JP4127314B1 - 電動車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動車両制御装置において、低燃費走行指示が与えられたときに、回生電力を効果的に回収することである。
【解決手段】電動車両においてトルク指令を出力しようとするときは、まず要求トルクを取得し、取得した要求トルクが正か否かが判断される（Ｓ１０）。要求トルクの符号が正であっても、負であっても、次にエコスイッチがオンか否かが判断される（Ｓ１２，Ｓ１４）。要求トルクの符号が正であるときは、エコスイッチがオフの場合、マップＡが選択され（Ｓ２０）、エコスイッチがオンの場合、マップＡについて最大トルクを低く制限したマップＢが選択される（Ｓ２２）。要求トルクの符号が負であるときは、エコスイッチがオンでもオフでも、マップＣが選択され、最大トルクはいずれにせよ制限されない（Ｓ２４）。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動車両制御装置に係り、特にユーザからの低燃費走行指示を取得する低燃費指示取得手段を有する電動車両の制御装置に関する。

近年、環境にやさしい電気自動車やハイブリッド自動車及び燃料電池自動車等のいわゆる電動車両が注目されている。環境にやさしいという観点からは、燃費の改善などの省エネルギ等を図ることが好ましい。燃費改善を図るには、車両の動力性能の制限や空調の制限等を行うなど、車両の操作性、居住空間の快適性等をやや犠牲にすることがあり、そのために省エネルギの選択を運転者の簡単な操作で行わせることが好ましい。そこで、車両の制御部に低燃費走行指示を与えるスイッチ等が設けられる。このようなスイッチは、例えば「エコモードスイッチ」、あるいは単に「エコスイッチ」等と呼ばれることがある。

例えば、特許文献１には、電気自動車の制御装置において、モード選択スイッチの操作によって、走行モータについて、ノーマリモードとエコモードとを切り換え、ノーマリモードでは１００％の高出力とし、エコモードでは６０％低出力とし、低出力の走行時に出力不足となる登坂時等では、これを９０％まで出力を漸増させることが開示されている。

特開平１０−２４８１０６号公報

このように、低燃費走行指示を与えるスイッチを設け、運転者の選択で燃費を低減させる走行を行わせることができる。特許文献1の例では、エコモードになると、６０％低出力とされ、燃費低減を優先して出力制限がかけられることになる。この場合、回生側に対しても出力制限を行うと、回収する電力量が減少し、回生ブレーキとしての制動力が減少し、不足する制動力を例えば油圧ブレーキで補うこととすれば、燃費低減につながらないことがある。

本発明の目的は、低燃費走行指示が与えられたときに、回生電力を効果的に回収することを可能にする電動車両の制御装置を提供することである。

本発明に係る電動車両制御装置は、回転電機と、回転電機に接続される電源装置とを含む駆動部と、駆動部を制御する制御部とを備え、制御部は、ユーザからの低燃費走行指示を取得する低燃費指示取得手段と、回転電機が力行時にあるか回生時にあるか判断する力行回生判断手段と、低燃費走行指示を取得したときに、力行回生判断手段によって力行時にあると判断された場合には、要求トルクに対し、低燃費走行指示がない通常走行時の最大力行トルクを制限した制限トルク特性の下でトルク指令を出力し、力行回生判断手段によって回生時にあると判断された場合には要求トルクに応じ、通常走行時と同じ最大回生トルクのトルク特性の下でトルク指令を出力する出力手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る電動車両制御装置において、出力手段は、電源装置の昇圧比を変更することで、制限トルク特性の下でのトルク指令を出力することが好ましい。

本発明に係る電動車両制御装置によれば、低燃費走行指示を取得したときに、力行時にある場合は、最大力行トルクを制限してトルク指令を出力するのに対し、回生時にある場合には、最大回生トルクを制限せずにトルク指令を出力する。したがって、低燃費走行指示が与えられたときに、回生電力を効果的に回収することができる。

以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、電動車両として、蓄電装置とエンジンを備えるハイブリッド車両を説明するが、エンジンを含まない電気自動車や、電源として燃料電池を有する燃料電池自動車であってもよい。また、以下では、モータを発電機としても用いるいわゆるモータ／モータジェネレータを有する車両として説明するが、モータと発電機とを別に有するものとしてもよく、一般的に回転電機と、それに接続される電源回路を有する車両であればよい。また、回転電機は1台でなくてもよく、例えば、２台の回転電機を有する車両であってもよい。

