JP2023009646A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 ユーザに与える違和感を抑制しつつ、電動車両の回生制動を適切に制限し得る技術を提供する。【解決手段】 電動車両は、車輪に接続されており、車輪を回生制動するモータと、回生制動によってモータが出力する回生電力を蓄電するバッテリと、車輪に負荷される制動トルクが最大制動トルク以下となり、かつ、モータの出力する回生電力が最大回生電力以下となるように、回生制動を制御する制御装置とを備える。制御装置は、最大回生電力を変更可能であるとともに、最大回生電力を変更したときは最大制動トルクも変更する。【選択図】図３

Description

本明細書に開示する技術は、電動車両に関する。

特許文献１に、電動車両が開示されている。この電動車両は、車輪に接続されており、車輪を回生制動するモータと、回生制動によってモータが出力する回生電力を蓄電するバッテリと、モータによる回生制動を制御する制御装置とを備える。

特開２０１７－１８４４５９号公報

通常、モータによる回生制動では、車輪に負荷される制動トルクが過大とならないように、当該制動トルクに対して制限値（以下、最大制動トルクと称する）が設定されている。また、バッテリに供給される回生電力が過大とならないように、当該回生電力に対しても制限値（以下、最大回生電力と称する）が設定されている。この場合、電動車両の速度が中高速域にあるときは、制動トルクが最大制動トルクに達する前に、回生電力が最大回生電力に達することによって、モータによる回生制動が制限される。一方、電動車両の速度が低速域まで低下すると、回生電力が最大回生電力に達する前に、制動トルクが最大制動トルクに達することによって、モータによる回生制動が制限される。その結果、中高速域と低速域との間では、実際に生じる制動トルクに差が生じ得るが、その差は比較的に小さい。

しかしながら、最大回生電力については、例えばバッテリの充電率や温度に応じて、その設定値が変更されることがある。例えばバッテリの充電率が高い場合は、最大回生電力を通常時よりも低下させることで、バッテリに供給される回生電力を制限することができる。その一方で、最大回生電力を低下させると、中高速域では回生制動がさらに制限されることによって、実際に生じる制動トルクもさらに低下する。その結果、中高速域と低速域との間において、実際に生じる制動トルクにより大きな変動を招いてしまう。このような通常時とは異なる電動車両の挙動は、電動車両に搭乗するユーザへ違和感を与えるおそれがある。

上記を鑑み、本明細書は、ユーザに与える違和感を抑制しつつ、電動車両の回生制動を適切に制限し得る技術を提供する。

本明細書が開示する技術は、電動車両に具現化される。この電動車両は、車輪に接続されており、車輪を回生制動するモータと、回生制動によってモータが出力する回生電力を蓄電するバッテリと、車輪に負荷される制動トルクが最大制動トルク以下となり、かつ、モータの出力する回生電力が最大回生電力以下となるように、回生制動を制御する制御装置とを備える。制御装置は、最大回生電力を変更可能であるとともに、最大回生電力を変更したときは最大制動トルクも変更する。

上記した電動車両でも、車輪に負荷される制動トルクが過大とならないように、回生制動による制動トルクに対して、制限値である最大制動トルクが設定されている。また、バッテリに供給される回生電力が過大とならないように、回生制動による回生電力に対して、その制限値である最大回生電力が設定されている。加えて、最大回生電力については、例えばバッテリの充電率や温度に応じて変更可能であるとともに、最大回生電力が変更されたときは、最大制動トルクも併せて変更されるように構成されている。これにより、最大回生電力が変更されたときは、中高速域で実際に生じる制動トルクの変化に合わせて、低速域で実際に生じる制動トルクも変化させることができる。中高速域から低速域に亘って実際に生じる制動トルクの変動を、最大回生電力を変更する前後で一致又は近似させることができ、ユーザに与える違和感を抑制しつつ、電動車両の回生制動を適切に制限することが可能となる。

