(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクセル開度（θAP）を検出するアクセル開度センサ（Ｓ4 ）と、
モータ回転数（Ｎｍ）を検出するモータ回転数センサ（Ｓ3 ）と、
前記検出されたアクセル開度（θAP）及びモータ回転数（Ｎｍ）に基づいてモータ（１）の駆動トルク指令値及び回生トルク指令値を算出するトルク指令値算出手段（２１）と、
前記算出された駆動トルク指令値及び回生トルク指令値に基づいてモータ（１）を制御するトルク制御手段（２５）と
を備えた電動車両の制御装置において、
車両が降坂状態にあることを検出する降坂状態検出手段（２６）と、
降坂状態が検出されたときに前記回生トルク指令値を時間の経過とともに増加させる回生トルク指令値増加手段（２７）と
を備えたことを特徴とする電動車両の制御装置。
【請求項２】
降坂状態検出手段（２６）は、アクセル開度（θAP）が全閉であり、且つモータ回転数（Ｎｍ）が増加しているときに降坂状態を検出することを特徴とする、請求項１記載の電動車両の制御装置。
【請求項３】
回生トルク指令値の増加量は、モータ回転数（Ｎｍ）の変化率に応じて設定されることを特徴とする、請求項１又は２記載の電動車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、アクセル開度及びモータ回転数からモータのトルク指令値を算出し、このトルク指令値に基づいてモータの駆動／回生を制御する電動車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる電動車両では、アクセル開度が全閉であり且つモータ回転数が高いときにモータに所定の回生トルクを発生させることにより、内燃機関を駆動源とする車両のエンジンブレーキに相当する回生制動力を発生させる、所謂アクセル回生が行われる。
【０００３】
また、内燃機関を駆動源とする車両において、降坂時にオートマチックトランスミッションの変速段を制御することにより、エンジンブレーキによる制動力の大きさを制御するものも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電動車両は平坦路を走行する場合と降坂路を走行する場合とで回生制動力の大きさを変化させていないので、降坂時にバッテリの被充電能力に余裕があるにも関わらず充分な回生制動力を発生させることができなかった。その結果、車両の運動エネルギーがフットブレーキの使用により無駄に消費されてしまい、回生制動によるエネルギー回収が充分効果的に行われない問題があった。
【０００５】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、電動車両の降坂時に、回生制動によるエネルギー回収を効果的に行うことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１記載に記載された発明は、アクセル開度を検出するアクセル開度センサと、モータ回転数を検出するモータ回転数センサと、前記検出されたアクセル開度及びモータ回転数に基づいてモータの駆動トルク指令値及び回生トルク指令値を算出するトルク指令値算出手段と、前記算出された駆動トルク指令値及び回生トルク指令値に基づいてモータを制御するトルク制御手段とを備えた電動車両の制御装置において、車両が降坂状態にあることを検出する降坂状態検出手段と、降坂状態が検出されたときに前記回生トルク指令値を時間の経過とともに増加させる回生トルク指令値増加手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
また請求項２に記載された発明は、請求項１の構成に加えて、降坂状態検出手段は、アクセル開度が全閉であり、且つモータ回転数が増加しているときに降坂状態を検出することを特徴とする。
【０００９】
また請求項３に記載された発明は、請求項１又は２の構成に加えて、回生トルク指令値の増加量は、モータ回転数の変化率に応じて設定されることを特徴とする。
【００１０】
【作用】
請求項１の構成によれば、車両が降坂状態にあることが検出されると回生トルク指令値が増加し、モータは平坦路或いは登坂路を走行する場合に比べて大きな回生トルクを発生する。そして、このような車両の降坂時における回生トルク指令値の増加は、時間の経過と共に徐々に行われる。
