JP2022068010A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】システムの小型化を図るとともに、惰性走行時にモータから制動力を出力しながらバッテリを満充電付近に保つことが可能な車両の制御装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵは、走行用の駆動力源であるモータと、モータを駆動するための電力を蓄えるバッテリとを備える車両に適用されるものである。ＥＣＵは、モータで発電して制動力を出力させる回生制動と、モータで電力を消費して制動力を出力させる逆相制動とを実行可能に構成されている。そして、ＥＣＵは、惰性走行が行われる場合に、回生制動によってバッテリが満充電になったときに、回生制動を中止して逆相制動を行うとともに、逆相制動によってバッテリの電力が所定量消費されたときに、逆相制動を中止して回生制動を行うように構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、車両の制御装置に関する。

従来、走行用の駆動力源であるモータと、モータを駆動するための電力を蓄えるバッテリと、バッテリを充電する発電機と、発電機を駆動するための内燃機関とを備える車両が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１の車両は、惰性走行時にバッテリの蓄電量が所定値未満の場合に、モータで発電することにより、バッテリを充電するとともに、制動力を出力するように構成されている。また、車両は、惰性走行時にバッテリの蓄電量が所定値以上（たとえば、満充電）になった場合に、モータで発電して制動力を出力するとともに、その電力を用いて発電機が内燃機関を駆動するように構成されている。このとき、発電機は、モータの発電電力を消費するために、内燃機関を空転させるようになっている。すなわち、蓄電量が所定値以上の場合には、バッテリに充電することができないので、モータの発電電力を発電機で消費することにより、モータから制動力を出力することが可能である。

特開２０１８－８３５７３号公報

ここで、上記のような車両では、バッテリが満充電付近の場合にもモータから制動力を出力することが可能であるが、モータの発電電力を消費するための装置（発電機および内燃機関）が必要であり、システムが大型化するという問題点がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、システムの小型化を図るとともに、惰性走行時にモータから制動力を出力しながらバッテリを満充電付近に保つことが可能な車両の制御装置を提供することである。

本発明による車両の制御装置は、走行用の駆動力源であるモータと、モータを駆動するための電力を蓄えるバッテリとを備える車両に適用されるものである。車両の制御装置は、モータで発電して制動力を出力させる回生制動と、モータで電力を消費して制動力を出力させる逆相制動とを実行可能に構成されている。そして、車両の制御装置は、惰性走行が行われる場合に、回生制動によってバッテリが満充電になったときに、回生制動を中止して逆相制動を行うとともに、逆相制動によってバッテリの電力が所定量消費されたときに、逆相制動を中止して回生制動を行うように構成されている。

このように構成することによって、惰性走行時に回生制動および逆相制動を選択的に実行可能であり、モータの発電電力を消費するための装置が設けられていなくても、バッテリのＳＯＣ（State Of Charge：充電状態）にかかわらず、モータから制動力を出力することができる。これにより、バッテリが満充電になった場合に逆相制動が行われることにより、バッテリの電力を消費しながらモータから制動力を出力することができる。また、逆相制動によってバッテリの電力が所定量消費された場合に回生制動が行われることにより、バッテリを充電しながらモータから制動力を出力することができる。

本発明の車両の制御装置によれば、システムの小型化を図るとともに、惰性走行時にモータから制動力を出力しながらバッテリを満充電付近に保つことができる。

本実施形態の車両の構成を示したブロック図である。 本実施形態の車両の降坂路での惰性走行時の動作を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を説明する。

まず、図１を参照して、本実施形態によるＥＣＵ６を備える車両１００の構成について説明する。

車両１００は、走行用の駆動力源としてモータ１が設けられた電動車両であり、たとえば内燃機関が設けられていない。この車両１００は、図１に示すように、モータ１と、バッテリ２と、ＰＣＵ３と、ホイールブレーキ４と、油圧制御部５と、ＥＣＵ６とを備えている。なお、ＥＣＵ６は、本発明の「車両の制御装置」の一例である。

モータ１は、走行用の駆動力を出力可能であるとともに、運動エネルギを電気エネルギに変換して発電することが可能である。すなわち、モータ１は、主に電動機として機能し、状況によっては発電機としても機能する。このモータ１は、たとえば交流同期電動機であり、永久磁石が設けられたロータと、３相巻線が巻回されたステータとを有する。ロータにはロータシャフトが一体的に設けられ、このロータシャフトは変速機などを介して駆動輪に連結されている。

