JP2005145147A

JP2005145147A - 車両の制動制御装置

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Publication number: JP2005145147A
Application number: JP2003382611A
Authority: JP
Inventors: Shinobu Kamata; 忍釜田; Hiroshi Iwano; 岩野　　浩; Hiroshi Oba; 大羽　　拓; Michiyuki Haniyu; 倫之羽二生; Kazuhiro Takeda; 和宏竹田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-11-12
Filing date: 2003-11-12
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2023-11-12
Also published as: JP4665390B2

Abstract

【課題】制御装置内の通信を簡素化した車両の制動制御装置を提供する。
【解決手段】車両の制動制御装置において、車両の前輪と後輪の少なくとも一方を駆動輪として駆動する駆動モータ５と、車両減速時に前駆駆動モータを回生制動させる回生制御手段１２と、運転者がブレーキペダルを踏み込む踏力により発生する油圧に応じて前記前後輪に制動力を発生する油圧ブレーキ１１と、車両の制動状態に応じて前記駆動輪の油圧ブレーキの油圧を減圧する油圧低減手段１９とを備え、前記回生制御手段は、所定条件が成立した時に、前記油圧低減手段に対して擬似的な制動状態信号を出力して前記駆動輪の油圧ブレーキの油圧を減圧する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の制動制御装置に関するものである。

従来、ＡＢＳ及びＥＢＤを搭載した車両の制動制御装置として、モータを駆動源とする車両において発生する回生エネルギを回収する制御装置がある（特許文献１参照）。

この制御装置では、ブレーキペダルの踏力により発生したブレーキ油圧を油圧センサを用いて検出し、ブレーキコントローラが油圧センサ、車輪速センサ、フットブレーキスイッチ、パーキングブレーキスイッチ、エンジン回転数センサおよびシフトレンジセンサからの出力信号に基づいて液圧ユニットにより制動力を制御する。具体的には入力信号に基づいて算出された要求制動力がしきい値より小さい時にはモータによる回生制動を行い、しきい値以上の時にはブレーキ油圧を増大して制動を行う。
特開２００１−２６８７０４号公報

しかしながら、前述の従来技術では、モータが最大トルクを発生した後に、油圧による制動力が発生する構成であるため、駆動モータによる回生制動力が発生するまでの時間に比して油圧制動力が発生するまでの時間が遅く、この遅れによる空走距離が増加して制動性能が低下するという課題がある。

上記の問題を鑑み、本発明は、制動性能の低下を防止する車両の制動制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、車両の前輪と後輪の少なくとも一方を駆動輪として駆動する駆動モータと、車両減速時に前記駆動モータを回生制動させる回生制御手段と、運転者がブレーキペダルを踏み込む踏力により発生する油圧に応じて前記前後輪に制動力を発生する油圧ブレーキと、車両の制動状態に応じて前記油圧ブレーキの油圧を減圧する油圧低減手段とを備え、前記回生制御手段は、所定条件が成立した時に、前記油圧低減手段に対して擬似的な制動状態信号を出力して前記駆動輪の油圧ブレーキの油圧をこの擬似的な制動状態信号に応じて減圧するとともに、この減圧分に対応して前記駆動モータによる回生トルクを増加する。

本発明では、車両トータルとしての制動力を維持したまま油圧制動の制動力の遅れを抑制し、空走距離を延長することがなく、制動性能の低下を防止できる。

図１に本発明を適用するエンジンとモータとを駆動源として備えるハイブリッド車両のシステム構成図を示す。

このハイブリッド車両において、エンジン１の動力は変速機２及びフロントデフギア３ａを介して前輪４ａに伝達される。また、駆動モータ５は、リアデフギア３ｂを介して後輪４ｂを駆動する。

