JP7468759B2 - 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（ＣＶ：Conventional Vehicle）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、ＣＶ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車両という）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おそれがある。

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。

ここで、１つ注意すべきことがある。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。このため、制御モードの切り替えの際に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おそれがある。自車両が置かれている状況次第では、そのような乖離は運転者にとっての不安につながり、また、走行上の安全性にも影響するおそれがある。

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不安なく且つ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、外部センサと、モード選択スイッチと、制御装置とを備える。外部センサは、自車両が置かれている状況を検出するセンサである。モード選択スイッチは、電気モータの制御モードを第１モードと第２モードとの間で選択するスイッチである。制御装置は、モード選択スイッチ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シフト位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、モード選択スイッチにより制御モードの選択が変更された場合、以下の第８及び第９の処理を実行する。第８の処理は、外部センサで検出された自車両が置かれている状況に基づき、制御モードの切り替えが可能かどうかという第１判定を実施する処理である。第９の処理は、第１判定の結果に従って制御モードを切り替える処理である。

以上の構成によれば、運転者は、モード選択スイッチにより第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、ＭＴ車両のようにクラッチペダル操作とシフト操作を楽しむことができる。また、運転者は、モード選択スイッチにより第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。つまり、運転者は、電気自動車の特徴の一つである運転の容易さや加速性能を楽しむことができる。

さらに、以上の構成によれば、モード選択スイッチにより制御モードの選択が変更された場合、すぐさま制御モードが切り替えられるのではなく、自車両が置かれている状況が考慮される。つまり、自車両が置かれている状況から制御モードの切り替えが可能か判定され、その判定結果に従って制御モードの切り替えが行われる。これにより、運転者は、ＭＴ車両のような運転と通常の電気自動車としての運転の両方を不安なく且つ安全に楽しむことができる。

本発明に係る電気自動車において、プロセッサは、第１判定の結果が否定である場合、以下の第１０及び第１１の処理のうち何れか１つの処理を実行してもよい。第１０の処理は、制御モードの切り替えを拒絶する処理である。第１１の処理は、第１判定の結果が肯定になるまでモード選択スイッチによる制御モードの選択の変更を保留する処理である。

本発明に係る電気自動車において、外部センサは、先行車両との距離、後続車両との距離、道路の混雑度、及び、歩行者の有無のうち少なくとも１つを自車両が置かれている状況として検出してもよい。

本発明に係る電気自動車において、プロセッサは、電気モータが第１モードで制御されている場合、以下の第１２及び第１３の処理を実行してもよい。第１２の処理は、外部センサで検出された自車両が置かれている状況に基づき、第１モードでの制御の継続が可能かどうかという第２判定を実施する処理である。第１３の処理は、第２判定の結果が否定である場合、第１モードから第２モードへ制御モードを強制的に切り替える処理である。

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不安なく且つ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。 本発明の実施形態に係る電気自動車の情報収集系の構成を模式的に示す図である。 図１及び図２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及び図２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４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４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６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６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６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。 走行モードの切り替え処理の第１実施形態の手順を示すフローチャートである。 走行モードの切り替え処理の第２実施形態の手順を示すフローチャートである。 ＥＶモードへの強制切り替え処理の手順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、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判別することでギア段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の踏み込み量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。

図２は、本実施の形態に係る電気自動車１０の情報収集系の構成を模式的に示す図である。図２に示すように、電気自動車１０は、自車両が置かれている状況を検出するための外部センサとして、カメラ６０とレーダー６２とＬＩＤＡＲ６４とを備えている。カメラ６０は、少なくとも自車両の前方を撮像するように取り付けられている。カメラ６０は、例えばＣＭＯＳイメージセンサーを搭載したステレオカメラである。レーダー６２は、具体的にはミリ波レーダーであり、車両のフロント部分に取り付けられている。ＬＩＤＡＲ６４は、例えば車両の屋根に取り付けられている。これらの外部センサ６０，６２，６４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。

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。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３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、モード選択スイッチ４２、カメラ６０、レーダー６２、及びＬＩＤＡＲ６４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。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、走行モード判定部５００としての機能と、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、少なくとも走行モード判定部５００と、制御信号算出部５２０として機能する。走行モード判定とは、ＥＶモードとＭＴモードのどちらの走行モードで電気自動車１０を走行させるか判定する機能である。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ＰＷＭ制御するための信号と、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４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ＰＷＭ制御するための制御信号を生成する。

