JP2005153790A - ４輪駆動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＰＫＢターン時の制動力の応答性を向上したＰＫＢ制御装置を提供する。
【解決手段】 パーキングブレーキレバーの操作に応じて後輪に制動力を生じるパーキングブレーキ１８と、車両の後輪を駆動する駆動モータ５と、前記駆動モータが回生制動時に発電した電力を蓄電する蓄電装置６と、を備えた４輪駆動車両において、前記パーキングブレーキレバーの操作を検出するパーキングブレーキレバー操作検出手段１８ｂと、前記パーキングブレーキレバーが操作された場合に前記駆動モータを回生制動状態に制御するパーキングブレーキ回生制動制御を行う回生制動制御手段１２を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、４輪駆動車両、特に少なくとも後輪をモータにより駆動する４輪駆動車両に関する。

車両が危険回避等の場合に、走行中にパーキングブレーキを操作して後輪のみに制動力を発生させて後輪をロックさせ、この横すべりを利用して車両の旋回半径を小さくするパーキングブレーキターンが知られている（以下、パーキングブレーキのことをＰＫＢと示す）。ＰＫＢターンは路面摩擦係数の低い場合に有効な旋回手段であり、特に、凍結路、砂利道、圧雪路等で利用される。

しかしながら４輪駆動車においてＰＫＢブレーキを操作した場合、後輪だけではなく前輪の回転まで停止させようとするため、ＰＫＢターン動作を抑制してしまう問題があった。この問題を解決するための技術として、走行中にＰＫＢにより制動が行われた場合は、差動制限クラッチを開放することでクラッチを保護する技術がある（特許文献１参照）。この技術は、差動制限クラッチ付きセンターデフを用いたフルタイム４輪駆動車において、ＰＫＢにより制動が行われた場合、後輪と前輪に回転差を生じるためセンターデフに大きなトルクが生じ、差動制限クラッチを破損させてしまうことを防止するため、走行中にパワーキングブレーキにより制動が行われた場合は、差動制限クラッチを開放することでクラッチを保護するものである。

また、上記のＰＫＢターンを行う場合にＰＫＢのみでＰＫＢターン要求を判定すると坂道発進等のＰＫＢを使用する走行シーンでセンターデフの差動制限クラッチが開放されてしまい、所望の駆動力を得られないという問題が生じる。この問題を解決する技術として、ＰＫＢが操作されたことを検知して、且つエンジン出力が所定の判断基準以下であると判定された場合にＰＫＢターンを許可し、トルク配分クラッチを開放する技術がある（特許文献２参照）。
特開昭６３−１２５４３６号公報 特開平１１−２７８０８８号公報

しかしながら、ＰＫＢのみで後輪に制動力を発生させる構成となっているため、確実なＰＫＢターンが困難であるという問題があった。特にＨＥＶに適応した場合、後輪を駆動するモータの回転慣性をＰＫＢのみで吸収し、かつＰＫＢを引くのに大きな力が必要となる構成であるため、ドライバーとＰＫＢ構成部品への負担が大きくなるという問題があった。

以上の問題に鑑みて、本発明の目的は、後輪駆動用モータを備えた４輪駆動車両のＰＫＢ性能を向上することにある。

本発明は、パーキングブレーキレバーの操作に応じて後輪に制動力を生じるパーキングブレーキと、車両の後輪を駆動する駆動モータと、前記駆動モータが回生制動時に発電した電力を蓄電する蓄電装置と、を備えた４輪駆動車両において、前記パーキングブレーキレバーの操作を検出するパーキングブレーキレバー操作検出手段と、前記パーキングブレーキレバーが操作された場合に前記駆動モータを回生制動状態に制御するパーキングブレーキ回生制動制御を行う回生制動制御手段を備える。

本発明においては、ＰＫＢによる制動力に加えて、応答性のよい駆動モータの回生制動力を制動力として用いるため、必要な制動力を維持しつつ制動力応答性を向上することができる。

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。なお、油圧ブレーキの油圧を検出するための油圧センサ１９、２０及びブレーキ踏力を検出する踏力センサ２１が設置され、各センサの出力信号は回生制動制御装置１８に出力される。

