JP4380700B2 - 電動車両 - Google Patents

Description

この発明は、電動車両に関し、より特定的には、車両駆動力の発生および回生制動時の回生発電を行なうモータジェネレータを搭載した電動車両に関する。

近年環境に配慮した自動車としてハイブリッド車両が注目されている。ハイブリッド車両は、従来のエンジンに加え車両駆動用電動機によって車両走行パワーを発生することが可能な自動車である。特に、車両の回生制動時に回生発電によりエネルギ回収するように、車両用電動機としては電動機および発電機の機能を併せ持つモータジェネレータ（電動発電機）が一般に採用される。

電動車両の回生制御について、特開２００２−２６２４１１号公報（特許文献１）には、電動ゴルフカー等の電動車について、降坂走行の際には傾斜角度が大きくなるほど回生制動の制動力が大きくなり、電気的制動力と機械的制動力とを合わせた全体の制動力の駆動輪にかかる割合が増大し、駆動輪がロックしてスリップするおそれを回避するための速度制御装置の構成が開示されている。具体的には、特許文献１に開示された電動車の速度制御装置は、走行路の勾配が予め設定されたしきい値より大きい場合には、メインモータの回生制動による車輪制動力を制限して、ロックによる車輪のスリップを防止して走行安定性の向上を図るものである。

また、国際公開第９７／１０９６６号パンフレット（特許文献２）にも、降坂走行時の車輪ロックを回避して車両の走行安定性を保持するために、勾配状態に応じて電動機の回生制動力を制御するように構成された電気式車両の回生制動制御装置が開示されている。特に、特許文献２では、下り勾配の場合には回生制動力を平坦路と同様な状態に保持することにより、車輪ロックを回避して走行安定性を保持し得ることが開示されている。

また、特開２０００−３２６０２号公報（特許文献３）、特開２００２−３６９５７８号公報（特許文献４）、および特開２００５−２６３０６１号（特許文献５）には、電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両において、電動機の温度上昇時には回生発電を制限する制御構成が開示されている。
特開２００２−２６２４１１号公報 国際公開第９７／１０９６６号パンフレット 特開２０００−３２６０２号公報 特開２００２−３６９５７８号公報 特開２００５−２６３０６１号

電動車両では、降坂走行時には、運転者のブレーキ操作に応答して電動発電機による回生発電を行なって、回生制動力を発生させることが一般に行なわれている。しかしながら、車両駆動力を発生する力行時のみならず、回生時の回生発電によっても電動発電機の温度（以下、モータ温度とも称する）は、主にコイル巻線での発熱により上昇する。モータ温度が上昇すると、電流量すなわち出力トルクの制限が必要となるため、電動発電機により発生できる車両駆動力が制限されることとなる。

したがって、特許文献１，２に開示されるような回生制限を行なっても、比較的勾配が緩い下り坂が連続する場合には、継続的な回生発電によりモータ温度が上昇し、降坂走行
後の登坂走行や平坦路走行時に電動発電機の出力（力行）トルクが制限されて、動力性能を十分に発揮できない可能性がある。特に、山岳路のように、降坂走行および登坂走行を交互に行なうような走行パターンにおいて、この問題が懸念される。

また、特許文献３〜５に開示された、車両駆動力を発生する電動機（モータジェネレータ）の温度上昇時に回生発電を制限する制御構成では、モータ温度の過度の上昇は防止できるものの、上記問題に対処して、降坂走行後の平坦路走行や登坂走行に十分な車両駆動力を確保可能とする回生制御としては不十分である。

また、上記問題に仕様設計面から対処すると、電動発電機の温度上昇抑制のためには熱容量増加や冷却構造強化が必要となるため電動発電機の寸法増大化を招いてしまい、また、温度上昇時の走行性能確保のためには車両全体のローギヤ化によるトルク確保が必要となるため、高速走行時の燃費悪化を招いてしまう。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、降坂走行に引き続く平坦路走行あるいは登坂走行で十分な動力性能が発揮できるように考慮した、電車車両の降坂走行時における電動発電機の回生発電制御を行なうことである。

この発明による電動車両は、電動発電機と、電力変換装置と、走行路の勾配を検知する勾配検知部と、少なくとも運転者によるブレーキ操作に応じて回生制動動作時における電動発電機のトルク指令値を生成するための回生制御部とを備える。電動発電機は、車輪との間で回転力を相互に伝達可能に構成される。電力変換装置は、電動発電機がトルク指令値に従ったトルクを出力するように、充電可能な電源および電動発電機の間で双方向の電力変換を行なうように構成される。回生制御部は、勾配検知部により検知された路面勾配に基づき、同一のブレーキ操作に対応する降坂路走行時および平坦路走行時での回生制動動作時のトルク指令値について、降坂路走行時には平坦路走行時よりもトルク指令値の絶対値が小さくなるように継続的に制限する。

上記電動車両によれば、降坂走行時には平坦路走行時と比較して回生発電を制限して電動発電機の発熱を抑制することができる。この結果、降坂走行終了後の平坦路走行や登坂走行の際における電動発電機の出力トルクを確保して、十分な動力性能を発揮することが可能となる。特に、運転者のブレーキ操作による要求制動力が大きくなる降坂走行時における回生発電に伴う大きな温度上昇を回避できるので、電動発電機の冷却構造の簡略化による電動発電機体格の小型化、あるいは、温度上昇時の走行性能確保のための車両全体のローギヤ化を回避したハイギヤ化による高速走行時の燃費向上を図ることができ、電動発電機に関連した仕様設計を効率的にすることについても可能となる。

