JP4581308B2 - 電気自動車の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の駆動源としてモータジェネレータを備えた電気自動車（ハイブリッド車両も含む）の制御装置に関し、詳しくは、モータジェネレータの回生制動力の制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、モータの駆動力により走行する電気自動車（狭義の電気自動車）や、駆動源としてモータとエンジンを併用するハイブリッド車が実用化されている（以下、狭義の電気自動車とハイブリッド車を総称して電気自動車（広義の電気自動車）と呼ぶ）。これらの電気自動車は、通常、駆動源であるモータとしてモータジェネレータ（電動機兼発電機）を備えている。そして、運転者のブレーキペダル操作によりモータジェネレータを回生作動させ、車両に制動力を与えながらエネルギ効率の向上を図るとともに、運転者の要求するブレーキ力が得られるように機械ブレーキも併用して作動させている。
【０００３】
しかしながら、このように複数の制動手段を制御する場合、モータジェネレータの回生制動力については応答性が良好であり、目標となる制動力を精度良く得ることができるが、機械ブレーキの機械制動力に関しては、機械ブレーキの応答遅れや機械ブレーキの倍力装置であるマスタバック負圧の変化等、さらには車両毎の個体差によってばらつきが生じる可能性がある。このように機械制動力がばらつくと、機械制動力と回生制動力を加算した実制動力と運転者が要求する要求制動力とに差が生じることとなり、特に実制動力が要求制動力よりも小さい場合には、運転者によるブレーキペダルの再度の踏み込みが必要となってブレーキフィーリングを悪化させてしまうことになる。
【０００４】
このような課題に対し、特開平１−１９８２０１号に開示された技術では、目標減速度と実減速度の偏差に応じて回生制動力を制御し、機械制動力の不足を回生制動力で補うことによってブレーキフィーリングの向上を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、目標減速度と実減速度の偏差に応じて回生制動力を補正するために、減速度の不一致が生じて初めて回生制動力の制御がなされることになる。通常、運転者は減速度が所望の減速度からずれた時点でブレーキペダルを踏み込むという再操作を実施することが多いため、制動力の不足判定が遅れることにより運転者によるブレーキ再操作と回生制動力の増大制御が重複して実行される可能性があり、急激な制動力の増大を招く虞がある。
【０００６】
また、低μ路や坂路において車輪に制動力を加えた場合には車輪はロック傾向になりやすいが、上記従来技術では、目標減速度と実減速度の偏差に応じて回生制動力を補正するため、車輪のロックにより目標減速度よりも実減速度が小さくなった場合にも減速不足と判定して回生制動力を増大補正してしまい、ロックをさらに増長させてしまう虞がある。
【０００７】
つまり、上記従来技術では、ある特定の運転条件のもとでは、急激な制動力の増大やロックの増長を招いてしまい、逆にブレーキフィーリングを悪化させてしまうという課題があった。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、ブレーキフィーリングの悪化を招くことなく機械制動力のばらつきを回生制動力で補償できるようにした、電気自動車の制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の電気自動車の制御装置は、ブレーキ操作量検出手段により運転者のブレーキベダルの操作量を検出し、その検出結果に基づき回生制動力設定手段によりモータジェネレータによる目標回生制動力を設定するとともに、同様にその検出結果に基づきブレーキ液圧設定手段により機械ブレーキにおける目標ブレーキ液圧を設定する。そして、実ブレーキ液圧検出手段により機械ブレーキの実ブレーキ液圧を検出して比較手段により実ブレーキ液圧と目標ブレーキ液圧を比較し、その比較結果に基づき補正手段により目標回生制動力を補正する。また、実ブレーキ液圧が目標ブレーキ液圧以上の場合には目標回生制動力の補正を行わないようにする。
【０００９】
機械ブレーキの制動力（機械制動力）はブレーキ液圧の上昇により発生し、この機械制動力と回生制動力とが車両に作用した結果、車両に減速度が作用することから、このように実ブレーキ液圧と目標ブレーキ液圧との比較結果に基づき目標回生制動力を補正することにより、実際に車両に減速度が作用する前に機械制動力と回生制動力とのトータル制動力を運転者のブレーキベダルの操作量に応じた適正な値に補正することができる。したがって、従来のように回生制動力の増大制御の遅れによよって運転者によるブレーキペダルの再操作と回生制動力の増大補正が重複して実行されることがなく、ブレーキフィーリングの悪化を招くことがない。
