JP7414173B1 - 電動車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者に与える違和感を軽減しつつ模擬変速を行えるようにする。【解決手段】模擬変速のためのシーケンシャルシフタの操作に連動して出力軸要求トルクの過渡的な変化と模擬エンジン回転速度に応じたエンジン音の過渡的な変化とを発生させるように構成された電動車両において、制御装置は、出力軸要求トルクの過渡的な変化を特定するパラメータに基づいて、第１ギヤ段から第２ギヤ段への模擬変速に伴う模擬エンジン回転速度の変化時間を決定し、決定した変化時間と、模擬変速の開始時における第１ギヤ段での模擬エンジン回転速度と第２ギヤ段の模擬エンジン回転速度との差である差回転速度とに基づいて、模擬変速に伴う模擬エンジン回転速度の変化レートを決定する。【選択図】図２

Description

本開示は、電動車両の制御装置に関する。

特許文献１は、疑似的な手動変速動作を実現可能な電気自動車を開示している。この電気自動車は、電気自動車の走行状態がエンジンの駆動力によって実現されると仮定したときのエンジン回転速度を模擬した仮想エンジン回転速度を取得し、取得した仮想エンジン回転速度に応じてエンジン音を発生させるエンジン音発生制御手段を備える。

特開２０２２－０３６８２７号公報

模擬変速のためにクラッチペダルを備えずにシーケンシャルシフタ（例えばパドル式）を備える電動車両には、次のような課題がある。すなわち、当該電動車両では、模擬変速のための当該シフタの操作に連動して、車両駆動装置の出力軸要求トルクの過渡的な変化と、エンジン音の過渡的な変化とを発生させることが考えられる。しかしながら、模擬変速の際に、出力軸要求トルクの過渡的な変化に起因して生じる車両挙動とエンジン音の過渡的な変化との間にタイミングのずれがあると、運転者に違和感を与える可能性がある。

本開示は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、模擬変速のためにシーケンシャルシフタを備える電動車両において、運転者に与える違和感を軽減しつつ模擬変速を行えるようにした電動車両の制御装置を提供することを目的とする。

本開示に係る電動車両の制御装置は、電気モータを含む車両駆動装置と、模擬変速のために運転者によって操作されるシーケンシャルシフタとを備える電動車両を制御する。電動車両は、模擬変速のためのシーケンシャルシフタの操作に連動して、車両駆動装置の出力軸要求トルクの過渡的な変化と、車両駆動装置の出力軸回転速度及びギヤ段に基づく模擬エンジン回転速度に応じたエンジン音の過渡的な変化とを発生させるように構成されている。制御装置は、出力軸要求トルクの過渡的な変化を特定するパラメータに基づいて、第１ギヤ段から第２ギヤ段への模擬変速に伴う模擬エンジン回転速度の変化時間を決定し、決定した変化時間と、模擬変速の開始時における第１ギヤ段での模擬エンジン回転速度と第２ギヤ段の模擬エンジン回転速度との差である差回転速度とに基づいて、模擬変速に伴う模擬エンジン回転速度の変化レートを決定する。

本開示によれば、模擬変速のためにシーケンシャルシフタを備える電動車両において、運転者に与える違和感を軽減しつつ模擬変速を行えるようになる。

実施の形態に係る電動車両の構成を模式的に示す図である。 実施の形態に係る模擬変速時の処理を示すフローチャートである。 図２中の変速過渡挙動算出処理ＰＲ１、ＰＲ２を説明するための図である。 模擬変速時の処理の他の例を説明するための図である。

添付図面とともに、本開示の実施の形態について説明する。

１．電動車両の構成
図１は、実施の形態に係る電動車両１０の構成を模式的に示す図である。図１に示すように、電動車両１０は、電気モータ２を含む「車両駆動装置」を備えている。電気モータ２の出力軸３はギヤ機構４を介してプロペラシャフト（又は「ペラ軸」）５の一端に接続されている。ペラ軸５には、その回転速度（ペラ軸回転速度Ｎｐ）を検出するための回転速度センサ４０が設けられている。ペラ軸回転速度Ｎｐは、「車両駆動装置」の出力軸回転速度に相当する。ペラ軸５の他端はディファレンシャルギヤ６を介してドライブシャフト７に接続されている。電動車両１０は駆動輪８と従動輪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は電動車両１０の車速センサとしても用いられる。

