特許 7524993 電動車両の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-22

(45)【発行日】2024-07-30

(54)【発明の名称】電動車両の制御装置

(51)【国際特許分類】

   B60L 15/20 20060101AFI20240723BHJP

【ＦＩ】

B60L15/20 K

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2023048754

(22)【出願日】2023-03-24

【審査請求日】2023-09-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】神崎 謙太郎

【審査官】佐々木 淳

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２２－０３５２２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０６８５４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－０３０８６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｌ １／００－５８／４０

Ｂ６０Ｗ １０／００－２０／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気モータを含む車両駆動装置と、模擬変速のために運転者によって操作される模擬変速操作器とを備える電動車両を制御する制御装置であって、
前記運転者によって選択される前記電動車両の走行モードは、
アクセル開度に基づく第１要求駆動力に従って前記車両駆動装置を制御する第１モードと、
前記アクセル開度とともに前記模擬変速操作器の操作に応じたギヤ段に基づく第２要求駆動力に従って前記車両駆動装置を制御する第２モードと、
を含み、
前記電動車両の走行中に前記第１モードと前記第２モードとの間で切り替えを行う場合、前記制御装置は、前記切り替えの前後の駆動力が０を含む所定の範囲内となるタイミングで前記切り替えの実行を許可する
ことを特徴とする電動車両の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電動車両の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、手動変速機（ＭＴ）と内燃機関とを有するＭＴ車両のようなトルク特性で電気モータを制御するＭＴモードと、通常のトルク特性で電気モータを制御するＥＶモードとを切り替え可能な電気自動車を開示している。この電気自動車の制御装置は、走行モードの変更が行われた場合、変更前の走行モードにおいて演算されるモータトルクから変更後の走行モードにおいて演算されるモータトルクに徐々に変化するようにモータトルクを制御する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２２－０３５２２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の手法によれば、ＥＶモードとＭＴモードとを切り替える際に、運転者の意図しないモータトルク（駆動力）の段差の発生に起因して車両挙動が乱れることを抑制できる。しかしながら、走行モードの切り替え中のモータトルクを単純に徐々に変化させるという手法では、モータトルクの変化を緩やかにするほど、走行モードの切り替えに要する時間が長くなってしまう。このことは、運転者の違和感につながる。

【0005】

本開示は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、第１モード（ＥＶモード）と第２モード（模擬手動変速モード）との切り替えに起因する運転者の違和感を抑制できるようにした電動車両の制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る電動車両の制御装置は、電気モータを含む車両駆動装置と、模擬変速のために運転者によって操作される模擬変速操作器とを備える電動車両を制御する。運転者によって選択される電動車両の走行モードは、アクセル開度に基づく第１要求駆動力に従って車両駆動装置を制御する第１モードと、アクセル開度とともに模擬変速操作器の操作に応じたギヤ段に基づく第２要求駆動力に従って車両駆動装置を制御する第２モードと、を含む。第１モードと第２モードとの間で切り替えを行う場合、制御装置は、切り替えの前後の駆動力の差が閾値以下であるタイミングで切り替えの実行を許可する。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、第１モードと第２モードとの切り替えに起因する運転者の違和感を抑制できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態に係る電動車両の構成を模式的に示す図である。

【図2】ＥＶモード及び模擬ＭＴモードのそれぞれにおける電動車両の駆動力特性を表した図である。

【図3】実施の形態に係る走行モードの切り替えに関する処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

添付図面とともに本開示の実施の形態について説明する。

【0010】

１．電動車両の構成
図１は、実施の形態に係る電動車両１０の構成を模式的に示す図である。図１に示すように、電動車両１０は、電気モータ２を含む「車両駆動装置」を備えている。電気モータ２の出力軸３はギヤ機構４を介してプロペラシャフト（又は「ペラ軸」）５の一端に接続されている。ペラ軸５には、その回転速度（ペラ軸回転速度Ｎｐ）を検出するための回転速度センサ４０が設けられている。ペラ軸回転速度Ｎｐは、「車両駆動装置」の出力軸回転速度に相当する。ペラ軸５の他端はディファレンシャルギヤ６を介してドライブシャフト７に接続されている。電動車両１０は駆動輪８と従動輪１２とを備えている。駆動輪８はドライブシャフト７の両端にそれぞれ設けられている。各車輪８、１２には車輪速センサ３０が設けられている。図１では、代表して右後輪の車輪速センサ３０のみが描かれている。車輪速センサ３０は電動車両１０の車速センサとしても用いられる。