【００１０】
また、上記制御装置によれば、低μ路や坂路において車輪のロックにより減速度に偏差が生じた場合でも、実ブレーキ液圧と目標ブレーキ液圧とに偏差が生じない限りは目標回生制動力の補正が行われないので、回生制動力の増大補正によってロックをさらに増長させることがなく、ブレーキフィーリングの悪化を招くことがない。
【００１１】
さらに、従来技術では、ブレーキパッドの磨耗やベーパーロック（ブレーキ液沸騰）によって機械制動力が低下した場合にも、その低下分が回生制動力で補償されてしまうため、ドライバが機械ブレーキの異常に気付かない虞や、異常に気付くのが遅れてしまう虞があるが、上記制御装置によれば、ブレーキパッドの磨耗等による機械制動力の低下は補償されないので、速やかに機械ブレーキの異常に気付くことができる。
【００１２】
実ブレーキ液圧が目標ブレーキ液圧以上の場合には十分な制動力が得ることができる一方、これを補償するように目標回生制動力を減少補正してしまうとモータジェネレータによる回生量が低下してしまう。したがって、目標回生制動力の補正は実ブレーキ液圧が目標ブレーキ液圧未満の場合とすることで、モータジェネレータによる回生量が増加する方向に回生制動力を制御することができ、エネルギ効率を向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図４は本発明の一実施形態としての電気自動車の制御装置を示すもので、ここでは、広義の電気自動車の一種であるハイブッド車に本発明の制御装置を適用した場合について示している。
【００１４】
図１の全体構成図に示すように、本実施形態にかかるハイブリッド車１の駆動系は、エンジン２，モータ３及びＣＶＴ（無段自動変速機）４を組み合わせた構成となっている。ここでは、エンジン２は一般的な内燃機関として構成され、その出力軸２ａをクラッチ５を介してＣＶＴ４の入力軸４ａに連結され、ＣＶＴ４からデフギヤ７を介して左右の駆動輪８，８へ駆動トルクを伝達できるようになっている。
【００１５】
また、モータ３は電力供給を受けると電動機として作動し、車両１の減速時等において回転駆動トルクを受けると発電機として作動しうるモータジェネレータとして構成されている。モータ３はその出力軸をＣＶＴ４の入力軸４ａと共用しており、電動機として作動したときには入力軸４ａに駆動トルクを入力してエンジン２及びＣＶＴ４を直接回転駆動し、発電機として作動したときには入力軸４ａに負の吸収トルクを入力して駆動輪８，８に制動力（回生制動力）を作用させるようになっている。なお、モータ３が発生した電力は図示しないバッテリに蓄えられるようになっており、モータ３の駆動トルクが必要とされる場合にはバッテリに蓄えられた電力がモータ３へ供給されるようになっている。
【００１６】
駆動輪８，８と従動輪９，９には、それぞれ油圧式のホイールブレーキ（機械ブレーキ）１０が付設されている。各ホイールブレーキ１０は油圧配管によりマスターシリンダ１１に接続されており、ブレーキペダル６の操作量に応じてマスターシリンダ１１から各ホイールブレーキ１０に圧油（ブレーキ液）が供給されるようになっている。各ホイールブレーキ１０は、マスターシリンダ１１から供給されたブレーキ液の液圧（ブレーキ液圧）に応じた制動力（機械制動力）を駆動輪８，８及び従動輪９，９に作用させるようになっている。
【００１７】
一方、車室内には、図示しない入出力装置，制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等），中央処理装置（ＣＰＵ）及びカウンタ等を備えた制御装置としてのコントローラ（ＥＣＵ）２０が設置されている。コントローラ２０の入力側には、ブレーキペダル６のストローク（ＢＰＳ）を検出するＢＰＳセンサ（ブレーキ操作量検出手段）２１、マスターシリンダ１１から各ホイールブレーキ１０に供給されるブレーキ液のブレーキ液圧を検出するブレーキ液圧センサ（実ブレーキ液圧検出手段）２２、モータ３の出力軸（ＣＶＴ４の入力軸）４ａのアウトプット回転速度（Ｎ_O）を検出する回転速度センサ２３等の各種センサが接続されている。コントローラ２０は、ドライバによるブレーキペダル操作時には、これらセンサ２１〜２３からの検出情報に基づいてモータ３の回生制動力を制御している。
【００１８】
以下、図２、図３を用いて、コントローラ２０によって行われるモータ３の回生制動力の制御について説明する。
