JP6484828B2 - 電動車両の速度制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、電動車両の速度制御装置に関する。

従来、電動車両の速度制御装置として、特許文献１および特許文献２の技術が知られている。

特許文献１は、上位コントローラの指示により移動する無人搬送台車を開示する。無人搬送台車では、上位コントローラからの速度指令による速度フィードバック制御を行う。また、電動機に逆回転方向のトルクを発生させる逆転ブレーキを備える。

特許文献２は、電動機とエンジンを共存させた、所謂、ハイブリッド自動車における、回生ブレーキと機械的ブレーキの協調方式を開示する。特許文献２では、運転する人のブレーキベダルの踏み量に対して、一定の規則にて回生ブレーキを働かせ、加速度センサで減速度を計測する。計測結果より、回生ブレーキのみでは制動力が不足している場合は、不足分を機械的ブレーキに振り分ける。

特開平１０−５１９０３号公報 特開平８−１６３７０７号公報

本開示は、速度指令値に対する走行速度の追従性を向上させる電動車両の速度制御装置を提供する。

本開示における電動車両の速度制御装置は、駆動輪を駆動する電動モータと、速度指令値に基づいて、前記電動モータの駆動を制御する速度制御部と、電動車両に機械的制動を付与する油圧ブレーキを制御するブレーキ制御部と、電動車両の走行速度を検出する速度検出部と、速度指令値と走行速度の差分に応じて、機械的制動の付与が必要かどうかを判定し、判定結果に基づいてブレーキ制御部の動作を制御する判定部と、を備える。

本開示は、速度指令値に対する走行速度の追従性を向上させる電動車両の速度制御装置を提供することができる。

図１は実施の形態１における電動車両の速度制御装置の一構成例を示すブロック図である。 図２は実施の形態１における速度制御装置の機械的制動を説明する図である。 図３は実施の形態１における速度制御装置の機械的制動の制御系をモデル化した図である。 図４は実施の形態１における速度制御装置のＰＤ制御を用いた機械的制動の制御系をモデル化した図である。 図５は実施の形態１における速度制御装置の走行速度制御系と機械的制動の制御系をモデル化した図である。 図６は図５を簡単化した図である。 図７は実施の形態１における速度制御装置のブレーキ制御の動作を示すフローチャートである。 図８は従来の速度制御を行った場合の速度応答例を示す図である。 図９は実施の形態１における速度制御装置の速度制御を行った場合の速度応答例を示す図である。 図１０は実施の形態２における速度制御装置のブレーキ制御の動作を示すフローチャートである。 図１１は実施の形態１において機械的制動力が不足した場合の速度応答例を示す図である。 図１２は実施の形態２における速度制御装置の速度制御を行った場合の速度応答例を示す図である。 図１３は実施の形態３における電動車両の速度制御装置の一構成例を示すブロック図である。 図１４は実施の形態３における速度制御装置のロック機構の制御を示すフローチャートである。 図１５はロック機構を備えない場合の速度制御装置の速度応答例を示す図である。

（本開示の背景）
電動車両においては、走行トルク、ブレーキトルクを加減することにより、人が運転する車両と同様に走行を制御することができる。走行トルクは、走行用の電動モータを制御することで、電動車両を加速させたり減速させたりする。また、ブレーキトルクは、電動車両の油圧ブレーキを動作させるための油圧器を操作する油圧調整部を制御することで、電動車両を減速させたり、停止させたりする。人が運転する車両においては、走行トルクはアクセルペダルの踏み方に相当し、ブレーキトルクはブレーキペダルの踏み方に相当する。

車両を減速させるために走行トルクを小さくすると、車両の慣性力により電動モータが動作し、発電機となる。発電電圧が蓄電池を充電するように構成されている場合、電動モータには減速トルクが発生する。これは一般に回生ブレーキと呼ばれている。しかし、車両が低速になると電動モータの回転速度が低下する為、発電電圧が低下して有効な制動力が得られる可能性が低くなることも、一般によく知られている。

回生ブレーキと、逆転ブレーキの両方を備え、ある速度を閾値として、閾値より高速の時は回生ブレーキ、閾値より低速の時は逆転ブレーキに切り替えて、減速時の速度指令値に対する追従性を改善する技術が知られている。しかしながら、回生ブレーキから逆転ブレーキに切り替えることにより、わずかでも衝撃が発生することが懸念され、人が乗車する車両にはそのような技術は相応しくない。また、逆転ブレーキに切り替えた後は、回生によるエネルギーの回収はできない。

そこで本開示は、回生ブレーキと油圧ブレーキを速度指令値と走行速度の差分に応じて協調動作させることにより、速度指令値に対する走行速度の追従性を向上させる電動車両の速度制御装置を提供する。

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるものであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

以下、図１〜１５を用いて、実施の形態１〜３を説明する。

（実施の形態１）
［１．構成］
［１−１．構成］
図１は実施の形態１における電動車両の速度制御装置１の一構成例を示すブロック図である。

図１に示すように、実施の形態１における速度制御装置１は、コントローラ１００と、判定部２００と、速度制御部３００と、ブレーキ制御部４００と、油圧ブレーキ５００とを備える。図１には、説明のために、減速機５１０、駆動軸６００、駆動輪６１０を図示している。