油圧コントロールバルブ９は、ＡＢＳユニットの増減圧ソレノイドバルブを用いることで、重量の増加およびコストの増加を抑制する。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。ここで回生制動制御装置１２は後述するＰＫＢ制御を実行しない、通常時は、ブレーキ踏力に応じてモータの回生トルクを決定するブレーキ協調回生を行う。またＡＢＳの判定に応じて回生トルク増減する
さらに本車両にはパーキングブレーキレバー１７（以下、パーキングブレーキのことをＰＫＢという。）と、ＰＫＢレバー１７の操作力に応じて発生した油圧により後輪ブレーキ１１を制御するＰＫＢ制御装置１８とを備える。ここでＰＫＢとして後輪ブレーキ１１に代えて、後輪にドラムブレーキを備え、ＰＫＢレバー１７の操作力をワイヤーによりドラムブレーキに伝達して、ＰＫＢとして機能させても良い。

回生制動制御装置１２は、前輪車輪速センサ１５と後輪車輪速センサ１６、バッテリ６の状態（ＳＯＣや劣化状態）や故障診断結果、及びＰＫＢ制御装置１８からＰＫＢターン許可信号が入力され、油圧コントロールバルブ９にバルブ開閉信号を送信し、駆動モータコントローラ１３に回生トルク指令値を送信する。さらにＰＫＢ制御装置１８へ回生制動故障診断結果を送信する。駆動モータコントローラ１３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、インターフェースから構成され、インターフェースに入力される回生制動制御装置１２からの指令値により後輪駆動モータ５をトルク制御する。バッテリコントローラ１４は、バッテリ６の電圧・電流を検出し、蓄電状態（ＳＯＣ）と入出力可能電力を演算し、故障を診断してその結果を回生制動制御装置１２に送る。

図２に回生制動制御装置１２の構成を示す。回生制動制御装置１２は、車両の目標制動力を油圧制動と回生制動とに分割したときの回生制動トルクを制御する回生制御装置１２ａと、前輪車輪速度と後輪車輪速度から前後左右輪をロックさせずに車両の姿勢安定性を保つＡＢＳ１２ｂと、車輪速センサ１５、１６の断線や短絡等の異常を検知する回生制動故障診断装置１２ｃで構成される。

回生制動制御装置１２は、ＰＫＢ制御装置１８から送られてくるＰＫＢターン許可信号と、ＡＢＳ１２ｂから送られてくる周知のＡＢＳ制御が作動していないときにＯＮとなる回生許可信号ｓ１と、回生制動故障診断装置１２ｃで正常と判定された場合にＯＮとなる回生許可信号ｓ２が入力され、ＰＫＢターン許可信号、回生許可信号ｓ１、回生許可信号ｓ２の全てがＯＮ（つまり、すべての条件が許可されている状態）となっている間だけ回生制御装置１２ａで駆動モータ５の回転数をゼロにする０（ゼロ）回転制御を行い、ＰＫＢレバー１７の操作に応じて駆動モータ５が回生発電を行うＰＫＢ回生制御を実施する。ＡＢＳ１２ｂにはＰＫＢターン許可信号が入力され、ＰＫＢターン許可信号がＯＮの場合はＡＢＳ制御を停止する。

図３は、回生制動制御装置１２が実施するＰＫＢ回生制御の内容を説明するフローチャートである。

まずステップ１で、システム故障フラグと回生許可信号ｓ１、ｓ２のフラグとをリセットしてオフに設定する。ステップ２では、車輪速センサ１５、１６の断線を検出し、ステップ３で、車輪速センサ１５、１６が断線しているかどうか判定する。

両センサの少なくとも一方が断線している場合にはステップ４に進み、システムが故障しているとしてシステム故障フラグをオンにしてステップ５に進む。両方の車輪速センサが断線していない場合には、システムは正常であるとしてステップ５に進み、ステップ５では、車輪速センサ１５、１６の短絡を検出する。なお、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。

ステップ６で車輪速センサ１５、１６の短絡を判定し、少なくとも一方が短絡している場合にはステップ７に進み、システム故障フラグをオンにしてステップ８に進む。両方の車輪速センサが短絡していない場合には、ステップ８に進み、ステップ８では、システム故障フラグがオンかどうかを判定する。

