JP2018046676A - 回生制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】車両の姿勢を維持した状態で回生制御を行うことができる回生制御装置を提供する。
【解決手段】回生制御装置1は、車両の走行状況に応じて運動エネルギーを電気エネルギーに変換する回生制御において要求される回生量である要求回生量に基づいて、車両2の車輪3毎に要求される車輪回生量である要求車輪回生量を設定する上位ECU40と、要求車輪回生量と車速とに基づいて予測される期間であって車両2の各車輪3における回生開始から車両2の挙動が出現するまでの予測車両挙動出現期間より短い回生実行期間で回生制御対象の車輪3を切り替え、車輪3毎の実際の車輪回生量を要求車輪回生量に制御する回生制御部50とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、回生制御装置に関する。
従来、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する回生制御を行う回生制御装置がある。回生制御装置は、例えば、車両の減速時に回生ブレーキにより回生電力を回収する(例えば、特許文献1)。
特開2008−219971号公報
ところで、回生制御装置は、例えば、車両の異なる車輪毎に独立して回生ブレーキを用いることによりそれぞれの車輪から回生電力を回収する場合がある。この場合、回生制御装置は、車両の姿勢を維持した状態で回生制御を行うことが望まれている。
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、異なる車輪毎に回生を行う場合であっても、車両の姿勢を維持した状態で回生制御を行うことができる回生制御装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る回生制御装置は、車両の走行状況に応じて運動エネルギーを電気エネルギーに変換する回生制御において要求される回生量である要求回生量に基づいて、前記車両の車輪毎に要求される車輪回生量である要求車輪回生量を設定する回生量設定部と、前記車輪毎に設けられる回生装置を制御して前記回生制御を実行する回生制御部と、を備え、前記回生制御部は、前記回生制御において、前記要求車輪回生量と車速とに基づいて予測される期間であって前記車両の各車輪における回生開始から前記車両の挙動が出現するまでの予測車両挙動出現期間より短い回生実行期間で前記回生装置により回生制御対象の車輪を切り替え、前記車輪毎の実際の前記車輪回生量を前記要求車輪回生量に制御することを特徴とする。
また、上記回生制御装置において、前記回生制御部は、前記予測車両挙動出現期間より短い前記回生実行期間で前記回生制御対象の車輪を切り替える処理を繰り返して前記車輪毎の実際の前記車輪回生量を前記要求車輪回生量に制御することが好ましい。
また、上記回生制御装置において、前記回生制御対象の車輪は、前輪及び後輪であることが好ましい。
本発明に係る回生制御装置は、予測車両挙動出現期間より短い回生実行期間で回生制御対象の車輪を切り替え、車輪毎の実際の車輪回生量を要求車輪回生量に制御するので、異なる車輪毎に回生を行う場合であっても、車両の姿勢を維持した状態で回生制御を行うことができる。
図1は、実施形態に係る回生制御装置の構成例を示す回路図である。 図2は、実施形態に係る回生制御例を示す図である。 図3は、実施形態に係る回生制御装置の動作例を示すフローチャートである。
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
〔実施形態〕
実施形態に係る回生制御装置について説明する。回生制御装置1は、車両2の走行状況に応じて運動エネルギーを電気エネルギーに変換する回生制御を行う装置である。本実施形態では、回生制御装置1は、電気自動車(EV)やプラグインハイブリッドカー(PHEV;Plug−in Hybrid Electric Vehicle)、ハイブリッド電気自動車(HEV;Hybrid Electric Vehicle)等の車両2に搭載される。