【0011】

電動車両１０は、バッテリ１４とインバータ１６とを備えている。バッテリ１４は電気モータ２を駆動する電気エネルギを蓄える。すなわち、電動車両１０は、例えば、バッテリ１４に蓄えられた電気エネルギで走行するバッテリ電気自動車（ＢＥＶ）である。インバータ１６は加速時にバッテリ１４から入力される直流電力を電気モータ２の駆動電力に変換する。また、インバータ１６は減速時に電気モータ２から入力される回生電力を直流電力に変換し、バッテリ１４に充電する。なお、本開示に係る「電動車両」は、車両駆動装置として少なくとも電気モータを含むものであればよく、例えば、電気モータの駆動力のみで走行するモードを有するハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）や燃料電池電気自動車（ＦＣＥＶ）であってもよい。

【0012】

電動車両１０は、運転者が電動車両１０に対する加速要求を入力するためのアクセルペダル２２と、制動要求を入力するためのブレーキペダル２４とを備えている。アクセルペダル２２には、アクセル開度を検出するためのアクセルポジションセンサ３２が設けられている。また、ブレーキペダル２４には、ブレーキ踏込量を検出するためのブレーキポジションセンサ３４が設けられている。

【0013】

電動車両１０は、さらにパドル式のシーケンシャルシフタ（又は、単にパドルシフタ）２６を備えているが、手動変速機（ＭＴ）車両が備える変速機を備えていない。すなわち、パドルシフタ２６は、本来のパドルシフタとは異なるダミーであり、後述の「模擬変速」のために運転者によって操作される「模擬変速操作器」の一例に相当する。パドルシフタ２６によれば、模擬変速のためのギヤ段（模擬的に再現された複数のギヤ段のうちの１つのギヤ段）を選択できる。パドルシフタ２６はステアリングホイールに取り付けられている。パドルシフタ２６は操作ポジションを決定するアップシフトスイッチ２６ｕとダウンシフトスイッチ２６ｄを備える。アップシフトスイッチ２６ｕはアップシフト信号を出力し、ダウンシフトスイッチ２６ｄはダウンシフト信号を出力する。なお、本開示に係る「模擬変速操作器」は、レバー式などの他の方式のシーケンシャルシフタであってもよく、あるいは、Ｈ型シフタとクラッチペダルの組み合わせであってもよい。

【0014】

電動車両１０は、モード選択装置４２を備えている。モード選択装置４２は、電動車両１０の走行モードを選択するスイッチである。電動車両１０の走行モードは、例えば、ＥＶモードと模擬手動変速モード（模擬ＭＴモード）とを含む。ＥＶモード（第１モード）は、パドルシフタ２６の操作ポジションによらずにアクセルペダル２２の操作に応じて電気モータ２の出力を変化させる制御モードである。模擬ＭＴモード（第２モード）は、電動車両１０をＭＴ車両のように運転するための制御モードであり、アクセルペダル２２の操作に対する電気モータ２の出力特性をパドルシフタ２６の操作ポジションに応じて変化させるようにプログラムされている。

【0015】

電動車両１０は、制御装置５０を備えている。電動車両１０に搭載された各センサや制御対象の機器は情報通信ネットワークによって制御装置５０に接続されている。制御装置５０は、例えば、電動車両１０に搭載される電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。制御装置５０は複数のＥＣＵの組み合わせであってもよい。制御装置５０は、インターフェース５２と、メモリ５４と、プロセッサ５６とを備えている。プロセッサ５６は、プログラムやデータをメモリ５４から読み出して実行し、上述の各センサから取得した信号に基づいて制御信号を生成する。

【0016】

２．走行モードの切り替えに関する処理
上述のように、電動車両１０の走行モードは、ＥＶモードと模擬ＭＴモードとを含む。図２は、ＥＶモード及び模擬ＭＴモードのそれぞれにおける電動車両１０の駆動力特性を表した図である。図２の縦軸はペラ軸トルクＴｐであり、横軸はペラ軸回転速度Ｎｐである。ペラ軸トルクＴｐは、ペラ軸５の出力トルク、すなわち、「車両駆動装置」の出力軸トルクに相当する。なお、ペラ軸トルクＴｐは電動車両１０の駆動力と相関を有し、ペラ軸回転速度Ｎｐは車速と相関を有する。

【0017】

図２において、特性線Ｌｅｖ＿ｗｏｔは、ＥＶモードの選択中に運転者によってアクセルペダル２２が全開状態とされている時に得られるペラ軸トルクＴｐの特性を示している。特性線Ｌｅｖ＿ｍｉｎは、ＥＶモードの選択中にアクセルペダル２２が全閉状態とされている時に得られる。一方、特性線Ｌｍｔ＿ｗｏｔは、模擬ＭＴモードの選択中にアクセルペダル２２が全開状態とされている時に各ギヤ段（例えば、第１速から第６速のギヤ段）の選択の下で得られる。特性線Ｌｍｔ＿ｍｉｎは、模擬ＭＴモードの選択中にアクセルペダル２２が全閉状態とされている時に各ギヤ段の選択の下で得られる。

