JP3307120B2

JP3307120B2 - 電気自動車の制動装置

Info

Publication number: JP3307120B2
Application number: JP27391594A
Authority: JP
Inventors: 敏宏勝田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-11-08
Filing date: 1994-11-08
Publication date: 2002-07-24
Anticipated expiration: 2017-07-24
Also published as: JPH08140213A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気自動車を回生制動
するための制動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車の制動には、油圧制動の他に
回生制動を使用することができる。回生制動は、車両走
行用のモータにおいて負のトルクを発生させることによ
り、モータの電力源である主バッテリにエネルギを回収
し蓄える制動方法である。従って、回生制動を利用する
ことにより車両のエネルギ効率を向上させ主バッテリ充
電１回当たりの走行可能距離を延長することができる。

【０００３】図４には、モータの制御特性、特に回生側
（出力トルク＜０）の特性の一例が示されている。この
図において実線で示されるのはモータの最小出力トル
ク、すなわちモータの最大回生トルクＴｍｉｎである。
モータの回生トルクを制御する際には、ブレーキペダル
の踏込み量（ブレーキマスタシリンダにおける油圧）に
応じてＴｍｉｎを案分し、その結果得られた回生トルク
値を制御目標（回生トルク指令値）ＴＫとする。

【０００４】この図においては、モータの回転数Ｎがベ
ース回転数ＮＢ以上の領域ではＴｍｉｎがＮに反比例し
ており、ＮＢ以下の領域では一定値を有している。これ
は、回転数ＮがＮＢより高い高速度領域では等出力曲線
（トルク×回転数＝出力が一定の曲線）に従って回生ト
ルクが制御され、回転数ＮがＮＢより低い中速度又は低
速度領域では等トルク直線に従って回生トルクが制御さ
れることを示している。回転数Ｎがさらに低くＮｋ１
（Ｎｋ１＜ＮＢ）以下の微速度領域では、（回転数Ｎが
Ｎｋ０以下の領域を除けば）Ｔｍｉｎが直線的に低下し
ている。このような制御特性とすることで、速度（回転
数Ｎ）の低下に伴う回生トルクのステップ的な変化を避
けることができる。従来の電気自動車にてこれらの領域
を有する回生特性が使用されていることは、例えば、本
願出願人が先に提案した特開平５−１７６４０６号に述
べられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の領域の
みだと、微速度領域中回転数Ｎが０近傍である極微速度
領域でも回生トルクが発生することとなる。極微速度領
域においてモータの出力トルクを発生させると、車両に
後進方向の力を与えることとなり好ましくない。そのた
め、例えば特願平６−６２１１号に開示されているよう
に、回転数がＮｋ０（Ｎｋ０＜Ｎｋ１）を下回った場合
に、回生トルクを０に制御する。その際、境界値である
Ｎｋ０を極端に高くしてしまうと、車両操縦者がブレー
キペダルを踏み込んだ結果車両が停止する寸前で、いわ
ゆるブレーキ抜け感が発生するから、ブレーキフィーリ
ングの面からはＮｋ０を低めに設定するのが好ましい。

【０００６】モータの出力制御に当たっては、その回転
数Ｎを検出するための回転センサ、例えばレゾルバその
他のセンサが必要である。一方で、モータはゴムマウン
トを介して車両ボディに支持されているため、程度の差
はあるにしてもモータには機械的な振動がつきものであ
る。モータが振動すると、回転センサの出力、すなわち
回転数Ｎの検出値に誤差（振動）が発生する。この誤差
は、モータの出力トルクが回転数Ｎに対して変化せずあ
るいは比較的滑らかに変化するＮ＞Ｎｋ１の領域では、
さほど、制御誤差や不安定性を発生させない。しかし、
Ｎｋ０＜Ｎ＜Ｎｋ１の領域でモータの機械的振動に伴う
回転数検出値振動が発生すると、これに応じて回生トル
ク指令値が振動する。この結果、モータの機械的振動が
車両が停止した後まで収束せずに続く状況が生じること
があり、ドライバビリティの改善に支障となる。ここ
に、回転センサの出力をフィルタリングし低周波成分の
みを取り出すようにすれば、機械的振動の継続という問
題は生じにくくなるものの、出力トルク制御に制御遅れ
が生じてしまう。

