JP2007153312A - 電気モーターを有する車両の回生制動方法 - Google Patents

電気モーターを有する車両の回生制動方法 Download PDF

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Abstract

【課題】電気モーターを有する車両の回生制動方法を提供する。
【解決手段】 運転者が要求した制動量から、電気モーターによって発電された量に該当する回生制動量を減算した残りを制動量として制動を行う車両の回生制動方法において、回生制動時に、マスターシリンダーの圧力とホイール圧力間の差圧に基づき、駆動輪の入口バルブ制御を通じて運転者のペダル感を具現し、駆動輪の出口バルブ制御を通じてホイール圧力を目標圧力に追従させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、電気モーターを有する車両の回生制動方法に係り、より詳細には、電気モーターを用いる回生制動機能を有する車両において、回生制動力を考慮して油圧ブレーキ装置を制御できるようにした、電気モーターを有する車両の回生制動方法に関する。
従来、エンジンによって駆動される車両は、エンジン、変速機及びドライブシャフト、油圧ブレーキ、その他エンジンと関連した燃料供給装置、吸気及び排気装置、冷却及び潤滑装置、防塵装置等の数多くの部品が必要とされる他、排気ガスによって大気を汚染するなど多くの問題点を招いてきた。このようなエンジン駆動車両における問題を解消するために、現在、電気モーターを有する車両、水素自動車、燃料電池または太陽エネルギーを用いる次世代自動車などへの開発に取り掛かっている。
特に、最近では、電気モーターを有する車両の制動方式として、燃費向上に適合する回生制動方式が採用されている。
かかる電気モーターを有する車両では、電気エネルギーによって動作する電気モーターで車両の駆動輪を回転させて車両を運行しており、したがって、このような電気自動車における最もの課題は、モーターを駆動する電気エネルギーをどれくらい效率的に利用できるのかということである。このため、運転者からの減速や制動命令が発生した場合に、電気モーターが発電機として働くようにし、発生した電気エネルギーを蓄電器に貯蔵するようになる。このように電気モーターが発電機として働く間には車輪に制動力が発生し、このような制動力を回生制動力という。その結果、車輪に加えられる制動力は、電気モーターによる回生制動力と油圧ブレーキ装置による油圧制動力／摩擦制動力との和となる。
電気モーターによる発電は、ブレーキ作動中にも可能である。すなわち、電気モーターを有する車両では、電気モーターによって、ブレーキ作動中に熱として発散される熱エネルギーから電気エネルギーが生成されるわけである。このときに、発電可能な量は、車両の速度及びバッテリー充電量等によって変わる。
したがって、運転者の希望する制動を満足させるには、すなわち、回生制動力と油圧制動力との和に該当する運転者の要求制動力を満足させるには、運転者が要求した制動力から電気モーターにより発電された量に該当する回生制動力を減算した残りの油圧制動力のみを生成しなければならない。
しかしながら、上記のようにすると、運転者が不慣れなブレーキペダル感を感じることがあり、それに伴う悪影響を最小化する必要がある。
これを達成するためには、既存ブレーキシステムとは違い、運転者の制動意志が反映されるマスターシリンダーとホイールシリンダー間の分離がなされなければならない。すなわち、運転者が踏み込んだマスターシリンダーの圧力を、ホイールシリンダーの圧力と独立して制御する必要がある。
