JP2017019427A - 電動車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】制動要求時に、車両全体のエネルギ損失の増加を抑制する。
【解決手段】制動要求がなされたときには、駆動系損失Ldに油圧ブレーキ装置の損失Lbを加えた総損失Ltが最小値になるように目標配分比Dr*を設定し、前輪用のモータと後輪用のモータとのそれぞれが最小トルクの範囲内で配分比Drで駆動するよう2つのモータを制御すると共に、駆動軸に要求トルクが出力されるように、2つのモータと油圧ブレーキ装置とを制御する。これにより、制動要求時に、車両全体の損失を小さくできるから、車両全体のエネルギ損失の増加を抑制することができる。
【選択図】図2
【解決手段】制動要求がなされたときには、駆動系損失Ldに油圧ブレーキ装置の損失Lbを加えた総損失Ltが最小値になるように目標配分比Dr*を設定し、前輪用のモータと後輪用のモータとのそれぞれが最小トルクの範囲内で配分比Drで駆動するよう2つのモータを制御すると共に、駆動軸に要求トルクが出力されるように、2つのモータと油圧ブレーキ装置とを制御する。これにより、制動要求時に、車両全体の損失を小さくできるから、車両全体のエネルギ損失の増加を抑制することができる。
【選択図】図2
Description
本発明は、電動車両に関し、詳しくは、前輪に動力を入出力可能な第1モータと、後輪に動力を入出力可能な第2モータと、前輪および後輪に油圧による制動力を付与可能な油圧ブレーキ装置と、を備える電動車両に関する。
従来、この種の電動車両としては、前輪に動力を出力するエンジンと、後輪に動力を入出力可能なモータジェネレータと、前輪および後輪に制動力を付与する車輪ブレーキと、を備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この電動車両では、エンジンが所定の燃料消費量となるように前輪と後輪との駆動力配分を設定し、設定した駆動力配分に応じてエンジンとモータジェネレータとを制御することにより、エンジンの燃料消費量を低減できるとしている。
しかしながら、上述の電動車両では、制動要求がなされたときに、設定した駆動力配分に基づくモータジェネレータの目標トルクが、モータジェネレータの回生上限トルクを上回る場合には、モータジェネレータから出力されるトルクを回生上限トルクで制限する。この場合、車両に要求される要求制動トルクに対して不足する分の制動トルクを補うために、車輪ブレーキを作動させる。こうした車輪ブレーキの作動により、車両全体としてエネルギ損失が増加する場合がある。
本発明の電動車両は、制動要求がなされたときに、車両全体におけるエネルギ損失の増加を抑制することを主目的とする。
本発明の電動車両は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の電動車両は、
前輪に動力を入出力可能な第1モータと、
後輪に動力を入出力可能な第2モータと、
前記前輪および前記後輪に油圧による制動力を付与可能な油圧ブレーキ装置と、
制動要求がなされたときに、前記第1,第2モータの回生上限トルクの範囲内で前記前輪に出力される前輪トルクと前記後輪に出力される後輪トルクとの和に対する前記後輪トルクの比が目標配分比になり、かつ、車両に要求制動力が付与されるよう前記第1,第2モータと前記油圧ブレーキ装置とを制御する制御手段と、
を備える電動車両であって、
前記制御手段は、前記制動要求がなされたときに、前記前輪,後輪トルクが前記第1,第2モータの回生上限トルクの範囲内となり、かつ、前記第1,第2モータの損失と前記油圧ブレーキの損失との和である総損失が最小値を含む所定範囲内になるように前記目標配分比を設定する、
ことを特徴する。
前輪に動力を入出力可能な第1モータと、
後輪に動力を入出力可能な第2モータと、
前記前輪および前記後輪に油圧による制動力を付与可能な油圧ブレーキ装置と、
制動要求がなされたときに、前記第1,第2モータの回生上限トルクの範囲内で前記前輪に出力される前輪トルクと前記後輪に出力される後輪トルクとの和に対する前記後輪トルクの比が目標配分比になり、かつ、車両に要求制動力が付与されるよう前記第1,第2モータと前記油圧ブレーキ装置とを制御する制御手段と、
を備える電動車両であって、
前記制御手段は、前記制動要求がなされたときに、前記前輪,後輪トルクが前記第1,第2モータの回生上限トルクの範囲内となり、かつ、前記第1,第2モータの損失と前記油圧ブレーキの損失との和である総損失が最小値を含む所定範囲内になるように前記目標配分比を設定する、
ことを特徴する。
この本発明の電動車両では、制動要求がなされたときに、第1,第2モータの回生上限トルクの範囲内で前輪に出力される前輪トルクと後輪に出力される後輪トルクとの和に対する後輪トルクの比が目標配分比になり、かつ、車両に要求制動力が付与されるよう第1,第2モータと油圧ブレーキ装置とを制御する。このとき、前輪,後輪トルクが第1,第2モータの回生上限トルクの範囲内となり、第1,第2モータの損失と油圧ブレーキの損失との和である総損失が最小値を含む所定範囲内になるように目標配分比を設定する。これにより、制動要求がなされたとき、車両全体のエネルギ損失の増加を抑制することができる。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例としての電気自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車20は、図1に示すように、モータ32,42と、インバータ34,44と、バッテリ50と、油圧ブレーキ装置90と、電子制御ユニット70と、を備える。
