JP2020096448A - 電気自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】ワンペダル制御を行う電気自動車の技術を提供する。
【解決手段】本明細書が開示する電気自動車は、走行用のモータと、制御装置と、インバータと、パーキングロックを備えている。制御装置は、アクセルペダルのストロークの基準位置からの踏込み量に基づいて目標駆動力を設定するとともに、基準位置からのアクセルペダルの踏み戻し量に基づいて目標制動力を設定する。インバータは、目標駆動力が実現されるようにモータの駆動力を制御するとともに、目標制動力が実現されるようにモータの逆駆動による発電量を制御する。パーキングロックは、所定の閾値速度以下で車両を停止する。制御装置は、閾値速度以下のときにモータで目標制動力を実現できない場合にパーキングロックを動作させる。この電気自動車は、ユーザが期待する目標制動力がモータで実現できない場合にパーキングロックを動作させて制動力を得て車両を確実に停止する。
【選択図】図３

Description

本明細書が開示する技術は、電気自動車に関する。

電気自動車では、車両の制動時に車両の慣性エネルギをバッテリの充電電力に変換する回生発電が行われることがある。近年では、アクセルペダルのストロークの基準位置からの踏み戻し量に基づいて目標制動力を設定し、回生発電で目標制動力を実現する技術が提案されている（例えば特許文献１）。アクセルペダルのストロークの基準位置からの踏み戻し量に基づいて制動力を調整する制御は、ワンペダル制御と称される。

本明細書でいう「電気自動車」には、モータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車が含まれる。さらに走行用モータのための電源としてバッテリと燃料電池を備える自動車も「電気自動車」に含まれる。

特開２０１７−０２８８１２号公報

いわゆるワンペダル制御を使っている運転者は、アクセルペダルを基準位置より踏み戻しているときには所定の制動力が発揮されるものと期待している。そのような場合になんらかの理由で回生発電が行えないと、運転者が期待した制動力が実現できなくなる。ワンペダル制御には改善の余地がある。

本明細書が開示する電気自動車は、走行用のモータと、制御装置と、インバータと、パーキングロックを備えている。制御装置は、アクセルペダルのストロークの基準位置からの踏込み量に基づいて目標駆動力を設定するとともに、基準位置からのアクセルペダルの踏み戻し量に基づいて目標制動力を設定することができる。インバータは、目標駆動力が実現されるようにモータの駆動力を制御することができるとともに、目標制動力が実現されるようにモータの逆駆動による発電量を制御することができる。パーキングロックは、所定の閾値速度以下で車両を停止することができる。制御装置は、閾値速度以下のときにモータで目標制動力を実現できない場合にパーキングロックを動作させる。この電気自動車は、ユーザが期待する目標制動力がモータで実現できない場合にパーキングロックを動作させて制動力を得て車両を確実に停止することができる。

モータによって目標制動力が実現できない場合の典型は、バッテリの残量が充電可能上限値に達した場合である。すなわち、本明細書が開示する電気自動車は、インバータに電力を供給するとともにインバータから出力される電力によって充電されるバッテリを備えており、制御装置は、閾値速度以下のときにバッテリの残量が充電可能上限値に達した場合にパーキングロックを動作させてもよい。

制御装置は、閾値速度以下のときにモータで目標制動力を実現できない場合にパーキングロックを動作させるとともに、パーキングロック作動中を示すランプを点灯させるようにしてもよい。ランプを点灯させることで、通常ではない状態をいち早く運転者に知らせることができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の電気自動車の駆動系のブロック図である。 アクセルペダルの踏込み量とモータの目標駆動力及び制動力との関係を示すグラフである。 実施例の電気自動車の制御装置が行う制御のフローチャートである。

図面を参照して実施例の電気自動車２について説明する。図１は、実施例の電気自動車２の駆動系のブロック図である。電気自動車２は、モータ１０が発生する駆動力を利用して走行する。電気自動車２は、モータ１０に電力を供給するバッテリ１４と、インバータ１２を有している。電気自動車２は、モータ１０から駆動輪４Ｒ、４Ｌに駆動力を伝えるドライブシャフト６とディファレンシャルギア８を有している。また、電気自動車２は、ドライブシャフト６の回転数から車速を計測する速度計２０と、アクセルペダル２２と、パーキングシフト２４を有しており、インバータ１２等の機器を制御する制御装置１６と、インストルメントパネル１８をさらに備える。

