JP7413951B2 - 電気自動車 - Google Patents

Description

本発明は、電気モータを走行用の動力装置として用いる電気自動車に関する。

電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）において走行用の動力装置として用いられる電気モータは、従来車両において走行用の動力装置として用いられてきた内燃機関に対して、トルク特性が大きく異なっている。動力装置のトルク特性の違いにより、従来車両は変速機が必須であるのに対し、一般にＥＶは変速機を備えていない。もちろん、ＥＶは、運転者の手動操作により変速比を切り替えるマニュアルトランスミッション（ＭＴ：Manual Transmission）は備えていない。このため、ＭＴ付きの従来車両（以下「ＭＴ車両」とも称する。）の運転とＥＶの運転とでは、運転感覚に大きな違いがある。

一方で電気モータは、印加する電圧や界磁を制御することで比較的容易にトルクを制御することができる。従って電気モータでは、適当な制御を実施することにより、電気モータの動作範囲内で所望のトルク特性を得ることが可能である。この特徴を活かして、ＥＶ車両のトルクを制御してＭＴ車両特有のトルク特性を模擬する技術がこれまで提案されている。

特許文献１には、駆動モータにより車輪にトルクを伝達する車両において、疑似的なシフトチェンジを演出する技術が開示されている。この車両では、車速、アクセル開度、アクセル開速度、又はブレーキ踏み込み量により規定される所定の契機で、駆動モータのトルクを設定変動量だけ減少させた後、所定時間でトルクを再度増加させるトルク変動制御が行われる。これにより、有段変速機を備える車両に慣れた運転者に対して与える違和感が抑制されるとしている。

特開２０１８－１６６３８６号公報

しかしながら、上記の技術では、変速動作を模擬したトルク変動制御のタイミングを運転者自身の操作によって主体的に決めることはできない。特に、ＭＴ車両の運転に慣れた運転者にとっては、運転者自身による手動変速動作を介在しない疑似的な変速動作は、ＭＴを操る楽しさを求める運転者の運転感覚に違和感を与える虞がある。

このような事情を考慮し、本出願に係る発明者らは、ＥＶでＭＴ車両の運転感覚を得ることができるように、ＥＶに疑似シフト装置と疑似クラッチペダルを設けることを検討している。もちろん、単にこれらの疑似装置をＥＶに取り付けるのではない。本出願に係る発明者らは、疑似シフト装置と疑似クラッチペダルの操作によって、ＭＴ車両のトルク特性と同様のトルク特性が得られるように電気モータを制御できるようにすることを検討している。

ただし、疑似シフト装置と疑似クラッチペダルの操作が常に必要となると、ＥＶの特徴の一つである運転の容易さ、そして、ＣＶに対して優位な加速性能が損なわれてしまう。運転者としては、例えば走行環境や自身の気分により、ＭＴ車両のように運転したいし、通常のＥＶとしても運転したい。このような要望を実現する方法としては、電気モータの制御モードとして、ＭＴ車両を模擬した制御モードと、ＥＶとしての通常の制御モードとを用意し、それらを任意に切り替え可能にすることが考えられる。

しかしながら、ＭＴ車両を模擬した電気モータの制御モードと、ＥＶとしての通常の電気モータの制御モードとでは、異なるロジックによる制御が行われることになる。このため、制御モードの切り替えを行うと、制御の不連続が生じてしまい、運転者の意図と実際の制御結果とのあいだに乖離が生じてしまう虞がある。これにより、自車両が置かれている状況次第では、運転者に違和感を与え、また走行上の安全性にも影響する虞がある。

本発明は、上述の課題を鑑みてなされたもので、ＭＴ車両のような運転と通常のＥＶとしての運転の両方を違和感なく安全に楽しむことができる電気自動車を提供することを目的とする。

本発明に係る電気自動車は、電気モータを走行用の動力装置として用いる電気自動車であって、加速用ペダルと、疑似クラッチペダルと、疑似シフト装置と、モード選択装置と、制御装置とを備える。モード選択装置は、電気モータの制御モードを第１モードと第２モードとの間で手動或いは自動で選択する装置である。制御装置は、モード選択装置で選択された制御モードに従い電気モータが出力するモータトルクを制御する装置である。

制御装置は、メモリと、プロセッサとを備える。メモリは、ＭＴ車両モデルと、モータトルク指令マップとを記憶する。ＭＴ車両モデルは、ＭＴ車両における駆動輪トルクのトルク特性を模擬したモデルである。ここでいうＭＴ車両とは、ガスペダルの操作によってトルクを制御される内燃機関と、クラッチペダルの操作とシフト装置の操作とによってギア段が切り替えられるマニュアルトランスミッションとを有する車両である。ＭＴ車両モデルは、第１モードで使用される。モータトルク指令マップは、加速用ペダルの操作量と電気モータの回転速度に対するモータトルクの関係を規定したマップである。モータトルク指令マップは、第２モードで使用される。

プロセッサは、第１モードで電気モータを制御する場合、以下の第１乃至第５の処理を実行する。第１の処理は、加速用ペダルの操作量を、ＭＴ車両モデルに対するガスペダルの操作量の入力として受け付ける処理である。第２の処理は、疑似クラッチペダルの操作量を、ＭＴ車両モデルに対するクラッチペダルの操作量の入力として受け付ける処理である。第３の処理は、疑似シフト装置のシフト位置を、ＭＴ車両モデルに対するシフト装置の入力として受け付ける処理である。第４の処理は、加速用ペダルの操作量と、疑似クラッチペダルの操作量と、疑似シフト装置のシフト位置とで定まる駆動輪トルクを、ＭＴ車両モデルを用いて計算する処理である。そして、第５の処理は、駆動輪トルクを自車両の駆動輪に与えるためのモータトルクを演算する処理である。

プロセッサは、第２モードで電気モータを制御する場合、以下の第６及び第７の処理を実行する。第６の処理は、疑似クラッチペダルの操作と疑似シフト装置の操作とを無効にする処理である。第７の処理は、加速用ペダルの操作量と電気モータの回転速度とに基づき、モータトルク指令マップを用いてモータトルクを演算する処理である。

