JP5686721B2 - 電動車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動車両の制御装置に関する。

特許文献１には、モータトルクからドラッグトルクを差し引いた有効トルクがギアバックラッシュメカニズムのゼロトルク区間へ進入する、またはゼロトルク区間から脱出すると判断した場合、制御時間を初期化しながら有効トルクを放物線または指数関数形態のトルクに制限することで、ギアバックラッシュ振動を低減する技術が開示されている。

特開2010-215213号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、トルクが所定時間制限されるため、運転者の加速要求に応じた加速性能が得られないという問題があった。
本発明の目的は、運転者の加速要求に応じた加速性能を実現できる電動車両の制御装置を提供することにある。

本発明の電動車両の制御装置では、電動モータのトルクが制動トルクから駆動トルクへ切り替わる際にモータトルク指令値に基づき駆動される電動モータのトルクの単位時間当たりの増加量を制限し、ブレーキ操作状態が操作状態から非操作状態に変化したことが検出されてからアクセル操作が検出されるまでの間に、制動力発生部による制動トルクと制限された電動モータによる駆動トルクとを作動させてコースト走行状態を発生させる。

よって、本発明の電動車両の制御装置では、運転者の加速要求に応じた加速性能を実現できる。

実施例１の電動車両のシステム構成図である。 車両コントローラ111の制駆動トルク指令値算出制御ブロック図である。 アクセルによるモータトルク指令値算出部200のモータトルク指令基準値算出制御ブロック図である。 回生摩擦ブレーキ配分部202の回生摩擦ブレーキ配分の制御ブロック図である。 モータトルク指令下限値算出部204によるトルク指令下限値算出制御処理の流れを示すフローチャートである。 ゼロトルク通過時におけるバックラッシュ振動抑制トルク指令値変化量制限部207のモータトルク指令値算出制御ブロック図である。 トルク変化量制限値算出マップである。 実施例１のバックラッシュ振動抑制トルク指令値変化量制限制御のみを実施した場合のギアバックラッシュ振動抑制作用を示すタイムチャートである。 実施例１のブレーキ協調制御によるトルク応答性向上作用を示すタイムチャートである。

以下、本発明の電動車両の制御装置を実施するための形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。
〔実施例１〕
まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の電動車両のシステム構成図である。
実施例１の電動車両は、正負のトルク（駆動トルク、制動トルク）を発生させる電動モータ（以下、モータ）100を備える。モータ100には、回転センサ101としてレゾルバが接続され、モータコントローラ102は、回転センサ101の情報を参照してインバータ103に駆動信号を出力する。インバータ103は、駆動信号に応じた電流をモータ100に供給し、モータトルクを制御する。
モータ100の出力軸100aは減速機（歯車伝達機構）104に接続され、ディファレンシャルギア（歯車伝達機構）105を介して車軸106にトルクを伝達する。モータ100を駆動する電力は高電圧バッテリ107から供給される。高電圧バッテリ107はバッテリコントローラ108によって充電状態や発熱の程度を監視されている。高電圧バッテリ107にはDC-DCコンバータ109が接続され、DC-DCコンバータ109により電圧を降圧して低電圧バッテリ110を充電する。
車両コントローラ（コントロールユニット）111は、図外のブレーキペダルおよびアクセルペダルのストローク（操作量）をブレーキストロークセンサ（ブレーキ操作状態検出部）111aおよびアクセルストロークセンサ（アクセル操作状態検出部）111bによって監視しており、ストロークに応じた正または負のトルク指令を、車内通信ライン112を経由して制動制御装置113に伝達する。

制動制御装置113は、各車輪FL,FR,RL,RRに設けた各車輪速度センサ114a,114b,114c,114dからの各車輪速情報やモータコントローラ102が出力するモータトルク情報から、駆動スリップ防止制御（TCS制御）や制動スリップ防止制御（ABS制御）等のトルク制御を行う。
制動制御装置113は、摩擦ブレーキトルクを制御する場合、運転者のペダル踏力に応じて制動制御装置113内のポンプ（不図示）を作動させて油圧配管115を通して各車輪FL,FR,RL,RRに設けた各ブレーキキャリパ116a,116b,116c,116dにブレーキ液を送り摩擦ブレーキトルクを発生させる。一方、モータトルクを制御する場合、車内通信ライン112によってモータコントローラ102にトルク指令を与える。
制動制御装置113と各ブレーキキャリパ116a,116b,116c,116dは、車輪FL,FR,RL,RRに制動力を与える摩擦ブレーキ（制動力発生部）を構成する。

