JPWO2014103522A1

JPWO2014103522A1 - 電動車両の制御装置および電動車両の制御方法

Info

Publication number: JPWO2014103522A1
Application number: JP2014554218A
Authority: JP
Inventors: 春樹佐藤; 敬介鈴木; 中島　祐樹; 祐樹中島
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2013-11-06
Publication date: 2017-01-12
Also published as: WO2014103522A1

Abstract

電動車両の制御装置は、バッテリの入出力可能電力を演算し、車両の目標駆動力を演算し、車両のヨーレート及び操舵角に基づいて左右輪の駆動力差を演算し、左右のトルク差を発生させるのに必要な電力を演算し、入出力可能電力から、左右輪のトルク差を発生させるのに必要な電力を減算して、消費可能電力を演算し、車両の目標駆動力、消費可能電力、および左右輪の駆動力差に基づいて、モータトルク指令値を演算し、モータトルク指令値に基づいてモータの駆動を制御する。

Description

本発明は、電動車両の制御装置および電動車両の制御方法に関する。

ＪＰ２００７−３２５３７２Ａには、バッテリ残量が低下して出力制限がかかった場合に、ヨーレートを維持した状態で複数の電動機に出力制限をかけることによって、車両の走行安定性を確保する電動車両の制御装置が開示されている。

しかしながら、従来の制御装置では、繰り返し演算により徐々に複数の電動機に出力制限をかけるため、バッテリ出力可能電力が急峻に低下した場合に、短期的にバッテリ制限電力を超過する可能性がある。

本発明は、バッテリ出力可能電力が急峻に低下した場合でも、左右輪のトルク差を確保しつつ、必要電力がバッテリ出力可能電力を超過しない技術を提供することを目的とする。

一実施形態における電動車両の制御装置は、バッテリが入出力可能な電力から、左右輪の駆動力差を発生させるのに必要な電力を減算して、消費可能電力を演算し、車両の目標駆動力、消費可能電力、および、左右輪の駆動力差に基づいて、モータトルク指令値を演算する。そして、演算したモータトルク指令値に基づいて、車両の前後輪のいずれか一方の左右輪にトルク差を発生させることが可能なモータの駆動を制御する。

本発明の実施形態については、添付された図面とともに以下に詳細に説明される。

図１は、一実施形態における電動車両の制御装置を適用した電気自動車の概略構成図である。図２は、車両コントローラによって行われる後輪モータの制御処理の流れを示すフローチャートである。図３は、車速ＶＳＰおよび車両の傾斜角θと左右トルク差配分率αとの関係を示すマップの一例である。図４は、モータ１５の回転数、モータ１６の回転数、および、バッテリ消費可能電力に対して、出力可能な加減速トルクを定めた３次元マップである。図５Ａは、一実施形態における電動車両の制御装置による制御結果を示す図である。図５Ｂは、特開２００７−３２５３２７号公報に記載の従来の方法による制御結果を示す図である。

図１は、一実施形態における電動車両の制御装置を適用した電気自動車の概略構成図である。図１に示すように、電気自動車１は、前輪２、３、操舵機構６、後輪４、５、後輪駆動部１１を備える。車両前方側に一対設けられる前輪２、３は、操舵機構６のステアリングホイール６ａによって操舵される。この操舵機構６には、前輪２、３の操舵角度を検出する舵角センサ６ｂが設置されている。

車両後方側に一対設けられる後輪４、５は、後輪駆動部１１によって駆動される。後輪駆動部１１は、強電バッテリ１２、インバータ１３、１４、モータ１５、１６、車両コントローラ１７を備える。

モータ１５、１６は、左右の後輪４、５を独立して駆動することができるように、左右の後輪４、５ごとに設けられている。以下、右後輪４を駆動するモータ１５を「右後輪モータ」、左後輪５を駆動するモータ１６を「左後輪モータ」という。バッテリ１２に充電された電力は、各後輪モータ１５、１６ごとに設けられたインバータ１３、１４を介して各後輪モータ１５、１６に供給される。各後輪モータ１５、１６は、インバータ１３、１４からの交流電圧値に応じた駆動力を発生し、その駆動力が出力軸１８、１９を介して後輪４、５（駆動輪）に伝達される。なお、インバータ１３、１４からの交流電圧値は、車両の運転状態に応じて車両コントローラ１７によって制御される。

