JPH07245805A

JPH07245805A - 電動車輌の回生制動装置

Info

Publication number: JPH07245805A
Application number: JP5661894A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Matsunami; 和彦松並
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1994-03-02
Filing date: 1994-03-02
Publication date: 1995-09-19

Abstract

(57)【要約】【目的】電動車輌において、回生制動のフィーリング
を向上すると共に、油圧式ブレーキの機構を簡略化でき
るようにする。【構成】制動時にモータ２からバッテリ１に流れる回
生電流を検出する変流器６と、この変流器６の検出した
回生電流の値から乗算器９によって減速度を検出し、こ
の検出結果が回生力の制御回路１１からモータドライバ
１に送られるようにした。回生制動のフィーリングが向
上すると共に、回生制動が良好に作用するので、併設す
る油圧式ブレーキの機構を簡略化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気自動車等の電源部
に適用する電動車輌の回生制動装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車は、バッテリ（二次電池）を
エネルギ源とし、このバッテリが発生する電気エネルギ
を制御してモータに印加することにより、発進、走行お
よび走行速度の調節を行うようにしている。車輌を停止
させるための制動は、一般の自動車同様に油圧式のブレ
ーキ装置によって行うのが普通である。

【０００３】電気自動車は、搭載するバッテリ単体の重
量が大きいことおよびその量が多いことによって、車輌
全体の重量が大きくなる。そこでブレーキ装置も制動力
の大きい、したがって全体形状の大きいものを使用する
ことになる。

【０００４】ところでモータは、本来のモータとしての
機能のほか、電機子電流をカットした状態で回転軸を外
力で回転させることにより、発電機として機能するもの
である。車輌の動力源としてモータを使用した場合に
は、制動を行うときに電機子電流をカットすれば車輪側
から回転子が回転させられることにより電力を発生する
から、これを電源であるバッテリに戻してバッテリの充
電を行うことができる。モータが発電機として機能する
ときの発生電力は、このようにバッテリに戻さず、電気
ヒータ等の負荷に供給することも可能である。

【０００５】このようにモータを発電機として機能さ
せ、その発生電力を電源に戻し、あるいは他の負荷に供
給するときのその電流を回生電流という。回生電流の利
用は鉄道における電車に多く行われる（一例として特開
昭６０−２２３４０２号公報参照）。電車の場合には、
回生電流を架線に戻すことになる。

【０００６】電気自動車等の場合、回生電流はバッテリ
に戻されて、その充電に供されることになる。この場
合、発電機としてのモータには電気負荷が加わることに
なるから、モータの回転力には抵抗が生じ、これが制動
力の一部になる。電気自動車の場合、ペダルは一般的に
はアクセルペダルとブレーキペダルの２個であり、アク
セルペダルを踏めば発進から最高速までの調節ができ、
アクセルペダルから足を離せば回生制動が作用するもの
である。一方、ブレーキペダルは、これを踏めば制動力
が発生し、強く踏めばそれだけ大きな制動力が発生す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、アクセ
ルペダルから足を離せば自動的に回生制動がかかるの
で、車輌は一時的に減速する。次にブレーキペダルを踏
むことによって確実な制動力を得、所望の位置で停止す
ることになる。アクセルペダルから足を離すのみで回生
制動が作用するから、便利なようではあるが、反面運転
者の意思に反する制動が行われるということにもなる。
このためフィーリングの点において、なお解決すべき余
地があった。

【０００８】一般的に油圧式ブレーキを使用した重量車
の場合、制動力が負荷条件や走行条件によって異なるの
で、減速度を特殊構造の減速度センサ（Ｇセンサ）によ
って検出し、その結果で制動力の調節を行うことが多
い。すなわち車輌に減速度センサを取付け、測定された
減速度に応じて油圧の調節をして制動力を変えるのであ
る。電気自動車にあっても油圧式ブレーキを使用したも
のは同様であり、減速度センサを設置する必要があり、
構造が複雑になった。また油圧式ブレーキを使用する場
合、真空倍力装置を設ける必要が生じた。

【０００９】本発明はこの点に鑑みてなされたものであ
り、回生制動の効きかたを運転者の意思に近付けるよう
にし、減速度を検出して自動的に制御することなく、運
転者の意思に沿った制動効果が得られるした電動車輌の
回生制動装置を提供しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、本発明中の第一の発明は、走行時にはア
クセルペダルの踏込み量に応じたトルク電流をモータに
流し、制動時には電機子電流をカットすることにより発
電機として機能するモータからの回生電流を電源である
バッテリに回生する電動車輌の回生制動装置において、
前記制動時にモータからバッテリに流れる回生電流を検
出する検出部と、該検出部の検出した回生電流の値から
減速度を判断する判断部と、該判断部の判断結果に応じ
て減速度を制御する制御部とを設けたことを特徴とす
る。

