JP7414043B2 - 電気自動車の手動変速模擬制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機を駆動力源とした車両において、手動変速機を搭載した車両で変速操作した場合の挙動を出現させるための制御装置に関するものである。

この種の機能を備えた電気自動車を、本出願人は特許文献１で既に提案している。この電気自動車は、手動変速機での変速操作を行うシフト装置と同様に操作されて、トルク特性が段階的に異なる複数のモードのいずれかを選択するシフト装置と、駆動力源と駆動輪との間のトルクの伝達を断続するクラッチ機構の操作を模擬するクラッチ装置とを備えており、シフト装置によって選択されたモードを含む信号と、クラッチ装置の操作量を含む信号とに基づいて、モータのトルクを制御するように構成されている。すなわち、特許文献１に記載された装置では、クラッチペダルの踏み込み量に相当するクラッチ装置の操作量の増大に応じてモータから駆動輪に伝達されるトルクを低減し、またクラッチペダルの踏み戻しに相当するクラッチ装置の操作量の減少ならびに選択されたモードに応じて、モータから駆動輪に伝達されるトルクを増大復帰させる。

なお、クラッチを解放状態から係合状態に切り替えるとともに、クラッチを介して伝達するトルクを増大させる場合、トルクの変化が過大であればいわゆるショックとなって違和感の原因となり、あるいは反対にトルクの変化が緩慢であれば、変速もしくは加速の応答性の悪化要因となる。そこで、特許文献２に記載された装置では、摩擦要素をスリップ状態から完全締結状態に移行させた時点で伝達トルクを増大させる場合、変化の前後でのトルクの差および運転者の駆動要求量などに基づいて、駆動力源であるモータのトルク変化率を制御している。

特許第６７８７５０７号公報 特開２０１１－２０５４２号公報

電気自動車に駆動力源として搭載されているモータは、力行して駆動トルクを出力し、またエネルギ回生することにより制動トルクを出力するから、このような出力トルクの多様性を生かして、特許文献１に記載されているように、手動変速機を搭載した車両と同様の挙動を出現させることができる。そのモータのエネルギ源は二次電池を主体とする蓄電装置であり、手動変速操作時の挙動を模擬するようにモータを動作させるためには、蓄電装置からの放電と蓄電装置への充電とを繰り返すことになる。蓄電装置において放充電を行った場合、不可避的に発熱し、また電解質が変質するなどのことがあるから、過度な放充電は蓄電装置の劣化要因となり、蓄電装置の耐久性が低下することになる。そのため、一般的には、蓄電装置からの放電や充電に制限を設定している。

手動操作による変速は、運転者が車両の挙動（主として駆動トルク）を意図どおりに変化させることを目的として行うのが通常であるから、変速操作自体が迅速であるだけでなく、その結果としての駆動トルクもしくは制動トルクが迅速にもしくは応答性良く変化することが求められる。このような手動変速操作時の車両の挙動を模擬するためにモータから駆動トルクや制動トルクを出力させるとした場合、モータトルクを迅速に、また大きく変化させることになり、そのためには蓄電装置には大きい放充電量が求められる。しかしながら、蓄電装置には、上述したように、耐久性の維持などのために制限が設定されているから、その制限によって、手動変速操作時の車両の挙動を模擬するために必要とする放電電力を得られず、もしくは充電できない場合がある。そのような場合には、運転者が意図した車両の挙動とならないので、運転者に違和感を与えることになる。このように、従来では、放充電量を制限することによる蓄電装置の耐久性と、手動変速操作時の車両の挙動を模擬する制御との両立を図るためには新たな技術を開発する必要があった。

本発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであって、電気自動車の駆動力源としてのモータのトルクを制御して手動変速操作時の車両の挙動を模擬する制御を行うにあたって、過不足のないトルク制御と蓄電装置などの制御システムの耐久性の維持もしくは劣化の抑制とを両立させることのできる制御装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記の目的を達成するために、駆動力源としての電動機と、運転者によって操作されて前記電動機の出力を増減するアクセル機構と、前記電動機に接続されかつ出力可能トルク変化率と電力入出力量との少なくともいずれか一方が制限される蓄電装置と、前記運転者によって操作されて、前記電動機と駆動輪との間のトルクの伝達の断続を行うクラッチ操作を模擬するクラッチ機構と、前記運転者によって操作されて、前記電動機の出力と前記駆動輪での駆動トルクとの関係であるモードを選択するシフト機構とを備えている電気自動車の手動変速模擬制御装置において、前記電動機のトルクを制御するコントローラを有し、前記コントローラは、前記クラッチ機構による前記トルクの断続の模擬操作と、前記断続の模擬操作に関連して前記アクセル機構による前記電動機の出力増減操作と、前記シフト機構による前記モードの選択操作とを含むシフト操作の検出信号に基づいて前記電動機の出力トルクを変化させるトルク制御を行い、前記シフト操作に伴う前記電動機の出力トルクの変化の際に、前記出力可能トルク変化率と電力入出力量との少なくともいずれか一方の制限値を前記制限を緩和する方向に変化させることを特徴としている。

本発明においては、前記コントローラは、前記制限の緩和を、前記クラッチ機構による、前記トルクの遮断の切断模擬操作の際、もしくは前記トルクの伝達の接続模擬操作の際に行ってよい。

また、本発明においては、前記コントローラは、前記制限の緩和を、前記クラッチ機構による、前記トルクの遮断の切断模擬操作の後の所定時間の間、もしくは前記トルクの伝達の接続模擬操作の後の所定時間の間、行ってよい。