コントローラ１００は、速度指令値を制御部３１０、判定部２００に出力する。判定部２００は、コントローラ１００から出力された速度指令値と速度センサ３４０が検出した電動車両の走行速度との差分を算出する。判定部２００は、算出した差分（速度誤差）に応じて、速度指令値まで減速するには電動モータ３３０に発生する減速トルク（回生ブレーキ）の制動力のみで十分であるか、すなわち、機械的制動の付与（機械的ブレーキ）が必要かどうかを判定する。判定部２００は判定結果に応じて、ブレーキ制御部４００の動作を制御する。

速度制御部３００はコントローラ１００から出力される速度指令値に応じて電動車両の速度を制御する。速度制御部３００は、制御部３１０と、モータ駆動部３２０と、電動モータ３３０と、速度センサ３４０とを備える。制御部３１０は、コントローラ１００から出力された速度指令値と速度センサ３４０が検出した電動車両の走行速度との速度誤差を算出する。制御部３１０は速度誤差に応じて、電動モータ３３０を制御するための制御信号を生成し、モータ駆動部３２０に出力する。また、制御部３１０は、速度誤差をブレーキ制御部４００に出力する。

モータ駆動部３２０は、制御部３１０が生成した制御信号に応じて、図示しない電源から供給される電流に所定の変換を行い、所望の電流を電動モータ３３０に供給する。電動モータ３３０は、モータ駆動部３２０から供給される電流により駆動力を発生し、減速機５１０および駆動軸６００を介して、２つの駆動輪６１０に駆動力を伝達する。駆動輪６１０が駆動力により回転することで、電動車両が走行する。また、減速時には、電動モータ３３０に減速トルクが発生し、回生ブレーキが動作する。速度センサ３４０は、電動モータ３３０の回転速度を検出し、その検出結果に応じて電動車両の走行速度を検出し、制御部３１０と判定部２００に出力する。

ブレーキ制御部４００は、判定部２００の判定結果に応じて、油圧ブレーキ５００の動作を制御する。すなわち、ブレーキ制御部４００は、判定部２００の判定結果に応じて、電動車両に機械的制動を付与する。ブレーキ制御部４００は、制御部４１０と、圧力制御部４２０と、ドライバ４３０と、油圧調整部４４０と、油圧器４５０と、圧力センサ４６０とを備える。

制御部４１０は、判定部２００から出力される判定結果に応じて、圧力制御部４２０を制御する。制御部４１０は、速度制御部３００の制御部３１０から出力される速度誤差より圧力指令値を決定する。また、制御部４１０は、圧力指令値と圧力センサ４６０が測定した実際の圧力値（実圧力値）より圧力誤差を算出し、圧力制御部４２０に出力する。

圧力制御部４２０は、制御部４１０が算出した圧力誤差に応じて、油圧ブレーキ５００の制御量を算出する。ドライバ４３０は、圧力制御部４２０が算出した制御量に応じて、油圧調整部４４０を介して油圧器４５０の動作を制御する。油圧調整部４４０は、ドライバ４３０の制御に応じて回転動作を行う。油圧器４５０は、油圧調整部４４０の回転動作に応じて、油圧ブレーキ５００に駆動油圧を供給する。油圧ブレーキ５００は、電動車両に機械的制動を付与し、電動車両を減速させたり、停止させたりする。圧力センサ４６０は、実圧力値を計測して制御部４１０に出力する。

［１−２．動作］
実施の形態１における速度制御装置１は、速度センサ３４０で測定した走行速度をフィードバック制御することにより、走行速度を速度指令値に追従させる。なお、電動モータ３３０の回転速度と駆動輪６１０の回転速度は一定の関係とする。すなわち、速度制御装置１は、電動モータ３３０の回転速度を制御することで、駆動輪６１０の回転速度、つまり電動車両の走行速度を制御する。

［１−２−１．機械的制動］
図２は、実施の形態１における機械的制動を説明する図である。

図２において、油圧器４５０は、マスターシリンダ４５１と、プッシュロッド４５２と、レバー４５３と、回転軸４５４とを備える。油圧ブレーキ５００は、ブレーキパイプ５０１と、駆動輪６１０のホイール６１１内にホイールシリンダー５０２と、ブレーキドラム５０３と、ブレーキシュー５０４とを備える。

油圧調整部４４０はドライバ４３０の制御に従って回転する。油圧器４５０の回転軸４５４に取り付けられたレバー４５３は、油圧調整部４４０の回転に応じて回転し、プッシュロッド４５２を押す。プッシュロッド４５２は、マスターシリンダ４５１と呼ばれる油圧ピストンに接続されている。プッシュロッド４５２は、マスターシリンダ４５１を押すことで、マスターシリンダ４５１に油圧を発生させる。

マスターシリンダ４５１から駆動輪６１０のホイール６１１内に設けられたホイールシリンダー５０２までブレーキパイプ５０１が配管されている。ブレーキパイプ５０１内は専用のブレーキフルードで満たされており、発生した油圧はブレーキパイプ５０１の末端まで均一に伝達される。ホイールシリンダー５０２は、ブレーキパイプ５０１の油圧により、ブレーキシュー５０４を動作させる。ブレーキシュー５０４は、ブレーキドラム５０３を押すことで、駆動輪６１０に機械的制動を付与する。

［１−２−２．機械的制動の制御系のモデル化］
機械的制動の制御系を説明するために、モデル化を行う。

まず、ブレーキ動作について説明する。

図２で示すようにレバー４５３は、油圧調整部４４０の回転に応じて回転しプッシュロッド４５２を押す。回転軸４５４の中心Ｃから、プッシュロッド４５２との接続点Ｐまでの距離をＲ_ｂ［ｍ］、油圧調整部４４０（回転軸４５４）の回転角をθ_ｂ［ｒａｄ］、プッシュロッド４５２の移動量をＸ_ｂ［ｍ］とする。θ_ｂが小さいとすると、Ｘ_ｂは、（数１）で表される。

