JP2010233403A - 車両システム - Google Patents

Abstract

【課題】 走行路の状態等に拘らず、電力の収支を自由に制御できる車両システムの提供。
【解決手段】 車両システムは、第１の車輪から伝達された運動エネルギーを入力として、所定の回生効率の発電機として機能する第１のモータと、所定の力行効率にて運動エネルギーを出力し、前記第１の車輪の前方または後方に配設された第２の車輪を駆動させる第２のモータと、インバータを介して、前記第１、第２のモータに接続された二次電池と、予め算出した第１のモータの回生効率および前記第２のモータの力行効率を用いて、車両制動要求発生時に、要求された制動トルクが得られ、かつ、前記第１のモータから回収される回生電力と、前記第２のモータにて消費される電力と、の差が所定の範囲に収まるように、前記第１のモータに指示する回生トルクと、第２のモータに対する力行トルクとを、それぞれ算出して指示する制御部と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両システムに関し、特に、モータ（電動機）にて走行する車両システムに関する。

車両システムのうち、充電可能な２次電池（以下、「バッテリ」ともいう。）と、インバータと、モータとを有し、モータを駆動制御して走行するだけでなく、制動時や降坂路走行時等に、モータを発電機として動作させ、発生した電力をバッテリに充電できる構成が知られている。

このような車両システムでは、走行路の状態等により電力の収支が回生側に傾いて、バッテリの充電可能な容量を超えてしまうことがある。そこで、例えば、バッテリの充電状態（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ；ＳＯＣ）をモニタし、満充電状態では電力回生制御を抑止し、機械ブレーキを用いるものなどが知られている。

また、上記のようなケースにおいて回生電力自体を低減させる方法も提案されている。例えば、特許文献１に、低い効率で交流モータを駆動する決定がなされたときに、交流モータに流れる電流の高周波成分を増加させる電流加工部を備えたモータ制御装置が開示されている。同公報によれば、上記のように交流モータに流れる電流の高周波成分を増加させることで、交流モータにおける鉄損が増加し、効果的に交流モータの運転効率を低下させることができるとされている。

特開２００５−１０２３８５号公報

特許文献１のモータ制御装置によれば、回生効率を低減することができるが、低いながらも回生電力が発生してしまうため、長い下り坂などでは、満充電状態になってしまうという問題点がある。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、走行路の状態等に拘らず、電力の収支を自由に制御できる車両システムを提供することにある。

本発明の第１の視点によれば、第１の車輪から伝達された運動エネルギーを入力として、所定の回生効率の発電機としても機能する第１のモータと、所定の力行効率にて運動エネルギーを出力し、前記第１の車輪の前方または後方に配設された第２の車輪を駆動させる第２のモータと、インバータを介して、前記第１、第２のモータに接続された二次電池と、予め算出した第１のモータの回生効率および前記第２のモータの力行効率を用いて、車両制動要求発生時に、要求された制動トルクが得られ、かつ、前記第１のモータから回収される回生電力と、前記第２のモータにて消費される電力と、の差が所定の範囲に収まるように、前記第１のモータに指示する回生トルクと、第２のモータに対する力行トルクとを、それぞれ算出して指示する制御部と、を備えた車両システムが提供される。

本発明によれば、車両制動要求発生時における電力の収支を自由に制御することが可能となる。その理由は、前後の車輪に配置したモータに互いに逆方向のトルクを指示し、要求された制動トルクが得られ、かつ、前記回生効率と前記力行効率との差によって定まる前記２つのモータの電力収支が、目標として設定した所定の範囲に収まるように、それぞれ指示トルクを算出するよう構成したことにある。

本発明の第１の実施形態に係る車両システムの構成を表した図である。 電力収支が０で、必要制動トルクから各モータへの指示トルクを求めるためのマップの例である。 本発明の第１の実施形態の動作を表したフローチャートである。 あるモータのトルク−効率特性を表したグラフである。 図２のマップに、図４のトルク−効率特性による補正して得られたマップである。 本発明を適用可能な車両システムの別の一例を表した図である。

［第１の実施形態］
続いて、本発明の第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明に係る車両システムの概略構成を表した図である。図１を参照すると、モータ１２１、１２２と、前記モータ１２１、１２２を制御する制御部１３と、バッテリ１４と、バッテリ容量検出部１５と、を備えた車両の構成が示されている。なお、図１中の実線は制御用の信号線を表し、破線は強電系の電力線を表している。