車両コントローラ１７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏインタフェースを有する。車両コントローラ１７には、車速センサ２１（実車速検出手段）、アクセルペダル開度センサ２２（アクセル開度検出手段）、ブレーキペダル開度センサ２３、ポジションセンサ２４、加速度センサ２５、ヨーレートセンサ２６、傾斜角センサ２７、舵角センサ６ｂなどの各種センサの出力が入力する。ここで、車速センサ２１は実際の車両の速度、つまり実車速ＶＳＰを検出する。アクセルペダル開度センサ２２は、アクセルペダル開度（以下「アクセル開度」という）ＡＰＯ（アクセルペダルの踏み込み量）を検出する。ブレーキペダル開度センサ２３は、ブレーキペダル開度（ブレーキペダル踏み込み量）を検出する。ポジションセンサ２４は、セレクトレバーのポジションを検出する。加速度センサ２５は、車両の加速度を検出する。ヨーレートセンサ２６は、車両のヨーレートを検出する。傾斜角センサ２７は、車両の進行方向に対する左右方向の傾斜角θを検出する。車両コントローラ１７は、これら出力に基づいて、インバータ１３、１４からモータ１５、１６に出力される交流電圧値を制御して、各後輪モータ１５、１６の駆動力を調整する。

図２は、車両コントローラ１７によって行われる後輪モータ１５、１６の制御処理の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１０から始まる処理は、所定の時間間隔毎に行われる。

ステップＳ１０では、車速センサ２１によって検出される車速ＶＳＰ、および、アクセルペダル開度センサ２２によって検出されるアクセルペダル開度ＡＰＯに基づいて、車両の前後方向における車両目標駆動力（車両加速要求トルク）Ｔｆを演算する。また、ヨーレートセンサ２６によって検出されるヨーレート、および、舵角センサ６ｂによって検出されるステアリング角に基づいて、車両要求駆動力差ΔＴを演算する。この車両要求駆動力差ΔＴは、後輪モータ１５、１６のトルクを補正するための補正値である。以下では、右後輪モータ１５の基本トルクにΔＴを加算するとともに、左後輪モータ１６の基本トルクからΔＴを減算するものとして説明する。

ステップＳ２０では、車速センサ２１によって検出される車速ＶＳＰ、および、傾斜角センサ２７によって検出される車両の傾斜角θに基づいて、左右トルク差配分率αを求める。

図３は、車速ＶＳＰおよび車両の傾斜角θと左右トルク差配分率αとの関係を示すマップの一例である。左右トルク差配分率αは、ステップＳ１０で求めた車両要求駆動力差ΔＴを補正するための補正係数であり、最小値を０、最大値を１とする。車両の旋回時等において、車速が高くなるほど、横風の影響により車体が不安定になりやすく、また、車両の傾斜角θが小さいほど、車体が不安定になりやすい。従って、図３に示すように、車速ＶＳＰが高くなるほど、また、車両の傾斜角θが小さくなるほど、車両の安定度を確保するために、左右トルク差配分率αを大きくする。後述するように、左右トルク差配分率αが大きくなるほど、左右の駆動輪のトルク差は大きくなる。

ステップＳ３０では、次式（１）より、車両として最低限確保すべき必要な駆動力差ΔＴｐを求める。
ΔＴｐ＝ΔＴ×α …（１）

ステップＳ４０では、次式（２）より、ステップＳ３０で求めた駆動力差ΔＴｐを実現するために必要な電力Ｐｄｙｃを演算する。
Ｐｄｙｃ＝ΔＴｐ×（｜Ｎ１−Ｎ２｜）＋損失分 …（２）

ただし、式（２）の損失分は、次式（３）で表される。式（３）中のＴｄｂは、前回の加減速要求トルク、Ｎ１は右後輪モータ１５の回転数、Ｎ２は左後輪モータ１６の回転数である。
損失分＝損失ＭＡＰ（Ｔｄｂ＋ΔＴ，Ｎ１）−損失ＭＡＰ（Ｔｄｂ，Ｎ１）＋損失ＭＡＰ（Ｔｄｂ−ΔＴ，Ｎ２）−損失ＭＡＰ（Ｔｄｂ，Ｎ２） …（３）

式（３）中の損失ＭＡＰは、加減速要求トルクとモータ回転数に応じたモータの損失を定義したマップである。

ステップＳ５０では、バッテリ１２の出力可能電力Ｐｏｕｔ、入力可能電力Ｐｉｎを求める。バッテリ１２の出力可能電力Ｐｏｕｔ、入力可能電力Ｐｉｎは、例えば、バッテリ１２のＳＯＣ（State Of Charge）や温度に基づいて求めることができる。

