KR20240072911A

KR20240072911A - 전기 자동차

Info

Publication number: KR20240072911A
Application number: KR1020230134072A
Authority: KR
Inventors: 요이치로 이사미; 겐지 미즈타니; 히로타카 이케가미; 아키히토 야스에
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2022-11-17
Filing date: 2023-10-10
Publication date: 2024-05-24
Also published as: CN118046760A; EP4371802A1; JP2024073635A; JP7529003B2; JP2024073134A; US20240166057A1

Abstract

(과제) 전기 모터를 주행용의 동력 장치로서 사용하는 전기 자동차에 있어서, 시퀀셜 시프터를 갖는 클러치 페달리스 MT 차량과 같은 운전 감각을 즐길 수 있도록 한다.
(해결 수단) 이 전기 자동차는, 액셀 페달과 시퀀셜 시프터와 제어 장치를 구비한다. 제어 장치는, 액셀 페달의 조작과 시퀀셜 시프터의 조작에 응답하여 전기 모터가 출력하는 모터 토크를 변화시킨다. 상세하게는, 제어 장치는, 시퀀셜 시프터의 조작에 응답하여, 소정의 시프트 시간 동안에 모터 토크의 변화율을 적어도 2 회 변화시킨다.

Description

전기 자동차{ELECTRIC VEHICLE}

본 개시는, 전기 모터를 주행용의 동력 장치로서 사용하는 전기 자동차에 관한 것이다.

전기 자동차에 있어서 주행용의 동력 장치로서 사용되는 전기 모터는, 종래 차량에 있어서 주행용의 동력 장치로서 사용되어 온 내연 기관에 비해, 토크 특성이 크게 상이하다. 동력 장치의 토크 특성의 차이로 인해, 종래 차량은 변속기가 필수인 데 비해, 일반적으로 전기 자동차는 변속기를 구비하지 않는다. 물론, 전기 자동차는, 운전자의 수동 조작에 의해 변속비를 전환하는 매뉴얼 트랜스 미션 (MT) 은 구비하지 않는다. 이 때문에, MT 가 부착된 종래 차량 (이하, MT 차량이라고 한다) 의 운전과 전기 자동차의 운전에서는, 운전 감각에 큰 차이가 있다.

한편, 전기 모터는, 인가하는 전압이나 계자를 제어함으로써 비교적 용이하게 토크를 제어할 수 있다. 따라서 전기 모터에서는, 적당한 제어를 실시함으로써, 전기 모터의 동작 범위 내에서 원하는 토크 특성을 얻는 것이 가능하다. 이 특징을 살려 전기 자동차의 토크를 제어하여 MT 차량 특유의 토크 특성을 모의하는 기술이, 예를 들어 특허문헌 1 및 특허문헌 2 에 제안되어 있다. 이들 특허문헌에 개시된 전기 자동차에는, MT 차량과 같은 운전 감각을 얻을 수 있도록 유사 시프터와 유사 클러치 페달이 형성되어 있다.

일본 공개특허공보 2021-118569호 일본 공개특허공보 2022-036845호

클러치 페달의 조작은 MT 차량이 아니고는 할 수 없는 조작이므로, 전기 자동차에 유사 클러치 페달을 형성하는 것은, 전기 자동차로 MT 차량과 같은 운전 감각을 즐기고 싶은 유저에게 소구한다. 그러나, 클러치 페달의 조작은, 자동 변속기 부착 차량의 운전에 익숙한 작금의 운전자에게 있어서는, 경우에 따라서는 귀찮고, 어렵기도 한 조작이다. 또, 필요한 조작이 시프터 조작뿐이라면, 보다 민첩한 기어단의 전환을 실현할 수도 있다.

MT 차량과 같은 운전 감각을 즐기고 싶지만, 클러치 페달의 조작을 어려워하거나 필요로 하지 않는 유저는 일정수 존재하는 것으로 추정된다. 그리고, 그러한 유저가 원하고 있는 운전 감각은, 엄밀하게는 클러치 페달을 갖지 않는 클러치 페달리스 MT 차량의 운전 감각이라고 추측된다. 클러치 페달리스 MT 차량에서는, 시퀀셜 시프터가 사용되고 있는 예가 많다. 시퀀셜 시프터의 조작 감각도 포함하여, 클러치 페달리스 MT 차량의 운전 감각은, 클러치 페달을 구비한 통상적인 MT 차량의 운전 감각과는 다르다.

상기 특허문헌에 개시된 전기 자동차는, 클러치 페달을 구비한 통상적인 MT 차량에 있어서의 출력 특성을 모의하도록 설계되어 있다. 이 때문에, 상기 특허문헌에 개시된 전기 자동차로부터 단지 유사 클러치 페달을 없앤 것만으로는, 시퀀셜 시프터를 갖는 클러치 페달리스 MT 차량과 같은 운전 감각을 원하는 유저를 만족시킬 수 없다.

본 개시는, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이다. 본 개시의 하나의 목적은, 전기 모터를 주행용의 동력 장치로서 사용하는 전기 자동차에 있어서, 시퀀셜 시프터를 갖는 클러치 페달리스 MT 차량과 같은 운전 감각을 즐길 수 있도록 하는 데에 있다.

본 개시는 상기 목적을 달성하기 위한 전기 자동차를 제공한다. 본 개시의 전기 자동차는, 액셀 페달과 시퀀셜 시프터를 구비한다. 또, 본 개시의 전기 자동차는, 액셀 페달의 조작과 시퀀셜 시프터의 조작에 응답하여 전기 모터가 출력하는 모터 토크를 변화시키는 제어 장치를 구비한다. 제어 장치는, 시퀀셜 시프터의 조작에 응답하여, 소정의 시프트 시간 동안에 모터 토크의 변화율을 적어도 2 회 변화시키도록 구성되어 있다.

시퀀셜 시프터는, 예를 들어, 패들식 시프터여도 되고, 레버식 시프터여도 된다. 요컨대, 시퀀셜 시프터는, 클러치 페달리스 MT 차량이 구비하는 시퀀셜 시프터와 같은 구조나 조작감을 갖는 것이어도 된다. 단, 상기와 같이, 시퀀셜 시프터는 그 조작이 전기 모터의 모터 토크에 작용하는 것으로서, 클러치 페달리스 MT 차량이 구비하는 시퀀셜 시프터와는 기능에 있어서 차이가 난다. 클러치 페달리스 MT 차량이 구비하는 시퀀셜 시프터와 구별하기 위해, 이하, 본 개시의 전기 자동차가 구비하는 시퀀셜 시프터를 유사 시퀀셜 시프터라고 칭한다.

본 개시의 전기 자동차의 구성에 의하면, 유사 시퀀셜 시프터의 시프트 조작에 의해, 모터 토크는, 시퀀셜 시프터가 조작되었을 때의 클러치 페달리스 MT 차량의 구동륜 토크와 같은 출력 특성으로 변화한다. 이로써, 운전자는, 시퀀셜 시프터를 갖는 클러치 페달리스 MT 차량과 같은 운전 감각을 전기 자동차에 있어서 즐길 수 있다.

제어 장치가 시프트 시간 동안에 모터 토크의 변화율을 적어도 2 회 변화시키는 것은, 제어 장치가, 시프트 시간 동안에, 모터 토크를 극소치까지 저하시키고 나서 다시 증가시키는 것을 포함해도 된다. 모터 토크를 일시적으로 저하시킴으로써, 클러치 페달리스 MT 차량에 있어서 시퀀셜 시프터의 시프트 조작에 의해 클러치가 일시적으로 해방되었을 때의 운전 감각이 연출된다. 그 경우, 제어 장치는, 극소치를 제로로 하고, 시프트 시간 내의 소정 시간, 모터 토크를 제로로 유지해도 된다. 또한, 제어 장치는, 시프트 시간의 경과시에 모터 토크를 오버 슈트시켜도 된다. 유사 시퀀셜 시프터의 시프트 조작에 의해 얻어지는 운전 감각은, 시프트 시간 내의 모터 토크의 변화 특성의 설정에 의존한다.

예시한 시프트 시간 내의 모터 토크의 변화 특성은, 유사 시퀀셜 시프터의 업 시프트 조작에 적용되어도 되고, 유사 시퀀셜 시프터의 다운 시프트 조작에 적용되어도 된다.

제어 장치는, 액셀 페달의 조작량이 일정한 경우, 시프트 시간의 경과 전후에서 시퀀셜 시프터의 시프트 방향에 따른 차를 모터 토크에 발생시켜도 된다. 유사 시퀀셜 시프터의 조작이 업 시프트 조작이면, 시프트 시간의 경과 전후에서 모터 토크를 저하시켜도 된다. 또, 유사 시퀀셜 시프터의 다운 시프트 조작이면, 시프트 시간의 경과 전후에서 모터 토크를 증대시켜도 된다.