ここで、プッシュロッド４５２の移動量Ｘ_ｂとマスターシリンダ４５１により発生するブレーキ圧力Ｐ_ｂ［Ｎ／ｍ^２］は一般的に比例関係にある。従って、比例係数をａ_１とすると、ブレーキ圧力Ｐ_ｂは、（数２）で表される。

また、ブレーキ圧力Ｐ_ｂと制動力となるブレーキトルクＴ_ｂ［Ｎ・ｍ］も比例関係にある。比例係数をａ_ｂとすると、ブレーキトルクＴ_ｂは、（数３）で表される。

（数１）〜（数３）より、ブレーキトルクＴ_ｂは（数４）で表される。

（数４）に示すように、油圧調整部４４０の回転角度θ_ｂとブレーキトルクＴ_ｂは線形関係となる。また、ブレーキ圧力Ｐ_ｂは、油圧調整部４４０の回転に比例して増大し、油圧器４５０の回転を妨げる外乱トルクとなる。外乱トルクをＴ_ｄｂ［Ｎ・ｍ］とすると、外乱トルクＴ_ｄｂは、（数３）より、（数５）で表される。

（数５）に示すように、油圧調整部４４０の回転トルクＴ_ｑｂが、油圧による外乱トルクＴ_ｄｂと釣り合ったとき、油圧調整部４４０の回転角速度ω_ｂ＝０となり、油圧調整部４４０は停止する。

次に、機械的制動の制御系のモデル化を行う。

図３は、実施の形態１における機械的制動の制御系をモデル化した図である。

ここで、図３における各パラメータは、下記の通りである。

Ｐ_ｂ ^＊：ブレーキ圧力指令値［Ｎ／ｍ^２］
Ｃ_ｂ（ｓ）：圧力制御部４２０の圧力制御処理
Ｋ_ｂａ：ドライバ４３０のゲイン
Ｋ_ｂｔ：油圧調整部４４０のトルク定数
Ｊ_ｂ：油圧調整部４４０の慣性モーメント
ω_ｂ：油圧調整部４４０の回転角速度［ｒａｄ／ｓ］
θ_ｂ：油圧調整部４４０の回転角度［ｒａｄ］
図１の制御部４１０に該当する加算器４１１は、ブレーキ圧力指令値Ｐ_ｂ ^＊［Ｎ／ｍ^２］と圧力センサ４６０が測定した実圧力値から圧力誤差を算出する。図１の圧力制御部４２０に該当する演算器４２１は、圧力誤差に対してＣ_ｂ（ｓ）による演算を行う。図１のドライバ４３０に該当する演算器４３５は演算器４２１の演算結果とドライバ４３０のゲインＫ_ｂａより、電流値Ｉ_ｍｂ［Ａ］を算出する。

図１の油圧調整部４４０、油圧器４５０において、演算器４４１は、電流値Ｉ_ｍｂとトルク定数Ｋ_ｂｔより油圧調整部４４０のブレーキトルクＴ_ｑｂを算出する。加算器４４２は、ブレーキトルクＴ_ｑｂと外乱トルクＴ_ｄｂの差分を算出する。演算器４４３は、加算器４４２で算出した誤差と油圧調整部４４０の慣性モーメントＪ_ｂをラプラス変換して、油圧調整部４４０の回転角速度ω_ｂを算出する。演算器４４４は、回転角速度ω_ｂから油圧調整部４４０の回転角度θ_ｂを算出する。演算器４４５は、回転角度θ_ｂからブレーキ圧力Ｐ_ｂを算出する。ブレーキ圧力Ｐ_ｂは、（数１）、（数２）より、Ｐ_ｂ＝ａ_１・Ｒ_ｂ・θ_ｂである。演算器４４６は（数５）により、外乱トルクＴ_ｄｂを算出する。

図３より、ブレーキ圧力指令値Ｐ_ｂ ^＊からブレーキ圧力Ｐ_ｂまでの伝達関数を求めると、（数６）になる。

ここで、実圧力の応答を制御するために、（数６）の分母が（数７）となるようなＣ_ｂ（ｓ）を求めると、（数８）となる。

ただし、（数７）、（数８）において、ζはダンピングファクタ、ω_ｎは固有角周波数である。

ここで、（数８）において、第１項をＫ_ｐｂ、第２項の係数をＫ_ｄｂに置き換えると、（数９）になる。

（数９）に示すように、圧力制御処理Ｃ_ｂ（ｓ）は比例ゲインに微分補償を加えた構成にすればよいことが判る。そこで、圧力制御部４２０に、ＰＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｄｉｆｆｅｎｔｉａｌ）制御を用いる。

図４は、ＰＤ制御を用いた機械的制動の制御系をモデル化した図である。図４は、図３において、圧力制御部４２０にＰＤ制御を適用したことを示している。ここでは、図３と異なる圧力制御部４２０（演算器４２１）の構成についてのみ説明する。

演算器４２２は、加算器４１１で算出した圧力誤差と比例ゲイン（Ｋ_ｐｂ）を演算する。演算器４２４は、微分器４２３で圧力誤差を微分した結果と微分ゲイン（Ｋ_ｄｂ）を乗算する。加算器４２５は、演算器４２２の演算結果と演算器４２４の演算結果を加算し、演算器４３５に出力する。

