JP2018046705A - 電気自動車およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】変速ショックを好適に低減することができる電気自動車およびその制御方法を提供する。【解決手段】要求されたトルクを出力するモータ１１と、モータ１１と駆動輪１７との間に配設され、変速機構を有するトランスミッション１４と、モータ１１およびトランスミッション１４を制御する制御装置１０と、を有する電気自動車１であって、制御装置１０は、トランスミッション１４における変速完了時に、モータ１１の出力トルクを０とし、変速完了後にモータ１１からのトルク出力が要求されている場合に、モータ１１からの現在の出力トルクの絶対値に基づいて、モータ１１が出力するトルクの変化率を決定する。また、制御装置１０は、モータ１１からの現在の出力トルクの絶対値が大きくなるほど変化率が大きくなるように変化率を決定し、当該決定した変化率でモータ１１の出力トルクを変化させる。【選択図】図３

Description

本発明は、モータの出力する駆動力で走行する電気自動車およびその制御方法に関する。

変速機構を有する電気自動車において、変速機構のギア段切り替えを行う際に、一旦変速機構をニュートラルにして駆動輪にモータの出力する駆動力が伝達されない状態にし、モータの回転数を変速機構との回転数に合わせた後、変速機構のギア段を所望のギア段に切り替えることによって、ギア段切り替え時のショック（変速ショック）を低減する技術がある。このような技術は、例えば特許文献１に開示されている。

特開平６−３３５１１２号公報

このような電気自動車において、例えば車速の変化率等のパラメータを用いて、モータのトルク出力を制御装置がフィードバック制御することが行われている。このような電気自動車において、変速時に変速機構がニュートラルになることで、車速の変化率が変化し、制御装置によるモータのトルク出力制御と、実際に電気自動車が必要とするトルク出力との間に差が生じる場合がある。このような場合、変速ショックが生じるため、より好適に変速ショックを低減する技術が要望されている。

本発明は、変速ショックを好適に低減することができる電気自動車およびその制御方法を提供することを目的とする。

本発明の電気自動車は、要求されたトルクを出力するモータと、前記モータと駆動輪との間に配設され、変速機構を有するトランスミッションと、前記モータおよび前記トランスミッションを制御する制御装置と、を有する電気自動車であって、前記制御装置は、前記トランスミッションにおける変速完了時に、前記モータの出力トルクを０とし、前記変速完了後に前記モータからのトルク出力が要求されている場合に、前記モータからの現在の出力トルクの絶対値に基づいて、前記モータが出力するトルクの変化率を決定し、当該決定した変化率で前記モータの出力トルクを変化させる。

本発明の制御方法は、要求されたトルクを出力するモータと、前記モータと駆動輪との間に配設され、変速機構を有するトランスミッションと、を有する電気自動車の制御方法であって、前記トランスミッションにおける変速完了時に、前記モータの出力トルクを０とし、前記変速完了後に前記モータからのトルク出力が要求されている場合に、前記モータからの現在の出力トルクの絶対値に基づいて、前記モータが出力するトルクの変化率を決定し、当該決定した変化率で前記モータの出力トルクを変化させる。

本発明によれば、変速ショックを好適に低減することができる。

本実施の形態における電気自動車の構成を示す図 電気自動車の変速時におけるギア段切り替え処理を説明するためのフローチャート 電気自動車がシフトアップして加速する場合の変速後処理による効果を説明するための図 電気自動車がシフトダウンして減速する場合の変速後処理による効果を説明するための図

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態における電気自動車１の構成を示す図である。

電気自動車１は、図１に示すように、制御装置１０、モータ１１、インバータ１２、バッテリ１３、トランスミッション１４、プロペラシャフト１５、ディファレンシャルギア１６、駆動輪１７を有する。

制御装置１０は、モータ１１、インバータ１２、バッテリ１３、およびトランスミッション１４の動作を制御する。なお、モータ１１、インバータ１２、バッテリ１３、およびトランスミッション１４のそれぞれの制御は、例えば個別に設けられたＥＣＵ（Electric Control Unit）が互いにＣＡＮ（Control Area Network）通信を行いながら協働して制御を実施していてもよいが、本実施の形態では１つの制御装置１０により各構成が制御されるものとして説明する。

制御装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）、および、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の作業用メモリ等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭから制御プログラムを読み出してＲＡＭに展開し、展開した制御プログラムと協働してモータ１１、インバータ１２、バッテリ１３、およびトランスミッション１４の動作を集中制御する。