図２の機能ブロック図に示すように、コントローラ２０は、基本モータトルク算出部２１０とモータトルク補正部２００に大別される。
まず、基本モータトルク算出部２１０は、本発明にかかる回生制動力設定手段に相当しており、ＢＰＳとアウトプット回転速度に応じた回生時モータトルクの基本値（目標回生制動力に対応）を算出する機能を有している。基本モータトルク算出部２１０は、回生発電トルクマップ検索部２１１、制動発電トルクマップ検索部２１３、乗算部２１２、２１４、加算部２１５及び下限リミッタ２１６から構成されている。
【００１９】
回生発電トルクマップ検索部２１１は、回転速度センサ２３で検出されたアウトプット回転速度に応じた回生発電トルクを回生発電トルクマップから検索する機能を有している。回生発電トルクマップは、モータ３による回生発電用の吸収トルク（回生発電トルク）を設定するためのマップである。モータ３の回生効率は回生発電トルクとアウトプット回転速度により決まり、アウトプット回転速度が異なれば高回生効率を与える回生発電トルクも異なるので、回生発電トルクマップには、モータ３の回生効率を高く維持するためのアウトプット回転速度と回生発電トルクの設定値との関係が記憶されている。
【００２０】
制動発電トルクマップ検索部２１３は、ＢＰＳセンサ２１で検出されたＢＰＳに応じた制動発電トルクを制動発電トルクマップから検索する機能を有している。制動発電トルクマップは、モータ３による制動発電用の吸収トルク（制動発電トルク）を設定するためのマップである。上記の回生発電トルクも制動力として作用するが、回生発電トルクはアウトプット回転速度に応じて決まるものであってドライバのブレーキ操作を反映しない。そこで、回生発電トルクとは別に、ブレーキペダル６の操作量に応じた制動発電トルクを付与することによって、ドライバの意図したような制動力が得られるようにしている。
【００２１】
制動発電トルクマップ検索部２１３で検索された制動発電トルクは、乗算部２１４においてＮ_O依存ゲインの乗算によりアウトプット回転速度に応じた補正が施される。Ｎ_O依存ゲインはブレーキフィーリングを良くするためのゲインであり、アウトプット回転速度が高いほど大きくなるように設定されている。Ｎ_O依存ゲインが乗算された制動発電トルクは、さらに加算部２１５において回生発電トルクマップ検索部２１１で検索された回生発電トルクに加算される。なお、ここで加算される回生発電トルクは、乗算部２１２でのバッテリ温度補正ゲインの乗算によってバッテリ温度に応じた補正が施されたものである。こうして得られたモータトルク（負の吸収トルク）を下限リミッタ２１６によってバッテリが受け入れ可能な範囲内に規制した後、モータ３への指令信号に変換して出力することによって、目標とする回生制動力が得られることになる。
【００２２】
一方、モータトルク補正部２００は、本発明にかかる補正手段に相当しており、基本モータトルク算出部２１０で算出される回生時モータトルクを機械制動力の不足に応じて補正する機能を有している。モータトルク補正部２００は、理想ブレーキ液圧マップ検索部２０１、比較部２０２、出力切換スイッチ２０３、乗算部２０４、２０５、２０６及び加算部２０７から構成されている。
【００２３】
理想ブレーキ液圧マップ検索部（ブレーキ液圧設定手段）２０１は、ＢＰＳセンサ２１で検出されたＢＰＳに応じた理想ブレーキ液圧（目標ブレーキ液圧）を理想ブレーキ液圧マップから検索する機能を有している。理想ブレーキ液圧マップは、ブレーキペダル６の操作量に対する理想のブレーキ液圧を定めたマップである。ブレーキ液圧はホイールブレーキ１０の効きに影響するので、ブレーキペダル６の操作量とブレーキ液圧との関係は常に一定であって且つ車両毎のばらつきが無いのが好ましいが、実際には車両毎に個体差があり、また、同一車両でも例えばマスターシリンダ１１の倍力装置であるマスタバック負圧が変化することもあるので、ブレーキ液圧の多少のばらつきは避けられない。本発明は、このブレーキ液圧のばらつきによる機械制動力の不足をモータ３の回生作動力で補償するようにしたものであるが、そのばらつきの程度を測るうえでの基準として、この理想ブレーキ液圧マップが用意されている。
【００２４】
比較部２０２は、理想ブレーキ液圧マップ検索部２０１で検索された理想ブレーキ液圧と、ブレーキ液圧センサ２２で検出された実際のブレーキ液圧との偏差を算出して、その偏差を不足液圧として出力する機能を有している。この不足液圧に乗算部２０４で変換係数を乗算してトルクに変換し、さらに乗算部２０５でデフギヤ７のデフ比の逆数を、また、乗算部２０６でＣＶＴ４の変速レシオの逆数を乗算することによって、ブレーキ液圧の不足による機械制動力の不足をモータ３に補償させるためのモータトルク（Ｍ／Ｇ補償トルク）が算出される。
