JPH11332005A - 電動車両における電気モ―タ―のトルク制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】比較的高速における制動中に回生トルクが発生
され、且つ比較的低速においてクリープ・トルクの相殺
が行われる、電動車両における電気モーターのトルクを
制御する方法を提供する。 【解決手段】車両性能及びエネルギー保全を向上するた
めに、電動車両の電気モーターＭのトルクを制御する方
法が、スロットル・トルク要求を受ける工程、ブレーキ
・トルク要求を受ける工程及び、車速を検出する工程を
含む。ブレーキ・トルク要求を、クリープ相殺成分とブ
レーキ回生成分とに分離される。クリープ相殺成分とブ
レーキ回生成分とに基づいてスロットル・トルク要求が
調整され、合計トルクを発生する。そして、電気モータ
ーＭのトルクが合計トルクに基き制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動車両における
電気モーターのトルクを制御する方法に関し、より具体
的には、電動車両のパワートレーンへのブレーキ信号を
用いて、比較的高速における回生つまり負のブレーキ・
トルク及び比較的低速でのクリープ前進トルクの相殺の
両方を行なう方法に関する。

【0002】

【従来の技術】一般的な内燃機関車両において、時速0
から6マイルの範囲でエンジンがクリープ・トルクを発
生しながらブレーキが作用すると、かなりの量のエネル
ギーが浪費され、そして、高車速領域において、ブレー
キが作用しているがエンジンは燃料を燃やし続けている
場合には、かなりの量の慣性エネルギーが失われてい
る。しかしながら、エネルギー保全が航続距離を最大に
する上で非常に重要である電動車両において、特にクリ
ープ・トルク領域と高速制動領域において車両性能とエ
ネルギー保全を向上させるために、車両における電気モ
ーターのトルクを制御する方法を提供することが大いに
望まれている。

【0003】これを示すために、電動車両関連用語を理解す
ることが重要である。「ブレーキ回生」は、車両の進行
方向に対向し、ブレーキ信号入力の関数として、モータ
ーに車両の電池への回生電流を発生させる、回生トルク
を生成することを指す用語である。発生したトルクは、
車速を減少させる際に機械ブレーキを補助する。言い換
えると、ブレーキが高車速で作用する時に、負のトルク
が電流をバッテリーに対して生成し、バッテリを充電
し、モーターを減速することにより車両を減速させるの
を手助けする。

【0004】「圧縮回生」とは、車両の進行方向に対向し、
車速及びアクセル・ペダルの関数として、モーターに車
両の電池への回生電流を発生させる回生トルクを生成す
ることを指す用語である。発生されるトルクの量は、内
燃機関車両のエンジンの圧縮抵抗感覚に匹敵する様に設
定される。

【0005】「クリープ・トルク」とは、時速0から6マイル
の間が典型的である低速に車両がある時に、アクセル踏
み込み量が全閉の状態で、車両を前進させるモーター・
トルクを生成することを指す用語である。発生されるト
ルクは、内燃機関車両のクリープ前進感覚に匹敵する様
に設定される。

【0006】

【発明が解決しようとする課題】従って、比較的高速に
おける制動中に回生（負）トルクが発生され、且つ比較
的低速においてクリープ（前進）トルクの相殺が行われ
る、電動車両における電気モーターのトルクを制御する
方法を提供することが望ましい。

【0007】

【課題を解決するための手段】本発明は、ブレーキ・ペ
ダル入力を用いて、車両の慣性エネルギーを回収するた
めに高速において回生トルクを発生する一方で、クリー
プ・トルク速度領域において浪費されるエネルギー量を
削減するために、車両のクリープ・トルク量を小さくす
る様にモーターに命令することにより、ブレーキ回生と
クリープ相殺の両方を達成する。この方法はまた、クリ
ープ・トルクの相殺が車両を上り坂で後退させる場合に
は、クリープ相殺を穏やかであるが迅速に停止する。

