JP7473873B2 - 電動車両の駆動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、回生発電可能な電動車両の駆動制御装置に関する。

蓄電池及び電動モータを走行駆動源として搭載した電動車両では、走行可能距離を増加させるために、減速走行時に電動モータによって回生発電が広く行われている。

また、回生発電を行うことで、電動モータに制動力が発生するので、車両が減速される。回生発電量を大きく確保すべく、回生発電による車両の制動力（回生トルク）を大きく設定すると、車両にノーズダイブが発生する可能性がある。

そこで、例えば特許文献１では、下り坂のようにノーズダイブ量が大きく発生する状況を検出した場合に、回生制動力を低減させて、ノーズダイブ量を抑制する技術が提案されている。

特開２００６-２１７６７７号公報

しかしながら、上記のように回生発電を行う電動車両において、不整地を走行している際に回生発電がおこなわれた場合に、駆動輪が地面から離地したときに、駆動輪が逆回転をしてスクワッド挙動が発生し、車両挙動が不安定になる虞がある。また、回生トルクが発生している状態で着地した瞬間には、急な路面反力の発生によって、ノーズダイブが発生する可能性もある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、不整地走行時に回生制動した際に、車両の走行安定性を向上させる電動車両の駆動制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の電動車両の駆動制御装置は、アクセルオフ時に電動モータにより走行駆動輪を回生制動する電動車両の駆動制御装置であって、前記電動車両の走行駆動輪の離地判定をする離地判定部と、前記電動モータによる回生トルクを制御する回生制動制御部と、を備え、前記回生制動制御部は、前記アクセルオフ時に前記回生制動を実行している際に、前記離地判定された場合には前記離地判定されていない場合よりも前記回生トルクを抑制し、前記電動車両は、前記走行駆動輪を制動する制動部を備えるとともに、前記駆動制御装置は、前記走行駆動輪が離地したときに、前記回生トルクにより当該走行駆動輪が走行方向と逆回転することを推定する逆回転推定部を備え、前記回生制動制御部は、前記走行駆動輪が離地した際に逆回転することを推定した場合に、前記走行駆動輪が離地したときに前記制動部により制動して前記走行駆動輪の逆回転を抑制することを特徴とする。

これにより、アクセルオフにより回生制動しているときに、離地判定された場合に回生トルクが抑制されるので、離地している走行駆動輪が走行方向に対して逆回転することが抑制される。これにより、離地したときの走行駆動輪の逆回転によるスクワッド挙動を抑制することができる。
また、走行駆動輪が離地した際に逆回転することが推定された場合に、制動部により走行駆動輪が制動されて逆回転が抑制される。したがって、離地時における駆動輪の逆回転を制動部によって更に抑制することができるとともに、制動部による駆動輪の逆回転の抑制制御を必要なときのみ実行させることで、制動部による不要な制動をなくして制御の簡素化を図ることができる。

好ましくは、前記回生制動制御部は、前記アクセルオフ時に前記離地判定により前記回生トルクを抑制している状態で、前記離地判定が解除された場合には、前記回生トルクの抑制を解除して、前記離地判定されていないときの前記回生トルクを付与するとよい。

これにより、駆動輪が接地した瞬間から回生トルクが適切に付与され、駆動輪が頻繁に離地するような不整地を走行している場合でも、回生制動を十分に発揮させることができる。

好ましくは、前記回生制動制御部は、前記走行駆動輪が離地した際に逆回転することを判定した場合に、前記制動部により制動して前記走行駆動輪の回転速度を０にするとよい。

これにより、離地時における走行駆動輪の回転速度を０にすることで、走行駆動輪が離地しているときの走行駆動輪の制動を必要以上に行うことがない。したがって、走行駆動輪が再び接地した瞬間の急な路面反力の発生を十分に抑え、ノーズダイブを効果的に抑制することができる。

本発明の電動車両の駆動制御装置は、アクセルオフ、即ち車両減速時に走行駆動輪の離地を判定した場合に回生トルクを制限するので、離地している走行駆動輪の逆回転を抑制することができる。これにより、離地している状態で車両のスクワッド挙動の発生を抑制することができ、車両の走行安定性を向上させることができる。

