JP3554403B2 - 電動車両の制御装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、アクセル開度及びモータ回転数からモータのトルク指令値を算出し、このトルク指令値に基づいてモータの駆動/回生を制御する電動車両の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
かかる電動車両では、アクセル開度が全閉であり且つモータ回転数が高いときにモータに所定の回生トルクを発生させることにより、内燃機関を駆動源とする車両のエンジンブレーキに相当する回生制動力を発生させる、所謂アクセル回生が行われる。
【0003】
また、内燃機関を駆動源とする車両において、降坂時にオートマチックトランスミッションの変速段を制御することにより、エンジンブレーキによる制動力の大きさを制御するものも知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電動車両は平坦路を走行する場合と降坂路を走行する場合とで回生制動力の大きさを変化させていないので、降坂時にバッテリの被充電能力に余裕があるにも関わらず充分な回生制動力を発生させることができなかった。その結果、車両の運動エネルギーがフットブレーキの使用により無駄に消費されてしまい、回生制動によるエネルギー回収が充分効果的に行われない問題があった。
【0005】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、電動車両の降坂時に、回生制動によるエネルギー回収を効果的に行うことを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項1記載に記載された発明は、アクセル開度を検出するアクセル開度センサと、モータ回転数を検出するモータ回転数センサと、前記検出されたアクセル開度及びモータ回転数に基づいてモータの駆動トルク指令値及び回生トルク指令値を算出するトルク指令値算出手段と、前記算出された駆動トルク指令値及び回生トルク指令値に基づいてモータを制御するトルク制御手段とを備えた電動車両の制御装置において、車両が降坂状態にあることを検出する降坂状態検出手段と、降坂状態が検出されたときに前記回生トルク指令値を時間の経過とともに増加させる回生トルク指令値増加手段とを備えたことを特徴とする。
【0007】
また請求項2に記載された発明は、請求項1の構成に加えて、降坂状態検出手段は、アクセル開度が全閉であり、且つモータ回転数が増加しているときに降坂状態を検出することを特徴とする。
【0009】
また請求項3に記載された発明は、請求項1又は2の構成に加えて、回生トルク指令値の増加量は、モータ回転数の変化率に応じて設定されることを特徴とする。
【0010】
【作用】
請求項1の構成によれば、車両が降坂状態にあることが検出されると回生トルク指令値が増加し、モータは平坦路或いは登坂路を走行する場合に比べて大きな回生トルクを発生する。そして、このような車両の降坂時における回生トルク指令値の増加は、時間の経過と共に徐々に行われる。
【0011】
請求項2の構成によれば、アクセル開度が全閉であるにも関わらずモータ回転数が増加するときに、車両が降坂状態にあることが検出される。
【0013】
請求項3の構成によれば、急な降坂路でモータ回転数の変化率が大きいときには回生トルク指令値が大きく増加し、緩い降坂路でモータ回転数の変化率が小さいときには回生トルク指令値が小さく増加する。
【0014】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【0015】
図1〜図8は本発明の一実施例を示すもので、図1は電動車両の全体構成を示す図、図2は制御系のブロック図、図3は電子制御ユニットの回路構成を示すブロック図、図4はメインルーチンのフローチャート、図5は降坂補正ルーチンのフローチャート、図6はKREG 算出ルーチンのフローチャート、図7はKREG の変化を示すグラフ、図8は回生トルクの変化を示すグラフである。
【0016】
