JP2018011488A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】回生制御を行う際の消費電力を抑制して電費を向上させる。
【解決手段】車両１の回生運転時の所定回生電力（要求される回生電力）がフロントモータ３の回生能力よりも低い場合で、車両１の走行が不安定にならない場合、リヤモータ７に電力を供給するためのリヤインバータ１３の駆動を停止させ、回生運転時のインバータの消費電力を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、前輪・後輪に対しそれぞれ走行用モータにより駆動力を伝える電動車両に関する。

近年、走行用モータで駆動輪を駆動させる車両（ＥＶ）や、走行用モータとエンジンとを組み合わせて車両の駆動力を得るようにしたハイブリッド車両が開発され、実用化が進んでいる。ハイブリッド車両としては、発電機をエンジンにより駆動させて発電し、走行用モータに給電を行うバッテリを充電する車両（ＨＥＶ）だけでなく、バッテリを外部の商用電源でも充電可能な車両（ＰＨＥＶ）の開発、実用化が進んでいる。

このような電動車両では、前後輪を別々の走行用モータで駆動し（４ＷＤ車）、走行状態に応じて前後輪の駆動力を配分する技術が種々提案されている。４ＷＤ車では、通常、前輪と後輪の駆動力の配分が所定の割合に設定され、走行状態に応じて駆動力の配分が変更されている（特許文献１参照）。走行状態に応じて駆動力が分配されることで、電費を低下させることなく走行安定性を向上させることができる。

ところで、電動車両は、例えば、アクセルペダルを離して減速走行している時や惰性走行している時には、駆動輪からのエネルギーを受けて走行用モータが回転する。これにより、電気エネルギー（回生電力）を発生させて所定のブレーキ力（回生ブレーキ力）が得られるようになっている（回生制御）。

回生制御を行う場合、車両の走行状態により所望の回生電力（所定回生電力）が求められ、前輪と後輪の走行用モータの両方で電気エネルギーを発生させて所定回生電力を得ている。しかし、車両の運転状態によっては、前輪、もしくは、後輪の走行用モータだけで所定回生電力が確保できることも考えられるが、前後の走行用モータの両方で所定回生電力を得ているのが現状である。このため、前後輪を別々の走行用モータで駆動する電動車両では、電費を更に向上させることができる余地が残されているのが実情である。

特許第３７７６４３４号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、前後輪を別々の走行用モータで駆動する電動車両において、回生制御を行う際の消費電力を抑制して電費を向上させることができる電動車両を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の電動車両は、車両の前輪に駆動力を伝えるフロントモータと、前記車両の後輪に駆動力を伝えるリヤモータと、バッテリからの電力を前記フロントモータに供給するためのフロントインバータと、前記バッテリからの電力を前記リヤモータに供給するためのリヤインバータとを備えた電動車両において、前記車両の走行状況に基づいて前記車両の回生運転時の所定回生電力を求める回生電力導出手段と、前記回生電力導出手段で求められた前記所定回生電力が、前記フロントモータ、もしくは、前記リヤモータのいずれか一方の回生能力を下回った際に、前記フロントモータ、もしくは、前記リヤモータのいずれか他方に電力を供給する前記フロントインバータ、もしくは、前記リヤインバータの駆動を停止するインバータ制御手段とを備えたことを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、車両の回生運転時の所定回生電力（要求される回生電力）が走行用モータのいずれか一方、即ち、フロントモータ、もしくは、リヤモータのいずれか一方の回生能力よりも低い場合、いずれか他方のモータに電力を供給するためのフロントインバータ、もしくは、リヤインバータの駆動を停止させ、回生運転時のインバータの消費電力を抑制する。

