JP7408531B2 - 電動車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両（ＨＶ：Hybrid Vehicle）や電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）などの電動車両の制御装置に関する。

たとえば、シリーズ方式のハイブリッドシステムを搭載したハイブリッド車両では、エンジンの動力が発電モータで電力に変換され、駆動モータが電力で駆動されて、モータの動力が駆動輪に伝達される。エンジンが駆動輪から切り離されているので、エンジンのアイドル回転により駆動輪に伝達されるトルク、いわゆるクリープトルクがない。そのため、坂道発進時にブレーキ操作が解除された後も車輪に作用するブレーキトルクが保持されるヒルホールド機能（ヒルスタートアシスト機能）が有効である。

図３は、従来のハイブリッド車両におけるブレーキトルク、駆動モータのモータトルク、アクセル開度およびブレーキ操作の時間変化の例を示す図である。

ヒルホールド機能を搭載したハイブリッド車両では、ブレーキペダルが踏まれて、ブレーキトルクが車輪に作用して停車した状態から、ブレーキペダルの操作が解除（ブレーキ操作がオフ）されても（時刻T１１）、車輪に作用しているブレーキトルクが保持されることにより停車した状態が続く。

ブレーキペダルからアクセルペダルに踏み替えられて、アクセルペダルが踏み込まれると、アクセルペダルの最大操作量に対する現在の操作量の割合であるアクセル開度が上昇する。駆動モータを制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）には、アクセル開度と駆動用モータに要求される要求トルクとの関係を示すマップが保持されており、ＥＣＵでは、そのマップからアクセル開度に応じた要求トルクが駆動用モータのモータトルクの仮想値として取得される。一方、ハイブリッド車両が所在している路面の勾配および車両重量などから、ハイブリッド車両に対して路面の下り方向に作用するずり下がりトルクが求められる。そして、アクセル開度の上昇により、図３に破線で示されるように、アクセル開度に応じたモータトルクの仮想値がずり下がりトルクまで上昇すると、ブレーキトルクの保持が解除される（時刻Ｔ１２）。

ところが、ブレーキトルクの保持の解除までは、アクセル開度にかかわらず、駆動モータのモータトルクの目標が０に設定される。しかも、ブレーキトルクの保持の解除後は、モータトルクをアクセル開度に応じた要求トルク（目標トルク）まで徐々に上昇させる制御（なまし制御）が行われる。そのため、実際のモータトルクがずり下がりトルク以上に上昇する前に、ブレーキトルクがずり下がりトルクを下回り、ハイブリッド車両のずり下がりが発生するおそれがある。

特開２００５－３３８６６号公報

本発明の目的は、電動車両の坂道発進時のずり下がりを抑制できる、電動車両の制御装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る電動車両の制御装置は、車輪に伝達されるモータトルクを発生するモータおよび車輪を制動するブレーキトルクを発生するブレーキシステムを搭載する電動車両に用いられる制御装置であって、車輪の制動を要求するブレーキ操作に応じたブレーキトルクにより電動車両が停車した状態から、ブレーキ操作が解除されても、その停車状態が維持されるブレーキトルクにて車輪の制動を保持する制動保持手段と、電動車両の加速を要求するアクセル操作の操作量と操作量に応じてモータに要求されるモータトルクである要求トルクとの関係から、制動保持手段による車輪の制動中にアクセル操作が行われた場合に、その行われたアクセル操作の操作量に応じた要求トルクを取得する取得手段と、電動車両に対して電動車両が所在する路面の勾配に応じて当該路面の下り方向に作用するずり下がりトルクを算出する算出手段と、取得手段により取得される要求トルクが算出手段により算出されるずり下がりトルク以上に上昇したことに応じて、制動保持手段による制動を解除し、モータが発生するモータトルクを所定のトルクまでステップ状に上昇させる発進手段とを含む。