【００１１】
請求項２の構成によれば、アクセル開度が全閉であるにも関わらずモータ回転数が増加するときに、車両が降坂状態にあることが検出される。
【００１３】
請求項３の構成によれば、急な降坂路でモータ回転数の変化率が大きいときには回生トルク指令値が大きく増加し、緩い降坂路でモータ回転数の変化率が小さいときには回生トルク指令値が小さく増加する。
【００１４】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【００１５】
図１〜図８は本発明の一実施例を示すもので、図１は電動車両の全体構成を示す図、図２は制御系のブロック図、図３は電子制御ユニットの回路構成を示すブロック図、図４はメインルーチンのフローチャート、図５は降坂補正ルーチンのフローチャート、図６はＫＲＥＧ  算出ルーチンのフローチャート、図７はＫＲＥＧ  の変化を示すグラフ、図８は回生トルクの変化を示すグラフである。
【００１６】
図１及び図２に示すように、四輪の電動車両Ｖは、三相交流モータ１のトルクがディファレンシャル２を介して伝達される駆動輪としての左右一対の前輪Ｗｆ，Ｗｆと、従動輪としての左右一対の後輪Ｗｒ，Ｗｒとを有する。電動車両Ｖの後部に搭載された例えば２２８ボルトのメインバッテリ３は、コンタクタ４，ジョイントボックス５，コンタクタ４及びパワードライブユニットを構成するインバータ６を介してモータ１に接続される。例えば１２ボルトのサブバッテリ７にメインスイッチ８及びヒューズ９を介して接続された電子制御ユニット１０は、モータ１の駆動トルク及び回生トルクを制御すべくインバータ６に接続される。サブバッテリ７をメインバッテリ３の電力で充電すべく、バッテリチャージャ１１及びＤＣ／ＤＣコンバータ１２が設けられる。
【００１７】
メインバッテリ３とインバータ６とを接続する高圧回路、即ちインバータ６の直流部には、その電流ＩＰＤＵ  を検出する電流センサＳ１  と、電圧ＶＰＤＵ  を検出する電圧センサＳ２  とが設けられており、電流センサＳ１  で検出したインバータ６の直流部の電流ＩＰＤＵ  及び電圧センサＳ２  で検出したインバータ６の直流部の電圧ＶＰＤＵ  は電子制御ユニット１０に入力される。また、モータ回転数センサＳ３  で検出したモータ回転数Ｎｍと、アクセル開度センサＳ４  で検出したアクセル開度θＡＰと、シフトポジションセンサＳ５  で検出したシフトポジションＰとが電子制御ユニット１０に入力される。
【００１８】
インバータ６は複数のスイッチング素子を備えおり、電子制御ユニット１０から各スイッチィング素子にスイッチング信号を入力することにより、モータ１の駆動時にはメインバッテリ３の直流電力を三相交流電力に変換して該モータ１に供給し、モータ１の被駆動時（回生時）には該モータ１が発電した三相交流電力を直流電力に変換してメインバッテリ３に供給する。
【００１９】
モータ１の低回転数側の領域においてインバータ６はＰＷＭ（パルス幅変調）制御され、ＰＷＭ制御のデューティ率が１００％に達した後の高回転数側の領域では所謂弱め界磁制御される。弱め界磁制御とは、モータ１の永久磁石が発生している界磁と逆方向の界磁が発生するように、モータ１に供給する一次電流に界磁電流成分を持たせるもので、全体の界磁を弱めてモータ１の回転数を高回転数側に延ばすものである。
【００２０】
次に、図３に基づいて電子制御ユニット１０の回路構成及び作用を説明する。
【００２１】
電子制御ユニット１０は、トルク指令値算出手段２１、目標電力算出手段２２、実電力算出手段２３、比較手段２４、トルク制御手段２５、降坂状態検出手段２６及び回生トルク指令値増加手段２７を備えており、比較手段２４及びトルク制御手段２５はフィードバック制御手段２８を構成する。
【００２２】
トルク指令値算出手段２１は、モータ回転数センサＳ３  で検出したモータ回転数Ｎｍと、アクセル開度センサＳ４  で検出したアクセル開度θＡＰと、シフトポジションセンサＳ５  で検出したシフトポジションＰとに基づいて、ドライバーがモータ１に発生させようとしているトルク指令値をマップ検索によって算出する。トルク指令値には駆動トルク指令値と回生トルク指令値とがあり、駆動トルク指令値はモータ１に駆動トルクを発生させる場合に対応し、回生トルク指令値はモータ１に回生トルクを発生させる場合に対応する。