【０００７】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを課題としてなされたものであり、極微速度領域での
モータ出力制御手法を改善することにより、モータ出力
制御に制御遅れを発生させることなく、極微速度領域に
て発生したモータ回転数検出値変動に起因してモータの
機械的振動の収束が遅れる現象を防止し、以てドライバ
ビリティを改善することを目的とする。本発明は、ま
た、極微速度領域にて本発明の制御を実行しているにも
かかわらず、車両操縦者が発進又は加速を要求した場合
にただちにその動作に移行できるようにすることを目的
とする。本発明は、さらに、アクセルペダル及びブレー
キペダルが同時に踏まれかつ両ペダルの踏込みが平衡し
ている緩アクセル状態においても、モータ回転数検出値
変動に起因してモータの機械的振動の収束が遅れる現象
を防止し、以てドライバビリティをさらに改善すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、車両走行用のモータの回転数を検
出する手段と、検出した回転数に基づき指令を決定しイ
ンバータを制御することによりモータに対する電力供給
を制御する手段と、を備え、インバータを介してモータ
に駆動電力を供給する車両に搭載される制動装置におい
て、モータの回転数に関し０近傍の極微速度領域に属す
る検出値が得られたときに、その後少なくともモータの
振動が減衰するに足る時間に亘って、モータに対する電
力供給を停止させる手段を備えることを特徴とする。特
に、上記制御に際して決定される指令に基づき制御され
るインバータを介してモータに駆動電力を供給する車両
に搭載される制動装置において、インバータによる電力
変換動作を禁止することにより上記停止を実行すること
を特徴とする。本発明は、或いは、インバータにより駆
動される車両走行用のモータの回転数を検出する手段
と、検出した回転数に基づきモータを制御する手段と、
を備え、車両に搭載される制動装置において、モータの
回転数に関し０近傍の極微速度領域に属する検出値が得
られたときに、その後少なくともモータの振動が減衰す
るに足る時間に亘って、モータの回転数の検出値に基づ
くモータの制御を停止させるべく、インバータの動作を
停止させる手段を備えることを特徴とする。

【０００９】本発明は、発進又は加速の要求に応じ上記
インバータの動作の停止を解除する手段を備えることを
特徴とする。

【００１０】本発明は、さらに、発進又は加速の要求及
び回生制動の要求を総合した結果に基づきモータを駆動
する手段と、発進又は加速と同時に回生制動が要求され
た場合には回生制動の要求がないものと見なして発進又
は加速の要求に基づきモータを駆動する手段と、を備え
ることを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明においては、モータの回転数の検出値が
０近傍の極微速度領域に属している場合に、インバータ
による電力変換動作を停止させることによりモータに対
する電力供給が停止され或いはモータの回転数の検出値
に基づくモータの制御が停止される。この状態では、モ
ータ回転数検出値に誤差が現れたとしてもこの誤差は何
等モータの挙動に影響を与えない。従って、上記停止が
ある程度の時間続けば、モータ回転数検出値が極微低速
度領域に属している場合におけるモータの機械的振動は
いずれ収まる。そのため、本発明では、少なくともモー
タの振動が減衰するに足る時間が経過するまでは、上記
停止は解除されない。このように、本発明においては、
従来モータ回転数検出値変動が回生トルク振動となって
顕在化していた極微低速度領域においても、モータの機
械的振動が迅速に収束するため、良好なドライバビリテ
ィが得られる。また、モータ出力制御に遅れも生じな
い。

【００１２】本発明においては、発進又は加速の要求に
応じ、上記停止が解除される。従って、極微速度領域に
て振動を抑えるべくモータの加減速が禁止されている状
態でも、車両操縦者からの発進又は加速要求が優先され
るため、ただちに発進又は加速に移行できる。

