JP4765939B2 - 電動車両 - Google Patents

Description

この発明は、電動車両に関し、より特定的には、車両駆動力発生用の電動機を搭載した電動車両に関する。

電気自動車やハイブリッド自動車等、車両駆動力発生用の電動機（以下、単に電動機と称する）を搭載した電動車両では、アクセルペダルのストローク（アクセル開度）に対して線形な出力トルクを電動機により発生できるため、運転者の加速操作に合致したトルク特性を実現でき、走行フィーリングが向上するという利点がある。その反面、積雪、凍結等で路面状況が悪い場合には、電動機出力による走行では低回転トルクが大きいためスリップが発生しやすい傾向にあり、アクセル操作が難しいという点がある。

このため、たとえば特開２００５−１２４２８７号公報（特許文献１）には、スリップ発生を抑制しつつ、加速性能、登坂性能を向上させた車両用駆動制御装置として、低μ路でアクセル開度の時間的変化が小さいと判定した場合には、電動機のトルク制御に用いられる目標モータトルクを正弦波状に振動的に変化させる構成が開示されている。

特許文献１に開示された車両用駆動制御装置によれば、低μ路走行時には、実際に車輪に付与する駆動力を、運転者のアクセル操作量に応じて所定のトルク範囲の中で振動的に変化させることができる。これにより、トルクの増大および減少を周期的に切換えることによってスリップ継続を抑制しつつ、可能な最大トルクを活用して走行して加速性能、登坂性能を確保することができる。

また、特開２００４−１１２９７３号公報（特許文献２）には、角加速度に基づいてスリップを検出する際にスリップの誤検出により駆動輪の駆動トルクが制限されるのを防止するための車両のスリップ制御装置が開示されている。具体的には、モータ要求トルクのトルク変化量がしきい値を越えるときには、そのトルク変化によって角加速度が一時的に大きくなり、スリップ未発生にも拘らずスリップ発生と誤判定するおそれがあると判断して、このような場合には、角加速度に基づきスリップが判定されてもトルク制限処理を実行しないようにする制御構成が開示されている。

さらに、特開平９−１５８７５２号公報（特許文献３）には、エンジン出力制御による加速スリップ制御において、加速スリップが検出されたら、エンジン出力の制御量を振動させ、かつその振動時間をスリップ状態に応じて変更する、車両加速用スリップ制御装置が開示されている。これによれば、スリップ状態に応じた適正な制御を可能として、低μ路における発進性を向上させることが可能となる。
特開２００５−１２４２８７号公報 特開２００４−１１２９７３号公報 特開平９−１５８７５２号公報

電動車両では、運転者によって急激にアクセルペダルが踏込まれると、アクセル開度の急増に応答して、電動機への要求トルクが急激に増大する。しかしながら、上述したようなスリップ発生防止の観点から、運転者による加速要求の増大に追従してトルク指令値を即座に上昇させることができない。このため、車両駆動用電動機の出力トルクとタイヤのグリップ力との関係を考慮して、電動機の出力指令の増大レートに制限を設けることが必要となる。したがって、このような急激なアクセル開度の急増時に、スリップ発生を防止しつつ、運転者の加速要求、すなわち、電動機の出力トルク増加の要求に速やかに応えることが課題となる。

特許文献１の車両用駆動制御装置は、低μ路におけるスリップ発生の抑制を達成できるものの、アクセル開度の時間的変化が小さいときのトルク制御に関わるものであり、運転者がアクセルを急激に踏込んだ場合への対処については何ら言及していない。この点については、特許文献２についても同様である。

また、特許文献３はエンジン出力制御に係るものであり、電動車両の車両駆動力発生用電動機のトルク制御については何ら開示していない。さらに、その出力制御も加速スリップ検出時における対処法であり、スリップを未然に防止しつつ出力トルクを速やかに高めるための制御構成については、何ら言及していない。

この発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、運転者によるアクセル操作により車両駆動力発生用電動機への要求トルクが急増したときに、スリップ発生を防止しつつ電動機の出力トルクを速やかに上昇させることが可能な電動車両を提供することである。

この発明による電動車両は、車両駆動力を発生する電動機と、トルク指令値に従って電動機を駆動制御する電力変換ユニットと、制御装置とを備える。制御装置は、車両状態および運転者によるアクセル開度操作に基づく電動機への要求出力トルクに従って、トルク指令値を生成する。特に、制御装置は、要求出力トルクの増加レートが所定の判定値を超えたときに、トルク指令値を振動させながら要求出力トルクに向けて増加させるトルク指令値増加制限手段を含むように構成される。

