JPH10304509A - 電気自動車の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気自動車の走行モータへの指令トルクが正
から負に、或いは負から正に切り換わったときにトルク
ショックが発生するのを防止する 【解決手段】 走行モータの目標トルクにディレー処理
を施して指令トルクを算出するものにおいて、指令トル
クが駆動トルクから回生トルクに切り換わるとき及び指
令トルクが回生トルクから駆動トルクに切り換わるとき
に、指令トルクを所定時間（０．３秒〜０．５秒）だけ
ゼロに設定することにより、トルクショックの発生を回
避して乗り心地を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクセル開度及び
モータ回転数に基づいて走行モータの正及び負の指令ト
ルクを算出し、算出した指令トルクに応じて走行モータ
を制御する電気自動車の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車に搭載されたモータのアクセ
ルペダルの開閉に対する応答性は内燃機関の回転数の応
答性に比べて高いものであり、そのためにアクセルペダ
ルを急激に踏み込んだときにモータが受ける反力により
車体に振動が発生して乗り心地を損ねる問題があった。
特に、アクセルペダルの踏み込みと戻しとを短い時間間
隔で繰り返し行った場合に、モータと駆動輪間の動力伝
達系に存在するバックラッシュが消滅する際のショック
が車体の固有振動数と共振し、乗り心地を低下させる振
動が発生し易い問題があった。

【０００３】そこで、車両の減速が検出された後の所定
時間内に車両の加速が検出されたときに、モータの駆動
トルクの増加を抑制して前記バックラッシュが消滅する
際のショックを防止するとともに、それ以外の通常の加
速が検出されたときに、モータの駆動トルクの増加抑制
を中止して加速性能を確保するものが、本出願人により
既に提案されている（特願平８−１１２７５５号参
照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、モータが駆
動トルクを発生する状態から回生トルクを発生する状態
に切り換わったとき、或いは回生トルクを発生する状態
から駆動トルクを発生する状態に切り換わったときに
も、モータのトルクショックにより乗り心地が低下する
問題がある。

【０００５】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、モータへの指令トルクが正から負に、或いは負から
正に切り換わったときにトルクショックが発生するのを
防止することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１に記載された発明は、バッテリの電力によ
り走行モータを駆動する電気自動車の制御装置であっ
て、アクセル開度及びモータ回転数に基づいて走行モー
タの正及び負の目標トルクを算出する目標トルク算出手
段と、目標トルクをディレー処理して走行モータの正及
び負の指令トルクを算出する指令トルク算出手段と、指
令トルクに基づいて走行モータの駆動を制御する制御手
段とを備えた電気自動車の制御装置において、指令トル
ク算出手段は指令トルクの符号が正及び負の一方から他
方に切り換わったときに、指令トルクを所定時間ゼロに
設定することを特徴とする。

【０００７】上記構成によれば、指令トルクの符号が正
及び負の一方から他方に切り換わったときに指令トルク
が所定時間ゼロになるため、走行モータがトルクショッ
クを発生して乗り心地を損ねることが防止される。

【０００８】ここで、正のトルクとは走行モータが発生
する駆動トルクを意味し、負のトルクとは走行モータが
発生する回生トルクを意味する。また前記所定時間は、
その時間が経過するまで指令トルクをゼロに設定するこ
とにより走行モータの振動を防止し得る時間であって、
実施例では０．３秒乃至０．５秒に設定されるが、その
値は適宜変更可能である。また前記ディレー処理とは、
目標トルクの変化に対して指令トルクを時間遅れをもっ
て追従させる処理をいう。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

【００１０】図１〜図１０は本発明の一実施例を示すも
ので、図１は電気自動車の全体構成を示す図、図２は制
御系のブロック図、図３は電子制御ユニットの回路構成
を示すブロック図、図４はメインルーチンのフローチャ
ート、図５〜図８はメインルーチンのステップＳ３〜Ｓ
６のサブルーチンのフローチャート、図９は各モードの
トルク変化を示すグラフ、図１０は駆動→回生モードの
トルク変化を示すグラフである。

【００１１】図１及び図２に示すように、四輪の電気自
動車Ｖは、三相交流モータよりなる走行モータ１のトル
クがトランスミッション２を介して伝達される駆動輪と
しての左右一対の前輪Ｗｆ，Ｗｆと、従動輪としての左
右一対の後輪Ｗｒ，Ｗｒとを有する。電気自動車Ｖの後
部に搭載された例えば２８８ボルトのメインバッテリ３
は、コンタクタ４、ジョイントボックス５、コンタクタ
４及びパワードライブユニットを構成するインバータ６
を介して走行モータ１に接続される。例えば１２ボルト
のサブバッテリ７にメインスイッチ８及びヒューズ９を
介して接続された電子制御ユニット１０は、走行モータ
１の駆動トルク及び回生トルクを制御すべくインバータ
６に接続される。サブバッテリ７をメインバッテリ３の
電力で充電すべく、バッテリチャージャ１１及びＤＣ／
ＤＣコンバータ１２が設けられる。

