JP7472726B2 - 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。

ところで、ＭＴ車両を運転する上での楽しみの一つに、ゼロ発進加速がある。ゼロ発進加速は、停止状態からの加速である。ＭＴ車両においてこれを素早く且つ滑らかに行うためには、運転者は、アクセルペダル、シフト装置、及びクラッチペダルを上手に協調操作しなければならない。特に、車両が動き出す瞬間のアクセルペダルとクラッチペダルの操作は、素早い加速を決める上で重要である。

しかし、昨今の運転者は、自動変速機（ＡＴ：Automatic Transmission）を有するＡＴ車両の運転に慣れているため、ＭＴ車両でのゼロ発進加速操作を上手に行うことは容易ではない。このことは、ＥＶにおいてＭＴ車両の運転感覚を再現する場合にも同様に起こりうる課題である。特に、ＥＶは停止状態から大トルクを発生させることができるのに対し、ＭＴ車両は低速でのトルクが細く、その運転感覚には大きな違いがある。ゆえに、ＥＶの運転感覚を知っている運転者にとっては、ＥＶにおいてＭＴ車両のトルク特性が実現され、ゼロ発進加速が可能になったとしても、そのための操作を上手に行えない可能性がある。

本発明は、上述の課題を鑑みてなされたもので、運転者がＭＴ車両のようなゼロ発進加速を容易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、疑似エンジン回転速度メーターと、制御装置とを備える。制御装置は、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。

プロセッサは、以下の第１乃至第６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。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。そして、第６の処理は、ＭＴ車両モデルを用いて計算される内燃機関の回転速度を疑似エンジン回転速度メーターに表示する処理である。

プロセッサは、電気自動車の停止時にゼロ発進加速操作が検出された場合、以下の第７及び第８の処理のうち少なくとも１つの処理を実行する。ゼロ発進加速操作は、疑似エンジン回転速度メーターに表示される内燃機関の回転速度、つまり、ＭＴ車両モデルで計算される仮想の内燃機関の回転速度を所定回転速度付近まで高めた状態で疑似クラッチペダルをつなぐ操作である。第７の処理は、電気モータのトルクを通常発進時よりも大きくする処理である。第８の処理は、疑似クラッチペダルの操作量より決まるトルク伝達ゲインを通常発進時よりも大きくする処理である。

以上の構成によれば、運転者は、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。また、ゼロ発進加速を行いたい場合には、電気モータのトルクが通常発進時よりも大きくされる。また、それに代えて、或いは、追加で、疑似クラッチペダルの操作量より決まるトルク伝達ゲインが通常発進時よりも大きくされる。これにより、発進時に十分な駆動力を得られるようになり、運転者は、ＭＴ車両のようなゼロ発進加速を容易に楽しむことができるようになる。

以上述べたように、本発明によれば、運転者がＭＴ車両のようなゼロ発進加速を容易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。 図１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３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３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５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５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５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。 ゼロ発進加速制御の手順を示すフローチャートである。 ゼロ発進加速のためのトルクアップの第１の方法を示す図である。 ゼロ発進加速のためのトルクアップの第２の方法を示す図である。

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、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。

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２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、及びモード選択スイッチ４２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、ゼロ発進加速要求判定部５００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、少なくともゼロ発進加速要求判定部５００と、制御信号算出部５２０として機能する。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３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３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、回転速度センサ４０、及びモード選択スイッチ４２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は、モード選択スイッチ４２から入力される信号によって動作する。

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のシフト装置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。また、要求モータトルク計算部５４０には、ゼロ発進加速要求判定部５００から信号が入力される。ゼロ発進加速要求判定部５００による判定の内容と、その判定結果を受けた要求モータトルク計算部５４０の処理については後述する。

２－３．ＥＶモードでのモータトルクの計算
図４は、ＥＶモードでのモータトルクの計算に用いられ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、アクセル開度と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、モード選択スイッチ４２で選択された走行モードに応じて動作する。モード選択スイッチ４２でＥＶモードが選択されている場合、切替スイッチ５６０は、モータトルク指令マップ５５０に接続し、モータトルク指令マップ５５０から入力されるモータトルクＴｅｖをモータトルク指令値として出力する。モード選択スイッチ４２でＭＴモードが選択された場合、切替スイッチ５６０は、接続先を要求モータトルク計算部５４０に切り替える。そして、切替スイッチ５６０は、要求モータトルク計算部５４０から入力されるモータトルクＴｍｔをモータトルク指令値として出力する。このような入力の切り替えが、モード選択スイッチ４２による行モードの選択に連動して行われる。

