(57)【要約】【課題】特別な勾配検出手段を設けることなく走行中に道路の勾配を判定できるようにした、電動車両の制御装置を提供する。【解決手段】電池４に蓄えられた電力を動力源とした駆動用のモータ６を備えた電動車両１０の制御装置であって、モータ６のモータ仕事量を積算して所定時間におけるモータ仕事量Pmを算出するモータ仕事量算出手段１Ａと、電池４からモータ６へ供給されてモータ６の作動に有効に使用される有効電力量を積算して前記所定時間における有効電力量Peを算出する有効電力量算出手段１Ｂと、前記の所定時間におけるモータ仕事量Pmと前記の所定時間における有効電力量Peとの比較に基づいて車両１０が走行している道路２０の勾配を判定する勾配判定手段１Ｃと、を備える。【選択図】図１
2016015814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池に蓄えられた電力を動力源とした駆動用の電動モータを備えた電動車両の制御装置であって、
前記電動モータのモータ仕事量を積算して所定時間におけるモータ仕事量を算出するモータ仕事量算出手段と、
前記電池から前記電動モータへ供給されて前記電動モータの作動に有効に使用される有効電力量を積算して前記所定時間における有効電力量を算出する有効電力量算出手段と、
前記の所定時間におけるモータ仕事量と前記の所定時間における有効電力量との比較に基づいて前記電動車両が走行している道路の勾配を判定する勾配判定手段と、を備える
ことを特徴とする、電動車両の制御装置。
【請求項２】
前記電動車両は、前記電池から出力される電力を交流電力に変換して前記電動モータに供給するインバータを備え、
前記有効電力量算出手段は、前記有効電力量を、前記インバータの効率と前記電動モータの効率とを用いて算出する
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】
発電機能を備えた前記電動モータの回生制動力を設定する回生設定手段を備え、
前記勾配判定手段は、前記の所定時間におけるモータ仕事量が前記の所定時間における有効電力量よりも大きいときには前記道路が下り勾配であると判定し、前記の所定時間におけるモータ仕事量が前記の所定時間における有効電力量以下のときには前記道路が下り勾配ではないと判定し、
前記回生設定手段は、前記勾配判定手段により前記道路が下り勾配であると判定されたときは、前記勾配判定手段により前記道路が下り勾配ではないと判定されたときよりも、前記回生制動力を高めに設定する
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。
【請求項４】
前記回生設定手段は、前記勾配判定手段により前記道路が下り勾配であると判定されたときは、前記の所定時間におけるモータ仕事量から前記の所定時間における有効電力量を減算した値が大きいほど前記回生制動力を高めに設定する
ことを特徴とする、請求項３記載の電動車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行中の道路の勾配について判定を行う、電動車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの車両において、道路の勾配に応じて車両の出力特性を変化させて走行フィーリングなどの向上を図ることが広く行われており、道路の勾配を検出するための技術が種々提案されている（例えば特許文献１及び２参照）。
【０００３】
特許文献１には、道路の勾配を検出するための専用のセンサ（勾配センサ）として振り子式のものが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、車両の駆動源を電動モータとする電気自動車に関する技術であって、電動モータの停止条件が解除されてから電動モータが再始動するまでの電動モータの回転速度の積算値を演算し、この積算値に基づいて道路の勾配状態を判定する技術が開示されている。この技術では、例えば上り坂で車両を発進させるような場合、ブレーキ操作が解除されると、車両が自重で後退して後退方向のモータ回転速度が検出されるので、このモータ回転速度の積算値に基づいて道路が上り坂であると判定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１２０１１８号公報
【特許文献２】特開２０１２−１０５４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されている振り子式の勾配センサでは、車両の加減速時には慣性力の影響を受けてしまうため、走行中に勾配を正確に検出できないおそれがある。また、専用の勾配センサを設けるためコストの増加を招いてしまう。
【０００７】
ところで、電気自動車をはじめとする電動モータを動力源として車輪を駆動する電動車両では、走行中に制動力を効かせる際、駆動輪の回転を利用して電動機で発電して電力を回生する制御（以下「回生制動制御」という）が行われることがある。
特許文献２では回生制動制御について何ら検討されていないが、特許文献２に記載の技術は、電動モータの停止条件が解除されてから電動モータが再始動するまでのモータの回転速度の積算値に基づいて道路の勾配を判定するものであるから、電動モータが一旦停止しないと勾配を判定することができない。そのため、走行中に道路の勾配の判定を行うことができず、ひいては回生制動制御を開始するに際し回生制動力を走行中の道路の勾配に応じて設定することができない。
そのため、特許文献２に記載の技術では、下り坂における回生制動制御時、下り坂でも平坦路と同程度の回生制動力しか得られないため十分に減速することができず、ドライバがブレーキペダルを踏み込んでブレーキ装置により減速することが予想される。この場合、ブレーキ装置による制動力は発電に寄与しないから、回生制動制御の効果を十分に発揮できないこととなる。
