JP2010173610A - 電動車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】ブレーキ協調制御が可能な電動車両において、協調制御から油圧制動への移行の際に、ドライバビリティを確保しつつ、燃費向上を図る。
【解決手段】車両速度VSの減少量により算出される減速度の絶対値の増加に対応して、回生制動力を低下させる車両速度の第1の基準値αおよび回生制動力を停止させる車両速度の第2の基準値βを減少させるように可変に設定する。そして、第1および第2の基準値と車両速度との比較に基づいて、回生制動力の分担割合の低下を開始するとともに、回生制動力の発生を停止させる。これにより、減速度の絶対値が小さい場合は、車両乗員への違和感を低減させてドライバビリティを確保しつつ、減速度の絶対値が大きい場合は、低車速域まで回生制動を行うことで燃費向上を図ることができる。
【選択図】図3

Description

本発明は、電動車両に関し、より特定的には、油圧制動力と回生制動力によりトータル制動力を実現する電動車両の制御に関する。
近年、電気自動車やハイブリッド自動車のように、電動機により駆動される車両においては、制動時に電動機による回生制動力と、油圧などで駆動される機械ブレーキによる制動力との両者を用いて車両のトータル制動力を発生する技術(以下、「協調制御」とも称する。)が実現されている。
たとえば、特開2008−105523号公報(特許文献1)には、協調制御から油圧制動力(液圧制動力)のみでの制動への移行(すり替え)において、油圧制動力の増加開始よりも回生制動力の減少開始を遅らせて、回生制動力と油圧制動力との合計が要求制動力を超えるように設定することにより燃費向上を図る「燃費優先すり替え制御」と、油圧制動力と油圧制動力との合計が要求制動力に一致させるように設定し、安定的なブレーキフィーリングを実現する「ブレーキフィーリング優先すり替え制御」を選択可能とする技術が開示されている。
また、特開2004−328884号公報(特許文献2)では、協調制御から油圧制動力のみでの制動への移行の際に、車速が回生制動可能車速下限値となったときに、油圧制動のみとなるように、減速度に応じて許容最大回生制動トルクの制限値を可変とする技術が開示されている。
この技術によれば、低車速域での回生制動を停止させることにより、低車速域において回生制動トルクの制御精度が悪いことに起因する、車両減速度の脈動を防止することができる。
特開2008−105523号公報 特開2004−328884号公報
電動機による回生制動と油圧ブレーキによる油圧制動とによる協調制御が可能な電動車両においては、通常時は、回生制動の使用により蓄電装置を充電することによって回生エネルギーを回収しており、これによりエネルギー効率(燃費)を向上させている。回生制動力は車両停止時には発生されないので、車両停止動作時には、減速中に協調制御から油圧制動のみへの移行が必要となる。そして、燃費向上をするためには、できるだけ低車速域まで回生制動を使用してエネルギー回収をすることが望ましい。
しかしながら、一般的に、車両の停止直前においては、クリープトルクとして正のトルクが発生されるので、協調制御から油圧制動のみへの移行を低車速域で行った場合、移行途中で電動発電機の出力トルクが負から正に瞬間的に変動する場合があり、それによって車両乗員に対して違和感を与えてしまうおそれがある。また、機械的な油圧制動に比べて電気的な回生制動のほうが駆動指令に対する応答速度が速いため、この応答速度差によって、協調制御から油圧制動のみへの移行時にトルク変動が発生してしまい、違和感を与えてしまうおそれがある。特に、これらのトルク変動による違和感は、緩やかに減速する(減速度の絶対値が小)場合ほど感じやすいので、そのような場合に協調制御から油圧制動のみへの移行を低速化することは困難である。
この発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、協調制御が可能な電動車両において、協調制御から油圧制動への移行の際に、ドライバビリティを確保しつつ、燃費向上を図ることである。
