JP2014135814A - 車両の走行制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電動発電機の回生量の変更が可能な車両において、蓄電装置が満充電付近であっても、運転操作が制御に反映されていることを運転者が容易に把握でき、かつ、回収できるエネルギーの減少を抑制できるようにする。
【解決手段】蓄電装置が満充電付近であるときに、シフトポジションが、Dレンジから、より高い回生トルクが設定されるBレンジに切り替えられ、Bレンジでの目標回生トルクTbが、過充電を抑制するための制限値Tgに制限される場合には、Dレンジでの回生トルクTdから、制限値Tgを超えてBレンジでの回生トルクTbまで変化させた後、Bレンジでの定常値である制限値Tgに戻す。これにより、Bレンジでの目標回生トルクTbが制限されない場合と同様な回生トルクの変化を付与でき、係る回生トルクの変化による減速度の変化を運転者が体感することで、運転者は、DレンジからBレンジへの切り替え操作が、回生トルク制御に反映されていることを把握できる。
【選択図】図4

Description

本発明は、電動発電機の回生量の変更が可能な車両の走行制御装置に関する。
特許文献1には、蓄電装置の充電量が所定値よりも高い場合に、電動発電機の回生量を抑制して蓄電装置の過充電を防止し、更に、回生ブレーキの強弱が強レベルに設定されている場合での回生量の抑制量に基づき、回生ブレーキの強弱が通常レベルに設定されている場合の回生量を設定することで、蓄電装置の充電量が所定値よりも高く回生量が抑制される状態においても、回生ブレーキの強弱の切替え操作に応じた回生ブレーキの強さの差を保つようにした、電気自動車のモータ制御装置が開示されている。
特許第4698063号公報
しかしながら、回生ブレーキの強レベル設定時における回生量の抑制量に基づき、通常レベル設定時の回生量を設定すると、充電量に基づく回生量の制約が通常レベル設定時の回生ブレーキに影響しない場合でも、通常レベル設定時の回生量を抑制することになる。
そして、通常レベル設定時における回生量が抑制されると、通常レベル設定時におけるアクセル操作に対する運転感覚が変わって運転者に違和感を与えると共に、通常レベル設定時における回生量が抑制されることで、回収できるエネルギー量が減少するという課題が生じる。
そこで、本発明は、蓄電装置が満充電付近であっても、できるだけ運転状態に影響を与えることなく、運転操作が制御に反映されていることを運転者が容易に把握でき、かつ、回収できるエネルギーを過剰に減少させてしまうことを抑制できる、車両の走行制御装置を提供することを目的とする。
そのため、本願発明の車両の走行制御装置は、力行動作又は回生動作により車両の駆動力又は制動力を発生する電動発電機と、前記電動発電機と電力授受を行う蓄電装置と、前記電動発電機の回生量の切り替えを指令する操作部と、を備えた車両に用いられる走行制御装置であって、前記蓄電装置の充電量が所定値よりも高くかつ前記操作部により回生量の切り替えが指令された場合に、前記操作部が操作されてから所定時間内に、車両の減速度が、増加した後減少する、又は、減少した後増加するように前記電動発電機を制御するようにした。
本発明によれば、回生量の切り替え前の運転感覚を変えることなく、運転操作が制御に反映されていることを運転者が容易に把握でき、かつ、回収できるエネルギーの減少を抑制できる。
本発明の実施の形態における電気自動車のシステム構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態における蓄電装置を構成する電池セルの充電容量と端子間電圧の関係の一例を示した線図である。 本発明の実施の形態におけるシフトポジション毎のモータ回転速度に対する回生トルク指令値の設定例を示した線図である。 本発明の実施の形態におけるシフトダウン操作時の回生トルクの設定例を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態におけるシフトダウン操作時の回生トルクの設定例を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態におけるシフトアップ操作時の回生トルクの設定例を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態におけるシフト操作時における回生トルク制御の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態におけるシフト操作時における回生トルク制御の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態におけるアクセルペダルを緩めた時の回生トルクの設定例を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態におけるアクセルペダル操作時における回生トルク制御の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態におけるシフトダウン操作時の走行モータと機械式ブレーキ装置との協調制御を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態におけるシフト操作時における回生トルク制御の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態におけるシフト操作時における回生トルク制御の流れを示すフローチャートである。
以下に、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図1は、本実施形態における電気自動車の構成を示す図である。
なお、電気自動車には、バッテリのみをエネルギー源とし、モータを駆動して走行する電気自動車、水素から生成した電気でモータを駆動して走行する燃料電池自動車、内燃機関とモータを併用して走行するハイブリッド電気自動車など、モータによる走行が可能な種々の自動車が含まれる。
図1に示す電気自動車50は、走行モータ(電動発電機)10、インバータ11、蓄電装置20、ブレーキロータ3a〜3d及びブレーキキャリパ4a〜4dを含む機械式(摩擦式)ブレーキ装置22、更に、これらを制御、監視する複数の電子制御装置(ECU)12,16,21,30を備える。
