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JP2008195379A - ブレーキ応答性の車両電気駆動装置 - Google Patents

ブレーキ応答性の車両電気駆動装置 Download PDF

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JP2008195379A
JP2008195379A JP2008000308A JP2008000308A JP2008195379A JP 2008195379 A JP2008195379 A JP 2008195379A JP 2008000308 A JP2008000308 A JP 2008000308A JP 2008000308 A JP2008000308 A JP 2008000308A JP 2008195379 A JP2008195379 A JP 2008195379A
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electric drive
drive device
vehicle
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vehicle electric
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JP2008000308A
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English (en)
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Arun K Seksaria
アルン・クマー・セクサリア
Mervin Peter Kizlyk
マーヴィン・ピーター・キズリク
Robert Eugene Kasten
ロバート・ユージーヌ・キャステン
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Deere and Co
Original Assignee
Deere and Co
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Abstract

【課題】車両ブレーキの作動に応答するか又は調和する車両電気駆動装置の提供。
【解決手段】本発明は車両電気駆動装置に関し、ブレーキ応答性の車両電気駆動装置の必要性に答えるものである。本願発明の車両電気駆動装置は、内燃機関１２と、当該内燃機関によって駆動される電気モーター／発電機１４と、牽引モーター／発電機２４，２８によって駆動される駆動車輪２６，３０とを含んでいる。モーター／発電機１４は、制御装置によって制御される。当該制御装置は、運転者による速度制御部材３６、車両速度センサー、及び、各々、対応する左及び右のブレーキペダル５７，５９に結合されている一対のブレーキペダル位置センサー５８，６０から信号を受け取る。ブレーキペダルの作動に応答して、コントローラは、電気駆動装置の動作をブレーキペダルの動作に調和させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両のための電気駆動装置に関する。
車両電気駆動装置又はＡＣ電気牽引駆動装置は、制限されたスピードの数、機械部品及び製造部品の高いコスト、並びに制限される車両構造選択肢のような機械的伝動装置の欠陥のうちの幾つかを解決することを提案して来た。このような電気駆動装置は、２００２年１２月１０日に登録され且つ本願の譲渡人に譲渡された米国特許第６，４９２，７８５号に記載されている。この装置は、内燃機関、エンジンによって駆動されるモーター／発電機、モーター／発電機に結合された第一のインバータ／整流器、前記第一のインバータ／整流器に結合されたバス、バスに結合された第二のインバータ／整流器、第二のインバータ／整流器の出力に結合された牽引モーター／発電機、運転者による速度制御部材並びに第二のインバータ／整流器に結合されて速度制御部材の位置の関数としての前記第二のインバータ／整流器の電流出力を制御するためのコントローラを含んでいる。この装置はまた、運転者によって制御される制限制御部材及び当該制限制御部材に結合された変換器をも含んでいる。前記コントローラは、制限コマンド信号を受け取り、第二のインバータ／整流器によって牽引モーター／発電機に供給される電流を制限して、運転者の視点から、運転者によって制御される制限制御部材の操作に応答して、電気駆動装置が機械的摺動クラッチのように作動し且つ作用するようにする。