図４で示すように、図１の圧力制御部４２０に該当する演算器４２１は、２つのゲインＫ_ｐｂ、Ｋ_ｄｂの調整により、ブレーキ圧力指令値Ｐ_ｂ ^＊に対する圧力センサ４６０で計測した実圧力Ｐ_ｂの応答を調整することができる。すなわち、圧力制御部４２０は、ブレーキ圧力指令値Ｐ_ｂ ^＊に対する実圧力Ｐ_ｂの応答を２つのゲインで調整することができる。

［１−２−３．速度制御系との連携］
図５は、走行速度制御系と機械的制動の制御系を合わせてモデル化した図である。

まず、走行速度制御系について説明する。

制御部３１０において、加算器３１１は、速度指令値ω_ｒ ^＊[ｋｍ／ｈ]と速度センサ３４０が測定した走行速度ω_ｒ[ｋｍ／ｈ]との速度誤差Δω_ｒすなわち（ω_ｒ ^＊―ω_ｒ）[ｋｍ／ｈ]を算出する。演算器３１２は、速度誤差（ω_ｒ ^＊―ω_ｒ）と比例ゲインＫ_ｐを乗算する。積分器３１３は速度誤差（ω_ｒ ^＊―ω_ｒ）を積算する。演算器３１４は、積分器３１３の演算結果と積分ゲインＫ_ｉを乗算する。加算器３１５は、演算器３１２の演算結果と演算器３１４の演算結果を加算する。モータ駆動部３２０に該当する演算器３２１は、加算器３１５の演算結果とモータ駆動部３２０のドライバゲインＫ_ａとを演算する。

図１の電動モータ３３０、減速機５１０、駆動輪６１０および電動車両（図示せず）においては、演算器３３１は、演算器３２１の演算結果と電動モータ３３０のトルク定数Ｋ_ｔを演算する。加算器３３２は、演算器３３１の演算結果と(数３)で表されるブレーキトルクＴ_ｂとを演算する。演算器３３３は、加算器３３２の演算結果と慣性モーメントＪと粘性抵抗Ｄをラプラス変換した結果を演算して、走行速度ω_ｒを算出する。

一方、機械的制動の制御系においては、判定部２００の条件判定部２０１は、コントローラ１００からの速度指令値ω_ｒ ^＊と速度制御部３００で算出した速度誤差（ω_ｒ ^＊−ω_ｒ）より、ブレーキ動作判定を行う。条件判定部２０１の動作は後述する。スイッチ２０２は条件判定部２０１の結果に応じてＯＮ／ＯＦＦされる。スイッチ２０２がＯＮ状態の場合、演算器２０３は速度誤差（ω_ｒ ^＊−ω_ｒ）の絶対値を算出する。演算器２０４は、演算器２０３の演算結果に速度誤差（ω_ｒ ^＊―ω_ｒ）との協調制御処理Ｃ（ｓ）を行う。判定部２００の演算結果に対して、ブレーキ制御部４００で前述の演算を行い、ブレーキ圧力Ｐ_ｂを算出する。ブレーキ圧力Ｐ_ｂに対する油圧ブレーキ５００の実制動トルク値がＴ_ｂとなる。

以下、減速時に限定して、説明する。

減速時、ブレーキ制御部４００は、適正なゲインで制御されているとする。この時、ブレーキ圧力指令値Ｐ_ｂ ^＊からブレーキ圧力Ｐ_ｂまでの応答は、時定数をτ_ｂとし、一次遅れで近似して、（数１０）で置き換えると、図５は、図６で示すように簡単化できる。図６は、図５を簡単化した図である。

図６において、図５のブレーキ制御部４００が（数１０）を演算する演算器４１６と、演算器４１６の演算結果からブレーキ圧力Ｐ_ｂを算出する演算器４４５に置き換わっている。

ここで、速度指令値ω_ｒ ^＊から実速度ω_ｒまでの伝達関数Ｇ（ｓ）を求めると、（数１１）となる。

さらに、（数１１）を変形すると、（数１２）となる。

（数１２）より、速度応答を調整できるようにするためには、協調制御処理Ｃ（ｓ）にＰＤ制御を用いる。すなわち、Ｃ（ｓ）は比例ゲインＫ_ｐｃに、微分補償Ｋ_ｄｃを加えた構成にすればよいことが判る。従って、（数１２）にＣ（ｓ）＝Ｋ_ｐｃ＋Ｋ_ｄｃ・ｓを代入すると、（数１３）となる。

（数１３）の特性方程式は、（数１４）で表される。

また、（数１４）から（数１５）、（数１６）が導出される。

（数１５）より、減衰係数ζは、微分ゲインＫ_ｄｃで調整出来ることがわかる。また、（数１６）より、固有振動数ω_ｎは比例ゲインＫ_ｐｃで調整できることがわかる。

以上のことから、ブレーキ制御部４００は、２つのゲインＫ_ｐｃ、Ｋ_ｄｃを調整することにより、減速時の速度指令値に対する実速度の応答を調整することができる。

［１−２−４．ブレーキ動作判定］
図７は、実施の形態１におけるブレーキ制御の動作を示すフローチャートである。

（ステップＳ７０１）判定部２００の条件判定部２０１は、入力処理を行う。条件判定部２０１は、コントローラ１００より速度指令値ω_ｒ ^＊を受信する。条件判定部２０１は、速度制御部３００より走行速度ω_ｒと速度誤差（ω_ｒ ^＊−ω_ｒ）を受信する。なお、条件判定部２０１は、速度制御部３００より走行速度ω_ｒだけを受信し、速度誤差（ω_ｒ ^＊−ω_ｒ）を演算してもよい。また、条件判定部２０１は、前回の速度指令値ω_ｒ ^＊を記憶しておき、速度度指令値ω_ｒ ^＊の変化Δω_ｒ ^＊を算出する。ここで、Δω_ｒ ^＊＞０は現在の速度指令値が加速指令であることを示す。同様に、Δω_ｒ ^＊＝０は速度保持の指令、Δω_ｒ ^＊＜０は、減速指令であることを示す。