【0018】

制御装置５０は、電気モータ２によって生成されるペラ軸トルクＴｐが要求ペラ軸トルク（又は、単に要求トルク）Ｔｐｒとなるようにインバータ１６を制御する。当該トルク制御のために、制御装置５０は、ＥＶモード及び模擬ＭＴモードのそれぞれの要求トルクＴｐｒを次のように算出する。

【0019】

すなわち、ＥＶモードの要求トルクＴｐｒ＿ｅｖ（本開示に係る「第１要求駆動力」の一例に相当）は、アクセル開度と電動車両１０の回転速度情報（例えば、ペラ軸回転速度Ｎｐ）とに基づいて算出される。要求トルクＴｐｒ＿ｅｖは、図２中の２つの特性線Ｌｅｖ＿ｗｏｔ及びＬｅｖ＿ｍｉｎによって囲まれた領域内の値として算出される。

【0020】

一方、模擬ＭＴモードの要求トルクＴｐｒ＿ｍｔ（本開示に係る「第２要求駆動力」の一例に相当）は、アクセル開度及びペラ軸回転速度Ｎｐとともに、パドルシフタ２６の操作によって選択されるギヤ段に基づいて算出される。各ギヤ段における要求トルクＴｐｒ＿ｍｔは、図２中の２つの特性線Ｌｍｔ＿ｗｏｔ及びＬｍｔ＿ｍｉｎによって挟まれた領域内の値として算出される。

【0021】

ＥＶモードとＭＴモードとを切り替える際に、運転者の意図しないペラ軸トルクＴｐ（駆動力）の段差が発生し得る。より詳細には、図２からも分かるように、ＥＶモード時には、模擬ＭＴモード時と比べて高いペラ軸トルクＴｐを発生可能である。このため、図２中に例示されているように、モード切り替え時に大きなトルク段差が発生し得る。付け加えると、このようなトルク段差は、特に高出力の電気モータを搭載する電動車両において小排気量のＭＴ車両を模擬する場合に顕著に発生する。トルク段差の発生は、車両挙動の乱れにつながる。

【0022】

上述のトルク段差自体は、走行モードの切り替え中のペラ軸トルクＴｐを徐々に変化させる処理（なまし処理）を行うことによって抑制できる。しかしながら、なまし処理によれば、走行モードの切り替え中のペラ軸トルクＴｐの変化を緩やかにするほど、走行モードの切り替えに要する時間が長くなってしまう。このことは、運転者の違和感につながる。また、切り替え中になまし処理によってペラ軸トルクＴｐを徐々に変化させていると、運転者によるアクセルペダル２２及びブレーキペダル２４の操作が車両挙動に反映されにくくなる。この点においても、運転者に違和感を与える可能性がある。

【0023】

上述の課題に鑑み、本実施形態では、ＥＶモードと模擬ＭＴモードとの間で切り替えを行う場合、制御装置５０は、切り替え前後の要求トルクＴｐｒの差ΔＴｐｒ（すなわち、駆動力の差）が閾値ＴＨ以下であるタイミングで当該切り替えの実行を許可する。付け加えると、トルク差ΔＴｐｒが閾値ＴＨより大きいタイミングでは、制御装置５０は、当該切り替えの実行を不可とする。

【0024】

図３は、実施の形態に係る走行モードの切り替えに関する処理を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、電動車両１０のシステム起動中に制御装置５０によって繰り返し実行される。

【0025】

ステップＳ１００において、制御装置５０（プロセッサ５６）は、走行モードの切り替え要求があるか否かを判定する。ここで、モード切り替え要求は、次の２通りの要求を含む。１つは、運転者によるモード選択装置４２の操作に基づく「通常切り替え」の要求である。もう１つは、強制リジェクトによる模擬ＭＴモードからＥＶモードへの強制的な切り替えの要求である。強制リジェクトは、例えば、電動車両１０のハードウェアの保護を目的として働き、又は、バッテリ１４のＳＯＣ（State Of Charge）の低下時に航続距離確保を目的として働く。

【0026】

ステップＳ１００においてモード切り替え要求がない場合、処理はリターンに進む。一方、モード切り替え要求がある場合、処理はステップＳ１０２に進む。

【0027】

ステップＳ１０２において、制御装置５０は、今回のモード切り替え要求が通常切り替えの要求であるか否かを判定する。その結果、通常切り替えの要求でない場合、つまり、強制リジェクトに基づく要求である場合には、処理はステップＳ１０４に進む。一方、通常切り替えの要求の場合には、処理はステップＳ１０６に進む。