【００１３】ところで、発進又は加速の要求（例えばア
クセルペダルの踏込み量から求めた力行トルクの指令
値：正）と回生制動の要求（例えばブレーキペダルの踏
込み量から求めた回生トルクの指令値：負）を総合（例
えば加算）した結果に基づきモータを駆動する制御シス
テムに、本発明に係るモータ加減速禁止及びその解除手
順を適用した場合、発進又は加速が要求されこれに応じ
てモータ加減速禁止を解除した後モータ回転数検出値変
動が回生トルク振動となって顕在化する場合がある。す
なわち、発進又は加速と回生制動とが同時に要求されて
おり（例えばアクセルペダル及びブレーキペダルが同時
に踏まれており）、かつ両要求（両ペダルの踏込み）が
平衡している状態では、発進又は加速の要求が回生制動
の要求により打ち消され、極微速度領域でモータ回転数
検出値を用いた回生制御が行われるから、モータの機械
的振動が継続する可能性が生じる。そこで、本発明にお
いては、発進又は加速と同時に回生制動が要求された場
合に、回生制動の要求がないものと見なされ、発進又は
加速の要求に基づきモータが駆動される。従って、発進
又は加速と回生制動とが同時に要求され両要求が平衡し
た場合であっても、モータ回転数検出値変動に起因して
モータの機械振動の収束が遅れる現象が防止され、ドラ
イバビリティが改善される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面に
基づき説明する。

【００１５】図１には、本発明の一実施例に係る電気自
動車のシステム構成が示されている。この図に示される
システムは、車両走行用のモータとして三相交流モータ
１０を備えている。モータ１０の駆動電力は、インバー
タ１２を介して主バッテリ１４から供給される。インバ
ータ１２は、コントローラ１６の制御の下に、主バッテ
リ１４の放電出力を三相交流電力に変換し、モータ１０
に供給する。

【００１６】コントローラ１６は、各種センサの出力を
監視しながらモータ１０に対する力行トルク指令ＴＡ及
び回生トルク指令ＴＫを演算し、両者から求めた出力ト
ルク指令ＴＭに基づきインバータ１２による電力変換動
作を制御する。これにより、モータ１０の出力トルク
は、出力トルク指令ＴＭに相当する値となる。

【００１７】この図のシステムにおいては、センサとし
ては、まずアクセルセンサ１８、ブレーキセンサ２０及
び回転センサ２２が用いられている。アクセルセンサ１
８は、アクセルペダルの踏込み量を検出するセンサであ
り、その検出値はコントローラ１６において力行トルク
指令ＴＡを演算する際使用される。ブレーキセンサ２０
は、ブレーキペダルの踏込み量、例えばマスタシリンダ
における油圧を検出するセンサであり、その検出値は、
コントローラ１６によって回生トルク指令ＴＫを演算す
る際に使用される。回転センサ２２は、所定の回転数−
トルク特性にてモータ１０の出力トルクを制御すべく、
モータ１０の回転数又は回転子の角度位置を検出するセ
ンサである。回転センサ２２は、例えばパルス出力型の
センサとしても実現することができ、レゾルバ等の構成
とすることもできる。コントローラ１６は、回転センサ
２２の出力に応じて回生トルク指令ＴＫや力行トルク指
令ＴＡを演算する。回転センサ２２の出力は、その他、
ベクトル制御の際の座標変換等にも使用される。

【００１８】本実施例では、さらに、主バッテリ１４の
ＳＯＣ及び電圧を検出すべくＳＯＣ２４及び電圧センサ
２６を使用している。また、インバータ１２にはその温
度を検出する温度センサ２８が付勢されている。さら
に、シフトポジションを検出するシフトセンサ３０が設
けられている。コントローラ１６は、ＳＯＣセンサ２
４、電圧センサ２６、温度センサ２８等の出力に基づ
き、主バッテリ１４やインバータ１２がどのような状態
にあるかを検出し、その結果に基づき、主バッテリ１４
がどの程度の回生電力を受け入れることができるか（回
生能力）、またこれらのコンポーネントにフェイル（異
常乃至不調）が生じているか否かを判断する。コントロ
ーラ１６は、また、シフトセンサ３０の出力等に基づ
き、車両操縦者がシステムに対し走行を許可しているか
否かを判断する。

【００１９】図２には、本発明の第１実施例に係る制御
手順、すなわちコントローラ１６により例えば５ｍｓｅ
ｃ程度の間隔で実行されるモータ１０の出力制御手順が
示されている。

