JP2004099029A - 回生制動を持つ車両の制動及び操縦性制御方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー回収と車両操縦性とを最適化する。
【解決手段】通常制動バランスが示すであろうよりも当初回生制動量を大きくしてドライバー要求に基づき制動を開始するとともに、オーバーステア及びアンダーステアのような車両操縦性要素を監視して維持しながら前後の制動トルクを監視して動的に調整する。単比例・積分・導関数フィードバック制御器を用いることができる。車両センサーは車両状態を監視し、少なくとも一つの実際の車両操縦性値と操縦性及びエネルギー回収量の最適化に関する所定目標値とに基づき、種々の割合で非回生制動と回生制動とを作動させるための入力が制御器に与えられる。操縦性要素には、所定の縦車輪スリップ率、タイヤ・スリップ角又はヨーレートの目標値との比較が含まれている。
【選択図】図１

Description

　本発明は、概略的には、一般的にスタビリティ・コントロール・システムと呼ばれる車両の制動及び操縦性制御システムに関し、具体的には、車両のオーバーステアとアンダーステアを低減しながらエネルギー回収を最適化する回生制動を持つ車両の制動及び操縦性制御方法及びシステムに関するものである。

　自動車など主に内燃機関（internal combustion engine: ICE）により駆動される車両化石燃料消費量と排出量を低減する必要性は良く知られている。電気モーターにより駆動される車両は、このような必要性に対処するものである。他の解決策は、一つの車両において小型のICEに電気モーターを組合せるというものである。そのような車両は、内燃機関車両と電気車両の利点を組合せるものであり、一般的にハイブリッド電気自動車（hybrid electric vehicle: HEV）と呼ばれている（例えば特許文献１を参照）。

　HEVは、各種組合せで記載されてきた。多くのHEV特許は、電気動作と内燃機関動作との間で選択することをドライバーに要求するシステムを開示する。他の構成においては、電気モーターが１組の車輪を駆動し、内燃機関が別の組の車輪を駆動する。

　他のより有用な構成も開発されてきた。例えば、シリーズ・ハイブリッド電気自動車（series hybrid electric vehicle: SHEV）構成は、発電機と呼ばれる電気モーターに接続されたエンジン（最も一般的にはICE）を持つ車両である。そして、発電機は、電気を、バッテリーと推進モーターと呼ばれるもう一つのモーターとに供給する。SHEVにおいて、推進モーターは、車輪トルクの唯一の供給源である。エンジンと駆動輪との間には、機械的な接続はない。パラレル・ハイブリッド電気自動車（parallel hybrid electric vehicle: PHEV）構成は、エンジン（最も一般的にはICE）と電気モーターとを持ち、その両者が様々な程度で協働して、車両を駆動するのに必要なトルクを供給する。加えて、PHEV構成においては、モーターを、ICEが発生したエネルギーによりバッテリーを充電するための発電機として用いることができる。

　パラレル／シリーズ・ハイブリッド電気自動車（parallel/series hybrid electric vehicle: PSHEV）は、PHEV構成とSHEV構成両方の特性を持ち、「スプリット（split）」構成と呼ばれる場合がある。いくつかのPSHEV構成のうちの一つにおいて、ICEは遊星歯車機構のトランスアクスルにおいて二つの電気モーターへ機械的に結合されている。第１電気モーターである発電機が、サンギアに結合されている。ICEはキャリアに結合されている。第２の電気モーターである推進モーターが、トランスアクスルの別の歯車を介してリング（出力）ギアに結合されている。エンジン・トルクが、バッテリーを充電するために発電機を駆動することができる。発電機はまた、システムがワンウェイ・クラッチを持つ場合には、必要な車輪（出力軸）トルクに寄与することができる。推進モーターは、車輪トルクに寄与するためと、バッテリーを充電するために制動エネルギーを回収するためとに用いられる。この構成において、発電機は、エンジン速度を制御するために用いることのできる反作用トルクを選択的に供給することができる。事実、エンジン、発電機モーター及び推進モーターは、無段変速機（continuous variable transmission: CVT）の作用をすることができる。更に、HEVは、エンジン速度を制御するために発電機を用いることにより、通常の車両よりも良好にエンジン・アイドル速度を制御する機会を提供する。

　ICEを電気モーターと組合わせることが望ましいというのは明らかである。車両の性能や運転性の低下を示すことなしに、車両の燃料消費量と排出量とを低下させる可能性が大いにある。HEVは、小型エンジン、回生制動、電気ブースト、そしてエンジンを停止させての車両の運転さえも、可能とする。そうではあるが、HEVの潜在的な利益を最適化する新たな方法が開発されなければならない。

