省エネ走行機能付き自動車
【課題】走行駆動の動力源として電動モータを備えた自動車であって、走行時のエネルギー効率を低コストで向上させることができる省エネ走行機能付き自動車を提供する。
【解決手段】電動モータ３に電力を供給する電力供給装置１０と、車輪４への動力を変動させる動力変動手段を備え、アクセル操作量によって電動モータ３への駆動電流の指令値が定まるように電力供給装置１０を構成し、車両及び電動モータ３の特性に基づき走行時のパワー損失を求めるモデル式を予め求め、車速及び駆動電流の検出値によって、車輪４に伝動する動力を変化させるための制御値のみが変数となるモデル式を導出し、該モデル式からパワー損失を小さくする制御値を求め、該制御値に基づいて動力変動手段を制御する省エネ走行制御を制御部に設け、該制御部は、電動モータ３の動力のみで車輪４が駆動されている間、省エネ走行制御を実行する。
【解決手段】電動モータ３に電力を供給する電力供給装置１０と、車輪４への動力を変動させる動力変動手段を備え、アクセル操作量によって電動モータ３への駆動電流の指令値が定まるように電力供給装置１０を構成し、車両及び電動モータ３の特性に基づき走行時のパワー損失を求めるモデル式を予め求め、車速及び駆動電流の検出値によって、車輪４に伝動する動力を変化させるための制御値のみが変数となるモデル式を導出し、該モデル式からパワー損失を小さくする制御値を求め、該制御値に基づいて動力変動手段を制御する省エネ走行制御を制御部に設け、該制御部は、電動モータ３の動力のみで車輪４が駆動されている間、省エネ走行制御を実行する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、動力源として電動モータを備えた省エネ走行機能付き自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の環境問題への関心の高まりにより、排気ガスを出す内燃機関に代えて、電動モータを動力源として用いた自動車の開発が急速に進められている。このような自動車はバッテリからの電力供給によって電動モータを駆動するのが一般的であるが、バッテリ１回の充電で走行できる距離がガソリンエンジン等の内燃機関を用いた場合に比べて短く、走行時のエネルギー効率を如何に向上させるかが重要になる。
【０００３】
例えば、電動モータに電力を供給する電力供給装置と、電動モータからの動力を車輪に伝動する伝動装置と、電力供給装置から電動モータに供給される駆動電流の値を検出する電流値検出手段とを備え、車輪に伝動される動力を変化させる動力変動手段を前記電動モータ又は前記伝動装置に設け、動力変動手段を介して車輪の駆動を制御する制御部を設けた特許文献１に示す自動車が公知になっている。
【０００４】
具体的には、ステータと、該ステータに対して同一軸で且つ回転自在なロータとを備え、駆動電流が供給されるコイル巻線をスタータに設けるとともに該コイル巻線と対向する永久磁石をロータに設けた電動モータであって、該電動モータは、ステータをロータに対して軸方向に移動させ、これによって有効磁束を変化させ、動力を変動させる。
【０００５】
そして、制御部は駆動電流をＰＷＭ制御し、駆動電流のデューティ比が最大になったことが検出された場合には、動力変動手段を介して有効磁束を減少させることにより、走行効率を向上させている。
【０００６】
しかし、ＰＷＭ制御時の駆動電流のデューティ比が最大か否かという２段階の大雑把な制御であり、エネルギー効率を向上させるという観点で、不十分なものである。そして、これは、動力変動手段として、電動モータから車輪に伝動される動力の回転数を変速する変速装置を用いた場合でも同様である。
【０００７】
ところで、内燃機関であるエンジンを動力源として備え、エンジンから車輪に伝動される動力の回転数を変速する変速装置と、変速装置の変速制御を行うマイコン（制御部）と、エンジン回転数検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、エンジンへの燃料供給量を定めるスロットル開度を検出するスロットル開度検出手段と備え、スロットル開度及び車速から燃費が良好になるエンジン回転数が導出される３次元の高燃費用変速マップを予め作成してマイコンの記憶部に記憶し、マイコンが、検出されるエンジン回転数、車速及びスロットル開度から、高燃費用変速マップに基づいて、変速装置の変速制御を行い、燃費効率を向上させた特許文献２に示す自動車が公知になっている。
【０００８】
この高燃費用変速マップは、スロット開度に代えて駆動電流を変数にすることにより、電動モータを動力源として用いる場合にも作成可能であり、これによって、動力変動手段（変速装置）の動力変動制御を細かく行い、走行効率を向上させることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２２０１０８号公報（第２図）
【特許文献２】特開２００８−１６４０２８号公報（第３−５図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、高燃費用変速マップは、実機を用いた膨大な実験データに基づいて作成されるものであり、しかも、動力源と動力変動手段との組合せ等で変化するため、その作成には時間と手間が掛かり、コストが高くなる。
【００１１】
本発明は、走行駆動の動力源として電動モータを備えた自動車であって、走行時のエネルギー効率を低コストで向上させることができる省エネ走行機能付き自動車を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、第１に、電動モータ３に電力を供給する電力供給装置１０と、電動モータ３からの動力を車輪４に伝動する伝動装置９と、電力供給装置１０から電動モータ３に供給される駆動電流の値を検出する電流値検出手段２３と、車速を検出する車速検出手段２６とを備え、車輪４に伝動される動力を変化させる動力変動手段を前記電動モータ３又は前記伝動装置９に設け、動力変動手段を介して車輪４の駆動を制御する制御部２２を設けた自動車において、アクセル操作検出手段１２で検出されるアクセル操作量によって駆動電流の指令値が定まるように電力供給装置１０を構成し、車両及び電動モータ３の特性に基づき、走行時のパワー損失を求めるモデル式を前もって求め、検出される車速及び駆動電流の値によって、車輪４に伝動する動力を変化させるための制御値のみが変数となるモデル式を導出し、該モデル式からパワー損失を小さくする制御値を求め、該求められた制御値に基づいて、パワー損失が小さくなるように動力変動手段を制御する省エネ走行制御を前記制御部２２に設け、該制御部２２は、電動モータ３からの動力のみによって車輪４が駆動されている間のみ、省エネ走行制御を実行することを特徴としている。
【００１３】
第２に、電動モータ３から車輪４に伝動される動力を変速する変速機構１７を伝動装置９に設けることにより動力変動手段を構成し、制御値が電動モータ３から車輪４に動力を伝動する場合における変速比の値になることを特徴としている。
【００１４】
第３に、励磁電流の変更より電動モータ３内の磁界を変動させる電磁石３９によって前記動力変動手段を構成し、制御値が上記励磁電流の値になることを特徴としている。
【００１５】
第４に、電動モータ３内での変位により電動モータ３内の磁界を変動させる永久磁石４２によって前記動力変動手段を構成し、制御値が永久磁石４２の変位量になることを特徴としている。
【００１６】
第５に、電動モータ３の温度を検出する温度検出手段３２を設け、制御部２２は、省エネ走行モードの実行中、温度検出手段３２により検出される温度によって、上記モデル式に含まれるパラメータの少なくとも一部を変動させることを特徴としている。