モータ１１は、バッテリ１３から供給される電力を用いて回転し、トランスミッション１４を介してプロペラシャフト１５に電気自動車の駆動トルクを出力する。モータ１１の出力した駆動トルクは、プロペラシャフト１５およびディファレンシャルギア１６を介して駆動輪１７に伝達される。

インバータ１２は、制御装置１０によりモータ１１の駆動が要求された場合に、バッテリ１３の直流電力を３相交流電力に変換してモータ１１に供給する。バッテリ１３は、制御装置１０によりモータ１１の駆動が要求された場合に、インバータ１２を介してモータ１１に対して電力を供給する。

トランスミッション１４は、例えばＡＭＴ(Automated Manual Transmission)、トルコンＡＴ（Automatic Transmission）等のオートマチックトランスミッション、あるいはマニュアルトランスミッションであり、モータ１１の出力軸とプロペラシャフト１５とを接続あるいは切断する変速機構を有する。本実施の形態では、変速機構の図示は省略する。トランスミッション１４は、制御装置１０の制御、あるいは運転者によるシフトレバー（図示せず）の操作に基づいて、後述するギア段切り替え処理および変速後処理を行う。

次に、変速時における電気自動車１の処理について説明する。図２は、電気自動車１の変速時におけるギア段切り替え処理を説明するためのフローチャートである。

ステップＳ１において、制御装置１０は、変速契機が訪れたか否かを判定する。具体的には、制御装置１０は、トランスミッション１４がオートマチックトランスミッションであるとき、例えば電気自動車１の積載量が多い場合や坂道発進時等、低速で大きなトルクが必要とされる状況が訪れた場合、あるいは低速で大きなトルクが必要とされる状況から当該低速で大きなトルクが必要とされない状況に変化した場合等に、変速契機が訪れたと判定する。また、制御装置１０は、トランスミッション１４がマニュアルトランスミッションであるとき、電気自動車１の運転者がシフトレバーを操作した場合に、変速契機が訪れたと判定する。なお、制御装置１０がどのような場合に変速契機が訪れたと判定するかについては本発明では特に限定しない。制御装置１０は、上記した例以外にも変速契機が訪れたと判定してもよい。

ステップＳ１において、変速契機が訪れたと判定された場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、処理はステップＳ２に進み、そうでない場合（ステップＳ１：ＮＯ）、ステップＳ１が繰り返される。

ステップＳ２において、制御装置１０は、トランスミッション１４に対して変速制御信号を出力する。変速制御信号は、トランスミッション１４に対して変速を指示する信号であって、変速先のギア段を指示する情報を含む。

ステップＳ３において、制御装置１０は、ステップＳ２におけるトランスミッション１４に対する変速制御信号の出力の後、モータ１１の出力トルクを０に制御する。なお、制御装置１０は、ステップＳ２におけるトランスミッション１４に対する変速制御信号の出力と、ステップＳ３におけるモータ１１の出力トルクを０にする制御とを、同時に行うようにしてもよい。

ステップＳ４において、制御装置１０は、トランスミッション１４に対して、ギア段を一旦ニュートラルに変更する指示を出力する。ギア段が一旦ニュートラルとなることで、モータ１１の出力軸とプロペラシャフト１５とが切断され、モータ１１の出力する駆動トルクが駆動輪１７に伝達されなくなる。なお、ステップＳ３においてモータの出力トルクが０となっているため、トランスミッション１４は、容易にギア段をニュートラルとすることができる。トランスミッション１４は、ギア段をニュートラルにした後、ギア段がニュートラルになったことを制御装置１０に通知する。

ステップＳ５において、制御装置１０は、モータ１１にバッテリ１３からの電力を与えてモータ１１の出力軸の回転数と、トランスミッション１４の入力軸の回転数とを合わせる回転数合わせを行う。

なお、図２ではステップＳ５におけるモータ１１とトランスミッション１４の回転数合わせの前にステップＳ４におけるギアニュートラル動作を行っているが、本発明はこれに限定されない。ステップＳ５におけるモータ１１とトランスミッション１４との回転数合わせは、ステップＳ４におけるギアニュートラル動作と同時に行われてもよい。ステップＳ５におけるモータ１１とトランスミッション１４との回転数合わせが完了すると、制御装置１０は、モータ１１の出力トルクを０とする。

ステップＳ６において、制御装置１０は、トランスミッション１４に対して変速動作を実行する指示を出力し、トランスミッション１４は、ステップＳ２において取得した変速制御信号にて指示された変速先のギア段に切り替える変速動作を実行する。ここで、ステップＳ５における回転数合わせの後、モータ１１の出力トルクは０となっているため、トランスミッション１４は、容易にギア段を切り替えることができる。