【００２０】ここでは、まず、車両が構成する各コンポ
ーネントにフェイルが生じておらず、かつシフトセンサ
３０により検出されるシフトポジションがＤ（ドライ
ブ）レンジやＲ（リバース）レンジを示しているとす
る。コントローラ１６は、この状態では、システムに対
し走行が許可されていると判定する（１００）。コント
ローラ１６は、次に、インバータ停止タイマフラグがオ
フしているか否か、すなわちインバータ停止信号をオフ
させてよいか否かを判定する（１０２）。インバータ停
止タイマフラグやインバータ停止信号に関しては後に説
明する。コントローラ１６は、インバータ停止タイマフ
ラグがオフしている場合には、回転センサ２２の出力に
基づき、モータ１０の回転数Ｎが図４に示されるＮｋ０
を下回っているか否かを判定する（１０４）。車両が走
行している状態では、Ｎ＜Ｎｋ０の条件は通常成立しな
いため、コントローラ１６は次にインバータ停止タイマ
をクリアするとともにインバータ停止タイマフラグをオ
フさせる（１０６）。コントローラ１６は、ブレーキセ
ンサ２０の出力であるブレーキ信号に基づき回生トルク
指令ＴＫを演算すると共に（１０８）、アクセルセンサ
１８の出力であるアクセル信号に基づき力行トルク指令
ＴＡを演算する（１１０）。コントローラ１６は、回生
トルク指令ＴＫと力行トルク指令ＴＡを加算することに
よりモータ１０の出力トルク指令ＴＭを求める。ここ
に、回生トルク指令ＴＫは負の値、力行トルク指令ＴＡ
は正の値であるから、出力トルク指令ＴＭはアクセルペ
ダルの踏込み量とブレーキペダルの踏込み量の差に応じ
た値となる。コントローラ１６は、この時点で、インバ
ータ停止信号をオフさせる（１１４）。インバータ停止
信号は、インバータ１２を構成する各スイッチング素子
を強制的にオフさせ、インバータ１２による電力変換動
作を停止させる信号であり、この信号がオフすることに
より、インバータ１２は電力変換動作を実行可能な状態
となる。コントローラ１６は、ステップ１１２において
決定した出力トルク指令ＴＭに基づきインバータ１２を
制御する（１１６）。これにより、モータ１０の出力ト
ルクが、出力トルク指令ＴＭに応じた値、すなわちアク
セルペダルの踏み込みやブレーキペダルの踏込みに応じ
た値となる。

【００２１】この後、車両操縦者がブレーキペダルを踏
み込んだ結果、モータ１０の回転数ＮについてＮ＜Ｎｋ
０の条件が成立すると（１０４）、コントローラ１６は
アクセル信号に基づきアクセルペダルが踏み込まれたか
否かを判定する（１１８）。アクセルペダルが踏み込ま
れている場合には、Ｎ＜Ｎｋ０が成立していない場合と
同様、ステップ１０６〜１１６の制御手順が実行され
る。アクセルペダルが踏み込まれていない場合には、コ
ントローラ１６は、内蔵するインバータ停止タイマの内
容をインクリメントさせる（１２０）。また、このイン
バータ停止タイマの内容が所定の設定時間、例えば数１
００ｍｓｅｃに相当する設定時間に至るまでは（１２
２）、インバータ停止タイマフラグはオンにセットされ
る（１２４）。コントローラ１６は、この後、インバー
タ停止信号をオンさせる（１２６）。従って、Ｎ＜Ｎｋ
０が成立している状態では、アクセルペダルが踏み込ま
れたりあるいはインバータ停止タイマの内容が設定時間
に到達したりしない限り、インバータ１２による電力変
換動作が強制的に禁止される。この後、図２に示される
手順が実行される際には、ステップ１０２においてイン
バータ停止タイマフラグがオンしていると判定されるた
め、回転数Ｎの値いかんにかかわらずステップ１２０〜
１２６の動作が実行され、インバータ１２による電力変
換動作が禁止され続けることになる。すなわち、インバ
ータ停止タイマフラグは、インバータ１２における電力
変換動作を禁止している状態を示すフラグである。