また、離地している走行駆動輪の逆回転を抑制することで、その後接地したときに路面反力の急激な発生を抑制し、ノーズダイブを抑制することができる。

本発明の実施形態の駆動制御装置を備えたプラグインハイブリッド車の概略構成図である。 本実施形態に係るの駆動軸要求トルク設定部の構成図である。 本実施形態の駆動軸要求トルク設定部において実行する駆動軸要求トルクの設定手順を示すデータフロー図である。 本実施形態に係る車両の不整地走行時における各検出値の推移の一例を示すタイムチャートである。 参考形態の車両の不整地走行時における各検出値の推移の一例を示すタイムチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る駆動制御装置を搭載したプラグインハイブリッド車（以下、車両１という）の概略構成図である。

本実施形態の車両１は、エンジン２の出力によって前輪３を駆動して走行可能であるとともに、前輪３（走行駆動輪）を駆動する電動のフロントモータ４(電気モータ)及び後輪５（走行駆動輪）を駆動する電動のリヤモータ６(電気モータ)を備えた四輪駆動車である。

エンジン２は、減速機７を介して前輪３の駆動軸８を駆動可能であるとともに、減速機７を介してモータジェネレータ９を駆動して発電させることが可能となっている。

フロントモータ４は、フロントインバータ１０を介して、車両１に搭載された駆動用バッテリ１１（蓄電池）及びモータジェネレータ９から高電圧の電力を供給されて駆動し、減速機７を介して前輪３の駆動軸８を駆動する。減速機７には、エンジン２の出力軸と前輪３の駆動軸８との間の動力の伝達を断接切換え可能なクラッチ７ａが内蔵されている。

リヤモータ６は、リヤインバータ１２を介して駆動用バッテリ１１及びモータジェネレータ９から高電圧の電力を供給されて駆動し、減速機１３を介して後輪５の駆動軸１４を駆動する。

モータジェネレータ９によって発電された電力は、フロントインバータ１０を介して駆動用バッテリ１１を充電可能であるとともに、フロントモータ４及びリヤモータ６に電力を供給可能である。

駆動用バッテリ１１は、リチウムイオン電池等の二次電池で構成され、複数の電池セルをまとめて構成された図示しない電池モジュールを有しており、更に、電池モジュールの充電率（State Of Charge、以下、ＳＯＣ）等を監視するバッテリモニタリングユニット１１ａを備えている。

フロントインバータ１０は、ハイブリッドコントロールユニット２０からの制御信号に基づき、フロントモータ４の出力を制御する一方、モータジェネレータ９の発電量を制御する機能を有する。

リヤインバータ１２は、ハイブリッドコントロールユニット２０からの制御信号に基づきリヤモータ６の出力を制御する機能を有する。

また、車両１には、駆動用バッテリ１１を外部電源によって充電する充電機２１が備えられている。

ハイブリッドコントロールユニット２０は、車両１の総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成される。

ハイブリッドコントロールユニット２０の入力側には、駆動用バッテリ１１のバッテリモニタリングユニット１１ａ、フロントインバータ１０、リヤインバータ１２、エンジンコントロールユニット２２、アクセル操作量を検出するアクセル開度センサ４０が接続されており、これらの機器からの検出及び作動情報が入力される。

一方、ハイブリッドコントロールユニット２０の出力側には、フロントインバータ１０、リヤインバータ１２、減速機７（クラッチ７ａ）、エンジンコントロールユニット２２が接続されている。

そして、ハイブリッドコントロールユニット２０は、アクセル開度センサ４０等の上記各種検出量及び各種作動情報に基づいて、車両１の走行駆動に必要とする車両要求出力、駆動トルクを演算し、エンジンコントロールユニット２２、フロントインバータ１０、リヤインバータ１２、減速機７に制御信号を送信して、走行モード（（ＥＶモード：電気自動車モード）、シリーズモード、パラレルモード）の切換え、エンジン２とフロントモータ４とリヤモータ６の出力、モータジェネレータ９の出力（発電電力）を制御する。

ＥＶモードでは、エンジン２を停止し、駆動用バッテリ１１から供給される電力によりフロントモータ４やリヤモータ６を駆動して車両１を走行させる。

シリーズモードでは、減速機７のクラッチ７ａを切断し、エンジン２によりモータジェネレータ９を作動する。そして、モータジェネレータ９により発電された電力及び駆動用バッテリ１１から供給される電力によりフロントモータ４やリヤモータ６を駆動して走行させる。また、シリーズモードでは、エンジン２の回転速度を所定の回転速度に設定し、余剰電力を駆動用バッテリ１１に供給して駆動用バッテリ１１を充電する。

パラレルモードでは、減速機７のクラッチ７ａを接続し、エンジン２から減速機７を介して機械的に動力を伝達して前輪３を駆動させる。また、エンジン２によりモータジェネレータ９を作動させて発電した電力及び駆動用バッテリ１１から供給される電力によってフロントモータ４やリヤモータ６を駆動して走行させる。