（ステップＳ７０２）条件判定部２０１は、次の２つの減速条件が成立しているかどうかを判定する。１つめの条件として、条件判定部２０１は、速度指令値ω_ｒ ^＊が減速指令であること、すなわち、Δω_ｒ ^＊＜０であるかを判定する。２つめの条件として、条件判定部２０１は、走行速度ω_ｒが速度指令値ω_ｒ ^＊より大きいか、すなわち、（ω_ｒ ^＊−ω_ｒ）＜０であるかどうかを判定する。条件判定部２０１は、この２つの条件を満たすと判断した場合には、ステップＳ７０３に進み、そうでない場合は、ステップＳ７０４に進む。２つの条件は、電動モータ３３０による回生ブレーキの制動力だけで速度制御が十分であるかを判定するものである。

（ステップＳ７０３）条件判定部２０１は、電動モータ３３０の回生ブレーキでは制動力が不十分であるため、機械的制動を付与する必要があると判断する。条件判定部２０１は、ブレーキ制御部４００に回生ブレーキによる制動力の不足分を、機械的制動で補うよう制御する。ブレーキ制御部４００は速度誤差（ω_ｒ ^＊−ω_ｒ）に応じて、ブレーキ動作を制御する。

（ステップＳ７０４）条件判定部２０１は、電動モータ３３０の回生ブレーキで制動力が十分であるため、機械的制動を付与する必要がないと判断し、ブレーキ制御部４００にブレーキ動作を行わないよう制御する。判定部２００は、この場合、ブレーキ制御部４００に入力するブレーキ圧力指令値Ｐ_ｂ ^＊を０とする。

［１−２−５．動作例］
図８は、従来の速度制御を行った場合の速度応答例を示す図である。図８は、速度指令値ω_ｒ ^＊の時間変化と走行速度ω_ｒの時間変化を表している。図８において、縦軸は速度［ｋｍ／ｈ］、横軸は開始からの経過時間［秒］を示す。

図８に示すように、速度指令値ω_ｒ ^＊は０［ｋｍ／ｈ］から始まり、０．５秒後から徐々に加速指令となり、３秒後に１０［ｋｍ／ｈ］となる。その後、速度指令値ω_ｒ ^＊は、４．５秒まで［１０ｋｍ／ｈ］を保ち、徐々に減速指令となり、７秒後以降は［０ｋｍ／ｈ］（停止指令）となる。

一方、従来の速度制御を行った電動車両は、停止状態（ω_ｒ＝０）から始まり、０．５秒から速度指令値ω_ｒ ^＊に追従して加速し、３秒後に１０［ｋｍ／ｈ］に達する。その後、一定の速度（ω_ｒ＝１０）を保ち、４．５秒後から減速を始めるが、すぐに速度指令値ω_ｒ ^＊に追従出来なくなる。速度誤差（ω_ｒ ^＊−ω_ｒ）は徐々に大きくなり、電動車両は、１０秒後に停止（ω_ｒ＝０）する。

図９は、本実施の形態１における速度制御装置１が速度制御を行った場合の速度応答例を示す図である。図９は、速度指令値ω_ｒ ^＊の時間変化と走行速度ω_ｒの時間変化を表している。図９において、縦軸は速度［ｋｍ／ｈ］、横軸は開始からの経過時間［秒］を示す。

図９の場合も図８と同様の速度制御を行っている。図９に示すように、走行速度ω_ｒは速度指令値ω_ｒ ^＊に追従していることが分かる。この場合、停止状態から４．５秒までは、速度指令値ω_ｒ ^＊は減速指令ではなく、走行速度ω_ｒは速度指令値ω_ｒ ^＊に追従しているため、速度指令値ω_ｒ ^＊は走行速度ω_ｒ以上である。よって、判定部２００は機械的制動を付与させる必要はないと判断し、ブレーキ制御部４００にブレーキ動作を行わないよう制御する。判定部２００は、４．５秒後からは、速度指令値ω_ｒ ^＊が減速指令になり、走行速度ω_ｒが速度指令値ω_ｒ ^＊より大きくなったと判定する。判定部２００は、２つの減速条件が成立しているので、機械的制動を付与させる必要があると判断し、ブレーキ制御部４００にブレーキ動作を行うよう制御する。ブレーキ制御部４００は速度誤差（ω_ｒ ^＊−ω_ｒ）に応じて、上述の演算より機械的制動を付与するよう制御する。この制御により、電動車両の走行速度ω_ｒは、速度指令値ω_ｒ ^＊に追従して減速し、停止する。