【0028】

ステップＳ１０４において、制御装置５０は、強制リジェクト時のなまし処理のトルク変化率（すなわち、切り替え前のモードでの要求トルクＴｐｒから切り替え後のモードでの要求トルクＴｐｒに変化させる際の要求トルクＴｐｒの時間変化率）を設定する。具体的には、ハードウェア保護のための強制リジェクト時には、走行モードを速やかに切り替えるために、車両挙動が乱れないように考慮しつつ事前に定められた高いトルク変化率が設定される。一方、バッテリ１４のＳＯＣの低下に伴う強制リジェクト時には、ハードウェア保護を目的とする場合と比べて低いトルク変化率が設定される。

【0029】

ステップＳ１０６において、制御装置５０は、走行モードの切り替え前後のトルク差ΔＴｐｒを算出する。より詳細には、トルク差ΔＴｐｒは、処理がステップＳ１０６に進んだ時点におけるＥＶモードの要求トルクＴｐｒ＿ｅｖと、同時点における模擬ＭＴモードの要求トルクＴｐｒ＿ｍｔとの差の絶対値である。

【0030】

ステップＳ１０６に続くステップＳ１０８において、制御装置５０は、算出されたトルク差ΔＴｐｒが所定の閾値ＴＨ以下であるか否かを判定する。その結果、トルク差ΔＴｐｒが閾値ＴＨより大きい場合には、処理はステップＳ１１０に進み、トルク差ΔＴｐｒが閾値ＴＨ以下の場合には、処理はステップＳ１１２に進む。

【0031】

ステップＳ１１０において、制御装置５０は、走行モードの切り替えを不可とする。これにより、現在（すなわち、切り替え前）の走行モードの要求トルクＴｐｒがペラ軸トルクＴｐの制御のために継続して使用される。

【0032】

一方、ステップＳ１１２において、制御装置５０は、走行モードの切り替えを許可する。これにより、ペラ軸トルクＴｐの制御のために用いられる要求トルクＴｐｒが、次のステップＳ１１４の設定を利用するなまし処理を伴って、切り替え後の走行モードの要求トルクＴｐｒ＿ｍｔ又はＴｐｒ＿ｅｖに切り替えられる。付け加えると、図２中に示されているように、切り替えが許可されるシーンは、例えば、停車時と、走行中に要求トルクＴｐｒが０近辺となる時とを含む。

【0033】

ステップＳ１１２に続くステップＳ１１４において、制御装置５０は、通常時のなまし処理のトルク変化率を設定する。具体的には、制御装置５０は、例えば、トルク差ΔＴｐｒが小さいほど低くなるようにトルク変化率を設定する。

【0034】

以上説明したように、本実施形態によれば、ＥＶモードと模擬ＭＴモードとの切り替えの実行は、切り替え前後のトルク差ΔＴｐｒが閾値ＴＨ以下であるタイミングで許可される。このようにトルク差ΔＴｐｒ（駆動力の段差）が小さい状況下で切り替えを行うことにより、短時間で切り替え処理（例えば、なまし処理）を完了させることができる。このため、走行モードの切り替えに起因する運転者の違和感を抑制できる。

【0035】

付け加えると、本実施形態によれば、トルク差ΔＴｐｒが大きい状況下では切り替えは許可されず、切り替え前の走行モードでのトルク演算が維持される。これにより、当該状況下では、運転者によるアクセルペダル２２及びブレーキペダル２４の操作通りに要求トルクＴｐｒが演算されて車両挙動に反映される。このため、運転者に違和感を与えない。

【符号の説明】

【0036】

２ 電気モータ、 ５ ペラ軸、 １０ 電動車両、 １６ インバータ、 ２２ アクセルペダル、 ２６ パドルシフタ、 ４２ モード選択装置、 ５０ 制御装置

【要約】

【課題】第１モードと第２モードとの切り替えに起因する運転者の違和感を抑制できるようにする。
【解決手段】電動車両の制御装置は、電気モータを含む車両駆動装置と、模擬変速のために運転者によって操作される模擬変速操作器とを備える電動車両を制御する。運転者によって選択される電動車両の走行モードは、アクセル開度に基づく第１要求駆動力に従って車両駆動装置を制御する第１モードと、アクセル開度とともに模擬変速操作器の操作に応じたギヤ段に基づく第２要求駆動力に従って車両駆動装置を制御する第２モードと、を含む。第１モードと第２モードとの間で切り替えを行う場合、制御装置は、切り替えの前後の駆動力の差が閾値以下であるタイミングで切り替えの実行を許可する。
【選択図】図３

【図1】

【図2】

【図3】