モータ32は、例えば同期発電電動機として構成されており、その回転子は、前輪38a,38bにデファレンシャルギヤ37を介して連結された駆動軸36に接続されている。モータ42は、例えば同期発電電動機として構成されており、その回転子は、後輪48a,48bにデファレンシャルギヤ47を介して連結された駆動軸46に接続されている。インバータ34,44は、バッテリ50と共に電力ライン54に接続されている。モータ32,42は、電子制御ユニット70によって、インバータ34,44の図示しない複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。
バッテリ50は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、電力ライン54に接続されている。
油圧ブレーキ装置90は、前輪38a,38bや後輪48a,48bに取り付けられたブレーキホイールシリンダ96a,96b,98a,98bと、ブレーキアクチュエータ94と、を備える。ブレーキアクチュエータ94は、前輪38a,38bや後輪48a,48bに制動力を付与するためのアクチュエータとして構成されている。具体的には、ブレーキアクチュエータ94は、ブレーキペダルポジションBPと車速Vとに応じて車両に作用させる制動力のうちブレーキの分担分に応じた制動力が前輪38a,38bや後輪48a,48bに作用するようにブレーキホイールシリンダ96a,96b,98a,98bの油圧を調整したり、ブレーキペダル85の踏み込みとは無関係に、制動力が前輪38a,38bや後輪48a,48bに作用するようにブレーキホイールシリンダ96a,96b,98a,98bへの油圧を調整したりすることができるように構成されている。このブレーキアクチュエータ94は、電子制御ユニット70によって駆動制御されている。
電子制御ユニット70は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROM,データを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。電子制御ユニット70には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、以下のものを挙げることができる。
・モータ32,42の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサからの回転位置θmf,θmr
・モータ32,42とインバータ34,44とを接続する電力ラインに取り付けられた電流センサからの相電流Iuf,Ivf,Iur,Ivr
・バッテリ50の端子間に取り付けられた電圧センサからの電池電圧Vb
・バッテリ50の出力端子に取り付けられた電流センサからの電池電流Ib
・バッテリ50に取り付けられた温度センサからの電池温度Tb
・イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号
・シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP
・アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc
・ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP
・車速センサ88からの車速V
・マスタシリンダ92に取り付けられた圧力センサからのマスタシリンダ圧
・前輪38a,38bや後輪48a,48bに取り付けられた車輪速センサからの車輪速Vwa〜Vwd
・操舵角センサからの操舵角θst
・モータ32,42の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサからの回転位置θmf,θmr
・モータ32,42とインバータ34,44とを接続する電力ラインに取り付けられた電流センサからの相電流Iuf,Ivf,Iur,Ivr
・バッテリ50の端子間に取り付けられた電圧センサからの電池電圧Vb
・バッテリ50の出力端子に取り付けられた電流センサからの電池電流Ib
・バッテリ50に取り付けられた温度センサからの電池温度Tb
・イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号
・シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP
・アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc
・ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP
・車速センサ88からの車速V
・マスタシリンダ92に取り付けられた圧力センサからのマスタシリンダ圧
・前輪38a,38bや後輪48a,48bに取り付けられた車輪速センサからの車輪速Vwa〜Vwd
・操舵角センサからの操舵角θst
電子制御ユニット70からは、各制御信号が出力ポートを介して出力されている。各種制御信号としては、以下のものを挙げることができる。
・インバータ34,44の図示しない複数のスイッチング素子へのスイッチング制御信号
・ブレーキアクチュエータ94への駆動制御信号
・インバータ34,44の図示しない複数のスイッチング素子へのスイッチング制御信号
