JP2012060871A - 電気自動車の制動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータによる回生制動が不可なモータまたはバッテリーの過温時や変速段がＮ段に操作される場合で回生制動量の急激な減少及び油圧制動装置の油圧応答遅延にて発生する制動力減少を効果的に解消できる電気自動車の制動制御方法を提供する。
【解決手段】本発明の電気自動車の制動制御方法は、回生制動が行われる状態で変速レバーのＮ段操作を検出する段階と、変速レバーのＮ段操作を検出した時点からモータの回生制動量を線形的に減少させると同時に、制動量の補償のために油圧制動装置の油圧制動量を増加させる段階と、Ｎ段操作の検出時から設定時間が経過すると、変速機のＮ段変速が行われるようにする段階と、を含む。
【選択図】図４

Description

本発明は電気自動車の制動制御方法に係り、より詳しくは、モータによる回生制動が不可なモータまたはバッテリーの過温時や変速段がＮ段に操作される場合で回生制動量の急激な減少及び油圧制動装置の油圧応答遅延にて発生する制動力の減少を効果的に解消できる電気自動車の制動制御方法に関する。

ハイブリッド車両は、互いに異なる２種類以上の動力源を効率的に組み合わせて車両を駆動させるが、大部分は燃料（ガソリンなどの化石燃料）を燃焼させて回転力を得るエンジンとバッテリー電力にて回転力を得る電気モータにより駆動される車両であり、これを通常ハイブリッド車両（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＨＥＶ）と呼んでいる。

ハイブリッド車両は、エンジンだけでなく電気モータを補助動力源としており、燃費の向上及び排気ガスの低減を図ることができる。また、未来型車両として、燃費を改善し環境親和的な製品にするとの要請に沿って研究が進められている。ハイブリッド車両は、電気モータ（駆動モータ）の動力のみを利用する純粋な電気自動車モードであるＥＶモード、エンジンの回転力を主動力としながら駆動モータの回転力を補助動力として利用するＨＥＶモード、車両の制動もしくは慣性による走行時に制動及び慣性エネルギーを前記駆動モータの発電を通して回収してバッテリーを充電する回生制動（ＲＢ）モードなどの走行モードにて走行する。このようにエンジンの機械的エネルギーとバッテリーの電気エネルギーを共に利用し、エンジンと駆動モータの最適作動領域を利用することはもちろん制動時には駆動モータでエネルギーを回収するため、車両の燃費向上及び効率的なエネルギーの利用が可能となる。

ハイブリッド車両と合わせてモータを駆動させて走行する純粋な電気車両（ＥＶ）や、燃料電池で生成される電力にてモータを駆動させて走行する燃料電池車両（ＦＣＥＶ）などの電気自動車では、制動が必要な場合に運動エネルギーを電気エネルギーに変換する回生制動を通して燃費を向上させるが、このとき油圧制動装置による制動力、即ち、油圧制動力と、モータの発電動作転換及び回転抵抗による電気制動力、即ち、回生制動力間の適切な分配が必須である。

運転者がブレーキペダルを踏む場合、制動力は次のように分配される。
総制動要求量＝油圧制動量＋回生制動量（モータ発電及びバッテリー充電）
しかし、前記のような電気自動車の制動力分配及び制動力制御過程では、次のような問題点がある。

図１は、従来の電気自動車の制動制御過程での問題点を説明する図面である。回生制動中にモータまたはバッテリー温度が過温状態まで上昇してモータによるバッテリー充電を制限する場合、そして回生制動中に運転者が変速段をＮ段に操作する場合の制御状態を示している。まず、制動時に制動力の問題が発生する状況は次の２つの場合、（１）モータまたはバッテリーの温度が設定された基準温度以上まで上昇する過温発生により回生制動中に突然パワー制限（モータの回生制動トルクの制限）が行われる場合、（２）制動中に運転者が変速レバーをＤ段からＮ段（モータ軸と車軸が物理的に分離される）に人為的に変更操作する場合、で発生し得る。

