JP4895877B2

JP4895877B2 - 電動車輌

Info

Publication number: JP4895877B2
Application number: JP2007067795A
Authority: JP
Inventors: 宏鷹尾
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2007-03-16
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2027-03-16
Also published as: JP2008228546A

Description

本発明は、アクセル操作に応じたトルク制御の下、バッテリの電力をモータに供給して走行する電動車輌に関するものである。

従来、この種の電動車輌においては、アクセル操作に応じたトルク制御が行なわれている。この場合、登坂、平地の区別なくアクセル操作量に応じたトルクで発進するため、登坂発進時と平地発進時では加速に差が生ずることになる。

図９は、従来のトルク制御の下で登坂発進を行なったときの、モータトルク、バッテリ電流及び車速の変化を表わし、図１０は、従来のトルク制御の下で平地発進を行なったときの、モータトルク、バッテリ電流及び車速の変化を表わしている。何れの場合も測定開始時点から約２秒経過時点が走行開始時点である。又、それぞれ一定のモータトルク制限値とバッテリ電流制限値が設定されている。

図９に示す登坂発進においては、アクセル操作に応じてバッテリ電流が増大し、これに応じてモータトルクが増大しており、このモータトルクの増大と共に車速が徐々に増大している。そして、走行開始時点から約２秒経過後にはモータトルクの制限状態となっている。その後、バッテリ電流制限状態となり、モータトルクの減少に応じて車速の増大は減少する。

一方、図１０に示す平地発進においては、アクセル操作に応じてバッテリ電流が増大し、これに応じてモータトルクが増大しており、モータトルクの制限状態を経て、バッテリ電流制限状態に移行している。このモータトルクの増大によって車速が急激に増大し始める。そして、バッテリ電流制限状態では、モータへ入力される電力が略一定となるため、モータトルクが大きく減少するが、走行負荷が小さいため、車速は増大を継続する。

この様に、登坂発進時と平地発進時の何れにおいても、アクセル操作量に応じたトルクで発進するため、登坂発進時には図９の如く徐々に車速が増大しているが、平地発進時では図１０の如く大きな加速度で車速が増大することになる。従って、発進時にスリップが生じる問題や、安全性や乗り心地が悪化する問題が生じる。

そこで、アクセル操作量に応じた速度制御を行なう方法や、トルク制御において加速度を制限する方法がある。
又、発進時に低摩擦路面を検出して低速時のトルクを制限する方法(特許文献１参照)や、車輌状態に基づいて急発進の必要性を判断し、急発進の必要がないときは出力トルクの応答を遅らせる方法(特許文献２参照)が提案されている。
実開平５−９５１１０号公報特開２００６−６０７８号公報

しかしながら、アクセル操作量に応じた速度制御を行なう方法では、複数のモータを駆動する電動車輌において各車輪のスリップを防止する上で速度制御がトルク制御よりも困難となる問題がある。
又、トルク制御において加速度を制限する方法では、加速度の逐次検出が必要となって、構成が複雑となる問題がある。
更に、発進時に低摩擦路面を検出して低速時のトルクを制限する方法や、急発進の必要がないときには出力トルクの応答を遅らせる方法では、路面摩擦や車輌状態の検出が必要となって、構成が複雑となる問題がある。

そこで本発明の目的は、アクセル操作に応じたトルク制御の下でバッテリの電力をモータに供給して走行する電動車輌において、簡易な構成により登坂発進時の充分なトルクの確保と平地発進時の急発進の防止を図ることである。

本発明に係る電動車輌は、アクセル操作に応じたコントローラによるトルク制御の下、バッテリの電力をモータに供給して走行するものであって、前記コントローラは、走行開始時点を検知する検知手段と、走行開始時点から始動状態を経て通常走行状態に移行する過程におけるバッテリの出力を制限する制限手段とを具え、該制限手段は、前記始動状態にて最小値から最大値まで変化する出力制限値を設定することを特徴とする。

ここで制限手段によるバッテリ出力の制限としては、モータ出力と略比例する値を制限すればよく、例えばバッテリの出力電流(バッテリ電流)、バッテリ電力、バッテリ電圧降下幅、或いはモータ出力そのもの(モータトルク×回転数)を制限することが可能である。

上記本発明の電動車輌によれば、走行開始時点から始動状態を経て通常走行状態に移行する場合の始動状態、即ち、登坂発進時には急発進の可能性が低く、平地発進では急発進の可能性が高い区間において最小値から最大値まで変化する出力制限値を用いてバッテリ出力を制御することが出来る。従って、登坂発進時には、アクセル操作に応じてバッテリ電流が増大するが、制限手段によるバッテリ出力の制限を受けることはない。この結果、バッテリ電流の増大に応じて、モータ出力が増大すると共に車速も徐々に増大する。

