(57)【要約】【課題】トラクション制御中のアクセルオフにより燃料電池システムが車両走行電力を超えて余剰に発電することを抑制する。【解決手段】ＨＶ−ＥＵＣ１２は、駆動輪のスリップ量を目標スリップ量に一致させるためのトラクション制御指令トルク１１１になまし処理を施すＴＲＣトルクなまし処理部１１２と、アクセル開度と車速とにより求まるアクセルトルク１２１になまし処理を施すアクセルトルクなまし処理部１２３と、なまし処理後のＴＲＣ指令トルク１１１及びなまし処理後のアクセルトルク１２１に上限処理を施してトルク最終指令値１３３を得るＴＲＣトルク処理部と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動輪のスリップ量を目標スリップ量に一致させるためのトラクション制御指令トルクになまし処理を施すトラクション制御トルクなまし処理部と、
アクセル開度と車速とにより求まるアクセルトルクになまし処理を施すアクセルトルクなまし処理部と、
なまし処理後のトラクション制御指令トルク及びなまし処理後のアクセルトルクに上限処理を施してトルク最終指令値を得るトラクション制御トルク処理部と、
を備える車両の駆動トルク制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両の駆動トルク制御装置であって、
前記トルク最終指令値がトラクション制御開始時点から立ち下がるように前記トルク最終指令値を補正する補正部を更に備える、車両の駆動トルク制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の車両の駆動トルク制御装置であって、
前進レンジ又は後進レンジでの走行中にシフトポジションが中立レンジ又は駐車レンジに変更された場合、シフトポジションが変更されてから前記トルク最終指令値の値が前記シフトポジション変更時点でのトラクション制御指令トルクの値を下回るまでの期間、前記トルク最終指令値の値が前記シフトポジション変更時点でのトラクション制御指令トルクの値に等しくなるように補正する補正部を更に備える、車両の駆動トルク制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の車両の駆動トルク制御装置と、
駆動輪を駆動するトラクションモータと、
前記トラクションモータに電力を供給する燃料電池システムと、
を更に備える車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池を電力源として搭載する車両及びその駆動トルク制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガス及び酸化ガスを膜−電極接合体に供給することにより電気化学反応を起こし、化学エネルギーを電気エネルギーに変換するためのエネルギー変換システムである。特に、固体高分子膜を電解質として用いる固体高分子電解質型燃料電池は、低コストでコンパクト化が容易であり、しかも高い出力密度を有することから、車載電源としての用途が期待されている。燃料電池を車載電源として搭載した車両のトラクション制御について言及した特許文献として、例えば、特開２００１−２０４１０７号公報が知られている。
【０００３】
図５は従来の燃料電池車両に搭載されている制御ユニット１５の機能ブロック図を示している。制御ユニット１５は、トラクション制御を行うＥＣＢ−ＥＣＵ（電子制御式ブレーキシステム制御ユニット）１３と、ハイブリッドシステム（燃料電池と蓄電装置とから成る電源システム）の制御を行うＨＶ−ＥＣＵ（ハイブリッド制御ユニット）１４とを備えている。ＥＣＢ−ＥＣＵ１３は、駆動輪速と従動輪速との差分、又は左右駆動輪速の差分が所定の閾値を超えた場合に、トラクション制御を実施し、駆動輪のスリップ量が目標スリップ量に一致するようにＴＲＣ（トラクション制御）指令トルク１３１を算出するとともに、ＴＲＣ指令フラグ１３２をオンにし、トラクション制御中であることをＨＶ−ＥＣＵ１４に通知する。
【０００４】