実施例の電動車両１０を模式的に示す。 実施例の電動車両１０の電気的な構成を示すブロック図。 通常時の回生制動における電動車両１０の速度と制動トルクとの関係を示す。 制限時の回生制動における電動車両１０の速度と制動トルクとの関係を示す。 電動車両１０の速度と加速度との組み合わせに対して、ユーザの受ける刺激値γを示すマップ。 電子制御ユニット３０が実行する制御方式の一例を示すフローチャート。 電子制御ユニット３０が実行する他の制御方式の一例を示すフローチャート。

本技術の一実施形態において、制御装置は、バッテリの充電率又は温度に応じて、最大回生電力を変更してもよい。この場合、特に限定されないが、制御装置は、バッテリの充電率が高いときほど、又は、バッテリの温度が高いときほど、最大回生電力を低下させてもよい。このような構成によると、バッテリの受ける負荷を低減して、バッテリの劣化を抑制することができる。

本技術の一実施形態において、制御装置は、最大回生電力を変更したときの変更幅に応じて、最大制動トルクを変更するときの変更幅を決定してもよい。このような構成によると、最大回生電力を変更したときに、ユーザに与える違和感を効果的に抑制することができる。但し、制御装置は、最大回生電力を少なくとも二段階（例えば、通常時と制限時）で変更可能であればよく、これに応じて、最大制動トルクを少なくとも二段階（同じく、通常時と制限時）で変更可能であればよい。

上記した実施形態において、制御装置は、最大回生電力を変更したときに、その変更の前後においてユーザが受ける刺激値の変化幅を特定し、特定した刺激値の変化幅に応じて、最大制動トルクを変更するときの変更幅を決定してもよい。車両の加減速に対してユーザが受ける刺激値は、車両の速度と加減速度との組み合わせに応じて変化する。従って、最大回生電力を変更したときは、その変更の前後における制動トルクの変化幅に、車両の速度を加味することによって、中高速域でユーザが受ける刺激値の変化幅を特定することができる。そして、特定した刺激値の変化幅に応じて、最大制動トルクの変更幅を決定することで、低速域でユーザが受ける刺激値の変化幅を、中高速域でユーザが受ける刺激値の変化幅に対して、一致又は近似させることができる。これにより、最大回生電力を変更した前後において、車両の回生制動中にユーザが受ける印象を一致又は近似させることができる。

上記した実施形態において、最大回生電力の変更幅に応じてユーザが受ける刺激値の変化幅が、最大制動トルクの変更幅に応じてユーザが受ける刺激値の変化幅に等しくてもよい。なお、ここでいう「等しい」とは、完全に等しいことに限定されず、ユーザに知覚不能な範囲の偏差、例えば、１５パーセント以内の偏差が存在してもよい。

本技術の一実施形態において、制御装置は、最大回生電力の変更の有無にかかわらず、最大制動トルクを変更可能であってもよい。即ち、制御装置は、様々な状況や要求に応じて、最大制動トルクのみを単独で変更してもよい。

上記した実施形態において、制御装置は、最大制動トルクを変更したときは、その変更の前後においてユーザが受ける刺激値の変化幅を特定し、特定した刺激値の変化幅に応じて、各車速域における制動トルクに制限を設定してもよい。このような構成によると、最大制動トルクを変更した前後において、車両の回生制動中にユーザが受ける印象を一致又は近似させることができる。

上記した実施形態において、制御装置は、車両が走行する路面の性状に応じて、最大制動トルクを変更してもよい。このような構成によると、例えば車両が積雪面といった低摩擦係数の路面を走行するときは、最大制動トルクが低く設定されることによって、車両の安定した走行を図ることができる。また、最大制動トルクが低く設定されたときに、各車速域における制動トルクにも制限が設定されることで、ユーザに与える違和感を抑制することができる。

図面を参照して、実施例の電動車両１０について説明する。電動車両１０は、いわゆる自動車であって、路面を走行する車両である。図１に示すように、電動車両１０は、ボディ１２と、複数の車輪１４ｆ、１４ｒと、複数のサイドドア１６、１８とを備える。ボディ１２は、特に限定されないが、主に金属で構成されている。ボディ１２の内部には、キャビン１２ｃが設けられている。キャビン１２ｃは、一又は複数のユーザが乗車可能に構成されている。キャビン１２ｃには、ユーザによって操作されるペダル装置２６が設けられている。

