JP2022114547A - 電動車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】積載状態や牽引状態を考慮してエネルギの回生ロスが生じることを抑制することが可能な電動車両の制御装置を提供する。
【解決手段】少なくとも発電機能を有するモータを備え、減速時にモータの回生トルクによって車両を制動させるように構成された電動車両の制御装置において、前記電動車両を制御するコントローラを備え、前記コントローラは、前記電動車両の重心位置Ｈ（Ｈ_add）およびその重心位置から駆動輪２までの距離である駆動輪距離Ｌ（Ｌ_add）を算出し、前記算出した重心位置Ｈ（Ｈ_add）および駆動輪距離Ｌ（Ｌ_add）に基づいて、前記駆動輪２に作用する荷重を推定し、前記推定した荷重に基づいて前記モータの回生量を設定する。
【選択図】図２

Description

この発明は、駆動輪に連結されたモータの回生量を制御する電動車両の制御装置に関するものである。

特許文献１には、減速時に良好なブレーキフィーリングを実現しつつ、エネルギを回収するように構成された電気自動車の回生制動制御装置が記載されている。この特許文献１に記載された制御装置は、機械的ブレーキ装置（摩擦制動装置）による制動トルクと、モータによる回生ブレーキ（回生トルク）とによって車両を制動するように構成されている。具体的には、車輪がロックしない範囲における最大制動トルク（理想制動トルク）を推定し、その理想制動トルクより小さくなるように機械制動トルクを設定し、その理想制動トルクと機械制動トルクとの差分の制動トルクを回生制動トルクとして設定するように構成されている。なお、上記の理想制動トルクは、電気自動車の車両重量や車両の高さ（あるいは重心の高さ）に基づいて推定するように構成されている。

特開２０１０－２００５９０号公報

電動車両では、モータの回生量を大きく設定することが望まれる。その回生量は、車両の車両重量に応じて設定され、上述の特許文献１に記載された制御装置では、理想制動トルクを車両重量によって推定し、機械制動トルクと回生制動トルクとによって車両を制動するように構成されている。しかしながら、例えばトラックなどの牽引車両では荷役の積載状態によっては、車両重量が大きく変化する。例えば積載量が多い状態に応じて目標の回生量を設定すると、積載量が少なくなった際に、回生トルク制動量が過多となり、駆動輪がスリップする場合がある。一方、積載量が少ない状態に応じて目標の回生量を設定すると、積載量が多くなった際に、回生量が小さくなり、回生効率が低下してしまう。また、同じ積載量や車両重量であっても、積載するものの形状、または、積載あるいは牽引する位置・方法によっては、駆動輪がスリップする限界値が変化し、ひいては回生量も変化することになる。そのような場合、車両の積載状態、あるいは、牽引状態によっては、エネルギの回生効率が低下し、ひいてはエネルギの回生ロスが生じるおそれがある。

この発明は、上記の技術的課題に着目して考え出されたものであり、積載状態や牽引状態を考慮してエネルギの回生ロスが生じることを抑制することが可能な電動車両の制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、少なくとも発電機能を有するモータを備え、減速時に前記モータの回生トルクによって車両を制動させるように構成された電動車両の制御装置において、前記電動車両を制御するコントローラを備え、前記コントローラは、前記電動車両の重心位置およびその重心位置から駆動輪までの距離である駆動輪距離を算出し、前記算出した重心位置および駆動輪距離に基づいて、前記駆動輪に作用する荷重を推定し、前記推定した荷重に基づいて前記モータの回生量を設定するように構成されていることを特徴とするものである。

この発明によれば、車両の重心位置や重心位置から駆動輪までの距離である駆動輪距離を算出し、それら算出したパラメータの値から駆動輪に作用する荷重を推定することによって、駆動輪がスリップしない程度の減速限界値（スリップ限界）を把握するように構成されている。そして、その駆動輪に作用する荷重や減速限界値に応じて、モータの回生量を設定するように構成されている。そのため、上述のように、積載量、または、同じ積載量の場合に積載するものの形状、あるいは、積載あるいは牽引する位置・方法によって、駆動輪に作用する荷重が異なる場合であっても、その積載状態や牽引状態に応じた回生量を設定することができる。すなわち、車両の状態に応じた適切な回生量を設定することができ、その結果、回生ロスが生じることを回避もしくは抑制できる。言い換えれば、エネルギ効率が低下することを回避もしくは抑制できる。

