JP7428283B1 - 電気自動車 - Google Patents
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Abstract
【課題】迅速に所望のトルクで走行する。【解決手段】車軸に連結された駆動軸にトルクを出力するモータと、運転者の操作により、走行に要求される要求トルクをモータから出力して走行するモータ走行モードと、運転者のシフト操作に基づいてモータから出力されるトルクの挙動をエンジンと有段変速機とを備えるエンジン車におけるトルクの挙動として走行する変速走行モードと、を含む複数の走行モードから1つの走行モードを選択するモード選択装置と、モード選択装置により選択された走行モードで走行するようにモータを制御する制御装置と、を備える電気自動車であって、制御装置は、変速走行モードで走行している場合において、アクセルペダルの開度であるアクセル開度が所定開度以上のときには、走行モードをモータ走行モードへ切り替える。【選択図】図2
Description
本発明は、電気自動車に関する。
従来、この種の電気自動車としては、車軸に連結された駆動軸に動力を出力するモータと、運転者の操作により、モータ走行モードと変速走行モードとを含む複数の走行モードから1つの走行モードを選択するモード選択装置と、を備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。モータ走行モードは、走行に要求される要求トルクをモータから出力して走行する走行モードである。変速走行モードでは、運転者のシフト操作に基づいてモータから出力されるトルクの挙動をエンジンと有段変速機とを備える車両におけるトルクの挙動に近づけて走行させる走行モードである。
上述の電気自動車では、変速走行モードでは、モータから出力されるトルクの挙動をエンジンと有段変速機とを備える車両におけるトルクの挙動に近づけていることから、有段変速機の変速段によっては、モータから出力可能なトルクの上限値が、モータ走行モードのときに比して低くなる。そのため、変速走行モードで走行しているときに大きくアクセルペダルが踏み込まれても、迅速に所望のトルクで走行できない場合がある。
本発明の電気自動車は、迅速に所望のトルクで走行することを主目的とする。
本発明の電気自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の電気自動車は、
車軸に連結された駆動軸にトルクを出力するモータと、
運転者の操作により、走行に要求される要求トルクを前記モータから出力して走行するモータ走行モードと、前記運転者のシフト操作に基づいて前記モータから出力されるトルクの挙動をエンジンと有段変速機とを備えるエンジン車におけるトルクの挙動として走行する変速走行モードと、を含む複数の走行モードから1つの前記走行モードを選択するモード選択装置と、
前記モード選択装置により選択された前記走行モードで走行するように前記モータを制御する制御装置と、
を備える電気自動車であって、
前記制御装置は、前記変速走行モードで走行している場合において、アクセルペダルの開度であるアクセル開度が所定開度以上のときには、前記走行モードを前記モータ走行モードへ切り替える
ことを要旨とする。
車軸に連結された駆動軸にトルクを出力するモータと、
運転者の操作により、走行に要求される要求トルクを前記モータから出力して走行するモータ走行モードと、前記運転者のシフト操作に基づいて前記モータから出力されるトルクの挙動をエンジンと有段変速機とを備えるエンジン車におけるトルクの挙動として走行する変速走行モードと、を含む複数の走行モードから1つの前記走行モードを選択するモード選択装置と、
前記モード選択装置により選択された前記走行モードで走行するように前記モータを制御する制御装置と、
を備える電気自動車であって、
前記制御装置は、前記変速走行モードで走行している場合において、アクセルペダルの開度であるアクセル開度が所定開度以上のときには、前記走行モードを前記モータ走行モードへ切り替える
ことを要旨とする。
