EVの開発が活発化してるでつ。
今年は各メーカいろんなEV出すでつなぁ~
だけど、ツーボックスばかりだなぁ~
さて…
電気で走るとなると計測と制御がどうなのかってとこでつなぁ~
BEV,e-POWER,e-POWER はシリーズハイブリッドとして分類されるハイブリッド形式であり,高い加速性能と
アクセル操作性を BEV の開発によって得られた電動パワートレインの制御によって実現するとともに,発電制御によ
り,エンジンでの発電騒音を感じにくい特徴をもち,従来のシリーズハイブリッドとの差別化を図っているでつ。
BEVと e-POWER ともに 100%モータ駆動のシステムであり,駆動輪はモータの出力が減速機を介して接続されるでつ。
BEV と e-POWER の駆動モータ・インバータを共用することで,効率的に開発を進め,設備投資とコストの低減が可能。
100%モータ駆動であることは,モータの高精度・高応答の制御のメリットが BEV と e-POWERでも得られ,
車両のクイック・スムースな加減速を実現しているでつ。
また,e-POWER では,発電専用のエンジンはタイヤと接続されていないため,エンジンの最良燃費の動作点を集中的に
利用することで燃費向上を図れるだけでなく,エンジンによる発電のタイミングを選択する自由度も高いるでつ。
e-POWER の発電制御では,ロードノイズが大きくなる車速条件や,路面粗さの推定によってエンジンによる発電の制御を行うことで,
BEV のような静粛性を実現しているでつ。
BEV は日産リーフのモデルチェンジとともにバッテリー容量の向上,モータ・インバータの性能向上を実現し,日産リーフを通じて
得られた知見・経験をもとに,新しいプラットフォームをもつ SUVの BEV として日産アリア,また,軽自動車の BEV として日産サクラへと
発展させたでつ。
これらの電動パワートレインは,バッテリー,モータ・インバータ,充電器をそれぞれの車両の性能・仕様に適した部品を搭載し,電動パワートレインの
制御は共用させながら改良・発展させ,それぞれの車両に合わせて制御の適合を行っていでつ。
日産リーフは高効率かつ高トルク・出力を備える埋込み磁石型同期モータを駆動モータとして採用し,ステータ巻線やロータの磁石配置などを改善し,
モータのコア径は同一としながら,軸長を変えることで,e-POWER も含めたさまざまなラインナップに対応していでつ。
日産ノートは,第一世代から第二世代の進化の中で駆動モータを 85 kW,280 Nm に向上しながら,モータの軸長 18%減,機電一体の電動パワートレインの
ユニットとしてサイズ 15%減を実現したでつ。
日産アリアでは,新たに開発した巻線界磁同期モータ を採用したでつ。
ロータの励磁電流を制御することによって,低トルク領域における電磁加振力を低減することができ,EV と e-POWER どちらも 100%モータ駆動のパワートレインであり,
駆動力制御を共通化でき,BEV で開発した制御を活用できるでつ。
加速や巡行など,駆動力要求が大きくないシーンでの静粛性を向上していでつ。
また,重希土類元素のコスト・供給リスクを低減できることも特徴であるでつ。
これらの中心となるコントローラが VCM であり,たとえば,車両のアクセルペダルや車両速度,
バッテリーの充電状態 などをもとに駆動力を制御し,インバータに搭載される MC に CAN を用い
てモータのトルク指令値を送信するモータのトルク指令値を送信するでつ。
この電動パワートレインの部品群と VCM は EV-CAN というネットワークを構成し,VCM は車両側の ECU が
接続されるV-CANとEV-CAN との情報のゲートウェイとしての役割も果たすでつ。
Driving sub system として示されるBEV と e-POWER の駆動力制御は,電動パワートレインの ECU である VCM と MC,
またBMSによって構成され,BEVとe-POWERが共に100%モータ駆動であることから,これらの制御を共通化することができるでつ。
BEVの充電制御と e-POWER の発電制御は,それぞれのアプリケーションとして制御開発を行い,電動パワートレインの種類に
応じて選択しているでつ。
共通化された駆動力制御について以下に説明すると,MC はトルク指令に基づいて,検出したモータ電流から,インバータの各半導体スイッチの
On/Off を操作することによってモータトルクを実現するでつ。
MC はインバータのキャリア周波数での高速なフィードバック制御が可能であり,この高速な制御の特徴を活かし,駆動軸ねじり振動抑制や