시프트 시간 내의 모터 토크의 변화 특성은 변경 가능해도 된다. 예를 들어, 본 개시의 전기 자동차가 드라이브 모드 선택 스위치를 구비하는 경우, 제어 장치는, 드라이브 모드 선택 스위치에 의해 선택된 드라이브 모드에 따라, 시프트 시간 내의 모터 토크의 변화 특성을 변경해도 된다. 이 구성에 의하면, 운전자는, 드라이브 모드를 적절히 선택함으로써, 기분에 맞는 운전 감각이나 운전 장면에 따른 운전 감각을 임의로 얻을 수 있다.

운전자가 얻는 운전 감각은 시각 정보에 의존한다. 이 때문에, 클러치 페달리스 MT 차량이 아니고는 할 수 없는 거동을 시각적으로 표현함으로써, 보다 리얼한 운전 감각을 운전자에게 주는 것이 기대된다. 본 개시의 전기 자동차는, 클러치 페달리스 MT 차량이 아니고는 할 수 없는 거동을 시각적으로 표현하는 장치로서, 유사 엔진 회전 속도 미터를 구비해도 된다. 유사 엔진 회전 속도 미터에는, 본 개시의 전기 자동차가 모의하고 있는 클러치 페달리스 MT 차량의 가상 엔진 회전 속도가 표시된다. 하나의 예로서, 유사 시퀀셜 시프터가 업 시프트 조작되는 경우, 그 업 시프트 조작에 응답하여, 시프트 시간 동안, 단조롭게 저하되는 가상 엔진 회전 속도를 유사 엔진 회전 속도 미터에 표시해도 된다. 다른 예로서, 유사 시퀀셜 시프터가 다운 시프트 조작되는 경우, 그 다운 시프트 조작에 응답하여, 시프트 시간 내의 소정의 타이밍에 상승하는 가상 엔진 회전 속도를 유사 엔진 회전 속도 미터에 표시해도 된다.

제어 장치에 의한 모터 토크의 계산은, 클러치 페달리스 MT 차량에 있어서의 구동륜 토크의 출력 특성을 모의한 클러치 페달리스 MT 차량 모델을 사용하여 행해져도 된다. 클러치 페달리스 MT 차량 모델과, 그것을 사용한 모터 토크의 계산 방법에 대해서는, 후술하는 본 개시의 실시형태에 있어서 설명한다.

이상 서술한 바와 같이, 본 개시의 전기 자동차에 의하면, 운전자는, 시퀀셜 시프터를 갖는 클러치 페달리스 MT 차량과 같은 운전 감각을 즐길 수 있다.

도 1 은, 본 개시의 실시형태에 관련된 전기 자동차의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2 는, 도 1 에 나타내는 전기 자동차의 제어 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3 은, 도 1 에 나타내는 전기 자동차의 제어 장치의 기능을 나타내는 블록도이다.
도 4 는, 도 3 에 나타내는 제어 장치가 구비하는 클러치 페달리스 MT 차량 모델의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 5 는, 도 4 에 나타내는 클러치 페달리스 MT 차량 모델을 구성하는 엔진 모델의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6 은, 도 4 에 나타내는 클러치 페달리스 MT 차량 모델을 구성하는 클러치 모델의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7 은, 도 4 에 나타내는 클러치 페달리스 MT 차량 모델을 구성하는 시퀀셜 트랜스 미션 모델의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8 은, 클러치 페달리스 MT 차량 모델을 사용한 모터 제어로 실현되는 전기 모터의 토크 특성을, 전기 자동차로서의 통상적인 모터 제어로 실현되는 전기 모터의 토크 특성과 비교하여 나타내는 도면이다.
도 9 는, 업 시프트 조작에 응답하여 실시되는 클러치 페달리스 MT 차량 모델을 사용한 모터 토크의 연산의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10 은, 업 시프트 조작에 응답하여 실시되는 클러치 페달리스 MT 차량 모델을 사용한 모터 토크의 연산의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 11 은, 다운 시프트 조작에 응답하여 실시되는 클러치 페달리스 MT 차량 모델을 사용한 모터 토크의 연산의 일례를 나타내는 도면이다.
도 12 는, 다운 시프트 조작에 응답하여 실시되는 클러치 페달리스 MT 차량 모델을 사용한 모터 토크의 연산의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 13 은, 본 개시의 실시형태에 관련된 전기 자동차의 구성의 변형예를 모식적으로 나타내는 도면이다.

1. 전기 자동차의 구성

도 1 은, 본 실시형태에 관련된 전기 자동차 (10) 의 동력계의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 전기 자동차 (10) 는, 동력원으로서 전기 모터 (2) 를 구비하고 있다. 전기 모터 (2) 는, 예를 들어 브러시리스 DC 모터나 삼상 교류 동기 모터이다. 전기 모터 (2) 에는, 그 회전 속도를 검출하기 위한 회전 속도 센서 (40) 가 형성되어 있다. 전기 모터 (2) 의 출력축 (3) 은, 기어 기구 (4) 를 개재하여 프로펠러 샤프트 (5) 의 일단에 접속되어 있다. 프로펠러 샤프트 (5) 의 타단은, 디퍼렌셜 기어 (6) 를 개재하여, 차량 전방의 드라이브 샤프트 (7) 에 접속되어 있다.

전기 자동차 (10) 는, 전차륜인 구동륜 (8) 과, 후차륜인 종동륜 (12) 을 구비하고 있다. 구동륜 (8) 은, 드라이브 샤프트 (7) 의 양단에 각각 형성되어 있다. 각 차륜 (8, 12) 에는, 차륜속 센서 (30) 가 형성되어 있다. 도 1 에서는, 대표로 오른쪽 후륜의 차륜속 센서 (30) 만이 그려져 있다. 차륜속 센서 (30) 는, 전기 자동차 (10) 의 차속을 검출하기 위한 차속 센서로도 사용된다. 차륜속 센서 (30) 는, 컨트롤러 에어리어 네트워크 (CAN) 등의 차재 네트워크에 의해 후술하는 제어 장치 (50) 에 접속되어 있다.

전기 자동차 (10) 는, 배터리 (14) 와, 인버터 (16) 를 구비하고 있다. 배터리 (14) 는, 전기 모터 (2) 를 구동하는 전기 에너지를 비축한다. 즉, 전기 자동차 (10) 는, 배터리 (14) 에 비축된 전기 에너지로 주행하는 배터리 전기 자동차 (BEV) 이다. 인버터 (16) 는, 배터리 (14) 로부터 입력되는 직류 전력을 전기 모터 (2) 의 구동 전력으로 변환한다. 인버터 (16) 에 의한 전력 변환은, 제어 장치 (50) 에 의한 PWM 제어에 의해 실시된다. 인버터 (16) 는, 차재 네트워크에 의해 제어 장치 (50) 에 접속되어 있다.

전기 자동차 (10) 는, 운전자가 전기 자동차 (10) 에 대한 동작 요구를 입력하기 위한 동작 요구 입력 장치로서, 가속 요구를 입력하기 위한 액셀 페달 (22) 과, 제동 요구를 입력하기 위한 브레이크 페달 (24) 을 구비하고 있다. 액셀 페달 (22) 에는, 액셀 페달 (22) 의 조작량인 액셀 개도를 검출하기 위한 액셀 포지션 센서 (32) 가 형성되어 있다. 또 브레이크 페달 (24) 에는, 브레이크 페달 (24) 의 조작량인 브레이크 밟기량을 검출하기 위한 브레이크 포지션 센서 (34) 가 형성되어 있다. 액셀 포지션 센서 (32) 및 브레이크 포지션 센서 (34) 는, 차재 네트워크에 의해 제어 장치 (50) 에 접속되어 있다.

전기 자동차 (10) 는, 동작 입력 장치로서, 추가로 유사 패들 시프터 (26) 를 구비하고 있다. 패들 시프터, 즉, 패들식의 시퀀셜 시프터는 시퀀셜 매뉴얼 트랜스 미션 (SMT) 을 조작하는 장치이지만, 당연히 전기 자동차 (10) 는 SMT 를 구비하지 않는다. 유사 패들 시프터 (26) 는, 어디까지나, 본래의 패들 시프터와는 상이한 더미이다. 일반적으로, 패들 시프터를 구비하는 MT 차량은, 클러치 페달을 구비하지 않는 클러치 페달리스 MT 차량이다. 그러므로, 전기 자동차 (10) 는, 유사 패들 시프터 (26) 를 구비하고 있지만, 클러치 페달과 유사한 유사 클러치 페달은 구비하지 않는다.