【０００８】
本発明は、上記のような課題に鑑み創案されたもので、特別な勾配検出手段を設けることなく走行中に道路の勾配を判定できるようにした、電動車両の制御装置を提供することを目的とする。
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明の電動車両の制御装置は、電池に蓄えられた電力を動力源とした駆動用の電動モータを備えた電動車両の制御装置であって、前記電動モータのモータ仕事量を積算して所定時間におけるモータ仕事量を算出するモータ仕事量算出手段と、前記電池から前記電動モータへ供給されて前記電動モータの作動に有効に使用される有効電力量を積算して前記所定時間における有効電力量を算出する有効電力量算出手段と、前記の所定時間におけるモータ仕事量と前記の所定時間における有効電力量との比較に基づいて前記電動車両が走行している道路の勾配を判定する勾配判定手段と、を備える。
【００１０】
（２）前記電動車両は、前記電池から出力される電力を交流電力に変換して前記電動モータに供給するインバータを備えることが好ましい。この場合、前記有効電力量算出手段は、前記有効電力量を、前記インバータの効率と前記電動モータの効率とを用いて算出することが好ましい。
【００１１】
（３）発電機能を備えた前記電動モータの回生制動力を設定する回生設定手段を備えることが好ましい。この場合、前記勾配判定手段は、前記の所定時間におけるモータ仕事量が前記の所定時間における有効電力量よりも大きいときには前記道路が下り勾配であると判定し、前記の所定時間におけるモータ仕事量が前記の所定時間における有効電力量以下のときには前記道路が下り勾配ではないと判定することが好ましい。さらに、前記回生設定手段は、前記勾配判定手段により前記道路が下り勾配であると判定されたときは、前記勾配判定手段により前記道路が下り勾配ではないと判定されたときよりも、前記回生制動力を高めに設定することが好ましい。
【００１２】
（４）前記回生設定手段は、前記勾配判定手段により前記道路が下り勾配であると判定されたときは、前記の所定時間におけるモータ仕事量から前記の所定時間における有効電力量を減算した値が大きいほど前記回生制動力を高めに設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電動車両の制御装置によれば、以下の効果が得られる。
車両が走行する道路に勾配があれば走行に応じて車両の位置エネルギが変化し、この位置エネルギの変化分がモータ仕事量（すなわち運動エネルギ）と有効電力量（すなわち電気エネルギ）との差として生じる。本制御装置は、これを利用してモータ仕事量と有効電力量とを比較することで、道路の勾配を判定することができる。そのため、走行抵抗の変化や加減速時などの走行状況の変化の影響を受けることなく、道路の勾配を判定することができる。
【００１４】
また、モータ仕事量や有効電力量は、電動車両において制御装置が従来から制御量として把握しているモータ回転速度などを使用して判定できるので、特別な検出装置を追加することなく道路勾配を判定することができる。
さらに、モータ仕事量と有効電力量との比較に基づいて道路の勾配についての判定を行うので走行中に当該判定を行うことができ、例えば回生制動を開始する際、回生制動力を道路の勾配に応じて設定するといった制御を実施することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態に係る制御装置が適用された電動車両を示す模式図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、一実施形態に係るモータ仕事量Pmの算出方法を説明するための模式図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、一実施形態に係る有効電力量Peの算出方法を説明するための模式図である。
【図４】一実施形態に係る制御装置における総合効率ηを取得するためのマップの一例である。
【図５】一実施形態に係る制御装置における道路勾配の判定原理を説明するための模式図である。
【図６】一実施形態に係る制御装置での回生制動力の補正量ΔTBを設定するためのマップの一例である。
【図７】一実施形態に係る制御装置で実施される勾配判定の手順を例示するフローチャートである。
【図８】一実施形態に係る制御装置で実施される回生制動制御の手順を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の実施形態の構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００１７】
［１．装置構成］
本実施形態に係る電動車両の制御装置について、図１〜図８を用いて説明する。
本実施形態に係る電動車両の制御装置は、図１に示す電動車両（以下、単に車両という）１０に適用される。なお、図１中において、太線は通信ラインであり、破線は電力ラインである。
【００１８】
この車両１０は、電動モータ６を駆動源とした電気自動車である。電動モータ６は、モータ（電動機）としての機能とジェネレータ（発電機）としての機能とを兼ね備えた電動発電機であり、インバータ５を介して電池４に接続される。電動モータ６がモータとして作動するときには、電池４に蓄えられた直流電力がインバータ５で交流電力に変換され、電動モータ６に供給される。電動モータ６で発生したモータ出力（モータ駆動力）は、例えばトランスアクスル（図示略）を介して駆動輪に伝達され、車両１０を駆動する。
【００１９】