これにより、前後輪を別々の走行用モータで駆動する電動車両において、回生制御を行う際の消費電力を抑制して電費を向上させることが可能になる。

そして、請求項２に係る本発明の電動車両は、請求項１に記載の電動車両において、前記インバータ制御手段は、前記回生電力導出手段で求められた前記所定回生電力が、前記フロントモータの回生能力を下回った際に、前記リヤモータに電力を供給する前記リヤインバータの駆動を停止させることを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、車両の回生運転時の所定回生電力（要求される回生電力）がフロントモータの回生能力よりも低い場合、リヤモータに電力を供給するためのリヤインバータの駆動を停止し、フロントモータだけで所定回生電力を得る。このため、走行安定性を確保した状態で消費電力を抑制することができる。

また、請求項３に係る本発明の電動車両は、請求項１に記載の電動車両において、前記インバータ制御手段は、前記回生電力導出手段で求められた前記所定回生電力が、回生される電力が高い側の前記フロントモータ、もしくは、前記リヤモータのいずれか一方の回生能力を下回った際に、前記フロントインバータ、もしくは、前記リヤインバータの駆動を停止させることを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、車両の回生運転時の所定回生電力（要求される回生電力）が回生される電力が高い側のモータの回生能力よりも低い場合、回生される電力が低い側のモータに電力を供給するためのインバータの駆動を停止し、回生される電力が高い側のモータだけで所定回生電力を得る。このため、所定回生電力を確保した状態でインバータの駆動を停止する頻度を上げることができる。

また、請求項４に係る本発明の電動車両は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電動車両において、前記車両の走行が不安定になる要素を検出する不安定要素検出手段を備え、前記インバータ制御手段は、前記不安定要素検出手段により前記車両の走行が不安定になる要素が検出された際に、前記フロントインバータ、もしくは、前記リヤインバータの駆動を停止する制御を実施しないことを特徴とする。

請求項４に係る本発明では、車両の走行が不安定になる時に、インバータの駆動を停止する制御を実施せず、フロントモータ、リヤモータの両方で回生電力を得て（４ＷＤの状態で回生力を得て）、回生運転時の走行安定性の維持を図ることができる。

また、請求項５に係る本発明の電動車両は、請求項４に記載の電動車両において、前記不安定要素検出手段は、降雨を導出する降雨導出手段、路面の凍結を導出する凍結導出手段、旋回走行を導出する旋回導出手段、車輪のスリップを導出するスリップ導出手段、の少なくとも一つを含むことを特徴とする。

請求項５に係る本発明では、雨滴を検出するセンサー、ワイパーの作動を検出するセンサー等で降雨を導出し（降雨導出手段）、外気温センサー等で路面の凍結を導出し（凍結導出手段）、ハンドルの操舵角を検出するセンサーで車両の旋回走行を導出し（旋回導出手段）、前後の車輪速を検出する車輪速センサー、車両の加速度を検出する加速度センサー等で車輪のスリップを導出し（スリップ導出手段）、車両の走行が不安定になっていることを判断することができる。

本発明の電動車両は、前後輪を別々の走行用モータで駆動する電動車両において、回生制御を行う際の消費電力を抑制して電費を向上させることが可能になる。

本発明の一実施例に係る電動車両の全体の概念を表す構成図である。 本発明の一実施例に係る電動車両の制御装置のブロック構成図である。 本発明の一実施例に係る電動車両の回生制御のフローチャートである。 本発明の一実施例に係る電動車両の回生制御のフローチャートである。

図１、図２に基づいて電動車両の構成を説明する。図１には本発明の一実施例に係る電動車両の全体を概念的に説明する概略構成、図２には本発明の一実施例に係る電動車両の制御装置のブロック構成を示してある。

図１に示すように、電動車両（車両）１には、前輪２に駆動力を与える（伝える）フロントモータ３が備えられ、フロントモータ３はフロントデフ４を介して前輪２の車軸５に接続されている。また、後輪６に駆動力を与える（伝える）リヤモータ７が備えられ、リヤモータ７はリヤデフ８を介して後輪６の車軸９に接続されている。

尚、図には省略したが、例えば、前輪２の車軸５にはクラッチを介して出力軸が接続されるエンジンが備えられ、エンジンにより発電機が駆動されると共に、車軸５に動力が与えられるようになっている。

