CN101061019B - 电动车辆的制动控制装置及制动控制方法 - Google Patents

电动车辆的制动控制装置及制动控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种即使在再生负载小的情况下相对于来自驾驶室的制动力指令的响应迟后也很小的电动车辆的控制装置及制动控制方法。所述装置包括：根据制动指令运算电力制动力指令、并生成机械制动指令的制动装置；以及根据来自该制动装置的电力制动力指令和制动指令来运算电力制动力、控制电力变换器的控制电路，控制电路包括：运算电力制动力、控制电力变换器的控制运算部；根据制动指令和检测电力变换器的输入电压的电压传感器的输出来运算出补全制动起动时的电力制动力的假想制动力的假想制动力运算部；以及将控制运算部的运算输出和假想制动力运算部的运算输出相加的加法器，利用加法器的输出来改变来自制动装置的机械制动指令。

Description

电动车辆的制动控制装置及制动控制方法
技术领域
本发明涉及一种同时采用由电动机产生的电力制动和空气制动等机械制动的电动车辆的制动控制装置及制动控制方法。 
技术背景
在同时采用由电动机产生的电力制动和空气制动等机械制动的电动车辆中，一般采用在制动时以电力制动为优先、而相对于车辆整体的制动力电力制动力不够的制动力则用机械制动来补足的制动系统。然而，由于由电动机产生的电力制动和空气制动等机械制动分别对制动指令的响应速度不同，尤其在制动起动时为了不损害乘车的舒适性，因此假想地输出电力制动力并抑制机械制动的动作，以不产生过大的制动力，从而平稳地制动起动。(例如参照专利文献1)。 
专利文献1：日本专利特开平6-253407号公报(图1) 
发明的公开 
发明所要解决的技术问题 
但是，在已有的电动车辆制动控制装置中，由于制动起动时输出的假想制动力并不是按照实际的电力制动力、即再生制动力输出的，因此在没有再生负载时，从制动起动至实际开始制动中间产生无效时间，从而存在尽管驾驶员在电动车辆中已进行了制动操作也还是会产生车辆并不制动的自由行驶时间的问题。 
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种电动车辆的制动控制装置和制动控制方法，在制动起动时，若再生负载小，则改变假想制动力的大小，从而即使在再生负载小的情况下，相对于来自驾驶室的制动力指令的响应迟后也很小。 
解决技术问题所采用的技术方案 
在本发明的电动车辆的制动控制装置中，利用由直流架线电压供电的电力变换器驱动交流电动机，并根据来自驾驶室的制动指令来控制所述电力变换器，从而使由所述交流电动机产生的电力制动起作用，并用机械制动来补足不够的部分，包括：根据所述制动指令运算电力制动力指令、并生成机械制动指令的制动装置；以及根据来自该制动装置的电力制动力指令和所述制动指令来运算出电力制动力、从而控制所述电力变换器的控制电路，所述控制电路包括：运算所述电力制动力并控制所述电力变换器的控制逻辑部、根据所述制动指令和检测所述电力变换器的输入电压的电压传感器的输出来运算出在制动起动时补全所述电力制动力的假想制动力的假想制动力运算部、以及将所述控制逻辑部的运算输出和所述假想制动力运算部的运算输出相加的加法器，将所述电力制动力指令与所述加法器的输出之差作为来自所述制动装置的机械指令。
此外，在本发明的电动车辆的制动控制方法中，利用由直流架线电压供电的电力变换器驱动交流电动机，并根据来自驾驶室的制动指令来控制所述电力变换器，从而使由所述交流电动机产生的再生制动力起作用，并用机械制动来补足不够的部分，根据所述制动指令来运算出电力制动力指令，并且生成机械制动指令，根据在制动起动时所述制动指令和检测所述电力变换器的输入电压的电压传感器的输出，运算出在制动起动时补全所述再生制动力的假想制动力，在没有再生负载时，改变所述假想制动力以使相对于所述制动指令的响应迟后变小，并将所述电力制动力指令与所述假想制动力之差作为所述机械制动指令。 
发明效果 
采用本发明，对于同时采用电力制动和机械制动的电动车辆而言，在制动起动时，即使在再生负载小的情况下，也能实现相对于来自驾驶室的制动力指令的响应迟后很小的制动控制。 
附图说明
图1是表示本发明实施形态1的电动车辆的控制装置的方框结构图。 
图2是说明图1中制动时的第1动作的各个波形图。 
图3是说明图1中制动时的第2动作的各个波形图。 
图4是说明图1中制动时的第3动作的各个波形图。 
图5是表示图1中假想制动力运算部的概略结构的方框图。 
(元件符号说明) 
1 架线 
2 集电器 
3 滤波电路 
3a滤波电抗器 
3b滤波电容器 
4电压传感器 
5变流器 
6交流电动机 
7接地电位 
8控制电路 
8a控制逻辑部 
8b假想制动力运算部 
8c加法器 
9制动装置 
9a变换部 
9b减法器 
具体实施方式
实施形态1 
图1是表示本发明实施形态1的电动车辆的控制装置与交流电动机之间的关系的结构图。在图1中，直流电压从架线1通过集电器2和滤波电路3输入到作为电力变换器的变流器5中。在滤波电路3中，3a为电抗器，3b为滤波电容器，7为接地电位。 
在变流器5与滤波电路3之间设置有电压传感器4，电压传感器4检测变流器的直流侧电压、即滤波电容器电压，并输出到控制电路8中。变流器5根据来自控制电路8的信号从直流电变换为交流电或者从交流电变为直流电，并将交流电压供给到感应电动机等交流电动机6中。 