図１は、エンジンとモータ／ジェネレータとを有するハイブリッド車両において、モータ／ジェネレータの部分についての制御装置の構成を示す図である。この電動車両制御装置１０は、駆動部２０と制御部４０とを備えて構成され、駆動部２０はモータ／ジェネレータ２２と、モータ／ジェネレータ２２に接続される電源装置２４とを含み、制御部４０は、ＣＰＵ４２と、後述するＴ−Ｎ特性マップ等を記憶する記憶装置４４とを有する。

駆動部２０は、上記のように、車両が力行するときは駆動モータとして機能し、車両が制動するときは発電機として機能するモータ／ジェネレータ２２と、モータ／ジェネレータ２２が駆動モータとして機能するときにこれに電力を供給し、あるいはモータ／ジェネレータ２２が発電機として機能するときは回生電力を受け取って蓄電装置を充電する電源装置２４を含んで構成される。

電源装置２４は、２次電池である蓄電装置２６と、蓄電装置側の平滑コンデンサ２８と、リアクトル３２を有する電圧変換器３０と、昇圧側の平滑コンデンサ３４と、インバータ回路３６とを含んで構成される。

蓄電装置２６としては、例えば、約２００Ｖから約３００Ｖの端子電圧を有するリチウムイオン組電池あるいはニッケル水素組電池、またはキャパシタ等を用いることができる。

電圧変換器３０は、蓄電装置２６側の電圧をリアクトル３２のエネルギ蓄積作用を利用して例えば約６００Ｖに昇圧する機能を有する回路である。電圧変換器３０は双方向機能を有し、インバータ回路３６側からの電力を蓄電装置２６側に充電電力として供給するときには、インバータ回路３６側の高圧を蓄電装置２６に適した電圧に降圧する作用も有する。

インバータ回路３６は、高圧直流電力を交流三相駆動電力に変換し、モータ／ジェネレータ２２に供給する機能と、逆にモータ／ジェネレータ２２からの交流三相回生電力を高圧直流充電電力に変換する機能とを有する回路である。

制御部４０は、図示されていない車両制御部からの指令を受けて、駆動部２０の各要素の動作を制御する機能を有し、ここでは特に、エコスイッチ４８がオンされたときに、回生電力を効果的に回収するトルク指令を駆動部２０に出力する機能を有する。

ここでエコスイッチ４８とは、ユーザが任意に操作できる操作子で、これをオンにするときは、ユーザが低燃費走行を望んでいることを示す低燃費走行指示信号を出力する機能を有するスイッチである。エコスイッチ４８は、例えば、運転席の適当な位置に設けることができる。

要求トルク４６は、図示されていない車両制御部から出力される指令信号で、例えば、アクセルペダル、ブレーキペダル、シフト装置等の状態から、モータ／ジェネレータ２２に要求されるトルクの内容を示す情報信号である。要求トルク４６の内容には、力行トルク、すなわち車両を駆動するトルクか、回生トルク、すなわち車両を制動するトルクかを区別する符号と、トルクの大きさを示すトルク量とが含まれる。

制御部４０は、ＣＰＵ４２と記憶装置４４とを含み、上記のように駆動部２０の各要素の状態を監視しながら、各要素の動作を制御する機能を有する。駆動部２０の各要素の状態の監視としては、例えばモータ／ジェネレータ２２の回転数Ｎ、蓄電装置２６の端子電圧及び出力電流、モータ／ジェネレータ２２の出力トルク等が挙げられる。これらの状態信号は、制御部４０に入力される。かかる制御部４０は、車両搭載に適したコンピュータで構成することができる。制御部４０は独立のコンピュータとして構成できるほか、制御部４０の機能を車両に搭載される他のコンピュータの機能に含ませることもできる。例えば、車両全体を制御する全体制御部、あるいはハイブリッドＣＰＵ等が搭載されている場合に、これらの機能の一部に、制御部４０の機能を含ませるものとできる。