図２は、車両コントローラ111の制駆動トルク指令値算出制御ブロック図である。図２の制御ブロック111cは、ブレーキストロークセンサ111aによりブレーキ操作状態が操作状態から非操作状態に変化したことが検出されてからアクセルストロークセンサ111bによりアクセル操作が検出されるまでの間に、摩擦ブレーキとモータ100を作動させてコースト走行状態を発生させるコースト走行発生部に相当する。
アクセルによるモータトルク指令値算出部200は、アクセル操作量と車両速度とシフト位置とに基づいてモータトルク指令基準値を算出する。図３は、アクセルによるモータトルク指令値算出部200のモータトルク指令基準値算出制御ブロック図である。モータトルク指令基準値は、アクセル操作量が大きいほど、車両速度が低いほど、駆動トルクを大きくする。また、アクセル操作量がゼロの場合、車両速度が所定の速度（例えば、5km/h）以下である停車および低速領域では、オートマチックトランスミッション車のクリープトルクを模擬するために車両速度が低いほど駆動トルクを大きくし、車両速度が前記所定の速度を超える速度領域では、コースト走行状態におけるエンジンブレーキトルクを模擬するために回生ブレーキトルクを与える。なお、シフト位置がリバースの場合は逆となる。アクセル操作用およびモータ回転速度に応じたモータトルク指令基準値は、シフト位置毎や走行モード（スポーツモード、エコモード等）毎にあらかじめマップとして設定されている。
ブレーキによる車軸トルク指令値算出部201は、ブレーキ操作量に基づいて摩擦ブレーキトルク指令基準値を算出する。摩擦ブレーキトルク指令基準値は、ブレーキ操作量が大きいほど制動トルクを大きくする。

回生摩擦ブレーキ配分部202は、車両速度に基づき、摩擦ブレーキトルク指令基準値を制動力指令摩擦ブレーキトルク成分と制動力指令モータトルク成分とに配分する。図４は、回生摩擦ブレーキ配分部202の回生摩擦ブレーキ配分の制御ブロック図であり、摩擦ブレーキトルク指令基準値と車両速度に応じたモータトルク制限値とを比較し、値が大きい方、すなわち絶対値が小さい方の値を制動力指令モータトルク成分とし、摩擦ブレーキトルク指令基準値から制動力指令モータトルク成分を減じた値を制動力指令摩擦ブレーキトルク成分とする。車両速度に応じたモータトルク制限値は、モータ100が発生可能な最大回生トルクとする。ここで、最大回生トルクは、車体速度、高電圧バッテリ107のバッテリSOC等により算出できる。例えば、回生不能領域である停車、低速領域およびインバータ103が過負荷となる高速領域では最大回生トルクをゼロとする。
運転者要求モータトルク算出部203は、モータトルク指令基準値に制動力指令モータトルク成分を加算して運転者要求モータトルクを算出する。

モータトルク指令下限値算出部204は、運転者要求モータトルク、ブレーキ温度、シフト位置、ブレーキ操作量およびモータトルク指令値に基づいてトルク指令下限値を算出する。図５は、モータトルク指令下限値算出部204によるトルク指令下限値算出制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
ステップS501では、走行モードとしてスポーツモードが選択されている場合はステップS502へ進み、それ以外のモードが選択されている場合はステップS506へ進む。
ステップS502では、ブレーキが高温状態でない場合はステップS503へ進み、ブレーキが高温状態である場合はステップS506へ進む。
ステップS503では、ブレーキ操作なしの場合はステップS504へ進み、ブレーキ操作ありの場合はステップS506へ進む。
ステップS504では、モータトルク指令値が所定値未満の場合はステップS505へ進み、トルク指令値が所定値以上の場合はステップS506へ進む。
ステップS505では、モータトルク指令前回値（前制御周期のトルク指令値）に所定トルク変化量を加算した値と所定トルク値（駆動トルク）とを比較し、値の小さな方をトルク指令下限値とする。
ステップS506では、運転者要求モータトルクと出力可能最低トルクとを比較し、値の大きな方をトルク指令下限値とする。