車両１には、多数の電池セルが収容されたバッテリ１１が搭載されている。バッテリ１１にはフロントインバータ１２を介してフロントモータ３が接続されると共に、リヤインバータ１３を介してリヤモータ７が接続されている。乗員のアクセルペダルの操作に応じた電力が、バッテリ１１からフロントインバータ１２、リヤインバータ１３を介してフロントモータ３、リヤモータ７に供給される。

具体的には後述するが、フロントインバータ１２、及び、リヤインバータ１３には、制御装置１５から力行運転、回生運転のための各種情報が入力され、フロントインバータ１２、及び、リヤインバータ１３ではモータ電圧、モータ回転数が設定されてインバータ駆動部、モータ駆動部が制御される。つまり、制御装置１５からの情報に基づいてフロントインバータ１２、及び、リヤインバータ１３が駆動され、フロントモータ３、及び、リヤモータ７が所定の状態に駆動制御される。

車軸５には車速センサー２１が備えられ、アクセルペダルにはアクセルポジションセンサー２２が備えられている。また、ブレーキペダルにはブレーキセンサー２３が備えられ、前輪２、後輪６には車輪速センサー２４が備えられている。また、ハンドル２５にはハンドル角センサー２６、及び、複数の強さのブレーキ力から任意の強さの回生ブレーキ力を選択する選択スイッチ２７が備えられている。

また、車両１には、車両１を運転するための電源の状態を切り替えるパワースイッチ２９が備えられている。また、車両１には、外気温センサー３２、シフトポジションセンサー３１、ワイパースイッチ３３が備えられている。

制御装置１５には、車速センサー２１で検出される車速情報、アクセルポジションセンサー２２で検出されるアクセルペダルの踏み込み量の情報、ブレーキセンサー２３で検出されるブレーキペダルの踏み込み状況の情報、選択スイッチ２７で検出される回生ブレーキ力の選択情報が入力される。更に、制御装置１５には、パワースイッチ２９で検出される車両１を運転するための電気系統の情報（電源の状況）、シフトポジションセンサー３１で検出される運転モードの情報が入力される。

また、制御装置１５には、車輪速センサー２４（スリップ導出手段）で検出される前後輪の車輪速度の差の情報（必要であれば加速度センサーによる加速度の情報）が入力され、車両１のスリップの状況が判断される。また、制御装置１５には、ハンドル角センサー２６（旋回導出手段）で検出されるハンドル角の情報が入力され、車両１の旋回状況が判断される。

また、制御装置１５には、外気温センサー３２（凍結導出手段）で検出される外気温度の情報が入力され、路面の凍結状態が判断される。更に、制御装置１５には、ワイパースイッチ３３（降雨導出手段）で検出されるワイパーの作動情報が入力され、降雨の状況が検出される。尚、降雨導出手段としては、雨滴センサーのように雨を直接検出するセンサーを用いることも可能である。

車輪速センサー２４、ハンドル角センサー２６、外気温センサー３２、ワイパースイッチ３３の検出情報により、車両１の走行が不安定になる要素があるかが判断される（不安定要素検出手段）。

図２に示すように、制御装置１５には情報受信演算部１６が備えられ、各種センサーの情報が入力される。情報受信演算部１６では、運転モード（ドライブＤ、リバースＲ、１速段Ｌ等）、力行/回生運転が判断され、前後輪の駆動配分（力行時、回生運転時）が演算される。そして、回生運転が判断された際に、車両１の走行状況に応じて回生電力（要求される所定回生電力）が設定される（回生電力導出手段）。

また、制御装置１５には情報送信部１７が備えられ、情報送信部１７では、情報受信演算部１６で判断・演算された情報に基づき、フロントインバータ１２の駆動制御、フロントモータ３のトルク制御が行われ、フロントインバータ１２に駆動信号が送信される。フロントインバータ１２では、送信された情報に基づいて、フロントモータ３の電圧・回転数が設定され、フロントインバータ１２、及び、フロントモータ３の駆動が制御される。