この発明の実施形態で対象とする車両を模式的に示す図である。 重心位置および駆動輪距離を説明するための図である。 駆動輪距離の変化代を算出するための図である。 重心位置および駆動輪距離の変化代を算出するための図である。

この発明の実施形態を、図を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態は、この発明を具体化した場合の一例に過ぎず、この発明を限定するものではない。

この発明の実施形態で対象にする車両は、少なくとも発電機能を有するモータと、そのモータに対して電力の授受が可能なバッテリとを備えた電動車両である。あるいは、動力源としてエンジンを更に備えたハイブリッド車両であってもよい。

図１に、この発明の実施形態における電動車両の具体例を示してある。図１に示す電動車両（以下、車両と記す）Ｖｅは、駆動力源であるモータ１が出力する駆動トルクを後輪２に伝達して駆動力を発生する。つまり、図１では、後輪２が駆動輪となる後輪駆動車の構成を示してある。なお、この発明の実施形態における車両Ｖｅは、前輪３が駆動輪となる前輪駆動車であってもよい。あるいは、前輪３および後輪２の両方を駆動輪とする四輪（全輪）駆動車であってもよい。また、駆動力源としてエンジンを搭載する場合は、エンジンの出力側に変速機（図示せず）を設け、駆動力源が出力する駆動トルクを、変速機を介して、駆動輪へ伝達するように構成してもよい。

モータ（ＭＧ）１は、例えば永久磁石式の同期モータ、あるいは、誘導モータなどによって構成されている。したがって、モータ１は、電力が供給されることにより駆動トルクを発生し、また車両Ｖｅの走行慣性力などによって強制的に回転させられることにより発電する。その発電に伴う負のトルクが車両Ｖｅの制動力（制動トルク）となる。

モータ１は電源装置４に接続されている。この電源装置４は、モータ１に電力を供給し、またモータ１で発電した電力を蓄える蓄電装置や、電圧あるいは周波数を変換するインバータなどを有している。

モータ１の出力軸（ロータ軸）が終減速機であるデファレンシャルギヤ５に連結されている。そのデファレンシャルギヤ５から後輪（駆動輪）２に走行のための駆動トルクを出力するように構成されている。なお、前輪３は、操舵輪となっており、操舵機構６が連結されている。

前輪３および後輪２のそれぞれにブレーキ装置７が設けられている。このブレーキ装置７は、従来知られているブレーキ機構と同様のブレーキであって、ディスクブレーキやドラムブレーキあるいはパウダーブレーキなどの摩擦ブレーキであってよい。すなわち、ブレーキ装置７は、油圧や電磁力などによって摩擦力を生じて前輪３および後輪２の回転を止める方向の制動力を生じさせるように構成されている。

また、加減速などの駆動状態の操作のためのペダル８が設けられている。ペダル８は、アクセルペダルとブレーキペダルとの二つのペダルであってもよく、あるいは、いわゆるワンペダル式の加減速操作装置であってもよい。

そして、モータ１、電源装置４、ブレーキ装置７などを制御する電子制御装置（以下、ＥＣＵと記す）９が設けられている。このＥＣＵ９は、この発明の実施形態における「コントローラ」に相当し、マイクロコンピュータを主体にして構成され、入力されたデータや予め記憶しているデータならびにプログラムを使用して演算を行い、その演算結果を制御指令信号として出力するように構成されている。その入力されるデータは、例えば車速、加速度、駆動要求量であるアクセル開度、ブレーキ踏力、路面の摩擦係数μ、車両重量、各車輪の車輪速、車両Ｖｅの重心の位置（あるいは重心の高さ）、重心からの駆動輪までの距離（駆動輪距離）、トーイングスイッチのオン・オフ、モータ１の回転数ならびにトルク、その他各種センサ値などである。また予め記憶しているデータは、重心位置や駆動輪距離に基づいた回生制動トルクを決めてあるマップなどである。そして、ＥＣＵ７は、制御指令信号として、モータ１のトルク（駆動トルク、回生トルク）指令信号、ブレーキ装置の制動トルク指令信号などを出力する。なお、図１の例では、一つのＥＣＵが設けられた例を示しているものの、ＥＣＵは、例えば制御する装置ごと、あるいは制御内容ごとに複数設けられていてもよい。