また、プロセッサは、モード選択装置により制御モードの選択が変更された場合、変更前に選択されていたモードにおいて演算されるモータトルクが、変更後に選択されるモードにおいて演算されるモータトルクに徐々に変化するようにモータトルクを制御する処理を実行する。

以上の構成によれば、運転者は、モード選択装置により第１モードを選択することにより、内燃機関とマニュアルトランスミッションとを有するＭＴ車両のように電気自動車を運転することができる。つまり、運転者は、クラッチペダル及びシフト装置を操作しＭＴ車両のような運転感覚を得ることができる。また、運転者は、モード選択装置により第２モードを選択することにより、本来の性能で電気自動車を運転することができる。

さらに、以上の構成によれば、モード選択装置により制御モードの選択が変更された場合、モータトルクは変更前のモードにおいて演算されるモータトルクから変更後のモードにおいて演算されるモータトルクに徐々に変化するように制御される。これにより、制御モードの変更に伴うモータトルクの不連続な変化が抑制され、運転者はＭＴ車両のような運転とＥＶとしての運転の両方を違和感なく安全に楽しむことができる。

以上述べたように、本発明によれば、ＭＴ車両のような運転と通常のＥＶとしての運転の両方を違和感なく安全に楽しむことができる電気自動車を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る電気自動車の動力系の構成を模式的に示す図である。 図１に示す電気自動車の制御システムの構成を示すブロック図である。 図１に示す電気自動車の制御装置の機能を示すブロック図である。 図３に示す制御装置が備えるモータトルク指令マップの一例を示す図である。 図３に示す制御装置が備えるモータトルク調停処理部の動作の概要を示す図である。 図３に示す制御装置が備えるＭＴ車両モデルの一例を示すブロック図である。 図５に示すＭＴ車両モデルを構成するエンジンモデルの一例を示す図である。 図５に示すＭＴ車両モデルを構成するクラッチモデルの一例を示す図である。 図５に示すＭＴ車両モデルを構成するＭＴモデルの一例を示す図である。 ＭＴ走行モードで実現される電気モータのトルク特性を、ＥＶ走行モードで実現される電気モータのトルク特性と比較して示す図である。 図３に示す制御装置が備えるモータトルク調停処理部の処理を示すフローチャートである。 図３に示す制御装置が備えるモータトルク調停処理部の処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

１．電気自動車の構成
図１は、本実施の形態に係る電気自動車１０の動力系の構成を模式的に示す図である。図１に示すように、電気自動車１０は、動力源として電気モータ２を備えている。電気モータ２は、例えばブラシレスＤＣモータや三相交流同期モータである。電気モータ２には、その回転速度を検出するための回転速度センサ４０が設けられている。電気モータ２の出力軸３は、ギア機構４を介してプロペラシャフト５の一端に接続されている。プロペラシャフト５の他端は、デファレンシャルギア６を介して、車両前方のドライブシャフト７に接続されている。

電気自動車１０は、前車輪である駆動輪８と、後車輪である従動輪１２とを備えている。駆動輪８は、ドライブシャフト７の両端にそれぞれ設けられている。各車輪８，１２には、車輪速センサ３０が設けられている。図１では、代表して右後輪の車輪速センサ３０のみが描かれている。車輪速センサ３０は、電気自動車１０の車速を検出するための車速センサとしても用いられる。車輪速センサ３０は、ＣＡＮ（Controller Area Network）などの車載ネットワークによって後述する制御装置５０に接続されている。

電気自動車１０は、バッテリ１４と、インバータ１６とを備えている。バッテリ１４は、電気モータ２を駆動する電気エネルギを蓄える。インバータ１６は、バッテリ１４から入力される直流電力を電気モータ２の駆動電力に変換する。インバータ１６による電力変換は、制御装置５０によるＰＷＭ（Pulse Wave Modulation）制御によって行われる。インバータ１６は、車載ネットワークによって制御装置５０に接続されている。

電気自動車１０は、運転者が電気自動車１０に対する動作要求を入力するための動作要求入力装置として、加速要求を入力するためのアクセルペダル（加速用ペダル）２２と、制動要求を入力するためのブレーキペダル２４とを備えている。アクセルペダル２２には、アクセルペダル２２の操作量であるアクセル開度Ｐａｐ［％］を検出するためのアクセルポジションセンサ３２が設けられている。またブレーキペダル２４には、ブレーキペダル２４の操作量であるブレーキ踏み込み量を検出するためのブレーキポジションセンサ３４が設けられている。アクセルポジションセンサ３２及びブレーキポジションセンサ３４、車載ネットワークによって制御装置５０に接続されている。

電気自動車１０は、動作入力装置として、さらに疑似シフトレバー（疑似シフト装置）２６と、疑似クラッチペダル２８とを備えている。シフトレバー（シフト装置）とクラッチペダルはマニュアルトランスミッション（ＭＴ）を操作する装置であるが、当然ながら電気自動車１０はＭＴを備えていない。疑似シフトレバー２６と疑似クラッチペダル２８は、あくまでも、本来のシフトレバーやクラッチペダルとは異なるダミーである。

疑似シフトレバー２６は、ＭＴ車両が備えるシフトレバーを模擬した構造を有している。疑似シフトレバー２６の配置及び操作感は、実際のＭＴ車両と同等である。疑似シフトレバー２６には、例えば１速、２速、３速、４速、５速、６速、及びニュートラルの各ギア段に対応するポジションが設けられている。疑似シフトレバー２６には、疑似シフトレバー２６がどのポジションにあるかを示すシフトポジションＳｐを検出するシフトポジションセンサ３６が設けられている。シフトポジションセンサ３６は、車載ネットワークによって制御装置５０に接続されている。

疑似クラッチペダル２８は、ＭＴ車両が備えるクラッチペダルを模擬した構造を有している。疑似クラッチペダル２８の配置及び操作感は、実際のＭＴ車両と同等である。運転者は、疑似シフトレバー２６によりギア段の設定変更をしたい場合に疑似クラッチペダル２８を踏み込み、ギア段の設定変更が終わると踏み込みをやめて疑似クラッチペダル２８を元に戻す。疑似クラッチペダル２８には、疑似クラッチペダル２８のクラッチペダル踏込量Ｐｃ［％］を検出するためのクラッチポジションセンサ３８が設けられている。クラッチポジションセンサ３８は、車載ネットワークによって制御装置５０に接続されている。

