JP7497124B2 - 電動車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両（ＨＶ：Hybrid Vehicle）などの電動車両の制御装置に関する。

たとえば、シリーズ方式のハイブリッド車両には、エンジンの動力で発電する発電モータと、走行用の動力を発生する駆動モータと、駆動モータの駆動に使用する電力を蓄える駆動用バッテリとが搭載されている。そのため、シリーズ方式のハイブリッド車両は、アクセルペダルのみの操作により加速、減速および減速からの停車をコントロール可能なワンペダルシステムを採用することができる。

ワンペダルシステムでは、アクセルペダルが踏まれているときには、駆動モータの力行運転により、駆動モータがアクセルペダルの操作量（アクセル開度）に応じた動力を発生する。アクセルペダルが踏まれておらず、アクセル開度が０％であるときには、駆動モータの回生運転により、駆動モータが駆動系の抵抗となり、その抵抗による制動力が駆動系に作用する。駆動モータが回生運転により発生する電力は、駆動用バッテリに蓄えられる。

特開２０１７－４７８２０号公報

図４（ａ）は、アクセル開度が０％であるときの車速と駆動モータの回生運転により得られる回生パワー（発生電力）との関係の一例を示す図であり、図４（ｂ）は、アクセル開度が０％であるときの車速とハイブリッド車両の減速度との関係の一例を示す図である。

アクセル開度が０％であるときは、ハイブリッド車両の減速度が大きいほど、駆動モータの回生運転により得られる回生パワーが増加し、ハイブリッド車両の燃費が向上する。一方で、駆動用バッテリの充電パワー（充電電力）には制限が存在するため、回生パワーの上限（回生可能上限）が設けられ、これに伴い、ハイブリッド車両の減速度に制限が設けられる。

制限内で車速に応じた最大の減速度（理想回生時の減速度）を設定すれば、回生パワーが充電パワーを超えることなく、最大の回生パワーを得ることができる。しかし、車速が高速域からアクセル開度０％で連続的に減速し続けた場合に、ハイブリッド車両が停車するまでの減速度の変動幅が大きくなり、ドライバビリティが悪化する。減速度をその変動幅がドライバビリティを確保可能な許容変動幅内に収まるように設定するには、図４（ｂ）に破線で示されるように、最大減速度を下げる必要がある。最大減速度を下げると、図４（ａ）に破線で示されるように、車速の低速域で回生パワーが実線で示される燃費上の理想的な回生パワー（理想回生パワー）よりも減少し、燃費が悪化する。

本発明の目的は、ドライバビリティを確保しつつ、燃費の悪化を低減できる、電動車両の制御装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る電動車両の制御装置は、力行運転により駆動系に伝達される動力を発生し、回生運転により駆動系の動力で発電する駆動モータと、駆動モータの力行運転に使用する電力を蓄える駆動用バッテリと、を搭載し、電動車両の加速を要求する操作が行われていないときに、駆動モータの回生運転により回生制動力が駆動系に付与される電動車両に用いられる制御装置であって、電動車両の加速を要求する操作が行われていないときに、電動車両の減速度を車速に応じて所定の最大減速度以下で設定する設定手段と、駆動モータの回生運転の開始時に設定手段により設定された減速度を基準として、設定手段により設定される減速度の変動幅が許容変動幅以下に収まるように、最大減速度を調整する調整手段とを含む。

この構成によれば、電動車両の加速を要求する操作が行われていないときには、駆動モータの回生運転が行われて、駆動モータが抵抗となることによる回生制動力が駆動系に付与される。このとき、電動車両の減速度が所定の最大減速度以下で設定されるが、回生運転の開始時に設定された減速度を基準として、減速度の変動幅が許容変動幅以下に収まるように最大減速度が調整される。これにより、減速度の変動幅を許容変動幅以下に収めることができ、ドライバビリティを確保することができる。

また、電動車両の車速が低下するにつれて、減速度が最大減速度に向けて増加するように設定される場合、電動車両の車速が高速域であるときに回生運転が開始された場合に、最大減速度が調整により下げられることがあっても、車速が低中速域であるときに回生運転が開始された場合には、最大減速度が調整されず、最大減速度まで回生パワーを得ることができる。よって、最大減速度が下げられることによる回生パワーの減少を抑制し、燃費の悪化を低減することができる。