【００２３】
また、目標電力算出手段２２は、トルク指令値算出手段２１で算出したトルク指令値とモータ回転数センサＳ３  で検出したモータ回転数Ｎｍとを乗算し、これを変換効率で除算することにより、モータ１に供給すべき、或いは回生によりモータ１から取り出すべき目標電力を算出する。目標電力は正値の場合と負値の場合とがあり、正の目標電力はモータ１が駆動トルクを発生する場合に対応し、負の目標電力はモータ１が回生トルクを発生する場合に対応する。
【００２４】
降坂状態検出手段２６は、モータ回転数センサＳ３  で検出したモータ回転数Ｎｍと、アクセル開度センサＳ４  で検出したアクセル開度θＡＰとに基づいて車両が降坂状態にあるか否かを検出する。回生トルク指令値増加手段２７は、車両が降坂状態にあることが検出されたとき、トルク指令値算出手段２１において算出した回生トルク指令値を増加させる。
【００２５】
一方、実電力算出手段２３は、電流センサＳ１  で検出したインバータ６の直流部の電流ＩＰＤＵ  と、電圧センサＳ２  で検出したインバータ６の直流部の電圧ＶＰＤＵ  とを乗算することにより、インバータ６に入力される実電力を算出する。目標電力と同様に、実電力にも正値の場合と負値の場合とがあり、正の実電力はモータ１が駆動トルクを発生する場合に対応し、負の実電力はモータ１が回生トルクを発生する場合に対応する。
【００２６】
目標電力算出手段２２で算出した目標電力と実電力算出手段２３で算出した実電力とはフィードバック制御手段２８の比較手段２４に入力され、そこで算出された目標電力と実電力との偏差に基づいてトルク制御手段２５がインバータ６をＰＷＭ制御或いは弱め界磁制御によりフィードバック制御する。その結果、実電力を目標電力に一致させるべくモータ１の運転状態が変更される。
【００２７】
上記作用を図４〜図６のフローチャートを参照しながら更に説明する。
【００２８】
先ず、図４のメインルーチンのステップＳ１及びステップＳ２でアクセル開度センサＳ４  及びモータ回転数センサＳ３  からアクセル開度θＡＰ及びモータ回転数Ｎｍを読み込み、次にステップＳ３で前記アクセル開度θＡＰ及びモータ回転数Ｎｍをパラメータとするマップ検索によりトルク指令値を算出する。前記トルク指令値はシフトポジションセンサＳ５  で検出したシフトポジションＰに応じて変化する。
【００２９】
続くステップＳ４では、車両が降坂状態にあることが検出された場合に、前記ステップＳ３で算出した回生トルク指令値を増加させる補正を行う。このステップＳ４の降坂補正については、後から図５及び図６のフローチャートに基づいて詳述する。
【００３０】
続くステップＳ５では、トルク指令値にモータ回転数Ｎｍを乗算し、これを変換効率で除算することにより目標電力を算出する。またステップＳ６では、電流センサＳ１  及び電圧センサＳ２  から読み込んだインバータ６の直流部の電流ＩＰＤＵ  及び電圧ＶＰＤＵ  を乗算して実電力を算出する。そして、ステップＳ７で目標電力が実電力以上であれば、ステップＳ８でデューティ率の指令値が増加され、更に必要に応じて弱め界磁量の指令値が増加される。一方、ステップＳ７で目標電力が実電力未満であれば、ステップＳ９でデューティ率の指令値が減少され、更に必要に応じて弱め界磁量の指令値が減少される。
【００３１】
而して、ステップＳ１０において、前記ステップＳ８，Ｓ９で決定されたデューティ率の指令値及び弱め界磁量の指令値に基づいて、実電力を目標電力に収束させるべくインバータ６を介してモータ１の出力トルクをフィードバック制御する。
【００３２】
次に、前記ステップＳ４のサブルーチンである降坂補正ルーチンを、図５のフローチャートに基づいて説明する。
【００３３】
先ず、ステップＳ１１において回生トルク指令値の最大値をマップ検索する。この回生トルク指令値の最大値は、メインバッテリ３の残容量及びモータ回転数Ｎｍに基づいて設定される。続いて、ステップＳ１２で補正係数ＫＲＥＧ  を算出する。補正係数ＫＲＥＧ  は０から１．０までの値をとるもので、その算出は後から図６のフローチャートに基づいて詳述する。
【００３４】
而して、ステップＳ１３において、前記回生トルク指令値の最大値と前記補正係数ＫＲＥＧ  とに基づいて、回生トルク指令値の補正を行う。即ち、マップ検索により算出した回生トルク指令値の通常値をＴＲＱＮＯＲ  とし、回生トルク指令値の最大値をＴＲＱＭＡＸ  とすると、補正後の回生トルク指令値ＴＲＱは、