この本発明の電気自動車では、変速走行モードで走行している場合において、アクセルペダルの開度であるアクセル開度が所定開度以上のときには、走行モードをモータ走行モードへ切り替える。変速走行モードのときには、模擬するエンジン車の有段変速機の変速段によっては、モータから出力可能なトルクの上限値が、モータ走行モードのときに比して低くなる。したがって、アクセル開度が所定開度以上のときには、走行モードをモータ走行モードへ切り替えることにより、走行モードをモータ走行モードへ切り替えることにより、モータから出力されるトルクを大きくすることができる。モータは、変速走行モードのときに模擬するエンジン車のエンジンに比してトルク応答性が高い。この結果、迅速に所望のトルクで走行できる。ここで、「所定開度」としては、変速走行モードでトルクの挙動を模擬するエンジン車の有段変速機の設定されている変速段で駆動軸に出力可能なトルクの上限値を超えるトルク要求がなされていると判断できるアクセルペダルの開度として予め実験や解析、機械学習などで定めた値である。
こうした本発明の電気自動車において、前記アクセル開度が前記所定開度以上になると前記アクセルペダルに押し込まれて引っ掛かるスイッチを備えていてもよい。アクセル開度が所定開度以上になると、スイッチがアクセルペダルに押し込まれて引っ掛かり、引っ掛かりの感触を運転者がアクセルペダルを介して認識して走行モードがモータ走行モードに切り替えられたことを認識できる。これにより、走行モードがモータ走行モードに切り替えられたことを運転者に認識させることができる。
また、本発明の電気自動車において、前記制御装置は、前記変速走行モードで走行している場合において、前記シフト操作に基づくシフトポジションが所定高速段以上であり、且つ、前記アクセル開度が前記所定開度以上のときには、前記走行モードを前記モータ走行モードへ切り替えてもよい。シフトポジションが所定高速段以上のときは、シフトポジションが所定高速段未満のときに比して、駆動軸に出力されるトルクの上限値が低くなる。したがって、シフトポジションが所定高速段以上であり、且つ、アクセル開度が所定開度以上のときには、走行モードをモータ走行モードへ切り替えることにより、より適正なタイミングで走行モードをモータ走行モードへ切り替えることができる。
さらに、本発明の電気自動車において、前記制御装置は、前記変速走行モードで走行している場合において、前記アクセル開度が所定高速段以上であり前記走行モードを前記モータ走行モードへ切り替えた場合において、前記アクセル開度が前記所定開度未満になったときには、前記走行モードを前記モータ走行モードで維持してもよい。こうすれば、走行モードが頻繁に切り替わることを抑制できる。
そして、本発明の電気自動車において、情報を前記運転者に認識可能に報知する報知装置を備え、前記制御装置は、前記変速走行モードで走行している場合において、前記アクセル開度が前記所定開度以上のときには、前記走行モードを前記モータ走行モードへ切り替えると共にその旨を前記報知装置により報知してもよい。こうすれば、走行モードがモータ走行モードへ切り替わったことを運転者に認識させることができる。
また、本発明の電気自動車において、前記制御装置は、前記変速走行モードで走行している場合において、アクセルペダルの開度であるアクセル開度が所定開度以上のときには、前記モータから出力するトルクを緩やかに変化させながら、前記走行モードを前記モータ走行モードへ切り替えてもよい。こうすれば、走行モードをモータ走行モードへ切り替える際の車両挙動の急変を抑制できる。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例としての電気自動車20の構成の概略を示す構成図である。図示するように、実施例の電気自動車20は、走行用のモータ32と、インバータ34と、バッテリ36と、電子制御ユニット50とを備える。
モータ32は、三相交流電動機として構成されており、回転子コアに永久磁石が埋め込まれた回転子と、固定子コアに三相コイルが巻回された固定子とを備える。モータ32の回転子は、駆動輪22a,22bにデファレンシャルギヤ24を介して連結された駆動軸26に接続されている。