調整手段は、設定手段により設定される減速度の変動幅が許容変動幅以下に収まるように、所定車速以上で設定手段により設定される減速度を調整し、制御装置は、所定車速以上での減速度の調整の結果、駆動モータの回生運転により得られる回生電力が駆動用バッテリが受け入れ可能な充電電力を超える場合、電力を強制的に消費する制御を行う廃電手段をさらに含む構成であってもよい。

この構成では、所定車速以上での減速度が調整されるので、最大減速度が調整されない車速域を拡大することができる。よって、燃費の悪化を一層低減することができる。

ところが、かかる減速度の調整の結果、駆動モータの回生運転により得られる回生電力が駆動用バッテリに受け入れ可能な充電電力を超える場合がある。この場合には、電力を強制的に消費する制御が行われる。これにより、回生電力における充電電力を超える分を消費することができ、残りの回生電力を駆動用バッテリに蓄えることができる。

たとえば、電動車両がエンジンおよびエンジンの動力で発電する発電モータを搭載している場合、電力を強制的に消費する制御は、発電モータによりエンジンをモータリングさせる制御であってもよい。

また、電力を強制的に消費する制御は、エアコンディショナの電動コンプレッサを動作させる制御であってもよいし、冷却水を流通させる電動ウォータポンプを動作させる制御であってもよい。

本発明によれば、ドライバビリティを確保しつつ、燃費の悪化を低減することができる。

本発明の一実施形態に係る電動車両の構成を示すブロック図である。 電動車両の減速度の設定について説明するための図であり、（ａ）は、アクセル開度が０％であるときの車速と駆動モータの回生運転により得られる回生パワーとの関係の一例を示し、（ｂ）は、アクセル開度が０％であるときの車速と車両減速度との関係の一例を示す。 電動車両の減速度の他の設定手法について説明するための図であり、アクセル開度が０％であるときの車速と車両減速度との関係の一例を示す。 （ａ）は、アクセル開度が０％であるときの車速と駆動モータの回生運転により得られる回生パワーとの関係の一例を示す図であり、（ｂ）は、アクセル開度が０％であるときの車速と車両減速度との関係の一例を示す図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜電動車両＞
図１は、本発明の一実施形態に係る電動車両１の構成を示すブロック図である。

電動車両１は、シリーズ方式のハイブリッドシステム２を搭載している。ハイブリッドシステム２には、エンジン（ＥＮＧ）１１、発電モータ（ＭＧ１）１２、駆動モータ（ＭＧ２）１３、駆動用バッテリ１４およびＰＣＵ（Power Control Unit：パワーコントロールユニット）１５が含まれる。

エンジン１１は、たとえば、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンである。エンジン１１のクランクシャフト２１には、エンジン出力ギヤ２２がクランクシャフト２１と一体に回転するように設けられている。

発電モータ１２は、たとえば、永久磁石同期モータからなる。発電モータ１２の回転軸２３には、発電モータギヤ２４が一体に回転するように設けられている。発電モータギヤ２４は、エンジン出力ギヤ２２と噛合している。発電モータ１２は、エンジン１１の停止時に、エンジン１１をクランキングさせるスタータモータとして使用される。エンジン１１の始動後、発電モータ１２は、エンジン１１の動力を電力に変換する発電機として機能する。

駆動モータ１３は、たとえば、発電モータ１２よりも大型の永久磁石同期モータからなる。駆動モータ１３の回転軸は、電動車両１の駆動系２５に連結されている。駆動系２５には、デファレンシャルギヤが含まれており、駆動モータ１３の動力は、デファレンシャルギヤに伝達され、デファレンシャルギヤから左右の前輪または後輪からなる駆動輪２６に分配されて伝達される。これにより、左右の駆動輪２６が回転し、電動車両１が前進または後進する。

駆動用バッテリ１４は、複数の二次電池（たとえば、リチウムイオン電池）を組み合わせた組電池である。駆動用バッテリ１４は、たとえば、約２００～３５０Ｖ（ボルト）の直流電力を出力する。