유사 패들 시프터 (26) 는, 클러치 페달리스 MT 차량이 구비하는 패들 시프터와 유사한 구조를 갖고 있다. 유사 패들 시프터 (26) 는, 스티어링 휠에 장착되어 있다. 유사 패들 시프터 (26) 는, 업 시프트 스위치 (26u) 와 다운 시프트 스위치 (26d) 를 구비한다. 업 시프트 스위치 (26u) 는, 스티어링 휠의 우측에 형성되고, 다운 시프트 스위치 (26d) 는, 스티어링 휠의 좌측에 형성되어 있다. 업 시프트 스위치 (26u) 와 다운 시프트 스위치 (26d) 는 독립적으로 조작할 수 있다. 업 시프트 스위치 (26u) 는 앞쪽으로 당겨짐으로써 신호를 발하고, 다운 시프트 스위치 (26d) 도 앞쪽으로 당겨짐으로써 신호를 발한다. 이하, 업 시프트 스위치 (26u) 를 앞쪽으로 당기는 조작을 업 시프트 조작이라고 칭하고, 업 시프트 조작에 의해 업 시프트 스위치 (26u) 가 발하는 신호를 업 시프트 신호라고 칭한다. 또, 다운 시프트 스위치 (26d) 를 앞쪽으로 당기는 조작을 다운 시프트 조작이라고 칭하고, 다운 시프트 조작에 의해 다운 시프트 스위치 (26d) 가 발하는 신호를 다운 시프트 신호라고 칭한다. 업 시프트 스위치 (26u) 와 다운 시프트 스위치 (26d) 는 차재 네트워크에 의해 제어 장치 (50) 에 접속되어 있다.

전기 자동차 (10) 는, 드라이브 모드 선택 스위치 (42) 를 구비하고 있다. 드라이브 모드 선택 스위치 (42) 는, 전기 자동차 (10) 의 드라이브 모드를 선택하는 스위치이다. 도 1 에 나타내는 예에서는, A 모드, B 모드, 및 C 모드의 3 개의 드라이브 모드가 드라이브 모드 선택 스위치 (42) 에 의해 선택 가능하다. 드라이브 모드는 그 종류별로 운전자에게 주는 운전 감각이 상이하다. 드라이브 모드의 예로는, 스포츠 모드, 컴퍼트 모드, 레이싱 모드, 통상 모드 등을 들 수 있다. 드라이브 모드는 적어도 전기 모터 (2) 의 출력 특성에 관련지어져 있다. 드라이브 모드 선택 스위치 (42) 는, 차재 네트워크에 의해 제어 장치 (50) 에 접속되어 있다.

전기 자동차 (10) 는, 유사 엔진 회전 속도 미터 (44) 를 구비하고 있다. 엔진 회전 속도 미터는, 운전자에 대해 내연 기관 (엔진) 의 회전 속도를 표시하는 장치이지만, 당연히 전기 자동차 (10) 는 엔진을 구비하지 않는다. 유사 엔진 회전 속도 미터 (44) 는, 어디까지나, 본래의 엔진 회전 속도 미터와는 상이한 더미이다. 유사 엔진 회전 속도 미터 (44) 는, 종래 차량이 구비하는 엔진 회전 속도 미터와 유사한 구조를 갖고 있다. 유사 엔진 회전 속도 미터 (44) 는, 기계식이어도 되고 액정 표시식이어도 된다. 혹은, 헤드 업 디스플레이에 의한 투영 표시식이어도 된다. 액정 표시식이나 투영 표시식의 경우, 레브 리밋을 임의로 설정할 수 있도록 해도 된다. 유사 엔진 회전 속도 미터 (44) 는, 차재 네트워크에 의해 제어 장치 (50) 에 접속되어 있다.

제어 장치 (50) 는, 전형적으로는, 전기 자동차 (10) 에 탑재되는 전자 제어 유닛 (ECU) 이다. 제어 장치 (50) 는, 복수의 ECU 의 조합이어도 된다. 제어 장치 (50) 는, 인터페이스 (52) 와 메모리 (54) 와 프로세서 (56) 를 구비하고 있다. 인터페이스 (52) 에는 차재 네트워크가 접속되어 있다. 메모리 (54) 는, 데이터를 일시적으로 기록하는 RAM 과, 프로세서 (56) 로 실행 가능한 프로그램이나 프로그램에 관련되는 여러 가지의 데이터를 보존하는 ROM 을 포함하고 있다. 프로그램은 복수의 인스트럭션으로 구성되어 있다. 프로세서 (56) 는, 프로그램이나 데이터를 메모리 (54) 로부터 판독 출력하여 실행하고, 각 센서로부터 취득한 신호에 기초하여 제어 신호를 생성한다.

도 2 는, 본 실시형태에 관련된 전기 자동차 (10) 의 제어 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다. 제어 장치 (50) 는, 적어도 차륜속 센서 (30), 액셀 포지션 센서 (32), 브레이크 포지션 센서 (34), 업 시프트 스위치 (26u), 다운 시프트 스위치 (26d), 회전 속도 센서 (40), 및 드라이브 모드 선택 스위치 (42) 로부터의 신호의 입력을 접수한다. 이들 센서와 제어 장치 (50) 의 사이의 통신에는 차재 네트워크가 이용되고 있다. 도시는 생략하지만, 이들 외에도 여러 가지 센서가 전기 자동차 (10) 에 탑재되어, 차재 네트워크에 의해 제어 장치 (50) 에 접속되어 있다.

또, 제어 장치 (50) 는, 적어도 인버터 (16) 와 유사 엔진 회전 속도 미터 (44) 에 신호를 출력한다. 이들 기기와 제어 장치 (50) 의 사이의 통신에는 차재 네트워크가 이용되고 있다. 도시는 생략하지만, 이들 외에도 여러 가지 액추에이터나 표시기가 전기 자동차 (10) 에 탑재되어, 차재 네트워크에 의해 제어 장치 (50) 에 접속되어 있다.

제어 장치 (50) 는, 제어 신호 산출부 (520) 로서의 기능을 구비한다. 상세하게는, 메모리 (54) 에 기억된 프로그램이 프로세서 (56) 에 의해 실행됨으로써, 프로세서 (56) 는, 적어도 제어 신호 산출부 (520) 로서 기능한다. 제어 신호 산출이란, 액추에이터나 기기에 대한 제어 신호를 산출하는 기능이다. 제어 신호에는, 적어도, 인버터 (16) 를 PWM 제어하기 위한 신호와, 유사 엔진 회전 속도 미터 (44) 에 정보를 표시시키는 신호가 포함된다. 이하, 제어 장치 (50) 가 갖는 기능에 대해 설명한다.

2. 제어 장치의 기능

2-1. 모터 토크 산출 기능

도 3 은, 본 실시형태에 관련된 제어 장치 (50) 의 기능, 특히, 전기 모터 (2) 에 대한 모터 토크 지령치의 산출에 관련된 기능을 나타내는 블록도이다. 제어 장치 (50) 는, 이 블록도에 나타난 기능에 의해 모터 토크 지령치를 계산하고, 모터 토크 지령치에 기초하여 인버터 (16) 를 PWM 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 제어 신호 산출부 (520) 는, 클러치 페달리스 MT 차량 모델 (530) 과 요구 모터 토크 계산부 (540) 를 구비한다. 제어 신호 산출부 (520) 에는, 적어도 차륜속 센서 (30), 액셀 포지션 센서 (32), 업 시프트 스위치 (26u), 다운 시프트 스위치 (26d), 및 드라이브 모드 선택 스위치 (42) 로부터의 신호가 입력된다. 제어 신호 산출부 (520) 는, 이들 센서 및 스위치로부터의 신호를 처리하고, 전기 모터 (2) 에 출력시키는 모터 토크를 산출한다.

클러치 페달리스 MT 차량 모델 (530) 은, 전기 자동차 (10) 를 클러치 페달리스 MT 차량이라고 가정했을 경우에, 액셀 페달 (22) 및 유사 패들 시프터 (26) 의 조작에 의해 얻어져야 할 구동륜 토크를 계산하는 모델이다. 클러치 페달리스 MT 차량은, 엔진, SMT, 및 엔진과 SMT 를 접속하는 클러치를 구비하지만, 클러치는 자동으로 조작되기 때문에 클러치 페달을 구비하지 않는 MT 차량이다. 클러치 페달리스 MT 차량에 있어서의 구동륜 토크는, 엔진에 대한 연료 공급을 제어하는 가스 페달의 조작과, SMT 의 기어단을 전환하는 패들 시프터의 조작에 의해 결정지어진다. 엔진은 불꽃 점화식 엔진이어도 되고, 디젤 엔진이어도 된다. 이하, 클러치 페달리스 MT 차량 모델 (530) 에 의해 가상적으로 실현되는 엔진, 클러치, 및 SMT 를 각각 가상 엔진, 가상 클러치, 가상 SMT 라고 칭한다.