図４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、及び切替スイッチ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、及び回転速度センサ４０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。どちらのモータトルクを用いるかは、切替スイッチ５６０によって決まる。切替スイッチ５６０による切り替えは、走行モード判定部５００による判定結果に基づいて行われる

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、電気自動車１０がエンジン、クラッチ、及びＭＴを備えているのであれば、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で算出された駆動輪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で算出された駆動輪トルクの実現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５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．モータトルクの切り替え
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のうち切替スイッチ５６０によって選択されたモータトルクが、電気モータ２に対してモータトルク指令値として与えられる。

ＥＶモードでは、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として出力されている間も、ＭＴ車両モデル５３０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、切替スイッチ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。

切替スイッチ５６０による入力の切り替えによって、モータトルク指令値は、モータトルクＴｅｖからモータトルクＴｍｔへ、或いは、モータトルクＴｍｔからモータトルクＴｅｖへ切り替えられる。このとき、２つのモータトルクの間にずれがある場合、切り替えに伴ってトルク段差が発生してしまう。このため、切り替え後暫くの間は、トルクの急激な変化が生じないように、モータトルク指令値に対して徐変処理が実施される。例えば、ＥＶモードからＭＴモードへの切り替えでは、モータトルク指令値を直ぐにモータトルクＴｅｖからモータトルクＴｍｔに切り替えるのではなく、所定の変化率でモータトルクＴｍｔへ向けて徐々に変化させる。ＭＴモードからＥＶモードへの切り替えでも同様の処理が行われる。

切替スイッチ５６０は、後述する走行モード判定部５００からの信号によって動作する。走行モード判定部５００には、モード選択スイッチ４２からの信号に加え、外部センサ６０，６２，６４からも信号が入力されている。外部センサ６０，６２，６４の信号からは、自車両が置かれている状況に関する情報を得ることができる。走行モード判定部５００は、モード選択スイッチ４２による選択だけでなく自車両が置かれている状況も考慮して、切替スイッチ５６０を動作させる。走行モード判定部５００による走行モード判定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み込み量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３６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。

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、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。

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％の位置に対応し、Ｐｃ１はクラッチペダル踏み込み時の遊び限界の位置に対応し、Ｐｃ３はクラッチペダル踏み込み量Ｐｃが１００％の位置に対応し、Ｐｃ２はＰｃ３からの戻し時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（２）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。

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（３）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（４）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走行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走行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。

２－６．走行モード判定
２－６－１．概要
次に、走行モード判定部５００による走行モード判定について説明する。前述のように、ＭＴモードとＥＶモードとでは、モータトルクを計算するロジックに違いがある。このため、ＭＴモードとＥＶモードとの間で切り替えが行われる際には、モータトルクＴｍｔとモータトルクＴｅｖとのずれに伴うトルク段差が生じうる。このトルク段差は、前述のように、切り替え後の暫くの間はモータトルクの徐変処理を行うことで抑えられる。しかし、いずれにしても、走行モードの切り替え直後は、運転者が意図するような加速或いは減速を得られない可能性がある。

運転者が意図する加速或いは減速を得られない場合、自車両が置かれている状況によっては不安全や不安につながってしまう。不安全や不安につながる状況には、カーブや交差点内などの道路環境が含まれる。また、追い越しや合流などの走行シーンも、不安全や不安につながる状況に含まれる。さらに、車間が狭い、後ろの車の車速が速い、歩行者が多い、見通しが悪い、混雑しているといった周辺環境も、不安全や不安につながる状況に含まれる。このような状況では、運転者にとっての安全・安心を最優先すると、運転者の選択通りに走行モードの切り替えを行わないほうが好ましい。

図１１乃至図１３の各フローチャートは、走行モード判定部５００による走行モード判定を含む走行モードの切り替え処理の手順を示している。図１１は、走行モードの切り替え処理の第１実施形態の手順を示し、図１２は、走行モードの切り替え処理の第２実施形態の手順を示している。走行モード判定部５００は、どちらか一方の手順に従い走行モードの切り替え処理を行う。一方、図１３は、ＭＴモードが選択されている場合に実施されるＥＶモードへの強制切り替え処理の手順を示している。図１３に示す強制切り替え処理は、単独で実施することもできるし、図１１或いは図１２に示す走行モードの切り替え処理と組み合わせて実施することもできる。