［１−３．まとめ］
以上のように、実施の形態１における電動車両の速度制御装置１は、電動モータ３３０と、速度制御部３００と、ブレーキ制御部４００と、速度センサ３４０と、判定部２００と、を備える。電動モータ３３０は駆動輪６１０を駆動する。速度制御部３００は速度指令値ω_ｒ ^＊に基づいて電動モータ３３０の駆動を制御する。ブレーキ制御部４００は電動車両に機械的制動を付与する。速度センサ３４０は電動車両の走行速度ω_ｒを検出する。判定部２００は、速度指令値ω_ｒ ^＊が減速を示し、走行速度ω_ｒが、速度指令値ω_ｒ ^＊よりも大きい場合、機械的制動の付与が必要であると判定し、ブレーキ制御部４００に油圧ブレーキ５００を動作させるよう制御する。

これにより、判定部２００は、上記条件が成立したと判定すると、速度誤差（ω_ｒ ^＊−ω_ｒ）に応じたブレーキ圧力指令値Ｐ_ｂ ^＊をブレーキ制御部４００に出力させる。電動車両は、電動モータ３３０による回生ブレーキの制動力の不足分を、機械的制動により自動的に補うことができる。機械的制動は、速度誤差（ω_ｒ ^＊−ω_ｒ）が０になるように働かせる。

従って、本実施の形態１では、速度指令値に追従して電動車両を走行させることができる。例えば、減速時に回生ブレーキの制動力が不足し、速度指令値ω_ｒ ^＊に走行速度ω_ｒが追従していない場合、電動車両を速度指令値ω_ｒ ^＊に追従させることが可能となる。また、速度指令値ω_ｒ ^＊の出し方（ω_ｒ ^＊＝０にする）で電動車両を急停止させることも可能となる。

（実施の形態２）
［２−１．機械的制動力の低下］
電動車両においては、ブレーキシュー５０４の摩耗等により、機械的制動力が低下し、回生ブレーキの不足分を補えない場合がある。この場合、電動車両は、停止直前で速度指令に追従できなくなる可能性がある。具体的には、実施の形態１において、速度指令値ω_ｒ ^＊＝０で電動車両が停止した場合、速度誤差（ω_ｒ ^＊−ω_ｒ）＝０となる。この場合、図７のステップＳ７０２の判定はＮｏとなり、ブレーキ制御は行われない。しかしながら、機械的制動力が不足している場合、ω_ｒ ^＊＝０にもかかわらず、電動車両は動き続けて（走行速度ω_ｒ＞０）、この時点で完全には停止していない可能性がある。

実施の形態２では、この状況を回避するための判定部２００の条件判定部２０１の動作を説明する。実施の形態２は、実施の形態１と条件判定部２０１の動作のみが異なるので、条件判定部２０１の動作のみを説明する。

［２−２．動作］
［２−２−１．ブレーキ動作判定］
図１０は、実施の形態２におけるブレーキ制御の動作を示すフローチャートである。実施の形態２においては、減速指令が出されたかどうかを示すフラグを用いる。

（ステップＳ１００１）条件判定部２０１は、入力処理を行う。判定部２００は、コントローラ１００より速度指令値ω_ｒ ^＊を受信する。条件判定部２０１は、前回の速度指令値ω_ｒ ^＊を記憶しておき、速度指令値ω_ｒ ^＊の変化Δω_ｒ ^＊を算出する。

（ステップＳ１００２）条件判定部２０１は、Δω_ｒ ^＊＜０（減速指令）であるかどうかを判定する。条件を満たす場合は、ステップＳ１００３に進み、そうでない場合は、ステップＳ１００４に進む。

（ステップＳ１００３）条件判定部２０１は、フラグ＝１（減速指令）とする。

（ステップＳ１００４）条件判定部２０１は、Δω_ｒ ^＊＞０（加速指令）であるかどうかを判定する。条件を満たす場合は、ステップＳ１００５に進み、そうでない場合は、ステップＳ１００６に進む。

（ステップＳ１００５）条件判定部２０１は、フラグ＝０（加速指令）とする。

（ステップＳ１００６）条件判定部２０１は、フラグ＝１かつ（ω_ｒ ^＊−ω_ｒ）＜０であるかどうかを判定する。条件を満たす場合は、ステップＳ１００７に進み、そうでない場合は、ステップＳ１００８に進む。ステップＳ１００７へ進む条件として、次の２つの場合が考えられる。１つは、減速指令が出ている状態（フラグ＝１）で、電動車両の走行速度ω_ｒが速度指令値ω_ｒ ^＊に追従していない（ω_ｒ ^＊−ω_ｒ＜０）場合である。もう１つは、直前が減速指令（フラグ＝１）であり、引き続き定速指令状態（Δω_ｒ ^＊＝０、ω_ｒ ^＊＝０を含む）で、電動車両の走行速度ω_ｒが速度指令値ω_ｒ ^＊に追従していない（ω_ｒ ^＊−ω_ｒ＜０）場合である。

（ステップＳ１００７）条件判定部２０１は、走行速度ω_ｒが速度指令値ω_ｒ ^＊に追従していないので、ブレーキ制御を行う必要があると判定する。条件判定部２０１は、スイッチ２０２をＯＮにし、加算器３１１の演算結果（ω_ｒ ^＊―ω_ｒ）を演算器２０３に出力させる。判定部２００において、演算器２０３、演算器２０４によりブレーキ圧力Ｐ_ｂが算出される。ブレーキ制御部４００はブレーキ圧力Ｐ_ｂに応じて、ブレーキ動作を行い、駆動輪６１０に機械的制動を付与する。