ＰＣＵ１５は、発電モータ１２および駆動モータ１３の駆動を制御するためのユニットであり、第１インバータ（ＭＧ１ ＩＮＶ）３１、第２インバータ（ＭＧ２ ＩＮＶ）３２および昇圧コンバータ（Ｂｓｔ ＣＯＮＶ）３３を備えている。

電動車両１の加速走行時には、駆動モータ１３が力行運転されて、駆動モータ１３が力行のための動力を発生する。このとき、駆動用バッテリ１４から出力される直流電力が昇圧コンバータ３３により必要に応じて昇圧されて、昇圧コンバータ３３から出力される直流電力が第２インバータ３２で交流電力に変換され、その交流電力が駆動モータ１３に供給される。これにより、駆動用バッテリ１４の電力が消費される。

また、エンジン１１の始動時には、駆動用バッテリ１４から出力される直流電力が昇圧コンバータ３３により昇圧されて、昇圧された直流電力が第１インバータ３１で交流電力に変換され、交流電力が発電モータ１２に供給される。これにより、発電モータ１２が力行運転されて、エンジン１１が発電モータ１２によりモータリングされる。モータリングによりエンジン１１のクランクシャフト２１の回転数が始動に必要な回転数まで上昇した状態で、エンジン１１の点火プラグがスパークされると、エンジン１１が始動する。

エンジン１１が動作している状態で、発電モータ１２が発電運転されることにより、発電モータ１２が交流電力を発生する。発電モータ１２が発電する交流電力は、第１インバータ３１により、直流電力に変換される。そして、第１インバータ３１から出力される直流電力が第２インバータ３２で交流電力に変換され、交流電力が駆動モータ１３に供給される。また、駆動モータ１３への電力の供給が不要なときには、第１インバータ３１から出力される直流電力が昇圧コンバータ３３で降圧されて、降圧後の直流電力が駆動用バッテリ１４に供給されることにより、駆動用バッテリ１４が充電される。

電動車両１では、ワンペダルシステムが採用されており、サービスブレーキ（フットブレーキ）の作動による減速時に限らず、アクセルペダルが踏まれておらず、アクセルペダルの最大操作量に対する運転者による操作量の割合であるアクセル開度が０％であるときにも、駆動モータ１３が回生運転される。駆動モータ１３の回生運転により、駆動輪５から駆動モータ１３に伝達される動力が交流電力に変換される。このとき、駆動モータ１３が駆動系２５の抵抗となり、その抵抗が電動車両１を制動する制動力（回生制動力）として作用する。駆動モータ１３が発生する交流電力は、第２インバータ３２により、直流電力に変換される。そして、第２インバータ３２から出力される直流電力が昇圧コンバータ３３で降圧されて、降圧後の直流電力が駆動用バッテリ１４に供給されることにより、駆動用バッテリ１４が充電される。

また、電動車両１には、複数のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）が搭載されている。各ＥＣＵは、マイコン（マイクロコントローラユニット）４２を備えており、マイコン４２には、たとえば、ＣＰＵ、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリおよびＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリが内蔵されている。複数のＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。図１には、複数のＥＣＵのうちの１つのＥＣＵ４１が示されている。

ＥＣＵ４１には、制御に必要な各種センサが接続されている。センサの一例として、ＥＣＵ４１には、アクセルペダルの操作量に応じた検出信号を出力するアクセルセンサ４３が接続されている。アクセル開度は、ＥＣＵ４１において、アクセルセンサ４３の検出信号から算出される。

＜減速度設定＞
図２は、電動車両１の減速度の設定について説明するための図であり、（ａ）は、アクセル開度が０％であるときの車速と駆動モータ１３の回生運転により得られる回生パワー（発生電力）との関係の一例を示し、（ｂ）は、アクセル開度が０％であるときの車速と電動車両１の減速度（車両減速度）との関係の一例を示す。

アクセル開度が０％であるときには、ＥＣＵ４１により、電動車両１の減速度（目標）が設定され、その減速度が得られるように、駆動モータ１３が発生する回生トルクの目標値が設定される。そして、駆動モータ１３が発生する回生トルクが目標値と一致するように、ＥＣＵ４１により、駆動モータ１３の回生運転が制御される。

