JPH06101882B2

JPH06101882B2 - 電気自動車の制動制御装置

Info

Publication number: JPH06101882B2
Application number: JP23422985A
Authority: JP
Inventors: 正人横田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1985-10-18
Filing date: 1985-10-18
Publication date: 1994-12-12
Anticipated expiration: 2009-12-12
Also published as: JPS6295903A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は電気自動車の制御装置、特に機械ブレーキとモ
ータを用いた電気的ブレーキとを併用して電気自動車を
制動制御する装置の改良に関する。

［従来の技術］従来より、電気自動車の制動は、機械ブレーキと、駆動
用モータの回生制動を利用した電気ブレーキとを組み合
わせて行われている。

ところで、このような電気ブレーキとして電気自動車の
回生制御する方法には、従来より内燃機関型のエンジン
ブレーキと同様の制動力をモータに与える第１の方法
と、ブレーキペダルの踏込み量に応じてモータに制動力
を与える第２の方法とが知られている。

前記第１の方法によれば、内燃機関型のエンジンを搭載
した自動車ではアクセル踏込み量が最小値付近でエンジ
ンブレーキがかかることに着目し、電気自動車において
もこのブレーキに相当するものとして、アクセルペダル
の踏込み量が最小値のとき自動車駆動用モータを回生さ
せその制動を行っているため、通常の内燃機関型の自動
車と同様のブレーキ特性を得ることができる。

これに対し、前記第２の方法によれば、ブレーキペダル
の踏込み量に応じモータの回生制動力を順次高めていく
ため、自動車制動時における機械ブレーキの負担を大幅
に軽減することが可能となる。

［発明が解決しようとする問題点］しかし、一般に電気自動車に用いられる電動モータは、
その回転数が小さくなるに従い発電電圧が低下し、特に
モータ回転数が０付近の近停止領域においては、モータ
発電電圧が低くなり過ぎ、回生制動を行うことが不可能
となる。

この結果、この従来の装置では、電気自動車走行中にブ
レーキペダルの踏込みを開始すると、モータ回転数が近
停止領域以上である場合には機械ブレーキと回生制動を
利用した電気ブレーキとが連動して動作し、両者の制動
力の和を以て良好な制動を行うことができるが、その制
動が進みモータの回転数が近停止領域まで低下すると、
前述したように回生制動を利用した電気ブレーキ力が機
能せず、機械ブレーキのみが機能する状態となるため、
トータルの制動力が急減し、ブレーキ操作フィーリング
が極めて悪化するという問題があった。

また、このような近停止領域におけるブレーキ操作フィ
ーリングの悪化を防止するために、機械ブレーキに倍力
装置を設け、モータの回転数が近停止領域まで低下した
際この倍力装置を作動させブレーキの制動力を高めるこ
とも可能であるが、このように倍力装置を設けると装置
全体が複雑かつ高価なものとなるという問題が発生す
る。

発明の目的本発明は、このような従来の課題に鑑み為されたもので
あり、その目的は、ブレーキ操作に応じてモータに制動
力を与え電気ブレーキを機能させる装置において、モー
タの近停止領域においても電気ブレーキを機能させ、良
好なブレーキ操作フィーリングを得ることの可能な電気
自動車の制御装置を低することにある。

［問題点を解決するための手段］前記目的を達成するために、本発明の装置は、アクセルセンサ（20）と、ブレーキセンサ（22）と、駆
動用のモータ回転数センサ（24）と、制動制御回路（10
0）とを有する電気自動車の制動制御装置であって、制動制御回路（100）は、アクセルセンサ、ブレーキセ
ンサおよび回転数センサの出力を入力して、モータの加
減速の指令値である第１の出力トルク指令信号を演算
（26;100）し、この第１の出力トルク指令信号が負であ
ることをもってモータが回生制動運転状態にあることを
判別（30;200）し、モータの回転数が所定回転数以下で
あることをもって近停止領域であることを判別（32;30
0）し、回生制動運転状態であり、かつ近停止領域でな
いときは、第１の出力トルク指令信号に基づき回生制動
を行うモータの出力トルクを制御する信号を出力（28;3
00）し、回生制動運動状態であり、かつ近停止領域のと
きは、モータの回転数を零とするようにモータにその回
転方向とは逆向きの駆動力をPI制御により発生させるた
めの第２の出力トルク指令信号を演算（34;400、500、6
00）し、第１の出力トルク指令信号の大きさが第２の出力トルク
指令信号の大きさを上回っている場合には、第２の出力
指令信号に基づいてモータの回転数が零になるようにモ
ータの出力トルクを制御し、上回っていない場合には、
第１の出力トルク指令信号に基づき、減速時に回生制動
を行うモータの出力トルクを制御する信号を出力（28;7
00）し、かつ機械制動に組み合わせることを特徴とす
る。