さらに、本発明においては、前記コントローラは、前記シフト機構によって変速比が切り替えられる変速機と、前記変速機が連結されたエンジンとを有する仮想車両を制御モデルとして備え、前記変速機で設定されていることが想定される変速比と、前記電気自動車の車速に相当する所定の回転速度とに基づいて仮想エンジン回転数を求め、前記仮想エンジン回転数が予め定めた基準回転数以上の場合に、前記制限の緩和を行ってよい。

本発明においては、前記コントローラは、前記電動機もしくは前記蓄電装置の保護要求の成立を判断し、前記保護要求が成立している場合には、前記制限の緩和を規制してよい。

本発明においては、前記コントローラによる前記制限の緩和の規制は、前記クラッチ機構による前記トルクの遮断の切断模擬操作の際の前記制限が緩和する方向への前記制限値の変化を、前記クラッチ機構による前記トルクの伝達の接続模擬操作の際の前記制限が緩和する方向への前記制限値の変化に優先させることであってよい。

本発明によれば、電動機を駆動力源とし、かつ手動変速操作を模擬したシフト操作が可能な電気自動車において、そのシフト操作が行われた場合に、手動変速機を備えた車両の挙動に類似した挙動が生じるように電動機の出力トルクを変化させる。その場合、電動機に接続されている蓄電装置に設定されている入出力制限を超えて、電動機に対して放電し、あるいは電動機から充電する必要があれば、その制限を緩和する方向に制限値を変化させているので、シフト操作に伴う挙動を創出するのに充分な電動機のトルク変化が可能になる。すなわち、手動変速機を備えた車両における手動変速操作時の車体の挙動と同一もしくは近い挙動を生じさせることができる。また、クラッチ機構やシフト機構などを操作することによるシフト操作は短時間で行われるうえに、上記の制限の緩和は、シフト操作に基づいて行われるので、制限の緩和の時間は短時間であり、したがって蓄電装置に対する負荷が特に増大することはなく、その耐久性が特には悪化しない。すなわち、本発明によれば、蓄電装置の耐久性を低下させることなく、手動変速時の車体の挙動を模擬した挙動を必要充分に出現させることができる。

また、本発明においては、電動機や蓄電装置の保護要求が成立している場合、蓄電装置からの出力可能トルク変化率もしくは電力入出力量の制限値が、それらの制限を緩和する方向に変化させるとしてもその変化量が規制される。例えば、トルク遮断したクラッチ機構をトルク伝達するように繋ぐ場合の制限の緩和が、トルク遮断するようにクラッチ機構を切断する場合の制限の緩和より強く規制される。言い換えれば、トルク遮断する際における上記の制限の緩和を、トルク伝達する場合の上記の制限の緩和よりも優先させる。そのため、シフト操作に伴ってトルク遮断する場合に、トルク遮断に反して車体が動くなどの事態をより確実に回避もしくは抑制でき、ひいては運転者に違和感を与えることを防止もしくは抑制することができる。

本発明の実施形態に係る電気自動車の構成を模式的に示す図である。 モータのトルク制御を行うＥＣＵの構成を機能ブロックで示す図である。 本発明の実施形態で実施される制限の緩和の制御を説明するためのフローチャートである。 仮想車両もしくはＭＴ車両での手動変速の際の挙動を模擬するためのモータトルクの変化を、制限の緩和を行う場合と行わない場合とについて模式的に示すトルク波形線図である。

本発明を図に示す実施形態に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施形態は本発明を具体化した場合の一例に過ぎないのであって、本発明を限定するものではない。

図１は、本発明の実施形態における電気自動車（以下、車両と記す。）の一例を模式的に示しており、この車両Ｖｅは、駆動力源としてのモータ（ＭＧ）１を備え、そのモータ１から一対の前輪２にトルクを伝達して走行するフロントドライブ式の車両である。このモータ１は、従来知られている電気自動車やハイブリッド車両に設けられたモータと同様に、蓄電装置（ＢＡＴＴ）３から電力が供給されることにより駆動トルクを出力するモータとしての機能に加えて、外部から伝達されるトルクによって強制的に回転させられて発電する発電機としての機能を備えた、いわゆるモータ・ジェネレータによって構成することができる。具体的には、永久磁石式の同期電動機や誘導モータを使用することができる。なお、発電時のトルクは、外部からのトルクを減じる方向に作用するいわゆる負のトルクであるから、車両Ｖｅにおいては制動力として作用する。このモータ１が、本発明の実施形態における「電動機」に相当する。

モータ１の出力軸４はギヤ機構５に連結され、そのギヤ機構５は更にプロペラシャフト６を介して終減速機であるデファレンシャルギヤ機構７に連結されている。そして、モータ１の出力トルクは、このデファレンシャルギヤ機構７を介して左右のドライブシャフト８に分配され、それらのドライブシャフト８に連結された一対の前輪（駆動輪）２がモータ１によって駆動されて車両Ｖｅが走行するように構成されている。なお、図１に示す車両Ｖｅは、フロントドライブ式の車両であるが、本発明における電気自動車は、モータ１から一対の後輪９にトルクを伝達して走行するリヤドライブ式の電気自動車であってもよく、また、トランスファを設けて、モータ１から一対の前輪２および一対の後輪９にトルクを伝達して走行する四輪駆動車であってもよい。

上記のモータ１に通電する電流の大きさや、各相に通電する電流の周波数を制御するためのインバータ（ＩＮＶ）１０が設けられ、そのインバータ１０には、直流電流を出力する蓄電装置（ＢＡＴＴ）３が接続されている。なお、インバータ１０に加えて、蓄電装置３から出力された電圧を増幅するためのコンバータなどの他の電気機器を設けていてもよく、また蓄電装置３は、リチウムイオン電池などの二次電池に加えて、キャパシタなどの蓄電部材を備えていてよい。