また、車両減速時及び制動時には、電動モータ６はジェネレータとして作動し、発電駆動（回生駆動）される。このとき、駆動輪の回転による運動エネルギが電動モータ６に伝達され、交流電力に変換されることにより回生制動力を発生する。そして、この交流電力は、インバータ５で直流電力に変換された後、電池４に充電され、駆動輪の回転による運動エネルギが電気エネルギとして回収される。
【００２０】
電池４は、バッテリケース内に複数の電池モジュール（何れも図示略）が収容されて構成された二次電池（例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池といったエネルギ密度の高い蓄電装置）であり、電動モータ６に対して電力を入出力可能（充放電可能）に構成されている。つまり、電池４は、電動モータ６への駆動用の電力供給と、電動モータ６からの発電電力の充電とが可能である。
【００２１】
車両１０には、図示しないアクセルペダルの近傍にアクセル開度センサ７が設けられる。アクセル開度センサ７は、アクセルペダルの踏み込み操作量に相当するアクセル開度を検出するものであり、このアクセル開度はドライバの要求する出力の大きさ（要求出力）に対応する。つまり、ドライバの要求する出力が大きい場合（加速要求がある場合）は、ドライバによるアクセルペダルの踏み込み量は大きくなり、ドライバの要求する出力が小さい場合（定常走行や減速要求がある場合）は、アクセルペダルの踏み込み量は小さくなる。アクセル開度センサ７は、例えばドライバによるアクセルペダルの踏み込み操作量に応じた信号を出力する。アクセル開度センサ７で検出された情報は、後述のＥＶ−ＥＣＵ１へ伝達される。
車両１０には、この他にも、車速Vsを検出する車速センサやブレーキペダルの踏み込みを検出するブレーキセンサなど（何れも図示略）、種々のセンサが装備されており、これらのセンサで検出された各情報も、ＥＶ−ＥＣＵ１へ伝達される。
【００２２】
車両１０には、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit），ＭＰＵ（Micro Processing Unit）等のプロセッサ，ＲＯＭ（Read Only Memory），ＲＡＭ（Random Access Memory）等を集積した電子デバイスであるＥＶ−ＥＣＵ（Electric Vehicle - Electronic Control Unit）１が設けられる。ＥＶ−ＥＣＵ１は、車両１０に搭載される各種装置を統合制御する電子制御装置であり、車両１０に設けられた車載ネットワーク網の通信ラインに接続される。
【００２３】
この車載ネットワーク上には、ＥＶ−ＥＣＵ１の他に、電池４の管理や制御を実施するＢＭＵ（Battery Management Unit）２やインバータ５及び電動モータ６を制御するＭＣＵ（Motor Control Unit）３、図示しないブレーキ制御装置や空調制御装置といった電子制御装置も接続される。これらの電子制御装置も、ＥＶ−ＥＣＵ１と同様、ＣＰＵ（Central Processing Unit），ＭＰＵ（Micro Processing Unit）等のプロセッサ，ＲＯＭ（Read Only Memory），ＲＡＭ（Random Access Memory）等を集積した電子デバイスである。なお、ＥＶ−ＥＣＵ１は、他の電子制御装置よりも上位の電子制御装置であり、ここではＢＭＵ２及びＭＣＵ３を統括管理する機能を有する。
【００２４】
ＥＶ−ＥＣＵ１は、例えばアクセル開度センサ７から伝達されるアクセル開度や車速センサから伝達される車速Vsなどに基づいて、電動モータ６に発生させるトルク（すなわち要求トルクTr）を演算する機能を有し、演算した要求トルクTrに応じたトルク指令値をＭＣＵ３に出力する。
ＢＭＵ２は、電池４の電池電圧V，電池電流I，充電率，バッテリ温度などの様々な状態を監視（検出）し、検出した情報をＥＶ−ＥＣＵ１へ伝達する機能を有する。
【００２５】
ＭＣＵ３はインバータ５に接続されており、インバータ５を制御することで、電動モータ６の作動状態（モータとして作動させるか、ジェネレータとして作動させるか）、電動モータ６の出力トルク及び回生トルク（以下、これらを併せてモータトルクTともいう）、電動モータ６の回転速度N（以下、モータ回転速度Nという）などを制御する機能を有する。ＭＣＵ３は、ＥＶ−ＥＣＵ１から入力されたトルク指令値に基づいて、電動モータ６を駆動制御する一方、回生制動時に電動モータ６の発電電力を制御する。
【００２６】
また、ＭＣＵ３は、電動モータ６のモータ回転速度Nを制御しながらこの値を監視（検出）しており、モータ回転速度NをＥＶ−ＥＣＵ１に出力する機能を有する。なお、ここではＭＣＵ３が、電動モータ６のモータトルクTを監視せずオープンループ制御によりモータトルクTを制御するものとする。そのため、ここでは、ＭＣＵ３がトルク指令値に基づいて電動モータ６を制御することで、モータトルクTと要求トルクTrとは一致しているものして扱う。
【００２７】
［２．制御構成］
ここでは、ＥＶ−ＥＣＵ１において実施される勾配判定と、この勾配判定結果を用いた回生制動制御とを取り上げて説明する。勾配判定とは、車両１０が走行している道路の勾配についての判定である。また、回生制動制御とは、車両１０の走行中に制動力を効かせる際に、駆動輪の回転を利用して電動モータ６で発電して電力を回生する制御であり、ここでは勾配判定の結果に応じて回生トルク（以下、回生制動力という）の目標値を設定する。ＥＶ−ＥＣＵ１には、勾配判定と回生制動制御とを実施するための機能要素として、モータ仕事量算出手段１Ａ，有効電力量算出手段１Ｂ，勾配判定手段１Ｃ及び回生設定手段１Ｄを有する。以下、これらについて説明する。
【００２８】
［２−１．モータ仕事量算出手段］