【００１１】また第二の発明は、走行時にはアクセルペ
ダルの踏込み量に応じたトルク電流をモータに流し、制
動時には電機子電流をカットすることにより発電機とし
て機能するモータからの回生電流を電源であるバッテリ
に回生する電動車輌の回生制動装置において、前記制動
時にモータからバッテリに流れる回生電流を検出する検
出部と、該検出部の検出した回生電流の値から減速度を
判断する判断部と、該判断部の判断結果に応じて減速度
を制御する制御部と、ブレーキペダルの踏込み量を電気
信号の変化として検出するブレーキペダル踏込み量検出
部とを設け、該ブレーキペダル踏込み量検出部の出力信
号を前記制御部に加えるよう構成したことを特徴とす
る。

【００１２】さらに第三の発明は、走行時にはアクセル
ペダルの踏込み量に応じたトルク電流をモータに流し、
制動時には電機子電流をカットすることにより発電機と
して機能するモータからの回生電流を電源であるバッテ
リに回生する電動車輌の回生制動装置において、前記制
動時にモータからバッテリに流れる回生電流を検出する
検出部と、該検出部の検出した回生電流の値から減速度
を判断する判断部と、該判断部の判断結果に応じて減速
度を制御する制御部と、アクセルペダルを所定角度以上
踏み込んだことを検出するアクセルペダル踏込み量検出
部とを設け、アクセルペダル踏込み量検出部の出力信号
を前記制御部に加えるよう構成したことを特徴とする。

【００１３】

【作用】このような構成とすれば、まず第一の発明にお
いては、制動時には検出部によってモータからバッテリ
に流れる回生電流が検出される。次に、この検出された
回生電流の値から判断部が減速度を判断する。そして制
御部がその判断結果に応じて減速度を制御することにな
る。

【００１４】第二の発明では第一の発明の作用に加え、
ブレーキペダル踏込み量検出部がブレーキペダルの踏込
み量を電気信号の変化として検出する。次に、その出力
信号が制御部に加えられ、ブレーキペダルの踏込み量に
対応させて回生制動力を変えることになる。

【００１５】第三の発明では第一の発明の作用に加え、
アクセルペダル踏込み量検出部がアクセルペダルが所定
角度以上踏み込んだことを検出する。これは、アクセル
ペダルを踏まないときにアクセルペダルから足を離すの
が普通であるが、そのようなときアクセルペダルに足を
載せておく運転者がいるので、踏込角度を検出する。そ
して所定角度以上踏まれているときに、運転者がアクセ
ルペダルを踏む意思があるものと判断する。この判断が
あったときには、回生制動力が解除されることになる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、基本的な回路を
示す図１について説明する。１はモータドライバであ
り、２はこのモータドライバ１により制御される電動車
輌駆動用のモータである。モータドライバ１は、モータ
２に増速用の電流を供給するものであるが、制動時に
は、後述する回生力の制御回路１１からの信号で減速度
を制御することになる。モータ２の出力軸は、図示しな
い減速歯車機構を介して車輪に結合されている。この図
には示していないが、モータドライバ１には電源となる
バッテリ２１が接続される（図３参照）。

【００１７】モータドライバ１とモータ２とを接続する
線のうち、符号３で示す線は界磁電流が流れる線であ
り、符号４で示す線は電機子電流が流れる線である。線
３には界磁電流を検出する検出部としての変流器５が設
けられ、線４には電機子電流を検出する検出部としての
変流器６が設けられている。モータ２の駆動時には線４
に電機子電流が流れるが、回生制動時にはこの電機子電
流がカットされ、線４を、逆向きの回生電流が流れるこ
とになる。したがって、このときには変流器６は回生電
流を検出することになる。

【００１８】変流器５によって検出された界磁電流をＩ
_A 、変流器６によって検出された電機子電流をＩ_B とす
る。変流器５は増幅器７の入力側に接続され、変流器６
は増幅器８の入力側に接続されて、それぞれ検出電流を
一定比率で増幅し、電流Ｋ_AＩ_A およびＫ_B Ｉ_B を得る
ようになっている。