上記のインバータ１０のスイッチング素子を制御するための電子制御装置（以下、ＥＣＵと記す。）１１が設けられている。このＥＣＵ１１は、本発明の実施形態における「コントローラ」に相当するものであって、従来知られている車両に設けられたＥＣＵと同様にマイクロコンピュータを主体に構成されていて、種々のセンサから信号が入力され、その入力された信号や、予め記憶されている演算式、あるいはマップなどに基づいて演算を行い、その演算の結果を制御信号としてインバータ１０などの各装置に出力するように構成されている。

図１に示す車両Ｖｅは、運転者（図示せず）が加減速操作（出力増減操作）するアクセルペダル１２と、その踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ１３とを備えている。また、減速あるいは停車のために運転者が踏み込み操作するブレーキペダル１４と、その踏み込み量やその踏力を検出するブレーキセンサ１５とが設けられている。さらに、プロペラシャフト６の回転速度（すなわち、車速）を検出する車速センサ（回転速度センサ）１６などが設けられている。これらのセンサ１３，１５，１６はＥＣＵ１１に接続され、それぞれの検出信号（検出したデータ）がＥＣＵ１１に入力されている。

さらに、図１に示す車両Ｖｅは、手動変速操作を模擬するための機器を備えている。先ず、実際には存在しない複数の前進段や後進段ならびにニュートラルポジションなどを手動によって選択操作するシフトレバーもしくはパドルスイッチなどを主体とするシフト機構１７が設けられている。手動変速機を搭載した車両において変速操作する場合、ギヤの連結やその解除を可能にするために、またシフトショックを低減するために、エンジンなどの駆動力源と駆動輪との間のトルクの伝達を一時的に遮断する。そのためのクラッチは、通常、クラッチペダルによって切断・接続（断続）するようになっている。図１に示す車両Ｖｅでは、このような手動変速機を搭載した車両を模して、クラッチ機構としてのクラッチペダル１８を備えている。そして、シフト機構１７によって選択された変速段などのポジション（もしくはモード）を検出するシフトポジションセンサ１９と、クラッチペダル１８の踏み込み量を検出するクラッチポジションセンサ２０とが設けられている。これらのセンサ１９，２０は上述したＥＣＵ１１に接続されていて、それぞれの検出信号（検出したデータ）がＥＣＵ１１に入力されている。

上述した車両Ｖｅは、アクセル開度として表される運転者の駆動要求に応じて駆動ならびに制動を行うようにモータ１のトルク制御を行う通常のＥＶ走行に加えて、手動変速機を搭載した車両（以下、ＭＴ車両と記す。）の走行およびシフト操作を模擬した走行ならびにシフト操作時の挙動を出現させることが可能なように構成されている。そのＭＴ車両を模擬した走行のための制御は、前掲の特許文献１に記載されている制御であってよく、これを以下、簡単に説明する。

模擬しようとするＭＴ車両のモデルを予め設定し、これを数値モデルとしてＥＣＵ１１に記憶させておき、このモデル化されているＭＴ車両に、前述したアクセルポジションセンサ１３で検出された実際のアクセル開度（踏み込み量）や、シフトポジションセンサ１９によって検出されたシフト機構１７上でのシフトポジション、ならびにクラッチポジションセンサ２０によって検出されたクラッチペダル１８の実際の踏み込み量、および回転速度センサ１６によって検出されたプロペラシャフト６の実際の回転速度などを適用して、モータ１が出力するべきトルク（駆動トルクおよび制動トルク）を求め、そのトルクを実現するように、ＥＣＵ１１によってインバータ１０を制御する。モデル化されているＭＴ車両（以下、仮想車両と記す。）は、内燃機関（エンジン）とその出力側に連結された有段変速機とを備えており、そのエンジンの回転速度である仮想エンジン回転速度が、前述した各センサ１３，１９，２０，１６から入力される実際の運転状態に基づいて算出される。一例として、回転速度センサ１６によって検出されているプロペラシャフト６の回転速度に、シフト機構１７によって選択されているシフトポジション（変速段）での変速比を乗算し、さらにクラッチポジションセンサ２０によって検出されたクラッチペダル１８の踏み込み量に応じたスリップ率を乗算することにより、仮想エンジン回転速度を求めることができる。このような演算を行う機能的手段あるいは機能ブロックを「仮想エンジン回転速度算出部１１０」として図２に示してある。

仮想車両に搭載していると想定してある仮想のエンジンは、排気量や回転数と出力トルクとの関係、効率などが設計上決めたエンジンであるから、仮想エンジン回転速度が算出されれば、その値と、アクセルポジションと、仮想エンジンについての回転数と出力トルクとの関係を定めてあるマップとに基づいて仮想エンジンの出力トルクを算出することができる。このような演算を行う機能的手段あるいは機能ブロックを「仮想エンジン出力トルク算出部１１１」として図２に示してある。

仮想車両におけるクラッチ機構は、伝達トルク容量が連続的に変化する摩擦クラッチであることが想定されている。したがって、クラッチペダルの踏み込み量と、伝達トルク容量との間には、設計上決めた所定の関係が成立しており、その関係をマップとして予め用意し、ＥＣＵ１１に記憶させておくことができる。例えば、伝達トルク容量を「０」から「１」まで変化するゲインとして設定し、クラッチペダルの踏み込み量が「０」から所定値までの間はゲインが「１」となり、それ以上に踏み込み量が増大することにより、踏み込み量に応じてゲインが次第に（直線的に、もしくは比例的に）減少するマップとすることができる。したがって、仮想車両に搭載されていることが想定されている仮想のクラッチ機構から出力されるトルクは、上記のゲインによって決まり、そのゲインは、上記のマップと、クラッチポジションセンサ２０によって検出された実際のクラッチペダル１８の踏み込み量とに基づいて算出することができる。このような演算を行う機能的手段あるいは機能ブロックを「トルク伝達ゲイン算出部１１２」として図２に示してある。

