JP2016187237A - Driving device for electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、力行時に車輪を駆動するとともに非力行時に発電して制動力を発生させることが可能なモータと、モータで発電された電力を充電可能なバッテリと、バッテリに充電された電力を交流電力に変換しつつモータに供給するインバータと、モータおよびインバータを制御する制御手段とを備えた電動車両用駆動装置に関する。 The present invention relates to a motor capable of driving a wheel during power running and generating electric power during non-power running to generate a braking force, a battery capable of charging electric power generated by the motor, and alternating electric power charged in the battery. The present invention relates to an electric vehicle drive device including an inverter that is supplied to a motor while being converted into electric power, and a control unit that controls the motor and the inverter.
電動車両に用いられるモータとして、例えば下記特許文献1のものが知られている。この特許文献1に示される電動車両用のモータは、いわゆる三相交流同期モータであり、直列に接続された複数の巻線を各相(U相、V相、W相)に有している。このモータは、各巻線の通電状態を切り替えるために、複数のスイッチ(高速巻線スイッチおよび低速巻線スイッチ)からなる切り替え手段を有している。切り替え手段は、例えば、車両の力行時(モータで生じる駆動トルクにより車両が走行しているとき)に、モータの回転速度に応じて各巻線の通電状態を切り替える役割を果たす。例えば、モータの回転速度が低い低速域では、高いトルクを確保するために、上記複数の巻線の全てに電流が流れるように切り替え手段が制御され、モータの回転速度が高い高速域では、誘起電圧を抑えるために、上記複数の巻線のうちの一部にのみ電流が流れるように切り替え手段が制御される。
As a motor used in an electric vehicle, for example, the one in the following
ここで、上記のようにモータの回転速度に応じて巻線の通電状態を切り替える制御は、車両の力行時だけでなく、非力行時(車両が惰性走行または減速走行しているとき)にも行われるのが一般的である。すなわち、車両の非力行時には、車輪によりモータが回転させられるのに伴い、回転速度に比例した誘起電圧が発生するが、この誘起電圧の比例定数(誘起電圧定数)を速度域に応じて変化させるために、上記巻線の切り替え制御が行われる。具体的に、モータの回転速度が低い低速域では、上記複数の巻線の全てに電流が流れる状態(つまり全ての巻線で誘起電圧が発生する状態)とされ、モータの回転速度が高い高速域では、誘起電圧定数を低速域に比べて小さくするために、上記複数の巻線のうちの一部にのみ電流が流れる状態(つまり一部の巻線のみで誘起電圧が発生する状態)とされる。これらいずれの場合でも、発生した誘起電圧に基づく逆トルクがモータに発生し、当該逆トルクによる制動力が車輪に付与される(いわゆる回生制動力)。 Here, as described above, the control for switching the energization state of the winding in accordance with the rotational speed of the motor is performed not only when the vehicle is powering but also when the vehicle is not powering (when the vehicle is coasting or decelerating). Generally done. That is, when the vehicle is not powered, an induced voltage proportional to the rotational speed is generated as the motor is rotated by the wheels. The proportional constant (induced voltage constant) of the induced voltage is changed according to the speed range. Therefore, the winding switching control is performed. Specifically, in the low speed range where the motor rotation speed is low, the current flows through all of the plurality of windings (that is, the induced voltage is generated in all the windings), and the motor rotation speed is high. In the region, in order to make the induced voltage constant smaller than in the low speed region, a state in which current flows only in a part of the plurality of windings (that is, a state in which an induced voltage is generated only in some windings) and Is done. In any of these cases, reverse torque based on the generated induced voltage is generated in the motor, and braking force by the reverse torque is applied to the wheels (so-called regenerative braking force).
上記のような誘起電圧が発生する車両の非力行時は、当該誘起電圧に基づく発電電力がバッテリに充電されることにより、エネルギーの有効利用が図られる。しかしながら、バッテリの充電量が既に十分に多い場合には、バッテリで吸収できる電力に限界があるので、モータの発電電力を抑制せざるを得なくなり、それによって回生制動力が減少してしまう。このように、バッテリの都合で回生制動力を減少させた場合、バッテリの事情など知らないドライバーは、いわゆる減速抜け感を覚える(制動力が急に減少したと感じる)ので、商品性上も安全性上も好ましくない。 When the vehicle in which the induced voltage is generated as described above is not powered, the battery is charged with the generated power based on the induced voltage, so that the energy can be effectively used. However, when the amount of charge of the battery is already large enough, there is a limit to the power that can be absorbed by the battery, so the power generated by the motor must be suppressed, thereby reducing the regenerative braking force. In this way, when the regenerative braking force is reduced due to the circumstances of the battery, the driver who does not know the battery conditions feels so-called deceleration omission (it feels that the braking force has suddenly decreased), so it is safe from the standpoint of merchantability. It is not preferable in terms of the nature.
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、バッテリの充電量に応じてモータでの発電電力を適切に調整しながら、このような発電電力の調整によって車両の減速抜け感が生じるのを効果的に防止することが可能な電動車両用駆動装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and while adjusting the generated power by appropriately adjusting the power generated by the motor in accordance with the amount of charge of the battery, it is possible to feel the vehicle slowing down. An object of the present invention is to provide a drive device for an electric vehicle that can effectively prevent the occurrence of the above.
前記課題を解決するためのものとして、本発明は、力行時に車輪を駆動するとともに非力行時に発電して制動力を発生させることが可能なモータと、モータで発電された電力を充電可能なバッテリと、バッテリに充電された電力を交流電力に変換しつつモータに供給するインバータと、モータおよびインバータを制御する制御手段とを備えた電動車両用駆動装置であって、前記モータは、直列に接続された第1巻線および第2巻線と、各巻線の通電状態を切り替えるための切り替え手段とを有し、前記切り替え手段は、第1巻線および第2巻線の両方に電流が流れる状態と、第1巻線のみに電流が流れる状態と、第2巻線に循環電流が流れるように短絡された状態との間で通電状態を切り替え可能であり、前記制御手段は、前記バッテリの充電量が予め定められた基準充電量未満となる低充電状態にある場合の非力行時に、前記モータの回転速度が予め定められた基準速度未満であるときは、前記第1巻線および第2巻線による回生制動力が生じるように前記切り替え手段を制御し、前記バッテリが前記低充電状態にある場合の非力行時に、前記回転速度が前記基準速度以上であるときは、少なくとも前記第1巻線による回生制動力が生じるように前記切り替え手段を制御し、前記バッテリの充電量が前記基準充電量以上となる高充電状態にある場合の非力行時に、前記回転速度が前記基準速度未満であるときは、前記第1巻線による回生制動力が生じかつ前記第2巻線による回生制動力が生じないように前記切り替え手段を制御し、前記バッテリが前記高充電状態にある場合の非力行時に、前記回転速度が前記基準速度以上であるときは、前記第1巻線による回生制動力と前記第2巻線による短絡制動力とが生じるように前記切り替え手段を制御する、ことを特徴とするものである(請求項1)。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a motor capable of driving a wheel during power running and generating electric power during non-power running to generate a braking force, and a battery capable of charging electric power generated by the motor. And an inverter for supplying electric power charged in the battery to the motor while converting it into AC power, and a control means for controlling the motor and the inverter, wherein the motor is connected in series. First and second windings, and switching means for switching the energization state of each winding, and the switching means is a state in which current flows through both the first winding and the second winding. And an energized state can be switched between a state in which a current flows only in the first winding and a state in which a current is short-circuited so that a circulating current flows in the second winding. When the rotational speed of the motor is less than a predetermined reference speed during non-powering in a low charge state where the amount is less than a predetermined reference charge amount, the first winding and the second winding The switching means is controlled so as to generate a regenerative braking force by a line, and when the rotation speed is equal to or higher than the reference speed during non-powering when the battery is in the low charge state, at least the first winding When the rotation speed is less than the reference speed during non-powering when the switching means is controlled to generate a regenerative braking force due to and the battery is in a high charge state where the charge amount of the battery is equal to or greater than the reference charge amount Controls the switching means so that the regenerative braking force is generated by the first winding and the regenerative braking force is not generated by the second winding, and the non-switching is performed when the battery is in the high charge state. When the rotation speed is equal to or higher than the reference speed, the switching means is controlled so that a regenerative braking force by the first winding and a short-circuit braking force by the second winding are generated. (Claim 1).
本発明によれば、バッテリが低充電状態にあるときに、少なくとも第1巻線による回生制動力が生じるように切り替え手段が制御される。これにより、モータで発電された電力を十分な空き容量のあるバッテリに充電してその充電量を増やすことができるとともに、モータから車輪に対し所要の制動力を付与することができる。 According to the present invention, when the battery is in a low charge state, the switching means is controlled so that at least the regenerative braking force is generated by the first winding. As a result, the electric power generated by the motor can be charged in a battery having a sufficient free capacity to increase the amount of charge, and a required braking force can be applied from the motor to the wheels.