（ステップＳ１００８）条件判定部２０１は、走行速度が速度指令値に追従しているので、ブレーキ制御を行う必要がないと判定し、スイッチ２０２をＯＦＦにする。この場合、判定部２００において、演算器２０３、演算器２０４での演算は行われない。判定部２００は、ブレーキ圧力指令値Ｐｂ^＊＝０として、ブレーキ制御部４００に入力する。ブレーキ制御部４００は、Ｐｂ^＊＝０であることから、ブレーキ動作を行わない。

[２−２−２．具体例]
図１１は、実施の形態１において機械的制動力が不足した場合の速度応答例を示す図である。図１２は、実施の形態２における速度制御を行った場合の速度応答例を示す図である。図１１、図１２の場合も図８と同様の速度制御を行っている。図１１、図１２は、速度指令値ω_ｒ ^＊の時間変化、走行速度ω_ｒの時間変化を示す。図１１、図１２において、縦軸は速度［ｋｍ／ｈ］、横軸は開始からの経過時間［秒］を示す。

図１１において、走行速度ω_ｒは、開始から６秒後付近から、速度指令値ω_ｒ ^＊に追従できなくなっている。７秒後以降、速度指令値ω_ｒ ^＊＝０となり、Δω_ｒ ^＊＝０となるのでブレーキ制御が停止する。しかしながら、ω_ｒ＝０となっていない為、速度指令値ω_ｒ ^＊＝０になった後も、電動車両は惰性で走行し続け、８．５秒後付近で停止していることが分かる。

一方、図１２の場合、開始から７秒後の時点で速度指令値ω_ｒ ^＊は０になり、以後Δω_ｒ ^＊＝０になるが、図１０のステップＳ１００２、Ｓ１００４の判定で何れも”Ｎｏ”の判定となり、フラグの状態は変化しない。すなわち、直前の判定によるフラグの状態を保持することになる。この場合、直前の電動車両は、減速状態であったので（ステップＳ１００２でＹｅｓ）、フラグ＝１の状態が保持される。また、図１０のステップＳ１００６の判定でステップＳ１００７に進み、ブレーキ制御が行われる。その結果、速度指令値ω_ｒ ^＊＝０になった後にもブレーキ制御は機能し、図１２に示すように、電動車両は、７．５秒後付近で停止する。電動車両が停止すると速度誤差（ω_ｒ ^＊−ω_ｒ）は０になるので、図１０のステップＳ１００６の条件を外れ（Ｎｏの場合）て、ブレーキ制御は停止する。

［２−３．まとめ］
実施の形態２の電動車両の速度制御装置１において、判定部２００は、次の２つの場合、機械的制動の付与が必要であると判定する。１つめは速度指令値が減速（フラグ＝１）を示し、走行速度が速度指令値よりも大きい場合（ω_ｒ ^＊−ω_ｒ＜０）である。２つめは減速後一定速度で走行すること（フラグ＝１かつΔω_ｒ ^＊＝０の場合）を示し、走行速度が速度指示値よりも大きい（ω_ｒ ^＊−ω_ｒ＜０）場合である。この判定に基づき判定部２００はブレーキ制御部４００に油圧ブレーキ５００を動作させるよう制御する。

これにより、減速後に速度指令値が０になっているにも関わらず、電動車両が走行状態にある場合、電動車両が完全に停止するまで、機械的制動を付与させることができる。

従って、ブレーキシュー５０４の磨耗等で機械的制御力が不足し、走行速度ω_ｒが速度指令値ω_ｒ ^＊に追従できていない場合でも、追従するまで、機械的制動を持続させることができる。

（実施の形態３）
実施の形態３では、実施の形態１、または実施の形態２の速度制御装置にロック機構を追加し、電動車両の停止動作の精度を向上させる。

［３−１．構成］
図１３は、実施の形態３における電動車両の速度制御装置２の一構成例を示すブロック図である。図１３において、図１の速度制御装置１と同じ動作を行う構成要素には同符号を付与し、説明を省略する。ここでは、判定部２１０とロック機構７００の動作について説明する。

図１３に示すように、実施の形態３における速度制御装置２は、図１の速度制御装置１にロック機構７００とロック機構７００を制御するドライバ７１０を備える。

ロック機構７００は、駆動軸６００に備えられ、機械的に駆動輪６１０の動作をロックする機構である。ドライバ７１０は、判定部２１０の制御に応じて、ロック機構７００の駆動と停止を制御する。

[３−２．動作]
図１４は、実施の形態３におけるロック機構の制御を示すフローチャートである。

（ステップＳ１４０１）判定部２１０の条件判定部２０１は、入力処理を行う。判定部２１０は、コントローラ１００より速度指令値ω_ｒ ^＊を受信する。条件判定部２０１は、速度制御部３００より走行速度ω_ｒを受信する。

（ステップＳ１４０２）条件判定部２０１は、ω_ｒ ^＊＝０、かつω_ｒ＝０、すなわち、停止指令が出ている状態で、電動車両が停止しているかどうかを判定する。条件を満たす場合は、ステップＳ１４０３に進み、そうでない場合は、ステップＳ１４０４に進む。

（ステップＳ１４０３）条件判定部２０１は、停止命令が出ている状態で、電動車両が停止していると判定し、ドライバ７１０にロック機構７００をＯＮにするよう制御する。

（ステップＳ１４０４）条件判定部２０１は、ω_ｒ ^＊＞０（走行指令）であるかどうかを判定し、条件を満たす場合は、ステップＳ１４０５に進み、そうでない場合は、現状の動作を維持すると判断し、ドライバ７１０に対しての制御は行わず、処理を終了する。