通常の電気自動車では、モータ及びバッテリーの温度が一定温度以上になると充電パワー（回生制動）を急激に制限している。更に、制動中にモータ軸と車軸が物理的に分離される変速段、即ちＮ段に操作される場合は、モータによる回生制動力が車両の減速トルクに伝わらないため、油圧制動装置によってのみ車両を減速させる必要がある。従って、２つの場合において、図１に示すように、回生制動量が急激に減る反面、この状況で十分な制動力を得るために、減った回生制動量にあった油圧制動量を増加させて補償制御する。

しかしながら、急激に減った回生制動量を補償できる程度に油圧制動装置の油圧応答特性が早くないため、油圧応答遅延による制動力の減少、即ち制動がうまくなされないという問題があり、この対処が求められている。

特開２００５−１９８４７９号公報

本発明は、前述の問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、回生制動が不可なモータまたはバッテリーの過温時や変速段がＮ段（モータ軸と車軸が物理的に分離）に操作される場合、油圧制動装置の油圧制動力を増加させて制動力を補償する際、回生制動量の急激な減少と油圧制動装置の油圧応答遅延にて発生する制動力減少の問題点を効果的に解消できる電気自動車の制動制御方法を提供することにある。

本発明の電気自動車の制動制御方法は、回生制動が行われる状態で変速レバーのＮ段操作を検出する段階と、変速レバーのＮ段操作を検出した時点からモータの回生制動量を線形的に減少させると同時に、制動量の補償のために油圧制動装置の油圧制動量を増加させる段階と、Ｎ段操作の検出時から設定時間が経過すると、変速機のＮ段変速が行われるようにする段階と、を含むことを特徴とする。

前記油圧制動量を増加させる段階は、総制動要求量を目標値として油圧制動量を増加させることを特徴とする。

回生制動が行われる状態でモータの温度またはバッテリーの温度が上昇してあらかじめ設定した基準温度２に到達したかを判定する段階と、基準温度２に到達した場合、モータの温度またはバッテリーの温度が増加するに従ってモータの回生制動量を線形的に減少させると同時に、制動量の補償のために油圧制動装置の油圧制動量を増加させる段階と、を更に含むことを特徴とする。

前記基準温度２は、回生制動が完全に中止されるように設定されたモータ及びバッテリーの過温判断基準温度１より低く設定される温度であり、基準温度２到達時点から回生制動量を減少させて基準温度１到達時に回生制動を完全に中止することを特徴とする。

前記基準温度２に到達した場合、総制動要求量を目標値として油圧制動量を増加させることを特徴とする。

本発明の電気自動車の制動制御方法によれば、回生制動中に運転者により変速段がＮ段に操作される場合、回生制動量を線形的に減少させると同時に、油圧制動量に制動量を補償した後に変速機のＮ段変速が行われるようにすることで、モータ軸と車軸が物理的に断絶される前に回生制動量と油圧制動量をブレンディングするため、十分な制動力を得ることができると共に、油圧制動量が上昇した後にモータ軸と車軸を物理的に断絶するため、従来のような制動力減少の問題が改善される。

また、モータまたはバッテリーの過温にて回生制動が完全に中止しなければならない時点以前に回生制動量を線形的に減少させると同時に、油圧制動量を増加させて、過温時点で油圧制動による制動量の補償が完了するようにすることで、油圧制動装置の油圧応答遅延による制動力減少の問題を改善することができる。

従来の電気自動車の制動制御過程での問題点を説明する図面である。 本発明による電気自動車の制動制御方法のブロック図である。 本発明による制動制御方法によるモータの過温発生時のモータの回生制動トルクが制御される状態を示す図面である。 本発明による制動制御方法による変速段がＮ段に操作される場合のモータの回生制動トルクが制御される状態を示す図面である。 本発明による制動制御過程を示す順序図である。 本発明による制動制御過程を示す順序図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。

