JP4419289B2 - 電動車両における回生エネルギ制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリにより給電されて車輪を駆動するモータを用いた電動車両において、モータからバッテリへ回収される回生エネルギを制御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は本発明による電動車両における回生エネルギ制御装置を適用した電動車両の全体構成を示すブロック図であるが、従来のこの種の電動車両のブロック図はトルク指令値抑制手段１３を備えていない点を除き、これと同じであるので、この図２を利用して従来技術の説明をする。従来のこの種の電動車両においては、手動のアクセルレバーなどによりアクセル操作を行えば、車両ＥＣＵ（車両制御装置）１０は左右の車輪に連結されたモータ３５ａ，３５ｂをモータＥＣＵ（モータ制御装置）２０を介して作動させて電動車両を走行させ、ブレーキを作動させることにより停止させている。ブレーキとして機械式ブレーキに加えて回生ブレーキを設ければ、この停止の際に電動車両の運動エネルギの一部は電力としてモータ駆動用バッテリ（高電圧用バッテリ）３１に回収される。このような回生ブレーキは、ブレーキを作動させることなくアクセル操作量を０に戻した場合にも作動させるようにすることも行われている。
【０００３】
次にこの従来技術の電動車両のさらに詳しい説明をする。この電動車両は、電動車両全体の作動を制御する車両ＥＣＵ１０と、この車両ＥＣＵ１０からの指令に基づいて左右の各車輪を駆動するモータ３５ａ，３５ｂの作動を制御するモータＥＣＵ２０を備えている。この両ＥＣＵ１０，２０は低電圧用バッテリ３２により給電され、また各モータ３５ａ，３５ｂはリレー３３およびインバータ３４を介してモータ駆動用バッテリ３１により給電される。
【０００４】
車両ＥＣＵ１０には、電動車両のメインスイッチ１５と、使用者により操作されるブレーキが作動すれば閉じるブレーキセンサ（ブレーキスイッチ）１６と、使用者により操作されるアクセルレバーやアクセルペダル等のアクセル部材の操作量（開度）を検出するアクセルセンサ１７と、前進・後進・中立の各シフト位置を検出するシフトポジションセンサ１８が接続されている。また車両ＥＣＵ１０は、電動車両の各作動状態に対応してモータ３５ａ，３５ｂにより車輪を駆動する場合に使用するトルク指令値の特性（図３のＡd ，Ａr 参照）およびモータ３５ａ，３５ｂからモータ駆動用バッテリ３１へエネルギを回生する場合に使用するトルク指令値の特性（図３のＢd ，Ｂr ，Ｃd ，Ｃr 参照）を記憶したトルクマップ１２と、各センサ１６〜１８により検出した電動車両の各作動状態およびトルクマップ１２に基づいて、モータ３５ａ，３５ｂにより車輪を駆動するためのトルク指令値（以下単に、車輪を駆動するためのトルク指令値という）およびモータ３５ａ，３５ｂからモータ駆動用バッテリ３１へエネルギを回生するためのトルク指令値（以下単に、エネルギを回生するためのトルク指令値という）を演算するトルク演算手段１１を備えている。モータ３５ａ，３５ｂへの給電回路にあるリレー３３は車両ＥＣＵ１０により制御される。
【０００５】
モータＥＣＵ２０は、トルク演算手段１１により演算されたトルク指令値に基づいて、各モータ３５ａ，３５ｂがこのトルク指令値の通りのトルクを生じて各車輪を駆動するように、また各モータ３５ａ，３５ｂからモータ駆動用バッテリ３１へエネルギを回生するようにインバータ３４を制御するものである。左右の車輪は常に左右のモータ３５ａ，３５ｂと対応する回転速度で駆動され、各モータ３５ａ，３５ｂの回転速度は各回転数センサ３６ａ，３６ｂにより検出されて、モータＥＣＵ２０を介して車両ＥＣＵ１０に伝達される。またモータ駆動用バッテリ３１の電圧はモータＥＣＵ２０に設けた電圧センサ２１により検出されて車両ＥＣＵ１０に伝達される。電圧センサ２１は、検出分解能が０．５ボルトとされており、０．５ボルトきざみで検出電圧を出力する。両バッテリ３１，３２は、電動車両の不使用時に１００ボルト交流電源に接続される充電器３０により充電される。あるいは内燃機関により駆動される発電機を搭載し、電動車両の使用中にこの発電機により両バッテリ３１，３２を充電するようにしてもよい。
【０００６】
トルクマップ１２は、図３に示すように、各モータ３５ａ，３５ｂの回転速度に対するトルク指令値の特性を記憶したもので、６つの特性Ａd ，Ａr ，Ｂd ，Ｂr ，Ｃd ，Ｃr よりなっている。特性Ａd および特性Ａr は、モータ３５ａ，３５ｂにより車輪を駆動して走行する場合の出力可能範囲の最大限となるトルク指令値の特性であり、特性Ａd はシフトポジションがＤ（前進）の場合における特性、特性Ａr はシフトポジションがＲ（後進）の場合における特性である。特性Ｂd および特性Ｂr は、ブレーキを作動させた場合におけるエネルギを回生するためのトルク指令値の特性であり、特性Ｂd は車両が前進中の場合における特性、特性Ｂr は車両が後進中の場合における特性である。特性Ｃd および特性Ｃr は、アクセル操作量を０とした場合におけるエネルギを回生するためのトルク指令値の特性であり、特性Ｃd はシフトポジションがＤの場合における特性、特性Ｃr はシフトポジションがＲの場合における特性である。電動車両の各作動状態におけるこれらの各特性は、モータ３５ａ，３５ｂの回転速度に対応しているだけである。
【０００７】
電動車両の通常の走行状態、すなわちブレーキセンサ１６がブレーキの作動を検出しておらずかつアクセルセンサ１７により検出される操作量が０でない場合は、トルク演算手段１１は、特性Ａd および特性Ａr ならびに回転数センサ３６ａ，３６ｂにより検出された各モータ３５ａ，３５ｂの回転速度に基づいて、走行する場合の出力可能範囲の最大限となるトルク指令値、すなわちアクセル操作量が最大の場合のトルク指令値を演算し、このトルク指令値とアクセルセンサ１７により検出される操作量に基づいて、そのときのアクセル操作量に応じて車輪を駆動するためのトルク指令値を演算する。車両ＥＣＵ１０はこのように演算されたトルク指令値をモータＥＣＵ２０に出力し、モータＥＣＵ２０は、前述のようにこのトルク指令値に基づいて各モータ３５ａ，３５ｂが各車輪を駆動するようにインバータ３４を制御する。これにより電動車両は、そのときのアクセル操作量に応じた出力で、シフトポジションに応じて前進または後進する。