このように構成された電動車両Ｖｅは、モータの回生量を大きく設定することが好ましい。一方、トラックなどの牽引車両では荷役の積載状態によっては、回生量が変化する。例えば積載量が多い場合、積載量が少ない場合、あるいは、同じ積載量や車両重量であっても、積載するものの形状や積載あるいは牽引する位置・方法によっては、駆動輪がスリップする限界値が変化し、その結果、回生量も変化することになる。そのような場合、エネルギの回生効率が低下し、ひいてはエネルギの回生ロスが生じることがある。そこで、この発明の実施形態では、車両の牽引状態（あるいは積載状態）に応じて回生量を設定するように構成されている。

具体的には、ＥＣＵ７によって、モータ１で回生可能な上限減速度を算出するように構成されている。言い換えれば、後輪２がスリップしない程度の減速限界値（スリップ限界値）を算出するように構成されている。

図２は、車両Ｖｅの重心位置と、その重心位置と駆動輪との距離（以下、単に駆動輪距離とも記す）を説明するための図であって、図２の（ａ）は、牽引しない場合の重心位置Ｈ_base、および、駆動輪距離Ｌr_baseを説明するための図であって、図２の（ｂ）は、荷物やトレーラハウスなどの牽引物１０を車両の後方で牽引する場合の重心位置Ｈ_add(a)、および、駆動輪距離Ｌr_add(a)とを説明するための図であって、図２の（ｃ）は、荷物などの牽引物１０を車両の上方に積載する場合の重心位置Ｈ_add(b)、および、駆動輪距離Ｌr_add(b)を説明するための図である。

この発明の実施形態では、図２の（ａ）の牽引なしの状態の回生量を基準状態に設定し、この基準状態に対して、車両重量Ｍ_addと、牽引した場合の重心位置の高さＨ_addと、駆動輪距離Ｌr_addとを算出する。言い換えれば、これら３つのパラメータの補正値を算出する。そして、これら補正値に基づいて駆動輪に作用する荷重を求める。そして、その駆動輪（すなわち後輪２）に作用する荷重に基づいてスリップ限界値（スリップしない程度の減速度）を求め、目標の回生量を設定する。なお、図２の（ａ）～（ｃ）における楕円は、その摩擦限界（スリップ限界）を示している。言い換えれば後輪２と路面との間に掛かる荷重の大きさ（摩擦円範囲）を示している。

また、上記の駆動輪距離Ｌr_addは、車輪（牽引物の車輪）が路面に接触する牽引物１０であるか否か、あるいは、路面に接するものがない積載物か否かに応じて算出してよい。また、駆動輪距離Ｌr_addは、車両の前後方向の距離の増減分のみに応じて、さらには車両の高さ方向の増減分を加味して算出してもよい。またさらには、牽引物１０が走行中に横方向に移動するようなものである場合には、旋回時等のスリップを考慮して、牽引物１０が走行中に移動しないような通常の場合に比べて、その補正値を小さく設定してもよい。

図２の（ａ）～（ｃ）の摩擦円で示した後輪（駆動輪）２の摩擦限界ａｒを大きさを式で表すと以下のように示すことができる。先ず、回生輪である後輪２の荷重Ｗｒおよび荷重変化量ｄｗは、
Ｗｒ＝Ｍ×ｇ×（Ｌ－Ｌｒ）／Ｌ・・・（１）
ｄｗ＝（Ｍ×ａｒ×Ｈ）／Ｌ・・・（２）
となる。なお、Ｍは車両重量を示し、ｇは重力加速度を示し、Ｌは予め定められたホイールベースを示し、μは路面の摩擦係数を示している。これらの式を利用して後輪２の摩擦限界ａｒを求めると、
Ｍ×ａｒ＝μ×（Ｗｒ×ｄＷ）
＝μ×（Ｍ×ｇ×（Ｌ－Ｌｒ）／Ｌ＋（Ｍ×ａｒ×Ｈ）／Ｌ）
となり、最終的に後輪２の摩擦限界ａｒは、
ａｒ×（１－（μ×Ｈ）／Ｌ）＝ｇ×（μ×（Ｌ－Ｌｒ）／Ｌ）
となって、更に整理すると、
ａｒ＝ｇ×（μ×（Ｌ－Ｌｒ））／（Ｌ－μ×Ｈ）・・・（３）
となる。