ここでエンジン１は、吸気バルブの開閉時期を変化できるガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の高効率エンジンが適当である。変速機２は、伝達効率の高いトルクコンバータ付き自動変速機等を使用する。駆動モータ５は、制動時に発電機として制動回生し、高効率なモータ、例えば、埋め込み型永久磁石同期モータやスイッチトリラクタンスモータを使用することが好ましい。また駆動モータ５に電力を供給するバッテリ６は、出力と充電容量の点からニッケル水素電池、リチウムイオン電池またはキャパシタを用いる。

制動に関わる油圧系の構成は、ブレーキペダル７と、ブレーキペダル７に生じた踏力をエンジン１の負圧により倍増する倍力装置８と、倍力装置８の油圧を前後輪のブレーキに配分する油圧コントロールバルブ９と、配分された油圧に応じて制動力を発生する前後輪油圧ブレーキ１０、１１とから構成される。

油圧コントロールバルブ９は本願における油圧低減手段を構成しており増減圧ソレノイドバルブを備えている。油圧コントロールバルブ９は車輪のスリップ率等からロックしそうな状態か否か検出し、この状態を検出すると車輪のブレーキ油圧を解放して制動力を減少させることにより車輪ロックを抑制するＡＢＳ(アンチスキッド・ブレーキ・システム)と、前進中走行中における制動時に前輪への荷重が大きくなることにより発生する後輪スリップを抑制する為に後輪のブレーキ油圧の上昇を規制するＥＢＤ(Electric Brake Force Distribution)を構成している。

また、油圧コントロールバルブ９には各輪のスリップ状態を検出し、ブレーキ油圧の減圧指令を発する制御手段を必要とし、また、スリップを検出する為に少なくとも各輪の回転状態を検出する必要がある。本実施例においては当該制御装置を後述する回生制御装置１２と統合しているが、油圧コントロールバルブ９に独立のＡＢＳおよびＥＢＤを実行する制御装置を備え、回生制御装置１２を経由して各輪の状態信号を受け取るよう構成してもよい。
前後輪ブレーキ１０、１１は、制動時に発生する熱を放熱しやすく、制動性能の低下を防ぐためにディスクブレーキとして、ブレーキキャリパは、対向ピストン型を用いることが好ましい。なお、車両重量が軽量である場合にはドラムブレーキを用いてもよい。

このハイブリッド車両には、さらに車両を統合制御する回生制動制御装置１２と、駆動モータ５を制御する駆動モータコントローラ１３と、バッテリ６の蓄電状態等を検出するバッテリコントローラ１４とを備える。

回生制動制御装置１２には、前輪４ａと後輪４ｂのそれぞれに設置された各車輪の回転速度を検出する車輪速センサ１５、１６の出力信号とバッテリの充電状態ＳＯＣ等がバッテリコントローラ１４から入力され、これらに基づいてコントロールバルブ９に開閉信号を送信するとともに、駆動モータコントローラ１３には回生トルク指令値または駆動トルク指令値を送信する。
なお、本願において車輪速センサ１５、１６の出力が制動状態信号に相当する。

図２は、回生制動制御装置１２の構成を示し、車輪速に基づいて回生制動制御装置１２の故障を診断する故障診断装置１７と、検出した車輪速を用いて擬似車輪速（擬似的な制動状態信号）を演算し、駆動モータコントローラ１３に出力する回生制御装置（回生制御手段）１８と、検出車輪速または擬似車輪速に基づいて制動力の前後輪配分を電気的に行うＥＢＤ（油圧低減手段）１９とを備える。なお、擬似車輪速の演算方法については後述する。

駆動モータコントローラ１３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、インターフェース等から構成され、インターフェースに入力される回生トルク指令値に基づいて駆動モータ５の駆動トルクを制御する。駆動モータ５のトルク制御は、バッテリ６から供給される電力量を制御することにより行う。