上記電動車両によれば、運転者による急激なアクセル踏込みによって車両駆動力発生用電動機への要求出力トルクが急増したときに、トルク指令値を振動させながら、すなわちトルクの増大および減少を周期的に切換えて車輪によるグリップ力を確保しながら、電動機への要求出力トルクの急増に追従させるようにトルク指令値を上昇させることができる。これにより、トルク指令値を振動させることなく上昇させる場合と比較して、スリップ発生を防止しつつ電動機の出力トルクを速やかに上昇させて加速性能を確保することができる。

好ましくは、トルク指令値増加制限手段は、平均値設定手段と、振動設定手段と、加算手段とを含む。平均値設定手段は、所定の制限レートに従ってトルク指令値の平均値を要求出力トルクに向けて増加させる。振動設定手段と、車両状態に基づきトルク指令値の振動成分の振幅および周波数を設定する。加算手段は、平均値設定手段により設定された平均値と、振動設定手段により設定された振動成分との和に従って、電動機のトルク指令値を設定する。

特に、振動設定手段は、トルク指令値の振動成分の振幅および周波数の少なくとも一方を、アクセル開度に基づき設定する。あるいは、制御装置は、電動車両が走行中の路面の摩擦係数を推定する路面状況推定手段をさらに含み、振動設定手段は、トルク指令値の振動成分の振幅および周波数の少なくとも一方を、路面状況推定手段により推定された摩擦係数に基づき設定する。

このような構成とすることにより、車両状態、たとえばアクセル開度および／または走行中の路面摩擦係数に基づき、トルク指令値の振動成分の振幅および周波数の少なくとも一方を設定することができる。これにより、トルク指令値の振動成分を適切に設定して、スリップ発生を防止しつつ電動機の出力トルクを速やかに上昇させて加速性能を確保することができる。

また好ましくは、制御装置は、電動車両の車輪空転を検知する空転検知手段と、電動車両の車輪空転発生中においてトルク指令値を抑制するためのスリップ回避手段とをさらに含む。そして、制御装置は、トルク指令値増加制限手段によるトルク指令値の設定時に、空転検知手段により電動車両の車輪空転が検知されたときには、スリップ回避手段によって、電動機のトルク指令値を車輪空転発生時よりも低下させるように設定する。

このような構成とすることにより、車輪空転（スリップ）発生時にはスリップ回避手段によるいわゆるトラクションコントロールによって、スリップの継続的な発生を防止できる。このため、振動成分の重畳によってトルク指令値の速やかな上昇を指向するとともに、万一スリップが発生した場合にも、スリップ状態から速やかに回復することが可能となる。

この発明による電動車両によれば、運転者によるアクセル操作により車両駆動力発生用電動機の要求トルクが急増したときに、スリップ発生を防止しつつ電動機の出力トルクを速やかに上昇させることができる。

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的には繰返さないものとする。

図１は、本発明の実施の形態に従う電動車両の車両駆動用電動機に関連する構成図である。

図１を参照して、本発明の実施の形態に従う電動車両１００は、直流電圧発生部１０♯と、平滑コンデンサＣ０と、インバータ２０と、制御回路５０と、モータジェネレータＭＧと、モータジェネレータＭＧの出力トルクを伝達可能に連結された駆動軸６２と、駆動軸６２の回転に伴って回転駆動される駆動輪６５とを含む。駆動輪６５には車輪速センサ６７が設けられる。なお、非駆動輪を含む各車輪に車輪速センサ６７を設けてもよい。

モータジェネレータＭＧは、ハイブリッド自動車または電気自動車等の電動車両に搭載されて、車輪の駆動トルクを発生する車両駆動用の「電動機」として用いられる。あるいは、モータジェネレータＭＧは、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように構成されてもよく、駆動輪６５の回転方向と反対方向の出力トルクを発生することにより回生発電を行なうように電動機および発電機への機能を併せ持つように構成されてもよい。

直流電圧発生部１０♯は、直流電源Ｂと、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、平滑コンデンサＣ１と、昇降圧コンバータ１２とを含む。

直流電源Ｂとしては、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池、あるいは、電気二重層キャパシタ等の蓄電装置を適用可能である。直流電源Ｂが出力する直流電圧Ｖｂは、電圧センサ１０によって検知される。電圧センサ１０は、検出した直流電圧Ｖｂを制御回路５０へ出力する。