ＴＲＱ＝（ＴＲＱＭＡＸ  −ＴＲＱＮＯＲ  ）×ＫＲＥＧ  ＋ＴＲＱＮＯＲ  
で与えられる。従って、ＫＲＥＧ  ＝１．０のときはＴＲＱ＝ＴＲＱＭＡＸ  となり、ＫＲＥＧ  ＝０のときはＴＲＱ＝ＴＲＱＮＯＲ  となる。
【００３５】
次に、前記ステップＳ１２のサブルーチンであるＫＲＥＧ  算出ルーチンを、図６のフローチャートに基づいて説明する。
【００３６】
先ず、ステップＳ２１において、モータ回転数Ｎｍが所定の基準値（例えば、１０００ｒｐｍ）を越えているか否かを判断し、モータ回転数Ｎｍが前記基準値以下の低速回転状態であれば、ステップＳ２２で補正係数ＫＲＥＧ  をＫＲＥＧ  ＝０に設定する。その結果、補正後の回生トルク指令値ＴＲＱはマップ検索した回生トルク指令値の通常値ＴＲＱＮＯＲ  そのものになり、回生トルク指令値の増加制御は行われない。これは、モータ回転数Ｎｍが低い低速走行状態では元々モータ１の回生起電力は小さいため、仮に回生トルク指令値を増加してもエネルギー回収効果の向上は期待できないためである。
【００３７】
さて、前記ステップＳ２１でモータ回転数Ｎｍが所定の基準値を越えていれば、ステップＳ２３でモータ回転数Ｎｍの平均値である平均Ｎｍを算出する。平均Ｎｍは、例えば過去の複数回のループで検出したモータ回転数Ｎｍを算術平均することにより求められる。
【００３８】
続くステップＳ２４でモータ１が回生中であり（即ち、トルク指令値が負であり）、ステップＳ２５で平均Ｎｍの変化量であるΔ平均Ｎｍ（即ち、今回の平均Ｎｍと前回の平均Ｎｍとの差）が正で車両が加速中であり、ステップＳ２６でΔ平均Ｎｍの絶対値である｜Δ平均Ｎｍ｜が所定値より大で車両の加速度が大きく、且つステップＳ２７でアクセル開度θＡＰが０（全閉）であれば、車両が降坂状態にあると判定する。
【００３９】
前記ステップＳ２４〜Ｓ２７の条件が全て成立して車両が降坂状態にあると判定されたとき、ステップＳ２８で補正係数ＫＲＥＧ  が既に最大値である１．０に達していれば、その補正係数ＫＲＥＧ  をＫＲＥＧ  ＝１．０にホールドする。次に、ステップＳ２９で第１タイマーｔＵＰがタイムアップして所定時間ＪＲＥＧＵＰ  が経過すれば、ステップＳ３０で補正係数ＫＲＥＧ  の変化量であるΔＫＲＥＧ  を算出する。ΔＫＲＥＧ  は平均Ｎｍの変化量であるΔ平均Ｎｍと比例関係にあり、Δ平均Ｎｍの増加に応じてリニアに増加するように設定される。
【００４０】
而して、ステップＳ３１で補正係数ＫＲＥＧ  にΔＫＲＥＧ  を加算した値を新たな補正係数ＫＲＥＧ  とし、ステップＳ３２で前記第１タイマーｔＵＰをセットする。従って、車両の降坂状態が継続すると所定時間ＪＲＥＧＵＰ  毎に補正係数ＫＲＥＧ  がΔＫＲＥＧ  ずつ増加し、補正後の回生トルク指令値ＴＲＱは回生トルク指令値の最大値ＴＲＱＭＡＸ  に向けて増加することになる。
【００４１】
一方、ステップＳ２４でモータ１が駆動中であるか（即ち、トルク指令値が正であり）、或いはステップＳ２５で平均Ｎｍの変化量であるΔ平均Ｎｍが負で車両が減速中であれば、ステップＳ３３に移行する。
【００４２】
ステップＳ３３で補正係数ＫＲＥＧ  が既に最小値である０に達していれば、その補正係数ＫＲＥＧ  をＫＲＥＧ  ＝０にホールドする。次に、ステップＳ３４で第２タイマーｔＤＯＷＮがタイムアップして所定時間ＪＲＥＧＤＯＷＮ  が経過すれば、ステップＳ３５で補正係数ＫＲＥＧ  の変化量であるΔＫＲＥＧ  を一定値に固定する。そしてステップＳ３６で補正係数ＫＲＥＧ  から前記ΔＫＲＥＧ  を減算した値を新たな補正係数ＫＲＥＧ  とし、ステップＳ３７で前記第２タイマーｔＤＯＷＮをセットする。
【００４３】
従って、補正係数ＫＲＥＧ  が０によりも大きい状態にあるとき、モータ１が回生状態から駆動状態に切り換わるか（ステップＳ２４参照）、或いは回生制動中の車両が減速状態になれば（ステップＳ２５参照）、所定時間ＪＲＥＧＤＯＷＮ  毎に補正係数ＫＲＥＧ  が一定のΔＫＲＥＧ  ずつ減少し、補正後の回生トルク指令値ＴＲＱは回生トルク指令値の通常値ＴＲＱＮＯＲ  に向けて減少することになる。
【００４４】