　HEVの開発の余地のある領域の一つとして、回生制動技術を用いた、HEVなどの形式の車両の制動及び操縦性システムの最適化がある。回生制動は、車両が減速する際に、それの慣性エネルギーを捕捉する。一般的な車両において、慣性エネルギーは、減速中、車両のブレーキ又はエンジンにおいて、熱として放散するのが普通である。回生制動は、発電機を用いて、捕捉した慣性エネルギーを、車両のバッテリーにおける蓄積電荷の形態の電気エネルギーへと変換する。この蓄積エネルギーは、後で電気モーターを駆動するのに用いられる。結果として、回生制動はまた、燃料使用量と排出物発生量とを低減する。車両構成のあるものにおいては、エンジンをパワートレインの残りの部分から遮断して、それにより、蓄積電気エネルギーに変換される慣性エネルギーをより大きくすることができる。

　回生制動を行う殆どの車両において、一つのアクスル（車軸）の車輪にのみ又は主にそこへ、回生制動トルクが加えられる。回生制動トルクが一つのアクスルの車輪にのみ加えられるとき、非回生制動手段を、他のアクスルの車輪において用いることができる。回生制動を通じてエネルギーを回収したいという要求の結果、異なるアクスルの車輪には異なる制動トルクが加えられることになる。制動トルクの間の差は、不平衡制動を生じる可能性があり、それが車両の操縦性を低下し得る。操縦性の低下は、安定性の低下又は操舵性の低下のいずれかの形として表われ得る。前輪駆動車両におけるように、不釣合いな大きさの回生制動トルクがフロント・アクスルに加えられると、前輪が持つ車両を操舵する能力が低下し得る。この操舵性の低下が、アンダーステアと呼ばれる状態である。後輪駆動車両におけるように、不釣合いな大きさの回生制動トルクがリア・アクスルに加えられると、リア・タイヤの横摩擦が低下し得る。この安定性の低下が、オーバーステアと呼ばれる状態である。これらの作用、すなわちフロント・アクスルにおける不釣合いな大きさの回生制動によるアンダーステアと、リア・アクスルにおける不釣合いな大きさの回生制動によるオーバーステアとは、氷及び雪など低摩擦面において、より大きなものとなり得る。低摩擦面上の操縦性要件は、回生制動のレベルを減じさせるのが一般的で、その結果、エネルギー回収量の損失を招く。

　各種運転状態での回生制動機能を制御することに関するHEV特許がある。特許文献２は、車両の傾斜の関数として回生制動が変化する電気自動車用回生制動制御システムについて示している。特許文献３は、電気駆動車両用制御システムについて示している。この発明は、車両のスリップ周波数に基づき、誘導モーターの回転の周波数を調整することにより、タイヤ・グリップ性能を向上することを意図するが、回生制動については考慮していない。

　特許文献４はまた、機械式アンチロック・ブレーキと回生制動との協働により、制動性能を向上させる取組みをするものを示している。この発明は、過剰な制動力とスリップとを、所定のスリップ率を用いて制御器で抑制するものである。他の発明もまた、過剰なスリップを抑制する取組みをしている（例えば、特許文献５及び６を参照）。これらの発明は、過剰なスリップを抑制するが、直進制動性の最大化に主に焦点を当てているので、適正レベルの安定性を提供するものではない。

　特許文献７は、回生制動モード又は摩擦制動モードからの切換えモードについて示している。しかしながら、この発明は、モード切換えの誤作動の影響を受け易い。
米国特許第５３４３９７０号明細書 米国特許第６０３３０４１号明細書 米国特許第４３３５３３７号明細書 米国特許第５４７６３１０号明細書 米国特許第５６５４８８７号明細書 米国特許第５６１５９３３号明細書 米国特許第５３１８３５５号明細書

　エネルギー回収と車両操縦性とを最適化しながら、回生制動と非回生制動との間で制動トルクを分配する能力が、この分野では必要とされている。
　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、することにある。

　本発明は、回生制動機能を備えた車両の制動を制御し、その操縦性を向上させる方法及びシステムを提供する。本発明は、低摩擦面上においてさえも、エネルギー回収量を大幅に低下させることなしにアンダーステアとオーバーステアとを低減しながら、回生制動を提供することができる。本発明は、継続的にオーバーステアとアンダーステアとを検出し、安定性が低下しているときには、回生制動トルクを通常の非回生制動トルクと釣合わせる。