【0008】より具体的には、本発明は、車両性能及びエネ
ルギー保全を向上するために、電動車両における電気モ
ーターのトルクを制御する方法を提供し、それは、スロ
ットル・トルク要求を受ける工程、ブレーキ・トルク要
求を受ける工程、及び車速を検出する工程、を含む。ブ
レーキ・トルク要求は、クリープ相殺成分とブレーキ回
生成分とに分離される。スロットル・トルク要求は、ク
リープ相殺成分とブレーキ回生成分とに基づいて調整さ
れ、合計トルクを発生する。そして電気モーター・トル
クは合計トルクに基づいて制御される。

【0009】ブレーキ・トルク要求を分離する工程が、車速
に基づいて分離マップにより生成された分離係数により
ブレーキ・トルク要求を乗算し、それによりブレーキ回
生成分を発生する工程を含むのが好ましい。ブレーキ回
生成分の絶対値がブレーキ・トルク要求から引かれて第
１クリープ相殺信号を発生する。第1クリープ相殺信号
はゲイン係数により乗算されて第２クリープ相殺信号を
発生する。スロットル・トルク命令のクリープ・トルク
部分が決定され、このクリープ・トルク部分と第２クリ
ープ相殺信号の小さい方が選択されてクリープ相殺成分
を発生し、それにより、クリープ相殺成分がクリープ・
トルクのみを相殺するのを確実なものとする。

【0010】

【発明の効果】従って、本発明は、電動車両のパワート
レーンへのブレーキ信号を用いて、比較的高速における
回生つまり負のブレーキ・トルクの提供及び比較的低速
でのクリープ前進トルクの相殺の両方を行なう方法を提
供することが出来る。

【0011】本発明の上述の目的、特徴、効果などは、添付
の図面を参照して、本発明を実現する最良の態様につい
ての、以下の詳細な説明を読むことで、容易に理解する
ことが出来る。

【0012】

【発明の実施の形態】本発明は、ブレーキ・ペダル入力
を用いて、車両の慣性エネルギーを回収するために高速
において回生トルクを発生する一方で、クリープ・トル
ク速度領域において浪費されるエネルギー量を削減する
ために、車両のクリープ・トルク量を小さくする様にモ
ーターに命令する。制御システムは、ブレーキ・ペダル
入力が上述の２つの目的のいずれかに使われるべきかを
円滑に決定し、もしそうであるならば、ブレーキ・トル
ク要求とスロットル・トルク要求とを円滑に合計する。

【0013】ブレーキがどの様にしてモーター・トルク要求
全体を修正すべきかを決定するのを助けるために、種々
の車両状態を理解することが重要である。

【0014】スロットル・トルク要求マップが図１に示され
る。全車速領域に亘って、全閉スロットル曲線Ａと全開
スロットル曲線Ｂとが示されている。水平軸は車速Vmph
であり、垂直軸は電流Iqであり、電流はトルクを表す。
車両のドライバーにより決定されるスロットル位置が、
スロットル・トルク要求を決定するために、全閉・スロ
ットル曲線Ａと全開スロットル曲線Ｂとの間の補間を行
なうのに用いられる。図１において、全閉スロットル曲
線Ａが垂直及び水平軸を横切る点の間にクリープ速度領
域があり、全閉・スロットル曲線Ａが水平軸を横切る点
の右側に回生速度領域があり、そして、垂直軸の左側に
負速度領域がある、ことに注意すべきである。これらの
領域とスロットル・トルク要求とが、以下の説明で参照
される。

【0015】Ａ．クリープ速度領域 クリープ速度領域は、ほぼ時速0から6マイルの間の領域
である。この領域は、図１において、全閉スロットル曲
線が垂直及び水平軸を横切る点の間に、現れる。この速
度領域にある時に、ドライバーは、ブレーキ・トルク
が、全体として負のトルク要求または回生トルク要求を
発生することを望んではいない。ドライバーは、ブレー
キが、スロットル・トルク要求のクリープ部分を相殺す
ることを望むだけである。ブレーキとスロットルの両方
が踏み込まれる場合には、ドライバーは、ブレーキ・ト
ルクがスロットル要求のクリープ部分を相殺することを
望むのみで、ブレーキ・トルクがスロットル・トルク要
求を完全に打ち消すことを望んではいない。クリープ・
トルクの量が変化する場合には、このクリープ・トルク
を打ち消すのに用いられるブレーキ・トルクの量も変化
しなければならない。