図1及び図2に示すように、四輪の電動車両Vは、三相交流モータ1のトルクがディファレンシャル2を介して伝達される駆動輪としての左右一対の前輪Wf,Wfと、従動輪としての左右一対の後輪Wr,Wrとを有する。電動車両Vの後部に搭載された例えば228ボルトのメインバッテリ3は、コンタクタ4,ジョイントボックス5,コンタクタ4及びパワードライブユニットを構成するインバータ6を介してモータ1に接続される。例えば12ボルトのサブバッテリ7にメインスイッチ8及びヒューズ9を介して接続された電子制御ユニット10は、モータ1の駆動トルク及び回生トルクを制御すべくインバータ6に接続される。サブバッテリ7をメインバッテリ3の電力で充電すべく、バッテリチャージャ11及びDC/DCコンバータ12が設けられる。
【0017】
メインバッテリ3とインバータ6とを接続する高圧回路、即ちインバータ6の直流部には、その電流IPDU を検出する電流センサS1 と、電圧VPDU を検出する電圧センサS2 とが設けられており、電流センサS1 で検出したインバータ6の直流部の電流IPDU 及び電圧センサS2 で検出したインバータ6の直流部の電圧VPDU は電子制御ユニット10に入力される。また、モータ回転数センサS3 で検出したモータ回転数Nmと、アクセル開度センサS4 で検出したアクセル開度θAPと、シフトポジションセンサS5 で検出したシフトポジションPとが電子制御ユニット10に入力される。
【0018】
インバータ6は複数のスイッチング素子を備えおり、電子制御ユニット10から各スイッチィング素子にスイッチング信号を入力することにより、モータ1の駆動時にはメインバッテリ3の直流電力を三相交流電力に変換して該モータ1に供給し、モータ1の被駆動時(回生時)には該モータ1が発電した三相交流電力を直流電力に変換してメインバッテリ3に供給する。
【0019】
モータ1の低回転数側の領域においてインバータ6はPWM(パルス幅変調)制御され、PWM制御のデューティ率が100%に達した後の高回転数側の領域では所謂弱め界磁制御される。弱め界磁制御とは、モータ1の永久磁石が発生している界磁と逆方向の界磁が発生するように、モータ1に供給する一次電流に界磁電流成分を持たせるもので、全体の界磁を弱めてモータ1の回転数を高回転数側に延ばすものである。
【0020】
次に、図3に基づいて電子制御ユニット10の回路構成及び作用を説明する。
【0021】
電子制御ユニット10は、トルク指令値算出手段21、目標電力算出手段22、実電力算出手段23、比較手段24、トルク制御手段25、降坂状態検出手段26及び回生トルク指令値増加手段27を備えており、比較手段24及びトルク制御手段25はフィードバック制御手段28を構成する。
【0022】
トルク指令値算出手段21は、モータ回転数センサS3 で検出したモータ回転数Nmと、アクセル開度センサS4 で検出したアクセル開度θAPと、シフトポジションセンサS5 で検出したシフトポジションPとに基づいて、ドライバーがモータ1に発生させようとしているトルク指令値をマップ検索によって算出する。トルク指令値には駆動トルク指令値と回生トルク指令値とがあり、駆動トルク指令値はモータ1に駆動トルクを発生させる場合に対応し、回生トルク指令値はモータ1に回生トルクを発生させる場合に対応する。
【0023】
また、目標電力算出手段22は、トルク指令値算出手段21で算出したトルク指令値とモータ回転数センサS3 で検出したモータ回転数Nmとを乗算し、これを変換効率で除算することにより、モータ1に供給すべき、或いは回生によりモータ1から取り出すべき目標電力を算出する。目標電力は正値の場合と負値の場合とがあり、正の目標電力はモータ1が駆動トルクを発生する場合に対応し、負の目標電力はモータ1が回生トルクを発生する場合に対応する。
【0024】
降坂状態検出手段26は、モータ回転数センサS3 で検出したモータ回転数Nmと、アクセル開度センサS4 で検出したアクセル開度θAPとに基づいて車両が降坂状態にあるか否かを検出する。回生トルク指令値増加手段27は、車両が降坂状態にあることが検出されたとき、トルク指令値算出手段21において算出した回生トルク指令値を増加させる。
【0025】