클러치 페달리스 MT 차량 모델 (530) 에는, 가상 엔진의 가스 페달의 조작량으로서, 액셀 포지션 센서 (32) 로 검출된 액셀 개도 (Pap) 가 입력된다. 또, 클러치 페달리스 MT 차량 모델 (530) 에는, 가상 SMT 의 기어단을 결정하는 패들 시프터의 조작의 입력으로서, 업 시프트 스위치 (26u) 로부터 발신된 업 시프트 신호 (Su) 와, 다운 시프트 스위치 (26d) 로부터 발신된 다운 시프트 신호 (Sd) 가 입력된다. 또한, 클러치 페달리스 MT 차량 모델 (530) 에는, 차량의 부하 상태를 나타내는 신호로서 차륜속 센서 (30) 로 검출된 차속 (Vw) (혹은 차륜속) 도 입력된다.

클러치 페달리스 MT 차량 모델 (530) 에는, 드라이브 모드 선택 스위치 (42) 로부터 모드 선택 신호가 입력된다. 클러치 페달리스 MT 차량 모델 (530) 은, 출력 특성이 상이한 클러치 페달리스 MT 차량을 모의한 복수의 모델을 포함한다. 각 모델은, 드라이브 모드 선택 스위치 (42) 에 의해 선택되는 드라이브 모드에 관련지어져 있다. 도 3 에 나타내는 예에서는, 클러치 페달리스 MT 차량 모델 (530) 은, A 모드에 대응하는 A 모드용 모델, B 모드에 대응하는 B 모드용 모델, C 모드에 대응하는 C 모드용 모델을 포함한다. 드라이브 모드 선택 스위치 (42) 에 의해 선택된 드라이브 모드에 따라, 이들 모델 중에서 1 개의 모델이 선택되고, 선택된 모델이 구동륜 토크 (Tw) 의 계산에 사용된다.

요구 모터 토크 계산부 (540) 는, 클러치 페달리스 MT 차량 모델 (530) 에서 산출된 구동륜 토크 (Tw) 를 요구 모터 토크 (Tm) 로 변환한다. 요구 모터 토크 (Tm) 는, 클러치 페달리스 MT 차량 모델 (530) 에서 산출된 구동륜 토크 (Tw) 의 실현 필요한 모터 토크이다. 구동륜 토크 (Tw) 의 요구 모터 토크 (Tm) 로의 변환에는, 전기 모터 (2) 의 출력축 (3) 으로부터 구동륜 (8) 까지의 감속비가 사용된다.

2-2. 클러치 페달리스 MT 차량 모델

2-2-1. 개요

다음으로, 클러치 페달리스 MT 차량 모델 (530) 에 대해 설명한다. 도 4 는, 클러치 페달리스 MT 차량 모델 (530) 의 일례를 나타내는 블록도이다. 클러치 페달리스 MT 차량 모델 (530) 은, 엔진 모델 (531), 클러치 모델 (532), SMT 모델 (533), 차축·구동륜 모델 (534), 및 PCU 모델 (535) 로 구성되어 있다. 엔진 모델 (531) 에서는, 가상 엔진이 모델화되어 있다. 본 실시형태의 가상 엔진은, 스로틀의 개도에 의해 토크가 제어되는 불꽃 점화식 엔진이다. 클러치 모델 (532) 에서는, 가상 클러치가 모델화되어 있다. SMT 모델 (533) 에서는, 가상 SMT 가 모델화되어 있다. 차축·구동륜 모델 (534) 에서는, 차축으로부터 구동륜까지의 가상의 토크 전달계가 모델화되어 있다. 그리고, PCU 모델 (535) 에서는, 가상 엔진, 가상 클러치, 및 가상 SMT 를 통합 제어하는 가상의 플랜트 컨트롤 유닛 (PCU) 의 일부의 기능이 모델화되어 있다. 각 모델은, 예를 들어, 계산식으로 나타내어도 되고 맵으로 나타내어도 된다.

각 모델간에서는 계산 결과의 입출력이 실시된다. 또, 클러치 페달리스 MT 차량 모델 (530) 에 입력된 액셀 개도 (Pap), 업 시프트 신호 (Su), 및 다운 시프트 신호 (Sd) 는, PCU 모델 (535) 에서 사용된다. 차속 (Vw) (혹은 차륜속) 은 복수의 모델에 있어서 사용된다. 클러치 페달리스 MT 차량 모델 (530) 에서는, 이들 입력 신호에 기초하여, 구동륜 토크 (Tw) 와 가상 엔진 회전 속도 (Ne) 가 산출된다.

2-2-2. PCU 모델

PCU 모델 (535) 은, 가상 엔진의 가상 스로틀 개도, 가상 클러치의 가상 클러치 개도, 및 가상 SMT 의 가상 기어단을 산출한다. PCU 모델 (535) 은, 가상 스로틀 개도를 계산하는 스로틀 개도 모델, 가상 클러치 개도를 계산하는 클러치 개도 모델, 및 가상 기어단을 계산하는 기어단 모델로 구성된다.

스로틀 개도 모델은, 액셀 개도 (Pap), 업 시프트 신호 (Su), 및 다운 시프트 신호 (Sd) 의 입력을 받아 가상 스로틀 개도 (TA) 를 출력한다. 스로틀 개도 모델에서는, 가상 스로틀 개도 (TA) 는 액셀 개도 (Pap) 에 관련지어지고, 액셀 개도 (Pap) 가 커짐에 따라 가상 스로틀 개도 (TA) 는 크게 된다. 단, 업 시프트 신호 (Su) 가 입력되었을 때, 및 다운 시프트 신호 (Sd) 가 입력되었을 때, 가상 스로틀 개도 (TA) 는 액셀 개도 (Pap) 에 상관없이 일시적으로 저하된다. 이는, 유사 패들 시프터 (26) 의 시프트 조작이 행해졌을 때, 가상 스로틀은 일시적으로 닫혀지는 것을 의미한다. 스로틀 개도 모델로부터 출력되는 가상 스로틀 개도 (TA) 는, 엔진 모델 (531) 에 입력된다.

클러치 개도 모델은, 업 시프트 신호 (Su) 및 다운 시프트 신호 (Sd) 의 입력을 받아 가상 클러치 개도 (CP) 를 출력한다. 가상 클러치 개도 (CP) 는, 기본적으로는 제로 ％ 로 되어 있다. 즉, 가상 클러치의 기본 상태는 걸어맞춰진 상태이다. 업 시프트 신호 (Su) 가 입력되었을 때, 및 다운 시프트 신호 (Sd) 가 입력되었을 때, 가상 클러치 개도 (CP) 는 일시적으로 0 ％ 로 된다. 이는, 유사 패들 시프터 (26) 의 시프트 조작이 행해졌을 때, 가상 클러치는 일시적으로 해방되는 것을 의미한다. 가상 클러치를 걸어맞출 때의 가상 클러치 개도 (CP) 의 계산에는, 차속 (Vw) 과 가상 엔진 회전 속도가 사용된다. 클러치 개도 모델은, 차속 (Vw) 으로부터 계산되는 가상 SMT 의 입력축의 회전 속도와, 가상 엔진 회전 속도를 원활하게 일치시키도록, 회전 속도차에 기초하여 가상 클러치 개도 (CP) 를 계산한다. 클러치 개도 모델로부터 출력되는 가상 클러치 개도 (CP) 는, 클러치 모델 (532) 에 입력된다.

기어단 모델은, 업 시프트 신호 (Su) 및 다운 시프트 신호 (Sd) 의 입력을 받아 가상 기어단 (GP) 을 출력한다. 가상 SMT 의 기어단수는 N (N 은 2 이상의 자연수) 이다. 가상 기어단 (GP) 은, 업 시프트 신호 (Su) 가 입력될 때마다 1 단 올려진다. 단, 가상 기어단 (GP) 이 제 N 단으로 되어 있을 때에는, 업 시프트 신호 (Su) 가 입력되었을 경우에도 가상 기어단 (GP) 은 제 N 단으로 유지된다. 또, 가상 기어단 (GP) 은, 다운 시프트 신호 (Sd) 가 입력될 때마다 1 단 내려진다. 단, 가상 기어단 (GP) 이 제 1 단으로 되어 있을 때에는, 다운 시프트 신호 (Sd) 가 입력되었을 경우에도 가상 기어단 (GP) 은 제 1 단으로 유지된다. 기어단 모델로부터 출력되는 가상 기어단 (GP) 은, SMT 모델 (533) 에 입력된다.

2-2-3. 엔진 모델

엔진 모델 (531) 은, 가상 엔진 회전 속도 (Ne) 와 가상 엔진 출력 토크 (Teout) 를 산출한다. 엔진 모델 (531) 은, 가상 엔진 회전 속도 (Ne) 를 계산하는 모델과 가상 엔진 출력 토크 (Teout) 를 계산하는 모델로 구성된다. 가상 엔진 회전 속도 (Ne) 의 계산에는, 예를 들어, 다음 식 (1) 로 나타내는 모델이 사용된다. 다음 식 (1) 에서는, 차륜 (8) 의 회전 속도 (Nw), 종합 감속비 (R), 및 가상 클러치의 슬립률 (Rslip) 로부터 가상 엔진 회전 속도 (Ne) 가 산출된다.