回生制御装置1は、例えば、車両2の減速時に車輪3の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回収する機能(回生ブレーキ)を有している。回生制御装置1は、例えば、図示しないブレーキペダルが踏まれると車輪3の回転力が車両2のモータジェネレータ10に伝わり、モータジェネレータ10が回転されることにより起電圧(回生電圧)を発生する。回生制御装置1は、モータジェネレータ10が発生させた回生電圧で車両2の電池20を充電する。回生電圧は、車両2の速度が相対的に速く運動エネルギーが高い場合には高くなり、車両2の速度が相対的に遅く運動エネルギーが低い場合には低くなる。なお、モータジェネレータ10は、車輪3を駆動する駆動モータが発電機の機能を兼ね備える構成でもよいし、駆動モータとは別に発電機を設ける構成でもよい。以下、回生制御装置1について詳細に説明する。
回生制御装置1は、図1に示すように、回生装置としての前輪モータジェネレータ10A(以下、前輪MG10Aという。)と、回生装置としての後輪モータジェネレータ10B(以下、後輪MG10Bという。)と、電池20と、前輪整流充電部30Aと、後輪整流充電部30Bと、回生量設定部としての上位ECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)40と、回生制御部50とを備える。
前輪MG10Aは、車両2の力行を行うと共に回生電力を発生させるものである。前輪MG10Aは、車両2に搭載された電気機器の一つであり、車両2の前部に配置されている。前輪MG10Aは、ロータ軸が車両2の二つの前輪3Aにドライブシャフト等の連結機構等を介して連結されている。前輪MG10Aは、供給される電力を機械的な動力に変換するモータ機能、および機械的な動力を電力に変換する発電部としての機能を有する。前輪MG10Aは、例えば、前輪3Aや図示しないエンジンから伝達される動力によって発電するオルタネータとしての機能や、後述する電池20から供給される電力を消費して車両2の走行用の動力源としての機能を有する。前輪MG10Aは、電力が供給されて車両2の前輪3Aを回転させると共に前輪3Aから受ける回転力により発電する。
後輪MG10Bは、車両2の力行を行うと共に回生電力を発生させるものである。後輪MG10Bは、車両2に搭載された電気機器の一つであり、車両2の後部に配置されている。後輪MG10Bは、ロータ軸が車両2の二つの後輪3Bにドライブシャフト等の連結機構等を介して連結されている。後輪MG10Bは、供給される電力を機械的な動力に変換するモータ機能、および機械的な動力を電力に変換する発電部としての機能を有する。後輪MG10Bは、例えば、後輪3Bやエンジンから伝達される動力によって発電するオルタネータとしての機能や、後述する電池20から供給される電力を消費して車両2の走行用の動力源としての機能を有する。後輪MG10Bは、電力が供給されて車両2の後輪3Bを回転させると共に後輪3Bから受ける回転力により発電する。
電池20は、電力を蓄電するものである。電池20は、車両2の電源であり、充電および放電が可能な直流電源である。電池20は、前輪整流充電部30Aを介して前輪MG10Aに接続され、前輪MG10Aに電力を供給すると共に前輪MG10Aからの回生電力を充電する。また、電池20は、後輪整流充電部30Bを介して後輪MG10Bに接続され、後輪MG10Bに電力を供給すると共に後輪MG10Bからの回生電力を充電する。電池20は、充電率(SOC;State Of Charge)や劣化状態(SOH;State Of Health)、温度、内部抵抗、セル電圧などにより許容受入量が決定される。電池20は、許容受入量を超えないように充電される。電池20は、充電の終止を示す電圧である充電終止電圧以下まで充電される。
前輪整流充電部30Aは、交流電圧(交流電力)を直流電圧(直流電力)に変換するAC−DC変換器である。前輪整流充電部30Aは、前輪MG10A及び電池20に接続され、前輪MG10Aから出力される交流電圧(回生電圧)を全波整流して直流電圧に変換し当該直流電圧を電池20に出力する。前輪整流充電部30Aは、回生制御部50に接続され、当該回生制御部50によりオンオフ制御される。前輪整流充電部30Aは、オンに設定されると、前輪MG10Aからの交流電圧を直流電圧に変換して電池20に出力する。また、前輪整流充電部30Aは、オフに設定されると、前輪MG10Aからの交流電圧を直流電圧に変換しない。
後輪整流充電部30Bは、交流電圧(交流電力)を直流電圧(直流電力)に変換するAC−DC変換器である。後輪整流充電部30Bは、後輪MG10B及び電池20に接続され、後輪MG10Bから出力される交流電圧を全波整流して直流電圧に変換し当該直流電圧を電池20に出力する。後輪整流充電部30Bは、回生制御部50に接続され、当該回生制御部50によりオンオフ制御される。後輪整流充電部30Bは、オンに設定されると、後輪MG10Bからの交流電圧を直流電圧に変換して電池20に出力する。また、後輪整流充電部30Bは、オフに設定されると、後輪MG10Bからの交流電圧を直流電圧に変換しない。