好ましくは、回生制御部は、制動協調制御部と、回生トルク設定部とを含む。制動協調制御部は電動車両の状態およびブレーキ操作に応じて、車両全体での要求制動パワーを算出するとともに該要求制動パワーのうちの電動発電機が分担する回生制動パワーを設定する。回生トルク設定部は、制動強調制御部によって設定された回生制動パワーに従って回生制動動作時のトルク指令値を生成する。そして、制動協調制御部は、路面勾配に基づき、同一のブレーキ操作に対応して設定される回生制動パワーを、降坂路走行時には平坦路走行時よりも低く制限する。

さらに好ましくは、回生制御部は、電源の充電状態に応じて電源の充電要求電力を設定する充電制御部をさらに含む。制動協調制御部は、充電要求電力以下の範囲内で回生制動パワーを設定する。そして、充電制御部は、路面勾配に基づき、同一の充電状態に対応し
て設定される充電要求電力を、降坂路走行時には平坦路走行時よりも低く制限する。

このような構成とすることにより、降坂走行時における制動協調制御、あるいは、充電要求制御の調整によって、降坂走行時における電動発電機の温度上昇を抑制することができる。

好ましくは、電動車両は、電動発電機の温度を取得する温度取得手段をさらに備える。そして、回生制御部は、平坦路走行時に対する降坂路走行時における回生制動動作時のトルク指令値の制限度合を電動発電機の温度に応じて設定する。

また好ましくは、回生制御部は、平坦路走行時に対する降坂路走行時における回生制動動作時のトルク指令値の制限度合を路面勾配に応じて設定する。あるいは好ましくは、回生制御部は、平坦路走行時に対する降坂路走行時における回生制動動作時のトルク指令値の制限度合をブレーキ操作に応じて設定する。

このような構成とすることにより、電動発電機の温度状態や、走行路の勾配あるいは運転者のブレーキ操作に対応させて電動発電機による回生発電を適切な度合により制限することができる。この結果、可能な範囲内で回生発電によるエネルギ回収を図った上で、電動発電機の温度上昇を防止することが可能となる。

好ましくは、この発明による電動車両では、回生制御部は、降坂路走行時には、電動発電機のトルク指令値をほぼ零に設定する。

このような構成とすることにより、降坂路走行時には電動発電機による回生発電を停止することにより、電動発電機の温度上昇を確実に防止することが可能となる。

この発明の他の局面に従う電動車両は、電動発電機と、電力変換装置と、走行路の勾配を検知する勾配検知部と、電動発電機の温度を取得する温度取得手段と、少なくとも運転者によるブレーキ操作に応じて回生制動動作時における電動発電機のトルク指令値を生成するための回生制御部とを備える。電動発電機は、車輪との間で回転力を相互に伝達可能に構成される。電力変換装置は、電動発電機がトルク指令値に従ったトルクを出力するように、充電可能な電源および電動発電機の間で双方向の電力変換を行なうように構成される。そして、回生制御部は、勾配検知部により検知された路面勾配に基づき、同一のブレーキ操作に対応する降坂路走行時および平坦路走行時での回生制動動作時のトルク指令値について、電動発電機の温度および路面勾配に応じた制限度合に従って、降坂路走行時には平坦路走行時よりもトルク指令値の絶対値が小さくなるように制限する。

上記電動車両によれば、電動発電機の温度および走行路の勾配に応じた制限度合に従って、降坂路走行時における回生発電を適切な度合で制限することができる。したがって、可能な範囲内で回生発電によるエネルギ回収を図った上で、降坂路走行時における電動発電機の温度上昇を防止することができる。

この発明による電動車両によれば、降坂走行に引き続く平坦路走行あるいは登坂走行で十分な動力性能が発揮できるように考慮して、降坂走行時における電動発電機の回生発電制御を行なうことができる。

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお以下では図中における同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰返さ
ないものとする。

図１は、本発明の実施の形態に従う電動車両の車両駆動用電動機に関連する概略構成図である。

図１を参照して、本発明の実施の形態に従う電動車両１００は、直流電圧発生部１０♯と、平滑コンデンサＣ０と、インバータ２０と、代表的にはＥＣＵ（Electronic Control
Unit）により構成される制御回路５０および制御装置８０と、モータジェネレータＭＧと、駆動軸６２と、駆動軸６２の回転に伴って回転駆動される車輪６５とを含む。駆動軸６２は、一般的には図示しない減速機等の変速機構を介して、モータジェネレータＭＧの出力軸との間で回転力を相互に伝達可能に構成される。また、車輪６５には、制動機構、代表的には油圧供給により機械的に制動力を発揮する油圧ブレーキ９０が設けられる。このような制動機構は、一般的には各車輪に設けられる。

モータジェネレータＭＧは、ハイブリッド自動車または電気自動車等の電動車両に搭載されて、力行時に車輪の駆動トルクを発生するとともに、回生時には、駆動輪６５の回転方向と反対方向の回生トルクを発生することにより、電気的な制動力（回生制動力）の発生による回生発電を行なう。すなわち、モータジェネレータＭＧは、電動機および発電機への機能を併せ持つ車両駆動用の「電動発電機」として構成される。ハイブリッド自動車では、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように構成された、別のモータジェネレータがさらに設けられてもよい。なお、電動車両１００がハイブリッド自動車である場合には、エンジン（図示せず）の出力によっても駆動軸６２を回転可能なように車両駆動系が構成される。