複数の車輪１４ｆ、１４ｒの各々は、ボディ１２によって回転可能に支持されている。複数の車輪１４ｆ、１４ｒには、ボディ１２の前部に位置する一対の前車輪１４ｆと、ボディ１２の後部に位置する一対の後車輪１４ｒとが含まれる。一対の前車輪１４ｆは、ボディ１２の前部において、互いに同軸に配置されている。一対の後車輪１４ｒは、ボディ１２の後部において、互いに同軸に配置されている。一対の前車輪１４ｆは、回転軸の向きが変化する操舵輪である。一対の後車輪１４ｒは、モータ２０によって駆動される駆動輪である。なお、車輪１４ｆ、１４ｒの数は、四つに限定されない。

図１、図２に示すように、電動車両１０は、モータ２０と、電力変換ユニット２２と、バッテリパック２４と、電子制御ユニット３０とをさらに備える。モータ２０は、一対の後車輪１４ｒを駆動する走行用モータであって、一対の後車輪１４ｒと機械的に接続されている。バッテリパック２４は、モータ２０に電力を供給する電源装置であり、電力変換ユニット２２を介して、モータ２０と電気的に接続されている。バッテリパック２４は、複数の二次電池セルを内蔵しており、外部から供給される電力や、モータ２０による回生電力によって、繰り返し充電可能に構成されている。一例ではあるが、電力変換ユニット２２は、ＤＣ－ＤＣコンバータ２２ａと、インバータ２２ｂとを有する。

電子制御ユニット３０は、電力変換ユニット２２、バッテリパック２４及びペダル装置２６と通信可能に接続されており、電力変換ユニット２２、バッテリパック２４及びペダル装置２６の動作を監視及び／又は制御する。例えば、電子制御ユニット３０は、ユーザによるペダル装置２６の操作に応じて、電力変換ユニット２２の動作を制御する。これにより、例えば、ユーザがペダル装置２６を足で踏み込むと、バッテリパック２４からモータ２０へ駆動電力が供給され、一対の後車輪１４ｒがモータ２０によって駆動される。一方、ユーザがペダル装置２６から足を離すと、モータ２０からバッテリパック２４へ回生電力が供給され、一対の後車輪１４ｒがモータ２０によって回生制動される。

モータ２０は、一対の後車輪１４ｒに限られず、複数の車輪１４ｆ、１４ｒの少なくとも一つを駆動するように構成されていればよい。電動車両１０は、モータ２０に加えて、エンジンといった他の原動機をさらに備えてもよい。また、電動車両１０は、バッテリパック２４に加えて、燃料電池ユニットや太陽電池パネルといった他の電源装置を備えてもよい。即ち、電動車両１０は、再充電式の電気自動車に限られず、ハイブリッド車両、燃料電池車両、ソーラーカー等であってもよい。また、本実施例の電動車両１０には、ユーザによって運転されるものに限られず、外部の装置によって操作されるものや、電動車両１０が自律走行するものも含まれる。

本実施例における電子制御ユニット３０は、モータ２０による回生制動を制御する制御装置の一例である。電子制御ユニット３０は、回生制動の制御に用いる指標として、最大制動トルクと最大回生電力を記憶している。最大制動トルクは、回生制動における制動トルクの制限値（上限値）であって、制動トルクが過大となることを防止するための指標である。最大回生電力は、回生制動における回生電力の制限値（上限値）であって、バッテリパック２４に供給される回生電力が過大となることを防止するための指標である。電子制御ユニット３０は、制動トルクが最大制動トルク以下となり、かつ、回生電力が最大回生電力以下となるように、モータ２０による回生制動を制御する。