システムリレーＳＲ１は、直流電源Ｂの正極端子および電源ライン６の間に接続され、システムリレーＳＲ２は、直流電源Ｂの負極端子および接地ライン５の間に接続される。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御回路５０からの信号ＳＥによりオン／オフされる。より具体的には、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御回路５０からのＨ（論理ハイ）レベルの信号ＳＥによりオンされ、制御回路５０からのＬ（論理ロー）レベルの信号ＳＥによりオフされる。平滑コンデンサＣ１は、電源ライン６および接地ライン５の間に接続される。

昇降圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、電力用半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２とを含む。電力用半導体スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電源ライン７および接地ライン５の間に直列に接続される。電力用半導体スイッチング素子Ｑ１およびＱ２のオン・オフは、制御回路５０からのスイッチング制御信号Ｓ１およびＳ２によって制御される。

本発明の実施の形態において、電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」と称する）としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対しては、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２が配置されている。

リアクトルＬ１は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードと電源ライン６の間に接続される。また、平滑コンデンサＣ０は、電源ライン７および接地ライン５の間に接続される。

インバータ２０は、電源ライン７および接地ライン５の間に並列に設けられる、Ｕ相アーム２２と、Ｖ相アーム２４と、Ｗ相アーム２６とから成る。各相アームは、電源ライン７および接地ライン５の間に直列接続されたスイッチング素子から構成される。たとえば、Ｕ相アーム２２は、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２から成り、Ｖ相アーム２４は、スイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４から成り、Ｗ相アーム２６は、スイッチング素子Ｑ１５，Ｑ１６から成る。また、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６に対して、逆並列ダイオードＤ１１〜Ｄ１６がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のオン・オフは、制御回路５０からのスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６によって制御される。

各相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧの各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧは、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３コイルの一端が中性点Ｎに共通接続されて構成される。さらに、各相コイルの他端は、各相アーム２２，２４，２６のスイッチング素子の中間点と接続されている。

昇降圧コンバータ１２は、昇圧動作時には、直流電源Ｂから供給された直流電圧Ｖｂを昇圧した直流電圧ＶＨ（インバータ２０への入力電圧に相当するこの直流電圧を、以下「システム電圧ＶＨ」とも称する）をインバータ２０へ供給する。このシステム電圧は、特許文献１で言及された、インバータのＤＣリンク電圧に相当する。

より具体的には、制御回路５０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２に応答して、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比（オン期間比率）が設定され、昇圧比は、デューティ比に応じたものとなる。

また、昇降圧コンバータ１２は、降圧動作時には、平滑コンデンサＣ０を介してインバータ２０から供給された直流電圧（システム電圧）を降圧して直流電源Ｂを充電する。より具体的には、制御回路５０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２に応答して、スイッチング素子Ｑ１のみがオンする期間と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の両方がオフする期間とが交互に設けられ、降圧比は上記オン期間のデューティ比に応じたものとなる。

平滑コンデンサＣ０は、昇降圧コンバータ１２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ２０へ供給する。電圧センサ１３は、平滑コンデンサＣ０の両端の電圧、すなわち、システム電圧を検出し、その検出値ＶＨを制御回路５０へ出力する。

インバータ２０は、モータジェネレータＭＧのトルク指令値が正（Ｔｑｃｏｍ＞０）の場合には、制御回路５０からのスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６に応答したスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のスイッチング動作により、平滑コンデンサＣ０から供給される直流電圧を交流電圧に変換して正のトルクを出力するようにモータジェネレータＭＧを駆動する。また、インバータ２０は、モータジェネレータＭＧのトルク指令値が零の場合（Ｔｑｃｏｍ＝０）には、スイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６に応答したスイッチング動作により、直流電圧を交流電圧に変換してトルクが零になるようにモータジェネレータＭＧを駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧは、トルク指令値Ｔｑｃｏｍによって指定された零または正のトルクを発生するように駆動される。

さらに、電動車両１００の回生制動時には、モータジェネレータＭＧのトルク指令値Ｔｑｃｏｍは負に設定される（Ｔｑｃｏｍ＜０）。この場合には、インバータ２０は、スイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６に応答したスイッチング動作により、モータジェネレータＭＧが発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧（システム電圧）を平滑コンデンサＣ０を介して昇降圧コンバータ１２へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。

電流センサ２７は、モータジェネレータＭＧに流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流を制御回路５０へ出力する。なお、三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの瞬時値の和は零であるので、図１に示すように電流センサ２７は２相分のモータ電流（たとえば、Ｖ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗ）を検出するように配置すれば足りる。

