JP7569228B2

JP7569228B2 - 車両用制御装置

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Publication number: JP7569228B2
Application number: JP2021012557A
Authority: JP
Inventors: 智寛大黒; 太駿金
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2021-01-29
Filing date: 2021-01-29
Publication date: 2024-10-17
Anticipated expiration: 2041-01-29
Also published as: US20220242251A1; JP2022116410A; US12097770B2; CN114802219A

Description

本発明は、車輪に連結される走行用モータを制御する車両用制御装置に関する。

電気自動車やハイブリッド車両等の車両には、車輪に連結される走行用モータが設けられている。このように、車両に設けられる走行用モータは、運転者のアクセル操作やブレーキ操作に基づき制御されている（特許文献１～４参照）。

特開２００４－１３６７３１号公報特開２００６－１７５９４１号公報特開２０１７－８５８４６号公報特開２００６－１３７３２４号公報

ところで、走行用モータの応答速度は極めて速いことから、加速ショックや減速ショック等を抑制するため、目標トルクになまし処理等を施すことでモータトルクを緩やかに変化させている。しかしながら、なまし処理等によってモータトルクを緩やかに変化させることは、他車両から追突される車両追突時において走行用モータの制御を困難にしてしまう要因であった。
本発明の目的は、車両追突時に走行用モータを適切に制御することにある。

本発明の車両用制御装置は、車輪に連結される走行用モータを制御する車両用制御装置である。前記車両用制御装置は、前記走行用モータの目標トルクとして、運転者のアクセル操作に基づき変化する第１目標トルクと、前記第１目標トルクよりも緩やかに変化する第２目標トルクと、を設定するトルク設定部を有する。前記車両用制御装置は、前記第１目標トルクまたは前記第２目標トルクに基づいて、前記走行用モータを制御するモータ制御部を有する。前記トルク設定部は、アクセル操作が行われていない前進走行時に、前記第１目標トルクおよび前記第２目標トルクを回生側に設定する。前記モータ制御部は、アクセル操作が行われることで停車中の車両を前進させる場合に、前記第２目標トルクに基づいて前記走行用モータを制御する。前記モータ制御部は、アクセル操作が行われていない状態で停車中の車両が前進した場合に、前記第１目標トルクに基づいて前記走行用モータを制御する。

本発明によれば、モータ制御部は、アクセル操作が行われていない状態のもとで停車中の車両が前進した場合に、第１目標トルクに基づいて走行用モータを制御する。これにより、車両追突時に走行用モータを適切に制御することができる。

本発明の一実施の形態である車両用制御装置を備える車両の構成例を示す図である。要求トルクを示したトルクマップの一例を示す図である。制御トルクの設定状況の一例を示す図である。（Ａ）～（Ｂ）は、停止する自車両に対して他車両が追突する追突状況の一例を示す図である。追突時制動制御の実行手順の一例を示すフローチャートである。追突時制動制御の実行状況の一例を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

［車両構成］
図１は本発明の一実施の形態である車両用制御装置１０を備える車両１１の構成例を示す図である。図１に示すように、車両１１には、車輪１２に連結されるモータジェネレータ（走行用モータ）１３が設けられている。このモータジェネレータ１３のロータ１４には、ギヤ列１５、モータ出力軸１６、デファレンシャル機構１７および車輪駆動軸１８を介して車輪１２が連結されている。また、モータジェネレータ１３のステータ１９にはインバータ２０が接続されており、インバータ２０にはリチウムイオンバッテリ等のバッテリ２１が接続されている。

車両用制御装置１０には、プロセッサおよびメモリ等からなるメインコントローラ３０と、プロセッサおよびメモリ等からなるモータコントローラ（モータ制御部）３１と、が設けられている。また、メインコントローラ３０に接続される各種センサとして、アクセルペダル２２の踏み込み量（以下、アクセル開度Ａｃｃと記載する。）を検出するアクセルセンサ３２と、ブレーキペダル２３の踏み込み量を検出するブレーキセンサ３３と、車両１１の走行速度である車速Ｖを検出する車速センサ３４と、がある。さらに、メインコントローラ３０には、回生モード（弱回生モード、強回生モード）を設定する際に操作されるモードスイッチ３５が接続されている。