上位ECU40は、車両2の全体を制御するものであり、例えば、車両2のエンジン等の駆動系やブレーキ等の制動系等を制御する。上位ECU40は、CPU、記憶部を構成するROM、RAM及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路を含んで構成される。上位ECU40は、例えばブレーキペダルの踏込量等に基づいて回生制御において要求される回生量である要求回生量を求める。ここで、要求回生量は、車両2全体に要求される回生量である。要求回生量は、典型的には、車両2の全車輪3に対して要求する合計の回生量である。要求回生量は、回生制御が必要なタイミング毎に求められる。例えば、要求回生量は、ブレーキペダルの踏込量が検出されるとそのタイミングでブレーキペダルの踏込量等に基づいて求められる。そして、上位ECU40は、要求回生量に基づいて、車両2の車輪3毎に要求される車輪回生量である要求車輪回生量を設定する。ここで、要求車輪回生量は、車輪3毎に個別に要求される車輪回生量である。本実施形態では、要求車輪回生量は、前輪3Aと後輪3Bとに対しそれぞれ設定される。要求車輪回生量は、典型的には、車両2の姿勢等に応じてマップデータや数式等に基づいて前輪3Aと後輪3Bとに対する配分が決定される。
回生制御部50は、要求車輪回生量に基づいて回生制御するものである。回生制御部50は、要求車輪回生量に基づく指令値から車両2の走行モードを判定する。ここで、走行モードは、要求車輪回生量に基づく指令値が正の場合には回生とし、要求車輪回生量に基づく指令値が負又はゼロの場合には力行とする。例えば、走行モードは、前輪3Aに対する要求車輪回生量の指令値が正であり、かつ、後輪3Bに対する要求車輪回生量の指令値が正である場合、前後輪3A、3Bを回生する前後輪回生モードである。また、走行モードは、前輪3Aに対する要求車輪回生量の指令値が正であり、かつ、後輪3Bに対する要求車輪回生量の指令値が負又はゼロである場合、前輪3Aを回生し後輪3Bを力行する前輪回生モードである。また、走行モードは、前輪3Aに対する要求車輪回生量の指令値が負又はゼロであり、かつ、後輪3Bに対する要求車輪回生量の指令値が正である場合、前輪3Aを力行し後輪3Bを回生する後輪回生モードである。また、走行モードは、前輪3Aに対する要求車輪回生量の指令値が負又はゼロであり、かつ、後輪3Bに対する要求車輪回生量の指令値が負又はゼロである場合、前後輪3A、3Bを力行する力行モードである。
回生制御部50は、CPU、記憶部を構成するROM、RAM及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路を含んで構成される。回生制御部50は、各種の走行モードに基づいて前輪整流充電部30A及び後輪整流充電部30Bを制御する。また、回生制御部50は、各種の走行モードに基づいて回生制御対象の車輪3を切り替える。例えば、回生制御部50は、前輪回生モードの場合、前輪整流充電部30Aをオンに設定し後輪整流充電部30Bをオフに設定すると共に、回生制御対象の車輪3を前輪3Aに設定する。回生制御部50は、要求車輪回生量に基づく回生期間が終了するまで、前輪MG10Aによる回生を実行する。ここで、回生期間は、それぞれの車輪3において要求車輪回生量が満たされるまでの期間である。回生期間は、後述する回生実行期間を合計した期間である。回生制御部50は、要求車輪回生量に基づいて回生期間と回生電流とを決定する。例えば、回生制御部50は、前輪3Aの要求車輪回生量が後輪3Bの要求車輪回生量より大きい場合、図2に示すように、前輪3Aの回生電流を後輪3Bの回生電流よりも大きくする。また、回生制御部50は、例えば、回生電流を同等とした場合、要求車輪回生量が相対的に大きくなると回生期間が相対的に長くなる。回生制御部50は、後輪回生モードの場合、後輪整流充電部30Bをオンに設定し前輪整流充電部30Aをオフに設定すると共に、回生制御対象の車輪3を後輪3Bに設定する。回生制御部50は、要求車輪回生量に基づく回生期間が終了するまで、後輪MG10Bによる回生を実行する。また、回生制御部50は、力行モードの場合、前輪整流充電部30Aをオフに設定し後輪整流充電部30Bをオフに設定すると共に、前後輪3A、3Bを回生制御対象に設定しない。なお、図2において、F指令値は、前輪3Aの指令値が正であることを示し、R指令値は、後輪3Bの指令値が正であることを示している。