本発明は、上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、電気モーターを有する車両において、回生制動発生時の過制動を防止すると共に、既存車両の運転者のペダル感を維持させることができる、電気モーターを有する車両の回生制動方法を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明に係る、電気モーターを有する車両の回生制動方法は、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、回生制動で車両を制動する電気モーターと、ブレーキオイルを貯蔵するリザーバと、マスターシリンダーと、各ホイールシリンダーの入口に備えられたノーマルオープン型の入口バルブと出口に備えられたノーマルクローズ型の出口バルブと、ブレーキ油をポンピングして各ホイールシリンダー側に提供する複数の油圧ポンプと、前記複数の油圧ポンプを作動させるモーターと、前記リザーバと前記油圧ポンプの吸入側とを連結する油圧ラインに備えられた開閉バルブと、備え、運転者が要求した制動量から前記電気モーターによって発電された量に該当する回生制動量を減算した残りを制動量として制動を行う車両の回生制動方法において、回生制動時に、マスターシリンダーの圧力とホイール圧力間の差圧に基づき、駆動輪の入口バルブ制御を通じて運転者のペダル感を具現し、駆動輪の出口バルブ制御を通じてホイール圧力を目標圧力に追従させることを特徴とする。
また、回生制動初期には、前記電気モーターによる回生制動量に該当する流量を、非駆動輪の出口バルブを開いて外部に排出させ、回生制動量の増加時には、駆動輪の出口バルブ制御を通じて全体運転者要求制動力を満足させ、回生制動量の減少時には、運転者の制動意志を満足させるためにホイール圧力を増加させることを特徴とする。
また、ブレーキ油圧の上昇が必要な場合、前記リザーバと油圧ポンプ間の油圧ラインに備えられた前記開閉バルブを開き前記モーターを駆動することによって、リザーバから必要流量が直接ポンピングされるようにすることを特徴とする。
本発明によれば、電気モーターを有する車両の回生制動時に、駆動輪の入口バルブ制御を通じて運転者のペダル感を具現しながら、駆動輪の出口バルブ制御を通じてホイール圧力を目標圧力に追従させることが可能になる。
また、本発明によれば、電気モーターを有する車両において、回生制動初期には回生制動発生量だけの流量を非駆動輪の出口バルブを開いてリザーバに送り込み、運転者の要求制動力から回生制動力を減算した油圧制動力のみを生成させ、回生制動量の増加時には、駆動輪の出口バルブ制御を通じて全体運転者要求制動力を満足させ、回生制動量の減少時には、運転者の制動意志を満足させるためにホイール圧力を増加させることが可能になる。
また、本発明によれば、ブレーキ油圧の上昇が必要な時に、低圧アキュムレータの流量を利用する代わりに、電子制御油圧ブレーキ装置とリザーバ間の開閉バルブを開きモーターを駆動することによって、リザーバから必要流量が直接ポンピングされるようにすることが可能になる。
以下、本発明の好適な実施形態について、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。図面中、同一の構成要素には、可能な限り同一の参照符号及び番号を付し、重複する説明は適宜省略するものとする。
図１は、本発明に係る電子制御油圧ブレーキ装置を示す概略図である。同図において、電子制御油圧ブレーキ装置は、ブレーキペダルＢＰの加圧によるブースタＢの作動によってブレーキ圧力を発生させるマスターシリンダーＭＣを備える。