【００２５】
なお、理想ブレーキ液圧と実ブレーキ液圧との偏差が０以下の場合、すなわち、実ブレーキ液圧が理想ブレーキ液圧以上の場合には、モータ３の回生制動力による機械制動力の補償は行わない。この場合は、理想よりも機械制動力が効きすぎることになるが、制動力が高いことに対するドライバのブレーキフィーリングの悪化は小さい反面、制動力を理想に近づけるようにモータ３の回生制動力を低下させるとモータ３によるエネルギの回生量が低下して燃費が悪化してしまうためである。このため、出力切換スイッチ２０３は、理想ブレーキ液圧と実ブレーキ液圧との偏差が正の場合には、その偏差を不足液圧として乗算部２０４に出力し、偏差が０以下の場合には偏差を強制的に０にセットして乗算部２０４に出力するようにしている。
【００２６】
加算部２０７は、このようにして得られたＭ／Ｇ補償トルクを制動発電トルクマップ検索部２１３で検索された制動発電トルクに加算するようになっている。これにより、機械制動力が不足したときには、Ｍ／Ｇ補償トルクが制動発電トルクへ加算されることによるモータ３の回生制動力の増大によって機械制動力の不足が補償されることになる。
【００２７】
以上のコントローラ２０による回生制動力の制御をステップ毎に分かり易く示したのが図３のフローチャートである。まず、ステップＳ１０では、回生発電トルクマップからアウトプット回転速度に応じた回生発電トルクを決定する。ステップＳ２０では、この回生発電トルクにバッテリ温度補正ゲインを乗算することによってモータトルクＡ（Ａ＝回生発電トルク×バッテリ温度補正ゲイン）を得る。
【００２８】
ステップＳ３０では、制御発電トルクマップからＢＰＳに応じた制御発電トルクを決定する。また、ステップＳ４０では、理想ブレーキ液圧マップからＢＰＳに応じた理想ブレーキ液圧を決定する。そして、ステップＳ５０において理想ブレーキ液圧と実ブレーキ液圧との偏差、すなわち不足油圧を算出する。ステップＳ６０では算出した不足油圧が正か判定し、不足油圧が０以下の場合にはステップＳ７０で強制的に０にセットする。ステップＳ８０では、ステップＳ５０或いはステップＳ７０で得られた不足油圧にデフ比の逆数及びレシオ比の逆数を乗算してＭ／Ｇ補償トルクを算出する。そして、得られたＭ／Ｇ補償トルクをステップＳ９０においてフィルタ処理し、Ｍ／Ｇ補償トルク（Ｍ／Ｇ補償トルクの波形信号）からノイズ成分を除去する。
【００２９】
次に、ステップＳ１００では、ステップＳ３０で決定した制動発電トルクにステップＳ９０でフィルタ処理したＭ／Ｇ補償トルクを加算する。そして、ステップＳ１１０では、得られたモータトルクＢ（Ｂ＝制動発電トルク＋Ｍ／Ｇ補償トルク）を所定値で下限制限する。この下限制限は過充電によるバッテリの破損を防止するための処置である。また、ステップＳ１２０では、アウトプット回転速度よりＮ_O依存ゲインを決定する。そして、ステップＳ１３０において、ステップＳ１１０で下限制限したモータトルクＢにＮ_O依存ゲインを乗算し、モータトルクＣ（Ｃ＝Ｂ×Ｎ_O依存ゲイン）を算出する。
【００３０】
ステップＳ１４０では、ステップＳ１３０で算出したモータトルクＣにステップＳ２０で算出したモータトルクＡを加算して、新にモータトルクＤ（Ｄ＝Ｃ＋Ａ）を算出する。そして、ステップＳ１５０において、モータトルクＤをバッテリ受入可能トルクで下限制限することにより、最終的な回生時モータトルク（補正後の目標回生制動力に対応）が算出される。この最終の回生時モータトルクをモータ３に出力することによって、ブレーキ液圧の不足による機械制動力の低下を補償した回生制動力が得られることになる。
【００３１】
以上のように、本発明の一実施形態としての制御装置によれば、ブレーキ液圧の不足により機械制動力が低下した場合には、実ブレーキ液圧と理想ブレーキ液圧との偏差に基づき設定されたＭ／Ｇ補償トルクがＢＰＳに応じた制動発電トルクへ加算されるので、モータ３の回生制動力の増大によって機械制動力の不足を補償することができ、ブレーキフィーリングの低下を防止することができる。
【００３２】
また、ホイールブレーキ１０の機械制動力はブレーキ液圧の上昇により発生し、機械制動力と回生制動力とが車両１に作用した結果、車両１に減速度が作用することから、実ブレーキ液圧と理想ブレーキ液圧との偏差に基づき目標回生制動力に対応する回生時モータトルクを補正することで、実際に車両１に減速度が作用する前に機械制動力と回生制動力とのトータル制動力をＢＰＳに応じた適正な値にすることができる。その結果、制御の遅れによって運転者によるブレーキペダル６の再操作と回生制動力の増大補正が重複して実行されることがなく、ブレーキフィーリングの悪化を招くことはない。