また、本発明において、制動制御回路（100）は、k₁を
定数、ω_rを回転数センサから得られるモータの回転角
速度、Δｔを微小時間、T_pを第２の出力トルク指令信
号、Ｐ＝k₁・ω_r、Ｉ＝Ｐ＋ω_r・Δｔであるとすると
き、第２の出力トルク指令信号T_pを次式、 T_p＝−（Ｉ＋Ｐ）に基づき演算するよう形成することが好ましい［作用］本発明は以上の構成から成り、次にその作用を説明す
る。

まず、電気自動車が走行している場合には、少なくとも
アクセルセンサ、ブレーキセンサの検出出力に基づき、
電気自動車を加減速制御するための第１の出力トルク指
令信号が演算され、この指令信号に基づきモータの出力
トルクが制御される。

ここにおいて、この第１の出力トルク指令信号は、ブレ
ーキペダルが踏込み操作された場合には、その踏込み量
に応じてモータを回生制動するよう負の値に演算され
る。

従って、本発明によれば、電気自動車走行中にブレーキ
ペダルを踏込み操作すると、機械ブレーキのみならず、
モータを回生制動することにより電気ブレーキが機能
し、これら機械ブレーキ及び電気ブレーキ双方の制動力
によって電気自動車の制動が良好に行われ、モータの回
転を低下させる。

本発明の特徴的事項は、モータ回転数が近停止領域にあ
るときに、ブレーキが操作されることによりモータが回
生制動運転状態になった場合に、モータ回転数を零にPI
制御するための第２の出力トルク指令信号を演算し、第
１の出力トルク指令信号が前記第２の出力トルク指令信
号を上回った場合に、この第２の出力トルク指令信号に
基づいてモータの出力トルクを制御することにある。

従って、本発明によれば、モータが近停止領域以上の回
転数で運転されている場合に、ブレーキが踏込み操作さ
れた場合は、従来と同様にモータの回生制動力を用いた
電気ブレーキが働き、またモータが近停止領域で運転さ
れている場合にブレーキが踏込み操作されると、PI制御
によりモータ回転数がＯとなるよう電気ブレーキが働く
こととなる。

このように、本発明によれば、従来電気ブレーキが働か
なかった近停止領域においても、機械的ブレーキとモー
タを逆方向の出力トルクを発生させる制動を利用した電
気ブレーキを用いて電気自動車の制動を行うことがで
き、従来装置に比し、ブレーキの操作フィーリングを良
好なものとすることが可能となる。

特に、本発明においては、モータの近停止領域におい
て、モータ回転数が０となるようモータをその回転方向
と逆向きの出力トルクを発生させるように制御するた
め、例えば登り坂道等においてブレーキを踏み込んだ場
合においても、電気ブレーキを良好に機能させることが
可能となる。

例えば、登り坂道などを車両が走行している場合にブレ
ーキを踏み込むと、タイヤと路面との間に発生する制動
力は負の方向に働くが、車両停止状態においてブレーキ
を踏み込むとその制動力は走行中とは逆に後退方向に対
して逆の方向、すなわち前進方向である正の方向に働く
こととなる。

すなわち、車両用のブレーキは、必要に応じて負の方向
のみならず正の方向にも制動力を発揮するよう形成する
ことが必要とされる。

しかし、通常の電気ブレーキでは、単にモータを回生制
動することによってのみしか制動力を得ることができな
いため、発生する制動力は常に負の方向に働き、前述し
たように電気自動車が登り坂道で停止している場合に
は、ブレーキの機能を果たさないことになる。

これに対し、本発明の装置によれば、電気自動車のモー
タが近停止領域で回転している場合には、モータ回転数
を０とするようモータをPI制御しているため、この状態
においてモータを正転又は逆転駆動するいずれの力に対
してもこれを阻止する方向へ制動力が与えられることと
なり、この結果、前述したように電気自動車を登り坂道
などで停車している場合においても電気ブレーキを良好
に機能させることが可能となる。

［実施例］次に本発明の好適な実施例を図面に基づき説明する。

第１図には本発明に係る電気自動車の制御装置の好適な
実施例が示されており、第２図にはその動作を示すフロ
ーチャートが示されている。

実施例の装置は、電気自動駆動用のモータ10及びバッテ
リ電源12を含み、インバータ又はチョッパからなる電流
制御回路14を用いバッテリ電源12から供給される電流を
制御し、モータ10を駆動するよう形成されている。