　本発明の重要な観点によれば、回生制動トルクが少なくとも一つのアクスルの車輪に加えられ、別のアクスルの車輪には、機械式摩擦ブレーキなどこの分野で公知の非回生ブレーキが接続されている。本発明によれば、回生制動力と非回生制動力が、異なるアクスルの車輪に加えられる。車両は、ブレーキ位置及び各車輪の車輪速のセンサー入力を受けて評価し、発電機モーターを作動させるために、マイクロプロセッサーのハードウェアとソフトウェアとを有し、最大エネルギー回収量及び車両操縦性のために、前アクスルと後アクスルとの間の理想的な割合で非回生制動力と回生制動力とを変化させる、制御器を持つ。車両操縦性は、少なくとも一つの実際の車両操縦性値と少なくとも一つの目標値とに基づき判定される。回生制動量は、実際の車両操縦性値を所定目標値内に維持するように調整される。制御器は、単比例・積分・導関数フィードバック形（simple proportional-integral-derivative feedback type）の制御器とすることができる。

　本発明は、電機モーターが種々の大きさの回生制動トルクをリア・アクスルの車輪に与え、非回生ブレーキがフロント・アクスルの車輪に接続された車両構成において、オーバーステアを低減することができる。センサー入力は、操舵角やヨーレートや横加速度に関連したデータを含むのが好ましい。加えて、オーバーステアといった車両操縦性の判定は、縦方向の車輪スリップ率やタイヤ・スリップ角やヨーレートに関連するデータに基づくものとすることができる。操舵角を、ステアリング・ホイール位置、操舵輪位置又は操舵角の時間フィルター処理値から求めることができる。本発明はまた、前輪駆動車両におけるアンダーステアを低減するように構成することができる。

　本発明の他の目的及び構成は、本発明の属する分野の当業者には、添付図面と以下の説明より明らかとなろう。

　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
　本発明は、電気自動車（electric vehicle: EV）、ハイブリッド電気自動車（hybrid electric vehicle: HEV）及び燃料電池電気自動車（fuel cell electric vehicle: FCEV）など回生制動システムを持つ電気推進車両に関する。本発明は、回生制動を持つ車両の制動及び操縦性を連続的に制御するシステムである。図１は、可能な構成のうち一つだけを示している。具体的にはパラレル／シリーズ・ハイブリッド電気自動車（スプリット式）の構成である。

　基本的なHEVにおいて、遊星歯車機構20が、ワンウェイ・クラッチ26を介してキャリア・ギア22をエンジン24へ機械的に結合する。遊星歯車機構20はまた、サン・ギア28を発電機モーター30とリング（出力）ギア32とへ接続する。発電機モーター30はまた、発電機ブレーキ34に機械的に結合しているとともに、バッテリー36へ電気的に結合されている。推進モーター38は、第２歯車機構40を介して遊星歯車機構20のリング・ギア32へ機械的に接続されているとともに、バッテリー36へ電気的に結合されている。遊星歯車機構20のリング・ギア32と推進モーター38とは、後輪42を持つリア・アクスル66に機械的に結合されている出力軸44を介して、機械的に接続されている。車両はまた、別の１対の前輪64を持っている。両前輪64は、非駆動輪であり且つ操舵可能であるとともにフロント・アクスル68により結合されている。非駆動操舵輪64は車両の前方に配置されている一方、駆動輪42は車両の後方に配置されている。

　遊星歯車機構20は、エンジン24の出力エネルギーを、エンジン24から発電機モーター30へのシリーズ経路と、エンジン24から後輪42へのパラレル経路とへ分配する。エンジン24の速度（ＲＰＭ）は、パラレル経路による機械的結合を維持しながら、シリーズ経路への分配量を変更することにより制御することができる。推進モーター38は、第２歯車機構40を用いてパラレル経路上で後輪42へのエンジン24の動力を補う。推進モーター38はまた、本質的に発電機モーター30により生成される流出電力である、エネルギーをシリーズ経路から直接用いる機会を提供する。これは、バッテリー36における化学エネルギーとの間でエネルギーを変換することに伴う損失を低減し、そして、エンジン24のエネルギーから変換損失を差引いたものが、後輪42へ到達するのを可能とする。