ハイブリッドコントロールユニット２０は、高速領域のように、エンジン２の効率のよい領域では、走行モードをパラレルモードとする。また、パラレルモードを除く領域、即ち中低速領域では、車両１の駆動トルク及び駆動用バッテリ１１の充電率ＳＯＣに基づいてＥＶモードとシリーズモードとの間で切換える。

また、本実施形態の車両１は、アクセルオフ状態の減速走行時において、前輪３及び後輪５の回転力によりフロントモータ４、リヤモータ６を強制駆動して発電（回生発電）させるとともに、前輪３及び後輪５に制動トルク（回生トルク）を付与させる回生制動機能を備えている。ハイブリッドコントロールユニット２０には、駆動トルク及び回生トルクといった駆動軸要求トルクを演算、設定する駆動軸要求トルク設定部２５（駆動制御装置）が備えられている。

更に、車両１には、車輪３、５（走行駆動輪）の回転速度を検出する車輪速センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ（車輪回転速度検出器）、サスストロークを検出するストロークセンサ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄが、各車輪３、５に夫々備えられている。また、車両１には、車体の前後加速度を検出するＧセンサ３３が備えられている。車輪速センサ３１ａ～３１ｄ、ストロークセンサ３２ａ～３２ｄ及びＧセンサ３３の検出値は、ハイブリッドコントロールユニット２０に入力される。また、ハイブリッドコントロールユニット２０は、ブレーキ装置６０（制動部）を駆動制御して、各車輪３、５を夫々独立して制動する機能を有している。

次に、図２、３を用いて、駆動軸要求トルク設定部２５における駆動軸要求トルクの設定要領にについて説明する。図２は、本実施形態の駆動軸要求トルク設定部２５の構成図である。図３は、本実施形態の駆動軸要求トルク設定部２５において実行する駆動軸要求トルクの設定手順を示すデータフロー図である。

図２に示すように、駆動軸要求トルク設定部２５は、四輪車輪速加速度演算部５１、駆動輪離地判定部５２（離地判定部）、駆動輪離地判定解除判定部５３（逆回転推定部）、回生トルク制限判定部５４（回生制動制御部）、最低駆動トルク制限部５５（回生制動制御部）を備えている。

図２、３に示すように、四輪車輪速加速度演算部５１は、各車輪速センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄから各車輪３、５の車輪速(四輪車輪速)ωwheel（FL、FR、RL、RR）を入力して、各車輪３、５の車輪速の加速度（四輪車輪速加速度)ω'wheel（FL、FR、RL、RR）を演算する（図３のＳ３０に該当）。

駆動輪離地判定部５２は、四輪車輪速を入力するとともに、四輪車輪速加速度演算部５１から四輪車輪速加速度、各ストロークセンサ３２ａ～３２ｄから各車輪３、５のサスストローク値（四輪ストロークセンサ値）Strk（FL、FR、RL、RR）、Ｇセンサ３３から車両１の実前後加速度Ｇxを入力して、車両１の駆動輪離地判定を行う。駆動輪離地判定は、基本的にはサスストローク値が所定の閾値以上であるか否かによって判定するが、四輪車輪速、四輪車輪速加速度、実前後加速度を追加して判定する（Ｓ４０）。例えば、サスストローク値での離地判定に加えて、四輪車輪速加速度＞実前後加速度、あるいは四輪車輪速＞推定車体速度（実前後加速度での補正）のように、実際の車輪速と基準速とを比較して駆動輪離地判定を行うとよい。

駆動輪離地判定解除判定部５３は、駆動輪離地判定部５２による駆動輪離地判定結果、四輪ストロークセンサ値、実前後加速度を入力して、駆動輪離地判定を解除する駆動輪離地判定解除判定を行う（Ｓ６０）。駆動輪離地判定解除判定は、例えば、四輪ストロークセンサ値、実前後加速度により、離地する直前の車両１の減速勾配を演算し、四輪ストロークセンサ値に基づく駆動輪離地判定の解除かつ減速勾配が所定の閾値以下であれば、駆動離地判定を解除すればよい。この所定の閾値は、車輪３、５が離地した瞬間に車輪３、５が逆回転しないような値に設定すればよい。

回生トルク制限判定部５４は、駆動輪離地判定部５２の判定結果と、駆動輪離地判定解除判定部５３の駆動輪離地判定解除判定の判定結果を入力し、最終的な駆動輪離地判定を判定して、回生トルクを制限するか否かを判定する(Ｓ７０)。