回転角センサ（レゾルバ）２８は、モータジェネレータＭＧの図示しない回転子の回転角θを検出し、その検出した回転角θを制御回路５０へ送出する。制御回路５０では、回転角θに基づきモータジェネレータＭＧの回転数Ｎｍｔ（回転角速度ω）を算出することができる。

制御装置８０には、バッテリＢの充電状態や入出力電力制限を示すバッテリ情報や、各種車両センサ入力（たとえば、車輪速度や路面勾配等）が入力される。また、運転者によって操作されるアクセルペダル７０にはアクセル開度センサ７５が設けられ、アクセル開度センサ７５によって検知されたアクセル開度は、制御装置８０へ入力される。制御装置８０は、車両状態および運転者によるアクセル開度操作等に基づき、モータジェネレータＭＧのトルク指令値Ｔｑｃｏｍおよび回生指示信号ＲＧＥを発生する。なお、制御装置８０は、直流電源Ｂに関する、充電率（ＳＯＣ：State of Charge）や充電制限を示す入力可能電力Ｗｉｎ等の情報に基づき、直流電源Ｂの過充電あるいは過放電が発生しない範囲内で、トルク指令値Ｔｑｃｏｍおよび回生指示信号ＲＧＥを生成する。

電動機制御用の制御回路（ＭＧ−ＥＣＵ）５０は、制御装置８０から入力されたトルク指令値Ｔｑｃｏｍ、電圧センサ１０によって検出されたバッテリ電圧Ｖｂ、電圧センサ１３によって検出されたシステム電圧ＶＨおよび電流センサ２７からのモータ電流ＭＣＲＴ、回転角センサ２８からの回転角θに基づいて、モータジェネレータＭＧがトルク指令値Ｔｑｃｏｍに従ったトルクを出力するように、昇降圧コンバータ１２およびインバータ２０の動作を制御するスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１１〜Ｓ１６を生成する。すなわち、制御装置８０は、制御回路（ＭＧ−ＥＣＵ）５０の上位ＥＣＵに相当する。

このように、図１に示した構成では、昇降圧コンバータ１２、インバータ４０および制御回路５０により、トルク指定値Ｔｑｃｏｍに従ってモータジェネレータＭＧを駆動制御する「電力変換ユニット（ＰＣＵ）」が構成される。

昇降圧コンバータ１２の昇圧動作時には、制御回路５０は、モータジェネレータＭＧの運転状態に応じてシステム電圧ＶＨの指令値を算出し、この指令値および電圧センサ１３によるシステム電圧ＶＨの検出値に基づいて、出力電圧ＶＨが電圧指令値となるようにスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。

また、制御回路５０は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す制御信号ＲＧＥを制御装置８０から受けると、モータジェネレータＭＧで発電された交流電圧を直流電圧に変換するようにスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６を生成してインバータ２０へ出力する。これにより、インバータ２０は、モータジェネレータＭＧからの回生電力を直流電圧に変換して昇降圧コンバータ１２へ供給する。

さらに、制御回路５０は、制御信号ＲＧＥに応答して、インバータ２０から供給された直流電圧を降圧するようにスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成し、昇降圧コンバータ１２へ出力する。このようにして、モータジェネレータＭＧからの回生電力は、直流電源Ｂの充電に用いられる。

さらに、制御回路５０は、電動車両１００の駆動システム起動／停止時に、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオン／オフするための信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。

次に、電動車両１００におけるアクセル踏込み時のトルク指令値設定について説明する。

図２には、アクセル踏込み時の従来のトルク指令値設定が示される。図２では、運転手によってアクセルペダルが全開状態に近い状態まで急激に踏込まれた場合の波形例が示される。

図２を参照して、アクセル開度の急増に対応して、モータジェネレータＭＧへの要求出力トルクＴｒｑは急激に上昇する。なお、ハイブリッド自動車では、車速等の現在の車両状態および運転者による加速要求（アクセル開度）に基づき車両全体での必要駆動力が求められた後、車両全体でのエネルギ効率を考慮してエンジンおよびモータジェネレータＭＧ間での出力配分が決定されることによって、モータジェネレータＭＧの要求出力トルクＴｒｑが設定される。また、電気自動車では、モータジェネレータＭＧへの要求出力トルクは、直接アクセル開度に応じて設定される。