【００１７】
第６に、電流値検出手段２３は、フィルタ２０を介して、上記駆動電流の値を検出することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
走行時のパワー損失を求めるモデル式を前もって求め、検出される車速及び駆動電流の値によって、車輪に伝動する動力を変化させるための制御値のみが変数となるモデル式を導出し、該モデル式からパワー損失を小さくする制御値を求め、該求められた制御値に基づいて、パワー損失が小さくなるように動力変動手段を制御するため、作成に時間や手間が掛かりコスト高になる変速マップを用いる場合と比較して、走行時のエネルギー効率を低コストで向上させることが可能になる。
【００１９】
これに加えて、アクセル操作検出手段で検出されるアクセル操作量によって駆動電流の指令値を定めるように電力供給装置を構成することにより、アクセル操作量に応じて電動モータが直接的に制御されるため、アクセル操作に応じて応答良く車速が増減されるとともに、このアクセル操作が反映された駆動電流に応じて、動力変動手段が制御されるため、アクセル操作の応答性と走行時のエネルギー効率の向上を高次元で両立できる。
【００２０】
また、電動モータの温度を検出する温度検出手段を設け、制御部は、省エネ走行モードの実行中、温度検出手段により検出される温度によって、上記モデル式に含まれるパラメータの少なくとも一部を変動させることにより、温度情報が加味され、走行時のエネルギー効率がさらに向上する。
【００２１】
さらに、電流値検出手段は、フィルタを介しているので、より正確に駆動電流値と位相情報を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明を適用した自動車の構成を示す概念図である。
【図２】本自動車に搭載された制御部のブロック図である。
【図３】制御部が行う走行制御の処理フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本願発明者らは、走行時のエネルギー効率を向上させるべく、走行時における仕事率（パワー）の損失を算出するモデル式（パワー損失式）を求める。ここで、上記パワー損失式を求める難易度は、電動モータを動力源として用いる場合の方が、内燃機関であるエンジンを動力源として用いる場合よりも易しいことを発見し、本発明はこれを利用したものである。
【００２４】
以下図示する例に基づき本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明を適用した自動車の構成を示す概念図である。自動車１は、動力源として、内燃機関であるエンジン２及び電動モータ３を備えたハイブリット型の四輪自動車であり、駆動方式はＦＦ駆動方式を採用している。なお、電動モータ３のみで走行駆動するモードを有する自動車であれば本発明を適用可能であり、二輪車でもよく、このため、動力源として電動モータ３のみを備えた電気自動車でもよく、駆動方式もＦＦ駆動方式に限定されずにＦＲ駆動方式やＭＲ駆動方式等でもよい。
【００２５】
この他、図示する自動車は、前側の左右の車輪（前輪）４，４と、後側の左右の車輪（後輪）６，６と、旋回時等における左右の車輪４，４，６，６の回転数差を吸収する差動歯車装置（デフ）７，８と、エンジン２及び電動モータ３の動力を車輪４，４に伝動する伝動装置９と、アクセルペダル（アクセル操作具）１１と、アクセルペダル１１を介したアクセル操作及びその操作量を検出するアクセル操作検出手段であるアクセルポテンショメータ１２と、バッテリ１３と、アクセルポテンショメータ１２によって検出されたアクセル操作量に応じた電力を上記バッテリ１３から電動モータ３に供給する電力供給回路であるインバータ１４と、エンジン２の動力によって発電駆動されるとともに該発電した電力をバッテリ１３に供給するオルタネータ１６とを備えている。ちなみに、このバッテリ１３及びインバータ１４によって電力供給装置１０が構成されている。
【００２６】
上記伝動装置９は、車輪４，４に伝動する動力の回転数を無段階で変速するＣＶＴ（変速機構，動力変動手段）１７と、エンジン２からＣＶＴ１７への動力伝動を断続させる油圧式のエンジン側クラッチ１８と、電動モータ３からＣＶＴ１７への動力伝動を断続させる油圧式の電動モータ側クラッチ１９と、エンジン２からオルタネータ１６への動力伝動を断続させる油圧式の発電側クラッチ２１とから構成されており、上記ＣＶＴ１７は、動力源２，３からの動力が伝動されるプーリ（図示しない）と、車輪４，４側に動力を伝動するプーリ（図示しなに）と、該一対のプーリに掛け回されるＶベルト（図示しない）とを備え、この一対のプーリ及びＶベルトは、変速アクチュエータ（図示する例では電動モータ）１５によって、無段階で変速駆動される。なお、変速機構１７として、複数の変速段を有するトランスミッション等を採用してもよい。
【００２７】
また、この自動車１は、減速時や下り坂の走行時に電動モータ３を発電機として利用し、この発電した電力を、インバータ１４等を介して、或いは直接的に、バッテリ１３に戻す回生充電機能を備えている。
【００２８】
該構成の自動車１は、モータ側クラッチ１９を接続作動させ且つエンジン側クラッチ１８を切断作動させて電動モータ３のみの動力で走行駆動されるモータ走行モードと、モータ側クラッチ１９を切断作動させ且つエンジン側クラッチ１８を接続作動させてエンジン２の動力のみで走行駆動されるエンジン走行モードとの２つの走行モードを有する。
【００２９】
また、この自動車１には、エンジン２の駆動時に発電側クラッチ２１を接続作動させ、オルタネータ１６を発電駆動させ、この発電した電力をバッテリに蓄える充電モードと、発電側クラッチ２１を切断作動させてオルタネータ１６を停止状態とする非充電モードとを有している。
【００３０】
さらに、本自動車１によれば、運転手がアクセル操作を行うと、該アクセル操作及びその操作量がアクセルポテンショメータ１２によって検出され、この検出されたアクセル操作量に応じて、インバータ１４から電動モータ３に供給される電力の電流（駆動電流）の指令値が定まり、実際に検出される駆動電流がこの指令値に近づくようにインバータ１４がダイレクトに作動し、これによって、バッテリ１３から電動モータ３に供給される駆動電流の値が直接的に変化するため、運転手が違和感無く、走行速度の増減速操作を行うことが可能になる。ちなみに、指令値と、その指令の直後に検出される駆動電流とが異なるのは、該駆動電流の値が、走行している道路の傾斜角度や、風速（空気摩擦）や、車輪４，６の摩擦等によっても変動するためである。言換えると、駆動電流の値には、そのような走行状態に関する情報が反映されている。本願発明では、この駆動電流の値に含まれている情報に着目し、これを利用する。
【００３１】
そして、変速アクチュエータ１５を介してＣＶＴ１７により走行変速を行う（動力変動手段により動力変動制御を行う）走行制御と、モータ側クラッチ１９及びエンジン側クラッチ１８を介した走行モードの切換制御と、発電側クラッチ２１を介した充填モードと非充電モードとの切換制御を、マイコン等からなる制御部２２（図２参照）によって行う。
【００３２】
図２は、本自動車に搭載された制御部のブロック図である。