また、情報送信部１７では、情報受信演算部１６で判断・演算された情報に基づき、リヤインバータ１３の駆動制御、リヤモータ７のトルク制御が行われ、リヤインバータ１３に駆動信号が送信される。リヤインバータ１３では、送信された情報に基づいて、リヤモータ７の電圧・回転数が設定され、リヤインバータ１３、及び、リヤモータ７の駆動が制御される。

フロントインバータ１２、リヤインバータ１３の情報は情報受信演算部１６にフィードバックされ、判断・演算された情報が補正される。

上述した車両１では、各種センサーの情報、設定された運転モード等により、力行/回生運転が判断され、力行運転、回生運転が判断された場合、駆動配分演算により、それぞれの運転でのフロントモータ３とリヤモータ７の駆動配分が設定される。例えば、フロントモータ３とリヤモータ７の能力が同一であった場合、駆動配分が５０：５０に設定される。

そして、上述した制御装置１５では、回生運転が判断された際に、車両１の走行状態に応じて設定される所定回生電力と、フロントモータ３の回生能力が比較される。比較の結果、所定回生電力がフロントモータ３の回生能力を下回った場合、即ち、回生運転の時に、フロントモータ３の回生運転だけで所定回生電力が得られると判断された場合、リヤインバータ１３の駆動が停止される（インバータ制御手段）。

このため、フロントモータ３の回生運転だけで所定回生電力が得られる場合には、フロントモータ３だけが駆動されて回生電力が得られるようになっている（回生ブレーキ力を得ている）。これにより、走行安定性の低下を最小限に抑制して（フロントモータ３が駆動されるため走行安定性が損われることがなく）、回生運転時のインバータの消費電力を抑制することができ、前後輪を別々の走行用モータで駆動する車両１において、回生制御を行う際の消費電力を抑制して電費を向上させることが可能になる。

尚、所定回生電力と、リヤモータ７の回生能力を比較し、リヤモータ７の回生運転だけで所定回生電力が得られると判断された場合、フロントインバータ１２の駆動を停止して消費電力を抑制することも可能である。

また、フロントモータとリヤモータの回生能力が異なる場合、所定回生電力と、回生能力が高い側のモータの回生能力とを比較し、回生能力が高い側のモータの回生運転だけで所定回生電力が得られる場合には、回生能力が低い側のモータのインバータの駆動を停止することも可能である。この場合、所定回生電力を確保した状態でインバータの駆動を停止する頻度を上げることができる。

図３、図４に基づいて、回生運転時にリヤインバータ１３の駆動を停止させる制御の流れを具体的に説明する。

図３に示すように、ステップＳ１で各種の情報（センサーの情報等）が読み込まれ、ステップＳ２でパワースイッチ２９がオンにされて車両１が走行できる状態（パワーオン）にあるか否かが判断される。ステップＳ２でパワーオンの状態であると判断された場合、ステップＳ３でシフトポジションが走行レンジ（Ｄレンジ）にあるか否かが判断される。ステップＳ２でパワーオンの状態ではないと判断された場合、ステップＳ１の処理に移行する。

ステップＳ３でシフトポジションがＤレンジにあると判断された場合、ステップＳ４で車速が所定値（ｈｋｍ/ｈ）以下か否かが判断される。ステップＳ４で車速が所定値（ｈｋｍ/ｈ）以下であると判断された場合、ステップＳ５でアクセル開度が所定開度Ｓ以下か否かが判断され、ステップＳ５でアクセル開度が所定開度Ｓ以下であると判断された場合、ステップＳ６の処理に移行する。

つまり、アクセルペダルが踏み込まれていない減速状態にあるか否かが判断されて、減速状態にあると判断された場合に、回生ブレーキを発生させる状態であるとされてステップＳ６の処理に移行する。