一方、平地発進においては、アクセル操作に応じてバッテリ電流が増大し、これに応じてモータ出力が増大せんとするが、制限手段によるバッテリ出力の制限を受けることにより、モータ出力の急激な増大が抑制されると共に、車速の急激な増大も抑制される。この結果、車速は徐々に増大することになる。
制限手段によるバッテリ出力の制限値が上限最大値に設定された後は、モータトルクは徐々に減少するが、走行負荷が小さいため車速は増大を継続する。

具体的構成において、前記制限手段は、前記過程におけるバッテリの出力電流を制限するものであって、前記始動状態にて最小値から最大値まで漸増するバッテリ電流上限値を設定する。
ここで、前記制限手段が前記始動状態にて設定するバッテリ電流上限値は、登坂発進時の前記始動状態におけるバッテリの出力電流の変化に沿って該出力電流を下回ることのない様に漸増する。

該具体的構成によれば、登坂発進時において、バッテリの出力電流は制限手段によるバッテリ電流上限値を越えることなく漸増するので、これによって充分なモータ出力が得られる。

他の具体的な構成において、前記制限手段は、前記通常走行状態にて一定のバッテリ電流上限値を設定する。
これによって、通常走行状態でのモータ出力が一定となり、モータトルクの減少に応じて車速の増加幅は減少する。

尚、走行開始時点は、モータの回転数、車速、或いはアクセル開度に基づいて検知することが出来る。
又、走行開始時点から始動状態を経て通常走行状態に移行する過程は、走行開始時点からの経過時間や走行距離に応じて規定することが出来る。

本発明に係る電動車輌によれば、バッテリ出力の制限として従来の上限値一定の制限に代えて、始動状態にて最小値から最大値まで変化する出力制限値を採用しただけの簡易な構成により、登坂発進時には充分なトルクが得られる一方、平地発進時には急発進が防止される。

以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係る電動車輌は、図１に示す如くバッテリ(４)の電力をインバータ(３)を経てモータ(５)に供給することによって走行するものであり、アクセル(１)の操作量(開度)に応じたトルク指令がコントローラ(２)へ供給され、該コントローラ(２)によってインバータ(３)の動作が制御される。

尚、コントローラ(２)は、図１の如くバッテリ(４)の出力電流(バッテリ電流)に基づいてインバータ(３)を制御する構成例と、図２の如くバッテリ電流とモータ回転数に基づいてインバータ(３)を制御する構成例があり得るが、後述の実施例は図２の構成例について説明する。

コントローラ(２)は、モータ(５)を駆動するためのトルク制御において、図５に示す如く、走行開始時点(図５の例では測定開始から２秒間が経過した時点)から、始動状態(図５の例では走行開始時点から４秒間が経過する時点までの状態)を経て、通常走行状態(図５の例では走行開始時点から４秒間が経過した以後の状態)に移行する過程で、バッテリ(４)の出力電流(バッテリ電流)と、モータ(５)の出力トルク(モータトルク)に制限を加える。

バッテリ電流の上限値は、測定開始時点から走行開始時点まではバッテリ電流上限最小値で一定に維持され、始動状態ではバッテリ電流上限最小値からバッテリ電流上限最大値まで漸増し、通常走行状態ではバッテリ電流上限最大値で一定に維持される。
一方、モータトルクの上限値は、経過時間に拘わらず一定である。

図３は、バッテリ電流の上限値を計算して設定するための手続きを示している。
先ずステップＳ１では、停止状態であるか否かを判断し、イエスの場合はステップＳ２に移行して、バッテリ電流上限値Ｉ_LIMITとしてバッテリ電流上限最小値Ｉ_MINを設定する。

ステップＳ１にてノーと判断されたときは、ステップＳ３にて更に始動状態であるか否かを判断し、イエスと判断されたときはステップＳ４に移行して、始動状態におけるバッテリ電流上限値Ｉ_LIMITを設定する。即ち、ステップＳ４では、バッテリ電流上限最小値Ｉ_MIN、バッテリ電流上限最大値Ｉ_MAX、始動状態開始からの経過時間Ｔ、及び始動状態の継続時間Ｔ_ONに基づいて、比例配分により任意時点のバッテリ電流上限値Ｉ_LIMITを設定する。一方、ステップＳ３にてノーと判断されたときは、ステップＳ５にて、通常走行状態におけるバッテリ電流上限値Ｉ_LIMITとしてバッテリ電流上限最大値Ｉ_MAXを設定する。

