説明

電動車両

【課題】EV走行中の電力消費量を低減可能な電動車両を提供する。
【解決手段】モータジェネレータ20は、蓄電装置12から電力を受け、要求された走行パワーを発生する。ECU24は、定常的に出力可能な走行パワーの上限を示す定常パワーを走行パワーが超えると、走行パワーの上限を定常パワーから所定の許可時間だけ出力可能な拡大パワーに一時的に拡大する。ECU24は、走行パワーが定常パワーを超えると、拡大パワーと定常パワーとの差および許可時間によって定まる最大エネルギー量の範囲内でモータジェネレータ20を制御する。ここで、ECU24は、走行パワーの増加速度が大きいほど拡大パワーを小さくする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、電動車両に関し、特に、電動機によって走行する電動車両に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、環境に配慮した車両として、電気自動車(Electric Vehicle)やハイブリッド車両(Hybrid Vehicle)等、電動機によって走行する電動車両が注目されている。電気自動車は、直流電源と電動機とを走行用の動力源として搭載する。ハイブリッド車両は、従来の内燃機関に加えて走行用の動力源として電動機を搭載した車両や、直流電源に加えて燃料電池をエネルギー源として搭載した車両を含む。
【0003】
特開2008−230409号公報(特許文献1)は、電動車両の一種であるハイブリッド車両において、エンジンを停止させて電動機のみで走行(以下「EV走行」と称する。)するときに加速性能が大きく損なわれるのを抑制するための技術を開示する。このハイブリッド車両においては、EV走行中にアクセル開度の増加に応じて駆動トルクがEV走行可能最大トルクに達すると、アクセル開度が所定量さらに増加するまで駆動トルクがEV走行可能最大トルクに維持される。そして、アクセル開度が上記所定量を超えてさらに増加すると、エンジンを作動させて走行するHV走行に切替えられる。
【0004】
この発明によれば、アクセル開度を低く抑えることなくEV走行を維持することが容易になり、その結果、EV走行時に加速性能が損なわれるのを抑制することができる(特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2008−230409号公報
【特許文献2】特開2008−296619号公報
【特許文献3】特開2008−174159号公報
【特許文献4】特開2008−126901号公報
【特許文献5】特開平5−184015号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記特許文献1に記載のハイブリッド車両は、アクセル開度を低く抑えることなくEV走行を維持し得るという点で有用であるが、一方で、駆動トルクがEV走行可能最大トルクに達するまでのEV走行中にアクセルペダルが急激に踏込まれると、電力消費量も急激に増加してしまう。いわゆるエコドライブをさらに推進するには、EV走行中においても電力消費量を低減することが必要である。
【0007】
それゆえに、この発明の目的は、EV走行中の電力消費量を低減可能な電動車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この発明によれば、電動車両は、直流電源と、電動機と、制御装置とを備える。電動機は、直流電源から電力を受け、要求された走行パワーを発生する。制御装置は、走行パワーが上限を超えないように電動機を制御する。ここで、制御装置は、走行パワーの増加速度が大きいほど走行パワーの上限を小さくする。
【0009】
好ましくは、制御装置は、定常的に出力可能な走行パワーの上限を示す定常パワーを走行パワーが超えると、走行パワーの上限を定常パワーから所定の許可時間だけ出力可能な拡大パワーに一時的に拡大する。ここで、走行パワーの上記上限は、上記の拡大パワーであり、制御装置は、走行パワーが定常パワーを超えたとき、走行パワーの増加速度が大きいほど拡大パワーを小さくする。
【0010】
好ましくは、制御装置は、さらに、走行パワーが定常パワーを超えると、拡大パワーと定常パワーとの差および許可時間によって定まる最大エネルギー量の範囲内で電動機を制御する。
【0011】
さらに好ましくは、制御装置は、走行パワーが定常パワーを超えた場合、直流電源から電動機へ供給されるパワーから定常パワーを差引いた値を積算することによって得られるエネルギー量が最大エネルギー量に達すると、走行パワーを定常パワーに制限する。
【0012】
好ましくは、電動車両は、検出部をさらに備える。検出部は、アクセルペダルの操作量に関連するアクセル開度を検出する。走行パワーは、検出部により検出されるアクセル開度に基づいて算出される。そして、制御装置は、アクセル開度の増加速度が大きいほど走行パワーの上限を小さくする。
【0013】
好ましくは、制御装置は、走行状況を学習し、その学習結果に基づいて走行パワーの上限を変更する。