　車両システム制御器（vehicle system controller: VSC）46は、各構成部品の制御器に結合することにより、このHEV構成における多くの構成部品を制御する。エンジン制御ユニット（engine control unit: ECU）48は、配線インターフェースを介してエンジン24に結合している。全ての車両制御器は、いかなる組合わせでも物理的に組合わせることができ、また、別個のユニットとすることもできる。それらは、別個の機能を持つので、ここでは別のユニットとして記載されている。車両制御器は、センサー入力を受けて評価するとともにその入力に従い応答する、マイクロプロセッサーのハードウェア及びソフトウェアを有している。VSC 46は、制御器エリア・ネットワーク（controller area network: CAN）54のような通信ネットワークを介して、ECU 48とバッテリー制御ユニット（battery control unit: BCU）50とトランスアクスル管理ユニット（transaxle management unit: TMU）52と通信する。BCU 50は、配線インターフェースを介してバッテリー36へ結合している。TMU 52は、配線インターフェースを介して、発電機モーター30と推進モーター38とを制御する。

　更に、VSC 46は、CAN 54を介して電気油圧制動ユニット（electric hydraulic braking unit: EHBU）56と通信することができる。EHBU 56は、最終的に従動操舵輪64に接続された非回生ブレーキ58（例えば機械式ブレーキ）に、接続されている。EHBU 56は、アンチロック・ブレーキ・システム（ABS）（不図示）と回生制動とトラクション・コントロールと非回生制動とを制御することができる。本発明において、駆動輪42と非駆動操舵輪64のそれぞれに対する制動制御は、独立して行うことができる。

　VSC 46は、各種車両部品センサーからの入力を受けることができる。本発明の実施形態によれば、VSC 46は、ブレーキ位置センサー（例えばブレーキ・ペダル位置センサー）62と車輪速センサー70と操舵輪位置センサー72とイナーシャ・センサー74とにより入力を受ける。イナーシャ・センサー74は、例えば、横加速度及び／又はヨーレートを計測することができる。ブレーキ位置センサー62の出力は、車両構成に応じて、VSC 46へ送ることもでき、また、EHBU 56へ送ることもできる。図１においては、ブレーキ位置センサー62の出力は、EHBU 56へ送られる。車輪速センサー70は各車輪に配置されている。本発明は、車両操縦性を維持しながら回生エネルギーの回収を最適化するように、フロント・アクスル68とリア・アクスル66との間で制動力を連続的に調整する方法及びシステムを提供する。いくつか考えられる構成のうちの一つとして、回生制動を装備した車両の制御システムが、図１に示されている。本発明は、低摩擦路面上でさえも車両のアンダーステア及びオーバーステアを低減するとともに、高摩擦路面上でのエネルギー回収量を大幅に低下させずに回生制動を提供することができる。

　本発明の制御器は、VSC 46内部に配置しても良いし、また、EHBU 56のように独立型（stand-alone）ユニットとして配置しても良い。制御器は、車両の操縦性を連続的に監視し、車両の操縦性が低下したときにはいつでも、それに対応してリアル・タイムで回生制動の変化を命令する。システムは、少なくとも一つの所定目標値に基づき、車両の操縦性を判定（決定）する。

　上述のように、回生制動を行う殆どの車両構成は、一つのアクスルの車輪に（又は主に一つのアクスルの車輪に）制動トルクを加える。回生制動が一つのアクスルの車輪だけに加えられるときには、車両全体の制動トルクを釣合わせるために、他のアクスルの車輪において通常の非回生制動方法を用いることができる。図１の車両構成においてこれを示すと、EHBU 56は、リア・アクスル66の駆動輪42における回生制動の作動を命令することができる（つまり、後輪駆動構成）。EHBU 56は同時に、フロント・アクスル68の従動操舵輪64に通常の非回生ブレーキの作用を命令することができる。この例においては、通常の非回生ブレーキ58を用いた制動トルクを付与した結果、運動エネルギーが熱として消費されるため、理想的なエネルギー回生を実現することはできない。理想的には、回生制動が完全であれば、最大エネルギー回収が起こることになる。

　回生制動による最大エネルギー回収を得るに際しては、車両操縦性に影響する可能性がある前輪と後輪との間の制動トルクの不釣合いが課題である。例えば、前輪駆動車両（不図示）において、エネルギー回収量を最大化しようとしてフロント・アクスル68の前操舵輪に加えられる制動トルクが過剰な場合（つまり、リア・アクスル66の車輪に加えられる通常の非回生制動力は比較的小さい場合）には、従動操舵輪64の操舵性が低下する（アンダーステア）。後輪駆動車両において、エネルギー回収量を最大化しようとしてリア・アクスル66の駆動輪42に過剰な制動力が加えられるとき（例えば、フロントの従動操舵輪64に加えられる通常の非回生制動力が比較的小さいとき）には、駆動輪42の横摩擦が低下する（オーバーステア）。これら操縦性の問題は、氷及び雪のような低摩擦面上で、より深刻となり得る。そこで、本発明は、車両操縦性を維持しながら、エネルギー回収量を最大化する方法及び装置を提供する。