最低駆動トルク制限部５５は、駆動輪離地判定部５２による駆動輪離地判定の判定結果、判定時最低駆動トルク、及び非判定時最低駆動トルクを入力して最低駆動トルクを決定する。判定時最低駆動トルクは駆動輪離地判定された際の最低駆動トルクであり、非判定時最低駆動トルクは駆動輪離地判定されなかった際の最低駆動トルクである。これらの最低駆動トルクは、回生トルクの最大値であって、いずれもあらかじめ設定された値である。最低駆動トルク制限部５５は、更にアクセルポジションセンサ等から演算された（図３のＳ２０で演算された）車両１の要求トルクを入力し、各モータ４、６を作動制御するための駆動軸要求トルクを出力する。なお、駆動軸要求トルクは、＋値で走行駆動し、－値で回生制動する。ここで、最低駆動トルク制限部５５は、離地判定された場合に（Ｓ８０）、各車輪３、５の駆動軸（８、１４）の要求トルク（回生トルク）を判定時最低トルクに制限して（ステップＳ９０）、各モータ４、６の駆動トルクの制御値とする（ステップＳ１００）。離地判定されていない場合には、要求トルクをそのまま各モータ４、６の駆動トルクの制御値とする。

図４は、本実施形態の車両１での不整地走行における各検出値の推移の一例を示すタイムチャートである。図５は、参考形態の車両１での不整地走行における各検出値の推移の一例を示すタイムチャートである。参考形態の車両は、本実施形態の車両１に対して最低駆動トルク制限、即ち離地判定による回生トルクの制限を行わない従来の車両である。図４と図５では、同一の走行経路を走行した場合での推移を示す。

図４、５に示すように、アクセルを操作して車両１の走行中に例えば車輪３、５が凸部に乗り上げて離地した場合に（ここでは四輪が離地している）、四輪のサスストロークは＋（延びる方向）に変化する。そして、車輪３、５が離地することで、車輪３、５の車輪速は、瞬間的に増加する。

図５に示すように、離地判定時に回生トルクの制限を行わない参考形態の車両では、運転者がアクセルの操作をＯＦＦにすることで、回生制動が行われ、駆動トルクは、＋から－に推移する。したがって、離地している走行駆動輪の車輪速は、－（走行方向とは逆方向）に回転する。その後走行駆動輪が接地したときに車輪速は離地前の車輪速と略同一、厳密にはわずかに低い値に復帰する。

これに対し、図４に示すように、本実施形態の車両１では、車輪３、５の離地後に運転者がアクセル操作をＯＦＦにした際に、駆動トルク（回生トルク）が制限されて０になる。これにより、本実施形態の車両１では、離地している各車輪３、５の車輪速が－方向（走行方向とは逆方向）に回転することが抑えられる。

また、ハイブリッドコントロールユニット２０は、各車輪３、５が離地しているときに、ブレーキ装置６０を制御して、各車輪３、５の車輪速が０になるように微小な制動を行なう。

以上のように、本実施形態の車両１のハイブリッドコントロールユニット２０における駆動軸要求トルク設定部２５では、車両走行時に走行駆動輪である車輪３、５の離地判定を行っており、アクセルオフにより回生制動されている際に離地判定された場合には、回生トルクを制限する。

本実施形態のように回生発電を行う車両１では、減速走行時に走行方向とは逆回転の回生トルクが付与されて、車輪３、５が制動される回生制動が行われる。このように回生制動が行われたときに、例えば不整地を走行して車輪３、５が離地してしまった場合には、離地した車輪３、５が走行方向とは逆方向に回転してしまう可能性がある。離地した車輪３、５が逆回転すると、その反動で車体にスクワッド挙動が発生し、車両挙動が不安定になる虞がある。

本実施形態の車両１では、上記のように回生制動しているときに離地判定された場合に、回生トルクが制限されるので、離地した車輪３、５の逆回転が抑制され、スクワッド挙動の発生が抑制されて、車両挙動の安定化を図ることができる。

また、上記の参考形態では、車輪が逆回転している状態で接地した場合に、路面反力の急激な発生によってノーズダイブの発生が懸念されるが、本実施形態では離地した車輪３、５の逆回転が抑制されることで、接地したときの車両１のノーズダイブを抑制することができる。