複数の電子制御装置12,16,21,30は、それぞれマイクロコンピュータを備え、図中点線で示した車両制御ネットワーク40を介して相互に通信しながら車両の走行を制御する。
蓄電装置20として、例えば、リチウムイオンバッテリやニッケル水素バッテリなどを用いる。
バッテリECU21は、蓄電装置20の端子間電圧、充放電電流、充放電電流の積算に基づく残容量(SOC:State of Charge)の演算や、バッテリ寿命、劣化度(SOH:State of Health)など蓄電装置20に関する情報の演算及び管理を行うと共に、車両制御ネットワーク40を介して他の電子制御ユニット(ECU)に対し、SOCなどの蓄電装置20の情報を出力する。
車両制御ECU30は,車両制御ネットワーク40を介して取得した情報や、車両制御ECU30に接続されたアクセル開度センサ13、ブレーキストロークセンサ14、シフトポジションセンサ15などの信号に基づいて、車両の制動や駆動などに関連する制御信号を生成する。そして、車両制御ECU30で生成した走行制御に関連する制御信号は、車両制御ネットワーク40を介してモータECU12及びブレーキECU16に出力される。
走行モータ10は、例えば三相のDCブラシレスモータである。
モータECU12は、車両制御ECU30からの指令に従って、走行モータ10の駆動動作(力行動作)及び制動動作(回生動作)を制御するための指令値を演算し、当該指令値に基づきインバータ11に対してPWM信号を出力する。
走行モータ10で車両を駆動する場合、モータECU12は、車両制御ECU30から入力された駆動信号(例えば、目標駆動トルク)に応じて、走行モータ10の各相の目標電流を算出し、電流センサ(図示省略)により検出した各相の実電流と目標電流とに基づくパルス信号(PWM信号)をインバータ11に出力する。
また、モータECU12は、減速時には、アクセル開度センサ13、ブレーキストロークセンサ14、シフトポジションセンサ15の出力に基づく車両制御ECU30の指令に従い、インバータ11にPWM信号を出力して回生トルク(回生量)を制御することで車両の減速度を制御すると共に、車体の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、その電気エネルギーを蓄電装置20に回収する回生制御を行う。
インバータ11は、モータECU12から入力されたPWM信号に従って、蓄電装置20と走行モータ10との間で電気エネルギー(電力)の授受を行わせる。即ち、車両駆動時(力行動作時)は、蓄電装置20の直流出力を三相交流出力に変換し、走行モータ10に電気エネルギーを供給し、逆に、車両制動時(回生動作時)は、走行モータ10が発生する三相交流電力を直流電力に変換して蓄電装置20に供給する。
機械式ブレーキ装置22は、各輪のブレーキキャリパ4a〜4dを構成するブレーキパッド(図示省略)をブレーキロータ3a〜3dに押し当てることで、制動力を発生させる装置であり、ブレーキECU16は、車両制御ECU30の指令により、ブレーキパッドのブレーキロータ3a〜3dに対する押し当て力を制御することで制動力を制御する。
このように、車両制御ECU30の駆動指令によって走行モータ10に駆動力を発生させ、発生した駆動力を、減速機1を介して車両の駆動輪2a、2bに伝達して車両を走行させることができる一方、減速時には、走行モータ10の回生制動力と機械式ブレーキ装置22の摩擦制動力とを適切に配分することで、必要な減速力を得る。
図2は、蓄電装置20を構成する最小単位の電池セルの特性の一例として、公称電圧3.6Vのリチウムイオン二次電池における充電容量と端子間電圧(開放電圧)との相関の一例を示すものであり、横軸は充電容量(%)、縦軸は電池セルの端子間電圧(V)を示す。
この図2に示すように、充電容量の下限(例えば、10%以下)や上限(例えば、90%以上)に近づくほど、充電容量の変化に対するセル電圧の変化が大きく、電源としての品質を確保することが困難となるので、充電容量の変化に対するセル電圧の変化が比較的小さい領域内に充電容量が維持されるように、蓄電装置20における充放電を制御する。
充電容量の目標範囲としては、電圧検出誤差や充電容量の推定誤差などを考慮し、例えば、20%〜80%のように、電池の性能に対して十分余裕をもって設定される。
そして、車両制御ECU30やモータECU10などの制御装置は、実際の電池容量の20%〜80%を0%〜100%として制御を行う。つまり、制御装置が、略満充電(電池容量が略100%)であると認識しても、実際には容量として余裕分が残っていることになる。
但し、電池セルには内部抵抗成分が存在するため、実際には、同じ充電容量であっても、出し入れする電流量により端子間電圧(閉回路電圧)が変動し、係る電圧変動により、図2に示すように、端子間電圧が、セル電圧の上限(例えば、4.2V)を上回ったり、下限(例えば、2.5V)を下回ったりすると、蓄電装置20の故障や劣化を早める原因となる。このため、端子間電圧が電圧制限の範囲内となるように、蓄電装置20の充放電電流を制御する必要がある。
つまり、蓄電装置20の充電容量が大きく変化しない程度の短時間であれば、車両制御ECU30などの制御装置が略満充電と判断する蓄電容量であっても、電池セルの端子間への印加電圧が所定範囲内(例えば、4.2V以下)であれば、蓄電装置20は電力を受け入れることができ、走行モータ10を回生動作することができる。
図3は、運転者のシフトレバー(シフト操作部)23の操作によって選択される各シフトポジションにおける、走行モータ10の回転速度とそのときのモータトルク(回生トルク)との相関の一例を示す図であり、係る相関は、走行モータ10の回転速度から目標とする回生トルクを求めるテーブルとして、予め車両制御ECU30の記憶装置(ROMなど)に設定されている。
図3は、シフトポジション毎の目標回生トルクの一例を示す。図3において、横軸は走行モータ10の回転速度、縦軸は走行モータ10に指令されるモータトルク値であり、モータトルク値が正の場合は駆動(力行動作)、負の場合は制動(回生動作)を示す。
また、図3は、シフトポジションとして、通常の走行モード(Dレンジ)と、回生トルクTb(回生ブレーキ、回生量)がDレンジの回生トルクTdよりも高く(強く)設定される走行モード(Bレンジ)とを備えた例を示す。