モータ仕事量算出手段１Ａは、所定時間S［sec］における電動モータ６の仕事量（以下、モータ仕事量という）Pm［Wh］を算出するものである。モータ仕事量算出手段１Ａは、算出した所定時間Sにおけるモータ仕事量Pmを、勾配判定手段１Ｃに伝達する。
【００２９】
モータ仕事量算出手段１Ａは、概念的には、下式（１）に示すように、電動モータ６の仕事率pm［W］（以下、モータ仕事率pmともいう）を所定時間Sだけ時間積分して求める。この所定時間Sにおけるモータ仕事量Pmは、図２（ａ）の網点の面積に相当する。なお、モータ仕事率pmは、モータ回転速度N［rpm］及びモータトルクT［Nm］から、以下の式（２）で表される。
【００３０】
【数１】
2016015814.tif 000003
【００３１】
ただし、モータ仕事量算出手段１Ａは、実際には、下式（３）によりモータ仕事量Pmを上式（１）に近似して算出する。
つまり、図２（ｂ）に示すように、モータ仕事量算出手段１Ａは、所定時間Sが経過するまで、制御周期Δt［sec］（例えば10〜100［msec］）毎の仕事量（以下、周期モータ仕事量ともいう）ΔPm(i)を繰り返し求め、この周期モータ仕事量ΔPm(i)を積算することで、所定時間Sにおけるモータ仕事量Pmを算出する。
【００３２】
周期モータ仕事量ΔPm(i)は、モータ回転速度N(i)［rpm］，モータトルクT(i)［Nm］及び制御周期Δtから、以下の式（４）で表される。ここで、「ΔPm(i)」，「N(i)」及び「T(i)」の「i」は、モータ仕事量Pmの計算が開始されてから何回目の制御サイクルなのかを意味する。つまり、周期モータ仕事量ΔPm(i)とは、モータ仕事量Pmの計算が開始されてからｉ回目の制御サイクルにおける周期モータ仕事量を意味し、モータ回転速度N(i)とは、同計算が開始されてからｉ回目の制御サイクルにおけるモータ回転速度Nを意味し、モータトルクT(i)とは、同計算が開始されてからｉ回目の制御サイクルにおけるモータトルクTを意味する。例えば、「ΔPm(1)」は、同計算開始後の１回目の制御サイクルにおける周期モータ仕事量ΔPmを意味し、「N(2)」は、同計算開始後の２回目の制御サイクルにおけるモータ回転速度Nを意味する。
【００３３】
また、下式（３）におけるnは、所定時間Sに相当する制御サイクルの回数であって、制御サイクルがn回目に到達したときに所定時間Sが経過するような制御サイクルの回数である。
なお、ここでは制御周期Δｔを一定で考えているが、ＥＶ−ＥＣＵ１の制御負荷の変動に伴う制御周期Δｔの変動を考慮して、下式（４）によりΔPm(i)を算出する都度（つまり制御サイクル毎）、制御周期Δｔを読み込むようにしても良い。
【００３４】
【数２】
2016015814.tif 000004
【００３５】
［２−２．有効電力量算出手段］
有効電力量算出手段１Ｂは、所定時間S［sec］の電池電力量のうち電動モータ６の作動に有効使用される電力量（以下、有効電力量ともいう）Pe［Wh］を算出するものである。有効電力量算出手段１Ｂは、算出した所定時間Sにおける有効電力量Peを、勾配判定手段１Ｃに伝達する。なお、この所定時間Sは、モータ仕事量算出手段１Ａで時間積分される所定時間Sと同一である。
【００３６】
有効電力量算出手段１Ｂは、概念的には、下式（５）に示すように、電動モータ６の作動に有効使用される電力（以下、有効電力ともいう）pe［W］を所定時間Sだけ時間積分して求める。この所定時間Sにおける有効電力量Peは、図３（ａ）の網点の面積に相当する。有効電力peは、電池電圧V［V］，電池電流I［A］及び総合効率ηから、下式（６）で表される。電池電圧V及び電池電流Iは、何れも電動モータ６のモータトルクTを出力するのに必要な電圧及び電流であってＥＶ-ＥＣＵ１内で設定される設定値（ＥＶ-ＥＣＵ１の内部情報値）である。
【００３７】
総合効率ηは、モータ効率ηm及びインバータ効率ηiから、以下の式（７）で表される。モータ効率ηmは、モータ供給電力に対する、このモータ供給電力から電動モータ６のロス分を差し引いた電力の割合であり、インバータ効率ηiは、電池電力に対する、この電池電力からインバータ５のロス分を差し引いた電力の割合であるから、モータ効率ηmとインバータ効率ηiとを乗じた値である総合効率ηは、電池電力に対する、電動モータ６の作動に有効使用される電力の割合といえる。したがって、総合効率ηを使用して下式（６）で表される電力peは、上述の通り電池電力のうち電動モータ６の作動に有効使用される有効電力であり、この有効電力peの時間積分値である電力量Peは、上述の通り電動モータ６の作動に有効使用される有効電力量である。
【００３８】
【数３】
2016015814.tif 000005
【００３９】
有効電力量算出手段１Ｂは、ＥＶ−ＥＣＵ１に予め記憶されているマップや演算式等から、総合効率ηを求める。図４は、総合効率ηを求めるマップの一例であり、横軸をモータ回転速度N、縦軸をモータトルクTとするマップである。図４中の曲線は等効率曲線（総合効率ηの等しい点を連ねた曲線）であり右上にいくほど高効率の等効率曲線となっている。なお、括弧内に示すように横軸をモータ回転速度Nにかえて車速Vsを使用したマップを用いることもできる。この場合も、同様に右上にいくほど高効率の等効率曲線となる。
【００４０】
ここで、有効電力量算出手段１Ｂは、実際には、下式（８）により有効電力量Peを上式（５）に近似して算出する。つまり、図３（ｂ）に示すように、制御サイクルがn回目に到達して所定時間Sが経過するまでの間、制御周期Δt［sec］（例えば10〜100［msec］）毎の有効電力量（以下、周期有効電力量ともいう）ΔPe(i)を繰り返し求め、この周期有効電力量ΔPe(i)を積算することで、所定時間Sにおける有効電力量Peを算出する。