このマスターシリンダーＭＣは、二つのチャンバーＭＣＰ，ＭＣＳを有し、一番目のチャンバーＭＣＰは、マスターシリンダーＭＣから、前側右輪ＦＲと後側左輪ＲＬにそれぞれ設置されたホイールシリンダーＷＦＲ，ＷＲＬに伝達されるブレーキ油圧を制御するのに使用される。また、一番目のチャンバーＭＣＰとホイールシリンダーＷＦＲ，ＷＲＬ間の油圧ラインには、ノーマルオープン型カットバルブＴＣ１が備えられる。なお、このノーマルオープン型カットバルブＴＣ１と各ホイールシリンダーＷＦＲ，ＷＲＬ間の油圧ラインには、ノーマルオープン型入口バルブＰＣ１，ＰＣ２が備えられる。
また、各ホイールシリンダーＷＦＲ，ＷＲＬの出口側には、ノーマルクローズ型出口バルブＰＣ５，ＰＣ６が備えられる。このノーマルクローズ型出口バルブＰＣ５，ＰＣ６の出口側には、各ホイールシリンダーＷＦＲ，ＷＲＬから排出されるブレーキ油を一時貯蔵する低圧アキュムレータＲＳ１、及びこの低圧アキュムレータＲＳ１に貯蔵されたブレーキ油をポンピングして各ホイールシリンダー側に強制還流させる１対の油圧ポンプＨＰ１，ＨＰ２と、これら油圧ポンプに接続された単一のモーターＭが備えられる。
一方、油圧ポンプＨＰ１，ＨＰ２の吸入側とマスターシリンダーＭＣの一番目のチャンバーＭＣＰ間の補助油圧ラインには、ノーマルクローズ型出口バルブＳＵＣ１，ＳＵＣ３が備えられ、油圧ポンプＨＰ１，ＨＰ２の吸入側とリザーバＬＲＳ間の補助油圧ラインには、ノーマルクローズ型出口バルブＳＵＣ２，ＳＵＣ４が備えられる。したがって、出口バルブＳＵＣ１，ＳＵＣ３が開くと、マスターシリンダーＭＣと油圧ポンプＨＰ１間の補助油圧ラインが開放され、出口バルブＳＵＣ１，ＳＵＣ３が閉じると、マスターシリンダーＭＣと油圧ポンプＨＰ１，ＨＰ２間の補助油圧ラインが閉鎖される。一方、出口バルブＳＵＣ２，ＳＵＣ４が開くと、リザーバＬＲＳと油圧ポンプＨＰ１，ＨＰ２間の補助油圧ラインが開放され、出口バルブＳＵＣ２，ＳＵＣ４が閉じると、リザーバＬＲＳと油圧ポンプＨＰ１、ＨＰ２間の補助油圧ラインが閉鎖される。
一方、前側左輪ＦＬと後側右輪ＲＲの油圧回路では、それぞれの部品が、上述した前側右輪ＦＲと後側左輪ＲＬの油圧回路と同一に構成される。
ちなみに、参照符合ＤＰ１，ＤＰ２は、高圧アキュムレータである。
図１のカットバルブＴＣ１，ＴＣ２、出口バルブＳＵＣ１，ＳＵＣ２，ＳＵＣ３，ＳＵＣ４、各ホイールシリンダーＷＦＲ，ＷＲＬ，ＷＦＬ，ＷＲＲにおける入口バルブＰＣ１〜ＰＣ４と出口バルブＰＣ５〜ＰＣ８、及び油圧ポンプＨＰ１，ＨＰ２，ＨＰ３，ＨＰ４を作動させるモーターＭは、ＥＳＰモードなどの制御モードを行う電子制御ユニットＥＣＵによって作動される。
前側左右輪ＦＬ，ＦＲと後側左右輪ＲＬ，ＲＲにそれぞれ取り付けられたホイール速度センサーＷＳ１〜ＷＳ４は、検出された車輪の速度を提供できるように電子制御ユニットＥＣＵに電気的に接続される。
上記の如く、本発明の回生制動システムは、既存ＥＳＰシステムの油圧制御装置に、性能向上と回生制動を行うための要素を追加し、性能がアップグレードしたシステムである。すなわち、各ホイールシリンダーのホイール圧力を測定するための４個の圧力センサーと、マスターシリンダーの圧力を測定するための１個の圧力センサーが装着される。これにより、より高精度のホイール圧力制御が可能になる。