２－６－２．走行モードの切り替え処理の第１実施形態
図１１に示す第１実施形態では、ステップＳ１０１において、走行モードの切り替えの要求の有無が判定される。モード選択スイッチ４２が操作されるまでは、走行モードの切り替えは要求されてないと判定される。モード選択スイッチ４２による選択がＭＴモードからＥＶモードへ、或いは、ＥＶモードからＭＴモードへ切り替えられた場合、ステップＳ１０１の判定結果はＹｅｓになる。

ステップＳ１０１の判定結果がＹｅｓになると、ステップＳ１０２の処理が行われる。ステップＳ１０２では、自車両が置かれている状況に関する情報が取得される。情報の取得には、外部センサ６０，６２，６４が用いられる。ただし、外部センサ６０，６２，６４で取得される情報は、先進運転支援システム（ＡＤＡＳ： Advanced Diver Assistance Systems）でも使用される情報である。このため、外部センサ６０，６２，６４による情報の取得は、走行モードの切り替え時に限らず継続的に行われている。

次に、ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２で取得された情報に基づいて状況の確認が行われる。確認される状況は、例えば、自車両が走行している道路環境、現在の走行シーン、及び、自車両の周辺環境である。確認すべき状況の項目は予め定められている。例えば、先行車両との距離、後続車両との距離、道路の混雑度、及び、歩行者の有無などは項目に含まれている。各項目は、走行モードの切り替えの判定に用いられる項目である。ステップＳ１０３では、その一つ一つについて確認が行われる。

ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３での状況確認の結果に基づき、運転者の要求通りに走行モードを切り替え可能かどうか判定される。切り替え可能かどうかの基準は、運転者の不安全や不安につながるかどうかである。項目の１つでも該当している場合に切り替え不可と判定してもよいし、複数の項目が該当している場合に切り替え不可と判定してもよい。或いは、所定の項目の組み合わせが該当している場合に切り替え不可と判定してもよい。例えば、単に歩行者が多いだけでは切り替え不可とはしないが、交差点内で歩行者が多い場合には切り替え不可とする、といった組み合わせによる判定を行ってもよい。

ステップＳ１０４の判定結果がＹｅｓの場合、ステップＳ１０５において、運転者の要求通りに走行モードの切り替えが行われる。一方、ステップＳ１０４の判定結果がＮｏの場合、ステップＳ１０６において、運転者から要求された走行モードの切り替えは拒絶される。つまり、たとえそれが運転者の要求であっても、不安全や不安につながるような走行モードの切り替えは行われない。これにより、運転者は、ＭＴモードでの運転とＥＶモードでの運転の両方を不安なく且つ安全に楽しむことができる。

２－６－３．走行モードの切り替え処理の第２実施形態
図１２に示す第２実施形態は、第１実施形態とは、ステップＳ１０４の判定後の処理のみ違いがある。第２実施形態では、ステップＳ１０４の判定結果がＮｏの場合、ステップＳ１０７において、運転者から要求された走行モードの切り替えが保留される。そして、ステップＳ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０４、及びＳ１０７のルーチンが繰り返される。

上記のルーチンが繰り返されている間に状況が変化すると、やがて、走行モードの切り替えが可能となってステップＳ１０４の判定結果はＹｅｓとなる。ステップＳ１０４の判定結果がＹｅｓとなれば、ステップＳ１０５において、運転者の要求通りに走行モードの切り替えが行われる。第２実施形態によっても、運転者は、ＭＴモードでの運転とＥＶモードでの運転の両方を不安なく且つ安全に楽しむことができる。

２－６－４．ＥＶモードへの強制切り替え処理
ＥＶモードへの強制切り替え処理では、図１３に示すように、ステップＳ２０１において、電気自動車１０がＭＴモードでの走行中かどうかが判定される。電気自動車１０がＥＶモードで走行している場合、以降の処理はスキップされる。

