KR102120290B1 - 전동 차량의 제어 장치 및 전동 차량의 제어 방법 - Google Patents

전동 차량의 제어 장치 및 전동 차량의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

액셀러레이터 페달의 개방도에 따른 제동력을 발생시킴으로써 전동 차량을 감속시키는 전동 차량의 제어 장치이며, 전동 차량의 구동력 또는 회생 제동력을 발생하는 모터와, 마찰 제동력을 발생하는 마찰 제동부와, 액셀러레이터 페달의 개방도에 따라서, 모터 및 마찰 제동부 중 적어도 하나를 제어하는 컨트롤러를 구비하고, 컨트롤러는, 모터에 회생 제동을 행하게 할 때에 모터에 의해 발생되는 회생 전력의 모두가 전동 차량에서 소비되는지 여부를 판정하고, 회생 전력이 전동 차량에서 소비된다고 판정한 경우에, 모터에 회생 제동을 행하게 한다.

Description

전동 차량의 제어 장치 및 전동 차량의 제어 방법
본 발명은 전동 차량의 제어 장치 및 전동 차량의 제어 방법에 관한 것이다.
전동 차량의 감속이나 정차 시에 사용할 수 있는 제동력은, 모터에 의한 회생 제동이나, 브레이크에 의한 마찰 제동에 의해 얻어진다. 회생 제동은 마찰 제동보다도 제동력의 제어성이 높기 때문에, 전동 차량을 매끄럽게 정차시키기 위해서는, 마찰 제동이 아니라 회생 제동에 의해 정차하는 것이 바람직하다. 특히, 액셀러레이터 페달의 개방도에 따라서 모터의 구동과 제동을 실행하는 차량에서는, 외란에 따라서 제동력을 조정함으로써 정차시킬 필요가 있기 때문에, 정차 직전에 있어서는 제어성이 높은 회생 제동을 실행하는 쪽이 바람직하다.
그러나, 종래에는, 배터리가 만충전 상태인 경우에 회생 제동을 행해버리면, 배터리가 과충전되어버릴 우려가 있었기 때문에, 배터리가 만충전 상태인 경우에는, 회생 제동이 아니라 마찰 제동에 의한 전동 차량의 정차가 행해지고 있었다(JP2012-29461A).
배터리가 만충전 상태이면, 회생 제동을 행하면 배터리가 과충전되어버리기 때문에, 마찰 제동을 행하지 않으며 안되고, 그런 점에서 보면, 전동 차량을 매끄럽게 정차할 수 없다는 과제가 있었다.
본 발명은, 배터리가 만충전 상태인 경우에 전동 차량을 매끄럽게 정차할 수 없다는 과제를 해결하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 액셀러레이터 페달의 개방도에 따른 제동력을 발생시킴으로써 전동 차량을 감속시키는 전동 차량의 제어 장치이며, 전동 차량의 구동력 또는 회생 제동력을 발생하는 모터와, 제동력을 발생하는 마찰 제동부와, 액셀러레이터 페달의 개방도에 따라서, 모터 및 마찰 제동부 중 적어도 하나를 제어하는 컨트롤러를 구비한다. 컨트롤러는, 모터에 회생 제동을 행하게 할 때에 모터에 의해 발생되는 회생 전력의 모두가 전동 차량에서 소비되는지 여부를 판정하고, 회생 전력이 전동 차량에서 소비된다고 판정한 경우에, 모터에 회생 제동을 행하게 한다.
도 1은, 제1 실시 형태의 모터 컨트롤러를 구비하는 전동 차량의 개략 구성도이다.
도 2a는, 차량 모델을 나타내는 도면이다.
도 2b는, 차량 모델을 나타내는 도면이다.
도 3은, 전동 차량의 주행 제어를 나타내는 흐름도이다.
도 4는, 토크 테이블의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는, 정지 제어 처리를 나타내는 블록도이다.
도 6은, 모터 회전 속도 F/B 토크 설정 블록에 있어서의 처리를 나타내는 블록도이다.
도 7은, 외란 토크 추정 블록에 있어서의 처리를 나타내는 블록도이다.
도 8은, 명령값 산출 제어를 나타내는 흐름도이다.
도 9는, 충전 전류 테이블의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은, 필터 처리를 나타내는 블록도이다.
도 11은, 전동 차량의 주행 상황의 일례를 나타내는 타임 차트이다.
도 12는, 도 11의 타임 차트의 전동 차량의 동작을 나타낸 충전 전류 테이블이다.
도 13은, 전동 차량의 주행 상황의 다른 일례를 나타내는 타임 차트이다.
도 14는, 도 13의 타임 차트의 전동 차량의 동작을 나타낸 충전 전류 테이블이다.
도 15는, 제2 실시 형태의 모터 컨트롤러를 구비하는 전동 차량의 개략 구성도이다.
도 16은, 정지 제어 처리를 나타내는 블록도이다.
도 17은, 명령값 산출 제어를 나타내는 흐름도이다.
도 18은, 전동 차량의 동작을 나타낸 충전 전류 테이블이다.
도 19는, 제3 실시 형태의 모터 컨트롤러에 의해 행해지는 명령값 산출 제어를 나타내는 흐름도이다.
도 20은, 전동 차량의 동작을 나타낸 충전 전류 테이블이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 1은, 제1 실시 형태의 제어 장치인 모터 컨트롤러(14)를 구비하는 전동 차량(100)의 개략 구성도이다.
전동 차량(100)에는, 구동원의 일부 또는 전부가 되는 모터(1)가 탑재되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 전동 차량(100)에 탑재되는 모터(1)는 3상(U, V, W상)으로 동작하는 것으로 한다. 또한, 전동 차량(100)은 전동 모터를 구동원으로 하는 전기 자동차나, 전동 모터와 엔진을 구동원으로 하는 하이브리드 자동차여도 된다.
본 실시 형태에 있어서의 전동 차량(100)은, 액셀러레이터 페달의 조작만으로 가감속이나 정지를 할 수 있다. 결국은, 모터(1)가 발생하는 구동 토크, 회생 토크는 액셀러레이터 페달의 개방도에 따른 것이 된다. 그 때문에, 액셀러레이터 페달의 개방도가 커지면, 모터(1)에서 발생하는 구동 토크가 커지고, 전동 차량(100)은 가속된다. 또한, 액셀러레이터 페달의 개방도가 작아지면, 모터(1)에서 발생하는 구동 토크가 작아지거나, 또는 모터(1)에 의한 회생 제동력, 및 마찰 제동부(7)에 의한 마찰 제동력이 커지고, 전동 차량(100)은 감속 또는 정지한다. 또한, 전동 차량(100)은 브레이크 페달을 구비하고 있어도 되지만, 브레이크 페달은 액셀러레이터 페달의 개방도가 제로가 되는 경우보다도 큰 제동력이 필요한 경우에 사용되는 것으로 한다.
전동 차량(100)은, 모터(1), 배터리(2), 인버터(3), 감속기(4), 샤프트(5), 구동륜(6), 마찰 제동부(7), 전압 센서(8), 전류 센서(9), 회전 센서(10), 액압 센서(11), 마찰 브레이크 컨트롤러(12), 배터리 컨트롤러(13) 및 모터 컨트롤러(14)를 구비한다.
모터(1)는, 3상 전력(U, V, W상)에 의해 동작하는 회전자를 구비하고 있다. 모터(1)에 있어서는, 배터리(2)로부터 인버터(3)를 거쳐서 3상의 교류 전류 iu, iv, iw가 흐르면, 교류 전류 iu, iv, iw에 따른 토크가 발생한다. 모터(1)에서 발생하는 토크는, 감속기(4) 및 샤프트(5)를 통해 구동륜(6)에 전달된다. 또한, 모터(1)는, 회생 제동을 행함으로써, 전동 차량(100)을 감속 또는 정차시킬 수 있다. 모터(1)가 회생 제동을 행하면, 회생 전력이 발생하여, 그 회생 전력에 의해 배터리(2)가 충전된다. 또한, 모터(1)에서 발생하는 회생 전력은, 교류 전력이다.
배터리(2)는 리튬 전지 등의 충방전 가능한 전지이다. 배터리(2)에 의해 공급되는 직류의 전력은, 인버터(3)에 의해 교류 전력으로 변환되고, 이 교류 전력은 모터(1)에 공급된다. 또한, 배터리(2)는, 충전 스탠드에 있어서 충전될 뿐만 아니라, 전동 차량(100)의 감속 시에는, 모터(1)에서 발생하는 회생 전력에 의해서도 충전된다. 또한, 배터리(2)와 인버터(3) 사이에는, 전압 센서(8)가 설치되어 있다.
인버터(3)는, 모터 컨트롤러(14)로부터 출력되는 PWM 신호 Tu, Tv, Tw의 듀티비(％)에 따라서, 배터리(2)로부터 출력되는 직류 전류를 3개의 교류 전류 iu, iv, iw로 변환한다. 그리고, 인버터(3)는, 변환한 교류 전류 iu, iv, iw를 모터(1)에 공급한다. 또한, 인버터(3)는, 모터(1)가 회생 전력을 발생하여 교류 전류를 출력한 경우에는, 그 교류 전류를 직류 전류로 변환하고, 변환한 직류 전류를 배터리(2)로 출력한다. 또한, 인버터(3)와 모터(1) 사이에는, 전류 센서(9)가 설치되어 있다.
인버터(3)는, 예를 들어 U, V, W상 각각과 대응하여 구비된 2개의 스위칭 소자(도시하지 않음)를 구비하고 있다. 인버터(3)에 있어서는, PWM 신호 Tu, Tv, Tw의 듀티비에 따라서, 스위칭 소자의 온/오프가 전환된다. 스위칭 소자의 전환에 의해, 배터리(2)로부터 공급되는 직류 전류는, 원하는 교류 전류 iu, iv, iw로 변환되어 모터(1)에 공급된다.
또한, 스위칭 소자로서는, 예를 들어 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)나, MOS- FET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) 등의 파워 반도체 소자가 있다.
감속기(4)는, 모터(1)에서 발생한 토크를 변환하고, 변환한 토크를 샤프트(5)에 전달한다. 모터(1)의 회전 속도가 샤프트(5)의 회전 속도로 변환되는 비율은, 파이널 기어비라고 칭해진다. 즉, 감속기(4)는, 파이널 기어비에 따라서, 모터(1)의 회전 속도를 샤프트(5)의 회전 속도로 변환한다.
샤프트(5)는, 모터(1)로부터 감속기(4)를 통해 전달된 토크에 의해 회전한다.
구동륜(6)은, 샤프트(5)의 양단부에 설치되어 있고, 샤프트(5)의 회전에 따라 회전한다. 이렇게 구동륜(6)이 회전함으로써, 전동 차량(100)이 주행한다.
마찰 제동부(7)는 마찰 브레이크이며, 구동륜(6)과 인접하게 설치된다. 마찰 제동부(7)와 마찰 브레이크 컨트롤러(12)는, 예를 들어 오일을 사용한 유로를 통해 접속되어 있다. 마찰 제동부(7)는, 마찰 브레이크 컨트롤러(12)와의 사이의 유로 액압에 따라서, 마찰 제동력을 발생시킨다.
전류 센서(9)는, 인버터(3)로부터 모터(1)에 공급되는 3상 교류 전류 iu, iv, iw를 측정한다. 그리고, 전류 센서(9)는, 측정한 3상 교류 전류 iu, iv, iw를, 모터 컨트롤러(14)로 출력한다.
회전 센서(10)는, 예를 들어 리졸버나 인코더이며, 모터(1)의 회전자의 위상인 회전자 위상 α(rad)를 검출한다. 회전 센서(10)는, 검출한 회전자 위상 α를, 모터 컨트롤러(14)로 출력한다.
액압 센서(11)는 마찰 제동부(7)의 액압을 측정한다.
마찰 브레이크 컨트롤러(12)는, 모터 컨트롤러(14)로부터의 마찰 토크 명령값 Tb*의 입력, 및 액압 센서(11)로부터의 브레이크 액압으로부터, 액압 명령값을 구한다. 그리고, 마찰 브레이크 컨트롤러(12)는, 구한 액압 명령값에 따라서, 마찰 제동부(7)와의 사이의 유로의 액압을 제어한다.
배터리 컨트롤러(13)는 배터리(2)의 상태를 감시하고, 배터리(2)의 잔량을 나타내는 SOC(State Of Charge)(％)를 구한다. 배터리 컨트롤러(13)는, 배터리(2)의 SOC나 온도로부터 회생 가능 전력 Pin(W)을 구한다. 배터리 컨트롤러(13)는, 구한 회생 가능 전력 Pin을, 모터 컨트롤러(14)로 출력한다. 또한, 회생 가능 전력 Pin은, 제로 또는 양의 값이 된다. 또한, SOC 대신에, 용량에 비하여 방전한 비율을 나타내는 DOD(Depth Of Discharge)를 사용해도 된다.
모터 컨트롤러(14)에는, 차속 센서(도시하지 않음)로부터의 전동 차량(100)의 차속 V, 액셀러레이터 페달의 답입량을 측정하는 액셀러레이터 개방도 센서(도시하지 않음)로부터의 액셀러레이터 개방도 θ, 전압 센서(8)로부터의 직류 전압값 Vdc, 전류 센서(9)로부터의 3상 교류 전류 Iu, Iv, Iw, 회전 센서(10)로부터의 모터(1)의 회전자 위상 α, 액압 센서(11)로부터의 브레이크 액압, 배터리 컨트롤러(13)로부터의 SOC 및 회생 가능 전력 Pin이 입력된다. 그리고, 모터 컨트롤러(14)는, 이들 입력을 바탕으로, 드라이브 회로를 통해 인버터(3)로 PWM 신호 Tu, Tv, Tw를 출력함과 함께, 마찰 브레이크 컨트롤러(12)에 마찰 토크 명령값 Tb*를 출력한다. 모터 컨트롤러(14)의 상세한 동작에 대해서는 후술한다. 또한, 모터 컨트롤러(14)는, 모터(1)에 의한 회생 제동, 및 마찰 제동부(7)에 의한 마찰 제동의 응답성을 고려하여, 토크 명령값을 제어한다.
이어서, 모터 컨트롤러(14)에 있어서의 처리에서 사용되는, 전동 차량(100)의 구동 전달계를 모델화한 차량 모델에 있어서의 전달 함수에 대하여 설명한다. 모터 컨트롤러(14)의 처리에 있어서는, Gp(s), Gb(s), Gpa(s), Gba(s)의 전달 함수가 사용된다.
전달 함수 Gp(s)는, 모터(1)에서 발생하는 모터 토크 Tm의 입력으로부터 모터(1)의 회전 속도인 모터 회전 속도 ωm의 출력까지의 전달 특성을 나타낸다.
