JP7412909B2 - 車両制御装置 - Google Patents

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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 (4)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
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