ステップＳ６０では、次式（４）、（５）より、加減速要求トルクの制限値演算に必要な消費可能上限電力Ｐｍａｘと消費可能下限電力Ｐｍｉｎを求める。ただし、式（４）、（５）における他消費電力とは、エアコンのコンプレッサ等、補機等の消費電力のことである。
Ｐｍａｘ＝Ｐｏｕｔ−他消費電力−Ｐｄｙｃ …（４）
Ｐｍｉｎ＝Ｐｉｎ−他消費電力−Ｐｄｙｃ …（５）

ステップＳ７０では、ステップＳ６０で求めた消費可能上限電力Ｐｍａｘ、モータ１５の回転数Ｎ１、および、モータ１６の回転数Ｎ２に基づいて、図４に示すようなマップを参照することにより、加減速トルク上限値Ｔｌｍａｘを求める。また、ステップＳ６０で求めた消費可能下限電力Ｐｍｉｎ、モータ１５の回転数Ｎ１、および、モータ１６の回転数Ｎ２に基づいて、図４に示すようなマップを参照することにより、加減速トルク下限値Ｔｌｍｉｎを求める。

図４に示すマップは、モータ損失を考慮して、モータ１５の回転数、モータ１６の回転数、および、バッテリ消費可能電力に対して、出力可能な加減速トルクを定めた３次元マップである。

なお、モータの回転数およびバッテリ消費可能電力に対して、出力可能な加減速トルクを定めた２次元マップを用意しておき、モータ１５の回転数とモータ１６の回転数のうち、高い方の回転数に基づいて、２次元マップを参照することにより、加減速トルク上限値Ｔｌｍａｘ（加減速トルク下限値Ｔｌｍｉｎ）を算出するようにしてもよい。

ステップＳ８０では、ステップＳ７０で求めた加減速トルク上限値Ｔｌｍａｘおよび加減速トルク下限値Ｔｌｍｉｎに基づいて、ステップＳ１０で演算した車両加速要求トルクＴｆの上下限値を制限し、最終加速要求トルクＴｄを演算する（式（６）参照）。
Ｔｄ＝ＭＡＸ（ＭＩＮ（Ｔｆ、Ｔｌｍａｘ）、Ｔｌｍｉｎ） …（６）

ステップＳ９０では、次式（７）、（８）より、後輪モータ１５、１６に対するトルク指令値を算出する。すなわち、Ｔｄ＋ΔＴを最終モータトルク下限値Ｔｍｉｎ１および最終モータトルク上限値Ｔｍａｘ１で制限した値を右後輪モータ１５のトルク指令値とし、Ｔｄ−ΔＴを最終モータトルク下限値Ｔｍｉｎ２および最終モータトルク上限値Ｔｍａｘ２で制限した値を左後輪モータ１６のトルク指令値とする。
右後輪モータ１５のトルク指令値＝ＭＡＸ（ＭＩＮ（Ｔｄ＋ΔＴ、Ｔｍａｘ１）、Ｔｍｉｎ１） …（７）
左後輪モータ１６のトルク指令値＝ＭＡＸ（ＭＩＮ（Ｔｄ−ΔＴ、Ｔｍａｘ２）、Ｔｍｉｎ２） …（８）

ここで、Ｔｍａｘ１、Ｔｍｉｎ１はそれぞれ、右後輪モータ１５の最終モータトルク上限値、最終モータトルク下限値を表しており、次式（９）、（１０）で表される。また、Ｔｍａｘ２、Ｔｍｉｎ２はそれぞれ、左後輪モータ１６の最終モータトルク上限値、最終モータトルク下限値を表しており、次式（１１）、（１２）で表される。
Ｔｍａｘ１＝Ｔｄ＋ΔＴｘ（ｍａｘ） …（９）
Ｔｍｉｎ１＝Ｔｄ＋ΔＴｘ（ｍｉｎ） …（１０）
Ｔｍａｘ２＝Ｔｄ−ΔＴｘ（ｍｉｎ） …（１１）
Ｔｍｉｎ２＝Ｔｄ−ΔＴｘ（ｍａｘ） …（１２）

式（９）、（１２）におけるΔＴｘ（ｍａｘ）は、次式（１３）を満たすΔＴｘのうちの最大値を示し、式（１０）、（１１）におけるΔＴｘ（ｍｉｎ）は、次式（１３）を満たすΔＴｘのうちの最小値を示す。

