JP7412909B2

JP7412909B2 - 車両制御装置

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Publication number: JP7412909B2
Application number: JP2019124208A
Authority: JP
Inventors: 和真下條
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2019-07-03
Filing date: 2019-07-03
Publication date: 2024-01-15
Anticipated expiration: 2039-07-03
Also published as: DE102020113363A1; US11332021B2; CN112172538A; JP2021010279A; US20210001731A1

Description

本開示は、電動車両の動作を制御する車両制御装置に関する。

近年、エンジンと電動モータとを併用することによって車両の燃料消費率（燃費）を効果的に向上させるようにした、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）が広く実用化されている。また、電動モータのみを駆動力源として排気ガスを排出しないようにした、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）も実用化されている。このようなＨＥＶ，ＥＶ等の電動車両における各種制御については、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００５－１１７８７６号公報

ところで、このような電動車両では一般に、商品性を向上させることが求められている。電動車両の商品性を向上させることが可能な車両制御装置を提供することが望ましい。

本開示の一実施の形態に係る車両制御装置は、バッテリおよびモータを有する電動車両が走行する際に、モータを駆動して電動車両の駆動力を制御する、走行制御部を備えたものである。この走行制御部は、電動車両のドライバによるシフト操作に従って設定された変速比に応じて、モータを駆動するモータ制御部が使用するキャリア周波数を変化させる。また、走行制御部は、ドライバにより第１シフト段数から該第１シフト段数より変速比が低い第２シフト段数へのシフト操作を検出すると、第１シフト段数への変速時に切替えられた第１キャリア周波数よりも低い周波数である第２キャリア周波数に切替える。

本開示の一実施の形態に係る車両制御装置によれば、電動車両の商品性を向上させることが可能となる。

本開示の一実施の形態に係る車両制御装置を備えた電動車両の概略構成例を表すブロック図である。実施の形態に係るキャリア同期数テーブルの一例を表す模式図である。実施の形態に係るキャリア周波数の設定処理の一例を表す模式図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（電動車両のモータを駆動する際のキャリア周波数の設定処理の例）
２．変形例

＜１．実施の形態＞
［概略構成］
図１は、本開示の一実施の形態に係る車両制御装置（後述する車両制御部１５）を備えた電動車両１の概略構成例を、ブロック図で表したものである。

この電動車両１は、図１に示したように、主に、モータ１０ａ（電動モータ）、回転角センサ１０ｂ、バッテリ１１、車速センサ１２１、加速度センサ１２２、シフト操作部１３、アクセルペダルセンサ１４１、ブレーキペダルセンサ１４２および車両制御部１５を備えている。

（Ａ．モータ１０ａ，回転角センサ１０ｂ）
モータ１０ａは、電動車両１における駆動力源として設けられている。すなわち、この電動車両１は、モータ１０ａを駆動力源として有する、電気自動車（ＥＶ）として構成されている。

回転角センサ１０ｂは、例えばモータ１０ａに取り付けられており、このモータ１０ａの回転角θｍを、車両制御部１５へと出力するセンサである（図１参照）。このような回転角センサ１０ｂは、例えば、レゾルバ型の回転角センサを用いて構成されている。

なお、このようにして検出されたモータ１０ａの回転角θｍは、例えば図１中の括弧書きで示したように、例えば車両制御部１５内において、モータ１０ａの回転数Ｎｒに変換されるようになっている。そして、このようにして得られた回転数Ｎｒの情報は、車両制御部１５内における、後述する走行制御部１５１（キャリア周波数設定部１５１ｃ）へと出力されるようになっている（図１参照）。

（Ｂ．バッテリ１１）
バッテリ１１は、電動車両１において使用される電力を貯蔵するものであり、例えばリチウムイオン電池等の各種の２次電池を用いて構成されている。なお、このバッテリ１１には、電動車両１の外部からの充電により得られる電力（充電電力）の他、例えば、モータ１０ａから供給される回生電力が貯蔵されるようになっている。

（Ｃ．車速センサ１２１，加速度センサ１２２）
車速センサ１２１は、電動車両１の走行の際の速度（車速Ｖ）を検出するセンサである。この車速センサ１２１によって検出された車速Ｖは、図１に示したように、車両制御部１５（後述する走行制御部１５１等）へと出力されるようになっている。

加速度センサ１２２は、電動車両１の走行の際の加速度ａを検出するセンサである。この加速度センサ１２２によって検出された加速度ａは、図１に示したように、車両制御部１５（後述する走行制御部１５１等）へと出力されるようになっている。

