JP5733140B2 - 電動車両 - Google Patents

Description

この発明は、電動車両に関し、特に、電動機によって走行する電動車両に関する。

近年、環境に配慮した車両として、電気自動車（Electric Vehicle）やハイブリッド車両（Hybrid Vehicle）等、電動機によって走行する電動車両が注目されている。電気自動車は、直流電源と電動機とを走行用の動力源として搭載する。ハイブリッド車両は、従来の内燃機関に加えて走行用の動力源として電動機を搭載した車両や、直流電源に加えて燃料電池をエネルギー源として搭載した車両を含む。

特開２００８−２３０４０９号公報（特許文献１）は、電動車両の一種であるハイブリッド車両において、エンジンを停止させて電動機のみで走行（以下「ＥＶ走行」と称する。）するときに加速性能が大きく損なわれるのを抑制するための技術を開示する。このハイブリッド車両においては、ＥＶ走行中にアクセル開度の増加に応じて駆動トルクがＥＶ走行可能最大トルクに達すると、アクセル開度が所定量さらに増加するまで駆動トルクがＥＶ走行可能最大トルクに維持される。そして、アクセル開度が上記所定量を超えてさらに増加すると、エンジンを作動させて走行するＨＶ走行に切替えられる。

この発明によれば、アクセル開度を低く抑えることなくＥＶ走行を維持することが容易になり、その結果、ＥＶ走行時に加速性能が損なわれるのを抑制することができる（特許文献１参照）。

特開２００８−２３０４０９号公報 特開２００８−２９６６１９号公報 特開２００８−１７４１５９号公報 特開２００８−１２６９０１号公報 特開平５−１８４０１５号公報

上記特許文献１に記載のハイブリッド車両は、アクセル開度を低く抑えることなくＥＶ走行を維持し得るという点で有用であるが、一方で、駆動トルクがＥＶ走行可能最大トルクに達するまでのＥＶ走行中にアクセルペダルが急激に踏込まれると、電力消費量も急激に増加してしまう。いわゆるエコドライブをさらに推進するには、ＥＶ走行中においても電力消費量を低減することが必要である。

それゆえに、この発明の目的は、ＥＶ走行中の電力消費量を低減可能な電動車両を提供することである。

この発明によれば、電動車両は、直流電源と、電動機と、制御装置とを備える。電動機は、直流電源から電力を受け、要求された走行パワーを発生する。制御装置は、走行パワーが上限を超えないように電動機を制御する。ここで、制御装置は、走行パワーの増加速度が大きいほど走行パワーの上限を小さくする。

好ましくは、制御装置は、定常的に出力可能な走行パワーの上限を示す定常パワーを走行パワーが超えると、走行パワーの上限を定常パワーから所定の許可時間だけ出力可能な拡大パワーに一時的に拡大する。ここで、走行パワーの上記上限は、上記の拡大パワーであり、制御装置は、走行パワーが定常パワーを超えたとき、走行パワーの増加速度が大きいほど拡大パワーを小さくする。

好ましくは、制御装置は、さらに、走行パワーが定常パワーを超えると、拡大パワーと定常パワーとの差および許可時間によって定まる最大エネルギー量の範囲内で電動機を制御する。

さらに好ましくは、制御装置は、走行パワーが定常パワーを超えた場合、直流電源から電動機へ供給されるパワーから定常パワーを差引いた値を積算することによって得られるエネルギー量が最大エネルギー量に達すると、走行パワーを定常パワーに制限する。

好ましくは、電動車両は、検出部をさらに備える。検出部は、アクセルペダルの操作量に関連するアクセル開度を検出する。走行パワーは、検出部により検出されるアクセル開度に基づいて算出される。そして、制御装置は、アクセル開度の増加速度が大きいほど走行パワーの上限を小さくする。

好ましくは、制御装置は、走行状況を学習し、その学習結果に基づいて走行パワーの上限を変更する。

この発明においては、走行パワーが上限を超えないように電動機が制御される。そして、制御装置は、走行パワーの増加速度が大きいほど走行パワーの上限を小さくするので、走行パワーの急激な増加要求（アクセルペダルの急激な踏込み等）に対して走行パワーが抑制される。したがって、この発明によれば、ＥＶ走行中の電力消費量を低減することができる。また、運転者に対して走行パワーの急激な増加要求（アクセルペダルの急激な踏込み）の抑制を促すこともできる。