在此，变流器5由半导体元件等构成，例如可采用由PWM(脉冲宽度调制)控制方式来控制的电力变换器。这些电力变换器由PWM控制输出脉冲电压，将直流电压变换为具有所要的电压幅值和频率的交流电压。 
在控制电路8的控制逻辑部8a中，为了根据来自驾驶室等的制动指令BC以及来自制动装置9的电力制动指令BL对变流器5进行PWM控制，对构成变流器5的半导体元件输出转换信号。 
此外，在控制逻辑部8a中，例如由电动机电流(未图示)等运算出与交 流电动机6实际产生的扭矩相当的制动力，或者由制动扭矩传感器(未图示)等检测出电动机的制动力，并将第1制动力BTO输出到加法器8c中。 
此外，在控制电路8内的假想制动力运算部8b中，由制动指令BC以及从电压传感器4输入的滤波电容器电压来生成用于形成补全电力制动力的假想制动力的制动力虚假信号BTD，并输出到加法器8c中。加法器8c将第1制动力BTO和制动力虚假信号BTD相加、作为第2制动力BT而输出到制动装置9中。 
制动装置9由制动指令根据在变换部9a中预先设置的表格等来运算出电力制动力指令BL，并输出到控制电路8和减法器9b中。减法器9b从电力制动力指令BL减去第2制动力BT，并将其结果作为机械制动指令来输出。 
下面，参照图2～图4来说明图1的电动车辆的制动控制装置的动作。 
为了使发明的效果更明确，首先参照图2来说明最初制动时有再生负载且电力制动充分地起作用时的情况。 
在控制电路8的控制逻辑部8a中，根据来自驾驶室的制动指令BC(图2b)以及来自制动装置9的电力制动力指令BL(图2c)来控制变流器5以使电力制动动作。再将相当于电动机实际所产生的扭矩的制动力作为第1制动力BTO(图2d)输出。另外，在控制电路8中，由于要有为使变流器动作的准备动作等的缘故，因此从接受制动指令起到电力制动实际动作为止产生时间迟后(区间A)，此外，为了平稳地加上电力制动而不致损害乘车的舒适性，因而使之具有一提升(区间B)。 
在再生负载足够大时，滤波电容器电压(图2a)并不上升，为了使电力制动力像指令那样生成，电动机的制动力BTO如图2d所示地生成。另外，为了避免加上制动时电力制动和机械制动的重叠，如图2e所示，输出作为假想制动力的制动力虚假信号BTD。其结果是，在加法器8c中将电动机的制动力BTO和制动力虚假信号BTD相加，并如图2f所示，将第2制动力BT输出到制动装置中。此外，在此，制动力虚假信号BTD是以阶梯形给出的，但也可用斜坡函数等。 
另一方面，在制动装置9中，在加上制动指令BC时，由于电力制动的动作迟后期间第二制动力BT就是原来为零的状态，因此由减法器9b运算出第二制动力BT相对于电力制动力指令BL的不足，并将其补足部分作为机械制动力指令输出。通常，作为机械制动采用空气制动，其特性方面有响应迟后，因此实际的制动力像图2g那样增加。 
在制动起动时，以上所示动作的结果是，车辆的制动力如图2h所示地变化，从而可以实现平稳的制动起动而不损害乘车的舒适性。 
下面，参照图3来说明在制动时没有再生负载时的情况。 
如图3a所示，在没有再生负载时，若加上电力制动，则滤波电容器电压增加。在控制电路8中，若滤波电容器电压继续增加，则可能会损坏构成变流器5的半导体元件，因此在滤波电容器电压超出设定值时，对电力制动力加以限制。其结果是，如图3d所示，即使在有与图2同样的制动指令BC时，与电力制动力相当的第1制动力BTO在滤波电容器电压超出设定值的时刻还是缩减到零。这种情况下，若由假想制动力运算部8b与图2同样地输出制动力虚假信号BTD，则由于电力制动力缩减，因此如图3h所示，车辆的减速度在c点处下降。另外，由于在制动力虚假信号BTD为零的D点处与电力制动力相当的第1制动力BTO为零，故第2制动力BT也为零，因此，相对于电力制动指令BL，第2制动力BT不够，为了补足其不够的部分，从D点起加上机械制动。如上所述，由于机械制动在其特性方面响应迟后而像图3g那样变化(区间E)，因此车辆的制动力、即减速度成为如图3h的实线所示，与图3h的虚线部相当的部分实际上成为制动缺漏的状态，从而尽管驾驶员进行了制动操作，还会有制动加不上去的情况的问题存在。 
因此，为了在没有再生负载的状态下也能解决如图3所示的问题，利用电压传感器4检测出滤波电容器电压，据此运算出制动力虚假信号BTD。参照图4来说明此时的动作。 
与图3一样，在没有再生负载时，若加上电力制动，则滤波电容器电压增加。在假想制动力运算部8b中，如图5所示，监视滤波电容器电压EFC，在输入了制动指令BC后，例如运算出滤波电容器电压，并在所述电压的变化率超过设定值时由变化率运算器8b1、比较器8b2来判断出没有再生负载(比较器输出C为H)，通过单触发信号发生器8b3如图4e所示地将制动力虚假信号BTD取为零。其结果是，由于第2制动力BT如图4f所示地变化，因此在制动装置中判断出在F点处第2制动力BT相对于电力制动指令BL不够，为了补足其不够的部分，从F点起加上机械制动。 
其结果是，车辆的制动力、即减速度成为如图4h所示，可消除图3所见到的减速度不够、制动缺漏的状态，对车辆而言就能获得如驾驶员的操作那样的减速度。 
采用以上的实施形态1，可实现：在制动起动时若再生负载小，则改变假想制动力的大小，从而即使在再生负载小的情况下相对于来自驾驶室的制动指令响应迟后也很小的电动车辆的制动控制装置及制动控制方法。 