【００１９】増幅器７と増幅器８の出力側は乗算器９の
入力側に接続され、乗算器９で乗算されて回生制動トル
クτに相当する電流変化を得るようになっている。乗算
器９の出力側は、入力電圧を規制するリミッタ１０の入
力側に接続されている。このリミッタ１０は、図２に示
すように、制御すべき電圧の最大値が５ボルトを超えな
いようにするものである。この５ボルトという値は回路
の定格から決められているものであり、他の定格電圧で
あってもよいことは言うまでもない。

【００２０】図１に戻って、リミッタ１０の出力側に
は、回生力の制御回路１１の一つの入力端が接続され、
回生トルクの実測値τが入力されるようになっている。
この制御回路１１は、回生制動時、変流器６によって検
出された回生電流から減速度を判断する。制御回路１１
の他の入力端には、さらにアクセルペダルの踏込み量に
応じた電気信号ｘ₁ を発する、アクセルペダル踏込み量
検出部としてのアクセルペダル信号発生器１２と、ブレ
ーキペダルの踏込み量に応じた電気信号ｘ₂ を発する、
ブレーキペダル踏込み量検出部としてのブレーキペダル
信号発生器１３とが接続されている。回生力の制御回路
１１は、これらの入力信号を処理し、その結果の信号を
モータドライバ１の制御端子に入力するようになってい
る。

【００２１】アクセルペダルの踏込み量に応じた電気信
号ｘ₁ を発するアクセルペダル信号発生器１２と、ブレ
ーキペダルの踏込み量に応じた電気信号ｘ₂ を発するブ
レーキペダル信号発生器１３はどのようなものでもよい
が、もっとも一般的なものとしては、ペダルの踏込み量
に応じて抵抗値が変わるようにポテンショメータの摺動
子を取付け、このポテンショメータの抵抗値変化をペダ
ルの踏込み量として捉えるものが考えられる。また別の
ものとして、圧電センサを使用し、ペダルの踏込み量に
応じてこの圧電センサの出力が変わるようなものを使用
することも考えられる。

【００２２】図３は、図１に示したモータドライバ１の
内部回路を示したものであり、図４は、回生力の制御回
路１１の作動（計算過程）を表す説明図である。したが
って図３については、図１と同一部分には図１と同一の
符号を付して説明する。図３に示すモータドライバ１に
おいて、１４はアクセルペダルの踏込み信号が入力され
る入力端子、１５はブレーキペダルの踏込み信号が入力
される入力端子である。

【００２３】入力端子１４は回生力の制御回路１１の入
力側に接続されるとともに、第１のスイッチ１６の一つ
の固定接点に接続されている。第１のスイッチ１６の他
の固定接点には、回生力の制御回路１１の出力側が接続
され、これらを切り替える可動接点は、界磁電流制御部
１７の入力側に接続されている。界磁電流制御部１７の
出力側は、線３により、モータ２に接続されている。

【００２４】入力端子１４には、さらにトルク電流制御
部１８の入力側と、モータ駆動モードと回生制動モード
の切替回路１９の一つの入力側が接続されている。回生
制動モードの切替回路１９の他の入力側は、入力端子１
５が接続されている。トルク電流制御部１８の出力側
は、線４の途中に設けられた第２のスイッチ２０の一つ
の固定接点に接続されている。この第２のスイッチ２０
の他の固定接点は、電動車輌の電源となるバッテリ２１
に接続されている。そしてこれら固定接点を切り替える
可動接点は、モータ２に接続されている。前述の第１の
スイッチ１６およびこの第２のスイッチ２０は、いずれ
も回生制動モードの切替回路１９からの指令によって切
り替わる。

【００２５】図３において、符号２２で示すものは計算
回路である。この計算回路２２は、図１における増幅器
７、８からリミッタ１０までの部分である。すなわち、
変流器５によって界磁電流Ｉ_A を、また変流器６によっ
て電機子電流Ｉ_B を検出し、これを増幅器７、８で増幅
した後、乗算器９で乗算して回生制動トルクτに相当す
る電流変化を得る回路である。この計算回路２２の出力
信号は、図３においては図示を省略したリミッタ１０
（図１参照）を介して回生力の制御回路１１に入力され
る。