この構成によれば、ブレーキ操作が行われて、電動車両がブレーキトルクにより停車した状態から、ブレーキ操作が解除されても、ブレーキトルクによる制動状態が保持される。その制動中に電動車両の加速を要求するアクセル操作が行われると、アクセル操作の操作量とその操作量に応じてモータに要求されるモータトルクである要求トルク（アクセル操作を行うドライバの加速要求を満たすような要求トルク）との関係に基づいて、アクセル操作の操作量に応じた要求トルクが取得される。一方、電動車両が所在している路面の勾配および車両重量などから、電動車両に対して路面の下り方向に作用するずり下がりトルクが求められる。

そして、アクセル操作の操作量に応じた要求トルクがずり下がりトルク以上に上昇すると、制動状態の保持が解除されて、モータが発生するモータトルクが所定のトルクまでステップ状に上げられる。これにより、制動状態の保持の解除とともに、モータトルクが所定のトルクまで急峻に立ち上がるので、坂道発進時に電動車両がずり下がることを抑制できる。しかも、応答性の高いブレーキシステムやモータを採用しなくても、モータ制御により電動車両のずり下がりを抑制できるので、電動車両のコストの増加を回避することができる。

所定のトルクは、算出手段により算出されるずり下がりトルクに設定されてもよい。これにより、制動状態の保持の解除とともに、モータトルクをずり下がりトルクまで急峻に立ち上げることができるので、坂道発進時に電動車両がずり下がることを一層抑制できる。

電動車両の停車状態を維持するためのブレーキトルクは、その停車状態でのブレーキ操作に応じたブレーキトルクであってもよいし、停車状態が維持される大きさであれば、ブレーキ操作に応じたブレーキトルクより小さくてもよいし、逆に大きくてもよい。

ブレーキシステムが油圧式である場合、ブレーキ操作による車両の停止後に、各車輪に設けられたホイールシリンダに油圧が閉じ込められて、その油圧の閉じ込めによりブレーキトルクが保持されてもよい。

また、ブレーキシステムに電動パーキング装置が含まれて、電動車両の停車状態を維持するためのブレーキトルクは、電動パーキング装置の電動モータの駆動により車輪に付与されるトルクであってもよい。

本発明によれば、電動車両の坂道発進時のずり下がりを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る制御装置が適用されるハイブリッド車両１の構成を示すブロック図である。 図１に示される車両におけるブレーキトルク、駆動モータのモータトルク、アクセル開度およびブレーキ操作の時間変化の例を示す図である。 従来のハイブリッド車両におけるブレーキトルク、駆動モータのモータトルク、アクセル開度およびブレーキ操作の時間変化の例を示す図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜ハイブリッド車両＞
図１は、ハイブリッド車両１の構成を示すブロック図である。

ハイブリッド車両１は、シリーズ方式のハイブリッドシステム２を搭載している。ハイブリッドシステム２には、エンジン１１、発電モータ（ＭＧ１）１２、駆動モータ（ＭＧ２）１３、バッテリ１４およびＰＣＵ（Power Control Unit：パワーコントロールユニット）１５が含まれる。

エンジン１１は、たとえば、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンである。

発電モータ１２は、たとえば、永久磁石同期モータからなる。発電モータ１２の回転軸は、エンジン１１のクランクシャフトとギヤ（図示せず）を介して機械的に連結されている。たとえば、エンジン１１のクランクシャフトにエンジン出力ギヤが相対回転不能に支持され、発電モータ１２の回転軸にモータギヤが相対回転不能に支持されて、エンジン出力ギヤとモータギヤとが噛合している。

駆動モータ１３は、たとえば、発電モータ１２よりも大型の永久磁石同期モータからなる。駆動モータ１３の回転軸は、ハイブリッド車両１の駆動系１６に連結されている。駆動系１６には、デファレンシャルギヤが含まれており、駆動モータ１３の動力は、デファレンシャルギヤに伝達され、デファレンシャルギヤから左右の前輪または後輪からなる駆動輪１７に分配されて伝達される。これにより、左右の駆動輪１７が回転し、ハイブリッド車両１が前進または後進する。

