JP7398161B1 - tire driven vehicle - Google Patents
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Abstract
従来の車両よりも燃費を向上したタイヤで駆動される電動車両を提供するために、電動車両1は、駆動モータ2と、バッテリー3と、インバータ4と、ECU5と、タイヤ6とを備え、走行時において、タイヤ6に駆動力をかける電力供給状態と、バッテリー3に電力を充電する電力回生状態とを交互に繰り返す制御部とを備える。これにより、従来のタイヤの弾性変形による熱エネルギーの廃棄を抑えることで従来の車両よりも燃費の向上が期待できる。【選択図】図1In order to provide an electric vehicle driven by tires with improved fuel efficiency than conventional vehicles, the electric vehicle 1 includes a drive motor 2, a battery 3, an inverter 4, an ECU 5, and tires 6, and is equipped with The control unit includes a control unit that alternately repeats a power supply state in which driving force is applied to the tires 6 and a power regeneration state in which the battery 3 is charged with power. This can be expected to improve fuel efficiency compared to conventional vehicles by suppressing the waste of thermal energy caused by the elastic deformation of conventional tires. [Selection diagram] Figure 1
Description
本発明は、タイヤ駆動車両に関し、詳しくはバッテリーとモータを備える電動車両に関する。 The present invention relates to a tire-driven vehicle, and more particularly to an electric vehicle equipped with a battery and a motor.
自動車やバイクなどのタイヤを装備した車両は、常に燃費向上が求められている。また、ハイブリッド車両や電動車両は、バッテリーの寿命や走行距離などの問題から、燃費向上が重要である。 Vehicles equipped with tires, such as cars and motorcycles, are constantly required to improve fuel efficiency. In addition, improving fuel efficiency is important for hybrid vehicles and electric vehicles due to issues such as battery life and mileage.
燃費向上の手段として、回生ブレーキを備える車両が提案されている。特許文献1には、アクセルペダルを離すと、駆動モータを回生ブレーキ状態に制御する回生ブレーキ制御手段を有する電動車両が開示されている。このように、回生ブレーキは、車両の減速時に駆動モータを回生状態にして発電して、電力を回生するものである。
Vehicles equipped with regenerative braking have been proposed as a means of improving fuel efficiency.
しかしながら、車両の減速時のみに回生ブレーキを用いて電力を回生しても、回生される電力量は多いとはいえない。それは、車両を減速するタイミングが限られているためである。 However, even if the regenerative brake is used to regenerate power only when the vehicle is decelerating, the amount of regenerated power cannot be said to be large. This is because the timing for decelerating the vehicle is limited.
一方、車両は、駆動力に対して様々な抵抗を受けて走行する。例えば、車体が受ける空気抵抗、加速時の慣性力による加速抵抗、更にタイヤが受ける転がり抵抗などがある。タイヤの転がり抵抗には、タイヤが弾性変形することによるエネルギーロス、接地摩擦によるエネルギーロス、タイヤの回転に伴う空気抵抗によるエネルギーロスなどがある。この転がり抵抗の中でも、タイヤが弾性変形することにより発生する熱エネルギーによるロスが非常に大きい。 On the other hand, a vehicle runs while experiencing various resistances to the driving force. Examples include air resistance experienced by the vehicle body, acceleration resistance due to inertial force during acceleration, and rolling resistance experienced by tires. Tire rolling resistance includes energy loss due to elastic deformation of the tire, energy loss due to ground friction, and energy loss due to air resistance due to tire rotation. Among this rolling resistance, loss due to thermal energy generated by elastic deformation of the tire is extremely large.
そこで、本願の発明者は、走行時のエネルギーロスを抑え、より多くの電力を回生して燃費を向上すべく、タイヤの弾性変形に伴うエネルギーロスに着目した。車両が走行する際、タイヤに駆動力がかかり、タイヤが地面を踏み込む時に圧縮され弾性変形する。駆動力がなくなると圧縮されたタイヤは解放され膨張して元に戻る。このように、タイヤが弾性変形を繰り返しながら車両は走行しており、タイヤに加えられた駆動力の多くが、この弾性変形に使用され熱エネルギーとして廃棄されている。 Therefore, the inventor of the present invention focused on energy loss associated with elastic deformation of tires in order to suppress energy loss during driving and regenerate more electric power to improve fuel efficiency. When a vehicle runs, driving force is applied to the tires, and when the tires hit the ground, they are compressed and deformed elastically. When the driving force is removed, the compressed tire is released and expands back to its original size. In this way, the vehicle travels while the tires repeatedly undergo elastic deformation, and much of the driving force applied to the tires is used for this elastic deformation and is wasted as thermal energy.
発明者は、従来のタイヤの弾性変形による熱エネルギーの無駄な廃棄を抑えることで、従来の車両よりも燃費を向上できると考えた。 The inventor believed that fuel efficiency could be improved compared to conventional vehicles by suppressing wasteful waste of thermal energy due to the elastic deformation of conventional tires.