このような電気駆動装置が付与された車両はまた、必然的に、ブレーキペダルのような操作される制御されたブレーキ制御装置に応答して作動せしめられる一般的な車輪ブレーキをも含んでいる。しかしながら、既に述べた電気駆動装置は、車両ブレーキ装置と調和させるための設備を備えていない。その結果、運転者が車両速度を減速させることを望む場合には、運転者は、ブレーキをかけるばかりでなく、電気駆動装置の出力速度を減速するために別個に何かを行わなければならない。従って、車両ブレーキの作動に応答するか又は調和された車両電気駆動装置を提供することが望ましい。（特許文献１参照）
米国特許第６，４９２，７８５号公報
従って、本発明の目的は、車両ブレーキの作動に応答するか又は調和された車両電気駆動装置を提供することである。
本発明の更に別の目的は、減速又は加速を制限し且つ車両の突然の又は急な速度変化を防止する車両電気駆動装置を提供することである。
本発明の更に別の目的は、制動コマンド部材が車両速度を減速するように動かされたときに、牽引モーター／発電機が発電機として機能し、エンジンによる被駆動モーター／発電機がモーターとして機能する、ようになされた車両電気駆動装置を提供することである。
これらの及びその他の目的は、ブレーキ応答性の車両電気駆動装置が設けられている本発明によって達成される。車両電気駆動装置は、内燃機関と、エンジンによって駆動される被駆動モーター／発電機と、牽引モーター／発電機によって駆動される駆動車輪とを含んでいる。モーター／発電機は、運転者による速度制御部材から信号を受け取る制御装置と、車輪速度センサーと、各々対応する左又は右のブレーキペダルに結合されている一対のブレーキペダル位置センサーと、によって制御される。ブレーキペダルの作動に応答して、コントローラは、電気駆動装置の作動をブレーキペダルの作動と調和させる。
図１を参照すると、車両電気駆動装置１０は、電子エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１３によって制御される内燃機関１２を含んでいる。エンジン１２は、高電圧ＤＣバス１８に結合されている双方向インバータ／整流器１６に電力を供給し或いは当該双方向インバータ／整流器から電力を受け取る３−相モーター／発電機１４を駆動する。バス１８は、双方向インバータ／整流器２０及び２２に電力を供給したり当該双方向インバータ／整流器２０及び２２から電力を受け取ったりする。インバータ／整流器２０は、前輪２６を駆動し且つ前輪２６から動力を受け取る牽引モーター／発電機２４に結合されている。インバータ／整流器２２は牽引モーター／発電機２８に結合されており、牽引モーター／発電機２８は、減速機３４を介して車軸３２によって後輪３０を駆動し或いは後輪３０から動力を受け取る。減速機３４は、ハイレンジ／ローレンジのセレクタレバー３７によって制御されているハイ／ローのレンジボックス３５を含んでいる。各インバータ／整流器１６，２０及び２２は、各々、対応するマイクロコントローラ１７，２１及び２３によって制御される。自動車及びバスのための駆動装置において通常使用されるようなバッテリは、駆動列に含まれている。
モーター／発電機２４及び２８は、ＤＣブラシレス永久磁石モーターであるのが好ましい。好ましくは、リアモーター２８は、２速の機械的にシフトされるギヤボックスを介して後車軸を駆動する。２速ギヤは効率的なモーター動作をもたらす。なぜならば、ハイギヤは搬送速度のための車軸に必要な速度を提供し、一方、ローギヤは低速での重い牽引のために必要なトルクを車軸に提供するからである。
電子車両制御ユニットＶＣＵ４０は、運転者制御によるスピードコマンドレバー３６、ＥＣＵ１３、種々のセンサー（図示せず）及びマイクロコントローラ２１，２３と接続されている。ローター位置センサー４４，４６及び４８は、モーター／発電機１４，２４及び２８の各々に結合されており且つ対応するマイクロコントローラ２１，２３，４２に回転位置信号を供給し、当該マイクロコントローラから速度信号を得る。インバータ／整流器２０，２２は、スピードコマンドレバー３６を介して運転者によってコマンドされる速度で車輪を駆動するための周波数で、ＤＣバス電流を３−相ＡＣ電流に逆変換或いは正変換する。ローター位置センサー４６，４８及びマイクロコントローラ２１，２３は、電気駆動モーター２４及び２８の各々のための速度制御閉ループを形成し、この制御閉ループにおいては、マイクロコントローラ２１，２３が、レバー３６からコマンドされた速度と、センサー４６，４８から得られた実際の速度との差から、速度誤差を計算し、速度誤差の関数として電流がモーターに適用される。