ＴＲＣ制御トルク演算部１４２は、ＴＲＣ指令トルク１３１（車輪軸トルク）をモータ軸トルクに変換する処理などを実施する。ＨＶ−ＥＣＵ１４は、アクセル開度と車速とに基づいてアクセルトルク１４１を演算する。ここで、図６を参照しながら、ＴＲＣトルク処理部１４３による上限処理、及びトルクなまし処理部１４４によるトルクなまし処理について説明を加える。図６は、グリップ走行している燃料電池車両が時刻Ｔ５でトラクション制御を開始する場合を想定しており、ここでは、説明の便宜上、ＴＲＣ指令トルク１３１は、時刻Ｔ５で上限トルク値（力行トルク最大値）Ｔｒｑ９からトルク値Ｔｒｑ７に下がる一方で、アクセルトルク１４１は、ある一定のトルク値Ｔｒｑ８を維持している場合を考察する。ＴＲＣトルク処理部１４３は、ＴＲＣ指令トルク１３１とアクセルトルク１４１とに上限処理を施し、トルク指令値２７２を得る。上限処理とは、複数のトルク指令値のうち何れか小さい方の値をトルク値とする処理をいう。アクセルトルク１４１＜ＴＲＣ指令トルク１３１となる時刻Ｔ５以前では、トルク指令値２７２の値は、アクセルトルク１４１の値と同じであり、ＴＲＣ指令トルク１３１＜アクセルトルク１４１となる時刻Ｔ０以降では、トルク指令値２７２の値は、ＴＲＣ指令トルク１３１の値と同じである。
【０００５】
トルクなまし処理部１４４は、トルク指令値２７２にトルクなましを施し、トルク最終指令値２７２Ａを得る。トルク変動が急激な場合、ドライバビリティが悪化するため、トルクなましを施すことで、急激なトルク変動を滑らかにすることができる。但し、トラクション制御中においては、トラクションモータの応答速度を速めて、駆動輪のスリップ量を目標スリップ量に速やかに一致させる観点から、グリップ走行時のなまし定数よりも小さいなまし定数を適用している。トルクなまし処理部１４４は、ＥＣＢ−ＥＣＵ１３から送信されるＴＲＣ指令フラグ１３２に基づいて、グリップ走行時のなまし定数を適用するか、或いはトラクション制御時のなまし定数を適用するかを判断する。
【特許文献１】特開２００１−２０４１０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、トラクション制御中に急激にアクセルをオフし、トラクション制御を中止した場合、ＥＣＢ−ＥＣＵ１３とＨＶ−ＥＣＵ１４との間の通信遅延により、トルクなまし処理部１４４によるなまし定数の切り替えが遅れる。すると、車両はグリップ走行をしているにも関わらず、トルクなまし処理部１４４は、暫くの間、トラクション制御時のなまし定数を適用してトルク最終指令値２７２Ａを絞り込むので、急激なトルク減少に燃料電池の発電が追従できなくなる。このようにして、車両走行電力を超えて過剰に発電された電力は、蓄電装置に過充電されることになるので、蓄電装置の損傷等を招く虞がある。
【０００７】
そこで、本発明は、トラクション制御中のアクセルオフにより燃料電池システムが車両走行電力を超えて余剰に発電することを抑制する車両及びその駆動トルク制御装置を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明に係わる車両の駆動トルク制御装置は、駆動輪のスリップ量を目標スリップ量に一致させるためのトラクション制御指令トルクになまし処理を施すトラクション制御トルクなまし処理部と、アクセル開度と車速とにより求まるアクセルトルクになまし処理を施すアクセルトルクなまし処理部と、なまし処理後のトラクション制御指令トルク及びなまし処理後のアクセルトルクに上限処理を施してトルク最終指令値を得るトラクション制御トルク処理部と、を備える。トラクション制御指令トルクとアクセルトルクとをそれぞれ独立になまし処理することで、トラクション制御中のアクセルオフにより燃料電池システムが車両走行電力を超えて余剰に発電することを抑制できる。
【０００９】
駆動トルク制御装置は、トルク最終指令値がトラクション制御開始時点から立ち下がるようにトルク最終指令値を補正する補正部を更に備えるのが好ましい。これにより、応答性に優れたトラクション制御を実施できる。
【００１０】
駆動トルク制御装置は、前進レンジ又は後進レンジでの走行中にシフトポジションが中立レンジ又は駐車レンジに変更された場合、シフトポジションが変更されてから、トルク最終指令値の値がシフトポジション変更時点でのトラクション制御指令トルクの値を下回るまでの期間、トルク最終指令値の値がシフトポジション変更時点でのトラクション制御指令トルクの値に等しくなるように補正する補正部を更に備えるのが好ましい。これにより、前進レンジ又は後進レンジから中立レンジ又は駐車レンジにシフトチェンジしたときのトルク吹け上がりを抑制できる。
【００１１】