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５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踏み込み量Ｐｃが入力される。ＭＴモデルには５３３には、シフトポジションセンサ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６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６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７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７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％に対応し、Ｐｃ１はクラッチペダル踏み込み時の遊び限界に対応し、Ｐｃ３はクラッチペダル踏み込み量Ｐｃが１００％対応し、Ｐｃ２はＰｃ３から際の遊び限界に対応している。

図７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８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８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。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９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９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．ゼロ発進加速要求判定
２－６－１．概要
次に、ゼロ発進加速要求判定部５００によるゼロ発進加速要求判定について説明する。ゼロ発進加速は、停止状態からの加速である。ＡＴ車両や通常のＥＶであれば、アクセルペダルを踏みこむことで、素早い加速を実現することができる。さらに大きな加速を望むのであれば、運転者は、ブレーキペダルを踏んだ状態でアクセルペダルを踏み込み、駆動輪にトルクをかけた状態でブレーキペダルを離せばよい。しかし、ＭＴ車両の場合には、より複雑な操作が必要とされる。ＭＴ車両では、クラッチペダルを切った状態でアクセルペダルを踏み、エンジン回転速度を最大トルク付近まで高めた状態で、クラッチペダルをつなぐ操作、すなわち、ゼロ発進加速操作が必要となる。ゼロ発進加速操作は、電気自動車１０をＭＴモードで運転する場合のゼロ発進加速にも必要とされる。

ゼロ発進加速要求判定部５００は、ＭＴモードにおいてゼロ発進加速操作が行われた場合、運転者がゼロ発進加速を要求していると判定する。運転者によるゼロ発進加速操作は、車両停止時の仮想エンジン回転速度Ｎｅと疑似クラッチペダルの踏み込み量Ｐｃとから検出することができる。ゼロ発進加速要求判定部５００は、ゼロ発進加速要求が検出された場合、要求モータトルク計算部５４０に対してトルクアップ指示信号を出力する。トルクアップ指示信号を受けた要求モータトルク計算部５４０は、発進時のモータトルクをＭＴモードでの通常発進時のモータトルクよりも増大させる。

２－６－２．ゼロ発進加速要求判定の手順
図１０は、ゼロ発進加速要求判定を含むゼロ発進加速制御の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１０１では、現在の走行モードがＭＴモードかどうかが判定される。現在の走行モードがＥＶモードの場合、以降の処理はスキップされる。なお、ＥＶモードの場合には、ＥＶモードならではの大トルクによる加速が可能である。

現在の走行モードがＭＴモードの場合、ステップＳ１０２において、車両が停止しているかどうかが判定される。車輪速センサ３０で検出される車速がゼロである場合、車両は停止していると判定される。車速がゼロでない場合にはゼロ発進加速にはならないので、以降の処理はスキップされる。

車両が停止している場合、ステップＳ１０３において、仮想エンジン回転速度Ｎｅが所定回転速度Ｎｅｓ以上になっているかどうかが判定される。所定回転速度Ｎｅｓは、仮想エンジン出力トルクＴｅｏｕｔが最大トルクを含む所定範囲内に入る回転速度である。仮想エンジン回転速度Ｎｅが所定回転速度Ｎｅｓ未満の場合、運転者にゼロ発進加速の意図があるか不明であるので、以降の処理はスキップされる。

仮想エンジン回転速度Ｎｅが所定回転速度Ｎｅｓ以上になった場合、ステップＳ１０４において、疑似クラッチペダルの踏み込み量Ｐｃが所定値Ｐｃｓ以下まで戻されたかどうかが判定される。所定値Ｐｃｓは、仮想クラッチがつながるときの踏み込み量である。クラッチペダル踏み込み量Ｐｃが所定値Ｐｃｓより大きい場合、運転者にゼロ発進加速の意図があるか不明であるので、以降の処理はスキップされる。

疑似クラッチペダルの踏み込み量Ｐｃが所定値Ｐｃｓ以下になった場合、ステップＳ１０５において、ゼロ発進加速のためのトルクアップが実行される。これにより、発進時に十分な駆動力を得られるようになり、運転者は、ＭＴ車両のようなゼロ発進加速を容易に楽しむことができるようになる。