一方、充電量が増えてバッテリが高充電状態になった場合で、かつモータの回転速度が基準速度未満である場合には、第1巻線による回生制動力が生じかつ第2巻線による回生制動力が生じないように切り替え手段が制御される。このように、第2巻線による回生制動が禁止されると、第1巻線および第2巻線による回生制動が行われるとき(低充電状態でかつ回転速度が基準速度未満のとき)と比べて発電効率が低下するので、同等の回生制動力を発生させたとしても、バッテリに充電される電力は減少する。このため、モータから車輪に付与される制動力を大きく減らすことなく、バッテリ充電量の上昇を抑制することができる。 On the other hand, when the amount of charge is increased and the battery is in a high charge state, and when the rotational speed of the motor is lower than the reference speed, a regenerative braking force is generated by the first winding and the regenerative braking by the second winding is performed. The switching means is controlled so that no braking force is generated. In this way, when regenerative braking by the second winding is prohibited, compared to when regenerative braking by the first winding and the second winding is performed (when the rotation speed is lower than the reference speed in a low charge state). Therefore, even if the same regenerative braking force is generated, the electric power charged in the battery is reduced. For this reason, an increase in the battery charge amount can be suppressed without greatly reducing the braking force applied from the motor to the wheels.
また、バッテリが高充電状態になった場合で、かつモータの回転速度が基準速度以上である場合には、第1巻線による回生制動力と第2巻線による短絡制動力とが生じるように切り替え手段が制御される。このように、車輪に付与される制動力の一部を短絡制動力により賄うことにより、回生制動力を減らしてバッテリに充電される電力を減らすことができる。すなわち、短絡制動力は、第2巻線を循環する循環電流に基づくものであり、この循環電流はバッテリには流れないので、短絡制動力を発生させてもそれによってバッテリの充電量が増えることはない。これに対し、回生制動力に応じた発電電力はバッテリの充電に回されるものの、短絡制動力が存在する分、回生制動力を減らすことができるので、バッテリに充電される電力を減らすことができる。しかも、短絡制動力が存在しない場合と比較して、モータによる正味の制動力(回生制動力および短絡制動力の合計)を大きく減らさずに済む。 Further, when the battery is in a high charge state and the motor rotation speed is equal to or higher than the reference speed, a regenerative braking force by the first winding and a short-circuit braking force by the second winding are generated. The switching means is controlled. Thus, by covering a part of the braking force applied to the wheels with the short-circuit braking force, it is possible to reduce the regenerative braking force and reduce the electric power charged in the battery. That is, the short-circuit braking force is based on the circulating current circulating through the second winding, and since this circulating current does not flow to the battery, even if the short-circuit braking force is generated, the amount of charge of the battery increases accordingly. There is no. On the other hand, although the generated power corresponding to the regenerative braking force is used for charging the battery, the regenerative braking force can be reduced by the presence of the short-circuit braking force, so the power charged to the battery can be reduced. it can. In addition, the net braking force by the motor (the sum of the regenerative braking force and the short-circuit braking force) does not need to be greatly reduced as compared with the case where there is no short-circuit braking force.
このように、バッテリが高充電状態になった場合には、モータの回転速度が基準速度未満であっても以上であっても、モータによる正味の制動力が急減しないように対策しながら、バッテリに充電される電力を減らすことができるので、バッテリが高充電状態になるのに伴って車両に減速抜け感が生じるのを効果的に防止することができる。 As described above, when the battery is in a high charge state, even if the rotational speed of the motor is less than or equal to the reference speed, the battery is being devised so that the net braking force by the motor does not suddenly decrease. Therefore, it is possible to effectively prevent the vehicle from feeling decelerated as the battery enters a highly charged state.
本発明において、好ましくは、前記制御手段は、前記バッテリが前記高充電状態にある場合の非力行時に、前記回転速度が前記基準速度未満であるときは、前記第1巻線による回生制動力と前記第2巻線による短絡制動力とが生じるように前記切り替え手段を制御する(請求項2)。 In the present invention, it is preferable that the control unit is configured to generate a regenerative braking force by the first winding when the rotational speed is less than the reference speed during non-powering when the battery is in the high charge state. The switching means is controlled so that a short-circuit braking force is generated by the second winding.
このように、回転速度が基準速度未満のときに、基準速度以上のときと同様の制御によって回生制動力と短絡制動力との両方を生じさせるようにした場合には、バッテリに充電される電力を減らす効果をより高めることができる。 As described above, when both the regenerative braking force and the short-circuit braking force are generated by the same control as when the rotational speed is lower than the reference speed, the electric power charged in the battery The effect of reducing can be further increased.
前記構成において、より好ましくは、前記制御手段は、前記バッテリが前記高充電状態にある場合の非力行時に、バッテリの充電量が高くなるほど、前記回生制動力の割合を減少させるとともに前記短絡制動力の割合を増大させる(請求項3)。 In the above configuration, more preferably, the control means reduces the ratio of the regenerative braking force and increases the short-circuit braking force as the charge amount of the battery increases during non-powering when the battery is in the high charge state. Is increased (claim 3).
このように、回生制動力の割合を徐々に減少させながら短絡制動力の割合を徐々に増大させた場合には、減速抜け感につながるような制動力の急減を確実に防止しつつ、バッテリ充電量の上昇を効果的に抑制することができる。 In this way, when the ratio of the short-circuit braking force is gradually increased while gradually reducing the ratio of the regenerative braking force, it is possible to charge the battery while reliably preventing a sudden decrease in the braking force that leads to a feeling of slowdown. An increase in the amount can be effectively suppressed.
前記構成において、より好ましくは、前記切り替え手段は、前記第2巻線の短絡/非短絡をスイッチングのON/OFFに基づき切り替え可能な半導体素子を含み、前記制御手段は、前記第2巻線による短絡制動力の割合を前記半導体素子のデューティ比に基づいて制御する(請求項4)。 In the above configuration, more preferably, the switching means includes a semiconductor element capable of switching a short circuit / non-short circuit of the second winding based on switching ON / OFF, and the control means is based on the second winding. The ratio of the short-circuit braking force is controlled based on the duty ratio of the semiconductor element.
この構成によれば、半導体素子をスイッチング制御(ON/OFFの繰り返し)しつつそのデューティ比を調整することにより、回生制動力および短絡制動力の割合を適正に増減させることができる。 According to this configuration, the ratio of the regenerative braking force and the short-circuit braking force can be appropriately increased / decreased by adjusting the duty ratio of the semiconductor element while performing switching control (repeat ON / OFF).
本発明において、好ましくは、ドライバーにより操作されるブレーキペダルと、摩擦による制動力を車輪に付与する液圧式のブレーキ装置とが車両に備えられ、前記制御手段は、前記ブレーキペダルの操作量に応じて目標制動力を設定するとともに、前記ブレーキ装置による制動力と前記モータによる制動力との合計が前記目標制動力に一致するように前記ブレーキ装置を制御する機能を有する(請求項5)。 In the present invention, it is preferable that the vehicle includes a brake pedal operated by a driver and a hydraulic brake device that applies a braking force due to friction to the wheel, and the control means corresponds to an operation amount of the brake pedal. And setting the target braking force, and controlling the brake device so that the sum of the braking force by the brake device and the braking force by the motor matches the target braking force.
この構成によれば、バッテリが高充電状態になった状態で、仮にモータから車輪に付与される制動力が不足したとしても、その不足分を液圧式のブレーキ装置によって補うことができ、バッテリの状態にかかわらず安定した制動力を車輪に付与することができる。また、モータによる制動力が存在する分だけブレーキ装置による制動力を減らすことができるので、ブレーキパッドの摩耗量を減らすことができる。 According to this configuration, even if the braking force applied from the motor to the wheels is insufficient when the battery is in a high charge state, the shortage can be compensated by the hydraulic brake device. A stable braking force can be applied to the wheel regardless of the state. Further, since the braking force by the brake device can be reduced by the amount of braking force by the motor, the amount of wear on the brake pads can be reduced.
本発明において、前記バッテリが前記低充電状態にある場合の非力行時に、前記回転速度が前記基準速度以上であるときは、前記第1巻線による回生制動力が生じかつ前記第2巻線による回生制動力が生じないように前記切り替え手段を制御してもよい(請求項6)。 In the present invention, when the rotational speed is equal to or higher than the reference speed during non-powering when the battery is in the low charge state, a regenerative braking force is generated by the first winding and the second winding The switching means may be controlled so that no regenerative braking force is generated.
この構成によれば、高速域でのモータの制動力を第1巻線のみを使って適度に発生させることができる。 According to this configuration, the braking force of the motor in the high speed range can be appropriately generated using only the first winding.
ここで、車両には、スポーツモードとそれ以外のモードとの間で車両の走行モードを切り替えるためのモード選択スイッチが備えられることがある。この場合、前記制御手段は、前記モード選択スイッチによりスポーツモードが選択されておりかつ前記バッテリが前記低充電状態にある場合の非力行時に、前記回転速度が前記基準速度以上であるときは、前記第1巻線および第2巻線による回生制動力が生じるように前記切り替え手段を制御することが好ましい(請求項7)。 Here, the vehicle may be provided with a mode selection switch for switching the traveling mode of the vehicle between the sports mode and the other modes. In this case, when the rotation speed is equal to or higher than the reference speed when the sport mode is selected by the mode selection switch and the battery is in the low charge state and the rotation speed is equal to or higher than the reference speed, the control means It is preferable to control the switching means so that a regenerative braking force is generated by the first winding and the second winding.