一般に、このような電気自動車では、アクセルを踏込み
操作することにより電気自動車を加速するようモータ10
が制御され、またブレーキを踏込み操作することにより
電気自動車を減速するよう機械ブレーキ及び回生制動を
利用した電気ブレーキが作動するよう形成されている。

本実施例においては、このような加減速制御を行うため
アクセル踏込み量Apを検出するアクセルセンサ20と、ブ
レーキ踏込み量Bpを検出するブレーキセンサ22及びモー
タ回転数Ｎを検出する回転数センサ24が設けられてお
り、これら各センサの検出出力は第１のトルク演算回路
26へ向け出力されている。

そして、この第１のトルク演算回路26は、ステップ100
に示すごとく、アクセルの踏込み量Apブレーキの踏込み
利用Bp、及びモータ回転数Ｎに応じて、電気自動車を加
減速制御するための第１の出力トルク指令信号T_Mをモー
タ制御回路28へ向け演算出力し、モータ10の出力トルク
をこの第１の出力トルク指令信号T_Mに基づき制御する。

このようにすることにより、モータ10はアクセルペダル
を踏込み操作した場合にはその出力トルクが増大するよ
う制御され、またブレーキペダルを踏込み操作した場合
には電気ブレーキとして機能するよう回生制御される。

本発明において、前記第１のトルク演算回路26の演算に
用いられる演算式は、電気自動車に要求される特性及び
性能に応じて任意に設定することが可能であり、実施例
においては、次式に基づき第１の出力トルク指令信号T_Mの演算を行ってい
る。ここにおいて、a,b,α，βは任意の値に設定された
正の定数である。

前記第１式からも明らかなように、本実施例の装置で
は、アクセルの踏込み量Apが増大するとモータの10の出
力トルクT_Mが増加し、またブレーキの踏込み量Bpが増大
するとモータ10の出力トルクT_Mが負の値となり回生制動
を利用した電気ブレーキとして機能することが理解され
る。

ところで、前述したように、このような電気自動車で
は、ブレーキペダルを踏込み操作すると機械ブレーキに
連動してモータ10が回生制御され電気ブレーキとして機
能する。このようなモータ10の回生制御は、モータ10の
回転数が高い場合には良好に行われるが、モータ10の回
転数が０付近の近停止領域まで低下すると、その発生電
圧が著しく減少し、回生制御を行うことができない状態
となる。

このため、従来の電気自動車では、ブレーキペダルを踏
込み操作した場合に、ある一定の回転数以上では機械ブ
レーキと同時に電気ブレーキが作動し良好な制動を行う
ことができるが、モータ10の回転数が近停止領域まで低
下した場合には回生制動を利用した電気ブレーキが機能
し得ず、良好なブレーキ操作フィーリングを得ることが
できないという問題があった。

本発明の特徴事項はモータ10の回転数が近停止領域にあ
る場合においても、モータの回転数を零とするようにモ
ータの回転方向とは逆方向の出力トルクを発生させるこ
とにより電気ブレーキを機能させ良好なブレーキ操作フ
ィーリングを得ることを可能としたことにある。

このため、本発明の装置は、第１の出力トルク指令信号
T_Mに基づきモータ10が回生制動運転状態にあることを検
出する回生制動検出回路30と、回転数センサ24の検出出
力Ｎに基づきモータ10の回転数が０付近の近停止領域に
あることを検出する停止領域検出回路32と、を含む。そ
して、これら検出回路30及び32の検出出力を第２のトル
ク演算回路34へ向け出力している。

実施例において、前記回生制動検出回路30は、ステップ
200に示すごとく、第１の出力トルク検出信号T_Mが負の
値なることを以てモータ10が回生制動運転状態にあると
判別するよう形成されており、また停止領域検出回路32
は、ステップ300に示すごとく、予め０付近に基準回転
数Np（但し、Np＞０）を設定しておき、回転数センサ24
の検出回転数Ｎがこの基準回転数Np以下となった場合に
モータ10の回転数が近停止領域にあると判別するよう形
成されている。

そして、第２のトルク演算回路34は、モータ10が回生制
動状態で運転され、しかもその回転数Ｎが近停止領域に
あることが検出された場合に、ステップ400〜600に示す
ごとく、モータ10の回転数Ｎを０にするように、モータ
の回転方向とは逆方向の出力トルクを発生させるための
第２の出力トルク指令信号Tpを演算し、モータ制御回路
28へ向け出力している。