図２に関連付けて説明したギア段切り替え処理の後、制御装置１０は、変速後処理に移行する。変速後処理は、変速後のトルク要求に応じてモータ１１の出力トルクを決定する処理である。なお、図２に示すギア段切り替え処理から変速後処理への移行条件は、図２のステップＳ２の変速制御信号にて指示された変速先のギア段への切り替えが完了したことである。

上記したように、電気自動車１の変速動作が完了した時点では、制御装置１０は、モータ１１の出力トルクが０となるように制御している。このため、変速動作の完了後、電気自動車１の運転者がアクセルペダル（図示せず）を踏み込んでいる場合等、モータ１１にトルク出力が要求されている場合、制御装置１０はモータ１１にトルク出力を行わせるよう制御する。ここで、制御装置１０は、モータ１１の出力トルクを０から要求されたトルク（以下、要求トルク）まで直線的に増大させるのではなく、トルクの増加率（以下、トルク変化率）を出力トルクの大きさに応じて変化させる。このような制御により、電気自動車１の変速後に、モータ１１の出力トルクが急激に変化することによるショックを低減させることができる。

図３および図４は、電気自動車１の変速時における、モータ１１の出力トルクの変化について説明するための図である。図３および図４において、上側はトランスミッション１４のギア段の時間に対する変化を、下側はモータ１１の出力トルクの時間に対する変化を、それぞれ示している。また、図３および図４の上側において、実線は実際に選択されたギア（以下選択ギアと称する）の変化を、点線は制御装置１０が指示する変速先ギアの変化を、それぞれ示している。

図３は、電気自動車１が２速から３速へギア段を上げて（シフトアップして）加速する場合を例示している。図３において、時刻０から時刻ｔ１までは、トランスミッション１４の選択ギアは２速であり、モータ１１は所定のトルクを出力している。なお、図３の時刻０から時刻ｔ１までの間、モータ１１は一定のトルクを出力しているが、モータ１１の出力トルクは電気自動車１の走行状態に合わせて変動していてもよい。

時刻ｔ１において、制御装置１０は、２速から３速へギア段を変化する指示をトランスミッション１４に対して出力する（図２のステップＳ２に対応）。同時に、制御装置１０は、モータ１１に対して、出力トルクを０にする指示を出力する（図２のステップＳ３に対応）。

時刻ｔ１においてギア段を変化する指示を取得したトランスミッション１４は、時刻ｔ２において一旦ギア段をニュートラルにする（図２のステップＳ４に対応）。これにより、後述の時刻ｔ３におけるギア入れが容易となる。時刻ｔ１からｔ２までの間の時間は、トランスミッション１４がギアニュートラル指示を取得してから実行するまでに要するタイムラグである。

また、時刻ｔ２において、トランスミッション１４がニュートラルになった後、制御装置１０は、モータ１１の回転数をトランスミッション１４の回転数と合わせるために所定のトルクで回転する（図２のステップＳ５に対応）。なお、図３に例示したようなシフトアップ時には、トランスミッション１４の方がモータ１１より回転数が高いため、制御装置１０は、モータ１１にマイナストルクを出力させる。

なお、上述したように、図３ではモータ１１が時刻ｔ２におけるトランスミッション１４のニュートラル動作とほぼ同時に回転数合わせを開始しているが、本発明はこれに限定されない。回転数合わせは、時刻ｔ２におけるトランスミッション１４のニュートラル動作より後に開始されてもよい。ただし、回転数合わせは、時刻ｔ２から後述の時刻ｔ３までの間に完了しなければならない。

モータ１１によるトランスミッション１４との回転数合わせが完了すると、制御装置１０は、モータ１１の出力トルクを０に戻す。そして、回転数合わせが完了した後の時刻ｔ３において、トランスミッション１４は、ギア段を時刻ｔ１において指示された変速先である３速に変化させる（図２のステップＳ６に対応）。

変速後、例えば電気自動車１の運転者によりアクセルペダルが踏み込まれ、所定の要求トルクＴ_ｒ１が要求されているとする。時刻ｔ３におけるモータ１１の出力トルクは０であるため、制御装置１０は、モータ１１の出力トルクを、要求トルクＴ_ｒ１まで増大させる必要がある。

時刻ｔ３以後、制御装置１０は、モータ１１の出力トルクの変化率を、出力トルクの大きさに応じて徐々に変化させる。具体的には、制御装置１０は、モータ１１の出力トルクがしきい値Ｔ_ｔｈ１を超えるまでは、図３に示すように、比較的小さい変化率Ｒ_ｖ１で出力トルクを増大させる。