この構成によれば、モータの高速域において、例えばアクセルペダルのリリースに伴い車両が比較的急に減速するようなスポーティな乗り味を実現することができる。 According to this configuration, it is possible to realize a sporty riding taste such that the vehicle decelerates relatively abruptly with the release of the accelerator pedal, for example, in the high speed range of the motor.
以上説明したように、本発明の電動車両用駆動装置によれば、バッテリの充電量に応じてモータでの発電電力を適切に調整しながら、このような発電電力の調整によって車両の減速抜け感が生じるのを効果的に防止することができる。 As described above, according to the electric vehicle drive device of the present invention, the vehicle can be decelerated by adjusting the generated power while appropriately adjusting the power generated by the motor in accordance with the amount of charge of the battery. Can be effectively prevented.
(1)全体構成
図1は、本発明の一実施形態にかかる駆動装置が適用された電動車両の構成を概略的に示す図である。本図に示される車両は、電気エネルギーのみで駆動されるいわゆる電気自動車であり、走行用の動力源として設けられた電気モータ1(以下、単にモータ1という)と、モータ1等で消費される電力を蓄えるためのバッテリ2と、バッテリ2に蓄えられた直流電力を交流電力に変換しつつモータ1に供給するインバータ3と、モータ1およびインバータ3を制御するコントローラ4(請求項にいう制御手段に相当)とを備えている。
(1) Overall Configuration FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an electric vehicle to which a drive device according to an embodiment of the present invention is applied. The vehicle shown in this figure is a so-called electric vehicle driven only by electric energy, and is consumed by an electric motor 1 (hereinafter simply referred to as a motor 1) provided as a driving power source, the
モータ1は、ギヤトレイン5および差動装置6を介して左右一対のドライブシャフト7と連動連結されており、各ドライブシャフト7の外端部には車輪8が結合されている。なお、当実施形態の車両は前輪駆動式とされている。このため、車両の前後左右に備わる4つの車輪のうち前側の2つの車輪8にモータ1が連動連結されている。つまり、当実施形態では、前側の2つの車輪(前輪)8が駆動輪であり、後側の2つの車輪(後輪)9が従動輪である。
The
モータ1は、車両の力行時、つまり車両に備わる図外のアクセルペダルが踏み込まれている状態で車両が走行しているときに、バッテリ2から供給される電力により駆動されて車輪8を回転させる。すなわち、車両の力行時には、バッテリ2からインバータ3を介して供給される電力によりモータ1が駆動され、そのモータ1の駆動力が、ギヤトレイン5、差動装置6、およびドライブシャフト7を介して車輪8に伝達される。
The
一方、車両の非力行時、つまり上記アクセルペダルが踏み込まれていない状態で車両が走行しているとき(車両が惰性走行もしくは減速走行しているとき)は、惰性で回転している駆動輪8からドライブシャフト7等を介して入力される駆動力によりモータ1が回転させられ、当該回転に伴う誘起電圧がモータ1内に発生する(つまり発電が行われる)。モータ1で発電された電力は、インバータ3を介してバッテリ2に充電される。
On the other hand, when the vehicle is not powered, that is, when the vehicle is traveling with the accelerator pedal not depressed (when the vehicle is coasting or decelerating), the
車両には、車輪8,9に摩擦による制動力を付与する油圧式(液圧式)のブレーキ装置10が設けられている。後述する図3にも示すように、ブレーキ装置10は、車輪8,9にそれぞれ設けられたディスクブレーキ11と、ディスクブレーキ11に油圧を供給する油圧ポンプ12と、油圧ポンプ12を駆動する電動式のブレーキモータ13と、ディスクブレーキ11に供給される油圧を調整するための油圧ソレノイドバルブ14とを有している。ディスクブレーキ11は、車輪8,9と一体に回転するロータと、ロータを挟み込むブレーキパッドとを有しており(いずれも図示省略)、ブレーキパッドが油圧ポンプ12からの油圧の供給を受けてロータに押し付けられることにより、両者の間に摩擦が生じて車輪8,9に制動力が付与されるようになっている。このとき、車輪8,9に対し所要の制動力が得られるように、ロータを押し付けるための油圧がソレノイドバルブ14により調整される。
The vehicle is provided with a hydraulic (hydraulic pressure)
図2は、モータ1、バッテリ2、およびインバータ3の電気的構成を示す回路図である。本図に示すように、モータ1は、いわゆる三相交流同期モータであり、当該モータ1の各相(U相、V相、W相)には、直列に接続された第1巻線L1および第2巻線L2がそれぞれ設けられている。また、モータ1には、各相の第1および第2巻線L1,L2に流れる電流の経路(各巻線の通電状態)を切り替えるための切り替え手段として、例えばIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等の半導体素子からなる第1スイッチSW1および第2スイッチSW2が、各相ごとに設けられている。第1スイッチSW1は、第1巻線L1どうしをつなぐ結線を断絶可能なように設けられており、第2スイッチSW2は、第2巻線L2どうしをつなぐ結線を断絶可能なように設けられている。なお、図2では、理解を容易にするために、モータ1の内部に存在するかのようにスイッチSW1,SW2が図示されているが、スイッチSW1,SW2は、図2の回路図と等価な機能を発揮するものであればよく、モータ1の内部および外部のどちらに設けられていてもよい。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an electrical configuration of the
インバータ3は、半導体素子からなる複数のスイッチング素子SWを各相(U相、V相、W相)ごとに有している。車両の力行時、インバータ3は、スイッチング素子SWをパルス幅制御することにより、バッテリ2に蓄えられている直流電力を任意の電圧(電流)の交流電力に変換した上でモータ1に供給する。一方、車両の非力行時、インバータ3は、同じくスイッチング素子SWのパルス幅制御により、モータ1で発電される交流電力を任意の電流の直流電力に変換した上でバッテリ2に充電する。
The
コントローラ4は、周知のCPU、RAM、ROM等を含むマイクロコンピュータからなるもので、後述するセンサ類(SN1〜SN5)から特定される車両の走行状態に基づいて車両の各部を統括的に制御する機能を有している。 The controller 4 is composed of a microcomputer including a well-known CPU, RAM, ROM and the like, and comprehensively controls each part of the vehicle based on the running state of the vehicle specified by sensors (SN1 to SN5) described later. It has a function.
(2)制御系統
図3は、当実施形態の車両の制御系統を示すブロック図である。本図に示すように、コントローラ4には、車両に設けられた各種センサが電気的に接続されている。すなわち、車両には、運転者により踏込み操作される図外のアクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサSN1と、同じく運転者により踏込み操作される図外のブレーキペダルの操作量を検出するブレーキセンサSN2と、車両の走行速度(車速)を検出する車速センサSN3と、モータ1の出力軸の回転速度を検出するモータ回転速度センサSN4と、バッテリ2の端子間電圧を検出するバッテリセンサSN5とが設けられており、これらのセンサSN1〜SN5による種々の検出値が電気信号としてコントローラ4に入力されるようになっている。
(2) Control System FIG. 3 is a block diagram showing the control system of the vehicle according to this embodiment. As shown in the figure, the controller 4 is electrically connected to various sensors provided in the vehicle. That is, the vehicle includes an accelerator sensor SN1 that detects an operation amount of an unillustrated accelerator pedal that is depressed by the driver, and a brake sensor that also detects an operation amount of an unillustrated brake pedal that is depressed by the driver. SN2, a vehicle speed sensor SN3 that detects the traveling speed (vehicle speed) of the vehicle, a motor rotation speed sensor SN4 that detects the rotation speed of the output shaft of the
また、コントローラ4は、上記各センサSN1〜SN5からの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつ、車両の各部を制御する。すなわち、コントローラ4は、モータ1の第1および第2スイッチSW1,SW2、インバータ3のスイッチング素子SW、ブレーキモータ13、および油圧ソレノイドバルブ14等の各部と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいて、これらの機器にそれぞれ駆動用の制御信号を出力する。
The controller 4 controls each part of the vehicle while executing various determinations and calculations based on the input signals from the sensors SN1 to SN5. That is, the controller 4 is electrically connected to the first and second switches SW1 and SW2 of the
例えば、コントローラ4は、上記各センサSN1〜SN5からの入力信号に基づいて車両の走行状態やバッテリ2の充電状態を逐次判定し、判定した状態に基づいた適切な出力もしくは発電量が得られるようにモータ1(スイッチSW1,SW2)およびインバータ3(スイッチング素子SW)を制御するとともに、必要な制動力が得られるようにブレーキ装置10(油圧ソレノイドバルブ14)を制御する。
For example, the controller 4 sequentially determines the running state of the vehicle and the charged state of the
(3)制御動作
次に、車両の走行中にコントローラ4により実行される制御動作を図4〜図7を用いて説明する。図4〜図6は、当該制御動作の手順を示すフローチャートであり、図7は、当該フローチャートに基づく制御の結果として第1・第2スイッチSW1,SW2のON/OFFが条件ごとにどのように切り替わるかを示した表である。
(3) Control Operation Next, a control operation executed by the controller 4 while the vehicle is traveling will be described with reference to FIGS. 4 to 6 are flowcharts showing the procedure of the control operation, and FIG. 7 shows how the first and second switches SW1 and SW2 are turned on and off for each condition as a result of the control based on the flowchart. It is the table | surface which showed whether it switches.