なお、回生トルクとは、図3に示す負のトルク値であり、以下、回生トルクの増加とは、負のトルク値の絶対値の増加(回生ブレーキ力の増加)を示し、回生トルクの減少とは、負のトルク値の絶対値の減少(回生ブレーキ力の減少)を示すものとする。
図3に示す、Dレンジの回生トルクTdとBレンジにおける回生トルクTbとの差ΔTqは、車両の減速度の違いに比例し、アクセルペダル(アクセル操作部)24を離した状態では、DレンジよりもBレンジの方が、減速度が大きくなるように、モータ回転速度に対する回生トルクがレンジ毎に設定されている。
従って、例えば、Dレンジを選択していた運転者が、アクセルペダル24を離した際に減速度が不足であると感じ、DレンジからBレンジに切り替えるシフト操作を行うと、走行モータ10の目標回生トルクがΔTqだけ増加する。そして、走行モータ10の目標回生トルクがΔTqだけ増加することで、回生制動力が増して車両の減速度が増え、運転者は、係る減速度の増加変化を体感することで、DレンジからBレンジに切り替えるシフト操作が、制御(回生トルク制御)に反映されていることを把握する。
逆に、運転者によって、シフトポジションがBレンジからDレンジに切り替えられると、走行モータ10の目標回生トルクがΔTqだけ減少して回生制動力が減り、車両の減速度が減り、運転者は、係る減速度の減少変化を体感することで、BレンジからDレンジに切り替えるシフト操作が、制御(回生トルク制御)に反映されていることを把握する。
すなわち、シフトレバー(シフト操作部)23は、走行モータ(電動発電機)10の回生トルク(回生量)の切り替えを指令する操作部である。
ここで、走行モータ10における回生トルクには、蓄電装置20の過充電を抑制し、また、電池セルの端子間への印加電圧を上限以下とするための抑制制限(上限値を超えないようにする制限)が加えられるようになっており、以下では、係る回生トルクの抑制制限が実施される条件において、回生トルクの切り替えが指令された場合の回生トルク制御を説明する。
図4のタイムチャートは、蓄電装置20が満充電に近く(例えば、図2の充電容量で80%付近以上)、過充電を抑制するために回生トルクが抑制される回生動作中に、シフトポジションがDレンジからBレンジに切り替えられた場合(シフトダウン操作が行われた場合)での回生トルク(回生量)の制御を示す。
図4のタイムチャートは、アクセルペダル24及びブレーキペダル25を緩めた状態又は離した状態(回生動作中)における、モータ回転速度、シフトポジション、走行モータ10に対するトルク指令値及び車両の加速度(減速度)の相関を示す。
また、図4のタイムチャートにおいて、Td,Tbは、それぞれ図3に示したDレンジ、Bレンジにおける回生トルクの目標値であり、Tgは、蓄電装置20の充電容量に基づき設定される、蓄電装置20の過充電を抑制するための回生トルク制限値(上限値)である。
この回生トルク制限値Tgを超える目標回生トルクを定常的に設定すると、蓄電装置20が過充電となり得るため、モータ回転速度及びシフトポジションから設定される目標回生トルクが、回生トルク制限値Tgを超える場合には、トルク指令値として、前記目標回生トルクに代えて回生トルク制限値Tgを設定し、回生トルク制限値Tgよりも高い回生トルクが定常的に設定されることを抑制する。
図4のタイムチャートにおいて、回生動作中の時刻t1で、シフトポジションがDレンジからBレンジに切り替わり、当該切り換え操作が行われた時点でのトルク指令値(回生トルク指令値)は、切り替え前のDレンジでの回生トルクTdとなっている。
ここで、Dレンジの目標回生トルクTdと、Bレンジでの目標回生トルクTbとの間に、回生トルク制限値Tgが設定されており、Bレンジにおいては、定常的には、目標回生トルクTbを指令値として設定することができず、制限値Tgを指令値とする必要がある。
時刻t1で、Bレンジへの切り替え指令が行われると、Bレンジでの定常値である回生トルク制限値Tgに向けて回生トルクを変化させるのではなく、時刻t2までの間で、回生トルク指令値を、回生トルクTdから、回生トルク制限値Tgを超える回生トルクTbにまで増大させる。
そして、時刻t2で回生トルクTbに達すると、その後の時刻t3までの間で、回生トルク指令値を回生トルクTbから徐々に減らし、時刻t3にて回生トルク指令値を回生トルク制限値Tgにまで戻す。
なお、蓄電装置20が満充電付近でない場合、換言すれば、回生トルク制限値Tgによる回生トルクの制限が行われない場合には、DレンジからBレンジに切り替えられた場合に、回生トルク指令値は、Dレンジでの回生トルクTdからBレンジでの回生トルクTb(定常値)まで変化する。
このときの回生トルクTdから回生トルクTbまでの変化に要する時間(例えば1〜2秒程度)と略同様の時間で、蓄電装置20が満充電付近である場合も、Dレンジでの回生トルクTdからBレンジでの回生トルクTbまで変化するように、つまり、時刻t1から時刻t2までの間で、回生トルクTbまで変化するように、時刻t1後における回生トルク指令値の増加速度を設定してある。
また、時刻t2後に、回生トルク指令値を回生トルクTbから回生トルク制限値Tg(定常値)まで変化させる時間、つまり、時刻t2から時刻t3までの時間は、時刻t1から時刻t2までの時間よりも長くなるように、回生トルク指令値の減少速度を設定してあり、例えば、時刻t2から時刻t3までの時間を5〜10秒程度とする。
蓄電装置20が満充電付近である状態で、DレンジからBレンジに切り替えたときに、回生トルクTdから回生トルク制限値Tgまで変化させ、その後回生トルク制限値Tgを維持させるようにすると、DレンジからBレンジに切り替えに伴う回生トルクの増加変化量が、回生トルクTd、Tbの差ΔTqよりも小さくなり、運転者は、DレンジからBレンジへの切り替え操作に伴う減速度の増加変化を体感できず、シフト操作が制御に反映されていないと感じてしまう。
これに対し、図4のタイムチャートに示すように、DレンジからBレンジへの切り替え操作を行った場合に、回生トルク制限値Tg(切り替え後の定常値)を超えて回生トルクTbまで変化させる、換言すれば、切り替え指令に対する回生トルクの変化量を過渡的に増加させることで、蓄電装置20が満充電付近でなく回生トルク制限値Tgによる制限が行われない場合と同様な回生トルクの変化を生じさせることができる。
つまり、蓄電装置20が満充電付近で、回生トルクが抑制されると、回生トルクの切り替え指令に対する減速度の変化が回生トルクの抑制によって縮小するので、係る縮小を抑制するために、切り替え前の回生トルクTdと切り替え後の定常値である回生トルクTgとの差よりも大きな回生トルクの変化を生じさせる。