（ステップＳ１４０５）条件判定部２０１は、走行指令が出ていると判定し、ドライバ７１０にロック機構７００をＯＦＦにするよう制御させる。

[３−３．動作例]
図１５は、ロック機構を備えない場合の速度応答例を示す図である。図１５は、速度指令値ω_ｒ ^＊の時間変化、走行速度ω_ｒの時間変化を示す。また、図１５において、縦軸は速度［ｋｍ／ｈ］、横軸は開始からの経過時間［秒］を示す。図１５の場合も図８と同様の速度制御を行っている。

図１５において、開始から７秒後付近では、速度指令値ω_ｒ ^＊＝０、走行速度ω_ｒ＝０となっている。この時、車両は速度指令値ω_ｒ ^＊＝０に従って停止している。また、ブレーキ制御も停止している。ここで、例えば、電動車両が登坂斜面に位置しているとすると、電動車両が後退する可能性がある。図１５においては、７秒後からマイナス方向に電動車両の速度が少しずつ上昇している様子を表している。すなわち、電動車両は停止位置から後退していることとなる。

実施の形態３では、図１５における７秒後に車両が停止した直後に、図１４のステップＳ１４０２においてＹｅｓと判定され、ステップＳ１４０３の処理が行われる。これによりロック機構７００はＯＮ状態となり、電動車両を完全停止することができる。その結果、登坂斜面上での停止であっても、図９に示す速度応答を実現することができる。

[３−４．まとめ]
実施の形態３の電動車両の速度制御装置２において、電動車両は、駆動輪の回転を機械的にロックして停止した状態を保持するロック機構７００を備える。判定部２１０は速度指令値ω_ｒ ^＊と走行速度ω_ｒに基づいて、ロック機構７００の動作を制御する。判定部２１０は、速度指令値ω_ｒ ^＊が停止（ω_ｒ ^＊＝０）を示し、かつ、走行速度ω_ｒが停止（ω_ｒ＝０）を示す場合は、ロック機構７００がロック動作を行うよう制御する。

これにより、停止指令に応答して、電動車両が停止した場合に、ロック機構７００が自動的に動作する。

従って、電動車両の停止状態を保持することが可能となる。例えば、電動車両が登り坂で停止動作を行った場合、電動車両が後退してしまうことを回避できる。

（他の実施の形態）
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。

したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示のブレーキ制御装置は、自動運転、遠隔制御される電動車両に適用可能である。

１，２ 速度制御装置
１００ コントローラ
２００，２１０ 判定部
２０２ スイッチ
２０３，２０４，３１２，３１４，３２１，３３１，３３３，４１３，４１６，４２１，４２２，４２４，４３５，４４１，４４３，４４４，４４５，４４６ 演算器
３００ 速度制御部
３１０，４１０ 制御部
３１１，３１５，３３２，４１１，４２５，４４２ 加算器
３１３ 積分器
３２０ モータ駆動部
３３０ 電動モータ
３４０ 速度センサ
４００ ブレーキ制御部
４２０ 圧力制御部
４２３ 微分器
４３０，７１０ ドライバ
４４０ 油圧調整部
４５０ 油圧器
４５１ マスターシリンダ
４５２ プッシュロッド
４５３ レバー
４５４ 回転軸
４６０ 圧力センサ
５００ 油圧ブレーキ
５０１ ブレーキパイプ
５０２ ホイールシリンダー
５０３ ブレーキドラム
５０４ ブレーキシュー
５１０ 減速機
６００ 駆動軸
６１０ 駆動輪
６１１ ホイール
７００ ロック機構

Claims (6)

1. 電動車両の速度制御装置であって、
   駆動輪を駆動する電動モータと、
   速度指令値に基づいて、前記電動モータの駆動を制御する速度制御部と、
   前記電動車両に機械的制動を付与する油圧ブレーキを制御するブレーキ制御部と、
   前記電動車両の走行速度を検出する速度検出部と、
   前記速度指令値と、前記速度指令値と前記走行速度の差分に応じて、前記機械的制動の付与が必要かどうかを判定し、判定結果に基づいて前記ブレーキ制御部の動作を制御する判定部と、を備えた電動車両の速度制御装置。
2. 前記判定部は、前記速度指令値が減速を示し、前記走行速度が、前記速度指令値よりも大きい場合、前記機械的制動の付与が必要であると判定し、前記ブレーキ制御部に前記油圧ブレーキを動作させるよう制御する請求項１記載の電動車両の速度制御装置。
3. 前記判定部は、前記速度指令値が減速を示す、または、前記走行速度が前記速度指令値よりも大きい、のいずれかを満たさない場合、前記機械的制動の付与が必要がないと判定し、前記ブレーキ制御部に前記油圧ブレーキを動作させないように制御する請求項１記載の電動車両の速度制御装置。
4. 前記判定部は、前記速度指令値が減速後一定速度で走行することを示し、前記走行速度が、前記速度指令値よりも大きい場合、前記機械的制動の付与が必要であると判定し、前記ブレーキ制御部に前記油圧ブレーキを動作させるよう制御する請求項１記載の電動車両の速度制御装置。
5. 前記駆動輪の回転を機械的にロックして停止した状態で保持するロック機構を備え、
   前記判定部は、前記速度指令値と前記走行速度に基づいて、前記ロック機構の動作を制御する請求項１記載の電動車両の速度制御装置。
6. 前記判定部は、前記速度指令値が停止を示し、かつ、前記走行速度が停止を示す場合は、前記ロック機構が動作するよう制御する請求項５記載の電動車両の速度制御装置。

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