[수학식 1]

식 (1) 에 있어서, 차륜 (8) 의 회전 속도 (Nw) 는 차륜속 센서 (30) 에 의해 검출된다. 종합 감속비 (R) 는, 후술하는 SMT 모델 (533) 에서 계산되는 기어비 (변속비) (r) 와, 차축·구동륜 모델 (534) 에서 규정되어 있는 감속비로부터 산출된다. 슬립률 (Rslip) 은, 후술하는 클러치 모델 (532) 에서 산출된다. 가상 엔진 회전 속도 (Ne) 는 유사 엔진 회전 속도 미터 (44) 에 표시된다.

단, 식 (1) 은, 가상 클러치에 의해 가상 엔진과 가상 SMT 가 접속되어 있는 상태에서의 가상 엔진 회전 속도 (Ne) 의 계산식이다. 가상 클러치가 끊겨져 있는 경우에는, 가상 엔진에서 발생하는 가상 엔진 토크 (Te) 는, 가상 엔진 회전 속도 (Ne) 의 상승에 사용된다고 간주할 수 있다. 가상 엔진 토크 (Te) 는, 가상 엔진 출력 토크 (Teout) 에 관성 모멘트에 의한 토크를 더한 토크이다. 가상 클러치가 끊겨져 있는 경우, 가상 엔진 출력 토크 (Teout) 는 제로이다. 그러므로, 엔진 모델 (531) 은, 가상 클러치가 끊겨져 있는 경우, 가상 엔진 토크 (Te) 와 가상 엔진의 관성 모멘트 (J) 를 사용하여 다음 식 (2) 에 의해 가상 엔진 회전 속도 (Ne) 를 산출한다. 가상 엔진 토크 (Te) 의 계산에는, 가상 스로틀 개도 (TA) 를 파라미터로 하는 맵이 사용된다.

[수학식 2]

또한, 클러치 페달리스 MT 차량의 아이들링 중에는, 엔진 회전 속도를 일정 회전 속도로 유지하는 아이들 스피드 컨트롤 제어가 실시된다. 그래서, 엔진 모델 (531) 은, 가상 클러치가 끊겨지고, 차속이 0 이며, 또한 가상 스로틀 개도 (TA) 가 0 ％ 인 경우, 가상 엔진 회전 속도 (Ne) 를 소정의 아이들링 회전 속도 (예를 들어 1000 rpm) 로서 산출한다. 운전자가, 정차 중에 액셀 페달 (22) 을 밟아 엔진을 고속으로 회전시키는 경우, 식 (2) 에서 계산되는 가상 엔진 회전 속도 (Ne) 의 초기치로서 아이들링 회전 속도가 사용된다.

엔진 모델 (531) 은, 가상 엔진 회전 속도 (Ne) 및 가상 스로틀 개도 (TA) 로부터 가상 엔진 출력 토크 (Teout) 를 산출한다. 가상 엔진 출력 토크 (Teout) 의 계산에는, 예를 들어, 도 5 에 나타내는 바와 같은 맵이 사용된다. 이 맵은, 정상 상태에서의 가상 스로틀 개도 (TA) 와, 가상 엔진 회전 속도 (Ne) 와, 가상 엔진 출력 토크 (Teout) 의 관계를 규정한 맵이다. 이 맵에서는, 가상 스로틀 개도 (TA) 마다 가상 엔진 회전 속도 (Ne) 에 대한 가상 엔진 출력 토크 (Teout) 가 주어진다. 도 5 에 나타내는 토크 특성은, 자연 흡기 엔진을 상정한 특성으로 설정할 수도 있고, 과급 엔진을 상정한 특성으로 설정할 수도 있다. 또, 도 5 에 나타내는 토크 특성은, 가상 스로틀 개도 (TA) 를 가상 연료 분사량으로 치환함으로써, 디젤 엔진을 상정한 특성으로 설정할 수도 있다. 엔진 모델 (531) 에서 산출된 가상 엔진 출력 토크 (Teout) 는, 클러치 모델 (532) 에 입력된다.

2-2-4. 클러치 모델

클러치 모델 (532) 은, 토크 전달 게인 (k) 을 산출한다. 토크 전달 게인 (k) 은, 가상 클러치 개도 (CP) 에 따른 가상 클러치의 토크 전달 정도를 산출하기 위한 게인이다. 클러치 모델 (532) 은, 예를 들어, 도 6 에 나타내는 바와 같은 맵을 갖는다. 이 맵에서는, 가상 클러치 개도 (CP) 에 대해 토크 전달 게인 (k) 이 주어진다. 도 6 에서 토크 전달 게인 (k) 은, 가상 클러치 개도 (CP) 가 CP0 으로부터 CP1 의 범위에서 1 이 되고, 가상 클러치 개도 (CP) 가 CP1 로부터 CP2 의 범위에서 0 까지 일정한 기울기로 단조롭게 감소하고, 가상 클러치 개도 (CP) 가 CP2 로부터 CP3 의 범위에서 0 이 되도록 주어진다. 여기서, CP0 은 클러치 개도 0 ％ 에 대응하고, CP3 은 클러치 개도 100 ％ 에 대응하고 있다. CP0 으로부터 CP1 까지의 범위와 CP2 로부터 CP3 까지의 범위는, 가상 클러치 개도 (CP) 에 의해 토크 전달 게인 (k) 이 변하지 않는 불감대이다.

클러치 모델 (532) 은, 토크 전달 게인 (k) 을 사용하여 클러치 출력 토크 (Tcout) 를 산출한다. 클러치 출력 토크 (Tcout) 는, 가상 클러치로부터 출력되는 토크이다. 클러치 모델 (532) 은, 예를 들어, 다음 식 (3) 에 의해, 가상 엔진 출력 토크 (Teout) 및 토크 전달 게인 (k) 으로부터 클러치 출력 토크 (Tcout) 를 산출한다. 클러치 모델 (532) 에서 산출된 클러치 출력 토크 (Tcout) 는, SMT 모델 (533) 에 입력된다.

[수학식 3]

또, 클러치 모델 (532) 은, 슬립률 (Rslip) 을 산출한다. 슬립률 (Rslip) 은, 엔진 모델 (531) 에서의 가상 엔진 회전 속도 (Ne) 의 계산에 사용된다. 슬립률 (Rslip) 의 산출에는, 토크 전달 게인 (k) 과 마찬가지로, 클러치 페달 밟기량 (Pc) 에 대해 슬립률 (Rslip) 이 주어지는 맵을 사용할 수 있다. 그러한 맵 대신에, 슬립률 (Rslip) 과 토크 전달 게인의 관계를 나타내는 다음 식 (4) 에 의해, 토크 전달 게인 (k) 으로부터 슬립률 (Rslip) 를 산출해도 된다.

[수학식 4]

2-2-5. SMT 모델

SMT 모델 (533) 은, 기어비 (변속비) (r) 를 산출한다. 기어비 (r) 는, 가상 SMT 에 있어서 가상 기어단 (GP) 에 의해 정해지는 기어비이다. SMT 모델 (533) 은, 예를 들어, 도 7 에 나타내는 바와 같은 맵을 갖는다. 이 맵에서는, 가상 기어단 (GP) 에 대해 기어비 (r) 가 주어진다. 도 7 에 나타내는 바와 같이, 가상 기어단 (GP) 이 클수록 기어비 (r) 는 작아진다.

SMT 모델 (533) 은, 기어비 (r) 를 사용하여 변속기 출력 토크 (Tgout) 를 산출한다. 변속기 출력 토크 (Tgout) 는, 가상 SMT 로부터 출력되는 토크이다. MT 모델 (533) 은, 예를 들어, 다음 식 (5) 에 의해, 클러치 출력 토크 (Tcout) 및 기어비 (r) 로부터 변속기 출력 토크 (Tgout) 를 산출한다. MT 모델 (533) 에서 산출된 변속기 출력 토크 (Tgout) 는, 차축·구동륜 모델 (534) 에 입력된다.

[수학식 5]

2-2-6. 차축·구동륜 모델

차축·구동륜 모델 (534) 은, 소정의 감속비 (rr) 를 사용하여 구동륜 토크 (Tw) 를 산출한다. 감속비 (rr) 는, 가상 SMT 로부터 구동륜 (8) 까지의 기계적인 구조에 의해 정해지는 고정치이다. 감속비 (rr) 에 기어비 (r) 를 곱해 얻어지는 값이 전술한 종합 감속비 (R) 이다. 차축·구동륜 모델 (534) 은, 예를 들어, 다음 식 (6) 에 의해, 변속기 출력 토크 (Tgout), 및 감속비 (rr) 로부터 구동륜 토크 (Tw) 를 산출한다. 차축·구동륜 모델 (534) 로 산출된 구동륜 토크 (Tw) 는, 요구 모터 토크 계산부 (540) 에 출력된다.