【００１２】メインバッテリ３とインバータ６とを接続
する高圧回路、即ちインバータ６の直流部には、その電
流Ｉ_PDU を検出する電流センサＳ₁ と、電圧Ｖ_PDU を検
出する電圧センサＳ₂ とが設けられており、電流センサ
Ｓ₁ で検出したインバータ６の直流部の電流Ｉ_PDU 及び
電圧センサＳ₂ で検出したインバータ６の直流部の電圧
Ｖ_PDU は電子制御ユニット１０に入力される。また、モ
ータ回転数センサＳ₃で検出したモータ回転数Ｎｍと、
アクセル開度センサＳ₄ で検出したアクセル開度θ
_APと、シフトレンジセンサＳ₅ で検出したシフトレンジ
Ｒとが電子制御ユニット１０に入力される。

【００１３】インバータ６は複数のスイッチング素子を
備えおり、電子制御ユニット１０から各スイッチィング
素子にスイッチング信号を入力することにより、走行モ
ータ１の駆動時にはメインバッテリ３の直流電力を三相
交流電力に変換して該走行モータ１に供給し、走行モー
タ１の被駆動時（回生時）には該走行モータ１が発電し
た三相交流電力を直流電力に変換してメインバッテリ３
に供給する。

【００１４】電子制御ユニット１０からインバータ６の
スイッチング素子に入力されるスイッチング信号は、Ｐ
ＷＭ（パルス幅変調）により制御される。また、走行モ
ータ１の高回転領域でＰＷＭ制御のデューティ率が１０
０％に達した後に、弱め界磁制御が行われる。弱め界磁
制御とは、走行モータ１の永久磁石が発生している界磁
と逆方向の界磁が発生するように、走行モータ１に供給
する一次電流に界磁電流成分を持たせるもので、全体の
界磁を弱めて走行モータ１の回転数を高回転数側に延ば
すものである。

【００１５】次に、図３に基づいて電子制御ユニット１
０の回路構成及び作用の概略を説明する。

【００１６】電子制御ユニット１０は、目標トルク算出
手段２１、指令トルク算出手段２６、目標電力算出手段
２２、実電力算出手段２３、比較手段２４及びＰＷＭ制
御手段２５を備えており、ＰＷＭ制御手段２５は本発明
の制御手段を構成する。

【００１７】目標トルク算出手段２１は、モータ回転数
センサＳ₃ で検出したモータ回転数Ｎｍと、アクセル開
度センサＳ₄ で検出したアクセル開度θ_APと、シフトレ
ンジセンサＳ₅ で検出したシフトレンジＲとに基づい
て、ドライバーが走行モータ１に発生させようとしてい
る目標トルクを、例えばマップ検索によって算出する。
指令トルク算出手段２６は、目標トルク算出手段２１で
算出した目標トルクに所定のディレー処理を施して指令
トルクを算出するとともに、指令トルクの符号が正から
負に、或いは負から正に切り換わったときに指令トルク
を所定時間ゼロに設定する。目標トルク及び指令トルク
は正値の場合と負値の場合とがあり、正の目標トルク及
び指令トルクは走行モータ１が駆動トルクを発生する場
合に対応し、負の目標トルク及び指令トルクは走行モー
タ１が回生トルクを発生する場合に対応する。

【００１８】目標電力算出手段２２は、指令トルク算出
手段２６で算出した指令トルクとモータ回転数センサＳ
₃ で検出したモータ回転数Ｎｍとを乗算し、これを変換
効率で除算することにより、走行モータ１に供給すべ
き、或いは回生により走行モータ１から取り出すべき目
標電力を算出する。目標電力は正値の場合と負値の場合
とがあり、正の目標電力は走行モータ１が駆動トルクを
発生する場合に対応し、負の目標電力は走行モータ１が
回生トルクを発生する場合に対応する。

【００１９】一方、実電力算出手段２３は、電流センサ
Ｓ₁ で検出したインバータ６の直流部の電流Ｉ_PDU と、
電圧センサＳ₂ で検出したインバータ６の直流部の電圧
Ｖ_{PD U} とを乗算することにより、インバータ６に入力さ
れる実電力を算出する。目標電力と同様に、実電力にも
正値の場合と負値の場合とがあり、正の実電力は走行モ
ータ１が駆動トルクを発生する場合に対応し、負の実電
力は走行モータ１が回生トルクを発生する場合に対応す
る。