本発明は、電気自動車の制動制御方法に係り、車両駆動のための駆動モータに回生制動が不可な条件、例えば、モータまたはバッテリーの温度が一定温度以上まで上昇する過温発生時や、モータ軸と車軸の連結関係が物理的に断絶されるＮ段に変速段が操作される場合で、回生制動量の急激な減少及び油圧制動装置の油圧応答遅延にて発生する制動力減少の問題点を効果的に解消できる電気自動車の制動制御方法に関する。

図２は本発明による電気自動車の制動制御方法のブロック図である。図３、４はモータの回生制動トルクが制御される状態を示しており、図３がモータの過温発生時に制動トルク制御状態を示し、図４は運転者によって変速段がＮ段に操作される場合の制動トルク制御状態を示す。図５と図６は、本発明による制動制御過程を示す順序図である。

以下、本発明による制御過程の主体は一つの統合された制御装置となり得るが、通常の電気自動車で車両制御装置を最上位制御装置として各装置別に制御装置を具備しているため、本発明の実施例では、各段階別の制御主体を下のように区分して説明する。

まず、車両全般の制御を担当する車両制御装置を中心に、各制御装置が情報をやり取りするように通信手段（ＣＡＮ通信など）に連結されており、制御装置間の協調制御下に本発明の制御過程が行われる。例えば、車両制御装置を最上位制御装置としてモータの作動全般を制御するモータ制御装置（ＭＣＵ）（インバータ含む）、変速機を制御する変速機制御装置（ＴＣＵ）、バッテリー状態を監視して管理するバッテリー制御装置（ＢＭＳ）、油圧制動装置の作動全般を制御するブレーキ制御装置が各段階別に制御過程を進行させる。

図２に示すように、車両制御装置は、運転者のブレーキペダル操作量（Ｂｒａｋｅ Ｐｅｄａｌ Ｄｅｐｔｈ）による信号を印加され、これを基に総制動要求量を計算した後、制動分配、即ち、総制動要求量を充足するように回生制動量と油圧制動量を分配して算出する。次に、回生制動量に相応する最終回生制動トルクを決定してモータ制御装置に伝達し、油圧制動量に相応する油圧制動トルクを決定してブレーキ制御装置に伝達する。

そこで、モータ制御装置は車両制御装置から伝達された回生制動トルク指令によって実際のモータの回生制動を制御し、ブレーキ制御装置は油圧制動トルク指令によって油圧制動装置の油圧制御を通して油圧制動を制御する。もちろん、回生制動量を算定する際、モータ及びバッテリー状態による充電可能パワーが考慮され、また、モータ及びバッテリーの温度状態（過温可否）や変速レバーの操作状態（Ｎ段操作可否）などによって、後述するように回生制動量（充電パワー）を線形的に減少させると同時に、総制動要求量を充足させるために油圧制動量にて制動量を補償する制御が行われる。

まず、図３と図５を参照して、回生制動中のモータまたはバッテリーの過温発生時の制動制御過程について説明する。モータまたはバッテリーの温度があらかじめ設定された基準温度以上まで上昇する過温時には、回生制動量を作ることができない状態（モータによる発電及びバッテリー充電不可）であるため、このような状況が発生しないように未然に防止することが必要である。

通常、車両制御装置は、回生制動時にモータ制御装置とバッテリー制御装置から転送されるモータ及びバッテリー状態情報を基にしてモータ状態による充電可能パワーと、バッテリー状態による充電可能パワーを計算し、このうち小さい値をシステム充電可能パワーに決定してこれを基に回生制動量及び回生制動トルクを決定する。この過程で、基準温度より低いモータ及びバッテリー温度では、前記のようにモータ状態による充電可能パワー（Ｐｍ）とバッテリー状態による充電可能パワー（Ｐｂ）のうち小さい値（＝システム充電可能パワー＝Ｍｉｎ（ＰＭ，Ｐｂ））に基づいて回生制動量及び回生制動トルクを決定するが、モータ温度（Ｔｍ）またはバッテリー温度（Ｔｂ）が各々あらかじめ設定された基準温度（Ｔ１＿ｍ，Ｔ１＿ｂ）に到達する過温時には、従来は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、充電パワー（回生制動）を急激に制限（基準温度到達時に回生制動中断）していた。