また、モータ１は、電気ブレーキであり、回生制動によって制動力を出力することが可能であるとともに、逆相制動によって制動力を出力することが可能である。回生制動時には、モータ１が発電機として機能し、モータ１で発電されて制動力が出力される。逆相制動時には、回転磁界が逆にされることによって逆方向のトルクがロータに付与される。なお、逆相制動時にはモータ１で電力が消費される。

バッテリ２は、たとえば充放電可能なリチウムイオン二次電池であり、モータ１を駆動するための電力を蓄えるとともに、モータ１で発電された電力によって充電されるように構成されている。バッテリ２のＳＯＣは、所定の運用範囲内で運用されるようになっている。

ＰＣＵ３は、昇降圧コンバータおよびインバータなどを含み、モータ１を制御するように構成されている。具体的には、ＰＣＵ３は、バッテリ２からの電力によってモータ１を駆動させるとともに、モータ１で発電された電力によってバッテリ２を充電させるように構成されている。

ホイールブレーキ４は、各車輪に配置され、制動力を出力するように構成されている。ホイールブレーキ４は、たとえばディスクブレーキであり、車輪の車軸に連結されるディスクロータと、ブレーキパッドを有するブレーキキャリパとを含んでいる。油圧制御部５は、ホイールブレーキ４のブレーキパッドを作動させるために設けられている。そして、ホイールブレーキ４は、油圧制御部５からの油圧によってブレーキパッドがディスクロータに押し付けられることにより、制動力を発生させるように構成されている。

ＥＣＵ６は、演算部および記憶部などを含み、車両１００を制御するように構成されている。たとえば、ＥＣＵ６には、アクセルペダルポジションセンサ７１、ブレーキペダルポジションセンサ７２、車速センサ７３、勾配センサ７４、シフトポジションセンサ７５、電圧センサ７６および電流センサ７７が接続されている。

アクセルペダルポジションセンサ７１は、アクセルペダルの操作量（踏込量）を検出するために設けられ、ブレーキペダルポジションセンサ７２は、ブレーキペダルの操作量（踏込量）を検出するために設けられている。車速センサ７３は、車両１００の速度を検出するために設けられている。たとえば、車速センサ７３は、各車輪の回転速度を検出する車輪速センサを含み、車輪速センサの検出結果に基づいて車速を算出するように構成されている。勾配センサ７４は、車両１００が走行する路面の勾配を検出するために設けられている。たとえば、勾配センサ７４は、車両１００の加速度を検出するＧセンサを含み、Ｇセンサの検出結果に基づいて路面の勾配を算出するように構成されている。

シフトポジションセンサ７５は、シフトレバーの操作位置を検出するために設けられている。シフトポジションセンサ７５の検出結果などに基づいて、車両１００のシフトレンジが選択されるようになっている。シフトレンジとしては、たとえば、通常の前進走行用のドライブレンジ（Ｄレンジ）、Ｄレンジに比べてアクセルオフ時の制動力が大きい前進走行用のブレーキレンジ（Ｂレンジ）、後進走行用のリバースレンジ（Ｒレンジ）、中立のニュートラルレンジ（Ｎレンジ）および駐車用のパーキングレンジ（Ｐレンジ）が設定されている。電圧センサ７６は、バッテリ２の電圧を検出するために設けられ、電流センサ７７は、バッテリ２の充放電電流を検出するために設けられている。

そして、ＥＣＵ６は、センサの検出結果などに基づいてＰＣＵ３を制御することにより、モータ１を制御して車両走行を制御するように構成されている。ＥＣＵ６は、油圧制御部５を用いてホイールブレーキ４に供給される油圧を調整することにより、ホイールブレーキ４で発生する摩擦制動力を調整することが可能である。また、ＥＣＵ６は、摩擦ブレーキであるホイールブレーキ４と電気ブレーキであるモータ１とを併用して、要求される制動力を出力させるように構成されている。

ここで、ＥＣＵ６は、モータ１で回生制動力および逆相制動力を選択的に出力させることが可能である。回生制動ではモータ１が発電して制動力を出力し、逆相制動ではモータ１が電力を消費して制動力を出力する。本実施形態では、ＥＣＵ６は、降坂路で惰性走行が行われる場合に、回生制動によってバッテリ２が満充電になったときに、回生制動を中止して逆相制動を行うとともに、逆相制動によってバッテリ２の電力が所定量消費されたときに、逆相制動を中止して回生制動を行うように構成されている。この所定量は、たとえば、バッテリ２の容量に対して十分小さい値であり、回生制動と逆相制動との切り替えが頻発しないように予め設定された値である。これにより、降坂路での惰性走行時にモータ１から制動力を出力しながらバッテリ２を満充電付近に保つことが可能である。