【発明の効果】
【0014】
この発明においては、走行パワーが上限を超えないように電動機が制御される。そして、制御装置は、走行パワーの増加速度が大きいほど走行パワーの上限を小さくするので、走行パワーの急激な増加要求(アクセルペダルの急激な踏込み等)に対して走行パワーが抑制される。したがって、この発明によれば、EV走行中の電力消費量を低減することができる。また、運転者に対して走行パワーの急激な増加要求(アクセルペダルの急激な踏込み)の抑制を促すこともできる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】この発明の実施の形態1による電動車両の全体構成を示すブロック図である。
【図2】図1に示すECUの具体的な構成を示す機能ブロック図である。
【図3】走行パワーの増加速度と拡大パワーとの関係を示した図である。
【図4】拡大パワーと走行パワーの上限が拡大パワーに拡大される許可時間との関係を示した図である。
【図5】走行パワーおよびエネルギー量Eが変化する様子の一例を示した図である。
【図6】拡大パワーの設定に関する処理手順を説明するためのフローチャートである。
【図7】実施の形態2におけるECUの具体的な構成を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【0017】
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による電動車両の全体構成を示すブロック図である。図1を参照して、電動車両10は、蓄電装置12と、電流センサ14と、電圧センサ16と、パワーコントロールユニット(以下「PCU(Power Control Unit)」と称する。)18と、モータジェネレータ20と、駆動輪22と、電子制御ユニット(以下「ECU(Electronic Control Unit)」と称する。)24と、アクセル開度センサ26とを備える。
【0018】
蓄電装置12は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオンやニッケル水素などの二次電池によって構成される。蓄電装置12は、PCU18へ電力を供給し、また、車両の制動時等にモータジェネレータ20によって発電される回生電力を蓄える。なお、蓄電装置12として大容量のキャパシタも採用可能である。
【0019】
電流センサ14は、蓄電装置12に対して入出力される電流IBを検出し、その検出値をECU24へ出力する。電圧センサ16は、蓄電装置12の電圧VBを検出し、その検出値をECU24へ出力する。
【0020】
PCU18は、蓄電装置12から電力の供給を受け、ECU24から受ける駆動信号DRVに基づいてモータジェネレータ20を駆動する。また、車両の制動時等には、PCU18は、駆動輪22から運動エネルギーを受けてモータジェネレータ20により発電される電力を電圧変換して蓄電装置12へ出力する。PCU18は、たとえば、三相分のスイッチング素子を含む三相PWMインバータによって構成される。なお、三相PWMインバータと蓄電装置12との間に昇圧コンバータを設けてもよい。
【0021】
モータジェネレータ20は、力行動作および回生動作可能な電動発電機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動発電機によって構成される。モータジェネレータ20は、PCU18によって駆動され、要求された走行パワーを発生して駆動輪22を駆動する。また、電動車両10の制動時等には、モータジェネレータ20は、電動車両10の有する運動エネルギーを駆動輪22から受けて発電する。
【0022】
アクセル開度センサ26は、運転者によるアクセルペダルの操作量に対応するアクセル開度ACCを検出し、その検出値をECU24へ出力する。
【0023】
ECU24は、予め記憶されたプログラムをCPU(Central Processing Unit)で実行することによるソフトウェア処理および/または専用の電子回路によるハードウェア処理により、PCU18を制御する。具体的には、ECU24は、アクセル開度センサ26によって検出されるアクセル開度ACCや電動車両10の走行速度を示す車両速度SV等の各種信号に基づいて要求走行パワー(以下、単に「走行パワー」とも称する。)を算出する。そして、ECU24は、算出された走行パワーに基づいてPCU18によりモータジェネレータ20を駆動するための信号(たとえばPWM(Pulse Width Modulation)信号)を生成し、その生成された信号を駆動信号DRVとしてPCU18へ出力する。
【0024】
図2は、図1に示したECU24の具体的な構成を示す機能ブロック図である。図2を参照して、ECU24は、要求走行パワー算出部52と、パワー一時アップ制御部54と、拡大パワー設定部56と、モータジェネレータ制御部58とを含む。要求走行パワー算出部52は、アクセル開度センサ26(図1)によって検出されるアクセル開度ACCや車両速度SV等の各種信号に基づいて要求走行パワーを算出する。