上記作用を図７及び図８を参照して纏めると、アクセル開度θＡＰが０であり、しかもモータ回転数Ｎｍの増加率が所定値を越えて車両が加速していれば、車両が降坂状態にあると判断して第１タイマーＴＵＰで計時される所定時間ＪＲＥＧＵＰ  が経過する毎にΔ平均Ｎｍに応じた（即ち、車両の加速度の大きさに応じた）ΔＫＲＥＧ  を補正係数ＫＲＥＧ  に加えてゆく。
【００４５】
これにより、回生トルク指令値は通常値ＴＲＱＮＯＲ  から最大値ＴＲＱＭＡＸ  に向けて階段状に増加するため、回生制動力が増加して車速が略一定に保持されるとともに、回生制動力の急変によるショックの発生が防止され、しかも車両の運動エネルギーが電気エネルギーとして効果的に回収される。更に、回生制動力の増加によりフットブレーキの使用頻度を減らすことができるので、運転者の操作負担を軽減するとともに、フットブレーキの寿命を延ばすことができる。
【００４６】
補正係数ＫＲＥＧ  が１．０になって回生トルク指令値が最大値ＴＲＱＭＡＸ  に達すると、回生トルク指令値は前記最大値ＴＲＱＭＡＸ  に固定されて過充電によるメインバッテリ３の損傷が防止される。
【００４７】
アクセルが開かれた場合、或いはモータ回転数Ｎｍの増加率が所定値を下回った場合には、回生トルク指令値は通常値ＴＲＱＮＯＲ  に向けて復帰するが、その際に回生トルク指令値が急激に減少してショックが発生しないように、第２タイマーＴＤＯＷＮで計時される所定時間ＪＲＥＧＤＯＷＮ  が経過する毎に補正係数ＫＲＥＧ  は一定のΔＫＲＥＧ  ずつ階段状に減少する。
【００４８】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００４９】
例えば、モータ回転数センサＳ３  はモータ回転数Ｎｍを直接検出するものに限定されず、車速や動力伝達系の各部の回転数からモータ回転数Ｎｍを間接的に検出するものであっても良い。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に記載された発明によれば、車両が降坂状態にあることを検出する降坂状態検出手段と、降坂状態が検出されたときに回生トルク指令値を増加させる回生トルク指令値増加手段とを備えたことにより、車両の降坂中に大きな回生トルクを発生させて車両の運動エネルギーを効果的に回収し、電動車両の走行可能距離を延長することができる。しかも、回生制動力の増加によってフットブレーキを使用頻度を減らし、運転者の操作負担の軽減とフットブレーキの寿命延長とを図ることができる。また特に回生トルク指令値が時間の経過とともに増加するので、回生制動力の急変によるショックの発生が防止される。
【００５１】
また請求項２に記載された発明によれば、アクセル開度が全閉であるにも関わらずモータ回転数が増加しているときに降坂状態を検出するので、車両の降坂状態を容易且つ確実に検出することができる。
【００５３】
また請求項３に記載された発明によれば、回生トルク指令値の増加量をモータ回転数の変化率に応じて設定することにより、降坂路の緩急に関わらず車速を略一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動車両の全体構成を示す図
【図２】制御系のブロック図
【図３】電子制御ユニットの回路構成を示すブロック図
【図４】メインルーチンのフローチャート
【図５】降坂補正ルーチンのフローチャート
【図６】ＫＲＥＧ  算出ルーチンのフローチャート
【図７】ＫＲＥＧ  の変化を示すグラフ
【図８】回生トルクの変化を示すグラフ
【符号の説明】
１          モータ
２１        トルク指令値算出手段
２５        トルク制御手段
２６        降坂状態検出手段
２７        回生トルク指令値増加手段
Ｓ３          モータ回転数センサ
Ｓ４          アクセル開度センサ
Ｎｍ        モータ回転数
θＡＰ        アクセル開度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0003554403.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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