一方、本発明の回生制動システムは、回生制動量だけのブレーキ油液をリザーバＬＲＳに排出し、また、ブレーキ油圧を上昇する必要性がある時にリザーバから油液をポンピングしてもらうための油圧回路をさらに有する。この油圧回路上には、ブレーキ油の流量を制御するための開閉バルブＳＵＣ２，ＳＵＣ４が装着される。油圧上昇時に、制御誤差及びペダル感の改善のために電気モーターに４個の油圧ポンプＨＰ１，ＨＰ２，ＨＰ３，ＨＰ４を配設している。また、運転者の制動意志を把握するために、ブレーキペダル附近にペダルトラベルセンサー（ＰＴＳ）を取り付けている。
図２は、本発明による回生制動システムを簡略化した概念図である。図２に示すように、電子制御油圧ブレーキ装置で運転者の要求制動力を計算する。ハイブリッド制御装置（ＨＣＵ）で可能回生制動トルクを演算し、回生制動を可能にする。この場合、電子制御油圧ブレーキ装置の制御を通じて、電気モーターによる回生制動トルクに該当する量を除外した制動量だけ、各ホイールの圧力を調節する。電子制御油圧ブレーキ装置とＨＣＵは、それらの制御のために必要な情報を、ＣＡＮ通信を通じてやりとりする。
図３は、電気モーター速度による回生制動トルクの一般の形態を示すグラフで、具体的には、車両が制動した時を示している。Ｘ軸は時間で、車両の速度が減少する状況を表している。回生制動トルクは、速度が高いほど小さくなり、速度が低いほど大きくなり、かつ、一定の低い速度では突然に急減する特性を呈する。したがって、回生制動量が大きくなる区間では油圧ブレーキ力を減少させ、回生制動量が少なくなる区間では油圧ブレーキ力を上昇させなければならない。
図４は、本発明による、電気モーターを有する車両の回生制動方法を説明するためのフローチャートである。
図４を参照すると、ステップＳ１００で、運転者がペダルを踏むことによって電子制御油圧ブレーキ装置の制御が始まる。ステップＳ１０１で、電気モーターを有する車両の情報、回生制動可否、ブレーキペダルの信号変化率、及びホイールのスリップ率などを参照して現在状況に対する回生制動可否を判断する。
もし、ステップＳ１０１の判断結果、パニックブレーキやＡＢＳを要求する緊急の状況と判断されると、ステップＳ１０２で、回生制動を禁止し、ＣＢＳまたはＡＢＳ制御を行う。
一方、ステップＳ１０１の判断結果、回生制動が可能な状況なら、ステップＳ１０３で、ブレーキペダルＢＰの信号などを用いて運転者が要求する総制動要求量を計算する。
この運転者総制動要求量は、ステップＳ１０４でＨＣＵに転送され、ステップＳ１０５で、電子制御油圧ブレーキ装置がＨＣＵから回生制動量を受信し、ステップＳ１０６で、受信した回生制動量に基づいて、電子制御油圧ブレーキ装置で回生制動による消耗された予測ブレーキ量を計算する。すなわち、運転者の総制動要求量から回生制動量を減算した残りの制動量を、油圧ブレーキを用いて具現しなければならないため、各ホイールに加えるべき油圧ブレーキ圧力を計算するわけである。
ステップＳ１０７で、電子制御油圧ブレーキ装置が、回生制動量が増加または維持される状況か判断する。もし、ステップＳ１０７の判断結果、増加または維持状態と把握されると、ステップＳ１０８で、マスターシリンダーＭＣと各ホイールに装着された圧力センサーからの圧力情報を用いて駆動輪の入口バルブを制御する。駆動輪の入口バルブの制御目的は、マスターシリンダーＭＣの圧力をＣＢＳと略同一の状態に維持し、運転者要求制動量を充足させながら、同時に目標ホイール圧力を維持させることにある。このとき、駆動輪の入口バルブ制御は、マスターシリンダーＭＣの圧力センサーと各ホイールの圧力センサーからの圧力値の差圧と入口バルブ電流との相関関係を利用することにある。この場合、回生制動量が減少すると、電子制御油圧ブレーキ装置は、ブレーキ油の流量を外部に排出させるように駆動輪の出口バルブを制御し、ホイール圧力が目標圧力を追従するようにする。