直流電圧発生部１０♯は、直流電源Ｂと、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、平滑コンデンサＣ１と、昇降圧コンバータ１２とを含む。直流電源Ｂとしては、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池、あるいは、電気二重層キャパシタ等の蓄電装置を適用可能である。直流電源Ｂが出力する直流電圧Ｖｂは、電圧センサ１０によって検知される。電圧センサ１０は、検出した直流電圧Ｖｂを制御回路５０へ出力する。

システムリレーＳＲ１は、直流電源Ｂの正極端子および電源ライン６の間に接続され、システムリレーＳＲ２は、直流電源Ｂの負極端子および接地ライン５の間に接続される。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御回路５０からの信号ＳＥによりオン／オフされる。より具体的には、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御回路５０からのＨ（論理ハイ）レベルの信号ＳＥによりオンされ、制御回路５０からのＬ（論理ロー）レベルの信号ＳＥによりオフされる。平滑コンデンサＣ１は、電源ライン６および接地ライン５の間に接続される。

昇降圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、電力用半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２とを含む。電力用半導体スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電源ライン７および接地ライン５の間に直列に接続される。電力用半導体スイッチング素子Ｑ１およびＱ２のオン・オフは、制御回路５０からのスイッチング制御信号Ｓ１およびＳ２によって制御される。

本発明の実施の形態において、電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」と称する）としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対しては、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２が配置されている。

リアクトルＬ１は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードと電源ライン６の間に接続される。また、平滑コンデンサＣ０は、電源ライン７および接地ライン５の間に接続される。

インバータ２０は、電源ライン７および接地ライン５の間に並列に設けられる、Ｕ相アーム２２と、Ｖ相アーム２４と、Ｗ相アーム２６とから成る。各相アームは、電源ライン７および接地ライン５の間に直列接続されたスイッチング素子から構成される。たとえば、Ｕ相アーム２２は、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２から成り、Ｖ相アーム２４は、スイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４から成り、Ｗ相アーム２６は、スイッチング素子Ｑ１５，Ｑ１６から成る。また、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６に対して、逆並列ダイオードＤ１１〜Ｄ１６がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のオン・オフは、制御回路５０からのスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６によって制御される。

各相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧの各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧは、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相コイル巻線の一端が中性点Ｎに共通接続されて構成される。さらに、各相コイル巻線の他端は、各相アーム２２，２４，２６のスイッチング素子の中間点と接続されている。

昇降圧コンバータ１２は、昇圧動作時には、直流電源Ｂから供給された直流電圧Ｖｂを昇圧した直流電圧ＶＨ（インバータ２０への入力電圧に相当）をインバータ２０へ供給する。より具体的には、制御回路５０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２に応答して、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティ比（オン期間比率）が設定され、昇圧比は、デューティ比に応じたものとなる。

また、昇降圧コンバータ１２は、降圧動作時には、平滑コンデンサＣ０を介してインバータ２０から供給された直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。より具体的には、制御回路５０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２に応答して、スイッチング素子Ｑ１のみがオンする期間と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の両方がオフする期間とが交互に設けられ、降圧比は上記オン期間のデューティ比に応じたものとなる。

平滑コンデンサＣ０は、昇降圧コンバータ１２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ２０へ供給する。電圧センサ１３は、平滑コンデンサＣ０の両端の電圧（すなわち、インバータ入力電圧）を検出し、その検出値ＶＨを制御回路５０へ出力する。

インバータ２０は、モータジェネレータＭＧのトルク指令値が正（Ｔｑｃｏｍ＞０）の場合には、制御回路５０からのスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６に応答したスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のスイッチング動作により、平滑コンデンサＣ０から供給される直流電圧を交流電圧に変換して正のトルクを出力するようにモータジェネレータＭＧを駆動する。また、インバータ２０は、モータジェネレータＭＧのトルク指令値が零の場合（Ｔｑｃｏｍ＝０）には、スイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６に応答したスイッチング動作により、直流電圧を交流電圧に変換してトルクが零になるようにモータジェネレータＭＧを駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧは、トルク指令値Ｔｑｃｏｍによって指定された零または正のトルクを発生するように駆動される。

さらに、電動車両１００の回生制動時には、モータジェネレータＭＧのトルク指令値Ｔｑｃｏｍは負に設定される（Ｔｑｃｏｍ＜０）。この場合には、インバータ２０は、スイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６に応答したスイッチング動作により、モータジェネレータＭＧが発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧（システム電圧）
を平滑コンデンサＣ０を介して昇降圧コンバータ１２へ供給する。

なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車の運転者によるフットブレーキ（ブレーキペダル）操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。すなわち、本発明における電動車両の「回生制動動作時」は、少なくとも運転者によるブレーキペダル操作時を含み、あるいは、ブレーキペダル操作時およびアクセルペダルのオフ時の両方を含むように定義される。

電流センサ２７は、モータジェネレータＭＧに流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流を制御回路５０へ出力する。なお、三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの瞬時値の和は零であるので、図１に示すように電流センサ２７は２相分のモータ電流（たとえば、Ｖ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗ）を検出するように配置すれば足りる。

回転角センサ（レゾルバ）２８は、モータジェネレータＭＧの図示しない回転子の回転角θを検出し、その検出した回転角θを制御回路５０へ送出する。制御回路５０では、回転角θに基づきモータジェネレータＭＧの回転数Ｎｍｔ（回転角速度ω）を算出することができる。

