(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体に設けた勾配検出手段からの検出値に基づいて道路勾配を演算する道路勾配演算部と、
車速検出手段により検出した車速に基づいて車両の空気抵抗を演算する空気抵抗演算部と、
少なくとも上記道路勾配と上記空気抵抗に基づいて走行抵抗を求める走行抵抗演算部と、
検出したアクセル開度に対応するトルク指令値を設定するトルク指令値演算部と、
上記トルク指令値を車両の固有値により補正して運転者が要求する駆動力である仮想駆動力を求める仮想駆動力演算部と、
上記仮想駆動力と上記走行抵抗とを比較し、走行抵抗の仮想駆動力に対する減少割合に応じ上記トルク指令値を増加補正してモータ駆動トルクを設定するアクセル指令値補正部と、
上記モータ駆動トルクに応じて走行用モータに出力するモータ駆動回路とを備えること
を特徴とする電気自動車のモータトルク制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、バッテリの放電により電圧が低下しても一定のアクセル開度に対して常に一定のトルクが得られる電気自動車のモータトルク制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電気自動車においては、走行用モータの制御に、例えば、特開昭６２−２１７８０５号公報に示されるように、走行用交流モータの目標速度と実際のモータ回転速度とを比較して、目標トルクを設定し走行用交流モータをトルク制御するようなクローズドループ式の制御が多く採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のようなクローズドループ式制御を採用する電気自動車では、オープンループ式制御を採用する電気自動車に比べて複雑な制御系を必要とし、システム全体のコストの高騰を招くばかりでなく、耐久性、信頼性の低下を招く。
【０００４】
一方、周知のように、直流モータおよび交流モータでは供給電圧が低下した場合、モータ出力も低下する。
【０００５】
すなわち、図６に示すように、電気自動車のバッテリ端子電圧（Ｖ）は満充電時の電圧ＶＯ  に較べ、放電末期の電圧Ｖ’はΔＶの分だけ低下してしまうため、バッテリからコンバータ等のコントローラを介し直流モータに、あるいは、バッテリからインバータ等のコントローラを介し交流モータに電力が供給される電気自動車では、一定のモータ駆動トルクを得るために、放電末期では満充電時に較べてアクセルペダルをより多く踏込まなければならず、電圧低下によりアクセルフィーリングが損われ、運転者に違和感を与えてしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、複雑な制御系を要することなく、簡単なシステムで、バッテリ電圧が低下しても一定のアクセル開度で常に一定のモータ駆動トルクを得ることができ、耐久性、信頼性の向上が図れ、しかもシステム全体の低コスト化を実現することのできる電気自動車のモータトルク制御装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため発明による電気自動車のモータトルク制御装置は、車体に設けた勾配検出手段からの検出値に基づいて道路勾配を演算する道路勾配演算部と、車速検出手段により検出した車速に基づいて車両の空気抵抗を演算する空気抵抗演算部と、少なくとも上記道路勾配と上記空気抵抗に基づいて走行抵抗を求める走行抵抗演算部と、検出したアクセル開度に対応するトルク指令値を設定するトルク指令値演算部と、上記トルク指令値を車両の固有値により補正して運転者が要求する駆動力である仮想駆動力を求める仮想駆動力演算部と、上記仮想駆動力と上記走行抵抗とを比較し、走行抵抗の仮想駆動力に対する減少割合に応じ上記トルク指令値を増加補正してモータ駆動トルクを設定するアクセル指令値補正部と、上記モータ駆動トルクに応じて走行用モータに出力するモータ駆動回路とを備えることを特徴とする。
【０００８】
【作用】