전달 함수 Gb(s)는, 마찰 제동부(7)에서 발생하는 마찰 토크 Tb의 입력으로부터 모터 회전 속도 ωm의 출력까지의 전달 특성을 나타낸다.
전달 함수 Gpa(s)는, 모터 토크 Tm의 입력으로부터 전동 차량(100)의 가속도 a의 출력까지의 전달 특성을 나타낸다.
전달 함수 Gba(s)는, 마찰 토크 Tb의 입력으로부터 전동 차량(100)의 가속도 a의 출력까지의 전달 특성을 나타낸다.
이들 전달 함수에 대해서, 도 2a, 2b를 사용하여 설명한다.
도 2a, 2b는, 전동 차량(100)의 구동력 전달계를 모델화한 차량 모델을 나타내는 도면이다. 이들 도면에 있어서의 각 파라미터는, 이하와 같다.
Jm: 모터(1)의 이너셔
Jw: 구동륜(6)의 이너셔
M: 전동 차량(100)의 중량
KD: 구동계의 비틀기 강성
Kt: 타이어와 노면 사이의 마찰 계수
N: 오버올 기어비
r: 타이어의 동반경
ωm: 모터(1)의 모터 회전 속도
Tm: 모터 토크
TD: 구동륜(6)의 토크
F: 전동 차량(100)에 가해지는 힘
V: 전동 차량(100)의 속도
ωw: 구동륜(6)의 각속도
Tb: 마찰 제동부(7)에서 발생하는 마찰 제동량(모터축 환산 토크)
도 2a, 도 2b로부터, 식 (1) 내지 (5)의 운동 방정식을 유도할 수 있다. 또한, 식 (1) 내지 (3)에 있어서의 우측 상단에 애스터리스크(*)가 붙은 파라미터는, 그 파라미터가 시간 미분된 값임을 나타내고 있다.
Figure 112018018064710-pct00001
Figure 112018018064710-pct00002
Figure 112018018064710-pct00003
Figure 112018018064710-pct00004
Figure 112018018064710-pct00005
여기서, 구동륜(6)의 각속도 ωw가 제로보다도 큰(ωw>0), 즉, 전동 차량(100)이 전진하고 있는 경우에는, 마찰 제동량 Tb는 양이 된다(Tb>0). 구동륜(6)의 각속도 ωw가 제로보다도 작은(ωw<0), 즉, 전동 차량(100)이 후진되고 있는 경우에는, 마찰 제동량 Tb는 음이 된다(Tb<0). 또한, 구동륜(6)의 각속도 ωw가 제로(ωw=0), 즉, 전동 차량(100)이 정차하고 있는 경우에는, 마찰 제동량 Tb는 제로가 된다(Tb=0).
식 (1) 내지 (5)의 운동 방정식으로부터, 전달 함수 Gp(s)는 식 (6)으로서 구해진다. 또한, 전달 함수 Gb(s)는 식 (7)로서 구해진다.
Figure 112018018064710-pct00006
Figure 112018018064710-pct00007
단, 식 (6), (7)에 있어서의 각 파라미터는, 다음과 같이 표시된다.
Figure 112018018064710-pct00008
식 (6)에 나타낸 전달 함수의 극과 영점을 조사하면, 다음 식 (8)의 전달 함수에 근사할 수 있고, 1개의 극과 1개의 영점은 매우 가까운 값을 나타낸다. 이것은, 식 (8)의 α와 β가 매우 가까운 값을 나타내는 것에 상당한다.
Figure 112018018064710-pct00009
따라서, 식 (8)에 있어서의 극영 상쇄(α=β와 근사함)를 행함으로써, 다음 식 (9)에 나타낸 바와 같이, (2차)/(3차)의 전달 특성 Gp(s)를 구성한다.
Figure 112018018064710-pct00010
또한, 식 (1) 내지 (5)의 운동 방정식으로부터, 전달 함수 Gpa(s)는 식 (10)으로서 구해지고, 전달 함수 Gba(s)는 식 (11)로서 구해진다.
Figure 112018018064710-pct00011
Figure 112018018064710-pct00012
단, 식 (10), (11)에 있어서의 각 파라미터는, 다음 식으로 표시된다.
Figure 112018018064710-pct00013
이와 같이, 전달 함수 Gp(s), Gb(s), Gpa(s), Gba(s)를 구할 수 있다.
이어서, 모터 컨트롤러(14)에 의한 제어에 대하여 설명한다.
도 3은, 모터 컨트롤러(14)에 의한 전동 차량(100)의 주행 제어를 나타내는 흐름도이다. 이 주행 제어는, 소정의 타이밍에 반복해서 행해진다.
S301에 있어서는, 모터 컨트롤러(14)로의 입력 처리가 행해진다. 도 1에 도시된 바와 같이, 모터 컨트롤러(14)에는, 직류 전압값 Vdc(V), 회생 가능 전력 Pin(W), 마찰 제동량 Tb, 차속 V(m/s), 액셀러레이터 개방도 θ(％), 회전자 위상 α(rad), 3상 교류 전류 iu, iv, iw(A)가 입력된다.
직류 전압값 Vdc는, 전압 센서(8)로부터 모터 컨트롤러(14)에 입력된다.
회생 가능 전력 Pin은, 배터리 컨트롤러(13)로부터 모터 컨트롤러(14)에 입력된다. 그리고, 이 회생 가능 전력 Pin이 0이 아닌 경우에는, 배터리(2)가 빈 용량을 갖고 있는 경우이며, 빈 용량이 많을수록, 회생 가능 전력 Pin이 커진다.
회전자 위상 α는, 회전 센서(10)로부터 모터 컨트롤러(14)에 입력된다.
액셀러레이터 개방도 θ는, 액셀러레이터 개방도 센서나, 다른 컨트롤러로부터 통신 수단을 통해 입력된다. 본 실시 형태에 있어서는, 액셀러레이터 개방도 θ는, 1/4(25％) 간격의 값인 것으로 한다. 즉, 액셀러레이터 개방도 θ는, 0/4(0％), 1/4(25％), 2/4(50％), 3/4(75％), 4/4(100％)의 5단계로 나타내어진다. 액셀러레이터 개방도 θ가 0/4(0％)인 경우에는, 액셀러레이터 페달은 완전 폐쇄, 즉, 액셀러레이터 페달은 완전히 답입되지 않은 상태이다. 또한, 액셀러레이터 개방도 θ가 4/4(100％)인 경우에는, 액셀러레이터 페달은 완전 개방, 즉, 액셀러레이터 페달은 완전히 답입된 상태이다. 또한, 액셀러레이터 개방도 θ는, 1/4(25％) 간격의 값이 아니라, 예를 들어 1％ 간격의 값이어도 된다.
3상 전류 iu, iv, iw는, 전류 센서(9)로부터 모터 컨트롤러(14)에 입력된다. 또한, 3상 교류 전류 iu, iv, iw의 합은 0이 된다는 특징이 있기 때문에, 전류 센서(9)가 임의인 2상의 전류를 검출하고, 모터 컨트롤러(14)가 나머지 1상의 전류를 연산에 의해 구해도 된다.
차속 V는, 차속 센서로부터 모터 컨트롤러(14)에 입력된다. 또한, 차속 V는, 마찰 브레이크 컨트롤러(12) 등의 다른 컨트롤러로부터, 통신 수단을 통해 입력되어도 된다.
또한, 차속 V는, 회전 센서(10)에 의해 측정되는 모터(1)의 회전자 위상 α를 사용하여 구해도 된다. 구체적으로는, 전기각인 회전자 위상 α를 미분함으로써, 모터(1) 회전자의 전기각의 각속도 ω(rad/s)가 구해진다. 회전자의 전기각의 각속도 ω를 모터(1)가 구비하는 자극 쌍의 수인 극쌍수로 나눔으로써, 기계각인 모터 회전 속도 ωm(rad/s)이 구해진다. 모터 회전 속도 ωm을 구동륜(6)의 동반경 r(m)로 승산하고, 감속기(4)의 파이널 기어비로 제산함으로써, 차속 v(m/s)가 구해진다. 그리고, 차속 v(m/s)에 단위 변환 계수인 (3600/1000)을 곱함으로써, 차속 V(km/h)가 구해진다. 또한, 모터 회전 속도 ωm(rad/s)에 단위 변환 계수인 (60/2π)를 곱함으로써, 모터(1)의 회전 속도 Nm(rpm)을 구할 수 있다.
스텝 S302에 있어서는, 모터 컨트롤러(14)는, 제1 토크 목표값 Tm1 *의 산출 처리를 행한다. 제1 토크 목표값 Tm1 *는, 운전자에 의한 액셀러레이터 조작과 현재의 전동 차량(100)의 속도로부터 구해지고, 전동 차량(100)이 원하는 속도가 되는 토크를 모터(1)에 발생시키는 명령값이다. S302에 있어서는, 도 4에 도시한 토크 테이블이 사용된다.
도 4는, 액셀러레이터 개방도마다의 토크 테이블의 일례를 나타내는 도면이다. 이 토크 테이블에 의해, 전동 차량(100)의 주행 상황에 따른 모터 회전 속도, 및 운전자의 조작에 따른 액셀러레이터 개방도로부터, 원하는 속도가 얻어지는 토크 목표값이 구해진다. 도 4에 있어서는, 액셀러레이터 개방도가 0/4(0％), 1/4(25％), 2/4(50％), 3/4(75％), 4/4(100％) 각각의 경우에 대해서, 모터 회전 속도 ωm과 토크 목표값 Tm의 관계가 나타나 있다.
모터 컨트롤러(14)는, 미분한 회전자 위상 α를 극쌍수로 나눔으로써 모터 회전 속도 ωm을 구한다. 그리고, 모터 컨트롤러(14)는, 도 4의 토크 테이블을 사용하여, S301에서 입력된 액셀러레이터 개방도 θ, 및 구한 모터 회전 속도 ωm에 의해 토크 목표값 Tm을 참조하여, 제1 토크 목표값 Tm1 *를 구한다.
또한, 전동 차량(100)은, 액셀러레이터 페달의 조작만으로 차량의 가감속이나 정지를 행하기 때문에, 액셀러레이터 페달이 완전 폐쇄인 경우에는 감속된다. 또한, 상술한 바와 같이 전동 차량(100)이 브레이크 페달을 구비하고 있는 경우도 있지만, 브레이크 페달이 답입되지 않아도, 액셀러레이터 페달의 조작만으로 전동 차량(100)은 감속하여 정차할 수 있다. 따라서, 도 4에 있어서는, 액셀러레이터 개방도가 0/4(완전 폐쇄)인 경우에는, 주로, 토크 목표값 Tm에 음의 값이 설정되었다. 또한, 토크 테이블은, 도 4 이외의 다른 테이블을 사용해도 된다.
다시, 도 3을 참조하여, S302보다 후의 처리에 대하여 설명한다.
스텝 S303에 있어서는, 모터 컨트롤러(14)는 정지 제어 처리를 행한다. 정지 제어 처리에 있어서는, 모터 컨트롤러(14)는, 정차 직전을 판단하여, 정차 직전 이전에는, S302에서 산출한 제1 토크 목표값 Tm1 *를 제3 토크 목표값 Tm3 *로 설정하고, 정차 직전 이후는, 모터 회전 속도의 저하와 함께 외란 토크 추정 수단으로 결정되는 외란 토크 추정값 Td로 수렴되는 제2 토크 목표값 Tm1 *를 제3 토크 목표값 Tm3 *로 설정한다. 그리고, 제3 토크 목표값 Tm3 *에 기초하여, 모터 토크 명령값 Tm*와 마찰 제동량 명령값 Tb*를 산출한다. 또한, 정지 제어 처리의 상세한 것에 대해서는, 도 5 내지 10을 사용하여 후에 설명한다.
스텝 S304에 있어서는, 모터 컨트롤러(14)는, S303에서 산출한 모터 토크 명령값 Tm*를 사용하여, 인버터(3)로 출력되는 PWM 신호 Tu, Tv, Tw를 구한다. 또한, 모터(1)의 제어에 사용하는 PWM 신호의 산출에 있어서는, d축과 q축에 의해 구성되는 동기 회전 좌표가 사용된다.
구체적으로는, 모터 컨트롤러(14)는, S301에서 입력된 직류 전압값 Vdc, S302에서 구한 모터 회전 속도 ωm, 및 S303에서 산출한 모터 토크 명령값 Tm*를 사용하여, 모터(1)에 공급하는 전류 목표값으로서, 동기 회전 좌표에서 나타낸 d축 전류 목표값 id* 및 q축 전류 목표값 iq*를 구한다.
또한, 모터 컨트롤러(14)는, 직류 전압값 Vdc, 모터 회전 속도 ωm 및 모터 토크 명령값 Tm*과, d축 전류 목표값 id* 및 q축 전류 목표값 iq*의 관계가 나타내어진 테이블을 미리 기억하고 있다. 모터 컨트롤러(14)는, 이 테이블을 참조하여, 직류 전압값 Vdc, 모터 회전 속도 ωm 및 토크 명령값 ωm으로부터, d축 전류 목표값 id* 및 q축 전류 목표값 iq*를 구할 수 있다.
스텝 S305에 있어서는, 모터 컨트롤러(14)는, S304에서 구한 d축 전류 목표값 id* 및 q축 전류 목표값 iq*를 사용하여, PWM 신호 Tu, Tv, Tw를 구한다. 그리고, 모터 컨트롤러(14)는, PWM 신호 Tu, Tv, Tw를 인버터(3)로 출력함과 함께, S303에서 구한 마찰 토크 지정값 Tb*를 마찰 브레이크 컨트롤러(12)로 출력한다. 이하에서는, 모터 컨트롤러(14)가 PWM 신호 Tu, Tv, Tw를 구하는 처리에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 모터 컨트롤러(14)는, S301에서 입력된 3상 교류 전류값 iu, iv, iw를, 모터(1)의 회전자 위상 α에 기초하여, 현재의 d축 전류량 id 및 q축 전류량 iq로 변환한다. 그리고, 모터 컨트롤러(14)는, d축 전류 명령값 id*와 d축 전류량 id의 편차로부터 d축 전압 명령값 vd를 구하고, q축 전류 명령값 iq*와 q축 전류량 iq의 편차로부터 q축 전압 명령값 vd를 구한다.
그리고, 모터 컨트롤러(14)는, d축 전압 명령값 vd, q축 전압 명령값 vq 및 모터(1)의 회전자 위상 α로부터, 3상 교류 전압 명령값 vu, vv, vw를 구한다. 그리고, 모터 컨트롤러(14)는, 구한 3상 교류 전압 명령값 vu, vv, vw와, 직류 전압값 Vdc로부터, PWM 신호 Tu(％), Tv(％), Tw(％)를 산출한다.