【０００８】
電動車両の走行中に運転者によりブレーキが掛けられれば、ブレーキセンサ１６がブレーキの作動を検出する。この状態では、アクセル操作量の如何にかかわらず、トルク演算手段１１は、特性Ｂd および特性Ｂr ならびに回転数センサ３６ａ，３６ｂにより検出された各モータ３５ａ，３５ｂの回転速度に基づいてエネルギを回生するためのトルク指令値を演算し、車両ＥＣＵ１０はこのトルク指令値をモータＥＣＵ２０に出力し、モータＥＣＵ２０は、前述のようにこのトルク指令値に基づいて各モータ３５ａ，３５ｂからモータ駆動用バッテリ３１へエネルギを回生するようにインバータ３４を制御する。また電動車両の走行中にブレーキを作動させることなくアクセルを閉じれば、ブレーキセンサ１６はブレーキの作動を検出せずかつアクセルセンサ１７により検出される操作量は０である。この状態では、トルク演算手段１１は、特性Ｃd および特性Ｃr ならびに各モータ３５ａ，３５ｂの回転速度に基づいてエネルギを回生するためのトルク指令値を演算し、車両ＥＣＵ１０はこのトルク指令値をモータＥＣＵ２０に出力し、モータＥＣＵ２０は、ブレーキを作動させた場合と同様このトルク指令値に基づいて各モータ３５ａ，３５ｂからモータ駆動用バッテリ３１へエネルギを回生するようにインバータ３４を制御するが、エネルギ回生の程度はブレーキを作動させた場合よりは小さい。
【０００９】
このエネルギの回生は、各モータ３５ａ，３５ｂで生成された電流によりモータ駆動用バッテリ３１を充電することにより行われるが、この充電電流がある許容量を超えるとモータ駆動用バッテリ３１の温度が上昇しまた電圧が上昇してモータ駆動用バッテリ３１が劣化する。そこで従来の技術では例えばモータ駆動用バッテリ３１の電圧を検出して、その値が所定の限度電圧以上になれば充電電流を遮断してエネルギの回生を停止している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
機械式ブレーキに加えて回生ブレーキを使用してエネルギを回生するようにした上記従来技術では、上述のようにモータ駆動用バッテリの電圧を検出して、その値が所定の限度電圧以上になれば充電電流を遮断してエネルギの回生を停止するようにしているので、ブレーキを作動させている間にモータ駆動用バッテリの電圧が上昇して所定の限度電圧以上になれば回生ブレーキが作動しなくなり、ブレーキの作動状態が変化して運転者に違和感を与えることがある。これは長い下り坂の場合にブレーキの作動が低下する現象として現れるが、機械式ブレーキはそれ単独で充分な制動能力を有しているので、危険を伴うことはない。また走行中にブレーキを作動させることなくアクセルを閉じた場合も特性Ｃd および特性Ｃr による多少弱い回生ブレーキが作用するが、この場合もその作動中にもモータ駆動用バッテリの電圧が上昇し所定の限度を越えて回生ブレーキが作動しなくなることがあるので、やはり運転者に違和感を与えるおそれがある。
【００１１】
また、バッテリに許容される充電電流は、バッテリ電圧が低い場合は大きくバッテリ電圧が高くなると小さくなるので、バッテリ電圧が高い状態で大きな充電電流を与えると、そのバッテリの定格容量まで充電される前にバッテリ電圧が所定の限度電圧に達して充電を停止しなければならず、バッテリを完全に充電することができないという問題がある。本発明はこのような各問題を解決することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による電動車両における回生エネルギ制御装置は、モータ駆動用バッテリにより給電されモータ制御装置により制御されて車輪を駆動するモータと、ブレーキの作動を検出するブレーキセンサと、アクセル操作量を検出するアクセルセンサと、ブレーキセンサがブレーキの作動を検出しておらずかつアクセルセンサにより検出される操作量が０でない作動状態において使用するモータにより車輪を駆動するためのトルク指令値の特性およびブレーキセンサがブレーキの作動を検出しているかまたはアクセルセンサにより検出される操作量が０である作動状態において使用するモータからモータ駆動用バッテリへエネルギを回生するためのトルク指令値の特性を記憶したトルクマップと、各センサにより検出した電動車両の各作動状態およびトルクマップの各特性に基づき各作動状態に対応してモータにより車輪を駆動するためのトルク指令値またはエネルギを回生するためのトルク指令値を演算するトルク演算手段を備えてなり、モータ制御装置は、トルク演算手段により演算されたトルク指令値に基づき、モータの出力トルクを制御して車輪を駆動し、またはモータからモータ駆動用バッテリへエネルギを回生するようにしてなる電動車両における回生エネルギ制御装置において、電圧センサにより検出したモータ駆動用バッテリの電圧が所定の低い電圧以上である場合には検出した電圧が高くなるにつれてトルク演算手段により演算されたエネルギを回生するためのトルク指令値の値を減少させて０に近づけるように補正するトルク指令値抑制手段を備え、モータ制御装置はこの補正されたトルク指令値に基づきモータからモータ駆動用バッテリへエネルギを回生するようにしたことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面により、本発明の電動車両における回生エネルギ制御装置の説明をする。図１は本発明による電動車両における回生エネルギ制御装置の構成を示す図であり、図２は本発明による電動車両における回生エネルギ制御装置を適用した電動車両の一実施形態の全体構成を示すブロック図である。この実施の形態は、トルク指令値抑制手段１３を備えている点および車両ＥＣＵ１０の制御内容の一部が異なる点を除き、前述した従来技術と同じである。
