JP6676676B2 - 電動車両および電動車両用制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電動車両および電動車両用制御装置に関する。
下記特許文献１には、エンジンと回転電機とを併用する車両において、エンジンの回転を安定化しつつ加速性を向上する技術が記載されている。
国際公開第２０１６／０８４８０３号
ところで、マニュアルトランスミッションを備え回転電機で駆動される車両においては、アクセルペダルの操作量が一定であれば、ギア比にかかわらず、回転電機の出力トルクが略一定になるように制御される。
しかし、かかる構成では、ユーザが変速操作を行った場合に、車両からの応答が小さくなる。これにより、コンベンショナルなパワープラント（例えば内燃機関エンジン）で得られた、変速に対応する加速重力（加速Ｇ）の変化を体感できず、物足りないと感じるユーザも存在する。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、コンベンショナルなパワープラントに類似した加速重力の変化を体感できる電動車両および電動車両用制御装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため本発明の電動車両は、モータと、車輪と、供給された直流電圧指令値に応じて直流電圧を発生する直流電圧発生部と、前記直流電圧を、供給された交流電圧指令値に基づいた交流電圧に変換し、前記モータに印加するインバータと、供給された変速段指令値に応じて変速段を設定し、前記変速段に応じたギア比で、前記モータの回転速度を減速し前記車輪を回転駆動するトランスミッションと、ユーザの操作に基づいて、前記変速段指令値と、速度操作量と、を出力するユーザ操作部と、前記直流電圧指令値および前記交流電圧指令値を前記速度操作量に対応する操作対応値に設定するとともに、前記ユーザ操作部における操作が、加速中のシフトアップである場合に前記直流電圧指令値および前記交流電圧指令値を、前記操作対応値よりも高い値に設定して加速度の変化を生じさせ、かつ、前記直流電圧を連続的に設定できる電圧よりも高い電圧に設定する制御部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、ユーザは、コンベンショナルなパワープラントに類似した加速重力の変化を体感できる。
本発明の一実施形態による電動車両のブロック図である。 制御部において実行される制御プログラムのフローチャートの一例である。 車速および直流電圧の変化の一例を示す図である。 駆動線図の一例を示す図である。 制御部において実行される制御プログラムのフローチャートの他の例である。 車速および交流電圧の変化の一例を示す図である。 ペダル踏込量に対する交流電圧の変化の一例を示す図である。 駆動線図の他の例を示す図である。
〈実施形態の構成〉
図１は、本発明の一実施形態による電動車両１のブロック図である。
図１において電動車両１は、バッテリ１０と、ＶＣＵ（Voltage Control Unit，直流電圧発生部）１２と、インバータ１４と、電流センサ１５と、三相のモータ１６と、トランスミッション１８と、車輪２０と、シフトレバー２１（ユーザ操作部）と、アクセルペダル２２（ユーザ操作部）と、制御部３０（電動車両用制御装置）と、を備えている。
制御部３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等、一般的なコンピュータとしてのハードウエアを備えており、ＲＯＭには、各種の制御プログラムおよびデータ等が格納されている。制御プログラムは、ＲＡＭに展開され、ＣＰＵによって実行される。
図１において、制御部３０の内部は、制御プログラムによって実現される機能を、ブロックとして示している。すなわち、制御部３０は、目標値算出部３２と、駆動指令部３４と、を備えている。