一方、実電力算出手段23は、電流センサS1 で検出したインバータ6の直流部の電流IPDU と、電圧センサS2 で検出したインバータ6の直流部の電圧VPDU とを乗算することにより、インバータ6に入力される実電力を算出する。目標電力と同様に、実電力にも正値の場合と負値の場合とがあり、正の実電力はモータ1が駆動トルクを発生する場合に対応し、負の実電力はモータ1が回生トルクを発生する場合に対応する。
【0026】
目標電力算出手段22で算出した目標電力と実電力算出手段23で算出した実電力とはフィードバック制御手段28の比較手段24に入力され、そこで算出された目標電力と実電力との偏差に基づいてトルク制御手段25がインバータ6をPWM制御或いは弱め界磁制御によりフィードバック制御する。その結果、実電力を目標電力に一致させるべくモータ1の運転状態が変更される。
【0027】
上記作用を図4〜図6のフローチャートを参照しながら更に説明する。
【0028】
先ず、図4のメインルーチンのステップS1及びステップS2でアクセル開度センサS4 及びモータ回転数センサS3 からアクセル開度θAP及びモータ回転数Nmを読み込み、次にステップS3で前記アクセル開度θAP及びモータ回転数Nmをパラメータとするマップ検索によりトルク指令値を算出する。前記トルク指令値はシフトポジションセンサS5 で検出したシフトポジションPに応じて変化する。
【0029】
続くステップS4では、車両が降坂状態にあることが検出された場合に、前記ステップS3で算出した回生トルク指令値を増加させる補正を行う。このステップS4の降坂補正については、後から図5及び図6のフローチャートに基づいて詳述する。
【0030】
続くステップS5では、トルク指令値にモータ回転数Nmを乗算し、これを変換効率で除算することにより目標電力を算出する。またステップS6では、電流センサS1 及び電圧センサS2 から読み込んだインバータ6の直流部の電流IPDU 及び電圧VPDU を乗算して実電力を算出する。そして、ステップS7で目標電力が実電力以上であれば、ステップS8でデューティ率の指令値が増加され、更に必要に応じて弱め界磁量の指令値が増加される。一方、ステップS7で目標電力が実電力未満であれば、ステップS9でデューティ率の指令値が減少され、更に必要に応じて弱め界磁量の指令値が減少される。
【0031】
而して、ステップS10において、前記ステップS8,S9で決定されたデューティ率の指令値及び弱め界磁量の指令値に基づいて、実電力を目標電力に収束させるべくインバータ6を介してモータ1の出力トルクをフィードバック制御する。
【0032】
次に、前記ステップS4のサブルーチンである降坂補正ルーチンを、図5のフローチャートに基づいて説明する。
【0033】
先ず、ステップS11において回生トルク指令値の最大値をマップ検索する。この回生トルク指令値の最大値は、メインバッテリ3の残容量及びモータ回転数Nmに基づいて設定される。続いて、ステップS12で補正係数KREG を算出する。補正係数KREG は0から1.0までの値をとるもので、その算出は後から図6のフローチャートに基づいて詳述する。
【0034】
而して、ステップS13において、前記回生トルク指令値の最大値と前記補正係数KREG とに基づいて、回生トルク指令値の補正を行う。即ち、マップ検索により算出した回生トルク指令値の通常値をTRQNOR とし、回生トルク指令値の最大値をTRQMAX とすると、補正後の回生トルク指令値TRQは、
TRQ=(TRQMAX −TRQNOR )×KREG +TRQNOR
で与えられる。従って、KREG =1.0のときはTRQ=TRQMAX となり、KREG =0のときはTRQ=TRQNOR となる。
【0035】
次に、前記ステップS12のサブルーチンであるKREG 算出ルーチンを、図6のフローチャートに基づいて説明する。
【0036】