メインコントローラ３０は、要求トルクＴｍ１および制御トルクＴｍ２を設定するトルク設定部３６を有している。後述するように、要求トルク（第１目標トルク）Ｔｍ１とは、アクセル開度Ａｃｃ等に基づき設定されるモータジェネレータ１３の目標トルクである。また、制御トルク（第２目標トルク）Ｔｍ２とは、要求トルクＴｍ１になまし処理を施すことで設定される目標トルクである。この制御トルクＴｍ２は、要求トルクＴｍ１になまし処理を施した目標トルクであることから、要求トルクＴｍ１よりも緩やかに変化する目標トルクとなっている。

また、メインコントローラ３０は、制御トルクＴｍ２をモータコントローラ３１に送信し、モータコントローラ３１は、制御トルクＴｍ２に基づきインバータ２０の駆動信号を生成する。さらに、駆動信号に基づき制御されるインバータ２０は、バッテリ２１の直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ１３に供給し、制御トルクＴｍ２に向けてモータジェネレータ１３を制御する。このように、モータジェネレータ１３は、後述する追突時制動制御を除き、制御トルクＴｍ２に基づいて制御されている。なお、メインコントローラ３０とモータコントローラ３１とは、ＣＡＮ等の車載ネットワーク３７を介して互いに通信自在に接続されている。

［要求トルクＴｍ１の設定］
メインコントローラ３０のトルク設定部３６は、車速Ｖ、アクセル開度Ａｃｃおよび回生モード情報に基づいて、モータジェネレータ１３に対する要求トルクＴｍ１を設定する。図２は要求トルクＴｍ１を示したトルクマップの一例を示す図である。図２に示すように、トルクマップには、アクセル開度Ａｃｃ毎に要求トルクＴｍ１を示す特性線Ｌ０～Ｌ４が設定されている。つまり、アクセル開度Ａｃｃが０％である場合には、特性線Ｌ０，Ｌ１に沿って要求トルクＴｍ１が設定され、アクセル開度Ａｃｃが２５％である場合には、特性線Ｌ２に沿って要求トルクＴｍ１が設定される。同様に、アクセル開度Ａｃｃが５０％である場合には、特性線Ｌ３に沿って要求トルクＴｍ１が設定され、アクセル開度Ａｃｃが１００％である場合には、特性線Ｌ４に沿って要求トルクＴｍ１が設定される。例えば、アクセル開度Ａｃｃが「５０％」であり、かつ車速が「Ｖｘ」である場合には、要求トルクＴｍ１として「Ｔｘ」が設定される。

図示する車両１１は、アクセル操作が解除されるコースト走行時に使用される回生モードとして、モータジェネレータ１３を弱い回生トルクで制御する弱回生モードと、モータジェネレータ１３を強い回生トルクで制御する強回生モードと、を有している。このため、トルクマップには、アクセル開度Ａｃｃが０％である場合に選択される特性線として、回生モードが弱回生モードである場合に選択される特性線Ｌ１と、回生モードが強回生モードである場合に選択される特性線Ｌ０と、が設けられている。つまり、弱回生モードが選択されたコースト走行時には、特性線Ｌ１に沿って要求トルクＴｍ１が設定され、強回生モードが選択されたコースト走行時には、特性線Ｌ０に沿って要求トルクＴｍ１が設定される。このように、コースト走行時つまりアクセル操作が行われていない前進走行時には、図２に特性線Ｌ０，Ｌ１で示すように、要求トルクＴｍ１が回生側に設定される。

なお、図２に示されるトルクマップには、説明を容易にする観点から５本の特性線Ｌ０～Ｌ４が示されているが、これに限られることはなく、トルクマップに６本以上の特性線を設定しても良いことはいうまでもない。