ＶＣＵ１２は、バッテリ１０の出力電圧を昇圧し、昇圧した直流電圧ｖｄｃをインバータ１４に印加する。インバータ１４は、直流電圧ｖｄｃをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調して、三相の交流電圧ｖａｃを出力する。生成された交流電圧ｖａｃは、モータ１６の各相に印加される。電流センサ１５は、インバータ１４からモータ１６に供給される三相電流のうち二相（図示の例ではＵ相およびＶ相）の電流を計測し、その結果を電流計測値ｉｕ，ｉｖとして出力する。モータ１６の回転軸は、トランスミッション１８を介して車輪２０に結合されている。モータ１６には、回転センサ（図示せず）が含まれており、該回転センサは、モータ１６の回転角θと、回転速度ωと、を出力する。
トランスミッション１８は、複数の変速段のうち何れかに設定される。シフトレバー２１は、ユーザによって操作され、変速段をトランスミッション１８に指令する変速段指令値Ｎ*を出力する。この変速段指令値Ｎ*がトランスミッション１８に供給されると、トランスミッション１８において変速段の切替が実行される。そして、トランスミッション１８は、現在設定されている変速段Ｎを出力する。なお、例えばトランスミッション１８が５速のトランスミッションであれば、変速段Ｎおよび変速段指令値Ｎ*は、「１」〜「５」の自然数になる。アクセルペダル２２は、ユーザによって踏込操作され、踏み込まれた深さを表すペダル踏込量Ｐｄ（速度操作量）を出力する。
制御部３０において、目標値算出部３２は、回転角θと、回転速度ωと、変速段Ｎと、ペダル踏込量Ｐｄと、に基づいて、モータ１６に発生させるべきトルクを表すトルク指令値τ*を出力する。また、駆動指令部３４は、回転角θと、回転速度ωと、変速段Ｎと、ペダル踏込量Ｐｄと、電流計測値ｉｕ，ｉｖと、に基づいて、直流電圧ｖｄｃを指令する直流電圧指令値ｖｄｃ*と、交流電圧ｖａｃを指令する交流電圧指令値ｖａｃ*と、を演算する。この直流電圧指令値ｖｄｃ*はＶＣＵ１２に供給され、交流電圧指令値ｖａｃ*はインバータ１４に供給される。
〈実施形態の動作〉
（動作例１）
図２は、制御部３０において実行される制御プログラムのフローチャートの一例である。
この制御プログラムは、ペダル踏込量Ｐｄが一定（例えば、ペダル踏込量Ｐｄの最大値）である場合に適用される。図２において処理がステップＳ２に進むと、目標値算出部３２は、変速段Ｎに変化が生じたか否かを判定する。ここで「Ｙｅｓ」と判定されると処理はステップＳ４に進み、目標値算出部３２は、駆動指令部３４に対して、変速段Ｎに応じてトルク指令値τ*を設定する。
次に、処理がステップＳ６に進むと、駆動指令部３４は、データ収集を行う。すなわち、駆動指令部３４は、電流計測値ｉｕ，ｉｖ、回転角θおよび回転速度ωの現在値を取得する。次に、処理がステップＳ８に進むと、駆動指令部３４は、取得したデータに基づいて、直流電圧指令値ｖｄｃ*および／または交流電圧指令値ｖａｃ*を適宜変更し、その結果をＶＣＵ１２およびインバータ１４に指令する。次に、処理はステップＳ２に戻り、上述したステップＳ２〜Ｓ８の処理が繰り返される。
図３は、本実施形態の一の動作例（動作例１という）における車速および直流電圧ｖｄｃの変化の一例を示す図である。
図３に示す例においては、時刻ｔ0〜ｔ4の期間において、ペダル踏込量Ｐｄ（図１参照）は一定（例えば、ペダル踏込量Ｐｄの最大値）であることとする。また、時刻ｔ2以前は、トランスミッション１８において変速段Ａが選択され、時刻ｔ2以降は変速段Ｂが選択されたこととする。なお、変速段Ｂは、変速段Ａよりも、ギア比が小さいこととする。図中の電圧ｖ１は、比較例における直流電圧ｖｄｃである。この比較例においては、電圧ｖ１は常に一定である。また、図中の車速ｋ１は、比較例における車速であり、一定の加速度で増加している。
図中の電圧ｖ２は、本実施形態の動作例１における直流電圧ｖｄｃである。この動作例１によれば、電圧ｖ２は、時刻ｔ2において変速段がＡからＢに切り替えられた後、所定期間、高くなるように設定されている。なお、電圧ｖ１は、図示の期間中、通常定格値ｖｄｃ１に保たれている。ここで、通常定格値ｖｄｃ１は、連続的にｖｄｃとして設定できる電圧である。また、電圧ｖ２は、若干の期間（時刻ｔ2〜ｔ4の期間）、短時間定格値ｖｄｃ２に保たれている。なお、短時間定格値ｖｄｃ２は、所定時間（例えば５分）以内であれば、直流電圧ｖｄｃとして設定できる電圧である。また、図中の車速ｋ２は、この動作例１における車速である。車速ｋ２は、時刻ｔ2以前は一定の加速度で増加している。しかし、時刻ｔ2以降は、電圧ｖ２の上昇に伴って、車速ｋ２の加速度が高くなっている。この車速ｋ２の加速度の変化は、上述したステップＳ８（図２参照）において、直流電圧指令値ｖｄｃ*または交流電圧指令値ｖａｃ*を変更することによって実現できる。