　制動動作中に、本発明は、最初、連続的に車両操縦性を監視しそれに従い制動力を調整しながら、回生制動に依存することになる。システムは、車両操縦性を所定の目標値に維持することにより、操縦性の問題を修正しようとする。これは、通常の車両スタビリティ・コントロール・システムが作動する前に、本発明のシステムが反応するはずであることを意味する。

　車両操縦性目標を達成するために、本発明の目的は、従来の制動平衡を得るために、横方向の不安定（例えば、オーバーステアや、大きめの縦方向の車輪スリップ率）を監視して、回生制動力を低減することである。縦方向の車輪スリップ率は、車輪速センサー70を用いて前輪の速度と後輪の速度を計測することにより判定（決定）される。縦車輪スリップ率の数式は、以下のとおりである。
（縦車輪スリップ率）＝１−｛（車速）−（車輪速）｝／（車速）

　車速の第１近似値として、後輪駆動車両については前輪の車輪速を用いることができる一方、前輪駆動車両については後輪の車輪速を用いることができる。後輪ブレーキが作動すると、車両減速は後輪から始まる。例えば、10%の縦車輪スリップ率は、後輪が車両よりも10%だけ遅く進んでいることを意味する。後輪駆動車両の縦車輪スリップ率が増大すると、横安定性が低下する。

　本発明は、ドライバー要求に基づき制動を行うように前後の相対的な制動トルクを監視して動的に変更するために、最初に、通常の制動平衡が示すであろうよりも大きく回生制動に依存しながら、車両操縦性を監視して維持する、フィードバック制御アルゴリズムを用いる。後輪駆動車両については、オーバーステアを低減することができる一方、前輪駆動車両については、アンダーステアを低減することができる。

　図２は、本発明の構成を用いる回生制動制御器の制御フローチャートにより、本発明の構成の一つを示している。上述のように、この制御器は、VSC 46内に収容されても良いし、また、EHBU 56のような別個の制御器に収容されても良い。この制御器は、一般的に単比例・積分・導関数フィードバック（simple proportional-integral-derivative feedback）制御器を含む。図２に示された制御（工程）は、オーバーステア状態を低減するために、回生制動力が後輪に加えられる又は主に後輪に加えられる二輪駆動の後輪駆動車両に用いることができる。また、前輪駆動車両構成では、アンダーステアを低減するために、本発明を用いることができる。オーバーステアとアンダーステアのような車両操縦性の問題の判定と軽減のために、この制御は、車輪スリップ率とタイア・スリップ角とヨーレートを個別に又は組合わせて、連続的に監視することができる。図示目的で、図２に示された制御は、車両のオーバーステアとアンダーステアとを監視する三つの方法の全てを用いている。図２の制御はまた、実際の車両操縦性を所定の操縦性目標値内に維持しながら、エネルギー回収量を最適化するために、回生制動と非回生制動との割合を連続的に調整することができる。

　図２において、制御は、「キー・オン」動作でスタートし、「キー・オフ」動作で終了する。制御は、ステップ90において、車輪速センサー70、操舵輪位置センサー72及びブレーキ位置センサー62からの複数の車両入力を監視する。

　ステップ90の後で、制御はステップ92へ進み、車両ドライバーが死点からずれた操舵角（つまり旋回）を望んだか否かを判定する。言い換えると、制御は、車両の直進方向の左又は右への操舵角のずれの程度を判定する。ステップ92の結果がNOのときには、制御はステップ88へ進み、目標タイヤ・スリップ角とヨー・レートをゼロに設定し、その後、ステップ96へ進む。ステップ92でYESのときには、制御はステップ94へ進む。ステップ94において、制御は目標タイヤ・スリップ角と目標ヨーレート（旋回率）を計算し、ステップ96へ進む。

　ステップ96において、制御は、制動力が命令されたか否かを判定する。制動力命令は、車両ドライバ−又はVSC 46から来る可能性がある。車輪に加えられるべき制動力がブレーキ位置センサー62からの入力を用いて判定されて、車両が、ブレーキ位置センサー62の位置に関連させて制動力を付加する場合には、制動力は、車両ドライバーにより要求され得る。制動力はまた、通常のICEのみの車両のコーストダウン（coast-down）中のエンジン・ブレーキを模擬するように、VSC 46によっても要求され得る。ステップ96の結果がNOのときには、制御はステップ90へ戻る一方、YESのときには、制御はステップ98へ進む。