足で作動させるクラッチペダル５０は、ポテンショメータのような変換器５２に結合されており、変換器５２は、ペダル５０の位置を表す変換器信号（又は、制限コマンド信号）を発生する。ばね５４は、ペダル５０をその持ち上げられた位置へと付勢している。３位置前輪駆動ＦＷＤスイッチ５６もまたＶＣＵ４０に結合されている。
左及び右ブレーキペダル位置センサー５８及び６０もまたＶＣＵ４０に結合されている。センサー５８及び６０は、ブレーキペダル位置信号を発生し、当該ブレーキペダル位置信号は、対応するブレーキペダルが踏み込まれていないときに最大値を有し、対応するブレーキペダルが踏み込まれるにつれて大きさが減る。ブレーキセンサーは、各々、左及び右ブレーキペダル５７及び５９に作動可能に結合されている。左及び右ブレーキペダル５７及び５９は、一般的な油圧車輪制動装置５５を制御する。ＶＣＵ４０は、スイッチ５６、センサー５８，６０、スピードコマンドレバー３６及びクラッチペダル変換器５２から信号を受け取る。ＶＣＵ４０はまた、レンジボックスセンサースイッチ６１からも信号を受け取り、レンジボックスセンサースイッチ６１は、ＶＣＵ４０にハイ／ローのレンジボックス３５の状態を表す信号をＶＣＵ４０に提供する。
図１は、多数の被駆動車輪の組を駆動する多数の駆動モーターを備えた装置を示しているけれども、本発明はまた、被駆動車輪の単一の組を有する車両駆動装置、被操舵車輪又は操舵されない車輪にも適用可能である。
ＶＣＵ４０は、図２に表されているアルゴリズムを実行し、モーター２４及び２８に車輪２６及び３０を加速し又は減速するように駆動させる車輪速度コマンド信号を発生する。
図２を参照すると、アルゴリズム１００は、アルゴリズムの主ループ（図示せず）から呼び出されると、ステップ１０２においてスタートし、車両速度コマンド値を発生し、このコマンド値がマイクロコントローラ２１，２３に適用される。ステップ１０４において、種々の入力が読み込まれる。これらの入力には、スピードコマンドレバー３６からのOperator Wheel Speed Command値、ローター位置センサー４６，４８から得られたSensed Wheel Speed値並びにセンサー５８，６０からの左及び右ブレーキペダル位置の値が含まれる。ステップ１０６において、加速フラグがゼロに初期化される。加速フラグがゼロであることは、制動に伴う加速制限がないことを示している。
ステップ１０８においては、左及び右のブレーキペダル位置信号の最大値が選択され、Brake Level値がその最大値に設定される。これによって、操舵目的のためのブレーキの使用との干渉が避けられる。
ステップ１１０においては、可能なBrake Level値の最大値で割ったBrake Level値をWheel Speed Command値にかけ算することによって、Brake Wheel Speed Command値が計算される。これは、Brake Level値に比例して車輪速度コマンドを調整又は減少させる。
ステップ１１２においては、Brake Wheel Speed Command値がSensed Wheel Speed値と比較される。Brake Wheel Speed Command値がSensed Wheel Speed値以上である場合には、これは、加速モードがアクティブなモードであることを意味し、アルゴリズムはステップ１１４へ進む。Brake Wheel Speed Command値がSensed Wheel Speed値未満である場合には、これは減速モードがアクティブなモードであることを意味し、アルゴリズムはステップ１１６へ進む。
ステップ１１４においては、図３に示されている関数に従って加速制限値Delv−MaxがBrake Level値の関数として計算され、加速モードフラグがbrake−accelに設定され、その後、アルゴリズムはステップ１１８へ進む。
ステップ１１６においては、図４に示されている関数に従って減速制限値Delv−Maxが、Brake Level値の関数として計算され、減速モードフラグがbrake−decelに設定され、その後、アルゴリズムはステップ１１８へ進む。