電動車両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。すなわち、電動車両１０は、例えば、バッテリ１４に蓄えられた電気エネルギで走行するバッテリ電気自動車（ＢＥＶ）である。インバータ１６は加速時にバッテリ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。また、インバータ１６は減速時に電気モータ２から入力される回生電力を直流電力に変換し、バッテリ１４に充電する。なお、本開示に係る「電動車両」は、車両駆動装置として少なくとも電気モータを含むものであればよく、例えば、電気モータの駆動力のみで走行するモードを有するハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）や燃料電池電気自動車（ＦＣＥＶ）であってもよい。

電動車両１０は、運転者が電動車両１０に対する加速要求を入力するためのアクセルペダル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、アクセル開度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、ブレーキ踏込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。

電動車両１０は、さらにパドル式のシーケンシャルシフタ（又は、単にパドルシフタ）２６を備えているが、手動変速機（ＭＴ）車両が備える変速機及びクラッチ機構を備えていない。すなわち、パドルシフタ２６は、本来のパドルシフタとは異なるダミーであり、後述の「模擬変速」のために運転者によって操作される。パドルシフタ２６によれば、模擬変速のためのギヤ段を選択できる。付け加えると、電動車両１０は、模擬変速のためにクラッチペダルも備えていない。パドルシフタ２６はステアリングホイールに取り付けられている。パドルシフタ２６は操作ポジションを決定するアップシフトスイッチ２６ｕとダウンシフトスイッチ２６ｄを備える。アップシフトスイッチ２６ｕはアップシフト信号を出力し、ダウンシフトスイッチ２６ｄはダウンシフト信号を出力する。なお、本開示に係る「シーケンシャルシフタ」は、レバー式などの他の方式のものであってもよい。

電動車両１０は、モード選択装置４２を備えている。モード選択装置４２は電動車両１０の走行モードを選択するスイッチである。電動車両１０の走行モードは、例えば、模擬手動変速モード（模擬ＭＴモード）とＥＶモードを含む。模擬ＭＴモードは、電動車両１０をＭＴ車両のように運転するための制御モードであり、アクセルペダル２２の操作に対する電気モータ２の出力特性をパドルシフタ２６の操作ポジションに応じて変化させるようにプログラムされている。ＥＶモードはパドルシフタ２６の操作ポジションによらずにアクセルペダル２２の操作に応じて電気モータ２の出力を変化させる制御モードである。

電動車両１０はスピーカ４４を備えている。スピーカ４４は、制御装置５０からの指令に応じて作動し、後述の模擬エンジン回転速度Ｎｅに応じたエンジン音を発生させる。

電動車両１０は、制御装置５０を備えている。電動車両１０に搭載された各センサや制御対象の機器は情報通信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、例えば、電動車両１０に搭載される電子制御ユニット（ＥＣＵ）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。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。プロセッサ５６は、プログラムやデータをメモリ５４から読み出して実行し、上述の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。

２．模擬変速時の処理
上述の構成を備える電動車両１０では、運転者は、模擬ＭＴモードの選択中にパドルシフタ２６を操作することにより、模擬変速を行うことができる。具体的には、制御装置５０は、模擬変速のためのパドルシフタ２６の操作（すなわち、仮想的なギヤ段を切り替える模擬変速要求）に連動して、ペラ軸トルクＴｐの過渡的な変化とエンジン音の過渡的な変化とを発生させるように電動車両１０を制御する。

ペラ軸トルクＴｐは、ペラ軸５の出力トルク、すなわち、「車両駆動装置」の出力軸トルクに相当する。制御装置５０は、例えば、アクセル開度Ｐａｐ、ギヤ段、及びペラ軸回転速度Ｎｐに基づいて、要求ペラ軸トルクＴｐｒを算出する。要求トルクＴｐｒは、インバータ１６をＰＷＭ制御するための電気モータ２のトルク指令値に相当する。制御装置５０は、電気モータ２によって生成されるペラ軸トルクＴｐが要求トルクＴｐｒとなるようにインバータ１６を制御する。

そして、模擬変速要求が出された場合、制御装置５０は、例えば後述の図３及び図４に示すように要求トルクＴｐｒを過渡的に変化させる。これにより、ＭＴ車両の操作感及び車両挙動（変速感を含む）を模擬的に再現することができる。