本発明による電動車両は、油圧により駆動され、油圧制動力を発生するように構成された油圧制動装置と、車輪との間で回転力が相互に伝達可能であって、回生制動力を発生するように構成された電動発電機と、運転者のペダル操作に応じて演算される車両に必要なトータル制動力を、油圧制動力および回生制動力の合計で発生するように設定された、油圧制動力および回生制動力の分担割合に従って、油圧制動装置および電動発電機を制御するとともに、回生制動力の分担割合の低下を開始させる車両速度の第1の基準値および回生制動力の発生を停止させる車両速度の第2の基準値を設定する制御装置とを備えている。そして、上記の制御装置は、一定期間内での車両速度の減少量により算出される減速度の絶対値の増加に対応して、第1の基準値および第2の基準値を減少させるように設定するとともに、第1および第2の基準値と車両速度に基づいて回生制動力の分担割合を決定する。
上記電動車両によれば、協調制御が可能な電動車両において、回生制動力の分担割合の低下を開始させる車両速度の第1の基準値および回生制動力の発生を停止させる車両速度の第2の基準値を、車両の減速度に応じて可変に設定することが可能となる。そして、緩やかに減速する(減速度の絶対値が小さい)場合は、相対的に高車速側で協調制御から油圧制動のみへの移行が行われ、急減速する(減速度の絶対値が大きい)場合は、相対的に低車速側で上記移行を行うことができる。この結果、減速度の絶対値が小さい場合は、車両乗員への違和感を低減させてドライバビリティを確保しつつ、減速度の絶対値が大きい場合は、低車速域まで回生制動を行うことで燃費向上を図ることができる。
この発明によれば、協調制御が可能な電動車両において、協調制御から油圧制動への移行の際に、ドライバビリティを確保しつつ、燃費向上を図ることができる。
本実施の形態に従う、電動車両の全体ブロック図である。 本実施の形態による、減速度に応じた制動力移行開始および終了についての車速基準値設定の概念図である。 本実施の形態による、減速時の協調制御から油圧制動のみへの移行の概念図である。 本実施の形態における、ブレーキ協調制御の処理手順を示すフローチャートである。 本実施の形態における、回生要求トルク決定処理を示すフローチャートである。 本実施の形態における、減速度および車速に基づく最大回生トルク設定マップの例である。
以下において、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、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
図1は、この発明の実施の形態に従う、電動車両100の全体ブロック図である。なお、図1においては、電動車両100としてエンジンを備えたハイブリッド自動車を例として説明を行うが、電動車両100は、充電可能な蓄電装置からの電力によって走行可能であれば、その構成は特に限定されるものではない。電動車両100には、ハイブリッド自動車の他に、たとえば電気自動車および燃料電池自動車などが含まれる。
図1を参照して、電動車両100は、蓄電装置であるバッテリ220と、コンバータ242と、インバータ240と、モータジェネレータMG1,MG2と、エンジン120と、動力分割機構200と、出力部材202と、減速機180と、ドライブシャフト400と、ブレーキディスク402と、ブレーキ機構404と、駆動輪160と、油圧コントローラ406と、HV−ECU110と、バッテリECU115とを備える。
バッテリ220は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。バッテリ220は、たとえば、リチウムイオン電池あるいはニッケル水素電池などの二次電池、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子により構成される。バッテリ220は、コンバータ242に接続され、モータジェネレータMG1,MG2を駆動するインバータ240に対し直流電力を供給するとともに、モータジェネレータMG1,MG2で発電された電力を蓄電する。
また、バッテリ220は、図示しない電圧センサおよび温度センサにより検出されるバッテリ220の電圧Vbおよび温度TbをバッテリECU115に出力する。
コンバータ242は、バッテリ220から出力される直流電力を、HV−ECU110から出力される駆動指令PWC1に従って、インバータ240が必要とする電圧まで昇圧する。また、コンバータ242は、HV−ECU110から出力される駆動指令PWC1に従って、インバータ240からの回生電力をバッテリ220が充電可能な電圧まで降圧する。