図４は、“停止状態”、“始動状態”及び“通常走行状態”を判定するための手続きを示している。
先ずステップＳ１１では、現在の車輌の状態が停止状態であるか否かを判断し、イエスと判断されたときはステップＳ１２に移行して、モータ回転数ωがモータ始動判定回転数ω_ON以上であるか否かを判断する。ここでイエスと判断されたときは、ステップＳ１３にて“始動状態”であると判定する。また、この時に停止状態から始動状態へ移行する(走行が開始される)ので、この時点が走行開始時点として検出され、タイマのカウント(走行開始時点からの経過時間Ｔの計測)が開始される)。
これに対し、ステップＳ１２にてノーと判断されたときは、ステップＳ１４にて“停止状態”と判定し、Ｔ＝０にリセットする。

ステップＳ１１にてノーと判断されたときは、ステップＳ１５に移行して、モータ回転数ωがモータ始動判定回転数ω_OFF以下であるか否かを判断する。ここでイエスと判断されたときは、ステップＳ１４にて“停止状態”であると判定し、Ｔ＝０にリセットする。
ステップＳ１５にてノーと判断されたときは、更にステップＳ１６にて走行開始時点からの経過時間Ｔが始動状態の継続時間Ｔ_ON以下であるか否かを判断する。ここで、イエスと判断されたときはステップＳ１７にて“始動状態”であると判定し、ノーと判断されたときはステップＳ１８にて“通常走行状態”であると判定する。

上記本発明の電動車輌においては、図５に示す如く登坂発進時には、アクセル操作に応じてバッテリ電流が増大するが、ここで、始動状態でのバッテリ電流上限値は、始動状態でのバッテリ電流を下回ることのない値に設定されているので、モータトルクが大きくとも車速の上がらない登坂発進時には、バッテリ電流がバッテリ電流上限値の制限を受けることはない。
このバッテリ電流の増大に応じて、モータトルクが増大すると共に車速も徐々に増大している。

走行開始時点から約２秒経過時点では、モータトルクがモータトルク制限値による制限状態となる。この状態においてもバッテリ電流が増大するため、モータトルクは略一定値を維持し、車速は更に増大する。
その後、バッテリ電流がバッテリ電流制限状態となると、モータに供給される電力は略一定となるが、モータトルクが徐々に減少するため、車速の増大は減少する。

この様に、登坂発進時には、始動状態でバッテリ電流が制限を受けないため、登坂に必要なモータトルクが確保され、車速は増大することになる。

一方、平地発進においては、図６に示す如く、アクセル操作に応じてバッテリ電流が増大し、これに応じてモータトルクが急激に増大せんとするが、実際には、走行開始時点の直後にバッテリ電流がバッテリ電流上限値の制限を受けるため、図７の如くバッテリ電流は、走行開始時点から約１秒間が経過した後、バッテリ電流上限値の変化に沿って徐々に増大する。
この結果、モータトルクの急激な増大は抑制されると共に、車速の急激な増大も抑制され、車速は徐々に増大することになる。

図７の例では、モータトルクは、走行開始時点から約１秒間が経過するまでは増大しているが、バッテリ電流の増大が抑制されているため、モータトルク制限値に至る前に、車速の増大に応じてモータトルクは減少に転じている。

バッテリ電流がバッテリ電流上限最大値に達し、通常走行状態に移行した後は、バッテリ電流が略一定となり、これによってモータ出力が略一定となるので、モータトルクは更に減少するが、走行負荷が小さいため、車速は増大を継続することになる。

この様に、平地発進時には、始動状態でバッテリ電流が制限を受けるため、車速の急激な増大が抑制されて、急発進が防止されることになる。

尚、始動状態の区間は、平地発進時において急発進が起こり得る期間を含んで設定する。実施例では４秒に設定されている。急発進が起こり得る期間はモータの出力や車重により変化するが、例えば、平地発進時においてアクセル操作に応じてバッテリ電流が急激に増大する期間を含む区間であればよい。又、始動状態の区間は平地発進時において加速を抑えたい場合には長く設定するとよい。バッテリ電流が急激に増大する期間としては次の期間が考えられる(図６ではどれも走行開始時点からＡ時点となる)。
・走行開始時点から図６のバッテリ電流が最初に電流制限を受けるまでの間
・走行開始時点から図６のバッテリ電流の最初の極点
・図６及び図５の走行開始時点を合わせたときの走行開始時点から図６のバッテリ電流と図５のバッテリ電流との差が最大になるまでの間

本発明に係る電動車輌において、バッテリ電流上限値の変化曲線は、最大傾斜登坂時においてスロットル全開した場合のバッテリ電流出力曲線(図５のバッテリ電流)を下回らないように設定され、且つ平地発進時においてスロットル全開した場合のバッテリ電流出力曲線(図６のバッテリ電流)を少なくとも一部の区間で下回るように設定される。