また、制御装置５０は、模擬ＭＴモードの選択中に、模擬回転速度Ｎｅに応じて変化するエンジン音を発生させるようにスピーカ４４を作動させる。模擬回転速度Ｎｅの算出手法は後述される。このようにエンジン音を付加することにより、内燃機関を搭載するＭＴ車両を運転している感覚をさらに高めることができる。

そして、模擬変速要求が出された場合、制御装置５０は、後述のように模擬回転速度Ｎｅを過渡的に変化させることで、エンジン音に対して模擬変速に連動した過渡的な変化を生じさせる。これにより、ＭＴ車両の変速感をより効果的に再現することができる。

上述の模擬変速の際に、要求トルクＴｐｒの過渡的な変化に起因して生じる車両挙動とエンジン音の過渡的な変化との間にタイミングのずれがあると、運転者に違和感を与える可能性がある。

そこで、制御装置５０は、「要求トルクＴｐｒ（出力軸要求トルク）の過渡的な変化を特定するパラメータＰ」に基づいて、模擬変速に伴う模擬回転速度Ｎｅの変化時間Δｔｎｅを決定する。そして、制御装置５０は、決定した変化時間Δｔｎｅと模擬変速の開始時における模擬回転速度Ｎｅの差回転速度ΔＮｅ０とに基づいて、模擬変速に伴う模擬回転速度Ｎｅの変化レートＲｎｅを決定する。

図２は、実施の形態に係る模擬変速時の処理を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、模擬ＭＴモードの選択中に制御装置５０によって繰り返し実行される。図３は、図２中の変速過渡挙動算出処理ＰＲ１及びＰＲ２を説明するための図である。なお、図３（後述の図４も同様）に関する説明では、模擬変速の直前のギヤ段を「Ｎ速段（本開示に係る第１ギヤ段に相当）」と称し、模擬変速の直後のギヤ段を「Ｎ－１速段又はＮ＋１速段（本開示に係る第２ギヤ段に相当）」と称する。

ステップＳ１００において、制御装置５０（プロセッサ５６）は、アップシフトスイッチ２６ｕ及びダウンシフトスイッチ２６ｄからの信号に基づいて、模擬変速要求があるか否かを判定する。その結果、模擬変速要求がない場合、処理はリターンに進む。一方、模擬変速要求がある場合、処理はステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２において、制御装置５０は、模擬変速の過渡挙動の算出に変速時のエンジンイナーシャｅｉを加味するか否かを判定する。例えば、制御装置５０は、スイッチ２６ｕ及び２６ｄからの信号に基づいて、ダウンシフト時にはイナーシャｅｉを加味し、アップシフト時にはイナーシャｅｉを加味しないと判定する。なお、ダウンシフト時にイナーシャｅｉを加味する理由は、変速感（変速ショック）を演出するためである。一方、アップシフト時にイナーシャｅｉを加味しない理由は、イナーシャｅｉを加味することに起因する飛び出し感を生じさせないためである。

イナーシャｅｉを加味する場合（Ｓ１０２；Ｙｅｓ）、制御装置５０は、イナーシャｅｉを加味した変速過渡挙動算出処理ＰＲ１を実行する（ステップＳ１０４）。

図３（Ａ）に示すように、算出処理ＰＲ１では、まず、模擬変速による過渡的な変化が加わるように要求トルクＴｐｒが算出される。具体的には、ダウンシフト時には、要求トルクＴｐｒ（Ｎｍ）は、Ｎ速段での要求トルクＴｐｒ＿ＮからＮ－１速段での要求トルクＴｐｒ＿Ｎ－１に単にステップ的に変化させられるのではなく、変速感（変速ショック）を演出するために次のように変化させられる。すなわち、要求トルクＴｐｒは、Ｎ速段での要求トルクＴｐｒ＿ＮからエンジンイナーシャピークトルクＴｅｉ０相当分だけ低いトルク値まで大きく下げた後に所定時間をかけてＮ－１速段での要求トルクＴｐｒ＿Ｎ－１に変化するように算出される。トルクＴｅｉ０は、模擬変速の開始時点ｔ０のエンジンイナーシャピークトルクＴｅｉである。トルクＴｅｉは、ギヤ段及びペラ軸回転速度ＮｐとトルクＴｅｉとの関係を定めたマップから取得できる。したがって、当該マップから、Ｎ－１速段と時点ｔ０でのペラ軸回転速度Ｎｐに応じたトルクＴｅｉ０を取得できる。そして、算出処理ＰＲ１では、要求トルクＴｐｒ＿Ｎから上記トルク値までの要求トルクＴｐｒの変化レートＲｐ（Ｎｍ／ｍｓ）が、ギヤ段及びペラ軸回転速度Ｎｐと変化レートＲｐとの関係を定めたマップから取得される。