【００２２】この後、アクセルペダルが踏み込まれない
まま図２に示される手順が繰り返し実行されると、ある
時点で、ステップ１２２における判定条件が成立する。
すなわち、インバータ停止タイマの内容が所定の設定時
間に至り、インバータ停止タイマフラグがオフされる
（１２８）。インバータ停止タイマは、インバータ停止
タイマフラグを最初にオンさせた後アクセルペダルが踏
み込まれないまま経過した時間を示しており、この時間
が数１００ｍｓｅｃ程度の設定時間に到達した時点で、
インバータ１２の電力変換動作の禁止処理が解除され
る。ステップ１２８においてインバータ停止タイマフラ
グがオフされた後、図２に示される手順が再度実行され
る際には、ステップ１０２においてインバータ停止タイ
マフラグがオフしていると判定されるため、ステップ１
０４が実行される。ステップ１０４において引き続きＮ
＜Ｎｋ０であると判定された場合には、ステップ１１８
が実行されるため、その時点でアクセルペダルが踏み込
まれていなければ、インバータ停止タイマフラグがオフ
しているにもかかわらず引き続きインバータ停止信号が
オン状態に維持される（１２６）。

【００２３】また、アクセルペダルが踏み込まれると
（１１８）、インバータ停止タイマフラグがオンしてい
るかオフしているかにかかわらず、ステップ１０６〜１
１６の手順が実行される。従って、車両操縦者がアクセ
ルペダルを踏み込めば直ちに車両を発進又は加速するこ
とが可能になる。

【００２４】このように、本実施例によれば、Ｎ＜Ｎｋ
０が成立している場合にアクセルペダルが踏み込まれな
い限りインバータ停止信号をオンさせるようにしている
ため、極微速度領域において回転センサ２２の出力を用
いた出力トルク制御が実行されないこととなり、モータ
１０の機械的振動が比較的早期に収束する。これによ
り、ドライバビリティが向上する。さらに、アクセルペ
ダルが踏み込まれるのに応じてステップ１０６〜１１６
を実行するようにしているため、車両操縦者が発進又は
加速を要求した場合に直ちにこれに応答することができ
る。さらに、車両を構成する各コンポーネントにフェイ
ルが生じている場合やシフトポジションがＮ（ニュート
ラル）、Ｐ（パーキング）等に設定されている場合に
（１００）、ステップ１２０〜１２８が実行されるた
め、フェイルセーフも確実である。

【００２５】図３には、本発明の第２実施例に係るコン
トローラ１６により実行される制御手順が示されてい
る。この実施例では、ステップ１２０〜１２４及び１２
８が、ステップ１１８に先行して実行され、またステッ
プ１１８においてアクセルペダルが踏み込まれていると
判定された場合に回生トルク指令ＴＫに強制的に０が設
定される（２３０）。また、システムに対し走行が許可
されていないと判定された場合には（１００）、インバ
ータ停止タイマがクリアされインバータ停止タイマフラ
グがオフされる（１３２）。

【００２６】このような手順により、アクセルペダルと
ブレーキペダルが同時に踏み込まれかつ緩アクセル状態
にある場合にも、モータ１０の機械的振動を迅速に収束
させることが可能になる。すなわち、図２に示される第
１実施例の手順では、アクセルペダルとブレーキペダル
が同時に踏み込まれると、ステップ１０６〜１１６が実
行され、結果としてアクセルペダルの踏込み量からブレ
ーキペダルの踏込み量を減じた値に相当する出力トルク
指令ＴＭが決定される。この時、アクセルペダルの踏込
み量がブレーキペダルの踏込み量に対し十分大きけれ
ば、出力トルク指令ＴＭが力行側となるため、モータ１
０の回転数Ｎが極微速度領域から外れる結果、モータ１
０の機械的振動は問題とならない。しかし、逆に、緩ア
クセル状態では、アクセルペダルが踏まれているためス
テップ１１４及び１１６の実行によって、極微速度領域
にあるにもかかわらずインバータ１２の電力変換動作の
禁止が解除される一方で、出力トルク指令ＴＭが力行側
に入り込む結果、モータ１０の機械的振動が継続し得る
条件が成立してしまう。本実施例においては、アクセル
ペダルが踏み込まれていればブレーキペダルが踏み込ま
れているか否かにかかわらず回生トルク指令ＴＫが強制
的に０に設定されるため（１３０）、モータ１０の振動
が継続することを防ぐことができる。