モータ１２１、１２２は、前輪１１１および後輪１１２をそれぞれ駆動する走行駆動用の３相交流のモータジェネレータによって構成され、図示省略するインバータを介して、バッテリ１４に接続される。モータ１２１、１２２としては、ホイールと一体化されたインホイールモータを用いることもできる。

制御部１３は、バッテリ容量検出部１５から入力されたバッテリ１４の充電状態（ＳＯＣ）に基づいて、モータ１２１、１２２を力行運転または回生運転を指示するＥＣＵ（電子制御ユニット）などである。モータ１２１、１２２に対する具体的なトルク指示値の計算方法については、後に詳述する。

バッテリ容量検出部１５は、バッテリ１４に接続された電圧センサや電流センサ（いずれも図示省略）により検出された電圧値、電流値等から、バッテリ１４の容量（充電状態；ＳＯＣ）を算出し、制御部１３に出力する。

以下、本実施形態では、ドライバの減速操作や下り坂などで制動要求が発生した際に、バッテリ１４の容量（充電状態；ＳＯＣ）が所定値以上であり、バッテリ１４に充電される回生電力が０となるようにコントロールする例を挙げて説明する。

図２は、モータ１２１、１２２から、必要な制動トルクが得られ、かつ、バッテリ１４に充電される回生電力が０となるように、制御部１３がモータ１２１、１２２に指示するトルク指示値（Ｔ１、Ｔ２）を表したマップである。このマップは、モータ回転数が５００ｐｍで、前輪１１１側のモータ（第１のモータ）１２１の回生効率（発電効率）が８０％であり、後輪１１２側のモータ（第２のモータ）１２２の力行効率（モータ効率）が７０％である場合の例である。

図２のマップの必要制動トルクの位置の２つのモータトルク指示線の値（Ｔ１、Ｔ２）を読み取ることで、第１、第２のモータ１２１、１２２に指示するトルクを求めることができる。

より具体的には、必要な制動トルクが１００Ｎｍである場合、図２のマップの第１モータ指示トルク線Ｔ１、第２モータ指示トルク線Ｔ２の、制動トルクが１００Ｎｍの値を読み取って、Ｔ１＝２２７Ｎｍ、Ｔ２＝１２７Ｎｍという値を得ることできる。このとき、前輪１１１側のモータ（第１のモータ）１２１に、２２７Ｎｍの回生トルクを指示し、後輪１１２側のモータ（第２のモータ）１２２に、１２７Ｎｍの力行トルクを指示し、差し引き１００Ｎｍの制動トルクが得られる。この２２７Ｎｍの回生トルクと１２７Ｎｍの力行トルクの組み合わせは、次式による電力収支を０にするとの条件も満たしている。

例えば、前輪１１１側のモータ（第１のモータ）１２１で回収される電力は上式から、２２７（Ｎｍ）×５００（ｐｍ）／６０×２π×８０％より＝約９．５Ｗと算出される。一方、後輪１１２側のモータ（第２のモータ）１２２で消費される電力は上式から、１２
７（Ｎｍ）×５００（ｐｍ）／６０×２π×１／７０％より＝約９．５Ｗと算出される。

上記のような関係を定めたマップあるいはテーブルをモータ回転数毎に作成しておくことにより、必要となる制動トルクに応じて電力収支を０にする、回生トルク指示値および力行トルク指示値を得ることが可能になる。

続いて、本実施形態の動作について図面を算出して詳細に説明する。図３は、本発明の第１の実施形態に係る車両システムにおいて所定時間間隔で実行される処理を表したフローチャートである。

図３を参照すると、バッテリ容量検出部１５が、バッテリ１４の充電状態（ＳＯＣ）の検出を実行する（ステップＳ００１）。

制御部１３は、ドライバの減速操作や下り坂走行中など車両の状態に基づいて、車両制動要求が発生しているか否かを判定する（ステップＳ００２）。

ステップＳ００２で車両制動要求が発生していると判定した場合、制御部１３は、ステップＳ００１で入力されたバッテリ１４の充電状態（ＳＯＣ）と、所定しきい値とを比較して、バッテリの充電状態が飽和状態（満充電状態）であるか否かを確認する（ステップＳ００３）。

ステップＳ００３で、バッテリ１４の充電状態（ＳＯＣ）が飽和状態（満充電状態）でないと判断した場合、制御部１３は、通常どおりの制動制御を行う。例えば、上述した前輪１１１側のモータ（第１のモータ）１２１および後輪１１２側のモータ（第２のモータ）１２２に、それぞれ制動トルクを指示し、モータ１２１、１２２を用いた回生運転を行わせる（ステップＳ００５）。