図２（ａ）に示されるように、駆動用バッテリ１４の充電パワー（充電電力）に制限が存在するため、回生パワーの上限（回生可能上限）が設けられ、これに伴い、電動車両１の減速度に制限が設けられる。その制限内で車速に応じた最大の減速度（理想回生時の減速度）を設定すれば、回生パワーが充電パワーを超えることなく、最大の回生パワーを得ることができる。

図２（ｂ）に示されるように、車速がＶ１以上の高速域では、車速にかかわらず、理想回生時の減速度が一定の値Ｄ１となる。車速が車速Ｖ１以上の高速域において、電動車両１の減速度の目標が一定の値Ｄ１に設定される場合、空気抵抗などの影響により、電動車両１の実際の減速度は、車速が高いほど小さい値となる。車速が車速Ｖ２以上で車速Ｖ１未満の中速域では、車速と電動車両１の減速度との関係を示す線が下側に凸湾曲する曲線となるように、車速が小さくなるにつれて、理想回生時の減速度が値Ｄ１から値Ｄ２まで増加する。車速が車速Ｖ２未満の低速域では、理想回生時の減速度が一定の値Ｄ２となる。減速により車速が車速Ｖ３以下に低下すると、電動車両１が停車に向かうため、減速度の目標が一定の値Ｄ２に設定されても、電動車両１の実際の減速度は、車速が低下するにつれて０に向かって低下する。

ところが、電動車両１の減速度の目標が理想回生時の減速度に設定されると、電動車両１の車速が車速Ｖ４を超える車速域でアクセル開度が０％となり、そのままアクセル開度０％で電動車両１が連続的に減速し続けた場合に、電動車両１が停車するまでの期間における減速度の変動幅がドライバビリティを確保可能な許容変動幅を超えてしまい、ドライバビリティが悪化する。

言い換えれば、電動車両１の車速が車速Ｖ４以上の車速域では、理想回生時の減速度が理想回生時の最大減速度の値Ｄ２からドライバビリティを確保可能な許容変動幅分を差し引いた値以上となるので、車速Ｖ４を超える車速域からアクセル開度０％で電動車両１が連続的に減速し続けた場合、電動車両１が停車するまでの期間における減速度の変動幅が許容変動幅を超えてしまい、ドライバビリティが悪化する。

そのため、電動車両１の車速が車速Ｖ４以上の車速域でアクセル開度が０％になった場合には、電動車両１が停車するまでの期間における減速度の変動幅が許容変動幅を超えないように、アクセル開度が０％になった時点の車速に応じた下げ幅、言い換えると、駆動モータ１３の回生運転の開始時に設定される減速度に応じた下げ幅が設定されて、図２（ｂ）に破線で示されるように、その下げ幅で電動車両１の最大減速度が値Ｄ２から値Ｄ３に下げられる。

電動車両１の車速が車速Ｖ４未満の車速域でアクセル開度が０％になった場合には、減速度は、理想回生時の減速度に設定される。

なお、電動車両１の減速中にブレーキペダルが踏まれて、サービスブレーキが作動した場合には、電動車両１の減速度の目標がそのまま維持されて、サービスブレーキが解除されると、車速に応じた減速度が設定される。

＜作用効果＞
以上のように、電動車両１の加速を要求する操作、つまりアクセルペダルを踏む操作が行われておらず、アクセル開度が０％であるときには、駆動モータ１３の回生運転が行われて、駆動モータ１３が抵抗となることによる回生制動力が駆動系２５に付与される。このとき、電動車両１の減速度が所定の最大減速度以下で設定されるが、電動車両１の車速が車速Ｖ４以上の車速域でアクセル開度が０％になった場合には、電動車両１が停車するまでの期間における減速度の変動幅が許容変動幅を超えないように、駆動モータ１３の回生運転の開始時に設定される減速度に応じた下げ幅が設定されて、その下げ幅で電動車両１の最大減速度が値Ｄ２から値Ｄ３に下げられる。これにより、減速度の変動幅を許容変動幅以下に収めることができ、ドライバビリティを確保することができる。