【００２７】なお、以上の説明では、ステップ１０４に
おいてＮ＜Ｎｋ０であるか否かを判定していたが、判定
に係るしきい値はＮｋ０に一致させる必要はない。すな
わち、その近傍の値であれば良い。また、回転数Ｎに代
え、車輪の回転速度等、モータ１０の回転数Ｎを反映す
る他の数値を使用することもできる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
モータの回転数の検出値が極微速度領域に属している場
合にモータに対する電力供給又はモータ回転数検出値に
基づくモータ制御を停止し、少なくともモータの振動が
減衰するに足る時間が経過するまでこれを継続するよう
にしたため、極微速度領域におけるモータの機械的振動
を迅速に収束させることができ、良好なドライバビリテ
ィが得られる。また、モータ出力制御に遅れも生じな
い。

【００２９】本発明によれば、発進又は加速の要求に応
じ上記停止を解除するようにしたため、車両操縦者から
の発進又は加速要求を優先してただちに発進又は加速に
移行できる。

【００３０】本発明によれば、さらに、発進又は加速の
要求と回生制動の要求を総合した結果に基づきモータを
駆動する際、発進又は加速と同時に発生している回生制
動の要求を無視し、発進又は加速の要求に基づきモータ
を駆動するようにしたため、発進又は加速と回生制動と
が同時に要求され両要求が平衡した場合であっても、モ
ータ回転数検出値変動に起因してモータの機械振動の収
束が遅れる現象を防止でき、ドライバビリティをさらに
改善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するに適する電気自動車のシステ
ム構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の第１実施例に係る制御手順を示すフロ
ーチャートである。

【図３】本発明の第２実施例に係る制御手順を示すフロ
ーチャートである。

【図４】モータの制御特性のうち回生側の特性の一例を
示す図である。

【符号の説明】

１０モータ１２インバータ１６コントローラ１８アクセルセンサ２０ブレーキセンサ２２回転センサＴＫ回生トルク指令ＴＡ力行トルク指令ＴＭ出力トルク指令Ｎモータ回転数Ｎｋ０極微速度領域を区画する境界値

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60L 7/14 B60L 3/00 H02P 3/18 101

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】車両走行用のモータの回転数を検出する
手段と、検出した回転数に基づき指令を決定しインバー
タを制御することによりモータに対する電力供給を制御
する手段と、を備え、インバータを介してモータに駆動
電力を供給する車両に搭載される制動装置において、モータの回転数に関し０近傍の極微速度領域に属する検
出値が得られたときに、その後少なくともモータの振動
が減衰するに足る時間に亘って、インバータによる電力
変換動作を禁止することにより、モータに対する電力供
給を停止させる手段を備えることを特徴とする制動装
置。
【請求項２】インバータにより駆動される車両走行用
のモータの回転数を検出する手段と、検出した回転数に
基づきモータを制御する手段と、を備え、車両に搭載さ
れる制動装置において、モータの回転数に関し０近傍の極微速度領域に属する検
出値が得られたときに、その後少なくともモータの振動
が減衰するに足る時間に亘って、モータの回転数の検出
値に基づくモータの制御を停止させるべく、インバータ
の動作を停止させる手段を備えることを特徴とする制動
装置。
【請求項３】請求項１又は２記載の制動装置におい
て、発進又は加速の要求に応じ上記インバータの動作の停止
を解除する手段を備えることを特徴とする制動装置。
【請求項４】請求項３記載の制動装置において、発進又は加速の要求及び回生制動の要求を総合した結果
に基づきモータを駆動する手段と、発進又は加速と同時に回生制動が要求された場合には回
生制動の要求がないものと見なして発進又は加速の要求
に基づきモータを駆動する手段と、を備えることを特徴とする制動装置。