JP2015073347A - 電気自動車の走行制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カーブをなす降坂路をオートクルーズ走行する場合に、モータの回生制御と車速増加とを常に適切に実行でき、もって燃費向上を達成できる電気自動車の走行制御装置を提供する。【解決手段】オートクルーズ制御中において自車の前方のカーブをなす降坂路を予測し、その降坂路の走行中に得られる全エネルギを回収可能で且つ降坂路のカーブの曲率Ｒが第１判定値Ｒ1以上の場合には、降坂路の走行中に制御パターン２（S10）に基づきモータ２の回生制御、車速増加の順に実行する。全エネルギを回収不能で且つカーブの曲率Ｒが第１判定値Ｒ1以上の場合には、降坂路の走行中に制御パターン１（S20）に基づき車速増加、モータ２の回生制御の順に実行する。カーブの曲率Ｒが第１判定値Ｒ1よりも小さい第２判定値Ｒ2未満の場合には、降坂路の走行中に制御パターン３（S14またはS24）に基づきモータ２の回生制御と並行して車速を緩やかに増加させる。【選択図】図３

Description

本発明は電気自動車の走行制御装置に関する。

近年では、従来からのエンジンを走行用動力源とするガソリン車両のみならず、走行用動力源としてエンジン及びモータを搭載したハイブリッド電気自動車、或いは走行用動力源としてモータを搭載した電気自動車（以下、電気自動車と総称する場合もある）が実用化されている。
この種の電気自動車の走行制御装置としては、例えば特許文献１に記載された技術がある。当該特許文献１の技術では、ナビゲーション情報に基づき自車の前方に存在するカーブの曲率及びカーブへの侵入速度を判定し、これらの値に基づきＥＳＰ（電動パワーステアリング）の作動に必要な電力Ｐ(ESP)を算出している。これと並行してカーブでの回生制御により得られ見込み発電電力Ｐ(REG)を算出し、必要電力Ｐ(ESP)に対して見込み発電電力Ｐ(REG)が不足する場合には、エンジン始動によりバッテリを充電して必要電力Ｐ(ESP)の確保を図っている。

特開２００８−１４３４８３号公報

ところで、上記のような電気自動車がカーブをなす降坂路をオートクルーズ走行する場合、車両が有するポテンシャルエネルギはモータの回生制御と車速の増加との２種の手法により回収することができる。エネルギを無駄なく回収するには、降坂路の路面勾配や長さ、或いはカーブの曲率半径などに応じて、これら２種の手法を最適に組み合わせる必要がある。しかしながら、上記特許文献１の技術は、このようなカーブをなす降坂路でのオートクルーズ走行を想定していないため、不適切な制御が実行されて燃費を悪化させてしまうという問題があった。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、カーブをなす降坂路をオートクルーズ走行する場合に、モータの回生制御と車速増加とを常に適切に実行でき、もって燃費向上を達成することができる電気自動車の走行制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の電気自動車の走行制御装置は、予め設定された制御範囲内に車速を保ちながら走行するオートクルーズ制御手段と、オートクルーズ制御手段による降坂路での走行中に、走行用動力源のモータを回生制御して該降坂路の走行中に得られるエネルギを電力として回収してバッテリに充電する第１のエネルギ回収手段と、オートクルーズ制御手段による降坂路での走行中に、車両を惰性走行させて降坂路の走行中に得られるエネルギを運動エネルギとして回収する第２のエネルギ回収手段と、自車の走行経路上の前方に存在するカーブをなす降坂路を予測する降坂路予測手段と、降坂路予測手段により予測された降坂路で得られる全てのエネルギを第１のエネルギ回収手段及び第２のエネルギ回収手段により回収可能か否かを判定すると共に、降坂路予想手段により予測された降坂路のカーブ曲率を予め設定された第１の判定値と比較し、全エネルギを回収可能で且つカーブ曲率が第１の判定値以上のときに、降坂路での走行開始と共に第１のエネルギ回収手段にモータを回生制御させ、バッテリの満充電後に第２のエネルギ回収手段に車速を増加させる第２の制御パターンを実行し、全エネルギを回収不能で且つカーブ曲率が第１の判定値以上のときに、降坂路での走行開始と共に第２のエネルギ回収手段に車速を増加させ、オートクルーズ制御手段による制御範囲の上限まで車速が増加した後に第１のエネルギ回収手段にモータを回生制御させる第１の制御パターンを実行し、降坂路のカーブ曲率が第１の判定値未満のときには、降坂路での走行開始と共に第１のエネルギ回収手段にモータを回生制御させると共に、これと並行して第２のエネルギ回収手段に車速を緩やかに増加させる第３の制御パターンを実行するエネルギ回収制御手段とを備えたことを特徴とする。