【0025】
パワー一時アップ制御部54は、要求走行パワー算出部52によって算出された走行パワーを受け、拡大パワー設定部56から拡大パワーPpeak(後述)の設定値を受ける。また、パワー一時アップ制御部54は、蓄電装置12の電流IBおよび電圧VBに基づいて、蓄電装置12から出力されるパワー(実際の走行パワーに相当する。)を算出する。そして、パワー一時アップ制御部54は、定常的に出力可能な走行パワーの上限を示す定常パワーPbaseを走行パワーが超えると、走行パワーの上限を定常パワーから拡大パワーPpeakに一時的に拡大する。
【0026】
すなわち、定常パワーPbaseは、PCU18およびモータジェネレータ20の連続定格に相当する。そして、拡大パワーPpeakは、走行パワーが定常パワーを超えた場合に、所定の許可時間Ttmpだけ出力可能な短時間定格に相当する。拡大パワーPpeakは、後述の拡大パワー設定部56において設定される。
【0027】
走行パワーが定常パワーPbaseを超えると、パワー一時アップ制御部54は、拡大パワーPpeakと定常パワーPbaseとの差および拡大パワーPpeakを出力可能な上記許可時間Ttmpによって定まる最大エネルギー量Emaxの範囲内で走行パワーを管理する。そして、以下に示される演算式によって算出されるエネルギー量Eが最大エネルギー量Emaxに達すると、パワー一時アップ制御部54は、走行パワーを定常パワーPbaseに制限する。最大エネルギー量Emaxおよびエネルギー量Eは、次式によって算出される。
【0028】
Emax=(Ppeak−Pbase)×Ttmp …(1)
E=∫(Pb−Pbase)dt,E≧0 …(2)
E<Emax: Pb*≦Ppeak…(3)
E≧Emax: Pb*≦Pbase…(4)
ここで、Pbは、蓄電装置12から出力されるパワー(すなわち走行パワー)を示し、Pb*は、Pbの許容値(蓄電装置12から出力可能なパワー)を示す。
【0029】
拡大パワー設定部56は、上記の拡大パワーPpeakを設定する。具体的には、拡大パワー設定部56は、走行パワーが定常パワーPbaseを超えると、走行パワーの増加速度(増加の傾き)を検出し、走行パワーの増加速度が大きいほど拡大パワーPpeakを小さくする。
【0030】
図3は、走行パワーの増加速度と拡大パワーPpeakとの関係を示した図である。図3を参照して、走行パワーの増加速度が大きいほど、拡大パワーPpeakは小さい値に設定される。なお、走行パワーの増加速度が0であるときに、拡大パワーPpeakは、蓄電装置12が出力可能な最大パワーPb_maxとなる。なお、この図3では、走行パワーの増加速度と拡大パワーPpeakとが比例関係(傾き負)にある場合が示されているが、それらの関係は比例関係に限定されるものではなく、たとえば反比例の関係であってもよい。
【0031】
図4は、拡大パワーPpeakと走行パワーの上限が拡大パワーPpeakに拡大される許可時間Ttmpとの関係を示した図である。図4を参照して、拡大パワーPpeakと許可時間Ttmpとは、反比例の関係にある。すなわち、走行パワーが定常パワーPbaseを超えてから使用可能な最大エネルギー量Emaxは不変であり、走行パワーの増加速度に応じて拡大パワーPpeakを変化させても、使用可能な最大エネルギー量Emaxは不変である。
【0032】
再び図2を参照して、拡大パワー設定部56は、アクセル開度ACCに基づいて拡大パワーPpeakを設定してもよい。すなわち、拡大パワー設定部56は、走行パワーが定常パワーPbaseを超えると、アクセル開度センサ26によって検出されるアクセル開度ACCの増加速度が大きいほど拡大パワーPpeakを小さくするようにしてもよい。
【0033】
パワー一時アップ制御部54は、拡大パワー設定部56から拡大パワーPpeakを受ける。そして、パワー一時アップ制御部54は、走行パワーが定常パワーPbaseを超えると、走行パワーの上限を定常パワーから拡大パワー設定部56によって設定された拡大パワーPpeakに一時的に拡大する。
【0034】
モータジェネレータ制御部58は、パワー一時アップ制御部54によって上限処理が施された要求走行パワーおよびモータジェネレータ20の回転数MRNに基づいて、PCU18によりモータジェネレータ20を駆動するための駆動信号DRVを算出する。そして、モータジェネレータ制御部58は、その算出された駆動信号DRVをPCU18へ出力する。
【0035】
図5は、走行パワーおよびエネルギー量Eが変化する様子の一例を示した図である。図5を参照して、線k1は走行パワー(蓄電装置12の出力パワーに相当する。)を示し、線k2は、上記の式(2)によって算出されるエネルギー量Eを示す。
【0036】
時刻t3において走行パワーが定常パワーPbaseを超えると、式(2)に基づいてエネルギー量Eが増加する。その後、走行パワーの増加速度すなわち線k1の傾きが検出され、その検出結果に基づいて、図3に示した関係に従って拡大パワーPpeakが変更される。