[수학식 ６]

2-3. 클러치 페달리스 MT 차량 모델로 실현되는 전기 모터의 토크 특성

요구 모터 토크 계산부 (540) 는, 클러치 페달리스 MT 차량 모델 (530) 에서 산출된 구동륜 토크 (Tw) 를 모터 토크로 변환한다. 도 8 은, 클러치 페달리스 MT 차량 모델 (530) 을 사용한 모터 제어로 실현되는 전기 모터 (2) 의 토크 특성을, 전기 자동차 (EV) 로서의 통상적인 모터 제어로 실현되는 전기 모터 (2) 의 토크 특성과 비교하여 나타내는 도면이다. 클러치 페달리스 MT 차량 모델 (530) 을 사용한 모터 제어에 의하면, 도 8 에 나타나는 바와 같이, 유사 패들 시프터 (26) 에 의해 설정되는 가상 기어단에 따라, 클러치 페달리스 MT 차량의 토크 특성을 모의하는 토크 특성 (도면 중 실선) 을 실현할 수 있다. 또한, 도 8 에서는, 가상 SMT 의 기어단수는 6 단으로 되어 있다.

3. 시프트 조작에 응답한 모터 토크의 제어의 예

3-1. 업 시프트 조작에 응답한 모터 토크의 제어의 예

도 9 는, 유사 패들 시프터 (26) 의 업 시프트 조작에 응답하여 실시되는 클러치 페달리스 MT 차량 모델 (530) 을 사용한 모터 토크의 연산의 일례를 나타내는 도면이다. 도 9 에 나타내는 예에서는, 전기 자동차 (10) 의 가속시에 있어서 액셀 개도를 일정하게 유지하면서 업 시프트 조작이 실시되고 있다.

유사 패들 시프터 (26) 의 업 시프트 조작에 의해, 업 시프트 스위치 (26u) 로부터 업 시프트 신호가 입력된다. 업 시프트 신호의 입력을 받아, 클러치 페달리스 MT 차량 모델 (530) 의 PCU 모델 (535) 은, 가상 스로틀 개도를 소정의 속도로 감소시키고, 동시에 가상 클러치 개도를 소정의 속도로 증대시킨다. 가상 스로틀 개도가 0 ％ 가 되어 가상 스로틀이 완전하게 닫혀진 타이밍과 대략 같은 타이밍에, 가상 클러치 개도는 100 ％ 가 되어 가상 클러치는 완전하게 해방된다.

가상 스로틀이 완전하게 닫혀지고, 또한 가상 클러치가 완전하게 해방된 타이밍에, PCU 모델 (535) 은 가상 SMT 의 가상 기어단을 1 단 증가시킨다. 그리고, 가상 기어단을 1 단 증가시키고 나서 소정 시간이 경과한 타이밍에, PCU 모델 (535) 은, 가상 스로틀 개도를 소정의 속도로 증대시키고, 동시에 가상 클러치 개도를 소정의 속도로 감소시킨다. 가상 스로틀 개도가 업 시프트 조작 전의 원래의 개도로 복귀한 타이밍과 대략 같은 타이밍에, 가상 클러치 개도는 0 ％ 가 되어 가상 클러치는 완전하게 걸어맞춰진다. 이로써, 가상 SMT 의 업 시프트는 완료된다. 본 명세서에서는, 유사 패들 시프터 (26) 의 업 시프트 조작이 검지된 시점을 업 시프트의 개시 시점이라고 정의하고, 가상 클러치가 완전하게 걸어맞춰진 시점을 업 시프트의 완료 시점이라고 정의한다. 그리고, 본 명세서에서는, 업 시프트의 개시 시점으로부터 업 시프트의 완료 시점까지의 시간 (도 9 에 나타내는 시간 t) 을 업 시프트의 시프트 시간이라고 정의한다.

시프트 시간 동안에는, 가상 클러치가 해방되어 가상 스로틀이 닫혀지기 때문에, 가상 엔진은 관성으로 회전하게 된다. 그 결과, 시프트 시간 동안에는 가상 엔진 회전 속도는 단조롭게 감소한다. 그리고, 가상 클러치가 다시 걸어맞춤 상태가 되어 가상 스로틀이 다시 열림으로써, 가상 엔진 회전 속도는 다시 증대되기 시작한다. 운전자가 얻는 운전 감각은 시각 정보에 의존하기 때문에, 업 시프트 조작에 응답하여 변화하는 가상 엔진 회전 속도가 유사 엔진 회전 속도 미터 (44) 에 표시됨으로써, 리얼한 운전 감각이 운전자에게 주어진다.

도 9 의 최하단에는, 업 시프트 조작에 응답하여 상기와 같이 가상 스로틀 개도, 가상 클러치 개도, 및 가상 기어단을 변화시킴으로써 달성되는 모터 토크의 변화가 나타나 있다. 도 9 에 나타내는 예에서는, 모터 토크는, 가상 클러치의 해방이 진행됨에 따라 저하되고, 가상 클러치가 완전하게 해방된 시점에서 제로까지 저하된다. 그리고, 가상 클러치가 해방되어 있는 동안, 모터 토크는 제로로 유지된다. 이윽고, 가상 클러치의 걸어맞춤이 개시되면, 모터 토크는 가상 클러치의 걸어맞춤이 진행됨에 따라 증대된다. 단, 가상 클러치가 완전하게 걸어맞춰져 업 시프트가 완료된 시점에서의 모터 토크는, 업 시프트의 개시 시점에서의 모터 토크보다 낮게 되어 있다. 요컨대, 업 시프트 조작에 응답한 모터 토크의 제어에서는, 시프트 시간의 경과 전후에서 모터 토크를 저하시키는 것이 행해진다. 이상과 같이 모터 토크가 제어됨으로써, 운전자는, 클러치 페달리스 MT 차량에 있어서 패들 시프터에 의해 업 시프트 조작을 실시했을 때와 같은 운전 감각을 전기 자동차 (10) 에 있어서 즐길 수 있다.

업 시프트의 완료 후에는, 가상 기어단과 가상 스로틀 개도에 따른 모터 토크가 산출된다. 단, 시프트 시간의 경과 직후, 가상 엔진의 회전에 의한 관성분을 고려하여, 도 9 에 파선으로 나타내는 바와 같이 모터 토크를 가상 기어단과 가상 스로틀 개도로부터 정해지는 값보다 오버 슈트시켜도 된다. 혹은, 그 반대로, 모터 토크를 가상 기어단과 가상 스로틀 개도로부터 정해지는 값보다 언더 슈트시켜도 된다.

도 10A 및 도 10B 는, 유사 패들 시프터 (26) 의 업 시프트 조작에 응답하여 실시되는 클러치 페달리스 MT 차량 모델 (530) 을 사용한 모터 토크의 연산의 다른 예를 나타내는 도면이다.

도 10A 에 나타내는 예에서는, 시프트 시간 동안에 모터 토크를 극소치까지 저하시키고 나서 다시 증가시키고, 시프트 시간의 경과 전후에서는 모터 토크를 감소시키는 것이 행해지고 있다. 극소치는 제로이다. 모터 토크를 일시적으로 저하시키는 것에 관해서는, 도 10A 에 나타내는 예는 도 9 에 나타내는 예와 공통된다. 모터 토크를 일시적으로 저하시킴으로써, 클러치 페달리스 MT 차량에 있어서 패들 시프터의 업 시프트 조작이 행해졌을 때의 운전 감각이 연출된다.

도 10B 에 나타내는 예에서는, 업 시프트의 개시 시점으로부터 업 시프트의 종료 시점까지 일정한 변화율로 모터 토크를 저하시키고, 시프트 시간의 경과 전후에서 모터 토크를 감소시키는 것이 행해지고 있다. 도 10B 에 나타내는 예에서는, 도 9 에 나타내는 예나 도 10A 에 나타내는 예와 같이 시프트 시간 동안에 모터 토크에 극소치를 생기게 하지는 않는다. 단, 업 시프트의 개시 시점과 업 시프트의 종료 시점에 있어서 모터 토크의 변화율을 변화시키고 있다. 요컨대, 도 10A 에 나타내는 예는, 시프트 시간 동안에 모터 토크의 변화율을 적어도 2 회 변화시키는 것에 관해, 도 9 에 나타내는 예 및 도 10A 에 나타내는 예와 공통된다. 또한, 도 9, 도 10A, 및 도 10B 에 나타내는 각 예에 있어서, 업 시프트 조작이 검지되고 나서 소정의 지연 시간의 경과 후에 모터 토크의 변화율을 변화시키도록 해도 된다.