【００４１】
周期有効電力量ΔPe(i)は、電池電圧V(i)［V］，電池電流I(i)［A］及び制御周期Δtから、下式（９）で表される。ここで、「ΔPe(i)」，「V(i)」，「I(i)」及び「η(i)」の「i」は、有効電力量Peの計算が開始されてから何回目の制御サイクルなのかを意味する。つまり、周期有効電力量ΔPe(i)とは、有効電力量Peの計算が開始されてからｉ回目の制御サイクルにおける周期有効電力量ΔPｅを意味し、電池電圧V(i)とは、同計算が開始されてからｉ回目の制御サイクルにおける電池電圧Vを意味し、電池電流I(i)とは、同計算が開始されてからｉ回目の制御サイクルにおける電池電流Iを意味し、総合効率η(i)とは同計算が開始されてからｉ回目の制御サイクルにおける総合効率ηを意味する。また、下式（８）におけるnは、所定時間Sに相当する制御サイクルの回数であって、制御サイクルがn回目に到達したときに所定時間Sが経過するような制御サイクルの回数である。
【００４２】
なお、ここでは制御周期Δｔを一定で考えているが、ＥＶ−ＥＣＵ１の制御負荷の変動に伴う制御周期Δｔの変動を考慮して、下式（９）によりΔPe(i)を算出する都度、制御周期Δｔを読み込むようにしても良い。
【００４３】
【数４】
2016015814.tif 000006
【００４４】
なお、ＢＭＵ２では上述の通り電池電圧V及び電池電流Iを検出（監視）しているので、ＥＶ−ＥＣＵ１の内部情報値に代えてＢＭＵ２により検出された電池電圧検出値と電池電流検出値とを使用して、上式（８），（９）により有効電力量Peを算出するようにしても良い。ただし、この場合には、電動モータ６の他の電池負荷による電力消費がある場合には、この電力消費分の影響を排除する必要がある。
【００４５】
［２−３．勾配判定手段］
勾配判定手段１Ｃは、モータ仕事量算出手段１Ａ及び有効電力量算出手段１Ｂから伝達された情報に基づき、車両１０が走行している道路２０の勾配（以下、道路勾配ともいう）を判定するものである。すなわち、勾配判定手段１Ｃは、所定時間Sにおけるモータ仕事量Pmと所定時間Sにおける有効電力量Peとを比較して、これらの大小関係から車両１０が走行している道路２０が上り勾配であるか、下り勾配であるか、あるいは平坦路であるかを判定する。勾配判定手段１Ｃは、判定結果を回生設定手段１Ｄに伝達する。
【００４６】
勾配判定手段１Ｃによる勾配判定方法について図５を用いて説明する。
図５は、上り坂である道路２０を走行中の車両１０を模式的に示す図であって、Ａ地点に位置していた車両１０が、所定時間S［sec］だけ走行した後に、Ａ地点よりも高さ（以下、高低差ともいう）h［m］だけ高いＢ地点に到達したことを示している。
【００４７】
ここで、所定時間Sにおける、車両１０のモータ仕事量（すなわち運動エネルギ）Pm［Wh］と、有効電力量（すなわち電気エネルギ）Pe［Wh］と、車両１０の位置エネルギの変化分Ph［Wh］との関係は、下式（１０）で表される。また、位置エネルギの変化分Ph［Wh］は、車両重量M［kg］，重力加速度g［m/s2］及び高低差h［m］から、下式（１１）で表される。なお、高低差h［m］は、上り坂の場合を正の数、下り坂の場合を負の数とする。
【００４８】
【数５】
2016015814.tif 000007
【００４９】
道路勾配が0に近い場合（つまりＡ地点とＢ地点とで高低差hが略ゼロの平坦な道路２０を走行する場合）には、位置エネルギの変化分Phは0となるので、所定時間Sにおける、モータ仕事量Pmと有効電力量Peとは一致する。すなわち、車両１０の位置エネルギが変化しないことから、電気エネルギである有効電力量Peが全て運動エネルギである電動モータ６の仕事に変換される。
【００５０】
これに対し、勾配のある道路２０を走行する場合は、モータ仕事量Pmと有効電力量Peとには位置エネルギの変化分Phだけ差が生じる。
つまり、図５に示すように、車両１０が上り勾配の道路２０を走行する場合には、有効電力量Peは、モータ仕事量Pmに加えて、位置エネルギの変化分Ph（すなわち車両１０が高さhを上る仕事分）を賄わなければならない。上式（１０）はエネルギ保存の法則を表すもので常に成立するから、このように車両１０が上り坂を走行する場合、有効電力量Peはモータ仕事量Pmよりも位置エネルギの変化分Phだけ大きくなる。
【００５１】
一方、図５とは逆に車両１０が下り勾配の道路２０を走行する場合には、位置エネルギの変化分Phは車両１０の走行をアシストすることになるから、有効電力量Peは、モータ仕事量Pmから位置エネルギの変化分Phを差し引いた分を賄えばよい。上式（１０）は上述の通り常に成立するから、このように車両１０が下り坂を走行する場合、有効電力量Peはモータ仕事量Pmよりも位置エネルギの変化分Phだけ小さくなる。
【００５２】
そこで、勾配判定手段１Ｃは、有効電力量Peがモータ仕事量Pmよりも小さいときに（Pe＜Pm）、道路２０が下り勾配であると判定し、有効電力量Peがモータ仕事量Pm以上のときに（Pe≧Pm）、道路２０が下り勾配ではないと判定する。このときは、有効電力量Peがモータ仕事量Pmよりも大きいときに（Pe＞Pm）、道路２０が上り勾配ではあると判定し、有効電力量Peとモータ仕事量Pmとが等しいときに（Pe＝Pm）、道路２０が平坦路であると判定する。
なお、勾配判定手段１Ｃは、モータ仕事量Pmとして、上式（３）で得られた値に修正係数αを加算したものを使用しても良い。修正係数αは、道路勾配を精度よく判定するためもので、実験やシミュレーションに基づいて、例えば車種ごとに予め設定される。
【００５３】