上記課題を解決するために、本発明のタイヤ駆動車両は、モータと、バッテリーと、タイヤと、前記モータに前記バッテリーの電力を供給してタイヤを駆動する電力供給状態と、前記電力供給状態において前記タイヤに生じた弾性変形により電力を回生して前記バッテリーを充電する電力回生状態と、を交互に切り替える制御部とを備えている。 In order to solve the above problems, a tire-driven vehicle of the present invention includes a motor, a battery, a tire, a power supply state in which power from the battery is supplied to the motor to drive the tire, and a power supply state in the power supply state. A control unit is provided that alternately switches between a power regeneration state in which power is regenerated by elastic deformation generated in the tire and the battery is charged.
この構成によれば、力行時にタイヤに駆動力をかける電力供給状態と電力を回生する電力回生状態とを交互に繰り返す制御を行うことにより、従来走行時に廃棄され続けていたタイヤの弾性変形による熱エネルギーの廃棄を抑えることが可能となり、燃費が向上する。言い換えれば、タイヤの弾性変形によって生じるタイヤの復元力を利用して電力回生することで、燃費の向上を図る。ここで、力行とは、運転者がアクセルペダルを踏み込むことにより車両が走行している状態をいう。また、電力回生状態は回生ブレーキが作動している状態である。 According to this configuration, by performing control that alternately repeats the power supply state in which driving force is applied to the tires during power running and the power regeneration state in which power is regenerated, heat generated by elastic deformation of the tires, which had conventionally been discarded during running, can be generated. It becomes possible to suppress energy waste and improve fuel efficiency. In other words, fuel efficiency is improved by regenerating electric power using the tire's restoring force generated by the tire's elastic deformation. Here, power running refers to a state in which the vehicle is running when the driver depresses the accelerator pedal. Further, the power regeneration state is a state in which the regenerative brake is operating.
更に、前記制御部は、前記タイヤに駆動力をかけて弾性変形させた直後に、前記電力供給状態から電力回生状態に切り替え、該電力回生状態が所定時間続いた後に該電力回生状態から該電力供給状態に切り替える手段を有することが望ましい。タイヤに駆動力をかける電力供給状態は短い時間とすることが、タイヤの弾性変形による熱エネルギーの廃棄を抑えるために効率がよいためである。 Furthermore, the control unit switches from the power supply state to the power regeneration state immediately after applying a driving force to the tire to cause it to elastically deform, and after the power regeneration state continues for a predetermined time, the control unit switches the power supply state from the power regeneration state to the power regeneration state. It is desirable to have means for switching to the supply state. This is because it is efficient to keep the power supply state in which driving force is applied to the tires for a short period of time in order to suppress waste of thermal energy due to elastic deformation of the tires.
本発明のタイヤ駆動車両は、前記電力供給状態における駆動電力W1と駆動時間T1、前記電力回生状態における回生電力W2と回生時間T2が(式1)~(式3)を満たす関係にある。
T1<T2 (式1)
W1>W2 (式2)
T1×W1>T2×W2 (式3)In the tire-driven vehicle of the present invention, the drive power W1 and the drive time T1 in the power supply state, and the regenerated power W2 and the regeneration time T2 in the power regeneration state have a relationship that satisfies (Equations 1) to (Equations 3).
T1<T2 (Formula 1)
W1>W2 (Formula 2)
T1×W1>T2×W2 (Formula 3)
車両の力行時において、モータに電力を供給する電力供給状態T1を短い時間とし、電力回生してバッテリーを充電する電力回生状態をそれよりも長い時間T2とすることで、タイヤに駆動力をかける時間を短くしてタイヤの弾性変形による熱エネルギーの廃棄を抑えることができる。 When the vehicle is running, the power supply state T1 that supplies power to the motor is set for a short time, and the power regeneration state that regenerates power and charges the battery is set for a longer time T2, thereby applying driving force to the tires. By shortening the time, waste of thermal energy due to elastic deformation of the tire can be suppressed.
本発明のタイヤ駆動車両は、前記電力供給状態における駆動電力W1と駆動時間T1、前記電力回生状態における回生電力W2と回生時間T2が(式4)~(式6)を満たす関係にある。ここに、駆動電力とは、電力供給状態においてバッテリーからモータに供給される電力であり、回生電力とは、電力回生状態においてバッテリーを充電する電力である。
T1>T2 (式4)
W1<W2 (式5)
T1×W1<T2×W2 (式6)In the tire-driven vehicle of the present invention, the drive power W1 and the drive time T1 in the power supply state and the regenerated power W2 and the regeneration time T2 in the power regeneration state satisfy (Equations 4) to (Equations 6). Here, the driving power is the power supplied from the battery to the motor in the power supply state, and the regenerative power is the power that charges the battery in the power regeneration state.