클러치 페달리스 MT 차량 모델 (530) 에 의하면, 드라이브 모드 선택 스위치 (42) 에 의해 선택된 드라이브 모드에 따라 모터 토크의 계산에 사용하는 모델을 전환할 수 있다. 예를 들어, 도 9 에 나타내는 모터 토크의 변화 특성을 A 모드에서 얻어지는 변화 특성으로 하고, 도 10A 에 나타내는 모터 토크의 변화 특성을 B 모드에서 얻어지는 변화 특성으로 하고, 도 10B 에 나타내는 모터 토크의 변화 특성을 C 모드에서 얻어지는 변화 특성으로 해도 된다. 또, 예를 들어, 모터 토크의 변화 특성의 파형은 드라이브 모드간에 공통으로 하고, 업 시프트의 시프트 시간을 드라이브 모드마다 다르게 해도 된다. 모터 토크의 변화 특성이 다르면, 운전자가 받는 운전 감각도 다른 것이 된다. 운전자는, 드라이브 모드 선택 스위치 (42) 로 드라이브 모드를 적절히 선택함으로써, 기분에 맞는 운전 감각이나 운전 장면에 따른 운전 감각을 임의로 얻을 수 있다.

3-2. 다운 시프트 조작에 응답한 모터 토크의 제어의 예

도 11 은, 유사 패들 시프터 (26) 의 다운 시프트 조작에 응답하여 실시되는 클러치 페달리스 MT 차량 모델 (530) 을 사용한 모터 토크의 연산의 일례를 나타내는 도면이다. 도 11 에 나타내는 예에서는, 전기 자동차 (10) 의 감속시에 있어서 액셀 개도를 일정하게 유지하면서 다운 시프트 조작이 실시되고 있다.

유사 패들 시프터 (26) 의 다운 시프트 조작에 의해, 다운 시프트 스위치 (26d) 로부터 다운 시프트 신호가 입력된다. 다운 시프트 신호의 입력을 받아, 클러치 페달리스 MT 차량 모델 (530) 의 PCU 모델 (535) 은, 가상 스로틀 개도를 소정의 속도로 감소시키고, 동시에 가상 클러치 개도를 소정의 속도로 증대시킨다. 가상 스로틀 개도가 0 ％ 가 되어 가상 스로틀이 완전하게 닫혀진 타이밍과 대략 같은 타이밍에, 가상 클러치 개도는 100 ％ 가 되어 가상 클러치는 완전하게 해방된다.

가상 스로틀이 완전하게 닫혀지고, 또한 가상 클러치가 완전하게 해방된 타이밍에, PCU 모델 (535) 은 가상 SMT 의 가상 기어단을 1 단 감소시킨다. 그리고, 가상 기어단을 1 단 감소시키고 나서 소정 시간이 경과한 타이밍에, PCU 모델 (535) 은 가상 스로틀을 일시적으로 연다. 그 후 계속해서, PCU 모델 (535) 은, 가상 스로틀 개도를 소정의 속도로 증대시키고, 동시에 가상 클러치 개도를 소정의 속도로 감소시킨다. 가상 스로틀 개도가 다운 시프트 조작 전의 원래의 개도로 복귀한 타이밍과 대략 같은 타이밍에, 가상 클러치 개도는 0 ％ 가 되어 가상 클러치는 완전하게 걸어맞춰진다. 이로써, 가상 SMT 의 다운 시프트는 완료된다. 본 명세서에서는, 유사 패들 시프터 (26) 의 다운 시프트 조작이 검지된 시점을 다운 시프트의 개시 시점이라고 정의하고, 가상 클러치가 완전하게 걸어맞춰진 시점을 다운 시프트의 완료 시점이라고 정의한다. 그리고, 본 명세서에서는, 다운 시프트의 개시 시점으로부터 다운 시프트의 완료 시점까지의 시간 (도 11에 나타내는 시간 t) 을 다운 시프트의 시프트 시간이라고 정의한다.

가상 클러치가 해방되어 있는 동안에 가상 스로틀을 일시적으로 여는 조작은, 가상 엔진 회전 속도를 상승시키고, 차속으로부터 정해지는 가상 SMT 의 입력축의 회전 속도에 가상 엔진 회전 속도를 일치시키기 위해서 실시된다. 가상 SMT 의 입력축의 회전 속도와 가상 엔진 회전 속도의 차가 소정의 임계값 이내로 들어갔을 때에 가상 클러치의 걸어맞춤이 개시된다. 다운 시프트 조작이 행해진 경우, 가상 클러치가 걸어맞춰져 모터 토크가 증대되는 것보다 전에 가상 엔진 회전 속도는 상승한다. 이와 같은 가상 엔진 회전 속도의 변화가 유사 엔진 회전 속도 미터 (44) 에 표시됨으로써, 운전자는 다운 시프트시의 운전 감각을 시각 정보로부터 얻을 수 있다.

도 11 의 최하단에는, 다운 시프트 조작에 응답하여 상기와 같이 가상 스로틀 개도, 가상 클러치 개도, 및 가상 기어단을 변화시킴으로써 달성되는 모터 토크의 변화가 나타나 있다. 도 11 에 나타내는 예에서는, 모터 토크는, 가상 클러치의 해방이 진행됨에 따라 저하되고, 가상 클러치가 완전하게 해방된 시점에서 제로까지 저하된다. 그리고, 가상 클러치가 해방되어 있는 동안, 모터 토크는 제로로 유지된다. 이윽고, 가상 클러치의 걸어맞춤이 개시되면, 모터 토크는 가상 클러치의 걸어맞춤이 진행됨에 따라 증대된다. 단, 가상 클러치가 완전하게 걸어맞춰져 다운 시프트가 완료된 시점에서의 모터 토크는, 다운 시프트의 개시 시점에서의 모터 토크보다 높게 되어 있다. 요컨대, 다운 시프트 조작에 응답한 모터 토크의 제어에서는, 시프트 시간의 경과 전후에서 모터 토크를 증대시키는 것이 행해진다. 이상과 같이 모터 토크가 제어됨으로써, 운전자는, 클러치 페달리스 MT 차량에 있어서 패들 시프터에 의해 다운 시프트 조작을 실시했을 때와 같은 운전 감각을 전기 자동차 (10) 에 있어서 즐길 수 있다.

다운 시프트의 완료 후에는, 가상 기어단과 가상 스로틀 개도에 따른 모터 토크가 산출된다. 단, 시프트 시간의 경과 직후, 가상 엔진의 회전에 의한 관성분을 고려하여, 도 11 에 파선으로 나타내는 바와 같이 모터 토크를 가상 기어단과 가상 스로틀 개도로부터 정해지는 값보다 오버 슈트시켜도 된다. 혹은, 그 반대로, 모터 토크를 가상 기어단과 가상 스로틀 개도로부터 정해지는 값보다 언더 슈트시켜도 된다.

도 12A 및 도 12B 는, 유사 패들 시프터 (26) 의 다운 시프트 조작에 응답하여 실시되는 클러치 페달리스 MT 차량 모델 (530) 을 사용한 모터 토크의 연산의 다른 예를 나타내는 도면이다.

도 12A 에 나타내는 예에서는, 시프트 시간 동안에 모터 토크를 극소치까지 저하시키고 나서 다시 증가시키고, 시프트 시간의 경과 전후에서는 모터 토크를 증대시키는 것이 행해지고 있다. 극소치는 제로이다. 모터 토크를 일시적으로 저하시키는 것에 관해서는, 도 12A 에 나타내는 예는 도 11 에 나타내는 예와 공통된다. 모터 토크를 일시적으로 저하시킴으로써, 클러치 페달리스 MT 차량에 있어서 패들 시프터의 다운 시프트 조작이 행해졌을 때의 운전 감각이 연출된다.

도 12B 에 나타내는 예에서는, 다운 시프트의 개시 시점으로부터 다운 시프트의 종료 시점까지 일정한 변화율로 모터 토크를 저하시키고, 시프트 시간의 경과 전후에서 모터 토크를 증대시키는 것이 행해지고 있다. 도 12B 에 나타내는 예에서는, 도 11 에 나타내는 예나 도 12A 에 나타내는 예와 같이 시프트 시간 동안에 모터 토크에 극소치를 생기게 하지는 않는다. 단, 다운 시프트의 개시 시점과 다운 시프트의 종료 시점에 있어서 모터 토크의 변화율을 변화시키고 있다. 요컨대, 도 12A 에 나타내는 예는, 시프트 시간 동안에 모터 토크의 변화율을 적어도 2 회 변화시키는 것에 관해, 도 11 에 나타내는 예 및 도 12A 에 나타내는 예와 공통된다. 또한, 도 11, 도 12A, 및 도 12B 에 나타내는 각 예에 있어서, 다운 시프트 조작이 검지되고 나서 소정의 지연 시간의 경과 후에 모터 토크의 변화율을 변화시키도록 해도 된다.

도 11, 도 12A, 및 도 12B 에 나타내는 모터 토크의 변화 특성은, 드라이브 모드 선택 스위치 (42) 에 의해 선택 가능한 드라이브 모드에 관련지을 수 있다. 예를 들어, 도 11 에 나타내는 모터 토크의 변화 특성을 A 모드에서 얻어지는 변화 특성으로 하고, 도 12A 에 나타내는 모터 토크의 변화 특성을 B 모드에서 얻어지는 변화 특성으로 하고, 도 12B 에 나타내는 모터 토크의 변화 특성을 C 모드에서 얻어지는 변화 특성으로 해도 된다. 또, 예를 들어, 모터 토크의 변화 특성의 파형은 드라이브 모드간에 공통으로 하고, 다운 시프트의 시프트 시간을 드라이브 모드마다 다르게 해도 된다.

