JP7464172B1 - 電気自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者がステアリングホイールから手を離すことなく制御モードを切り替えてＭＴ車両のような運転を楽しむことを可能にする。
【解決手段】この電気自動車は、アクセルペダル、パドル式シフター、及びモータ制御装置を備える。パドル式シフターにはアップシフト操作、ダウンシフト操作、及びモード切替操作が予め登録されている。モータ制御装置は、パドル式シフターに対するモード切替操作を受けて手動モードと自動モードとの間で電気モータの制御モードを切り替える。そして、制御モードが自動モードの場合、アクセルペダルの操作に応じて電気モータの出力を変化させる。一方、制御モードが手動モードの場合、パドル式シフターに対するアップシフト操作及びダウンシフト操作に応じてアクセルペダルの操作に対する電気モータの出力特性を変化させる。
【選択図】図３

Description

本開示は、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。

特開２０２２－０３６８４５号公報には、マニュアルトランスミッション車両（以下、ＭＴ車両という）の手動変速動作を電気モータの制御によって疑似的に再現可能な電気自動車が開示されている。

特開２０２２－０３６８４５号公報

ここで、電気自動車における通常の電気モータの制御モードを自動モードと呼び、ＭＴ車両の手動変速動作を模擬するための電気モータの制御モードを手動モードと呼ぶ。自動モードと手動モードとの間で制御モードを切り替えるための手段としてはスイッチを用いることが考えられる。しかし、スイッチは運転者がステアリングから手を離さざるを得ない位置に設置せざるを得ず、運転者にとって利便性が悪い。

本開示は上記の課題に鑑みてなされたものである。本開示の１つの目的は、運転者がステアリングホイールから手を離すことなく制御モードを切り替えてＭＴ車両のような運転を楽しむことを可能にする電気自動車を提供することを目的とする。

本開示の電気自動車はアクセルペダル、パドル式シフター、及びモータ制御装置を備える。パドル式シフターにはアップシフト操作、ダウンシフト操作、及びモード切替操作が予め登録されている。モータ制御装置はパドル式シフターに対するモード切替操作を受けて手動モードと自動モードとの間で電気モータの制御モードを切り替える。そして、制御モードが自動モードの場合、モータ制御装置はアクセルペダルの操作に応じて電気モータの出力を変化させる。一方、制御モードが手動モードの場合、モータ制御装置はパドル式シフターに対するアップシフト操作及びダウンシフト操作に応じてアクセルペダルの操作に対する電気モータの出力特性を変化させる。

本開示の電気自動車によれば、運転者はパドル式シフターの操作によってステアリングホイールから手を離すことなく手動モードと自動モードとの間で制御モードを切り替えることができる。そして、手動モードでは、運転者はパドル式シフターの操作によってＭＴ車両のような手動変速による運転を楽しむことができる。

本開示の実施形態に係る電気自動車の動力制御系の構成を示すブロック図である。 車両モデルを構成するエンジンモデル、クラッチモデル、及びトランスミッションモデルの各例を示す図である。 パドル式シフターによるモード切替操作の例を示すタイミング図である。

図１は本実施の形態に係る電気自動車１０の動力制御系の構成を示すブロック図である。電気自動車１０は電気モータ４４とバッテリ４６とインバータ４２とを備えている。電気モータ４４は走行用の動力装置である。バッテリ４６は電気モータ４４を駆動する電気エネルギを蓄える。すなわち、電気自動車１０はバッテリ４６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４２は加速時にバッテリ４６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４２は減速時に電気モータ４４から入力される回生電力を直流電力に変換し、バッテリ４６に充電する。

電気自動車１０は運転者が電気自動車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。

電気自動車１０はパドル式シフター２４を備えている。ただし、このパドル式シフター２４は本来のパドル式シフターとは異なるダミーである。パドル式シフター２４はクラッチペダルレスＭＴ車両が備えるパドル式シフターに似せた構造を有している。パドル式シフター２４はステアリングホイールに取り付けられている。パドル式シフター２４は操作ポジションを決定するアップシフトスイッチ３４ｕとダウンシフトスイッチ３４ｄとを備える。アップシフトスイッチ３４ｕは手前に引かれることでアップシフト信号を発し、ダウンシフトスイッチ３６ｄは手前に引かれることでダウンシフト信号を発する。