T1>T2 (Formula 4)
W1<W2 (Formula 5)
T1×W1<T2×W2 (Formula 6)
本発明のタイヤ駆動車両は、前記電力供給状態と前記電力回生状態とが、前記タイヤが所定の角度を回転する時間に応じて切り替わる。この構成によれば、車両の速度に応じて、すなわちタイヤが所定の角度回転する時間に応じて電力供給状態と電力回生状態を制御することで、速度に応じて効率よく熱エネルギーの廃棄を抑えて燃費を向上させることが可能となる。 In the tire-driven vehicle of the present invention, the power supply state and the power regeneration state are switched depending on the time during which the tire rotates through a predetermined angle. According to this configuration, by controlling the power supply state and power regeneration state according to the speed of the vehicle, that is, according to the time during which the tires rotate by a predetermined angle, the waste of thermal energy can be efficiently suppressed according to the speed. This makes it possible to improve fuel efficiency.
本発明のタイヤ駆動車両は、前記駆動時間T1と前記回生時間T2の和が前記タイヤが30度以内の所定の角度を回転する時間であることが望ましい。電力供給状態を30度以内で電力回生状態に切り替える理由は、タイヤが圧縮されて弾性変形するのは地面に接触する部分であるところ、その部分が30度以内であるので、タイヤが30度回転する時間内で回生状態に切り替わるのが適切である。切り替わる回転角度を1度以上としてもよい。 In the tire-driven vehicle of the present invention, it is preferable that the sum of the drive time T1 and the regeneration time T2 is a time during which the tire rotates through a predetermined angle within 30 degrees. The reason why the power supply state is switched to the power regeneration state within 30 degrees is that the part of the tire that is compressed and elastically deforms is the part that contacts the ground, and since that part is within 30 degrees, the tire rotates 30 degrees. It is appropriate to switch to the regenerative state within the time required. The switching rotation angle may be 1 degree or more.
本発明のタイヤ駆動車両は、前記駆動時間T1と前記回生時間T2の和が前記タイヤが0.1度~30度回転する時間であることがより望ましい。。 In the tire-driven vehicle of the present invention, it is more preferable that the sum of the drive time T1 and the regeneration time T2 is a time during which the tire rotates by 0.1 degrees to 30 degrees. .
本発明のタイヤ駆動車両は、前記電力供給状態と前記電力回生状態とが、前記タイヤが1回転する間に少なくとも1回切り替わることが望ましい。タイヤに駆動力をかける電力供給状態は短い時間とすることが高効率であるからである。 In the tire-driven vehicle of the present invention, it is desirable that the power supply state and the power regeneration state switch at least once during one rotation of the tire. This is because it is highly efficient to keep the power supply state in which driving force is applied to the tires for a short period of time.
本発明のタイヤ駆動車両は、前記駆動時間T1と前記回生時間T2が(式7)、(式8)を満たす関係にある。
0.01μ秒≦T1≦100μ秒 かつ 1μ秒<T2<10m秒 (式7)
1<T2/T1<10000 (式8)In the tire-driven vehicle of the present invention, the drive time T1 and the regeneration time T2 have a relationship that satisfies (Equation 7) and (Equation 8).
0.01μsec≦T1≦100μsec and 1μsec<T2<10ms (Formula 7)
1<T2/T1<10000 (Formula 8)
本発明のタイヤ駆動車両は、車両の減速時において、前記駆動時間T1と前記回生時間T2が(式9)、(式10)を満たす関係にある。
0.01μ秒≦T2≦100μ秒 かつ 1μ秒<T1<10m秒 (式9)
1<T1/T2<10000 (式10)In the tire-driven vehicle of the present invention, the drive time T1 and the regeneration time T2 satisfy (Equation 9) and (Equation 10) when the vehicle is decelerating.
0.01μsec≦T2≦100μsec and 1μsec<T1<10ms (Formula 9)
1<T1/T2<10000 (Formula 10)
以上のように、本発明にかかる車両によれば、従来のタイヤの弾性変形による熱エネルギーの廃棄を抑えることで、従来の車両よりも燃費を向上することが可能となる。 As described above, according to the vehicle according to the present invention, by suppressing the waste of thermal energy due to the elastic deformation of conventional tires, it is possible to improve fuel efficiency compared to conventional vehicles.
以下、本発明に係る一実施形態を説明するが、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。なお、下記の実施形態は四輪の電動車両を例にとり説明するが、本発明は駆動モータを備える二輪車にも適用可能である。また、電動車両には、電気自動車や、ハイブリッド車、プラグインハイブリッド車等が含まれ、駆動モータを備える車両であればよく、特定の電動車両に限るものでもない。なお、説明の都合上、以降、特に断らない限りタイヤ駆動車両を電動車両と称す。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following embodiment. Although the following embodiments will be described using a four-wheeled electric vehicle as an example, the present invention is also applicable to a two-wheeled vehicle equipped with a drive motor. Further, the electric vehicle includes an electric vehicle, a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle, etc., and is not limited to a specific electric vehicle as long as it is a vehicle equipped with a drive motor. Note that, for convenience of explanation, the tire-driven vehicle will hereinafter be referred to as an electric vehicle unless otherwise specified.