【００３３】
また、本制御装置によれば、低μ路や坂路において車輪８，８，９，９のロックにより減速度に偏差が生じた場合でも、実ブレーキ液圧と理想ブレーキ液圧とに偏差が生じない限りは回生時モータトルクの補正が行われないので、回生作動力の増大によってロックをさらに増長させてしまうことがなく、ブレーキフィーリングの悪化を招くことはない。
【００３４】
さらに、本制御装置によれば、ホイールブレーキ１０のブレーキパッドの磨耗やベーパーロックによる機械制動力の低下は回生制動力により補償されないので、ドライバはブレーキフィーリングの悪化により速やかにホイールブレーキ１０の異常に気付くことができる。
また、図４は、ＢＰＳの変化や車速の変化が同一の条件において、ブレーキ液圧が正常な場合（破線で示す）とブレーキ液圧が不足している場合（実線で示す）とで要求されるモータトルクを比較実験した結果であるが、この比較結果からも明らかなように、本制御装置によれば、ブレーキ液圧の不足を利用してモータ３による回生量を増やすことができ、燃費を向上させることができる。また、本制御装置は、実ブレーキ液圧が理想ブレーキ液圧よりも低い場合にのみ回生制動力による補償を行い、実ブレーキ液圧が理想ブレーキ液圧以上の場合には回生制動力による補償を行わないので、モータ３の回生量を低下させてしまうことがない。
【００３５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施しうるものである。
また、上述の実施形態では本発明をいわゆるパラレル式のハイブリッド車に適用しているが、シリーズ式等他の形式のハイブリッド車は勿論、動力源としてモータのみを備えた狭義の電気自動車にも適用可能なことは言うまでもない。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の電気自動車の制御装置によれば、実ブレーキ液圧と目標ブレーキ液圧との比較結果に基づき目標回生制動力を補正することにより、ブレーキフィーリングの悪化を招くことなく機械制動力のばらつきを回生制動力で補償することができる。
【００３７】
また、実ブレーキ液圧が目標ブレーキ液圧以上の場合には目標回生制動力の補正を行わないことで、モータジェネレータによる回生量が増加する方向に回生制動力を制御することができ、エネルギ効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるハイブリッド車両の全体構成を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるコントローラの機能ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるブレーキ操作時の回生制動力の制御の流れを示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態にかかる制御装置の効果を説明するための図であり、（ａ）はブレーキ液圧が正常な場合（実線）と不足している場合（破線）とで要求されるモータトルクを比較した図であり、（ｂ）は各場合のブレーキ液圧を示す図、（ｃ）はＢＰＳを示す図、（ｄ）は車速を示す図である。
【符号の説明】
１ ハイブリッド車両
２ エンジン
３ モータ
４ ＣＶＴ
６ ブレーキペダル
７ デフギヤ
８ 駆動輪
９ 従動輪
１０ ホイールブレーキ
１１ マスターシリンダ
２０ コントローラ（制御装置）
２１ ＢＰＳセンサ
２２ ブレーキ液圧センサ
２３ アウトプット回転速度センサ
２００ モータトルク補正部
２１０ 基本モータトルク算出部

Claims (1)

1. 車両を駆動するためのモータジェネレータと、
   上記車両を制動するための機械ブレーキと、
   運転者のブレーキベダルの操作量を検出するブレーキ操作量検出手段と、
   上記ブレーキ操作量検出手段の検出結果に基づき上記モータジェネレータによる目標回生制動力を設定する回生制動力設定手段と、
   上記ブレーキ操作量検出手段の検出結果に基づき上記機械ブレーキにおける目標ブレーキ液圧を設定するブレーキ液圧設定手段と、
   上記機械ブレーキの実ブレーキ液圧を検出する実ブレーキ液圧検出手段と、
   上記実ブレーキ液圧と上記目標ブレーキ液圧を比較する比較手段と、
   上記比較手段の比較結果に基づき上記目標回生制動力を補正する補正手段とを備え、
   上記補正手段は、上記実ブレーキ液圧が上記目標ブレーキ液圧以上の場合には上記目標回生制動力の補正を行わない
   ことを特徴とする、電気自動車の制御装置。

Images