【００１４】
電動車両の通常の走行状態においては、前述した従来技術と同様、トルク演算手段１１は、特性Ａd および特性Ａr 、回転数センサ３６ａ，３６ｂにより検出された各モータ３５ａ，３５ｂの回転速度、ならびにアクセルセンサ１７により検出される操作量に基づいて車輪を駆動するためのトルク指令値を演算し、車両ＥＣＵ１０はこのように演算されたトルク指令値をモータＥＣＵ２０に出力し、モータＥＣＵ２０はこのトルク指令値に基づいて各モータ３５ａ，３５ｂが各車輪を駆動するようにインバータ３４を制御する。これにより電動車両は、アクセル操作量に応じた出力で前進または後進する。
【００１５】
電動車両の走行中に運転者によりブレーキが掛けられれば、ブレーキセンサ１６がブレーキの作動を検出する。この状態では、アクセル操作量の如何にかかわらず、先ずトルク演算手段１１が、前述した従来技術の場合と同様にして、特性Ｂd および特性Ｂr ならびに回転数センサ３６ａ，３６ｂにより検出された各モータ３５ａ，３５ｂの回転速度に基づいてエネルギを回生するためのトルク指令値を演算する。
【００１６】
このエネルギを回生するためのトルク指令値は、電圧センサ２１により検出したモータ駆動用バッテリ３１の電圧が所定の低い電圧（例えば７８．０ボルト）未満の場合はそのまま、またそれ以上である場合は次に述べるように車両ＥＣＵ１０のトルク指令値抑制手段１３により補正されて、モータＥＣＵ２０に出力される。モータ駆動用バッテリ３１の電圧が所定の低い電圧以上である場合のトルク指令値の補正は、後述するように、検出した電圧が高くなるにつれて、トルク演算手段に１１より演算されたエネルギを回生するためのトルク指令値の値を減少させて０に近づけるように補正し、また検出した電圧が上昇して所定の限度電圧（例えば９２．５ボルト）以上になればトルク指令値の値を０とするように補正するものである。そしてモータＥＣＵ２０は、このように補正されたまたは補正されなかったトルク指令値に基づいて、各モータ３５ａ，３５ｂからモータ駆動用バッテリ３１へエネルギを回生するようにインバータ３４を制御する。
【００１７】
また電動車両の走行中にブレーキを作動させることなくアクセルを閉じれば、ブレーキセンサ１６はブレーキの作動を検出せずかつアクセルセンサ１７により検出される操作量は０である。この状態では、上述したブレーキが掛けられた場合と同様、先ずトルク演算手段１１が、特性Ｃd および特性Ｃr ならびに各モータ３５ａ，３５ｂの回転速度に基づいてエネルギを回生するためのトルク指令値を演算する。このエネルギを回生するためのトルク指令値は、上述と同様、電圧センサ２１により検出したモータ駆動用バッテリ３１の電圧が所定の低い電圧（同上）未満の場合はそのまま、またそれ以上である場合は車両ＥＣＵ１０のトルク指令値抑制手段１３により補正されて、モータＥＣＵ２０に出力される。そしてモータＥＣＵ２０は、上述と同様にインバータ３４を制御して各モータ３５ａ，３５ｂからモータ駆動用バッテリ３１へエネルギを回生する。
【００１８】
次に上述した車両ＥＣＵ１０およびトルク演算手段１１によるエネルギを回生するためのトルク指令値の演算と、このように演算されたトルク指令値のトルク指令値抑制手段１３による補正を図４および図５に示すフローチャートにより説明する。
【００１９】
車両ＥＣＵ１０は、所定の時間間隔で割込信号が入力される都度、図４のフローチャートに示す処理の実行を開始する。車両ＥＣＵ１０は先ずシフトポジションセンサ１８によりシフトポジションがＮ（中立）、Ｒ（後進）、Ｄ（前進）の何れであるかを認識し（ステップ１００）、同じ認識値を３回連続して認識すれば（ステップ１０１〜１０４）、認識したシフトポジションに対応するエネルギ回生のためのトルク指令値を演算する（ステップ１１０〜１１５）。シフトポジションがＮの場合はステップ１１１においてシフトポジションＮに対応するエネルギ回生のためのトルク指令値を演算するが、このトルク指令値は０である。
【００２０】
シフトポジションがＲの場合は、ステップ１１３においてシフトポジションＲに対応するエネルギ回生のためのトルク指令値を演算する。この演算は、電動車両の走行中にブレーキを作動させた場合と、ブレーキを作動させることなくアクセルを閉じた場合に分けて行われる。電動車両の後進中にブレーキを作動させた場合は、アクセル操作量の如何にかかわらず、車両ＥＣＵ１０のトルク演算手段１１は、図３に示すトルクマップ１２の特性Ｂr，Ｂdおよび回転数センサ３６ａ，３６ｂにより検出された各モータ３５ａ，３５ｂの回転速度に基づいてエネルギを回生するためのトルク指令値を演算し、またブレーキを作動させることなくアクセルを閉じた場合は、トルクマップ１２の特性Ｃr および検出された各モータ３５ａ，３５ｂの回転速度に基づいてエネルギを回生するためのトルク指令値を演算する。
【００２１】
またシフトポジションがＤの場合は、ステップ１１５においてシフトポジションＤに対応するエネルギ回生のためのトルク指令値を演算する。この演算も、電動車両の走行中にブレーキを作動させた場合と、ブレーキを作動させることなくアクセルを閉じた場合に分けて行われる。電動車両の前進中にブレーキを作動させた場合は、アクセル操作量の如何にかかわらず、車両ＥＣＵ１０のトルク演算手段１１は、図３に示すトルクマップ１２の特性Ｂd，Ｂrおよび検出された各モータ３５ａ，３５ｂの回転速度に基づいてエネルギを回生するためのトルク指令値を演算し、またブレーキを作動させることなくアクセルを閉じた場合は、トルクマップ１２の特性Ｃd および検出された各モータ３５ａ，３５ｂの回転速度に基づいてエネルギを回生するためのトルク指令値を演算する。
【００２２】