電気自動車１０の車輪２６には車輪速センサ３６が設けられている。車輪速センサ３６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用いられる。また、電気モータ４４には、その回転速度を検出するための回転速度センサ３８が設けられている。

電気自動車１０はモータ制御装置５０を備えている。モータ制御装置５はインバータ４２のＰＷＭ制御によって電気モータ４４を制御する装置である。モータ制御装置５０にはアクセルポジションセンサ３２、アップシフトスイッチ３４ｕ、ダウンシフトスイッチ３４ｄ、車輪速センサ３６、及び回転速度センサ３８からの信号が入力される。モータ制御装置５０はこれらの信号を処理し、インバータ４２をＰＷＭ制御するためのモータトルク指令値を算出する。

モータ制御装置５０は電気自動車１０に搭載されるＥＣＵである。モータ制御装置５０は複数のＥＣＵの組み合わせであってもよい。モータ制御装置５０は制御モード切替ユニット５２、自動モードトルク計算ユニット５４、及び手動モードトルク計算ユニット５６を備える。各ユニット５２、５４、５６はそれぞれが独立したＥＣＵであってもよいし、メモリに記録されたプログラムがプロセッサで実行されることで得られるＥＣＵの機能であってもよい。

制御モード切替ユニット５２は電気モータの制御モードを自動モードと手動モードとの間で切り替える機能を備える。自動モードは電気自動車１０を一般的な電気自動車として運転するための通常の制御モードである。自動モードはアクセルペダル２２の操作に応じて電気モータ４４の出力を連続的に変化させるようにプログラムされている。手動モードは電気自動車１０をＭＴ車両のように運転するための制御モードである。手動モードはアクセルペダル２２の操作に対する電気モータ４４の出力特性をパドル式シフター２４に対するアップシフト操作及びダウンシフト操作に応じて変化させるようにプログラムされている。なお、自動モードはアップシフト操作及びダウンシフト操作を回生ブレーキの強さの切り替え操作として受け付けるようにプログラムされている。

制御モード切替ユニット５２はアップシフトスイッチ３４ｕから入力されるアップシフト信号とダウンシフトスイッチ３４ｄから入力されるダウンシフト信号の入力パターンに基づいて制御モードの切り替えを行う。詳しくは、パドル式シフター２４で可能な操作にはアップシフト操作、ダウンシフト操作、及びモード切替操作がある。アップシフト操作はアップシフトスイッチ３４ｕのみをオンにする操作であり、ダウンシフト操作はダウンシフトスイッチ３４ｄのみをオンにする操作である。そして、モード切替操作はアップシフトスイッチ３４ｕとダウンシフトスイッチ３４ｄの両方を所定のパターンでオンにする操作である。パドル式シフター２４によるモード切替操作の例については後述する。

自動モードトルク計算ユニット５４は電気モータ４４を自動モードで制御する場合のモータトルクを計算する機能を備える。自動モードトルク計算ユニット５４にはモータトルク指令マップが記憶されている。モータトルク指令マップはアクセル開度と電気モータ４４の回転速度から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３８の信号とが入力される。モータトルク指令マップからは、これらの信号に対応するモータトルクが出力される。ゆえに、自動モードでは、運転者がパドル式シフター２４を操作してもその操作はモータトルクには反映されない。

手動モードトルク計算ユニット５６は車両モデルを備える。車両モデルは電気自動車１０をＭＴ車両であると仮定した場合においてアクセルペダル２２及びパドル式シフター２４の操作によって得られるはずの駆動輪トルクを計算するためのモデルである。手動モードトルク計算ユニット５６は車両モデルで算出された駆動輪トルクを電気モータ４４の出力軸から駆動輪までの減速比を用いてモータトルクに変換する。