図３に示すように、電動車両１０の速度が中高速域Ａにあるときは、制動トルクが最大制動トルク（Ｔｘ）に達する前に、回生電力が最大回生電力に達することによって、モータ２０による回生制動が制限される。一方、電動車両１０の速度が低速域Ｂまで低下すると、回生電力が最大回生電力に達する前に、制動トルクが最大制動トルク（Ｔｘ）に達することによって、モータ２０による回生制動が制限される。その結果、中高速域Ａと低速域Ｂとの間では、実際に生じる制動トルクに差が生じ得るが、その差は比較的に小さい。

ここで、最大回生電力については、例えばバッテリパック２４の充電率や温度に応じて、その設定値が変更されてもよい。これにより、例えばバッテリパック２４の劣化を抑制することができる。本実施例における電子制御ユニット３０では、バッテリパック２４の充電率に応じて、最大回生電力を変更するように構成されている。詳しくは、バッテリパック２４の充電率が所定の閾値を上回るときに、電子制御ユニット３０は、最大回生電力を低下させることによって、バッテリパック２４に供給される回生電力を制限するように構成されている。即ち、通常時は、最大回生電力として第１の値が使用されるが、制限の発動時には、最大回生電力として第１の値よりも低い第２の値が使用される。

図４に示すように、最大回生電力を通常時よりも低下させると、中高速域Ａでは回生制動がさらに制限されることによって、実際に生じる制動トルクもさらに低下する。それに対して、低速域Ｂの一部では、最大回生電力が通常時よりも低く設定されたとしても、それによって回生制動が制限されることがない。その結果、仮に最大回生電力のみが変更され、最大制動トルク（Ｔｘ）が維持されたままであると、中高速域Ａと低速域Ｂとの間において、実際に生じる制動トルクにより大きな変動を招いてしまう。このような通常時とは異なる電動車両１０の挙動は、電動車両１０に搭乗するユーザへ違和感を与えるおそれがある。

上記の問題に対して、本実施例における電子制御ユニット３０は、最大回生電力を変更したときは、最大制動トルクも併せて変更されるように構成されている（図４中のＴｘからＴｙへ）。これにより、最大回生電力が変更されたときは、中高速域Ａで実際に生じる制動トルクの変化に合わせて、低速域Ｂで実際に生じる制動トルクも変化させることができる。中高速域Ａから低速域Ｂに亘って実際に生じる制動トルクの変動を、最大回生電力を変更する前後で一致又は近似させることができ、ユーザに与える違和感を抑制しつつ、電動車両１０の回生制動を適切に制限することができる。

特に限定されないが、電子制御ユニット３０は、最大回生電力を変更したときの変更幅に応じて、最大制動トルクを変更するときの変更幅を決定するように構成されてもよい。この場合、電動車両１０の加減速に伴ってユーザの受ける刺激値γを考慮するとよい。図５に示すように、電動車両１０の加減速に対してユーザが受ける刺激値γは、電動車両１０の速度と加減速度との組み合わせに応じて変化する。従って、電動車両１０の回生制動が実施され、電動車両１０の速度が中高速域Ａから低速域Ｂへ変化していくなかで、ユーザの受ける刺激値γも刻々と変化していく。この回生制動中にユーザの受ける刺激値γの変化幅Δγが、最大回生電力を変更した前後で相違すると、即ち、通常時と制限時との間で相違すると、ユーザは違和感を覚えるおそれがある。よって、最大回生電力の変更に応じて最大制動トルクを変更する場合は、その変更の前後において、単に中高速域Ａと低速域Ｂとの間で生じる制動トルクの偏差を一致させるのではなく、ユーザの受ける刺激値γの変化幅Δγを一致又は近似させるとよい。

図６を参照して、上記のように刺激値γを考慮して最大回生電力及び最大制動トルクを変更するための制御方式の一例を説明する。先ず、ステップＳ１２において、電子制御ユニット３０は、バッテリパック２４の充電率を取得する。次に、ステップＳ１４において、電子制御ユニット３０は、バッテリパック２４の充電率に基づいて、最大回生電力の変更が必要であるのか否かを判定する。電子制御ユニット３０は、最大回生電力の変更が不要と判定した場合（ステップＳ１４でＮＯ）、ステップＳ１２の処理へ戻る。一方、電子制御ユニット３０は、最大回生電力の変更が必要と判定した場合（ステップＳ１４でＹＥＳ）、ステップＳ１６の処理へ進む。