交流電圧ｖａｃについては図示を省略するが、比較例および本実施形態の動作例１の双方において、ペダル踏込量Ｐｄが最大値であれば、交流電圧ｖａｃも最大値になる。交流電圧ｖａｃの最大値は直流電圧ｖｄｃによって決まるため、交流電圧ｖａｃのレベルは、図３に示す直流電圧ｖｄｃのレベル（電圧ｖ１，ｖ２）に比例する。比較例における直流電圧ｖｄｃ（図３の電圧ｖ１）、交流電圧ｖａｃは、ユーザの操作内容、すなわち、ペダル踏込量Ｐｄおよび変速段Ｎに対応して決定される。そこで、比較例における直流電圧ｖｄｃおよび交流電圧ｖａｃを「操作対応値」と呼ぶ。一方、本実施形態の動作例１における電圧ｖ２は、時刻ｔ2〜ｔ4の期間は、電圧ｖ１よりも高くなっている。従って、当該期間の電圧ｖ２は、「操作対応値よりも高い値」に設定されていることになる。当該期間の電圧ｖ２を操作対応値よりも高い値に設定するのは、加速中にシフトアップされる場合である。例えば、減速中やシフトダウンを行う場合には、電圧ｖ２は操作対応値にしておくことが好ましい。
図４は、本実施形態の動作例１における駆動線図の一例を示す図である。
図４において、一点鎖線の範囲１０２Ａは、直流電圧ｖｄｃが通常定格値ｖｄｃ１であり、変速段がＡである場合に、車速とモータ１６のトルクが取り得る範囲を示す。また、二点鎖線の範囲１０２Ｂは、直流電圧ｖｄｃが通常定格値ｖｄｃ１であり、変速段がＢである場合に、車速とトルクの取り得る範囲を示す。また、破線の範囲１０４Ｂは、直流電圧ｖｄｃが短時間定格値ｖｄｃ２であり、変速段がＢである場合に、車速とトルクの取り得る範囲を示す。
また、特性Ｑ１は、比較例における駆動特性であり、特性Ｑ１上の点ｒ11，ｒ12，ｒ13，ｒ14は、それぞれ図３の時刻ｔ1，ｔ2，ｔ3，ｔ4における比較例（車速ｋ１）の動作点である。また、特性Ｑ２は、本実施形態における駆動特性であり、特性Ｑ２上の点ｒ21，ｒ22，ｒ23，ｒ24は、それぞれ図３の時刻ｔ1，ｔ2，ｔ3，ｔ4における本実施形態（車速ｋ２）の動作点である。
（動作例２）
図５は、制御部３０において実行される制御プログラムのフローチャートの他の例である。
この制御プログラムは、ペダル踏込量Ｐｄがユーザの踏込操作によって変化する場合に適用される。図５において処理がステップＳ２０に進むと、制御部３０は、現在のペダル踏込量Ｐｄに応じて、直流電圧指令値ｖｄｃ*および／または交流電圧指令値ｖａｃ*を設定する。より詳細には、まず、目標値算出部３２は、現在のペダル踏込量Ｐｄに応じて、トルク指令値τ*を設定する。
すなわち、ペダル踏込量Ｐｄが大きくなるほど大きくなるように、トルク指令値τ*を設定する。次に、駆動指令部３４は、トルク指令値τ*が大きくなるほど大きくなるように、交流電圧指令値ｖａｃ*を設定する。また、交流電圧指令値ｖａｃ*が高くなると、現在の直流電圧ｖｄｃでは、対応する交流電圧ｖａｃを実現することが困難になる場合がある。このような場合、駆動指令部３４は、必要に応じて、直流電圧指令値ｖｄｃ*も高くなるように変更する。
次に、ステップＳ２２〜Ｓ２８の処理が実行される。これらの処理内容は、上述した「動作例１」のステップＳ２〜Ｓ８のものと同様である。すなわち、ステップＳ２２では、目標値算出部３２は、変速段Ｎに変化が生じたか否かを判定する。ここで「Ｙｅｓ」と判定されると、目標値算出部３２は、ステップＳ２４において、駆動指令部３４に対して、変速段Ｎに応じてトルク指令値τ*を設定する。また、処理がステップＳ２６においては、駆動指令部３４は、データ収集を行う。また、処理がステップＳ２８においては、駆動指令部３４は、取得したデータに基づいて、直流電圧指令値ｖｄｃ*および／または交流電圧指令値ｖａｃ*を適宜変更し、その結果をＶＣＵ１２およびインバータ１４に指令する。動作例２においても、これら上述したステップＳ２２〜Ｓ２８の処理が繰り返される。
