JP3075011B2

JP3075011B2 - 無段変速機付電気自動車の制動装置

Info

Publication number: JP3075011B2
Application number: JP05099487A
Authority: JP
Inventors: 雄大多々良
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1993-04-26
Filing date: 1993-04-26
Publication date: 2000-08-07
Anticipated expiration: 2015-08-07
Also published as: JPH06315207A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車輪と駆動用電動モー
ターとの間に無段変速機が組込まれた電気自動車に関す
るものであり、特に制動中の特性を改良する技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車の場合、車両制動時に駆動用
電動モーターに回生トルクを発生させ、この回生トルク
によって車両の制動力を得る方法がとられる。この技術
の一例が特開昭５９−２０９００４号公報に開示されて
いる。この技術では、ブレーキペダル等の制動用操作部
材の操作量を検出し、操作量が大きいほど大きな回生ト
ルクが得られるように電動モーターを制御する。これに
よって操作量が大きいほど大きな回生トルクが発生して
大きな制動力が得られるようにしている。各種走行状態
において効率の良い条件で電動モーターを働かせるため
に、電動モーターと車輪との間に無段変速機を組込むこ
とが有効である。すなわち車両が低速の間は変速比を大
きくして車速に対して相対的に高速でモーターを回転さ
せ、車速が高速になると変速比を小さくして車速に対し
て相対的にモーターの回転速度を落してゆく。このよう
にすると、車速によらず、電動モーターを常時効率良く
働かせることができる。

【０００３】無段変速機を組込んだ電気自動車の場合、
車両停止時に変速比を最大にしておく必要がある。ここ
で変速比とは入力軸回転数を出力軸回転数で除した値で
あり、これが最大となっていると、モーターの出力トル
クが最大に増幅されて車輪に伝えられ、車両はすみやか
に発進できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術すなわちブ
レーキペダル等の制動用操作部材の操作量に応じて電動
モーターに発生する回生トルクを大きくしてゆくという
技術を無段変速機付電気自動車に応用すると、制動によ
って車速が低下して変速比が増大されるにつれて、車輪
に生じる制動トルクは大きくなる。車輪に働く制動トル
クはモーターに生じる回生トルクに変速比を乗じた値で
あるところ、車速の低下に伴って変速比が増大されるた
めに、車速の低下に伴って制動トルクも大きくなるので
ある。このため、従来の技術によると、ブレーキペダル
等の制動用操作部材の操作量が一定とされていても、制
動中に制動トルクが上昇してしまい、車両が急減速され
てしまうことになる。すなわち従来の技術によると、ブ
レーキフィーリングが悪くなってしまうのである。本発
明は、無段変速機付電気自動車のブレーキフィーリング
の向上を図るものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では下記の構成を備えた無段変速機付電気自
動車のための制動装置を創作した。この制動装置は、図
１(A) にその概念が模式的に示されているように、車輪
２と電動モーター６との間に無段変速機４が組込まれた
電気自動車の制動装置であり、制動中、車速の低下に伴
って前記無段変速機４の変速比を増大させて遅くても車
両停止時には最大変速比とする変速比制御装置１０と、
制動中、車速に低下に伴って前記電動モーター６の回生
トルクを減少させてゆくトルク制御装置１２とを備えて
いる（請求項１に対応）。

【０００６】ここで変速比に回生トルクを乗じて得られ
る制動トルクがほぼ一定となるように、車速低下に対す
る変速比の増大傾向と回生トルクの減少傾向とが設定さ
れていることが好ましい（請求項２に対応）。またブレ
ーキペダル等の制動用操作部材の操作量検出手段が付加
されており、その操作量が大きいときほど、変速比に回
生トルクを乗じて得られる制動トルクが大きくなるよう
に、モーターの回生トルクが制御されることが好ましい
（請求項３に対応）。

【０００７】さらに、変速比制御装置が変速比を制御す
るにあたって、ブレーキペダル等の制動用操作部材の操
作量が大きいときほど、車速が速い段階から変速比を増
大させはじめ、そして車速が速い段階で最大変速比に至
らせることが好ましい（請求項４に対応）。すなわち変
速比増大開始車速と最大変速比実現車速が、操作部材が
大きく操作されるときほど高速とするのである。