手動モードトルク計算ユニット５６が備える車両モデルについて図２を参照して説明する。図２に示すように、車両モデルはエンジンモデル５６１、クラッチモデル５６２、及びトランスミッションモデル５６３から構成されている。なお、車両モデルにより仮想的に実現されるエンジン、クラッチ、及びトランスミッションをそれぞれ仮想エンジン、仮想クラッチ、仮想トランスミッションと称する。エンジンモデル５６１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５６２では仮想クラッチがモデル化されている。トランスミッションモデル５６３では仮想トランスミッションがモデル化されている。

エンジンモデル５６１は仮想エンジン回転速度と仮想エンジン出力トルクを算出する。仮想エンジン回転速度は車輪速、総合減速比、及び仮想クラッチのスリップ率から算出される。仮想エンジン出力トルクは仮想エンジン回転速度及びアクセル開度から算出される。仮想エンジン出力トルクの計算には、図２に示すように、アクセル開度Ｐａｐと仮想エンジン回転速度Ｎｅと仮想エンジン出力トルクＴｅｏｕｔとの関係を規定したマップが用いられる。このマップでは、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２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。

クラッチモデル５６２はトルク伝達ゲインを算出する。トルク伝達ゲインは仮想クラッチ開度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。仮想クラッチ開度は通常は０％であり、仮想トランスミッションの仮想ギア段の切り替えに連動して一時的に１００％まで開かれる。クラッチモデル５６２は図２に示すようなマップを有する。このマップでは、仮想クラッチ開度Ｐｃに対してトルク伝達ゲインｋが与えられる。図２でＰｃ０は仮想クラッチ開度Ｐｃが０％の位置に対応し、Ｐｃ３は仮想クラッチ開度Ｐｃが１００％の位置に対応している。Ｐｃ０からＰｃ１までの範囲とＰｃ２からＰｃ３までの範囲は仮想クラッチ開度Ｐｃによってトルク伝達ゲインｋが変わらない不感帯である。クラッチモデル５６２はトルク伝達ゲインを用いてクラッチ出力トルクを算出する。クラッチ出力トルクは仮想クラッチから出力されるトルクである。また、クラッチモデル５６２はスリップ率を算出する。スリップ率はエンジンモデル５６１での仮想エンジン回転速度の計算に用いられる。スリップ率の算出には、トルク伝達ゲインと同様に、仮想クラッチ開度に対してスリップ率が与えられるマップを用いることができる。

トランスミッションモデル５６３はギア比（変速比）を算出する。ギア比は仮想トランスミッションにおいて仮想ギア段により決まるギア比である。パドル式シフター２４のアップシフト操作を受けて仮想ギア段は１段アップされ、パドル式シフター２４のダウンシフト操作を受けて仮想ギア段は１段ダウンされる。トランスミッションモデル５６３は図２に示すようなマップを有する。このマップでは、仮想ギア段ＧＰが大きいほどギア比ｒは小さくなるように仮想ギア段ＧＰに対してギア比ｒが与えられる。トランスミッションモデル５６３はマップから得られたギア比とクラッチ出力トルクとを用いて変速機出力トルクを算出する。変速機出力トルクはギア比の切り替えに応じて不連続に変化する。この不連続な変速機出力トルクの変化は変速ショックを発生させ、有段変速機を備えた車両らしさが演出される。

車両モデルは所定の減速比を用いて駆動輪トルクを算出する。減速比は仮想トランスミッションから駆動輪までの機械的な構造により決まる固定値である。減速比にギア比を乗じて得られる値が前述の総合減速比である。車両モデルは変速機出力トルク及び減速比から駆動輪トルクを算出する。算出された駆動輪トルクに電気モータ４４の出力軸から駆動輪までの減速比が掛けられることで手動モードにおけるモータトルクが算出される。