<1.電動車両の構成>
図1は、本発明の一実施形態にかかる電動車両の概略構成を示す図である。図1に示すように、本実施形態の電動車両1は、駆動モータ2と、バッテリー3と、インバータ4と、ECU5と、タイヤ6と、速度センサ7とを主要な構成として備える。<1. Configuration of electric vehicle>
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
図1に示すように、駆動モータ2は、インバータ4を介して、バッテリー3に接続されている。また、駆動モータ2は、シャフトを介してタイヤ6を駆動するようになっている。駆動モータ2は、バッテリー3から電力の供給を受けて作動し、タイヤ6を回転させて電動車両1を駆動する。以下、駆動モータ2に電力が供給される電力供給状態を単に駆動状態と称する場合がある。
As shown in FIG. 1, the
一方、駆動モータ2を回生ブレーキとして作動させる場合、インバータ4をECU5により制御し、駆動モータ2を発電機として作動させ、発電された電力でバッテリー3を充電する。以下、バッテリー3が充電される電力回生状態を単に回生状態と称する場合がある。
On the other hand, when operating the
バッテリー3は、駆動電力を駆動モータ2に供給する放電モードと、駆動モータ2から回生電力を受ける充電モードを有する。バッテリー3を構成する二次電池は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、燃料電池など、充放電可能な蓄電デバイスであればよい。
The
ECU5は、インバータ4と協同して制御部を構成する。インバータ4はECU5からの指令に基づき、電力の向きや量を調節して、電力供給状態おおび電力回生状態を実現する。タイヤ駆動車両の制御部は、ECU5とインバータ4とが協同して制御手段を構成する。
The
本実施形態においてはタイヤ6の回転速度を検出して速度センサ7としているが、発電型の速度センサであってもよい。また回転角度を検出するエンコーダを用いて速度を検出してもよい。エンコーダであれば、タイヤの回転角度も検出することが可能である。
In this embodiment, the
ECU5は、その機能構成として、インバータ4を駆動状態や回生状態とするプログラムやデータ等が記憶される記憶部と、該プログラムやデータを用いて演算する演算部とを備える。そして、これらの機能構成は、プログラムを処理するCPU、プログラムやデータを記憶するROM、プログラムを実行する際にそのプログラムやデータを一時的に記憶するRAM、プログラムや多数のデータを格納するSSDなどにより実現される。
As for its functional configuration, the
なお、従来の回生ブレーキを備える電動車両では、走行中にアクセルペダルを離した際やブレーキペダルを踏み込んだ際などの操作信号が入力されたとき、すなわち電動車両の減速状態において駆動モータを回生ブレーキ状態に制御することが通常であるところ、本実施形態ではこのような従来の動作とは異なる制御を行う場合がある。以下、本実施形態の制御について説明する。 In addition, in electric vehicles equipped with conventional regenerative braking, when an operation signal is input such as when the accelerator pedal is released or the brake pedal is depressed while driving, that is, when the electric vehicle is decelerating, the drive motor is activated by regenerative braking. Although it is normal to perform control according to the state, in this embodiment, control that is different from such conventional operation may be performed. The control of this embodiment will be explained below.
<2.電動車両の制御/力行時>
従来、電力回生は車両の減速時に行うのが常であったところ、従来技術と異なり、本実施形態の電動車両1は、力行中において電力回生を行うことに特徴がある。すなわち、電力供給状態と電力回生状態を交互に繰り返す制御を行うことにより燃費の低減を図る。<2. Electric vehicle control/during power running>
Conventionally, power regeneration has been performed when the vehicle is decelerating, but unlike the conventional technology, the
まず、運転者がアクセルペダルを踏み込むと、バッテリー3からインバータ4を介して駆動モータ2に電力が送られてタイヤ6に駆動力がかかる。そして、タイヤ6に駆動力がかけられた直後に、ECU5がインバータ4を制御して、駆動状態から回生状態に切り替え、回生ブレーキにより回生電力を回収する。本実施形態の電動車両1は、この一連の動作を繰り返しながら走行する。
First, when the driver depresses the accelerator pedal, electric power is sent from the
この走行時の駆動状態と回生状態における電力と時間の関係を図2に示す。図2のグラフは、縦軸が電動車両1に加えられる電力(kw)、横軸が時間(t)であり、プラス側がバッテリー3から駆動モータ2に電力供給する駆動状態を表し、マイナス側が駆動モータ2からバッテリー3を充電する回生状態を表す。また、W1は駆動状態においてバッテリー3から駆動モータ2に供給する駆動電力であり、T1が駆動時間である。W2は回生状態において駆動モータ2からバッテリー3を充電する回生電力であり、T2が回生時間である。
FIG. 2 shows the relationship between electric power and time in the driving state and regenerative state during running. In the graph of FIG. 2, the vertical axis represents the electric power (kW) applied to the
ここで、駆動状態の駆動電力W1と駆動時間T1、回生状態の回生電力W2と回生時間T2は、(式1)~(式3)を満たす関係にある。
T1<T2 (式1)
W1>W2 (式2)
T1×W1>T2×W2 (式3)Here, the driving power W1 and the driving time T1 in the driving state, and the regenerative power W2 and the regenerative time T2 in the regenerating state have a relationship that satisfies (Equation 1) to (Equation 3).