【０００８】

【作用】図１(A) に示される制動装置によると、車両の
制動中、図１の(B) に示されるように車速の低下にあわ
せて変速比が増大させてゆく反面、図１の(C) に示され
るようにモーター６の回生トルクは減少されてゆく。こ
のため変速比の増大傾向が回生トルクの減少傾向で打ち
消され、制動中、制動トルクが急上昇することが抑制さ
れる。このため良好なブレーキフィーリングが得られ
る。ここで変速比に回生トルクを乗じた値が一定に保た
れていると、図１(D) に示すように車輪に発生する制動
トルクが一定に保たれることになり、ブレーキフィーリ
ングが極めてよくなる。

【０００９】さらに、変速比に回生トルクを乗じて得ら
れる制動トルクが、ブレーキペダル等の制動用操作部材
の操作量に応じて大きくなると、操作者が急ブレーキを
望むときほど大きな制動トルクが得られることにより、
制動フィーリングがごく自然なものとなる。さらに、変
速比増大開始車速と最大変速比実現車速が制動用操作部
材の操作量が大きいときほど高速であると、操作者が急
ブレーキを望むときほど、早い段階から大きな制動トル
クが得られることになる。このためブレーキフィーリン
グが一層向上する他、モーターの回生効率が向上し、さ
らにまた車両停止時においてなお変速比が最大変速比に
戻らないといったことが防止できる。

【００１０】

【実施例】次に本発明を具現化した一実施例について説
明する。図２はこの実施例の電気自動車のシステム構成
を示している。図中６は力行時には駆動用モーターとし
て機能し、制動時には回生エネルギーを発生して制動に
寄与する電動モーターであり、例えば三相誘導モーター
を用いることができる。このモーター６はバッテリ８か
ら電力の供給を受けて回転される一方、制動時には回生
エネルギーを得てバッテリ８を充電する。

【００１１】図中４は無段変速機であり、例えばトロイ
ダル型無段変速機が好適に用いられる。この無段変速機
４は電動モーター６と車輪と２の間に組込まれている。
この無段変速機４は変速比（入力軸回転数すなわちモー
ター回転数を出力軸回転数すなわち車輪回転数で除した
値）が無段階的に調整可能なものである。無段変速機４
の変速比は変速比制御装置１０で制御され、電動モータ
ー６の駆動トルクあるいは回生トルクはトルク制御装置
１２で制御される。

【００１２】図中１４はモーター回転数センサ１４であ
り、モーター６に取付けられたエンコーダが利用されて
いる。１６は車速センサであり、車輪の軸の回転速度を
検出する。１８はアクセルペダルの踏み込み量を検出す
るアクセル開度センサである。２０はブレーキペダル等
の制動用操作部材が操作されたときにオンするブレーキ
スイッチである。２２はブレーキペダルの踏み込み量
等、制動用操作部材の操作量を検出するセンサであり、
この場合は後述の油圧ブレーキの油圧を検出するセンサ
が用いられている。

【００１３】この電気自動車には、機械式制動装置も組
込まれており、ブレーキペダル２８が踏み込まれるとシ
リンダ２６が働いて油圧式の機械式ブレーキ２４を作動
させて車輪２の回転を制動する。ここでシリンダ２６と
ブレーキ２４間の油路の油圧はブレーキペダル２８の踏
み込み量に応じて変化する。前記油圧センサ２２はこの
油圧を検出することにより制動用操作部材の操作量を検
出するのである。

【００１４】変速比制御装置１０はコンピュータとその
コンピュータで制御されるアクチュエータで構成されて
おり、そのアクチュエータが変速比を増減する。トルク
制御装置は、バッテリ８とモーター６間に組込まれてい
るサイリスタ等のスイッチング素子やその点弧角制御回
路やコンピュータ等で構成されている。変速比制御装置
１０とトルク制御装置１２には、前記センサ１４〜２２
の信号が入力される。

【００１５】変速比制御装置１０は図４の処理手順に従
って無段変速機４の変速比を制御する。図４において、
ステップＳ２２は制動中か否かを判別するものであり、
ブレーキスイッチ２０のオン・オフを判別する。オンで
あるとき、すなわち制動中はステップＳ２４以後の処理
が実行され、非制動中はステップＳ３０以後の処理が実
行される。