また、位置エネルギの変化分Phによるモータ仕事量Pmの増減はモータ回転速度Nの増減として現れ、平坦路走行時に比べて、上り坂走行時にはモータ回転速度Nが低下し、下り坂走行時にはモータ回転速度Nが上昇する。このような道路勾配に応じて変化するモータ回転速度Nを使用して上式（３）及び（４）によりモータ仕事量Pmを算出することで、道路勾配に応じてモータ仕事量Pmを算出することができる。
【００５４】
［２−４．回生設定手段］
回生設定手段１Ｄは、電動モータ６がジェネレータとして作動するとき（アクセルペダルが解放されたとき）に、勾配判定手段１Ｃの判定結果に応じて回生制動力の目標値TBを設定し、この目標値TBをＭＣＵ３に出力するものである。これにより、勾配判定手段１Ｃにおける判定結果に応じて、回生制動力が制御される。
【００５５】
回生設定手段１Ｄは、勾配判定手段１Ｃから道路２０が下り勾配ではないという判定結果が伝達されたときに、回生制動力の目標値TBを、エンジンを駆動源とする車両におけるエンジンブレーキに相当する大きさ（以下、通常回生制動力ともいう）TB0に設定し、勾配判定手段１Ｃから道路２０が下り勾配であるという判定結果が伝達されたときに、通常回生制動力TB0よりも補正制動力ΔTBだけ高い値を回生制動力の目標値TBとして設定する。
【００５６】
ここで、補正制動力ΔTBは回生制動力の目標値TBを補正する補正量であり、固定値であっても良いし、モータ仕事量Pmと有効電力量Peとの差（＝Pm−Pe）が大きくなるほど、すなわち道路２０の下り勾配が急になるほど大きく設定しても良い。図６は、モータ仕事量Pmと有効電力量Peとの差に応じて補正制動力ΔTBを設定するためのマップの一例であり、前記の差の増加に応じて補正制動力ΔTBを連続的に（ここでは直線的に）増加させている。なお、モータ仕事量Pmと有効電力量Peとの差の増加に応じて補正制動力ΔTBを曲線状に連続的に増加させても良いし、段階的に増加させても良い。モータ仕事量Pmと有効電力量Peとの差に応じて補正制動力ΔTBを変更することで、道路勾配の大きさに合わせて回生制動力をきめ細かく設定することが可能となり、一層効果的にエネルギを回収することができる。
【００５７】
［３．フローチャート］
［３−１．勾配判定］
図７は、上記の勾配判定の手順を例示するフローチャートである。このフローは、車両１０の電源がオンのときに、ＥＶ−ＥＣＵ１内において所定の制御周期Δtで繰り返し行われる。
【００５８】
図７に示すように、ステップＳ１０においてＥＶ−ＥＣＵ１により車速Vsを含む各種センサ値が取得される。そして、ステップＳ１１において車速Vsが0を超えている（Vs＞0）か否かが判定され、車速Vsが0を超えていれば車両１０は走行中であるとして、ステップＳ１２に進み、以降のステップで道路勾配の判定が行われる。なお、ここでは車速Vs＞0の場合に車両１０が走行中であるとして、以降の判定ステップに進むが、車両１０の車速Vsが所定速度Vs0（ただしVs0＞0）よりも大きい場合に判定ステップに進むフローチャートにしてもよい。すなわち、ステップＳ１１において、Vs＞Vs0であるか否かを判定しても良い。
【００５９】
ステップＳ１２では、フラグFが0であるか否かが判定される。フラグFは、所定時間Sを計時するためのタイマがオフであるかオン（カウント中）であるかを識別するためのもので、フラグFが0のときはタイマがオフであることを示し、フラグFが1のときはタイマがオン（タイマカウント中）であることを示す。ステップＳ１２においてフラグFが0であるときは、ステップＳ１３でタイマのカウントをスタートさせ、ステップＳ１４でフラグFを1にセットした後、ステップＳ１５に進む。一方、ステップＳ１２においてフラグFがF＝1でありタイマが既にカウントを開始しているときは、ステップＳ１５に進む。
【００６０】
ステップＳ１５では、モータ仕事量算出手段１Ａにより今回の制御サイクルにおける周期モータ仕事量ΔPm(i)が算出されるとともに、有効電力量算出手段１Ｂにより今回の制御サイクルにおける周期有効電力量ΔPe(i)が算出される。
【００６１】
次いでステップＳ１６では、モータ仕事量算出手段１Ａにより、前回の制御サイクルにおけるモータ仕事量Pm(i-1)に前ステップで算出した今回の制御サイクルにおける周期モータ仕事量ΔPm(i)を加算した値が、今回の制御サイクルにおけるモータ仕事量Pm(i)として算出される。さらに、有効電力量算出手段１Ｂにより、前回の制御サイクルにおける有効電力量Pe(i-1)に前ステップで算出した今回の制御サイクルにおける周期有効電力量ΔPe(i)を加算した値が、今回の制御サイクルにおける有効電力量Pe(i)として算出される。
【００６２】
ステップＳ１７では、タイマのカウント時間tが所定時間S以上であるか否かが判定され、カウント時間tが所定時間S未満であればこのフローをリターンし、カウント時間tが所定時間S以上であればステップＳ１８に進む。したがって、タイマのカウントを開始してから所定時間Sが経過するまでの間に車速Vsが0にならなければ、ステップＳ１０〜Ｓ１６までの処理が繰り返し実行される。これにより、上式（３）で示すようにモータ仕事量Pmが周期モータ仕事量ΔPm (i)の積算値として算出されるとともに、上式（８）で示すように有効電力量Peが周期有効電力量ΔPe(i)の積算値として算出される。
【００６３】
ステップＳ１８〜Ｓ２２までの処理は、勾配判定手段１Ｃにより実行される。まず、ステップＳ１８では、ステップＳ１６において算出された所定時間Sにおけるモータ仕事量Pmが、同ステップで算出された所定時間Sにおける有効電力量Peよりも大きいか否かが判定される（モータ仕事量Pmと有効電力量Peとの比較が行われる）。モータ仕事量Pmが有効電力量Peよりも大きいときは（Pm＞Pe）、ステップＳ１９に進み、車両走行中の道路２０が下り勾配であると判定される。
【００６４】