この発明の実施の形態１による電動車両の全体構成を示すブロック図である。 図１に示すＥＣＵの具体的な構成を示す機能ブロック図である。 走行パワーの増加速度と拡大パワーとの関係を示した図である。 拡大パワーと走行パワーの上限が拡大パワーに拡大される許可時間との関係を示した図である。 走行パワーおよびエネルギー量Ｅが変化する様子の一例を示した図である。 拡大パワーの設定に関する処理手順を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２におけるＥＣＵの具体的な構成を示す機能ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による電動車両の全体構成を示すブロック図である。図１を参照して、電動車両１０は、蓄電装置１２と、電流センサ１４と、電圧センサ１６と、パワーコントロールユニット（以下「ＰＣＵ（Power Control Unit）」と称する。）１８と、モータジェネレータ２０と、駆動輪２２と、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ（Electronic Control Unit）」と称する。）２４と、アクセル開度センサ２６とを備える。

蓄電装置１２は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオンやニッケル水素などの二次電池によって構成される。蓄電装置１２は、ＰＣＵ１８へ電力を供給し、また、車両の制動時等にモータジェネレータ２０によって発電される回生電力を蓄える。なお、蓄電装置１２として大容量のキャパシタも採用可能である。

電流センサ１４は、蓄電装置１２に対して入出力される電流ＩＢを検出し、その検出値をＥＣＵ２４へ出力する。電圧センサ１６は、蓄電装置１２の電圧ＶＢを検出し、その検出値をＥＣＵ２４へ出力する。

ＰＣＵ１８は、蓄電装置１２から電力の供給を受け、ＥＣＵ２４から受ける駆動信号ＤＲＶに基づいてモータジェネレータ２０を駆動する。また、車両の制動時等には、ＰＣＵ１８は、駆動輪２２から運動エネルギーを受けてモータジェネレータ２０により発電される電力を電圧変換して蓄電装置１２へ出力する。ＰＣＵ１８は、たとえば、三相分のスイッチング素子を含む三相ＰＷＭインバータによって構成される。なお、三相ＰＷＭインバータと蓄電装置１２との間に昇圧コンバータを設けてもよい。

モータジェネレータ２０は、力行動作および回生動作可能な電動発電機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動発電機によって構成される。モータジェネレータ２０は、ＰＣＵ１８によって駆動され、要求された走行パワーを発生して駆動輪２２を駆動する。また、電動車両１０の制動時等には、モータジェネレータ２０は、電動車両１０の有する運動エネルギーを駆動輪２２から受けて発電する。

アクセル開度センサ２６は、運転者によるアクセルペダルの操作量に対応するアクセル開度ＡＣＣを検出し、その検出値をＥＣＵ２４へ出力する。

ＥＣＵ２４は、予め記憶されたプログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）で実行することによるソフトウェア処理および／または専用の電子回路によるハードウェア処理により、ＰＣＵ１８を制御する。具体的には、ＥＣＵ２４は、アクセル開度センサ２６によって検出されるアクセル開度ＡＣＣや電動車両１０の走行速度を示す車両速度ＳＶ等の各種信号に基づいて要求走行パワー（以下、単に「走行パワー」とも称する。）を算出する。そして、ＥＣＵ２４は、算出された走行パワーに基づいてＰＣＵ１８によりモータジェネレータ２０を駆動するための信号（たとえばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号）を生成し、その生成された信号を駆動信号ＤＲＶとしてＰＣＵ１８へ出力する。

図２は、図１に示したＥＣＵ２４の具体的な構成を示す機能ブロック図である。図２を参照して、ＥＣＵ２４は、要求走行パワー算出部５２と、パワー一時アップ制御部５４と、拡大パワー設定部５６と、モータジェネレータ制御部５８とを含む。要求走行パワー算出部５２は、アクセル開度センサ２６（図１）によって検出されるアクセル開度ＡＣＣや車両速度ＳＶ等の各種信号に基づいて要求走行パワーを算出する。

パワー一時アップ制御部５４は、要求走行パワー算出部５２によって算出された走行パワーを受け、拡大パワー設定部５６から拡大パワーＰｐｅａｋ（後述）の設定値を受ける。また、パワー一時アップ制御部５４は、蓄電装置１２の電流ＩＢおよび電圧ＶＢに基づいて、蓄電装置１２から出力されるパワー（実際の走行パワーに相当する。）を算出する。そして、パワー一時アップ制御部５４は、定常的に出力可能な走行パワーの上限を示す定常パワーＰｂａｓｅを走行パワーが超えると、走行パワーの上限を定常パワーから拡大パワーＰｐｅａｋに一時的に拡大する。