　ステップ98において、制御は、可能な限り回生制動を用いて、制動トルクを命令する。図示の実施形態では、回生制動をリア・アクスル66の駆動輪42に加えることになる。前輪駆動構成を持つ別の実施形態では、回生制動を前輪に加えることになる。次に、制御はステップ100へ進み、リア・アクスル66の駆動輪42及びフロント・アクスル68の従動操舵輪64の車輪速と横加速度とヨーレートとを判定（検出）する。これらの判定（検出）は、車輪速センサー70及びこの分野で公知の形式のイナーシャ・センサーから得られるような各種車両入力を用いて得られる。その後、制御はステップ102へ進む。

　ステップ102において、制御は、車輪速と車速との差から（上述のように）縦車輪スリップ率を計算し、その後、ステップ104へ進んで、車両操縦性の状態（表示）が所定の閾値内にあるか否かの判断を行う。

　ステップ104において、制御は、ステップ102で計算された縦車輪スリップ率が、所定の縦車輪スリップ率値を越えるか否かを判断する。この例においては、縦車輪スリップ率値として10%が用いられるが、縦車輪スリップ率値は5%であることが好ましい。所定の縦車輪スリップ率値はまた、車両動作状態に応じた動的な変数とすることができる。

　ステップ104の結果がYESのときには、制御はステップ106へ進み、車両が操縦性に関する所定の閾値内に入るまで制動トルクを釣合わせるために、フロント・アクスル68の車輪への非回生制動58の適用と、それに比例したリア・アクスル66の車輪への回生制動の減少とを命令する。全体の制動力は、同じ又は命令された制動力に一致したものとなる。回生制動のうち比例分のみが減少させられる。ステップ104でNOのときには、制御はステップ108へ進む。

　ステップ108において、制御は、実際のタイヤ・スリップ角（タイヤ・スリップ率）が目標タイヤ・スリップ角を越えるか否かを判断する。YESのときには、制御はステップ106へ進む一方、NOのときには、制御はステップ110へ進む。

　ステップ110において、制御は、実際のヨーレートが目標ヨーレートを超えるか否かについて判断する。YESのときには、制御はステップ106へ進む一方、NOのときには、制御はステップ90へ戻る。

　図２に示された制御において説明したように、本発明を実施するためには、縦車輪スリップ率、タイヤ・スリップ角又はヨーレートの目標値と実際値を得るために、具体的な計算方法を開発する必要がある。第１の計算については、縦車輪スリップ率についての上記の式を用いることができる。

　第２の計算については、タイヤ・スリップ角が、修正タイヤ・スリップ角を判定（決定）するための要素とされる。修正タイヤ・スリップ角はまた、タイヤ・スリップ角alpha及びその変化速度を推定し且つタイヤ・スリップ角からalphaの目標値を判定（決定）するとともに回生制動レベルを必要量まで低減するように閉ループ制御を用いることにより、許容範囲の車両操縦性を判定（決定）するのに用いられ得る。

　alpha及びその時間導関数alpha＿dotは、イナーシャ・センサー74を用いた、既知の計算方法により推定され得る。グローバル・ポジショニング・システム（Global Positioning System）のセンサー（不図示）、光学センサー（不図示）、レーダー（不図示）など、この分野で公知の他の方法を用いることができる。回生制動トルクがリア・アクスル66の車輪に（又は主に後輪に）加えられて、それによりオーバーステアが問題となるならば、リア・アクスル66の車輪についてのalphaとその導関数が推定されることになる。回生制動トルクがフロント・アクスル68の車輪に（又は主に前輪に）加えられて、それによりアンダーステアが問題となるならば、フロント・アクスル68の車輪についてalphaとその導関数が推定されることになる。フロント・アクスル68の車輪は操舵可能であるので、alpha推定値の計算は、操舵輪位置も含むことになる。これはまた、リア・アクスル66の車輪が操舵可能であるならば、リア・アクスル66の車輪についても当てはまる。

