WO2008099759A1

WO2008099759A1 - 電動車両制御装置

Info

Publication number: WO2008099759A1
Application number: PCT/JP2008/052071
Authority: WO
Inventors: Masayoshi Suhama; Hideto Hanada; Masaki Okamura; Hiroaki Kioka; Ken Iwatsuki
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha; Aisin Aw Co., Ltd.
Priority date: 2007-02-13
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2008-08-21
Also published as: JP4127314B1; CN101600595B; US20110282530A1; US7973505B2; BRPI0807494B1; US8269446B2; EP2112015A1; EP2112015A4; CN101600595A; US20100045224A1; JP2008199758A; BRPI0807494A2

Abstract

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）。

Description

明細書電動車両制御装置技術分野

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。背景技術

近年、環境にやさしい電気自動車やハイプ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ィッチ等が設けられる。このようなスィッチは、例えば「ェコモードスィッチ」、あるいは単に「ェコスィッチ」等と呼ばれることがある。

例えば、日本国特開平 1 0— 2 4 8 1 0 6号公報には、電気自動車の制御装置において、モード選択スィッチの操作によって、走行モータについて、ノーマルモ一ドとェコモ一ドとを切り換え、ノーマルモードでは 1 0 0 %の高出力とし、ェコモードでは 6 0 %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 9 0 %まで出力を漸増させることが開示されている。

このように、低燃費走行指示を与えるスィッチを設け、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。日本国特開平 1 0— 2 4 8 1 0 6号公報の例では、ェコモードになると、 6 0 %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。発明の開示

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、回転電機がカ行時にあるか回生時にあるか判断するカ行回生判断手段と、低燃費走行指示を取得したときに、カ行回生判断手段によってカ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カ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、カ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卜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、カ行時にある場合は、最大カ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。図面の簡単な説明

図 1は、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。図 2は、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ヤ一トである。

図 3は、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。

図 4は、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発明を実施するための最良の形態

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、モー夕を発電機としても用いるいわゆるモー夕/モー夕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 Zジェネレータとを有するハイプリッド車両において、モ一夕/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 1 0は、駆動部 2 0と制御部 4 0とを備えて構成され、駆動部 2 0はモータ Zジェネレータ 2 2と、モ一タノジェネレータ 2 2に接続される電源装置 2 4とを含み、制御部 4 0は、 C P U 4 2と、後述する T一 N特性マツプ等を記憶する記憶装置 4 4とを有する。

駆動部 2 0は、上記のように、車両がカ行するときは駆動モー夕として機能し、車両が制動するときは発電機として機能するモー夕 Zジェネレータ 2 2と、モ —夕/ジェネレータ 2 2が駆動モ一夕として機能するときにこれに電力を供給し、あるいはモー夕 Zジェネレータ 2 2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 2 4を含んで構成される。

電源装置 2 4は、 2次電池である蓄電装置 2 6と、蓄電装置側の平滑コンデンサ 2 8と、リアクトル 3 2を有する電圧変換器 3 0と、昇圧側の平滑コンデンサ 3 4と、インバ一夕回路 3 6とを含んで構成される。

蓄電装置 2 6としては、例えば、約 2 0 0 Vから約 3 0 0 V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、またはキャパシ夕等を用いることができる。

電圧変換器 3 0は、蓄電装置 2 6側の電圧をリアクトル 3 2のエネルギ蓄積作用を利用して例えば約 6 0 0 Vに昇圧する機能を有する回路である。電圧変換器

3 0は双方向機能を有し、インバー夕回路 3 6側からの電力を蓄電装置 2 6側に充電電力として供給するときには、インバー夕回路 3 6側の高圧を蓄電装置 2 6 に適した電圧に降圧する作用も有する。