T1<T2 (Formula 1)
W1>W2 (Formula 2)
T1×W1>T2×W2 (Formula 3)
すなわち、タイヤ6に駆動力をかける際は、短い駆動時間T1で非常に大きな駆動電力W1をかけ、これを駆動電力W1よりも小さい回生電力W2で、駆動時間T1よりも長い回生時間T2をかけて回生する。なお、駆動状態において、タイヤ6が駆動され電動車両1が前進するのは、駆動電力量W1×T1はその一部が運動エネルギーに変換されると共にタイヤ6の弾性変形に消費されるが、回生電力量W2×T2が駆動電力量W1×T1よりも小さいためである。そして、この動作を繰り返すことで、タイヤ6の復元力を利用して電力回生を行うことができる。従来の車両では電力が供給され続け、タイヤ6に駆動力がかけ続けられるのでタイヤ6の弾性変形による熱エネルギーが廃棄され続けられていた。本発明の制御方法によればタイヤ6の弾性変形による熱エネルギーの廃棄を抑えることができる。
That is, when applying a driving force to the
上記の制御を採用すれば理想的には(式11)に示す燃費の低減効果が期待できる。しかし実際には車両の走行時には種々の抵抗があるので、この走行時の抵抗によるエネルギーロスを差し引いて考えなければならない。
G=T1×W1-T2×W2 (式11)If the above-mentioned control is adopted, ideally, the effect of reducing fuel consumption as shown in (Equation 11) can be expected. However, in reality, there are various types of resistance when the vehicle is running, so the energy loss due to the resistance during running must be considered.
G=T1×W1-T2×W2 (Formula 11)
例えば、T1=0.01μsで、W1=1000kwの負荷をかけた直後に、駆動状態から回生状態に切り替え、T2=1μs、W2=8kwの電力回生をする一連の動作を繰り返して走行すれば、走行時の抵抗によるエネルギーロスがない場合、電力量の節減効果は時間当たり2kwhとなり、100km走行すればその燃費は50km/kwhとなる。通常の電気自動車の燃費が8km/kwhであるので、燃費向上の効果は6倍以上となる。 For example, if you drive by repeating the series of operations of switching from the drive state to the regeneration state immediately after applying a load of W1 = 1000 kW at T1 = 0.01 μs and regenerating power at T2 = 1 μs and W2 = 8 kW, If there is no energy loss due to resistance during running, the power saving effect will be 2 kWh per hour, and if the vehicle travels 100 km, the fuel consumption will be 50 km/kWh. Since the fuel efficiency of a normal electric vehicle is 8 km/kwh, the effect of improving fuel efficiency is more than 6 times.
負荷をかける駆動状態が0.01μs、回生電力を回収する回生状態が1μsと、極めて微少な時間の繰り返し制御である場合、電動車両1の運転者は、回生ブレーキがかかっていることは気にならない。なお、運転者は、通常の車両走行時と同様に、アクセルペダルを踏み続けるだけでよい。その間、裏では、ECU5により駆動状態と回生状態の繰り返し制御が行われる。
If the driving state for applying a load is 0.01 μs and the regenerative state for recovering regenerated power is 1 μs, which is a repetitive control that takes an extremely small amount of time, the driver of the
60km/h走行時の場合、例えばT1=0.02μsでW1=1000kwの負荷をかけた直後に、駆動状態から回生状態に切り替え、T2=1μsでW2=8kwの回生電力を回収する一連の動作を繰り返して走行する。この場合、上記の100km/h走行時に比べて燃費は落ちることになるが、従来の車両と比較すると、十分な燃費向上の効果が得られる。 When traveling at 60 km/h, for example, immediately after applying a load of W1 = 1000 kW at T1 = 0.02 μs, switch from the driving state to the regeneration state, and a series of operations to recover regenerated power of W2 = 8 kW at T2 = 1 μs. Run repeatedly. In this case, the fuel efficiency will be lower than when the vehicle travels at 100 km/h, but compared to conventional vehicles, a sufficient effect of improving fuel efficiency can be obtained.