これにより、蓄電装置20が満充電付近である場合に、蓄電装置20が満充電付近でない場合と同様な減速度の増加変化を運転者に体感させ、運転者にシフト操作が制御に反映されている(正常にトルク制御が行われている)と感じさせることができ、また、蓄電装置20が満充電付近であるか否かによる運転感覚の変化を抑制できる。
また、DレンジからBレンジへの切り替え操作に見合う回生トルクの変化を体感させるために、予めDレンジでの回生トルクTd(回生エネルギー量)を小さく変更することはないので、Dレンジでのアクセル操作に対する運転感覚は、蓄電装置20が満充電付近であるか否かで変化することがなく、また、Dレンジでの回生動作で回収されるエネルギー量が減少することを抑制できる。
図4のタイムチャートに示した回生トルクの制御では、時刻t1から時刻t3の間において、回生トルクが過渡的に回生トルク制限値Tgを上回ることになるが、前述のように、蓄電装置20が満充電付近であると判定される状態であっても、実際には充電容量に余裕があるため、過充電になることを抑制できる。
図4のタイムチャートに示したように、DレンジからBレンジに切り替え操作されたときに、回生トルク指令値を、切り替え指令後の定常値(回生トルク制限値Tg)を超える値(回生トルクTb)にまで変化させた後に前記定常値(回生トルク制限値Tg)に戻すようにすると、時刻t1から時刻t3までの時間内で、車両の減速度が増加した後に減少することになる。そして、時刻t1から時刻t2の間での減速度の増加を、運転者は、シフト操作(Dレンジ→Bレンジ)が制御に反映された結果として体感することになる。
また、回生トルクの変更は、走行モータ(電動発電機)10から蓄電装置20への電流を変化させることになるから、図4に示した回生トルク指令値の変化に伴って、走行モータ(電動発電機)10から蓄電装置20への電流を、時刻t1から時刻t3までの時間内で、増加させた後減少させることになる。
なお、図4のタイムチャートに示すようにして回生トルク変化を指令する目的は、蓄電装置20の充電容量によらず、運転者がシフト操作をしたことに対して、一定の回生トルク量の変化、換言すれば、一定の車両の減速度変化を発生させ、運転者のシフト操作が車両制御に反映されたことを容易に把握できるような車両挙動を生成することである。
このため、係る趣旨を逸脱しない範囲において、図4のタイムチャートに示した回生トルクの変化パターン以外のパターンを指令することができる。
例えば、図4のタイムチャートに示した例では、時刻t2にて回生トルク指令値がBレンジの目標回生トルクTbに到達した後、直ちに回生トルク制限値Tgに向けて回生トルク指令値を減少させるが、図2を用いて説明したように、蓄電装置20の充電容量に大きな変化を与えない程度の短時間であれば、図5のタイムチャートに示すように、時刻t2における回生トルクTbを、時刻t3までの数秒程度だけ維持した後で緩やかに回生トルク制限値Tgにまで減少させることができる。
また、図6のタイムチャートは、蓄電装置20が満充電付近であり、アクセルペダル及びブレーキペダルを緩めた状態又は離した状態(回生動作中)において、シフトポジションをBレンジからDレンジに切り替えるシフト操作が行われた場合(シフトアップ操作が行われた場合)のモータトルクの指令値を示している。
蓄電装置20が満充電付近でなく、回生トルク指令値が回生トルク制限値Tgによる制限を受けない場合、Bレンジにおける回生トルクTbからDレンジにおける回生トルクTdに切り替えることで、Bレンジにおける回生トルクTbとDレンジにおける回生トルクTdの差ΔTqだけ回生トルクが減少する。
ここで、図6のタイムチャートは、蓄電装置20が満充電付近であって、Bレンジの目標回生トルクTbが回生トルク制限値Tgよりも大きいため、Bレンジでの回生トルク指令値を制限値Tgに抑制している状態で、Dレンジへの切り替え操作がなされて回生トルクの減少が指令された場合を示す。
時刻t1で、シフトポジションがBレンジからDレンジに切り替えられると、時刻t1から時刻t2までの間において、回生トルク指定値を、回生トルクTgから、回生トルクTbと回生トルクTdの差ΔTqだけ減少させることで、回生トルク指令値を、回生トルクTd(切り替え後の定常値)よりも小さい値とする。
そして、時刻t2から時刻t3にかけて、回生トルク指令値を増加させ、Dレンジでの目標値である回生トルクTd(切り替え後の定常値)に到達させる。
つまり、シフトポジションがBレンジの状態で、回生トルク指令値が本来の目標値Tbよりも小さい回生トルク制限値Tgに抑制されている場合、回生トルク制限値Tgから回生トルクTdに指令値を変化させると、回生トルクTbと回生トルクTdの差ΔTqよりも回生トルクの減少変化量が小さくなり、運転者は、シフト操作に見合う減速度変化を体感できず、シフト操作が制御に反映されていないと感じてしまう可能性がある。
これに対し、図6のタイムチャートに示す回生トルク指令値の制御では、蓄電装置20が満充電付近であるか否かに関わらずに、BレンジからDレンジへのシフト操作に対してトルク指令値をΔTqだけ減少変化させるから、運転者は、シフト操作に見合う減速度変化を体感し、シフト操作が制御に反映されていると感じることができる。
また、トルク指令値をシフト操作後の定常値を超えるTg−ΔTqにまで変化させた後は、Dレンジでの回生トルクTd(定常値)に戻すから、Dレンジで回収されるエネルギー量が減少することを抑制できる。
図6のタイムチャートに示したように、BレンジからDレンジに切り替え操作されたときに、回生トルク指令値を、切り替え指令後の定常値(回生トルクTd)を超える値(Tg−ΔTq)にまで変化させた後に前記定常値(回生トルクTd)に戻すようにすると、時刻t1から時刻t3までの時間内で、車両の減速度が減少した後に増加することになる。そして、時刻t1から時刻t2の間での減速度の減少を、運転者は、シフト操作(Bレンジ→Dレンジ)が制御に反映された結果として体感することになる。
また、回生トルクの変更は、走行モータ(電動発電機)10から蓄電装置20への電流を変化させることになるから、図6に示した回生トルク指令値の変化に伴って、走行モータ(電動発電機)10から蓄電装置20への電流を、時刻t1から時刻t3までの時間内で、減少させた後増加させることになる。