本発明では、図３（ｃ）のモータ過温の例示に示すように、油圧制動装置の油圧応答遅延特性を考慮して基準温度（以下、基準温度１とする）（Ｔ１＿ｍ，Ｔ１＿ｂ）（Ｔ１＿ｍ：モータの基準温度、Ｔ１＿ｂ：バッテリーの基準温度）以前の温度から回生制動量（充電パワー）及び回生制動トルクを線形的に減少させる制御が行われる。

即ち、基準温度（Ｔ１＿ｍ，Ｔ１＿ｂ）より低い温度として基準温度２（Ｔ２＿ｍ，Ｔ２＿ｂ）（Ｔ２＿ｍ：モータの基準温度、Ｔ２＿ｂ：バッテリーの基準温度）をあらかじめ設定し、モータ温度（Ｔｍ）またはバッテリー温度（Ｔｂ）が上昇して基準温度２（Ｔ２＿ｍ，Ｔ２＿ｂ）に到達すると、基準温度２に到達した時点からモータ温度またはバッテリー温度が上昇するに従って回生制動量及び回生制動トルクを線形的に減少させるものである。

この過程で、車両制御装置はモータ制御装置及びバッテリー制御装置から受信されるモータ温度（Ｔｍ）及びバッテリー温度（Ｔｂ）を基準温度１（Ｔ１＿ｍ，Ｔ１＿ｂ）、基準温度２（Ｔ２＿ｍ，Ｔ２＿ｂ）と比較し、モータ温度またはバッテリー温度が上昇して基準温度２に到達する場合、基準温度１到達時点まで回生制動量をあらかじめ設定した傾きで減少させて、基準温度１では回生制動が完全に中止する（回生制動量０まで減少）ようにする。

もちろん、回生制動量の線形減少区間で車両制御装置が回生制動量に相応するトルク指令を決定して出力し、ここにモータ制御装置が車両制御装置から伝達された回生制動トルク指令によってモータの回生制動を制御する。合わせて、モータ温度またはバッテリー温度が基準温度２に到達する時点で、車両制御装置は総制動要求量が充足されるように油圧制動量を増加させる補償制御をするが、総制動要求量を目標値として油圧制動量を増加させる。このように本発明では、回生制動中のモータ及びバッテリーの過温時に回生制動を減少させ、油圧制動量を増加させる制御において油圧応答遅延を考慮して加熱温度条件以前の温度から回生制動量（充電パワー）を線形的に制限することで従来のような制動力減少の問題を改善することができる。

特に、基準温度２到達時点から基準温度１到達時点までは、回生制動量と油圧制動量がブレンディングされる区間となるため、制動力減少の問題が改善される。前記の制御過程で、基準温度１は、従来技術で回生制動（モータによるバッテリー充電）が完全に中止される温度、即ち、従来の急激なパワー制限（回生制動及びモータ充電中止）が行われるモータ及びバッテリーの過温判断基準温度であり、基準温度２は、急激なパワー制限以前の温度で線形的なパワー制限が行われるように基準温度１より低く設定される温度であり、これは実際車両に装着された油圧制動装置の油圧応答特性を考慮して設定される。

一方、図４と図６を参照して、制動中に運転者が変速レバーをＮ段に操作する場合の制動制御過程を説明する。油圧応答遅延を考慮してＮ段操作検出時点で回生制動及び油圧制動をブレンディングすることに特徴があり、これはモータの回生制動トルクを線形的に減少させる制御を行うことで具現される。

より詳細には、回生制動中に運転者により変速レバーがＮ段に操作される場合、油圧応答遅延を考慮すると同時に、モータ軸と車軸が物理的に断絶されて回生制動力が車両の減速トルクに伝わらないことを考慮して、変速レバーのＮ段操作時点から回生制動量を線形的に減少させ、同時に、総制動要求量が充足されるように油圧制動量を増加させる補償制御を実施した後、あらかじめ設定された時間が経過すると変速機の変速段を実際にＮ段に変速させる。