이어서, 도 3의 S303에 나타낸 정지 제어 처리의 상세에 대하여 도 5 내지 도 10을 사용하여 설명한다.
도 5는, 도 3의 S303의 정지 제어 처리를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 모터 컨트롤러(14)가 실행하는 정지 제어 처리에 있어서는, 모터 회전 속도 F/B 토크 설정 블록(501)과, 외란 토크 추정 블록(502)과, 가산기(503)와, 비교기(504)와, 명령값 산출 블록(505)에 의한 처리가 행해진다.
모터 회전 속도 F/B 토크 설정 블록(501)에 있어서는, 도 3의 S301에서 산출된 모터 회전 속도 ωm이 입력되고, 모터 회전 속도 F/B 토크 Tω가 가산기(503)로 출력된다. 모터 회전 속도 F/B 토크 설정 블록(501)에 있어서의 상세한 처리는, 도 6을 사용하여 후에 설명한다.
외란 토크 추정 블록(502)에는, 모터 회전 속도 ωm과, 명령값 산출 블록(505)으로부터의 피드백 입력인 모터 토크 명령값 Tm* 및 마찰 토크 명령값 Tb*가 입력된다. 외란 토크 추정 블록(502)에 있어서는, 이들 입력과 차량 모델을 사용하여, 외란 토크 추정값 Td가 추정된다. 그리고, 외란 토크 추정 블록(502)으로부터, 외란 토크 추정값 Td가 가산기(503)로 출력된다. 또한, 외란 토크 추정 블록(502)에 있어서의 상세한 처리는, 도 7을 사용하여 후에 설명한다.
가산기(503)는, 모터 회전 속도 F/B 토크 설정 블록(501)으로부터 출력된 모터 회전 속도 F/B 토크 Tω와, 외란 토크 추정 블록(502)으로부터 출력된 외란 토크 추정값 Td를 가산하여, 제2 토크 목표값 Tm2 *를 산출한다. 그리고, 가산기(503)는 제2 토크 목표값 Tm2 *를 비교기(504)로 출력한다.
비교기(504)는, 도 3의 S302에서 산출된 제1 토크 목표값 Tm1 *과, 가산기(503)로부터 출력된 제2 토크 목표값 Tm2 *의 크기를 비교한다. 그리고, 가산기(503)는, 제1 토크 목표값 Tm1 *와 제2 토크 목표값 Tm2 * 중 큰 쪽을, 제3 토크 목표값 Tm3 *로서 명령값 산출 블록(505)으로 출력한다.
명령값 산출 블록(505)은 명령값 산출 제어를 행하고 있고, 모터 회전 속도 ωm과, 비교기(504)로부터의 제3 토크 목표값 Tm3 *과, 배터리 컨트롤러(13)로부터의 회생 가능 전력 Pin의 입력으로부터, 모터 토크 명령값 Tm*과, 마찰 토크 명령값 Tb*를 구하여 출력한다. 명령값 산출 블록(505)에 있어서의 명령값 산출 제어의 상세한 처리에 대해서는, 도 8을 사용하여 후에 설명한다.
이어서, 도 6을 참조하여, 도 5에 도시한 모터 회전 속도 F/B 토크 설정 블록(501)에 있어서의 처리의 상세에 대하여 설명한다.
도 6은, 모터 회전 속도 F/B 토크 설정 블록(501)에 있어서의 처리를 나타내는 블록도이다. 모터 회전 속도 F/B 토크 설정 블록(501)은, 승산기(601)에 의해 구성되어 있고, 모터 회전 속도 ωm의 입력에 대하여 게인 Kvref를 승산한 결과를, 모터 회전 속도 F/B 토크 Tω로서 출력한다.
또한, Kvref는, 액셀러레이터 페달이 완전 폐쇄(액셀러레이터 개방도 θ가 0％)일 때, 전동 차량(100)이 감속 또는 정지하도록, 음의 값이 설정된다. 따라서, 모터 회전 속도 ωm이 양의 큰 값이면, 모터 회전 속도 F/B 토크 Tω가 음의 큰 값이 되고, 제동력이 커진다. 또한, 구체적인 Kvref의 값은, 실험 데이터 등에 기초하여 설정된다.
본 실시 형태에 있어서는, 모터 회전 속도 F/B 토크 설정 블록(501)은, 모터 회전 속도 ωm에 게인 Kvref를 승산함으로써 모터 회전 속도 F/B 토크 Tω을 산출했지만, 이것에 제한하지 않는다. 모터 회전 속도 F/B 토크 설정 블록(501)은, 모터 회전 속도 ωm과 회생 토크를 대응시킨 회생 토크 테이블이나, 모터 회전 속도 ωm의 감쇠율을 나타내는 감쇠율 테이블 등을 사용하여, 모터 회전 속도 F/B 토크 Tω를 산출해도 된다.
이어서, 도 7을 참조하여, 도 5에 도시한 외란 토크 추정 블록(502)의 처리 상세에 대하여 설명한다.
도 7은, 외란 토크 추정 블록(502)에 있어서의 처리를 나타내는 블록도이다. 외란 토크 추정 블록(502)에 있어서는, 모터 회전 속도 ωm, 모터 토크 명령값 Tm*, 및 마찰 토크 명령값 Tb*가 입력되고, 외란 토크 추정값 Td가 출력된다.
외란 토크 추정 블록(502)은 블록(701 내지 704), 감산기(705, 706)를 구비한다.
블록(701)에 있어서는, 모터 토크 Tm과 모터 회전 속도 ωm의 전달 특성의 모델 Gp(s)의 분모 차수와 분자 차수의 차분 이상이 되는 저역 통과 필터 H(s)를 사용한 H(s)/Gp(s)에 의해, 모터 회전 속도 ωm이 필터링 처리되고, 제1 모터 토크 추정값 Tmp1이 산출된다.
블록(702)에 있어서는, 저역 통과 필터 H(s)에서 모터 토크 명령값 Tm*가 필터링 처리되고, 제2 모터 토크 추정값 Tmp2가 산출된다.
블록(703)에 있어서는, 마찰 제동량 Tb로부터 모터 회전 속도 ωm까지의 전달 함수 Gb(s)로써 마찰 토크 명령값 Tb*가 필터링 처리되고, 마찰 회전 속도 추정값 ωmp가 산출된다.
블록(704)에 있어서는, 블록(701)과 동일하게 H(s)/Gp(s)에 의해, 마찰 회전 속도 ωmp가 필터링 처리되고, 마찰 토크 추정값 Tbp가 산출된다.
감산기(705)는, 블록(702)으로부터 출력되는 제2 모터 토크 추정값 Tmp2로부터, 블록(704)으로부터 출력되는 마찰 토크 추정값 Tbp를 뺌으로써, 제3 모터 토크 추정값 Tmp3을 구한다. 그리고, 감산기(705)는 제3 모터 토크 추정값 Tmp3을 감산기(706)로 출력한다.
감산기(706)는, 감산기(705)로부터 출력되는 제3 모터 토크 추정값 Tmp3으로부터, 블록(701)으로부터 출력되는 제1 모터 토크 추정값 Tmp1을 뺌으로써, 외란 토크 추정값 Td를 산출하고, 그 외란 토크 추정값 Td를 출력한다.
또한, 본 실시예에서는, 외란 토크는, 도 7에 나타낸 대로 외란 옵저버에 의해 추정하지만, 차량 전후 G 센서 등의 계측기를 사용하여 추정해도 된다.
본 실시예에서 대상으로 하고 있는 외란은, 공기 저항, 차량 질량의 변동(탑승원수, 적재량)에 의한 모델화 오차, 타이어의 구름 저항, 구배 저항 등을 생각할 수 있지만, 정차 직전에 지배적이 되는 외란 요인은 구배 저항이다. 외란 요인은, 운전 조건에 따라서 상이하지만, 외란 토크 추정 블록(502)에서는, 모터 토크 명령값 Tm*와 모터 회전 속도 ωm과 차량 모델 Gp(s)와 Gb(s)와 마찰 토크 명령값 Tb*에 기초하여, 외란 토크 추정값 Td를 산출하기 때문에, 상기 외란 요인을 일괄하여 추정할 수 있다. 이에 의해, 어떠한 운전 조건에 있어서도, 변동이 없는 감속에 의한 매끄러운 정차를 실현할 수 있다.
이어서, 도 5를 참조하여, 외란 토크 추정값 Td가 그 입력의 일부가 되는 비교기(504)의, 전동 차량(100)이 정차할 때의 동작에 대하여 설명한다. 비교기(504)에는, 제1 토크 목표값 Tm1 *과, 제2 토크 목표값 Tm2 *가 입력된다.
여기서, 제1 토크 목표값 Tm1 *는, 전동 차량(100)이 정차할 때에는, 음의 값이 된다. 이것은, 도 4의 토크 테이블에 있어서는, 전동 차량(100)이 정차할 때, 즉, 액셀러레이터 개방도 θ가 제로이며, 또한 모터 회전 속도 ωm이 비교적 작아질 때에는, 제1 토크 목표값 Tm1 *는, 음의 값이기 때문이다.
다시 도 5를 참조하면, 제2 토크 목표값 Tm2 *는, 전동 차량(100)이 정차할 때는, 구배에 따른 소정의 값으로 수렴된다. 이것은, 전동 차량(100)이 정차할 때에는, 모터 회전 속도 ωm이 제로로 수렴됨으로써 승산기인 모터 회전 속도 F/B 토크 설정 블록(501)으로부터 출력되는 모터 회전 속도 F/B 토크 Tω가 제로로 수렴됨과 함께, 외란 토크 추정 블록(502)으로부터 출력되는 외란 토크 추정값 Td가 구배에 따른 대략 일정한 소정의 값으로 되기 ?문이다.
정차한 상태에 있어서는, 제2 토크 목표값 Tm2 *의 수렴값은, 제1 토크 목표값 Tm1 *의 일정한 음의 값보다도 크다. 그 때문에, 전동 차량(100)이 정차할 때까지의 사이에, 제2 토크 목표값 Tm2 *는, 제1 토크 목표값 Tm1 *보다도 커진다. 그래서, 제1 토크 목표값 Tm1 *보다도 제2 토크 목표값 Tm2 *가 커진 상태를, 전동 차량(100)이 정차 직전의 상태라고 간주함으로써, 비교기(504)를 사용하여, 전동 차량(100)이 정차 직전의 상태인지 여부에 따른 처리의 전환을 행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 토크 목표값 Tm1 *보다도 제2 토크 목표값 Tm2 *가 커진 경우, 즉, 전동 차량(100)이 정차 직전의 상태라고 간주된 경우에 있어서는, 비교기(504)로부터는, 제2 토크 목표값 Tm2 *가 출력된다. 또한, 제2 토크 목표값 Tm2 *는, 구배의 영향을 억제하는 소정의 값으로 수렴된다. 따라서, 모터(1)는 구배의 영향을 억제하도록 제어되면서 회전 속도를 감소시키기 때문에, 전동 차량(100)은 매끄럽게 정차할 수 있다.
또한, 전동 차량(100)이 정차한 상태에 있어서 모터(1)의 제어에 사용되는 제2 토크 목표값 Tm2 *는, 주로 구배의 영향을 억제하는 값이며, 오르막길에서는 양의 토크, 내리막길에서는 음의 토크, 평탄로에서는 대략 제로의 토크가 된다. 따라서, 모터(1)가 구배의 영향을 억제하도록 제어되기 때문에, 구배가 있는 장소에 있어서도 브레이크 페달을 사용하지 않고 정차 상태를 유지할 수 있다.
이어서, 도 8을 사용하여, 도 5에 도시한 명령값 산출 블록(505)에 있어서 행해지는 명령값 산출 제어의 상세에 대하여 설명한다.
도 8은, 명령값 산출 제어를 나타내는 흐름도이다. 도 8에 있어서는, 명령값 산출 제어에 있어서의 S801 내지 S806의 처리가 나타나 있다. 이들 처리 중, S801 및 S803에서 제동 방법의 선택이 행해지고, S804 내지 S806에서 명령값이 구해진다.
스텝 S801에 있어서는, 모터 컨트롤러(14)는, 배터리 컨트롤러(13)로부터 송신되는 회생 가능 전력 Pin이 제로인지 여부를 판정함으로써, 배터리(2)가 회생 가능한지 판단한다. 즉, 회생 가능 전력 Pin이 제로인 경우에는(S801: "예"), 모터 컨트롤러(14)는, 회생 제동을 행하면 배터리(2)가 과충전되어버릴 우려가 있다고 판단하여 S802로 진행한다. 한편, 회생 가능 전력 Pin이 제로가 아닌 경우에는(S801: "아니오"), 배터리(2)에 빈 용량이 있기 때문에, 모터 컨트롤러(14)는, 회생 제동을 행해도 배터리(2)는 적절하게 충전된다고 판단하여, 회생 제동을 선택하여 S805로 진행한다.
스텝 S802에 있어서는, 모터 컨트롤러(14)는, 도 5의 비교기(504)로부터 출력된 제3 토크 목표값 Tm3 *과, 도 3의 S301에서 산출된 모터 회전 속도 ωm을 사용하여, 충전 전류 Ic를 산출한다.
여기서, 충전 전류 Ic는, 회생 제동이 행해지는 경우에 배터리(2)에 흐르는 전류이다. 즉, 모터(1)의 회생 전력의 모두가 전동 차량(100)에 의해 소비되는 경우에는, 충전 전류 Ic는 음이 된다. 충전 전류 Ic가 음이 되는 것은, 정차 직전이며, 모터(1)의 회생 전력의 모두가 전동 차량(100)에 의해 소비되는 소비 전력 이하로 될 때까지 차속이 저하된 상황이다. 한편, 모터(1)의 회생 전력의 모두가 전동 차량(100)에서 소비되지 않고 배터리(2)에 충전되는 경우에는, 충전 전류 Ic는 양이 된다. 즉, 충전 전류 Ic의 부호는, 모터(1)의 회생 전력과 전동 차량(100)의 소비 전력의 대소 관계를 나타내고 있다. 또한, 회생 전력은 모터(1)에서 발전되는 전력이며, 소비 전력은 모터(1)에 있어서 회전 구동에 의해 소비되는 전력이나, 인버터(3)나 다른 전장 장치에서 소비되는 전력인 것으로 한다.
도 9는, 모터 토크 명령값 Tm* 및 모터 회전 속도 ωm에 따라서, 충전 전류 Ic가 양인지 여부를 나타내는 충전 전류 테이블이다. 또한, 도 9에 있어서는, 횡축은, 모터 회전 속도 ωm이 나타나 있고, 종축은, 모터 토크 명령값 Tm*가 나타나 있다. 또한, S802에서 사용되는 제3 토크 목표값 Tm3 *가 모터 토크 명령값 Tm*에 상당한다.