ＣＰＵ４２は、一般的な駆動部２０の制御、すなわち、要求トルク４６に応じて電圧変換器３０を作動させ、インバータ回路３６を制御して、適切な交流三相駆動信号を生成させてモータ／ジェネレータ２２に供給される機能等を有する。ここでは特に、エコスイッチ４８のオン・オフ状態を取得する低燃費走行指示取得モジュール５０と、エコスイッチ４８がオンであることを取得したときに、回生電力を効果的に回収するトルク指令を出力する低燃費下トルク指令出力モジュール５２を含んで構成される。これらの機能は、ソフトウェアの実行によって実現され、具体的には、対応する電動車両制御プログラムの実行によって実現される。機能の一部をハードウェアで実現するものとすることもできる。

記憶装置４４は、制御部４０の動作のために必要な制御プログラム等を記憶する他に、ここでは特に、モータ／ジェネレータ２２のトルクＴと回転数Ｎに関するＴ−Ｎ特性のマップ等を記憶する機能を有する。Ｔ−Ｎ特性に関するマップ等とは、回転電機のトルクＴと回転数Ｎの関係を示すマップである。ここでマップ等とは、トルクＴを入力して回転数Ｎを出力し、あるいはその逆で回転数Ｎを入力してトルクＴを出力する機能を有するものを広く指し、いわゆる変換マップ、ルックアップテーブルのほか、計算式等を含む。

上記構成の電動車両制御装置１０の作用、特に制御部４０のＣＰＵ４２における低燃費下トルク指令出力モジュール５２の機能につき、図２のフローチャート等を用いて以下に詳細に説明する。なお、以下では、図１の符号を用いて説明する。

図２は、低燃費下におけるトルク指令の出力を行う手順を示すフローチャートであり、これらの手順は、対応する電動車両制御プログラムにおける各処理手順に対応する。電動車両においてトルク指令を出力しようとするときは、まず要求トルク４６を取得し、取得した要求トルクが正か否かが判断される（Ｓ１０）。これは要求トルク４６の符号の判断であるが、車両を力行させようとするときの要求トルク４６の符号を正、車両を制動させようとするときの要求トルク４６の符号を負とすることができる。このように要求トルク４６の符号を定めるとすると、要求トルク４６が正か否かの判断とは、車両を力行させようとしているか制動させようとしているかの判断でもある。したがって、この工程は、図示されていない車両全体の制御部から供給される要求トルク４６の内容が、力行のためのものか制動のためのものかについての判断工程でもある。

要求トルク４６の符号が正であっても、負であっても、次にエコスイッチ４８がオンか否かが判断される（Ｓ１２，Ｓ１４）。しかしながら、要求トルク４６の符号が正か負かによって、トルク指令を出力するために用いるＴ−Ｎ特性マップが異なってくる。図２によれば、車両の制御されるべき状態に応じて、マップＡ、マップＢ、マップＣの３種類のＴ−Ｎ特性マップが用いられる。なお、マップＡ、マップＢ、マップＣの内容については後に詳述する。したがって、Ｓ１０，Ｓ１２，Ｓ１４は、要求トルク４６の符号の正負と、エコスイッチ４８のオン・オフとによって、使用するマップをどれにするかの選択をする手順であり、このマップ選択ができれば、これらの手順の順序、あるいはその処理内容はどのようであってもよい。

Ｓ１０，Ｓ１２，Ｓ１４の手順によって、車両の制御すべき状態に応じて、トルク指令を出力するために用いられるＴ−Ｎ特性マップは、以下のように選択されて特定される。

要求トルク４６の符号が正で、エコスイッチ４８がオフの場合、マップＡが選択される（Ｓ２０）。この状態は、車両が力行するときであって、低燃費走行をユーザが望んでいないときで、いわゆる通常の走行状態で制動を考慮する必要がない力行状態の場合である。したがって、マップＡには、通常走行の力行状態におけるＴ−Ｎ特性のマップが選択され、トルク指令の出力のためにはこのマップＡが用いられる。

要求トルク４６の符号が正で、エコスイッチ４８がオンの場合、マップＢが選択される（Ｓ２２）。この状態は、車両が力行するときで、低燃費走行をユーザが望むときである。このときも制動を考慮する必要がない。したがって、マップＢには、通常走行の力行状態におけるＴ−Ｎ特性よりもトルクの上限を制限したマップが選択され、トルク指令の出力のためには、このトルク制限を行ったマップＢが用いられる。