［制御トルクＴｍ２の設定］
続いて、メインコントローラ３０のトルク設定部３６による制御トルクＴｍ２の設定状況について説明する。モータジェネレータ１３の応答速度は極めて速いことから、要求トルクＴｍ１に基づきモータジェネレータ１３を制御した場合には、運転者に加速ショックや減速ショックを与えてしまう虞がある。そこで、メインコントローラ３０のトルク設定部３６は、要求トルクＴｍ１になまし処理を施すことで制御トルクＴｍ２を設定する。そして、メインコントローラ３０から制御トルクＴｍ２を受信したモータコントローラ３１は、制御トルクＴｍ２に基づきインバータ２０を介してモータジェネレータ１３を制御する。このように、アクセル操作によって車両１１を走行させる場合には、制御トルクＴｍ２を用いてモータ制御が実行される。これにより、運転者に違和感を与えることなくモータトルクを増減させることができる。

図３は制御トルクＴｍ２の設定状況の一例を示す図である。図３に期間ｔａで示すように、運転者のアクセル操作によってアクセル開度Ａｃｃが増加すると（符号ａ１）、アクセル開度Ａｃｃに連動して要求トルクＴｍ１が回生側から力行側に向けて変化する（符号ｂ１）。そして、モータジェネレータ１３を制御する制御トルクＴｍ２は、要求トルクＴｍ１に追従するように力行側に向けて徐々に変化する（符号ｃ１）。ここで、制御トルクＴｍ２の変化速度制限値として、所定の制限値Ｓ１が設定されている（符号ｄ１）。つまり、要求トルクＴｍ１に向かう制御トルクＴｍ２は、その変化速度が制限値（第１速度制限値）Ｓ１を超えないように制限される。

また、ゼロに向けて変化する制御トルクＴｍ２が、ゼロ近傍の所定範囲αに到達すると（符号ｃ２）、制御トルクＴｍ２の変化速度制限値が「Ｓ１」から「Ｓ２」に下げられる（符号ｄ２）。そして、ゼロを通過する制御トルクＴｍ２は、その変化速度が制限値（第２速度制限値）Ｓ２を超えないように制限される。つまり、制御トルクＴｍ２がゼロを通過する際には、制御トルクＴｍ２の変化速度が直近の変化速度よりも下げられる。

これにより、制御トルクＴｍ２がゼロを通過するタイミング、つまりギヤ列１５やデファレンシャル機構１７等の噛み合い歯面が切り替わるタイミングにおいて、制御トルクＴｍ２を緩やかに変化させることができ（符号ｃ３）、モータトルクが回生側から力行側に切り替わる際のショックを抑制することができる。その後、ゼロを通過した制御トルクＴｍ２が、ゼロ近傍の所定範囲αから離れると（符号ｃ４）、制御トルクＴｍ２の変化速度制限値は再び「Ｓ１」に上げられる（符号ｄ３）。そして、モータジェネレータ１３を制御する制御トルクＴｍ２は、要求トルクＴｍ１に追従するように徐々に変化する（符号ｃ５）。

図３に期間ｔｂで示すように、運転者のアクセル操作解除によってアクセル開度Ａｃｃが減少すると（符号ａ２）、アクセル開度Ａｃｃに連動して要求トルクＴｍ１が力行側から回生側に向けて変化する（符号ｂ２）。そして、モータジェネレータ１３を制御する制御トルクＴｍ２は、要求トルクＴｍ１に追従するように回生側に向けて徐々に変化する（符号ｃ６）。ここで、制御トルクＴｍ２の変化速度制限値として、所定の制限値Ｓ１が設定されている（符号ｄ４）。つまり、要求トルクＴｍ１に向かう制御トルクＴｍ２は、その変化速度が制限値Ｓ１を超えないように制限される。