本発明に係わる車両は、本発明に係わる車両の駆動トルク制御装置と、駆動輪を駆動するトラクションモータと、トラクションモータに電力を供給する燃料電池システムと、を備える。トラクション制御にアクセルオフしても、燃料電池システムが車両走行電力を超えて余剰に発電することを抑制できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、トラクション制御中のアクセルオフにより燃料電池システムが車両走行電力を超えて余剰に発電することを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、各図を参照しながら本発明に係わる実施形態について説明する。
図１は燃料電池車両の車載電源システムとして機能する燃料電池システム１００のシステム構成を示す。
【００１４】
燃料電池スタック４０は、多数のセルを直列に積層してなる固体高分子電解質型セルスタックである。燃料電池スタック４０は、フッ素系樹脂等により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜等から成る高分子電解質膜４１の両面にアノード極４２とカソード極４３をスクリーン印刷等で形成した膜−電極接合体（ＭＥＡ）４４を備えている。膜−電極接合体４４の両面は、図示しないリブ付セパレータによってサンドイッチされ、このセパレータとアノード極４２及びカソード極４３との間にそれぞれ溝状のアノードガスチャンネル及びカソードガスチャンネルを形成している。燃料電池スタック４０では、アノード極において（１）式の酸化反応が生じ、カソード極において（２）式の還元反応が生じる。燃料電池スタック４０全体としては（３）式の起電反応が生じる。
【００１５】
Ｈ2 → ２Ｈ+＋２ｅ- …（１）
（１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ …（２）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（３）
【００１６】
燃料電池スタック４０には、燃料電池スタック４０の出力電圧を検出するための電圧センサ９１、出力電流を検出するための電流センサ９２が取り付けられている。
【００１７】
燃料ガス供給源７０は、例えば、高圧水素タンクや水素吸蔵合金などで構成され、高圧（例えば、３５ＭＰａ乃至７０ＭＰａ）の水素ガスを貯留する。水素ガスの供給圧は、調圧弁７１によって調圧される。酸化ガス供給源８０は、例えば、大気から取り込んだエアを加圧し、加圧エア（酸化ガス）を供給するエアコンプレッサである。加圧エアの供給圧は、調圧弁８１によって調圧される。
【００１８】
燃料電池システム１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０とトラクションインバータ６０とが並列に燃料電池スタック４０に接続するパラレルハイブリッドシステムとして構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、バッテリ２０から供給される直流電圧を昇圧してトラクションインバータ６０に出力する機能と、燃料電池スタック４０が発電した直流電力、又は回生制動によりトラクションモータ６１が回収した回生電力を降圧してバッテリ２０に充電する機能とを有する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０のこれらの機能により、バッテリ２０の充放電が制御される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０による電圧変換制御により、燃料電池スタック４０の運転ポイント（出力電圧、出力電流）が制御される。
【００１９】
バッテリ２０は、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギー貯蔵源、燃料電池車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する。バッテリ２０としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等の二次電池が好適である。バッテリ２０には、ＳＯＣ（State of charge）を検出するためのＳＯＣセンサ２１が取り付けられている。
【００２０】
トラクションインバータ６０は、例えば、パルス幅変調方式で駆動されるＰＷＭインバータであり、制御ユニット１０からの制御指令に従って、燃料電池スタック４０又はバッテリ２０から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、トラクションモータ６１の回転トルクを制御する。トラクションモータ６１は、例えば、三相交流モータであり、燃料電池車両の動力源を構成する。