Ｐｉｎ−他消費電力≦Ｎ１×（Ｔｄ＋ΔＴｘ）＋損失ＭＡＰ（（Ｔｄ＋ΔＴｘ）、Ｎ１）＋Ｎ２×（Ｔｄ−ΔＴｘ）＋損失ＭＡＰ（（Ｔｄ−ΔＴｘ）、Ｎ２）≦Ｐｏｕｔ−他消費電力 …（１３）

ステップＳ１００では、式（７）により求めた右後輪モータ１５のトルク指令値に基づいて、インバータ１３の駆動を制御するとともに、式（８）により求めた左後輪モータ１６のトルク指令値に基づいて、インバータ１４の駆動を制御する。

図５Ａは、一実施形態における電動車両の制御装置による制御結果を示す図、図５Ｂは、特開２００７−３２５３７２号公報に記載の従来の方法による制御結果を示す図である。図５Ａに示すように、一実施形態における電動車両の制御装置では、車両の駆動トルク（加減速トルク）を得るために必要な電力、モータ１５、１６の損失、補機等の消費電力、および、車両の左右輪にトルク差を発生させるために必要な電力の合計（以下、合計電力）がバッテリ１２の出力可能電力Ｐｏｕｔを超える場合、少なくとも車両の左右輪にトルク差を発生させるために必要な電力を確保した状態で、合計電力がバッテリ１２の出力可能電力Ｐｏｕｔ以下となるように、車両の駆動トルクを設定する。これにより、バッテリ１２の出力が急変（急低下）した場合でも、所望の左右トルク差を発生させて車両を安定化させつつ、必要電力がバッテリの出力可能電力を超過するのを防ぐことができる。

これに対して、特開２００７−３２５３２７号公報に記載の従来の制御方法では、図５Ｂに示すように、複数のモータに対して徐々に出力制限を行うため、バッテリの出力が急変（急低下）した場合に、必要電力がバッテリの出力可能電力を一時的に超過してしまう。

以上、一実施形態における電動車両の制御装置によれば、車両の前後輪のいずれか一方の左右輪にトルク差を発生させることが可能なモータ１５、１６と、モータ１５、１６に電力を供給するバッテリ１２と、車両コントローラ１７とを備える。車両コントローラ１７は、バッテリ１２の状態に基づいて求められるバッテリ１２の入出力可能な電力と、車両の目標駆動力と、車両のヨーレート及び操舵角に基づいて左右輪の駆動力差と、左右輪の駆動力差を発生させるのに必要な電力と、バッテリ１２の入出力可能な電力から、左右輪の駆動力差を発生させるのに必要な電力を減算することによって求められる消費可能電力と、車両の目標駆動力、消費可能電力、および、左右輪の駆動力差に基づいて求められるモータトルク指令値とを演算する。そして、演算したモータトルク指令値に基づいて、モータ１５、１６の駆動を制御する。バッテリ１２の入出力可能な電力から、左右輪の駆動力差を発生させるのに必要な電力を減算することによって求めた消費可能電力と車両の目標駆動力と左右輪の駆動力差とに基づいて、左右輪の駆動力差を発生させるためのトルク指令値を含むモータトルク指令値を求めるので、バッテリ１２の出力可能電力が急低下した場合でも、車両の左右輪にトルク差を発生させて車両を安定化させつつ、必要電力がバッテリ１２の出力可能電力を超過するのを防ぐことができる。

特に、モータ１５、１６の回転数と消費可能電力とに基づいて、車両の目標駆動力を制限するための制限値を算出し、算出した制限値に基づいて、車両の目標駆動力を制限する。そして、制限された車両の目標駆動力、および左右輪の駆動力差に基づいて、モータトルク指令値を演算する。モータトルク指令値を算出する際に、左右輪の駆動力差を発生させるためのトルク指令値は確保した上で、車両の目標駆動力を制限するので、バッテリ１２の出力可能電力が急低下した場合でも、車両の左右輪にトルク差を発生させて車両を安定化させつつ、必要電力がバッテリ１２の出力可能電力を超過するのを防ぐことができる。

また、一実施形態における電動車両の制御装置では、少なくとも車速および車両の進行方向に対する左右方向における傾斜角に基づいて、左右輪の駆動力差を補正し、バッテリが入出力可能な電力から、補正後の左右輪の駆動力差を発生させるのに必要な電力を減算して、消費可能電力を演算する。これにより、車両の走行シーンに応じて左右輪の駆動力差を補正することができるので、車両の左右輪に必要なトルク差を発生させつつ、バッテリ１２の入出力可能電力を精度良く使い切ることができる。