（Ｄ．シフト操作部１３）
シフト操作部１３は、電動車両１のドライバによるシフト操作が行われる操作部であり、シフトレバー等を用いて構成されている。このようなシフト操作部１３に対するシフト操作に従って設定された情報は、図１に示したように、車両制御部１５内の後述する走行制御部１５１（キャリア周波数設定部１５１ｃ）へと出力されるようになっている。このような情報としては、例えば、シフト操作に従って設定された、シフト段数Ｎｓ（「１速」，「２速」，「３速」，…等の情報）や、そのシフト段数Ｎｓに対応する変速比Ｒｇの情報、インヒビタ情報Ｉｉ等が挙げられる（図１参照）。なお、このインヒビタ情報Ｉｉとは、変速比Ｒｇの設定モードが、マニュアル（手動）・モードおよびオートマチック（自動）・モードの、いずれに設定されているのかを示す情報であり、いわゆる「Ｍ」レンジ（マニュアル・モード）への設定の有無を示す情報となっている。

ここで、上記したシフト段数Ｎｓ（変速比Ｒｇ）は、本開示における「シフト操作に従って設定された変速比」の一具体例に対応している。

（Ｅ．アクセルペダルセンサ１４１，ブレーキペダルセンサ１４２）
アクセルペダルセンサ１４１は、電動車両１の運転者によるアクセルペダル（不図示）の踏み込み量（アクセル開度）を検出するセンサである。ブレーキペダルセンサ１４２は、電動車両１の運転者によるブレーキペダル（不図示）の踏み込み量（ブレーキストローク量）を検出するセンサである。

このようにして、アクセルペダルセンサ１４１によって検出されたアクセル開度と、ブレーキペダルセンサ１４２によって検出されたブレーキストローク量とはそれぞれ、図１に示したように、車両制御部１５（後述する走行制御部１５１等）へと出力されるようになっている。

（Ｆ．車両制御部１５）
車両制御部１５は、電動車両１における各種動作を制御したり、各種の演算処理を行ったりする部分である。具体的には、車両制御部１５は、演算を行うマイクロプロセッサ、このマイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、その記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ、および、入出力Ｉ／Ｆ（Interface）等を含んで構成されている。

このような車両制御部１５は、図１に示した例では、走行制御部１５１およびバッテリ制御部１５２を有している。

ここで、この車両制御部１５は、本開示における「車両制御装置」の一具体例に対応している。

（Ｆ－１．走行制御部１５１）
走行制御部１５１は、電動車両１の走行動作を制御するものであり、電動車両１の走行に関する統括的な制御を行うようになっている。この走行制御部１５１は、図１に示した例ではモータ制御部１５１ａを有しており、電動車両１が走行する際に、モータ１０ａを駆動して電動車両１の駆動力を制御するようになっている。また、走行制御部１５１は、図１に示した例では、スイッチング制御部１５１ｂおよびキャリア周波数設定部１５１ｃを、更に有している。

モータ制御部１５１ａは、モータ１０ａを駆動して各種動作を制御するものであり、この例では、インバータを用いて構成されている（図１参照）。具体的には、モータ制御部１５１ａは、例えば、モータ１０ａによる電動車両１の車輪の駆動動作や、モータ１０ａにおける回生動作等を、制御するようになっている。また、上記したインバータには、図１に示したように、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等からなる、複数のスイッチング素子ＳＷが含まれている。

スイッチング制御部１５１ｂは、上記したインバータ内の各スイッチング素子ＳＷにおけるオン状態とオフ状態とを切り替える制御（オン・オフ制御）を行うものである。具体的には、スイッチング制御部１５１ｂは、各スイッチング素子ＳＷのオン・オフ制御を行う際に、パルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）制御を行うようになっている。また、このようなＰＷＭ制御は、後述するキャリア周波数設定部１５１ｃから供給されるキャリア周波数ｆｃに基づいて、行われるようになっている（図１参照）。

なお、このような各スイッチング素子ＳＷのオン・オフ制御の際には、詳細には例えば以下のようにして、各種制御が行われる。すなわち、まず、前述したアクセルペダルセンサ１４１によって検出されたアクセル開度、および、ブレーキペダルセンサ１４２によって検出されたブレーキストローク量等に応じた、トルク指令に基づき、任意の電流指令（ｉｄ，ｉｑ）に追従するように、電圧指令（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）が制御される。そして、この電圧指令（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）と、搬送波（以下説明するキャリア周波数ｆｃ）とが、比較演算されることで、インバータ内における各スイッチング素子ＳＷのオン・オフ制御を行うための、ゲート指令（制御信号）が生成されるようになっている。