仮想車両に搭載が想定されている手動変速機に入力されるトルクは、仮想エンジン出力トルクを上記のゲインに応じて変化させたトルクすなわちクラッチ出力トルクである。したがってそのクラッチ出力トルクは、上記の仮想エンジン出力トルク算出部１１１で算出した仮想エンジン出力トルクに、トルク伝達ゲイン算出部１１２で算出したゲインを乗算することにより算出することができる。このような演算を行う機能的手段あるいは機能ブロックを「クラッチ出力トルク算出部１１３」として図２に示してある。

仮想車両における手動変速機で設定されるギヤ比（変速比）を模擬するために、その手動変速機でのギヤ比を、上記の車両Ｖｅの実際の走行状態から算出する。ギヤ比は、仮想車両におけるエンジン回転数と手動変速機の出力回転数（具体的にはプロペラシャフトの回転速度）との比であり、その仮想車両におけるエンジン回転数に前述した仮想エンジン回転速度が相当し、また出力回転数には前述した回転速度センサ１６によって検出されたプロペラシャフト６の回転速度が相当する。したがって、ギヤ比は、仮想エンジン回転速度をプロペラシャフト６の回転速度で除算することにより求められる。このような演算を行う機能的手段あるいは機能ブロックを「ギヤ比算出部１１４」として図２に示してある。

変速中の挙動を含めて上記の車両Ｖｅの挙動を仮想車両の挙動に一致もしくは近似させるためには、例えばプロペラシャフト６のトルクが、仮想車両における手動変速機の出力トルクに一致もしくは近似するように、モータ１の出力トルクを制御することになる。したがって、仮想車両における手動変速機の出力トルクを算出する必要があり、これは、図２に「変速機出力トルク算出部１１５」として記載してある機能的手段もしくは機能ブロックによって行われる。具体的には、手動変速機は入力されたトルクを変速比に応じて増減して出力するから、変速機出力トルクは、手動変速機に入力される前述したクラッチ出力トルクに変速比を乗算して算出される。そのクラッチ出力トルクは、上記のトルク伝達ゲイン算出部１１２で求められたゲインを反映したトルクであるから、変速過渡時におけるクラッチ機構の断続に伴う伝達トルク容量に応じたトルクとなる。したがって、変速機出力トルク算出部１１５で算出されたトルク（プロペラシャフト６でのトルク）を実現するようにインバータ１０をＥＣＵ１１によって制御することにより、仮想車両の変速時の挙動を模擬した挙動を上記の実際の車両Ｖｅで出現させることができる。

一方、仮想車両における変速時の変速機出力トルクは、クラッチ機構によるトルク遮断やクラッチ機構をいわゆる係合させることによるトルク伝達の開始によるトルクの変化、ならびにそのようなトルク変化に伴う手動変速機や車体の全体などの捻れによるトルク変動によって大きく変化する。このようなトルク変化をモータ１のトルクを変化させることにより模擬するとすれば、蓄電装置３あるいはインバータ１０などに大きい負荷が掛かる。また、蓄電装置３は、過度な放電や充電によって耐久性が低下し、あるいは損傷する可能性がある。

そこで、蓄電装置３からモータ１への放電ならびにモータ１から蓄電装置３への充電を制限する制限部１１６が設けられている。この制限部１１６は図２に示すように、ＥＣＵ１１における機能的手段もしくは機能ブロックであり、出力可能トルク変化率と電力入出力量との少なくともいずれか一方についての上限値（制限値）を設定し、蓄電装置３での充放電量もしくはその変化率が上限値を超えないようにインバータ１０を制御している。なお、その上限値は、主として蓄電装置３の保護のための値であるから、蓄電装置３の特性や劣化の状態ならびにＳＯＣあるいは温度などに応じて設計上予め定めておくことができる。

蓄電装置３を保護するための制限の度合いは、通常の使用状態での経時的な劣化以上に劣化を進行させないことを意図した重度の制限や、一時的な劣化の要因となるとしても恒久的な損傷を生じさせないことを意図した中度の制限、ならびに直ちに機能不全となる損傷を回避もしくは防止することを意図した軽度の制限などであってよい。このように制限にランクを付けるとした場合、上記の上限値は、重度の制限で小さい値とし、軽度の制限で最も大きい値とし、中度の制限ではそれらの値の中間の値とする。

本発明の実施形態では、上述した制限を変更するように構成されており、通常時は例えば上記の重度の制限を行い、所定の条件が成立した場合に重度の制限を中度もしくは軽度の制限に緩和するように構成されている。すなわち、図２に示す制限緩和部１１７を備えている。ここで説明している実施形態では、前述した仮想車両での手動変速に伴う車両の挙動（変速機出力トルク）を模擬するようにモータ１を制御する際に、制限部１１６による出力可能トルク変化率や電力入出力量についての制限を制限緩和部１１７によって緩和するように構成されている。