本発明は、検出演算した道路勾配と車速に基づき演算した車両の空気抵抗とから走行抵抗を求め、一方、検出したアクセル開度に対応するトルク指令値を設定する。そして、トルク指令値を車両の固有値により補正して運転者が要求する駆動力である仮想駆動力を求め、仮想駆動力と走行抵抗とを比較する。そして、走行抵抗の仮想駆動力に対する減少割合に応じトルク指令値を増加補正してモータ駆動トルクを設定する。これにより、バッテリの電圧低下に拘りなく、常に一定のアクセル開度に対して一定のモータ駆動トルクを得ることが可能となって、良好なアクセルフィーリングが得られる。
【０００９】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【００１０】
図１〜図５は本発明の一実施例を示し、図１はモータ制御回路のブロック図、図２は電気自動車の制御系の概略図、図３は前後加速度センサの断面図、図４は電気自動車にかかる加速抵抗と登坂抵抗との説明図、図５は放電深度とアクセル開度との関係を示す特性図である。
【００１１】
図２の符号１は電気自動車で、この電気自動車１の前輪軸２にデファレンシャルギヤ３、減速機４を介して走行用モータとして走行用交流モータ５が連設されている。また、この電気自動車１には、運転席の床面に設けたアクセルペダル６に連設して、このアクセルペダル６のアクセル開度を検出するアクセルセンサ７と、スピードメータ（図示せず）等からの信号で車速Ｖを検出する車速センサ８が配設され、また、上記走行用交流モータ５には、モータ回転数Ｎを検出する回転数センサ１２が併設されている。一方、この電気自動車１の後部にはバッテリ９が搭載されている。
【００１２】
さらに、この電気自動車１のホイールベースのほぼ中間で、且つトレッドのほぼ中間の位置に、勾配検出手段の一例である前後加速度センサ１０が配設されている。
【００１３】
図３に示すように、この実施例で採用する前後加速度センサ１０はカンチレバー方式であり、このカンチレバー１０ａの先端に重錘１０ｂが固設されており、水平状態の車体に対してこの重錘１０ｂが鉛直方向へ指向するように配設するとともに、車体前後方向の加速度Ｇを感知できる方向に配設されている。
【００１４】
ところで、電気自動車の走行抵抗Ｒは、
Ｒ＝ｍｇ・ｓｉｎθ（登坂抵抗）＋ｍｇ・ａ（加速抵抗）                ＋ｋ１  （転がり抵抗）＋Ｋ２  Ｖ２  （空気抵抗）…（１）
ここで、ｍ：車輛の総質量、ｇ：重力加速度、ｓｉｎθ：道路勾配、ａ：無次元（図４参照）、ｋ１  ：タイヤによって決定される定数、ｋ２  ：車体の形状によって決定される定数、Ｖ：車速であるため、加速度ａがａ＝０のとき、すなわち定速走行時の走行抵抗Ｒは、
Ｒ＝ｍｇ・ｓｉｎθ＋ｋ１  ＋Ｋ２  Ｖ２                            …（１）’
となる。従って、（１）’式では、道路勾配ｓｉｎθと車速Ｖを検出すれば走行抵抗Ｒが求められることになる。
【００１５】
一方、上記前後加速度センサ１０では、重錘１０ｂに働く加速抵抗ｍｗ  ・ｇ・ａと、登坂抵抗ｍｗ  ・ｇ・ｓｉｎθとの合成成分Ａをカンチレバー１０ａの歪として感知し、端子１０ｃ，１０ｄから電気信号出力として出力する。
【００１６】
この合成加速度成分Ａは、
Ａ［ｍ／ｓ２  ］  ＝（ｓｉｎθ＋ａ）・ｇ                            …（２）
である。
【００１７】
なお、この前後加速度センサ１０内にはオイル１０ｅが封入されており、このオイル１０ｅにより上記カンチレバー１０ａに対する瞬間的な外力、及びその後の振動を減衰することができる。
【００１８】