ステップＳ１６において、電子制御ユニット３０は、変更後の最大回生電力に基づいて、電動車両１０に生じる前後方向の加速度を推定する。ここでは電動車両１０が回生制動されることから、推定される加速度は負の値となる。次に、ステップＳ１８において、電子制御ユニット３０は、推定された加速度と電動車両１０の速度とを用いて、ユーザの受ける刺激値γを算出する。この刺激値γの推定のために、電子制御ユニット３０は、例えば図５に示すような刺激値γのマップを予め記憶しておくとよい。次に、ステップＳ２０において、電子制御ユニット３０は、通常時からの刺激値γの変化幅Δγ、即ち、最大回生電力の変更の前後における刺激値γの変化幅Δγを算出する。

次に、ステップＳ２２において、電子制御ユニット３０は、算出した刺激値γの変化幅Δγに基づいて、最大制動トルクの変更幅を算出する。詳しくは、最大制動トルクの変更の前後における刺激値γの変化幅Δγが、ステップＳ２０で算出した刺激値γの変化幅Δγと等しくなるように、最大制動トルクの変更幅を算出する。最後に、ステップＳ２４において、電子制御ユニット３０は、算出した最大制動トルクの変更幅を用いて、最大制動トルクの変更を行う。

以上のように、電子制御ユニット３０は、最大回生電力を変更したときは、その変更の前後においてユーザが受ける刺激値γの変化幅Δγを特定し、特定した刺激値γの変化幅Δγに応じて、最大制動トルクを変更するための変更幅を決定するとよい。これにより、最大回生電力の変更の前後において、ユーザが受ける刺激値γの変化幅Δγを一致又は近似させることができる。よって、ユーザに与える違和感を効果的に抑制しつつ、電動車両１０の回生制動を適切に制限することができる。

特に限定されないが、本実施例における電子制御ユニット３０は、最大回生電力の変更の有無にかかわらず、最大制動トルクを変更可能であってもよい。例えば、電子制御ユニット３０は、電動車両１０が走行する路面の性状（特に、摩擦係数）に応じて、最大制動トルクを変更してもよい。このような構成によると、例えば電動車両１０が積雪面といった低摩擦係数の路面を走行するときは、最大制動トルクが低く設定されることによって、電動車両１０の安定した走行を図ることができる。

電子制御ユニット３０は、最大制動トルクを変更する場合においても、前述した最大回生電力の変更と同様に、ユーザの受ける刺激値γを考慮することができる。この場合、電子制御ユニット３０は、最大制動トルクを変更したときに、その変更の前後においてユーザが受ける刺激値γの変化幅Δγを特定し、特定した刺激値γの変化幅Δγに応じて、各車速域における制動トルクに制限を設定してもよい。これにより、最大制動トルクを変更する前後において、ユーザが受ける刺激値γの変化幅Δγを一致又は近似させることができる。即ち、ユーザに与える違和感を抑制することができる。

図７を参照して、上記のように刺激値γを考慮して最大制動トルクを変更するための制御方式の一例を説明する。先ず、ステップＳ３２において、電子制御ユニット３０は、電動車両１０が走行する路面の摩擦係数を推定する。この推定は、例えば、モータ２０が出力するトルクと、電動車両１０に生じる加速度との関係から推定することができる。次に、ステップＳ３４において、電子制御ユニット３０は、推定した摩擦係数に基づいて、電動車両１０の走行する路面が、予め定められた低摩擦係数の路面に該当するのか否かを判定する。電子制御ユニット３０は、低摩擦係数の路面に該当しない判定した場合（ステップＳ３４でＮＯ）、ステップＳ３２の処理へ戻る。一方、電子制御ユニット３０は、低摩擦係数の路面に該当すると判定した場合（ステップＳ３４でＹＥＳ）、ステップＳ３６の処理へ進む。