以下、上記の制限の緩和の制御を、手動変速操作された場合の車両の挙動を模擬するトルク制御と併せて説明する。図３は、上述した制限を緩和する制御の一例を説明するためのフローチャートであって、上記の車両Ｖｅでクラッチペダル１８やシフト機構１７が有効化されて走行している状態で、前記ＥＣＵ１１によって実行される。したがって、ＥＣＵ１１が本発明の実施形態におけるコントローラに相当する。図３に示す制御例では、仮想エンジン回転数Ｎｅが予め定めた基準回転数αより高回転数か否かが判断される（ステップＳ１）。この基準回転数αは、クラッチ機構を構成しているクラッチペダル１８を踏み込むなどの切断模擬操作に伴って、仮想車両の挙動を模擬するようにモータ１のトルクを変化させる際の蓄電装置３やインバータ１０の負荷（以下、これらの負荷をまとめて蓄電装置３の負荷と記すことがある。）が大きいことを判定するためのものである。

すなわち、仮想エンジン回転数Ｎｅが高回転数であれば、クラッチ機構による切断模擬操作に伴って仮想エンジン回転数Ｎｅを大きく低下させることになるから、それに伴う車両Ｖｅの挙動をモータ１のトルク制御によって出現させるとすれば、蓄電装置３で入出力する電力量もしくはトルク変化率が大きくなって蓄電装置３の負荷が大きくなる。このような負荷は、車速などの走行状態によって異なるから、基準回転数αはその時点の車両Ｖｅの走行状態に応じた値とすることができる。

このステップＳ１で肯定的に判断された場合には、ステップＳ２に進んで、出力可能トルク変化率（トルクレート）の上限値を変更（増大）し、その後、リターンする。すなわち、ステップＳ１で肯定的に判断された場合には、それ以降に生じることが予想される変速の際の負荷が、通常の状態での負荷より大きくなって前述した制限部１１６で設定してある通常時の制限（重度の制限）を超えることが考えられる。そのため、手動変速操作に伴う車両の挙動を模擬した挙動を、モータ１の出力トルクで出現させることを可能にするために、言い換えればそのような挙動を可能にするための蓄電装置３の入出力を可能にするために、トルクレートの上限値を引き上げて制限を緩和する。なお、ステップＳ１で否定的に判断された場合には、制限を緩和する必要がないので、特に制御を行うことなく、従前の状態を維持する。

また一方、ステップＳ１の判断と並行してクラッチ操作中か否かが判断される（ステップＳ３）。ここで「クラッチ操作中」とは、クラッチペダル１８の踏み込み量が変化している（増大している、もしくは減少している）状態であり、トルクの遮断のための切断模擬操作中の状態あるいはトルクの伝達のための接続模擬操作中の状態のことである。ＭＴ車両で変速のためにクラッチを切った場合、駆動輪に伝達される駆動トルクが急激にゼロになる。その場合のＭＴ車両の挙動を上記の車両Ｖｅで模擬するとすれば、駆動トルクが急激に失われることによる挙動をモータ１のトルクで創り出す必要があり、モータ１のトルクを大きく変化させることになる。そのようなトルク変化を生じさせるためには、蓄電装置３での入出力量あるいはトルク変化率が大きくなって、蓄電装置３の負荷が増大する。そのような入出力を可能にするために、ステップＳ３で肯定的に判断された場合には、上述したステップＳ２に進んで制限を緩和する。

また、仮想車両でクラッチを繋いだ場合、駆動トルクが増大することにより車体の前後振動（揺れ）が生じる。このような挙動をモータ１のトルクで模擬するとすれば、モータ１のトルクを大きくかつ繰り返し変化させることになる。これが蓄電装置３の負荷の増大要因となることが考えられるので、トルクを伝達する接続模擬操作中であっても制限の緩和（ステップＳ２）を行う。なお、ステップＳ３で否定的に判断された場合には、制限を緩和する必要がないので、特に制御を行うことなく、従前の状態を維持する。

さらに、上述したステップＳ１およびステップＳ３と並行して、クラッチペダル１８による接続模擬操作後の経過時間がｔ秒以内か否かが判断される（ステップＳ４）。ＭＴ車両で手動によるシフト操作を行った後、クラッチを繋ぐと、変速機から駆動輪に到るトルクの伝達系統に捩りが生じ、これが原因で車体の前後振動が生じる。そのような振動は、クラッチを繋いだ後の所定の時間の間、生じる。このようなＭＴ車両での挙動を上記の車両Ｖｅにおけるモータ１によって模擬させるとすれば、モータ１のトルクを大きくかつ繰り返し変化させる必要があり、そのため蓄電装置３の負荷が増大する。すなわち、クラッチを繋いだ後の蓄電装置３の負荷の増大は、所定時間の間、生じるので、上記のｔ秒は、想定している仮想車両に応じて設計上、定めることができる。

このステップＳ４で否定的に判断された場合には、制限を緩和する必要がないので、特に制御を行うことなく、従前の状態を維持する。これに対してステップＳ４で肯定的に判断された場合には、前述したモータ１および蓄電装置３ならびにインバータ１０などの制御系統を含むシステム全体の保護の要請（保護要求）に基づく規制があるか否かが判断される（ステップＳ５）。すなわち、このシステムは稼働することにより発熱するとともに、正常に動作するための温度条件があり、その制限温度より高温であれば、動作（制御）が規制される。また、何らかの部分的な異常が検出されるなどの事態が生じれば、動作（制御）が規制される。ステップＳ５ではこのような規制があるか否かを判断しており、その判断結果が否定的であれば、すなわち規制がなければ、上述したステップＳ２に進んで制限を緩和する。

これに対してステップＳ５で肯定的に判断された場合には、特に制御を行うことなく、従前の状態を維持する。すなわち、制限を緩和せずに、通常の状態でのレベルで出力可能トルク変化率や電力入出力量を制限する。したがって、この場合は、模擬するべき挙動を創出するように、モータ１のトルクを変化させることができない。しかしながら、そのようなトルクの制限は、変速後の車体の前後振動を低減もしくは生じさせないように作用するものの、車両Ｖｅの走行を制限するものとはならない。むしろ蓄電装置３やモータ１を含むシステムの保護あるいは耐久性の維持に有利になる。したがって、図３に示す制御例では、上記の制限の緩和を、クラッチ機構による接続模擬操作の場合に対して、切断模擬操作の場合に優先して実行し、運転者の意図とは反する車体の挙動を可及的に回避もしくは抑制する。