制御部２２の入力側には、インバータ１４からの上記駆動電流の値をフィルタ２０を介して検出する電流センサ（電流値検出手段）２３と、デフ７、８の伝動上流側に設置されて走行速度（車速）を検出する車速センサ（検出手段）２６と、モータ側クラッチ１９の断続を検出するモータ側クラッチセンサ２７と、エンジン側クラッチ１８の断続を検出するエンジン側クラッチセンサ２８と、発電側クラッチ２１の断続を検出する発電側クラッチセンサ２９と、ＣＶＴ１７のその時点での変速比を検出する変速ポテンショメータ３１と、電動モータ３の温度を検出する温度センサ（温度検出手段）３２と、バッテリ１３の残量を検出するバッテリ残量検出手段３３とが、接続されている。
【００３３】
ちなみに、インバータ１４は、電動モータ３が直流モータの場合にはＰＷＭ制御の直流電圧を生成し、電動モータ３が交流モータ３の場合には三相交流電圧を生成する。また、フィルタ２０は、インバータ１４から出力される駆動電流から、所定の物理量（例えば、ＰＷＭ制御された駆動電流の平均値、三相交流の駆動電流のｄ軸成分とｑ軸成分）を抽出し、この物理量を電流センサ２３によって検出する。これによって検出精度や制御性能が向上する。
【００３４】
制御部２２の出力側には、変速アクチュエータ１５と、作動油の供給・排出によってモータ側クラッチ１９を断続作動させる油圧等バルブからなるモータ側クラッチ断続手段３４と、作動油の供給・排出によってエンジン側クラッチ１８を断続作動させる油圧バルブ等からなるエンジン側クラッチ断続手段３６と、作動油の供給・排出によって発電側クラッチ２１を断続作動させる油圧バルブ等からなる発電側クラッチ断続手段３７と、エンジン２を始動・停止させるエンジン始動・停止手段３８とが接続されている。
【００３５】
制御部２２は、走行状態によって走行モードの切換を行うとともに、バッテリ１３の残量によって充電モードと非充電モードとの切換を行う。例えば、バッテリ１３の残量が少なくなった場合にはエンジン走行モード、バッテリ１３の残量が多い場合にはモータ走行モードへの切換を行ってもよいし、車速が低速の場合には、モータ走行モード、車速が高速の場合にはエンジン走行モードへの切換を行う等の切換制御を行う。また、バッテリ１３の残量が少なくなった場合には充電モード、バッテリ１３の残量が多い場合には非充電モードへの切換を行ってもよい。
【００３６】
この他、この制御部２２は、モータ走行モードでの走行時におけるエネルギー効率を向上（具体的には、走行時におけるバッテリ１３の電力消費量を低下）させるために、前記走行制御を行う。
【００３７】
図３は、制御部が行う走行制御の処理フロー図である。
制御部２２は、所定時間毎（具体的には、０．００１〜０．５秒間隔）に、この制御を実行する。処理が開始されると、ステップＳ１に進む。ステップＳ１では、エンジン側クラッチセンサ２８によって、エンジン側クラッチ１８の断続検出を行い、エンジン側クラッチ１８が接続状態であれば、モータ走行モードに切換えられている状態ではないため、処理を終了させる一方で、エンジン側クラッチ１８が切断状態であれば、ステップＳ２に進む。
【００３８】
ステップＳ２では、モータ側クラッチセンサ２７によって、モータ側クラッチ１９の断続検出を行い、モータ側クラッチ１９が切断状態であれば、モータ走行モードに切換えられている状態ではないため、処理を終了させる一方で、モータ側クラッチ１９が接続状態であれば、モータ走行モードに切換えられている状態であるため、ステップＳ３に進む。
【００３９】
このようにステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３と処理が進むと、該ステップＳ３→・・・以降の処理で、省エネ走行制御が実行される。すなわち、走行モードがモータ走行モードになっている場合のみ、制御部２２に設けられた省エネ走行制御が実行される。
【００４０】
ステップＳ３では、電流センサ２３によって駆動電流の値を検出し、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、車速センサ２６によって車速を検出し、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、温度センサ３２によって電動モータ３の温度を検出し、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、自動車１の車両の特性及び電動モータ３の特性が各種パラメータとして含まれるようにして前もって求められたパワー損失式に、検出された駆動電流及び車速の値を代入し、ステップＳ７に進む。
【００４１】
ちなみに、パワー損失式は、制御対象であるＣＶＴに基づいて定まる車輪４，４への変速比（制御値）を変数としており、検出された駆動電流及び車速の値が代入されることにより、制御値のみを変数とするパワー損失式が求まる。この他、上記パラメータのうち、少なくとも電動モータ３に関するパラメータであって、温度に左右されるものは、前記検出された温度によって、その値を変化させる。このパワー損失式の詳細は後述する。
【００４２】
ステップＳ７では、パワー損失式に基づき、走行時の損失パワーを最小にする（小さくする）方程式を導出し、この方程式を解くことによって制御値を求め、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、上記求められた制御値が、実際の制御値（具体的には、変速ポテンショメータ３１によって検出される制御値）と同一又は最も近い値になるように、変速アクチュエータ１５によってＣＶＴ１７の変速制御を行い、処理を終了させる。
【００４３】
該構成によれば、その時点での、アクセル操作量と、車速と、駆動電流の値に反映された道路の傾斜や車輪３，４の摩擦や風速等とに応じて、パワー損失を最小又は小さくする制御値が適宜算出され、これによってＣＶＴ１７が適宜、動力変動制御されるため、走行時におけるエネルギー効率を向上させることができる。
【００４４】
なお、上述した例では、電動モータ３から車輪４，４に伝動される動力の回転数を、ＣＶＴ１７によって変動させ、この場合における回転数の変速比を制御値としたが、他の手段によって動力を変動させる動力変動手段を構成してもよい。
【００４５】
上述の例では、ステータと、該ステータに対して同一軸で且つ回転自在なロータとを備え、駆動電流が供給されるコイル巻線をスタータに設けるとともに該コイル巻線と対向する永久磁石をロータに設けた電動モータ３等を用いたが、図２に仮想線で示すように、永久磁石の代わりに電磁石３９を用いた可変磁界モータを用いてもよい。
【００４６】
そして、図２及び図３に仮想線で示す通り、電磁石３９に供給する励磁電流の値を変更させることにより、動力発生時に有効に作用する磁界の磁束である有効磁束を変化させ、これによって発生する動力を変動させるものであり、この電磁石３９に供給される励磁電流を変化させる励磁電流発生・変動手段４１が制御部の出力側に接続されている。
【００４７】
この電磁石３９によって上記動力変動手段が構成され、この場合の制御値は励磁電流値になり、該構成によれば、変速機構１７を省略することも可能であるし、該電磁石３９と変速機構１７を組合せて用いてもよい。ちなみに、この制御値は、制御部２２からの出力値であるため、この値を検出するために別途センサ等の検出手段を制御部２２の入力側に設ける必要はない。
【００４８】
また、電動モータ３でも、上記磁石として可動式の永久磁石４２を用い、この永久磁石４２を動力変動手段としてもよい。すなわち、この永久磁石４２のコイル巻線に対する相対位置を変位させることにより、有効磁束を変化させる。
【００４９】
該構成としては、例えば、上述した特許文献１に示すものであり、具体的には、図２及び図３に仮想線で示す通り、ステータをロータに対して軸方向に移動させる移動アクチュエータ４３を制御部２２の出力側に接続する一方で、制御部２２の入力側に、永久磁石４２のコイル巻線に対する変位量を検出する変位量検出手段４４を接続し、この変位量を制御値とする。