インバー夕回路 3 6は、高圧直流電力を交流三相駆動電力に変換し、モー夕 Z ジェネレータ 2 2に供給する機能と、逆にモータ/ジェネレータ 2 2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 4 0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 2 0 の各要素の動作を制御する機能を有し、ここでは特に、ェコスィッチ 4 8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 2 0に出力する機能を有する。

ここでェコスィッチ 4 8とは、ユーザが任意に操作できる操作子で、これをォンにするときは、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ィッチである。ェコスィッチ 4 8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 4 6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、モータノジェネレータ 2 2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

4 6の内容には、カ行トルク、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 4 0は、 C P U 4 2と記憶装置 4 4とを含み、上記のように駆動部 2 0 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 2 0の各要素の状態の監視としては、例えばモー夕/ジェネレータ 2 2の回転数 N、蓄電装置 2 6の端子電圧及び出力電流、モー夕/ジェネレータ 2 2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 4 0に入力される。かかる制御部 4 0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 4 0は独立のコンピュータとして構成できるほか、制御部 4 0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 W 200 御する全体制御部、あるいはハイブリッド C P U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 4 0の機能を含ませるものとできる。

C P U 4 2は、一般的な駆動部 2 0の制御、すなわち、要求トルク 4 6に応じて電圧変換器 3 0を作動させ、インバ一タ回路 3 6を制御して、適切な交流 Ξ相駆動信号を生成させてモー夕/ジェネレータ 2 2に供給される機能等を有する。ここでは特に、ェコスィッチ 4 8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 5 0と、ェコスィッチ 4 8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 5 2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 4 4は、制御部 4 0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 Zジェネレータ 2 2のトルク Tと回転数 Nに関する T一 N特性のマップ等を記憶する機能を有する。 T一 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を入ガして回転数 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、ルックアップテ一ブルのほか、計算式等を含む。

上記構成の電動車両制御装置 1 0の作用、特に制御部 4 0の C P U 4 2における低燃費下トルク指令出力モジュール 5 2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ょうとするときは、まず要求トルク 4 6を取得し、取得した要求トルクが正か否かが判断される（S 1 0 ) 。これは要求トルク 4 6の符号の判断であるが、車両をカ行させようとするときの要求トルク 4 6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 4 6の符号を負とすることができる。このように要求トルク 4 6の符号を定めるとすると、要求トルク 4 6が正か否かの判断とは、車両をカ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 4 6の内容が、カ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 4 6の符号が正であっても、負であっても、次にェコスィッチ 4 8 がオンか否かが判断される（S 1 2， S 1 4 ) 。しかしながら、要求トルク 4 6 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一 N特性マツプが異なってくる。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一 N特性マップが用いられる。なお、マツづマップ B、マップ Cの内容については後に詳述する。したがって、 S 1 0 , S 1 2 , S 1 4は、要求トルク 4 6の符号の正負と、ェコスィッチ 4 8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。