図4に示す制御がスタートすると、コントローラ4は、各種センサ値を読み込む(ステップS1)。すなわち、コントローラ4は、アクセルセンサSN1、ブレーキセンサSN2、車速センサSN3、モータ回転速度センサSN4、およびバッテリセンサSN5からそれぞれの検出値を読み込み、読み込んだ検出値に基づいて、アクセル開度、ブレーキ操作量、車速、モータ1の回転速度、およびバッテリ2の電圧といった各種情報を取得する。
When the control shown in FIG. 4 starts, the controller 4 reads various sensor values (step S1). That is, the controller 4 reads the detected values from the accelerator sensor SN1, the brake sensor SN2, the vehicle speed sensor SN3, the motor rotation speed sensor SN4, and the battery sensor SN5, and based on the read detection values, the accelerator opening degree, the brake operation Various information such as the amount, the vehicle speed, the rotation speed of the
次いで、コントローラ4は、アクセルセンサSN1の検出値に基づいて、アクセルペダルが踏み込まれているか否かを判定する(ステップS2)。 Next, the controller 4 determines whether or not the accelerator pedal is depressed based on the detection value of the accelerator sensor SN1 (step S2).
上記ステップS2でYESと判定されてアクセルペダルが踏み込まれていることが確認された場合、つまり車両が力行中であることが確認された場合、コントローラ4は、モータ回転速度センサSN4の検出値に基づいて、モータ1の回転速度が予め定められた基準速度Nx未満であるか否かを判定する(ステップS3)。
If it is determined YES in step S2 and it is confirmed that the accelerator pedal is depressed, that is, if it is confirmed that the vehicle is powering, the controller 4 sets the detected value of the motor rotation speed sensor SN4. Based on this, it is determined whether or not the rotational speed of the
上記ステップS3でYESと判定されてモータ1の回転速度が基準速度Nx未満であることが確認された場合、コントローラ4は、図8(a)に示すように、モータ1の第1スイッチSW1をOFFにするとともに、モータ1の第2スイッチSW2をONにする(ステップS4)。図8(a)では、電流が流れる部分を太い線で表している。本図に示すように、第1スイッチSW1がOFF、第2スイッチSW2がONとされた場合、モータ1では、インバータ3から供給された電流が第1巻線L1および第2巻線L2の双方に流される。
When it is determined YES in step S3 and it is confirmed that the rotational speed of the
第1スイッチSW1がOFF、第2スイッチSW2がONとされる図8(a)の状態を、以下では低速モードと称する。この低速モードにおいては、第1巻線L1および第2巻線L2の双方に電流が流れるため、モータ1の誘起電圧定数が大きく、発生可能なトルクが大きくなる。反面、モータ1の回転速度がある程度高くなると、モータ1の誘起電圧がインバータ3の電圧とほぼ同一になるため、運転可能な速度域は比較的低速側の領域に制限される。基準速度Nx未満の領域で低速モードが選択されるのはこのためである。
The state shown in FIG. 8A where the first switch SW1 is OFF and the second switch SW2 is ON is hereinafter referred to as a low speed mode. In this low speed mode, since current flows through both the first winding L1 and the second winding L2, the induced voltage constant of the
一方、上記ステップS3でNOと判定されてモータ1の回転速度が基準速度Nx以上であることが確認された場合、コントローラ4は、図8(b)に示すように、モータ1の第1スイッチSW1をONにするとともに、モータ1の第2スイッチSW2をOFFにする(ステップS5)。本図に示すように、第1スイッチSW1がON、第2スイッチSW2がOFFとされた場合、モータ1では、インバータ3から供給された電流が第1巻線L1のみに流れ、第2巻線L2には流れなくなる。
On the other hand, when it is determined NO in step S3 and it is confirmed that the rotational speed of the
第1スイッチSW1がON、第2スイッチSW2がOFFとされる図8(b)の状態を、以下では高速モードと称する。この高速モードにおいては、第1巻線L1のみに電流が流れ、第2巻線L2には電流が流れないため、モータ1の誘起電圧定数が小さく、発生可能なトルクが小さくなる。反面、モータ1の回転速度がかなり高くなってもモータ1の誘起電圧がインバータ3の電圧に到達しないため、低速モードのときと比べて、より高速側までモータ1を回転させることが可能になる。基準速度Nx以上の領域で高速モードが選択されるのはこのためである。
The state shown in FIG. 8B in which the first switch SW1 is turned on and the second switch SW2 is turned off is hereinafter referred to as a high speed mode. In this high-speed mode, current flows only through the first winding L1, and no current flows through the second winding L2, so that the induced voltage constant of the
図11は、低速モードのときのモータの出力特性と高速モードのときのモータの出力特性とを合わせた特性図である。本図に示すように、基準速度Nx未満では低速モード、基準速度Nx以上では高速モードが選択されることにより、モータ1は、より幅広い速度域に亘って運転が可能であり、かつ低速域では十分に大きなトルクを出力することが可能である。
FIG. 11 is a characteristic diagram combining the output characteristics of the motor in the low speed mode and the output characteristics of the motor in the high speed mode. As shown in this figure, the low speed mode is selected below the reference speed Nx, and the high speed mode is selected above the reference speed Nx, so that the
なお、モータ回転速度センサSN4により検出される回転速度が基準速度Nx以上か未満かに応じてモータ1の出力特性を切り替える上述した制御(ステップS3〜S5)において、回転速度が基準速度Nx付近にあるときに低速モードから高速モード、またはその逆へと出力特性が頻繁に切り替わる事態(いわゆるハンチング)を防止するために、基準速度Nxにはヒステリシス特定が付与されている。
In the above-described control (steps S3 to S5) in which the output characteristics of the
上記のようにして選択されるべきモータ1の運転モード(低速モードまたは高速モード)が決定されると、コントローラ4は、決定された運転モードと、アクセルセンサSN1により検出されるアクセル開度とに基づいて、モータ1の要求トルクを算出する(ステップS6)。そして、算出された要求トルクがモータ1で発生するように、インバータ3からモータ1に供給される電力(電圧および電流)を制御する(ステップS7)。
When the operation mode (low speed mode or high speed mode) of the
次に、上記ステップS2でNOと判定された場合、つまりアクセルペダルが踏み込まれていない状態で車両が走行している場合(車両が非力行中である場合)の制御動作について、図5および図6を用いて説明する。この場合、コントローラ4は、バッテリセンサSN5の検出値(バッテリ電圧)に基づいて、バッテリ2に充電されている電力量、つまりバッテリ2の充電量SOCを算出する(ステップS11)。
Next, FIG. 5 and FIG. 5 illustrate the control operation when it is determined NO in Step S2, that is, when the vehicle is traveling with the accelerator pedal not depressed (when the vehicle is in a nonpowering state). 6 will be described. In this case, the controller 4 calculates the amount of power charged in the
次いで、コントローラ4は、算出された充電量SOCが予め定められた第1閾値X1未満であるか否かを判定する(ステップS12)。第1閾値X1は、請求項にいう「基準充電量」に相当する値であり、バッテリ2が最大限充電されたときの最大充電量に比べてある程度小さい値に設定されている。この第1閾値X1よりもバッテリ2の充電量SOCが小さいということは、バッテリ2に十分に多くの空き容量があることを意味する。このように充電量SOCが第1閾値X1よりも小さい状態のことを、以下では低充電状態と称する。
Next, the controller 4 determines whether or not the calculated charge amount SOC is less than a predetermined first threshold value X1 (step S12). The first threshold value X1 is a value corresponding to the “reference charge amount” in the claims, and is set to a value that is somewhat smaller than the maximum charge amount when the
上記ステップS12でYESと判定されてバッテリ2が低充電状態にあること(SOC<X1)が確認された場合、コントローラ4は、モータ回転速度センサSN4により検出されるモータ1の回転速度が上述した基準速度Nx未満であるか否かを判定する(ステップS13)。
When it is determined YES in step S12 and it is confirmed that the
上記ステップS13でYESと判定されて回転速度が基準速度Nx未満であることが確認された場合、コントローラ4は、図8(a)に示すように、モータ1の第1スイッチSW1をOFF、第2スイッチSW2をONにする(ステップS14)。つまり、モータ1の運転モードとして低速モードを選択する。
When it is determined as YES in step S13 and it is confirmed that the rotation speed is less than the reference speed Nx, the controller 4 turns off the first switch SW1 of the
上記ステップS14のように、車両の非力行中に低速モードが選択されると、第1巻線L1および第2巻線L2の双方に誘起電圧が発生し、当該誘起電圧に基づく電流がインバータ3を介してバッテリ2に充電される。つまり、第1巻線L1および第2巻線L2を用いたいわゆる回生発電が行われる。また、このような回生発電に伴って、誘起電圧に基づく逆トルクがモータ1に発生し、当該逆トルクによる制動力が車輪8に付与される。以下では、このような回生発電に基づく逆トルクにより車輪8を制動することを回生制動と称し、当該回生制動による制動力のことを回生制動力と称する。回生制動力は、巻線を流れる電流をインバータ3によって制御することにより、所定の範囲で増減させることが可能である。
When the low speed mode is selected during vehicle non-power running as in step S14, an induced voltage is generated in both the first winding L1 and the second winding L2, and the current based on the induced voltage is converted to the
一方、上記ステップS13でNOと判定されて回転速度が基準速度Nx以上であることが確認された場合、コントローラ4は、図8(b)に示すように、第1スイッチSW1をON、第2スイッチSW2をOFFにする(ステップS15)。つまり、モータ1の運転モードとして高速モードを選択する。