また、上記電気自動車１にはモータ制御回路１１が配設されている。このモータ制御回路１１は、図１に示すように、アクセルセンサ７で検出したアクセル開度に対応するトルク指令値ＴＯ  を設定するトルク指令値演算部２０と、上記前後加速度センサ１０から出力される上記合成成分Ａの信号に混入している車体の振動成分を除去するローパスフィルタ２１と、車速センサ８からの車速Ｖの信号を微分（ΔＶ／Δｔ）して前後方向の加速度ａｇを算出する前後加速度演算部２２と、この前後加速度演算部２２での演算結果に基づいて加速度ａの有無を判別する加速度有無判別部２３と、上記車速Ｖに基づいて車体にかかる空気抵抗を求める空気抵抗演算部２４と、加速度ａｇがａ＝０のとき、すなわち定速走行時の上記前後加速度センサ１０から出力される上記合成成分Ａに基づいて道路勾配ｓｉｎθを割出す道路勾配演算部２５と、変数である上記道路勾配ｓｉｎθと空気抵抗ｋ２  Ｖ２  から加速度ａｇがａ＝０のときの走行抵抗Ｒを演算する走行抵抗演算部２６と、上記トルク指令値ＴＯ  と回転数センサ１２で検出したモータ回転数Ｎ等から求めた車輛固有の値ｋＴ  とに基づいてアクセル開度に対応する仮想駆動力Ｆを算出する仮想駆動力演算部２７と、この仮想駆動力Ｆと走行抵抗Ｒとの比較値Ｆ／Ｒを求める負荷比較部２８と、上記トルク指令値ＴＯ  を上記比較値Ｆ／Ｒを補正係数として一時記憶するＦ／Ｒ記憶部２８ａと、上記トルク指令値ＴＯ  を上記比較値Ｆ／Ｒを補正係数として上記Ｆ／Ｒ記憶部２８ａに一時記憶させると共にこの補正係数により補正してモータ駆動トルクＴを演算するトルク指令補正部２９と、このモータ駆動トルクＴに対応する所定周波数の交流電流を走行用交流モータ５に出力するモータ駆動回路３０とで構成されている。
【００１９】
次に、上記構成によるモータ制御回路１１のモータ駆動トルク制御について説明する。
【００２０】
アクセルペダル６を踏むと、アクセルセンサ７からアクセル開度に対応する信号がトルク指令値演算部２０へ出力され、このトルク指令値演算部２０で上記アクセルペダル６のアクセル開度に対応する、すなわち運転者の所望するトルク指令値ＴＯ  を演算する。そして、このトルク指令値ＴＯ  をトルク指令補正部２９及び仮想駆動力演算部２７へ出力する。
【００２１】
一方、車速センサ８からの車速Ｖを検出する信号は前後加速度演算部２２と空気抵抗演算部２４へ出力される。
【００２２】
前後加速度演算部２２では、上記車速Ｖを微分して前後加速度ａｇ（ａ・ｇ＝ΔＶ／Δｔ［ｍ／ｓ２  ］  ）を演算し、加速度有無判別部２３で、前後加速度演算部２２で演算した結果に基づいて、現運転状態が過渡運転状態かどうかを判断する。そして、加速度ａｇがａ＝０のときは、非過渡運転状態、すなわち定速走行と判断する。
【００２３】
また、上記空気抵抗演算部２４では、上記車速Ｖの２乗と車体の形状によって決定される定数ｋ２  との積から空気抵抗ｋ２  Ｖ２  を演算する。
【００２４】
また、前後加速度センサ１０から出力された登坂抵抗ｍｗ  ・ｇ・ｓｉｎθと加速抵抗ｍｗ  ・ｇ・ａとの合成成分Ａの信号は、ローパスフィルタ２１により車体の振動成分が除去された後、道路勾配演算部２５へ出力される。この道路勾配演算部２５では、前述の加速度有無判別部２３の判別結果を受け、加速度ａがａ＝０のとき、道路勾配ｓｉｎθを演算する。
【００２５】
すなわち、上記前後加速度センサ８で検出する合成成分Ａは、前記（２）式に示す通りであり、加速度ａｇがａ＝０のときの道路勾配ｓｉｎθは、
ｓｉｎθ＝Ａ／ｇ                                            …（３）
で求めることができる。なお、バッテリ電圧は放電深度に応じて徐々に低下するため、定速走行時にのみモータ駆動トルク補正演算制御を行って、Ｆ／Ｒ記憶部２８ａに記憶してある補正係数Ｆ／Ｒを更新しても実質的に影響はない。
【００２６】
そして、走行抵抗演算部２６で、上記道路勾配演算部２５、上記空気抵抗演算部２４の演算結果を受けて、走行抵抗Ｒを前記（１）’式から演算する。
【００２７】
一方、仮想駆動力演算部２７では、上記トルク指令値演算部２０で演算したトルク指令値ＴＯ  とモータ回転数Ｎとを取入れ、このトルク指令値ＴＯ  を、上記モータ回転数Ｎと予め設定されているデファレンシャルギヤ３の終減速比、タイヤ半径等で決定される車輛の固有値ＫＴ  で補正して、アクセル踏込み量に対応するタイヤからの仮想駆動力Ｆ（Ｆ＝ＫＴ  ・ＴＯ  ）を演算する。
【００２８】
そして、負荷比較部２８で、運転者の所望する仮想駆動力Ｆと上記走行抵抗Ｒとの比較値Ｆ／Ｒを求める。
【００２９】