【００２０】目標電力算出手段２２で算出した目標電力
と実電力算出手段２３で算出した実電力とは比較手段２
４に入力され、そこで算出された目標電力と実電力との
偏差に基づいてＰＷＭ制御手段２５がインバータ６に入
力するスイッチング信号のパルス幅を制御する。その結
果、実電力を目標電力に一致させるべく走行モータ１の
運転状態がフィードバック制御される。

【００２１】次に、図４〜図８のフローチャートを参照
しながら本発明の実施例の作用について説明する。

【００２２】図４のメインルーチンのステップＳ１でア
クセル開度θ_AP、モータ回転数Ｎｍ及びシフトレンジＲ
に基づいて目標トルクＴＭＡＰを算出し、続くステップ
Ｓ２において、後から説明するステップＳ３〜Ｓ６で算
出される前回の指令トルクＴＭＯＴと、前記ステップＳ
１で算出された目標トルクＴＭＡＰとを比較して制御モ
ードを判定する。ここで、ステップＳ３〜Ｓ６の詳細を
説明する前に、走行モータ１の指令トルクＴＭＯＴを算
出する基本的手法であるディレー処理について説明す
る。これはステップＳ３〜Ｓ６の各モードに共通する事
項である。

【００２３】先ず、目標トルクの今回値ＴＭＡＰ_N と指
令トルクの前回値ＴＭＯＴ_N-1 との偏差（ＴＭＡＰ_N −
ＴＭＯＴ_N-1 ）の関数であるトルク変化量ΔＴを算出
し、指令トルクの前回値ＴＭＯＴ_N-1 に前記トルク変化
量ΔＴを加算又は減算して指令トルクの今回値ＴＭＯＴ
_N を算出する。

【００２４】 ＴＭＯＴ_N ＝ＴＭＯＴ_N-1 ±ΔＴ …（１） 従って、例えば図９（Ａ）に示すように、目標トルクＴ
ＭＡＰがステップ状に急激に減少した場合、その直後は
前記偏差が大きいためにトルク変化量ΔＴも大きくな
り、指令トルクＴＭＯＴは比較的に急激に減少する。指
令トルクＴＭＯＴの減少に伴って前記偏差が減少すると
トルク変化量ΔＴも小さくなり、指令トルクＴＭＯＴは
比較的に緩やかに減少する。このようにして、目標トル
クＴＭＡＰの変化に遅れて指令トルクＴＭＯＴが追従す
るディレー処理が行われる。

【００２５】而して、ステップＳ２で、指令トルクの前
回値ＴＭＯＴ_N-1 と目標トルクの今回値ＴＭＡＰ_N とを
比較し、その結果に基づいて４種類のモードに場合分け
する。即ち、指令トルクの前回値ＴＭＯＴ_N-1 及び目標
トルクの今回値ＴＭＡＰ_N が共に駆動トルクであれば、
ステップＳ３で駆動→駆動モードを設定し、指令トルク
の前回値ＴＭＯＴ_N-1 及び目標トルクの今回値ＴＭＡＰ
_N が共に回生トルクであれば、ステップＳ４で回生→回
生モードを設定する。また指令トルクの前回値ＴＭＯＴ
_N-1 が駆動トルクであり目標トルクの今回値ＴＭＡＰ_N
が回生トルクであれば、ステップＳ５で駆動→回生モー
ドを設定し、指令トルクの前回値ＴＭＯＴ_N-1 が回生ト
ルクであり目標トルクの今回値ＴＭＡＰ_N が駆動トルク
であれば、ステップＳ６で回生→駆動モードを設定す
る。而して、前記各モード毎に設定された指令トルクＴ
ＭＯＴに基づいて、ステップＳ７で走行モータ１の駆動
が制御される。