・ブレーキアクチュエータ94への駆動制御信号
なお、電子制御ユニット70は、回転位置検出センサからのモータ32,42の回転子の回転位置に基づいてモータ32,42の回転数Nmf,Nmrを演算している。また、電子制御ユニット70は、電流センサによって検出された電池電流Ibの積算値に基づいてバッテリ50の蓄電割合SOCを演算している。ここで、蓄電割合SOCは、バッテリ50の全容量に対するバッテリ50から放電可能な電力の容量の割合である。さらに、電子制御ユニット70は、車輪速センサからの前輪38a,38bや後輪48a,48bの車輪速Vwa〜Vwd,操舵角センサからの操舵角などに基づいて、運転者がブレーキペダル85を踏み込んだときに前輪38a,38bや後輪48a,48bのいずれかがロックによってスリップするのを防止するアンチロックブレーキ装置機能(ABS)や,運転者がアクセルペダル83を踏み込んだときに前輪38a,38bや後輪48a,48bのいずれかが空転によりスリップするのを防止するトラクションコントロール(TRC),車両が旋回走行しているときに姿勢を保持する姿勢保持制御(VSC)などの車両挙動安定制御を行なう。
こうして構成された実施例の電気自動車20では、電子制御ユニット70は、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて走行に要求される要求トルクTd*を設定し、前輪38a,38bのトルクと後輪48a,48bのトルクとの和に対する後輪48a,48bのトルクの割合である配分比Drが目標配分比Dr*になるようモータ32,42のトルク指令Tmf*,Tmr*を設定する。そして、モータ32,34がトルク指令Tmf*,Tmr*で駆動されるようインバータ34,44の図示しないスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。こうした制御により、配分比Drを目標配分比Dr*にしながら要求トルクTd*によって走行する。
実施例の電気自動車20において、ブレーキペダル85が踏み込まれたとき、すなわち、制動要求がなされたとき、電子制御ユニット70は、ブレーキポジションBPと車速Vとに基づいて要求トルクTd*(負の値)を設定し、配分比Drが目標配分比Dr*になるようモータ32,42の仮トルクTmftmp,Tmrtmpを設定する。続いて、仮トルクTmftmpとモータ32から出力可能な最小トルクTmfmin(最小トルクTmfminの絶対値がモータ32の回生上限トルク)のうち大きいほうのトルクをモータ32のトルク指令Tmf*に設定し、仮トルク指令Tmrtmpとモータ42から出力可能な最小トルクTmrmin(最小トルクTmrminの絶対値がモータ42の回生上限トルク)とのうち大きいほうのトルクをモータ42のトルク指令Tmr*に設定する。そして、モータ32,42がトルク指令Tmf*,Tmr*で駆動されるようインバータ34,44の図示しないスイッチング素子のスイッチング制御を行い、要求トルクTd*が駆動軸36に出力されるように必要に応じてブレーキアクチュエータ94を作動させる。こうした制御により、最小トルクTmfmin,Tmrmin(モータ32,42の回生上限トルク)の範囲内でモータ32,42を回生駆動しながら、ブレーキアクチュエータ94を作動させて要求トルクTd*を駆動軸36に出力する。
次に、こうして構成された実施例の電気自動車20の動作、特に、目標配分比Dr*を設定する際の動作について説明する。図2は、実施例の電子制御ユニット70によって実行される目標配分比設定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
本ルーチンが実行されると、電子制御ユニット70は、アクセル開度AccやブレーキポジションBPと車速Vとに基づいて走行に要求される要求トルクTd*を設定し(ステップS100)、制動要求がなされているか否かを判定する(ステップS110)。ステップS110の処理では、要求トルクTr*が負の値であるときに、制動要求がなされていると判定する。
制動要求がなされていないときには(ステップS110)、駆動系の損失Ldが最小値となるように、目標配分比Dr*を設定し(ステップS120)、回生要求があるときには(ステップS110)、駆動系の損失Ldに油圧ブレーキ装置90の損失Lbを加えた総損失Ltが最小値となるように、目標配分比Dr*を設定する(ステップS130)。ここで、駆動系には、モータ32,42,インバータ34,44,デファレンシャルギヤ37,47が含まれる。また、駆動系の総損失Ldには、モータ32,42の損失(鉄損失,銅損失,機械損失など),インバータ34,44の損失(インバータ34,44を構成するスイッチング素子のスイッチング損失など),デファレンシャルギヤ37,47の損失(ギヤの噛み合い損失など)が含まれる。ステップS120の処理では、損失Ldが最小値となる配分比D1と要求トルクTd*との関係を予め実験や解析などにより求めて図示しないROMに記憶しており、要求トルクTd*が与えられると対応する配分比D1が導出されて目標配分比Dr*に設定されるものとした。また、ステップS130の処理では、モータ32,42から出力されるトルクが最小トルクTfmin,Trmin以上となり、かつ、総損失Ltが最小値となる配分比D2と要求トルクTd*との関係を予め実験や解析などにより求めて図示しないROMに記憶しており、要求トルクTd*が与えられると対応する配分比D2が導出されて目標配分比Dr*に設定されるものとした。