これらのエネルギを回生するためのトルク指令値の何れかを演算した後に、車両ＥＣＵ１０はステップ１１６のトルク指令値抑制制御を行う。このトルク指令値抑制制御の内容は図５のフローチャートに示されている。先ず車両ＥＣＵ１０は電圧センサ２１によりモータ駆動用バッテリ３１の電圧を検出し（ステップ２００）、ブレーキセンサ１６がブレーキの作動を検出しているかまたはアクセルセンサ１７により検出されるアクセル操作量が０であれば（ステップ２０１、２０２）、トルク指令値抑制手段１３によりステップ２１０〜２２７のトルク指令値抑制制御を行う。ステップ２００で検出したモータ駆動用バッテリ３１の電圧（以下単にバッテリ電圧という）が７８．０ボルト未満の場合は、トルク指令値抑制手段１３は図５のステップ１１３またはステップ１１５で演算したエネルギ回生のためのトルク指令値（以下単に図５で演算したトルク指令値という）の補正は行わない。検出したバッテリ電圧が７８．０〜７８．５ボルトの場合は、図５で演算したトルク指令値を７／８倍する補正を行う（ステップ２１０、２１１）。また検出したバッテリ電圧が７９．０〜７９．５ボルトの場合は、図５で演算したトルク指令値を６／８倍する補正を行う（ステップ２１２、２１３）。以下同様にして、トルク指令値抑制手段１３は、検出したバッテリ電圧が高くなるにつれて、乗じる倍数を次第に低下させ、図５で演算したトルク指令値を減少させて０に近づけるように補正する（ステップ２１４〜２２５）。そして検出したバッテリ電圧が９２．５ボルト以上となれば、トルク指令値抑制手段１３は、図５で演算したトルク指令値を０とする補正を行う（ステップ２２６、２２７）。
【００２３】
モータＥＣＵ２０は、このように補正された（検出したバッテリ電圧が７８．０ボルト以上の場合）または補正されなかった（検出したバッテリ電圧が７８．０ボルト未満の場合）トルク指令値に基づいて、各モータ３５ａ，３５ｂからモータ駆動用バッテリ３１へエネルギを回生するようにインバータ３４を制御する。従ってモータ３５ａ，３５ｂからモータ駆動用バッテリ３１への充電電流もモータ駆動用バッテリ３１の電圧が高くなるにつれて減少して０に近づくので、ブレーキの際に生じる制動力における回生エネルギの占める比率もモータ駆動用バッテリ３１の電圧が高くなるにつれて減少する。そしてモータ駆動用バッテリ３１の電圧が所定の限度電圧以上になればモータ駆動用バッテリ３１の劣化を防止するためにモータ３５ａ，３５ｂからの充電電流を０にするが、その時点では制動力における回生エネルギの占める比率は充分に減少しているので、充電電流を０にすることによるブレーキの作動状態の変化は０またはごく僅かであり、運転者に違和感を与えることはない。
【００２４】
また、一般的にバッテリに許容される充電電流は、バッテリ電圧が低い場合は大きくバッテリ電圧が高くなると小さくなり、バッテリ電圧が高い状態で大きな充電電流を与えると、そのバッテリの定格容量まで充電される前にバッテリ電圧が所定の限度電圧に達して充電を停止しなければならなくなる。しかしこの実施の形態では、モータ駆動用バッテリ３１の電圧が高くなるにつれて充電電流が減少するので、モータ駆動用バッテリ３１を劣化させるおそれなしに定格容量まで確実に充電することができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、エネルギを回生するためのトルク指令値は、モータ駆動用バッテリの電圧が所定の低い電圧以上である場合には検出した電圧が高くなるにつれて減少して０に近づくように補正されるので、モータ駆動用バッテリへの充電電流もモータ駆動用バッテリの電圧が高くなるにつれて減少して０に近づき、ブレーキの際に生じる制動力における回生エネルギの占める比率もモータ駆動用バッテリの電圧が高くなるにつれて減少する。そしてモータ駆動用バッテリの電圧が所定の限度電圧以上になればモータからモータ駆動用バッテリへ回収される回生エネルギも０になるが、その時点では制動力における回生エネルギの占める比率は充分に減少しているので、ブレーキの作動状態の変化は０またはごく僅かであり、運転者に違和感を与えることはない。
【００２６】
また、バッテリ電圧が高い状態で大きな充電電流を与えると、そのバッテリの定格容量まで充電される前にバッテリ電圧が所定の限度電圧に達して充電を停止しなければならないという問題があるが、この発明ではモータ駆動用バッテリの電圧が高くなるにつれて充電電流が減少するので、モータ駆動用バッテリを劣化させるおそれなしに定格容量まで確実に充電することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による電動車両における回生エネルギ制御装置の構成を示す図である。
【図２】 本発明による電動車両における回生エネルギ制御装置を適用した電動車両の一例の全体構成を示すブロック図である。
【図３】 本発明で使用するトルク指令値の特性の一例を示す図である。
【図４】 本発明においてエネルギを回生するためのトルク指令値を演算するためのフローチャートの一例を示す図である。
【図５】 図４において演算されたトルク指令値を補正するためのフローチャートの一例を示す図である。
【符号の説明】
１１…トルク演算手段、１２…トルクマップ、１３…トルク指令値抑制手段、１６…ブレーキセンサ（ブレーキスイッチ）、１７…アクセルセンサ、２０…モータ制御装置（モータＥＣＵ）、２１…電圧センサ、３１…モータ駆動用バッテリ（高電圧用バッテリ）、３５（３５ａ，３５ｂ）…モータ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリにより給電されて車輪を駆動するモータを用いた電動車両において、モータからバッテリへ回収される回生エネルギを制御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は本発明による電動車両における回生エネルギ制御装置を適用した電動車両の全体構成を示すブロック図であるが、従来のこの種の電動車両のブロック図はトルク指令値抑制手段１３を備えていない点を除き、これと同じであるので、この図２を利用して従来技術の説明をする。従来のこの種の電動車両においては、手動のアクセルレバーなどによりアクセル操作を行えば、車両ＥＣＵ（車両制御装置）１０は左右の車輪に連結されたモータ３５ａ，３５ｂをモータＥＣＵ（モータ制御装置）２０を介して作動させて電動車両を走行させ、ブレーキを作動させることにより停止させている。ブレーキとして機械式ブレーキに加えて回生ブレーキを設ければ、この停止の際に電動車両の運動エネルギの一部は電力としてモータ駆動用バッテリ（高電圧用バッテリ）３１に回収される。このような回生ブレーキは、ブレーキを作動させることなくアクセル操作量を０に戻した場合にも作動させるようにすることも行われている。