ステップＳ３６において、電子制御ユニット３０は、推定した路面の摩擦係数に基づいて、電動車両１０に許容される前後方向の最大加速度を推定する。ここでは電動車両１０が回生制動されることから、推定される最大加速度は負の値となる。次に、ステップＳ３８において、電子制御ユニット３０は、推定された最大加速度と電動車両１０の速度とを用いて、ユーザの受ける刺激値γを算出する。次に、ステップＳ４０において、電子制御ユニット３０は、通常時からの刺激値γの変化幅Δγ、即ち、最大加速度の変更の前後における刺激値γの変化幅Δγを算出する。

次に、ステップＳ４２において、電子制御ユニット３０は、算出した刺激値γの変化幅Δγに基づいて、各速度域（特に、中高速域Ａ）における制動トルクの変更幅を算出する。詳しくは、各速度域において、制動トルクを変更したときの刺激値γの変化幅Δγが、ステップＳ４０で算出した刺激値γの変化幅Δγと等しくなるように、各速度域における制動トルクの変更幅を算出する。最後に、ステップＳ４２において、電子制御ユニット３０は、算出した制動トルクの変更幅を用いて、各速度域の制動トルクに制限を設定する。

以上のように、電子制御ユニット３０は、例えば電動車両１０が積雪面といった低摩擦係数の路面を走行するときは、回生制動における最大制動トルクを変更するとともに、各速度域における制動トルクに対して、ユーザの受ける刺激値γを考慮した制限を設けることができる。これにより、最大制動トルクの変更の前後において、電動車両１０の回生制動中にユーザが受ける印象を一致又は近似させることができる。即ち、ユーザに与える違和感を抑制しつつ、回生制動における制動トルクに適切な制限を設けることができる。

以上、本技術の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：電動車両
１２：ボディ
１４ｆ、１４ｒ：車輪
２０：モータ
２２：電力変換ユニット
２２ａ：ＤＣ／ＤＣコンバータ
２２ｂ：インバータ
２４：バッテリパック
２６：ペダル装置
３０：電子制御ユニット

Claims (8)

1. 電動車両であって、
   車輪に接続されており、前記車輪を回生制動するモータと、
   前記回生制動によって前記モータが出力する回生電力を蓄電するバッテリと、
   前記車輪に負荷される制動トルクが最大制動トルク以下となり、かつ、前記モータの出力する前記回生電力が最大回生電力以下となるように、前記回生制動を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記最大回生電力を変更可能であるとともに、前記最大回生電力を変更したときは、前記最大制動トルクも変更する、
   電動車両。
2. 前記制御装置は、前記バッテリの充電率又は温度に応じて、前記最大回生電力を変更する、請求項１に記載の電動車両。
3. 前記制御装置は、前記最大回生電力を変更したときの変更幅に応じて、前記最大制動トルクを変更するときの変更幅を決定する、請求項１又は２に記載の電動車両。
4. 前記制御装置は、前記最大回生電力を変更したときに、その変更の前後においてユーザが受ける刺激値の変化幅を特定し、特定した前記刺激値の前記変化幅に応じて、前記最大制動トルクを変更するときの前記変更幅を決定する、請求項３に記載の電動車両。
5. 前記最大回生電力の前記変更幅に応じてユーザが受ける刺激値の変化幅は、前記最大制動トルクの前記変更幅に応じてユーザが受ける刺激値の変化幅に等しい、請求項４に記載の電動車両。
6. 前記制御装置は、前記最大回生電力の変更の有無にかかわらず、前記最大制動トルクを変更可能である、請求項１から５のいずれか一項に記載の電動車両。
7. 前記制御装置は、前記最大制動トルクを変更したときは、その変更の前後においてユーザが受ける刺激値の変化幅を特定し、特定した前記刺激値の前記変化幅に応じて、各車速域における制動トルクに制限を設定する、請求項６に記載の電動車両。
8. 前記制御装置は、前記電動車両が走行する路面の性状に応じて、前記最大制動トルクを変更する。請求項６又は７に記載の電動車両。

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