【００５０】
この可動式の永久磁石４２によって、変速機構１７を省略することも可能であるし、この可動式の永久磁石４２と変速機構１７を組合せてもよい。
【００５１】
次に、パワー損失式について説明する。
まず、動力変動手段としてＣＶＴ１７のみを用いた場合のパワー損失式について、説明する。駆動電流をｉｂとし、駆動モータ３のトルク定数をＫとし、電動モータ３の回転数に対する車速の比である変速比をｎとすると、自動車１の駆動力Ｆｐは以下の式で表される。
【００５２】
【数１】
【００５３】
また、車速をｖ、車体の質量をＭｂ、電動モータ３の慣性モーメントをＨｍ、走行時の加速度をａ、空気圧力抵抗係数をＦａ、転がり抵抗力をＦｒ、走行面の水平面に対する傾斜をΦ、傾斜Φ時における重力をＧ（Φ）とすると、運動方程式は以下の式で表される。ちなみに、以下の式におけるＭｂ＋ｎ２Ｈｍは車体の等価質量を意味している。
【００５４】
【数２】
【００５５】
ここで、減速時における運動エネルギーの減少分や、下り坂走行時における位置エネルギーの減少分は、上述した回生充電機能により、電気エネルギーに変換され、バッテリ１３に蓄えられるものとする。そして、パワー損失をｐとし、電動モータ３の電気抵抗をＲとし、電動モータ３のヒステリシス損係数をＨｙとし、電動モータ３の過電流損係数をＥｄとし、インバータ１４の順方向電圧降下をＶｄとすると、このパワー損失ｐは、ここでは、熱損失と同義であるため、この熱損失を求めるパワー損失式は以下のように表される。
【００５６】
【数３】
【００５７】
すなわち、パワー損失を、電動モータ３の抵抗熱及びヒステリシス損と、インバータ１４の順方向電圧降下による損失と、車両の空気抵抗よる損失と、車輪４の転がり抵抗による損失とで、モデル化する。ここで、駆動電流ｉｂが変速比ｎに線形的に依存することに注意すると、このパワー損失式において、変速比ｎを変数とした場合、パワー損失ｐを最小するには、以下の方程式を解く必要がある。
【００５８】
【数４】
【００５９】
具体的には、以下の２次方程式になる。
【００６０】
【数５】
【００６１】
この変速比ｎについての２次元方程式を解くことにより、パワー損失ｐを最小とする変速比ｎが求まり、実際の変速比が、この求められた該変速比ｎと同一又は近くなるように、ＣＶＴ１７の変速制御が制御部２２を介して行われる。
【００６２】
続いて、動力変動手段として電磁石３９を用いた場合のパワー損失式について、説明する。励磁電流をｉｆとし、駆動モータ３のトルク定数をｋとし、変速比をｎとすると、自動車１の駆動力Ｆｐは以下の式で表される。ちなみに、ＣＶＴ１７はここでは制御対象としないため、変速比ｎは固定値になる。
【００６３】
【数６】
【００６４】
そして、運動方程式は上述した例と同一になり、電磁石３９の抵抗をＲｆとすると、パワー損失式は以下の通り表される。
【００６５】
【数７】
【００６６】
すなわち、前記の例に、電磁石の抵抗熱の損失を加えて、パワー損失式がモデル化される。また、このモデル式において、励磁電流ｉｆを変数とした場合、パワー損失ｐを最小するには、以下の方程式を解く必要がある。
【００６７】
【数８】
【００６８】
具体的には、以下の２次方程式になる。
【００６９】
【数９】
【００７０】
この励磁電流ｉｆについての２次元方程式を解くことにより、パワー損失ｐを最小とする励磁電流ｉｆが導出され、実際の励磁電流が、前記導出された該励磁電流ｉｆと同一又は近くなるように、制御部２２を介して励磁電流の制御が行われる。
【００７１】
続いて、動力変動手段として可動する永久磁石４２のみを用いた場合のパワー損失式について、説明する。永久磁石４２の変位量をθとした場合、運動方程式は、以下の式により算出される。
【００７２】
【数１０】
【００７３】
さらに、パワー損失式は、以下のようになる。
【００７４】
【数１１】
【００７５】
そして、駆動電流ｉｂは変位量θによって変動することに留意して、このパワー損失ｐを最小とするθを求める式は、以下の通りになる。
【００７６】
【数１２】
【００７７】
この方程式も、変位量θのみを変数とする代数方程式であるため、制御部２２によって容易に数値解又はこの数値解に近い値を求めることができる。
【００７８】
また、この可動式の永久磁石４２を用いた動力変動手段に、ＣＶＴ１７を組合せる場合にも、以下の運動方程式及びパワー損失式が求められる。
【００７９】
【数１３】
【００８０】
このパワー損失ｐを最小とする変位量θ及び変速比ｎを求める式は、以下の通りになる。
【００８１】
【数１４】
【００８２】
この連立方程式を解いて数値解を求めれば、パワー損失ｐを最小とする変位量θ及び変速比ｎが求まる。
【００８３】
さらに、この電磁石３９を用いた動力変動手段に、ＣＶＴ１７を組合せる場合にも、同様の手法によって、このパワー損失ｐを最小とする励磁電流ｉｆ及び変速比ｎの値を求めることが可能である。
【符号の説明】
【００８４】
３ 電動モータ（動力源）
４ 前輪（車輪）
９ 伝動装置
１０ 電力供給装置
１２ アクセルポテンショメータ（アクセル操作検出手段）
１７ ＣＶＴ（動力電動手段，変速機構）
２２ 制御部（マイコン）
２３ 電流センサ（電流値検出手段）
２６ 車速センサ（車速検出手段）
３２ 温度センサ（温度検出手段）
３９ 電磁石（動力変動手段）
４２ 永久磁石（動力変動手段）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、動力源として電動モータを備えた省エネ走行機能付き自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の環境問題への関心の高まりにより、排気ガスを出す内燃機関に代えて、電動モータを動力源として用いた自動車の開発が急速に進められている。このような自動車はバッテリからの電力供給によって電動モータを駆動するのが一般的であるが、バッテリ１回の充電で走行できる距離がガソリンエンジン等の内燃機関を用いた場合に比べて短く、走行時のエネルギー効率を如何に向上させるかが重要になる。
【０００３】
例えば、電動モータに電力を供給する電力供給装置と、電動モータからの動力を車輪に伝動する伝動装置と、電力供給装置から電動モータに供給される駆動電流の値を検出する電流値検出手段とを備え、車輪に伝動される動力を変化させる動力変動手段を前記電動モータ又は前記伝動装置に設け、動力変動手段を介して車輪の駆動を制御する制御部を設けた特許文献１に示す自動車が公知になっている。
【０００４】
具体的には、ステータと、該ステータに対して同一軸で且つ回転自在なロータとを備え、駆動電流が供給されるコイル巻線をスタータに設けるとともに該コイル巻線と対向する永久磁石をロータに設けた電動モータであって、該電動モータは、ステータをロータに対して軸方向に移動させ、これによって有効磁束を変化させ、動力を変動させる。
【０００５】
そして、制御部は駆動電流をＰＷＭ制御し、駆動電流のデューティ比が最大になったことが検出された場合には、動力変動手段を介して有効磁束を減少させることにより、走行効率を向上させている。
【０００６】
しかし、ＰＷＭ制御時の駆動電流のデューティ比が最大か否かという２段階の大雑把な制御であり、エネルギー効率を向上させるという観点で、不十分なものである。そして、これは、動力変動手段として、電動モータから車輪に伝動される動力の回転数を変速する変速装置を用いた場合でも同様である。
【０００７】