－降坂路での惰性走行時の動作－
次に、図２を参照して、本実施形態の車両１００の降坂路での惰性走行時の動作について説明する。なお、以下の各ステップはＥＣＵ６によって実行される。

まず、図２のステップＳ１において、車両１００が走行する路面が降坂路であるか否かが判断される。降坂路であるか否かは、たとえば、勾配センサ７４の検出結果に基づいて判断される。そして、降坂路であると判断された場合には、ステップＳ２に移る。その一方、降坂路ではないと判断された場合（登坂路または平坦路の場合）には、降坂路での惰性走行ではないことから、リターンに移る。

次に、ステップＳ２において、アクセルオフであるか否かが判断される。アクセルオフであるか否かは、たとえば、アクセルペダルポジションセンサ７１の検出結果に基づいて判断される。そして、アクセルオフであると判断された場合には、ステップＳ３に移る。その一方、アクセルオフではないと判断された場合（アクセルオンの場合）には、降坂路での惰性走行ではないことから、リターンに移る。

次に、ステップＳ３において、ブレーキオフであるか否かが判断される。ブレーキオフであるか否かは、たとえば、ブレーキペダルポジションセンサ７２の検出結果に基づいて判断される。そして、ブレーキオフであると判断された場合には、降坂路での惰性走行であることから、ステップＳ４に移る。その一方、ブレーキオフではないと判断された場合（ブレーキオンの場合）には、降坂路での惰性走行ではないことから、リターンに移る。

次に、ステップＳ４において、車速が所定値以上であるか否かが判断される。車速は、たとえば車速センサ７３によって検出される。所定値は、逆相制動を行った場合に車両１００が後進するおそれがあるか否かを判断するために予め設定された値（たとえば、５ｋｍ／ｈ）である。そして、車速が所定値以上であると判断された場合には、逆相制動を行っても車両１００が後進するおそれがないことから、ステップＳ５に移る。その一方、車速が所定値以上ではないと判断された場合（車速が所定値未満の場合）には、逆相制動を行った場合に車両１００が後進するおそれがあることから、ステップＳ１０に移る。

次に、ステップＳ５において、下り勾配が所定値以上であるか否かが判断される。下り勾配は、たとえば勾配センサ７４によって検出される。所定値は、逆相制動を行った場合に車両１００が急減速するおそれがあるか否かを判断するために予め設定された値である。そして、下り勾配が所定値以上であると判断された場合には、勾配がきつく、逆相制動を行っても車両１００が急減速するおそれがないことから、ステップＳ６に移る。その一方、下り勾配が所定値以上ではないと判断された場合（下り勾配が所定値未満の場合）には、勾配が緩く、逆相制動を行った場合に車両１００が急減速するおそれがあることから、ステップＳ１０に移る。

次に、ステップＳ６において、シフトレンジがＢレンジであるか否かが判断される。シフトレンジは、たとえば、シフトポジションセンサ７５の検出結果などに基づいて判断される。そして、Ｂレンジであると判断された場合には、強い制動力が要求されており、逆相制動を行っても車両１００が急減速するおそれがないことから、ステップＳ７に移る。その一方、Ｂレンジではないと判断された場合（たとえば、Ｄレンジの場合）には、強い制動力が要求されておらず、逆相制動を行った場合に車両１００が急減速するおそれがあることから、ステップＳ１０に移る。

次に、ステップＳ７において、バッテリ２が満充電であるか否かが判断される。たとえば、バッテリ２のＳＯＣが、ＳＯＣの運用範囲の上限値に到達した場合に、バッテリ２が満充電であると判断される。ＳＯＣは、たとえば、電流センサ７７によって検出されるバッテリ２の充放電電流の積算値などに基づいて算出される。そして、バッテリ２が満充電であると判断された場合には、ステップＳ１１に移る。その一方、バッテリ２が満充電ではないと判断された場合（バッテリ２に充電可能な場合）には、ステップＳ８に移る。

次に、ステップＳ８において、逆相制動中であるか否かが判断される。そして、逆相制動中であると判断された場合には、ステップＳ９に移る。その一方、逆相制動中ではないと判断された場合（回生制動中または制動開始前の場合）には、ステップＳ１０に移る。

次に、ステップＳ９において、バッテリ２のＳＯＣが所定値未満であるか否かが判断される。この所定値は、満充電状態から電力を所定量消費したか否かを判断するために予め設定された値であり、ＳＯＣの運用範囲の上限値よりも低く、かつ、その上限値の近傍の値である。そして、ＳＯＣが所定値未満であると判断された場合には、満充電状態から電力が所定量消費されたことから、ステップＳ１０に移る。その一方、ＳＯＣが所定値未満ではないと判断された場合（ＳＯＣが所定値以上の場合）には、満充電状態から電力が所定量消費されていないことから、ステップＳ１１に移る。