On the other hand, if it is determined as NO in step S13 and it is confirmed that the rotation speed is equal to or higher than the reference speed Nx, the controller 4 turns on the first switch SW1 as shown in FIG. The switch SW2 is turned off (step S15). That is, the high speed mode is selected as the operation mode of the
上記ステップS15のように、車両の非力行中に高速モードが選択されると、第1巻線L1のみに誘起電圧が発生し、当該誘起電圧に基づく電流がインバータ3を介してバッテリ2に充電される。つまり、第1巻線L1のみを用いた回生発電が行われる。また、このような回生発電に伴って、誘起電圧に基づく逆トルクがモータ1に発生し、当該逆トルクによる制動力(回生制動力)が車輪8に付与される。
When the high-speed mode is selected during vehicle non-powering as in step S15, an induced voltage is generated only in the first winding L1, and a current based on the induced voltage is charged to the
次に、上記ステップS12でNOと判定された場合、つまり、バッテリ2の充電量SOCが第1閾値X1以上であった場合の制御動作について説明する。この場合、コントローラ4は、充電量SOCが第2閾値X2未満であるか否かを判定する(ステップS16)。第2閾値X2は、第1閾値X1よりも大きい値であって、バッテリ2の最大充電量とほぼ同じ値に設定されている。なお、ここでいう最大充電量とは、バッテリ2の使用中(車両走行中)に種々の制限により定まる最大充電量、つまり使用時最大充電量のことであり、バッテリ2の物理的な最大充電量のことを意味しない。物理的な最大充電量を100%としたとき、使用時最大充電量は例えば70%程度に設定される。
Next, the control operation when it is determined as NO in step S12, that is, when the charge amount SOC of the
充電量SOCが第1閾値X1以上でかつ第2閾値X2未満であるということは、バッテリ2は未だ満充電状態(充電量SOCがほぼ最大充電量に達した状態)にはないもの、満充電状態に近く、充電可能な量に制限があることを意味する。このように充電量SOCがX1以上X2未満の状態のことを、以下では、高充電状態と称する。
That the charge amount SOC is equal to or greater than the first threshold value X1 and less than the second threshold value X2 means that the
上記ステップS16でYESと判定されてバッテリ2が高充電状態にあること(X1≦SOC<X2)が確認された場合、コントローラ4は、モータ1の第1スイッチSW1をONにするとともに、スイッチを繰り返しON/OFFするスイッチング制御を第2スイッチSW2に対し実行する(ステップS17)。このとき、第2スイッチSW2のスイッチング制御におけるデューティ比、つまり、一定周期内において第2スイッチSW2がONにされる期間の割合は、0〜100%の範囲で、バッテリ2の充電量SOCに比例して増大するように設定される。すなわち、充電量SOCが小さい(第1閾値X1に近い)ほどデューティ比が小さく(0%に近く)され、充電量SOCが大きい(第2閾値X2に近い)ほどデューティ比が大きく(100%に近く)される。以下では、このようなステップS17の制御が行われている状態のことを回生発電抑制モードと称する。
When it is determined YES in step S16 and it is confirmed that the
上記回生発電抑制モードにおいて、スイッチング制御により第2スイッチSW2がONにされている期間中は、第1スイッチSW1および第2スイッチSW2の双方がONになり、図9に示すように、各相の第2巻線L2どうしをつないだ閉回路が形成される(つまり第2巻線L2が短絡される)。すると、第2巻線L2での誘起電圧に基づく電流が第2巻線L2を循環することにより、図示のような循環電流Icが生成されるとともに、モータ1に逆トルクが発生し、当該逆トルクによる制動力が車輪8に付与される。以下では、このような循環電流Icに基づく逆トルクにより車輪8を制動することを短絡制動と称し、当該短絡制動による制動力のことを短絡制動力と称する。短絡制動は、上述した回生制動のときと同様、車輪8にブレーキをかける役割を果たすが、回生制動とは異なり、発生する電流Icが第2巻線L2を循環しているだけで、バッテリ2への充電には回されない。
In the regenerative power generation suppression mode, both the first switch SW1 and the second switch SW2 are turned on during the period when the second switch SW2 is turned on by the switching control, and as shown in FIG. A closed circuit is formed by connecting the second windings L2 (that is, the second winding L2 is short-circuited). Then, a current based on the induced voltage in the second winding L2 circulates in the second winding L2, so that a circulating current Ic as shown in the figure is generated and a reverse torque is generated in the
一方、上記回生発電抑制モードでは、第1スイッチSW1が常時ONであるため、第1巻線L1による回生発電も継続して行われている。すなわち、図9に示すように、第1巻線L1での誘起電圧に基づき発生する回生電流Igがインバータ3を介してバッテリ2に充電されるとともに、当該回生発電に基づく回生制動力が車輪8に付与される。ただし、バッテリ2への充電電力を抑える必要がある回生発電抑制モードでは、インバータ3の制御によって、第1巻線L1を流れる回生電流Igが本来発生可能な値(バッテリ2への充電電力が制限されていなければ発生可能な値)に比べて小さくされる。例えば、仮に充電電力の制限がなかった場合に発生可能な回生電流Igを10とすると、バッテリ2の充電量SOCが増えるほど(閾値X1に対する超過分が増えるほど)、回生電流Igが10から0に向けて徐々に小さくされる。すると、これに比例して回生制動力も減少するので、モータ1から車輪8に付与すべき制動力を回生制動力だけで発生させることができなくなる。そこで、この回生制動力の減少分に相当する大きさの短絡制動力を発生させるべく、第2スイッチSW2がスイッチング制御される。このとき、回生制動力の減少分は充電量SOCが増えるほど大きくなるので、これに合わせて短絡制動力は徐々に増やす必要がある(つまり第2スイッチSW2がONされる期間を増やす必要がある)。このような事情から、上記ステップS17では、第1スイッチSW1を常時ONにしつつ、第2スイッチSW2をスイッチング制御してそのデューティ比を徐々に大きくするようにしている。
On the other hand, in the regenerative power generation suppression mode, since the first switch SW1 is always ON, regenerative power generation by the first winding L1 is continuously performed. That is, as shown in FIG. 9, the regenerative current Ig generated based on the induced voltage in the first winding L1 is charged to the
上記ステップS17の制御(回生発電抑制モード)では、このような短絡制動と回生制動とが併用されることにより、バッテリ2の充電に回る電力が低減され、充電量SOCの上昇が抑制される。
In the control of step S17 (regenerative power generation suppression mode), such short-circuit braking and regenerative braking are used in combination, whereby the power required for charging the
次に、上記ステップS16でNOと判定された場合、つまりバッテリ2の充電量SOCが第2閾値X2以上になる満充電状態であった場合の制御動作について説明する。この場合、コントローラ4は、インバータ3を停止させるとともに、モータ1の第1スイッチSW1および第2スイッチSW2をともにONにする(ステップS18)。すなわち、図10に示すように、第2巻線L2を短絡した閉回路を形成して第2巻線L2に循環電流Icを流し、当該循環電流Icに基づく制動力(短絡制動力)を車輪8に付与する。一方、インバータ3が停止されるため、第1巻線L1に回生電流は発生しない。これにより、バッテリ2に流れる電流(充電電流)がなくなる結果、バッテリ2の充電量SOCはこれ以上増大しなくなる。以下では、このようなステップS18の制御が行われている状態のことを回生発電禁止モードと称する。
Next, a description will be given of the control operation when it is determined NO in step S16, that is, when the
なお、回生発電禁止モードにおいて発生されるモータ1の短絡制動力は、第1スイッチSW1を常時ONにしつつ第2スイッチSW2をスイッチング制御することにより、所定の範囲で増減させることが可能である。すなわち、循環電流Icが流れるように第1スイッチSW1および第2スイッチSW2の両方をONにした状態と、循環電流Icが流れないように第1スイッチSW1をONにしつつ第2スイッチSW2をOFFにした状態とを交互に繰り返し、一定周期内に占める前者の状態(SW1,SW2がON)の期間をデューティ制御することにより、モータ1の短絡制動力を増減する。
Note that the short-circuit braking force of the
上記図5のフローチャートに示したように、車両の非力行時には、バッテリ2の充電量SOCの大小に応じて、低速モードまたは高速モード(ステップS14またはS15)、回生発電抑制モード(ステップ17)、回生発電禁止モード(ステップS18)のいずれかが選択される。これらいずれのモードが選択された場合でも、モータ1から車輪8に制動力(回生制動力または短絡制動力)が付与されるが、一般に、短絡制動力の最大値は回生制動力の最大値よりもかなり小さいので、発生可能な制動力は、低速モードおよび高速モード → 回生発電抑制モード → 回生発電禁止モードの順に小さくなる。つまり、低速モードおよび高速モードのときに発生可能な制動力が最も大きく(中でも2つの巻線を使う低速モードのときが最も大きく)、回生発電禁止モードのときに発生可能な制動力が最も小さい。回生発電抑制モードまた回生発電禁止モードのときに制動力が不足する場合、その不足分は、後述するようにブレーキ装置10によって補われる。
As shown in the flowchart of FIG. 5 above, when the vehicle is not powered, the low speed mode or the high speed mode (step S14 or S15), the regenerative power generation suppression mode (step 17), depending on the charge amount SOC of the
上記のようなモータ1の運転モード選択が行われた後、コントローラ4は、図6のステップS21に移行する。そして、このステップS21で、ブレーキセンサSN2により検出されるブレーキペダルの操作量等に基づいて、車両に付与されるべき目標の制動力である目標トータル制動力を算出する。
After the operation mode selection of the
次いで、コントローラ4は、上記ステップS21で算出した目標トータル制動力と、選択されたモータ1の運転モードとに基づいて、モータ1で発生させるべき目標の制動力である目標モータ制動力を算出する(ステップS22)。このとき、できるだけブレーキ装置10を使わないようにするために、目標トータル制動力を超えない範囲で最大限の(目標トータル制動力と同一またはできるだけ近い)目標モータ制動力が設定される。
Next, the controller 4 calculates a target motor braking force, which is a target braking force to be generated by the
次いで、コントローラ4は、目標トータル制動力から目標モータ制動力を差し引いた値を不足制動力として算出する(ステップS23)。 Next, the controller 4 calculates a value obtained by subtracting the target motor braking force from the target total braking force as an insufficient braking force (step S23).