バッテリ１４は、複数の二次電池（たとえば、リチウムイオン電池）を組み合わせた組電池である。バッテリ１４は、たとえば、約２００～３５０Ｖ（ボルト）の直流電力を出力する。

ＰＣＵ１５は、発電モータ１２および駆動モータ１３の駆動を制御するためのユニットであり、第１インバータ２１、第２インバータ２２およびコンバータ２３を備えている。

エンジン１１の始動時には、バッテリ１４から出力される直流電力がコンバータ２３により昇圧されて、昇圧された直流電力が第１インバータ２１で交流電力に変換され、交流電力が発電モータ１２に供給される。これにより、発電モータ１２が力行運転されて、エンジン１１が発電モータ１２によりモータリングされる。モータリングによりエンジン１１のクランクシャフトの回転数が始動に必要な回転数まで上昇した状態で、エンジン１１の点火プラグがスパークされると、エンジン１１が始動する。

ハイブリッド車両１の走行時には、駆動モータ１３が力行運転されて、駆動モータ１３が動力を発生する。

駆動モータ１３に要求される出力がバッテリ１４の出力より小さいときには、ハイブリッド車両１がＥＶ走行する。すなわち、エンジン１１が停止されて、発電モータ１２による発電が行われず、バッテリ１４から駆動モータ１３に電力が供給されて、その電力で駆動モータ１３が駆動される。

一方、駆動モータ１３に要求される出力がバッテリ１４の出力を上回るときには、ハイブリッド車両１がＨＶ走行する。すなわち、エンジン１１が稼動状態にされて、発電モータ１２が発電運転されることにより、エンジン１１の動力が発電モータ１２で交流電力に変換される。そして、発電モータ１２からの交流電力が第１インバータ２１で直流電力に変換され、第１インバータ２１から出力される直流電力が第２インバータ２２で交流電力に変換されて、その交流電力が駆動モータ１３に供給されることにより、駆動モータ１３が駆動される。

また、バッテリ１４の残容量が所定以下に低下すると、駆動モータ１３の駆動／停止にかかわらず、エンジン１１が稼動している状態で、発電モータ１２が発電運転される。このとき、発電モータ１２からの交流電力が第１インバータ２１で直流電力に変換され、第１インバータ２１から出力される直流電力がコンバータ２３で降圧されて、降圧後の直流電力がバッテリ１４に供給されることにより、バッテリ１４が充電される。

ハイブリッド車両１には、油圧式のブレーキシステム２４が搭載されている。ブレーキシステム２４には、ブレーキブースタ、マスタシリンダおよびブレーキアクチュエータが含まれる。ブレーキペダルが踏まれると、そのブレーキペダルに入力された踏力がブレーキブースタに伝達される。ブレーキブースタに伝達された踏力は、ブレーキブースタの負圧によって増幅（倍力）され、ブレーキブースタからマスタシリンダに入力される。マスタシリンダでは、ブレーキブースタから入力される力に応じた油圧が発生する。マスタシリンダの発生油圧は、ブレーキアクチュエータに伝達される。そして、ブレーキアクチュエータの機能により、各車輪に設けられたブレーキのホイールシリンダに油圧が分配され、その油圧により各ブレーキから車輪に制動力が付与される。

また、ハイブリッド車両１には、複数のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）が搭載されている。各ＥＣＵは、マイコン（マイクロコントローラユニット）を備えており、マイコンには、たとえば、ＣＰＵ、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリおよびＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリが内蔵されている。複数のＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。各ＥＣＵには、制御に必要な各種センサが接続されており、その接続されたセンサの検出信号が入力される。また、各ＥＣＵには、各種センサから入力される検出信号以外に制御に必要な情報が他のＥＣＵから入力される。