先ず、ステップS21において、モータ回転数Nmが所定の基準値(例えば、1000rpm)を越えているか否かを判断し、モータ回転数Nmが前記基準値以下の低速回転状態であれば、ステップS22で補正係数KREG をKREG =0に設定する。その結果、補正後の回生トルク指令値TRQはマップ検索した回生トルク指令値の通常値TRQNOR そのものになり、回生トルク指令値の増加制御は行われない。これは、モータ回転数Nmが低い低速走行状態では元々モータ1の回生起電力は小さいため、仮に回生トルク指令値を増加してもエネルギー回収効果の向上は期待できないためである。
【0037】
さて、前記ステップS21でモータ回転数Nmが所定の基準値を越えていれば、ステップS23でモータ回転数Nmの平均値である平均Nmを算出する。平均Nmは、例えば過去の複数回のループで検出したモータ回転数Nmを算術平均することにより求められる。
【0038】
続くステップS24でモータ1が回生中であり(即ち、トルク指令値が負であり)、ステップS25で平均Nmの変化量であるΔ平均Nm(即ち、今回の平均Nmと前回の平均Nmとの差)が正で車両が加速中であり、ステップS26でΔ平均Nmの絶対値である|Δ平均Nm|が所定値より大で車両の加速度が大きく、且つステップS27でアクセル開度θAPが0(全閉)であれば、車両が降坂状態にあると判定する。
【0039】
前記ステップS24〜S27の条件が全て成立して車両が降坂状態にあると判定されたとき、ステップS28で補正係数KREG が既に最大値である1.0に達していれば、その補正係数KREG をKREG =1.0にホールドする。次に、ステップS29で第1タイマーtUPがタイムアップして所定時間JREGUP が経過すれば、ステップS30で補正係数KREG の変化量であるΔKREG を算出する。ΔKREG は平均Nmの変化量であるΔ平均Nmと比例関係にあり、Δ平均Nmの増加に応じてリニアに増加するように設定される。
【0040】
而して、ステップS31で補正係数KREG にΔKREG を加算した値を新たな補正係数KREG とし、ステップS32で前記第1タイマーtUPをセットする。従って、車両の降坂状態が継続すると所定時間JREGUP 毎に補正係数KREG がΔKREG ずつ増加し、補正後の回生トルク指令値TRQは回生トルク指令値の最大値TRQMAX に向けて増加することになる。
【0041】
一方、ステップS24でモータ1が駆動中であるか(即ち、トルク指令値が正であり)、或いはステップS25で平均Nmの変化量であるΔ平均Nmが負で車両が減速中であれば、ステップS33に移行する。
【0042】
ステップS33で補正係数KREG が既に最小値である0に達していれば、その補正係数KREG をKREG =0にホールドする。次に、ステップS34で第2タイマーtDOWNがタイムアップして所定時間JREGDOWN が経過すれば、ステップS35で補正係数KREG の変化量であるΔKREG を一定値に固定する。そしてステップS36で補正係数KREG から前記ΔKREG を減算した値を新たな補正係数KREG とし、ステップS37で前記第2タイマーtDOWNをセットする。
【0043】
従って、補正係数KREG が0によりも大きい状態にあるとき、モータ1が回生状態から駆動状態に切り換わるか(ステップS24参照)、或いは回生制動中の車両が減速状態になれば(ステップS25参照)、所定時間JREGDOWN 毎に補正係数KREG が一定のΔKREG ずつ減少し、補正後の回生トルク指令値TRQは回生トルク指令値の通常値TRQNOR に向けて減少することになる。
【0044】
上記作用を図7及び図8を参照して纏めると、アクセル開度θAPが0であり、しかもモータ回転数Nmの増加率が所定値を越えて車両が加速していれば、車両が降坂状態にあると判断して第1タイマーTUPで計時される所定時間JREGUP が経過する毎にΔ平均Nmに応じた(即ち、車両の加速度の大きさに応じた)ΔKREG を補正係数KREG に加えてゆく。
【0045】
これにより、回生トルク指令値は通常値TRQNOR から最大値TRQMAX に向けて階段状に増加するため、回生制動力が増加して車速が略一定に保持されるとともに、回生制動力の急変によるショックの発生が防止され、しかも車両の運動エネルギーが電気エネルギーとして効果的に回収される。更に、回生制動力の増加によりフットブレーキの使用頻度を減らすことができるので、運転者の操作負担を軽減するとともに、フットブレーキの寿命を延ばすことができる。