도 9에 있어서는, 모터(1)가 ωm으로 회전하고 있는 상태에서 모터 토크 명령값 Tm*를 따른 구동·회생을 행하는 경우에, 배터리(2)가 충전되는지 방전되는지가 나타나 있다. 여기서, 모터 회전 속도 ωm은 전동 차량(100)의 주행 상황을 나타내고 있고, 모터 토크 명령값 Tm*는 액셀러레이터 개방도에 따라서 구해진다. 회생 전력과 소비 전력의 대소 관계에 더하여, 회생 가능 전력 Pin이 제로인지 여부에 의해, 배터리(2)가 충전될지 방전될지가 결정된다. 따라서, 도 9에 있어서는, 액셀러레이터 개방도와 전동 차량(100)의 주행 상황에 기초하여, 회생 전력과 소비 전력의 대소 관계를 예측한 결과가 나타나게 된다.
구체적으로는, 도 9에 있어서, 해칭이 부여된 영역은 방전 영역이며, 해칭이 부여되지 않은 영역은 충전 영역이다. 방전 영역에서는, 회생 제동이 행해지는 경우에는, 모터(1)에 의한 회생 전력이 전동 차량(100)의 소비 전력을 하회하고, 배터리(2)는 방전된다고 예측된다. 따라서, 충전 전류 Ic는 음이 된다. 한편, 충전 영역에서는, 회생 제동이 행해지는 경우에는, 모터(1)에 의한 회생 전력이 전동 차량(100)의 소비 전력을 상회하고, 배터리(2)가 충전된다고 예측된다. 따라서, 충전 전류 Ic는 양이 된다. 또한, 도 9에서의 참조되는 장소가 방전 영역과 충전 영역의 경계인 경우에는, 충전 전류 Ic는 제로이다.
다시 도 8을 참조하면, 스텝 S803에 있어서는, 모터 컨트롤러(14)는, S802에서 산출된 충전 전류 Ic가 양인지 여부를 판정한다. 충전 전류 Ic가 양인 경우에는(S803: "예"), 회생 제동을 행하면 회생 전력이 소비 전력을 상회하여 배터리(2)가 과충전되어버린다. 그 때문에, 모터 컨트롤러(14)는, 회생 제동을 할 수 없다고 판단하여, 마찰 제동을 선택하여 S804로 진행한다. 한편, 충전 전류 Ic가 양이 아닌 경우에는(S803: "아니오"), 회생 제동을 행해도 회생 전력이 소비 전력 이하로 된다. 그 때문에, 모터 컨트롤러(14)는, 회생 제동을 할 수 있다고 판단하여, 회생 제동을 선택하여 S805로 진행한다.
또한, S802 및 S803의 변형예로서, 모터 컨트롤러(14)는, 도 9에 있어서의 제3 토크 목표값 Tm3 *와 모터 회전 속도 ωm에 의해 참조되는 장소가, 충전 영역인지 방전 영역인지 여부를 판정함으로써, 충전 전류 Ic가 양인지 음인지를 판정해도 된다.
스텝 S804에 있어서는, 모터 컨트롤러(14)는, 마찰 제동에서 사용되는 모터 토크 명령값(필터 처리 전) Tm**, 및 마찰 토크 명령값(필터 처리 전) Tb**를 설정한다.
구체적으로는, 모터 토크 명령값(필터 처리 전) Tm**에는 0이 설정된다. 또한, 제3 모터 토크 명령값 Tm3 *의 절댓값에 구동륜(6)의 각속도 ωw의 부호와 동일한 부호를 부여한 것이, 마찰 토크 명령값(필터 처리 전) Tb**로서 설정된다. 즉, 구동륜(6)의 각속도 ωw가 양인 경우(ωw>0), 즉, 전동 차량(100)이 전진하고 있는 경우에는, 마찰 토크 명령값(필터 처리 전) Tb**는 양이 된다. 구동륜(6)의 각속도 ωw가 음인 경우(ωw<0), 즉, 전동 차량(100)이 후진하고 있는 경우에는, 마찰 토크 명령값(필터 처리 전) Tb**는 음이 된다. 또한, 구동륜(6)의 각속도 ωw가 제로인 경우(ωw=0), 즉, 전동 차량(100)이 정차하고 있는 경우에는, 마찰 제동을 행하지 않기 때문에, 마찰 토크 명령값(필터 처리 전) Tb**의 부호는 제로가 된다.
한편, 스텝 S805에 있어서는, 모터 컨트롤러(14)는, 모터 토크 명령값(필터 처리 전) Tm**로서 제3 토크 목표값 Tm3 *를 설정하고, 마찰 토크 명령값(필터 처리 전) Tb**로서 제로를 설정한다.
스텝 S806에 있어서는, 모터 컨트롤러(14)는, 모터 토크 명령값(필터 처리 전) Tm** 및 마찰 토크 명령값(필터 처리 전) Tb**에 대하여 필터 처리를 행하고, 모터 토크 명령값 Tm* 및 마찰 토크 명령값 Tb*를 산출한다. S806에 있어서의 필터 처리의 상세한 것에 대해서, 도 10을 사용하여 설명한다.
도 10은, 도 8에 나타낸 S806에 있어서의 필터 처리를 나타내는 블록도이다.
도 10에 도시한 바와 같이, 명령값 산출 블록(505)은 블록(1001, 1002)을 구비한다.
블록(1001)은 필터 Hba(s)이며, 입력된 모터 토크 명령값(필터 처리 전) Tm**에 대하여 필터 처리를 행하고, 모터 토크 명령값 Tm*를 출력한다. 또한, 필터 Hba(s)는 이하의 식으로 나타내진다.
Figure 112018018064710-pct00014
또한, 식 (12)에 있어서의 필터 Hbrk(s)는 이하의 식으로 나타내진다.
Figure 112018018064710-pct00015
단, 식 (13)에 있어서의 파라미터는, 이하와 같다.
ωb: 마찰 제동부(7)에 있어서의 액추에이터 응답을 2차 진동 시스템으로 나타낸 경우의 고유 진동 주파수
필터 Hba(s)는, 전달 함수 Gba(s)와, Gpa(s)의 역전달 함수인 1/Gpa(s)와, 필터 Hbk(s)의 곱이다. 그 때문에, 전달 함수 Gba(s)에 의해, 모터 토크 명령값(필터 처리 전) Tm**의 입력으로부터 전동 차량(100)의 가속도 a의 출력이 구해지고, 추가로 그 가속도 a가 입력되어 역전달 함수 1/Gpa(s)에 의해 모터(1)의 구동 토크가 구해진다. 그리고, 필터 Hbrk(s)에 의해 마찰 제동에 적합한 필터 처리가 행해지고, 모터 토크 명령값 Tm*가 구해진다.
블록(1002)은 필터 Hinv(s)이며, 입력된 마찰 토크 명령값(필터 처리 전) Tb**에 대하여 필터 처리를 행하고, 마찰 토크 명령값 Tb*를 출력한다. 또한, 필터 Hinv(s)는 이하로 나타내진다.
Figure 112018018064710-pct00016
단, 식 (14)에 있어서의 파라미터는, 이하와 같다.
ωp: 차량 모델에 있어서의 고유 진동 주파수
ζp: 차량 모델에 있어서의 감쇠 계수
이러한 블록(1001)의 필터 Hba(s) 및 블록(1002)의 필터 Hinv(s)를 사용함으로써, 모터 토크로부터 가속도의 응답성과, 마찰 제동량으로부터 가속도의 응답성을 동일하게 할 수 있다.
여기서, 모터(1)의 응답성은 거의 즉시적인 것에 비해, 마찰 제동부(7)는 응답성이 늦은 액압 제동인 것과 같이, 회생 제동과 마찰 제동 사이에는 응답성의 차이가 있다. 따라서, 예를 들어 회생 제동과 마찰 제동의 전환이 행해지는 경우와 같이, 입력값인 모터 토크 명령값(필터 처리 전) Tm** 및 마찰 토크 명령값(필터 처리 전) Tb**가 급격하게 변화되는 경우에도, 블록(1001 및 1002)에 있어서의 필터 처리가 행해짐으로써, 출력값인 모터 토크 명령값 Tm* 및 마찰 토크 명령값 Tb*에 있어서, 액압 제동과 회생 제동의 응답성의 차이가 고려되게 된다.
이와 같이, S806의 필터 처리에 있어서는, 블록(1001, 1002)을 사용함으로써 모터(1) 및 마찰 제동부(7)로의 명령값의 급격한 변화가 억제되게 된다. 구체적으로는, 모터(1)로의 명령값인 모터 토크 명령값 Tm*는, 마찰 제동부(7)의 응답 지연이 보상되도록 급격한 변동이 억제되게 된다. 그 때문에, 마찰 제동부(7)에 있어서의 응답성 지연에 기인하여 발생하는 마찰 제동부(7)에 있어서의 명령값과 응답값의 차가, 모터(1)에 의해 보상되게 된다.
이어서, 도 11을 사용하여, 전동 차량(100)의 주행 상황을 설명한다.
도 11은, 전동 차량(100)의 주행 상황을 나타내는 도면이다. 도 11에 있어서는, 회생 가능 전력 Pin이 제로이며, 전동 차량(100)이 정차 직전의 상태가 된(시각 t2) 후에 마찰 제동으로부터 회생 제동으로의 전환이 행해지는(시각 tc) 경우의, 전동 차량(100)의 주행 상황이 나타나 있다.
도 11에 있어서는, (a) 오르막길, (b) 평탄로, (c) 내리막길에 있어서의 전동 차량(100)의 주행 상황이 나타나 있다. 또한, 도 11에 있어서, 가장 윗단인 (a1), (b1), (c1)에는, 모터 회전 속도 ωm이 나타나 있다. 위에서 2번째 단인 (a2), (b2), (c2)에는, 모터 토크 명령값 Tm*가 실선으로 나타내어짐과 함께, 외란 토크 추정값 Td가 1점 파선으로, 제3 토크 목표값 Tm3 *가 2점 파선으로 나타내어져 있다. 위에서 3번째 단인 (a3), (b3), (c3)에는, 마찰 토크 명령값 Tb*가 나타나 있다. 가장 아랫단인 (a4), (b4), (c4)에는, 전동 차량(100)의 가속도 a가 나타나 있다.
도 12는, 도 11의 전동 차량(100)의 주행 상황이 나타난 충전 전류 테이블이다. 또한, 도 12에는, 전동 차량(100)이 (a) 오르막길, (b) 평탄로, (c) 내리막길 각각을 주행하는 경우에 있어서, 전동 차량(100)이 정차할 때까지의 사이에 있어서의 충전 전류 Ic의 변화가 점선으로 나타나 있다.
먼저, 도 11에 있어서의 각 시각의 전동 차량(100)의 주행 상황에 대하여 설명한다.
시각 t0에 있어서는, 액셀러레이터 개방도 θ가 0이며, 전동 차량(100)은 마찰 제동에 의한 감속을 개시하고 있다. 시각 t2에 있어서는, 전동 차량(100)은 정차 직전의 상태로 되고, 외란 토크 명령값 Td를 사용한 제동으로 전환된다. 시각 t2와 시각 t5 사이의 시각 tc에 있어서는, 마찰 제동으로부터 회생 제동으로의 제동 방법의 전환이 행해진다. 그리고, 시각 t5에 있어서는, 전동 차량(100)은 정차하고 있다.
여기서, 오르막길에 있어서 마찰 제동에 의한 감속을 개시하고 있는 시각 t0에 있어서의 전동 차량(100)의 주행 상황을 설명한다.
도 11의 (a1)에 의하면, 시각 t0에 있어서, 전동 차량(100)은 정차 직전보다도 전의 상태이며, 전동 차량(100)의 속도가 단조롭게 감소하고 있기 때문에, 모터 회전 속도 ωm은 단조롭게 감소하고 있다.
도 11의 (a2)에 의하면, 시각 t0에 있어서, 외란 토크 추정값 Td는, 노면의 구배의 영향이 지배적이기 때문에, 오르막길의 구배에 따른 양의 값이다. 또한, 외란 토크 추정값 Td는, 시각 t0 이외의 시각에 있어서도, 노면의 구배의 영향이 지배적이기 때문에 대략 동일한 값이 된다.
제3 토크 목표값 Tm3 *는, 소정의 음의 값이다. 이것은, 이하와 같이 설명할 수 있다.
도 5에 도시된 비교기(504)는, 전동 차량(100)이 정차 직전의 상태가 아니기 때문에, 제1 토크 목표값 Tm1 *를 제3 토크 목표값 Tm3 *로서 출력하고 있다. 여기서, 도 4의 토크 테이블을 참조하면, 전동 차량(100)이 정차 직전의 상태인 경우, 즉, 액셀러레이터 개방도 θ가 제로이며 모터 회전 속도 ωm이 작은 경우에는, 제1 토크 목표값 Tm1 *는 일정한 음의 값이다. 따라서, 제3 토크 목표값 Tm3 *는, 일정한 음의 값인 제1 토크 목표값 Tm1 *가 된다.
모터 토크 명령값 Tm*는 제로이다. 이것은, 이하와 같이 설명된다.
도 8의 명령값 산출 처리를 참조하면, 회생 가능 전력 Pin이 제로이며(S801: "예"), S802의 처리에서 양의 값인 충전 전류 Ic가 산출된다. 그 때문에, 마찰 제동이 선택되고(S803: "아니오"), 모터 토크 명령값(필터 처리 전) Tm**가 제로가 된다(S804). 또한, 모터 토크 명령값(필터 처리 전) Tm**는 변동하지 않기 때문에, 도 10의 블록(1001)을 거친 모터 토크 지정값 Tm*도 제로가 된다(S806).
도 11의 (a3)에 의하면, 시각 t0에 있어서, 마찰 토크 명령값 Tb*는, 도 11의 (a2)에 나타난 제3 토크 목표값 Tm3 *의 절댓값에 양의 부호를 붙인 값이 설정되어 있다. 이것은, 상술한 바와 같이 마찰 제동이 행해지고 있기 때문에, 도 8의 명령값 산출 처리에서는, S804에 있어서 마찰 토크 명령값 Tb*에 제3 토크 목표값 Tm3 *에 따른 값이 설정되기 때문이다.
도 11의 (a4)에 의하면, 시각 t0에 있어서, 도 11의 (a1)에 도시한 바와 같이 모터 회전 속도 ωm이 단조롭게 감소하고 있기 때문에, 가속도 a는 음의 값으로 일정하다.
이어서, 오르막길에 있어서 정차 직전의 상태가 되는 시각 t2에 있어서의 전동 차량(100)의 주행 상황을 설명한다.
도 11의 (a1)에 의하면, 시각 t2에 있어서, 전동 차량(100)이 정차 직전의 상태로 되고, 모터 회전 속도 F/B 제어로 전환되기 때문에 모터 회전 속도 ωm의 감소 기울기가 작아진다.
