータコントロール部に２５に設けても良い。その場合、トルク指令手段２３は、例えば、ＥＣＵ２１に設けられる部分とインバータ装置２２に設けられる部分とでなり、ＥＣＵ２１に設けられる部分は、アクセル操作手段１０の操作量に応じたモータ指令トルクをインバータ装置２２へ出力し、インバータ装置２２に設けられた部分で、路面状況センサ３１等の検出信号に応じたアクセル特性曲線ａ〜ｄを選ぶ処理を行う。
上記実施形態では、１台のモータ４で駆動される電気自動車に適用したが、インホイールモータを用いた電気自動車等、複数のモータを持つ電気自動車にもこの発明を適用することができる。

１…車体
２，３…車輪
４…モータ
２１…ＥＣＵ
２２…インバータ装置（指令トルク対応モータ制御手段）
２３…トルク指令手段
２８…アクセル特性曲線設定部
２９…アクセル特性切換部
３１…路面状況センサ
３２…レインセンサ
３３…バッテリ残量検出手段

Claims

アクセル操作手段の操作量に応じたモータ指令トルクを出力するトルク指令手段と、このトルク指令手段の出力するモータ指令トルクに応じたトルクとなるように、車輪の駆動用のモータの駆動電流を制御する指令トルク対応モータ制御手段とを備えた電気自動車の駆動制御装置において、
車両の走行中の路面の状況を検出する路面状況センサまたは降雨を検出するレインセンサを設け、
モータ駆動用のバッテリの電圧を監視して閾値よりも低い場合にバッテリ残量少と判定するバッテリ残量検出手段を有し、
前記トルク指令手段に、前記アクセル操作手段の操作量とモータ指令トルクとの関係を示すアクセル特性曲線を複数設定したアクセル特性曲線設定部を設け、このアクセル特性曲線設定部に、バッテリ残量少用のアクセル特性曲線を設け、このバッテリ残量少用のアクセル特性曲線は、前記路面状況または降雨に対応して設定されたアクセル特性曲線よりも、前記アクセル操作手段の操作量に対するモータ指令トルクの大きさが小さく、
前記トルク指令手段は、前記路面状況センサまたはレインセンサ、および前記バッテリ残量検出手段の検出信号に応じて、モータ指令トルクの出力に用いるアクセル特性曲線を前記複数のアクセル特性曲線の内で切り換えるアクセル特性切換部を有することを特徴とする電気自動車の駆動制御装置。
請求項１において、前記路面状況センサは、路面の通常の状況である乾燥状況と濡れ状況との区別を検出可能であり、前記アクセル特性曲線設定部は、前記アクセル特性曲線として、通常状況用の曲線と濡れ状況用の曲線とを有し、前記アクセル特性切換部は、前記路面状況センサによる前記濡れ状況の検出、または前記レインセンサによる降雨の検出により前記濡れ状況用のアクセル特性曲線に切り換える電気自動車の駆動制御装置。
請求項２において、前記路面状況センサを設け、この路面状況センサは、路面の通常の状況である乾燥状況と、濡れ状況と、凍結状況との区別を検出可能であり、前記アクセル特性曲線設定部は、前記アクセル特性曲線として、通常状況用の曲線と、濡れ状況用の曲線と、凍結状況用の曲線とを有し、前記アクセル特性切換部は、前記路面状況センサによる前記濡れ状況の検出により前記濡れ状況用のアクセル特性曲線に切り換え、前記路面状況センサによる前記凍結状況の検出により前記凍結状況用のアクセル特性曲線に切り換える電気自動車の駆動制御装置。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記アクセル特性切換部は、前記バッテリ残量検出手段がバッテリ残量少と判定した場合に、前記バッテリ残量少用のアクセル特性曲線に切り換える電気自動車の駆動制御装置。
請求項４において、前記アクセル特性切換部は、前記バッテリ残量検出手段がバッテリ残量少と判定した場合に、前記路面状況センサの検出信号にかかわらず、またレインセンサを有する場合はレインセンサの検出信号にも係わらず、前記バッテリ残量少用のアクセル特性曲線に切り換える電気自動車の駆動制御装置。