【００２６】このように構成された電動車輌の回生制動
装置の作動を、図１、図３および図５について説明す
る。電動車輌が走行するとき（図５のステップＳ１の
「Ｎ」、ステップＳ２）には、第１のスイッチ１６の可
動接点が図３と異なる側のアクセル開度側に、また第２
のスイッチ２０が同様に駆動側にそれぞれ切り替えられ
る（ステップＳ３、ステップＳ４）。これにより、モー
タドライバ１からモータ２に、所定値の界磁電流とアク
セルペダルの踏込み度に応じた電機子電流（トルク電
流）が流れ（ステップＳ５）、モータ２が回転して電動
車輌は走行する。界磁電流と電機子電流が流れれば変流
器５，６はその電流を検出するが、増幅器７，８を作動
させないことにより、次に説明する回生制動時の作動と
区別することができる。

【００２７】電動車輌の走行中に減速を行う必要が生
じ、あるいは停止させる必要が生じたときには（ステッ
プＳ２の「Ｙ」、ステップＳ６、ステップＳ７）、運転
者はアクセルペダルを踏んでいた足の力を緩め、アクセ
ルペダルから足を離すことになる（ステップＳ８）。ア
クセルペダルを踏んでいた足の力を緩めれば、モータ２
の電機子電流が切れるから、自動的に回生制動の状態に
入ることになる。これによりモータドライバ１は、第１
のスイッチ１６と第２のスイッチ２０を図３に示す回生
状態に切り替える（前述のステップＳ６、ステップＳ
７）。

【００２８】回生制動により、モータ２は車輪を駆動せ
ず、車輪から見て機械的な負担になるので、その機械的
負担により電動車輌は減速し、やがて停止する。回生制
動は、電動車輌の制動開始時の速度が大きく、また登坂
時等、道路状況に応じて大きな制動力を発生することに
なるので、場合によっては運転者の意図するところと異
なったフィーリングで効いてくることがある。また、こ
れとは逆に、もう少し強く効いてもらいたいと思うとき
に効きが悪いこともある。一般に車輌を停止させようと
するときにはブレーキペダルも踏むので、このときには
思わず強く踏むことになる。

【００２９】そこで回生による制動トルクを、ブレーキ
ペダルの踏込み量（踏力）に対して直線的に変わるよう
にする（ステップＳ９）。このため、ブレーキペダルの
踏込み量に応じた回生トルクの指令値と実際の回生トル
ク値を比較する。回生トルクが足りない場合には回生力
指令値を大きくし、回生トルクが大き過ぎる場合には回
生力指令値を小さくする。

【００３０】回生による減速度は、以下のようにして算
出する。図１において回生時のモータ２には、モータド
ライバ１から界磁電流のみが供給されるので、車輪側か
ら回転力を受ける発電機として機能することになる。こ
のときに流れる電機子電流（回生電流）Ｉ_B と界磁電流
Ｉ_A を、電流センサまたは抵抗器あるいは電気負荷への
印加電圧により測定する（ステップＳ１０、ステップＳ
１１）。

【００３１】直流電動機において制動トルクは、電機子
電流（回生電流）と界磁電流の積に比例することから、
電流センサによる測定値を増幅して掛け合わせることに
より（ステップ１２）、回生制動トルクτを算出する。
Ｋ_A およびＫ_B は、最大回生時のＩ_A ，Ｉ_B において、
Ｋ_A Ｋ_B （Ｉ_A ×Ｉ_B ）が所定電圧（一例として５ボル
ト）の出力となるように調整される。そして５ボルトの
リミッタ１０を通してから、回生力の制御回路１１に入
力される。

【００３２】回生力の制御回路１１内において、ブレー
キペダルの踏込み量ｘ₂ は、関数ｆ ₂ により回生トルク
期待値へと変換される。次に、この回生トルク期待値と
指定した回生制動トルクτの差がとられ、これに係数Ｋ
を掛けることにより、トルク指令の増減量が得られる。
この値を回生制動トルクτに加えて、回生トルク指令値
τ_ref とする。非回生時にτ_out をゼロとするために、
アクセルペダルの踏込み量を利用する。アクセルペダル
の踏込み量ｘ₁ を関数ｆ₂ により変換し、その出力ｙ₁
をτ_ref と乗算することによって、τ_out は回生時にの
み出力されることになる（ステップＳ１２ないしステッ
プＳ１４）。

【００３３】運転者によっては、アクセルペダルを踏む
必要がないときにも、その上部に足を載せて置くものが
いる。そこで、この状態をアクセルペダルの踏み込みと
区別するために、アクセルペダルの踏込み量ｘ₁ と、こ
の踏込み量ｘ₁ を関数ｆ₂ により変換した出力ｙ₁
（Ｖ）との関係を、図６に示すようにして踏込み量ｘ₁
に遊びａを持たせることで解決している。遊びａの部分
のみ出力電圧が発生する。