図６は、動作例２における車速および交流電圧ｖａｃの変化の一例を示す図である。図６に示す例においては、時刻ｔ10〜ｔ14の期間において、ペダル踏込量Ｐｄは、ランプ関数状に上昇していることとする（図示せず）。また、時刻ｔ12以前は、トランスミッション１８において変速段Ａが選択され、時刻ｔ12以降は変速段Ｂが選択されたこととする。なお、図３に示した例と同様に、変速段Ｂは、変速段Ａよりも、ギアレシオが小さいこととする。図中の電圧ｖ１１は、比較例における交流電圧ｖａｃである。この比較例においては、電圧ｖ１１は、ペダル踏込量Ｐｄに対応してランプ関数状に上昇している。また、図中の車速ｋ１１は、比較例における車速である。
また、図中の電圧ｖ１２は、本実施形態における交流電圧ｖａｃである。本実施形態によれば、電圧ｖ１２は、時刻ｔ12において変速段がＡからＢに切り替えられた後、所定期間、電圧ｖ１１よりも高くなるように設定されている。また、図中の車速ｋ１２は、本実施形態における車速である。車速ｋ１２は、時刻ｔ12以前は、車速ｋ１１と同様に増加している。しかし、時刻ｔ12以降は、電圧ｖ１２の上昇に伴って、車速ｋ１２の加速度が高くなっている。
図７は、動作例２におけるペダル踏込量Ｐｄに対する交流電圧ｖａｃの変化の一例を示す図である。
すなわち、図７は、交流電圧ｖａｃの変化を示す点で図６と共通するが、横軸をペダル踏込量Ｐｄとして表したものである。図中のペダル踏込量Ｐｄ１１〜Ｐｄ１４は、各々、図６における時刻ｔ11〜ｔ14の時点におけるペダル踏込量Ｐｄである。また、図７における電圧ｖ２１，ｖ２２は、それぞれ、図６における電圧ｖ１１，ｖ１２に対応する。
図８は、本実施形態の動作例２における駆動線図である。
図８において範囲１０２Ａ，１０２Ｂ，１０４Ｂの意義は、図４のものと同様である。また、特性Ｑ１１は、比較例における駆動特性であり、特性Ｑ１１上の点ｒ31，ｒ32，ｒ33，ｒ34は、それぞれ図６の時刻ｔ11，ｔ12，ｔ13，ｔ14における比較例（車速ｋ１１）の動作点である。また、特性Ｑ１２は、本実施形態の動作例２における駆動特性であり、特性Ｑ１２上の点ｒ41，ｒ42，ｒ43，ｒ44は、それぞれ図６の時刻ｔ11，ｔ12，ｔ13，ｔ14における動作例２（車速ｋ１２）の動作点である。この動作例２において、ほとんどの期間、直流電圧ｖｄｃは通常定格値ｖｄｃ１（図３参照）に保たれる。但し、図８に示す動作点ｒ43の周辺において、特性Ｑ１２は、通常定格値ｖｄｃ１によって実現可能な範囲１０２Ｂを超えている。従って、特性Ｑ１２が範囲１０２Ｂを超えている期間においては、直流電圧ｖｄｃは、通常定格値ｖｄｃ１よりも若干高い値に設定される。
〈一実施形態の効果〉
以上のように本実施形態の電動車両（１）は、供給された変速段指令値（Ｎ*）に応じて変速段（Ｎ）を設定し、変速段（Ｎ）に応じたギア比で、モータ（１６）の回転速度を減速し車輪（２０）を回転駆動するトランスミッション（１８）と、ユーザの操作に基づいて、変速段指令値（Ｎ*）と、速度操作量（Ｐｄ）と、を出力するユーザ操作部（２１，２２）と、直流電圧指令値（ｖｄｃ*）または交流電圧指令値（ｖａｃ*）を変速段（Ｎ）および速度操作量（Ｐｄ）に対応する操作対応値（Ｖ１，Ｖ１１）に設定するとともに、ユーザ操作部（２１，２２）における操作に所定条件が成立すると、直流電圧指令値（ｖｄｃ*）または交流電圧指令値（ｖａｃ*）を、操作対応値（Ｖ１，Ｖ１１）よりも高い値に設定して加速度の変化を生じさせる制御部（３０）と、を備える。
これにより、ユーザは、コンベンショナルなパワープラント（例えば内燃機関エンジン）に類似したトルクの盛り上がりによって、加速重力の変化を体感できる。
さらに、本実施形態によれば、所定条件は、変速段（Ｎ）が変更された後に所定時間が経過するまで、である。
これにより、コンベンショナルなパワープラントのような、変速時の加速の伸びを表現することができる。
〈変形例〉