ここで、要求出力トルクＴｒｑの急激な上昇に追従させて、トルク指令値Ｔｑｃｏｍを即座に上昇させると、急峻なトルク変化が引き起こされることによる車輪空転（スリップ）の発生等により、却って駆動力が不安定となってしまう。このため、図２に示すように、トルク指令値Ｔｑｃｏｍは、上昇レートを制限した上で要求出力トルクＴｒｑに向かって上昇するように設定される。なお、このような上昇レート制限によるトルク指令値Ｔｑｃｏｍの追従遅れは、通常１秒未満（数百ｍｓオーダ）である。

また、図３に示されるように、制御装置８０は、トラクションコントロール機能を有しており、時刻ｔ０において車輪速等に基づいてスリップを検知した場合には、スリップが解消されるまでのスリップ検知期間（時刻ｔ０〜ｔ１）の間において、トルク指令値Ｔｑｃｏｍを抑制する。たとえば、トルク指令値Ｔｑｃｏｍを、スリップ発生時点（時刻ｔ０）の設定から、スリップが解消されるまで徐々に低下するように制御する。そして、スリップが解消されると（時刻ｔ１以降）、再び図２と同様の上昇制限レートに従って、トルク指令値Ｔｑｃｏｍを要求出力トルクＴｒｑに向けて徐々に増加させていく。

すなわち、トラクションコントロールによりスリップ発生時にスリップ状態から回復する制御を行なうことが可能であるが、一旦スリップを発生してしまうと、要求出力トルクＴｒｑの上昇に対するトルク指令値Ｔｑｃｏｍの追従遅れが大きくなってしまう。このため、上昇制限レートを大きくすることが困難であった。一方で、運転者の加速要求が強いアクセル開度の急増時には、できるだけ速やかにモータジェネレータＭＧの出力トルクを増加させることが必要である。

そこで、図４に示すように、本実施の形態に従う電動車両では、運転者による急激なアクセル踏込みによって、モータジェネレータＭＧへの要求出力トルクＴｒｑが所定レートを越えて増加した場合には、トルク指令値Ｔｑｃｏｍを、振動させながら要求出力トルクＴｒｑに向けて上昇させる。すなわち、トルク指令値Ｔｑｃｏｍは、平均値Ｔ１と、振動成分（交流成分）の和として設定される。

平均値Ｔ１は、所定の制限レートに従って、要求出力トルクＴｒｑに向けて上昇される。ただし、平均値Ｔ１の上昇制限レートは、図２で説明したトルク指令値の従来の上昇制限レートよりも緩やかに設定される。ここで、図４中のＴｑｃｏｍ♯は、図２における従来の制限レートに従ったトルク指令値の設定を示している。

このように設定されたトルク指令値Ｔｑｃｏｍに従ってモータジェネレータＭＧの出力トルクを制御することにより、トルクの増大期間と減少期間とを交互に発生させて車輪のグリップ力が向上させることができる。特に、電動機の出力トルク制御の速応性はエンジンと比較して高いので、急加速時の耐スリップ性を効果的に向上させることができる。このため、トルク指令値Ｔｑｃｏｍの平均値Ｔ１の上昇レートを、従来（Ｔｑｃｏｍ♯）より高めて、運転者の加速要求に応えた車両駆動力（加速性）を確保することができる。

また、スリップ限界に対応させて予め最大トルク線Ｔｍａｘを求めておき、振動するトルク指令値Ｔｑｃｏｍの瞬時値（＝平均値＋振動成分）が各タイミングでＴｍａｘを超えることがないように制限することによって、スリップ発生の防止をさらに確実化できる。

次に、図４に示すようなトルク指令値設定を実現するための制御装置８０による制御構成について説明する。

図５は、本発明の実施の形態によるトルク指令値設定を説明する機能ブロック図である。図５に示された各機能ブロックは、制御装置８０によるハードウェア処理あるいはソフトウェア処理によって実現される。

図５を参照して、制御装置８０は、トルク指令値増加制限部２００を含む。トルク指令値増加制限部２００は、モータジェネレータＭＧへの要求出力トルクＴｒｑの上昇レートが所定の判定値を超えたとき、代表的には、運転者のアクセル操作によりアクセル開度の増加レートが所定の判定値を超えたときに動作を開始し、トルク指令値Ｔｑｃｏｍが要求出力トルクＴｒｑへ追従した時点で動作を終了する。

トルク指令値増加制限部２００は、平均値設定部２１０と、振動設定部２２０と、加算部２３０と、上限チェック部２４０とを含む。

平均値設定部２１０は、要求出力トルクＴｒｑおよび前回のトルク指令値Ｔｑｃｏｍに基づき、所定の上昇制限レートに従ってトルク指令値Ｔｑｃｏｍが要求出力トルクＴｒｑに向かって増加するように、トルク指令値の平均値Ｔ１を設定する。