電気自動車１０は、疑似エンジン回転速度メーター４４を備えている。エンジン回転速度メーターは、運転者に対して内燃機関（エンジン）の回転速度を表示する装置であるが、当然ながら電気自動車１０はエンジンを備えていない。疑似エンジン回転速度メーター４４は、あくまでも、本来のエンジン回転速度メーターとは異なるダミーである。疑似エンジン回転速度メーター４４は、従来車両が備えるエンジン回転速度メーターを模擬した構造を有している。疑似エンジン回転速度メーター４４は、機械式でもよいし液晶表示式でもよい。液晶表示式の場合、レブリミットを任意に設定できるようにしてもよい。疑似エンジン回転速度メーター４４は、車載ネットワークによって制御装置５０に接続されている。

電気自動車１０は、モード選択スイッチ（モード選択装置）４２を備えている。モード選択スイッチ４２は、電気自動車１０の走行モードを選択するスイッチである。電気自動車１０の走行モードには、ＭＴモードとＥＶモードとがある。モード選択スイッチ４２は、ＭＴモードとＥＶモードのいずれか一方を任意に選択可能に構成されている。詳細は後述するが、ＭＴモードでは、電気自動車１０をＭＴ車両のように運転するための制御モード（第１モード）で電気モータ２の制御が行われる。ＥＶモードでは、一般的な電気自動車のための通常の制御モード（第２モード）で電気モータ２の制御が行われる。モード選択スイッチ４２は、車載ネットワークによって制御装置５０に接続されている。なお、モード選択スイッチ４２は、走行モードを手動で選択するモード選択装置であるが、走行モードの選択は自動で行われても良い。例えば、カメラやＬＩＤＡＲ（Light Detection And Ranging）などの外部センサで取得した車両の周辺情報や、ナビゲーション装置で取得可能な地図上の位置情報に門とづいて、走行モードを自動で選択するモード選択装置が設けられていてもよい。

電気自動車１０は、制御装置５０を備えている。制御装置５０は、典型的には、電気自動車１０に搭載されるＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。制御装置５０は、複数のＥＣＵの組み合わせであってもよい。あるいは、制御装置５０は、電気自動車１０の外部の情報処理装置であってもよい。制御装置５０は、インターフェース５２と、メモリ５４と、プロセッサ５６とを備えている。インターフェース５２には車載ネットワークが接続されている。メモリ５４は、データを一時的に記録するＲＡＭ（Random Access Memory）と、プロセッサ５６で実行可能な制御プログラムや制御プログラムに関連する種々のデータを保存するＲＯＭ（Read Only Memory）とを含んでいる。プロセッサ５６は、制御プログラムやデータをメモリ５４から読み出して実行し、各センサから取得した信号に基づいて制御信号を生成する。

図２は、本実施の形態に係る電気自動車１０の制御システムの構成を示すブロック図である。制御装置５０には、少なくとも車輪速センサ３０、アクセルポジションセンサ３２、ブレーキポジションセンサ３４、シフトポジションセンサ３６、クラッチポジションセンサ３８、回転速度センサ４０、及びモード選択スイッチ４２から信号が入力される。これらのセンサと制御装置５０との間の通信には車載ネットワークが用いられている。図示は省略するが、これらの他にも様々なセンサが電気自動車１０に搭載され、車載ネットワークによって制御装置５０に接続されている。

また、制御装置５０からは、少なくともインバータ１６と疑似エンジン回転速度メーター４４へ信号が出力されている。制御装置５０はインバータ１６を介して電気モータ２のトルク制御を行う。これらの機器と制御装置５０との間の通信には車載ネットワークが用いられている。図示は省略するが、これらの他にも様々なアクチュエータや表示器が電気自動車１０に搭載され、車載ネットワークによって制御装置５０に接続されている。

制御装置５０は、制御信号算出部５２０としての機能を備える。詳しくは、メモリ５４（図１に参照）に記憶されたプログラムがプロセッサ５６（図１に参照）により実行されることで、プロセッサ５６は、少なくとも制御信号算出部５２０として機能する。制御信号算出とは、アクチュエータや機器に対する制御信号を算出する機能である。制御信号には、少なくとも、インバータ１６を介して電気モータ２のトルク制御をするための信号と、疑似エンジン回転速度メーター４４に情報を表示させる信号とが含まれる。以下、制御装置５０が有するこれらの機能について説明する。

２．制御装置の機能
２－１．モータトルク算出機能
図３は、本実施の形態に係る制御装置５０の機能、特に、電気モータ２に対するモータトルク指令値の算出に係る機能を示すブロック図である。制御装置５０は、このブロック図に示された機能によりモータトルク指令値を計算し、モータトルク指令値に基づいてインバータ１６を介して電気モータ２のトルク制御を行う制御信号を生成する。

図３に示すように、制御信号算出部５２０は、ＭＴ車両モデル５３０、要求モータトルク計算部５４０、モータトルク指令マップ５５０、及びモータトルク調停処理部５６０を備える。制御信号算出部５２０には、車輪速センサ３０、アクセルポジションセンサ３２、シフトポジションセンサ３６、クラッチポジションセンサ３８、回転速度センサ４０、及びモード選択スイッチ４２からの信号が入力される。制御信号算出部５２０は、これらのセンサからの信号を処理し、電気モータ２に出力させるモータトルクを算出する。

制御信号算出部５２０によるモータトルクの計算は、ＭＴ車両モデル５３０と要求モータトルク計算部５４０とを用いた計算と、モータトルク指令マップ５５０を用いた計算の２通りがある。前者は、電気自動車１０をＭＴモードで走行させる場合のモータトルクの計算に用いられる。後者は、電気自動車１０をＥＶモードで走行させる場合のモータトルクの計算に用いられる。これら２通りの計算により得られるモータトルクから、後述するように、モータトルク調停処理部５６０により電気モータ２に出力させるモータトルクが算出される。