キャリア周波数設定部１５１ｃは、上記したＰＷＭ制御の際の周期を決定する周波数である、キャリア周波数ｆｃを設定するものである。具体的には、このキャリア周波数設定部１５１ｃは、図１に示したように、前述したシフト操作部１３から供給されるシフト段数Ｎｓ（変速比Ｒｇ）およびインヒビタ情報Ｉｉと、前述した回転角センサ１０ｂから供給される回転角θｍを基にして得られたモータ１０ａの回転数Ｎｒとに基づいて、キャリア周波数ｆｃを設定するようになっている。

また、この際にキャリア周波数設定部１５１ｃは、前述したように、電動車両１のドライバによるシフト操作に従って設定されたシフト段数Ｎｓ（変速比Ｒｇ）に応じて、このようなモータ１０ａを駆動する際のキャリア周波数ｆｃを変化させる。更に本実施の形態では、キャリア周波数設定部１５１ｃは、このようなシフト段数Ｎｓ（変速比Ｒｇ）とともに、上記したモータ１０ａの回転数Ｎｒにも応じて、キャリア周波数ｆｃを変化させるようにしている。

なお、このようなキャリア周波数設定部１５１ｃによる、キャリア周波数ｆｃの設定処理の詳細については、後述する（図２，図３）。

（Ｆ－２．バッテリ制御部１５２）
バッテリ制御部１５２は、バッテリ１１に対する各種制御（充電制御等）を行うものである（図１参照）。

［動作および作用・効果］
続いて、本実施の形態の電動車両１における動作および作用・効果について説明する。

（Ａ．本実施の形態の車両制御処理）
以下、図１に加えて図２，図３を参照して、本実施の形態の電動車両１における制御処理（上記したキャリア周波数ｆｃの設定処理等）の一例について、詳細に説明する。

（Ａ－１．モータ１０ａから発生する電磁騒音について）
まず、上記したように、ＰＷＭ制御を用いて駆動されるモータ１０ａ（電動モータ）では、モータ制御部１５１ａ（インバータ）内のスイッチング素子ＳＷにおけるオン・オフ周波数（キャリア周波数ｆｃ）に応じて、電磁騒音が発生する。具体的には、例えば、モータ１０ａのモータ巻線には、キャリア周波数ｆｃに応じた電流リップルが発生することになる。また、この音（モータ１０ａから発生する電磁騒音）は、キャリア周波数ｆｃに応じて変化するようになっている。

（Ａ－２．キャリア周波数ｆｃの設定処理の詳細）
ここで、本実施の形態の電動車両１では、車両制御部１５（走行制御部１５１内のキャリア周波数設定部１５１ｃ）において、以下のようにして、そのようなキャリア周波数ｆｃの設定処理を行うことで、モータ１０ａから発生する電磁騒音を変化させるようにしている。

図２は、本実施の形態に係るキャリア周波数ｆｃの設定処理の際に用いられる、キャリア同期数テーブルＴｂの一例を、模式的に表したものである。このキャリア同期数テーブルＴｂでは、前述したシフト段数Ｎｓ（変速比Ｒｇ）と、キャリア周波数ｆｃを設定する際の基となるパラメータであるキャリア同期数Ｎｃとの対応関係を、示している。なお、この図３に示したキャリア同期数テーブルＴｂの例では、シフト段数Ｎｓが増加するのに従って、キャリア同期数Ｎｃが徐々に減少するようになっている。

また、図３は、本実施の形態に係るキャリア周波数ｆｃの設定処理の一例を、模式的に表したものである。具体的には、この図３では、前述したモータ１０ａの回転数Ｎｒおよびシフト段数Ｎｓ（変速比Ｒｇ）と、設定されるキャリア周波数ｆｃと、の対応関係の一例を、示している。なお、この図３に示した実施例は、回転数Ｎｒ＝３０００［ｒｐｍ］において、シフト段数Ｎｓが「１速」の状態から「２速」の状態へと変化し、回転数Ｎｒ＝５０００［ｒｐｍ］において、シフト段数Ｎｓが「２速」の状態から「３速」の状態へと変化し、回転数Ｎｒ＝８０００［ｒｐｍ］において、シフト段数Ｎｓが「３速」の状態から「４速」の状態へと変化する例となっている。