振動設定部２２０は、トルク指令値Ｔｑｃｏｍの振動成分（交流成分）Ｔ２を設定する。振動成分の周期Ｔ（Ｔ＝１／ｆ，ｆ：周波数）およびその振幅Ａｍは、車両状態に基づいて、代表的にはアクセル開度に基づいて決定される。加算部２３０は、平均値設定部２１０によって設定された平均値Ｔ１および振動設定部２２０により設定された振動成分Ｔ２との和（Ｔ１＋Ｔ２）を求める。

上限チェック部２４０は、図４に示した最大トルク線Ｔｍａｘを超えないように、トルク指令値Ｔｑｃｏｍを制限する。具体的には、加算部２３０により求められたＴ１＋Ｔ２がＴｍａｘを超えるときには、Ｔｑｃｏｍ＝Ｔｍａｘに設定する。

あるいは、図６に示すように、制御装置８０は、路面状況推定部２５０をさらに含むように構成されてもよい。路面状況推定部２５０は、走行中の各車輪のスリップ状態や付与している駆動力と実際の車輪速の関係等から、現在走行中の路面摩擦係数μを推定する。あるいは、路面摩擦係数μを測定する手段を設けることにより、路面摩擦係数μを求めてもよい。

振動設定部２２０は、アクセル開度および／または路面摩擦係数μに従って、振動成分Ｔ２の周期Ｔおよび振幅Ａｍの少なくとも一方を設定する。また、上限チェック部２４０における最大トルク線Ｔｍａｘの設定についても、路面摩擦係数μを反映させることができる。具体的には、路面摩擦係数μが低いときには最大トルク線Ｔｍａｘが相対的に低く設定されるようにすることで、スリップ防止効果を高めることができる。

図５および図６に示した機能ブロック図に従う制御装置８０の動作により、図４に示したように、アクセル開度の急増時にトルク指令値Ｔｑｃｏｍを振動させながら速やかに上昇させることが可能となる。

図７は、図４〜図６で説明した本発明の実施の形態による電動車両でのトルク指令値設定を制御装置８０によるソフトウェア処理によって実現するためのフローチャートである。図７に示したフローチャートに従う制御処理を行なうプログラムは、制御装置８０に予め格納されて所定周期毎に実行される。

図７を参照して、制御装置８０は、ステップＳ１００により、アクセル開度センサ７５の出力に基づきアクセル開度を検知し、車両状態およびアクセル開度に基づいてモータジェネレータＭＧへの要求出力トルクＴｒｑを決定する。

さらに、制御装置８０は、ステップＳ１２０により、要求出力トルクＴｒｑが所定の判定値以上のレートで急激に上昇しているかどうかを判定する。あるいは、ステップＳ１００で検知したアクセル開度に基づき、アクセル開度の増加レートが所定判定値より大きいかどうか、すなわち運転者による急激な加速要求が発生しているかどうかによって、ステップＳ１２０の判定を行なってもよい。このように、ステップＳ１２０では、図４，５に示したトルク指令値増加制限部２００の動作開始条件が成立するか否かが判定される。なお、一旦ステップＳ１２０がＹＥＳ判定とされた後は、トルク指令値Ｔｑｃｏｍが要求出力トルクＴｒｑへ追従するまで、すなわち、トルク指令値増加制限部２００の動作終了条件が成立するまで、ステップＳ１２０ではＹＥＳ判定が維持される。

制御装置８０は、ステップＳ１２０のＹＥＳ判定時、すなわち加速要求が大きい場合には、ステップＳ１４０により、急加速時用の所定制限レートに従って、要求出力トルクＴｒｑに追従してトルク指令値Ｔｑｃｏｍを上昇させるようにトルク指令平均値Ｔ１を決定する。さらに、制御装置８０は、ステップＳ１６０により、トルク指令値Ｔｑｃｏｍの振動成分Ｔ２を決定し、ステップＳ１８０により、ステップＳ１４０で求めた平均値Ｔ１とステップＳ１６０で求めた振動成分Ｔ２との和により、すなわち平均値Ｔ１に振動成分Ｔ２を重畳させてトルク指令値Ｔｑｃｏｍを設定する。