【００２６】図５は、前記ステップＳ３（駆動→駆動モ
ード）のサブルーチンを示すものである。駆動→駆動モ
ードが選択されたとき、ステップＳ１０で目標トルクＴ
ＭＡＰ_N 及び指令トルクＴＭＯＴ_N-1 の大小を比較し、
目標トルクＴＭＡＰ_N ≧指令トルクＴＭＯＴ_N-1 であれ
ば、ステップＳ１２で指令トルクの前回値ＴＭＯＴ_{N- 1}
にトルク変化量ΔＴを加算して指令トルクを今回値ＴＭ
ＯＴ_N に更新する。一方、目標トルクＴＭＡＰ_N ＜指令
トルクＴＭＯＴ_N-1 であれば、ステップＳ１３で指令ト
ルクの前回値ＴＭＯＴ_N-1 からトルク変化量ΔＴを減算
して指令トルクを今回値ＴＭＯＴ_N に更新する。図９
（Ａ）は目標トルクＴＭＡＰ_N ＜指令トルクＴＭＯＴ
_N-1 の例であって、前記ステップＳ１３に対応する。
尚、トルク変化量ΔＴは、前述したように目標トルクの
今回値ＴＭＡＰ_N と指令トルクの前回値ＴＭＯＴ_N-1 と
の偏差（ＴＭＡＰ_N −ＴＭＯＴ_N-1 ）の関数として設定
されるものである。

【００２７】図６は、前記ステップＳ４（回生→回生モ
ード）のサブルーチンを示すものである。図５及び図６
を比較すると明らかなように、回生→回生モードが選択
されたときの制御は、前記駆動→駆動モードが選択され
たときの制御と同一である。図９（Ｂ）は回生→回生モ
ードにおける目標トルクＴＭＡＰ_N ＜指令トルクＴＭＯ
Ｔ_N-1 の例を示すものであって、図６のフローチャート
のステップＳ１３に対応する。

【００２８】図７は、前記ステップＳ５（駆動→回生モ
ード）のサブルーチンを示すものである。最初のループ
ではステップＳ２１で後述する指令トルクゼロ制御が行
われていないため、ステップＳ２２に移行して指令トル
クＴＭＯＴからトルク変化量ΔＴを減算する。尚、前記
駆動→駆動モード及び回生→回生モードでは指令トルク
ＴＭＯＴにトルク変化量ΔＴを加算する場合と減算する
場合とがあったが、この駆動→回生モードでは指令トル
クＴＭＯＴからトルク変化量ΔＴを減算する場合に限ら
れる。そして、ステップＳ２３で指令トルクＴＭＯＴが
正（駆動トルク）から負（回生トルク）に切り換わった
とき、指令トルクゼロ制御を実行すべくステップＳ２４
に移行する。

【００２９】ステップＳ２４でモータ回転数Ｎｍが１０
００ｒｐｍ未満であればステップＳ２５でタイマーを
０．５秒にセットし、またモータ回転数Ｎｍが１０００
ｒｐｍ以上であれば、ステップＳ２６でタイマーを０．
３秒にセットし、続くステップＳ２７で指令トルクＴＭ
ＯＴを強制的にゼロに設定する。次のループではステッ
プＳ２１の答えがＹＥＳになってステップＳ２８に移行
し、ステップＳ２８で前記タイマーがタイムアップする
まで、ステップＳ２９で指令トルクＴＭＯＴをゼロに保
持する。そしてステップＳ２８で前記タイマーがタイム
アップすると、ステップＳ３０で指令トルクゼロ制御を
終了し、指令トルクＴＭＯＴからのトルク変化量ΔＴの
減算を開始する。

【００３０】図９（Ｃ）の２本の破線に挟まれた部分が
駆動→回生モードの領域であり、そこでは指令トルクＴ
ＭＯＴが目標トルクＴＭＡＰに追従して減少する過程で
ゼロになったとき、そのトルクゼロの状態が所定時間だ
け強制的に保持された後に再び減少を開始する。その結
果、指令トルクＴＭＯＴが正から負に急激に移行するこ
とが防止され、トルクショックの発生が回避されて乗り
心地が向上する。尚、前記タイマーの設定時間である
０．５秒或いは０．３秒は実験的に求められたものであ
り、電気自動車Ｖの機種や諸元により変化する値であ
る。

【００３１】図８は、前記ステップＳ６（回生→駆動モ
ード）のサブルーチンを示すものである。図７及び図８
を比較すると明らかなように、図８のフローチャートは
ステップＳ２２′，Ｓ２３′，Ｓ３０′が図７のフロー
チャートのステップＳ２２，Ｓ２３，Ｓ３０と異なって
おり、同一のステップ番号が付された他のステップの内
容は同一である。その相違点は、回生→駆動モードでは
指令トルクＴＭＯＴは増加方向に変化する場合に限られ
るため、ステップＳ２２′，Ｓ３０′が「指令トルク加
算」となることと、回生→駆動モードでは指令トルクＴ
ＭＯＴが負（回生トルク）から正（駆動トルク）に切り
換わったときに指令トルクゼロ制御が実行されるため、
ステップＳ２４′が「指令トルク＞０？」になることで
ある。