さらに、モータジェネレータＭＧには、温度センサ２９がさらに設けられる。一般に、温度センサ２９は、温度上昇による絶縁被覆の破壊等が懸念されるコイル巻線部位の温度を測定して、少なくとも制御装置８０へ出力するように設けられる。以下では、温度センサ２９により測定された温度をモータ温度Ｔｍｇと称する。

制御装置８０には、直流電源（バッテリ）Ｂの充電状態や入出力電力制限を示すバッテリ情報や、各種車両センサ信号（たとえば、車速や路面状況等の車両状態を示すセンサ検出値や、車両内の各種機器の動作状態を示すセンサ検出値）が入力される。代表的には、運転者によって操作されるブレーキペダル７０には踏力センサ７５が設けられ、踏力センサ７５は、運転者によるブレーキ操作を示すブレーキ踏力ＢＫを検知して、制御装置８０へ伝達する。

また、Ｇセンサ等で構成される勾配センサ９５からは、電動車両１００の走行路の勾配ＧＲを示す信号が制御装置８０へ入力される。あるいは、制御装置８０は、ナビゲーションシステム９８から地図上の各点（現在地および進行方向）の標高データを受けることにより、走行路の勾配を検知または予測することも可能である。すなわち、勾配センサ９５および／またはナビゲーションシステム９８は、本発明での「勾配検知部」に対応する。

制御装置８０は、車両状態および運転者によるアクセル／ブレーキ操作等に基づき、モータジェネレータＭＧのトルク指令値Ｔｑｃｏｍおよび回生指示信号ＲＧＥを発生する。なお、制御装置８０は、直流電源Ｂに関する、満充電時を１００％とした充電率（ＳＯＣ：State of Charge）や充電制限を示す入力可能電力Ｐｉｎ、放電制限を示す出力可能電力Ｐｏｕｔ等の情報に基づき、直流電源Ｂの過充電あるいは過放電が発生しない範囲内で、トルク指令値Ｔｑｃｏｍおよび回生指示信号ＲＧＥを生成する。

電動機制御用の制御回路（ＭＧ−ＥＣＵ）５０は、制御装置８０から入力されたトルク指令値Ｔｑｃｏｍ、電圧センサ１０によって検出されたバッテリ電圧Ｖｂ、電圧センサ１３によって検出されたシステム電圧ＶＨおよび電流センサ２７からのモータ電流ＭＣＲＴ、回転角センサ２８からの回転角θに基づいて、モータジェネレータＭＧがトルク指令値Ｔｑｃｏｍに従ったトルクを出力するように、昇降圧コンバータ１２およびインバータ２
０の動作を制御するスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１１〜Ｓ１６を生成する。すなわち、制御装置８０は、制御回路（ＭＧ−ＥＣＵ）５０の上位ＥＣＵに相当する。なお、図１の例では、制御回路５０および制御装置８０を別個のＥＣＵで構成したが、両者の機能を単一のＥＣＵに一体化する構成とすることも可能である。

このように、図１に示した構成では、昇降圧コンバータ１２、インバータ２０および制御回路５０により、モータジェネレータＭＧがトルク指令値Ｔｑｃｏｍに従ったトルク（正トルク、負トルクまたは零トルク）を出力するように、直流電源ＢおよびモータジェネレータＭＧ間での双方向の電力変換を行なう「電力変換装置（ＰＣＵ）」が構成される。

昇降圧コンバータ１２の昇圧動作時には、制御回路５０は、モータジェネレータＭＧの運転状態に応じてシステム電圧ＶＨの指令値を算出し、この指令値および電圧センサ１３によるシステム電圧ＶＨの検出値に基づいて、出力電圧ＶＨが電圧指令値となるようにスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。

また、制御回路５０は、電動車両１００が回生制動モードに入ったことを示す制御信号ＲＧＥを制御装置８０から受けると、トルク指令値Ｔｑｃｏｍに従った回生トルクの出力によりモータジェネレータＭＧで発電された交流電圧を直流電圧に変換するようにスイッチング制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６を生成してインバータ２０へ出力する。これにより、インバータ２０は、モータジェネレータＭＧからの回生電力を直流電圧に変換して昇降圧コンバータ１２へ供給する。

さらに、制御回路５０は、制御信号ＲＧＥに応答して、インバータ２０から供給された直流電圧を必要に応じて直流電源Ｂの充電電圧に降圧するように、スイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成し、昇降圧コンバータ１２へ出力する。このようにして、モータジェネレータＭＧからの回生電力は、直流電源Ｂの充電に用いられる。

さらに、制御回路５０は、電動車両１００の駆動システム起動／停止時に、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオン／オフするための信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。

図２は、本発明の実施の形態に従う電動車両における回生制動時におけるモータジェネレータＭＧの回生トルク設定を説明する概略ブロック図である。

図２を参照して、ハイブリッド車両の回生制動時に回生トルクのトルク指令値を設定する回生制御部１１０は、制動協調制御部１５０と、充電制御部２００とを有する。

充電制御部２００は、バッテリ情報（ＳＯＣ，Ｐｉｎ等）に基づき、直流電源Ｂによる受入電力を示す充電要求電力Ｐｃｈを設定する。制動協調制御部１５０は、運転者のブレーキ踏力ＢＫに基づき車両全体で必要とされるトータル制動力（パワー）を算出するとともに、このトータル制動力の出力についての油圧ブレーキ９０およびモータジェネレータＭＧの間での分担を制御する。