式（３）から、上述の図２の（ｂ）と（ｃ）の例における摩擦限界ａｒを算出すると、駆動輪距離Ｌr_addは、図２の（ｂ）の方が図２の（ｃ）より小さく、重心位置の高さＨ_addは、図２の（ｂ）より図２の（ｃ）より低い。そのため、摩擦限界ａｒは、図２の（ｂ）の方が図２の（ｃ）より大きくなり、したがって、摩擦円（スリップ限界）も図２の（ｂ）の方が大きくなっている。つまり、同じ積載量のものを牽引する場合であっても、図２の（ｂ）のように車両の後方で牽引した方の方が、図２の（ｃ）のように上方向に積載するよりも回生量が大きくなる。

このように、この発明の実施形態では、牽引する位置や方法によって異なる回生量を、重心位置、駆動輪距離、ならびに、駆動輪（後輪）２に作用する荷重から摩擦限界（すなわちスリップ限界）を求めて設定するように構成されている。したがって、車両Ｖｅの状態に応じた適切な回生量を設定することができ、その結果、回生ロスが生じることを回避もしくは抑制できる。要は、上述の重心位置Ｈ_addや駆動輪距離Ｌr_addによって摩擦限界ａｒが変化し、それによって回生可能な電力量が変化する。したがって、その摩擦限界ａｒに応じて目標の回生量を設定することで、エネルギの回生効率が低下することを回避もしくは抑制できる。

以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上述した例に限定されないのであって、この発明の目的を達成する範囲で適宜変更してもよい。上述のように摩擦限界ａｒは、基準値からの変化量である、車両重量Ｍ_add、重心位置Ｈ_add、ならびに、駆動輪距離Ｌ_addによって変化し、それによって回生量も変化する。したがって、摩擦限界ａｒの算出方法は、上述の例に限られない。

例えば、車両重量Ｍ_addは、加速時に要した駆動パワーから算出してもよい。また、駆動輪距離Ｌ_addは、加速度センサの変化量や車両の上下方向のリフト量、あるいは、車載カメラの視界角度の変化量に応じて算出してもよい。例えば図３に示すように、任意の回数（例えば４回）の加速度とセンサ値とを基に駆動輪距離Ｌ_addの変化代を算出する。また、図４に示すように、車両前方の車載カメラ１１によって、重心位置Ｈ_addの変化代を検出し、その変化代をディスプレイ（例えばナビゲーションシステムのディスプレイ）１２に表示してもよい。この場合、破線で示した基準に対して実線で示した変化代に応じて、重心位置Ｈ_add、ならびに、駆動輪距離Ｌ_addを補正する。なお、図４の（ａ）は、牽引なしの状態の加速時において、基準に対しての変化を示し、図４の（ｂ）は、牽引ありの状態の加速時において、基準に対しての変化を示している。

１ モータ
２ 後輪（駆動輪）
３ 前輪
４ 電源装置
５ デファレンシャルギヤ
６ 操舵機構
７ ブレーキ装置
８ ペダル
９ 電子制御装置（ＥＣＵ）
１０ 牽引物
１１ 車載カメラ
１２ ディスプレイ
Ｖｅ 車両

Claims (1)

1. 少なくとも発電機能を有するモータを備え、減速時に前記モータの回生トルクによって車両を制動させるように構成された電動車両の制御装置において、
   前記電動車両を制御するコントローラを備え、
   前記コントローラは、
   前記電動車両の重心位置およびその重心位置から駆動輪までの距離である駆動輪距離を算出し、
   前記算出した重心位置および駆動輪距離に基づいて、前記駆動輪に作用する荷重を推定し、
   前記推定した荷重に基づいて前記モータの回生量を設定するように構成されている
   ことを特徴とする電動車両の制御装置。

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