要求トルク４６の符号が負であるときは、エコスイッチ４８がオンでもオフでも、マップＣが選択される（Ｓ２４）。この状態は、車両が制動されるときである。エコスイッチ４８がオンでもオフでも関係がないので、通常の制動の場合のＴ−Ｎ特性マップを用いることができる。通常の制動の場合のＴ−Ｎ特性マップとは、通常の力行の場合のＴ−Ｎ特性マップであるマップＡを、トルクの符号を反転したものである。つまり、マップＡを、トルク＝０の線について反転したものに相当する。したがって、マップＣは、通常走行の力行状態におけるＴ−Ｎ特性のトルクの符号を反転したものが用いられ、エコスイッチ４８がオンとなっても、トルクの上限を制限することがない。

図３は、マップＡ、マップＢ、マップＣの内容を説明する図である。図３の横軸はモータ／ジェネレータ２２の回転数Ｎであり、縦軸はモータ／ジェネレータ２２の出力トルクＴで、符号は正と負とが示されている。図３には、３つのＴ−Ｎ特性が示されている。第１のＴ−Ｎ特性６０は、縦軸が正の部分に示されているものであり、マップＡに相当する。第２のＴ−Ｎ特性７０は、縦軸が正の部分に示されているが、マップＡのＴ−Ｎ特性６０に比べ、最大トルクが制限され、全体としてトルクが小さくなっている。すなわち、マップＡのＴ−Ｎ特性６０に対し、トルク制限がかけられたＴ−Ｎ特性となっており、これがマップＢのＴ−Ｎ特性に対応する。第３のＴ−Ｎ特性８０は、縦軸が負の部分に示されているもので、マップＡのＴ−Ｎ特性６０を、横軸に対し反転した特性として示されており、これがマップＣのＴ−Ｎ特性に対応する。

マップＡのＴ−Ｎ特性６０は、通常走行の力行状体のＴ−Ｎ特性であって、マップＢのＴ−Ｎ特性７０、マップＣのＴ−Ｎ特性８０の基本となるものである。マップＡのＴ−Ｎ特性６０は、一般的には、パワー＝Ｔ×Ｎの関係からパワーが一定の場合のトルクＴと回転数Ｎとの関係を示す図であるが、トルクＴが大きい領域では、インバータ回路３６の電流制限により一定トルク６２とされ、回転数Ｎが大きい領域では、車両の最高速度の制限から制限回転数６４とされている。

マップＢのＴ−Ｎ特性７０は、上記のように力行状態でエコスイッチ４８がオンされたときに、低燃費とするためにマップＡのＴ−Ｎ特性６０よりも最大トルクを低くし、トルク制限をかけたものである。したがって、力行状態でエコスイッチ４８がオンされると、要求トルクがマップＢのＴ−Ｎ特性７０を超えるものであるときは、マップＢのＴ−Ｎ特性７０の値までトルク値が低くされ、その低いトルク値がトルク指令として、駆動部２０に対し出力される。

例えば、図３において、マップＢのＴ−Ｎ特性７０を超える点Ｘで示される値の要求トルク４６が取得された場合を考える。ここでエコスイッチ４８がオフのときは、マップＡのＴ−Ｎ特性６０で最大トルクが制限されるので、点Ｘのトルク値には制限がかけられず、そのまま要求トルク４６の値がトルク指令の値として出力される。一方、エコスイッチ４８がオンされると、マップＢのＴ−Ｎ特性７０で最大トルクが制限されるので、点Ｘのトルク値は、マップＢのＴ−Ｎ特性７０上の点Ｙのトルク値まで小さく制限される。したがって、要求トルク４６の値が点Ｘであっても、トルク指令の値には点Ｙのトルク値が用いられる。このようにして、エコスイッチ４８がオンされると、通常の力行に用いられるマップＡのＴ−Ｎ特性６０よりも最大トルクが制限されたマップＢのＴ−Ｎ特性７０上のトルクの値に最大トルクが制限され、これによって、低燃費が実現される。

マップＣのＴ−Ｎ特性８０は、上記のようにマップＡのＴ−Ｎ特性６０を横軸に対し反転したものである。そして、エコスイッチ４８がオフのときもオンのときも同じマップＣのＴ−Ｎ特性８０が用いられる。すなわち、エコスイッチ４８がオンのとき、力行のときは最大トルクが通常の走行状態に比較して低い値に制限されたのに対し、回生のときには、通常の制動状態と同じ最大トルクとされる。このことで、エコスイッチがオンのとき、力行のときに低燃費が実現されると共に、回生のときに回生電力を効果的に、最大限回収することができる。