インバータ240は、コンバータ242により昇圧された直流電力を、HV−ECU110から出力される駆動指令PWI1に従って交流電力に変換し、モータジェネレータMG1を駆動する。また、HV−ECU110から出力される駆動指令PWI2に従って交流電力に変換し、モータジェネレータMG2を駆動する。さらに、インバータ240は、モータジェネレータMG1,MG2が発電する交流電力を直流電力に変換して回生電力としてコンバータ242に出力する。
モータジェネレータMG1,MG2は、インバータ240から供給される交流電力を受けて回転駆動力を発生する。また、モータジェネレータMG1,MG2は、外部から回転力を受けて交流電力を発生するとともに、HV−ECU110からの回生トルク指令によって回生制動力を車両に発生する。モータジェネレータMG1,MG2は、たとえば、永久磁石が埋設されたロータとY結線された三相コイルを有するステータとを備える三相交流電動発電機である。
また、モータジェネレータMG1,MG2は、動力分割機構200を介してエンジン120にも連結される。そして、HV−ECU110によって、エンジン120の発生する駆動力とモータジェネレータMG1,MG2の発生する駆動力とが最適な比率となるように制御が実行される。また、モータジェネレータMG1,MG2のいずれか一方を専ら電動機として機能させ、他方のモータジェネレータを専ら発電機として機能させてもよい。なお、本実施の形態においては、モータジェネレータMG1をエンジン120により駆動される発電機として機能させ、モータジェネレータMG2を駆動輪160を駆動する電動機として機能させるものとする。また、電動車両100が電気自動車や燃料電池自動車の場合は、エンジン120、動力分割機構200およびモータジェネレータMG1は不要である。
動力分割機構200には、エンジン120の動力を、出力部材202を介して駆動輪160とモータジェネレータMG1との両方に振り分けるために、遊星歯車機構(プラネタリーギヤ)が使用される。プラネタリーキャリア(C)がエンジン120に、サンギヤ(S)がモータジェネレータMG1に、リングギヤ(R)が出力部材202を介してモータジェネレータMG2に連結される。これにより、エンジン120、モータジェネレータMG1およびモータジェネレータMG2のうちのいずれか2つの回転方向および回転速度が決まると、残りの回転方向および回転速度も強制的に決まる。
エンジン120およびモータジェネレータMG2により発生された駆動力は、出力部材202、減速機180およびドライブシャフト400を介して、駆動輪160に伝達される。
ブレーキ機構404は、油圧コントローラ406からブレーキ油圧を受け、その受けたブレーキ油圧に応じて、ドライブシャフト400に設けられたブレーキディスク402を挟み込んで制動力を発生して、車両を減速させる。
油圧コントローラ406は、HV−ECU110からのブレーキ駆動指令BRを受け、ブレーキ駆動指令BRに示される油圧制動力(油圧ブレーキ)を発生させるためのブレーキ油圧を演算する。そして、演算したブレーキ油圧をブレーキ機構404に出力する。
バッテリECU115は、バッテリ220より電圧Vbおよび温度Tbの入力を受け、バッテリの充電状態を示す状態量、たとえば残存容量(SOC(State of Charge)とも称する。)および充電電力上限値Winなどを算出する。そして、これらの算出結果を、HV−ECU110に出力する。
HV−ECU110は、コンバータ242を制御するための信号PWC1を生成し、コンバータ242へ出力する。また、HV−ECU110は、インバータ240を駆動するための信号PWI1,PWI2を生成し、その生成した信号PWI1,PWI2をそれぞれインバータ240へ出力する。
また、HV−ECU110は、いずれも図示しないブレーキペダルの操作量BPおよび車速センサにより検知される車速VSの入力を受ける。さらに、HV−ECU110はバッテリECU115から、バッテリ220のSOCおよび充電電力上限値Winの入力を受ける。そして、HV−ECU110は、これらの情報に基づいてトータル制動力を算出するとともに、このトータル制動力を、油圧ブレーキによる油圧制動力とモータジェネレータMG2による回生制動力とに分配する協調制御を行う。さらに、HV−ECU110は、分配された油圧制動力および回生制動力に基づいて、油圧コントローラ406およびインバータ240に対する、駆動指令BRおよびPWI2をそれぞれ生成して出力する。