【００１６】制動中は、ステップＳ２４で油圧センサ２
２の信号を入力する。これによって制動用操作部材の操
作量を検出する。次にステップＳ２６で車速センサ１６
によって現在の車速を検出する。以上の処理後ステップ
Ｓ２８で目標変速比を計算する。ステップＳ２８では、
図５(A) のマップが用いられる。

【００１７】図５(A) は横軸を車速とし、油圧をパラメ
ータとして、目標変速比を縦軸にとった図である。油圧
はブレーキペダルの踏み込み量を全ストロークで除した
単位に換算されており、図５では０％、２５％、５０
％、７５％、１００％のケースが図示されている。実際
にはその中間の油圧についてもマップ化されている。

【００１８】図中ａ１００は１００％の踏み込み時にお
ける車速と目標変速比の関係を示している。以後同様に
ａ７５は７５％のとき、ａ５０は５０％のとき、ａ２５
は２５％のとき、そしてａ０は惰性走行時の車速と目標
変速比の関係を示している。制動中は車速が減少してゆ
くために、現象は右から左に進み、車速の低下とともに
変速比は増大される。図中Ｖ１は変速比の増大開始車速
を示し、ブレーキペダルが強く踏み込まれたときほど高
速となっている。すなわちＶ１−１００＞Ｖ１−７５＞
Ｖ１−５０＞Ｖ１−２５＞Ｖ１−０の関係におかれてい
る。またＶ２は変速比が最大変速比γ_MAXに達するとき
の車速を示しており、ブレーキペダルが強く踏み込まれ
たときほど高速となっている。すなわちＶ２−１００＞
Ｖ２−７５＞Ｖ２−５０＞Ｖ２−２５＞Ｖ２−０の関係
におかれている。

【００１９】モーター６の回生トルクが一定であると、
変速比が大きいほど大きな制動トルクが得られることに
なる。図５(A) の関係にあると、ブレーキペダルが強く
踏み込まれるほど早い段階から大きな制動トルクが得ら
れることになるのである。これはごく自然の関係であ
り、自然なブレーキフィーリングが得られることにな
る。

【００２０】一方力行中は図４のステップＳ３０以後が
実行され、アクセルペダルの踏み込み量と車速によって
目標変速比が決定される。変速比制御装置１０はアクチ
ュエータを作動させて無段変速機４の変速比を、ステッ
プＳ２８とＳ３４で決められた目標変速比に調整する
（ステップＳ３６）。

【００２１】トルク制御装置は図３の処理手順に従っ
て、電動モーター６のトルクを制御する。ステップＳ２
は制動中か否かを判別するものであり、ステップＳ２２
と同等に働く。制動中はステップＳ４以後が実行され、
ステップＳ４でブレーキペダルの踏み込み量に相当する
値が入力され、ステップＳ６で車速が入力される。その
後ステップＳ８で目標回生トルクが計算される。

【００２２】ステップＳ８では図５(B) のマップが利用
される。図５(B) は車速が横軸にとられ、ブレーキペダ
ルの踏み込み量がパラメータとされ、目標回生トルクが
縦軸にとられたものである。図中添字１００はブレーキ
ペダルが１００％踏み込まれたとき、７５，５０，２５
はそれぞれ７５，５０，２５％踏み込まれたとき、そし
て０は惰性運転時を示している。制動中は車速が低下し
てゆき、現象は右から左へ進む。すなわち車速の低下と
ともに回生トルクは減少されてゆく。ここで回生トルク
の減少開始車速は変速比の増大開始車速と等しくされて
いる。また回生トルクの減少を終了する車速は最大変速
比実現車速と等しくされている。

【００２３】このようにすると、制動中上昇してゆく変
速比が制動中減少してゆく回生トルクによって補償さ
れ、制動中の制御トルクが急上昇しなくなる。このよう
にして本実施例によると、制動中に急減速されることを
防止し、良好なブレーキフィーリングが得られるように
している。

【００２４】この実施例の場合、変速比に回生トルクを
乗じて得られる制動トルクがほぼ一定となるように、図
５(A) と(B) のマップが決定されている。また制動トル
クが図５(C) に示すように、ブレーキペダルが強く踏み
込まれたときほど大きな値となる関係に設定されてい
る。ブレーキペダルの踏み込み量を変えない限り、制動
トルクが制動中変わらないようにされているために、ブ
レーキフィーリングは極めて良好となっている。また強
くブレーキペダルを踏み込むほど（一般的には制動用操
作部材を大きく操作するほど）大きな制動トルクが得ら
れるために、ブレーキフィーリングは自然のものとなっ
ている。