【0046】
補正係数KREG が1.0になって回生トルク指令値が最大値TRQMAX に達すると、回生トルク指令値は前記最大値TRQMAX に固定されて過充電によるメインバッテリ3の損傷が防止される。
【0047】
アクセルが開かれた場合、或いはモータ回転数Nmの増加率が所定値を下回った場合には、回生トルク指令値は通常値TRQNOR に向けて復帰するが、その際に回生トルク指令値が急激に減少してショックが発生しないように、第2タイマーTDOWNで計時される所定時間JREGDOWN が経過する毎に補正係数KREG は一定のΔKREG ずつ階段状に減少する。
【0048】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【0049】
例えば、モータ回転数センサS3 はモータ回転数Nmを直接検出するものに限定されず、車速や動力伝達系の各部の回転数からモータ回転数Nmを間接的に検出するものであっても良い。
【0050】
【発明の効果】
以上のように、請求項1に記載された発明によれば、車両が降坂状態にあることを検出する降坂状態検出手段と、降坂状態が検出されたときに回生トルク指令値を増加させる回生トルク指令値増加手段とを備えたことにより、車両の降坂中に大きな回生トルクを発生させて車両の運動エネルギーを効果的に回収し、電動車両の走行可能距離を延長することができる。しかも、回生制動力の増加によってフットブレーキを使用頻度を減らし、運転者の操作負担の軽減とフットブレーキの寿命延長とを図ることができる。また特に回生トルク指令値が時間の経過とともに増加するので、回生制動力の急変によるショックの発生が防止される。
【0051】
また請求項2に記載された発明によれば、アクセル開度が全閉であるにも関わらずモータ回転数が増加しているときに降坂状態を検出するので、車両の降坂状態を容易且つ確実に検出することができる。
【0053】
また請求項3に記載された発明によれば、回生トルク指令値の増加量をモータ回転数の変化率に応じて設定することにより、降坂路の緩急に関わらず車速を略一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】電動車両の全体構成を示す図
【図2】制御系のブロック図
【図3】電子制御ユニットの回路構成を示すブロック図
【図4】メインルーチンのフローチャート
【図5】降坂補正ルーチンのフローチャート
【図6】KREG 算出ルーチンのフローチャート
【図7】KREG の変化を示すグラフ
【図8】回生トルクの変化を示すグラフ
【符号の説明】
1 モータ
21 トルク指令値算出手段
25 トルク制御手段
26 降坂状態検出手段
27 回生トルク指令値増加手段
S3 モータ回転数センサ
S4 アクセル開度センサ
Nm モータ回転数
θAP アクセル開度
Claims (3)
- アクセル開度(θAP)を検出するアクセル開度センサ(S4 )と、
モータ回転数(Nm)を検出するモータ回転数センサ(S3 )と、
前記検出されたアクセル開度(θAP)及びモータ回転数(Nm)に基づいてモータ(1)の駆動トルク指令値及び回生トルク指令値を算出するトルク指令値算出手段(21)と、
前記算出された駆動トルク指令値及び回生トルク指令値に基づいてモータ(1)を制御するトルク制御手段(25)と
を備えた電動車両の制御装置において、
車両が降坂状態にあることを検出する降坂状態検出手段(26)と、
降坂状態が検出されたときに前記回生トルク指令値を時間の経過とともに増加させる回生トルク指令値増加手段(27)と
を備えたことを特徴とする電動車両の制御装置。 - 降坂状態検出手段(26)は、アクセル開度(θAP)が全閉であり、且つモータ回転数(Nm)が増加しているときに降坂状態を検出することを特徴とする、請求項1記載の電動車両の制御装置。
- 回生トルク指令値の増加量は、モータ回転数(Nm)の変化率に応じて設定されることを特徴とする、請求項1又は2記載の電動車両の制御装置。
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