なお、HV−ECU110およびバッテリECU115は、いずれも図示しないが、CPU(Central Processing Unit)と、記憶装置と、入出力バッファとを含み、各センサの入力や各機器への制御指令の出力を行い、電動車両100および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、一部を専用のハードウエア(電子回路)で構築して処理することも可能である。
また、図1においては、HV−ECU110とバッテリECU115とを別個の制御装置とする構成としているが、ECUの構成はこれに限定されず、図1の破線で示すように、1つの制御装置として構成してもよい。また、HV−ECU110のうちの一部の機能を、さらに別個の制御装置に分割することとしてもよい。
ところで、上記のような構成の電動車両では、回生制動力は原理的には車両の走行中にのみ発生することが可能であり、車両が停止中には回生制動力の発生はゼロとなる。そのため、車両が走行状態から減速して停止する場合、減速中に回生制動と油圧制動とを併用する協調制御から油圧制動のみへ移行することが必要となる。
この協調制御から油圧制動のみへの移行については、回生制動によるエネルギー回収の観点からは、できるだけ低車速域まで回生制動を継続することが望ましい。しかしながら、車両の低車直前の低車速の領域においては、最終的に正トルクであるクリープトルクを発生する必要があるため、低車速域まで回生制動を使用した場合に、モータジェネレータMG2の発生トルクが、負から正に瞬間的に変動してしまい、車両乗員に違和感を与えてしまう可能性がある。ただし、急ブレーキをかけたときのように、急激に速度が低下するような減速度の絶対値が大きい場合には、大きな速度変化により生じるショックのほうが大きいので、上記の違和感は相対的に感じにくくなる。
そこで、本実施の形態においては、車両の減速度に応じて、協調制御から油圧制動のみへの移行を開始する車速および終了する車速を可変とし、低車速域ではドライバビリティを優先しつつ、高車速域では燃費向上を優先する制御を行う。
図2に、本実施の形態における、減速度に応じた制動力移行開始および終了についての、車速基準値の概念図が示される。
図2において、縦軸は車速VSを示し、横軸は減速度を示している。なお、減速度は負値で表すが、絶対値が大きくなるほど(数値としては小さくなるほど)一定期間の速度減少量は大きくなる。
たとえば、図中の減速度G1において、協調制御から油圧制動のみへの移行開始および移行終了の基準車速はそれぞれα1およびβ1に設定される。そして、車速VSがα1となったときに協調制御から油圧制動のみへの移行を開始し、β1となったときに油圧制動のみとなるように、後述するような手順によって、トータル制動力が回生制動および油圧制動の分担割合が決定される。
また、急減速を行うような、減速度の絶対値が大きい減速度G2(|G2|>|G1|)においては、移行開始および終了を設定する基準車速α2およびβ2は、減速度G1の場合の基準車速よりも小さい値、すなわちα1>α2、β1>β2となるように設定される。
また、図3には、上記の協調制御から油圧制動のみへの移行の際の、回生制動および油圧制動の変化の例が示される。図3(a)は減速度の絶対値が小さい場合(図2においてG1)、そして、図3(b)は減速度の絶対値が大きい場合(図2においてG2)を示している。
図3(a)において、車速VSが運転者のブレーキ操作によって減少する場合、図2で示したように、車両の一定期間内の車速VSの変化から求められた減速度G1に対応して移行開始および終了となる車速基準値α1およびβ1が設定される。そして、車速VSがα1となった時点t10にて、回生制動力の分担割合の低下が開始されるとともに、低下した制動力を油圧制動で発生するように油圧制動力の分担割合が増加される。そして、さらに車速VSが低下し、β1となった時点t20にて、回生制動の分担割合をゼロとし、油圧制動の分担割合が100%になるように、各制動力の分担割合が決定される。