さらに、制御装置８０は、ステップＳ１９０により、ステップＳ１８０で設定したトルク指令値Ｔｑｃｏｍが最大トルク線Ｔｍａｘ（図４）を超えないように上限チェックを行なう。これら一連の処理により、急加速時のトルク指令値Ｔｑｃｏｍが設定される。

なお、図５，図６に示したように、ステップＳ１６０におけるトルク指令値の振動成分Ｔ２の設定については、アクセル開度や走行中の路面摩擦係数μ等の車両状態を反映して適切に設定することが好ましい。

一方、制御装置８０は、ステップＳ１２０のＮＯ判定時、すなわち急加速の要求がない場合には、ステップＳ２００により、通常時の所定制限レートに従って、要求出力トルクＴｒｑへ向けてトルク指令値Ｔｑｃｏｍを変化させる。この場合には、トルク指令値Ｔｑｃｏｍは、振動成分を含むことなく、図４に示したＴｑｃｏｍ♯に対応する通常での上昇制限レートに従って、要求出力トルクＴｒｑに追従するように設定される。

なお、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ１４０の処理は図５，図６での平均値設定部２１０での機能に相当し、ステップＳ１６０の処理は図５，図６での振動設定部２２０での処理に決定する。また、ステップＳ１８０での処理は図５，図６での加算部２３０の機能に相当し、ステップＳ１９０での処理は図５，図６での上限チェック部２４０の機能に相当する。

［変形例］
図８には、本発明の実施の形態の変形例による電動車両におけるアクセル踏込み時のトルク指令値設定を説明する機能ブロック図が示される。

図８および図５の比較から理解されるように、実施の形態の変形例による電動車両のトルク指令値設定では、図５での構成に加えて、スリップ検知部３００、設定切換部３１０およびトラクションコントロール部３２０がさらに設けられる。

スリップ検知部３００は、各車輪に設けられた車輪速センサ（図示せず）の出力に基づき、回転角速度の急変等に基づいて各車輪のスリップ発生を検知する。トラクションコントロール部３２０は、図３に示したスリップ検知期間におけるトルク指令値Ｔｑｃｏｍの設定を実行する。たとえば、トラクションコントロール部３２０は、一旦スリップが検知されると、スリップが解消されるまでの期間中、トルク指令値Ｔｑｃｏｍを徐々に低下させる態様で抑制する。

設定切換部３１０は、スリップ検知部３００の判定結果に基づき、トルク指令値Ｔｑｃｏｍの設定を切換える。具体的には、設定切換部３１０は、スリップ検知部３００によるスリップ非検知時には、経路Ｉ側に設定して、図５，図６と同様にトルク指令値Ｔｑｃｏｍを設定する。

一方、設定切換部３１０は、スリップ検知部３００によるスリップ検知中には、経路ＩＩを選択する。この場合には、トラクションコントロール部３２０により、トルク指令値Ｔｑｃｏｍは、振動することなく、スリップ発生時点よりも徐々に低下するように設定される。

図９は、図８に示した本発明の実施の形態の変形例による電動車両でのトルク指令値設定を、制御装置８０によるソフトウェア処理によって実現するためのフローチャートである。図９に示したフローチャートに従う制御処理を行なうプログラムについても、制御装置８０に予め格納されて所定周期毎に実行される。

図９を参照して、制御装置８０は、ステップＳ３００では、図７に示したステップＳ１００〜Ｓ２００により、図５，図６で説明したトルク指令値設定を行なう。そして、制御装置８０は、ステップＳ３１０では、スリップ検出中であるかどうかを判定し、スリップの非発生時（ステップＳ３１０のＮＯ判定時）には、ステップＳ３４０により、ステップＳ３００での設定をトルク指令値Ｔｑｃｏｍとして用いる。これは、図８において、設定切換部３１０が経路Ｉを選択したときの動作に相当する。

一方、制御装置８０は、スリップ発生中（ステップＳ３１０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ３３０により、トラクションコントロールをオンして、ステップＳ３００でのトルク指令値設定に対してトルク指令値Ｔｑｃｏｍを抑制する。これは、図８において設定切換部３１０が経路ＩＩを選択したときの動作に相当する。