【００２５】図５(A) と(B) に示すように制動中の変速
比と回生トルクが制御されると、制動中のモータ回転数
は図５(D) に示すように変化する。この場合も現象は右
から左に進む。図中ｄ１は変速機を有しない場合の特性
である。これに対し、ｄ１００〜ｄ０はこの実施例によ
る場合を示している。矢印ｄ２に示すように、この実施
例によると制動中のモーター回転数が高く保たれる。

【００２６】図５(E) はモータ効率を示すものであり、
ラインｅ９０は９０％の効率が得られるモーター回転数
と回生トルクを示し、ｅ８５、ｅ８０はそれぞれ８５
％、８０％の効率が得られる条件を示している。

【００２７】本実施例によると、図５(D) で説明したよ
うに、制動中のモーター回転数が高く維持されるために
回生効率が良好な条件で用いられることがわかる。この
ように本実施例によると、高効率で回生エネルギーを得
ることができ、バッテリを効率良く充電することができ
るのである。

【００２８】

【発明の効果】本発明では、電動モーターと車輪間に無
段変速機を組込むことによってモーターの効率的利用を
可能とした電気自動車において、制動中、車速低下に伴
って変速比を増大させる一方、回生トルクを減少させて
ゆくために、制動トルクが制御中ほぼ良好なレベルに維
持され、良好なブレーキフィーリングが得られる。特
に、変速比の増大傾向と回生トルクの減少傾向を両者の
積が一定となるように設定しておくと、ブレーキペダル
等の制動用操作部材の操作量を変えない限り制動トルク
が一定となり、極めてブレーキフィーリングが良くな
る。さらにまた制動用操作部材の操作量が大きいときほ
ど大きな制動トルクが得られると、自然なブレーキフィ
ーリングが得られる。

【００２９】また変速比増大開始車速や最大変速比実現
車速が、操作量が大きいときほど高速に設定されている
と、操作者が強いブレーキ作用を望んでいるときほど早
い段階から大きな制動トルクが得られることになり、極
めて望ましいブレーキフィーリングが得られる。また同
時に回生効率を高めることもできる。このようにして本
発明によると、ブレーキフィーリングが良く、しかもエ
ネルギー効率の良い電気自動車を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を概念的に示す図

【図２】実施例のシステム図

【図３】トルクの制動手順を示す図

【図４】変速比の制動手順を示す図

【図５】変速比・回生トルク等の特性図

【符号の説明】

２車輪４無段変速機６電動モーター１０変速比制御装置１２トルク制御装置

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】車輪と電動モーターとの間に無段変速機
が組込まれた電気自動車の制動装置であり、制動中、車速の低下に伴って前記無段変速機の変速比を
増大させ、遅くても車両停止時には最大変速比とする変
速比制御装置と、制動中、車速に低下に伴って前記電動モーターの回生ト
ルクを減少させてゆくトルク制御装置とを備えているこ
とを特徴とする無段変速機付電気自動車の制動装置。
【請求項２】請求項１に記載の無段変速機付電気自動
車の制動装置において、車速低下に対する変速比の増大
傾向と車速低下に対する回生トルクの減少傾向が、変速
比と回生トルクを乗じて得られる制動トルクがほぼ一定
に維持される関係に設定されていることを特徴とする無
段変速機付電気自動車の制動装置。
【請求項３】請求項１に記載の無段変速機付電気自動
車の制動装置において、前記電気自動車に、制動用操作部材の操作量検出手段が
付加されており、制動中、変速比と回生トルクを乗じた値が、前記操作量
検出手段で検出された操作量が大きいときほど大きな制
動トルクにほぼ維持されることを特徴とする無段変速機
付電気自動車の制動装置。
【請求項４】車輪と電動モーターとの間に無段変速機
が組込まれているとともに、制動用操作部材の操作量検
出手段が組込まれた電気自動車の制動装置であり、制動中、前記操作量検出手段で検出される操作量が大き
いほど、変速比の増大開始時の車速を高速としかつ最大
変速比に達する車速も高速にする関係で、車速の低下に
伴って前記無段変速機の変速比を増大させてゆく変速比
制御装置を備えていることを特徴とする無段変速機付電
気自動車の制動装置。