【０００３】
次にこの従来技術の電動車両のさらに詳しい説明をする。この電動車両は、電動車両全体の作動を制御する車両ＥＣＵ１０と、この車両ＥＣＵ１０からの指令に基づいて左右の各車輪を駆動するモータ３５ａ，３５ｂの作動を制御するモータＥＣＵ２０を備えている。この両ＥＣＵ１０，２０は低電圧用バッテリ３２により給電され、また各モータ３５ａ，３５ｂはリレー３３およびインバータ３４を介してモータ駆動用バッテリ３１により給電される。
【０００４】
車両ＥＣＵ１０には、電動車両のメインスイッチ１５と、使用者により操作されるブレーキが作動すれば閉じるブレーキセンサ（ブレーキスイッチ）１６と、使用者により操作されるアクセルレバーやアクセルペダル等のアクセル部材の操作量（開度）を検出するアクセルセンサ１７と、前進・後進・中立の各シフト位置を検出するシフトポジションセンサ１８が接続されている。また車両ＥＣＵ１０は、電動車両の各作動状態に対応してモータ３５ａ，３５ｂにより車輪を駆動する場合に使用するトルク指令値の特性（図３のＡd ，Ａr 参照）およびモータ３５ａ，３５ｂからモータ駆動用バッテリ３１へエネルギを回生する場合に使用するトルク指令値の特性（図３のＢd ，Ｂr ，Ｃd ，Ｃr 参照）を記憶したトルクマップ１２と、各センサ１６〜１８により検出した電動車両の各作動状態およびトルクマップ１２に基づいて、モータ３５ａ，３５ｂにより車輪を駆動するためのトルク指令値（以下単に、車輪を駆動するためのトルク指令値という）およびモータ３５ａ，３５ｂからモータ駆動用バッテリ３１へエネルギを回生するためのトルク指令値（以下単に、エネルギを回生するためのトルク指令値という）を演算するトルク演算手段１１を備えている。モータ３５ａ，３５ｂへの給電回路にあるリレー３３は車両ＥＣＵ１０により制御される。
【０００５】
モータＥＣＵ２０は、トルク演算手段１１により演算されたトルク指令値に基づいて、各モータ３５ａ，３５ｂがこのトルク指令値の通りのトルクを生じて各車輪を駆動するように、また各モータ３５ａ，３５ｂからモータ駆動用バッテリ３１へエネルギを回生するようにインバータ３４を制御するものである。左右の車輪は常に左右のモータ３５ａ，３５ｂと対応する回転速度で駆動され、各モータ３５ａ，３５ｂの回転速度は各回転数センサ３６ａ，３６ｂにより検出されて、モータＥＣＵ２０を介して車両ＥＣＵ１０に伝達される。またモータ駆動用バッテリ３１の電圧はモータＥＣＵ２０に設けた電圧センサ２１により検出されて車両ＥＣＵ１０に伝達される。電圧センサ２１は、検出分解能が０．５ボルトとされており、０．５ボルトきざみで検出電圧を出力する。両バッテリ３１，３２は、電動車両の不使用時に１００ボルト交流電源に接続される充電器３０により充電される。あるいは内燃機関により駆動される発電機を搭載し、電動車両の使用中にこの発電機により両バッテリ３１，３２を充電するようにしてもよい。
【０００６】
トルクマップ１２は、図３に示すように、各モータ３５ａ，３５ｂの回転速度に対するトルク指令値の特性を記憶したもので、６つの特性Ａd ，Ａr ，Ｂd ，Ｂr ，Ｃd ，Ｃr よりなっている。特性Ａd および特性Ａr は、モータ３５ａ，３５ｂにより車輪を駆動して走行する場合の出力可能範囲の最大限となるトルク指令値の特性であり、特性Ａd はシフトポジションがＤ（前進）の場合における特性、特性Ａr はシフトポジションがＲ（後進）の場合における特性である。特性Ｂd および特性Ｂr は、ブレーキを作動させた場合におけるエネルギを回生するためのトルク指令値の特性であり、特性Ｂd は車両が前進中の場合における特性、特性Ｂr は車両が後進中の場合における特性である。特性Ｃd および特性Ｃr は、アクセル操作量を０とした場合におけるエネルギを回生するためのトルク指令値の特性であり、特性Ｃd はシフトポジションがＤの場合における特性、特性Ｃr はシフトポジションがＲの場合における特性である。電動車両の各作動状態におけるこれらの各特性は、モータ３５ａ，３５ｂの回転速度に対応しているだけである。
【０００７】
電動車両の通常の走行状態、すなわちブレーキセンサ１６がブレーキの作動を検出しておらずかつアクセルセンサ１７により検出される操作量が０でない場合は、トルク演算手段１１は、特性Ａd および特性Ａr ならびに回転数センサ３６ａ，３６ｂにより検出された各モータ３５ａ，３５ｂの回転速度に基づいて、走行する場合の出力可能範囲の最大限となるトルク指令値、すなわちアクセル操作量が最大の場合のトルク指令値を演算し、このトルク指令値とアクセルセンサ１７により検出される操作量に基づいて、そのときのアクセル操作量に応じて車輪を駆動するためのトルク指令値を演算する。車両ＥＣＵ１０はこのように演算されたトルク指令値をモータＥＣＵ２０に出力し、モータＥＣＵ２０は、前述のようにこのトルク指令値に基づいて各モータ３５ａ，３５ｂが各車輪を駆動するようにインバータ３４を制御する。これにより電動車両は、そのときのアクセル操作量に応じた出力で、シフトポジションに応じて前進または後進する。
【０００８】