２－２．ＭＴモードでのモータトルクの計算
ＭＴ車両における駆動輪トルクは、エンジンに対する燃料供給を制御するガスペダルの操作と、ＭＴのギア段を切り替えるシフトレバー（シフト装置）の操作と、エンジンとＭＴとの間のクラッチを動作させるクラッチペダルの操作とによって決定付けられる。ＭＴ車両モデル５３０は、アクセルペダル２２、疑似クラッチペダル２８、及び疑似シフトレバー２６の操作によって得られる駆動輪トルクを計算するモデルである。以下、ＭＴモードにおいて、ＭＴ車両モデル５３０により仮想的に実現されるエンジン、クラッチ、及びＭＴを仮想エンジン、仮想クラッチ、仮想ＭＴと称する。

ＭＴ車両モデル５３０には、仮想エンジンのガスペダルの操作量として、アクセルポジションセンサ３２の信号が入力される。仮想ＭＴのシフトレバーのシフト位置として、シフトポジションセンサ３６の信号が入力される。さらに、仮想クラッチのクラッチペダルの操作量として、クラッチポジションセンサ３８の信号が入力される。また、ＭＴ車両モデル５３０には、車両の負荷状態を示す信号として車輪速センサ３０の信号も入力される。ＭＴ車両モデル５３０は、ＭＴ車両における駆動輪トルクのトルク特性を模擬したモデルである。ＭＴ車両モデル５３０は、運転者によるアクセルペダル２２、疑似シフトレバー２６、及び疑似クラッチペダル２８の操作が駆動輪トルクの値に反映されるように作成されている。ＭＴ車両モデル５３０の詳細については後述する。

要求モータトルク計算部５４０は、ＭＴ車両モデル５３０で算出された駆動トルクを要求モータトルクに変換する。要求モータトルクは、ＭＴ車両モデル５３０で算出された駆動トルクの実現に必要なモータトルクである。駆動トルクの要求モータトルクへの変換には、電気モータ２の出力軸３から駆動輪８までの減速比が用いられる。

２－３．ＥＶモードでのモータトルクの計算
図４は、ＥＶモードでのモータトルクの計算に用いられるモータトルク指令マップ５５０の一例を示す図である。モータトルク指令マップ５５０は、アクセル開度とＰａｐと電気モータ２の回転速度とをパラメータとしてモータトルクを決定するマップである。モータトルク指令マップ５５０の各パラメータには、アクセルポジションセンサ３２の信号と、回転速度センサ４０の信号とが入力される。モータトルク指令マップ５５０からは、これらの信号に対応するモータトルクが出力される。

２－４．モータトルクの調停
モータトルク指令マップ５５０を用いて計算されたモータトルクをＴｅｖと表記し、ＭＴ車両モデル５３０及び要求モータトルク計算部５４０を用いて計算されたモータトルクをＴｍｔと表記する。２つのモータトルクＴｅｖ，Ｔｍｔ、及びモード選択スイッチ４２により選択される走行モードから、モータトルク調停処理部５６０により、電気モータ２に対するモータトルク指令値Ｔｃｍｄが与えられる。

モータトルク調停処理部５６０は、モード選択スイッチ４２によりＭＴモードが選択されている場合には、モータトルクＴｍｔをモータトルク指令値Ｔｃｍｄとして与える。同様に、モード選択スイッチ４２によりＥＶモードが選択されている場合には、モータトルクＴｅｖをモータトルク指令値Ｔｃｍｄとして与える。モータトルク調停処理部５６０は、さらにモード選択スイッチ４２により走行モードの変更が行われた場合は、変更前の走行モードのモータトルクから変更後の走行モードのモータトルクに徐々に変化するようにモータトルク指令値Ｔｃｍｄを与える徐変処理を行う。

モード選択スイッチ４２によりＥＶモードが選択されている場合、運転者が疑似シフトレバー２６や疑似クラッチペダル２８を操作しても、その操作は電気自動車１０の運転には反映されない。つまり、ＥＶモードでは、疑似シフトレバー２６の操作と疑似クラッチペダル２８の操作は無効化される。ただし、モータトルクＴｅｖがモータトルク指令値Ｔｃｍｄとして出力されている間も、ＭＴ車両モデル５３０及び要求モータトルク計算部５４０を用いたモータトルクＴｍｔの計算は継続されている。逆に、モータトルクＴｍｔがモータトルク指令値Ｔｃｍｄとして出力されている間も、モータトルクＴｅｖの計算は継続されている。つまり、モータトルク調停処理部５６０には、モータトルクＴｅｖとモータトルクＴｍｔの両方が継続的に入力されている。

図５は、モード選択スイッチ４２によりＭＴモードからＥＶモードへ走行モードが変更される場合にモータトルク調停処理部５６０により与えられるモータトルク指令値Ｔｃｍｄの概要を示す図である。

図５において、モータトルク指令値Ｔｃｍｄは図中実線で表されている。図中一点鎖線は、ＭＴ車両モデル５３０及び要求モータトルク計算部５４０を用いて計算されるモータトルクＴｍｔを表している。図中点線は、モータトルク指令マップ５５０を用いて計算されるモータトルクＴｅｖを表している。図５に示されるように、モータトルクＴｍｔとモータトルクＴｅｖは、算出方法が異なるため通常一致していない。また、時刻ｔ１でモード選択スイッチ４２によりＭＴモードからＥＶモードへ走行モードの変更が行われている。

ＭＴモードが選択されている時刻ｔ１より前では、モータトルク指令値ＴｃｍｄはモータトルクＴｍｔと一致している。時刻ｔ１においてＭＴモードからＥＶモードへ走行モードの変更が行われると、モータトルク指令値Ｔｃｍｄは徐変処理により、モータトルクＴｍｔからモータトルクＴｅｖへ徐々に変化するように与えられる。時刻ｔ２において、モータトルクの切替が完了し、時刻ｔ２以降はモータトルク指令値ＴｃｍｄとモータトルクＴｅｖは一致している。

このように、モータトルク調停処理部５６０は、モード選択スイッチ４２により走行モードの変更が行われた場合には、モータトルク指令値Ｔｃｍｄの徐変処理を実行する。これにより、２つのモータトルクＴｍｔ，Ｔｅｖの間にずれがある場合であっても、走行モードの変更に伴うトルクの急激な変化が生じずに、モータトルクの不連続な変化を抑制することができる。モータトルク調停処理部５６０で実行される処理の詳細については後述する。