次に、どのような状況により燃費が向上するかを説明する。まず、従来の車両では、走行時にアクセルを踏み続け、モータに電力を供給し続け、タイヤに駆動力をかけ続けた状態で走行される。図3は、電動車両1の走行時のタイヤ6の状態を示す説明図である。右向きの矢印は電動車両1の進行方向を示し、左下向きの矢印はタイヤの回転方向を示し、タイヤ下方の破線枠部分はタイヤ6が地面と接触して弾性変形される部分を示す。
Next, we will explain under what circumstances fuel efficiency improves. First, in a conventional vehicle, when driving, the accelerator pedal is continuously depressed, electric power is continuously supplied to the motor, and driving force is continuously applied to the tires. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the state of the
図3に示すように、走行時、タイヤ6に駆動力をかけた際に、タイヤの地面と接触する部分が圧縮され、タイヤ6が回転して解放された時に膨張して元の状態に戻る。このように、タイヤ6が弾性変形を繰り返しながら車両は走行しており、このときタイヤ6は弾性変形により発熱する。すなわち、タイヤ6にかけられた駆動力がタイヤ6の弾性変形に使用され、タイヤ6にかけられた駆動エネルギーの大部分は、タイヤ6の弾性変形によって生じる熱エネルギーとしてそのまま廃棄される。
As shown in Fig. 3, when driving force is applied to the
上記の実施形態の制御によれば、従来の車両では常時電力供給され続けられていたタイヤ6への駆動力に代えて、短時間の大電力の供給によりタイヤ6に大きな駆動力を加え、タイヤ6に弾性変形が生じると同時又は直後に電力供給を止めて駆動状態から回生状態に切り替えて回生電力を回収する制御を行う。この駆動状態と回生状態の切り替え制御を繰り返し行うことで、従来タイヤ6に駆動力がかけ続けられ、廃棄され続けていたタイヤの弾性変形による熱エネルギーの廃棄を抑えることで、従来よりも燃費を向上することが期待できる。
According to the control of the above embodiment, instead of the driving force to the
なお、駆動状態において短時間で大電力の供給としているのは、タイヤ6の弾性変形の時間をできるだけ短時間にするため、及び、小電力を長時間かけて供給するよりも大電力を短時間で供給する方が高効率であるためである。これは、自転車を想像すればわかりやすいが、軽く小さな力で長時間こぎ続けて進むよりも、重く大きな力で短時間こぎ、その慣性力を利用して進む方が、疲れずに長距離を進むことができることと同様である。
The reason why large electric power is supplied in a short period of time in the driving state is to minimize the time for elastic deformation of the
次に走行時の駆動状態と回生状態におけるタイヤ6の歪量の変化の状況を図4に示す。図4のグラフは、縦軸がタイヤ6の弾性変形による歪量(ε)で横軸が時間(t)である。タイヤ6の回転方向と同方向の歪をプラス側に、回転方向と反対側の歪をマイナス側にとってある。
Next, FIG. 4 shows how the strain amount of the
加速時は、バッテリー3から駆動モータ2に電力供給する駆動状態であって、タイヤ6には駆動力に起因するタイヤ6の歪εがタイヤ6の回転方向と同方向に発生する。この歪εは比較的鋭い立ち上がりを示す(図中(1)で示す過程)。
During acceleration, the
タイヤ6に駆動力をかけて弾性変形させた直後に、駆動状態から回生状態に切り替えると、弾性変形が元に戻る際に電力回生を行い、それにつれて歪量は緩やかに減少する(図中(2)で示す過程)。
Immediately after a driving force is applied to the
歪量が所定の値以下になると、初めの駆動状態に切り替わり、以降、駆動状態と回生状態を繰り返す。すなわち、タイヤ6に駆動力をかけて弾性変形させた直後に、駆動状態から回生状態に切り替え、回生状態が所定時間続いた後に回生状態から駆動状態に切り替える。図4は歪量が駆動状態の初期の値に戻る場合の歪量の推移を示す。
When the amount of strain becomes less than a predetermined value, it switches to the initial drive state, and thereafter repeats the drive state and regeneration state. That is, immediately after applying a driving force to the
図5は歪量が次のサイクルで増加する場合であって、このようなサイクルが続けばタイヤ6の歪εが十分回復されず、電力の回生は不十分となる。タイヤ6の歪εは、電動車両1の加速時に過渡的に生じるが、このような場合は回生時間T2を大きくするか回生電力W2を大きくして、サイクルの終わりで歪εがなくなることが望ましい。
FIG. 5 shows a case where the amount of strain increases in the next cycle, and if such cycles continue, the strain ε of the
駆動時間T1は0.01μ秒≦T1≦100μ秒であり、かつ、回生時間T2は1μ秒<T2<10m秒を満たす関係にあることが望ましい。また、駆動時間T1と回生時間T2の比は1<T2/T1<10000を満たす関係にあることが望ましい。 It is desirable that the drive time T1 satisfies 0.01 μsec≦T1≦100 μsec, and that the regeneration time T2 satisfies 1 μsec<T2<10 msec. Further, it is desirable that the ratio between the drive time T1 and the regeneration time T2 satisfies 1<T2/T1<10000.
