JP2017019427A - 電動車両 - Google Patents

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

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。

特開２００５−５３３１７号公報

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。

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。

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。 制動要求がなされているときにおいて要求トルクＴｄ＊を一定としたときの配分比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。

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

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

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)

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。

Images