도 11의 (a2)에 의하면, 시각 t2에 있어서, 제3 토크 목표값 Tm3 *는 크게 변화하였다. 이것은, 전동 차량(100)이 정차 직전의 상태가 되기 때문에, 시각 t2의 전후에 있어서 제1 토크 목표값 Tm1 *와 제2 토크 목표값 Tm2 *의 대소 관계가 반대로 되는 것에 기인한다. 즉, 도 5의 비교기(504)로부터 출력되는 제3 토크 목표값 Tm3 *는, 시각 t2보다 전에 있어서는 제1 토크 목표값 Tm1 *이며, 시각 t2보다도 후에 있어서는 제2 토크 목표값 Tm2 *이다. 또한, 시각 t2에 있어서는, 제1 토크 목표값 Tm1 *와 제2 토크 목표값 Tm2 *는 동일한 값이기 때문에, 도 5의 비교기(504)는, 제1 토크 목표값 Tm1 *와 제2 토크 목표값 Tm2 * 중 어느 것을, 제3 토크 목표값 Tm3 *로서 출력한다.
또한, 시각 t2보다도 후에 있어서는, 제2 토크 목표값 Tm2 *인 제3 토크 목표값 Tm3 *는, 외란 토크 추정값 Td로 수렴된다. 이것은, 도 5를 참조하면, 모터 회전 속도 F/B 토크 설정 블록(501)으로부터 출력되는 모터 회전 속도 F/B 토크 Tω가, 모터 회전 속도 ωm의 감소에 따라 감소함으로써, 가산기(503)로부터 출력되는 제2 토크 목표값 Tm2 *는, 외란 토크 추정 블록(502)으로부터 출력되는 외란 추정 토크 Td로 수렴되게 되기 때문이다.
또한, 모터 토크 명령값 Tm*는 제로이다. 이것은, 시각 t0과 동일하게, 도 8에 나타낸 명령값 산출 처리에 있어서, 회생 가능 전력이 제로이며(S801: "예"), 도 12의 (a)에 의해 시각 t2에서의 충전 전류 Ic가 양이므로(S803: "예"), 마찰 제동이 행해지기(S804, S806) 때문이다.
도 11의 (a3)에 의하면, 시각 t2에 있어서, 마찰 토크 명령값 Tb*는, 상술한 바와 같이 마찰 제동이 행해졌기 때문에, 도 11의 (a2)에 있어서의 제3 토크 목표값 Tm3 *의 절댓값에 양의 부호를 붙인 값이다. 또한, 시각 t2보다도 후에 있어서는, 마찰 토크 명령값 Tb*는, 제3 토크 목표값 Tm3 *의 증가에 수반하여 감소한다. 또한, 시각 t2에 있어서, 마찰 토크 명령값 Tb*의 변화는, 제3 토크 목표값 Tm3 *의 변화보다도 완만하다. 이것은, 도 8의 S806에 있어서, 도 10의 블록(1002)의 처리에 의해 변동이 억제되기 때문이다.
도 11의 (a4)에 의하면, 시각 t2 이후, 전동 차량(100)은 정차 직전의 상태가 되기 때문에, 도 11의 (a2)에 도시한 바와 같이 모터 회전 속도 ωm의 감소 기울기가 작아지기 시작하였으므로, 가속도 a는 음의 값으로부터 조금씩 커지게 되어 있다.
이어서, 오르막길에 있어서 마찰 제동으로부터 회생 제동에의 제동 방법의 전환이 행해지는 시각 tc에 있어서의 전동 차량(100)의 주행 상황을 설명한다.
도 11의 (a1)에 의하면, 시각 tc에 있어서, 모터 회전 속도 ωm은, 제로에 가까운 값이다. 이것은, 상술한 바와 같이, 전동 차량(100)이 정차 직전의 상태로 되는 시각 t2보다도 후에 있어서는, 모터 회전 속도 ωm이 제로로 수렴되고 있기 때문이다.
도 11의 (a2)에 의하면, 시각 tc에 있어서, 제3 토크 목표값 Tm3 *는, 외란 토크 추정값 Td에 가까운 값이다. 이것은, 상술한 바와 같이, 전동 차량(100)이 정차 직전의 상태인 시각 t2보다도 후에 있어서는, 제3 토크 목표값 Tm3 *가 외란 토크 추정값 Td로 수렴되고 있기 때문이다.
모터 토크 명령값 Tm*는, 시각 tc에 있어서 제로이며, 시각 tc보다도 후에 있어서 시간의 경과와 함께 제3 토크 목표값 Tm3 *로 수렴된다. 이것은, 모터 컨트롤러(14)가 이하의 동작을 하기 때문이다.
도 8에 나타낸 명령값 산출 처리를 참조하면, 시각 tc보다도 전에 있어서는, 회생 가능 전력이 제로이며(S801: "예"), 양의 충전 전류 Ic가 산출되고(S802), 마찰 제동이 선택되며(S803: "예"), 모터 토크 명령값(필터 처리 전) Tm**에 제로가 설정된다(S804). 한편, 시각 tc에 있어서는, 회생 가능 전력이 제로이며(S801: "예"), 제로의 충전 전류 Ic가 산출되고(S802), 회생 제동이 선택되며(S803: "아니오"), 모터 토크 명령값(필터 처리 전) Tm**에 제3 토크 목표값 Tm3 *가 설정된다(S805).
따라서, 모터 토크 명령값(필터 처리 전) Tm**는, 시각 tc보다도 전에 있어서는 제로가 설정되고(S804), 시각 tc 후에 있어서는 제3 토크 목표값 Tm3 *가 설정된다(S805). 그 때문에, 모터 토크 명령값(필터 처리 전) Tm**는, 급격하게 변동하게 된다.
그러나, S806에 있어서 도 10의 블록(1001)의 처리가 행해짐으로써, 필터 처리 후의 모터 토크 명령값 Tm*에 있어서의 변동이 억제되게 된다. 그 때문에, 시각 tc에 있어서 제로인 모터 토크 명령값 Tm*는, 시간의 경과와 함께, 제3 토크 목표값 Tm3 *로 수렴된다.
또한, 블록(1001)에 있어서는, 식 (12)에 나타낸 바와 같이, 마찰 제동부(7)의 응답성 지연이 고려되어 있기 때문에, 마찰 제동부(7)에 의한 응답성 지연에 기인하는 마찰 제동 토크의 잉여분이 보상되도록, 모터 토크 명령값 Tm*의 변화가 억제되게 된다. 그 때문에, 마찰 제동으로부터 회생 제동으로의 전환 시에 마찰 제동부(7)의 응답성 지연에 기인하는 마찰 토크분이, 모터(1)의 구동력에 의해 보상되게 된다.
도 11의 (a3)에 의하면, 마찰 토크 명령값 Tb*는, 시각 tc에 있어서는 제3 모터 토크 명령값 Tm3 *의 절댓값에 양의 부호를 붙인 값으로 필터 처리한 값이며, 시각 tc보다도 후에 있어서 시간의 경과와 함께 제로로 수렴된다. 이러한 마찰 토크 명령값 Tb*의 변화는, 이하와 같이 설명할 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 8의 명령값 산출 처리에 있어서는, 시각 tc보다도 전에 마찰 제동이 행해지고(S804), 시각 tc 후에 회생 제동이 행해졌다(S805).
따라서, 마찰 토크 명령값(필터 처리 전) Tb**는, 시각 tc보다도 전에 있어서는 제3 토크 목표값 Tm3 *의 절댓값에 양의 부호를 붙인 값이 설정되고(S804), 시각 tc 후에 있어서는 제로가 설정된다(S805). 그 때문에, 마찰 토크 명령값(필터 처리 전) Tb**는, 급격하게 변화하게 된다.
그러나, S806에 있어서 도 10의 블록(1002)의 처리가 행해짐으로써, 필터 처리 후의 마찰 토크 명령값 Tb*의 변동이 억제되게 된다. 그 때문에, 제3 토크 목표값 Tm3 *을 필터 처리한 값인 마찰 토크 명령값 Tb*는, 시간의 경과와 함께, 제로로 수렴하게 된다.
도 11의 (a4)에 의하면, 시각 tc에 있어서, 도 11의 (a1)에 도시한 바와 같이 모터 회전 속도 ωm의 감소 기울기가 작아졌기 때문에, 가속도 a의 변화가 조금씩 작아진다.
이어서, 오르막길에 있어서 정차 상태인 시각 t5에 있어서의 전동 차량(100)의 주행 상황을 설명한다.
도 11의 (a1)에 의하면, 시각 t5에 있어서, 전동 차량(100)이 정차하고 있기 때문에, 모터 회전 속도 ωm은 제로이다.
도 11의 (a2)에 의하면, 시각 t5에 있어서, 모터 토크 명령값 Tm*는, 제3 토크 목표값 Tm3 *와 일치하고 있다. 이것은, 상술한 바와 같이, 시각 tc보다도 후에 있어서는, 도 8에 나타낸 명령값 산출 처리에 있어서, 회생 가능 전력이 제로이며(S801: "예"), S802에서 산출되는 시각 t5에서의 충전 전류 Ic가 음이기 때문에(S803: "아니오"), 모터(1)가 토크를 발생(S805, S806)시켰기 때문이다. 이렇게 모터(1)가 토크를 발생시킴으로써, 전동 차량(100)은 오르막길에 있어서 전동 차량(100)이 미끄러져 내려가는 것이 방지된다.
또한, 상술한 바와 같이 시각 t2 후에 있어서는 제3 토크 목표값 Tm3 *는 외란 토크 추정값 Td로 수렴하기 때문에, 시각 t5에 있어서 전동 차량(100)이 정차하면, 모터 토크 명령값 Tm*는, 구배에 따른 외란 토크 추정값 Td와 일치한다. 따라서, 모터(1)가 구배의 영향을 억제하는 양의 구동 토크를 발생시킴으로써, 오르막길에 있어서 전동 차량(100)은 정차 상태를 유지할 수 있다.
도 11의 (a3)에 의하면, 시각 t5에 있어서는, 도 8의 지정값 산출 처리에 있어서 회생 제동이 선택되어 있기 때문에(S803: "아니오"), 마찰 토크 명령값 Tb*는 제로가 된다(S805, S806).
도 11의 (a4)에 의하면, 시각 t5에 있어서, 가속도 a는, 오르막길에 있어서 전동 차량(100)이 정차 상태를 유지하도록, 양의 값이 된다. 이것은, 도 11의 (a2)에 도시한 바와 같이, 시각 t5에 있어서는, 모터(1)가, 외란 토크 추정값 Td인 모터 토크 명령값 Tm*에 따른 구동 토크를 발생시키기 때문이다.
이와 같이, (a) 오르막길에 있어서는 각 시각에 있어서 상술한 처리가 행해진다. 또한, (b) 평탄로, (c) 내리막길에 있어서도, (a) 오르막길과 동일한 제어 플로우가 행해진다.
단, (b) 평탄로 및 (c) 내리막길인 경우에 있어서는, (a) 오르막길인 경우와 비교하면, 도 5의 외란 토크 추정 블록(502)에서 산출되는 외란 토크 추정값 Td가 상이하다. 외란 토크 추정값 Td는 구배에 따른 값이며, 도 11의 (b2)를 참조하면 (b) 평탄로가 있어서는 제로가 되고, 도 11의 (c2)를 참조하면 (c) 내리막길에 있어서는 음이 된다.
이어서, 도 13을 사용하여, 전동 차량(100)의 다른 동작을 설명한다.
도 13은, 전동 차량(100)의 주행 상황을 나타내는 도면이다. 도 13에 있어서는, 도 11과 비교하면, 회생 가능 전력 Pin이 제로인 점은 동일하고, 전동 차량(100)이 정차 직전의 상태가 되기(시각 t2) 전에 마찰 제동으로부터 회생 제동으로의 전환이 행해지는(시각 tc) 점이 상이하다.
또한, 도 13에 있어서는, 도 11과 동일하게, (a) 오르막길, (b) 평탄로, (c) 내리막길에 대하여 나타나 있고, 또한 각각에 있어서, 위에서부터 순차적으로, 모터 회전 속도 ωm, 모터 토크 명령값 Tm*, 마찰 토크 명령값 Tb*, 가속도 a가 나타나 있다.
도 14는, 도 13의 전동 차량(100)의 주행 상황이 나타난 충전 전류 테이블이다. 도 14에 있어서는, 도 12와 동일하게, 전동 차량(100)이 (a) 오르막길, (b) 평탄로, (c) 내리막길 각각을 주행하는 경우에 대하여 나타내고 있다.
이어서, 도 13에 있어서의 각 시각에 있어서의 전동 차량(100)의 동작에 대하여 설명한다.
상술한 바와 같이, 도 13에 있어서는, 도 11과 비교하면, 마찰 제동으로부터 회생 제동으로의 전환이 행해진(시각 tc) 후에, 전동 차량(100)은 정차 직전의 상태가 되는(시각 t2) 점이 상이하다. 그 때문에, 이하에서는, 시각 tc, t2에 있어서의 전동 차량(100)의 동작에 대하여 설명하고, 다른 시각에 대해서는 설명을 생략한다.
먼저, 오르막길에 있어서 마찰 제동으로부터 회생 제동으로의 제동 방법의 전환이 행해지는 시각 tc에 있어서의 전동 차량(100)의 동작에 대하여 설명한다.
도 13의 (a1)에 의하면, 시각 tc에 있어서, 모터 회전 속도 ωm은 단조롭게 감소하였으며, 감소 페이스는 변하지 않았다. 이것은, 시각 tc의 전후에 있어서는, 제동 방법의 전환이 행해질 뿐이고, 전동 차량(100)에서 발생하는 제동력은 변함없기 때문이다.
상세하게 설명하면, 도 8의 명령값 산출 처리를 참조하면, 시각 tc보다도 전에 있어서는, 회생 가능 전력이 제로이며(S801: "예"), 양의 충전 전류 Ic가 산출되고(S802), 마찰 제동이 선택된다(S803: "예"). 그리고, 마찰 토크 명령값 Tb*는 제3 토크 목표값 Tm3 *가 필터 처리된 값이 된다(S804, S806).
한편, 시각 tc에 있어서는, 회생 가능 전력이 제로이며(S801: "예"), 제로의 충전 전류 Ic가 산출되고(S802), 회생 제동이 선택된다(S803: "아니오"). 그리고, 모터 토크 명령값 Tm*는 제3 토크 목표값 Tm3 *가 필터 처리된 값이 된다(S805, S806).