特に、車両の傾斜角が大きいほど、左右輪の駆動力差が小さくするので、車両の傾斜角が大きい場合に、前後方向のトルクを大きくすることで車両がずり下がるのを防止することができる。また、車速が低いほど、左右輪の駆動力差を小さくするので、横風の影響を受けにくい低車速走行時には、左右輪の駆動力差を大きくすることなく、前後方向のトルクを確保することができる。逆に、車速が高くて横風の影響を受けやすい状況下では、左右輪の駆動力差を大きくすることにより、車両を安定させることができる。

本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、上述した実施形態では、各後輪４、５に対応させてモータ１５、１６を設けているが、各前輪に対応させたモータを設ける構成としてもよいし、後輪または前輪を駆動するモータを１つだけ設ける構成としてもよい。また、前後の各輪に対応させたモータを設けてもよい。さらに、電気自動車ではなく、ハイブリッド車や燃料電池自動車に適用することもできる。

車両要求駆動力差ΔＴは、車両のヨーレート、および、ステアリング角に基づいて演算したが、さらに他の要素を考慮して演算してもよい。

本願は、２０１２年１２月２６日に日本国特許庁に出願された特願２０１２−２８３５９５に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims

車両の前後輪のいずれか一方の左右輪にトルク差を発生させることが可能なモータと、
前記モータに電力を供給するバッテリと、
前記バッテリの状態に基づいて前記バッテリが入出力可能な電力を演算するバッテリ入出力電力演算手段と、
車両の目標駆動力を演算する目標駆動力演算手段と、
少なくとも車両のヨーレート及び操舵角に基づいて左右輪の駆動力差を演算する左右駆動力差演算手段と、
左右輪の駆動力差を発生させるのに必要な電力を演算する必要電力演算手段と、
前記バッテリが入出力可能な電力から、前記左右輪の駆動力差を発生させるのに必要な電力を減算して、消費可能電力を演算する消費可能電力演算手段と、
前記車両の目標駆動力、前記消費可能電力、および、前記左右輪の駆動力差に基づいて、モータトルク指令値を演算するモータトルク指令値演算手段と、
前記モータトルク指令値に基づいて前記モータの駆動を制御するモータ制御手段と、
を備える電動車両の制御装置。
請求項１に記載の電動車両の制御装置において、
前記モータトルク指令値演算手段は、
前記モータの回転数と前記消費可能電力とに基づいて、前記車両の目標駆動力を制限するための制限値を算出する駆動力制限値算出手段と、
前記制限値に基づいて、前記車両の目標駆動力を制限する目標駆動力制限手段と、
を備え、
前記目標駆動力制限手段によって制限された車両の目標駆動力、および、前記左右輪の駆動力差に基づいて、前記モータトルク指令値を演算する、
電動車両の制御装置。
請求項１または請求項２に記載の電動車両の制御装置において、
少なくとも車速および車両の進行方向に対する左右方向における傾斜角に基づいて、前記左右輪の駆動力差を補正する左右輪駆動力差補正手段をさらに備え、
前記消費可能電力演算手段は、前記バッテリが入出力可能な電力から、前記補正後の左右輪の駆動力差を発生させるのに必要な電力を減算して、前記消費可能電力を演算する、
電動車両の制御装置。
請求項３に記載の電動車両の制御装置において、
前記左右輪駆動力差補正手段は、車両の傾斜角が大きいほど、前記左右輪の駆動力差を小さくする、
電動車両の制御装置。
請求項３に記載の電動車両の制御装置において、
前記左右輪駆動力差補正手段は、車速が低いほど、前記左右輪の駆動力差を小さくする、
電動車両の制御装置。
車両の前後輪のいずれか一方の左右輪にトルク差を発生させることが可能なモータと、前記モータに電力を供給するバッテリとを備える電動車両の制御方法であって、
前記バッテリの状態に基づいて前記バッテリが入出力可能な電力を演算し、
車両の目標駆動力を演算し、
少なくとも車両のヨーレート及び操舵角に基づいて左右輪の駆動力差を演算し、
左右輪の駆動力差を発生させるのに必要な電力を演算し、
前記バッテリが入出力可能な電力から、前記左右輪の駆動力差を発生させるのに必要な電力を減算して、消費可能電力を演算し、
前記車両の目標駆動力、前記消費可能電力、および、前記左右輪の駆動力差に基づいて、モータトルク指令値を演算し、
前記モータトルク指令値に基づいて前記モータの駆動を制御する、
電動車両の制御方法。