モータトルク選択部205は、運転者要求モータトルクとトルク指令下限値とを比較し、値の大きな方を下限値制限後のモータトルク指令値として出力する。
モータトルク比較部206は、運転者要求モータトルクから下限値制限後のモータトルク指令値を減算する。
バックラッシュ振動抑制トルク指令値変化量制限部（モータトルク変化量制限制御部）207は、通常時は下限値制限後のモータトルク指令値をそのままモータトルク指令値として出力するが、モータトルクがギアバックラッシュメカニズムのゼロトルク区間へ進入する、またはゼロトルク区間から脱出するゼロトルク通過時、下限値制限後のモータトルク指令値とモータトルク指令値とを入力し、下記に示すようなロジックに基づいてモータトルク指令値を算出する。
図６は、ゼロトルク通過時におけるバックラッシュ振動抑制トルク指令値変化量制限部207のモータトルク指令値算出制御ブロック図である。図６のブロックのうち、「Abs」は入力の絶対値を出力し、「Sign」は符号信号（正=1、負=-1）を出力する。「Min」は入力のうち小さい値を出力し、「1/Z」は1制御周期前の値を保存する。つまり、バックラッシュ振動抑制トルク指令値変化量制限部207は、下限値制限後のモータトルク指令値とモータトルク指令前回値との差分、すなわちトルクの単位時間当たりの増加量の上限を、図７に示すマップから算出したトルク変化量制限値で制限し、その値をモータトルク指令前回値に加えてトルク指令値とする。図７のマップは二次元マップであり、トルク指令絶対値（モータトルク指令前回値の絶対値）およびトルク偏差（下限値制限後のモータトルク指令値とモータトルク指令前回値との差分の絶対値）を入力する。このとき、算出するトルク変化量制限値は、トルク指令絶対値が小さいほど小さく、トルク偏差が小さいほど小さく設定する。
算出されたモータトルク指令値は、車内通信ライン112を経由してモータコントローラ102へと送られる。
摩擦ブレーキトルク指令値算出部208は、運転者要求モータトルクから下限値制限後のモータトルク指令値を減算した値を制動力指令摩擦ブレーキトルク成分に加算して摩擦ブレーキトルク指令値を算出する。
算出された摩擦ブレーキトルク指令値は、車内通信ライン112を経由して制動制御装置113へと送られる。

次に、作用を説明する。
［ギアバックラッシュ振動抑制作用］
図８は、実施例１の比較例として、図２からモータトルク指令下限値算出部204、モータトルク選択部205、モータトルク比較部206、摩擦ブレーキトルク指令値算出部208を除いた構成を想定し、バックラッシュ振動抑制トルク指令値変化量制限部207によるバックラッシュ振動抑制トルク指令値変化量制限制御のみを実施した場合のタイムチャートである。この比較例では、バックラッシュ振動抑制トルク指令値変化量制限部207には運転者要求モータトルクが入力され、制動力指令摩擦ブレーキトルク成分はそのまま摩擦ブレーキトルク指令値となる。
図８に示すように、比較例では、車両走行中にアクセルペダルを離した場合に生じるエンジンブレーキ相当の制動トルクから、再度アクセルペダルを操作して加速に転じる、すなわち駆動トルクを要求する場合、アクセル操作量に応じたトルク変化量制限値によってモータトルクの単位時間当たりの増加量を制限する。よって、トルク変化量制限制御なしの場合と比較して、ゼロトルク通過時のトルク変化量（トルクの上昇勾配）が小さく抑えられるため、ギアバックラッシュ振動の低減を図ることができる。

このとき、実施例１のバックラッシュ振動抑制トルク指令値変化量制限制御では、運転者が要求するトルクの上昇勾配が大きく、またアクセルペダルの踏み込み量も大きいときには、図７に示したマップに従ってトルク変化量制限値は大きな値が選択されるので、緩やかにアクセルペダルを操作する場合と比較してトルク上昇勾配は大きくなる。つまり、運転者に急加速の意図がある場合には、ギアバックラッシュ振動の低減効果を低下させる代わりに運転者の加速要求に対する遅れ時間を短くすることができる。このとき、ギアバックラッシュ振動は生じるが、急加速中であるため運転者に違和感を与えることはない。
一方、運転者が要求するトルクの上昇勾配が小さければ、図７に示したマップ入力のトルク偏差が大きくならないため、トルク変化量制限値は小さくなる。これにより、運転者が緩やかな加速を望んでいる場合には小さな変化量でゼロトルクを通過するようになるため、ギアバックラッシュ振動の抑制効果を十分に得られる。