ステップ１１８においては、アクティブなモードがbrake−accel であるかbrake−decelであるかが判定される。これらのモードのいずれもがアクティブでない場合には、アルゴリズムはステップ１２０へ進み、Brake Wheel Speed Command値が（スピードコマンドレバー３６からの）Operator Wheel Speed Command値と等しくなるように設定される。これらのモードのいずれかがアクティブである場合には、次いで、ステップ１１８はアルゴリズムをステップ１２２へと導き、ステップ１２２において、Brake Wheel Speed Command値とSensed Wheel Speed値との差としてSpeed Error値が計算される。
次いで、ステップ１２４と１２６とにおいて、Speed Error値がDelv−Max値と比較される。Speed Error値がDelv−Max値より大きいか等しい場合には、ステップ１２４はアルゴリズムをステップ１２８へと導く。Speed Error値がDelv−Max値よりも小さい場合には、ステップ１２４はアルゴリズムをステップ１２６へ導く。
ステップ１２６においては、Speed Error値がDelv−Max値より大きいか等しい場合に、ステップ１２６はアルゴリズムをステップ１３０へと導く。Speed Error値がDelv−Max値より小さい場合には、アルゴリズムはステップ１３２へと導かれる。
ステップ１２８においては、Brake Wheel Speed Command値がSensed Wheel＋Delv−Maxに等しいように設定される。
ステップ１３０においては、Brake Wheel Speed Command値がSensed Wheel−Delv−Maxに等しいように設定される。
このようにして、ステップ１２４〜１３０において、瞬間的な速度誤差に応じて、駆動モータースピードコマンドが、検知された車輪速度プラス又はマイナス加速限度に修正される。
最後に、ステップ１３２において、Drive Motor Speed Command値が、ステップ１２８又は１３０において設定されたBrake Wheel Speed Command値に設定される。
図３は、ステップ１１４において、加速中のブレーキペダルの位置の関数としてDelv−Max値を決定する方法をグラフで示している。ブレーキペダルが、踏み込まれていない位置とｘｐ１によって表されている第一の部分的に踏み込まれた位置との間にある場合には、Delv−Max値は上限値Max−accel−limitに設定される。ブレーキペダルが、位置ｘｐ１とｘｐ２との間まで踏み込まれている場合には、Delv−Max値は、中間の値acc−limt−2に設定される。ブレーキペダルが、ｘｐ２と一杯まで踏み込まれた位置との間まで踏み込まれている場合には、Del−Max値は下限値acc−limit−1に設定される。
図４は、ステップ１１６において、減速中のブレーキペダルの位置の関数としてDelv−Max値を決定する方法をグラフで示している。ブレーキペダルが、一杯まで踏み込まれている位置と踏み込まれた位置ｘｐ２との間にある場合に、Delv−Max値は上限値Max−decel−limitに設定される。ブレーキペダルが、位置ｘｐ２とｘｐ１との間にある場合には、Delv−Max値は、中間の値decel−limt−2に設定される。ブレーキペダルが、ｘｐ１と一杯まで解放された位置との間にある場合には、Del−Max値は下限値decel−limit−1に設定される。
図３及び４の両方において、ブレーキペダル位置信号の大きさは、ブレーキペダルが解放されるにつれて増大する。図４の関数は、所望の車輪速度が実際の車輪速度よりも遅いときに使用され、図３の関数は、所望の車輪速度が実際の車輪速度よりも速いときに使用される。図３及び４の関数は、ブレーキペダル位置センサーの出力に依存するステップ関数である。Delv−Max値は、どちらかの関数が呼び出されることによって戻される値に設定されている。
この結果、減速のためには、車輪速度（及び車両速度）は、軽い制動コマンド（ペダルの踏み込み）に対してそれほど積極的でなく応答する。そして、運転者がペダルの踏み込み量を減らし（ペダルを上昇させ）つつあるときに、これに応答して車輪速度（及び車両速度）は加速され、ペダル位置がほぼ一杯まで踏み込まれたときには、応答はそれほど積極的ではなく、運転者がブレーキペダルを緩めるにつれて徐々に積極的になる。