実施例において、この第２のトルク演算回路34は、まず
次式に基づきＰ及びＩの演算を行う。

Ｐ＝K₁・ω_r…（２）Ｉ＝Ｐ＋ω_r・Δｔ…（３）ここにおいて、K₁は定数、ω_rは回転数センサ24の出力
から得られるモータ10の回転角速度をそれぞれ表してい
る。

そして、このようにしてP,Iの演算が終了すると、次に
次式に基づきモータ回転数を０にPI制御するための第２
の出力トルク指令信号Tpの演算を行う。

Tp＝−（Ｉ＋Ｐ）…（４）ところで、本実施例においては、第１のトルク演算回路
26からは第１の出力トルク指令信号T_Mが常時出力されて
いるが、第２のトルク演算回路34からはモータ10が回生
制動運転状態にありしかもその回転数が近停止領域にあ
る場合にのみ第２の出力トルク指令信号Tpが演算出力さ
れている。

従って、モータ制御回路28は、通常は、第２図のフロー
又はに示すごとく第１の出力トルク指令信号T_Mに基
づきモータ10の出力トルクを制御する。そして、第２の
出力トルク指令信号Tpが出力されている場合のみ、第２
図のフロー又はに示すごとく、ステップ700におい
てこの第２の出力トルク指令信号Tpと第１の出力トルク
指令信号T_Mとを比較し、T_MがTpを上回った場合にのみフ
ローに示すごとく第２の出力トルク指令信号Tpに基づ
いてモータ10の出力トルクを制御する。

このように、本実施例の装置によれば、通常の走行時に
ブレーキ踏込み制御すると、モータ10は第１のトルク演
算回路26から出力される第１の出力トルク指令信号T_Mに
基づいて回生制御され、電気自動車には、このモータ10
の回生制動を利用した電気ブレーキと機械ブレーキとを
合計した制動力が働くこととなる。

そして、このようなブレーキ操作により、モータ10の回
転数が近停止領域に達すると、モータ10はその回転数が
０となるようモータの回転方向とは逆方向の出力トルク
を発生させる第２の出力トルク指令信号Tpに基づいてPI
制御（比例＋積分制御）され、このPI制御によりモータ
10からその回転方向とは逆方向に発生される出力トルク
が電気ブレーキとして働くこととなる。

このように、本発明によれば、従来モータ10の回転数が
近停止領域にある場合に用いることができなかった電気
ブレーキを、モータ10をその回転数が０となるようPI制
御によりモータにその回転方向とは逆方向の出力トルク
を発生させることによって近停止領域においても働かせ
ることが可能となり、その結果、機械ブレーキに何等特
別な装置、例えば倍圧装置等を設けることなく良好なブ
レーキ操作フィーリングを得ることが可能となる。

特に、発明の装置によれば、近停止領域においてモータ
10の回転数をＯにするようにモータにその回転方向とは
逆方向の出力トルクをPI制御により発生させて制動を行
っているため、機械式ブレーキと同様にモータ10の順回
転方向に対しても逆回転方向に対しても制動力を与え、
良好なブレーキ作用を発揮することが可能となる。

すなわち登り坂道などを走行中にブレーキを踏み込む
と、タイヤ路面との間には後退方向である負の方向に制
動力が働くが、この登り坂道で車両を停止している状態
でブレーキを踏み込むと、前述した場合とは逆に車両が
後退することがないようタイヤとブレーキとの間には前
進方向である正の方向に制動力を働らかせる必要があ
る。

このように、車両を停止する場合にブレーキを踏み込む
と、そのブレーキの制動力は車両走行中とは異なる方向
に働かす必要が生ずる場合とがある。

しかし、従来の電気ブレーキのようにモータを回生制御
することによってのみ制動力を与えているものでは、発
生する制動力は常に負の方向しか作用せず、このままで
は前述したように登り坂道などで車両を走行している場
合に電気ブレーキを有効に機能させることはできない。

これに対し、本発明の電気ブレーキは、モータ10の回転
数が近停止領域にある場合には、モータ10の回転数を０
とするようモータの回転方向とは逆方向の出力トルクを
PI制動により発生させることによって制動力を与えてい
るため、車両が登り坂道で停止している場合には制動力
を正の方向に作用させることができ、また車両が下り坂
道で停止している場合には制動力を負の方向に作用させ
ることができ、機械的ブレーキと同様に必要に応じて正
負の両方向にその制動力を作用させることが可能とな
る。