　車両の横加速度Ayは、alphaの位置に対応する位置で計測又は推定することができる。alphaの目標値alpha＿targetは、以下の数式に従い、Ayの絶対値に比例して計算される。
　alpha＿target = CC * abs(Ay) + alpha＿offset
　ここで、CCは、alpha推定の位置におけるタイヤのコーナリング・コンプライアンス（cornering compliance）であり、alpha＿offsetはalphaの推定誤差に対する修正定数である。この数式からは、常に正である値alpha＿targetが生じる。上記式において、Ayの計測値は、別の態様で判定（決定）される路面摩擦に対応する横加速度の限界値を表す値により、置き換えることもできる。

　回生制動トルクT＿regenを用いて、スリップ角alphaの閉ループ制御を、以下の様に実行することができる。
　T＿correction＿r =max(kp*(alpha-alpha＿target)+kd*alpha＿dot, 0)
　ここで、KpとKdは校正可能な値である。
　T＿correction＿l =max(-kp*(alpha+alpha＿target)-kd*alpha＿dot, 0)
　T＿correction =max(T＿correction＿r, T＿correction＿l)
　T＿regen = T＿desired＿regen - T＿correction

　上述の式は、T＿regenとT＿desired＿regenが常に正の値であるという仮定に基づく、単純な比例・積分・導関数フィードバック制御器により実現される。トルク修正T＿correction＿rは、ある方向（右旋回）のスリップ角に対応し、T＿correction＿lは他の方向（左旋回）に対応する。これらの式は、タイヤ・スリップ角が目標レベルを越えるときに、回生制動トルクのレベルを減少する作用をすることになる。

　第３の方法（計算）については、車両ヨーレートYRが、車両の操縦性の状態（表示）として用いられる。ヨーレートが目標値を越えないことを確実にするのに要求されるように、回生制動レベルを減少させるために、ヨーレートを計測し且つ目標値を計算するとともに閉ループ制御を用いることにより、許容可能な車両操縦性が維持される。

　車両ヨーレートYRは正負の値となることになる。目標ヨーレートYR＿targetは、車両スタビリティ・コントロールで実際に確立された方法を用いて計算される、正負の値となることになる。ヨーレートYRの閉ループ制御は、回生制動トルクを修正項T＿correctionで減じることにより、以下のように実現されることになる。
　T＿correction＿r=max(kp*(YR-YR＿target)+kd*YR＿dot+ki*YR＿int, 0)
　T＿correction＿l=max(-kp*(YR-YR＿target)-kd*YR＿dot-ki*YR＿int, 0)
　T＿correction = max(T＿correction＿r, T＿correction＿l)
　T＿regen = T＿desired＿regen - T＿correction
　ここで、kp, kd及びkiは校正可能な値であり、YR＿dotはYR又は(YR-YR＿target)の導関数であり、YR＿intは(YR-YR＿target)の積分である。
　上記の式は、単比例・積分・導関数フィードバック制御器により実現される。

　本発明の上述の実施形態は、純粋に例示目的のものである。本発明については、他に多くの変形、改良及び応用がなされ得る。変形には、これに限定されるものではないが、本発明を前輪駆動車両、後輪駆動車両又は全輪駆動車両に適用するものが含まれる。加えて、変形には、これに限定されるものではないが、本発明を全輪操舵車両、後輪操舵車両又は全輪操舵車両に適用するものが含まれる。

ハイブリッド電気自動車（HEV）の全体構成を示す図である。 本発明の制動及び操縦性制御を示すフローチャートである。

符号の説明

30　　発電機モーター
46　　制御器
58　　非回生ブレーキ

Claims (20)