すなわち、定常パワーＰｂａｓｅは、ＰＣＵ１８およびモータジェネレータ２０の連続定格に相当する。そして、拡大パワーＰｐｅａｋは、走行パワーが定常パワーを超えた場合に、所定の許可時間Ｔｔｍｐだけ出力可能な短時間定格に相当する。拡大パワーＰｐｅａｋは、後述の拡大パワー設定部５６において設定される。

走行パワーが定常パワーＰｂａｓｅを超えると、パワー一時アップ制御部５４は、拡大パワーＰｐｅａｋと定常パワーＰｂａｓｅとの差および拡大パワーＰｐｅａｋを出力可能な上記許可時間Ｔｔｍｐによって定まる最大エネルギー量Ｅｍａｘの範囲内で走行パワーを管理する。そして、以下に示される演算式によって算出されるエネルギー量Ｅが最大エネルギー量Ｅｍａｘに達すると、パワー一時アップ制御部５４は、走行パワーを定常パワーＰｂａｓｅに制限する。最大エネルギー量Ｅｍａｘおよびエネルギー量Ｅは、次式によって算出される。

Ｅｍａｘ＝（Ｐｐｅａｋ−Ｐｂａｓｅ）×Ｔｔｍｐ …（１）
Ｅ＝∫（Ｐｂ−Ｐｂａｓｅ）ｄｔ，Ｅ≧０ …（２）
Ｅ＜Ｅｍａｘ： Ｐｂ＊≦Ｐｐｅａｋ…（３）
Ｅ≧Ｅｍａｘ： Ｐｂ＊≦Ｐｂａｓｅ…（４）
ここで、Ｐｂは、蓄電装置１２から出力されるパワー（すなわち走行パワー）を示し、Ｐｂ＊は、Ｐｂの許容値（蓄電装置１２から出力可能なパワー）を示す。

拡大パワー設定部５６は、上記の拡大パワーＰｐｅａｋを設定する。具体的には、拡大パワー設定部５６は、走行パワーが定常パワーＰｂａｓｅを超えると、走行パワーの増加速度（増加の傾き）を検出し、走行パワーの増加速度が大きいほど拡大パワーＰｐｅａｋを小さくする。

図３は、走行パワーの増加速度と拡大パワーＰｐｅａｋとの関係を示した図である。図３を参照して、走行パワーの増加速度が大きいほど、拡大パワーＰｐｅａｋは小さい値に設定される。なお、走行パワーの増加速度が０であるときに、拡大パワーＰｐｅａｋは、蓄電装置１２が出力可能な最大パワーＰｂ＿ｍａｘとなる。なお、この図３では、走行パワーの増加速度と拡大パワーＰｐｅａｋとが比例関係（傾き負）にある場合が示されているが、それらの関係は比例関係に限定されるものではなく、たとえば反比例の関係であってもよい。

図４は、拡大パワーＰｐｅａｋと走行パワーの上限が拡大パワーＰｐｅａｋに拡大される許可時間Ｔｔｍｐとの関係を示した図である。図４を参照して、拡大パワーＰｐｅａｋと許可時間Ｔｔｍｐとは、反比例の関係にある。すなわち、走行パワーが定常パワーＰｂａｓｅを超えてから使用可能な最大エネルギー量Ｅｍａｘは不変であり、走行パワーの増加速度に応じて拡大パワーＰｐｅａｋを変化させても、使用可能な最大エネルギー量Ｅｍａｘは不変である。

再び図２を参照して、拡大パワー設定部５６は、アクセル開度ＡＣＣに基づいて拡大パワーＰｐｅａｋを設定してもよい。すなわち、拡大パワー設定部５６は、走行パワーが定常パワーＰｂａｓｅを超えると、アクセル開度センサ２６によって検出されるアクセル開度ＡＣＣの増加速度が大きいほど拡大パワーＰｐｅａｋを小さくするようにしてもよい。

パワー一時アップ制御部５４は、拡大パワー設定部５６から拡大パワーＰｐｅａｋを受ける。そして、パワー一時アップ制御部５４は、走行パワーが定常パワーＰｂａｓｅを超えると、走行パワーの上限を定常パワーから拡大パワー設定部５６によって設定された拡大パワーＰｐｅａｋに一時的に拡大する。

モータジェネレータ制御部５８は、パワー一時アップ制御部５４によって上限処理が施された要求走行パワーおよびモータジェネレータ２０の回転数ＭＲＮに基づいて、ＰＣＵ１８によりモータジェネレータ２０を駆動するための駆動信号ＤＲＶを算出する。そして、モータジェネレータ制御部５８は、その算出された駆動信号ＤＲＶをＰＣＵ１８へ出力する。