このような制御構成とすることにより、急激な加速要求によりモータジェネレータＭＧの要求出力トルクＴｒｑが急増した場合には、図４〜図６に示したように、スリップ発生を防止しつつ速やかにトルク指令値Ｔｑｃｏｍを上昇させることが可能となるとともに、万一スリップが発生した場合にも、トラクションコントロールを作用させることによって、継続的にスリップを発生させることなくスリップ状態を速やかに回避することが可能となる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態による電動車両の車両駆動用電動機に関連する構成図である。 アクセル踏込み時の従来のトルク指令値設定を説明する波形図である。 スリップ発生時におけるトルク指令値設定を説明する波形図である。 本発明の実施の形態による電動車両におけるアクセル踏込み時のトルク指令値設定を説明する波形図である。 本発明の実施の形態による電動車両におけるアクセル踏込み時のトルク指令値設定を説明する第１のブロック図である。 本発明の実施の形態による電動車両におけるアクセル踏込み時のトルク指令値設定を説明する第２のブロック図である。 本発明の実施の形態による電動車両でのトルク指令値設定を実現するフローチャートである。 本発明の実施の形態の変形例による電動車両におけるアクセル踏込み時のトルク指令値設定を説明するブロック図である。 本発明の実施の形態の変形例による電動車両でのトルク指令値設定を実現するフローチャートである。

符号の説明

５ 接地ライン、６，７ 電源ライン、１０，１３ 電圧センサ、１０♯ 直流電圧発生部、１２ 昇降圧コンバータ、２０ インバータ、２２，２４，２６ 各相アーム、２７ 電流センサ、２８ 回転角センサ、５０ 制御回路、６２ 駆動軸、６５ 駆動輪、７０ アクセルペダル、７５ アクセル開度センサ、８０ 制御装置、１００ 電動車両、２００ トルク指令値増加制限部、２１０ 平均値設定部、２２０ 振動設定部、２３０ 加算部、２４０ 上限チェック部、２５０ 路面状況推定部、３００ スリップ検知部、３１０ 設定切換部、３２０ トラクションコントロール部、Ｂ 直流電源、Ｃ０，Ｃ１ 平滑コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１〜Ｄ１６ 逆並列ダイオード、ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ 各相電流、Ｌ１ リアクトル、ＭＣＲＴ モータ電流、ＭＧ モータジェネレータ、Ｎ 中性点、Ｎｍｔ モータジェネレータ回転数、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１１〜Ｑ１６ 電力用半導体スイッチング素子、ＲＧＥ 制御信号（回生指示）、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１１〜Ｓ１６ スイッチング制御信号、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー、Ｔ１ トルク指令平均値、Ｔ２ トルク指令振動成分、Ｔｍａｘ 最大トルク線、Ｔｑｃｏｍ トルク指令値、Ｔｒｑ 要求出力トルク、Ｖｂ バッテリ電圧、ＶＨ システム電圧、θ 回転角、μ 路面摩擦係数。

Claims (4)

1. 車両駆動力を発生する電動機と、
   トルク指令値に従って前記電動機を駆動制御する電力変換ユニットと、
   車両状態および運転者によるアクセル開度操作に基づく前記電動機への要求出力トルクに従って、前記トルク指令値を生成する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記要求出力トルクの増加レートが所定の判定値を超えたときに、前記トルク指令値を振動させながら前記要求出力トルクに向けて増加させるトルク指令値増加制限手段を含み、
   前記トルク指令値増加制限手段は、
   所定の制限レートに従って前記トルク指令値の平均値を前記要求出力トルクに向けて増加させる平均値設定手段と、
   前記車両状態に基づき前記トルク指令値の振動成分の振幅および周波数を設定する振動設定手段と、
   前記平均値設定手段により設定された前記平均値と、前記振動設定手段により設定された前記振動成分との和に従って、前記電動機の前記トルク指令値を設定する加算手段とを含む、電動車両。
2. 前記振動設定手段は、前記トルク指令値の振動成分の振幅および周波数の少なくとも一方を、前記アクセル開度に基づき設定する、請求項１記載の電動車両。
3. 前記制御装置は、
   前記電動車両が走行中の路面の摩擦係数を推定する路面状況推定手段をさらに含み、
   前記振動設定手段は、前記トルク指令値の振動成分の振幅および周波数の少なくとも一方を、前記路面状況推定手段により推定された前記摩擦係数に基づき設定する、請求項１記載の電動車両。
4. 前記制御装置は、
   前記電動車両の車輪空転を検知する空転検知手段と、
   前記電動車両の車輪空転発生中において前記トルク指令値を抑制するためのスリップ回避手段とをさらに含み、
   前記制御装置は、前記トルク指令値増加制限手段による前記トルク指令値の設定時に、前記空転検知手段により前記電動車両の車輪空転が検知されたときには、前記スリップ回避手段によって、前記電動機のトルク指令値を前記車輪空転発生時よりも低下させるように設定する、請求項１に記載の電動車両。

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