【0016】Ｂ．回生速度領域 回生速度領域が図１において、全閉スロットル曲線Ａが
水平軸を横切る点の右側に示されている。車速がクリー
プ速度領域から離れて回生速度領域まで増加すると、ド
ライバーは、もはやブレーキをクリープ・トルクを打ち
消すために用いることに興味はない（クリープ・トルク
はないが、圧縮回生トルクがあるかもしれない）。ドラ
イバーは、その時点で、ブレーキ・ペダルが、ブレーキ
回生電流または負トルクがトルク要求全体に対して貢献
することを望むことになる。この付加的なブレーキ回生
トルクをもたらすか引き出すための円滑な方法を述べ
る。

【0017】Ｃ．負速度領域 図１を参照すると、負速度領域が垂直軸の左側に発生す
る。上述の様に、クリープ速度領域において、ブレーキ
・トルクはクリープ・トルクを打ち消すのに用いられ
る。車両が上り坂にある場合には、クリープ・トルクを
打ち消すことは、車両を後退し始めさせることになる。
この状態を検出して、クリープ・トルクを打ち消さない
様にすることでブレーキ・トルクが回復し、車両が後退
するのを停止させるのを助ける方法が、ここで提供され
る。制御システムは、クリープの相殺から、クリープの
非相殺へとなめからかに移行する。車両が（急な坂で）
後退し続ける場合または、故意に負の速度にあった場合
には、ブレーキ・ペダルの踏み込みにより、ブレーキ・
トルクが前進方向へかかるべきであり、更には、機械式
ブレーキが車両を後退から停止させるのを補助する。

【0018】加えて、ブレーキとスロットルが共に踏み込ま
れた状態で、速度ゼロで車両が上り坂にある場合には、
車軸に正トルクがかかるべきである。再び、ブレーキ・
トルクは、スロットル・トルクを完全に打ち消すべきで
はない。それで、ブレーキ・ペダルが開放され、機械式
ブレーキを解除させる場合には、車両は車軸への正トル
クにより前進し始めることになろう。仮に制御システム
が、ブレーキ・トルクにスロットル・トルクを完全に打
ち消させる様に設計されていると、同じ条件において、
ブレーキを解除すると、車両が前進加速する前に短時間
（機械式ブレーキが解除され正トルクが立ち上がるまで
の時間）後退することになろう。

【0019】ブレーキ回生及びクリープ相殺の両方のため
に、電気モーター・トルクを用いる方法を、図２に示さ
れたブロック図を用いて、説明する。このブロック図に
対する入力は、a) Vmph - マイル／時である車速、b) G
iq throt - スロットル位置と車速の関数であるスロッ
トル・トルク命令、及びc) G iq brake - ブレーキ・ペ
ダル位置の関数であるブレーキ・トルク命令である。こ
の図の出力は、車速及び、スロットル及びブレーキの両
方のトルク命令に基づく全体トルク命令であるG iq sum
である。この方法の主な要素は、回生／クリープ相殺マ
ップＣ内に含まれる。

【0020】「分離係数」と呼ばれる回生／クリープ相殺マ
ップＣの出力は、ブレーキ・トルク命令G iq brakeによ
り乗算される。その解であるG iqbrkregは「ブレーキ回
生成分」と名づけられ、ブレーキ回生目的に用いられ
る。G iq brakeの未使用部分、つまりG iq brakeからG
iqbrkregの絶対値を引いた値は、「第１クリープ相殺信
号」と呼ばれ、ブレーキ・クリープ相殺のために用いら
れる。これは、ブレーキ・トルクのクリープ相殺と回生
との間の円滑な移行を可能とする。