図５は、走行パワーおよびエネルギー量Ｅが変化する様子の一例を示した図である。図５を参照して、線ｋ１は走行パワー（蓄電装置１２の出力パワーに相当する。）を示し、線ｋ２は、上記の式（２）によって算出されるエネルギー量Ｅを示す。

時刻ｔ３において走行パワーが定常パワーＰｂａｓｅを超えると、式（２）に基づいてエネルギー量Ｅが増加する。その後、走行パワーの増加速度すなわち線ｋ１の傾きが検出され、その検出結果に基づいて、図３に示した関係に従って拡大パワーＰｐｅａｋが変更される。

そして、時刻ｔ４においてエネルギー量Ｅが最大エネルギー量Ｅｍａｘに達すると、式（４）に基づいて蓄電装置１２の出力パワーの許容値が定常パワーＰｂａｓｅ以下に制限される。なお、この図５では、蓄電装置１２の出力パワーの許容値が定常パワーＰｂａｓｅに制限されることにより、走行パワーが定常パワーＰｂａｓｅに制限されている。その後、時刻ｔ５において走行パワーが低下し始めると、式（２）に基づいてエネルギー量Ｅも減少する。

このように、この実施の形態１では、走行パワーの増加速度が大きいほど、拡大パワーＰｐｅａｋを小さくする。これにより、走行パワーの急激な増加要求（アクセルペダルの急激な踏込み等）に対して走行パワーを抑制し、運転者に対して走行パワーの急激な増加要求（アクセルペダルの急激な踏込み）の抑制を促すこととしたものである。

図６は、拡大パワーＰｐｅａｋの設定に関する処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートの処理は、一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて繰り返し実行される。

図６を参照して、アクセル開度センサ２６（図１）は、アクセル開度ＡＣＣを検出し、その検出値をＥＣＵ２４へ出力する（ステップＳ１０）。次いで、ＥＣＵ２４は、アクセル開度ＡＣＣおよび車両速度ＳＶ等の各種信号に基づいて、電動車両１０に要求される走行パワーを算出する（ステップＳ２０）。走行パワーが算出されると、ＥＣＵ２４は、モータジェネレータ２０が力行動作中か回生動作中かを判定する（ステップＳ３０）。一例として、走行パワーが正値であれば力行動作中であると判定され、走行パワーが負値であれば回生動作中であると判定される。

ステップＳ３０において力行動作中であると判定されると（ステップＳ３０において「力行」）、ＥＣＵ２４は、走行パワーの増加速度（傾き）を検出する（ステップＳ４０）。たとえば、ＥＣＵ２４は、所定時間前（たとえば１演算周期前）に算出された走行パワーと、今回の演算実行時に算出された走行パワーとの差に基づいて、走行パワーの増加速度を算出することができる。なお、ステップＳ３０において回生動作中であると判定されたときは（ステップＳ３０において「回生」）、ステップＳ４０の処理を実行することなくステップＳ５０へ処理が進められる。

そして、ＥＣＵ２４は、拡大パワーＰｐｅａｋを設定する（ステップＳ５０）。具体的には、ステップＳ３０において力行動作中であると判定されたときは、ＥＣＵ２４は、ステップＳ４０において検出された走行パワーの増加速度に基づいて、図３に示した関係に従って拡大パワーＰｐｅａｋを設定する。なお、ステップＳ３０において回生動作中であると判定されたときは、ＥＣＵ２４は、拡大パワーＰｐｅａｋを所定値（たとえば図３に示されるＰｂ＿ｍａｘ）とする。

以上のように、この実施の形態１においては、走行パワーの増加速度が大きいほど拡大パワーＰｐｅａｋを小さくするので、走行パワーの急激な増加要求（アクセルペダルの急激な踏込み等）に対して走行パワーが抑制される。したがって、この実施の形態１によれば、ＥＶ走行中の電力消費量を低減することができる。また、運転者に対して走行パワーの急激な増加要求（アクセルペダルの急激な踏込み）の抑制を促すことになり、エコドライブを推進することができる。

［実施の形態２］
実施の形態１では、走行パワーの増加速度が大きいほど拡大パワーＰｐｅａｋを小さくするものとしたが、電動車両１０の走行状況を学習し、その学習結果に基づいて拡大パワーＰｐｅａｋを変更してもよい。

この実施の形態２による電動車両の全体構成は、図１に示した実施の形態１による電動車両１０と同じである。

図７は、実施の形態２におけるＥＣＵ２４Ａの具体的な構成を示す機能ブロック図である。図７を参照して、ＥＣＵ２４Ａは、図２に示した実施の形態１におけるＥＣＵ２４の構成において、学習部６０をさらに含み、拡大パワー設定部５６に代えて拡大パワー設定部５６Ａを含む。