また、ゼロに向けて変化する制御トルクＴｍ２が、ゼロ近傍の所定範囲αに到達すると（符号ｃ７）、制御トルクＴｍ２の変化速度制限値が「Ｓ１」から「Ｓ２」に下げられる（符号ｄ５）。そして、ゼロを通過する制御トルクＴｍ２は、その変化速度が制限値Ｓ２を超えないように制限される。つまり、制御トルクＴｍ２がゼロを通過する際には、制御トルクＴｍ２の変化速度が直近の変化速度よりも下げられる。

これにより、制御トルクＴｍ２がゼロを通過するタイミング、つまりギヤ列１５やデファレンシャル機構１７等の噛み合い歯面が切り替わるタイミングにおいて、制御トルクＴｍ２を緩やかに変化させることができ（符号ｃ８）、モータトルクが力行側から回生側に切り替わる際のショックを抑制することができる。その後、ゼロを通過した制御トルクＴｍ２が、ゼロ近傍の所定範囲αから離れると（符号ｃ９）、制御トルクＴｍ２の変化速度制限値は再び「Ｓ１」に上げられる（符号ｄ６）。そして、モータジェネレータ１３を制御する制御トルクＴｍ２は、要求トルクＴｍ１に追従するように徐々に変化する（符号ｃ１０）。

［追突時制動制御］
図４（Ａ）～（Ｃ）は、停止する自車両１１に対して他車両１００が追突する追突状況の一例を示す図である。図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、停車する自車両１１に対して後方から他車両１００が追突すると、図４（Ｃ）に示すように、自車両１１は前方に押し出される。この車両追突時においては、玉突き衝突等を回避する観点から、追突に伴う自車両１１の移動距離Ｄｘを短くすることが求められている。そこで、本実施形態の車両用制御装置１０は、以下の追突時制動制御を実行することにより、車両追突時における自車両１１の移動距離Ｄｘを短くしている。

＜フローチャート＞
図５は追突時制動制御の実行手順の一例を示すフローチャートである。図５に示すように、ステップＳ１０では、コースト走行時の回生モードとして、強回生モードが設定されているか否かが判定される。なお、共通ペダルモードとも呼ばれる強回生モードにおいては、コースト走行時に大きな回生トルクを発生させることから、ブレーキペダル２３を踏み込むことなく車両１１を停止させることが可能である。つまり、強回生モードが実行されている場合には、運転者がブレーキ操作を行うことなく車両１１を停止させることが想定される。

ステップＳ１０において、強回生モードであると判定された場合には、ステップＳ１１に進み、車速が０［ｋｍ／ｈ］であるか否かが判定される。また、ステップＳ１１において、車速が０［ｋｍ／ｈ］であると判定された場合には、ステップＳ１２に進み、アクセル操作が行われていない状態であるか否かが判定される。ステップＳ１２において、アクセル操作が行われていない状態であると判定された場合には、ステップＳ１３に進み、車速が０［ｋｍ／ｈ］を上回るか否かが判定される。

ステップＳ１３において、車速が０［ｋｍ／ｈ］を上回ると判定される状況とは、強回生モードが設定されており、かつアクセル操作が行われていない状態のもとで、停車中の車両１１が前進する状況である。つまり、ステップＳ１３において、車速が０［ｋｍ／ｈ］を上回ると判定される状況とは、図４（Ｃ）に示すように、車両追突によって自車両１１が押し出された状況であることが想定される。この場合には、ステップＳ１４に進み、要求トルクＴｍ１のなまし処理が停止され、要求トルクＴｍ１に基づきモータジェネレータ１３が制御される。これにより、モータジェネレータ１３の回生トルクを素早く立ち上げることができ、図４（Ｃ）に矢印βで示すように、車輪１２に伝達される回生トルクによって車両１１を制動することができる。

このように、回生トルクによって車両１１が制動されると、続くステップＳ１５では、車速が０［ｋｍ／ｈ］であるか否かが判定される。ステップＳ１５において、車速が０［ｋｍ／ｈ］を上回ると判定された場合には、車両追突による前進移動が継続していることから、ステップＳ１４に戻り、要求トルクＴｍ１に対するなまし処理の停止が継続され、要求トルクＴｍ１に基づきモータジェネレータ１３が制御される。一方、ステップＳ１５において、車速が０［ｋｍ／ｈ］であると判定された場合には、車両追突による前進移動が停止していることから、ステップＳ１６に進み、要求トルクＴｍ１のなまし処理が再開され、制御トルクＴｍ２に基づきモータジェネレータ１３が制御される。