算出処理ＰＲ１では、模擬変速に伴う模擬回転速度Ｎｅの変化時間Δｔｎｅ＿ｄ（ｍｓ）が、上述のように取得されたトルクＴｅｉ０を変化レートＲｐで除して算出（決定）される。すなわち、ダウンシフト時には、トルクＴｅｉ０及び変化レートＲｐが、上述の「パラメータＰ」に相当する。

そして、算出処理ＰＲ１では、時点ｔ０における差回転速度ΔＮｅ０＿ｄ（ｒｐｍ）を変化時間Δｔｎｅ＿ｄ（ｍｓ）で除することによって、模擬回転速度Ｎｅの変化レートＲｎｅ＿ｄ（ｒｐｍ／ｍｓ）が算出（決定）される。差回転速度ΔＮｅ０＿ｄは、時点ｔ０におけるＮ－１速段での値Ｎｅ０＿Ｎ－１からＮ速段での値Ｎｅ０＿Ｎを引いて得られる。各時点におけるＮ速段での模擬回転速度Ｎｅ＿Ｎは、各時点におけるペラ軸回転速度ＮｐにＮ速ギヤ比を乗じて算出される。このことは、各時点におけるＮ－１速段での模擬回転速度Ｎｅ＿Ｎ－１についても同様である。

上述のように、算出処理ＰＲ１によれば、模擬変速の実行に伴い、模擬回転速度Ｎｅは、時点ｔ０からの変化時間Δｔｎｅ＿ｄの期間中に変化レートＲｎｅ＿ｄで値Ｎｅ０＿Ｎから値Ｎｅ０＿Ｎ－１に変化（上昇）するように算出される。

一方、イナーシャｅｉを加味しない場合（Ｓ１０２；Ｎｏ）、制御装置５０は、イナーシャｅｉを加味しない変速過渡挙動算出処理ＰＲ２を実行する（ステップＳ１０６）。

図３（Ｂ）に示すように、アップシフト時のための算出処理ＰＲ２では、要求トルクＴｐｒは、イナーシャｅｉを加味せずに、時点ｔ０からの変化時間Δｔｎｅ＿ｕの期間中にＮ速段での要求トルクＴｐｒ＿ＮからＮ＋１速段での要求トルクＴｐｒ＿Ｎ＋１に変化レートＲｐでステップ的に変化するように算出される。

算出処理ＰＲ２で用いられる変化時間Δｔｎｅ＿ｕは、時点ｔ０における差トルクΔＴｐｒ０を変化レートＲｐで除して算出（決定）される。すなわち、アップシフト時には、差トルクΔＴｐｒ０及び変化レートＲｐが、上述の「パラメータＰ」に相当する。差トルクΔＴｐｒ０は、時点ｔ０におけるＮ速段での値Ｔｐｒ０＿ＮからＮ＋１速段での値Ｔｐｒ０＿Ｎ＋１を引いて得られる。

そして、算出処理ＰＲ２では、時点ｔ０における差回転速度ΔＮｅ０＿ｕを変化時間Δｔｎｅ＿ｕで除することによって、模擬回転速度Ｎｅの変化レートＲｎｅ＿ｕが算出（決定）される。差回転速度ΔＮｅ０＿ｕは、時点ｔ０におけるＮ速段での値Ｎｅ０＿ＮからＮ＋１速段での値Ｎｅ０＿Ｎ＋１を引いて得られる差である。

上述のように、算出処理ＰＲ２によれば、模擬変速の実行に伴い、模擬回転速度Ｎｅは、時点ｔ０からの変化時間Δｔｎｅ＿ｕの期間中に変化レートＲｎｅ＿ｕで値Ｎｅ０＿Ｎから値Ｎｅ０＿Ｎ＋１に変化（低下）するように算出される。