また、電動車両１の車速が車速Ｖ４未満の車速域であるときに回生運転が開始された場合には、最大減速度が下げられず、最大減速度まで回生パワーを得ることができる。よって、最大減速度が下げられることによる回生パワーの減少を抑制し、燃費の悪化を低減することができる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、図３に示されるように、電動車両１の車速が車速Ｖ４以上の車速域でアクセル開度が０％になった場合には、図２（ｂ）に二点鎖線で示されるように、車速がＶ４未満に低下するまでの間、電動車両１の減速度の目標が理想回生時の減速度から一定の値Ｄ４に引き上げられてもよい。これにより、減速度の引き上げ幅の分、前述の実施形態の場合よりも最大減速度の下げ幅を小さく設定して、その小さい下げ幅で電動車両１の最大減速度が値Ｄ２から値Ｄ５に下げることにより、減速度の変動幅を許容変動幅以下に収めることができる。そのため、最大限速度が下げ調整されない車速域を拡大することができる。その結果、燃費の悪化を一層低減することができる。

車速Ｖ４以上の車速域で電動車両１の減速度の目標が一定の値Ｄ４に設定されると、駆動モータ１３の回生運転により得られる回生パワーが駆動用バッテリ１４が受け入れ可能な充電パワーを超える場合がある。この場合には、電力を強制的に消費するため、たとえば、回生パワーおよび車速に応じたエンジン回転数の目標が設定されて、エンジン回転数がその目標に一致するように、発電モータ１２への駆動電力の供給が制御されて、発電モータ１２によるエンジン１１のモータリングが実行される（モータリング制御）。これにより、回生パワーにおける充電パワーを超える分を消費することができ、回生パワーの残りで駆動用バッテリ１４を充電することができる。

電力を強制的に消費する制御として、モータリング制御を取り上げたが、電力を強制的に消費する制御は、エアコンディショナの電動コンプレッサを動作させる制御であってもよいし、冷却水を流通させる電動ウォータポンプを動作させる制御であってもよい。

ドライバビリティを確保可能な許容変動幅は、電動車両１が走行している路面の勾配に応じて可変に設定されてもよい。たとえば、路面が上り勾配である場合、路面が平坦な場合よりも許容変動幅が小さく設定され、路面が下り勾配である場合、路面が平坦な場合よりも許容変動幅が大きく設定されてもよい。

また、前述の実施形態では、ワンペダルシステムを採用した電動車両１を取り上げて、アクセル開度が０％であるときの制御について説明したが、本発明は、アクセル開度が０％であるときに限らず、駆動モータ１３の回生運転が行われているときの制御に広く適用することができる。

本発明は、ハイブリッドシステム２を搭載した電動車両１に限らず、モータを走行用の駆動源として搭載した電動車両であれば、エンジンを搭載していない電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）に適用することもできる。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１：電動車両
１３：駆動モータ
１４：駆動用バッテリ
２５：駆動系
４１：ＥＣＵ（制御装置）
４２：マイコン（設定手段、調整手段、廃電手段）

Claims (2)

1. 力行運転により駆動系に伝達される動力を発生し、回生運転により前記駆動系の動力で発電する駆動モータと、前記駆動モータの力行運転に使用する電力を蓄える駆動用バッテリと、を搭載する電動車両であって、前記電動車両の加速を要求する操作が行われていないときに、前記駆動モータの回生運転により回生制動力が前記駆動系に付与される前記電動車両に用いられる制御装置であって、
   前記電動車両の加速を要求する操作が行われていないときに、前記電動車両の減速度を車速に応じて所定の最大減速度以下で設定する設定手段と、
   前記最大減速度から前記設定手段により前記駆動モータの回生運転の開始時の車速に応じて設定される減速度を引いた値が許容変動幅を超える場合に、前記最大減速度を当該設定される減速度に前記許容変動幅を加えた値に調整する調整手段と、を含む、制御装置。
2. 前記調整手段による調整の結果、前記駆動モータの回生運転により得られる回生電力が前記駆動用バッテリが受け入れ可能な充電電力を超える場合、電力を強制的に消費する制御を行う廃電手段、をさらに含む、請求項１に記載の制御装置。

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