<3.電動車両の制御/減速時>
以下、減速時の電動車両の制御について、力行時の制御と異なる点を説明する。まず、運転者がブレーキペダルを踏み込むと、ECU5がインバータ4を制御して、駆動状態から回生状態に切り替える。駆動モータ2は回生電力を発生し、この回収電力はバッテリー3を充電するとともに、回生ブレーキが作動してタイヤ6には制動力が働く。減速時は、駆動と回生が加速時と逆のシーケンスとなる。<3. Electric vehicle control/deceleration>
Hereinafter, the differences between the control of the electric vehicle during deceleration and the control during power running will be explained. First, when the driver depresses the brake pedal, the
そして、回生ブレーキが作動した直後に、ECU5がインバータ4を制御して、バッテリー3からインバータ4を介して駆動モータ2に電力が送られてタイヤ6に駆動力がかかる。電動車両1は、この一連の動作を繰り返しながら減速する。
減速時の回生状態と駆動状態における電力と時間の関係を図6に示す。図6のグラフは図2と同様であるので説明を省略する。Immediately after the regenerative brake is activated, the
FIG. 6 shows the relationship between power and time in the regenerative state and drive state during deceleration. Since the graph in FIG. 6 is similar to that in FIG. 2, the explanation will be omitted.
駆動電力W1と駆動時間T1および回生電力W2と回生時間T2が(式4)~(式6)を満たす関係にある。
T1>T2 (式4)
W1<W2 (式5)
T1×W1<T2×W2 (式6)Drive power W1 and drive time T1 and regenerated power W2 and regenerated time T2 have relationships that satisfy (Formula 4) to (Formula 6).
T1>T2 (Formula 4)
W1<W2 (Formula 5)
T1×W1<T2×W2 (Formula 6)
すなわち、タイヤ6に制動力をかける際は、短い回生時間T2で非常に大きな回生電力W2とし、これを回生電力W2よりも小さい駆動電力W1で、回生時間T2よりも長い駆動時間T1をかけて回生する。そして、この動作を繰り返すことで、タイヤ6の復元力を利用して電力回生を行うことができる。このように断続的に回生ブレーキを作動させることにより電動車両は速やかに停止することが可能となる。このことは、滑りやすい路面においておいて強くブレーキペダルを踏んだ時にABS(Anti-lock Braking System)が作動して速やかに減速することができるのと同じである。
In other words, when applying braking force to the
次に減速時の駆動状態と回生状態におけるタイヤ6の歪量の変化の状況を図7に示す。 減速時に、回生電力が発生してバッテリー3を充電する。そして、タイヤ6には制動力に起因するタイヤ6の歪εがタイヤ6の回転方向と逆方向に発生する。この歪εは比較的鋭い立ち下がりを示す(図中(3)で示す過程)。
Next, FIG. 7 shows how the strain amount of the
タイヤ6に制動力をかけて弾性変形させた直後に、回生状態から駆動状態に切り替えると歪量は緩やかに減少する(図中(4)で示す過程)。歪量が所定の値以下になると、初めの回生状態に切り替わり、以降、回生状態と駆動状態を繰り返す。
Immediately after applying braking force to the
<4.その他の実施形態>
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。<4. Other embodiments>
As mentioned above, the preferred embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, but various additions, changes, or deletions can be made without departing from the gist of the present invention.
(1)上記の実施形態では、駆動状態と回生状態が所定時間及び所定電力で切り替わる制御の例で説明しているが、これらの時間及び電力は適宜変更してもよい。 (1) In the above embodiment, an example of control is described in which the drive state and the regeneration state are switched at a predetermined time and a predetermined power, but these times and power may be changed as appropriate.
駆動状態と回生状態はタイヤ6が1回転する間に少なくとも1回切り替わることが望ましい。走行時において、タイヤ6に駆動力をかける駆動状態は短い時間とすることが高効率であるからである。
It is desirable that the drive state and the regeneration state be switched at least once during one rotation of the
タイヤ6が所定の角度回転する時間に応じて駆動時間T1と回生時間T2が決定されてもよい。タイヤ6が所定の角度を回転する時間により駆動状態と回生状態を調節することで、タイヤ6の回転速度に応じてタイヤ6の歪εにより生じた熱エネルギーの廃棄を効率よく抑えて燃費を向上させることが可能となる。
The drive time T1 and the regeneration time T2 may be determined according to the time it takes for the
この場合、タイヤ6が30度以内の所定の角度回転する時間で、駆動状態から回生状態に切り替わることがより望ましい。駆動状態を回転角度で30度以内で電力回生状態に切り替えるのが望ましい理由は、タイヤ6が圧縮されて弾性変形するのは地面に接触する部分であるところ、その部分が30度以内であるので、タイヤ6が30度回転する時間内で回生状態に切り替わるのが適切であるためである。
In this case, it is more desirable to switch from the drive state to the regeneration state in the time it takes for the
この場合、駆動時間T1と回生時間T2の和がタイヤ6が0.1度~30度回転する時間の範囲で定めてもよい。なお、電動車両1に備えられた速度センサ7がタイヤ6の回転角度を検出して速度を計算するタイプであれば速度と共にタイヤ6の回転角度を検出することが可能である。
In this case, the sum of the drive time T1 and the regeneration time T2 may be determined within the range of time during which the
(2)走行時において、駆動時間T1は0.01μ秒~100μ秒、回生時間T2は1μ秒~10msの範囲で定めてもよい。また、減速時において、回生時間T2は0.01μ秒~100μ秒、駆動時間T1は1μ秒~10msの範囲で定めてもよい。 (2) During running, the driving time T1 may be set in the range of 0.01 μs to 100 μs, and the regeneration time T2 may be set in the range of 1 μs to 10 ms. Further, during deceleration, the regeneration time T2 may be set in the range of 0.01 μs to 100 μs, and the drive time T1 may be set in the range of 1 μs to 10 ms.