次いで、コントローラ4は、目標モータ制動力に一致する制動力がモータ1から車輪8に付与されるようにインバータ3または第1・第2スイッチSW1,SW2を制御する(ステップS24)。例えば、回生制動力のみを発生させる低速モードまたは高速モードが選択されている場合には、モータ1の巻線を流れる回生電流をインバータ3を用いて制御することにより、モータ1の制動力を調整することができる。回生制動力と短絡制動力との両方を発生させる回生発電抑制モードが選択されている場合には、第1巻線L1を流れる回生電流(図9のIg)をインバータ3で制御するとともに、第2巻線L2を循環電流(図9のIc)が流れる期間の割合を第2スイッチSW2のスイッチングで増減させることにより、モータ1の制動力を調整することができる。短絡制動力のみを発生させる回生発電禁止モードが選択されている場合には、インバータ3を停止しつつ第2スイッチSW2をスイッチング制御(第1スイッチSW1はON)することにより、モータ1の制動力を調整することができる。
Next, the controller 4 controls the
さらに、コントローラ4は、不足制動力に一致する制動力がディスクブレーキ11から車輪8,9に付与されるように、ブレーキ装置10を制御する(ステップS25)。このようにしてモータ1とブレーキ装置10とが協働することにより、目標トータル制動力に一致する制動力が車両に付与される。
Further, the controller 4 controls the
(4)動作例
次に、車両の非力行時の動作例を、図12のタイムチャートを用いて説明する。この説明の前提として、当初、モータ1の運転モードは低速モードであるものとする。そして、低速モードが選択されている初期状態から、比較的長い時間に亘って車両の非力行が継続されるものとする。このような走行パターンは、例えば、車両が高地から継続して下り坂を走行しているような場合に起こり得る。
(4) Example of Operation Next, an example of operation when the vehicle is not in powering will be described with reference to the time chart of FIG. As a premise of this explanation, it is initially assumed that the operation mode of the
図12に示す時点t1よりも前において、バッテリ2は、その充電量SOCが第1閾値X1未満となる低充電状態にあり(グラフ(e)参照)、モータ1は第1スイッチSW1がOFFで第2スイッチSW2がONの低速モードにある(グラフ(c)(d)参照)。これにより、第1巻線L1および第2巻線L2の両方に電流が流れる状態で発電が行われるので、グラフ(f)のように、バッテリ2にはかなり大きな電力が充電される。このため、バッテリ2の充電量SOCは、グラフ(e)に示すように、時間経過とともに比較的急なペースで増大していく。そして、時点t1において、充電量SOCが第1閾値X1に達する(つまりバッテリ2が高充電状態に移行する)。
Before the time t1 shown in FIG. 12, the
SOC≧X1となった時点t1において、モータ1は、回生発電抑制モードに移行する。すなわち、第1スイッチSW1がOFFからONに切り替えられるとともに、第2スイッチSW2がONからスイッチング制御の状態(ON/OFFが繰り返される状態)に切り替えられる(グラフ(c)(d)参照)。第2スイッチSW2のスイッチング制御におけるデューティ比は、充電量SOCの第1閾値X1からの増大量が増えるほど大きくされるので、グラフ(d)に示すように、最初の(切り替え時点t1での)デューティ比はほぼ0%となる。デューティ比=0%は、第2スイッチSW2がOFFであるのと同じことなので、このときのモータ1は、実質的に高速モードで運転されているのと同じである。このため、仮にモータ1に流れる電流を同一に維持していると、切り替え時点t1においてモータ1による制動力が急激に低下することになる。そこで、このような事態を回避するべく、グラフ(b)に示すように、時点t1において、インバータ3の制御によって電流が増やされる。これにより、第1巻線L1のみによって十分な回生電力(回生制動力)を発生させることができるので、上記のような制動力の急低下を防止して、切り替え前と同等の制動力を発生させることができる。しかも、第1巻線L1のみを用いて発電する時点t1での状態は、第1巻線L1および第2巻線L2の両方で発電する時点t1よりも前の状態(低速モード)と比べて、発電効率が落ちるので、その分だけバッテリ2への充電電力を低下させることができる。グラフ(f)では、この発電効率の低下による充電電力の低下をΔZとして表している。
At time t1 when SOC ≧ X1, the
回生発電抑制モードに切り替わった時点t1以降も、充電量SOCは(その増大率は低下するものの)、徐々に増大していく。すると、これに伴って、第2スイッチSW2のスイッチング制御におけるデューティ比が、100%に向けて徐々に増大される(グラフ(d)参照)。デューティ比が増大するほど、一定周期内において第2スイッチSW2がONされる期間の割合が増大する(言い換えれば第2スイッチSW2がOFFされる期間の割合が小さくなる)。一方、時点t1以降は、グラフ(b)に示すように、バッテリ2への充電電力を抑制するために、第1巻線L1を流れる回生電流がインバータ3の制御によって徐々に小さくされる。これらの制御の結果、第1巻線L1を流れる回生電流(図9のIg)の割合が徐々に小さくなり、第2巻線L2を循環する循環電流(図9のIc)の割合が徐々に大きくなる。これにより、バッテリ2への充電電力が時間経過とともに徐々に小さくなるとともに、充電量SOCの増大率が徐々に小さくなっていく(グラフ(e)(f)参照)。
Even after the time point t1 when the mode is switched to the regenerative power generation suppression mode, the charge amount SOC gradually increases (although the increase rate decreases). Then, along with this, the duty ratio in the switching control of the second switch SW2 is gradually increased toward 100% (see graph (d)). As the duty ratio increases, the ratio of the period in which the second switch SW2 is turned on within a certain period increases (in other words, the ratio of the period in which the second switch SW2 is turned off decreases). On the other hand, after time t1, as shown in the graph (b), the regenerative current flowing through the first winding L1 is gradually reduced by the control of the
上記のような回生発電抑制モードによる運転により、バッテリ2への充電電力は徐々に小さくなるものの、この状態が継続されることで、遂には充電量SOCが第2閾値X2に到達する(つまりバッテリ2が満充電状態になる)。図12ではこの時点をt3としている。この時点t3において、モータ1は、回生発電禁止モードに移行する。すなわち、第1スイッチSW1がONにされたまま、第2スイッチSW2がスイッチング制御の状態(ON/OFFが繰り返される状態)からONに切り替えられ(グラフ(c)(d)参照)、さらにインバータ3が停止される。これにより、モータ1で発生する電流は第2巻線L2を循環する循環電流Icのみとなるので、バッテリ2に充電される電力がなくなり、充電量SOCは第2閾値X2のまま維持される。
Although the charging power to the