インバータ34は、モータ32の駆動に用いられる。インバータ34は、電力ライン38を介してバッテリ36に接続されており、6つのスイッチング素子としてのトランジスタT11~T16と、6つのトランジスタT11~T16のそれぞれに並列に接続された6つのダイオードD11~D16とを有する。トランジスタT11~T16は、それぞれ、電力ライン38の正極側ラインと負極側ラインとに対してソース側とシンク側になるように2つずつペアで配置されている。各ペアの2つのトランジスタの接続点は、それぞれ、モータ32の対応する相(U相、V相、W相)のコイルに接続されている。したがって、インバータ34に電圧が作用しているときに、ECU50によって、対となるトランジスタT11~T16のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータ32が回転駆動される。
バッテリ36は、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、電力ライン38を介してインバータ34に接続されている。電力ライン38には、平滑用のコンデンサ39が取り付けられている。
ECU50は、CPU、ROM、RAM、フラッシュメモリ、入出力ポートを有するマイクロコンピュータを備える。ECU50は、回転位置センサ32aからのモータ32の回転子の回転位置θm、電流センサ32u,32vからのモータ32のU相、V相の相電流Iu,Iv、電圧センサ36aからのバッテリ36の電圧Vb、電流センサ36bからのバッテリ36の電流Ib、電圧センサ39aからの電力ライン38(コンデンサ39)の電圧VLを入力する。スタートスイッチ60からのスタート信号、シフトポジションセンサ62からのシフトレバー61の操作位置であるシフトポジションSP、アクセルペダルセンサ64からのアクセルペダル63の踏込量であるアクセル開度Acc、ブレーキペダルセンサ66からのブレーキペダル65の踏込量であるブレーキペダルポジションBPも入力する。車速センサ67からの車速V、モード切替スイッチ68からのスイッチ信号、クラッチペダルセンサ71からのクラッチペダル(疑似クラッチペダル)70の踏込量Daも入力する。シフトレバー61は、手動変速機を搭載した車両が備えるシフト装置を模擬した構成となっている。シフトレバー61は、シフトポジションSPとして、模擬する手動変速機の変速段に対応する複数のシフトレンジ、例えば、模擬する1速レンジ~6速レンジおよびニュートラルレンジのうち1つのレンジを選択できる。モード切替スイッチ68は、オンされる毎に、モータ走行モードと変速走行モードとを切り替えるモード切替指示を出力する。モータ走行モード、変速走行モードについては後述する。クラッチペダル70は、模擬するエンジン車に搭載されるクラッチペダルを模擬した構成となっている。クラッチペダル70は、配置や操作感が、手動変速機を搭載した車両のクラッチペダルと同様に構成されている。
アクセルペダル63には、キックダウンスイッチ72が設置されている。キックダウンスイッチ72は、アクセル開度Accが所定開度Accref以上になるとアクセルペダル63に押し込まれて引っ掛かり、アクセルペダル63が戻されたときにその引っ掛かりが解除されて押し込まれる前の位置に戻るスイッチである。所定開度Accrefは、変速走行モードでトルクの挙動を模擬するエンジン車の有段変速機の設定されている変速段で駆動軸26に出力可能なトルクの上限値Tmmax2を超えるトルク要求がなされていると判断できるアクセルペダル63の開度として予め実験や解析、機械学習などで定めた値である。所定開度Accrefは、アクセルペダル63の開度の全閉値を0%とし全開値を100%とすると、例えば、96%、98%、100%などに設定される。運転者は、アクセルペダル63を大きく踏み込むと、キックダウンスイッチ72がとアクセルペダル63に押し込まれて引っ掛かる感触を認識できる。したがって、運転者は、変速走行モードでトルクの挙動を模擬するエンジン車の有段変速機がシフトダウンすることを認識できる。
実施例の電気自動車20では、ECU50は、走行に要求される要求トルクをモータ32から出力して走行するモータ走行モードや、運転者のシフトレバー61の操作に基づいてモータ32から出力されるトルクの挙動をエンジンと有段変速機としての手動変速機とを備えるエンジン車におけるトルクの挙動として走行する変速走行モードで走行するように、モータ32(インバータ34)を制御する。