ところで、内燃機関であるエンジンを動力源として備え、エンジンから車輪に伝動される動力の回転数を変速する変速装置と、変速装置の変速制御を行うマイコン（制御部）と、エンジン回転数検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、エンジンへの燃料供給量を定めるスロットル開度を検出するスロットル開度検出手段と備え、スロットル開度及び車速から燃費が良好になるエンジン回転数が導出される３次元の高燃費用変速マップを予め作成してマイコンの記憶部に記憶し、マイコンが、検出されるエンジン回転数、車速及びスロットル開度から、高燃費用変速マップに基づいて、変速装置の変速制御を行い、燃費効率を向上させた特許文献２に示す自動車が公知になっている。
【０００８】
この高燃費用変速マップは、スロット開度に代えて駆動電流を変数にすることにより、電動モータを動力源として用いる場合にも作成可能であり、これによって、動力変動手段（変速装置）の動力変動制御を細かく行い、走行効率を向上させることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２２０１０８号公報（第２図）
【特許文献２】特開２００８−１６４０２８号公報（第３−５図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、高燃費用変速マップは、実機を用いた膨大な実験データに基づいて作成されるものであり、しかも、動力源と動力変動手段との組合せ等で変化するため、その作成には時間と手間が掛かり、コストが高くなる。
【００１１】
本発明は、走行駆動の動力源として電動モータを備えた自動車であって、走行時のエネルギー効率を低コストで向上させることができる省エネ走行機能付き自動車を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、第１に、電動モータ３に電力を供給する電力供給装置１０と、電動モータ３からの動力を車輪４に伝動する伝動装置９と、電力供給装置１０から電動モータ３に供給される駆動電流の値を検出する電流値検出手段２３と、車速を検出する車速検出手段２６とを備え、車輪４に伝動される動力を変化させる動力変動手段を前記電動モータ３又は前記伝動装置９に設け、動力変動手段を介して車輪４の駆動を制御する制御部２２を設けた自動車において、アクセル操作検出手段１２で検出されるアクセル操作量によって駆動電流の指令値が定まるように電力供給装置１０を構成し、車両及び電動モータ３の特性に基づき、走行時のパワー損失を求めるモデル式を前もって求め、検出される車速及び駆動電流の値によって、車輪４に伝動する動力を変化させるための制御値のみが変数となるモデル式を導出し、該モデル式からパワー損失を小さくする制御値を求め、該求められた制御値に基づいて、パワー損失が小さくなるように動力変動手段を制御する省エネ走行制御を前記制御部２２に設け、該制御部２２は、電動モータ３からの動力のみによって車輪４が駆動されている間のみ、省エネ走行制御を実行することを特徴としている。
【００１３】
第２に、電動モータ３から車輪４に伝動される動力を変速する変速機構１７を伝動装置９に設けることにより動力変動手段を構成し、制御値が電動モータ３から車輪４に動力を伝動する場合における変速比の値になることを特徴としている。
【００１４】
第３に、励磁電流の変更より電動モータ３内の磁界を変動させる電磁石３９によって前記動力変動手段を構成し、制御値が上記励磁電流の値になることを特徴としている。
【００１５】
第４に、電動モータ３内での変位により電動モータ３内の磁界を変動させる永久磁石４２によって前記動力変動手段を構成し、制御値が永久磁石４２の変位量になることを特徴としている。
【００１６】
第５に、電動モータ３の温度を検出する温度検出手段３２を設け、制御部２２は、省エネ走行モードの実行中、温度検出手段３２により検出される温度によって、上記モデル式に含まれるパラメータの少なくとも一部を変動させることを特徴としている。
【００１７】
第６に、電流値検出手段２３は、フィルタ２０を介して、上記駆動電流の値を検出することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
走行時のパワー損失を求めるモデル式を前もって求め、検出される車速及び駆動電流の値によって、車輪に伝動する動力を変化させるための制御値のみが変数となるモデル式を導出し、該モデル式からパワー損失を小さくする制御値を求め、該求められた制御値に基づいて、パワー損失が小さくなるように動力変動手段を制御するため、作成に時間や手間が掛かりコスト高になる変速マップを用いる場合と比較して、走行時のエネルギー効率を低コストで向上させることが可能になる。
【００１９】
これに加えて、アクセル操作検出手段で検出されるアクセル操作量によって駆動電流の指令値を定めるように電力供給装置を構成することにより、アクセル操作量に応じて電動モータが直接的に制御されるため、アクセル操作に応じて応答良く車速が増減されるとともに、このアクセル操作が反映された駆動電流に応じて、動力変動手段が制御されるため、アクセル操作の応答性と走行時のエネルギー効率の向上を高次元で両立できる。
【００２０】
また、電動モータの温度を検出する温度検出手段を設け、制御部は、省エネ走行モードの実行中、温度検出手段により検出される温度によって、上記モデル式に含まれるパラメータの少なくとも一部を変動させることにより、温度情報が加味され、走行時のエネルギー効率がさらに向上する。
【００２１】
さらに、電流値検出手段は、フィルタを介しているので、より正確に駆動電流値と位相情報を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明を適用した自動車の構成を示す概念図である。
【図２】本自動車に搭載された制御部のブロック図である。
【図３】制御部が行う走行制御の処理フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本願発明者らは、走行時のエネルギー効率を向上させるべく、走行時における仕事率（パワー）の損失を算出するモデル式（パワー損失式）を求める。ここで、上記パワー損失式を求める難易度は、電動モータを動力源として用いる場合の方が、内燃機関であるエンジンを動力源として用いる場合よりも易しいことを発見し、本発明はこれを利用したものである。
【００２４】
以下図示する例に基づき本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明を適用した自動車の構成を示す概念図である。自動車１は、動力源として、内燃機関であるエンジン２及び電動モータ３を備えたハイブリット型の四輪自動車であり、駆動方式はＦＦ駆動方式を採用している。なお、電動モータ３のみで走行駆動するモードを有する自動車であれば本発明を適用可能であり、二輪車でもよく、このため、動力源として電動モータ３のみを備えた電気自動車でもよく、駆動方式もＦＦ駆動方式に限定されずにＦＲ駆動方式やＭＲ駆動方式等でもよい。
【００２５】
この他、図示する自動車は、前側の左右の車輪（前輪）４，４と、後側の左右の車輪（後輪）６，６と、旋回時等における左右の車輪４，４，６，６の回転数差を吸収する差動歯車装置（デフ）７，８と、エンジン２及び電動モータ３の動力を車輪４，４に伝動する伝動装置９と、アクセルペダル（アクセル操作具）１１と、アクセルペダル１１を介したアクセル操作及びその操作量を検出するアクセル操作検出手段であるアクセルポテンショメータ１２と、バッテリ１３と、アクセルポテンショメータ１２によって検出されたアクセル操作量に応じた電力を上記バッテリ１３から電動モータ３に供給する電力供給回路であるインバータ１４と、エンジン２の動力によって発電駆動されるとともに該発電した電力をバッテリ１３に供給するオルタネータ１６とを備えている。ちなみに、このバッテリ１３及びインバータ１４によって電力供給装置１０が構成されている。