図３に示す制御を前進第１速を設定して走行している状態から第２速にアップシフトする場合を例に採って、モータトルクの変化を説明する。図４は、モータトルクならびにそのためのパラメータの変化の一例を模式的に示すタイムチャートである。ここで、変速段（変速比）は、制御モデルとしてＣＰＵ１１が備えている仮想車両における変速段（変速比）であり、一例として、車速もしくは車速に相当する所定の回転部材の回転速度（例えばプロペラシャフトの回転速度）とアクセルペダルの踏み込み量で代表させることのできる駆動要求量とをパラメータとした二次元マップ（変速マップ）として予め定められている。したがって、上述した車両Ｖｅにおける仮想の変速比（以下、単に変速比と記すことがある。）は、アクセルポジションセンサ１３で検出されたアクセルポジション（以下、アクセル開度と記すことがある。）と、回転速度センサ１６によって検出されたプロペラシャフト６の回転速度（以下、出力回転数と記すことがある。）と、上記の変速マップとによって求められる。図４に示す例では、このようにして定まる第１速で走行している状態から第２速に手動によって変速操作された場合のトルクの変化を模式的に示してある。

アクセルペダル１２が踏み込まれてアクセル開度が所定の開度に維持されており、それに応じてモータ１が駆動トルクを出力し、それに伴って車速が次第に増大して仮想エンジン回転数Ｎｅが次第に増大している。このようないわゆる通常の走行状態では、出力制限の一例であるトルクレートの上限値が重度の制限に相当する所定値β1 に設定されている。

仮想エンジン回転数Ｎｅが次第に増大して、前述した基準回転数αに達した場合（ｔ1時点）には、前述した図３に示すフローチャートでのステップＳ１で肯定的に判断され、トルクレートの上限値が変更される。変更後の上限値を図４には所定値β1 より大きい値β2 （＞β1 ）で示してある。

車速の増大に伴って仮想エンジン回転数Ｎｅがある程度大きくなると、運転者は第２速へのアップシフトに関連する操作として、先ず、アクセルペダル１２を踏み戻し、クラッチペダル１８の踏み混みに備えてアクセルペダル１２から足を離す（ｔ2時点）。すなわち、アクセル開度がゼロに向けて減じられる。仮想車両もしくはＭＴ車両においてアクセルペダルを踏み戻してアクセル開度を減じると、それに応じてエンジントルクならびに駆動トルクが低下するので、車両は減速する。このような仮想車両もしくはＭＴ車両の挙動を模擬するために、モータ１のトルクを急激に低下させ、また回生制動力を生じさせる。その場合、トルクレートが大きくなるように蓄電装置３から電力を入出力させることになるが、図４に示す例では、トルクレートの制限が緩和されてその上限値を所定値β2 に増大させてあるから、プロペラシャフト６のトルクが図２に示す変速機出力トルク算出部１１５で算出されたトルクとなるようにモータトルクを制御することができる。なお、この場合、クラッチペダル１８は未だ踏み込まれていないことにより係合状態（ＯＮ状態）になっている。したがって、仮想エンジン回転数Ｎｅは従前の車速の変化と同様に増大する。

アクセルペダル１２が踏み戻されるとともにクラッチペダル１８が踏み込まれると（ｔ3 時点）、アクセル開度がゼロになって仮想車両ではエンジンが制動作用を行うことになる。また、クラッチ機構による伝達トルク容量がクラッチペダルの踏み込み量に応じて次第に低下する。この過程では、エンジンブレーキ力によって車両が制動されるとともに、その制動力（減速度）が次第に低下する。このような挙動をモータ１によって模擬するために、モータ１は発電機として機能するように制御され、その回生制動力（いわゆる負トルク）が次第に小さくなるように制御される。したがって、モータ１は大きい回生制動力を発生している状態からその回生制動力を所定の勾配で低下させることになるから、蓄電装置３への充電量もしくはトルク変化率が大きくなる。しかしながら、トルクレートの制限を緩和するようにその上限値が引き上げられているので、モータ１は制限を受けずに回生制動力を発生し、車両Ｖｅに必要な減速度を生じさせることができる。すなわち、仮想車両の挙動を模擬することができる。

仮想車両においてクラッチペダルが完全に踏み込まれてクラッチが解放状態（ＯＦＦ状態）になると、エンジンが駆動輪から切り離されるので、エンジンによる制動作用がなくなる。上記の車両Ｖｅでは、このような挙動を模擬するために、クラッチペダル１８が完全に踏み込まれてＯＦＦ状態になった時点（ｔ4 時点）にモータトルクがゼロに制御される。すなわち、回生制動が解消される。また、モータ１のトルク制御が一旦終了するので、トルクレートの制限の緩和を終了してトルクレートの上限値が元の所定値β1 に戻される。

このようにして前輪（駆動輪）２に駆動トルクや制動トルクが掛からない状態に制御し、その制御状態でシフト機構１７が操作されて、第１速（１ｓｔ）ポジションからニュートラルポジション（Ｎ）を経由して第２速（２ｎｄ）ポジションに切り替えられる（ｔ5 時点～ｔ6 時点）。