ここで、モータ制御回路28は、電流制御回路14を制御し
て、モータ10の実際に電流制御する。従ってモータ制御
回路28と電流制御回路14とでモータ制御手段29が構成さ
れる。前記実施例においては、モータ10の回転数に基づ
き第２の出力トルク指令信号Tpを演算する場合を例にと
り説明したが、本発明はこれに限らず、モータ10の回転
位置変化を検出し同様にしてその回転数が０となるよう
モータの回転方向とは逆方向の出力トルクをPI制御によ
り発生させることも可能である。

また、前記実施例において、第２のトルク演算回路34
は、回生制動検出回路30及び停止領域検出回路32の検出
出力を第２のトルク演算回路34へ入力する場合を例にと
り説明したが、本発明はこれに限らず、これら各検出回
路30及び32の検出出力をモータ制御回路28へ入力し、モ
ータ10が回生制動状態で運転されしかもその回転数が近
停止領域にある場合にのみモータ制御回路28は第１及び
第２の出力トルク指令信号T_M、Tpを比較し、T_MがTpより
大きい場合にTpに基づいてモータ10の出力トルクをPI制
御するよう形成することも可能である。

なお、第１図に示したように、第１のトルク演算回路2
6、回生制動検出回路30、停止領域検出回路32、第２の
トルク演算回路34、モータ制御回路28が、アクセルセン
サ20、ブレーキセンサ22、回転数センサ24からの検出出
力に応じてモータ10の回転、制動を制御する制動制御回
路100を構成する。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、従来電気ブレー
キを用いることができなかったモータ回転数の近停止領
域においても、モータをその回転数が０となるようモー
タの回転方向とは逆方向の出力トルクをPI制御により発
生させることによりモータを利用してことにより電気的
に制動力を与えることが可能となり、この結果、機械ブ
レーキに倍力装置等を用いることなく、良好なブレーキ
操作フィーリングを得ることができる。特に、本発明に
よれば、モータの回転数が近停止領域にある場合にモー
タ回転数を０となるようモータの回転方向とは逆方向の
出力トルクをPI制御により発生させているため、従来の
電気ブレーキと異なり、車両の停止状態に応じて正及び
負の方向へ制動力を与えることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電気自動車の制御装置の好適な実
施例を示すブロック図、第２図は第１図に示す実施例の動作を示すフローチャー
ト図である。 10……モータ、 12……バッテリ電源、 14……電流制御回路、 20……アクセルセンサ、 22……ブレーキセンサ、 24……回転数センサ、 26……第１のトルク演算回路、 28……モータ制御回路、 30……回生制動検出回路、 32……停止領域検出回路、 34……第２のトルク演算回路 100……制動制御回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アクセルセンサ（20）と、ブレーキセンサ
（22）と、駆動用のモータ回転数センサ（24）と、制動
制御回路（100）とを有する電気自動車の制動制御装置
であって、制動制御回路（100）は、アクセルセンサ、ブレーキセ
ンサおよび回転数センサの出力を入力して、モータの加
減速の指令値である第１の出力トルク指令信号を演算
（26;100）し、この第１の出力トルク指令信号が負であ
ることをもってモータが回生制動運転状態にあることを
判別（30;200）し、モータの回転数が所定回転数以下で
あることをもって近停止領域であることを判別（32;30
0）し、回生制動運転状態であり、かつ近停止領域でな
いときは、第１の出力トルク指令信号に基づき回生制動
を行うモータの出力トルクを制御する信号を出力（28;3
00）し、回生制動運動状態であり、かつ近停止領域のと
きは、モータの回転数を零とするようにモータにその回
転方向とは逆向きの駆動力をPI制御により発生させるた
めの第２の出力トルク指令信号を演算（34;400、500、6
00）し、第１の出力トルク指令信号の大きさが第２の出力トルク
指令信号の大きさを上回っている場合には、第２の出力
指令信号に基づいてモータの回転数が零になるようにモ
ータの出力トルクを制御し、上回っていない場合には、
第１の出力トルク指令信号に基づき、減速時に回生制動
を行うモータの出力トルクを制御する信号を出力（28;7
00）し、かつ機械制動に組み合わせる電気自動車の制動制御装置。
【請求項２】制動制御回路（100）は、k₁を定数、ω_rを
回転数センサから得られるモータの回転角速度、Δｔを
微小時間、T_pを第２の出力トルク指令信号、Ｐ＝k₁・ω
_r、Ｉ＝Ｐ＋ω_r・Δｔであるとするとき、第２の出力ト
ルク指令信号T_pを次式、 T_p＝−（Ｉ＋Ｐ）に基づき演算する特許請求の範囲（１）記載の電気自動車の制動制御装
置。