1. 　車両の第１アクスルに取り付けられた車輪に、接続された回生ブレーキと、
   　上記第１アクスルとは異なる上記車両の第２アクスルに取り付けられた車輪に、接続された非回生ブレーキと、
   　車両入力を監視するために計測して電子信号を発生する複数のセンサーと、
   　上記信号を継続的に受信して処理するようにされた制御器と、
   　上記制御器により作動させられ、上記第１アクスルの車輪と上記第２アクスルの車輪との間の様々な割合で非回生制動と回生制動とを調整的に実行することにより車両操縦性値を予め選択された目標値内に維持する、発電機モーターと、
   　を有する、車両制動制御システム。
2. 　上記複数のセンサーは、上記車両のブレーキ・ペダル位置と各車輪の車輪速とを検出する、請求項１記載の車両制動制御システム。
3. 　上記制御器は、単比例・積分・導関数フィードバック制御器である、請求項１記載の車両制動制御システム。
4. 　上記発電機モーターは、リア・アクスルの回生制動トルクを発生し、
   　上記非回生ブレーキはフロント・アクスルの車輪に接続され、
   　上記複数のセンサーは更に、操舵角、横加速度及びヨーレートを検出する、
   　請求項２記載の車両制動制御システム。
5. 　縦車輪スリップ率値の判定を含む車両操縦性の判定を更に行う、請求項４記載の車両制動制御システム。
6. 　目標タイヤスリップ角及び実際のタイヤ・スリップ角の判定を含む車両操縦性の判定を更に行う、請求項４記載の車両制動制御システム。
7. 　目標ヨーレート及び実際のヨーレートの判定を含む車両操縦性の判定を更に行う、請求項４記載の車両制動制御システム。
8. 　上記制御器は、上記縦車輪スリップ率値が10%よりも大きいときには、車両操縦性を維持するために、回生制動量を低減させるとともに、比例して非回生制動量を増大させる、請求項５記載の車両制動制御システム。
9. 　上記制御器は、上記縦車輪スリップ率値が5%よりも大きいときには、車両操縦性を維持するために、回生制動量を低減させるとともに、比例して非回生制動量を増大させる、請求項５記載の車両制動制御システム。
10. 　上記制御器は、上記縦車輪スリップ率値が車両動作状態に応じた値よりも大きいときには、車両操縦性を維持するために、回生制動量を低減させるとともに、比例して非回生制動量を増大させる、請求項５記載の車両制動制御システム。
11. 　第１アクスルの車輪に回生制動トルクを調整的に加えるようにされた発電機モーターと第２アクスルの車輪に接続された非回生ブレーキとを有する車両の制動及び操縦性を連続的に制御する方法であって、
    　上記第１アクスルの車輪に回生制動を行う工程と、
    　ブレーキ・ペダル位置と各車輪の車輪速とを含む車両状態を検出することにより、上記車両を制御する工程と、
    　上記第１及び第２アクスルの車輪の間の様々な割合で非回生制動と回生制動とを行う工程と、
    　少なくとも一つの実際の車両操縦性値と少なくとも一つの所定の操縦性目標値とに基づき車両操縦性を判定する工程と、
    　上記実際の車両操縦性値を上記所定の目標値内に維持するように、回生制動量を低減させるとともに、比例して非回生制動量を増大させる工程と、
    　を有する方法。
12. 　上記車両を制御する工程は、単比例・積分・導関数フィードバック制御器を用いて行われる、請求項11記載の方法。
13. 　上記第１アクスルはリア・アクスルにより構成され、
    　上記第２アクスルはフロント・アクスルにより構成され、
    　上記非回生ブレーキは上記フロント・アクスルの車輪に制動トルクを加え、
    　上記車両状態を検出する工程は更に、操舵角、横加速度及びヨーレートを検出する工程を有する、請求項11記載の方法。
14. 　上記車両操縦性を判定する工程は、縦車輪スリップ率値を判定する工程を有する、請求項11記載の方法。
15. 　上記車両操縦性を判定する工程は、目標タイヤ・スリップ角及び実際のタイヤ・スリップ角を判定する工程を有する、請求項11記載の方法。
16. 　上記車両操縦性を判定する工程は、目標ヨーレート及び実際のヨーレートを判定する工程を有する、請求項11記載の方法。
17. 　上記回生制動量を低減させるとともに比例して非回生制動量を増大させる工程は、上記縦車輪スリップ率が10%よりも大きいときに実行される、請求項14記載の方法。
18. 　上記回生制動量を低減させるとともに比例して非回生制動量を増大させる工程は、上記縦車輪スリップ率が5%よりも大きいときに実行される、請求項14記載の方法。
19. 　上記回生制動量を低減させるとともに比例して非回生制動量を増大させる工程は、上記縦車輪スリップ率が車両動作状態に応じた値よりも大きいときに実行される、請求項14記載の方法。
20. 　回生制動トルクを第１アクスルの車輪に与えるようにされた発電機モーターと、
    　第２アクスルの車輪に接続された非回生ブレーキと、
    　制御器と、
    　該制御器内に実現された制御システムとを有し、
    　上記制御システムは、
    　　　ブレーキ・ペダル位置及び各車輪の車輪速を含む車両状態を検出して、該車両状態に基づきフロント・アクスルとリア・アクスルとの間の様々な割合で非回生制動と回生制動とを作動し、
    　　　少なくとも一つの実際の車両操縦性値と少なくとも一つの所定の目標操縦性値とに基づき車両操縦性を判定し、
    　　　上記実際の車両操縦性値を上記所定の目標値内に維持するように、回生制動量を低減させるとともに、比例して非回生制動量を増大させるように上記制御器へ指示する、
    　自動車。
    

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