図3は、制動要求がなされているときにおいて、要求トルクTd*を一定とした場合の配分比Drと損失Ld,総損失Ltとの関係の一例を示す説明図である。図中、破線は配分比Drと損失Ldとの関係を示しており、実線は配分比Drと総損失Ltとの関係を示している。制動要求がなされると、最小トルクTmfminでモータ32,42から出力されるトルクが制限されて、油圧ブレーキ装置90が作動する可能性がある。油圧ブレーキ装置90が作動すると、油圧ブレーキ装置90の熱による損失が生じる。そのため、駆動系の損失Ldが最小値となる配分比D1を目標配分比Dr*とすると、図示するように、油圧ブレーキ装置90の損失Ldを含む総損失Ltは最小値とならない場合がある。また、目標配分比Dr*を設定する際に、最小トルクTfmin,Trminを考慮しないと、仮トルクTmftmp,Tmrtmpが最小トルクTfmin,Trminに制限されたものがトルク指令Tmf*,Tmr*に設定されるから、実際の配分比が目標配分比Dr*からずれてしまい、実際の総損失Ltが最小値とならない。実施例では、制動要求がなされているときには、モータ32,42から出力されるトルクが最小トルクTfmin,Trmin以上となり、かつ、総損失Ltが最小値となる配分比D2を目標配分比Dr*を設定することにより、車両全体の損失の低減を図ることができ、車両全体のエネルギ損失の増加を抑制することができる。
以上説明した本実施例の電気自動車20によれば、制動要求がなされたときには、駆動系損失Ldに油圧ブレーキ装置90の損失Lbを加えた総損失Ltが最小値になり、かつ、モータ32,42から出力されるトルクが最小トルクTmfmin,Tmrmin(モータ32,42の回生上限トルク)の範囲内となるように目標配分比Dr*を設定し、配分比Drが目標配分比Dr*になるようモータ32,42を駆動し、かつ、駆動軸36に要求トルクTr*が出力されるように油圧ブレーキ装置90を制御することにより、車両全体のエネルギ損失の増加を抑制することができる。
実施例の電気自動車20では、ステップS120,S130の処理で損失Ldや総損失Ltが最小値となるよう目標配分比Dr*を設定するものとしたが、損失Ldや総損失Ltが最小値となるよう目標配分比Dr*を設定するものに限定されるものではなく、例えば損失Ldや総損失Ltが最小値付近の配分比など損失Ldや総損失Ltが小さくなるよう目標配分比Dr*を設定すればよい。
実施例では、本発明を前輪38a,38bに動力を入出力可能なモータ32と、後輪48a,48bに動力を入出力可能なモータ42と、を備える電気自動車20に適用するものとしたが、電気自動者20のハード構成に加えて駆動軸36にプラネタリギヤを介してエンジンおよび発電機が接続されたハイブリッド自動車に適用するものとしてもよい。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ32が「第1モータ」に相当し、モータ42が「第2モータ」に相当し、油圧ブレーキ装置90が「油圧ブレーキ装置」に相当し、電子制御ユニット70が「制御手段」に相当する。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、電動車両の製造産業などに利用可能である。
20 電気自動車、32,42 モータ、34,44 インバータ、36,46 駆動軸、37,47 デファレンシャルギヤ、38a,38b 前輪、48a,48b 後輪、50 バッテリ、54 電力ライン、70 電子制御ユニット、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、90 油圧ブレーキ装置、92 マスタシリンダ、94 ブレーキアクチュエータ、96a,96b,98a,98b ブレーキホイールシリンダ。
Claims (1)
- 前輪に動力を入出力可能な第1モータと、
後輪に動力を入出力可能な第2モータと、
前記前輪および前記後輪に油圧による制動力を付与可能な油圧ブレーキ装置と、
制動要求がなされたときに、前記第1,第2モータの回生上限トルクの範囲内で前記前輪に出力される前輪トルクと前記後輪に出力される後輪トルクとの和に対する前記後輪トルクの比が目標配分比になり、かつ、車両に要求制動力が付与されるよう前記第1,第2モータと前記油圧ブレーキ装置とを制御する制御手段と、
を備える電動車両であって、
前記制御手段は、前記制動要求がなされたときに、前記前輪,後輪トルクが前記第1,第2モータの回生上限トルクの範囲内となり、かつ、前記第1,第2モータの損失と前記油圧ブレーキの損失との和である総損失が最小値を含む所定範囲内になるように前記目標配分比を設定する、
ことを特徴する電動車両。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108791252A (zh) * | 2018-06-11 | 2018-11-13 | 浙江国自机器人技术有限公司 | 一种鼓式刹车装置的刹车控制方法、***及相关装置 |
JP2019187171A (ja) * | 2018-04-16 | 2019-10-24 | トヨタ自動車株式会社 | 電動車両 |
CN111409466A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-07-14 | 潍柴动力股份有限公司 | 车辆制动方法、装置、车辆、电子设备及存储介质 |
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