ステップＳ４で車速が所定値（ｈｋｍ/ｈ）を超えると判断された場合、及び、ステップＳ５でアクセル開度が所定開度Ｓを超えると判断された場合、回生ブレーキを発生させる状態ではないので、ステップＳ１の処理に移行する。

ステップＳ６では、車両１の走行状態に応じて求められる（設定される）単位時間当たりの回生電力（所定回生電力）が、フロントモータ３の回生能力Ｐ（発生させることができる最大の回生電力）以下であるか否かが判断される。所定回生電力がフロントモータ３の回生能力Ｐ以下であると判断された場合、フロントモータ３の駆動だけで必要な回生電力が得られるので、ステップＳ７に移行する。所定回生電力がフロントモータ３の回生能力Ｐを超えると判断された場合、フロントモータ３の駆動だけでは必要な回生電力が得られないので、ステップＳ１の処理に移行する。

ステップＳ７は、車両１の走行が不安定になる虞のある要素の判定を行うルーチンとなっている。具体的には、車両１にスリップが生じる要素があるか否かの判定を行っている。図４に基づいてステップＳ７の処理を説明する。

図４に示すように、ステップＳ２１でワイパースイッチ３３がオフか否かが判断され、ワイパースイッチ３３がオフであると判断された場合、雨が降ってないとされ、ステップＳ２２で外気温センサー３２の検出情報である外気温度がＴ℃以上か否かが判断される。ステップＳ２２で外気温がＴ℃以上であると判断された場合、路面の凍結の虞がないとされ、ステップＳ２３に移行する。

ステップＳ２３では、ハンドル角センサー２６の検出情報であるハンドル角がθ以下か否かが判断され、ハンドル角がθ以下であると判断された場合、急旋回の虞がないとされ、ステップＳ２４で車輪速センサー２４の検出情報である前後輪の車輪速差（絶対値）がＲ以下であるか否かが判断される。ステップＳ２４で車輪速差（絶対値）がＲ以下であると判断された場合、車輪にスリップが生じていないとされ、ステップＳ２５で車両１の走行に対して不安定要素なしと判断されてエンドとなる。

ステップＳ２１でワイパースイッチ３３がオフではないと判断された場合、降雨で路面が濡れているためにスリップの可能性があると判断され、ステップＳ２２で外気温度がＴ℃を下回ると判断された場合、路面が凍結してスリップの可能性があると判断される。また、ステップＳ２３でハンドル角がθを超えると判断された場合、急旋回の虞があると判断され、ステップＳ２４で車輪速差がＲを超えると判断された場合、車輪にスリップが生じていると判断される。

これらの場合、雨や路面凍結、急旋回によりスリップの可能性があり、また、実際にスリップが発生しているとされ、ステップＳ２６で車両１の走行に対して不安定要素があると判断されてエンドとなる。尚、図示例では、ステップＳ２１からステップからステップＳ２４の判断のいずれか一つが否と判断された場合に、不安定要素があるとステップＳ２６で判断しているが、いずれか複数、もしくは、全てが否と判断された場合に、不安定要素があるとステップＳ２６で判断することも可能である。

図３のフローチャートに戻り、ステップＳ７で不安定要素が判断された後、ステップＳ８で不安定要素があるか否かが判断される。ステップＳ８で不安定要素がないと判断された場合、フロントモータ３の回生運転だけで所定回生電力が得られる状態で、車両１の走行が不安定になる要素がない状態とされる。このため、ステップＳ９でフロントモータ３とリヤモータ７の駆動配分が１００：０に設定されて、リヤインバータ１３の駆動が停止され、リターンとなる。

ステップＳ８で不安定要素なしではない、即ち、不安定要素（スリップの虞）があると判断された場合、フロントモータ３の駆動だけでは車両１の走行が安定しない虞があるため、ステップＳ１の処理に移行する。これにより、リヤインバータ１３の駆動は停止されず、フロントモータ３、及び、リヤモータ７での駆動が継続され、車両１の走行の安定が維持される。