なお、図6のタイムチャートに示した、トルク指令値の制御では、時刻t2におけるモータトルク(Tg−ΔTq)が回生トルク(負のトルク値、車両にとって減速側のトルク)となっているが、時刻t1における回生トルク制限値Tgと偏差ΔTqとが、|Tg|<|ΔTq|を満たす場合、回生トルク制限値Tgから偏差ΔTqだけ回生トルク(負のトルク)を減少させた結果として、一時的にモータトルクが駆動(力行動作)となってしまう。このような回生動作から力行動作への移行を防ぐために、時刻t1から時刻t3における処理を回生動作に限る処理を追加することができる。
回生動作に限る処理として、例えば、|Tg|<|ΔTq|を満たす場合に、差ΔTqに応じたトルク指令値の変更をキャンセルし、回生トルク制限値Tgから回生トルクTdにまで変化させて回生トルクTdを保持させることができ、また、トルク指令値を回生トルク制限値Tgから減少させる(零に近づける)処理における限界値として、零又はマイナス(回生側)のトルク値を設定し、係る限界値を超えない範囲で、回生トルク指令値を減少させることができる。
また、回生トルク制限値TgからΔTqだけ減少させた回生トルクを微小時間だけ保持させ、その後、Dレンジでの定常値である回生トルクTdにまで変化させることができる。
ここで、シフト操作時における回生トルク制御の流れを、図7及び図8のフローチャートに従って説明する。
図7及び図8のフローチャートにおいて、ステップS101では、走行モータ10の回生動作中であるか否かを判定し、回生動作中であればステップS102へ進み、回生動作中でない場合には、そのまま回生トルク制御を終了させる。
ステップS102では、DレンジからBレンジへシフトポジションを切り替えるシフト操作がなされたか否か、換言すれば、回生トルク(回生量、回生エネルギー、回生ブレーキ力)の増加が指令されたか否かを判定する。
DレンジからBレンジに切り替えるシフト操作が行われると、ステップS103へ進み、蓄電装置20の充電量が所定値よりも高く、|Tb|>|Tg|であって、Bレンジでの定常的な回生トルクが回生トルク制限値Tgに抑制されるか否かを判定する。
蓄電装置20が満充電付近でなく、過充電を抑制するためのBレンジでの回生トルクの抑制が行われない場合には、つまり、Bレンジでの回生トルク指令値が定常的に目標値Tbに設定される場合には、DレンジからBレンジへのシフト操作に伴って、Dレンジの回生トルクTdからBレンジの回生トルクTbに変化させることができる。
そこで、蓄電装置20が満充電付近でない場合(|Tb|≦|Tg|である場合)には、ステップS104へ進み、トルク指令値を回生トルクTdから回生トルクTbに変化させて、回生トルクTdと回生トルクTbとの差ΔTqに相当するトルク変化を発生させる。
一方、蓄電装置20が満充電付近であって、Bレンジの回生トルクが定常的に回生トルク制限値Tgに抑制される場合(|Tb|>|Tg|である場合)には、Dレンジの回生トルクTdから、Bレンジでの回生トルクの定常値Tgにまで変化させると、トルク変化量がΔTqよりも小さくなるため、DレンジからBレンジへの切り替えによる減速度の増大変化を運転者が体感できない可能性がある。
そこで、ステップS103においてBレンジでの回生トルクが回生トルク制限値Tgに抑制されると判定すると、ステップS105へ進み、設定時間T1(図4の時刻t1から時刻t2までの時間)で、回生トルク指令値を、Dレンジでの目標回生トルクTdからBレンジでの目標回生トルクTbまで変化させることで、蓄電装置20が満充電付近でない場合と同じ、トルク変化ΔTqを発生させる。
トルク指令値を回生トルクTbまで増加変化させると、次いで、ステップS106へ進み、設定時間T2(図4の時刻t2から時刻t3までの時間)で、トルク指令値を、回生トルクTbから、過充電を抑制するための回生トルク制限値Tg(切り替え後の定常値)まで低下させる。
これにより、蓄電装置20が満充電付近であるか否かに関わらずに、DレンジからBレンジへのシフト操作が行われたときに、ΔTqのトルク変化を発生させることができ、運転者は、シフト操作に見合う減速度変化を体感してシフト操作が制御に反映されている(正常にトルク制御が行われている)と感じ、また、シフト操作に対する車両挙動を容易に把握することができる。
また、ステップS102で、DレンジからBレンジへのシフト操作が行われていないと判定すると、ステップS107へ進む。
ステップS107では、BレンジからDレンジへのシフトポジションを切り替えるシフト操作がなされたか否か、換言すれば、回生トルク(回生量、回生エネルギー、回生ブレーキ力)の減少が指令されたか否かを判定する。
BレンジからDレンジへのシフト操作が行われていない場合には、運転者のシフト操作に対応するための回生トルクの制御は不要であるので、そのまま回生トルク制御を終了させる。
一方、BレンジからDレンジへのシフト操作が行われると、ステップS108へ進み、蓄電装置20の充電量が所定値よりも高く、Bレンジでの回生トルクが制限値Tgに抑制されているか否か(Bレンジでの目標回生トルクTbが制限値Tgよりも大きいか否か)を判定する。
Bレンジでの回生トルクが抑制されておらず、回生トルク指令値として、回生トルクTbが設定されている場合には、Bレンジの回生トルクTbからDレンジの回生トルクTdに減少変化させることができる。
そこで、Bレンジでの回生トルクが抑制されていない場合には、ステップS109へ進み、回生トルク指令値を回生トルクTbから回生トルクTdに変化させて、回生トルクTbと回生トルクTdとの差ΔTqのトルク変化を発生させる。
一方、Bレンジでの回生トルクが抑制されていて、回生トルク指令値として回生トルク制限値Tgが設定されている場合には、そのまま回生トルクTdまで変化させると、ΔTqのトルク変化を発生させることにならない。
そこで、ステップS108で、Bレンジでの回生トルクが抑制されていると判定すると、ステップS110へ進み、設定時間T1(図6の時刻t1から時刻t2までの時間)で、トルク指令値を、回生トルク制限値TgからΔTqだけ減少させて、時刻t2にてTg−ΔTq(|Tg−ΔTq|<|Td|)とすることで、蓄電装置20が満充電付近でない場合と同じ、トルク変化を発生させる。
トルク指令値をTg−ΔTqまで減少変化させると、次いで、ステップS111へ進み、設定時間T2(図6の時刻t2から時刻t3までの時間)で、トルク指令値を、Tg−ΔTqから、Dレンジでの定常値である回生トルクTdまで増加させる。