２－５．ＭＴ車両モデル
２－５－１．概要
次に、ＭＴ車両モデル５３０について説明する。図６は、ＭＴ車両モデル５３０の一例を示すブロック図である。ＭＴ車両モデル５３０は、エンジンモデル５３１と、クラッチモデル５３２と、ＭＴモデル５３３と、車軸・駆動輪モデル５３４とから構成されている。エンジンモデル５３１では、仮想エンジンがモデル化されている。クラッチモデル５３２では、仮想クラッチがモデル化されている。ＭＴモデル５３３は、仮想ＭＴがモデル化されている。車軸・駆動輪モデル５３４では、車軸から駆動輪までの仮想のトルク伝達系がモデル化されている。各モデルは計算式で表されてもよいしマップで表されてもよい。

各モデル間では計算結果の入出力が行われる。また、エンジンモデル５３１にはアクセルポジションセンサ３２で検出されたアクセル開度Ｐａｐが入力される。クラッチモデル５３２には、クラッチポジションセンサ３８で検出されたクラッチペダル踏込量Ｐｃが入力される。ＭＴモデル５３３には、シフトポジションセンサで検出されたシフトポジションＳｐが入力される。さらに、ＭＴ車両モデル５３０では、車輪速センサ３０で検出された車速Ｖｗ（或いは車輪速）が複数のモデルにおいて使用される。ＭＴ車両モデル５３０では、これらの入力信号に基づき、駆動輪トルクＴｗと仮想エンジン回転速度Ｎｅとが算出される。

２－５－２．エンジンモデル
エンジンモデル５３１は、仮想エンジン回転速度Ｎｅと仮想エンジン出力トルクＴｅｏｕｔを算出する。エンジンモデル５３１は、仮想エンジン回転速度Ｎｅを計算するモデルと仮想エンジン出力トルクＴｅｏｕｔを計算するモデルから構成される。仮想エンジン回転速度Ｎｅの計算には、例えば、次式（１）で表されるモデルが用いられる。次式（１）では、車輪８の回転速度Ｎｗ、総合減速比Ｒ、及びクラッチ機構のスリップ率ｓｌｉｐから仮想エンジン回転速度Ｎｅが算出される。

式（１）において、車輪８の回転速度Ｎｗは車輪速センサ３０で検出された車輪速から算出される。総合減速比Ｒは、後述するＭＴモデル５３３で計算されるギア比（変速比）ｒと、車軸・駆動輪モデル５３４で規定されている減速比とから算出される。スリップ率ｓｌｉｐは、後述するクラッチモデル５３２で算出される。仮想エンジン回転速度Ｎｅは、ＭＴモードの選択時、疑似エンジン回転速度メーター４４に表示される。

ただし、式（１）は、仮想クラッチによって仮想エンジンと仮想ＭＴとが接続されている状態での仮想エンジン回転速度Ｎｅの計算式である。仮想クラッチが切られている場合には、仮想エンジンで発生する仮想エンジントルクＴｅは、仮想エンジン出力トルクＴｅｏｕｔに慣性モーメントによるトルクを加えたトルクである。仮想クラッチが切られている場合、仮想エンジン出力トルクＴｅｏｕｔはゼロである。ゆえに、エンジンモデル５３１は、仮想クラッチが切られている場合、仮想エンジントルクＴｅと仮想エンジンの慣性モーメントＪとを用いて次式（２）により仮想エンジン回転速度Ｎｅを算出する。仮想エンジントルクＴｅの計算には、アクセル開度Ｐａｐをパラメータとするマップが用いられる。

なお、ＭＴ車両のアイドリング中は、エンジン回転速度を一定回転速度に維持するアイドルスピードコントロール制御（ＩＳＣ制御）が行われる。そこで、エンジンモデル５３１は、仮想クラッチが切られ、車速が０であり、かつアクセル開度Ｐａｐが０％である場合、仮想エンジン回転速度Ｎｅを所定のアイドリング回転速度（例えば１０００ｒｐｍ）として算出する。運転者が、停車中にアクセルペダル２２を踏み込んで空吹かしを行う場合、式（２）で計算される仮想エンジン回転速度Ｎｅの初期値としてアイドリング回転速度が用いられる。

エンジンモデル５３１は、仮想エンジン回転速度Ｎｅ及びアクセル開度Ｐａｐから仮想エンジン出力トルクＴｅｏｕｔを算出する。仮想エンジン出力トルクＴｅｏｕｔの計算には、例えば、図７に示すような２次元マップが用いられる。この２次元マップでは、アクセル開度Ｐａｐ毎に仮想エンジン回転速度Ｎｅに対する仮想エンジン出力トルクＴｅｏｕｔが与えられる。図7に示すトルク特性は、ガソリンエンジンを想定した特性に設定することもできるし、ディーゼルエンジンを想定した特性に設定することもできる。また、自然吸気エンジンを想定した特性に設定することもできるし、過給エンジンを想定した特性に設定することもできる。ＭＴモードでの仮想エンジンを切り替えるスイッチを設けて、運転者が好みの設定に切り替えられるようにしてもよい。エンジンモデル５３１で算出された仮想エンジン出力トルクＴｅｏｕｔは、クラッチモデル５３２に出力される。

２－５－３．クラッチモデル
クラッチモデル５３２は、トルク伝達ゲインｋを算出する。トルク伝達ゲインｋは、疑似クラッチペダル２８の踏み込み量に応じた仮想クラッチのトルク伝達度合いを算出するためのゲインである。クラッチモデル５３２は、例えば、図８に示すようなマップを有する。このマップでは、クラッチペダル踏み込み量Ｐｃに対してトルク伝達ゲインｋが与えられる。図８でトルク伝達ゲインｋは、クラッチペダル踏み込み量ＰｃがＰｃ０からＰｃ１の範囲で１となり、クラッチペダル踏み込み量ＰｃがＰｃ１からＰｃ２の範囲で０まで一定の傾きで単調減少し、クラッチペダル踏み込み量ＰｃがＰｃ２からＰｃ３の範囲で０となるように与えられる。ここで、Ｐｃ０はクラッチペダル踏み込み量Ｐｃが０％に対応し、Ｐｃ１はクラッチペダル踏み込み時の遊び限界に対応し、Ｐｃ３はクラッチペダル踏み込み量Ｐｃが１００％対応し、Ｐｃ２はＰｃ３からクラッチペダルを戻す際の遊び限界に対応している。