ここで、キャリア周波数設定部１５１ｃは、前述したように、電動車両１のドライバによるシフト操作に従って設定されたシフト段数Ｎｓ（変速比Ｒｇ）に応じて、キャリア周波数ｆｃを変化させるようにしている（図３中の矢印Ｐ１参照）。具体的には、この例ではキャリア周波数設定部１５１ｃは、変速比Ｒｇが低くなるのに従って（シフト段数Ｎｓが、「１速」から「４速」へと増加するのに従って）、キャリア周波数ｆｃが低下していくように制御している。このようにして、ドライバによるシフト操作の際には、キャリア周波数ｆｃが大きく切り替わるように変化することで、あたかも変速したかのような音（モータ１０ａから発生する電磁騒音）の変動感が、演出されることになる。

この際にキャリア周波数設定部１５１ｃは、ドライバによるシフト操作に従って、変速比Ｒｇの設定モードが、マニュアル・モードに設定されている場合（マニュアル・モード時）にのみ、その変速比Ｒｇに応じてキャリア周波数ｆｃを変化させるようにしている（図３参照）。つまり、前述したインヒビタ情報Ｉｉにおいて、例えば「Ｍ」レンジ（マニュアル・モード）に設定されている状態を示している場合にのみ、変速比Ｒｇに応じたキャリア周波数ｆｃの設定処理が、実施されるようになっている。これは、通常の制御時（「Ｍ」レンジ以外に設定されている状態：オートマチック・モード）では、ドライバによるシフト操作ではなく、電動車両１におけるシステム効率等を考慮して、キャリア周波数ｆｃが設定されるのが好適であるためである。

また、キャリア周波数設定部１５１ｃは、前述したように、このような変速比Ｒｇ（シフト段数Ｎｓ）とともに、モータ１０ａの回転数Ｎｒにも応じて、キャリア周波数ｆｃを変化させるようにしている（図３中の矢印Ｐ２参照）。具体的には、この例ではキャリア周波数設定部１５１ｃは、モータ１０ａの回転数Ｎｒが増加するのに従って、キャリア周波数ｆｃが上昇していくように（図３の例では線形的に増加するように）、制御している。このようにして、ドライバによるシフト操作によって、シフト段数Ｎｓ（変速比Ｒｇ）が固定されている場合には、モータ１０ａの回転数Ｎｒの変化（上昇または下降）に応じて、キャリア周波数ｆｃも変化（上昇または下降）し、モータ１０ａから発生する電磁騒音が変動するようになっている。

この際にキャリア周波数設定部１５１ｃは、モータ１０ａの回転数Ｎｒが、所定の最小閾値Ｎmin以上の場合（図３の例では、Ｎｒ≧５００［ｒｐｍ］の場合）にのみ、その回転数Ｎｒに応じてキャリア周波数ｆｃを変化させるようにしている。これは、回転数Ｎｒが著しく低い場合（Ｎｒ＜Ｎminの場合）には、同期ＰＷＭ制御の実施が困難となり、制御性が悪化するおそれがあるためである。なお、そのように回転数Ｎｒが著しく低い場合には、非同期ＰＷＭ制御を実施するのが好適である。

（Ｂ．作用・効果）
このようにして本実施の形態の電動車両１では、走行制御部１５１（キャリア周波数設定部１５１ｃ）が、電動車両１のドライバによるシフト操作に従って設定された変速比Ｒｇ（シフト段数Ｎｓ）に応じて、モータ１０ａを駆動する際のキャリア周波数ｆｃを変化させる。これにより、モータ１０ａを駆動力源とした電動車両１において、ドライバによるシフト操作に応じた音（モータ１０ａから発生する電磁騒音）の変動感が、演出できるようになる。よって、本実施の形態では、電動車両１の商品性を、向上させることが可能となる。

また、本実施の形態では、走行制御部１５１は、上記した変速比Ｒｇ（シフト段数Ｎｓ）とともに、モータ１０ａの回転数Ｎｒにも応じて、キャリア周波数ｆｃを変化させるようにしたので、以下のようになる。すなわち、ドライバによるシフト操作だけでなく、モータの回転数Ｎｒに応じても、モータ１０ａから発生する電磁騒音の変動感が、演出できるようになる。その結果、本実施の形態では、電動車両１の商品性を、更に向上させることが可能となる。

＜２．変形例＞
以上、実施の形態を挙げて本開示を説明したが、本開示はこの実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。