【００３２】而して、図９（Ｄ）の２本の破線に挟まれ
た部分として示された回生→駆動モードの領域では、指
令トルクＴＭＯＴが目標トルクＴＭＡＰに追従して増加
する過程でゼロになったとき、そのトルクゼロの状態が
所定時間だけ強制的に保持された後に再び増加を開始す
る。その結果、指令トルクＴＭＯＴが負から正に急激に
移行することが防止され、トルクショックの発生が回避
されて乗り心地が向上する。

【００３３】図１０は、駆動→回生モードにおける目標
トルク及び指令トルクの変化特性の一例を示すものであ
る。

【００３４】目標トルクの減少に追従して指令トルクが
減少を開始するとき、指令トルクが強制的にゼロに設定
されるｅ部分の前側のａ〜ｄ部分及び後側のｆ〜ｉ部分
で、それぞれトルク変化のカーブがＳ字状になれば、ト
ルクの急変が防止されてトルクショックが一層効果的に
軽減される。

【００３５】前側のａ〜ｄ部分を考えると、最初のａ部
分では指令トルクが減少する傾きが自動的に小さくな
る。これは目標トルクが減少を開始した直後には、目標
トルク及び指令トルクの偏差が未だ小さいためである。
続いて前記偏差が急激に増加するため、ｂ部分では指令
トルクが減少する傾きが大きくなるが、その後は指令ト
ルクの減少に伴って偏差も減少するため、ｃ部分では指
令トルクが減少する傾きが小さくなる。トルクがゼロに
設定されるｅ部分に連なるｄ部分の傾きが大きいとトル
クショックが発生する危惧があるため、（１）式に基づ
いて算出された指令トルクの傾きが大きい場合には、そ
れが小さくなるように補正を行ってｄ部分をｅ部分に滑
らかに接続する。

【００３６】トルクがゼロに設定されるｅ部分に続くｆ
部分を（１）式に基づいて算出すると、その傾きが大き
くなってｅ部分と滑らかに接続しないため、そのｆ部分
の傾きが小さくなるように補正が行われる。その後のｇ
部分〜ｉ部分では偏差が漸減することにより、（１）式
に基づいて算出した指令トルクをそのまま採用するだけ
で、適切なトルク変化のカーブを得ることができる。

【００３７】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行う
ことが可能である。

【００３８】例えば、実施例では目標トルクＴＭＡＰか
ら指令トルクＴＭＯＴを求めるディレー処理を前記
（１）式に基づいて行っているが、それを一時遅れ処理
により求めても良い。

【００３９】

【発明の効果】以上のように請求項１に記載された発明
によれば、指令トルク算出手段は、指令トルクの符号が
正及び負の一方から他方に切り換わったときに指令トル
クを所定時間ゼロに設定するので、走行モータがトルク
ショックを発生して乗り心地を損ねることが防止され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】電気自動車の全体構成を示す図

【図２】制御系のブロック図

【図３】電子制御ユニットの回路構成を示すブロック図

【図４】メインルーチンのフローチャート

【図５】メインルーチンのステップＳ３のサブルーチン
のフローチャート

【図６】メインルーチンのステップＳ４のサブルーチン
のフローチャート

【図７】メインルーチンのステップＳ５のサブルーチン
のフローチャート

【図８】メインルーチンのステップＳ６のサブルーチン
のフローチャート

【図９】各モードのトルク変化を示すグラフ

【図１０】駆動→回生モードのトルク変化を示すグラフ

【符号の説明】

１ 走行モータ ３ メインバッテリ（バッテリ） ２１ 目標トルク算出手段 ２５ 制御手段 ２６ 指令トルク算出手段 θ_AP アクセル開度 Ｎｍ モータ回転数

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バッテリ（３）の電力により走行モータ
   （１）を駆動する電気自動車の制御装置であって、 アクセル開度（θ_AP）及びモータ回転数（Ｎｍ）に基づ
   いて走行モータ（１）の正及び負の目標トルクを算出す
   る目標トルク算出手段（２１）と、 目標トルクをディレー処理して走行モータ（１）の正及
   び負の指令トルクを算出する指令トルク算出手段（２
   ６）と、 指令トルクに基づいて走行モータ（１）の駆動を制御す
   る制御手段（２５）と、を備えた電気自動車の制御装置
   において、 指令トルク算出手段（２６）は指令トルクの符号が正及
   び負の一方から他方に切り換わったときに、指令トルク
   を所定時間ゼロに設定することを特徴とする電気自動車
   の制御装置。