図４は、マップＢのＴ−Ｎ特性を、電圧変換器３０の昇圧比を変更することで実現する例を示す図である。ここでは、電圧変換器３０の昇圧比が通常であって、通常の走行状態におけるＴ−Ｎ特性６０と、電圧変換器３０の昇圧比を任意に低下させたときの低電圧Ｔ−Ｎ特性７２と、電圧変換器３０の昇圧比＝１、すなわち、昇圧を全く行わず、蓄電装置２６の電圧をそのままインバータ回路３６を介してモータ／ジェネレータ２２に供給する場合の無昇圧Ｔ−Ｎ特性７４とが示されている。なお、この場合でも、マップＣのＴ−Ｎ特性８０は、図３で説明したと同様に、何の変更も行われない。これによって、回生の際に、回生電力を効果的に最大限回収することができる。

いま、要求トルクがＺ点で示される場合を考える。ここでエコスイッチ４８がオフのときは、マップＡのＴ−Ｎ特性６０で最大トルクが制限されるので、点Ｚのトルク値には制限がかけられず、そのまま要求トルク４６の値がトルク指令の値として出力される。一方、エコスイッチ４８がオンされると、点Ｚを通るＴ−Ｎ特性７２となるように電圧変換器３０の昇圧比が変更される。そして、その昇圧比で駆動部２０が作動する。したがって、昇圧比を変更することで、最大トルクが通常走行の場合のマップＡのＴ−Ｎ特性６０よりも制限された状態となり、これにより、低燃費が実現される。なお、点Ｚを通るＴ−Ｎ特性７２は、点Ｚにおけるトルク値と回転数とを検索キーとして、記憶装置４４に記憶されるＴ−Ｎ特性から検索して得ることができる。

点Ｚにおいて、無昇圧Ｔ−Ｎ特性７４よりもトルク値が大きいときは、上記のように電圧変換器３０の昇圧比を変更して、制限トルクの下でのトルク指令を出力できる。なお、要求トルクに基づく点Ｚにおいて、無昇圧Ｔ−Ｎ特性７４よりもトルク値が小さいときは、無昇圧Ｔ−Ｎ特性７４の上のトルク値がトルク指令の値となる。

本発明に係る実施の形態の電動車両制御装置の構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、低燃費下におけるトルク指令の出力を行う手順を示すフローチャートである。 本発明に係る実施の形態において、マップＡ、マップＢ、マップＣを説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、昇圧比を変更して最大トルクを制限する様子を説明する図である。

符号の説明

１０ 電動車両制御装置、２０ 駆動部、２２ モータ／ジェネレータ、２４ 電源装置、２６ 蓄電装置、２８，３４ 平滑コンデンサ、３０ 電圧変換器、３２ リアクトル、３６ インバータ回路、４０ 制御部、４２ ＣＰＵ、４４ 記憶装置、４６ 要求トルク、４８ エコスイッチ、５０ 低燃費走行指示取得モジュール、５２ 低燃費下トルク指令出力モジュール、６０，７０，７２，７４，８０ Ｔ−Ｎ特性、６２ 一定トルク、６４ 制限回転数。

Claims (2)

1. 回転電機と、回転電機に接続される電源装置とを含む駆動部と、駆動部を制御する制御部とを備え、
   制御部は、
   ユーザからの低燃費走行指示を取得する低燃費指示取得手段と、
   回転電機が力行時にあるか回生時にあるか判断する力行回生判断手段と、
   低燃費走行指示を取得したときに、力行回生判断手段によって力行時にあると判断された場合には、要求トルクに対し、低燃費走行指示がない通常走行時の最大力行トルクを制限した制限トルク特性の下でトルク指令を出力し、力行回生判断手段によって回生時にあると判断された場合には要求トルクに応じ、通常走行時と同じ最大回生トルクのトルク特性の下でトルク指令を出力する出力手段と、
   を備えることを特徴とする電動車両制御装置。
2. 請求項1に記載の電動車両制御装置において、
   出力手段は、電源装置の昇圧比を変更することで、制限トルク特性の下でのトルク指令を出力することを特徴とする電動車両制御装置。

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