例えば、電動車両１における各部材の構成（形式、形状、配置、個数等）については、上記実施の形態で説明したものには限られない。すなわち、これらの各部材における構成については、他の形式や形状、配置、個数等であってもよい。また、上記実施の形態で説明した各種パラメータの値や範囲、大小関係等についても、上記実施の形態で説明したものには限られず、他の値や範囲、大小関係等であってもよい。

具体的には、例えば、上記実施の形態では、電動車両１内に１つのモータ（モータ１０ａ）が設けられている場合を例に挙げて説明したが、この例には限られない。すなわち、電動車両１内に、例えば複数（２つ以上）のモータが設けられているようにしてもよい。また、上記実施の形態では、ＥＶにより構成された電動車両１を例に挙げて説明したが、この例には限られず、例えば、ＨＥＶ（エンジンおよびモータを駆動力源として有するハイブリッド車両）により構成された電動車両についても、本開示を適用することが可能である。

また、上記実施の形態では、電動車両１の制御処理について、具体例を挙げて説明したが、これらの具体例には限られない。すなわち、他の手法を用いて電動車両１の制御処理等を行うようにしてもよい。具体的には、例えば、電動車両１における走行制御の際の各種手法（キャリア周波数の設定手法等）については、上記実施の形態で説明した手法には限られない。詳細には、上記実施の形態では、変速比Ｒｇ（シフト段数Ｎｓ）とともにモータ１０ａの回転数Ｎｒにも応じて、キャリア周波数ｆｃを変化させる手法について説明したが、この手法には限られない。すなわち、例えば場合によっては、変速比Ｒｇ（シフト段数Ｎｓ）のみに応じて、キャリア周波数ｆｃを変化させるようにしてもよい。また、このようなキャリア周波数の設定手法等については、有段変速機の場合には限られず、例えば、無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）の場合においても、適用することが可能である。

更に、上記実施の形態で説明した一連の処理は、ハードウェア（回路）で行われるようにしてもよいし、ソフトウェア（プログラム）で行われるようにしてもよい。ソフトウェアで行われるようにした場合、そのソフトウェアは、各機能をコンピュータにより実行させるためのプログラム群で構成される。各プログラムは、例えば、上記コンピュータに予め組み込まれて用いられてもよいし、ネットワークや記録媒体から上記コンピュータにインストールして用いられてもよい。

加えて、これまでに説明した各種の例を、任意の組み合わせで適用させるようにしてもよい。

なお、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。

１…電動車両（ＥＶ）、１０ａ…モータ、１０ｂ…回転角センサ、１１…バッテリ、１２１…車速センサ、１２２…加速度センサ、１３…シフト操作部、１４１…アクセルペダルセンサ、１４２…ブレーキペダルセンサ、１５…車両制御部、１５１…走行制御部、１５１ａ…モータ制御部（インバータ）、１５１ｂ…スイッチング制御部、１５１ｃ…キャリア周波数設定部、１５２…バッテリ制御部、Ｖ…車速、ａ…加速度、θｍ…回転角、Ｎｒ…回転数、Ｎmin…最小閾値、Ｎｓ…シフト段数、Ｒｇ…変速比、Ｉｉ…インヒビタ情報、ＳＷ…スイッチング素子、ｆｃ…キャリア周波数、Ｎｃ…キャリア同期数、Ｔｂ…キャリア同期数テーブル。

Claims

バッテリおよびモータを有する電動車両が走行する際に、前記モータを駆動して前記電動車両の駆動力を制御する走行制御部を備え、
前記走行制御部は、前記電動車両のドライバによるシフト操作に従って設定された変速比に応じて、前記モータを駆動するモータ制御部が使用するキャリア周波数を変化させ、
前記走行制御部は、前記ドライバにより第１シフト段数から該第１シフト段数より変速比が低い第２シフト段数へのシフト操作を検出すると、前記第１シフト段数への変速時に切替えられた第１キャリア周波数よりも低い周波数である第２キャリア周波数に切替える
車両制御装置。
前記走行制御部は、前記モータの回転数が増加するのに従って、前記キャリア周波数が上昇していくように制御する
請求項１に記載の車両制御装置。
前記走行制御部は、
前記モータの回転数が所定の最小閾値以上の場合にのみ、
前記変速比とともに前記モータの回転数にも応じて、前記キャリア周波数を変化させる
請求項１または請求項２に記載の車両制御装置。
前記走行制御部は、
前記シフト操作に従って、前記変速比の設定モードがマニュアル・モードに設定されている場合にのみ、
前記変速比に応じて、前記キャリア周波数を変化させる
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両制御装置。