【００２１】
補機類５０は、燃料電池システム１００内の各部に配置されている各モータ（例えば、ポンプ類などの動力源）や、これらのモータを駆動するためのインバータ類、更には各種の車載補機類（例えば、エアコンプレッサ、インジェクタ、冷却水循環ポンプ、ラジエータなど）を総称するものである。
【００２２】
制御ユニット１０は、燃料電池車両のトラクション制御を行うＥＣＢ−ＥＣＵ（電子制御式ブレーキシステム制御ユニット）１１と、ハイブリッドシステム（燃料電池スタック４０と蓄電装置２０とから成る電源システム）の制御を行うＨＶ−ＥＣＵ（ハイブリッド制御ユニット）１２とを備えるコンピュータシステムである。制御ユニット１０は、各種センサ類（例えば、電圧センサ９１、電流センサ９２、及びＳＯＣセンサ２１など）からの出力信号を受信して、燃料電池システム１００の各部を制御する。例えば、制御ユニット１０は、イグニッションスイッチから出力される起動信号ＩＧを受信すると、燃料電池システム１００の運転を開始し、アクセルセンサから出力されるアクセル開度信号ＡＣＣや、車速センサから出力される車速信号ＶＣなどを基に、車両走行電力や補機消費電力を算出する。
【００２３】
ここで、補機電力には、車載補機類（加湿器、エアコンプレッサ、水素ポンプ、及び冷却水循環ポンプ等）で消費される電力、車両走行に必要な装置（変速機、車輪制御装置、操舵装置、及び懸架装置等）で消費される電力、乗員空間内に配設される装置（空調装置、照明器具、及びオーディオ等）で消費される電力などが含まれる。
【００２４】
そして、制御ユニット１０は、燃料電池スタック４０とバッテリ２０とのそれぞれの出力電力の配分を決定し、燃料電池スタック４０の発電量が目標電力に一致するように、燃料ガス供給源７０及び酸化ガス供給源８０からの反応ガス供給を制御するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を制御して、燃料電池スタック４０の出力電圧を調整することにより、燃料電池スタック４０の運転ポイント（出力電圧、出力電流）を制御する。更に、制御ユニット１０は、アクセル開度に応じた目標トルクが得られるように、例えば、スイッチング指令として、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各交流電圧指令値をトラクションインバータ６０に出力し、トラクションモータ６１の出力トルク、及び回転数を制御する。トラクションモータ６１の出力トルクは、減速ギア６２を介して駆動輪６３Ｌ，６３Ｒに伝達される。
【００２５】
図２は制御ユニット１０の機能ブロックを示している。
ＥＣＢ−ＥＣＵ１１は、駆動輪速と従動輪速との差分、又は左右駆動輪速の差分が所定の閾値を超えた場合に、トラクション制御を実施し、駆動輪のスリップ量が目標スリップ量になるようにＴＲＣ指令トルク１１１を算出するとともに、ＴＲＣ指令フラグ１１２をオンにし、トラクション制御中であることをＨＶ−ＥＣＵ１２に通知する。
【００２６】
ＴＲＣ制御トルク演算部１２２は、ＴＲＣ指令トルク１１１（車輪軸トルク）をモータ軸トルクに変換する他、シフトポジションに応じた演算処理（例えば、シフトポジションがＮレンジ（中立ポジション）、又はＰレンジ（駐車ポジション）の場合に、トラクション制御を中止し、シフトポジションがＲレンジ（後進ポジション）の場合に、ＴＲＣ指令トルク１１１の符号を反転する等の処理）を実施する。
【００２７】
ＨＶ−ＥＣＵ１２は、アクセル開度と車速とに基づいてアクセルトルク１２１を演算する。ここで、図３を参照しながら、アクセルトルクなまし処理部１２３及びＴＲＣトルクなまし処理部１２４によるトルクなまし処理、及びＴＲＣトルク処理部１２５による上限処理について説明を加える。図３は、グリップ走行している燃料電池車両が時刻Ｔ１でトラクション制御を開始する場合を想定しており、ここでは、説明の便宜上、ＴＲＣ指令トルク１１１は、時刻Ｔ１で上限トルク値Ｔｒｑ３からＴｒｑ１に下がる一方で、アクセルトルク１２１は、ある一定のトルク値Ｔｒｑ２を維持している場合を考察する。アクセルトルクなまし処理部１２３は、アクセルトルク１２１にトルクなましを施し、トルク指令値１２１Ａを得る。同様に、ＴＲＣトルクなまし処理部１２４は、ＴＲＣ指令トルク１１１にトルクなましを施し、トルク指令値１１１Ａを得る。ＴＲＣトルク処理部１２５は、トルク指令値１２１Ａ，１１１Ａに上限処理を施し、トルク指令値１３２を得る。トルク指令値１２１Ａ＜トルク指令値１１１Ａとなる時刻Ｔ２以前では、トルク指令値１３２の値は、トルク指令値１２１Ａの値と同じであり、トルク指令値１１１Ａ＜トルク指令値１２１Ａとなる時刻Ｔ２以降では、トルク指令値１３２の値は、トルク指令値１１１Ａの値と同じである。