즉, 시각 tc보다도 전에 있어서는, 제3 토크 목표값 Tm3 *에 기초하는 마찰 제동이 행해지고, 시각 tc 후에 있어서는, 제3 토크 목표값 Tm3 *에 기초하는 회생 제동으로 조금씩 전환되게 된다. 따라서, 시각 tc의 전후에 있어서, 제동 방법은 상이하지만, 전동 차량(100)에서 발생하는 제동력은 변함없다. 따라서, 시각 tc에 있어서, 모터 회전 속도 ωm의 감소 기울기는 변함없다.
도 13의 (a2)에 의하면, 시각 tc에 있어서, 제3 토크 목표값 Tm3 *는, 시각 t0과 동일하게 소정의 음의 값이다.
모터 토크 명령값 Tm*는, 시각 tc에 있어서 제로이며, 시각 tc보다도 후에 있어서 시간의 경과와 함께 제3 토크 목표값 Tm3 *로 수렴된다.
이러한, 제3 토크 목표값 Tm3 * 및 모터 토크 명령값 Tm*의 변화는, 상술한 도 11의 (a2)의 시각 tc에 있어서의 제3 토크 목표값 Tm3 * 및 모터 토크 명령값 Tm*의 변화와 동일하다. 그 때문에, 도 11의 (a2)의 설명을 원용함으로써 설명할 수 있다.
도 13의 (a3)에 의하면, 마찰 토크 명령값 Tb*는, 시각 tc에 있어서 제3 모터 토크 명령값 Tm3 *에 음의 부호가 붙은 값이며, 시각 tc보다도 후에 있어서 시간의 경과와 함께 제로로 수렴된다.
이러한, 마찰 토크 명령값 Tb*의 변화는, 상술한 도 11의 (a3)의 시각 tc에 있어서의 마찰 토크 명령값 Tb*의 변화와 동일하다. 그 때문에, 도 11의 (a3)의 설명을 원용함으로써 설명할 수 있다.
도 13의 (a4)에 의하면, 시각 tc에 있어서, 도 13의 (a1)에 도시한 바와 같이 모터 회전 속도 ωm이 단조롭게 감소하였기 때문에, 가속도 a는 음의 값으로 일정하다.
이어서, 오르막길에 있어서 정차 직전의 상태가 되는 시각 t2에 있어서의 전동 차량(100)의 동작을 설명한다.
도 13의 (a1)에 의하면, 시각 t2에 있어서, 전동 차량(100)이 정차 직전의 상태로 되기 때문에, 매끄럽게 정차하도록 모터 회전 속도 ωm의 감소 페이스가 느려지기 시작한다.
도 13의 (a2)에 의하면, 모터 토크 명령값 Tm*는, 제3 토크 목표값 Tm3 *와 일치하였다. 이것은, 도 8에 나타낸 명령값 산출 처리에 있어서, 회생 가능 전력이 제로이며(S801: "예"), S802에서 음의 충전 전류 Ic가 산출되고(S802), 회생 제동이 선택되고(S803: "아니오"), 모터 토크 명령값 Tm*는 제3 토크 목표값 Tm3 *에 따른 값이 된다(S805, S806).
도 13의 (a3)에 의하면, 시각 t2에 있어서, 회생 제동이 행해졌기 때문에, 마찰 토크 명령값 Tb*는 제로가 된다(S805, S806).
도 13의 (a4)에 의하면, 시각 t2에 있어서, 전동 차량(100)은 정차 직전의 상태가 됨으로써, 도 13의 (a1)에 도시한 바와 같이 모터 회전 속도 ωm의 감소 기울기가 작아지기 때문에, 가속도 a는 음의 값으로부터 조금씩 커진다.
또한, (a) 오르막길에 있어서는 각 시각에 있어서 상술한 처리가 행해지지만, (b) 평탄로, (c) 내리막길에 있어서도, (a) 오르막길과 동일한 타이밍에 동일한 동작이 행해진다. 또한, 외란 토크 추정값 Td는, 구배에 기인하는 값이며, 도 13의 (b2)에 도시된 바와 같이 (b) 평탄로에 있어서는 제로이며, 도 13의 (c2)에 도시된 바와 같이 (c) 내리막길에 있어서는 음이다.
또한, 모터 컨트롤러(14)는, 모터(1)의 회생 전력 및 전동 차량(100)의 소비 전력을 모델화한 수식 등을 사용하여 충전 전류 Ic의 값을 예측해도 된다.
제1 실시 형태에 있어서는, 이하의 효과를 얻을 수 있다.
액셀러레이터 페달의 개방도에 따라서 모터의 구동과 제동을 실행하는 차량에서는, 외란에 따라서 제동력을 조정함으로써 정차시킬 필요가 있다. 그러나, 본 실시 형태에서는, 정차 직전에 있어서, 마찰 제동보다도 제어성(예를 들어, 제어 응답성이나 제어 정밀도)이 우수한 회생 제동을 실행하고, 외란에 따른 제동을 적절하게 행할 수 있기 때문에, 전동 차량(100)을 매끄럽게 정차시킬 수 있다.
또한, 제1 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치는, 모터(1)와, 마찰 제동부(7)와, 모터 컨트롤러(14)를 구비하고 있고, 모터(1)는 전동 차량(100)의 구동력 또는 회생 제동력을 발생시켜, 마찰 제동부(7)는 마찰 제동력을 발생시킨다. 모터 컨트롤러(14)는, 액셀러레이터 페달의 개방도에 따라서, 모터(1) 및 마찰 제동부(7) 중 적어도 하나를 제어한다.
여기서, 도 8의 명령값 산출 처리를 참조하면, 모터 컨트롤러(14)는, 회생 제동이 행해지는 경우에 배터리(2)를 향해 흐르는 충전 전류 Ic를 산출하고(S802), 산출한 충전 전력 Ic의 양음을 판정한다(S803). 모터(1)만으로 제동력을 발생시킬 때, 모터(1)에 의해 발생되는 회생 전력이 전동 차량(100)에 있어서의 소비 전력을 상회하는 경우에는, 충전 전류 Ic가 양이 된다. 한편, 모터(1)에 의해 발생되는 회생 전력이 전동 차량(100)에 있어서의 소비 전력을 하회하는 경우에는, 충전 전류 Ic가 음이 된다. 따라서, 충전 전력 Ic의 양음을 판정함(S803)으로써, 모터(1)만으로 제동력을 발생시키는 경우에 모터(1)가 발생하는 회생 전력의 모두가, 전동 차량(100)에서 소비되는지 여부를 판정할 수 있다.
회생 가능 전력 Pin이 제로인 경우에는(S801: "예"), 회생 제동을 행하면 배터리(2)가 과충전되어버릴 우려가 있다.
그러나, 회생 가능 전력 Pin이 제로여도, 회생 제동이 행해지는 경우에 배터리(2)를 향해 흐르는 충전 전류 Ic가 음으로 산출되는 경우, 즉, 모터(1)의 회생 전력의 모두가 전동 차량(100)에 있어서 모터(1)나 인버터(3)에서 소비되는 경우에는(S803: "아니오"), 회생 제동을 행해도 배터리(2)는 충전되지 않는다. 그 때문에, 회생 가능 전력 Pin이 제로 상태여도, 모터 컨트롤러(14)는 회생 제동을 선택하여(S805), 모터(1)에 회생 제동을 행하게 할 수 있다.
여기서, 전동 차량(100)이 정차하기 직전에 있어서는, 차속이 제로에 가깝기 때문에, 모터(1)의 회생 전력이 작다. 그 때문에, 회생 전력의 모두가 전동 차량(100)에서 소비되기 때문에, 배터리(2)는 방전되고, 충전 전류 Ic는 음이 된다. 이와 같이, 전동 차량(100)이 정차하기 직전에 있어서는, 항상, 충전 전류 Ic가 음이 되기 때문에(S803: "아니오"), 회생 제동을 행할 수 있다. 따라서, 배터리(2)가 어떤 잔량이어도, 회생 제동에 의해 전동 차량(100)을 정차시킬 수 있다(S805). 그 때문에, 전동 차량(100)의 정차 시에 있어서의 가속도 진동을 억제할 수 있고, 또한 전동 차량(100)을 매끄럽게 감속하여 정차시킬 수 있다.
또한, 제1 실시 형태의 제어 장치인 모터 컨트롤러(14)에 의해 실행되는 S802 및 S803의 변형예로서, 모터 컨트롤러(14)는, 충전 전류 Ic의 양음을, 도 9의 충전 전류 테이블을 사용하여 판정해도 된다. 충전 전류 테이블은, 액셀러레이터의 조작에 따른 모터 토크 명령값과, 전동 차량(100)의 주행 상황에 따른 모터 회전 속도 ωm에 기초하여, 충전 전류 Ic의 양음이 나타나 있다. 이와 같이, 모터 토크 명령값 Tm*과, 모터 회전 속도 ωm만에 의해, 충전 전류 Ic의 양음을 판정할 수 있기 때문에, 모터 컨트롤러(14)에 있어서의 연산 처리의 부하를 저감시킬 수 있다.
또한, 도 9의 충전 전류 테이블을 참조하면, 모터 회전 속도 ωm이 제로 근방의 값인 경우, 즉, 전동 차량(100)이 정차하기 직전의 상태인 경우에는, 모터 토크 명령값 Tc의 크기에 상관없이 방전 영역이기 때문에, 충전 전류 Ic는 음이 된다.
이와 같이, 전동 차량(100)이 정차하기 직전의 상태에 있어서는, 충전 전류 Ic가 음이기 때문에(S803: "아니오"), 모터 컨트롤러(14)는, 모터(1)에 회생 제동을 행하게 한다(S805). 따라서, 배터리(2)가 어떤 잔량이어도, 전동 차량(100)을 회생 제동에 의해 정차할 수 있다. 그 때문에, 충전 전류 테이블을 사용하여 충전 전류 Ic가 음으로 판정된 경우에 모터(1)에 회생 제동을 행하게 함으로써, 전동 차량(100)을 매끄럽게 감속하여 정차시킬 수 있다.
또한, 제1 실시 형태의 제어 장치인 모터 컨트롤러(14)에 의하면, 도 8의 명령값 산출 처리를 참조하면, S806에 있어서는, S804 또는 S805에서 구해진 모터 토크 명령값(필터 처리 전) Tm** 및 마찰 토크 명령값(필터 처리 전) Tb**에 필터 처리가 행해지고, 모터 토크 명령값 Tm* 및 마찰 토크 명령값 Tb*가 구해진다.
이 필터 처리에 있어서는, 블록(1001)의 필터 Hba(s) 및 블록(1002)의 필터 Hinv(s)를 사용함으로써, 모터 토크로부터 가속도의 응답성과, 마찰 제동량으로부터 가속도의 응답성을 동일하게 할 수 있다.
따라서, 블록(1001)을 사용함으로써, 마찰 제동부(7)의 응답성이 모터(1)의 응답성보다 늦은 것이 고려되어, 그 응답성 지연을 보상하도록 모터(1)에 의한 회생 제동력이 억제된다.
여기서, 도 9의 충전 전류 테이블에 있어서 충전 영역으로부터 방전 영역으로 천이되는 시각, 즉, 도 11 내지 14에 있어서의 시각 tc에 있어서의 전동 차량(100)의 동작을 사용하여, 상술한 블록(1001)에 의한 필터 처리에 의한 효과를 설명한다. 이 시각 tc에 있어서, 도 8의 명령값 산출 처리에 있어서, 모터 컨트롤러(14)는, 마찰 제동(S804)으로부터 회생 제동(S805)으로의 전환을 행한다.
이 시각 tc에 있어서는, 마찰 제동부(7)로의 명령값이 되는 마찰 토크 명령값(필터 처리 전) Tb**는, 제3 토크 목표값 Tm3(S804)에 기초하는 값으로부터, 제로(S805)로 크게 변화된다. 그 때문에, 시각 tc에 있어서, 마찰 제동부(7)에 의한 마찰 제동 토크는 제로가 되는 것이 바람직하다. 그러나, 마찰 제동부(7)에 의한 마찰 제동 토크는, 마찰 제동부(7)의 응답성 지연에 기인하여, 명령값보다도 큰 값이 되어버린다.
이에 비해, 모터(1)로의 명령값이 되는 모터 토크 명령값(필터 처리 전) Tm**는, 제로(S804)로부터, 제3 토크 목표값 Tm3(S805)으로 크게 변화된다. 여기서, S806의 필터 처리에 있어서의 도 10의 블록(1001), 즉, 식 (12)의 처리를 거친 모터 토크 명령값 Tm* 있어서는, 마찰 제동부(7)의 응답성 지연이 고려되어, 변동이 억제되었다.
그 때문에, 블록(1001)으로부터 출력되는 모터 토크 명령값 Tm*의 변동이 억제될 때에는, 마찰 제동부(7)에서 발생하는 응답성 지연에 기인하는 마찰 제동력이 보상되도록, 모터(1)에서 구동 토크가 발생하도록 제어되게 된다. 따라서, 시각 tc에 있어서 마찰 제동으로부터 회생 제동으로의 전환이 행해질 때에는, 마찰 제동부(7)의 응답성 지연에 기인하는 가속 진동이나 변동을 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태의 제어 장치인 모터 컨트롤러(14)에 의하면, 도 5의 정지 제어 처리를 참조하면, 외란 토크 추정 블록(502)에 있어서, 차량 모델을 사용하여 전동 차량(100)에 작용하는 외란에 따라서 상기 전동 차량이 정차 상태를 유지하는 데 필요한 외란 토크 추정값 Td로서 구한다. 그리고, 전동 차량(100)이 정차 직전의 상태에 있어서는, 비교기(503)로부터 출력되는 모터 토크 명령값 Tm*는, 모터 회전 속도 F/B 토크 설정 블록(501)으로부터 출력되는 모터 회전 속도 F/B 토크 Tω와, 외란 토크 추정 블록(502)으로부터 출력되는 외란 토크 추정값 Td의 합이 된다.
여기서, 전동 차량(100)이 정차 직전의 상태에 있어서는, 모터 회전 속도 F/B 토크 설정 블록(501)으로부터 출력되는 모터 회전 속도 F/B 토크 Tω가 제로로 수렴된다. 따라서, 모터 토크 명령값 Tm*는, 외란 토크 추정값 Td로 수렴됨으로써, 모터(1)에서 발생하는 토크는 구배에 따른 값으로 수렴되기 때문에, 전동 차량(100)을 매끄럽게 정차시킬 수 있다. 또한, 전동 차량(100)이 정차했을 때에는, 모터(1)는 전동 차량(100)에 작용하는 구배 등의 외란의 영향에 따른 토크를 발생하기 때문에, 구배가 있는 장소에 있어서도 브레이크 페달을 사용하지 않고 정차 상태를 유지할 수 있다.