その後、クラッチペダル１８が踏み戻されつつアクセルペダル１２が踏み込まれる（ｔ7 時点）。また、アクセル開度の増大に応じてモータ１の出力トルクが次第に増大する。その場合、迅速な変速のためにクラッチペダル１８の踏み戻し速度やアクセルペダル１２の踏み込み速度が速いと、モータ１は急速に出力トルクを増大させる必要がある。これを可能にするために、トルクレートの制限を緩和し、上限値を通常時の所定値β1 からβ2 に引き上げる。

クラッチペダル１８が完全に踏み戻されて係合状態（ＯＮ状態）になる（ｔ8 時点）までは、クラッチ機構によるトルク伝達の接続操作中であることを要因としてトルクレートについての制限の緩和が継続される。

前述したように仮想車両あるいは通常のＭＴ車両では、クラッチを繋いで変速を完了すると、変速後の変速比およびアクセル開度に応じたトルクが駆動輪に掛かるので、そのようなトルクの変化によって前後振動（もしくは揺れ）が生じることがある。このような挙動を模擬するために、図４に示す例では、モータトルクを全体として増大しつつ大小に変動させる。その場合の変動幅や周期は、仮想車両やＭＴ車両を用いてシミュレーションし、あるいは実測することにより決めればよい。このような前後振動は、次第に収束するからモータ１に要求されるトルクの変動は次第に小さくなる。すなわち、そのようなトルク変動に伴って蓄電装置３に掛かる負荷が次第に低下するので、その負荷が上限を超えなくなると想定した時間（図３のステップＳ４に示すｔ秒）が経過した時点（ｔ9 時点）に、トルクレートの制限の緩和を終了し、その上限値を所定値β1 に戻す。

なお、変速時の駆動トルクの落ち込みを少なくし、あるいは短時間とすることを意図してアクセルペダル１２をある程度踏み込んだまま、クラッチペダル１８を踏み込んで変速操作を開始する場合がある。その例を図４に破線で示してあり、クラッチペダル１８を踏み込み始めたｔ3 時点では、アクセルペダル１２が従前のまま踏み込まれており、クラッチペダル１８を踏み込んでいる途中（ｔ10時点）でアクセルペダル１２が踏み戻される。

この場合、アクセル開度が減少し始めてから（ｔ10時点から）クラッチが完全に解放状態（ＯＦＦ状態）になる（ｔ4 時点）までの時間が短く、その間にモータトルクをゼロに低下させることになる。そのため、トルクレートが大きいことにより蓄電装置３の負荷が大きくなるが、クラッチペダル１８の踏み込み開始を変速操作の開始のトリガ（要因）としてトルクレート（可能出力トルク変化率）の制限を緩和することにより、モータトルクを急激かつ大きく変化させることを可能にして、手動変速時の車両の挙動を模擬した電気自動車Ｖｅの挙動を創出することを可能にしてある。

なお、トルクレートが大きいことにより蓄電装置３の負荷が大きくなることがあるが、クラッチペダル１８を踏み込む時間は短時間であって大きい負荷が掛かる時間が短いから、蓄電装置３やインバータ１０の温度上昇などの負荷に伴う変化は短時間のうちに解消され、蓄電装置３などの損傷や耐久性の低下は特に問題となることはない。言い換えれば、制限の緩和の程度を適宜に設定することにより、蓄電装置３などの損傷や耐久性の低下を回避できる。

ここで、参考として、上述した制限の緩和を行わなかった場合のモータトルクの変化を説明する。例えばトルクレートを通常時の重度の制限に維持したまま、手動変速に伴うＭＴ車両の挙動を模擬するようにモータ１のトルクを制御するとした場合、蓄電装置３におけるトルクレート（可能出力トルク変化率）の制限によってモータ１のトルクを急激には変化させることができない。したがって、仮想エンジン回転数Ｎｅが基準回転数αに達したり、あるいはアクセルペダル１２が踏み戻され始めた時点で直ちにモータトルクを低減させることができず、例えば図４に一点鎖線で示すように従前のモータトルクが維持される。その結果、運転者は変速を意図して駆動トルクをゼロにしようとしているのにも拘わらず、車両が動力源からの出力によって駆動され続けることになり、運転者の意図に反する駆動状態になって運転者に違和感を与えることになる。このような不都合は、本発明の実施形態におけるように可能出力トルク変化率や電力入出力量の制限を緩和することにより解消でき、もしくは抑制できる。

ところで、車両Ｖｅの走行状態は、道路の交通状態や路面状態などによって区々であり、大きい駆動力を必要とした走行の過程で変速する事態も生じる。そのような場合、蓄電装置３やインバータ１０ならびにモータ１を含むシステムに大きい負荷が掛かっていることにより、それ以上の負荷を抑制してシステムの保護を優先的に実行していることがあるが、その状態で手動変速する場合には、システムの保護を優先することになる。そのための制御が前述した図３に示すステップＳ５の制御であり、システム保護による制限の緩和の規制があれば、従前の制御状態を維持することとして、制限の緩和を行わない。その結果、モータトルクは、可能出力トルク変化率や電力入出力量の上限値程度で制御されるので、例えば図４に二点鎖線で示すように直線的に変化する。したがって、システムの保護を図ることができる。これに対して仮想車両もしくはＭＴ車両での変速後の前後振動（もしくは揺れ）を模擬することができない。しかしながら、このような前後振動（もしくは揺れ）は、不可避的に生じるものであって運転者が意図したものではないから、上記の車両Ｖｅにおいてそのような前後振動（もしくは揺れ）を模擬できないとしても特には違和感となることはない。言い換えれば、手動変速の際の車両の挙動の模擬と蓄電装置３を含むシステムの保護もしくは耐久性の維持とを両立させることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されないのであって、本発明における電動機は、上述した発電機能のあるいわゆるモータ・ジェネレータであることが好ましいが、駆動トルクを出力するモータと、回生制動時に発電を行うジェネレータとを設けた構成であってもよい。また、本発明におけるアクセル機構は、前述したアクセルペダル１２およびそのセンサ１３を主体とする構成が一般的であるが、運転者が直接操作する機構はペダル以外のものであってもよい。さらに、本発明におけるクラッチ機構は、上述したクラッチペダル１８およびそのセンサ２０を主体とする構成が一般的であるが、運転者が直接操作する機構はペダル以外のものであってもよい。またさらに、変速段（変速比）を算出するための回転数を上述したプロペラシャフトの回転数に限られないのであって、車速に相当する適宜の回転部材の回転数であってよい。