図12のグラフ(a)は、以上のような動作が行われた場合におけるモータ制動力の変化の様子を示している。当該グラフに示すように、低速モードが選択されている時点t1より前において、モータ1から車輪8に付与される制動力は、その全てが回生制動(第1巻線L1および第2巻線L2による回生制動)による制動力である。一方、時点t1以降、回生発電抑制モードに移行すると、制動力中に占める回生制動力の割合は、時間経過とともに徐々に減少し、反対に、第2巻線L2による短絡制動力(第2巻線L2の循環電流Icに基づく制動力)の割合が徐々に増大していく。ここで、短絡制動により発生可能な制動力には限界があるので、当該グラフの例のように、回生発電抑制モードの途中の時点t2において、第2スイッチSW2のデューティ比が100%に達し、短絡制動力が最大値に達してしまうことがある。この場合、モード移行した時点t1からこの時点t2までの間は、回生制動力と短絡制動力とを合計したモータ1の正味の制動力に不足は生じないものの、時点t2以降は、短絡制動力をこれ以上増やせないために、モータ1の正味の制動力は時間経過とともに徐々に小さくなっていく。これより生じる不足の制動力はブレーキ装置10により補われる。さらに、時点t3以降、回生発電禁止モードに移行すると、モータ1から車輪8に付与される制動力は、その全てが短絡制動による制動力となる。この場合に生じる不足の制動力は、やはりブレーキ装置10により補われる。
A graph (a) in FIG. 12 shows how the motor braking force changes when the above operation is performed. As shown in the graph, before the time point t1 when the low speed mode is selected, the braking force applied from the
(5)作用等
以上説明したように、当実施形態では、車両の非力行時に、次のようなパターンでモータ1が制御される。
●バッテリ2の充電量SOCが第1閾値X1未満の低充電状態にあり、かつモータ1の回転速度が基準速度Nx未満のとき
→第1巻線L1および第2巻線L2による回生制動力が生じるように、第1スイッチSW1がOFFにされ、第2スイッチSW2がONにされる(低速モード)。
●バッテリ2の充電量SOCが第1閾値X1未満の低充電状態にあり、かつモータ1の回転速度が基準速度Nx以上のとき
→第1巻線L1による回生制動力が生じかつ第2巻線L2による回生制動力が生じないように、第1スイッチSW1がONにされ、第2スイッチSW2がOFFにされる(高速モード)。
●バッテリ2の充電量SOCが第1閾値X1以上かつ第2閾値X2未満の高充電状態にあるとき
→第1巻線L1による回生制動力と第2巻線L2による短絡制動力とが生じるように、第1スイッチSW1がONにされ、第2スイッチSW2がスイッチング制御(繰り返しON/OFF)される(回生発電抑制モード)。
●バッテリ2の充電量SOCが第2閾値X2以上の満高充電状態にあるとき
→第2巻線L2による短絡制動力が生じかつ第1巻線L1による回生制動力が生じないように、インバータ3が停止されるとともに、第1スイッチSW1および第2スイッチSW2がともにONにされる(回生発電禁止モード)。
(5) Operation, etc. As described above, in this embodiment, the
● When the charge amount SOC of the
When the charge amount SOC of the
When the charge amount SOC of the
● When the charge amount SOC of the
車両の非力行時にこのような制御が行われる上記実施形態では、バッテリ2の充電量SOCに応じて発電電力を適切に調整しながら、このような発電電力の調整によって車両の減速抜け感が生じるのを効果的に防止できるという利点がある。
In the above-described embodiment in which such control is performed when the vehicle is not in powering, the vehicle is decelerated due to the adjustment of the generated power while appropriately adjusting the generated power according to the charge amount SOC of the
すなわち、上記実施形態では、バッテリ2が低充電状態(SOC<X1)にあるときに、モータの回転速度に応じて、第1巻線L1および第2巻線L2による回生制動力が生じるか、もしくは第1巻線L1のみによる回生制動力が生じるように、スイッチSW1,SW2が制御される(低速モードまたは高速モード)。これにより、モータ1で発電された電力を十分な空き容量のあるバッテリ2に充電してその充電量SOCを増やすことができるとともに、モータ1から車輪8に対し所要の制動力を付与することができる。
That is, in the above embodiment, when the
一方、充電量SOCが増えてバッテリ2が高充電状態(X1≦SOC<X2)になった場合には、第1巻線L1による回生制動力と第2巻線L2による短絡制動力とが生じるように、スイッチSW1,SW2が制御される(回生発電抑制モード)。このように、車輪8に付与される制動力の一部を短絡制動力により賄うことにより、回生制動力を減らしてバッテリ2に充電される電力を減らすことができる。すなわち、短絡制動力は、第2巻線L2を循環する循環電流Icに基づくものであり、この循環電流Icはバッテリ2には流れないので、短絡制動力を発生させてもそれによってバッテリ2の充電量SOCが増えることはない。これに対し、回生制動力に応じた発電電力はバッテリ2の充電に回されるものの、短絡制動力が存在する分、回生制動力を減らすことができるので、バッテリ2に充電される電力を減らすことができる。しかも、短絡制動力が存在しない場合と比較して、モータ1による正味の制動力、つまり回生制動力および短絡制動力の合計を大きく減らさずに済む(特に短絡制動力が最大値に達するまでの間は正味の制動力を同一に維持できる)ので、減速抜け感が生じるのを効果的に防止することができる。
On the other hand, when the amount of charge SOC increases and the
さらに充電量SOCが増えてバッテリ2が満充電状態(SOC≧X2)になった場合には、第2巻線L2による短絡制動力のみが生じるようにインバータ3およびスイッチSW1,SW2が制御される(回生発電禁止モード)。これにより、モータ1での発電が行われなくなるので、バッテリ2が満充電状態にあるにもかかわらずバッテリ2への充電が行われてバッテリ2が損傷するような事態を確実に防止することができる。
When the amount of charge SOC further increases and the
特に、上記実施形態では、回生制動力と短絡制動力との両方を発生させる回生発電抑制モードのときに、第2スイッチSW2のスイッチング制御におけるデューティ比がバッテリ2の充電量SOCが高いほど増大されるので、制動力の急減を確実に防止することができる。
In particular, in the above embodiment, the duty ratio in the switching control of the second switch SW2 increases as the charge amount SOC of the
すなわち、回生発電抑制モードの間、上記のようなデューティ比制御が行われることで、回生制動力の割合が徐々に減少するとともに短絡制動力の割合が徐々に増大するので、減速抜け感につながるような制動力の急減を確実に防止しつつ、充電量SOCの上昇を効果的に抑制することができる。 That is, during the regenerative power generation suppression mode, the duty ratio control as described above is performed, so that the ratio of the regenerative braking force gradually decreases and the ratio of the short-circuit braking force gradually increases, which leads to a feeling of slowdown. It is possible to effectively suppress an increase in the charge amount SOC while reliably preventing such a sudden decrease in braking force.