(제2 실시 형태)
이어서, 제2 실시 형태의 제어 장치에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 있어서는, 마찰 제동으로부터 회생 제동으로 제동 방법이 전환되는 타이밍이, 제1 실시 형태와는 상이한 경우에 대하여 설명한다.
도 15는, 제2 실시 형태의 제어 장치인 모터 컨트롤러(14)를 구비하는 전동 차량(100)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 15를 참조하면, 제2 실시 형태의 전동 차량(100)은, 도 1에 도시한 제1 실시 형태의 전동 차량(100)과 비교하면, 배터리 컨트롤러(13)로부터 모터 컨트롤러(14)로 회생 가능 전력 Pin이 출력되지 않은 점이 상이하다.
또한, 모터 컨트롤러(14)는, 미리, 마찰 제동과 회생 제동의 전환 타이밍을 구하는 데 사용하는 SOC 규정값(SOC0)을 기억하고 있다. 또한, SOC 규정값(SOC0)은 이하와 같이 구할 수 있다.
먼저, 전동 차량(100)이 정차 직전의 상태로 되고 나서 모터(1)의 회생 전력과 전동 차량(100)의 소비 전력이 동등한 등전력 상태로 될 때까지의 기간에 있어서의 배터리(2)의 충전 전력량을, 규정 충전 전력량 Ws0으로서 계산 또는 실험에 의해 구해둔다. 또한, 등전력 상태는, 도 9의 충전 전류 테이블에 있어서의 충전 영역과 방전 영역의 경계에 상당한다.
여기서, 규정 충전 전력량 Ws0은, 노면의 구배나 모터(1)의 동작점 등에 따라 상이하다. 그 때문에, 상정될 수 있는 구배나 모터(1)의 동작점 등의 조합에 따라서 등전력 상태로 될 때까지의 배터리(2)의 충전 전력을 실험이나 계산 등으로 복수 산출해두고, 이들 산출값 중 가장 큰 값을, 규정 충전 전력량 Ws0으로서 구할 수 있다.
그리고, 규정 충전 전력량 Ws0과, 배터리(2)의 최대 용량 Wmax를 사용하여, 이하의 식 (15)에 의해 SOC 규정값인 SOC0을 구한다.
Figure 112018018064710-pct00017
또한, 모터 컨트롤러(14)에 의한 처리에 대해서는, 본 실시 형태와 제1 실시 형태를 비교하면, 도 3, 도 6, 도 7에 나타난 처리는 동일하고, 도 5의 정지 제어 처리, 도 8의 명령값 산출 처리가 상이하다. 그 때문에, 이하에서는, 정지 제어 처리 및 명령값 산출 처리에 대하여 설명한다.
도 16은, 제2 실시 형태의 정지 제어 처리를 나타내는 블록도이다.
도 16에 나타낸 정지 제어 처리는, 도 5에 도시된 제1 실시 형태의 정지 제어 처리와 비교하면, 명령값 산출 블록(505)에, 회생 가능 전력 Pin이 아니라 SOC가 입력된 점과, 제1 토크 목표값 Tm1 * 및 제2 토크 목표값 Tm2 *가 추가로 입력되는 점과, 모터 회전 속도 ωm이 입력되지 않은 점이 상이하고, 그 이외의 구성은 동일하다.
도 17은, 제2 실시 형태의 명령값 산출 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 17에 나타내는 명령값 산출 처리는, 도 8에 나타낸 제1 실시 형태의 명령값 산출 처리와 비교하면, S801 내지 S803이 삭제되고, S1701 및 S1702가 추가되었다.
스텝 S1701에 있어서는, 모터 컨트롤러(14)는, 제1 토크 목표값 Tm1 *와 제2 토크 목표값 Tm2 *를 비교함으로써 정차 직전의 상태인지 여부를 판정하고, 회생 제동을 개시할지의 판단을 행한다.
제1 토크 목표값 Tm1 *가 제2 토크 목표값 Tm2 *보다도 큰 경우에는(S1701: "예"), 전동 차량(100)은 정차 직전의 상태가 되지 않았다고 판정된다. 이러한 경우에는, 모터 컨트롤러(14)는, S1702로 진행한다.
한편, 제1 토크 목표값 Tm1 *가 제2 토크 목표값 Tm2 * 이하인 경우에는(S1701: "아니오"), 전동 차량(100)은 정차 직전의 상태라고 판정된다. 이러한 경우에는, 모터 컨트롤러(14)는, 회생 제동을 행하게 하기 위해 S805로 진행한다.
스텝 S1702에 있어서는, 명령값 산출 블록(505)은, 배터리 컨트롤러(13)로부터 송신되는 SOC가, SOC 규정값 이상인지 여부를 판정한다.
SOC가 SOC 규정값 이상인 경우에는(S1702: "예"), 모터 컨트롤러(14)는, 마찰 제동을 선택하여 S804로 진행한다.
한편, SOC가 SOC 규정값보다도 작은 경우에는(S1702: "아니오"), 회생 제동을 선택하여 S805로 진행한다.
여기서, S1701, S1702의 처리에 대해서, 전동 차량(100)이 정차 직전의 상태로 되지 않은 통상의 주행 상태인 경우와, 정차 직전의 상태인 경우로 나누어 설명한다.
먼저, 전동 차량(100)이 통상의 주행 상태인 경우에 대하여 설명한다.
S1701에 있어서는, 전동 차량(100)이 통상의 주행 상태이며 정차 직전의 상태가 아니고, 제1 토크 목표값 Tm1 *가 제2 토크 목표값 Tm2 *보다도 크기 때문에(S1701: "예"), 모터 컨트롤러(14)는, S1702의 처리로 진행한다.
S1702에 있어서, SOC가 SOC 규정값 이상인 경우에는(S1702: "예"), 마찰 제동을 선택하여 S804로 진행한다. 한편, SOC가 SOC 규정값보다 작은 경우에는(S1702: "아니오"), 회생 제동을 선택하여 S805로 진행한다.
따라서, 전동 차량(100)이 통상의 주행 상태인 경우에는, 이러한 처리를 행함으로써, SOC가 SOC 규정값을 상회하지 않는 용량까지 배터리(2)가 충전되게 된다. 따라서, 전동 차량(100)이 주행 상태로부터 정차 직전 상태가 되는 타이밍에 있어서는, 배터리(2)의 SOC는, SOC 규정값을 상회하지 않고, 또한 SOC 규정값에 가까운 값이 된다.
이어서, 전동 차량(100)이 정차 직전의 상태인 경우에 대하여 설명한다.
S1701에 있어서는, 전동 차량(100)이 정차 직전의 상태이며, 제1 토크 목표값 Tm1 *가 제2 토크 목표값 Tm2 * 이하이기 때문에(S1701: "아니오"), 모터 컨트롤러(14)는, 회생 제동을 선택하여 S805의 처리로 진행한다.
상술한 바와 같이, 정차 직전의 상태에 있어서는, 배터리(2)의 SOC는 SOC 규정값을 상회하지 않았다. 그 때문에, 배터리(2)에는, 규정 충전 전력량 Ws0 이상의 빈 곳이 있다.
따라서, 정차 직전의 상태에 있어서(S1701: "아니오"), 모터 컨트롤러(134)가 회생 제동을 선택함(S805)으로써, 등전력 상태로 될 때까지의 사이에 배터리(2)에는 규정 충전 전력량 Ws0이 충전되어도, 배터리(2)가 과충전되는 일은 없다.
이상과 같이, S1701 및 S1702에 있어서, 모터 컨트롤러(14)는, 전동 차량(100)이 정차 직전 상태로 된 시점부터 모터(1)에 의한 회생 제동력을 발생시켜 전동 차량(100)을 정차시키는 정차 제어를 개시한다(S1701: NO, S805). 이러한 경우에는, 정지 제어를 개시하고 나서 모터(1)에 의한 회생 전력과 전동 차량(100)에 의해 소비되는 소비 전력이 동등해질 때까지의 사이에, 배터리(2)는 규정 충전 전력량 Ws0만큼 충전되게 된다. 그래서, 전동 차량(100)이 정차 직전 상태로 될 때까지에 있어서, 즉, 정차 제어를 개시할 때까지에 있어서, 배터리(2)의 빈 용량이 규정 충전 전력량 Ws0 이상이 되도록, 모터(1)에 의한 회생 제동력의 발생을 제어한다(S1701: "예", S1702).
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 제1 실시 형태에 있어서의 도 8의 S801 내지 S803의 처리를 행하지 않았지만, S801 내지 S803의 처리를 행해도 된다. 예를 들어, 배터리(2)의 SOC가 SOC 규정값을 상회하였을 때에 있어서도, 전동 차량(100)이 정차 직전 상태로 된 경우(S1701: "아니오")에, 회생 제동이 행해지는(S805) 경우가 있다. 이러한 경우에는, 등전력 상태로 될 때까지의 사이에 배터리(2)의 SOC가 100％가 되어버려 배터리(2)가 과충전되어버릴 우려가 있다. 그러나, S801 내지 S803의 처리를 행함으로써, 배터리(2)가 만충전이 되었을 때에는, 회생 가능 전력 Pin이 제로이기 때문에(S801), 충전 전력 Ic의 크기에 따라서 마찰 제동 또는 회생 제동이 선택됨으로써(S802 내지 S805), 제1 실시 형태와 동일하게 배터리(2)가 과충전되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 배터리 컨트롤러(13) 및 모터 컨트롤러(14)는, 소정의 타이밍보다 전에 있어서는, 배터리(2)의 SOC가 SOC 규정값 이하로 되도록, 배터리(2)의 충전을 제어하는 충전 제어 수단을 가져도 된다. 예를 들어, 전동 차량(100)이 고속도로 등을 달리고 있고, 차속이 소정의 하한 속도보다도 빠른 경우에는, 충전 제어 수단은, SOC가 SOC 규정값을 상회하지 않도록 회생 제동을 행한다. 이와 같이 함으로써, 고속차 영역에서는 배터리(2)의 빈 용량은 규정 충전 전력량 Ws0 이상이 되기 때문에, 회생 제동에 의해 정차할 수 있는 데다가, 배터리(2)의 잔량을 보다 크게 함으로써, 전동 차량(100)의 주행 가능 거리를 늘릴 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 제1 토크 목표값 Tm1 *가 제2 토크 목표값 Tm2 *보다도 작아지는 타이밍을, 전동 차량(100)이 정차 직전의 상태로 되는 타이밍으로 간주하여, 회생 제동을 개시하는 타이밍으로 했지만, 이것에 제한하지 않는다. 예를 들어, 전동 차량(100)의 속도가 소정의 속도(예를 들어, 시속 20km/s) 이하로 되는 타이밍을, 전동 차량(100)이 저속 상태가 된 타이밍으로 간주하여, 회생 제동을 개시하는 타이밍으로 해도 된다. 이러한 경우에는, 모터 컨트롤러(14)는, 규정 충전 전력량 Ws0으로서, 전동 차량(100)의 속도가 소정의 속도 이하로 되고 나서 등전력 상태로 될 때까지의 사이에 배터리(2)에 충전되는 전력을 미리 기억하고 있다. 그리고, S1701에 있어서, 전동 차량(100)이 소정의 속도를 상회하는지 여부가 판정된다.
제2 실시 형태에 의한 효과를, 도 18의 충전 전류 테이블을 사용하여 설명한다.
도 18은, 충전 전류 테이블의 일례이며, 본 실시 형태에 있어서의 전동 차량(100)의 주행 상태의 변화가 점선으로 나타나 있다.
예를 들어, 시각 t2에 있어서, 전동 차량(100)이 정차 직전의 상태라고 판정되는(S1701: "아니오") 것으로 한다. 이러한 경우에는, 전동 차량(100)이 정차 직전의 상태로 되고 나서, 회생 전력과 소비 전력이 동등해질 때까지의 사이, 즉, 방전 영역과 충전 영역의 경계에 도달할 때까지의 사이에, 규정 충전 전력량 Ws0만큼 배터리(2)에 충전되게 된다. 상술한 바와 같이, 전동 차량(100)이 정차 직전의 상태인 경우에는 SOC가 SOC 규정값 이하인, 즉, 배터리(2)의 빈 용량이 규정 충전 전력량 Ws0 이상이 되기 때문에, 모터 컨트롤러(14)는, 회생 제동을 개시한다(S805). 따라서, 본 실시 형태에 있어서는, 시각 t2로부터 회생 제동이 개시된다.
한편, 제1 실시 형태에 있어서는, 예를 들어 도 12의 (b)를 참조하면, 충전 영역으로부터 방전 영역으로 천이한 시각 tc로부터 회생 제동을 개시한다. 그 때문에, 제2 실시 형태에 있어서는, 제1 실시 형태에 있어서보다도, 회생 제동을 행하는 시간이 길다. 따라서, 배터리(2)의 잔량에 의존하지 않고 회생 제동에 의해 정차할 수 있는 데다가, 회생 제동이 행해지는 기회가 많아지기 때문에, 정차시의 가속 진동이나 변동을 더 억제할 수 있다.
또한, 도 17의 명령값 산출 처리에 있어서, 제1 실시 형태의 S801 내지 S803의 처리를 추가로 행함으로써, 배터리(2)의 과충전을 방지할 수 있다. 또한, 전동 차량(100)이 정차 직전 상태가 된 후에 더하여, 도 18 등에 나타낸 바와 같은 충전 전류 테이블에 있어서의 방전 영역에 있어서도 회생 제동을 행할 수 있게 되어, 더욱 회생 제동이 행해질 기회가 많아지기 때문에, 정차 시의 가속 진동이나 변동을 더 억제할 수 있다.
또한, 제2 실시 형태의 제어 장치인 모터 컨트롤러(14)에 의하면, 전동 차량(100)이 정차 직전의 상태로 되기 전에 있어서는, 배터리(2)의 빈 용량이 규정 충전 전력량 Ws 이상이 되도록, 배터리(2)의 충전이 제어된다. 그 때문에, 전동 차량(100)이 정지 직전의 상태가 될 때에는(S1701: "예"), 배터리(2)의 SOC는 SOC 규정값 이하가 되기 때문에, 회생 제동을 행해도(S805), 배터리(2)가 과충전되는 일은 없다.
제2 실시 형태에 있어서는, 이하의 효과를 얻을 수 있다.
제2 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치는, 전동 차량(100)이 정차 직전이 되면, 모터(1)에 의한 회생 제동력을 발생시켜 전동 차량(100)을 정차시키는 정차 제어를 개시한다(S1701: NO, S805). 이 정차 제어를 개시하고 나서 회생 전력과 전동 차량(100)에서 소비되는 소비 전력이 동등해질 때까지의 사이에, 배터리(2)에는 규정 충전 전력량 Ws0만큼 충전된다. 그래서, 정차 직전이 되는 상태로 될 때까지, 즉, 정차 제어를 개시할 때까지에 있어서, 배터리(2)의 빈 용량은 규정 충전 전력량 Ws0 이상이 되도록, 모터(1)에 의한 회생 제동력의 발생을 제어한다(S1701: "예", S1702).