＜タイミングチャート＞
図６は追突時制動制御の実行状況の一例を示すタイミングチャートである。なお、図６において、アクセルペダル２２の「ＯＦＦ」とは、運転者によるアクセル操作が行われていない状況であり、アクセルペダル２２の「ＯＮ」とは、運転者によってアクセル操作が行われている状況である。また、ブレーキペダル２３の「ＯＦＦ」とは、運転者によるブレーキ操作が行われていない状況であり、ブレーキペダル２３の「ＯＮ」とは、運転者によってブレーキ操作が行われている状況である。

図６に示すように、時刻ｔ１においては、アクセル操作の解除によって減速した車両１１が停止する（符号ａ１）。なお、図６に示した例では、強回生モードが実行されることから、ブレーキ操作を行うことなく車両１１が停止している。続いて、時刻ｔ２で示すように、他車両１００の追突に伴って車速が増加すると、モータジェネレータ１３に対する要求トルクＴｍ１が回生側に設定される。つまり、図２に矢印Ｘａで示すように、アクセル操作が行われていない状態のもとで停車中の車両１１が前進した場合には、矢印Ｘｂで示すように、要求トルクＴｍ１が回生側に設定される。

また、時刻ｔ２においては、アクセル操作が行われていない状態のもとで、停車中の車両１１が前進し始めることから、前述したように、要求トルクＴｍ１に対するなまし処理がキャンセルされ、要求トルクＴｍ１に基づきモータジェネレータ１３の回生制御が実行される。これにより、モータジェネレータ１３の実トルクである回生トルクを素早く立ち上げることができるため（符号ｂ１）、追突による車両１１の前進移動を素早く停止させることができる（時刻ｔ３，符号ａ２）。

これに対し、比較例として示すように、車両追突時であっても制御トルクＴｍ２に基づきモータジェネレータ１３の回生制御を実行した場合には、制御トルクＴｍ２つまりモータジェネレータ１３の回生トルクが緩やかに立ち上がるため（符号ｃ１）、追突による車両１１の前進移動が緩やかに停止することになる（時刻ｔ４，符号ｄ１）。特に、要求トルクＴｍ１になまし処理を施す際には、ゼロ近傍において制御トルクＴｍ２の変化速度が著しく制限されることから（符号ｃ２）、制御トルクＴｍ２つまり回生トルクの立ち上がりが遅れることになる。

［まとめ］
これまで説明したように、本実施形態の車両用制御装置１０は、アクセル操作が行われていない状態のもとで停車中の車両が前進した場合に、要求トルクＴｍ１に基づきモータジェネレータ１３を制御している。これにより、モータジェネレータ１３の回生トルクを素早く立ち上げることができ、追突によって前進する車両１１を素早く停止させることができる。また、本実施形態の車両用制御装置１０は、アクセル操作が行われることで停車中の車両１１を前進させる場合に、制御トルクＴｍ２に基づきモータジェネレータ１３を制御している。これにより、モータトルクを緩やかに変化させることができ、運転者に違和感を与えることなく車両１１を走行させることができる。