【００２８】
ここで、時刻Ｔ１は、トラクション制御開始時刻であり、時刻Ｔ２は、トルク指令値１３２が立下り始める時刻である。応答性に優れたトラクション制御を実施するには、時刻Ｔ１からトルク指令値１３２が立ち下がる必要がある。そこで、ＨＶ−ＥＣＵ１２は、トルク指令値１３２がトラクション制御開始時点から立ち下がるように、トルク指令値１３２を補正し、トルク最終指令値１３３を得る。より詳細には、トルク指令値１１１Ａとトルク指令値１２１Ａとの交点Ｂが、ＴＲＣ指令トルク１１１とトルク指令値１２１Ａとの交点Ｃに移動するようにトルク指令値１３２を補正し、トルク最終指令値１３３を得る。この補正処理は、ＴＲＣトルク処理部１２５が実施してもよく、或いはＴＲＣトルクなまし処理部１２４が実施してもよい。
【００２９】
このように、ＴＲＣ指令トルク１１１とアクセルトルク１２１とをそれぞれ独立になまし処理することで、トラクション制御中のアクセルオフにより燃料電池システム１００が車両走行電力を超えて余剰に発電することを抑制できる。
【００３０】
次に、図４を参照しながら、Ｄレンジ（前進ポジション）でのトラクション制御中にシフトポジションをＮレンジに変更した場合における、トルク最終指値１３３を得る計算過程について説明する。ここでは、トラクション制御中である燃料電池車両のシフトポジションが時刻Ｔ３でＤレンジからＮレンジに変更され、シフトポジションの変更と同時にトラクション制御が中止される場合を想定している。さて、ＴＲＣ指令トルク１１１は、時刻Ｔ３以前では、トラクション制御中の小さいトルク値Ｔｒｑ４を維持しており、時刻Ｔ３に達した時点で、トルク値Ｔｒｑ４から上限トルク値Ｔｒｑ５に跳ね上がる。ＴＲＣ指令トルク１１１にトルクなましを施すことで、トルク指令値１１１Ａが得られる。一方、アクセルトルク１２１は、時刻Ｔ３以前では、ある一定のトルク値Ｔｒｑ６を維持しており、時刻Ｔ３に達した時点で、トルク値Ｔｒｑ６から０に減少する。アクセルトルク１２１にトルクなましを施すことで、トルク指令値１２１Ａが得られる。
【００３１】
このようにして得られたトルク指令値１１１Ａ，１２１Ａに上限処理を施すことで、トルク指令値１３２が得られる。図４から理解できるように、シフトチェンジの瞬間（時刻Ｔ３）にトルク指令値１３２の吹け上がり現象が見られる。シフトチェンジ時にこのような現象が生じると、搭乗者に違和感を与えるので、好ましくない。そこで、ＨＶ−ＥＣＵ１２は、シフトポジションが変更されてから、トルク指令値１３２の値がＴＲＣ指令トルク１１１の値Ｔｒｑ４を下回るまでの期間、トルク指令値１３２の値がシフトポジション変更時点でのＴＲＣ指令トルク１１１の値Ｔｒｑ４に等しくなるように補正し、トルク最終指令値１３３を得る。この補正処理は、ＴＲＣトルク処理部１２５が実施してもよく、或いはＴＲＣトルクなまし処理部１２４が実施してもよい。
【００３２】
また、説明の便宜上、Ｄレンジでのトラクション制御中にシフトポジションをＮレンジに変更する場合の補正処理について例示したが、走行レンジ（例えば、Ｄレンジ又はＲレンジ）でのトラクション制御中にシフトポジションを走行レンジ以外のレンジ（例えば、Ｎレンジ又はＰレンジ）に変更した場合にも、トルク吹け上がり現象が生じるので、同様の補正処理を実施するのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態に係わる燃料電池システムの構成図である。
【図２】本実施形態に係わる制御ユニットの機能ブロック図である。
【図３】本実施形態に係わる制御ユニットの信号処理を説明する図である。
【図４】本実施形態に係わる制御ユニットの信号処理を説明する図である。
【図５】従来の制御ユニットの機能ブロック図である。
【図６】従来の制御ユニットの信号処理を説明する図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０…制御ユニット  １１…ＥＣＢ−ＥＣＵ  １２…ＨＶ−ＥＣＵ  ２０…バッテリ  ４０…燃料電池スタック  ６１…トラクションモータ  １００…燃料電池システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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