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記実施形態の構成に他の構成を追加してもよく、構成の一部について他の構成に置換をすることも可能である。また、図中に示した制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上で必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。
（１）上記実施形態における制御部３０のハードウエアは一般的なコンピュータによって実現できるため、図２、図５等に示したプログラム等を記憶媒体に格納し、または伝送路を介して頒布してもよい。
（２）図２，図５等に示した処理は、上記実施形態ではプログラムを用いたソフトウエア的な処理として説明したが、その一部または全部をＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit；特定用途向けＩＣ)、あるいはＦＰＧＡ(field-programmable gate array)等を用いたハードウエア的な処理に置き換えてもよい。
Ｎ 変速段
ｖａｃ 交流電圧
ｖｄｃ 直流電圧
Ｎ* 変速段指令値
Ｐｄ，Ｐｄ１１〜Ｐｄ１４ ペダル踏込量（速度操作量）
ｖａｃ* 交流電圧指令値
ｖｄｃ* 直流電圧指令値
１ 電動車両
１４ インバータ
Ｐｄ ペダル踏込量
１２ ＶＣＵ（直流電圧発生部）
１６ モータ
１８ トランスミッション
２０ 車輪
２１ シフトレバー（ユーザ操作部）
２２ アクセルペダル（ユーザ操作部）
３０ 制御部（電動車両用制御装置）

Claims (4)

  1. モータと、
    車輪と、
    供給された直流電圧指令値に応じて直流電圧を発生する直流電圧発生部と、
    前記直流電圧を、供給された交流電圧指令値に基づいた交流電圧に変換し、前記モータに印加するインバータと、
    供給された変速段指令値に応じて変速段を設定し、前記変速段に応じたギア比で、前記モータの回転速度を減速し前記車輪を回転駆動するトランスミッションと、
    ユーザの操作に基づいて、前記変速段指令値と、速度操作量と、を出力するユーザ操作部と、
    前記直流電圧指令値および前記交流電圧指令値を前記速度操作量に対応する操作対応値に設定するとともに、前記ユーザ操作部における操作が、加速中のシフトアップである場合に前記直流電圧指令値および前記交流電圧指令値を、前記操作対応値よりも高い値に設定して加速度の変化を生じさせ、かつ、前記直流電圧を連続的に設定できる電圧よりも高い電圧に設定する制御部と、
    を備えることを特徴とする電動車両。
  2. 前記制御部は、前記変速段が変更された後に所定時間が経過するまで、前記直流電圧指令値および前記交流電圧指令値を、前記操作対応値よりも高い値に設定する
    ことを特徴とする請求項１に記載の電動車両。
  3. モータと、車輪と、供給された直流電圧指令値に応じて直流電圧を発生する直流電圧発生部と、前記直流電圧を、供給された交流電圧指令値に基づいた交流電圧に変換し、前記モータに印加するインバータと、供給された変速段指令値に応じて変速段を設定し、前記変速段に応じたギア比で、前記モータの回転速度を減速し前記車輪を回転駆動するトランスミッションと、ユーザの操作に基づいて、前記変速段指令値と、速度操作量と、を出力するユーザ操作部と、を有する電動車両に適用され、
    前記直流電圧指令値および前記交流電圧指令値を前記速度操作量に対応する操作対応値に設定するとともに、前記ユーザ操作部における操作が、加速中のシフトアップである場合に前記直流電圧指令値および前記交流電圧指令値を、前記操作対応値よりも高い値に設定して加速度の変化を生じさせ、かつ、前記直流電圧を連続的に設定できる電圧よりも高い電圧に設定する
    ことを特徴とする電動車両用制御装置。
  4. 前記変速段が変更された後に所定時間が経過するまで、前記直流電圧指令値および前記交流電圧指令値を、前記操作対応値よりも高い値に設定する
    ことを特徴とする請求項３に記載の電動車両用制御装置。
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