図１には、複数のＥＣＵのうち、ハイブリッドシステム２を制御するＥＣＵ３１が示されている。ＥＣＵ３１には、アクセルセンサ３２およびブレーキスイッチ３３が接続されている。アクセルセンサ３２は、ドライバ（運転者）により足踏み操作されるアクセルペダルの操作量に応じた検出信号を出力する。ブレーキスイッチ３３は、ブレーキペダルが踏まれると接点が閉じてオンになり、ブレーキペダルが踏まれていない状態で接点が開いてオフとなるスイッチであり、ＥＣＵ３１には、ブレーキスイッチ３３のオン／オフ状態に応じた信号が入力される。

＜ヒルホールド制御＞
図２は、ブレーキトルク、駆動モータ１３のモータトルク、アクセル開度およびブレーキ操作の時間変化の例を示す図である。

ハイブリッド車両１は、ヒルホールド機能（ヒルスタートアシスト機能）を搭載している。ブレーキペダルが足踏み操作（ブレーキ操作）されて、各車輪にブレーキトルクが作用し、ハイブリッド車両１が停車すると、ＥＣＵ３１によるヒルホールド制御が開始されて、ブレーキシステム２４が制御されて、ブレーキシステム２４の各ホイールシリンダに油圧が閉じ込められる。各ホイールシリンダに油圧が閉じ込められることにより、各車輪に設けられたブレーキから車輪に付与されるブレーキトルクがそのまま保持されて、ハイブリッド車両１の停車状態が保持される。そのため、ブレーキペダルの操作が解除（ブレーキ操作がオフ）されても（時刻T１）、ハイブリッド車両１の停車状態が続く。

ドライバの足がブレーキペダルからアクセルペダルに踏み替えられて、アクセルペダルが踏み込まれると、アクセルペダルの最大操作量に対する現在の操作量の割合であるアクセル開度が上昇する。ＥＣＵ３１では、一定の周期で、アクセルセンサ３２の検出信号からアクセル開度が算出されている。また、ＥＣＵ３１の不揮発性メモリには、アクセル開度と駆動モータ１３に要求される要求トルクとの関係を示すマップが記憶されている。ＥＣＵ３１では、そのマップからアクセル開度に応じた要求トルクが駆動モータ１３のモータトルクの仮想値として取得される。この時点では、駆動モータ１３のモータトルクの目標である目標トルクは、０に設定されている。

一方、ハイブリッド車両１が所在している路面の勾配および車両重量などから、ハイブリッド車両１に対して路面の下り方向に作用するずり下がりトルクが求められる。

そして、アクセル開度の上昇により、図２に破線で示されるように、アクセル開度に応じたモータトルクの仮想値がずり下がりトルクまで上昇すると、ＥＣＵ３１によりブレーキシステム２４が制御されて、各ホイールシリンダにおける油圧の閉じ込みが解除されて、ブレーキトルクの保持が解除される（時刻Ｔ２）。また、ＥＣＵ３１では、駆動モータ１３の目標トルクがそのときのアクセル開度に応じたモータトルク、つまりずり下がりトルクと同値に設定される。そして、その目標トルクがＥＣＵ３１からＰＣＵ１５に送信されて、ＰＣＵ１５により目標トルクに応じた交流電力が駆動モータ１３に供給される。その結果、駆動モータ１３のモータトルクがずり下がりトルクと同値である目標トルクまでステップ状に急峻に立ち上がる。これにより、ブレーキトルクがずり下がりトルク以下に低下しても（時刻Ｔ３）、その時点では既に、駆動モータ１３のモータトルクがずり下がりトルクよりも大きいトルクまで上昇しているので、ハイブリッド車両１のずり下がりは発生しない。

その後は、ＥＣＵ３１により、アクセル開度に応じた要求トルクが目標トルクに設定されて、その目標トルクがＰＣＵ１５に送信される。そして、ＰＣＵ１５により目標トルクに応じた交流電力が駆動モータ１３に供給される。これにより、アクセルペダルが踏み増されている場合、駆動モータ１３のモータトルクは、アクセル開度の上昇に応じて増大する。