電動車両の走行中に運転者によりブレーキが掛けられれば、ブレーキセンサ１６がブレーキの作動を検出する。この状態では、アクセル操作量の如何にかかわらず、トルク演算手段１１は、特性Ｂd および特性Ｂr ならびに回転数センサ３６ａ，３６ｂにより検出された各モータ３５ａ，３５ｂの回転速度に基づいてエネルギを回生するためのトルク指令値を演算し、車両ＥＣＵ１０はこのトルク指令値をモータＥＣＵ２０に出力し、モータＥＣＵ２０は、前述のようにこのトルク指令値に基づいて各モータ３５ａ，３５ｂからモータ駆動用バッテリ３１へエネルギを回生するようにインバータ３４を制御する。また電動車両の走行中にブレーキを作動させることなくアクセルを閉じれば、ブレーキセンサ１６はブレーキの作動を検出せずかつアクセルセンサ１７により検出される操作量は０である。この状態では、トルク演算手段１１は、特性Ｃd および特性Ｃr ならびに各モータ３５ａ，３５ｂの回転速度に基づいてエネルギを回生するためのトルク指令値を演算し、車両ＥＣＵ１０はこのトルク指令値をモータＥＣＵ２０に出力し、モータＥＣＵ２０は、ブレーキを作動させた場合と同様このトルク指令値に基づいて各モータ３５ａ，３５ｂからモータ駆動用バッテリ３１へエネルギを回生するようにインバータ３４を制御するが、エネルギ回生の程度はブレーキを作動させた場合よりは小さい。
【０００９】
このエネルギの回生は、各モータ３５ａ，３５ｂで生成された電流によりモータ駆動用バッテリ３１を充電することにより行われるが、この充電電流がある許容量を超えるとモータ駆動用バッテリ３１の温度が上昇しまた電圧が上昇してモータ駆動用バッテリ３１が劣化する。そこで従来の技術では例えばモータ駆動用バッテリ３１の電圧を検出して、その値が所定の限度電圧以上になれば充電電流を遮断してエネルギの回生を停止している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
機械式ブレーキに加えて回生ブレーキを使用してエネルギを回生するようにした上記従来技術では、上述のようにモータ駆動用バッテリの電圧を検出して、その値が所定の限度電圧以上になれば充電電流を遮断してエネルギの回生を停止するようにしているので、ブレーキを作動させている間にモータ駆動用バッテリの電圧が上昇して所定の限度電圧以上になれば回生ブレーキが作動しなくなり、ブレーキの作動状態が変化して運転者に違和感を与えることがある。これは長い下り坂の場合にブレーキの作動が低下する現象として現れるが、機械式ブレーキはそれ単独で充分な制動能力を有しているので、危険を伴うことはない。また走行中にブレーキを作動させることなくアクセルを閉じた場合も特性Ｃd および特性Ｃr による多少弱い回生ブレーキが作用するが、この場合もその作動中にもモータ駆動用バッテリの電圧が上昇し所定の限度を越えて回生ブレーキが作動しなくなることがあるので、やはり運転者に違和感を与えるおそれがある。
【００１１】
また、バッテリに許容される充電電流は、バッテリ電圧が低い場合は大きくバッテリ電圧が高くなると小さくなるので、バッテリ電圧が高い状態で大きな充電電流を与えると、そのバッテリの定格容量まで充電される前にバッテリ電圧が所定の限度電圧に達して充電を停止しなければならず、バッテリを完全に充電することができないという問題がある。本発明はこのような各問題を解決することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による電動車両における回生エネルギ制御装置は、モータ駆動用バッテリにより給電されモータ制御装置により制御されて車輪を駆動するモータと、ブレーキの作動を検出するブレーキセンサと、アクセル操作量を検出するアクセルセンサと、ブレーキセンサがブレーキの作動を検出しておらずかつアクセルセンサにより検出される操作量が０でない作動状態において使用するモータにより車輪を駆動するためのトルク指令値の特性およびブレーキセンサがブレーキの作動を検出しているかまたはアクセルセンサにより検出される操作量が０である作動状態において使用するモータからモータ駆動用バッテリへエネルギを回生するためのトルク指令値の特性を記憶したトルクマップと、各センサにより検出した電動車両の各作動状態およびトルクマップの各特性に基づき各作動状態に対応してモータにより車輪を駆動するためのトルク指令値またはエネルギを回生するためのトルク指令値を演算するトルク演算手段を備えてなり、モータ制御装置は、トルク演算手段により演算されたトルク指令値に基づき、モータの出力トルクを制御して車輪を駆動し、またはモータからモータ駆動用バッテリへエネルギを回生するようにしてなる電動車両における回生エネルギ制御装置において、電圧センサにより検出したモータ駆動用バッテリの電圧が所定の低い電圧以上である場合には検出した電圧が高くなるにつれてトルク演算手段により演算されたエネルギを回生するためのトルク指令値の値を減少させて０に近づけるように補正するトルク指令値抑制手段を備え、モータ制御装置はこの補正されたトルク指令値に基づきモータからモータ駆動用バッテリへエネルギを回生するようにしたことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面により、本発明の電動車両における回生エネルギ制御装置の説明をする。図１は本発明による電動車両における回生エネルギ制御装置の構成を示す図であり、図２は本発明による電動車両における回生エネルギ制御装置を適用した電動車両の一実施形態の全体構成を示すブロック図である。この実施の形態は、トルク指令値抑制手段１３を備えている点および車両ＥＣＵ１０の制御内容の一部が異なる点を除き、前述した従来技術と同じである。
【００１４】
電動車両の通常の走行状態においては、前述した従来技術と同様、トルク演算手段１１は、特性Ａd および特性Ａr 、回転数センサ３６ａ，３６ｂにより検出された各モータ３５ａ，３５ｂの回転速度、ならびにアクセルセンサ１７により検出される操作量に基づいて車輪を駆動するためのトルク指令値を演算し、車両ＥＣＵ１０はこのように演算されたトルク指令値をモータＥＣＵ２０に出力し、モータＥＣＵ２０はこのトルク指令値に基づいて各モータ３５ａ，３５ｂが各車輪を駆動するようにインバータ３４を制御する。これにより電動車両は、アクセル操作量に応じた出力で前進または後進する。
【００１５】
電動車両の走行中に運転者によりブレーキが掛けられれば、ブレーキセンサ１６がブレーキの作動を検出する。この状態では、アクセル操作量の如何にかかわらず、先ずトルク演算手段１１が、前述した従来技術の場合と同様にして、特性Ｂd および特性Ｂr ならびに回転数センサ３６ａ，３６ｂにより検出された各モータ３５ａ，３５ｂの回転速度に基づいてエネルギを回生するためのトルク指令値を演算する。