ステップＳ１０６では、車両が発進したかどうかが判定される。車両が発進してないのであれば、以降の処理はスキップされる。

車両が発進した場合には、ステップＳ１０７において、駆動輪８にスリップが発生しているかどうかが判定される。スリップは、駆動輪８の車輪速と従動輪１２の車輪速との間に生じる速度差から検知することができる。スリップが発生していないのであれば、次の処理はスキップされる。

駆動輪８にスリップが発生した場合、ステップＳ１０８の処理が実行される。ステップＳ１０８では、モータトルクを低下させるようにトルクダウン制御が実行される。トルクダウン制御には、滑りやすい路面や荒れた路面でのトラクションを確保する機能であるＴＲＣ（Traction Control）が利用される。これにより駆動輪８のスリップは抑えられ、安定した発進が可能となる。

２－６－３．ゼロ発進加速のためのトルクアップの方法
図１１は、ゼロ発進加速のためのトルクアップの第１の方法を示す図である。第１の方法では、電気モータ２のトルクを通常発進時よりも大きくすることが行われる。具体的には、ＭＴモードでは、ギア段ごとにトルクカーブが定められ、トルクカーブに沿ってモータトルクが決定される。１速でのトルクカーブから分かるように、通常のＭＴモードにおいて１速発進時に得られるモータトルクは大きくない。そこで、ゼロ発進加速要求判定部５００から要求モータトルク計算部５４０にトルクアップ指示信号が入力された場合、要求モータトルク計算部５４０は、電流制限を解除してモータトルクを最大トルクまで増大させる。これにより、ＥＶモードと同等の大トルクを電気モータ２に出力させることができるので、ＥＶに慣れた運転者であっても、違和感なくゼロ発進加速を楽しむことができる。

図１２は、ゼロ発進加速のためのトルクアップの第２の方法を示す図である。第２の方法では、ゼロ発進加速要求判定部５００からＭＴ車両モデル５３０にトルクアップ指示信号が入力される。ＭＴ車両モデル５３０では、トルクアップ指示信号が入力された場合、クラッチモデル５３２におけるトルク伝達ゲインｋが通常発進時よりも大きくされる。具体的には、疑似クラッチペダルの踏み込み量Ｐｃが所定値Ｐｃｓ以下まで戻されて仮想クラッチがつながったとき、トルク伝達ゲインｋを通常よりも増大させる。これにより、結果的に発進時の電気モータ２のトルクが増大するので、第１の方法と同様に、運転者は違和感なくゼロ発進加速を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
５００ ゼロ発進加速要求判定部
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、
   疑似クラッチペダルと、
   疑似シフト装置と、
   疑似エンジン回転速度メーターと、
   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、
   メモリと、
   プロセッサと、を備え、
   前記メモリは、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ＭＴ車両における駆動輪トルクのトルク特性を模擬したＭＴ車両モデルを記憶し、
   前記プロセッサは、
   前記加速用ペダルの操作量を、前記ＭＴ車両モデルに対する前記ガスペダルの操作量の入力として受け付ける処理と、
   前記疑似クラッチペダルの操作量を、前記ＭＴ車両モデルに対する前記クラッチペダルの操作量の入力として受け付ける処理と、
   前記疑似シフト装置のシフト位置を、前記ＭＴ車両モデルに対する前記シフト装置のシフト位置の入力として受け付ける処理と、
   前記加速用ペダルの操作量と、前記疑似クラッチペダルの操作量と、前記疑似シフト装置のシフト位置とで定まる前記駆動輪トルクを、前記ＭＴ車両モデルを用いて計算する処理と、
   前記駆動輪トルクを前記電気自動車の駆動輪に与えるための前記モータトルクを演算する処理と、
   前記ＭＴ車両モデルを用いて計算される仮想エンジンの回転速度を前記疑似エンジン回転速度メーターに表示する処理と、を実行し、
   前記電気自動車の停止時に、前記疑似エンジン回転速度メーターに表示される前記仮想エンジンの回転速度を所定回転速度付近まで高めた状態で前記疑似クラッチペダルをつなぐゼロ発進加速操作が検出された場合、
   前記電気モータのトルクを通常発進時よりも大きくする処理と、
   前記疑似クラッチペダルの操作量より決まるトルク伝達ゲインを通常発進時よりも大きくする処理と、のうち少なくとも１つの処理を実行する
   ことを特徴とする電気自動車。
   

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