このアルゴリズム１００においては、ブレーキペダル５７，５９が踏み込まれたときに、装置は、発電機１４と駆動モーター２４，２８との間の動力の流れの方向を逆にし且つ電気トランスミッションに制動トルクを形成させて通常の油圧制動作用を補助するようにさせる。制動モードにおいては、駆動モーター２４，２８は発電機として作動し、発電機１４はモーターとして作用する。（モーターとして作用する）発電機１４は、次いで、命令された速度よりも速い速度でディーゼルエンジン１２を駆動し、（発電機として作用している）駆動モーター２４，２８からエネルギを浪費する。このことを行うために、アルゴリズム１００は、ブレーキペダル５７，５９の位置の関数として駆動モーター速度コマンドを修正して命令された車輪速度を減じる。減速率はブレーキペダル５７，５９の位置の関数である。
命令された駆動モーター速度が実際の駆動モーター速度よりも遅いときには、駆動モーターインバータ２０，２２は、電流の方向を逆にして（制動）トルクを形成して駆動モーター速度を減じる。このことにより、バス１８の電圧が上昇し、バスの電圧が命令されたレベルを超えたときに、発電機インバータ１６は、発電機１４内の電流の方向を逆にする。これは、発電機１４の速度を上げるトルクを生成し、次いでバスの電圧を下げる。発電機１４はディーゼルエンジン１２に直接結合されているので、エンジン速度は、命令された速度を超える速度まで増大されてエネルギを浪費する。
ステップ１１４〜１２２は、Brake Wheel Speed Commandを修正して減速又は加速を制限し且つ車両の突然の又は急激な速度変化を防止する。
以上、本発明を特別な実施形態と組み合わせて説明したけれども、上記の説明を参考にすれば、多くの代替例、変形例及び変更例が当業者に明らかとなるであろう。例えば、本発明は、駆動車輪の１以上の組を駆動する単一の電気駆動モーターのみを備えている車両駆動装置か又は多数の電気駆動モーターを備えている装置に適用可能である。これらの単一の又は多数の電気駆動モーターを備えている装置に適用可能である。これらの単一又は複数の電気駆動モーターは、操舵車輪又は被操舵車輪を駆動しても良い。従って、本発明は、特許請求の範囲の精神及び範囲に含まれるこのような代替例、変形例及び変更例の全てを包含することを意図している。
図１は、本発明による車両電気駆動装置の簡素化された概略構成図である。 図２は、図１の制御装置の車両ＥＣＵによって実行されるアルゴリズムの論理フローチャートである。 図３は、図１のコントローラによって実行される機能を図示している図である。 図４は、図１のコントローラによって実行される機能を図示している図である。
符号の説明
１０ 車両電気駆動装置
１２ 内燃機関
１３ 電子エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）
１４ モーター／発電機
１６ インバータ／整流器
１７ マイクロコントローラ
１８ 高電圧ＤＣバス
２０，２２ インバータ／整流器
２１，２３，４２ マイクロコントローラ
２４，２８ 牽引モーター／発電機
２６ 前輪
３０ 後輪
３２ 車軸
３４ 減速機
３５ レンジボックス
３６ スピードコマンドレバー
３７ セレクタレバー
４０ 電子車両制御ユニット
４４，４６，４８ ローター位置センサー
５０ クラッチペダル
５２ 変換器
５４ ばね
５５ 油圧車輪制動装置
５６ スイッチ
５７，５９ ブレーキペダル
５８，６０ ブレーキペダル位置センサー
６１ レンジボックスセンサースイッチ

Claims (13)

  1. 車両電気駆動装置であり、
    運転者によって制御される左及び右制動コマンド部材が作動可能に結合されている制動装置と、
    各々、前記制動コマンド部材のうちの対応するものに結合され且つ対応する制動コマンド部材の位置を表すブレーキ位置信号を発生する左及び右ブレーキ変換器と、
    内燃機関と、エンジンによる被駆動モーター／発電機と、当該エンジンによる被駆動モーター／発電機に結合された第一のインバータ／整流器と、当該第一のインバータ／整流器に結合されたバスと、当該バスに結合され且つ被駆動車輪に駆動可能に結合された牽引モーター／発電機と、運転者による速度制御部材と、当該速度制御部材の位置の関数として前記第二のインバータ／整流器の電流出力を制御するために第二のインバータ／整流器に結合されたコントローラであり、ブレーキ位置信号を受け取り且つ前記制動コマンド部材の作動によって当該電気駆動装置の動作を調和させる前記コントローラと、を含む車両電気駆動装置。