また、図3(b)の場合にも、同様に求められた減速度G2に対応した基準車速α2およびβ2に基づいて、車速VSがα2となった時点t11にて、回生制動力の分担割合の低下が開始されるとともに、油圧制動力の分担割合が増加される。そして、車速VSがβ2となった時点t21にて、油圧制動のみとなるように制御される。
なお、図3(a),(b)においては、説明をわかりやすくするために、協調制御から油圧制動のみへの移行前はトータル制動力が回生制動100%である場合について示したが、実際にはトータル制動力,車速,バッテリの充電状態などにより、回生制動と油圧制動とを併用する協調制御が実行される場合もある。その場合には、トータル制動力のうちの回生制動力に相当する分が、図3で示すように油圧制動力に移行されることになる。
次に、図4には、本実施の形態における、ブレーキ協調制御の処理手順を示すフローチャートが示される。図4および後に説明する図5に示すフローチャート中の各ステップについては、HV−ECU110に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア(電子回路)を構築して処理を実現することも可能である。
図1および図4を参照して、HV−ECU110は、ステップ(以下、ステップをSと略す。)600にて、ブレーキペダル(図示せず)の操作量BPおよび車速センサ(図示せず)により検知される車速VSの入力と、バッテリECU115から入力されるバッテリ220のSOCおよび充電電力上限値Winに基づいて、車両に与えるトータル制動トルクを算出する。
そして、HV−ECU110は、車速VSおよび減速度に基づいて、回生制動によって発生する回生要求トルクを決定する(S610)とともに、トータル制動トルクから回生要求トルクを差し引くことにより、油圧ブレーキトルクを決定する(S620)。
その後、HV−ECU110は、S630にて、S610で決定された回生要求トルクに従って、インバータ240に対する駆動指令PWI1,PWI2を生成して出力する。
また、HV−ECU110は、S640にて、S620で決定された油圧ブレーキトルクに従って、ブレーキ駆動指令BRを生成し、油圧コントローラ406に出力する。
さらに、図5により、図4のフローチャートにおける、S610の回生要求トルクの決定処理の詳細について説明する。図5には、回生要求トルク決定処理の詳細を示すフローチャートが示される。
図1および図5を参照して、HV−ECU110はS500にて、車速センサ(図示せず)により検知される車速VSを検出する。そして、HV−ECU110は、S510にて、一定期間内の車速VSの減少量から減速度を算出する。
次に、HV−ECU110は、上記の車速VSと上記で算出した減速度に基づいて、図6に示すようなマップに従って、絶対値が最大となる回生最大トルクTbkrgmxを設定する。なお、回生トルクは負値で表されるので、回生トルクの数値が小さい(絶対値では大きい)ほど、制動力の大きさは大きくなる。したがって、図6のマップにおいては、T2の設定ほうがT1の設定よりも回生制動力の大きさは大きくなる。
なお、図6で例示した回生最大トルクのマップについては、減速度および速度をさらに細分化して設定してもよい。また、減速度および速度のそれぞれの基準値間の値については、隣り合う基準値間を補間するように設定してもよい。
再び図5を参照して、HV−ECU110は、S530にて、S520で設定した回生最大トルクTbkrgmxが、前回の制御周期における回生トルクTbkrgoより小さいか否か、すなわち前回の制御周期での回生制動力の大きさが、今回マップにより設定された回生制動力の大きさよりも小さいか否か(制限されているか否か)を判定する。
S530でNO、すなわち、上記マップによって設定された今回の回生最大トルクTbkrgmxが前回の制御周期よりも制限されており、前回より回生制動力の大きさが小さく設定される場合は、S540の処理がスキップされ、S550に処理が移される。
一方、S530でYES、すなわち、前回の制御周期の回生トルクTbkrgoが今回のマップ値よりも制限されており、前回のほうが回生制動力の大きさが小さい場合には、S540に処理が移され、HV−ECU110は、回生最大トルクTbkrgmxとして、S520で設定したマップ値に代えて、前回制御周期における回生最大トルクTbkrgmxoに設定する。
次に、HV−ECU110は、S550にて、上記処理で設定された回生最大トルクTbkrgmxを、回生要求トルクTbkrgrqとして設定する。