システム故障フラグがオンであれば、回生することができないためステップ９に進み、回生許可信号ｓ１のフラグをオフにしてステップ１１に進む。システム故障フラグがオフであれば、回生可能でありステップ１０に進み、回生許可信号ｓ１のフラグをオンにしてステップ１１に進む。

ステップ１１では、ＡＢＳ１２ｂから送信された信号によりＡＢＳの作動状態を判定し、作動中であればステップ１２に進み、回生許可信号ｓ２のフラグをオフにする。一方、ＡＢＳが不作動中であれば、回生可能でありステップ１３に進み、回生許可信号ｓ２のフラグをオンにしてステップ１４に進む。

ステップ１４では、回生許可信号の状態を判定し、回生許可信号ｓ１、ｓ２が双方ともオンの場合にのみステップ１５に進み、それ以外の場合にはステップ１６に進む。ステップ１６では、駆動モータ５の０回転制御を停止して、ステップ１に戻り制御を繰り返す。また、ステップ１５では、ＰＫＢ制御装置１８から送られてくるＰＫＢターン許可信号を読み込み、ＰＫＢ許可信号がオンの場合に、ＰＫＢ回生制御を行う実施条件が成立したとして、ステップ１７に進み、駆動モータ５の０回転制御を実施して、ＰＫＢ回生制動制御を行い、ステップ１に戻り制御を繰り返す。ＰＫＢ許可信号がオフの場合にステップ１８に進み、駆動モータ５の０回転制御を停止して、ステップ１に戻り制御を繰り返す。

このような制御により、回生制動制御装置１２は、油圧コントロールバルブ９にバルブ制御信号を送信して油圧ブレーキ１０、１１の油圧を制御し、また故障診断結果をＰＫＢ制御装置１８に送り、ＰＫＢの作動状態を制御する。さらにはトルク指令値を駆動モータ５に送信して、ＰＫＢの作動状態に応じて駆動モータ５が回生制動を行うように０回転制御する。

図４は、ＰＫＢ制御装置１８の構成を示す図である。

運転者によるＰＫＢレバー１７の操作を油圧に変換して後輪ブレーキ１１へ伝達する変換機１８ａと、ＰＫＢレバー１７の操作状態を検出するＰＫＢスイッチ１８ｂと、ＰＫＢの故障を診断するＰＫＢ制御故障診断装置１８ｃと、ＰＫＢレバー１７の操作状態、ＰＫＢの故障状態、さらに回生制動制御装置１２の故障診断情報、図示しないセンサにより検出されるエンジンの回転速度及びスロットル開度が入力されて、ＰＫＢターンを判定するＰＫＢターン判定装置１８ｄとから構成される。

図５は、ＰＫＢ制御装置１８が実施するＰＫＢ回生許可制御の内容を説明するためのフローチャートである。

まずステップ２１、２２で、ＰＫＢスイッチ１８ｂの断線、短絡を検出し、ステップ２３で、システムが故障しているかどうか判定する。なお、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。

ＰＫＢスイッチ１８ｂが断線または短絡している場合にはシステムが故障しているとしてステップ２４に進み、ＰＫＢの作動状態を示すＰＫＢスイッチフラグをオフにしてステップ２６に進む。故障していない場合には、ステップ２５に進み、ステップ２５では、ＰＫＢスイッチ１８ｂの信号を読み込む。

続くステップ２６でＰＫＢスイッチフラグがオンかどうかを判定し、オンの場合にはステップ２７に進み、オフの場合にはステップ２８に進む。ステップ２８では、ＰＫＢターを許可するＰＫＢターン許可信号をオフにして、回生制動制御装置１２に許可信号を出力してステップ２１に戻る。

一方、ステップ２７では、回生制動制御装置１２から車体速を読み込み、続くステップ２９で読み込んだ車体速が所定速度Ｖｂ以上かどうかを判定する。所定速度Ｖｂを越えていればステップ３０に進み、ＰＫＢターン許可信号をオンにして、回生制動制御装置１２に許可信号を出力してステップ２１に戻り、制御を繰り返す。所定速度Ｖｂ未満であれば、ステップ３１に進み、ＰＫＢターン許可信号をオフにして、回生制動制御装置１２に許可信号を出力してステップ２１に戻り制御を繰り返す。