つまり、車両１の回生運転時の所定回生電力（要求される回生電力）がフロントモータ３の回生能力よりも低い場合で、車両１の走行が不安定にならない場合、リヤモータ７に電力を供給するためのリヤインバータ１３の駆動を停止させ、回生運転時のインバータの消費電力を抑制することができる。

上述した電動車両では、前後輪をフロントモータ３、リヤモータ７で駆動する車両１において、回生制御を行う際の消費電力を抑制して電費を向上させることが可能になる。

そして、車両１の回生運転時の所定回生電力（要求される回生電力）がフロントモータ３の回生能力よりも低い場合、フロントモータ３だけで所定回生電力を得るようにしているので、走行安定性を確保した状態で消費電力を抑制することができる。

また、車両１の走行が不安定になる要素（スリップ）が検出された場合、リヤインバータ１３の駆動を停止する制御を実施しないので、車両１の走行が不安定になる時には、フロントモータ３、リヤモータ７の両方で回生電力を得て（４ＷＤの状態で回生力を得て）、回生運転時の走行安定性の維持を図ることができる。

本発明は、電動車両の産業分野で利用することができる。

１ 電動車両（車両）
２ 前輪
３ フロントモータ
４ フロントデフ
５、９ 車軸
６ 後輪
７ リヤモータ
８ リヤデフ
１１ バッテリ
１２ フロントインバータ
１３ リヤインバータ
１５ 制御装置
１６ 情報受信演算部
１７ 情報送信部
２１ 車速センサー
２２ アクセルポジションセンサー
２３ ブレーキセンサー
２４ 車輪速センサー
２５ ハンドル
２６ ハンドル角センサー
２７ 選択スイッチ
２９ パワースイッチ
３１ シフトポジションセンサー
３２ 外気温センサー
３３ ワイパースイッチ

Claims (5)

1. 車両の前輪に駆動力を伝えるフロントモータと、
   前記車両の後輪に駆動力を伝えるリヤモータと、
   バッテリからの電力を前記フロントモータに供給するためのフロントインバータと、
   前記バッテリからの電力を前記リヤモータに供給するためのリヤインバータとを備えた電動車両において、
   前記車両の走行状況に基づいて前記車両の回生運転時の所定回生電力を求める回生電力導出手段と、
   前記回生電力導出手段で求められた前記所定回生電力が、前記フロントモータ、もしくは、前記リヤモータのいずれか一方の回生能力を下回った際に、前記フロントモータ、もしくは、前記リヤモータのいずれか他方に電力を供給する前記フロントインバータ、もしくは、前記リヤインバータの駆動を停止するインバータ制御手段とを備えた
   ことを特徴とする電動車両。
2. 請求項１に記載の電動車両において、
   前記インバータ制御手段は、
   前記回生電力導出手段で求められた前記所定回生電力が、前記フロントモータの回生能力を下回った際に、前記リヤモータに電力を供給する前記リヤインバータの駆動を停止させる
   ことを特徴とする電動車両。
3. 請求項１に記載の電動車両において、
   前記インバータ制御手段は、
   前記回生電力導出手段で求められた前記所定回生電力が、回生される電力が高い側の前記フロントモータ、もしくは、前記リヤモータのいずれか一方の回生能力を下回った際に、前記フロントインバータ、もしくは、前記リヤインバータの駆動を停止させる
   ことを特徴とする電動車両。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電動車両において、
   前記車両の走行が不安定になる要素を検出する不安定要素検出手段を備え、
   前記インバータ制御手段は、
   前記不安定要素検出手段により前記車両の走行が不安定になる要素が検出された際に、前記フロントインバータ、もしくは、前記リヤインバータの駆動を停止する制御を実施しない
   ことを特徴とする電動車両。
5. 請求項４に記載の電動車両において、
   前記不安定要素検出手段は、
   降雨を導出する降雨導出手段、路面の凍結を導出する凍結導出手段、旋回走行を導出する旋回導出手段、車輪のスリップを導出するスリップ導出手段、の少なくとも一つを含む
   ことを特徴とする電動車両。
   

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