【0037】
そして、時刻t4においてエネルギー量Eが最大エネルギー量Emaxに達すると、式(4)に基づいて蓄電装置12の出力パワーの許容値が定常パワーPbase以下に制限される。なお、この図5では、蓄電装置12の出力パワーの許容値が定常パワーPbaseに制限されることにより、走行パワーが定常パワーPbaseに制限されている。その後、時刻t5において走行パワーが低下し始めると、式(2)に基づいてエネルギー量Eも減少する。
【0038】
このように、この実施の形態1では、走行パワーの増加速度が大きいほど、拡大パワーPpeakを小さくする。これにより、走行パワーの急激な増加要求(アクセルペダルの急激な踏込み等)に対して走行パワーを抑制し、運転者に対して走行パワーの急激な増加要求(アクセルペダルの急激な踏込み)の抑制を促すこととしたものである。
【0039】
図6は、拡大パワーPpeakの設定に関する処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートの処理は、一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて繰り返し実行される。
【0040】
図6を参照して、アクセル開度センサ26(図1)は、アクセル開度ACCを検出し、その検出値をECU24へ出力する(ステップS10)。次いで、ECU24は、アクセル開度ACCおよび車両速度SV等の各種信号に基づいて、電動車両10に要求される走行パワーを算出する(ステップS20)。走行パワーが算出されると、ECU24は、モータジェネレータ20が力行動作中か回生動作中かを判定する(ステップS30)。一例として、走行パワーが正値であれば力行動作中であると判定され、走行パワーが負値であれば回生動作中であると判定される。
【0041】
ステップS30において力行動作中であると判定されると(ステップS30において「力行」)、ECU24は、走行パワーの増加速度(傾き)を検出する(ステップS40)。たとえば、ECU24は、所定時間前(たとえば1演算周期前)に算出された走行パワーと、今回の演算実行時に算出された走行パワーとの差に基づいて、走行パワーの増加速度を算出することができる。なお、ステップS30において回生動作中であると判定されたときは(ステップS30において「回生」)、ステップS40の処理を実行することなくステップS50へ処理が進められる。
【0042】
そして、ECU24は、拡大パワーPpeakを設定する(ステップS50)。具体的には、ステップS30において力行動作中であると判定されたときは、ECU24は、ステップS40において検出された走行パワーの増加速度に基づいて、図3に示した関係に従って拡大パワーPpeakを設定する。なお、ステップS30において回生動作中であると判定されたときは、ECU24は、拡大パワーPpeakを所定値(たとえば図3に示されるPb_max)とする。
【0043】
以上のように、この実施の形態1においては、走行パワーの増加速度が大きいほど拡大パワーPpeakを小さくするので、走行パワーの急激な増加要求(アクセルペダルの急激な踏込み等)に対して走行パワーが抑制される。したがって、この実施の形態1によれば、EV走行中の電力消費量を低減することができる。また、運転者に対して走行パワーの急激な増加要求(アクセルペダルの急激な踏込み)の抑制を促すことになり、エコドライブを推進することができる。
【0044】
[実施の形態2]
実施の形態1では、走行パワーの増加速度が大きいほど拡大パワーPpeakを小さくするものとしたが、電動車両10の走行状況を学習し、その学習結果に基づいて拡大パワーPpeakを変更してもよい。
【0045】
この実施の形態2による電動車両の全体構成は、図1に示した実施の形態1による電動車両10と同じである。
【0046】
図7は、実施の形態2におけるECU24Aの具体的な構成を示す機能ブロック図である。図7を参照して、ECU24Aは、図2に示した実施の形態1におけるECU24の構成において、学習部60をさらに含み、拡大パワー設定部56に代えて拡大パワー設定部56Aを含む。
【0047】
学習部60は、電動車両10の走行状況を学習し、その学習結果を拡大パワー設定部56Aへ出力する。一例として、学習部60は、走行パワーが拡大パワーPpeakに達する頻度や時間等をユーザーごとに収集してそれらの傾向を学習する。
【0048】
拡大パワー設定部56Aは、学習部60の学習結果に基づいて拡大パワーPpeakを変更する。一例として、拡大パワー設定部56Aは、走行パワーが拡大パワーPpeakに達する頻度や時間等が大きい利用者に対しては、拡大パワーPpeakを小さくする。これにより、走行パワーが拡大パワーPpeakに達する頻度や時間等が大きい運転者に対して、走行パワーの急激な増加要求(アクセルペダルの急激な踏込み)を抑制するように促される。
【0049】