その後、HV−ECU110は、S560にて、S550で設定した回生要求トルクTbkrgrqと、トータルブレーキ要求トルクTbkallとを比較する。
回生要求トルクTbkrgrqがトータルブレーキ要求トルクTbkallよりも小さい場合(S560にてYES)、すなわちS550で設定された回生制動力の大きさが、要求されるトータル制動力の大きさよりも大きい場合は、回生制動のみでトータル制動力を発生することが可能であるので、HV−ECU110は、S570にて、回生要求トルクTbkrgrqの値をトータルブレーキ要求トルクTbkallに置き換えたものを最終の回生トルク指令値とする。そして、HV−ECU110は、この回生要求トルクTbkrgrqが出力されるように、インバータ240を制御する。
一方、回生要求トルクTbkrgrqがトータルブレーキ要求トルクTbkall以上の場合(S560にてNO)、すなわち、回生制動力の大きさがトータル制動力の大きさよりも小さく、協調制御が必要である場合は、HV−ECU110は、S570のステップをスキップし、S550にて設定した回生要求トルクTbkrgrqを最終の回生トルク指令値とする。そして、HV−ECU110は、この回生要求トルクTbkrgrqが出力されるように、インバータ240を制御するとともに、トータル制動力についての残余の制動力を油圧制動で発生するように、油圧コントローラ406を制御する。
なお、上記の回生トルクTbkrgoとは、前回の制御周期の回生要求トルクを示す。
以上のように、車速VSと減速度に応じて、協調制御から油圧制動のみへの移行開始および停止の速度基準値を可変に設定するとともに、その速度基準値に対応した回生最大トルクを図6のようなマップに従って設定して図5に示す処理を実行することにより、減速度の絶対値が小さいときには高車速側で、そして減速度の絶対値が大きいときには低車速側で協調制御から油圧制動のみへの移行を行うことができる。
その結果、減速度の絶対値が小さい場合には移行時の違和感を抑制してドライバビリティを確保しつつ、減速度の絶対値が大きい場合には回生エネルギーの回収を増加させることにより燃費向上を行うことが可能となる。
なお、本実施の形態において、油圧コントローラ406、ブレーキ機構404およびブレーキディスク402は、本発明における「油圧制動装置」に対応する。モータジェネレータMG1,MG2は、本発明における「電動発電機」に対応する。また、HV−ECU110は、本発明における「制御装置」に対応する。また、速度基準値α1およびα2は、本発明における「第1の基準値」に対応し、速度基準値β1およびβ2は、本発明における「第2の基準値」に対応する。
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。
100 電動車両、110 HV−ECU、115 バッテリECU、120 エンジン、160 駆動輪、180 減速機、200 動力分割機構、202 出力部材、220 バッテリ、240 インバータ、242 コンバータ、400 ドライブシャフト、402 ブレーキディスク、404 ブレーキ機構、406 油圧コントローラ、MG1,MG2 モータジェネレータ。

Claims (1)

  1. 油圧により駆動され、油圧制動力を発生するように構成された油圧制動装置と、
    車輪との間で回転力が相互に伝達可能であって、回生制動力を発生するように構成された電動発電機と、
    運転者のペダル操作に応じて演算される車両に必要なトータル制動力を、前記油圧制動力および前記回生制動力の合計で発生するように設定された、前記油圧制動力および前記回生制動力の分担割合に従って、前記油圧制動装置および前記電動発電機を制御するとともに、前記回生制動力の前記分担割合の低下を開始させる前記車両速度の第1の基準値および前記回生制動力の発生を停止させる前記車両速度の第2の基準値を設定する制御装置とを備え、
    前記制御装置は、一定期間内での車両速度の減少量により算出される減速度の絶対値の増加に対応して、前記第1および第2の基準値を共に減少させるように設定し、前記第1および第2の基準値と前記車両速度とに基づいて前記回生制動力の前記分担割合を決定する、電動車両。
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