その他の態様として、予測された降坂路のカーブ曲率が第１の判定値よりも小さい第２の判定値未満のときには、第２のエネルギ回収手段に略一定の車速を維持させながら、降坂路での走行開始と共に第１のエネルギ回収手段にモータを回生制御させる第４の制御パターンを実行するように、エネルギ回収制御手段を構成することが好ましい。

本発明によれば、カーブをなす降坂路をオートクルーズ走行する場合に、モータの回生制御と車速増加とを常に適切に実行でき、もって燃費向上を達成することができる。

本実施形態の走行制御装置が搭載されたハイブリッド型トラックを示す全体構成図である。 ４種の制御パターンの実行状況を示すタイムチャートである。 ＥＣＵが実行するエネルギ回収ルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明をハイブリッド型トラックの走行制御装置に具体化した一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の走行制御装置が搭載されたハイブリッド型トラックを示す全体構成図である。
ハイブリッド型トラック（以下、車両という）は、走行用動力源としてエンジン１及びモータ２を搭載している。エンジン１の出力軸にはクラッチ３を介してモータ２の回転軸が連結され、モータ２の回転軸は変速機４を介して駆動輪５に連結されている。これらのエンジン１及びモータ２が発生する駆動力が任意に変速機により変速され、その後に駆動輪に伝達されて車両を走行させる。モータ２にはインバータ６を介してバッテリ７が接続されている。モータ２の運転状態はインバータ６により制御され、力行制御時にはバッテリ７からの放電電力によりモータ２が駆動力を発生し、回生制御時にはモータ２が発電した電力がバッテリ７に充電される。

エンジン１及びインバータ６にはＥＣＵ８が接続され、ＥＣＵ８からの指令に基づき、エンジン１の運転状態及びインバータ６を介したモータ２の運転状態が制御される。このような制御を実行するために、図示はしないがＥＣＵ８には種々のセンサ類やデバイス類が接続されている。

一方、ＥＣＵ８は、運転者により図示しないオートクルーズ制御の実行スイッチが操作されて目標車速が設定されると、オートクルーズ制御を実行する（オートクルーズ制御手段）。オートクルーズ制御中には、ＥＣＵ８はエンジン１やモータ２の出力を適宜制御することにより、目標車速を中心とした上限速度と下限速度との間（例えば±５km/h）に車速Ｖを保つ。このオートクルーズ制御中においても、降坂路を走行する際にはモータ２の回生制御により車両が有するポテンシャルエネルギを電力として回収可能である（第１のエネルギ回収手段）。また、現在の車速と上限速度との差分だけは、車両のポテンシャルエネルギを車速の増加（運動エネルギ）として回収することも可能である（第２のエネルギ回収手段）。

さらに降坂路がカーブをなす場合でも、車両のポテンシャルエネルギを電力或いは車速増加の形態で回収可能である。しかし、このときには降坂路の路面勾配や長さのみならずカーブの曲率半径なども考慮した上で、上記２種の手法を最適に組み合わせる必要がある。そこで、本実施形態では、車両がカーブをなす降坂路をオートクルーズ走行する場合に、以下に述べる手順で制御を実行している。

本実施形態では、図２に示すように予め４種の制御パターンが設定されており、ＥＣＵ８は、それらの制御パターンの何れかを予め選択して降坂路での走行中に実行する。
制御パターン１では、降坂路での走行開始と共に、クラッチ３の切断または変速機４のニュートラルにより車両を惰性走行させて車速Ｖを上限速度まで増加させ、その後にモータ２の回生制御を実行して発電電力をバッテリ７に充電する。なお、モータ２の回生トルクのみで車速維持できないときには、適宜リターダーなどの他の制動手段を作動させる。バッテリ７の満充電後も降坂路が連続する場合には、他の制動手段の作動を継続することにより車速維持を図る。

制御パターン２では、降坂路での走行開始と共にモータ２の回生制御を実行し、バッテリ７の満充電後に車速Ｖを上限速度まで増加させる。車速Ｖが上限速度に到達した後、他の制動手段を作動させて車速維持を図る点は、制御パターン１と同様である。
制御パターン３では、降坂路での走行開始と共に車速増加とモータ２の回生制御とを同時に開始する。但し、車速Ｖの増加は制御パターン１，２に比較して緩やかなものとし、降坂路が終了する時点で上限速度に到達させる。
制御パターン４では、降坂路での走行開始と共にモータ２の回生制御を開始し、車速Ｖに関しては増加させずに降坂路の開始当初の値を維持する。

車両が降坂路に到達する以前に、降坂路の情報に基づき制御パターンを決定する必要がある。そこで、降坂路の情報を取得するために、図１に示すように、ＥＣＵ８にはナビゲーション装置９及び通信装置１０が接続されており、これらの装置７，８を介してＥＣＵ８は、自車の走行経路上の前方に存在する降坂路の情報、例えば路面勾配や長さ、或いはカーブの曲率半径などを取得する（降坂路予測手段）。