以上説明したように、本実施形態によれば、「要求トルクＴｐｒの過渡的な変化（挙動）を特定するパラメータＰ」に基づいて、模擬変速に伴う模擬回転速度Ｎｅの変化時間Δｔｎｅが決定される。決定された変化時間Δｔｎｅと模擬変速の開始時の差回転速度ΔＮｅ０とに基づいて、模擬変速に伴う模擬回転速度Ｎｅの変化レートＲｎｅが決定される。つまり、エンジン音を特定するための模擬回転速度Ｎｅの過渡的な変化（挙動）がパラメータＰによって決定される。このため、要求トルクＴｐｒの過渡的な変化に起因して生じる車両挙動とエンジン音の過渡的な変化との間のタイミングのずれを効果的に抑制できる。これにより、運転者に与える違和感を軽減しつつ模擬変速を行えるようになる。

３．模擬変速時の処理の他の例
図４は、模擬変速時の処理の他の例を説明するための図である。エンジン音の特定のために模擬回転速度Ｎｅに加え、例えば、模擬エンジントルクＴｅが用いられてもよい。すなわち、エンジン音は、模擬回転速度Ｎｅだけでなく模擬トルクＴｅに応じて変化するように生成されてもよい。図４に示す例は、イナーシャｅｉを加味しないアップシフト時を対象としている。図４は、模擬トルクＴｅの波形が追加されている点において、図３（Ｂ）と相違している。

模擬トルクＴｅの変化レートＲｔｅ（Ｎｍ／ｍｓ）は、変化レートＲｎｅ＿ｕの算出と同様の考え方に基づいて算出（決定）される。具体的には、変化レートＲｔｅは、時点ｔ０における差トルクΔＴｅ０（Ｎｍ）を、変化時間Δｔｎｅ＿ｕ（ｍｓ）で除することによって算出される。差トルクΔＴｅ０は、時点ｔ０におけるＮ速段での値Ｔｅ０＿ＮからＮ＋１速段での値Ｔｅ０＿Ｎ＋１を引いて得られる。各時点におけるＮ速段での模擬トルクＴｅ＿Ｎは、各時点における要求トルクＴｐｒにＮ速ギヤ比を乗じて算出される。このことは、各時点におけるＮ＋１速段での模擬トルクＴｅ＿Ｎ＋１についても同様である。

以上説明したように、図４に示す例によれば、変化レートＲｔｅの算出のために、変化レートＲｎｅ＿ｕの算出のために用いられるものと同じ変化時間Δｔｎｅ＿ｕ（ｍｓ）が用いられる。このため、エンジン音の特定のために模擬トルクＴｅが追加的に用いられる場合であっても、要求トルクＴｐｒの過渡的な変化に起因して生じる車両挙動とエンジン音の過渡的な変化との間のタイミングのずれを効果的に抑制できる。

２ 電気モータ、 ５ ペラ軸、 １０ 電動車両、 １６ インバータ、 ２２ アクセルペダル、 ２６ パドルシフタ、 ４０ 回転速度センサ、 ４４ スピーカ、 ５０ 制御装置

Claims (1)

1. 電気モータを含む車両駆動装置と、模擬変速のために運転者によって操作されるシーケンシャルシフタとを備える電動車両を制御する制御装置であって、
   前記電動車両は、前記模擬変速のための前記シーケンシャルシフタの操作に連動して、前記車両駆動装置の出力軸要求トルクの過渡的な変化と、前記車両駆動装置の出力軸回転速度及びギヤ段に基づく模擬エンジン回転速度に応じたエンジン音の過渡的な変化とを発生させるように構成され、
   前記制御装置は、
   前記出力軸要求トルクの過渡的な変化を特定するパラメータに基づいて、第１ギヤ段から第２ギヤ段への前記模擬変速に伴う前記模擬エンジン回転速度の変化時間を決定し、
   決定した前記変化時間と、前記模擬変速の開始時における前記第１ギヤ段での模擬エンジン回転速度と前記第２ギヤ段の模擬エンジン回転速度との差である差回転速度とに基づいて、前記模擬変速に伴う前記模擬エンジン回転速度の変化レートを決定する
   ことを特徴とする電動車両の制御装置。

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