【0021】第１クリープ相殺信号は、クリープ・トルクを
迅速に相殺するために、4というゲインにより乗算され
ることで、更に修正され、第２クリープ相殺信号を発生
する。結果として生じる値はそれから、スロットル・ト
ルク命令のクリープ・トルク部分G iq creepにクランプ
つまり制限され、クリープ相殺に用いられるブレーキ部
分がクリープ部分を相殺することのみ行なうのを確実な
ものとする。このG iq creep信号は、スロットル・トル
ク命令の「クリープ・トルク部分」と呼ばれる。クリー
プ・トルク部分と第２クリープ相殺信号の小さい方が、
クリープ相殺成分発生のために選択され、図２において
G iqcrocanとラベル付けされる。そしてこの値が、スロ
ットル・トルク要求G iq throtから差し引かれて、図２
においてiq sum1とラベル付けされたクリープ・調整ト
ルクとなる。

【0022】クリープ調整トルクiq sum1はそして、図２に
おいてG iqbrkregとラベル付けされたブレーキ回生成分
を引くことにより、G iq sumとラベル付けされた合計ト
ルクとなる。合計トルクG iq sumは、モーターＭの電気
モーター・トルクを制御するのに用いられる。

【0023】図２に示される回生／クリープ相殺マップＣ
は、適切な車両感覚と動作を提供する様に調整されるの
を可能とする多くの校正値（図２においてK ...として
特定される）を含む。クリープ領域から回生速度領域へ
の過渡状態において、このマップの出力は0から1へと上
昇させられ、ブレーキ・トルク命令を、クリープ相殺と
は反対に回生目的に用いられる様にする。回生速度領域
からクリープ速度領域への移行は、望まれる通りに、反
対の効果を生じる。更に、車両が後退し始める場合（つ
まり負速度領域への移行）には、このマップＣの出力は
0から-1へと変化する。これは、クリープ相殺成分を減
少させ（これは、クリープ・トルク部分G iq creepへの
クリップつまり固定によっても確保される）、ブレーキ
回生部分に合計トルクG iq sum全体への付加的効果を持
たせる。これは、ブレーキに、後退することから車両を
保持する積極的効果を持たせ、機械式ブレーキがそうす
るのを実際に補助することになる。このマップの曲線の
両方においてヒステリシスが用いられ、移行状態が車両
振動を起こすのを防止している。

【0024】本発明の方法は電動車両の制御システムに摘要
され、平面及び種々の勾配の両方において、ドライバー
の感覚及び電気的作動の両面で好結果が得られた。本発
明を実施する最良の態様を詳細に述べてきたが、本発明
が関連する分野の当業者であれば、特許請求の範囲を逸
脱することなく本発明を実施する種々の代替案及び実施
例を想到するであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるスロットル・トルク要求マップを
示す。

【図２】本発明によるブレーキ再生及びクリープ相殺の
ために電気モータートルクを用いる方法のフロー図を示
す。

【符号の説明】

Ｍ 電気モーター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャック、エイチ、フ アメリカ合衆国ミシガン州トロイ、トロ イ・センター・ドラ イブ、2875

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両性能及びエネルギー保全を向上するた
   めに、電動車両の電気モーターのトルクを制御する方法
   であって、 スロットル・トルク要求を受ける工程、 ブレーキ・トルク要求を受ける工程、 車速を検出する工程、 上記ブレーキ・トルク要求を、クリープ相殺成分とブレ
   ーキ回生成分とに分離する工程、 上記クリープ相殺成分と上記ブレーキ回生成分とに基づ
   いてスロットル・トルク要求を調整し、合計トルクを発
   生する工程、及び上記合計トルクに基づいて上記電気モ
   ーターのトルクを制御する工程を有することを特徴とす
   る方法。
2. 【請求項２】上記ブレーキ・トルク要求を分離する工程
   は更に、上記ブレーキ・トルク要求からブレーキ回生成
   分の絶対値を引いて、第１クリープ相殺信号を発生する
   工程、該第１クリープ相殺信号をゲイン係数で掛けて、
   第２クリープ相殺信号を発生する工程、 スロットル・トルク命令のクリープ・トルク成分を決定
   する工程、及び該クリープ・トルク成分と第２クリープ
   相殺信号の小さい方を選択して上記クリープ相殺成分を
   発生し、それにより該クリープ相殺成分がクリープ・ト
   ルクのみを相殺するのを確実なものとする工程を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。