なお、拡大パワー設定部56Aは、図3に示される拡大パワーPpeakの設定に対して、学習部60の学習結果に基づいて拡大パワーPpeakを変更してもよいし、図3に示される拡大パワーPpeakの設定とは関係なく、学習部60の学習結果に基づいて拡大パワーPpeakを設定してもよい。
【0050】
以上のように、この実施の形態2においては、電動車両10の走行状況が学習され、その学習結果に基づいて拡大パワーPpeakが変更される。したがって、この実施の形態2によれば、走行パワーが拡大パワーPpeakに達する頻度や時間等が大きい運転者に対して、走行パワーの急激な増加要求(アクセルペダルの急激な踏込み)の抑制を促すことが可能となる。
【0051】
なお、上記の各実施の形態において、電動車両10は、動力源としてエンジン(図示せず)をさらに搭載したハイブリッド車両であってもよい。但し、この発明は、エンジンを停止して走行するEV走行中の制御に関するものであり、ハイブリッド車両においては、たとえば、エンジンの作動が禁止される領域をEV走行している場合などに適用されるものである。
【0052】
なお、上記において、蓄電装置12は、この発明における「直流電源」の一実施例に対応し、モータジェネレータ20は、この発明における「電動機」の一実施例に対応する。また、ECU24,24Aは、この発明における「制御装置」の一実施例に対応し、アクセル開度センサ26は、この発明における「検出部」の一実施例に対応する。
【0053】
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、上記した実施の形態の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。
【符号の説明】
【0054】
10 電動車両、12 蓄電装置、14 電流センサ、16 電圧センサ、18 PCU、20 モータジェネレータ、22 駆動輪、24,24A ECU、26 アクセル開度センサ、52 要求走行パワー算出部、54 パワー一時アップ制御部、56,56A 拡大パワー設定部、58 モータジェネレータ制御部、60 学習部。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
直流電源と、
前記直流電源から電力を受け、要求された走行パワーを発生する電動機と、
前記走行パワーが上限を超えないように前記電動機を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記走行パワーの増加速度が大きいほど前記上限を小さくする、電動車両。
【請求項2】
前記制御装置は、定常的に出力可能な前記走行パワーの上限を示す定常パワーを前記走行パワーが超えると、前記走行パワーの上限を前記定常パワーから所定の許可時間だけ出力可能な拡大パワーに一時的に拡大し、
前記上限は、前記拡大パワーであり、
前記制御装置は、前記走行パワーが前記定常パワーを超えたとき、前記走行パワーの増加速度が大きいほど前記拡大パワーを小さくする、請求項1に記載の電動車両。
【請求項3】
前記制御装置は、さらに、前記走行パワーが前記定常パワーを超えると、前記拡大パワーと前記定常パワーとの差および前記許可時間によって定まる最大エネルギー量の範囲内で前記電動機を制御する、請求項2に記載の電動車両。
【請求項4】
前記制御装置は、前記走行パワーが前記定常パワーを超えた場合、前記直流電源から前記電動機へ供給されるパワーから前記定常パワーを差引いた値を積算することによって得られるエネルギー量が前記最大エネルギー量に達すると、前記走行パワーを前記定常パワーに制限する、請求項3に記載の電動車両。
【請求項5】
アクセルペダルの操作量に関連するアクセル開度を検出する検出部をさらに備え、
前記走行パワーは、前記検出部により検出されるアクセル開度に基づいて算出され、
前記制御装置は、前記アクセル開度の増加速度が大きいほど前記上限を小さくする、請求項1から4のいずれかに記載の電動車両。
【請求項6】
前記制御装置は、走行状況を学習し、その学習結果に基づいて前記上限を変更する、請求項1から5のいずれかに記載の電動車両。

【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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【図7】
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【公開番号】特開2013−74770(P2013−74770A)
【公開日】平成25年4月22日(2013.4.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−214166(P2011−214166)
【出願日】平成23年9月29日(2011.9.29)
【出願人】(000003207)トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Fターム(参考)】