なお、図5に示したように、シフト操作に伴ってΔTqだけ変化させたトルク指令値を一定時間保持させることができ、図7及び図8のフローチャートでは、ステップS105での処理で到達させた回生トルクTbを一定時間だけ保持させ、同様に、ステップS110での処理で到達させた回生トルクTg−ΔTqを一定時間だけ保持させることができる。
上記の図4〜図6のタイムチャートは、回生トルク(回生量)の切り替えが、運転者のシフト操作によって指令される例を示したが、アクセルペダル24を踏み込んでいる状態からアクセルペダル24を離す操作によって、力行動作から回生動作への移行が指令される場合、回生トルクを零とする状態から回生トルクの絶対値を零よりも大きな値とする回生トルクの切り替えが指令されることになる。
図9のタイムチャートは、アクセル操作による回生トルクの切り替え指令に対する、回生トルク制御の一例を示す。
図9のタイムチャートにおいて、時刻t1にてアクセルペダル24を離した場合、シフトポジションがBレンジであるため、図2に従って走行モータ10の回生トルク目標値はTbとなり、蓄電装置20が満充電付近でなくBレンジでの回生トルクが抑制されない場合は、アクセルペダル24を離した時刻t1におけるモータトルク(力行時の駆動トルク)と回生トルクTbとの差ΔTq2がモータトルクとして変化し、それに応じた車両加速度又は減速度の変化が生じる。
ここで、蓄電装置20が満充電付近で、Bレンジでの回生トルクが目標値Tbよりも小さい回生トルク制限値Tgに制限される場合、つまり、Bレンジでの目標回生トルクとしてTbに代えてTgが設定される場合、アクセルペダル24を離した時刻t1におけるモータトルク(力行時の駆動トルク)から回生トルク制限値Tgにまで変化させることになる。このときのトルク変化量は、Bレンジでの回生トルクが抑制されない場合のトルク変化量ΔTq2よりも小さくなり、運転者が体感できる車両加速度又は減速度の変化が、満充電付近であるか否かによって異なるようになってしまう。
そこで、蓄電装置20が満充電付近であってBレンジでの回生トルクが抑制される場合には、時刻t1にてアクセルペダル24が離された後、時刻t2までの間に、回生トルク制限値Tg(切り替え後の定常値)を超える、Bレンジでの目標回生トルクTbまで変化させ、時刻t2から時刻t3までの間で、回生トルクTbから回生トルク制限値Tgまで変化させる。
つまり、蓄電装置20が満充電付近であるか否かに関わらず、アクセルペダル24を離した場合に、同じΔTq2だけのモータトルクの変化、引いては、車両加速度又は減速度の変化を生じさせ、アクセルペダル24を離す操作が制御に反映されている(アクセル操作に対するモータトルク制御が正常に行われている)と運転者が体感できるようにすると共に、蓄電装置20が満充電付近であるか否かによって運転感覚が変化することを抑制する。
そして、アクセルペダル24を離す操作に見合ったモータトルクの変化を生じさせた後は、回生トルク指令値を回生トルクTgに戻して蓄電装置20の過充電を抑制する。
なお、蓄電装置20が満充電付近で、回生トルクがBレンジでの目標値Tbよりも小さい回生トルク制限値Tgに制限される場合、時刻t1から時刻t3までの間で、トルク指令値を、回生トルク制限値Tg(切り替え後の定常値)を超えて変化させた後、回生トルク制限値Tgにまで戻す制御が行われるので、車両の減速度としては、増加した後減少することになり、走行モータ(電動発電機)10から蓄電装置20への電流としては、増加した後減少することになる。
ここで、アクセル操作時における回生トルク制御の流れを、図10のフローチャートに従って説明する。
図10のフローチャートにおいて、ステップS201では、アクセルON(アクセルペダル踏込み)による力行動作から、アクセルのOFF(アクセルペダル離し)によって回生動作に移行し、回生トルクの切り替え指令がなされたか否かを判定する。
アクセルONで力行動作が継続している場合、又は、アクセルOFFで回生動作が継続している場合には、本ルーチンによる回生トルク制御を行わずにそのまま終了させる。
なお、回生動作の継続状態でのシフト操作に対しては、図7及び図8のフローチャートに従って、回生トルクの制御が行われる。
アクセルのONからOFFへの切り替え操作がなされ、走行モータ10を力行動作から回生動作に移行させる場合には、ステップS202へ進む。
ステップS202では、現時点のシフトポジションがBレンジであるか否かを判定し、BレンジでなくDレンジであって、蓄電装置20の充電容量に基づく回生トルクの制限が行われない場合には、ステップS203へ進んで、力行動作でのモータトルクからDレンジでの目標回生トルクTdに向けてトルク指令値を変化させる。
一方、現時点でのシフトポジションがBレンジである場合には、ステップS204へ進み、蓄電装置20が満充電付近であって、Bレンジでの回生トルクが制限値Tgに抑制される状態であるか否か(Bレンジでの目標回生トルクTbが制限値Tgよりも大きいか否か)を判定する。
過充電を抑制するための回生トルクの抑制が行われず、Bレンジでの目標回生トルクTbをそのままトルク指令値とすることができる場合には、ステップS205へ進み、トルク指令値を力行動作でのモータトルクからBレンジでの目標回生トルクTbにまで変化させて、ΔTq2だけモータトルクを変化させる。
また、過充電を抑制するための回生トルクの抑制が行われ、Bレンジでの回生トルク指定値が、目標回生トルクTbよりも低い制限値Tgに設定される場合には、アクセルONでのモータトルクから回生トルク制限値Tgにまで変化させると、目標回生トルクTbと回生トルク制限値Tgとの差分だけ、トルク変化が縮小され、蓄電装置20が満充電付近であるか否かによって、運転者が体感する減速度の変化が異なってしまう。
そこで、過充電を抑制するための回生トルクの抑制が行われる場合には、ステップS206へ進み、所定時間T3(図9の時刻t1から時刻t2までの時間)で、アクセルONでのモータトルクからBレンジでの目標回生トルクTbにまで変化させることで、蓄電装置20が満充電付近でない場合と同じΔTq2だけモータトルクを変化させる。
これにより、蓄電装置20が満充電付近であるか否かによって、運転者が体感する減速度の変化が異なってしまうことを抑制でき、運転者は、アクセルペダルを離す操作が制御に反映されている(アクセル操作に対するモータトルク制御が正常に行われている)ことを体感できる。