ここで、図３および図４により、電動車両１００がハイブリッド車両である場合における制動協調制御の例について説明する。

図３に示すように、電動車両（ハイブリッド車両）１００では、油圧ブレーキ９０によって発生される機械的制動力と、モータジェネレータＭＧによる回生トルクにより発生される電気的制動力（回生制動力）との組合せにより、トータル制動力が協調的に確保される。これにより、減速時の車両エネルギを回収した直流電源Ｂの充電電力の発生および制
動力の確保が車両運転性を損なわないように設定される。

図４には、ハイブリッド車両における各車速領域での油圧制動および回生制動の協調制御例の例が示される。図４（ａ）〜（ｄ）に共通に示されるように、基本的には、車両全体で要求されるトータル制動パワーＰｔは、ブレーキ踏力ＢＫの増加に従って比例的に増加する。

図４（ａ），（ｂ）に示したエンジン駆動を伴う高速時および低・中速時には、エンジンブレーキによる制動パワーＰｅｇ、モータジェネレータＭＧによる回生制動パワーＰｍｇおよび油圧ブレーキによって発生される油圧制動パワーＰｏｌの和によって、トータル制動パワーＰｔが確保される。具体的には、エンジンブレーキによる制動パワーＰｅｇが一定的に確保された上で、回生制動パワーＰｍｇは、ブレーキ踏力の増加に応じて所定レベルまで増加される。そして、エンジンブレーキおよび回生制動によるトータル制動パワーの不足分については、油圧ブレーキ９０によって確保される。

また、図４（ｃ）に示したエンジン停止の低・中速時には、図４（ｂ）と同様に回生制動パワーＰｍｇを設定するとともに、回生制動によるトータル制動パワーの不足分については、油圧ブレーキ９０によって確保される。さらに、図４（ｄ）に示した、モータジェネレータＭＧのみにより車両駆動力が発生される極低速時には、基本的には、油圧ブレーキ９０のみによりトータル制動パワーが確保される。

なお、図４（ａ）〜（ｄ）では、ブレーキ踏力＝０のとき回生制動パワーＰｍｇ＝０としているが、アクセルペダルのオフに伴い、ブレーキ踏力＝０であってもエンジンブレーキ的に所定量の回生制動パワーを発生させて、車両を減速あるいは加速を中止させることとしてもよい。

再び、図２を参照して、回生制御部１１０は、回生制動時のモータジェネレータＭＧによる回生発電（回生制動）を適切に制御するように回生トルクの指令値Ｔｑｃｏｍ（一般的には負値）を設定する。特に、制動協調制御部１５０は、回生制動に伴う回生電力を充電制御部２００によって設定された充電要求電力Ｐｃｈ以下の範囲内に制限して、モータジェネレータＭＧによる制動パワー（回生制動パワー）の分担を決定する。回生制御部１１０は、この回生制動パワーの出力に必要な回生トルクに従い、回生制動時におけるトルク指令値Ｔｑｃｏｍを設定する。トルク指令値Ｔｑｃｏｍは制御回路（ＭＧ−ＥＣＵ）５０へ伝達され、ＭＧ−ＥＣＵ５０は、図１で説明したような制御構成に従い、トルク指令値Ｔｑｃｏｍに従った回生トルクをモータジェネレータＭＧが発生するように、コンバータ１２およびインバータ２０のスイッチング動作を制御する。

さらに、回生制御部１１０は、トータル制動パワーが電動車両１００全体で確保されるように、トータル制動パワーと回生制動パワーとの差分に相当する、油圧ブレーキ９０に要求する油圧制動パワーを油圧制御部１２０へ指示する。油圧制御部１２０は、要求された油圧制動パワーを油圧ブレーキ９０が発生するように、各油圧ブレーキ９０への供給油圧を制御する。そして各油圧ブレーキ９０は、油圧制御部１２０に設定された油圧に従った制動力を出力する。なお、各車輪に設けられた油圧ブレーキ９０の制動力は減速時における車両走行性が快適に維持されるように適宜独立に制御され得る。

図５は、この発明の実施の形態による回生制御部の構成をさらに詳細に説明するブロック図である。図５に示される各ブロックは、制御装置８０によりソフトウェアあるいはハードウェア的に実現される。

図５を参照して、回生制御部１１０は、制動協調制御部１５０と、充電制御部２００と
、降坂判定部２５０と、回生トルク設定部２６０とを含む。

降坂判定部２５０は、勾配センサ９５によって検知された走行路の勾配ＧＲおよび／またはナビゲーションシステム９８からのマップ情報に基づいて、電動車両１００が降坂中であるかどうかを判定する。降坂判定部２５０による判定結果を示す降坂走行フラグＦｄｓは、電動車両１００の降坂走行中には継続的にオンされ、それ以外のときにはオフされる。

充電制御部２００は、バッテリ情報（ＳＯＣ，Ｐｉｎ）に応じて、直流電源Ｂの受入れ可能な充電電力に応じて充電要求電力Ｐｃｈを設定する。なお、直流電源Ｂが十分に充電され、あるいは高温状態となって、充電が禁止される場合にはＰｃｈ＝０に設定される。

制動協調制御部１５０は、必要制動パワー算出部１６０と、制動パワー分配部１７０とを含む。必要制動パワー算出部１６０は、ブレーキ踏力ＢＫおよび車速等を示す各種センサ出力に基づき、電動車両１００全体で必要とされるトータル制動パワーＰｔを算出する。制動パワー分配部１７０は、たとえば、図４に例示した車速に応じた協調制御方式に従い、充電制御部２００によって設定された充電要求電力Ｐｃｈ以下の範囲内で回生制動パワーＰｍｇを設定するとともに、残りの制動パワー（Ｐｔ−Ｐｍｇ−Ｐｅｇ）に従い油圧制動パワーＰｏｌを設定する。図２に示したように、油圧制御部１２０により油圧制動パワーＰｏｌに従って各油圧ブレーキ９０への供給油圧が制御される。