図８に示すマップは一例であり、クラッチペダル踏み込み量Ｐｃの増加に対するトルク伝達ゲインｋの変化は、０に向かう広義単調減少であればその変化曲線に限定はない。例えば、Ｐｃ１からＰｃ２におけるトルク伝達ゲインｋの変化は、上に凸となる単調減少曲線でも良いし、下に凸となる単調減少でも良い。

クラッチモデル５３２は、トルク伝達ゲインｋを用いてクラッチ出力トルクＴｃｏｕｔを算出する。クラッチ出力トルクＴｃｏｕｔは、仮想クラッチから出力されるトルクである。クラッチモデル５３２は、例えば、次式（３）により、仮想エンジン出力トルクＴｅｏｕｔ、及びトルク伝達ゲインｋからクラッチ出力トルクＴｃｏｕｔを算出する。クラッチモデル５３２で算出されたクラッチ出力トルクＴｃｏｕｔは、ＭＴモデル５３３に出力される。

また、クラッチモデル５３２は、スリップ率ｓｌｉｐを算出する。スリップ率ｓｌｉｐは、エンジンモデル５３１での仮想エンジン回転速度Ｎｅの計算に用いられる。スリップ率ｓｌｉｐの算出には、トルク伝達ゲインｋと同様に、クラッチペダル踏み込み量Ｐｃに対してスリップ率ｓｌｉｐとトルク伝達ゲインとの関係を表す次式（４）によって、トルク伝達ゲインｋからスリップ率ｓｌｉｐを算出してもよい。

２－５－４．ＭＴモデル
ＭＴモデル５３３は、ギア比（変速比）ｒを算出する。ギア比ｒは、仮想ＭＴにおいて疑似シフトレバー２６のシフトポジションＳｐにより決まるギア比である。疑似シフトレバー２６のシフトポジションＳｐと仮想ＭＴのギア段とは一対一の関係にある。ＭＴモデル５３３は、例えば、図９に示すようなマップを有する。このマップでは、ギア段に対してギア比ｒが与えられる。図９に示すように、ギア段が大きいほどギア比ｒは小さくなる。

ＭＴモデル５３３は、ギア比ｒを用いて変速機出力トルクＴｇｏｕｔを算出する。変速機出力トルクＴｇｏｕｔは、仮想変速機から出力されるトルクである。ＭＴモデル５３３は、例えば、次式（５）により、クラッチ出力トルクＴｃｏｕｔ、及びギア比ｒから変速機出力トルクＴｇｏｕｔを算出する。ＭＴモデル５３３で算出された変速機出力トルクＴｇｏｕｔは、車軸・駆動輪モデル５３４に出力される。

２－５－５．車軸・駆動輪モデル
車軸・駆動輪モデル５３４は、所定の減速比ｒｒを用いて駆動輪トルクＴｗを算出する。減速比ｒｒは、仮想ＭＴから駆動輪８までの機械的な構造により決まる固定値である。減速比ｒｒにギア比ｒを乗じて得られる値が前述の総合減速比Ｒである。車軸・駆動輪モデル５３４は、例えば、次式（５）により、変速機出力トルクＴｇｏｕｔ、及び減速比ｒｒから駆動輪トルクＴｗを算出する。車軸・駆動輪モデル５３４算出された駆動輪トルクＴｗは、要求モータトルク計算部５４０に出力される。

２－６．ＭＴモードで実現される電気モータのトルク特性
要求モータトルク計算部５４０は、ＭＴ車両モデル５３０で算出された駆動輪トルクＴｗをモータトルクに変換する。図１０は、ＭＴモードで実現される電気モータ２のトルク特性、詳しくは、モータ回転速度に対するモータトルクの特性を、ＥＶモードで実現される電気モータ２のトルク特性と比較して示す図である。ＭＴモードの場合、図１０に示されるように、疑似シフトレバー２６により設定されるギア段に応じてＭＴ車両のトルク特性を模擬するようなトルク特性（図中実線）を実現することができる。

２－７．モータトルク調停処理部の動作
次に、プロセッサ５６により制御信号算出部５２０のモータトルク調停処理部５６０で実行される処理について詳細に説明する。モータトルク調停処理部５６０には、ＭＴ車両モデル５３０及び要求モータトルク計算部５４０を用いて計算されるモータトルクＴｍｔ、モータトルク指令マップ５５０を用いて計算されるモータトルクＴｅｖ、及びモード選択スイッチ４２により選択される走行モード、の情報が入力される。

図１１及び図１２は、モータトルク調停処理部５６０で実行される処理を示すフローチャートである。図１１及び図１２は、図中Ｐで繋がっており１つのフローチャートを示している。図１１及び図１２に示される処理は、制御装置５０の所定の制御周期で繰り返し実行される。また、現在実行している制御周期における処理で得られる値を［ｎ］で表し、１つ前の制御周期における処理で得られる値を［ｎ－１］で表す。例えば、Ｔｍｔ［ｎ］は、現在実行している制御周期において要求モータトルク計算部５４０で計算されたモータトルクＴｍｔを表し、Ｔｃｍｄ［ｎ－１］は、１つ前の制御周期においてモータトルク調停処理部５６０により与えられたモータトルク指令値Ｔｃｍｄを表す。従って、現在の制御周期においてモータトルク調停処理部５６０は、モータトルク指令値Ｔｃｍｄ［ｎ］を与える。