また、駆動軸要求トルク設定部２５は、車輪３、５が離地しているときには、ブレーキ装置６０によって車輪３、５を制動するので、離地時における車輪３、５の回転速度を確実に抑制することができる。更に、ブレーキ装置６０によって、離地時における車輪３、５の回転速度が０になるように微小制動させるので、車輪３、５が離地しているときの車輪３、５の制動を必要以上に行うことがない。したがって、車輪３、５が再び接地した瞬間の急な路面反力の発生を十分に抑え、ノーズダイブを効果的に抑制することができる。

また、駆動軸要求トルク設定部２５は、車輪３、５が離地したときに逆回転することを推定する駆動輪離地判定解除判定部５３を備えており、車輪３、５の逆回転を推定した場合にのみ、離地判定を解除して、離地時における回生トルクの抑制、及びブレーキ装置６０の微小制動が行われない。

これにより、車輪３、５が離地した際に逆回転する場合にのみ制動するので、回生トルクの抑制及びブレーキ装置６０による不要な制動をなくして制御の簡素化を図ることができる。

また、駆動輪離地判定解除判定部５３は、離地判定の直前の車輪３、５の回転速度の減少勾配に基づいて、車輪３、５の逆回転を推定する。車輪３、５の回転速度の減少勾配が大きい場合には、回生トルクが大きいので、車輪３、５が離地したときに逆回転する可能性が高くなる。したがって、離地判定の直前の回転速度の減少勾配が適宜設定した閾値より大きい場合に、車輪３、５の逆回転が発生すると推定することで、精度よく車輪３、５の逆回転を推定することが可能になる。

なお、駆動軸要求トルク設定部２５は、更に、回生トルクを逐次記憶しておき、車輪３、５が離地してからその後接地して離地判定が解除されたときに、離地直前までの回生トルクを付与するように各モータ４、６を制御するとよい。これにより、車輪３、５が接地したときからすぐに回生トルクが適切に付与され、不整地走行であっても、回生制動を十分に発揮させることができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態の車両１は、左右の前輪３を駆動するフロントモータ４と、左右の後輪５を駆動するリヤモータ６を備えた４輪駆動車であるが、左右前輪のみを電動モータで駆動するＦＦ車、左右後輪のみを電動モータで駆動するＦＲ車でも適用することができる。また、各車輪を夫々モータによって駆動する車両にも、本発明を適用することができる。

また、本実施形態の車両１は、プラグインハイブリッド車であるが、ハイブリッド車や電気自動車にも、本発明を適用することができる。

本発明は、回生制動が可能な電動車両に広く適用することができる。

１ 車両
３ 前輪（走行駆動輪）
４ フロントモータ（電動モータ）
５ 後輪（走行駆動輪）
６ リヤモータ（電動モータ）
２５ 駆動軸要求トルク設定部（駆動制御装置）
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ 車輪速センサ（車輪回転速度検出器）
５２ 駆動輪離地判定部（離地判定部）
５３ 駆動輪離地判定解除判定部（逆回転推定部）
５４ 回生トルク制限判定部（回生制動制御部）
５５ 最低駆動トルク制限部（回生制動制御部）
６０ ブレーキ装置（制動部）

Claims (3)

1. アクセルオフ時に電動モータにより走行駆動輪を回生制動する電動車両の駆動制御装置であって、
   前記電動車両の走行駆動輪の離地判定をする離地判定部と、
   前記電動モータによる回生トルクを制御する回生制動制御部と、を備え、
   前記回生制動制御部は、前記アクセルオフ時に前記回生制動を実行している際に、前記離地判定された場合には前記離地判定されていない場合よりも前記回生トルクを抑制し、
   前記電動車両は、前記走行駆動輪を制動する制動部を備えるとともに、
   前記駆動制御装置は、前記走行駆動輪が離地したときに、前記回生トルクにより当該走行駆動輪が走行方向と逆回転することを推定する逆回転推定部を備え、
   前記回生制動制御部は、前記走行駆動輪が離地した際に逆回転することを推定した場合に、前記走行駆動輪が離地したときに前記制動部により制動して前記走行駆動輪の逆回転を抑制することを特徴とする電動車両の駆動制御装置。
2. 前記回生制動制御部は、前記アクセルオフ時に前記離地判定により前記回生トルクを抑制している状態で、前記離地判定が解除された場合には、前記回生トルクの抑制を解除して、前記離地判定されていないときの前記回生トルクを付与することを特徴とする請求項１に記載の電動車両の駆動制御装置。
3. 前記回生制動制御部は、前記走行駆動輪が離地した際に逆回転することを判定した場合に、前記制動部により制動して前記走行駆動輪の回転速度を０にすることを特徴とする請求項１または２に記載の電動車両の駆動制御装置。

Images