図６は、ＰＫＢ回生制御の実施を判別するためのフローチャートであり、回生制動制御装置１２により実施される。

まずステップ３１から３３で、前後輪油圧ブレーキ１０、１１の油圧を油圧センサ１９、２０から読み込み、さらに運転者のブレーキペダル踏力を踏力センサ２１から読み込む。ステップ３４で、読み込んだデータに基づき、ＰＫＢ制御の禁止判定を行う。禁止条件としては、前輪の油圧ブレーキ１０の検出油圧が所定油圧Ｂｐｆ未満でかつ検出したブレーキ踏力が所定踏力ＢＦより大きい場合もしくは、後輪の油圧ブレーキ１１の検出油圧が所定油圧Ｂｐｒ未満でかつ検出したブレーキ踏力が所定踏力ＢＦより大きい場合には、ステップ３５に進み、図５に示したＰＫＢ制動制御を中止し、続くステップ３６で図３に示す回生制御を実施する。この場合、ＰＫＢ制御が禁止されてブレーキ協調回生制御が優先されるのでブレーキ踏力に応じた制動力を維持することができる。一方、前述の禁止条件が成立しない場合にはステップ３７に進み、図５に示すＰＫＢ制動制御を実施し、続くステップ３８で図３に示す回生制御を実施し、ステップ３１に戻り、制御を繰り返す。

なお、本実施形態では、油圧ブレーキの油圧と踏力に基づいてＰＫＢ制御の禁止判定を行ったが、駆動モータ５の劣化を防止するために駆動モータ５の発熱量が所定量以下の場合に許可判定としたり、バッテリのＳＯＣを所定レベルに維持するためにバッテリ６のＳＯＣが所定値以下の場合に許可判定としたり、駆動モータ５とエンジン１の出力を推定し、駆動モータ５とエンジン出力がそれぞれの所定出力以下の場合に許可判定とすることができる。

図７は、図３のフローチャートのステップ１７で実施される駆動モータ５の０回転制御に対応するブロック図である。

後輪車輪速ＶｗＲから後輪車輪速目標値０を引いた値を偏差ｅ（ｔ）とする。この偏差ｅ（ｔ）の値に基づいてＰＩＤ制御によりモータ指令トルクを演算する。モータトルク指令はＰＩＤ制御であり下記の式（１）で計算され、前回まで出力している値にΔｍを加える。

ここで、式（１）内の記号は比例帯ＰＢ％、積分時間Ｔｉ（ｓｅｃ）、微分時間Ｔｄ（ｓｅｃ）である。

図８にＰＫＢのみのＰＫＢターンの場合と、ＰＫＢと駆動モータ５による回生制動を併用したＰＫＢターンの場合の応答性比較図を示す。駆動モータ５を併用したＰＫＢターンの方が明らかに応答性が良い。言い換えると駆動モータ５の回生制動力の立ちあがりがＰＫＢによる制動力の立ち上がりより速く、結果としてＰＫＢターン時の制動力の応答性が向上する。

また図８から明らかなように、ＰＫＢの制動力を早く立ち上がるようにすれば駆動モータ５分の回生制動力を少なくすることができる。そこでＰＫＢの制動力の立ち上がり速度に応じて駆動モータ５の回生制動力を制御させても良い。すなわち、上述の実施形態では、ＰＫＢの操作の有無のみに基づいて制御を行ったが、ＰＫＢレバー１７の操作速度を検出するセンサ（不図示）を備えて、検出した操作速度に応じて駆動モータ５の回生制動トルクを制御してもよい。

なお、図３、５、６、７の制御フローは一定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）毎にすべて演算する。なお、一連の制御フローは前輪を駆動する前輪駆動モータを搭載したハイブリッド車両にも適用可能である。

したがって、本発明によれば、ＰＫＢレバーの操作に応じて後輪に制動力を生じるＰＫＢと、前記ＰＫＢレバーが操作されたことを検出するＰＫＢ操作検出装置と、後輪を駆動する駆動モータを備えた４輪駆動車両において、ＰＫＢレバーが操作されたと検知された場合に前記駆動モータを回生制動するＰＫＢ回生制御を行うＰＫＢ制御手段を備えたので、ＰＫＢのみで後輪制動力を発生するよりも迅速に駆動モータ５の回生制動の制動力を制動力を発生させることができるので、ＰＫＢを操作しつつ車両を旋回させるＰＫＢターン時のＰＫＢへの負担と応答性を向上できる。