トルク指令値を目標回生トルクTbにまで変化させると、次にステップS207に進み、所定時間T4(図9の時刻t2から時刻t3までの時間)で、トルク指令値を、Bレンジでの目標回生トルクTbから回生トルク制限値Tg(定常値)まで変化させ、蓄電装置20が過充電となることを抑制する。
ところで、蓄電装置20の充電容量が大きく変化しない程度の短時間であれば、過充電を抑制するための制限値Tgよりも大きな回生トルクに制御することができるが、電池セルの端子間への印加電圧を上限以下とするための回生トルクの制限値Tg2は、過渡的にも超えることがないようにすることが望まれる。
このため、回生トルクが制限値Tg2で抑制される状態では、回生トルクの制御だけでは、シフト操作或いはアクセル操作に対応する減速度変化を付与できなくなる場合があるが、その場合には、走行モータ10による回生トルク(回生ブレーキ)に加えて、機械式ブレーキ装置22による制動力を併用して、シフト操作或いはアクセル操作に見合う減速度の変化を付与することができる。
図11のタイムチャートは、シフト操作に対応する車両減速度の変化を、走行モータ(電動発電機)10による回生トルク(回生ブレーキ)と、機械式ブレーキ装置22の制動トルクとを併用して付与させる制御の一例を示す。
なお、図11のタイムチャートは、図4や図5のタイムチャートと同様に、回生動作中にシフトポジションをDレンジからBレンジに切り替える操作が行われた場合のモータトルク制御を示す。
更に、図11のタイムチャートは、蓄電装置20の充電容量による回生トルク制限値Tg、及び、蓄電装置20の端子への印加電圧の制限(例えば、単電池セルで4.2V以下)に基づく回生トルク制限Tg2(|Tg2|>|Tg|)が設定され、走行モータ10の回生トルクを回生トルク制限値Tg2以下としなければならない場合を例示する。
図11のタイムチャートにおいて、時刻t1でシフトポジションがDレンジからBレンジに切り替えられ、その際のトルク変化としては、Dレンジでの目標回生トルクTdとBレンジでの目標回生トルクTbとの差であるΔTq(車両加速度の変化量としてΔAqに相当)を付与することが要求される。
但し、Bレンジでの目標回生トルクTbは、回生トルク制限値Tg及び回生トルク制限Tg2よりも大きく、過渡的には、回生トルク制限値Tgを上回る回生トルク指令値とすることが許容されるが、回生トルク制限値Tg2を上回る回生トルク指令値を設定することができず、時刻t1から時刻t2までの間で、Dレンジでの目標回生トルクTdから、制限値Tgを超えて回生トルク制限値Tg2にまでトルク指令値を変化させている。
従って、走行モータ10の回生トルク(回生ブレーキ)のみでは、必要なトルク変化ΔTq(減速度変化ΔAq)を付与できない。
そこで、走行モータ10の回生トルクの増加と並行して、機械式ブレーキ装置22の制動トルクを発生させ、走行モータ10による回生トルクの不足分を機械式ブレーキ装置22の制動トルクで補い、トルク差ΔTqに相当する加速度(減速度)の変化量ΔAqを付与できるようにする。
つまり、回生トルク制限値Tg2とBレンジでの目標回生トルクTbとの差分ΔTbに相当する制動トルクを、時刻t2で発生させるべく、時刻t1から機械式ブレーキ装置22の制動トルクを零からΔTbに相当する値にまで徐々に増加させ、時刻t2における回生トルク(=Tg2)と制動トルクとの合計がTbに相当するようにしてある。
これにより、シフト操作に見合う回生トルク変化ΔTqを発生させたときと同等の減速度の変化(ΔAq)を、回生トルクと制動トルクとで付与できる。
そして、時刻t2から時刻t3の間で、回生トルクを回生トルク制限値Tg(切り替え後の定常値)にまで戻し、並行して機械式ブレーキ装置22の制動トルクを零にまで低下させる。つまり、機械式ブレーキ装置22による制動は時刻t1から時刻t3までの期間で行い、時刻t3以降は、走行モータ10の回生トルクのみとする。
このように、走行モータ10による回生トルクが、蓄電装置20の端子への印加電圧に起因する制限を受け、シフト操作に伴ってΔTqに相当する回生トルク変化を過渡的に付与できない場合には、一時的に機械式ブレーキ装置22を併用することで、トルク差ΔTqに相当する加速度変化量ΔAqを付与させる。
従って、蓄電装置20が満充電付近であるか否か、更には、蓄電装置20の端子への印加電圧による回生トルクの制限の有無に関わらずに、運転者は、シフト操作に見合う減速度変化を体感してシフト操作が制御に反映されていると感じ、シフト操作に対する車両挙動を容易に把握することができる。
なお、アクセルペダルを離す操作を行ったときに、回生トルクの増大が回生トルク制限値Tg2で制限される場合に、回生トルク指令値の増加に並行して、機械式ブレーキ装置22の制動力を付与し、これにより、トルク差ΔTq2に相当する加速度変化量ΔAq2を付与することができる。
ここで、シフト操作時における回生トルクと制動トルクとを併用した減速度制御(走行モータと機械式ブレーキ装置との協調制御)の流れを、図12及び図13のフローチャートに従って説明する。
図12及び図13のフローチャートに示す回生トルク制御は、図7及び図8のフローチャートに示した回生トルク制御に対し、回生トルク制限値Tg2で回生トルク指令値が抑制される場合の制御を付加した点が異なる。
そこで、図12及び図13のフローチャートにおいて、図7及び図8のフローチャートに示したステップと同様の処理を行うステップについては、同じステップ番号を付して詳細な説明を省略する。
図12及び図13のフローチャートにおいて、回生動作中にDレンジからBレンジへの切り替え操作が行われて、ステップS103へ進み、蓄電装置20が満充電付近で、Bレンジでの回生トルクTbが回生トルク制限値Tgにより抑制されるか否かを判定する。
そして、Bレンジでの回生トルクTbが回生トルク制限値Tgにより抑制される場合、つまり、|Tb|>|Tg|であれば、更に、ステップS103−2へ進み、Bレンジでの目標回生トルクTbが、蓄電装置20の端子への印加電圧の制限に基づく回生トルク制限Tg2に抑制されるか否か、つまり、|Tb|>|Tg2|であるか否かを判定する。