また、回生制御部50は、前後輪回生モードの場合、先ず、前輪整流充電部30Aをオンに設定し後輪整流充電部30Bをオフに設定すると共に、回生制御対象の車輪3を前輪3Aに設定する。次に、回生制御部50は、前輪整流充電部30Aをオフに設定し後輪整流充電部30Bをオンに設定すると共に、回生制御対象の車輪3を前輪3Aから後輪3Bに切り替える。回生制御部50は、要求車輪回生量に基づく回生期間が終了するまで、前輪MG10Aによる回生と後輪MG10Bによる回生とを繰り返す。回生制御部50は、前後輪回生モードの場合に、回生期間が終了するまで回生制御対象の車輪3として前輪3Aと後輪3Bとを交互に切り替える。このとき、回生制御部50は、予測車両挙動出現期間より短い回生実行期間で回生制御対象の車輪3を切り替え、車輪3毎の実際の車輪回生量を要求車輪回生量に制御する。ここで、予測車両挙動出現期間は、要求車輪回生量と車速とに基づいて予測される期間であって車両2の各車輪3における回生開始から車両2の挙動が出現するまで期間である。予測車両挙動出現期間は、例えば、実験等によって予め定められた期間であり、マップデータや数式としてROM等に記憶されている。例えば、予測車両挙動出現期間は、車両慣性の時定数を超えない期間であり、車輪回生量や車速、道路の路面状態(ドライ、降雪等)等の条件を実験により適宜変更して求められる。予測車両挙動出現期間は、車体速度と車輪3の回転速度との差を車体速度で除算して求められるスリップ率に基づいて定められてもよい。予測車両挙動出現期間は、典型的には、車輪回生量が相対的に大きいほど相対的に短くなり、車速が相対的に大きいほど相対的に短くなる。回生実行期間は、例えば、前輪3Aの回生制御の場合、図2に示すように、前輪3Aの回生制御が開始される開始時点t1から前輪3Aの回生制御が終了する終了時点t2までの期間T1である。また、回生実行期間は、後輪3Bの回生制御の場合、後輪3Bの回生制御が開始される開始時点t3から後輪3Bの回生制御が終了する終了時点t4までの期間T2である。回生実行期間は、前輪3Aの開始時点t5から前輪3Aの終了時点t6までの期間T3、後輪3Bの開始時点t7から後輪3Bの終了時点t8までの期間T4のように前輪3Aと後輪3Bとの間で繰り返し実行される。上述の回生期間は、一回の回生要求において、車輪3毎に回生実行期間を合算した期間である。実際の車輪回生量は、前輪MG10A又は後輪MG10Bにより回生された車輪回生量であり、回生電流の電流値などに基づいて算出される。
次に、図3を参照して回生制御装置1の動作例について説明する。回生制御装置1の回生制御部50は、上位ECU40から前後輪3A、3Bの要求車輪回生量を受信する(ステップS1)。次に、回生制御部50は、前後輪回生か否かを判定する(ステップS2)。例えば、回生制御部50は、要求車輪回生量に基づく指令値から車両2の走行モードを判定する。例えば、回生制御部50は、前輪3Aに対する要求車輪回生量の指令値が正であり、かつ、後輪3Bに対する要求車輪回生量の指令値が正である場合、走行モードが前後輪回生モードであると判定する。回生制御部50は、走行モードが前後輪回生モードの場合(ステップS2;Yes)、算出処理を行う(ステップS3)。例えば、回生制御部50は、回生期間、回生実行期間及び予測車両挙動出現期間を算出する。例えば、回生制御部50は、マップデータや数式に基づいて予測車両挙動出現期間を算出する。また、回生制御部50は、回生制御が開始される開始時点から回生制御が終了する終了時点までの回生実行期間を算出する。また、回生制御部50は、回生実行期間を合算して回生期間を算出する。回生期間は、それぞれの車輪3において要求車輪回生量が満たされるまでの期間である。
次に、回生制御部50は、前輪回生制御を行う(ステップS4)。例えば、回生制御部50は、先ず、前輪整流充電部30Aをオンに設定し後輪整流充電部30Bをオフに設定すると共に、回生制御対象の車輪3を前輪3Aに設定し前輪MG10Aをモータ機能から発電部としての機能に切り替える。回生制御部50は、前輪MG10Aにより発電された回生電力を前輪整流充電部30Aにより直流電力に変換して電池20に出力する。そして、回生制御部50は、予測車両挙動出現期間より短い回生実行期間で回生制御対象の車輪3を前輪3Aから後輪3Bに切り替えて後輪回生制御を行う(ステップS5)。例えば、回生制御部50は、前輪整流充電部30Aをオフに設定し後輪整流充電部30Bをオンに設定する。さらに、回生制御部50は、前輪MG10Aを発電部としての機能からモータ機能に切り替えると共に、後輪MG10Bをモータ機能から発電部としての機能に切り替える。回生制御部50は、後輪MG10Bにより発電された回生電力を後輪整流充電部30Bにより直流電力に変換して電池20に出力する。