バッテリコントローラ１４は、バッテリ６の電流と電圧とを検出して、バッテリ６の蓄電状態と入出力可能電力と演算し、演算結果を回生制動制御装置１２に出力する。

図３のフローチャートは、回生制動制御装置１２で実施される制御内容を説明するためのフローチャートである。この制御は一定時間間隔、例えば１０ｍｓｅｃ毎に実施される。

まずステップ１（図３のＳ１、以下同様）で各センサの断線を、ステップ２で各センサの短絡を検出する。続くステップ３で、ステップ１とステップ２の検出結果に基づいてシステムの故障診断を実施する。各センサの断線と短絡は、各センサに電流を流して電圧降下を生じさせて、その電圧降下が正常値であるかどうかにより故障を判断する。また、駆動モータコントローラ１３やバッテリコントローラ１４で故障が診断された場合にもシステムの故障と判断する。

ステップ３でシステムの故障と判断された場合にはステップ８に進み、故障でない場合にはステップ４に進む。ステップ４では、ＡＢＳの作動状態を判定し、作動中であれば、ステップ８に進み、作動停止中であればステップ５に進む。ＡＢＳの作動を判定する手法としては、回生制動制御装置１２で各車輪のスリップ率を演算して、演算されたスリップ率が所定のスリップ率を越えた場合にＡＢＳ作動中と判定する。または、ＥＢＤ１９に含まれるＡＢＳ制御装置の作動信号を回生制動制御装置１２に入力して、判定するようにしてもよい。

ステップ５では、バッテリ６のＳＯＣを読み込む。ＳＯＣの算出方法としては、バッテリ６の供給電力の積算値から算出する。このとき、バッテリ６の劣化を考慮してもよい。バッテリ６の劣化は、バッテリ６を充放電する時の電流値、電圧値を何点か計測し、計測結果から電流−電圧特性を算出し、その傾きが内部抵抗として求められる。この内部抵抗を劣化としてＳＯＣ算出時に考慮する。

また、バッテリ６のＳＯＣをバッテリ６の入出力可能電力から算出してもよい。入出力可能電力は、まず、前述の電流−電圧特性の傾きから内部抵抗と、その切片から開放電圧を算出する。次に内部抵抗と開放電圧からバッテリ６を上下限電圧まで充放電した時の最大充放電電流を算出し、上下限電圧と最大充放電電流との積から入出力可能電力を算出する。そして入出力可能電量とＳＯＣとの関係を予めマップ化しておき、算出した入出力可能電力からＳＯＣをマップを用いて算出する。なお、バッテリ６の温度を検出し、入出力可能電力をＳＯＣとバッテリ６の温度の関数としてマップ化することで一層精度よくＳＯＣを算出できる。

ステップ６で、読み込んだＳＯＣが所定しきい値Ｃ１より大きいかどうかを判定する。所定しきい値Ｃ１以下であれば、駆動モータ５の回生トルクを大きくし、回生制動力を増加できる。大きい場合にはステップ８に進み、しきい値以下であればステップ７に進む。ステップ７では、擬似車輪速を演算する。擬似車輪速の演算方法については後述する。

続くステップ９では、演算した擬似車輪速からＥＢＤ１９で後輪のブレーキに供給する油圧を減圧するためのコントロールバルブ減圧信号を作成するとともに、油圧の減圧分に相当する制動力を回生トルクで発生するように駆動モータコントローラ１４にトルク指令値を送信する。そしてステップ１０で、ステップ９で演算された減圧信号に基づき後輪の油圧ブレーキの油圧を減圧する。

ステップ３でシステム故障と判断された場合、あるいはステップ４でＡＢＳ作動中と判断された場合、あるいはステップ６でＳＯＣが所定しきい値Ｃ１より大きいと判断された場合に進むステップ８では、検出した車輪速をＥＢＤ１９に送信する。続くステップ１１では、ＥＢＤ１９の自己診断により油圧ブレーキ１０、１１の故障処理を実施する。ステップ１２では、回生制動制御装置１２での回生制動制御を停止して、油圧ブレーキのみでの制動とする。

図４は、前述のステップ７、ステップ９及びステップ１０に相当する、擬似車輪速の演算から制動力発生までの流れを説明する図である。

まず後輪側の車輪速センサ１６が検出した後輪車輪速ＶｗＲにゲインＫを乗じて減速し、後輪側の擬似車輪速とする。ゲインＫは、推定した踏力からゲイン補正値Ｒ１を求め、ゲイン補正値Ｒ１に基準ゲインＫｉを乗じて算出する。