電気自動車１０がＭＴモードで走行している場合、ステップＳ２０２の処理が行われる。ステップＳ２０２では、自車両が置かれている状況に関する情報が取得される。情報の取得には、外部センサ６０，６２，６４が用いられる。前述のとおり、外部センサ６０，６２，６４による情報の取得は継続的に行われている。

次に、ステップＳ２０３では、ステップＳ２０２で取得された情報に基づいて状況の確認が行われる。確認される状況は、例えば、自車両が走行している道路環境、現在の走行シーン、及び、自車両の周辺環境である。確認すべき状況の項目は予め定められている。各項目は、ＥＶモードへの強制切り替えの判定に用いられる項目である。ステップＳ２０３では、その一つ一つについて確認が行われる。

ステップＳ２０４では、ステップＳ２０３での状況確認の結果に基づき、ＭＴモードでの走行の継続が可能かどうか判定される。切り替え可能かどうかの基準は、運転者の不安全や不安につながるかどうかである。歩行者と車の混在交通は、ＭＴモードでの自由な走行を運転者に対して許可できないケースの一例である。

ステップＳ２０４の判定結果がＹｅｓの場合、ステップＳ２０５において、ＭＴモードでの走行の継続が許可される。一方、ステップＳ２０４の判定結果がＮｏの場合、ステップＳ２０６において、ＭＴモードからＥＶモードへ走行モードが強制的に切り替えられる。その際、運転者には、走行モードがＥＶモードへ切り替えられたことが音声或いは表示によって通知される。また、ＥＶモードへの強制切り替え直後は、ＥＶモードへの切り替えに伴うトルク段差を生じさせないためのモータトルクの徐変処理が行われる。自車両が置かれている状況に応じてＥＶモードへの強制切り替えが行われることで、運転者は、ＭＴモードでの運転を不安なく且つ安全に楽しむことができる。

３．その他
上記実施形態に係る電気自動車１０は、１つの電気モータ２で前輪を駆動するＦＦ車である。しかし、電気モータを前と後ろに２基配置し、前輪と後輪のそれぞれを駆動する電気自動車にも本発明は適用可能である。また、本発明は、各輪にインホイールモータを備える電気自動車にも適用可能である。これらの場合のＭＴ車両モデルには、ＭＴ付き全輪駆動車をモデル化したものを用いることができる。

上記実施形態に係る電気自動車１０は、変速機を備えていない。しかし、有段或いは無段の自動変速機を備えた電気自動車にも本発明は適用可能である。この場合、ＭＴ車両モデルで計算されたモータトルクを出力させるように、電気モータ及び自動変速機からなるパワートレインを制御すればよい。

２ 電気モータ
８ 駆動輪
１０ 電気自動車
１６ インバータ
２６ 疑似シフトレバー（疑似シフト装置）
２８ 疑似クラッチペダル
３０ 車輪速センサ
４０ 回転速度センサ
４２ モード選択スイッチ
４４ 疑似エンジン回転速度メーター
５０ 制御装置
６０ カメラ（外部センサ）
６２ レーダー（外部センサ）
６４ ＬＩＤＡＲ（外部センサ）
５００ 走行モード判定部
５２０ 制御信号算出部
５３０ ＭＴ車両モデル
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 切替スイッチ

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、
   疑似シフト装置と、
   自車両が走行している道路環境、前記自車両の現在の走行シーン、及び、前記自車両の周辺環境に関する情報の少なくとも一つを前記自車両が置かれている状況に関する情報として取得する外部センサと、
   前記電気モータの制御モードを第１モードと第２モードとの間で選択するモード選択スイッチと、
   前記モード選択スイッチ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、
   前記第１モードで前記電気モータを制御する場合には、前記加速用ペダルの操作に対する前記電気モータの出力特性を前記疑似シフト装置のシフト位置に応じて変化させ、
   前記第２モードで前記電気モータを制御する場合には、前記疑似シフト装置のシフト位置によらずに前記加速用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、
   前記モード選択スイッチにより前記制御モードの選択が変更された場合、
   前記外部センサで取得された前記状況に関する情報に基づき、前記制御モードの切り替えが可能かどうかという第１判定を実施する処理と、
   前記第１判定の結果に従って前記制御モードを切り替える処理と、を実行する
   ことを特徴とする電気自動車。

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