モータ走行モードでは、シフトポジションSPやクラッチペダル70の踏込量Daによらず、走行に要求される(駆動軸26に要求される)走行要求トルクTd*をモータ32のトルク指令Tm*に設定し、モータ32がトルク指令Tm*で駆動されるようにインバータ34のトランジスタT11~T16を制御する。ここで、走行要求トルクTd*は、アクセル開度Accおよび車速Vに基づいて設定される。
変速走行モードでは、駆動軸26の回転数Np(モータ32の回転数Nm)と、シフトポジションSPに対応するギヤ比(変速比)rと、クラッチペダル70の踏込量Daに基づくクラッチペダル70のスリップ率slipを用いて、模擬するエンジン車におけるエンジン回転数としての仮想エンジン回転数Neを設定し、アクセル開度Accと仮想エンジン回転数Neとに基づいて模擬するエンジン車のエンジンから出力される仮想エンジン出力トルクTeoutを設定する。クラッチペダル70のスリップ率slipに基づいてエンジンから手動変速機へのトルクの伝達率であるトルク伝達ゲインkに仮想エンジン出力トルクTeoutを乗じて、変速機入力トルクTmtinを算出する。トルク伝達ゲインkは、クラッチペダル70の踏込量Daが大きいときには小さいときに比して小さく設定され、クラッチペダル70の踏込量Daがエンジンと手動変速機との間でのトルク伝達ゲインkが値0となる最大踏込量のときには値0になるように設定される。そして、変速機入力トルクTmtinにシフトポジションSPに対応するギヤ比(変速比)rを乗じて変速機出力トルクTmtoutを算出し、変速機出力トルクTmtoutをモータ32のトルク指令Tm*に設定して、モータ32がトルク指令Tm*で駆動されるようにインバータ34のトランジスタT11~T16を制御する。こうした制御により、運転者のシフトレバー61の操作に基づいてモータ32から出力されるトルクの挙動をエンジンと手動変速機とを備えるエンジン車におけるトルクの挙動として走行するようモータ32が制御される。即ち、エンジンと手動変速機とを備えるエンジン車を模擬した走行が可能となり、運転者はエンジンと手動変速機とを備えるエンジン車を運転しているような感覚を実感できる。このとき、乗員室内に音を報知するスピーカを配置し、予め録音されているエンジンの回転数毎のエンジン音から仮想エンジン回転数Neに対応するエンジン音を再生してスピーカからエンジン音を流してもよい。なお、シフトポジションSPがニュートラルレンジであるときには、駆動軸26にトルクが出力されないようにモータ32が制御される。
モータ走行モード、変速走行モードでは、それぞれモータ32から出力可能なトルクの上限値Tmmax1、Tmmax2が設定されている。図2は、モータ走行モードでモータ32から出力可能なトルクの上限値Tmmax1と、変速走行モードで出力可能なトルクの上限値Tmmax2との関係の一例を説明するための説明図である。図中、実線は、モータ走行モードでの上限値Tmmax1を示している。破線は、変速走行モードでトルクの挙動を模擬するエンジン車の手動変速機の変速段が6速レンジに設定されているときの上限値Tmmax2を示している。モータ走行モードでは、モータ32の特性から上限値Tmmax1が定められる。変速走行モードでは、トルクの挙動を模擬するエンジン車の手動変速機の変速段毎に上限値Tmmax2が定められている。上限値Tmmax2は、モータ32から出力可能なトルクの上限値Tmmax1以下で、変速段が高速段であるときには低速段であるときに比して低くなるように設定される。
次に、こうして構成された実施例の電気自動車20の動作、特に、変速走行モードで走行しているときの動作について説明する。図3は、ECU50により実行されるモード設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。本ルーチンは、変速走行モードでの走行中に実行される。
本ルーチンが実行されると、ECU50のCPUは、アクセルペダルセンサ64からアクセル開度Accを入力する(ステップS100)。そして、アクセル開度Accが所定開度Accref以上であるか否かを判定する(ステップS110)。