【００２６】
上記伝動装置９は、車輪４，４に伝動する動力の回転数を無段階で変速するＣＶＴ（変速機構，動力変動手段）１７と、エンジン２からＣＶＴ１７への動力伝動を断続させる油圧式のエンジン側クラッチ１８と、電動モータ３からＣＶＴ１７への動力伝動を断続させる油圧式の電動モータ側クラッチ１９と、エンジン２からオルタネータ１６への動力伝動を断続させる油圧式の発電側クラッチ２１とから構成されており、上記ＣＶＴ１７は、動力源２，３からの動力が伝動されるプーリ（図示しない）と、車輪４，４側に動力を伝動するプーリ（図示しなに）と、該一対のプーリに掛け回されるＶベルト（図示しない）とを備え、この一対のプーリ及びＶベルトは、変速アクチュエータ（図示する例では電動モータ）１５によって、無段階で変速駆動される。なお、変速機構１７として、複数の変速段を有するトランスミッション等を採用してもよい。
【００２７】
また、この自動車１は、減速時や下り坂の走行時に電動モータ３を発電機として利用し、この発電した電力を、インバータ１４等を介して、或いは直接的に、バッテリ１３に戻す回生充電機能を備えている。
【００２８】
該構成の自動車１は、モータ側クラッチ１９を接続作動させ且つエンジン側クラッチ１８を切断作動させて電動モータ３のみの動力で走行駆動されるモータ走行モードと、モータ側クラッチ１９を切断作動させ且つエンジン側クラッチ１８を接続作動させてエンジン２の動力のみで走行駆動されるエンジン走行モードとの２つの走行モードを有する。
【００２９】
また、この自動車１には、エンジン２の駆動時に発電側クラッチ２１を接続作動させ、オルタネータ１６を発電駆動させ、この発電した電力をバッテリに蓄える充電モードと、発電側クラッチ２１を切断作動させてオルタネータ１６を停止状態とする非充電モードとを有している。
【００３０】
さらに、本自動車１によれば、運転手がアクセル操作を行うと、該アクセル操作及びその操作量がアクセルポテンショメータ１２によって検出され、この検出されたアクセル操作量に応じて、インバータ１４から電動モータ３に供給される電力の電流（駆動電流）の指令値が定まり、実際に検出される駆動電流がこの指令値に近づくようにインバータ１４がダイレクトに作動し、これによって、バッテリ１３から電動モータ３に供給される駆動電流の値が直接的に変化するため、運転手が違和感無く、走行速度の増減速操作を行うことが可能になる。ちなみに、指令値と、その指令の直後に検出される駆動電流とが異なるのは、該駆動電流の値が、走行している道路の傾斜角度や、風速（空気摩擦）や、車輪４，６の摩擦等によっても変動するためである。言換えると、駆動電流の値には、そのような走行状態に関する情報が反映されている。本願発明では、この駆動電流の値に含まれている情報に着目し、これを利用する。
【００３１】
そして、変速アクチュエータ１５を介してＣＶＴ１７により走行変速を行う（動力変動手段により動力変動制御を行う）走行制御と、モータ側クラッチ１９及びエンジン側クラッチ１８を介した走行モードの切換制御と、発電側クラッチ２１を介した充填モードと非充電モードとの切換制御を、マイコン等からなる制御部２２（図２参照）によって行う。
【００３２】
図２は、本自動車に搭載された制御部のブロック図である。
制御部２２の入力側には、インバータ１４からの上記駆動電流の値をフィルタ２０を介して検出する電流センサ（電流値検出手段）２３と、デフ７、８の伝動上流側に設置されて走行速度（車速）を検出する車速センサ（検出手段）２６と、モータ側クラッチ１９の断続を検出するモータ側クラッチセンサ２７と、エンジン側クラッチ１８の断続を検出するエンジン側クラッチセンサ２８と、発電側クラッチ２１の断続を検出する発電側クラッチセンサ２９と、ＣＶＴ１７のその時点での変速比を検出する変速ポテンショメータ３１と、電動モータ３の温度を検出する温度センサ（温度検出手段）３２と、バッテリ１３の残量を検出するバッテリ残量検出手段３３とが、接続されている。
【００３３】
ちなみに、インバータ１４は、電動モータ３が直流モータの場合にはＰＷＭ制御の直流電圧を生成し、電動モータ３が交流モータ３の場合には三相交流電圧を生成する。また、フィルタ２０は、インバータ１４から出力される駆動電流から、所定の物理量（例えば、ＰＷＭ制御された駆動電流の平均値、三相交流の駆動電流のｄ軸成分とｑ軸成分）を抽出し、この物理量を電流センサ２３によって検出する。これによって検出精度や制御性能が向上する。
【００３４】
制御部２２の出力側には、変速アクチュエータ１５と、作動油の供給・排出によってモータ側クラッチ１９を断続作動させる油圧等バルブからなるモータ側クラッチ断続手段３４と、作動油の供給・排出によってエンジン側クラッチ１８を断続作動させる油圧バルブ等からなるエンジン側クラッチ断続手段３６と、作動油の供給・排出によって発電側クラッチ２１を断続作動させる油圧バルブ等からなる発電側クラッチ断続手段３７と、エンジン２を始動・停止させるエンジン始動・停止手段３８とが接続されている。
【００３５】
制御部２２は、走行状態によって走行モードの切換を行うとともに、バッテリ１３の残量によって充電モードと非充電モードとの切換を行う。例えば、バッテリ１３の残量が少なくなった場合にはエンジン走行モード、バッテリ１３の残量が多い場合にはモータ走行モードへの切換を行ってもよいし、車速が低速の場合には、モータ走行モード、車速が高速の場合にはエンジン走行モードへの切換を行う等の切換制御を行う。また、バッテリ１３の残量が少なくなった場合には充電モード、バッテリ１３の残量が多い場合には非充電モードへの切換を行ってもよい。
【００３６】
この他、この制御部２２は、モータ走行モードでの走行時におけるエネルギー効率を向上（具体的には、走行時におけるバッテリ１３の電力消費量を低下）させるために、前記走行制御を行う。
【００３７】
図３は、制御部が行う走行制御の処理フロー図である。
制御部２２は、所定時間毎（具体的には、０．００１〜０．５秒間隔）に、この制御を実行する。処理が開始されると、ステップＳ１に進む。ステップＳ１では、エンジン側クラッチセンサ２８によって、エンジン側クラッチ１８の断続検出を行い、エンジン側クラッチ１８が接続状態であれば、モータ走行モードに切換えられている状態ではないため、処理を終了させる一方で、エンジン側クラッチ１８が切断状態であれば、ステップＳ２に進む。
【００３８】
ステップＳ２では、モータ側クラッチセンサ２７によって、モータ側クラッチ１９の断続検出を行い、モータ側クラッチ１９が切断状態であれば、モータ走行モードに切換えられている状態ではないため、処理を終了させる一方で、モータ側クラッチ１９が接続状態であれば、モータ走行モードに切換えられている状態であるため、ステップＳ３に進む。
【００３９】
このようにステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３と処理が進むと、該ステップＳ３→・・・以降の処理で、省エネ走行制御が実行される。すなわち、走行モードがモータ走行モードになっている場合のみ、制御部２２に設けられた省エネ走行制御が実行される。
【００４０】