前輪を駆動する原動機と、原動機の出力を推定する原動機出力推定装置を備え、ＰＫＢ制御手段は、原動機の出力が所定の出力値以下の場合にＰＫＢ回生制御を実施するので、ハイブリッド車においてもＰＫＢ作動時に駆動モータの回生制御を実施することができる。

ＰＫＢ制御手段は、駆動モータに電力を供給する蓄電装置の蓄電量が所定の蓄電量以下の場合にＰＫＢ回生制御を実施するので、蓄電装置の蓄電状態を適正状態に維持することができる。

駆動モータの発熱量を検出する発熱量検出手段を備え、ＰＫＢ制御手段は、検出した発熱量が所定の発熱量以下の場合にＰＫＢ回生制御を実施するので、駆動モータが発熱により劣化することを確実に防止することができる。

本発明は、駆動源としてモータを備えた４輪駆動車両に有用である。

本発明を適用するハイブリッド車両のシステム構成図である。 回生制動制御装置の構成図である。 ＰＫＢ回生制御のフローチャートである。 ＰＫＢ制御装置の構成図である。 ＰＫＢ回生制御許可のフローチャートである。 ＰＫＢ回生制御実施のフローチャートである。 駆動モータ５の０回転制御に対応するブロック図である。 本発明のＰＫＢと駆動モータによる回生制動を併用したＰＫＢターンの場合の応答性を示す図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 変速機
５ 駆動モータ
６ バッテリ
７ ブレーキペダル
８ ブレーキ倍力装置
９ 油圧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 車輪速センサ
１６ 車輪速センサ
１７ ＰＫＢレバー
１８ ＰＫＢ制御装置
１９ 油圧センサ
２０ 油圧センサ

Claims (7)

1. パーキングブレーキレバーの操作に応じて後輪に制動力を生じるパーキングブレーキと、
   車両の後輪を駆動する駆動モータと、
   前記駆動モータが回生制動時に発電した電力を蓄電する蓄電装置と、
   を備えた４輪駆動車両において、
   前記パーキングブレーキレバーの操作を検出するパーキングブレーキレバー操作検出手段と、
   前記パーキングブレーキレバーが操作された場合に前記駆動モータを回生制御するパーキングブレーキ回生制御を行う回生制動制御手段を備えたことを特徴とする４輪駆動車両。
2. 車両の前輪を駆動する原動機と、原動機の出力を推定する原動機出力推定手段と、
   前記駆動モータの出力を推定する駆動モータ出力推定手段とを備え、
   前記回生制動制御手段は、前記原動機の出力と前記駆動モータの出力が所定のそれぞれの出力値以下の場合に前記パーキングブレーキ回生制御を実施することを特徴とする請求項１に記載の４輪駆動車両。
3. 前記回生制動制御手段は、前記蓄電装置の蓄電量が所定の蓄電量以下の場合に前記パーキングブレーキ回生制御を実施することを特徴とする請求項１または２に記載の４輪駆動車両。
4. 前記駆動モータの発熱量を検出する発熱量検出手段を備え、
   前記回生制動制御手段は、検出した発熱量が所定の発熱量以下の場合に前記パーキングブレーキ回生制御を実施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４輪駆動車両。
5. 前後輪にそれぞれ備えられ、油圧により制動力を生じる油圧ブレーキと、
   この油圧ブレーキの故障を検出する油圧ブレーキ故障検出手段とを備え、
   前記回生制動制御手段は、前記油圧ブレーキ故障検出手段が前記油圧ブレーキの故障を検出した場合に前記パーキングブレーキ回生制御を禁止することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の４輪駆動車両。
6. 前記パーキングブレーキの故障を検出するパーキングブレーキ故障検出手段を備え、
   前記回生制動制御手段は、前記パーキングブレーキ故障検出手段が前記パーキングブレーキの故障を検出した場合に前記パーキングブレーキ回生制御を実施することを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の４輪駆動車両。
7. 前記パーキングブレーキレバーの操作速度を検出するパーキングブレーキ操作速度検出手段を備え、
   前記回生制動制御手段は、検出したパーキングブレーキ操作速度に応じて前記駆動モータの回生制動トルクを制御することを特徴とする請求項６に記載の４輪駆動車両。

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