図３はＥＣＵ８が実行するエネルギ回収ルーチンを示すフローチャートであり、ＥＣＵ８は車両の走行中に当該ルーチンを所定の制御インターバルで実行する。本ルーチンを実行するときのＥＣＵ８が、本発明のエネルギ回収制御手段に相当する。
まず、ステップＳ２で降坂路の情報を取得し、続くステップＳ４で次式(1)に従って、降坂路での車速増加及びモータ２の回生制御により回収不能なエネルギＥwを算出する。
Ｅw＝Ｅp−(Ｅb＋Ｅv) ……(1)

ここに、Ｅpは、降坂路の走行中に得られるポテンシャルエネルギであり、降坂路での走行に必要な各種走行抵抗（空気抵抗や転がり抵抗など）を減算後の値である。Ｅbは、バッテリ７を満充電するためのエネルギであり、満充電時のバッテリ７のＳＯＣ（充電率：State Of Charge）から現在のＳＯＣを減算した値である。Ｅvは、車速Ｖの増加として蓄えるエネルギであり、現在の車速Ｖと上限速度との差分（例えば５km/h）に相当する。
続くステップＳ６では、回収不能エネルギＥwが０以下であるか否かを判定する。回収不能エネルギＥwが０以下の場合には、降坂路でのポテンシャルエネルギＥpを全て回収できることを意味し、例えば降坂路が短いことなどが要因となる。また、回収不能エネルギＥwが０を超える場合には、ポテンシャルエネルギＥpの一部を回収できないことを意味し、例えば降坂路が長いことなどが要因となる。

ステップＳ６の判定がＹes（肯定）のときにはステップＳ８に移行して、降坂路のカーブの曲率Ｒが予め設定された第１判定値Ｒ1以上であるか否かを判定する。判定がＹesのときにはステップＳ１０で制御パターン２を選択した後にルーチンを終了する。
ステップＳ８の判定がＮo（否定）のときにはステップＳ１２に移行して、カーブの曲率Ｒが予め設定された第２判定値Ｒ2（＜Ｒ1）以上であるか否かを判定する。ＹesのときにはステップＳ１４で制御パターン３を選択し、判定がＮoのときにはステップＳ１６で制御パターン４を選択し、その後にルーチンを終了する。

一方、ステップＳ６の判定がＮoのときには、ステップＳ１８でカーブの曲率Ｒが第１判定値Ｒ1以上であるか否かを判定し、ＹesのときにはステップＳ２０で制御パターン１を選択する。ステップＳ１８の判定がＮoのときにはステップＳ２２に移行して、カーブの曲率Ｒが第２判定値Ｒ2以上であるか否かを判定する。ＹesのときにはステップＳ２４で制御パターン３を選択し、判定がＮoのときにはステップＳ２６で制御パターン４を選択する。

以上のように、ポテンシャルエネルギＥpを全て回収でき且つカーブが緩やかな場合には、ステップＳ６，８，１０の順に移行する。よって、制御パターン２に基づき、モータ２の回生制御、車速増加の順に実行される。この場合には降坂路が短いなどの要因により、バッテリ７は満充電できるものの、車速Ｖが上限速度に到達する以前に車速増加が中止される。バッテリ７の充放電を伴う回生制御はエネルギ損失を生じる反面、バッテリ７に蓄えた電力を何時でも利用できる。車速増加による運動エネルギは降坂路の走行直後に利用するしかないが、その機会が無い可能性もあるため、モータ２の回生制御を優先している。また、降坂路の当初より車速Ｖを増加させると降坂路での平均車速も増加し、周囲を走行中の他車との速度差が生じることから、この点からもモータ２の回生制御を優先しているのである。

ポテンシャルエネルギＥpを全て回収でき且つカーブが比較的緩やかな場合には、ステップＳ６，８，１２，１４の順に移行する。よって、制御パターン３に基づき、モータ２の回生制御と緩やかな車速増加とが並行して実行される。オートクルーズ制御中にカーブで車速Ｖが増加すると、不安感をいだいた運転者によりブレーキ操作が誘発される場合があり、車速回復のために余分な駆動力を要して燃費悪化の要因になる。上記に比較してカーブが多少急なためブレーキ操作の可能性が増すことから、車速Ｖを緩やかに増加させて平均車速の増加を抑制しているのである。

ポテンシャルエネルギＥpを全て回収でき且つカーブが比較的急な場合には、ステップＳ６，８，１２，１６の順に移行する。よって、制御パターン４に基づき、略一定の車速Ｖを維持したままモータ２の回生制御のみが実行される。さらにカーブが急になるため、車速Ｖの増加により運転者のブレーキ操作が誘発される事態を防止しているのである。