回生制御部50は、回生期間が終了したか否かを判定する(ステップS6)。回生制御部50は、回生期間が終了した場合(ステップS6;Yes)、処理を終了する。また、回生制御部50は、回生期間が終了していない場合(ステップS6;No)、上述のステップS4に戻る。このように、回生制御部50は、回生期間が終了するまで、予測車両挙動出現期間より短い回生実行期間で回生制御対象の車輪3を前輪3A又は後輪3Bに交互に繰り返し切り替える。なお、上述のステップS2で、回生制御部50は、走行モードが前後輪回生モードでない場合(ステップS2;No)、上述のステップS6に移行する。
以上のように、実施形態に係る回生制御装置1は、要求車輪回生量と車速とに基づいて予測される期間であって車両2の各車輪3における回生開始から車両2の挙動が出現するまでの予測車両挙動出現期間より短い回生実行期間で回生制御対象の車輪3を切り替え、車輪3毎の実際の車輪回生量を要求車輪回生量に制御する回生制御部50を備える。これにより、回生制御装置1は、前後輪3A、3Bで発生する回生電力を同時に回収しなくてもよいので、電池20に充電する際に電圧を同等に調整する必要がない。従って、回生制御装置1は、前後輪3A、3Bで発生する回生電力を同時に回収する場合と比較して回生制御を容易に行うことができる。また、回生制御装置1は、車両2の挙動が出現する前に回生制御対象の車輪3を切り替えるので、異なる車輪3毎に回生を行う場合であっても車両2の姿勢を維持した状態で回生制御を行うことができる。また、回生制御装置1は、回生制御対象の車輪3の切替タイミングで機械ブレーキを実行したり、回生ブレーキと並行して機械ブレーキを実行したりすることができる。
また、回生制御装置1は、予測車両挙動出現期間より短い回生実行期間で回生制御対象の車輪3を切り替える処理を繰り返して車輪3毎の実際の車輪回生量を要求車輪回生量に制御する。これにより、回生制御装置1は、車両2の姿勢を保ちつつ回生制御を行うことができる。
また、回生制御装置1は、回生制御対象の車輪3が、前輪3A及び後輪3Bである。これにより、回生制御装置1は、前輪3Aと後輪3Bとを別々に回生制御しても、車両2の挙動が出現する前に回生制御対象の前後輪3A、3Bを切り替えるので、車両2の姿勢を維持した状態で回生制御を行うことができる。
〔変形例〕
次に、変形例について説明する。上位ECU40と回生制御部50とは、別体構成としてもよいし一体構成としてもよい。
要求車輪回生量は、前輪3A又は後輪3Bに対しそれぞれ要求される回生量である例について説明したが、これに限定されない。要求車輪回生量は、例えば、車両2のそれぞれの車輪3に対して要求される車輪回生量でもよい。この場合、要求車輪回生量は、例えば四輪車であれば四輪のそれぞれに対して要求される車輪回生量であり、三輪車であれば三輪のそれぞれに対して要求される車輪回生量である。また、要求車輪回生量は、左右輪に対して要求される車輪回生量でもよい。
1 回生制御装置
2 車両
3 車輪
3A 前輪
3B 後輪
10 モータジェネレータ
10A 前輪MG
10B 後輪MG
20 電池
30A 前輪整流充電部
30B 後輪整流充電部
40 上位ECU(回生量設定部)
50 回生制御部

Claims (3)

  1. 車両の走行状況に応じて運動エネルギーを電気エネルギーに変換する回生制御において要求される回生量である要求回生量に基づいて、前記車両の車輪毎に要求される車輪回生量である要求車輪回生量を設定する回生量設定部と、
    前記車輪毎に設けられる回生装置を制御して前記回生制御を実行する回生制御部と、を備え、
    前記回生制御部は、
    前記回生制御において、前記要求車輪回生量と車速とに基づいて予測される期間であって前記車両の各車輪における回生開始から前記車両の挙動が出現するまでの予測車両挙動出現期間より短い回生実行期間で前記回生装置により回生制御対象の車輪を切り替え、前記車輪毎の実際の前記車輪回生量を前記要求車輪回生量に制御することを特徴とする回生制御装置。
  2. 前記回生制御部は、
    前記予測車両挙動出現期間より短い前記回生実行期間で前記回生制御対象の車輪を切り替える処理を繰り返して前記車輪毎の実際の前記車輪回生量を前記要求車輪回生量に制御する請求項1に記載の回生制御装置。
  3. 前記回生制御対象の車輪は、
    前輪及び後輪であることを特徴とする請求項1又は2に記載の回生制御装置。
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