ここで踏力の推定は、前左右輪車輪速（ＶｗＦＲ、ＶｗＦＬ）と後左右輪車輪速（ＶｗＲＲ、ＶｗＲＬ）との平均値から車体速Ｖｂを算出し、各車輪のスリップ率ＳｗＦＲ（前右輪）、ＳｗＦＬ（前左輪）、ＳｗＲＲ（後右輪）、ＳｗＲＬ（後左輪）は下式から算出する。

算出した前輪のスリップ率から前輪の平均スリップ率を求め、平均スリップ率からタイヤで発生している前輪制動力を線形計算により求める（図５参照）。ここで傾きａは予め実験等により算出しておく。傾きａは好ましくは、路面の摩擦係数により補正される。そして求めた前輪制動力からブレーキ踏力を線形計算により演算する（図６参照）。ここで傾きｂは予め実験等により算出しておく。なお、踏力推定計算は、ＡＢＳが作動しないスリップ率の場合にのみ演算されるため、前輪スリップ率と前輪制動力とはほぼ比例関係が成立する。

ゲイン補正値Ｒ１は、予め設定されたゲイン補正値Ｒ１と踏力との関係を示すテーブル（図７）から算出される。踏力が大きくなるほど補正値Ｒ１は１．０に近づき、所定値以上では１となる。つまり、踏力が低い領域では補正値Ｒ１を１より小さく設定して後輪側擬似車輪速を検出した車輪速より低く設定する。

ただし、切片Ｒ２はＳＯＣと切片Ｒ２との関係を示すテーブル（図８）によりＳＯＣに応じて変化する。つまりＳＯＣが１００％であれば切片Ｒ２は１となり、補正値Ｒ１は踏力にかかわらず１となる。なお、図８に示すテーブルは、バッテリ６の劣化度合に応じて補正することが好ましい。

また基準ゲインＫｉは、ＳＯＣは十分に小さい状態で回生した場合に、最もＥＢＤ１９の制御が安定する値であり、予め実験等により算出しておく。

ゲインＫで算出された後輪側擬似車輪速と検出した前輪車輪速とに基づいてＥＢＤ１９は、コントロールバルブの後輪油圧バルブをＰＷＭ制御する。つまりゲインＫが１より小さい場合には、後輪のブレーキ油圧は減圧制御される。そして後輪油圧バルブで調整された油圧により後輪油圧ブレーキ１１で制動力が発生する。

一方、検出した後輪車輪速と前輪車輪速との偏差を算出して、モータＥＢＤ制御では、その差が０（ゼロ）となるように、目標モータ回生トルクを算出する。したがって、前述の擬似車輪速を用いた制御を実施することで、油圧ブレーキの油圧が減圧されて、後輪の車輪速の減速度が低下するが、この低下分の減速度分をキャンセルするように駆動モータ５の回生制動分が増加し、車両としてのトータルの制動力が確保されるよう制御する。

モータＥＢＤ制御のブロック図を図９に示す。後輪車輪速と前輪車輪速との偏差ｅ_nとしてＰＩＤ制御により目標後輪回生トルクｍの変化量Δｍを演算する。

前輪車輪側に比べて後輪車輪速が低い場合には、目標後輪回生トルクｍを小さく設定し、前輪車輪側に比べて後輪車輪速が高い場合には、目標後輪回生トルクｍを大きく設定する。このようにして、トータルでの制動性能を低下させることなく、回生エネルギを得る。また、前述のＰＩＤ制御は、車体速に基づいてゲイン補正される。ゲイン補正は、車体速Ｖｂと比例帯ＰＢ％、積分時間Ｔｉ（ｓｅｃ）、微分時間Ｔｄ（ｓｅｃ）との関係を示す図１０、図１１と図１２から設定される。図に示すように比例帯ＰＢ％は車体速の上昇ととともに緩やかに増加し、積分時間Ｔｉは車体速の上昇とともに一定率で減少する。一方、微分時間Ｔｄは所定車体速以上で車体速に比例して増加する。