一方、ステップＳ１８で、モータ仕事量Pmが有効電力量Pe以下のときは、ステップＳ２０に進み、モータ仕事量Pmが有効電力量Peよりも小さいか否かが判定される。モータ仕事量Pmが有効電力量Peよりも小さいときは（Pm＜Pe）、ステップＳ２１に進み、道路２０が上り勾配であると判定される。なお、ステップＳ２０において、モータ仕事量Pmが有効電力量Peよりも小さくないときは、モータ仕事量Pmと有効電力量Peとが等しいことになるため、ステップＳ２２に進み、道路勾配は略ゼロ（道路２０は平坦路）であると判定される。ステップＳ１９，Ｓ２１及びＳ２２での判定後は、ステップＳ２３へ進む。
【００６５】
ステップＳ２３ではフラグFが0にリセットされ、次にステップＳ２４に進んで積算値であるモータ仕事量Pm及び有効電力量Peがそれぞれ0にリセットされ、さらにステップＳ２５に進んでタイマがストップされるとともにリセットされ、このフローをリターンする。これらにより、次回以降の制御周期での勾配判定に備える。
【００６６】
なお、タイマのカウントを開始してから所定時間Sが経過するまでの間に車速Vsが0になった（車両１０が停止した）場合は、勾配判定は行われず、ステップＳ２３に進んでフラグFが0にリセットされるとともに、ステップＳ２４において、これまでの間に積算したモータ仕事量Pm及び有効電力量Peがリセットされる。そして、ステップＳ２５においてタイマカウントがストップされるとともにリセットされて、次回以降の制御周期での勾配判定に備える。
【００６７】
また、ここでは、図７のフローチャートには図示を省略しているが、車両電源がオフにされた時には、フラグF，モータ仕事量Pm，有効電力量Pe及びタイマがそれぞれリセットされるようになっている。
なお、車両電源がオフにされた時に、フラグF，モータ仕事量Pm，有効電力量Pe及びタイマの計時を不揮発性メモリに記憶させておいて、その後に車両電源がオンにされた時には、車両電源がオフにされた時の状態（車両電源がオフにされた時のフラグF，モータ仕事量Pm，有効電力量Pe及びタイマのカウント）から制御を再開させるようにしてもよい。
【００６８】
また、図７のフローチャートでは、車速Vsが0になるとフラグF，モータ仕事量Pm，有効電力量Pe及びタイマをリセットするようにしたが、車速Vsが0になってもフラグF，モータ仕事量Pm，有効電力量Pe及びタイマの値を保持するようにしても良い。
【００６９】
また、図７のフローチャートでは、周期モータ仕事量ΔPm(i)の積算によるモータ仕事量Pmの算出及び周期有効電力量ΔPe(i)の積算による有効電力量Peの算出を、タイマのカウント時間tが所定時間Sになるまで行うようにしたが、タイマによる計時に代えて、制御サイクルの回数をカウントしてこの回数が所定回数になるまで行うようにしても良い。
【００７０】
［３−２．回生制動制御］
図８は、回生制動制御の制御手順を例示するフローチャートである。このフローは、車両１０の電源がオンのときに、ＥＶ−ＥＣＵ１内において、図７のフローチャートと並行して所定の制御周期で繰り返し行われる。なお、本フローチャートの制御周期は、図７のフローチャートと同じ制御周期であっても良いし、異なる制御周期であっても良い。
【００７１】
先ず、ステップＳ３１でアクセル開度センサ７の検出結果に基づいてドライバがアクセルペダルを踏んでいるか否かが判定される。ドライバがアクセルペダルを踏んでいると判定されたときは、ステップＳ３６に進み、ＭＣＵ３によりアクセルペダルの踏込量に応じて電動モータ６の出力（モータトルクT）が制御され、このフローをリターンする。
【００７２】
一方、ステップＳ３１でアクセルペダルが踏み込まれていないと判定されたときは、電動モータ６がジェネレータとして作動するとき（すなわち回生制度制御が行われるとき）であるとして、ステップＳ３２に進む。ステップＳ３２，Ｓ３３，Ｓ３４及びＳ３７までの処理は、回生設定手段１Ｄにより実行される。まず、ステップＳ３２では、勾配判定手段１Ｃから伝達された勾配判定結果が取得される。勾配判定結果は、図７のフローチャートのステップＳ１９，Ｓ２１及びＳ２２で判定されたものである。
【００７３】
ステップＳ３３では、前ステップで取得した勾配判定結果から、道路２０が下り勾配であるか否かが判定される。道路２０が下り勾配である場合は、ステップＳ３４に進んで、回生制動力の目標値TBが通常回生制動力TB0よりも補正制動力ΔTBだけ高い値に設定される。なお、ここでは補正制動力ΔTBが一定値であるものとするが、補正制動力ΔTBを可変値とする場合には、図７のフローチャートで積算されたモータ仕事量Pmと有効電力量Peとの差を取得し、これを例えば図６のマップに適用して補正制動力ΔTBを取得すればよい。
【００７４】
ステップＳ３３において、道路２０が下り勾配ではないと判定された場合は、ステップＳ３７に進んで、回生制動力の目標値TBが通常回生制動力TB0に設定される。そして、ステップＳ３５において、ステップＳ３４又はＳ３７で設定された回生制動力の目標値TBが、ＥＶ−ＥＣＵ１からＭＣＵ３に出力され、回生制動力がこの目標値TBになるように、ＭＣＵ３によって電動モータ６の作動が制御される。
【００７５】
［４．効果］
（１）上述の制御装置では、モータ仕事量Pmと有効電力量Peとを比較することで、道路２０の勾配を判定するため、走行抵抗の変化や加減速時などの走行状況の変化の影響を受けることなく、道路勾配を判定することができる。これは、道路２０が平坦路であれば、モータ仕事量（すなわち運動エネルギ）Pmと有効電力量（すなわち電気エネルギ）Peとが一致するのに対し、道路２０に勾配があれば走行に応じて車両１０の位置エネルギが変化することから、モータ仕事量Pmと有効電力量Peとに差が生じるためである。
【００７６】