S 1 0 , S 1 2 , S 1 4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 4 6の符号が正で、ェコスィッチ 4 8がオフの場合、マップ Aが選択される（S 2 0 ) 。この状態は、車両がカ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カ行状態の場合である。したがって、マップ Aには、通常走行のカ行状態における T一 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 4 6の符号が正で、ェコスィッチ 4 8がオンの場合、マップ Bが選択される（S 2 2 ) 。この状態は、車両がカ行するときで、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、通常走行のカ行状態における T一 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ツプ Bが用いられる。要求トルク 4 6の符号が負であるときは、ェコスィッチ 4 8がオンでもオフでも、マップ Cが選択される（S 2 4 ) 。この状態は、車両が制動されるときである。ェコスィッチ 4 8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一 N特性マップとは、通常のカ行の場合の T一 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、通常走行のカ行状態における T一 N特性のトルクの符号を反転したものが用いられ、ェコスィツチ 4 8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] 3、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 Zジエネレ一タ 2 2の回転数 Nであり、縦軸はモー夕/ジェネレータ 2 2の出力トルク丁で、符号は正と負とが示されている。図 3には、 3つの T一 N特性が示されている。第 1の T一 N特性 6 0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一 N特性 7 0は、縦軸が正の部分に示されているが、マップ Aの T一 N特性 6 0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つている。すなわち、マップ Aの T一 N特性 6 0に対し、トルク制限がかけられた T一 N特性となっており、これがマップ Bの T一 N特性に対応する。第 3の T一 N特性 8 0は、縦軸が負の部分に示されているもので、マップ Aの T一 N特性 6 0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 6 0は、通常走行のカ行状体の T一 N特性であって、マップ： Bの T一 N特性 7 0、マップ Cの T一 N特性 8 0の基本となるものである。マップ Aの T一 N特性 6 0は、一般的には、パワー == T X 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、インバー夕回路 3 6の電流制限により一定トルク 6 2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 6 4とされている。マップ Bの T一 N特性 7 0は、上記のようにカ行状態でェコスィッチ 4 8がォンされたときに、低燃費とするためにマップ Aの T— N特性 6 0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、カ行状態でェコスィツチ 4 8がオンされると、要求トルクがマップ Bの T一 N特性 7 0を超えるものであるときは、マップ Bの T一 N特性 7 0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 2 0に対し出力される。

例えば、図 3において、マップ Bの T一 N特性 7 0を超える点 Xで示される値の要求トルク 4 6が取得された場合を考える。ここでェコスィッチ 4 8がオフのときは、マップ Aの T一 N特性 6 0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 4 6の値がトルク指令の値として出力される。一方、ェコスィッチ 4 8がオンされると、マップ Bの T一 N特性 7 0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一 N特性 7 0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 4 6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、ェコスィッチ 4 8がオンされると、通常のカ行に用いられるマップ A の T一 N特性 6 0よりも最大トルクが制限されたマップ Bの T一 N特性 7 0上のトルクの値に最大トルクが制限され、これによつて、低燃費が実現される。マップ Cの T一 N特性 8 0は、上記のようにマップ Aの T— N特性 6 0を横軸に対し反転したものである。そして、ェコスィッチ 4 8がオフのときもオンのときも同じマップ Cの T一 N特性 8 0が用いられる。すなわち、ェコスィッチ 4 8 がオンのとき、カ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、ェコスィッチがオンのとき、カ行のときに低燃費が実現されると共に、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 3 0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 3 0の昇圧比が通常であって、通常の走行状態における T一 N特性 6 0と、電圧変換器 3 0の昇圧比を任意に低下させたときの低電圧 T一 N特性 7 2と、電圧変換器 3 0の昇圧比 = 1、すなわち、昇圧を全く行わず、蓄電装置 2 6の電圧をそのままインバー夕回路 3 6を介してモー夕/ジェネレータ 2 2に供給する場合の無昇圧 T— N特性 7 4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 8 0は、図 3で説明したと同様に、何の変更も行われない。これによつて、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。ここでェコスィッチ 4 8がオフのときは、マップ Aの T一 N特性 6 0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 4 6の値がトルク指令の値として出力される。一方、ェコスィッチ 4 8がオンされると、点 Zを通る T— N特性 7 2となるように電圧変換器 3 0の昇圧比が変更される。そして、その昇圧比で駆動部 2 0が作動する。したがって、昇圧比を変更することで、最大卜ルクが通常走行の場合のマップ Aの T一 N特性 6 0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一 N特性 7 2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 4 4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一 N特性 7 4よりも卜ルク値が大きいときは、上記のように電圧変換器 3 0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一 N特性 7 4よりもトルク値が小さいときは、無昇圧 T一 N特性 7 4の上のトルク値がトルク指令の値となる。

Claims

請求の範囲

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、

回転電機がカ行時にあるか回生時にあるか判断するカ行回生判断手段と、低燃費走行指示を取得したときに、カ行回生判断手段によってカ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、カ行回生判- 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 . 請求の範囲第 1項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卜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。