＜作用効果＞
以上のように、ブレーキ操作が行われて、ハイブリッド車両１がブレーキトルクにより停車した状態から、ブレーキ操作が解除されても、ブレーキトルクによる制動状態が保持される。その制動中にアクセル操作が行われると、アクセル開度と駆動モータ１３に要求される要求トルクとの関係を示すマップから、アクセル開度に応じた要求トルクが駆動モータ１３のモータトルクの仮想値として取得される。一方、ハイブリッド車両１が所在している路面の勾配および車両重量などから、ハイブリッド車両１に対して路面の下り方向に作用するずり下がりトルクが求められる。

そして、駆動モータ１３のモータトルクの仮想値がずり下がりトルク以上に上昇すると、制動状態の保持が解除されて、駆動モータ１３のモータトルクがずり下がりトルクまで一段階でステップ状に上げられる。これにより、制動状態の保持の解除とともに、モータトルクがずり下がりトルクまで急峻に立ち上がるので、坂道発進時にハイブリッド車両１がずり下がることを抑制できる。しかも、ブレーキシステム２４に応答性の高いシステムを採用したり、駆動モータ１３に応答性の高いモータを採用したりしなくても、駆動モータ１３の制御によりハイブリッド車両１のずり下がりを抑制できるので、ハイブリッド車両１のコストの増加を回避することができる。

＜変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、ブレーキシステム２４に電動パーキング装置が含まれてもよく、その場合、ハイブリッド車両１の停車状態を維持するためのブレーキトルクは、電動パーキング装置の電動モータの駆動により車輪に付与されるトルクであってもよい。

また、ハイブリッド車両１の停車状態を維持するためのブレーキトルクは、その停車状態でのブレーキ操作に応じたブレーキトルクであってもよいし、停車状態が維持される大きさであれば、ブレーキ操作に応じたブレーキトルクより小さくてもよいし、逆に大きくてもよい。

本発明は、ハイブリッドシステム２を搭載したハイブリッド車両１に限らず、モータを走行用の駆動源として搭載した電動車両であれば、エンジンを搭載していない電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）に適用することもできる。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１：ハイブリッド車両（電動車両）
１３：駆動モータ（モータ）
１７：駆動輪（車輪）
２４：ブレーキシステム
３１：ＥＣＵ（制御装置、制動保持手段、取得手段、算出手段、発進手段）

Claims (1)

1. 車輪に伝達されるモータトルクを発生するモータおよび前記車輪を制動するブレーキトルクを発生する油圧式のブレーキシステムを搭載する電動車両に用いられる制御装置であって、
   前記車輪の制動を要求するブレーキ操作に応じたブレーキトルクにより前記電動車両が停車した後、前記車輪に設けられたホイールシリンダに油圧を閉じ込めることにより、前記ブレーキ操作が解除されても、その油圧の閉じ込めにより保持されるブレーキトルクにて前記車輪の制動を保持する制動保持手段と、
   前記電動車両の加速を要求するアクセル操作の操作量とその操作量に応じて前記モータに要求されるモータトルクである要求トルクとの関係から、前記制動保持手段による前記車輪の制動中に前記アクセル操作が行われた場合に、その行われた前記アクセル操作の操作量に応じた要求トルクを前記モータが発生する前記モータトルクの仮想値として取得する取得手段と、
   前記電動車両に対して前記電動車両が所在する路面の勾配に応じて当該路面の下り方向に作用するずり下がりトルクを算出する算出手段と、
   前記取得手段により取得される要求トルクが前記算出手段により算出されるずり下がりトルク以上に上昇したことに応じて、前記制動保持手段による制動を解除し、前記モータの目標トルクが前記ずり下がりトルクと同値に設定されて、前記モータが発生するモータトルクを前記ずり下がりトルク以上のトルクまでステップ状に上昇させる発進手段と、を含む、制御装置。

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