目標後輪回生トルクの変化量Δｍは、目標後輪回生トルクｍ_nから目標後輪回生トルクの前回値ｍ_n-1を差し引くことで算出されるが下式によっても演算できる。

図４に戻り、演算された目標後輪回生トルクの変化量Δｍは駆動モータコントローラ１３に入力され、駆動モータ５をベクトル制御して回生トルクが発生する。そして、後輪油圧ブレーキ１１の制動力と駆動モータ５の回生トルクの加算値が車両の後輪制動力となる。

なお、本実施形態においては、前輪側の駆動源としてエンジン１を設置したハイブリッド車両として説明したが、前輪の駆動源をモータとしたハイブリッド車両のモータにも適用可能である。

したがって、本発明の車両の制動制御装置では、車両の前輪と後輪の少なくとも一方を駆動輪として駆動する駆動モータと、車両減速時に前記駆動モータを回生制動させる回生制動制御手段と、運転者がブレーキペダルを踏み込む踏力により発生する油圧に応じて前記前後輪に制動力を発生する油圧ブレーキと、車両の制動状態に応じて前記油圧ブレーキの油圧を減圧する油圧低減手段とを備え、前記回生制御手段は、所定条件が成立した時に、前記油圧低減手段に対して擬似的な制動状態信号を出力し、前記前後輪の車輪速の差に応じて前記駆動モータによる回生トルクを増加し、前記油圧低減手段は、入力された擬似的な制動状態信号に応じて前記駆動輪の油圧ブレーキの油圧を減圧するため、油圧制動の制動力の遅れを抑制し、空走距離を延長することがなく、制動性能の低下を防止できる。

また、前輪の車輪速と後輪の車輪速とを検出する車輪速検出手段を備え、回生制御手段は、検出した前輪の車輪速と後輪の車輪速とが同一となるように駆動モータの回生トルクを増減するため、駆動モータによる正確な制動力制御が可能となり、制動性能を向上することができる。

また、回生制御手段は、検出した前輪の車輪速と後輪の車輪速との差を増大する擬似的な制動状態信号を油圧低減手段に出力し、油圧低減手段は、擬似的な制動状態信号に応じて駆動輪の油圧ブレーキの油圧を低減するため、油圧制動の制動力の遅れを抑制し、空走距離が延長することがなく、制動性能の低下を防止できる。

回生制御手段は、運転者の踏力を従動輪の車輪速から推定する踏力推定手段を備えるため、油圧センサを不要とすることができ、コストの低減を図ることができる。

前輪の車輪速と後輪の車輪速とを検出する車輪速検出手段を備え、運転者の踏力が所定踏力以下の場合に、擬似的な制動状態信号は駆動輪の車輪速を検出した車輪速より小さくし、運転者の踏力が所定踏力より大きい場合に、擬似的な制動状態信号は駆動輪の車輪速を検出した車輪速と同じにするため、踏力が大きい急減速時にも安定した制動を行うことができる。

前輪の車輪速と後輪の車輪速と車両の車体速とを検出する車輪速検出手段を備え、前輪の車輪速と後輪の車輪速とが車両の車体速より遅い場合に、擬似的な制動状態信号は、駆動輪の車輪速を検出した車輪速と同じにするため、ＡＢＳ作動時においても安定した制動性能を確保することができる。

本発明は制動性能を向上できるため、ハイブリッド車両に有用である。

本発明のハイブリッド車両システムの構成図である。本発明の回生制動制御装置の構成図である。回生制動制御装置の制御内容を説明するフローチャートである。擬似車輪速の演算から制動力発生までの流れを説明する図である。スリップ率と前輪制動力との関係を示す図である。前輪制動力とブレーキ踏力の関係を示す図である。ゲイン補正値Ｒ１と踏力の関係を示すマップである。切片Ｒ２とＳＯＣとの関係を示すテーブルである。ＥＢＤ制御のブロック図である。比例帯ＰＢと車体速Ｖｂとの関係を示す図である。積分時間Ｔｉと車体速Ｖｂの関係を示す図である。微分時間Ｔｄと車体速Ｖｂの関係を示す図である。