この過程で、車両制御装置は、変速機制御装置から変速レバー操作状態を表す信号の印加を受けてそれから運転者により変速レバーがＮ段に操作されたことを検出すると、設定時間の間回生制動量（充電パワー）をあらかじめ設定された傾きで線形的に減少させる制御を行い、同時に、Ｎ段操作検出時点でモータ及びバッテリーの過温時と同様に総制動要求量を充足させるために、総制動要求量を目標値として油圧制動量を増加させる。更に、Ｎ段検出時点から設定時間が経過すると、変速機制御装置に変速命令を伝達して変速段を実際にＮ段に転換するようにするが、設定時間経過時点で変速機制御装置が変速段を実際にＮ段に変速させるための制御を行う。

即ち、運転者のＮ段操作があった後、回生制動と油圧制動のブレンディングが行われた前記設定時間の間、Ｎ段変速（モータ軸と車軸の物理的断絶）を遅延させるものである。前記設定時間は実際車両に装着された油圧制動装置の油圧応答特性を考慮して設定され、車両制御装置からの別途の命令なく、変速機制御装置が自体的にＮ段操作検出時点から設定時間が経過されたことを判断してＮ段変速制御を行うように設定することもできる。このように回生制動中にモータ軸と車軸が物理的に断絶されるＮ段に変速操作される場合、回生制動量を線形的に減少させると同時に、油圧制動量で制動量を補償した後、油圧応答特性が考慮された設定時間経過時点で変速機のＮ段変速が行われるようにすることで、従来のような制動力減少の問題を改善することができる。特に、Ｎ段操作検出時点から前記設定時間の間は、回生制動量と油圧制動量がブレンディングされる区間となるため、制動力減少の問題が改善される。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく様々な変形及び改良も含まれる。

本発明は、回生制動中に変速段がＮ段に操作されても、モータ軸と車軸が物理的に断絶される前に回生制動量と油圧制動量をブレンディングして十分な制動力を得るようにしたので、電気自動車の制動制御方法として適している。

Ｔｂ バッテリー温度
Ｔｍ モータ温度
Ｔ１＿ｂ，Ｔ１＿ｍ 基準温度１
Ｔ２＿ｂ，Ｔ２＿ｍ 基準温度２

Claims (5)

1. 回生制動が行われる状態で変速レバーのＮ段操作を検出する段階と、変速レバーのＮ段操作を検出した時点からモータの回生制動量を線形的に減少させると同時に、制動量の補償のために油圧制動装置の油圧制動量を増加させる段階と、Ｎ段操作の検出時から設定時間が経過すると、変速機のＮ段変速が行われるようにする段階と、を含むことを特徴とする電気自動車の制動制御方法。
   
2. 前記油圧制動量を増加させる段階は、総制動要求量を目標値として油圧制動量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の制動制御方法。
   
3. 回生制動が行われる状態でモータの温度またはバッテリーの温度が上昇し、あらかじめ設定した基準温度２に到達したかを判定する段階と、基準温度２に到達した場合、モータの温度またはバッテリーの温度が増加するに従ってモータの回生制動量を線形的に減少させると同時に、制動量の補償のために油圧制動装置の油圧制動量を増加させる段階と、を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の制動制御方法。
   
4. 前記基準温度２は、回生制動が完全に中止されるように設定されたモータ及びバッテリーの過温判断基準温度１より低く設定される温度であり、基準温度２到達時点から回生制動量を減少させて基準温度１到達時に回生制動を完全に中止することを特徴とする請求項３に記載の電気自動車の制動制御方法。
   
5. 前記基準温度２に到達した場合、総制動要求量を目標値として油圧制動量を増加させることを特徴とする請求項３または４に記載の電気自動車の制動制御方法。

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