［トルク応答性向上作用］
上記のようなバックラッシュ振動抑制トルク指令値変化量制限制御を実施することで、加速要求に合致したトルクの応答性とギアバックラッシュ振動の抑制効果との両立を実現できるが、運転者のアクセル操作に対してモータ100の応答に必ず遅れが生じてしまう。特に、運転者が走行モードとしてスポーツモードを選択している場合、アクセル操作に対するトルクの応答性が悪いと、運転者の加速要求に応じた加速性能が得られず、違和感を与えてしまう。
これに対し、実施例１では、スポーツモードが選択されている場合、ブレーキ操作ありの状態からブレーキ操作なしの状態に変化した後、アクセル操作が検出されるまでの間に、摩擦ブレーキを作動させてコースト走行状態、すなわちエンジンブレーキ相当の制動トルクを発生させるブレーキ協調制御を実施する。
これにより、モータ100の回生ブレーキトルクによってエンジンブレーキ相当の制動トルクを発生させる必要がないため、運転者がアクセル操作を開始する前にモータトルクを制動トルクから駆動トルクへと移行させゼロトルクを通過させておくことができる。よって、アクセル操作中にトルク変化量を制限する必要がないため、アクセル操作に対してモータ100の駆動トルクを遅れなく追従させることができる。
なお、高い加速性能が要求されるスポーツモード以外の走行モードが選択されている場合、上記ブレーキ協調制御は実施しない。ブレーキ協調制御では、通常の回生ブレーキトルクによるエンジンブレーキトルクの模擬に代えて、摩擦ブレーキによるエンジンブレーキトルクの模擬を行うため、コースト走行時の回生効率が低下するからである。

図９は、実施例１のブレーキ協調制御によるトルク応答性向上作用を示すタイムチャートである。走行モードとしてスポーツモードが選択されているものとする。
時点t1では、ブレーキ操作ありの状態からブレーキ操作なしの状態へと移行したため、図５のフローチャートにおいて、S501→S502→S503→S506の流れからS501→S502→S503→S504→S505の流れに切り替わり、モータトルク指令値は、モータトルク指令前回値に所定トルク変化量を加算した値となる。また、運転者要求モータトルクは、エンジンブレーキ相当の制動トルクとなるため、摩擦ブレーキトルク指令値は、エンジンブレーキ相当の制動トルクからトルク指令下限値を減じた値となる。
時点t1からt2までの期間では、モータトルクはトルク指令下限値に沿って徐々に上昇する（ゼロに近づいていく）ため、車軸トルクはエンジンブレーキ相当の制動トルクへと近づく。
時点t2では、車輪に作用する車軸トルクがエンジンブレーキ相当の制動トルクとなる。
時点t2からt3までの期間では、モータトルクの上昇に応じて摩擦ブレーキトルクが徐々に増大するため、車軸トルクはエンジンブレーキ相当の制動トルクに維持される。なお、時点t2からt3までの区間において、モータトルク（有効トルク）がギアバックラッシュメカニズムのゼロトルク区間へ進入したとき、バックラッシュ振動抑制トルク指令値変化量制限制御が作動するため、モータトルク指令値の単位時間当たりの変化量は、所定トルク変化量よりも小さく制限される。

時点t3では、モータトルクがゼロトルクを通過するが、モータトルクの単位時間当たりの変化量を制限しているため、ギアバックラッシュ振動を運転者に違和感を与えないレベルまで低減できる。
時点t3からt4までの期間において、モータトルクがギアラックラッシュメカニズムのゼロトルク区間から脱出したとき、バックラッシュ振動抑制トルク指令値変化量制限制御が非作動となる。
時点t5では、運転者がアクセル操作を開始したため、図５のフローチャートにおいて、S501→S502→S503→S504→S505の流れからS501→S502→S503の流れに切り替わり、モータトルク指令値は、アクセル操作に応じた運転者要求モータトルクとなる。また、ブレーキペダルは操作されていないため、摩擦ブレーキトルク指令値はゼロとなる。
時点t5からt6までの期間では、摩擦ブレーキトルクがゼロとなり、モータトルクはアクセル操作に応じた運転者要求モータトルクと同じ勾配で上昇するため、車軸トルクはモータトルクとほぼ同じ勾配で上昇する。

ここで、比較例では、ゼロトルク通過時に変化量を制限しているため、アクセル操作に対するモータトルクの応答性が悪く、運転者の加速要求に応じた加速性能が得られなかったのに対し、実施例１では、運転者のアクセル操作前にゼロトルクを通過させるため、運転者のアクセル操作中にトルク変化量を制限する必要がなく、運転者の加速要求に応じた加速性能を実現できる。
また、ゼロトルク通過時はバックラッシュ振動抑制トルク指令値変化量制限制御によりトルクの変化量を制限するため、ギアバックラッシュ振動を運転者に違和感を与えないレベルまで低減できる。
さらに、モータトルクを所定トルク値まで高める際、車軸トルクがエンジンブレーキ相当の制動トルクを維持するように、すなわち、車軸トルクが変動しないように、モータトルクの変化に合わせて摩擦ブレーキトルクを調整するため、車両の減速度の変動に伴う違和感を軽減できる。
さらに、実施例１では、アクセル操作が検出された場合、摩擦ブレーキトルクをゼロにするため、摩擦ブレーキによる制動トルクによって車両の加速性能が悪化するのを抑制できる。