学習部６０は、電動車両１０の走行状況を学習し、その学習結果を拡大パワー設定部５６Ａへ出力する。一例として、学習部６０は、走行パワーが拡大パワーＰｐｅａｋに達する頻度や時間等をユーザーごとに収集してそれらの傾向を学習する。

拡大パワー設定部５６Ａは、学習部６０の学習結果に基づいて拡大パワーＰｐｅａｋを変更する。一例として、拡大パワー設定部５６Ａは、走行パワーが拡大パワーＰｐｅａｋに達する頻度や時間等が大きい利用者に対しては、拡大パワーＰｐｅａｋを小さくする。これにより、走行パワーが拡大パワーＰｐｅａｋに達する頻度や時間等が大きい運転者に対して、走行パワーの急激な増加要求（アクセルペダルの急激な踏込み）を抑制するように促される。

なお、拡大パワー設定部５６Ａは、図３に示される拡大パワーＰｐｅａｋの設定に対して、学習部６０の学習結果に基づいて拡大パワーＰｐｅａｋを変更してもよいし、図３に示される拡大パワーＰｐｅａｋの設定とは関係なく、学習部６０の学習結果に基づいて拡大パワーＰｐｅａｋを設定してもよい。

以上のように、この実施の形態２においては、電動車両１０の走行状況が学習され、その学習結果に基づいて拡大パワーＰｐｅａｋが変更される。したがって、この実施の形態２によれば、走行パワーが拡大パワーＰｐｅａｋに達する頻度や時間等が大きい運転者に対して、走行パワーの急激な増加要求（アクセルペダルの急激な踏込み）の抑制を促すことが可能となる。

なお、上記の各実施の形態において、電動車両１０は、動力源としてエンジン（図示せず）をさらに搭載したハイブリッド車両であってもよい。但し、この発明は、エンジンを停止して走行するＥＶ走行中の制御に関するものであり、ハイブリッド車両においては、たとえば、エンジンの作動が禁止される領域をＥＶ走行している場合などに適用されるものである。

なお、上記において、蓄電装置１２は、この発明における「直流電源」の一実施例に対応し、モータジェネレータ２０は、この発明における「電動機」の一実施例に対応する。また、ＥＣＵ２４，２４Ａは、この発明における「制御装置」の一実施例に対応し、アクセル開度センサ２６は、この発明における「検出部」の一実施例に対応する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 電動車両、１２ 蓄電装置、１４ 電流センサ、１６ 電圧センサ、１８ ＰＣＵ、２０ モータジェネレータ、２２ 駆動輪、２４，２４Ａ ＥＣＵ、２６ アクセル開度センサ、５２ 要求走行パワー算出部、５４ パワー一時アップ制御部、５６，５６Ａ 拡大パワー設定部、５８ モータジェネレータ制御部、６０ 学習部。

Claims (4)

1. 直流電源と、
   前記直流電源から電力を受け、要求された走行パワーを発生する電動機と、
   前記走行パワーが上限を超えないように前記電動機を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記走行パワーの増加速度が大きいほど前記上限を小さくし、
   前記制御装置は、定常的に出力可能な前記走行パワーの上限を示す定常パワーを前記走行パワーが超えると、前記走行パワーの上限を前記定常パワーから所定の許可時間だけ出力可能な拡大パワーに一時的に拡大し、
   前記上限は、前記拡大パワーであり、
   前記制御装置は、前記走行パワーが前記定常パワーを超えたとき、前記走行パワーの増加速度が大きいほど前記拡大パワーを小さくする、電動車両。
2. 前記制御装置は、さらに、前記走行パワーが前記定常パワーを超えると、前記拡大パワーと前記定常パワーとの差および前記許可時間によって定まる最大エネルギー量の範囲内で前記電動機を制御する、請求項１に記載の電動車両。
3. 前記制御装置は、前記走行パワーが前記定常パワーを超えた場合、前記直流電源から前記電動機へ供給されるパワーから前記定常パワーを差引いた値を積算することによって得られるエネルギー量が前記最大エネルギー量に達すると、前記走行パワーを前記定常パワーに制限する、請求項２に記載の電動車両。
4. アクセルペダルの操作量に関連するアクセル開度を検出する検出部をさらに備え、
   前記走行パワーは、前記検出部により検出されるアクセル開度に基づいて算出され、
   前記制御装置は、前記アクセル開度の増加速度が大きいほど前記上限を小さくする、請求項１から３のいずれかに記載の電動車両。

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