この際に、制動パワー分配部１７０は、降坂走行フラグＦｄｓのオン時には、平坦路走行時を含む降坂走行フラグＦｄｓのオフ時と比較して回生制動パワーを制限する。すなわち、同一のトータル制動パワーＰｔおよび車両状況（車速等）等において、降坂走行フラグＦｄｓのオン時に設定される回生制動パワーＰｍｇ♯は、降坂走行フラグＦｄｓのオフ時に設定される回生制動パワーＰｍｇよりも低い値とされる（すなわち、Ｐｍｇ♯＜Ｐｍｇ）。

なお、充電制御部２００により、降坂走行フラグＦｄｓのオン時には、平坦路走行時と比較して充電要求電力を制限することによっても、降坂走行時における回生制動パワーＰｍｇを制限することが可能である。すなわち、充電制御部２００が、直流電源Ｂの同様の状態（同一のＳＯＣまたはＰｉｎ）に対応して、降坂走行時に設定される充電要求電力Ｐｃｈ♯を、平坦路走行時を含むその他の場合における充電要求電力Ｐｃｈと比較して低い値に設定するように（すなわち、Ｐｃｈ♯＜Ｐｃｈ）構成すれば、制動パワー分配部１７０によりＰｍｇ♯＝Ｐｃｈ♯に設定される。これにより、降坂走行フラグＦｄｓのオン時に設定される回生制動パワーＰｍｇ♯を、降坂走行フラグＦｄｓのオフ時に設定される回生制動パワーＰｍｇよりも低い値（Ｐｍｇ♯＜Ｐｍｇ）に制限することができる。

回生トルク設定部２６０は、制動パワー分配部１７０により設定された回生制動パワーＰｍｇまたはＰｍｇ♯に従い、モータジェネレータＭＧのトルク指令値Ｔｑｃｏｍを設定する。これにより、回生制動パワーＰｍｇまたはＰｍｇ♯に見合った回生制動力が得られるようにモータジェネレータＭＧの回生トルクが発生される。すなわち、降坂走行フラグＦｄｓのオン時には回生制動パワーＰｍｇ♯に従って回生トルクが設定される一方で、降坂走行フラグＦｄｓのオフ時には回生制動パワーＰｍｇに従って回生トルクＴｑｃｏｍが設定される。

なお、降坂走行時には回生トルクの発生を継続的に禁止するように、すなわち回生制動パワーＰｍｇ♯＝０となるように設定すれば、降坂走行時におけるモータジェネレータＭＧの発熱を確実に抑制できる。

あるいは、図６〜図８に示すように、降坂走行時の諸条件に基づき、回生制動パワーの制限度合（Ｐｍｇ−Ｐｍｇ♯の制限量、あるいは、（Ｐｍｇ−Ｐｍｇ♯）／Ｐｍｇで示される制限率）、すなわち降坂走行時における回生トルクの制限度合を可変に設定してもよい。

図６には、モータ温度Ｔｍｇの上昇に応じて回生トルクの制限度合を高める制御例が示される。この場合には、少なくともモータ温度Ｔｍｇ＝限界温度Ｔｌｍｔにおいて、好ましくは、限界温度Ｔｌｍｔより低い温度範囲から、制限度合を最大にして、回生禁止、すなわちＴｑｃｏｍ＝０へ制限する。

また、図７に示すようにブレーキ踏力ＢＫの増大に従って、あるいは、図８に示すように路面勾配（降坂）が大きくなるのに従って、回生トルクの制限度合を高めることにより、回生制動パワーの要求が高く、回生トルクを制限しなければ大きな回生トルクが発生されてモータジェネレータＭＧの温度上昇が懸念される状況において、モータジェネレータＭＧの温度上昇を抑制することが可能となる。

図９は、本発明の実施の形態に従う電動車両におけるモータジェネレータＭＧの回生トルク設定の手順を説明するフローチャートである。図９に示した制御処理手順は、たとえば制御装置（ＥＣＵ）８０に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することにより実現できる。

図９を参照して、制御装置８０は、ステップＳ１００により、ブレーキ踏力、車両状況等より電動車両１００全体で必要とされるトータル制動パワーＰｔを算出する。すなわちステップＳ１００での処理は、図５における必要制動パワー算出部１６０の機能に相当する。

さらに制御装置８０は、ステップＳ１２０により、勾配センサ９５の出力および／またはナビゲーションシステム９８からのマップ情報に基づいて、電動車両１００が降坂走行中であるかどうかを判定する。すなわち、ステップＳ１２０での処理は、図５に示した降坂判定部２５０の機能に相当する。

制御装置８０は、降坂走行中でない場合（Ｓ１２０のＮＯ判定時）には、ステップＳ１４０によりバッテリ情報等に応じて通常時の充電要求電力Ｐｃｈを設定し、さらに、ステップＳ１６０により車速、充電要求電力Ｐｃｈ等に応じて、トータル制動パワーＰｔのうちの、モータジェネレータＭＧによる分担分である回生制動パワーＰｍｇを設定する。このとき、回生制動パワーＰｍｇは、Ｐｍｇ≦Ｐｃｈの範囲内で設定される。そして制御装置８０は、ステップＳ１８０により、ステップＳ１６０で設定された回生制動パワーＰｍｇに従ってトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（すなわち回生トルク指令）を設定する。