時刻ｔ４において出力トルクがしきい値Ｔ_ｔｈ１を超えると、制御装置１０は、しきい値Ｔ_ｔｈ２を超えるまでは、図３に示すように、変化率Ｒ_ｖ１より大きい変化率Ｒ_ｖ２でモータ１１の出力トルクを増大させる。

そして、時刻ｔ５において出力トルクがしきい値Ｔ_ｔｈ２を超えると、制御装置１０は、変化率Ｒ_ｖ２よりさらに大きい変化率Ｒ_ｖ３でモータ１１の出力トルクを増大させる。時刻ｔ６において出力トルクが要求トルクＴ_ｒ１に達すると、制御装置１０は、その後要求トルクＴ_ｒ１でのモータ出力を継続させる。

このように、図３に示すシフトアップ時の例では、制御装置１０は、変化率Ｒ_ｖ１〜Ｒ_ｖ３の３段階の変化率でモータ１１の出力トルクを増大させる。このように、本実施の形態に係る電気自動車１では、加速時において、モータ１１は、出力トルクの絶対値が比較的小さい場合は比較的小さい変化率で出力トルクを増大させ、出力トルクの絶対値が増大するにつれて、比較的大きい変化率で出力トルクを増大させる。運転者は低トルク状態の方が変速ショックを感じやすいため、このような構成により、運転者が感じる変速ショックを低減することができる。

次に、図４を参照して、電気自動車１が３速から２速へギア段を下げて（シフトダウンして）減速する場合について説明する。図４において、時刻０から時刻ｔ１１までは、トランスミッション１４の選択ギアは３速であり、モータ１１は所定のトルク（図４では減速中なのでマイナストルク）を出力している。

時刻ｔ１１において、制御装置１０は、３速から２速へギア段を変化する指示をトランスミッション１４に対して出力する（図２のステップＳ２に対応）。同時に、制御装置１０は、モータ１１に対して、出力トルクを０にする指示を出力する（図２のステップＳ３に対応）。

時刻ｔ１１においてギア段を変化する指示を取得したトランスミッション１４は、時刻ｔ１２において一旦ギア段をニュートラルにする（図２のステップＳ４に対応）。これにより、後述の時刻ｔ１３におけるギア入れが容易となる。

時刻ｔ１２においてトランスミッション１４がニュートラルになった後、制御装置１０は、モータ１１の回転数をトランスミッション１４の回転数と合わせるために所定のトルク（正のトルク）で回転する（図２のステップＳ５に対応）。図４ではモータ１１が時刻ｔ１２におけるトランスミッション１４のニュートラル動作とほぼ同時に回転数合わせを開始しているが、本発明はこれに限定されない。回転数合わせは、時刻ｔ１２におけるトランスミッション１４のニュートラル動作より後に開始されてもよい。ただし、回転数合わせは、時刻ｔ１２から後述の時刻ｔ１３までの間に完了しなければならない。

モータ１１によるトランスミッション１４との回転数合わせが完了すると、制御装置１０は、モータ１１の出力トルクを０に戻す。そして、回転数合わせが完了した後の時刻ｔ１３において、トランスミッション１４は、ギア段を時刻ｔ１１において指示された変速先である２速に変化させる（図２のステップＳ６に対応）。

変速後、例えば電気自動車１の運転者によりアクセルペダルが踏み込まれておらず、所定の要求トルクＴ_ｒ２（マイナストルク）が要求されているとする。時刻ｔ１３におけるモータ１１の出力トルクは０であるため、制御装置１０は、モータ１１の出力トルクを、要求トルクＴ_ｒ２まで減少させる必要がある。

時刻ｔ１３以後、制御装置１０は、モータ１１の出力トルクの変化率を、出力トルクの大きさに応じて徐々に変化させる。具体的には、制御装置１０は、モータ１１の出力トルクがしきい値Ｔ_ｔｈ３より小さくなるまでは、図４に示すように、比較的小さい変化率Ｒ_ｖ４で出力トルクを減少させる。

時刻ｔ１４において出力トルクがしきい値Ｔ_ｔｈ３より小さくなると、制御装置１０は、しきい値Ｔ_ｔｈ４を超えるまでは、図４に示すように、変化率Ｒ_ｖ４より大きい変化率Ｒ_ｖ５で出力トルクを減少させる。