また一方、本発明においてシフト機構によって選択するモードは、ＭＴ車両における変速段（変速比）がその例であるが、本発明で対象とする電気自動車は変速機を備えていないので、ＭＴ車両ほどに固定的な変速段（変速比）を設定することが困難な場合があり、したがって本発明におけるモードとは、変速段（変速比）を含むとともに、所定の変速比を中心にした所定の幅のある変速比で走行できる制御状態であってもよい。そして、本発明において、上限値を変化させる制限の緩和は、前述した重度、中度、軽度の制限を予め用意しておき、重度から中度もしくは軽度に上限値を変化させる以外に、上限値に緩和係数を掛け、その緩和係数を蓄電装置３の温度やＳＯＣなどに応じて適宜の値に設定し、あるいは変速直前の仮想エンジン回転数に応じた値とすることとしてもよい。

１ モータ
２ 前輪
３ 蓄電装置
６ プロペラシャフト
１０ インバータ
１１ ＥＣＵ
１２ アクセルペダル
１３ アクセルポジションセンサ
１４ ブレーキペダル
１５ ブレーキセンサ
１６ 回転速度センサ
１７ シフト機構
１８ クラッチペダル
１９ シフトポジションセンサ
２０ クラッチポジションセンサ
１１０ 仮想エンジン回転速度算出部
１１１ 仮想エンジン出力トルク算出部
１１２ トルク伝達ゲイン算出部
１１３ クラッチ出力トルク算出部
１１４ ギヤ比算出部
１１５ 変速機出力トルク算出部
１１６ 制限部
１１７ 制限緩和部
Ｖｅ 電気自動車

Claims (6)

1. 駆動力源としての電動機と、運転者によって操作されて前記電動機の出力を増減するアクセル機構と、前記電動機に接続されかつ出力可能トルク変化率と電力入出力量との少なくともいずれか一方が制限される蓄電装置と、前記運転者によって操作されて、前記電動機と駆動輪との間のトルクの伝達の断続を行うクラッチ操作を模擬するクラッチ機構と、前記運転者によって操作されて、前記電動機の出力と前記駆動輪での駆動トルクとの関係であるモードを選択するシフト機構とを備えている電気自動車の手動変速模擬制御装置において、
   前記電動機のトルクを制御するコントローラを有し、
   前記コントローラは、
   前記クラッチ機構による前記トルクの断続の模擬操作と、前記断続の模擬操作に関連して前記アクセル機構による前記電動機の出力増減操作と、前記シフト機構による前記モードの選択操作とを含むシフト操作の検出信号に基づいて前記電動機の出力トルクを変化させるトルク制御を行い、
   前記シフト操作に伴う前記電動機の出力トルクの変化の際に、前記出力可能トルク変化率と電力入出力量との少なくともいずれか一方の制限値を前記制限を緩和する方向に変化させる
   ことを特徴とする電気自動車の手動変速模擬制御装置。
2. 請求項１に記載の電気自動車の手動変速模擬制御装置において、
   前記コントローラは、前記制限の緩和を、前記クラッチ機構による、前記トルクの遮断の切断模擬操作の際、もしくは前記トルクの伝達の接続模擬操作の際に行うことを特徴とする電気自動車の手動変速模擬制御装置。
3. 請求項１に記載の電気自動車の手動変速模擬制御装置において、
   前記コントローラは、前記制限の緩和を、前記クラッチ機構による、前記トルクの遮断の切断模擬操作の後の所定時間の間、もしくは前記トルクの伝達の接続模擬操作の後の所定時間の間、行うことを特徴とする電気自動車の手動変速模擬制御装置。
4. 請求項１に記載の電気自動車の手動変速模擬制御装置において、
   前記コントローラは、
   前記シフト機構によって変速比が切り替えられる変速機と、前記変速機が連結されたエンジンとを有する仮想車両を制御モデルとして備え、
   前記変速機で設定されていることが想定される変速比と、前記電気自動車の車速に相当する所定の回転速度とに基づいて仮想エンジン回転数を求め、
   前記仮想エンジン回転数が予め定めた基準回転数以上の場合に、前記制限の緩和を行う
   ことを特徴とする電気自動車の手動変速模擬制御装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の電気自動車の手動変速模擬制御装置において、
   前記コントローラは、
   前記電動機もしくは前記蓄電装置の保護要求の成立を判断し、
   前記保護要求が成立している場合には、前記制限の緩和を規制する
   ことを特徴とする電気自動車の手動変速模擬制御装置。
6. 請求項５に記載の電気自動車の手動変速模擬制御装置において、
   前記コントローラによる前記制限の緩和の規制は、前記クラッチ機構による前記トルクの遮断の切断模擬操作の際の前記制限が緩和する方向への前記制限値の変化を、前記クラッチ機構による前記トルクの伝達の接続模擬操作の際の前記制限が緩和する方向への前記制限値の変化に優先させることであることを特徴とする電気自動車の手動変速模擬制御装置。

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