ステップＳ５００において、プロセッサ５６は、モード選択スイッチ４２により走行モードの変更が行われたか否かを判定する。走行モードの変更が行われたか否かの判定は、現在選択されている走行モードと、１つ前の制御周期において選択されていた走行モードを比較することにより行う。現在選択されている走行モードと、１つ前の制御周期において選択されていた走行モードが異なる場合、変更が行われたと判定し、同一である場合、変更が行われていないと判定する。変更が行われたと判定される場合（ステップＳ５００；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ５０１に進む。変更が行われていないと判定される場合（ステップＳ５００；Ｎｏ）、ステップＳ５０１を実行せず処理はステップＳ５０２に進む。

ステップＳ５０１において、プロセッサ５６は、切替完了フラグを０に設定する。切替完了フラグは、走行モードの変更に伴うモータトルクの切替が完了しているか否かを示すブール値である。言い換えると、モータトルク指令値Ｔｃｍｄの徐変処理が終了したか否かを示すブール値である。モータトルクの切替が完了している（徐変処理が終了している）場合は１となり、モータトルクの切替を実行中（徐変処理を実行中）の場合は０となるように設定される。ステップＳ５０１を実行後、処理はステップＳ５０２に進む。

ステップＳ５０２において、プロセッサ５６は、モード選択スイッチ４２により選択されている走行モードがＥＶモードであるかＭＴモードであるかを判定する。ＥＶモードが選択されている場合（ステップＳ５０２；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ５０３に進む。このとき、ステップＳ５０３以降の処理では、ＥＶモードとしてのモータトルクＴｅｖをモータトルク指令値Ｔｃｍｄの目標値とする処理を実行する。ＭＴモードが選択されている場合（ステップＳ５０２；Ｎｏ）、処理はステップＳ５１３に進む。このとき、ステップＳ５１３以降の処理では、ＭＴモードとしてのモータトルクＴｍｔをモータトルク指令値Ｔｃｍｄの目標値とする処理を実行する。

ステップＳ５０３において、プロセッサ５６は、切替完了フラグが０であるか否かを判定する。すなわち、モータトルクの切替を実行中（徐変処理を実行中）であるか否かを判定する。モータトルクの切替を実行中（徐変処理が終了している）の場合（ステップＳ５０３；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ５０４に進む。モータトルクの切替が完了している（徐変処理が終了している）場合（ステップＳ５０３；Ｎｏ）、処理はステップＳ５０８に進み、モータトルク指令値Ｔｃｍｄ［ｎ］をモータトルクＴｅｖ［ｎ］とし処理を終了する。

ステップＳ５０４において、プロセッサ５６は、現在の制御周期において計算されたモータトルクＴｅｖ［ｎ］から、１つ前の制御周期において与えられたモータトルク指令値Ｔｃｍｄ［ｎ－１］を引いた差分ｄＴ［ｎ］を算出する。ステップＳ５０４を実行後、処理はステップＳ５０５に進む。

ステップＳ５０５において、プロセッサ５６は、ステップＳ５０４において算出された差分ｄＴ［ｎ］の絶対値が所定の閾値ε以上となるか否かを判定する。閾値εは、モータトルク指令値Ｔｃｍｄが目標値とするモータトルクＴｅｖに十分近づいていることを示す閾値である。閾値εは、本実施の形態に係る制御装置５０を適用する電気自動車の適合によって定まるパラメータであり、プログラムにあらかじめ与えられる。差分ｄＴ［ｎ］の絶対値が閾値ε以上となる場合（ステップＳ５０５；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ５０６に進む。差分ｄＴ［ｎ］の絶対値が閾値εより小さくなる場合（ステップＳ５０５；Ｎｏ）、処理はステップＳ５０７に進む。

ステップＳ５０６において、プロセッサ５６は、モータトルク指令値Ｔｃｍｄを以下の式（７）により与える。ここでｆ（ｄＴ）は、差分ｄＴ［ｎ］を入力とする関数値である。ただしｆ（ｄＴ［ｎ］）は、Ｔｃｍｄ［ｎ］が目標値とするモータトルクＴｅｖに近づくように構成される。例えばｄＴ［ｎ］に正の定数倍をかけるように構成したｆ（ｄＴ［ｎ］）＝０．３ｄＴ［ｎ］が考えられる。この場合、モータトルク指令値Ｔｃｍｄは算出される差分ｄＴ［ｎ］の３割だけ目標値とするモータトルクＴｅｖに近づくことになる。

関数ｆ（ｄＴ［ｎ］）は、徐変処理における変化の度合いを規定する。関数ｆ（ｄＴ［ｎ］）は、本実施の形態に係る制御装置５０を適用する電気自動車の適合を通して任意に構成の設計が行われても良い。ステップＳ５０６を実行後、処理を終了する。

ステップＳ５０７において、プロセッサ５６は、切替完了フラグを１に設定する。これは、ステップＳ５０５における判定により、モータトルク指令値Ｔｃｍｄが目標値とするモータトルクＴｅｖに十分近づいたことを反映した処理である。ステップＳ５０７を実行後、処理はステップＳ５０８に進み、モータトルク指令値Ｔｃｍｄ［ｎ］をモータトルクＴｅｖ［ｎ］とし処理を終了する。

ステップＳ５１３乃至ステップＳ５１８においてプロセッサ５６により実行される処理は、目標値をＭＴモードとしてのモータトルクＴｍｔとする点を除いて、ステップＳ５０３乃至ステップＳ５０８と同一である。

ステップＳ５１３において、プロセッサ５６は、切替完了フラグが０であるか否かを判定する。モータトルクの切替を実行中（徐変処理が終了している）の場合（ステップＳ５１３；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ５１４に進む。モータトルクの切替が完了している（徐変処理が終了している）場合（ステップＳ５１３；Ｎｏ）、処理はステップＳ５１８に進み、モータトルク指令値Ｔｃｍｄ［ｎ］をモータトルクＴｍｔ［ｎ］とし処理を終了する。

ステップＳ５１４において、プロセッサ５６は、現在の制御周期において計算されたモータトルクＴｍｔ［ｎ］から、１つ前の制御周期において与えられたモータトルク指令値Ｔｃｍｄ［ｎ－１］を引いた差分ｄＴ［ｎ］を算出する。ステップＳ５１４を実行後、処理はステップＳ５１５に進む。