そして、時刻ｔ１５において出力トルクがしきい値Ｔ_ｔｈ４より小さくなると、制御装置１０は、変化率Ｒ_ｖ５よりさらに大きい変化率Ｒ_ｖ６でモータ１１の出力トルクを減少させる。時刻ｔ１６において出力トルクが要求トルクＴ_ｒ２に達した後は、制御装置１０は、所定のトルク変化率でモータ１１の出力トルクを増大させる。

このように図４に示す例では、制御装置１０は、変化率Ｒ_ｖ４〜Ｒ_ｖ６の３段階のトルク変化率でモータ１１の出力トルクを減少させてマイナストルクである要求トルクＴ_ｒ２を達成する。このように、本実施の形態に係る電気自動車１では、減速時において、制御装置１０は、出力トルクの絶対値が比較的小さい場合は比較的小さい変化率でモータ１１の出力トルクを減少させ、出力トルクの絶対値が増大するにつれて、比較的大きい変化率で出力トルクを減少させる。運転者は低トルク状態の方が変速ショックを感じやすいため、このような構成により、運転者が感じる変速ショックを低減することができる。

なお、図３において、時刻ｔ１以前のモータ１１の出力トルクの値、時刻ｔ２における回転数合わせの際の出力トルクの値、および、要求トルクＴ_ｒ１の値は、それぞれ独立した値であり、図３に例示したこれらの大小関係は一例である。同様に、図４において、時刻ｔ１１以前のモータ１１の出力トルクの値、時刻ｔ１２における回転数合わせの際の出力トルクの値、および、要求トルクＴ_ｒ２の値は、それぞれ独立した値であり、図３に例示したこれらの大小関係は一例である。本発明では、これらの値の大小関係については特に限定しない。

なお、図３および図４では、制御装置１０が３段階のトルク変化率を決定する例について説明したが、上述したように、本発明では、より多くの段階の出力トルク変化率を採用してもよい。すなわち、制御装置１０は現在モータ１１が出力しているトルクが大きくなるほど、トルク変化率が大きくなるように、トルク変化率を決定すればよい。

以上説明したように、本発明の実施の形態の電気自動車は、要求されたトルクを出力するモータ１１と、モータ１１と駆動輪１７との間に配設され、変速機構を有するトランスミッション１４と、モータ１１およびトランスミッション１４を制御する制御装置１０と、を有する電気自動車１であって、制御装置１０は、トランスミッション１４における変速完了時に、モータ１１の出力トルクを０とし、変速完了後にモータ１１からのトルク出力が要求されている場合に、モータ１１からの現在の出力トルクの絶対値に基づいて、モータ１１が出力するトルクの変化率を決定する。また、制御装置１０は、モータ１１からの現在の出力トルクの絶対値が大きくなるほど変化率が大きくなるように変化率を決定し、当該決定した変化率でモータ１１の出力トルクを変化させる。

このような構成により、制御装置１０は、現在の出力トルクに基づいて変速後の出力トルク変化率を変化させるので、変速後に生じるショックを低減することができる。

本発明は、変速機構を有する電気自動車に有用である。

１ 電気自動車
１０ 制御装置
１１ モータ
１２ インバータ
１３ バッテリ
１４ トランスミッション
１５ プロペラシャフト
１６ ディファレンシャルギア
１７ 駆動輪

Claims (3)

1. 要求されたトルクを出力するモータと、前記モータと駆動輪との間に配設され、変速機構を有するトランスミッションと、前記モータおよび前記トランスミッションを制御する制御装置と、を有する電気自動車であって、
   前記制御装置は、前記トランスミッションにおける変速完了時に、前記モータの出力トルクを０とし、前記変速完了後に前記モータからのトルク出力が要求されている場合に、前記モータからの現在の出力トルクの絶対値に基づいて、前記モータが出力するトルクの変化率を決定し、当該決定した変化率で前記モータの出力トルクを変化させる、
   電気自動車。
2. 前記制御装置は、前記モータからの現在の出力トルクの絶対値が大きくなるほど前記変化率が大きくなるように前記変化率を決定する、
   請求項１に記載の電気自動車。
3. 要求されたトルクを出力するモータと、前記モータと駆動輪との間に配設され、変速機構を有するトランスミッションと、を有する電気自動車の制御方法であって、
   前記トランスミッションにおける変速完了時に、前記モータの出力トルクを０とし、前記変速完了後に前記モータからのトルク出力が要求されている場合に、前記モータからの現在の出力トルクの絶対値に基づいて、前記モータが出力するトルクの変化率を決定し、当該決定した変化率で前記モータの出力トルクを変化させる、
   制御方法。

Images