モータ１０は、永久磁石が埋設されたロータを備える三相交流回転電機によって構成されている。バッテリ１４の直流電源を不図示のコンバータで昇圧し、インバータ１２が三相の交流に変換し、モータ１０に供給することで、モータ１０のロータが回転して駆動力が発生する。モータ１０が発生させた駆動力は、ドライブシャフト６を介してディファレンシャルギア８に入力して駆動輪４Ｒ、４Ｌに伝達される。これにより電気自動車２は走行する。

モータ１０は、電気自動車２の制動時に発電機として機能する。電気自動車２が制動する際、電気自動車２の慣性力によってモータ１０が逆駆動する。モータ１０の逆駆動により発電された電力を、以下、回生電力と表現する。交流である回生電力は、インバータ１２により直流に変換される。直流に変換された回生電力は、不図示のコンバータに供給され、コンバータによって降圧されてバッテリ１４に供給される。このように電気自動車２では、回生電力を用いてバッテリ１４を充電している。すなわち、電気自動車２は、インバータ１２に電力を供給するとともにインバータ１２から出力される電力によって充電されるバッテリ１４を有している。

電気自動車２では、制御装置１６がアクセルペダル２２の開度と速度計２０が計測した車速からモータ１０の目標出力を決定する。制御装置１６は、決定した目標出力に基づいて、制御装置１６は、モータ１０が決定した目標出力を出せるように、インバータ１２やコンバータ（不図示）を制御する。また、制御装置１６は、バッテリ１４の残量をバッテリ１４から取得する。制御装置１６は、インストルメントパネル１８に設けられている様々な異常を運転者に通知するランプを点灯させる。詳細は後述するが、制御装置１６は、パーキングシフト２４を制御し、パーキングロック２４ａをＯＮすることで、電気自動車２を停止させる。

電気自動車２は、ドライブシャフト６に接続されているパーキングシフト２４を有している。パーキングシフト２４は、ドライブシャフト６に設けられている不図示のギアを切換える。パーキングシフト２４は、ドライブシャフト６のギアの回転を停止させるためのパーキングロック２４ａを有している。パーキングロック２４ａがＯＮされると、例えばドライブシャフト６のギアにパーキングシフト２４がピンを差込むことでギアの回転を止めることができる。すなわち、パーキングロック２４ａは、ドライブシャフト６の回転を止めることができる。しかし、高速で回転するドライブシャフト６のギアにピンを差込むと、ピンがダメージを受けるおそれがある。従って、電気自動車２が低速で走行し、ドライブシャフト６の回転が低速である場合には、パーキングロック２４ａがＯＮされ、パーキングシフト２４がドライブシャフト６のギアにピンを差込むことで電気自動車２を停止することができる。すなわち、パーキングロック２４ａは、所定の閾値速度以下で、電気自動車２を停止することができる。

図２を用いて電気自動車２の目標駆動力及び目標制動力の設定方法について説明する。図２のグラフＡは、アクセルペダル２２の踏込み量に対する電気自動車２の目標駆動力と目標制動力を示している。図２では、横軸がアクセルペダル２２の踏込み量である。図２では、縦軸の０よりプラス側は電気自動車２の駆動力を制御する領域であり、縦軸の０よりマイナス側は電気自動車２の制動力を制御する領域である。