【００１６】
このエネルギを回生するためのトルク指令値は、電圧センサ２１により検出したモータ駆動用バッテリ３１の電圧が所定の低い電圧（例えば７８．０ボルト）未満の場合はそのまま、またそれ以上である場合は次に述べるように車両ＥＣＵ１０のトルク指令値抑制手段１３により補正されて、モータＥＣＵ２０に出力される。モータ駆動用バッテリ３１の電圧が所定の低い電圧以上である場合のトルク指令値の補正は、後述するように、検出した電圧が高くなるにつれて、トルク演算手段に１１より演算されたエネルギを回生するためのトルク指令値の値を減少させて０に近づけるように補正し、また検出した電圧が上昇して所定の限度電圧（例えば９２．５ボルト）以上になればトルク指令値の値を０とするように補正するものである。そしてモータＥＣＵ２０は、このように補正されたまたは補正されなかったトルク指令値に基づいて、各モータ３５ａ，３５ｂからモータ駆動用バッテリ３１へエネルギを回生するようにインバータ３４を制御する。
【００１７】
また電動車両の走行中にブレーキを作動させることなくアクセルを閉じれば、ブレーキセンサ１６はブレーキの作動を検出せずかつアクセルセンサ１７により検出される操作量は０である。この状態では、上述したブレーキが掛けられた場合と同様、先ずトルク演算手段１１が、特性Ｃd および特性Ｃr ならびに各モータ３５ａ，３５ｂの回転速度に基づいてエネルギを回生するためのトルク指令値を演算する。このエネルギを回生するためのトルク指令値は、上述と同様、電圧センサ２１により検出したモータ駆動用バッテリ３１の電圧が所定の低い電圧（同上）未満の場合はそのまま、またそれ以上である場合は車両ＥＣＵ１０のトルク指令値抑制手段１３により補正されて、モータＥＣＵ２０に出力される。そしてモータＥＣＵ２０は、上述と同様にインバータ３４を制御して各モータ３５ａ，３５ｂからモータ駆動用バッテリ３１へエネルギを回生する。
【００１８】
次に上述した車両ＥＣＵ１０およびトルク演算手段１１によるエネルギを回生するためのトルク指令値の演算と、このように演算されたトルク指令値のトルク指令値抑制手段１３による補正を図４および図５に示すフローチャートにより説明する。
【００１９】
車両ＥＣＵ１０は、所定の時間間隔で割込信号が入力される都度、図４のフローチャートに示す処理の実行を開始する。車両ＥＣＵ１０は先ずシフトポジションセンサ１８によりシフトポジションがＮ（中立）、Ｒ（後進）、Ｄ（前進）の何れであるかを認識し（ステップ１００）、同じ認識値を３回連続して認識すれば（ステップ１０１〜１０４）、認識したシフトポジションに対応するエネルギ回生のためのトルク指令値を演算する（ステップ１１０〜１１５）。シフトポジションがＮの場合はステップ１１１においてシフトポジションＮに対応するエネルギ回生のためのトルク指令値を演算するが、このトルク指令値は０である。
【００２０】
シフトポジションがＲの場合は、ステップ１１３においてシフトポジションＲに対応するエネルギ回生のためのトルク指令値を演算する。この演算は、電動車両の走行中にブレーキを作動させた場合と、ブレーキを作動させることなくアクセルを閉じた場合に分けて行われる。電動車両の後進中にブレーキを作動させた場合は、アクセル操作量の如何にかかわらず、車両ＥＣＵ１０のトルク演算手段１１は、図３に示すトルクマップ１２の特性Ｂr，Ｂdおよび回転数センサ３６ａ，３６ｂにより検出された各モータ３５ａ，３５ｂの回転速度に基づいてエネルギを回生するためのトルク指令値を演算し、またブレーキを作動させることなくアクセルを閉じた場合は、トルクマップ１２の特性Ｃr および検出された各モータ３５ａ，３５ｂの回転速度に基づいてエネルギを回生するためのトルク指令値を演算する。
【００２１】
またシフトポジションがＤの場合は、ステップ１１５においてシフトポジションＤに対応するエネルギ回生のためのトルク指令値を演算する。この演算も、電動車両の走行中にブレーキを作動させた場合と、ブレーキを作動させることなくアクセルを閉じた場合に分けて行われる。電動車両の前進中にブレーキを作動させた場合は、アクセル操作量の如何にかかわらず、車両ＥＣＵ１０のトルク演算手段１１は、図３に示すトルクマップ１２の特性Ｂd，Ｂrおよび検出された各モータ３５ａ，３５ｂの回転速度に基づいてエネルギを回生するためのトルク指令値を演算し、またブレーキを作動させることなくアクセルを閉じた場合は、トルクマップ１２の特性Ｃd および検出された各モータ３５ａ，３５ｂの回転速度に基づいてエネルギを回生するためのトルク指令値を演算する。
【００２２】
これらのエネルギを回生するためのトルク指令値の何れかを演算した後に、車両ＥＣＵ１０はステップ１１６のトルク指令値抑制制御を行う。このトルク指令値抑制制御の内容は図５のフローチャートに示されている。先ず車両ＥＣＵ１０は電圧センサ２１によりモータ駆動用バッテリ３１の電圧を検出し（ステップ２００）、ブレーキセンサ１６がブレーキの作動を検出しているかまたはアクセルセンサ１７により検出されるアクセル操作量が０であれば（ステップ２０１、２０２）、トルク指令値抑制手段１３によりステップ２１０〜２２７のトルク指令値抑制制御を行う。ステップ２００で検出したモータ駆動用バッテリ３１の電圧（以下単にバッテリ電圧という）が７８．０ボルト未満の場合は、トルク指令値抑制手段１３は図５のステップ１１３またはステップ１１５で演算したエネルギ回生のためのトルク指令値（以下単に図５で演算したトルク指令値という）の補正は行わない。検出したバッテリ電圧が７８．０〜７８．５ボルトの場合は、図５で演算したトルク指令値を７／８倍する補正を行う（ステップ２１０、２１１）。また検出したバッテリ電圧が７９．０〜７９．５ボルトの場合は、図５で演算したトルク指令値を６／８倍する補正を行う（ステップ２１２、２１３）。以下同様にして、トルク指令値抑制手段１３は、検出したバッテリ電圧が高くなるにつれて、乗じる倍数を次第に低下させ、図５で演算したトルク指令値を減少させて０に近づけるように補正する（ステップ２１４〜２２５）。そして検出したバッテリ電圧が９２．５ボルト以上となれば、トルク指令値抑制手段１３は、図５で演算したトルク指令値を０とする補正を行う（ステップ２２６、２２７）。