4. 기타

도 13 은, 상기 실시형태에 관련된 전기 자동차 (10) 의 구성의 변형예를 모식적으로 나타내는 도면이다. 이 변형예에서는, 유사 시퀀셜 시프터로서 레버식의 유사 시프터 (28) 를 구비한다. 레버식의 유사 시프터 (28) 는, 시프트 레버 (28a) 를 전방으로 쓰러뜨림으로써 업 시프트 신호를 출력하고, 시프트 레버 (28a) 를 후방으로 쓰러뜨림으로써 다운 시프트 신호를 출력하도록 구성되어 있다. 레버식의 유사 시프터 (28) 는 차재 네트워크에 의해 제어 장치 (50) 에 접속되어 있다.

상기 실시형태에 관련된 전기 자동차 (10) 는, 1 개의 전기 모터 (2) 로 전륜을 구동하는 FF 자동차이다. 그러나, 전기 모터를 앞과 뒤에 2 기 배치하고, 전륜과 후륜의 각각을 구동하는 전기 자동차에도 본 발명은 적용 가능하다. 또, 본 발명은, 각 바퀴에 인휠 모터를 구비하는 전기 자동차에도 적용 가능하다. 이들 경우의 클러치 페달리스 MT 차량 모델에는, SMT 부착 전륜 구동차를 모델화한 것을 사용할 수 있다.

상기 실시형태에 관련된 전기 자동차 (10) 는, 변속기를 구비하지 않는다. 그러나, 유단 혹은 무단의 자동 변속기를 구비한 전기 자동차에도 본 발명은 적용 가능하다. 이 경우, 클러치 페달리스 MT 차량 모델에서 계산된 모터 토크를 출력시키도록, 전기 모터 및 자동 변속기로 이루어지는 파워 트레인을 제어하면 된다.

본 개시의 모터 토크 제어 기술은, 배터리 전기 자동차로 한정되지 않고, 전기 모터를 주행용의 동력 장치로서 사용하는 전기 자동차이면 널리 적용 가능하다. 예를 들어, 전기 모터의 구동력만으로 주행하는 모드를 갖는 하이브리드 전기 자동차 (HEV) 나 플러그인 하이브리드 전기 자동차 (PHEV) 에 대한 본 개시의 모터 토크 제어 기술의 적용은 가능하다. 또, 연료 전지에 의해 발전된 전기 에너지를 전기 모터에 공급하는 연료 전지 전기 자동차 (FCEV) 에 대한 본 개시의 모터 토크 제어 기술의 적용도 가능하다.

2 : 전기 모터
8 : 구동륜
10 : 전기 자동차
16 : 인버터
26 : 유사 패들 시프터 (유사 시퀀셜 시프터)
28 : 레버식 유사 시프터 (유사 시퀀셜 시프터)
42 : 드라이브 모드 선택 스위치
44 : 유사 엔진 회전 속도 미터
50 : 제어 장치
520 : 제어 신호 산출부
530 : 클러치 페달리스 MT 차량 모델
540 : 요구 모터 토크 계산부

Claims

전기 모터를 주행용의 동력 장치로서 사용하는 전기 자동차로서,
액셀 페달과,
시퀀셜 시프터와,
상기 액셀 페달의 조작과 상기 시퀀셜 시프터의 조작에 응답하여 상기 전기 모터가 출력하는 모터 토크를 변화시키는 제어 장치를 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 시퀀셜 시프터의 조작에 응답하여, 소정의 시프트 시간 동안에 상기 모터 토크의 변화율을 적어도 2 회 변화시키는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 시프트 시간 동안에, 상기 모터 토크를 극소치까지 저하시키고 나서 다시 증가시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.
제 2 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 극소치를 제로로 하고, 상기 시프트 시간 내의 소정 시간, 상기 모터 토크를 제로로 유지하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.
제 3 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 시프트 시간의 경과시에 상기 모터 토크를 오버 슈트시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 시퀀셜 시프터의 조작이 검지되고 나서 소정의 지연 시간의 경과 후에 상기 모터 토크의 변화율을 변화시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
드라이브 모드 선택 스위치를 추가로 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 드라이브 모드 선택 스위치에 의해 선택된 드라이브 모드에 따라, 상기 시프트 시간 내의 상기 모터 토크의 변화 특성을 변경하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 액셀 페달의 조작량이 일정한 경우, 상기 시프트 시간의 경과 전후에서 상기 시퀀셜 시프터의 시프트 방향에 따른 차를 상기 모터 토크에 발생시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.
제 7 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 시퀀셜 시프터의 조작이 업 시프트 조작인 경우, 상기 시프트 시간의 경과 전후에서 상기 모터 토크를 저하시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.
제 7 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 시퀀셜 시프터의 조작이 다운 시프트 조작인 경우, 상기 시프트 시간의 경과 전후에서 상기 모터 토크를 증대시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.
제 1 항에 있어서,
가상 엔진 회전 속도를 표시하는 유사 엔진 회전 속도 미터를 추가로 구비하고,
상기 유사 엔진 회전 속도 미터는, 상기 시퀀셜 시프터의 업 시프트 조작에 응답하여, 상기 시프트 시간 동안, 상기 가상 엔진 회전 속도를 단조롭게 저하시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.
제 1 항에 있어서,
가상 엔진 회전 속도를 표시하는 유사 엔진 회전 속도 미터를 추가로 구비하고,
상기 유사 엔진 회전 속도 미터는, 상기 시퀀셜 시프터의 다운 시프트 조작에 응답하여, 상기 시프트 시간 내의 소정의 타이밍에 상기 가상 엔진 회전 속도를 상승시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.
제 1 항에 있어서,
상기 시퀀셜 시프터는 패들식 시프터인 것을 특징으로 하는 전기 자동차.
제 1 항에 있어서,
상기 시퀀셜 시프터는 레버식 시프터인 것을 특징으로 하는 전기 자동차.
제 1 항에 있어서,
상기 전기 자동차는 클러치 페달리스 차량인 것을 특징으로 하는 전기 자동차.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 장치는,
클러치 페달리스 MT 차량 모델을 기억한 메모리와,
상기 메모리에 결합된 프로세서를 구비하고,
상기 클러치 페달리스 MT 차량 모델은, 가스 페달의 조작에 의해 엔진 토크가 제어되는 내연 기관과, 시퀀셜식의 시프터의 조작에 의해 기어단이 전환되는 시퀀셜 매뉴얼 트랜스 미션과, 상기 내연 기관과 상기 시퀀셜 매뉴얼 트랜스 미션을 접속하는 클러치를 갖고, 상기 시프터의 조작에 응답하여 상기 엔진 토크의 일시적인 컷과 상기 클러치의 걸어맞춤 및 해방이 자동으로 실시되는 클러치 페달리스 MT 차량에 있어서의 구동륜 토크의 출력 특성을 모의한 모델이며,
상기 프로세서는,
상기 액셀 페달의 조작을, 상기 클러치 페달리스 MT 차량 모델에 대한 상기 가스 페달의 조작의 입력으로서 접수하는 처리와,
상기 시퀀셜 시프터의 조작을, 상기 클러치 페달리스 MT 차량 모델에 대한 상기 시프터의 조작의 입력으로서 접수하는 처리와,
상기 가스 페달의 조작의 입력과 상기 시프터의 조작의 입력에 기초하여, 상기 엔진 토크와 상기 기어단과 상기 클러치의 접속 상태로 정해지는 상기 구동륜 토크를, 상기 클러치 페달리스 MT 차량 모델을 사용하여 계산하는 처리와,
상기 구동륜 토크를 상기 전기 자동차의 구동륜에 부여하도록 상기 모터 토크를 변화시키는 처리를 실행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.
제 15 항에 있어서,
드라이브 모드 선택 스위치를 추가로 구비하고,
상기 클러치 페달리스 MT 차량 모델은, 상기 출력 특성이 상이한 클러치 페달리스 MT 차량을 모의한 복수의 모델을 포함하고,
상기 제어 장치는, 상기 드라이브 모드 선택 스위치에 의해 선택된 드라이브 모드에 따라, 상기 복수의 모델 중에서 1 개의 모델을 선택하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.
제 15 항에 있어서,
가상 엔진 회전 속도를 표시하는 유사 엔진 회전 속도 미터를 추가로 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 클러치 페달리스 MT 차량 모델을 사용하여 계산되는 상기 내연 기관의 회전 속도를 상기 가상 엔진 회전 속도로서 상기 유사 엔진 회전 속도 미터에 표시시키는 처리를 추가로 실행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.