図２に示すように、グラフＡは右上がりの直線である。すなわち、電気自動車２の目標駆動力は、アクセルペダル２２の踏込み量に略比例する。また、電気自動車２の目標制動力は、アクセルペダル２２の踏み戻し量に略比例する。先に述べたように、グラフＡは、縦軸の０より大きい領域では、電気自動車２の目標駆動力を示し、縦軸の０より小さい領域では、電気自動車２の目標制動力を示す。図２に示すように、グラフＡは、ストロークの基準位置ＢＰで横軸と交わっている。すなわち、電気自動車２の目標駆動力及び目標制動力は、ストロークの基準位置ＢＰで０となる。別言すれば、アクセルペダル２２の踏込み量がストロークの基準位置ＢＰより大きければ、電気自動車２は駆動力を発生させ加速する。アクセルペダル２２の踏込み量がストロークの基準位置ＢＰより小さければ、電気自動車２は制動力を発生させ制動する。従って、電気自動車２の制御装置１６は、アクセルペダル２２のストロークの基準位置ＢＰからの踏込み量に基づいて目標駆動力を設定するとともに、基準位置ＢＰからのアクセルペダル２２の踏み戻し量に基づいて目標制動力を設定している。

アクセルペダル２２が基準位置ＢＰより踏み戻されたことを検知すると、制御装置１６は、モータ１０の回転数が、その時の車速に相当する回転数よりも遅くなるように目標を調整する。モータ１０は車両の慣性力で出力軸側から逆駆動され、回生発電を行う。これにより、モータ１０は制動力を発生させる。

上述したように、電気自動車２の制御装置１６は、アクセルペダル２２のストロークの基準位置ＢＰからの踏み戻し量に基づいて制動力を調整している。すなわち、電気自動車２の制御装置１６は、いわゆるワンペダル制御をしている。制御装置１６は、運転者の指示等により、グラフＡに示すようなワンペダル制御を実行する。このため、ワンペダル制御の車両では、運転者はアクセルペダル２２を基準位置ＢＰより踏み戻しているときには所定の制動力が発揮されるものと期待する。しかし、なんらかの異常が発生し、目標制動力が発揮できない場合には、電気自動車２は制動しない。以下、図３を用いて電気自動車２の制御装置１６が実行する制御について説明する。

図３は、制御装置１６が行う制御を示すフローチャートである。制御装置１６は、運転者によりワンペダル制御を実行する指示が出された場合等に図３の制御を行う。まず、制御装置１６は、アクセルペダル２２が基準位置ＢＰ（図２参照）より踏み込まれているかを判断する（ステップＳ２）。アクセルペダル２２が基準位置ＢＰより踏み込まれている場合は（ステップＳ２：ＹＥＳ）、先に述べたように、アクセルペダル２２のストロークの基準位置ＢＰからの踏込み量に基づいて目標駆動力を設定する（ステップＳ４）。その後、制御装置１６は、インバータ１２の出力（すなわちモータ１０の出力）が目標駆動力に追従するようにインバータ１２を制御する（ステップＳ６）。これにより、電気自動車２は、モータ１０により目標駆動力で走行する。

一方、アクセルペダル２２が基準位置ＢＰより踏み込まれていない場合は（ステップＳ２：ＮＯ）、先に述べたように、アクセルペダル２２の基準位置ＢＰからの踏み戻し量に基づいて目標制動力を設定する（ステップＳ８）。制御装置１６は、目標制動力が実現可能かを判断する（ステップＳ１０）。目標制動力の実現可能性の判断例については後述する。目標制動力が実現可能な場合には（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、制御装置１６は、インバータ１２の出力（すなわちモータ１０の出力）が目標制動力に追従するようにインバータ１２を制御する（ステップＳ１２）。具体的には、インバータ１２は、目標制動力となるようにモータ１０を逆駆動させる三相の交流を、モータ１０に供給する。すなわち、インバータ１２は、目標制動力が実現されるようにモータ１０の逆駆動による発電量を制御する。これにより、電気自動車２は、モータ１０による回生発電により目標制動力で制動する。

制御装置１６は、目標制動力が実現可能でない場合には（ステップＳ１０：ＮＯ）、速度計２０の計測した車速を読み取り、閾値速度以下かどうかを判断する（ステップＳ１４）。車速が閾値速度以下の場合には（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、パーキングロック２４ａをＯＮにする（ステップＳ１６）。先に述べたように、この閾値速度は、パーキングロック２４ａをＯＮすることで電気自動車２を停止することができる車速である。電気自動車の車速が閾値以下の場合、パーキングロック２４ａがＯＮされると、パーキングシフト２４がピンをギアに差し込むことで、ギアの回転が停止する。ギアの回転が停止すると、ドライブシャフト６の回転が停止し、電気自動車２が確実に停止する。