一方、バッテリ１４の充電状態（ＳＯＣ）が飽和状態（満充電状態）であると判断した場合、制御部１３は、現在の回転数のマップを参照し、必要となると制動トルクに応じた回生トルク指示値と、力行トルク指示値をモータ１２１、１２２に対し、それぞれ指示する（ステップＳ００４）。

以上のように、本実施形態によれば、制動力を得ながら、充電エネルギーを０にすることができるため、走行中に回生ブレーキから機械式ブレーキに切り替える等の措置も不要となる。

なお、上記した実施形態では、モータ回転数が５００ｐｍで、前輪１１１側のモータ（第１のモータ）１２１の回生効率（発電効率）が８０％であり、後輪１１２側のモータ（第２のモータ）１２２の力行効率（モータ効率）が７０％である場合の例を挙げて説明したが、図４に示すようなトルク−効率特性が得られている場合、車両に搭載するモータに応じて、図２のようなマップを図４のトルク−効率特性により、補正してもよい。

図５は、図４のトルク−効率特性にて図２のマップを補正したものであり、上記のように、低トルク域では効率が低く、回生電力も落ちるため、必要制動トルクを得るための回生トルク指示値、力行トルク指示値とも低くなっている。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の基本的技術的思想を逸脱しない範囲で、更なる変形・置換・調整を加えることができる。例えば、上記した実施形態では、図１のような各車輪にそれぞれ走行駆動用のモータを備えた構成のほか、図６に示すように、車軸に一つずつモータが配設されている構成であってもよい。前後する２つの車輪にそれぞれ接続されたモータを有し、各モータに独立して逆方向のトルク指示を与えることができる車両であれば、適用することが可能である。

また、上記した実施形態では、前輪側のモータ１２１を回生制御し、後輪側のモータ１２２を力行制御するものとして説明したが、この組合わせに限定されるものではない。例えば、前後のモータ１２１、１２２の特性（効率）が逆であれば、後輪側のモータ１２２を回生制御し、前輪側のモータ１２２を力行制御することになる。

また、上記した実施形態では、電力収支が０になるようなモータトルク指示値の組み合わせを求めるものとして説明したが、目標とする電力収支としては、バッテリの充電状態に応じて任意の値を設定することができる。その理由は、［数１］に示すように、モータの効率の違いがあれば、前後する車輪に接続された２つのモータに、互いに逆方向のトルクを指示したとき、目標とする制動トルクと電力収支とが得られるようなモータトルク指示値があるからである。

また、上記した実施形態では、バッテリ１４の充電状態（ＳＯＣ）が飽和状態（満充電状態）になったら、バッテリ１４に充電される回生電力が０となるようにする制動動作を開始するものとして説明したが、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）が一定値を超えたら、一方のモータに力行制御を指示して、バッテリに充電される回生電力が低くなるようにする制動動作を開始してもよい。

１３ 制御部
１４ バッテリ
１５ バッテリ容量検出部
１１１ 前輪
１１２ 後輪
１２１、１２２ モータ

Claims (3)

1. 第１の車輪から伝達された運動エネルギーを入力として、所定の回生効率の発電機としても機能する第１のモータと、
   所定の力行効率にて運動エネルギーを出力し、前記第１の車輪の前方または後方に配設された第２の車輪を駆動させる第２のモータと、
   インバータを介して、前記第１、第２のモータに接続された二次電池と、
   予め算出した第１のモータの回生効率および前記第２のモータの力行効率を用いて、
   車両制動要求発生時に、要求された制動トルクが得られ、かつ、前記第１のモータから回収される回生電力と、前記第２のモータにて消費される電力と、の差が所定の範囲に収まるように、前記第１のモータに指示する回生トルクと、第２のモータに対する力行トルクとを、それぞれ算出して指示する制御部と、
   を備えた車両システム。
2. 前記制御部は、バッテリの充電可能量を超えた余剰電力が発生する場合に、前記第２のモータにて消費される電力と、前記第１のモータから回収される電力との差が０以上となるように、前記第１のモータに指示する回生トルクと、第２のモータに対する力行トルクとを、それぞれ算出して指示する請求項１の車両システム。
3. 前記第１、第２のモータは、前後する車輪に配設されたインホイールモータである請求項１または２の車両システム。

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