バックラッシュ振動抑制などのモータトルク制御が実現されているでつ。
一方で,VCM ではクイック・スムースな加減速制御を実現するトルク指令値を生成し,ブレーキとモータトルクの協調制御を実現するそれぞれ
の指令値の生成や,巡行時の損失を低減する制御などの機能をもち,駆動力の制御の中でも,VCM・MC の特徴を活かして機能を分担させているでつ。
これらの駆動力の制御が BEV と e-POWER で共用されることで,BEVで開発・発展した機能は e-POWER に活用され,またe-POWER で開発された機能を
BEV に採用することも可能であり,相互に進化・発展することができるでつ。
e-POWER 車の発進時の加速プロファイルは車両の加速性能として重力加速度に対する比を G として表わしているでつ。
e-POWER 車ではほかの HEV 車と比較して,0 s でのアクセルベダルの踏み込みに対して高い応答性を示し,またスムースな加速を実現しているでつ。
このことはアクセルペダル操作に対して,遅れが少ない,リニアリティが高く,操作性の良い車両であることを意味しており,運転の不慣れなドライバにも
運転のしやすさという価値を提供しているでつ。
中高速域で巡行するシーンでは,ドライバが微小なアクセル操作により不要な加減速を行うことで,モータ効率の低い領域での力行・回生の繰り返しを生じ,
モータ損失を増加させてしまうでつ。
この課題に対して,車速に応じた巡行に必要な駆動力付近ではドライバの微小なアクセル操作をキャンセルし,モータの損失を低減させるグライディング制御が
BEV と e-POWER に採用されているでつ。
グライディング制御により,日産リーフでは実用航続距離を約 6%向上させた前後輪独立のモータ駆動による電動 4WDは e-POWER の日産ノートに採用され,
前後駆動力を制御することで車両のピッチング制御を実現しているでつ。
図 6に示すように,前輪・後輪のモータを回生制動する際に,その制動力の差を制御することで回生制動時の車体姿勢の変化を抑え,フラットかつスムースな快適な
乗り心地を提供できるでつ。
この電動 4WD を発展させ,モータによる駆動・回生に加えて各輪の油圧ブレーキも組み合わせた制御として電動 AWD 制御であるe-4ORCE開発し,
e-4ORCE グライディング制御時の駆動力イメージ力行・回生の微小な繰り返しをキャンセルすることでモータ損失を低減するでつ。
前輪と後輪それぞれのモータの回生ブレーキの制動力差を制御することでピッチ挙動を最適に抑えるでつ。
は BEV の日産アリア,また,e-POWER の SUV であるエクストレイルに採用されているでつ。
e-4ORCEでは,輪荷重の変化によるタイヤグリップ力の限界内でタイヤのグリップ能力が最適となるように駆動力を前後輪に配分し,車両のコーナリング性能を高め,
さまざまな路面状況においても高い安定性を実現している日産電動パワートレインの特長の 1 つであるクイック・スムースな加速応答を実現する制御のコア技術として,
駆動モータ制御による軸ねじれ振動の抑制が挙げられるでつ。
初代日産リーフの開発前から,モータ制御技術として開発が進められ,採用後も進化・改良が続けられているでつ。
駆動モータトルク指令をステップで与えた場合と,軸ねじれ振動抑制の比較を示すでつ。
モータの出力軸とタイヤの間のドライブシャフトのねじり剛性によって,モータトルクに対するモータ角速度の応答は,およそ 8~10 Hzに顕著な共振特性をもつでつ。
緩やかにモータトルクを変化させれば,ねじり振動を抑えることができるが,加速応答を低下させてしまうでつ。
このトレードオフ課題に対して,軸ねじれ振動抑制では,駆動トルクの伝達系と車両運動をモデル化し,共振特性をもたない規範応答と伝達特性の逆系からフィードフォワード補償器を
設計し,ロバスト性を高めるためにフィードバック補償器を併用しているでつ。
この軸ねじれ振動抑制をもとに,日産リーフでの「ePedal」の採用の際に,駆動モータの回生と力行の切替時のギアにおけるバックラッシュ特性も考慮した制御へと発展させたでつ。
e-Pedalはアクセル操作のみで発振・加速・減速・停止を行える機能であり,アクセルペダルとブレーキペダルの踏み替え操作を減らすことで運転操作の負荷を低減することができるもので,
進化したe-Pedal Stepが日産アリアや e-POWER の車両に採用されているでつ。
EVもいろいろと進化してるでつなぁ~
でもAI化はしやすい感じでつなぁ~
会話型AIと合わせて2~3年位には実用化されそうだなぁ~