ステップS110でアクセル開度Accが所定開度Accref未満のときには、本ルーチンを終了する。この場合、所定時間(例えば、数msec毎)毎にモード設定ルーチンを繰り返す。所定時間(例えば、数msec毎)毎にモード設定ルーチンを繰り返しているときは、走行モードは変速走行モードで維持される。
ステップS110でアクセル開度Accが所定開度Accref以上のときには、走行モードをモータ走行モードへ切り替えて(ステップS120)、本ルーチンを終了する。アクセル開度Accが所定開度Accref以上のとき変速走行モードが維持されると、模擬する手動変速機の変速段によっては(特に、高速段では)、モータ32から出力可能なトルクの上限値Tmmax2の制限で、電気自動車20が運転者が所望するトルクで走行できない場合がある。実施例では、アクセル開度Accが所定開度Accref以上のときには、走行モードをモータ走行モードへ切り替えるから、モータ32から出力可能なトルクの上限値Tmmax2から上限値Tmmax1に変更され、速やかにモータ32からより大きなトルクを出力できるようなる。また、モータ32は、変速走行モードのときに模擬するエンジン車のエンジンに比してトルク応答性が高い。したがって、迅速に所望のトルクで走行できる。さらに、アクセル開度Accが所定開度Accref以上になると、キックダウンスイッチ72が押し込まれて引っ掛かることから、引っ掛かりの感触を運転者が認識できる。これにより、アクセルペダル63を踏み込んだことで走行モードがモータ走行モードに切り替えられたことを運転者に認識させることができる。
以上説明した実施例の電気自動車20では、変速走行モードで走行している場合において、アクセルペダル63の開度であるアクセル開度Accが所定開度Accref以上のときには、走行モードをモータ走行モードへ切り替えることにより、迅速に所望のトルクで走行できる。
また、アクセル開度Accが所定開度Accref以上になるとアクセルペダル63に押し込まれて引っ掛かるキックダウンスイッチ72を備えるから、走行モードがモータ走行モードへ切り替えられたことを運転者に認識させることができる。
実施例の電気自動車20では、変速走行モードで走行している場合において、アクセル開度Accが所定開度Accref以上のときには、走行モードをモータ走行モードへ切り替えている。しかし、シフトポジションSPが所定高速段以上であり、且つ、アクセル開度Accが所定開度Accref以上のときに、走行モードをモータ走行モードへ切り替えてもよい。ここで、「所定高速段」としては、模擬する手動変速機が、例えば、6段変速の変速機の場合には4速レンジや5速レンジ、6速レンジなど、比較的高速な変速段とすればよい。こうすれば、より適正なタイミングで走行モードをモータ走行モードへ切り替えることができる。
実施例の電気自動車20では、変速走行モードで走行している場合において、アクセル開度Accが所定開度Accref以上のときには、走行モードをモータ走行モードへ切り替えている。こうして走行モードを変速走行モードからモータ走行モードへ切り替えた後は、アクセル開度Accが所定開度Accref未満になっても、走行モードを変速走行モードに戻さずにモータ走行モードで維持してもよい。図4は、アクセル開度Accが所定開度Accref未満になっても、走行モードを変速走行モードに戻さずにモータ走行モードで維持する変形例の電気自動車20におけるアクセル開度Acc、走行モード、モータ32から出力されるトルクTmの時間変化の一例を示すフローチャートである。図示するように、アクセル開度Accが所定開度Accref以上となり走行モードが変速走行モードからモータ走行モードに切り替えられると(時刻t0)、トルクTmが増加する。その後、アクセル開度Accが所定開度Accref未満になったとき(時刻t2)、走行モードを変速走行モードに戻さずにモータ走行モードを維持する。こうすれば、走行モードが変速走行モードとモータ走行モードとの間で頻繁に切り替わることを抑制できる。この場合において、図示するように、アクセル開度Accが所定開度Accref以上となり走行モードが変速走行モードからモータ走行モードに切り替えられてから、トルクTmを緩やかに変化させてもよい(時刻t0~t1)。こうすれば、走行モードをモータ走行モードへ切り替える際の車両挙動の急変を抑制できる。