一方、ポテンシャルエネルギＥpの一部が回収できず且つカーブが緩やかな場合には、ステップＳ６，１８，２０の順に移行する。よって、制御パターン１に基づき、車速増加、モータ２の回生制御の順に実行される。この場合には降坂路が長いなどの要因により、何れから開始してもバッテリ７の満充電及び上限速度への到達が共に達成される。よって、エネルギ損失の点で有利な車速増加から実行しているのである。

ポテンシャルエネルギＥpの一部が回収できず且つカーブが比較的緩やかな場合には、ステップＳ６，１８，２２，２４の順に移行する。よって、制御パターン３に基づき、モータ２の回生制御と緩やかな車速増加とが並行して実行される。その理由は上記ステップＳ６，１２，１４の場合と同じく、車速Ｖの増加による運転者のブレーキ操作を防止するためである。

ポテンシャルエネルギＥpの一部が回収できず且つカーブが比較的急な場合には、ステップＳ６，１８，２２，２６の順に移行する。よって、制御パターン４に基づき、車速Ｖを略一定に維持したままモータ２の回生制御のみが実行される。その理由は上記ステップＳ６，１２，１６の場合と同じく、さらに急なカーブへの対応のためである。

以上のように本実施形態のハイブリッド型トラックの走行制御装置によれば、カーブをなす降坂路をオートクルーズ走行する際に、その降坂路でのポテンシャルエネルギＥpの回収の可否と降坂路のカーブ曲率Ｒとの組合せに応じて予め制御パターンを選択している。そして、選択した制御パターンに基づき、降坂路の走行中にはモータ２の回生制御と車速増加とを常に適切に実行するため、燃費向上を達成することができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では走行用動力源としてエンジン１及びモータ２を搭載したハイブリッド型トラックに適用したが、これに限ることはない。例えば走行用動力源としてモータ２のみを搭載した電気自動車に適用してもよいし、バスや乗用車に適用してもよい。

２ モータ
７ バッテリ
８ ＥＣＵ（オートクルーズ制御手段、第１のエネルギ回収手段、
第２のエネルギ回収手段、降坂路予測手段、エネルギ回収制御手段）
９ ナビゲーション装置（降坂路予測手段）
１０ 通信装置（降坂路予測手段）

Claims (2)

1. 予め設定された制御範囲内に車速を保ちながら走行するオートクルーズ制御手段と、
   上記オートクルーズ制御手段による降坂路での走行中に、走行用動力源のモータを回生制御して該降坂路の走行中に得られるエネルギを電力として回収してバッテリに充電する第１のエネルギ回収手段と、
   上記オートクルーズ制御手段による降坂路での走行中に、車両を惰性走行させて該降坂路の走行中に得られるエネルギを運動エネルギとして回収する第２のエネルギ回収手段と、
   自車の走行経路上の前方に存在するカーブをなす降坂路を予測する降坂路予測手段と、
   上記降坂路予測手段により予測された降坂路で得られる全てのエネルギを上記第１のエネルギ回収手段及び第２のエネルギ回収手段により回収可能か否かを判定すると共に、上記降坂路予想手段により予測された降坂路のカーブ曲率を予め設定された第１の判定値と比較し、全エネルギを回収可能で且つカーブ曲率が第１の判定値以上のときに、上記降坂路での走行開始と共に上記第１のエネルギ回収手段にモータを回生制御させ、上記バッテリの満充電後に上記第２のエネルギ回収手段に車速を増加させる第２の制御パターンを実行し、全エネルギを回収不能で且つカーブ曲率が第１の判定値以上のときに、上記降坂路での走行開始と共に上記第２のエネルギ回収手段に車速を増加させ、上記オートクルーズ制御手段による制御範囲の上限まで車速が増加した後に上記第１のエネルギ回収手段にモータを回生制御させる第１の制御パターンを実行し、上記降坂路のカーブ曲率が第１の判定値未満のときには、上記降坂路での走行開始と共に上記第１のエネルギ回収手段にモータを回生制御させると共に、これと並行して上記第２のエネルギ回収手段に車速を緩やかに増加させる第３の制御パターンを実行するエネルギ回収制御手段と
   を備えたことを特徴とする電気自動車の走行制御装置。
2. 上記エネルギ回収制御手段は、上記予測された降坂路のカーブ曲率が上記第１の判定値よりも小さい第２の判定値未満のときには、上記第２のエネルギ回収手段に略一定の車速を維持させながら、上記降坂路での走行開始と共に上記第１のエネルギ回収手段にモータを回生制御させる第４の制御パターンを実行することを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の走行制御装置。

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