次に、効果を説明する。
実施例１の電動車両の制御装置にあっては、以下に列挙する効果を奏する。
(1) 車輪FL,FR,RL,RRに制動力を与える摩擦ブレーキ（制動制御装置113、各ブレーキキャリパ116a,116b,116c,116d）と、運転者のブレーキ操作状態を検出するブレーキストロークセンサ111aと、運転者のアクセル操作状態を検出するアクセルストロークセンサ111bと、歯車伝達機構（減速機104、ディファレンシャルギア105）を介して接続された車輪FL,FR,RL,RRに対して制駆動トルクを与えるモータ100と、アクセルストロークセンサ111bによって検出されたアクセル操作量に基づいてモータ100を制駆動するためのモータトルク指令値を算出する車両コントローラ111と、を備え、車両コントローラ111は、ブレーキストロークセンサ111aによりブレーキ操作状態が操作状態から非操作状態に変化したことが検出されてからアクセルストロークセンサ111bによりアクセル操作が検出されるまでの間に、摩擦ブレーキとモータ100を作動させてコースト走行状態を発生させるコースト走行発生部111cを備えた。
よって、運転者の加速要求に応じた加速性能を実現できる。
(2) 車両コントローラ111は、モータ100のトルクが制動トルクから駆動トルクへ切り替わる際にモータトルク指令値に基づき駆動されるモータ100のトルクの単位時間当たりの増加量を制限するバックラッシュ振動抑制トルク指令値変化量制限部207を備え、コースト走行発生部111cは、バックラッシュ振動抑制トルク指令値変化量制限部207により制限されたモータ100による駆動トルクと摩擦ブレーキによる制動トルクとによりコースト走行状態を発生させる。
よって、ギアバックラッシュ振動を運転者に違和感を与えないレベルまで低減できると共に、車両の減速度の変動に伴う違和感を軽減できる。
(3) コースト走行発生部111cは、アクセルストロークセンサ111bによりアクセル操作状態が検出されると、摩擦ブレーキによる制動力をゼロとする。
よって、アクセル操作の開始時、摩擦ブレーキによる制動トルクによって車両の加速性能が悪化するのを抑制できる。

100 電動モータ
104 減速機（歯車伝達機構）
105 ディファレンシャルギア（歯車伝達機構）
111 車両コントローラ（コントロールユニット）
111a ブレーキストロークセンサ（ブレーキ操作状態検出部）
111b アクセルストロークセンサ（アクセル操作状態検出部）
111c コースト走行発生部
113 制動制御装置（制動力発生部）
116a,116b,116c,116d 各ブレーキキャリパ（制動力発生部）
207 バックラッシュ振動抑制トルク指令値変化量制限部（モータトルク変化量制限制御部）
FL,FR,RL,RR 各車輪

Claims (2)

1. 車輪に制動トルクを与える制動力発生部と、
   運転者のブレーキ操作状態を検出するブレーキ操作状態検出部と、
   運転者のアクセル操作状態を検出するアクセル操作状態検出部と、
   歯車伝達機構を介して接続された車輪に対して制駆動トルクを与える電動モータと、
   前記アクセル操作量検出部によって検出されたアクセル操作量に基づいて前記電動モータを制駆動するためのモータトルク指令値を算出するコントロールユニットと、
   を備え、
   前記コントロールユニットは、
   前記電動モータのトルクが制動トルクから駆動トルクへ切り替わる際に前記モータトルク指令値に基づき駆動される前記電動モータのトルクの単位時間当たりの増加量を制限するモータトルク変化量制限制御部と、
   前記ブレーキ操作状態検出部によりブレーキ操作状態が操作状態から非操作状態に変化したことが検出されてから前記アクセル操作状態検出部によりアクセル操作が検出されるまでの間に、前記制動力発生部による制動トルクと前記モータトルク変化量制限制御部により制限された前記電動モータによる駆動トルクとを作動させてコースト走行状態を発生させるコースト走行発生部と、
   を備えたことを特徴とする電動車両の制御装置。
2. 請求項１に記載の電動車両の制御装置において、
   前記コースト走行発生部は、前記アクセル操作状態検出部によりアクセル操作状態が検出されると、前記制動力発生部による制動トルクを減少させることを特徴とする電動車両の制御装置。

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