ステップＳ３では、電流センサ２３によって駆動電流の値を検出し、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、車速センサ２６によって車速を検出し、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、温度センサ３２によって電動モータ３の温度を検出し、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、自動車１の車両の特性及び電動モータ３の特性が各種パラメータとして含まれるようにして前もって求められたパワー損失式に、検出された駆動電流及び車速の値を代入し、ステップＳ７に進む。
【００４１】
ちなみに、パワー損失式は、制御対象であるＣＶＴに基づいて定まる車輪４，４への変速比（制御値）を変数としており、検出された駆動電流及び車速の値が代入されることにより、制御値のみを変数とするパワー損失式が求まる。この他、上記パラメータのうち、少なくとも電動モータ３に関するパラメータであって、温度に左右されるものは、前記検出された温度によって、その値を変化させる。このパワー損失式の詳細は後述する。
【００４２】
ステップＳ７では、パワー損失式に基づき、走行時の損失パワーを最小にする（小さくする）方程式を導出し、この方程式を解くことによって制御値を求め、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、上記求められた制御値が、実際の制御値（具体的には、変速ポテンショメータ３１によって検出される制御値）と同一又は最も近い値になるように、変速アクチュエータ１５によってＣＶＴ１７の変速制御を行い、処理を終了させる。
【００４３】
該構成によれば、その時点での、アクセル操作量と、車速と、駆動電流の値に反映された道路の傾斜や車輪３，４の摩擦や風速等とに応じて、パワー損失を最小又は小さくする制御値が適宜算出され、これによってＣＶＴ１７が適宜、動力変動制御されるため、走行時におけるエネルギー効率を向上させることができる。
【００４４】
なお、上述した例では、電動モータ３から車輪４，４に伝動される動力の回転数を、ＣＶＴ１７によって変動させ、この場合における回転数の変速比を制御値としたが、他の手段によって動力を変動させる動力変動手段を構成してもよい。
【００４５】
上述の例では、ステータと、該ステータに対して同一軸で且つ回転自在なロータとを備え、駆動電流が供給されるコイル巻線をスタータに設けるとともに該コイル巻線と対向する永久磁石をロータに設けた電動モータ３等を用いたが、図２に仮想線で示すように、永久磁石の代わりに電磁石３９を用いた可変磁界モータを用いてもよい。
【００４６】
そして、図２及び図３に仮想線で示す通り、電磁石３９に供給する励磁電流の値を変更させることにより、動力発生時に有効に作用する磁界の磁束である有効磁束を変化させ、これによって発生する動力を変動させるものであり、この電磁石３９に供給される励磁電流を変化させる励磁電流発生・変動手段４１が制御部の出力側に接続されている。
【００４７】
この電磁石３９によって上記動力変動手段が構成され、この場合の制御値は励磁電流値になり、該構成によれば、変速機構１７を省略することも可能であるし、該電磁石３９と変速機構１７を組合せて用いてもよい。ちなみに、この制御値は、制御部２２からの出力値であるため、この値を検出するために別途センサ等の検出手段を制御部２２の入力側に設ける必要はない。
【００４８】
また、電動モータ３でも、上記磁石として可動式の永久磁石４２を用い、この永久磁石４２を動力変動手段としてもよい。すなわち、この永久磁石４２のコイル巻線に対する相対位置を変位させることにより、有効磁束を変化させる。
【００４９】
該構成としては、例えば、上述した特許文献１に示すものであり、具体的には、図２及び図３に仮想線で示す通り、ステータをロータに対して軸方向に移動させる移動アクチュエータ４３を制御部２２の出力側に接続する一方で、制御部２２の入力側に、永久磁石４２のコイル巻線に対する変位量を検出する変位量検出手段４４を接続し、この変位量を制御値とする。
【００５０】
この可動式の永久磁石４２によって、変速機構１７を省略することも可能であるし、この可動式の永久磁石４２と変速機構１７を組合せてもよい。
【００５１】
次に、パワー損失式について説明する。
まず、動力変動手段としてＣＶＴ１７のみを用いた場合のパワー損失式について、説明する。駆動電流をｉｂとし、駆動モータ３のトルク定数をＫとし、電動モータ３の回転数に対する車速の比である変速比をｎとすると、自動車１の駆動力Ｆｐは以下の式で表される。
【００５２】
【数１】
【００５３】
また、車速をｖ、車体の質量をＭｂ、電動モータ３の慣性モーメントをＨｍ、走行時の加速度をａ、空気圧力抵抗係数をＦａ、転がり抵抗力をＦｒ、走行面の水平面に対する傾斜をΦ、傾斜Φ時における重力をＧ（Φ）とすると、運動方程式は以下の式で表される。ちなみに、以下の式におけるＭｂ＋ｎ２Ｈｍは車体の等価質量を意味している。
【００５４】
【数２】
【００５５】
ここで、減速時における運動エネルギーの減少分や、下り坂走行時における位置エネルギーの減少分は、上述した回生充電機能により、電気エネルギーに変換され、バッテリ１３に蓄えられるものとする。そして、パワー損失をｐとし、電動モータ３の電気抵抗をＲとし、電動モータ３のヒステリシス損係数をＨｙとし、電動モータ３の過電流損係数をＥｄとし、インバータ１４の順方向電圧降下をＶｄとすると、このパワー損失ｐは、ここでは、熱損失と同義であるため、この熱損失を求めるパワー損失式は以下のように表される。
【００５６】
【数３】
【００５７】
すなわち、パワー損失を、電動モータ３の抵抗熱及びヒステリシス損と、インバータ１４の順方向電圧降下による損失と、車両の空気抵抗よる損失と、車輪４の転がり抵抗による損失とで、モデル化する。ここで、駆動電流ｉｂが変速比ｎに線形的に依存することに注意すると、このパワー損失式において、変速比ｎを変数とした場合、パワー損失ｐを最小するには、以下の方程式を解く必要がある。
【００５８】
【数４】
【００５９】
具体的には、以下の２次方程式になる。
【００６０】
【数５】
【００６１】
この変速比ｎについての２次元方程式を解くことにより、パワー損失ｐを最小とする変速比ｎが求まり、実際の変速比が、この求められた該変速比ｎと同一又は近くなるように、ＣＶＴ１７の変速制御が制御部２２を介して行われる。
【００６２】
続いて、動力変動手段として電磁石３９を用いた場合のパワー損失式について、説明する。励磁電流をｉｆとし、駆動モータ３のトルク定数をｋとし、変速比をｎとすると、自動車１の駆動力Ｆｐは以下の式で表される。ちなみに、ＣＶＴ１７はここでは制御対象としないため、変速比ｎは固定値になる。
【００６３】
【数６】
【００６４】
そして、運動方程式は上述した例と同一になり、電磁石３９の抵抗をＲｆとすると、パワー損失式は以下の通り表される。
【００６５】
【数７】
【００６６】
すなわち、前記の例に、電磁石の抵抗熱の損失を加えて、パワー損失式がモデル化される。また、このモデル式において、励磁電流ｉｆを変数とした場合、パワー損失ｐを最小するには、以下の方程式を解く必要がある。
【００６７】
【数８】
【００６８】
具体的には、以下の２次方程式になる。
【００６９】
【数９】
【００７０】
この励磁電流ｉｆについての２次元方程式を解くことにより、パワー損失ｐを最小とする励磁電流ｉｆが導出され、実際の励磁電流が、前記導出された該励磁電流ｉｆと同一又は近くなるように、制御部２２を介して励磁電流の制御が行われる。
【００７１】
続いて、動力変動手段として可動する永久磁石４２のみを用いた場合のパワー損失式について、説明する。永久磁石４２の変位量をθとした場合、運動方程式は、以下の式により算出される。
【００７２】
【数１０】
【００７３】