ここで、発電抑制モードまたは回生発電禁止モードでは、短絡制動力が追加されるとはいえ、回生制動力は減少させられるので、一般的に短絡制動力が回生制動力の最大値よりもかなり小さいことを考慮すると、低速モードや高速モードのときに比べるとモータ1による正味の制動力が不足する事態が起き易いといえる。しかしながら、上記実施形態では、モータ1による制動力とブレーキ装置10による制動力との合計が、ブレーキペダルの操作量等に基づき設定される目標の制動力(目標トータル制動力)に一致するようにブレーキ装置10が制御されるので(いわゆる協調回生ブレーキシステム)、モータ1から車輪8に付与される制動力の不足をブレーキ装置10によって補うことができ、バッテリ2の状態にかかわらず安定した制動力を車輪8に付与することができる。また、モータ1による制動力が存在する分だけブレーキ装置10による制動力を減らすことができるので、ブレーキパッドの摩耗量を減らすことができる。
Here, in the power generation suppression mode or the regenerative power generation prohibition mode, although the short-circuit braking force is added, the regenerative braking force is reduced, so that the short-circuit braking force is generally much smaller than the maximum value of the regenerative braking force. Considering this, it can be said that the situation where the net braking force by the
なお、上記実施形態では、バッテリ2が高充電状態(X1≦SOC<X2)にある場合の非力行時は、モータ1の回転速度にかかわらず(基準速度Nxより高くても低くても)、第1スイッチSW1をONにして第2スイッチSW2をスイッチング制御する回生発電抑制モードが選択されるようになっていたが、モータ1の回転速度が基準速度Nx未満の低速域では、これとは別のモードを採用することも可能である。例えば、図13に示すように、高充電状態での非力行時において回転速度が基準速度Nx未満(低速域)の場合には、第1スイッチSW1をONにして第2スイッチSW2をOFFにする高速モードを選択することが考えられる。高速モードでは、第1巻線L1のみを使って発電するので、第1巻線L1および第2巻線L2の両方を使って発電する低速モードのときに比べれば発電効率が悪い。このため、低速モードのときと同等の制動力を発生させたとしても、バッテリ2に充電される電力を減らすことができる(図12のグラフ(f)のΔZ参照)。
In the above embodiment, during non-powering when the
また、上記実施形態では、バッテリ2が低充電状態(SOC<X1)にある場合の非力行時であって、かつモータ1の回転速度が基準速度Nx以上(高速域)である場合に、第1スイッチSW1をONにして第2スイッチSW2をOFFにする高速モードが選択されるようになっていたが、場合によっては低速モードを選択してもよい。例えば、車両によっては、スポーツモードとそれ以外のモード(例えばノーマルモード、エコモードなど)との間で車両の走行モードを切り替えるためのモード選択スイッチが備えられることがある。そして、このモード選択スイッチによってスポーツモード(Sモード)が選択されている場合には、図14に示すように、回転速度が基準速度Nx以上の高速域であっても低速モードを選択する、つまり第1スイッチSW1をOFFにして第2スイッチSW2をONにする、ということが考えられる。このように、第1巻線L1および第2巻線L2の両方を使って発電する低速モードが選択されると、高速モードのときよりも発生可能な制動力が増大するので、アクセルペダルのリリースに応じて車両を比較的急に減速させることが可能になり、スポーティな乗り味を実現することができる。
Further, in the above embodiment, when the
また、上記実施形態では、モータ1の運転モードを複数のモード(低速モード、高速モード、回生発電抑制モード、および回生発電禁止モード)の間で切り替えるための切り替え手段として、スイッチング制御が可能なIGBT等の半導体素子からなる第1・第2スイッチSW1,SW2を設けたが、切り替え手段の例はこれに限られない。例えば、可変抵抗を用いたスイッチを用いてもよい。この場合、抵抗値を連続的に変化させることにより、スイッチング制御のデューティ比を連続的に変化させるのと同様の効果を得ることができる。
Moreover, in the said embodiment, IGBT which can perform switching control as a switching means for switching the operation mode of the
また、上記実施形態では、電気モータ1のみを動力源として用いた電気自動車に本発明を適用した例について説明したが、本発明が適用可能な車両は、少なくとも動力源の一部に電気モータを用いたものであればよく、内燃機関と電気モータとを併用したハイブリッド自動車に対しても、本発明は好適に適用可能である。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the example which applied this invention to the electric vehicle which used only the
1 モータ
2 バッテリ
3 インバータ
4 コントローラ(制御手段)
10 ブレーキ装置
L1 第1巻線
L2 第2巻線
SW1 第1スイッチ(切り替え手段)
SW2 第2スイッチ(切り替え手段)
Nx 基準速度
X1 第1閾値(基準充電量)
Ic 循環電流
1
10 Brake device L1 1st winding L2 2nd winding SW1 1st switch (switching means)
SW2 Second switch (switching means)
Nx reference speed X1 first threshold (reference charge)
Ic Circulating current
Claims (7)
前記モータは、直列に接続された第1巻線および第2巻線と、各巻線の通電状態を切り替えるための切り替え手段とを有し、
前記切り替え手段は、第1巻線および第2巻線の両方に電流が流れる状態と、第1巻線のみに電流が流れる状態と、第2巻線に循環電流が流れるように短絡された状態との間で通電状態を切り替え可能であり、
前記制御手段は、
前記バッテリの充電量が予め定められた基準充電量未満となる低充電状態にある場合の非力行時に、前記モータの回転速度が予め定められた基準速度未満であるときは、前記第1巻線および第2巻線による回生制動力が生じるように前記切り替え手段を制御し、
前記バッテリが前記低充電状態にある場合の非力行時に、前記回転速度が前記基準速度以上であるときは、少なくとも前記第1巻線による回生制動力が生じるように前記切り替え手段を制御し、
前記バッテリの充電量が前記基準充電量以上となる高充電状態にある場合の非力行時に、前記回転速度が前記基準速度未満であるときは、前記第1巻線による回生制動力が生じかつ前記第2巻線による回生制動力が生じないように前記切り替え手段を制御し、
前記バッテリが前記高充電状態にある場合の非力行時に、前記回転速度が前記基準速度以上であるときは、前記第1巻線による回生制動力と前記第2巻線による短絡制動力とが生じるように前記切り替え手段を制御する、ことを特徴とする電動車両用駆動装置。 A motor capable of driving wheels during power running and generating power during non-power running to generate braking force, a battery capable of charging the power generated by the motor, and converting the power charged in the battery into AC power An electric vehicle drive device comprising an inverter for supplying to a motor while a control means for controlling the motor and the inverter,
The motor has a first winding and a second winding connected in series, and switching means for switching the energization state of each winding,
The switching means is in a state where a current flows through both the first winding and the second winding, a state where a current flows only through the first winding, and a state where the circulating current flows through the second winding. Can be switched between
The control means includes
When the rotational speed of the motor is less than a predetermined reference speed during non-powering in a low charge state where the charge amount of the battery is less than a predetermined reference charge amount, the first winding And controlling the switching means so that a regenerative braking force is generated by the second winding,
When the battery is in the low charge state, when the rotational speed is equal to or higher than the reference speed, the switching unit is controlled so that at least the regenerative braking force is generated by the first winding,
When the rotational speed is less than the reference speed during non-powering when the charge amount of the battery is higher than the reference charge amount, a regenerative braking force is generated by the first winding and the Controlling the switching means so as not to generate regenerative braking force by the second winding;
When the battery is in the high charging state and the rotational speed is equal to or higher than the reference speed, a regenerative braking force by the first winding and a short-circuit braking force by the second winding are generated. The switching means is controlled as described above.
前記制御手段は、前記バッテリが前記高充電状態にある場合の非力行時に、前記回転速度が前記基準速度未満であるときは、前記第1巻線による回生制動力と前記第2巻線による短絡制動力とが生じるように前記切り替え手段を制御する、ことを特徴とする電動車両用駆動装置。 The drive device for an electric vehicle according to claim 1,
When the rotation speed is less than the reference speed during non-powering when the battery is in the high charge state, the control means is configured to cause a regenerative braking force by the first winding and a short circuit by the second winding. The drive device for an electric vehicle, wherein the switching means is controlled so that a braking force is generated.
前記制御手段は、前記バッテリが前記高充電状態にある場合の非力行時に、バッテリの充電量が高くなるほど、前記回生制動力の割合を減少させるとともに前記短絡制動力の割合を増大させる、ことを特徴とする電動車両用駆動装置。 The drive device for an electric vehicle according to claim 2,
The control means is configured to decrease the regenerative braking force ratio and increase the short-circuit braking force ratio as the charge amount of the battery increases during non-powering when the battery is in the high charge state. A drive device for an electric vehicle.
前記切り替え手段は、前記第2巻線の短絡/非短絡をスイッチングのON/OFFに基づき切り替え可能な半導体素子を含み、
前記制御手段は、前記第2巻線による短絡制動力の割合を前記半導体素子のデューティ比に基づいて制御する、ことを特徴とする電動車両用駆動装置。 The drive device for an electric vehicle according to claim 3,
The switching means includes a semiconductor element capable of switching a short circuit / non-short circuit of the second winding based on switching ON / OFF,
The drive means for an electric vehicle, wherein the control means controls a ratio of a short-circuit braking force by the second winding based on a duty ratio of the semiconductor element.
ドライバーにより操作されるブレーキペダルと、摩擦による制動力を車輪に付与する液圧式のブレーキ装置とが車両に備えられ、
前記制御手段は、前記ブレーキペダルの操作量に応じて目標制動力を設定するとともに、前記ブレーキ装置による制動力と前記モータによる制動力との合計が前記目標制動力に一致するように前記ブレーキ装置を制御する機能を有する、ことを特徴とする電動車両用駆動装置。 In the electric vehicle drive device according to any one of claims 1 to 4,
The vehicle is equipped with a brake pedal operated by a driver and a hydraulic brake device that imparts braking force by friction to the wheels,
The control means sets a target braking force according to an operation amount of the brake pedal, and the brake device so that a sum of a braking force by the brake device and a braking force by the motor matches the target braking force. The drive device for electric vehicles characterized by having the function to control.
前記バッテリが前記低充電状態にある場合の非力行時に、前記回転速度が前記基準速度以上であるときは、前記第1巻線による回生制動力が生じかつ前記第2巻線による回生制動力が生じないように前記切り替え手段を制御する、ことを特徴とする電動車両用駆動装置。 In the electric vehicle drive device according to any one of claims 1 to 5,
When the battery is in the low charge state and in the non-powering mode, when the rotational speed is equal to or higher than the reference speed, a regenerative braking force is generated by the first winding and a regenerative braking force is generated by the second winding. The drive device for an electric vehicle, wherein the switching means is controlled so as not to occur.
スポーツモードとそれ以外のモードとの間で車両の走行モードを切り替えるためのモード選択スイッチが車両に備えられ、
前記制御手段は、前記モード選択スイッチによりスポーツモードが選択されておりかつ前記バッテリが前記低充電状態にある場合の非力行時に、前記回転速度が前記基準速度以上であるときは、前記第1巻線および第2巻線による回生制動力が生じるように前記切り替え手段を制御する、ことを特徴とする電動車両用駆動装置。 In the electric vehicle drive device according to any one of claims 1 to 5,
The vehicle is equipped with a mode selection switch for switching the driving mode of the vehicle between the sports mode and the other modes,
When the rotational speed is equal to or higher than the reference speed during non-powering when the sport mode is selected by the mode selection switch and the battery is in the low charge state, the control means The drive device for an electric vehicle, wherein the switching means is controlled so that a regenerative braking force is generated by the wire and the second winding.
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