ステップＳ５１５において、プロセッサ５６は、ステップＳ５１４において算出された差分ｄＴ［ｎ］の絶対値が所定の閾値ε以上となるか否かを判定する。ステップＳ５１５における閾値εは、ステップＳ５０５における閾値εと異なるように設計されても良い。差分ｄＴ［ｎ］の絶対値が閾値ε以上となる場合（ステップＳ５１５；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ５１６に進む。差分ｄＴ［ｎ］の絶対値が閾値εより小さくなる場合（ステップＳ５１５；Ｎｏ）、処理はステップＳ５１７に進む。

ステップＳ５１６において、プロセッサ５６は、モータトルク指令値Ｔｃｍｄを以下の式（８）により与える。ここでｇ（ｄＴ）は、差分ｄＴ［ｎ］を入力とする関数値である。ただしｇ（ｄＴ［ｎ］）は、Ｔｃｍｄ［ｎ］が目標値とするモータトルクＴｍｔに近づくように構成される。

関数ｇ（ｄＴ［ｎ］）は、徐変処理における変化の度合いを規定する。関数ｇ（ｄＴ［ｎ］）は、本実施の形態に係る制御装置５０を適用する電気自動車の適合を通して任意に構成の設計が行われて良い。ステップＳ５１６を実行後、処理を終了する。

ステップＳ５１７において、プロセッサ５６は、切替完了フラグを１に設定する。これは、ステップＳ５１５における判定により、モータトルク指令値Ｔｃｍｄが目標値とするモータトルクＴｍｔに十分近づいたことを反映した処理である。ステップＳ５１７を実行後、処理はステップＳ５１８に進み、モータトルク指令値Ｔｃｍｄ［ｎ］をモータトルクＴｍｔ［ｎ］とし処理を終了する。

このようにモータトルク調停処理部５６０の処理を実行することで、図５に示されるように、モード選択スイッチ４２により選択される走行モードの変更が行われた場合に、モータトルク指令値Ｔｃｍｄの徐変処理を行うことができる。ただし、ここで示される徐変処理は一例であり、異なる態様により実現されていても良い。

３．効果
以上説明したように、本実施の形態に係る電気自動車１０によれば、運転者はモード選択スイッチ４２によりＭＴモードを選択することにより、ＭＴ車両のように電気自動車を運転することができる。また、運転者はモード選択スイッチ４２によりＥＶモードを選択することにより、本来の性能で電気自動車を運転することができる。これにより、ＭＴ車両のような運転と通常のＥＶとしての運転の両方の運転感覚を得ることができる。

さらに、モード選択スイッチ４２により走行モードの変更が行われた場合、変更前の走行モードにおいて演算されるモータトルクから変更後の走行モードにおいて演算されるモータトルクに徐々に変化するようにモータトルク指令値Ｔｃｍｄの徐変処理を実行する。これにより、走行モードの変更に伴うモータトルクの不連続な変化を抑制され、運転者はＭＴ車両のような運転とＥＶとしての運転の両方を違和感なく安全に楽しむことができる。

２ 電気モータ
１０ 電気自動車
１４ バッテリ
１６ インバータ
２２ アクセルペダル
２４ ブレーキペダル
２６ 疑似シフトレバー
２８ 疑似クラッチペダル
３０ 車輪速センサ
３２ アクセルポジションセンサ
３４ ブレーキポジションセンサ
３６ シフトポジションセンサ
３８ クラッチポジションセンサ
４０ 回転速度センサ
４２ モード選択スイッチ
５０ 制御装置
５２ インターフェース
５４ メモリ
５６ プロセッサ
５２０ 制御信号算出部
５３０ 車両モデル
５３１ エンジンモデル
５３２ クラッチモデル
５３３ ＭＴモデル
５３４ 車軸・駆動輪モデル
５４０ 要求モータトルク計算部
５５０ モータトルク指令マップ
５６０ モータトルク調停処理部

Claims (1)

1. 電気モータを走行用の動力装置として用いる電気自動車であって、
   加速用ペダルと、
   疑似クラッチペダルと、
   疑似シフト装置と、
   前記電気モータの制御モードを第１モードと第２モードとの間で手動或いは自動で選択するモード選択装置と、
   前記モード選択装置で選択された前記制御モードに従い前記電気モータが出力するモータトルクを制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   メモリと、
   プロセッサと、を備え、
   前記メモリは、
   ガスペダルの操作によりトルクを制御する内燃機関とクラッチペダルの操作及びシフト装置の操作によりギア段が切り替えられるマニュアルトランスミッションとを有するＭＴ車両における駆動輪トルクのトルク特性を模擬したＭＴ車両モデルと、
   前記加速用ペダルの操作量と前記電気モータの回転速度に対する前記モータトルクの関係を規定したモータトルク指令マップと、を記憶し、
   前記プロセッサは、
   前記第１モードで前記電気モータを制御する場合は、
   前記加速用ペダルの操作量を、前記ＭＴ車両モデルに対する前記ガスペダルの操作量の入力として受け付ける処理と、
   前記疑似クラッチペダルの操作量を、前記ＭＴ車両モデルに対する前記クラッチペダルの操作量の入力として受け付ける処理と、
   前記疑似シフト装置のシフト位置を、前記ＭＴ車両モデルに対する前記シフト装置の入力として受け付ける処理と、
   前記加速用ペダルの操作量と、前記疑似クラッチペダルの操作量と、前記疑似シフト装置のシフト位置とで定まる前記駆動輪トルクを、前記ＭＴ車両モデルを用いて計算する処理と、
   前記駆動輪トルクを自車両の駆動輪に与えるための前記モータトルクを演算する処理と、を実行し、
   前記第２モードで前記電気モータを制御する場合は、
   前記疑似クラッチペダルの操作と前記疑似シフト装置の操作とを無効にする処理と、
   前記加速用ペダルの操作量と前記電気モータの回転速度とに基づき、前記モータトルク指令マップを用いて前記モータトルクを演算する処理と、を実行し、
   前記モード選択装置により前記制御モードの選択が変更された場合、
   変更前に選択されていたモードにおいて演算される前記モータトルクが、変更後に選択されるモードにおいて演算される前記モータトルクに徐々に変化するように前記モータトルクを制御する処理を実行する
   ことを特徴とする電気自動車。

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