さらに、パワー損失式は、以下のようになる。
【００７４】
【数１１】
【００７５】
そして、駆動電流ｉｂは変位量θによって変動することに留意して、このパワー損失ｐを最小とするθを求める式は、以下の通りになる。
【００７６】
【数１２】
【００７７】
この方程式も、変位量θのみを変数とする代数方程式であるため、制御部２２によって容易に数値解又はこの数値解に近い値を求めることができる。
【００７８】
また、この可動式の永久磁石４２を用いた動力変動手段に、ＣＶＴ１７を組合せる場合にも、以下の運動方程式及びパワー損失式が求められる。
【００７９】
【数１３】
【００８０】
このパワー損失ｐを最小とする変位量θ及び変速比ｎを求める式は、以下の通りになる。
【００８１】
【数１４】
【００８２】
この連立方程式を解いて数値解を求めれば、パワー損失ｐを最小とする変位量θ及び変速比ｎが求まる。
【００８３】
さらに、この電磁石３９を用いた動力変動手段に、ＣＶＴ１７を組合せる場合にも、同様の手法によって、このパワー損失ｐを最小とする励磁電流ｉｆ及び変速比ｎの値を求めることが可能である。
【符号の説明】
【００８４】
３ 電動モータ（動力源）
４ 前輪（車輪）
９ 伝動装置
１０ 電力供給装置
１２ アクセルポテンショメータ（アクセル操作検出手段）
１７ ＣＶＴ（動力電動手段，変速機構）
２２ 制御部（マイコン）
２３ 電流センサ（電流値検出手段）
２６ 車速センサ（車速検出手段）
３２ 温度センサ（温度検出手段）
３９ 電磁石（動力変動手段）
４２ 永久磁石（動力変動手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータ（３）に電力を供給する電力供給装置（１０）と、電動モータ（３）からの動力を車輪（４）に伝動する伝動装置（９）と、電力供給装置（１０）から電動モータ（３）に供給される駆動電流の値を検出する電流値検出手段（２３）と、車速を検出する車速検出手段（２６）とを備え、車輪（４）に伝動される動力を変化させる動力変動手段を前記電動モータ（３）又は前記伝動装置（９）に設け、動力変動手段を介して車輪（４）の駆動を制御する制御部（２２）を設けた自動車において、アクセル操作検出手段（１２）で検出されるアクセル操作量によって駆動電流の指令値が定まるように電力供給装置（１０）を構成し、車両及び電動モータ（３）の特性に基づき、走行時のパワー損失を求めるモデル式を前もって求め、検出される車速及び駆動電流の値によって、車輪（４）に伝動する動力を変化させるための制御値のみが変数となるモデル式を導出し、該モデル式からパワー損失を小さくする制御値を求め、該求められた制御値に基づいて、パワー損失が小さくなるように動力変動手段を制御する省エネ走行制御を前記制御部（２２）に設け、該制御部（２２）は、電動モータ（３）からの動力のみによって車輪（４）が駆動されている間のみ、省エネ走行制御を実行する省エネ走行機能付き自動車。
【請求項２】
電動モータ（３）から車輪（４）に伝動される動力を変速する変速機構（１７）を伝動装置（９）に設けることにより動力変動手段を構成し、制御値が電動モータ（３）から車輪（４）に動力を伝動する場合における変速比の値になる請求項１記載の省エネ走行機能付き自動車。
【請求項３】
励磁電流の変更より電動モータ（３）内の磁界を変動させる電磁石（３９）によって前記動力変動手段を構成し、制御値が上記励磁電流の値になる請求項１又は２の何れかに記載の省エネ走行機能付き自動車。
【請求項４】
電動モータ（３）内での変位により電動モータ（３）内の磁界を変動させる永久磁石（４２）によって前記動力変動手段を構成し、制御値が永久磁石（４２）の変位量になる請求項１又は２の何れかに記載の省エネ走行機能付き自動車。
【請求項５】
電動モータ（３）の温度を検出する温度検出手段（３２）を設け、制御部（２２）は、省エネ走行モードの実行中、温度検出手段（３２）により検出される温度によって、上記モデル式に含まれるパラメータの少なくとも一部を変動させる請求項１乃至４の何れかに記載の省エネ走行機能付き自動車。
【請求項６】
電流値検出手段（２３）は、フィルタ（２０）を介して、上記駆動電流の値を検出する請求項１乃至５の何れかに記載の省エネ走行機能付き自動車。
【請求項１】
電動モータ（３）に電力を供給する電力供給装置（１０）と、電動モータ（３）からの動力を車輪（４）に伝動する伝動装置（９）と、電力供給装置（１０）から電動モータ（３）に供給される駆動電流の値を検出する電流値検出手段（２３）と、車速を検出する車速検出手段（２６）とを備え、車輪（４）に伝動される動力を変化させる動力変動手段を前記電動モータ（３）又は前記伝動装置（９）に設け、動力変動手段を介して車輪（４）の駆動を制御する制御部（２２）を設けた自動車において、アクセル操作検出手段（１２）で検出されるアクセル操作量によって駆動電流の指令値が定まるように電力供給装置（１０）を構成し、車両及び電動モータ（３）の特性に基づき、走行時のパワー損失を求めるモデル式を前もって求め、検出される車速及び駆動電流の値によって、車輪（４）に伝動する動力を変化させるための制御値のみが変数となるモデル式を導出し、該モデル式からパワー損失を小さくする制御値を求め、該求められた制御値に基づいて、パワー損失が小さくなるように動力変動手段を制御する省エネ走行制御を前記制御部（２２）に設け、該制御部（２２）は、電動モータ（３）からの動力のみによって車輪（４）が駆動されている間のみ、省エネ走行制御を実行する省エネ走行機能付き自動車。
【請求項２】
電動モータ（３）から車輪（４）に伝動される動力を変速する変速機構（１７）を伝動装置（９）に設けることにより動力変動手段を構成し、制御値が電動モータ（３）から車輪（４）に動力を伝動する場合における変速比の値になる請求項１記載の省エネ走行機能付き自動車。
【請求項３】
励磁電流の変更より電動モータ（３）内の磁界を変動させる電磁石（３９）によって前記動力変動手段を構成し、制御値が上記励磁電流の値になる請求項１又は２の何れかに記載の省エネ走行機能付き自動車。
【請求項４】
電動モータ（３）内での変位により電動モータ（３）内の磁界を変動させる永久磁石（４２）によって前記動力変動手段を構成し、制御値が永久磁石（４２）の変位量になる請求項１又は２の何れかに記載の省エネ走行機能付き自動車。
【請求項５】
電動モータ（３）の温度を検出する温度検出手段（３２）を設け、制御部（２２）は、省エネ走行モードの実行中、温度検出手段（３２）により検出される温度によって、上記モデル式に含まれるパラメータの少なくとも一部を変動させる請求項１乃至４の何れかに記載の省エネ走行機能付き自動車。
【請求項６】
電流値検出手段（２３）は、フィルタ（２０）を介して、上記駆動電流の値を検出する請求項１乃至５の何れかに記載の省エネ走行機能付き自動車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−８５３７３（Ｐ２０１３−８５３７３Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２３５４８（Ｐ２０１１−２２３５４８）
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（５０４１５５２９３）国立大学法人島根大学 (113)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（５０４１５５２９３）国立大学法人島根大学 (113)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]