ここで、Bレンジでの目標回生トルクTbが回生トルク制限Tg2よりも小さい場合には、過渡的には、トルク指令値を回生トルク制限値Tgよりも大きな回生トルクTbとすることができるので、ステップS105、ステップS106へ進み、シフト操作された時点から所定時間T1でトルク指令値(回生トルク指令値)を、Dレンジでの目標回生トルクTdからBレンジでの目標回生トルクTbまで増加変化させ、更に、トルク指令値が目標回生トルクTbに達してから所定時間T2で、トルク指令値をBレンジでの定常値である回生トルク制限値Tgまで減少させる。
一方、Bレンジでの目標回生トルクTbが回生トルク制限Tg2よりも大きい場合には、過渡的にも目標回生トルクTbにまで回生トルクを大きくすることができず、モータトルクをΔTqだけ変化させることができない。
そこで、Bレンジでの目標回生トルクTbが回生トルク制限Tg2よりも大きいと判定すると、ステップS103−3へ進み、シフト操作された時点から所定時間T5(図11の時刻t1から時刻t2までの時間)で、トルク指令値(回生トルク指令値)を、Dレンジでの目標回生トルクTdから回生トルク制限値Tg2まで増加変化させると共に、係る回生トルクの増加制御に並行して、機械式ブレーキ装置22の制動力を、目標回生トルクTbと回生トルク制限値Tg2との差分ΔTb、つまり、回生トルクの増加量の不足分に相当する量だけ増加させ、Dレンジでの目標回生トルクTdからBレンジでの目標回生トルクTbに変化させた場合と同様の減速度の変化量ΔAqが付与されるようにする。
ステップS103−3で、回生トルク及び機械式制動力を並行して増加させる制御を行い、Dレンジでの目標回生トルクTdからBレンジでの目標回生トルクTbに変化させた場合と同様の減速度の変化量ΔAqを付与すると、次のステップS103−4では、所定時間T6(図11の時刻t2から時刻t3までの時間)でトルク指令値を回生トルク制限値Tg2から回生トルク制限値Tgまで低下させて、過充電となることを抑制すると共に、同じく所定時間T6で機械式ブレーキ装置22の制動力を零にまで減少させる。
尚、本発明は、上述の実施の形態の内容に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、シフト操作による回生トルクの切り替えは、Dレンジでの回生トルクと、Bレンジでの回生トルクとの間での2段階切り替えに限定されず、3段階以上に切り替える場合にも、本発明に係る回生トルク制御を適用できる。
また、運転者による回生トルクの切り替え指令は、シフト操作、アクセル操作によるものに限定されず、例えば、回生トルク量(回生ブレーキの強さ)を選択するスイッチの操作によって回生トルクの切り替えを指令することができる。
また、例えば、図4のフローチャートに示すシフト操作時の回生トルク制御において、|Tb|>|Tg|であるものの、両者の差が設定値よりも小さい場合には、一旦Bレンジでの目標回生トルクTbにまで増加させる制御をキャンセルし、Dレンジでの目標回生トルクTdから回生トルク制限値Tgに変化させることができる。
同様に、図6におけるBレンジでの目標回生トルクTbと回生トルク制限値Tgとの差が設定値よりも小さい場合には、|Tb|>|Tg|であっても、一旦Tg−ΔTqまで回生トルクを減少させる制御をキャンセルし、回生トルク制限値TgからDレンジでの目標回生トルクTdにまで変化させることができる。
即ち、運転者が体感できる減速度の変化が、回生トルク制限値Tgによる抑制で大きく変わらない場合に、ΔTqのトルク変化を付与する制御をキャンセルすることができる。
また、図11に示した例では、走行モータ10の回生トルクの制御に並行して、機械式ブレーキ装置22の制動力を制御したが、ハイブリッド車両では、機械式ブレーキ装置22の制動力を制御する代わりに、又は、機械式ブレーキ装置22の制動力の制御と共に、エンジンブレーキの制御を行うことができる。
1…減速機、2…車輪、3…ブレーキロータ、4…ブレーキキャリパ、10…走行モータ(電動発電機)、11…インバータ、12…モータECU、13…アクセル開度センサ、14…ブレーキストロークセンサ、15…シフトポジションセンサ、16…ブレーキECU、20…蓄電装置(高電圧バッテリ)、21…バッテリECU、23…シフトレバー(シフト操作部)、24…アクセルペダル(アクセル操作部)、30…車両制御ECU、40…車両制御ネットワーク、50…電気自動車

Claims (8)

  1. 力行動作又は回生動作により車両の駆動力又は制動力を発生する電動発電機と、
    前記電動発電機と電力授受を行う蓄電装置と、
    前記電動発電機の回生量の切り替えを指令する操作部と、
    を備えた車両に用いられる走行制御装置であって、
    前記蓄電装置の充電量が所定値よりも高くかつ前記操作部により回生量の切り替えが指令された場合に、前記操作部が操作されてから所定時間内に、車両の減速度が、増加した後減少する、又は、減少した後増加するように前記電動発電機を制御する、車両の走行制御装置。
  2. 前記操作部が、シフト操作部とアクセル操作部との少なくとも一方である、請求項1記載の車両の走行制御装置。
  3. 前記所定時間内に、前記電動発電機から前記蓄電装置への電流が、増加した後減少する、又は、減少した後増加するように前記電動発電機を制御する、請求項1又は2記載の車両の走行制御装置。
  4. 前記操作部による回生量の増加指令に対し、前記所定時間内に、車両の減速度が、増加した後減少するように前記電動発電機を制御する、請求項1から3のいずれか1つに記載の車両の走行制御装置。
  5. 前記操作部による回生量の減少指令に対し、前記所定時間内に、車両の減速度が、減少した後増加するように前記電動発電機を制御する、請求項1から3のいずれか1つに記載の車両の走行制御装置。
  6. 前記蓄電装置の充電量が所定値よりも高い場合に前記電動発電機の回生量が抑制され、回生量の切り替え指令に対する減速度の変化が前記回生量の抑制によって縮小することを、回生量の切り替え指令に対する前記電動発電機の回生量の変化を過渡的に増加させることで抑制する、請求項1又は2記載の車両の走行制御装置。
  7. 前記所定時間内に、前記電動発電機の回生量を、回生量の切り替え指令後の定常値を超える値にまで変化させた後に前記定常値に戻す、請求項1又は2記載の車両の走行制御装置。
  8. 前記操作部による回生量の増加指令に対し、前記電動発電機の回生量の変化に並行して、機械式ブレーキ装置の制動力を変化させる、請求項6又は7記載の車両の走行制御装置。
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