符号の説明

１エンジン
２変速機
３デフギア
４前輪
５駆動モータ
６バッテリ
７ブレーキペダル
８倍力装置
９コントロールバルブ
１０前輪油圧ブレーキ
１１後輪油圧ブレーキ
１２回生制動制御装置
１３駆動モータコントローラ
１４バッテリコントローラ
１５、１６車輪速センサ
１７故障診断装置
１８回生制御装置
１９ＥＢＤ

Claims

車両の前輪と後輪の少なくとも一方を駆動輪として駆動する駆動モータと、
車両減速時に前記駆動モータを回生制動させる回生制御手段と、
運転者がブレーキペダルを踏み込む踏力により発生する油圧に応じて前記前後輪に制動力を発生する油圧ブレーキと、
車両の制動状態に応じて各輪の制動力配分を変更すべく前記油圧ブレーキの油圧を減圧する油圧低減手段とを備え、
前記回生制御手段は、所定条件が成立した時に、前記油圧低減手段に対して擬似的な制動状態信号を出力して前記駆動輪の油圧ブレーキの油圧をこの擬似的な制動状態信号に応じて減圧するとともに、この減圧分に対応して前記駆動モータによる回生トルクを増加することを特徴とする車両の制動制御装置。
前記駆動モータに電力を供給し、また前記駆動モータが回生発電した電力を充電するバッテリを備え、
前記擬似的な制動状態信号は、駆動輪の車輪速と、運転者がブレーキペダルを踏み込む力である踏力及び前記バッテリのＳＯＣとに応じて設定されることを特徴とする請求項１に記載の車両の制動制御装置。
前記前輪の車輪速と前記後輪の車輪速とをそれぞれ検出する車輪速検出手段を備え、
前記回生制御手段は、検出した前輪の車輪速と後輪の車輪速とが同一となるように前記駆動モータの回生トルクを増減することを特徴とする請求項１または２に記載の車両の制動制御装置。
前記前輪の車輪速と前記後輪の車輪速とを検出する車輪速検出手段を備え、
前記回生制御手段は、検出した前輪の車輪速と後輪の車輪速との差を増大させる前記擬似的な制動状態信号を前記油圧低減手段に出力し、
前記油圧低減手段は、前記回生制御手段からの擬似的な制動状態信号に応じて前記駆動輪の油圧ブレーキの油圧を低減することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の車両の制動制御装置。
前記回生制御手段は、運転者の踏力を従動輪の車輪速から推定する踏力推定手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の車両の制動制御装置。
前記前輪の車輪速と前記後輪の車輪速とを検出する車輪速検出手段を備え、
前記運転者の踏力が所定踏力以下の場合に、前記擬似的な制動状態信号は駆動輪の車輪速を検出した車輪速より小さくし、前記運転者の踏力が所定踏力より大きい場合に、前記擬似的な制動状態信号は駆動輪の車輪速を検出した車輪速と同じにすることを特徴とする請求項１または２に記載の車両の制動制御装置。
前記前輪の車輪速と前記後輪の車輪速と車両の車体速とを検出する車輪速検出手段を備え、
前記前輪の車輪速と前記後輪の車輪速とが車両の車体速より遅い場合に、前記擬似的な制動状態信号は、駆動輪の車輪速を前記検出した車輪速と同じにすることを特徴とする請求項１または２に記載の車両の制動制御装置。
前記所定条件の成立条件は、ＡＢＳが作動していないとき、駆動モータに電力を供給し、駆動モータが発電した電力を充電するバッテリのＳＯＣが所定値以下のときの少なくとも一方の条件が成立することであることを特徴とする請求項１に記載の制動制御装置。