最後に、パドル式シフター２４によるモード切替操作の例について図３を参照して説明する。前述のようにモード切替操作はアップシフトスイッチ３４ｕとダウンシフトスイッチ３４ｄの両方が所定のパターンでオンされる。ここでは、アップシフトスイッチ３４ｕはパドル式シフター２４の右パドルに取り付けられ、ダウンシフトスイッチ３４ｄはパドル式シフター２の左パドルに取り付けられているものとする。図３は手動モードをオンにするための右パドル及び左パドルの操作パターンを示している。図３に例示される操作パターンはパターンＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤの４つのパターンである。

パターンＡでは、右パドルを所定時間以上長押ししながら左パドルをダブルクリックすることで手動モードがオンにされる。そして、左パドルをダブルクリックした後に右パドルを離すことで、右パドルのクリックによるアップシフト操作と左パドルのクリックによるダウンシフト操作とが可能になる。手動モードをオンにするための左パドルのクリック回数は３回以上の回数に設定してもよい。また、パターンＡでは、右パドルの操作と左パドルの操作を逆にして、左パドルを所定時間以上長押ししながら右パドルを複数回クリックすることで手動モードがオンにされるようにしてもよい。なお、パターンＡの操作は、手動モードをオフにする操作、つまり、自動モードをオンにする操作としても用いることができる。

パターンＢでは、右パドルを所定時間以上長押しした状態で左パドルも所定時間以上長押しすることで手動モードがオンにされる。そして、左パドルを離した後に右パドルを離すことで、右パドルのクリックによるアップシフト操作と左パドルのクリックによるダウンシフト操作とが可能になる。パターンＢでは、右パドルの操作と左パドルの操作を逆にして、左パドルを所定時間以上長押しした状態で右パドルも所定時間以上長押しすることで手動モードがオンにされるようにしてもよい。なお、パターンＢの操作は、手動モードをオフにする操作、つまり、自動モードをオンにする操作としても用いることができる。

パターンＣでは、右パドルと左パドルを交互にクリックすることで手動モードがオンにされる。図３に示す例では、右パドルを２回、左パドルを１回クリックしているが、クリック回数をさらに増やしても良い。また、パターンＣでは、右パドルの操作と左パドルの操作を逆にして、左パドルのクリックから開始してもよい。また、パターンＣでは、右パドルと左パドルを交互に所定時間以上長押しすることで手動モードがオンにされるようにしてもよい。

パターンＤでは、右パドルを複数回クリックして所定時間以内に左パドルをクリックすることで手動モードがオンにされる。右パドルを最後にクリックしてから所定時間が経過すると右パドルの操作はリセットされる。パターンＤでは、右パドルの操作と左パドルの操作を逆にして、左パドルを複数回クリックして所定時間以内に右パドルをクリックすることで手動モードがオンにされるようにしてもよい。

１０ 電気自動車、２２ アクセルペダル、２４ パドル式シフター、４４ 電気モータ、５０ モータ制御装置

Claims (2)

1. 電気モータを走行用の動力装置として使用する電気自動車であって、
   アクセルペダルと、
   左右一対のパドルを有し、一方のパドルの操作に対してアップシフト信号を発し、他方のパドルの操作に対してダウンシフト信号を発するパドル式シフターと、
   前記電気モータを制御するモータ制御装置と、を備え、
   前記モータ制御装置は、
   所定の入力パターンでの前記アップシフト信号と前記ダウンシフト信号の入力を受けて自動モードと手動モードとの間で前記電気モータの制御モードを相互に切り替え、
   前記制御モードが前記自動モードの場合、前記アクセルペダルの操作に応じて前記電気モータの出力を変化させ、
   前記制御モードが前記手動モードの場合、前記アップシフト信号の入力及び前記ダウンシフト信号の入力を受けて前記アクセルペダルの操作に対する前記電気モータの出力特性を変化させる、ように構成されている
   ことを特徴とする電気自動車。
2. 請求項１に記載の電気自動車において、
   前記モータ制御装置は、前記制御モードが前記自動モードの場合、前記アップシフト信号の入力及び前記ダウンシフト信号の入力を回生ブレーキの強さの切り替え操作として受け付けるように構成されている
   ことを特徴とする電気自動車。

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