一方、降坂走行中（ステップＳ１２０のＹＥＳ判定時）には、制御装置８０は、ステップＳ２００により、バッテリ情報等に応じて降坂制限時の充電要求電力Ｐｃｈ♯を設定する。すなわち、同一のバッテリ状態に対応して、ステップＳ２００により設定される充電要求電力Ｐｃｈ♯は、ステップＳ１４０により設定される充電要求電力Ｐｃｈよりも低くなる（Ｐｃｈ♯＜Ｐｃｈ）。

さらに、制御装置８０は、ステップＳ２２０により、車速、充電要求電力等に応じて降坂制限時における回生制動パワーＰｍｇ♯を設定する。すなわち、同一条件下で設定される回生制動パワーは、ステップＳ２２０により設定される回生制動パワーＰｍｇ♯の方が、ステップＳ１６０により設定される回生制動パワーＰｍｇよりも低くなる（Ｐｍｇ♯＜Ｐｍｇ）。

ここで、図６〜図８で説明したように、充電要求電力および回生制動パワーの制限度合（制限量あるいは制限率）は、モータ温度、降坂勾配およびブレーキ踏力に応じて可変設定される。あるいは、回生トルクの発生を禁止して確実にモータ温度の上昇を回避するために、Ｐｃｈ♯＝０と設定してもよい。

さらに、制御装置８０は、ステップＳ２４０により、ステップＳ２２０で設定された回生制動パワーＰｍｇ♯に従いトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（回生トルク指令）を設定する。

すなわち、ステップＳ１４０およびＳ２００による処理は図５に示した充電制御部２００の機能に相当し、ステップＳ１６０およびステップＳ２２０による処理は図５に示す制動パワー分配部１７０の機能に相当し、ステップＳ１８０およびＳ２４０による処理は図５に示した回生トルク設定部２６０の機能に相当する。なお、ステップＳ２００による充電要求電力の制限（Ｐｃｈに代えてＰｃｈ♯を設定）については非実行としても、ステップＳ２００により降坂走行時の回生制動パワーを制限（Ｐｍｇに代えてＰｍｇ♯を設定）することが可能である。

図１０には、本発明の実施の形態に従う電動車両におけるトルク指令値設定の一例を示す波形図が示される。

図１０を参照して、平坦路走行−登坂走行−平坦路走行−降坂走行−平坦路走行が順次実行される走行パターンＲＰＴに従って、トルク指令値Ｔｑｃｏｍが適時設定される。図１０の例では、説明を簡略化するため平坦路走行時におけるモータジェネレータＭＧのトルク指令値＝０としている。

トルク指令値Ｔｑｃｏｍは、登坂走行時には正方向に上昇し、車両駆動力を発生する。これに伴いモータジェネレータＭＧの温度Ｔｍｇが上昇する。そして、降坂走行中には、特段の制限を設けることなく、平坦路走行時と同様にブレーキ操作に応じて回生トルク設定する通常設定によれば、回生制動力発生のための回生トルクを出力するように負方向にトルク指令値Ｔｑｃｏｍが増大する。これに伴う回生トルクの発生により、モータ温度Ｔｍｇが上昇する。降坂走行が終了すると、再びトルク指令値Ｔｑｃｏｍ＝０に設定される。

降坂走行後、さらに登坂走行のためにトルク出力（正方向）が要求される場面を想定すると、降坂走行時のモータ温度Ｔｍｇ上昇により、このような場面でモータ温度Ｔｍｇがトルク制限の必要な領域に達することにより力行トルクを十分に発生することができなくなって、モータジェネレータＭＧによる車両駆動力の確保が困難となる可能性がある。このような状況が発生すると、ハイブリッド自動車では低効率の領域でのエンジン駆動が必要となって燃費が悪化する他、電気自動車では、車両駆動力の確保が困難となる。

これに対して、本発明の実施の形態による回生トルクの設定によれば、降坂走行中におけるトルク指令値Ｔｑｃｏｍ♯は、運転者によるブレーキ操作に対して、通常時よりも回生トルクの絶対値が小さくなるように継続的に制限されるので、モータ温度Ｔｍｇ♯の上昇も緩やかとなる。この結果、降坂走行終了時でのモータ温度上昇を防止でき、その後の走行において、モータジェネレータＭＧのトルク制限によりモータジェネレータＭＧによる車両駆動力の確保が困難となるような状況を防止することが可能となる。

このように本発明の実施の形態による電動車両では、降坂走行時における回生トルクの出力を制限あるいは禁止（Ｔｑｃｏｍ♯＝０）することにより、降坂走行時におけるモータ温度の上昇を抑制することができる。この結果、降坂走行終了後の平坦路走行や登坂走
行の際におけるモータジェネレータＭＧの出力トルクを確保して、十分な動力性能を発揮することが可能となる。

また、降坂走行時における回生トルクの制限について、モータ温度、降坂勾配、あるいはブレーキ操作に応じて制限度合を可変に設定することにより、降坂路走行時における回生発電を適切な度合で制限することができる。この結果、可能な範囲内で回生発電によるエネルギ回収を図った上で、降坂路走行時におけるモータジェネレータＭＧの温度上昇を防止することができる。