Claims (3)

1.一种电动车辆的制动控制装置，利用由直流架线电压供电的电力变换器驱动交流电动机，并根据来自驾驶室的制动指令来控制所述电力变换器，从而使由所述交流电动机产生的电力制动起作用，并用机械制动来补足不够的部分，其特征在于，包括：
根据所述制动指令运算电力制动力指令、并生成机械制动指令的制动装置；以及
根据来自该制动装置的电力制动力指令和所述制动指令来运算出电力制动力、从而控制所述电力变换器的控制电路，
所述控制电路包括：运算所述电力制动力并控制所述电力变换器的控制逻辑部、根据所述制动指令和检测所述电力变换器的输入电压的电压传感器的输出来运算出在制动起动时补全所述电力制动力的假想制动力的假想制动力运算部、以及将所述控制逻辑部的运算输出和所述假想制动力运算部的运算输出相加的加法器，将所述电力制动力指令与所述加法器的输出之差作为来自所述制动装置的机械制动指令。
2.如权利要求1所述的电动车辆的制动控制装置，其特征在于，所述电压传感器对设于所述电力变换器的直流侧的滤波电路的滤波电容器电压进行检测。
3.一种电动车辆的制动控制方法，利用由直流架线电压供电的电力变换器驱动交流电动机，并根据来自驾驶室的制动指令来控制所述电力变换器，从而使由所述交流电动机产生的再生制动力起作用，并用机械制动来补足不够的部分，其特征在于，
根据所述制动指令来运算出电力制动力指令，并且生成机械制动指令，
根据在制动起动时所述制动指令和检测所述电力变换器的输入电压的电压传感器的输出，运算出在制动起动时补全所述再生制动力的假想制动力，
在没有再生负载时，改变所述假想制动力以使相对于所述制动指令的响应迟后变小，
并将所述电力制动力指令与所述假想制动力之差作为所述机械制动指令。
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