【００３４】図７は、ブレーペダルの踏込み量ｘ₂ と増
幅器７、８の出力電圧との関係である。前述のように、
この実施例においては、増幅器７、８の出力電圧は最大
値を５ボルトにしてある。そしてその電圧上昇度は、ブ
レーペダルの踏込み量ｘ₂ に比例するが、電圧の上昇カ
ーブと下降カーブとにはヒステリシス現象が発生するの
で、これを考慮して所望の電圧を得るようにする。

【００３５】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
た電動車輌の回生制動装置であるから、第一の発明にお
いては減速時に回生電流から減速度が判断され、制御さ
れるから、別途に減速度センサ等を設ける必要がなく、
制動機構を簡単にすることができることになる。またこ
の場合、制動トルクが車載条件や走行状態等の影響を受
けないことになる。従来の油圧式ブレーキは補助的なも
のとなり、あるいは設けずにも済むことになるので、油
圧式ブレーキのためのブレーキ倍力装置等が不要にな
る。

【００３６】第二の発明においては、第１の発明の効果
に加え、ブレーキペダルの踏込み量に対応させて回生制
動力を変えるようにしたので、運転者の意思に応じた制
動を行うことができる。

【００３７】第三の発明においては、第１の発明の効果
に加え、アクセルペダルが所定量以上踏み込まれたとき
に制動力が生ずるので、アクセルペダルを踏まないとき
にもアクセルペダルを踏むくせのある運転者に対して
も、誤動作が生じないことになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の系統図である。

【図２】図１のものの作動をリミッタの規定電圧との関
係で示したグラフである。

【図３】図１に示したモータドライバ１の内部回路を示
した回路図である。

【図４】回生力の制御回路の作動（計算過程）を表す説
明図である。

【図５】図１のものの作動を示すフローチャート図であ
る。

【図６】アクセルペダルの遊びを示すグラフである。

【図７】ブレーキペダルのヒステリシス現象を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１モータドライバ２モータ３線４線５変流器６変流器７増幅器８増幅器９乗算器１０リミッタ１１回生力の制御回路１２アクセルペダル信号発生器１３ブレーキペダル信号発生器１６第１のスイッチ１７界磁電流制御部１８トルク電流制御部１９回生制動モードの切替回路２０第２のスイッチ２１バッテリ２２計算回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】走行時にはアクセルペダルの踏込み量に
応じたトルク電流をモータに流し、制動時には電機子電
流をカットすることにより発電機として機能するモータ
からの回生電流を電源であるバッテリに回生する電動車
輌の回生制動装置において、前記制動時にモータからバ
ッテリに流れる回生電流を検出する検出部と、該検出部
の検出した回生電流の値から減速度を判断する判断部
と、該判断部の判断結果に応じて減速度を制御する制御
部とを設けたことを特徴とする電動車輌の回生制動装
置。
【請求項２】走行時にはアクセルペダルの踏込み量に
応じたトルク電流をモータに流し、制動時には電機子電
流をカットすることにより発電機として機能するモータ
からの回生電流を電源であるバッテリに回生する電動車
輌の回生制動装置において、前記制動時にモータからバ
ッテリに流れる回生電流を検出する検出部と、該検出部
の検出した回生電流の値から減速度を判断する判断部
と、該判断部の判断結果に応じて減速度を制御する制御
部と、ブレーキペダルの踏込み量を電気信号の変化とし
て検出するブレーキペダル踏込み量検出部とを設け、該
ブレーキペダル踏込み量検出部の出力信号を前記制御部
に加えるよう構成したことを特徴とする電動車輌の回生
制動装置。
【請求項３】走行時にはアクセルペダルの踏込み量に
応じたトルク電流をモータに流し、制動時には電機子電
流をカットすることにより発電機として機能するモータ
からの回生電流を電源であるバッテリに回生する電動車
輌の回生制動装置において、前記制動時にモータからバ
ッテリに流れる回生電流を検出する検出部と、該検出部
の検出した回生電流の値から減速度を判断する判断部
と、該判断部の判断結果に応じて減速度を制御する制御
部と、アクセルペダルを所定角度以上踏み込んだことを
検出するアクセルペダル踏込み量検出部とを設け、該ア
クセルペダル踏込み量検出部の出力信号を前記制御部に
加えるよう構成したことを特徴とする電動車輌の回生制
動装置。