図５に示した例では、強回生モードが選択された状態のもとで、車両追突によって停止中の車両１１が前進した場合に、要求トルクＴｍ１に基づきモータジェネレータ１３を制御しているが、これに限られることはない。例えば、弱回生モードが選択された状態のもとで、車両追突によって停止中の車両が前進した場合に、要求トルクＴｍ１に基づきモータジェネレータ１３を制御しても良い。また、図６に示した例では、運転者によるブレーキ操作が行われていない状態のもとで、車両追突によって停止中の車両が前進した場合に、要求トルクＴｍ１に基づきモータジェネレータ１３を制しているが、これに限られることはない。例えば、運転者によるブレーキ操作が行われた状態のもとで、車両追突によって停止中の車両が前進した場合に、要求トルクＴｍ１に基づきモータジェネレータ１３を制御しても良い。さらに、図示しない電動ブレーキ等が作動した状態のもとで、車両追突によって停止中の車両が前進した場合に、要求トルクＴｍ１に基づきモータジェネレータ１３を制御しても良い。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。前述の説明では、車両用制御装置１０が用いられる車両１１として、動力源として走行用モータのみを備えた電気自動車を例示しているが、これに限られることはなく、動力源として走行用モータおよびエンジンを備えたハイブリッド車両であっても良い。また、前述の説明では、メインコントローラ３０をトルク設定部として機能させ、モータコントローラ３１をモータ制御部として機能させているが、これに限られることはなく、他のコントローラをトルク設定部やモータ制御部として機能させても良い。また、前述の説明では、要求トルクＴｍ１になまし処理を施して制御トルクＴｍ２を設定する際に、変化速度を制限することで緩やかに変化する制御トルクＴｍ２を設定しているが、これに限られることはなく、他の方法を用いてトルクＴｍ２を設定しても良い。

１０車両用制御装置
１１車両
１２車輪
１３モータジェネレータ（走行用モータ）
３１モータコントローラ（モータ制御部）
３６トルク設定部
Ｔｍ１要求トルク（第１目標トルク）
Ｔｍ２制御トルク（第２目標トルク）

Claims

車輪に連結される走行用モータを制御する車両用制御装置であって、
前記走行用モータの目標トルクとして、運転者のアクセル操作に基づき変化する第１目標トルクと、前記第１目標トルクよりも緩やかに変化する第２目標トルクと、を設定するトルク設定部と、
前記第１目標トルクまたは前記第２目標トルクに基づいて、前記走行用モータを制御するモータ制御部と、
を有し、
前記トルク設定部は、アクセル操作が行われていない前進走行時に、前記第１目標トルクおよび前記第２目標トルクを回生側に設定し、
前記モータ制御部は、アクセル操作が行われることで停車中の車両を前進させる場合に、前記第２目標トルクに基づいて前記走行用モータを制御し、
前記モータ制御部は、アクセル操作が行われていない状態で停車中の車両が前進した場合に、前記第１目標トルクに基づいて前記走行用モータを制御する、
車両用制御装置。
請求項１に記載の車両用制御装置において、
前記トルク設定部は、前記第１目標トルクになまし処理を施すことで前記第２目標トルクを設定する、
車両用制御装置。
請求項１または２に記載の車両用制御装置において、
前記トルク設定部は、回生側または力行側に変化する前記第２目標トルクがゼロを通過する際に、前記第２目標トルクの変化速度を直近の変化速度よりも低下させる、
車両用制御装置。
請求項１～３の何れか１項に記載の車両用制御装置において、
前記モータ制御部は、運転者によるブレーキ操作とアクセル操作との双方が行われていない状態のもとで停車中の車両が前進した場合に、前記第１目標トルクに基づいて前記走行用モータを制御する、
車両用制御装置。
請求項１～４の何れか１項に記載の車両用制御装置において、
前記トルク設定部は、
前記第２目標トルクがゼロを含む所定範囲から外れる場合に、前記第２目標トルクの変化速度を第１速度制限値によって制限し、
前記第２目標トルクが前記所定範囲に収まる場合に、前記第２目標トルクの変化速度を前記第１速度制限値よりも小さな第２速度制限値によって制限し、
前記モータ制御部は、
アクセル操作が行われることで停車中の車両を前進させる場合に、前記第２速度制限値によって変化速度が制限される前記第２目標トルクに基づき前記走行用モータを制御し、
アクセル操作が行われていない状態で停車中の車両が前進した場合に、前記第２速度制限値によって変化速度が制限される前記第２目標トルクではなく、前記第１目標トルクに基づいて前記走行用モータを制御する、
車両用制御装置。