また、速度計２０の計測した車速が、閾値速度以上の場合には（ステップＳ１４：ＮＯ）、異常時対応処理を実行する（ステップＳ１８）。ここで、異常時対応処理とは、例えばインストルメントパネル１８等に警告を表示し、運転者になんらかの理由で回生発電が行えず、目標制動力が実現できないことを認識させることを示す。

上述した目標制動力を実現できない場合とは、例えばバッテリ１４の残量が充電可能上限値に達した場合である。先に述べたように、電気自動車２の制動力は、モータ１０が逆駆動し、回生発電を行うことで発生する。別言すれば、制動時の慣性力を電気的なエネルギに変換することで発生する。すなわち、バッテリ１４の残量が充電可能上限値に達して、制動時の慣性力を電気的なエネルギに変換することができない場合は、電気自動車２は、アクセルペダル２２の基準位置ＢＰからの踏み戻し量に基づく制動力を発生させることができない。

先に述べたように、制御装置１６は、バッテリ１４の残量を取得している。従って、制御装置１６は、バッテリ１４の残量が充電可能上限に達することを検知することができる。そのため、制御装置１６が、バッテリ１４の残量が充電可能上限に達したことを検知した場合に、上述した制御を行うことによって、電気自動車２を停止することができる。すなわち、制御装置１６は、バッテリ１４の回生発電が行えず、運転者が期待した制動力が実現できない場合に、車両を停止させることができる。

また、制御装置１６は、パーキングシフト２４のパーキングロック２４ａをＯＮにしたとき、インストルメントパネル１８にパーキングロック２４ａがＯＮされたことを示すランプを点灯させてもよい。これにより、通常ではない状態をいち早く運転者に知らせることができる。すなわち、運転者は、例えばバッテリ１４の残量が充電可能上限値に達したことをいち早く認識することができる。

本実施例における留意点を以下に述べる。実施例の電気自動車２は、インストルメントパネル１８にパーキングロック２４ａがＯＮされたことを示すランプを点灯させているが、本明細書が開示する技術は、インストルメントパネルに限定されず、他の部位にランプを点灯させてもよい。例えば、パーキングシフトのパネルにランプを点灯させてもよい。

また、実施例の電気自動車２では、制御装置１６がアクセルペダル２２の開度と速度計２０が計測した車速からモータ１０の目標出力を決定し、制御装置１６が、決定した目標出力に基づいて、インバータ１２やコンバータ（不図示）を制御している。しかし、本明細書に開示する技術は、この構成に限定されない。例えば、目標出力を決定する上位の制御装置を設け、制御装置１６が、上位の制御装置から受信した目標出力に基づいて、インバータ等の制御を行ってもよい。

電気自動車２には、ディスク式（あるいはドラム式）ブレーキも搭載している。本明細書が開示する技術は、何らかの理由でディスク式（あるいはドラム式）ブレーキが使えない状況、あるいは、使わない方が望ましい状況において、有用である。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：電気自動車
４Ｒ、４Ｌ：駆動輪
６：ドライブシャフト
８：ディファレンシャルギア
１０：モータ
１２：インバータ
１４：バッテリ
１６：制御装置
１８：インストルメントパネル
２０：速度計
２２：アクセルペダル
２４：パーキングシフト
２４ａ：パーキングロック
ＢＰ：基準位置

Claims (1)

1. 走行用のモータと、
   アクセルペダルのストロークの基準位置からの踏込み量に基づいて目標駆動力を設定するとともに、前記基準位置からの前記アクセルペダルの踏み戻し量に基づいて目標制動力を設定する制御装置と、
   前記目標駆動力が実現されるように前記モータの駆動力を制御するとともに、前記目標制動力が実現されるように前記モータの逆駆動による発電量を制御するインバータと、
   所定の閾値速度以下で車両を停止することができるパーキングロックと、を備えており、
   前記制御装置は、前記閾値速度以下のときに前記インバータが前記目標制動力を実現できない場合に前記パーキングロックを動作させる、電気自動車。

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