  2. 請求項１に記載の車両電気駆動装置であり、
    前記制動コマンド部材が車両速度を減速するように動かされたときに、前記コントローラが、前記牽引モーター／発電機が発電機として機能し、前記エンジンによる被駆動モーター／発電機がモーターとして機能するように、前記エンジンによる被駆動モーター／発電機及び牽引モーター／発電機を制御することによって応答する、ようになされた車両電気駆動装置。
  3. 請求項１に記載の車両電気駆動装置であり、
    前記左のブレーキ変換器が前記左の制動コマンド部材の位置信号を発し、前記右のブレーキ変換器が右の制動コマンド部材の位置信号を発し、
    前記コントローラが、前記左及び右の制動コマンド部材の位置信号の最大値を選択し、当該電気駆動装置を前記最大値の関数として制御する車両電気駆動装置。
  4. 請求項１に記載の車両電気駆動装置であり、
    前記コントローラが、前記制動コマンド部材の適用の増大に応答して、高い積極性で車両を減速するように作動するようになされた車両電気駆動装置。
  5. 請求項１に記載の車両電気駆動装置であり、
    前記コントローラが、前記制動コマンド部材の適用の減少に応答して、高い積極性で車両を加速するように作動するようになされた車両電気駆動装置。
  6. 請求項１に記載の車両電気駆動装置であり、
    前記コントローラが、車両の突然の速度変化を防止するように作動するようになされた車両電気駆動装置。
  7. 請求項１に記載の車両電気駆動装置であり、
    前記コントローラが、前記速度制御部材からの第二のコマンド信号に応答して車両速度を制御し、前記コントローラが、前記制動コマンド部材の動作に応答して前記スピードコマンド信号を修正するようになされた車両電気駆動装置。
  8. 車両電気駆動装置であり、
    内燃機関と、エンジンによって駆動されるモーター／発電機と、当該エンジンによって駆動されるモーター／発電機によって電力を供給され且つ被駆動車輪に結合された牽引モーター／発電機と、スピードコマンド信号を発生する運転者による速度制御部材とを備えた電気駆動装置と、
    車両制動装置に作動可能に結合されている運転者によって制御される左及び右ブレーキペダル部材を備えている制動装置と、
    各々、前記ブレーキペダルのうちの対応するものに結合され且つブレーキペダル位置信号を発生する左及び右のブレーキペダルセンサーと、
    前記スピードコマンド信号の関数として前記電気駆動装置を制御するためのコントローラであり、前記ブレーキペダル位置信号に応答して前記電気駆動装置の制御を修正する前記コントローラと、を含む車両電気駆動装置。
  9. 請求項８に記載の車両電気駆動装置であり、
    車両速度を減速するためにブレーキペダルが動かされると、前記コントローラが、前記牽引モーター／発電機が発電機として機能し、前記エンジンによる被駆動モーター／発電機がモーターとして機能するように前記エンジンによる被駆動モーター／発電機及び前記牽引モーター／発電機を制御することによって応答するようになされた、車両電気駆動装置。
  10. 請求項８に記載の車両電気駆動装置であり、
    左のブレーキ変換器が左のブレーキペダル位置信号を発生し、右のブレーキ変換器が右のブレーキペダル位置信号を発生し、
    前記コントローラが、前記左及び右のブレーキペダル位置信号の最大値を選択し且つ当該最大値の関数として当該電気駆動装置を制御するようになされた、車両電気駆動装置。
  11. 請求項８に記載の車両電気駆動装置であり、
    前記コントローラが、前記ブレーキペダルの適用の増大に応答して積極性を増大させて車両を減速するように機能するようになされた、車両電気駆動装置。
  12. 請求項８に記載の車両電気駆動装置であり、
    前記コントローラが、前記ブレーキペダルの適用の減少に応答して積極性を増大させて車両を加速するように機能するようになされた、車両電気駆動装置。
  13. 請求項１に記載の車両電気駆動装置であり、
    前記コントローラが、前記車両の突然の速度変化を防止するように機能するようになされた、車両電気駆動装置。
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