実施例の電気自動車20では、アクセル開度Accが所定開度Accref以上になるとアクセルペダル63に押し込まれて引っ掛かるキックダウンスイッチ72を備え、このキックダウンスイッチ72が引っ掛かるときにアクセルペダル63を介しての運転者の感触を用いて、走行モードがモータ走行モードへ切り替えられたことを運転者に認識させている。しかし、キックダウンスイッチ72に代えて、または、キックダウンスイッチ72と共に、走行モードがモータ走行へ切り替えた旨を音声や表示などにより報知する報知装置を設け、この報知装置により、走行モードがモータ走行モードへ切り替えられたことを運転者に認識させてもよい。こうすれば、より確実に、走行モードがモータ走行モードへ切り替えられたことを運転者に認識させることができる。
実施例の電気自動車20では、アクセル開度Accが所定開度Accref以上になるとアクセルペダル63に押し込まれて引っ掛かるキックダウンスイッチ72を備えているが、キックダウンスイッチ72を備えていなくてもよい。
実施例の電気自動車20では、シフトポジションSPを、運転者のシフトレバー61の操作により変更している。しかし、ステアリング近傍に配置された2つのパドルスイッチを備え、パドルスイッチからのパドル信号に基づいてアップシフトまたはダウンシフトすることでシフトポジションSPを変更する場合にも、本発明を適用することができる。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ32が「モータ」に相当し、モード切替スイッチ68が「モード選択装置」に相当し、ECU50が「制御装置」に相当する。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、電気自動車の製造産業に利用可能である。
20 電気自動車、22a,22b 駆動輪、32 モータ、34 インバータ、36 バッテリ、50 電子制御ユニット(ECU)、68 モード切替スイッチ。
Claims (5)
- 車軸に連結された駆動軸にトルクを出力するモータと、
運転者の操作により、走行に要求される要求トルクを前記モータから出力して走行するモータ走行モードと、前記運転者のシフト操作に基づいて前記モータから出力されるトルクの挙動をエンジンと有段変速機とを備えるエンジン車におけるトルクの挙動として走行する変速走行モードと、を含む複数の走行モードから1つの前記走行モードを選択するモード選択装置と、
前記モード選択装置により選択された前記走行モードで走行するように前記モータを制御する制御装置と、
を備える電気自動車であって、
前記制御装置は、前記変速走行モードで走行している場合において、アクセルペダルの開度であるアクセル開度が所定開度以上のときには、前記走行モードを前記モータ走行モードへ切り替える
電気自動車。 - 請求項1記載の電気自動車であって、
前記アクセル開度が前記所定開度以上になると前記アクセルペダルに押し込まれて引っ掛かるスイッチ
を備える電気自動車。 - 請求項1または2記載の電気自動車であって、
前記制御装置は、前記変速走行モードで走行している場合において、前記シフト操作に基づくシフトポジションが所定高速段以上であり、且つ、前記アクセル開度が前記所定開度以上のときには、前記走行モードを前記モータ走行モードへ切り替える
電気自動車。 - 請求項1または2記載の電気自動車であって、
前記制御装置は、前記変速走行モードで走行している場合において、前記アクセル開度が所定高速段以上であり前記走行モードを前記モータ走行モードへ切り替えた場合において、前記アクセル開度が前記所定開度未満になったときには、前記走行モードを前記モータ走行モードで維持する
電気自動車。 - 請求項1または2記載の電気自動車であって、
情報を前記運転者に認識可能に報知する報知装置
を備え、
前記制御装置は、前記変速走行モードで走行している場合において、前記アクセル開度が前記所定開度以上のときには、前記走行モードを前記モータ走行モードへ切り替えると共にその旨を前記報知装置により報知する
電気自動車。
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