定速走行では、電気自動車１に働く走行抵抗Ｒとタイヤから出力される実際の駆動力ＦＯ  とは逆方向の同じ力で釣り合っている。従って、運転者の所望するアクセル踏込み量に対応したトルク指令値ＴＯ  通りのモータ駆動トルクによって得られる実際の上記駆動力ＦＯ  が上記走行用交流モータ５からタイヤに伝達されていれば、ＦＯ  ＝Ｆ＝｜Ｒ｜となる。しかし、バッテリ９の電圧が低下すれば、その分だけ出力が低下するので上記仮想駆動力Ｆに対して実際の駆動力ＦＯ  は、Ｆ＞ＦＯ  となる。この実際の駆動力ＦＯ  は、ＦＯ  ＝｜Ｒ｜であるため、アクセルペダル一定では、上記仮想駆動力Ｆと走行抵抗Ｒとは経時的に、Ｆ＞｜Ｒ｜の不等関係になる。
【００３０】
トルク指令補正部２９では、このような上記バッテリ９の電圧低下によるトルクの低下を補償するため、運転者の所望する上記トルク指令値ＴＯ  を上記比較値Ｆ／Ｒを補正係数として増加補正して、モータ駆動トルクＴ（Ｔ＝ＴＯ  ・Ｆ／Ｒ）を算出し、モータ駆動回路３０へ出力することで、定速走行時のタイヤに伝達される実際の駆動力ＦＯ  （＝−Ｒ）と運転者の所望するトルク指令値ＴＯ  に対応して出力する仮想駆動力Ｆとが等しくなるように制御する。
【００３１】
そして、モータ駆動回路３０では、上記モータ駆動トルクＴＯ  に対応する周波数に基づき、スイッチング制御してバッテリ９の電流を所定周波数の三相交流に変換して走行用交流モータ５へ供給する。
【００３２】
その結果、アクセル踏込み量に対応したトルク指令値Ｔ0がバッテリ９の電圧低下に対応して増加補正され、図５に実線で示すように、バテッリ９の電圧低下に拘りなく、一定のアクセル開度で常に一定のトルクを得ることができ、同図に破線で示すようなバッテリ電圧低下に伴いアクセル開度を相対的に大きくしなければならなかった従来のものに比し、極めて良好なアクセルフィーリングを得ることができる。
【００３３】
なお、本発明は上記実施例に限るものではなく、例えば、空気抵抗や仮想駆動力を演算ではなく、マップ検索により設定するようにしても良い。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、検出演算した道路勾配と車速に基づき演算した車両の空気抵抗とから走行抵抗を求め、一方、検出したアクセル開度に対応するトルク指令値を設定する。そして、トルク指令値を車両の固有値により補正して運転者が要求する駆動力である仮想駆動力を求め、仮想駆動力と走行抵抗とを比較する。そして、走行抵抗の仮想駆動力に対する減少割合に応じトルク指令値を増加補正してモータ駆動トルクを設定するので、バッテリの電圧低下に拘りなく、常に一定のアクセル開度に対して一定のモータ駆動トルクを得ることが可能となり、良好なアクセルフィーリングを得ることができる。
【００３５】
また、従来のようにトルク補正のための速度フィードバック、電流フィードバック、及びバッテリ電圧低下補正のための電圧フィードバック等複雑なフィードバック制御系が一切不要であるため、システムが簡単になり、耐久性、信頼性が向上するばかりでなく、システム全体の低コスト化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】モータ制御回路のブロック図
【図２】電気自動車の制御系の概略図
【図３】前後加速度センサの断面図
【図４】電気自動車にかかる加速抵抗と登坂抵抗との説明図
【図５】放電深度とアクセル開度との関係を示す特性図
【図６】バッテリの放電特性を示す説明図
【符号の説明】
５…走行用駆動モータ
１０…勾配検出手段
２４…空気抵抗演算部
２５…道路勾配演算部
２６…走行抵抗演算部
２７…加速駆動力演算部
２９…アクセル指令補正部
３０…モータ駆動回路
Ｆ…仮想駆動力
ｋ２  Ｖ２  …空気抵抗
Ｒ…走行抵抗
ｓｉｎθ…道路勾配
Ｔ…モータ駆動トルク
ＴＯ  …トルク指令値
Ｖ…車速
【図１】
0003564163.tif 000002
【図２】
0003564163.tif 000003
【図３】
0003564163.tif 000004
【図４】
0003564163.tif 000005
【図５】
0003564163.tif 000006
【図６】
0003564163.tif 000007