バッテリ電流上限値の曲線は、最大登坂時におけるバッテリ出力曲線を下回らないものとなっているが、実用に耐え得る範囲内であれば下回ってもよい。また、平地発進において、モータの加速度への影響が少ない時点(モータトルク(バッテリ電流)の低い時点)であれば、バッテリ電流上限値の曲線がバッテリ出力曲線を上回ってもよい。

上述の最大傾斜は、電動車輌が走行し得る最大の傾斜角度、例えば約６.８度(勾配１２％)に設定することが出来る。
但し、最大傾斜はこれに限らず、モータを最大トルク(最大スロットル)で回しても急加速しない傾斜、例えば人間が加速に対して不安を感じることとなる０.３Ｇを上回ることのない傾斜に設定することも可能である。

上述の如く、本発明に係る電動車輌によれば、バッテリ電流の制限として従来の上限値一定の制限に代えて、始動状態にて最小値から最大値まで漸増する電流制限値を採用しただけの簡易な構成により、登坂発進時には充分なトルクが得られる一方、平地発進時には急発進が防止される。従って、発進時にスリップが生じることはなく、安全性や乗り心地も良好である。

尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、上記実施例では、バッテリ電流を制限しているが、モータ出力と略比例する値を制限すればよいので、例えばバッテリ電流、バッテリ電力、或いはモータ出力そのもの(モータトルク×回転数)を制限することも可能である。又、バッテリ電圧は図８に示す如くバッテリ電流が大きい程、大きく降下する特性があるので、バッテリ電圧降下幅をバッテリ電流に略比例する値として採用することも可能である。又、バッテリ電流に代えて、インバータに供給される電流として、直流電源電流や昇圧回路等の電源回路出力電流を採用することも可能である。

上記実施例では、バッテリ出力制限値の曲線は、直線的に変化しているが、これに限らずステップ状に変化するもの、変化の途中で増減するもの等、種々の変化曲線を採用することが出来る。
更に、モータトルクの制限に代えて、モータ電流を制限することも可能である。

走行開始時点は、モータの回転数に限らず、車速やアクセル開度に基づいて検知することが出来る。又、走行開始時点からの経過時間に代えて、走行開始からの走行距離やモータ回転数の積分値に基づいて、停止状態、始動状態及び通常走行状態を判定することも可能である。

本発明に係る電動車輌の構成を示すブロック図である。本発明に係る電動車輌の他の構成を示すブロック図である。バッテリ電流上限値の計算手順を示すフローチャートである。停止状態、始動状態及び通常走行状態の判定手順を示すフローチャートである。本発明に係る電動車輌における登坂発進時のモータトルク、バッテリ電流及び車速の変化を表わすグラフである。バッテリ電流の制限がない場合の平地発進時のモータトルク、バッテリ電流及び車速の変化とバッテリ電流制限値との関係を説明するグラフである。本発明に係る電動車輌における平地発進時のモータトルク、バッテリ電流及び車速の変化を表わすグラフである。バッテリ電圧降下幅とバッテリ電流の関係を示すグラフである。従来の電動車輌における登坂発進時のモータトルク、バッテリ電流及び車速の変化を表わすグラフである。従来の電動車輌における平地発進時のモータトルク、バッテリ電流及び車速の変化を表わすグラフである。

符号の説明

(１) アクセル
(２) コントローラ
(３) インバータ
(４) バッテリ
(５) モータ

Claims

アクセル操作に応じたコントローラによるトルク制御の下、バッテリの電力をモータに供給して走行する電動車輌において、前記コントローラは、走行開始時点を検知する検知手段と、走行開始時点から始動状態を経て通常走行状態に移行する過程におけるバッテリの出力を制限する制限手段とを具え、該制限手段は、前記始動状態にて最小値から最大値まで変化する出力制限値を設定し、
前記始動状態は、前記走行開始時点から所定の期間までを示す
ことを特徴とする電動車輌。
前記制限手段は、前記過程におけるバッテリの出力電流を制限するものであって、前記始動状態にて最小値から最大値まで漸増するバッテリ電流上限値を設定する請求項１に記載の電動車輌。
前記制限手段が前記始動状態にて設定するバッテリ電流上限値は、登坂発進時の前記始動状態におけるバッテリの出力電流の変化に沿って該出力電流を下回ることのない様に漸増する請求項２に記載の電動車輌。
前記制限手段は、前記通常走行状態にて一定のバッテリ電流上限値を設定する請求項２又は請求項３に記載の電動車輌。
前記制限手段は、走行開始時点からの経過時間に応じて制限値を設定するものである請求項１乃至請求項４の何れかに記載の電動車輌。
前記検知手段は、モータの回転数に基づいて走行開始時点を検知するものである請求項１乃至請求項５の何れかに記載の電動車輌。