이렇게 함으로써, 회생 전력과 전동 차량(100)에 있어서의 소비 전력이 동등해지는 시점에 있어서는, 배터리(2)는 규정 충전 전력량 Ws0만큼 충전되어 배터리(2)는 만충전 상태로 되기 때문에, 제1 실시 형태보다도 정차 상태에 있어서의 전동 차량(100)의 주행 가능 거리를 길게 할 수 있다. 또한, 회생 전력과 전동 차량(100)에 의해 소비되는 소비 전력이 동등해지기도 전부터 회생 제동을 행함으로써, 전동 차량(100)이 정차할 때까지의 사이에 회생 제동을 행하는 시간을 길게 할 수 있기 때문에, 한층 더 매끄럽게 정차할 수 있다.
(제3 실시 형태)
이어서, 제3 실시 형태의 제어 장치를 구비하는 전동 차량(100)에 대하여 설명한다. 제2 실시 형태에 있어서는, 규정 충전 전력량 Ws로서, 전동 차량(100)이 정차 직전의 상태로 되었을 때부터 정차할 때까지의 사이에 발생하는 회생 전력량이 미리 예측되어 있었다. 본 실시 형태에 있어서는, 전동 차량(100)의 주행 상태에 따라서, 충전 전력량 Ws가 예측되는 예에 대하여 설명한다.
제3 실시 형태의 전동 차량(100)의 구성은, 도 1에 도시한 제1 실시 형태의 전동 차량(100)과 동일한 구성이기 때문에, 구성에 관한 설명은 생략한다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 제1 실시 형태와 비교하면, 도 3, 도 5, 도 6, 도 7에 나타난 처리는 동일하고, 도 8의 명령값 산출 처리가 상이하다. 그 때문에, 이하에서는, 명령값 산출 처리에 대해서만 설명하고, 다른 처리의 설명은 생략한다.
도 19는, 제3 실시 형태에 있어서의 명령값 산출 처리를 나타내는 도면이다.
도 19에 나타내는 명령값 산출 처리는, 제1 실시 형태의 도 8에 나타난 명령값 산출 처리와 비교하면, S801 내지 S803이 삭제되고, S1901, S1902가 추가되었다.
스텝 S1901에 있어서는, 명령값 산출 블록(505)은, 제3 토크 목표값 Tm3 *과, 모터 회전 속도 ωm과, 도 20의 정차 회생 전력 테이블을 사용하여, 회생 제동을 개시하는 경우에 회생 전력과 소비 전력이 동등해지는 등전력 상태로 될 때까지 사이의 배터리(2)의 충전 전력량 Ws를 예측한다.
여기서, 도 20은, 모터 토크 명령값 Tm* 및 모터 회전 속도 ωm과, 충전 전력량 Ws를 대응시킨 충전 전력 테이블이다. 횡축은, 모터 회전 속도 ωm이 나타나 있고, 종축은, 모터 토크 명령값 Tm*가 나타나 있다. 또한, 본 실시 형태에 의한 전동 차량(100)의 주행 상태의 일례가 점선으로 나타나 있다. 또한, 도면 중의 충전 전력량 Ws는 일례이며, 이 값에 한정되지 않는다.
도 20에 있어서는, 회생 제동을 개시하는 경우에, 모터(1)의 회생 전력과 전동 차량(100)에 있어서의 소비 전력이 일치할 때까지의 사이, 즉, 충전 영역과 방전 영역의 경계에 도달할 때까지의 사이의 배터리(2)의 충전 전력량 Ws가 등전력량선을 사용하여 나타내어져 있다. 예를 들어, 전동 차량(100)의 모터 회전 속도 ωm 및 모터 토크 명령값 Tm에 의해 나타나는 장소가 200Wh의 등전력량선 상인 경우에는, 회생 제동을 개시하면, 회생 전력과 소비 전력이 일치할 때까지의 사이에 배터리(2)에 충전되는 전력량은 200Wh가 된다. 또한, 충전 영역과 방전 영역의 경계는, 0Wh의 등전력량선이 된다.
모터 컨트롤러(14)는, 이러한 도 20의 충전 전력 테이블에 있어서의 모터 토크 명령값 Tm* 및 모터 회전 속도 ωm의 참조 지점으로부터, 충전 전력량 Ws를 구한다. 또한, 참조 지점에 있어서 등전력량선이 존재하지 않는 경우에는, 예를 들어 참조 지점과, 참조 지점을 사이에 두는 2개의 등전력량선의 거리의 비율에 따라서, 충전 전력량 Ws를 예측해도 된다.
다시 도 19를 참조하면, 스텝 S1902에 있어서는, 명령값 산출 블록(505)은, 충전 전력량 Ws와, 배터리(2)의 빈 용량의 크기를 비교하여, 그 비교 결과에 따라서 모터(1)에 의한 회생 제동(S805) 또는 마찰 제동부(7)에 의한 마찰 제동(S804)을 선택한다.
충전 전력량 Ws가 배터리(2)의 빈 용량보다 큰 경우에는(S1902: "예"), 모터 컨트롤러(14)는, 회생 제동을 개시해버리면, 회생 전력과 소비 전력이 일치할 때까지의 사이의 충전 전력량 Ws가 배터리(2)의 빈 용량을 초과해버려, 배터리(2)가 과충전되어버릴 우려가 있다고 판단한다. 그래서, 모터 컨트롤러(14)는, 마찰 제동을 선택하여 S804로 진행한다.
한편, 충전 전력량 Ws가 배터리(2)의 빈 용량 이하인 경우에는(S1902: "아니오"), 모터 컨트롤러(14)는, 회생 제동을 개시해도 배터리(2)는 과충전되지 않고 적절하게 충전된다고 판단한다. 그래서, 모터 컨트롤러(14)는, 회생 제동을 선택하여 S805로 진행한다.
여기서, 도 20을 참조하여, 전동 차량(100)의 동작에 대하여 설명한다. 도 20에 있어서는, 평탄로를 주행하는 전동 차량(100)의 주행 상황이 점선을 사용하여 나타나 있다. 또한, 편의상, 배터리(2)의 빈 용량은 200Wh이며, 변화하지 않는 것으로 가정한다.
시각 t1에 있어서는, 충전 전력량 Ws는 300Wh이다. 따라서, 충전 전력량 Ws(300Wh)이 배터리(2)의 빈 용량(200Wh)보다도 크기 때문에(S1902: "예"), 모터 컨트롤러(14)는, 회생 제동을 개시해버리면, 배터리(2)가 과충전될 우려가 있다고 판단하여, 마찰 제동을 선택한다(S804).
시각 tc에 있어서는, 충전 전력량 Ws가 200Wh가 된다. 충전 전력량 Ws가 배터리(2)의 빈 용량(200Wh)과 동등해지기 때문에(S1902: "아니오"), 모터 컨트롤러(14)는, 회생 제동을 개시한다. 시각 tc보다 후에 있어서는, 회생 제동이 행해진다.
시각 t2에 있어서는, 전동 차량(100)은 정차 직전의 상태로 되고, 모터 토크 명령값이 되는 제3 토크 목표값 Tm3 *는, 외란 토크 추정값 Td(제로)로의 수렴을 개시한다. 그 때문에, 전동 차량(100)의 차속은 조금씩 제로로 수렴된다.
시각 t5에 있어서는, 전동 차량(100)은 완전히 정차한다.
제3 실시 형태에 있어서는, 이하의 효과를 얻을 수 있다.
제3 실시 형태의 전동 차량의 제어 장치인 모터 컨트롤러(14)는, 도 17의 명령값 산출 제어를 참조하면, 전동 차량(100)이 회생 제동을 개시한 경우에 모터(1)의 회생 전력과 전동 차량(100)의 소비 전력이 일치할 때까지의 사이에 배터리(2)에 충전되는 전력량인 충전 전력량 Ws를 산출한다(S1901). 그리고, 충전 전력량 Ws가, 배터리(2)의 빈 용량 이하가 되는, 즉, 배터리(2)의 빈 용량이 충전 전력량 Ws보다도 큰 경우에는(1902: "아니오"), 회생 제동을 선택한다(S805). 그 때문에, 회생 전력과 소비 전력이 일치할 때까지의 사이에, 배터리(2)의 빈 용량과 동등한 충전 전력량 Ws가 배터리(2)에 충전되게 된다.
도 19의 명령값 산출 처리의 S1902에서의 판정에 사용되는 배터리(2)의 빈 용량은 제로 또는 양의 값이다. 또한, 도 20의 충전 전류 테이블을 참조하면, 전동 차량(100)이 감속하여 충전 영역과 방전 영역의 경계에 도달할 때까지에, 충전 전력량 Ws가 제로로 수렴된다. 따라서, 전동 차량(100)이 정차할 때까지의 사이에 있어서, 반드시, 충전 전력량 Ws가 배터리(2)의 빈 용량을 하회하고, 회생 제동이 행해지게 된다. 따라서, 배터리(2)의 잔량에 상관없이 항상 회생 제동에 의해 전동 차량(100)이 정차하는 것에 더하여, 도 20의 충전 영역에 있어서 배터리(2)가 더 충전되고, 방전 영역으로 천이될 때에는 배터리(2)는 만충전 상태로 되기 때문에, 전동 차량(100)의 주행 가능 거리를 늘릴 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명했지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않고, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성에 한정하는 취지가 아니다.

Claims (8)

  1. 액셀러레이터 페달의 개방도에 따른 제동력을 발생시킴으로써 전동 차량을 감속시키는 전동 차량의 제어 장치이며,
    상기 전동 차량의 구동력 또는 회생 제동력을 발생하는 모터와,
    마찰 제동력을 발생하는 마찰 제동부와,
    상기 모터로부터의 회생 전력에 의해 충전되는 배터리와,
    상기 액셀러레이터 페달의 개방도에 따라서, 상기 모터 및 상기 마찰 제동부 중 적어도 하나를 제어하는 컨트롤러를 구비하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 배터리의 빈 용량으로부터 상기 배터리가 회생 가능한지 여부를 판단하고,
    상기 빈 용량으로부터 상기 배터리가 회생 가능하다고 판단된 경우에는, 상기 모터에 의한 회생 제동력을 발생시키고,
    상기 빈 용량으로부터 상기 배터리가 회생 가능하지 않다고 판단된 경우에는, 상기 모터에서의 토크 명령값과 회전 속도에 따라, 상기 배터리에 흐르는 충전 전류의 양음을 판단하여, 상기 충전 전류가 음이 되는 경우에, 상기 모터에 의한 회생 제동력을 발생시키는
    것을 특징으로 하는 전동 차량의 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 빈 용량으로부터 상기 배터리가 회생 가능하지 않다고 판단된 경우에서, 상기 전동 차량이 정지하는 직전의 상태에서, 상기 모터의 토크의 크기에 상관없이 상기 배터리가 방전되는 것에 의해 상기 충전 전류가 음이 되는 방전 영역의 상태인 경우에는, 상기 모터에 의한 회생 제동력을 발생시키는
    것을 특징으로 하는 전동 차량의 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 전동 차량의 주행 상황 및 상기 액셀러레이터 페달의 개방도에 따라서, 상기 회생 전력의 모두가 상기 전동 차량에서 소비되는지 여부를 판정하는
    것을 특징으로 하는 전동 차량의 제어 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 회생 전력과 상기 전동 차량에서 소비되는 소비 전력이 동등해질 때까지 상기 배터리에 충전되는 충전 전력량을 산출하고,
    상기 배터리의 빈 용량이 상기 충전 전력량보다도 큰 경우에는, 상기 모터에 의한 회생 제동력을 발생시키는
    것을 특징으로 하는 전동 차량의 제어 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 모터에 의한 회생 제동력을 발생시켜 상기 전동 차량을 정차시키는 정차 제어를 개시할 때까지에 있어서, 상기 배터리의 빈 용량이, 상기 정차 제어를 개시하고 나서 상기 회생 전력과 상기 전동 차량에서 소비되는 소비 전력이 동등해질 때까지의 사이에 상기 배터리에 충전되는 규정 충전 전력량 이상이 되도록, 상기 모터에 의한 회생 제동력의 발생을 제어하는
    것을 특징으로 하는 전동 차량의 제어 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 회생 전력과 상기 전동 차량에서 소비되는 소비 전력이 동등해지기 전에 상기 마찰 제동력을 발생시킴으로써,
    상기 회생 전력이 상기 전동 차량에서 소비된다고 판정한 경우에 상기 모터에 회생 제동을 행하게 하는 경우에, 상기 마찰 제동부의 응답성 지연을 보상하도록 상기 모터에 의한 회생 제동력을 제어하는
    것을 특징으로 하는 전동 차량의 제어 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 전동 차량에 작용하는 외란에 따라서 상기 전동 차량이 정차 상태를 유지하는 데 필요한 외란 토크 추정값을 산출하고,
    상기 전동 차량이 정차 직전의 상태에 있어서는, 상기 모터에서 발생하는 토크가 상기 외란 토크 추정값으로 수렴되도록 제어하는
    것을 특징으로 하는 전동 차량의 제어 장치.
  8. 액셀러레이터 페달의 개방도에 따라서 전동 차량의 구동력 또는 회생 제동력을 발생하는 모터와, 마찰 제동력을 발생하는 마찰 제동부와, 상기 모터로부터의 회생 전력에 의해 충전되는 배터리를 구비하는 전동 차량에 있어서, 상기 액셀러레이터 페달의 개방도에 따른 제동력을 발생시킴으로써 전동 차량을 감속시키는 전동 차량의 제어 방법이며,
    상기 배터리의 빈 용량으로부터 상기 배터리가 회생 가능한지 여부를 판단하는 판단 스텝과,
    상기 빈 용량으로부터 상기 배터리가 회생 가능하다고 판단된 경우에는, 상기 모터에 의한 회생 제동력을 발생시키는 회생 제동 스텝과,
    상기 빈 용량으로부터 상기 배터리가 회생 가능하지 않다고 판단된 경우에는, 상기 모터에서의 토크 명령값과 회전 속도에 따라, 상기 배터리에 흐르는 충전 전류의 양음을 판단하여, 상기 충전 전류가 음이 되는 경우에, 상기 모터에 의한 회생 제동력을 발생시키는
    것을 특징으로 하는 전동 차량의 제어 방법.
KR1020187005058A 2015-07-29 2015-07-29 전동 차량의 제어 장치 및 전동 차량의 제어 방법 KR102120290B1 (ko)

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PCT/JP2015/071539 WO2017017816A1 (ja) 2015-07-29 2015-07-29 電動車両の制御装置、および、電動車両の制御方法

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