【００２３】
モータＥＣＵ２０は、このように補正された（検出したバッテリ電圧が７８．０ボルト以上の場合）または補正されなかった（検出したバッテリ電圧が７８．０ボルト未満の場合）トルク指令値に基づいて、各モータ３５ａ，３５ｂからモータ駆動用バッテリ３１へエネルギを回生するようにインバータ３４を制御する。従ってモータ３５ａ，３５ｂからモータ駆動用バッテリ３１への充電電流もモータ駆動用バッテリ３１の電圧が高くなるにつれて減少して０に近づくので、ブレーキの際に生じる制動力における回生エネルギの占める比率もモータ駆動用バッテリ３１の電圧が高くなるにつれて減少する。そしてモータ駆動用バッテリ３１の電圧が所定の限度電圧以上になればモータ駆動用バッテリ３１の劣化を防止するためにモータ３５ａ，３５ｂからの充電電流を０にするが、その時点では制動力における回生エネルギの占める比率は充分に減少しているので、充電電流を０にすることによるブレーキの作動状態の変化は０またはごく僅かであり、運転者に違和感を与えることはない。
【００２４】
また、一般的にバッテリに許容される充電電流は、バッテリ電圧が低い場合は大きくバッテリ電圧が高くなると小さくなり、バッテリ電圧が高い状態で大きな充電電流を与えると、そのバッテリの定格容量まで充電される前にバッテリ電圧が所定の限度電圧に達して充電を停止しなければならなくなる。しかしこの実施の形態では、モータ駆動用バッテリ３１の電圧が高くなるにつれて充電電流が減少するので、モータ駆動用バッテリ３１を劣化させるおそれなしに定格容量まで確実に充電することができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、エネルギを回生するためのトルク指令値は、モータ駆動用バッテリの電圧が所定の低い電圧以上である場合には検出した電圧が高くなるにつれて減少して０に近づくように補正されるので、モータ駆動用バッテリへの充電電流もモータ駆動用バッテリの電圧が高くなるにつれて減少して０に近づき、ブレーキの際に生じる制動力における回生エネルギの占める比率もモータ駆動用バッテリの電圧が高くなるにつれて減少する。そしてモータ駆動用バッテリの電圧が所定の限度電圧以上になればモータからモータ駆動用バッテリへ回収される回生エネルギも０になるが、その時点では制動力における回生エネルギの占める比率は充分に減少しているので、ブレーキの作動状態の変化は０またはごく僅かであり、運転者に違和感を与えることはない。
【００２６】
また、バッテリ電圧が高い状態で大きな充電電流を与えると、そのバッテリの定格容量まで充電される前にバッテリ電圧が所定の限度電圧に達して充電を停止しなければならないという問題があるが、この発明ではモータ駆動用バッテリの電圧が高くなるにつれて充電電流が減少するので、モータ駆動用バッテリを劣化させるおそれなしに定格容量まで確実に充電することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による電動車両における回生エネルギ制御装置の構成を示す図である。
【図２】 本発明による電動車両における回生エネルギ制御装置を適用した電動車両の一例の全体構成を示すブロック図である。
【図３】 本発明で使用するトルク指令値の特性の一例を示す図である。
【図４】 本発明においてエネルギを回生するためのトルク指令値を演算するためのフローチャートの一例を示す図である。
【図５】 図４において演算されたトルク指令値を補正するためのフローチャートの一例を示す図である。
【符号の説明】
１１…トルク演算手段、１２…トルクマップ、１３…トルク指令値抑制手段、１６…ブレーキセンサ（ブレーキスイッチ）、１７…アクセルセンサ、２０…モータ制御装置（モータＥＣＵ）、２１…電圧センサ、３１…モータ駆動用バッテリ（高電圧用バッテリ）、３５（３５ａ，３５ｂ）…モータ。
Claims (1)
- モータ駆動用バッテリにより給電されモータ制御装置により制御されて車輪を駆動するモータと、ブレーキの作動を検出するブレーキセンサと、アクセル操作量を検出するアクセルセンサと、前記ブレーキセンサがブレーキの作動を検出しておらずかつ前記アクセルセンサにより検出される操作量が０でない作動状態において使用する前記モータにより前記車輪を駆動するためのトルク指令値の特性および前記ブレーキセンサがブレーキの作動を検出しているかまたは前記アクセルセンサにより検出される操作量が０である作動状態において使用する前記モータから前記モータ駆動用バッテリへエネルギを回生するためのトルク指令値の特性を記憶したトルクマップと、前記各センサにより検出した電動車両の各作動状態および前記トルクマップの各特性に基づき前記各作動状態に対応して前記モータにより前記車輪を駆動するためのトルク指令値またはエネルギを回生するためのトルク指令値を演算するトルク演算手段を備えてなり、前記モータ制御装置は、前記トルク演算手段により演算されたトルク指令値に基づき、前記モータの出力トルクを制御して前記車輪を駆動し、または前記モータから前記モータ駆動用バッテリへエネルギを回生するようにしてなる電動車両における回生エネルギ制御装置において、電圧センサにより検出した前記モータ駆動用バッテリの電圧が所定の低い電圧以上である場合には検出した前記電圧が高くなるにつれて前記トルク演算手段により演算されたエネルギを回生するためのトルク指令値の値を減少させて０に近づけるように補正するトルク指令値抑制手段を備え、前記モータ制御装置はこの補正されたトルク指令値に基づき前記モータから前記モータ駆動用バッテリへエネルギを回生するようにしたことを特徴とする電動車両における回生エネルギ制御装置。
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