そして、ステップＳ１０では、回生制動が行われる。すなわち、ＰＣＵ３により、モータ１が発電して制動力を出力するように制御される。モータ１での発電電力によってバッテリ２が充電されるため、ＳＯＣが上昇される。なお、要求される制動力に対して回生制動だけでは不足する場合には、その不足分がホイールブレーキ４によって補われるようにしてもよい。

また、ステップＳ１１では、逆相制動が行われる。すなわち、ＰＣＵ３により、モータ１が電力を消費して制動力を出力するように制御される。モータ１で消費される電力はバッテリ２から供給されるため、ＳＯＣが低下される。なお、要求される制動力に対して逆相制動だけでは不足する場合には、その不足分がホイールブレーキ４によって補われるようにしてもよい。

－効果－
本実施形態では、上記のように、降坂路での惰性走行時に回生制動および逆相制動を選択的に実行可能に構成されることによって、モータの発電電力を消費するための装置が設けられていなくても、バッテリ２のＳＯＣにかかわらず、モータ１から制動力を出力することができる。これにより、バッテリ２が満充電になった場合に逆相制動が行われることにより、バッテリ２の電力を消費しながらモータ１から制動力を出力することができる。また、逆相制動によってバッテリ２の電力が所定量消費された場合に回生制動が行われることにより、バッテリ２を充電しながらモータ１から制動力を出力することができる。したがって、システムの小型化を図るとともに、降坂路での惰性走行時にモータ１から制動力を出力しながらバッテリ２を満充電付近に保つことができる。

また、本実施形態では、車速が所定値未満の場合に逆相制動が行われないことによって、逆相制動による車両１００の後進の発生を抑制することができる。

また、本実施形態では、下り勾配が所定値未満の場合に逆相制動が行われないことによって、逆相制動による車両１００の急減速の発生を抑制することができる。

また、本実施形態では、Ｄレンジの場合に逆相制動が行われないことによって、逆相制動による車両１００の急減速の発生を抑制することができる。

－他の実施形態－
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態において、モータ１を冷却するモータ冷却装置が設けられていてもよい。この場合、モータ冷却装置によるモータ１の冷却能力を、回生制動時に比べて逆相制動時に高くするようにしてもよい。

また、上記実施形態において、下り勾配や車速に基づいて、逆相制動時の制動力が調整されるようにしてもよい。具体的には、下り勾配がきつい場合に逆相制動時の制動力が大きくされ、下り勾配が緩い場合に逆相制動時の制動力が小さくされるようにしてもよい。また、車速が高速の場合に逆相制動時の制動力が大きくされ、車速が低速の場合に逆相制動時の制動力が小さくされるようにしてもよい。

また、上記実施形態において、逆相制動時の制動力を調整するためのレバーが設けられ、そのレバーを用いてドライバが逆相制動時の制動力を調整可能にされていてもよい。

また、上記実施形態では、Ｂレンジ以外の場合に逆相制動が禁止される例を示したが、これに限らず、シフトレンジにかかわらず逆相制動が許可されるようにしてもよい。すなわち、本実施形態のフローチャートは、一例であってその手順に限定されるものではない。

また、上記実施形態では、ＳＯＣが所定値未満になった場合に、バッテリ２の電力が所定量消費されたと判断される例を示したが、これに限らず、逆相制動が行われている時間が所定値以上になった場合に、バッテリの電力が所定量消費されたと判断されるようにしてもよい。

また、上記実施形態において、ＥＣＵ６が複数のＥＣＵによって構成され、それら複数のＥＣＵが互いに通信可能に接続されていてもよい。

本発明は、走行用の駆動力源であるモータと、モータを駆動するための電力を蓄えるバッテリとを備える車両に適用される車両の制御装置に利用可能である。

１ モータ
２ バッテリ
６ ＥＣＵ（車両の制御装置）
１００ 車両

Claims (1)

1. 走行用の駆動力源であるモータと、前記モータを駆動するための電力を蓄えるバッテリとを備える車両に適用される車両の制御装置であって、
   前記モータで発電して制動力を出力させる回生制動と、前記モータで電力を消費して制動力を出力させる逆相制動とを実行可能に構成されており、
   惰性走行が行われる場合に、前記回生制動によって前記バッテリが満充電になったときに、前記回生制動を中止して前記逆相制動を行うとともに、前記逆相制動によって前記バッテリの電力が所定量消費されたときに、前記逆相制動を中止して前記回生制動を行うように構成されていることを特徴とする車両の制御装置。

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