電動車両1の走行速度に応じて駆動状態の駆動時間T1、回生状態の回生時間T2を決めてもよい。電動車両1の走行速度が速い場合は駆動時間T1および回生時間T2を短くして、電動車両1の走行速度が遅い場合は長くしてもよい。このような場合において、走行時にはT1とT2の割合を1/10~1/100の範囲で定め、減速時には、T1とT2の割合を10~100の範囲で定めてもよい。
The drive time T1 in the drive state and the regeneration time T2 in the regeneration state may be determined depending on the traveling speed of the
上記の実施形態の電動車両1は、タイヤ駆動車両の一例であるが、本発明はこれに限定されない。本発明は、ハイブリッド車、プラグインハイブリッド車など、駆動モータを備える電動車両に適用可能である。また、本発明は、四輪車に加えて、電動バイクなど、駆動モータを備える二輪車にも本発明を適用可能である。
Although the
1 電動車両
2 駆動モータ
3 バッテリー
4 インバータ
5 ECU
6 タイヤ
7 速度センサ
1
6
Claims (12)
バッテリーと、
タイヤと、
前記モータに前記バッテリーの電力を供給してタイヤを駆動する電力供給状態と、
前記電力供給状態において前記タイヤに生じた弾性変形により前記モータに生じた回生電力で前記バッテリーを充電する電力回生状態とを、力行時に交互に切り替える制御部と、
を備えたタイヤ駆動車両。 motor and
battery and
tires and
a power supply state in which power from the battery is supplied to the motor to drive the tires;
a control unit that alternately switches between a power regeneration state in which the battery is charged with regenerated power generated in the motor due to elastic deformation of the tire in the power supply state and a power regeneration state during power running;
Tire-driven vehicle with.
前記電力回生状態とを、力行時および減速時に交互に切り替える制御部を備えた請求項1に記載のタイヤ駆動車両。 the power supply state;
The tire-driven vehicle according to claim 1, further comprising a control unit that alternately switches the power regeneration state during power running and during deceleration.
T1<T2 (式1)
W1>W2 (式2)
T1×W1>T2×W2 (式3) According to any one of claims 1 and 2, the drive power W1 and drive time T1 in the power supply state and the regenerated power W2 and regeneration time T2 in the power regeneration state have a relationship that satisfies (Formula 1) to (Formula 3). tire driven vehicle.
T1<T2 (Formula 1)
W1>W2 (Formula 2)
T1×W1>T2×W2 (Formula 3)
T1>T2 (式4)
W1<W2 (式5)
T1×W1<T2×W2 (式6) According to any one of claims 1 and 2, the drive power W1 and the drive time T1 in the power supply state and the regenerated power W2 and the regeneration time T2 in the power regeneration state satisfy (Equation 4) to (Equation 6). tire driven vehicle.
T1>T2 (Formula 4)
W1<W2 (Formula 5)
T1×W1<T2×W2 (Formula 6)
0.01μ秒≦T1≦100μ秒 かつ 1μ秒<T2<10m秒 (式7)
1<T2/T1<10000 (式8) The tire-driven vehicle according to claim 3, wherein the drive time T1 and the regeneration time T2 have a relationship that satisfies (Equation 7) and (Equation 8).
0.01μsec≦T1≦100μsec and 1μsec<T2<10ms (Formula 7)
1<T2/T1<10000 (Formula 8)
0.01μ秒≦T2≦100μ秒 かつ 1μ秒<T1<10m秒 (式9)
1<T1/T2<10000 (式10) The tire-driven vehicle according to claim 4, wherein the drive time T1 and the regeneration time T2 have a relationship that satisfies (Formula 9) and (Formula 10).
0.01μsec≦T2≦100μsec and 1μsec<T1<10ms (Formula 9)
1<T1/T2<10000 (Formula 10)
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