特に、運転者のブレーキ操作による要求制動力が大きくなる傾向にあり、回生電力が高くすなわちモータ温度上昇が顕著となる降坂走行時における回生発電を抑制あるいは中止して、回生発電については平坦路走行時の減速エネルギ回収に焦点を当てる設計とすることにより、モータジェネレータＭＧの温度上昇抑制のための仕様が緩和される。この結果、モータジェネレータＭＧの冷却構造の簡略化による体格の小型化を図ることが可能となり、さらには、温度上昇下での走行性能確保のための車両全体のローギヤ化を回避できるので、ハイギヤ化によって高速走行時の燃費向上を図ることも可能となる。このように、本発明の実施の形態による電動車両ではモータジェネレータＭＧに関連した仕様設計を効率的なものとすることが可能となる。

なお、本発明の適用はハイブリッド車両および電気自動車のみに限定されるものではなく、力行トルクの発生により車両駆動力を発生し、かつ回生トルクの発生により回生発電を実行するように構成された電動発電機（モータジェネレータ）を搭載した電動車両であれば、本発明を共通に適用することが可能である点について、確認的に記載しておく。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。

本発明の実施の形態に従う電動車両の車両駆動用電動機に関連する概略構成図である。 本発明の実施の形態に従う電動車両における回生制動時におけるモータジェネレータの回生トルク設定を説明する概略ブロック図である。 本発明の実施の形態に従う電動車両の一例であるハイブリッド車両における制動協調制御の例を示す概念図である。 ハイブリッド車両における各車速での油圧制動および回生制動の協調制御例の例を示す概念図である。 図２に示した回生制御部の構成をさらに詳細に説明するブロック図である。 モータ温度に対する回生トルクの制限度合の設定例を説明する概念図である。 ブレーキ踏力に対する回生トルクの制限度合の設定例を説明する概念図である。 降坂勾配に対する回生トルクの制限度合の設定例を説明する概念図である。 本発明の実施の形態に従う電動車両におけるモータジェネレータＭＧの回生トルク設定の手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に従う電動車両におけるトルク指令値設定の一例を示す波形図である。

符号の説明

５ 接地ライン、６，７ 電源ライン、１０，１３ 電圧センサ、１０♯ 直流電圧発生部、１２ コンバータ、２０ インバータ、２２，２４，２６ 各相アーム、２７ 電流センサ、２８ 回転角センサ、２９ 温度センサ、５０ 制御回路（ＭＧ−ＥＣＵ）、６２ 駆動軸、６５ 車輪（駆動輪）、７０ ブレーキペダル、７５ 踏力センサ、８０
制御装置（上位ＥＣＵ）、９０ 油圧ブレーキ、９５ 勾配センサ、９８ ナビゲーションシステム、１００ 電動車両、１１０ 回生制御部、１２０ 油圧制御部、１５０ 制動協調制御部、１６０ 必要制動パワー算出部、１７０ 制動パワー分配部、２００ 充電制御部、２５０ 降坂判定部、２６０ 回生トルク設定部、Ｂ 直流電源、ＢＫ ブレーキ踏力、Ｃ０，Ｃ１ 平滑コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１〜Ｄ１６ 逆並列ダイオード、Ｆｄｓ 降坂走行フラグ、ＧＲ 勾配、Ｌ１ リアクトル、ＭＣＲＴ モータ電流、ＭＧ モータジェネレータ、Ｎ 中性点、Ｐｃｈ 充電要求電力、Ｐｅｇ 制動パワー、Ｐｉｎ 入力（充電）可能電力、Ｐｍｇ 回生制動パワー、Ｐｏｌ 油圧制動パワー、Ｐｔ トータル制動パワー、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１１〜Ｑ１６ 電力用半導体スイッチング素子、ＲＧＥ 回生指示信号、ＲＰＴ 走行パターン、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１１〜Ｓ１６ スイッチング制御信号、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー、Ｔｌｍｔ 限界温度、Ｔｍｇ モータ温度、Ｔｑｃｏｍ トルク指令値、Ｖｂ，ＶＨ 直流電圧、θ 回転角。

Claims (3)

1. 車輪との間で回転力を相互に伝達可能に構成された電動発電機と、
   前記電動発電機がトルク指令値に従ったトルクを出力するように、充電可能な電源および前記電動発電機の間で双方向の電力変換を行なうための電力変換装置と、
   走行路の勾配を検知する勾配検知部と、
   少なくとも運転者によるブレーキ操作に応じて、回生制動動作時における前記電動発電機のトルク指令値を生成するための回生制御部とを備え、
   前記回生制御部は、前記勾配検知部により検知された路面勾配に基づき、降坂路走行時には、前記電動発電機の前記トルク指令値をほぼ零に設定する、電動車両。
2. 前記回生制御部は、
   前記電動車両の状態および前記ブレーキ操作に応じて、車両全体での要求制動パワーを算出するとともに該要求制動パワーのうちの前記電動発電機が分担する回生制動パワーを設定する制動協調制御部と、
   前記制動協調制御部によって設定された前記回生制動パワーに従って前記回生制動動作時のトルク指令値を生成する回生トルク設定部とを含み、
   前記制動協調制御部は、前記路面勾配に基づき、前記降坂路走行時には、前記回生制動パワーをほぼ零に設定する、請求項１記載の電動車両。
3. 前記回生制御部は、前記電源の充電状態に応じて前記電源の充電要求電力を設定する充電制御部をさらに含み、
   前記制動協調制御部は、前記充電要求電力以下の範囲内で前記回生制動パワーを設定し、
   前記充電制御部は、前記路面勾配に基づき、前記降坂路走行時には、前記充電要求電力をほぼ零に設定する、請求項２記載の電動車両。

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