また、モータ仕事量Pmや有効電力量Peは、電動車両１０に搭載される各種制御装置が従来から制御量又は検出値として把握しているモータトルクTや、電池電圧Vや、電池電流Iや、モータ回転速度Nなどを使用して算出できるので、特別な検出装置を装備することなく道路２０の勾配を判定することができる。
【００７７】
さらに、モータ仕事量Pmと有効電力量Peとの比較に基づいて道路勾配についての判定を行うので、走行中に当該判定を行うことができる。これにより、走行中に回生制動を開始する場合、回生制動力を道路２０の勾配に応じて設定することが可能となる。
【００７８】
また、道路勾配の判定に使用するモータ仕事量Pmや有効電力量Peを、微小時間における仕事量である周期モータ仕事量ΔPm(i)や、微小時間における有効電力量である周期有効電力量ΔPe(i)を所定時間Ｓだけ積算して算出しているので、モータ仕事量や有効電力量の突発的な変動に過剰に反応することなく、道路勾配を精度よく判定することができる。
【００７９】
（２）上述の制御装置では、インバータ５の効率ηiと電動モータ６の効率ηmとに基づいて決定される総合効率ηを使用して有効電力量Peを演算するので、有効電力量Peを精度よく算出することができ、ひいては有効電力量Peを使用して行われる道路勾配を精度よく判定することができる。
【００８０】
（３）上述の制御装置によれば、勾配判定手段１Ｃにより道路２０が下り勾配であると判定されたときは、平坦路であると判定されたときよりも回生制動力を増大させることで、効率よくエネルギを回収することができる。また、勾配判定手段１Ｃによる判定結果を用いて適切に回生制動力を制御することができるため、ブレーキ装置による制動力を最小限に抑えることができる。
【００８１】
（４）上述の制御装置によれば、回生設定手段１Ｄは、勾配判定手段１Ｃによってモータ仕事量Pmが有効電力量Peよりも大きいと判定されたとき（すなわち走行中の道路２０が下り坂と判定されたとき）は、モータ仕事量Pmが有効電力量Pe以下であると判定されたとき（すなわち走行中の道路２０が平坦路又は上り坂と判定されたとき）よりも、回生制動力を高めに設定することができる。したがって、運動エネルギを効率よく電気エネルギとして回収することができる。また、下り坂を走行中に十分な回生制動力を得られないことからドライバがブレーキペダルを踏み込んでブレーキ装置により制動力を発生させることを抑制でき、この点でも回生制動により運動エネルギを効率よく電気エネルギとして回収することができる。
【００８２】
［５．その他］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
上記実施形態では、本発明の制御装置を、電動モータ６を駆動源とした電気自動車に適用した例を説明したが、本発明の制御装置は、電動モータ６とともにエンジンを備えたハイブリッド自動車にも適用可能である。すなわち、ハイブリッド自動車であっても、エンジンを使用せず電池の充電電力を用いて電動モータの駆動力のみで走行する場合（いわゆるＥＶ走行モード）であれば、本制御装置によって勾配判定を行うことができる。
【００８３】
また、有効電力量Peの算出に使用する総合効率ηをモータトルクTとモータ回転速度Nとに応じて設定するようにしたが、簡易的に１またはその他の値で固定値としても良い。
また、上記実施形態では、総合効率ηをマップから求めたが、上述したように総合効率ηはモータ効率ηmとインバータ効率ηiとの積であるから、モータ効率ηmとインバータ効率ηiとを別々のマップから各々求めるようにしても良い。
【００８４】
また、上記実施形態では、道路勾配の判定に、周期モータ仕事量ΔPm(i)の積算値であるモータ仕事量Pmと、周期有効電力量ΔPe(i)の積算値である有効電力量Peとを用いて、これらを比較しているが、周期モータ仕事量ΔPmと周期有効電力量ΔPeとの比較により道路勾配を判定しても良い。すなわち、周期モータ仕事量ΔPmのほうが有効電力量ΔPeよりも大きければ道路２０が下り勾配であると判定し、そうでなければ下り勾配ではないと判定しても良い。
【００８５】
また、モータ仕事率（＝2π×モータ回転速度N×モータトルクT）と有効電力（＝電池電力V×電池電流I×総合効率η）との比較により道路勾配を判定しても良い。すなわち、モータ仕事率のほうが有効電力よりも大きければ道路２０が下り勾配であると判定し、そうでなければ下り勾配ではないと判定しても良い。この場合、上記実施形態よりも道路勾配の判定ひいては回生制動制御の応答性を向上させることができる。
さらには、モータ仕事率の積算値と有効電力の積算値との比較により道路勾配を判定しても良い。すなわち、モータ仕事率の積算値のほうが有効電力の積算値よりも大きければ道路２０が下り勾配であると判定し、そうでなければ下り勾配ではないと判定しても良い。
【符号の説明】
【００８６】
１  ＥＶ−ＥＣＵ（制御装置）
１Ａ  モータ仕事量算出手段
１Ｂ  有効電力量算出手段
１Ｃ  勾配判定手段
１Ｄ  回生設定手段
２  ＢＭＵ
３  ＭＣＵ
４  電池
５  インバータ
６  電動モータ
７  アクセル開度センサ
１０  車両（電動車両）
２０  道路
Pm  所定時間におけるモータ仕事量
Pe  所定時間における有効電力量
【図１】
2016015814.tif 000008
【図２】
2016015814.tif 000009
【図３】
2016015814.tif 000010
【図４】
2016015814.tif 000011
【図５】
2016015814.tif 000012
【図６】
2016015814.tif 000013
【図７】
2016015814.tif 000014
【図８】
2016015814.tif 000015