このような制御動作によれば、ＣＢＳとは違い、マスターシリンダー圧力とホイール圧力に差が出る。この差は、回生制動トルクに起因する。すなわち、電気モーターを有する車両の回生制動による追加的な制動が発生したのを考慮し、回生制動に該当する油圧制動力を除去しなければならない。
続いて、ステップＳ１０９、Ｓ１１０、Ｓ１１１、Ｓ１１２、Ｓ１１４において、次のような制御を行う。まず、電子制御油圧ブレーキ装置でＨＣＵによる回生制動量に該当する流量（ＲＢ＿Ｆ）を計算する。このＲＢ＿Ｆ流量が非駆動輪の出口バルブを開いて排出する量（Discharge＿F）に該当する。非駆動輪の出口バルブを用いたブレーキ油の排出が制動初期に限って発生するようにすべく、出口ターミナル（Outlet＿Terminal）というフラグ（Flag）を定義する。排出量（Discharge＿F）がＲＢ＿Ｆよりも少ないと、このフラグは０の値を維持しつつ非駆動輪の出口バルブを開いてブレーキ油を排出させる。ブレーキ油の排出が続き、排出量（Discharge＿F）がＲＢ＿Ｆと等しくなると、フラグは１とセットされ、非駆動輪の出口バルブを閉じてそれ以上の排出が発生しないようにする。制動が終了されるまではフラグの値を１に維持し、非駆動輪の出口バルブを閉じた状態に保持する。このような動作が、制動中に一度だけ発生するようにしなければならない。出口ターミナル（Outlet＿Terminal）が１の値を有することになった状況では、目標圧力よりもホイール圧力が大きくなる場合、駆動輪の出口バルブを用いてホイール圧力を調節する。
一方、ステップＳ１０７の判断結果、電子制御油圧ブレーキ装置で回生制動量が減少する状況と判断されると、ステップＳ１１３で、それに該当する分の必要ホイール圧力を上昇させ、運転者の総要求制動力を満足させなければならない。必要なブレーキ油液は、出口バルブＳＵＣ２，ＳＵＣ４の開放後のモーターの駆動によって、リザーバＬＲＳからポンピングされる。この時、マスターシリンダーＭＣとホイールシリンダーの回路断絶のためには、ＴＣバルブＴＣ１，ＴＣ２を閉じる。また、駆動輪の入口バルブを用いてホイール圧力が目標ホイール圧力を追従するように制御する。この時、非駆動輪の入口バルブは閉じ、非駆動輪のホイール圧力が上昇しないようにする。
回生制動量が完全に消え、各ホイールの圧力も目標圧力に到達すると、全ての回生制動制御が終了し、完全にＣＢＳモードに切り替えられる。
本発明に係る電子制御油圧ブレーキ装置を概略的に示す図である。 本発明に係る回生制動システムを簡略に示す概念図である。 電気モーター速度に従う回生制動トルクの一般の形態を説明するためのグラフである。 本発明による、電気モーターを有する車両の回生制動方法を説明するためのフローチャートである。
符号の説明
ＭＣ マスターシリンダー
ＴＣ１，ＴＣ２ ノーマルオープン型カットバルブ
ＳＵＣ１，ＳＵＣ２，ＳＵＣ３，ＳＵＣ４ ノーマルクローズ型出口バルブ
ＰＣ１〜ＰＣ４ ノーマルオープン型入口バルブ
ＰＣ５〜ＰＣ８ ノーマルクローズ型出口バルブ
ＥＣＵ 電子制御ユニット

Claims (3)

  1. 車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、回生制動で車両を制動する電気モーターと、ブレーキオイルを貯蔵するリザーバと、マスターシリンダーと、各ホイールシリンダーの入口に備えられたノーマルオープン型の入口バルブと出口に備えられたノーマルクローズ型の出口バルブと、ブレーキ油をポンピングして各ホイールシリンダー側に提供する複数の油圧ポンプと、前記複数の油圧ポンプを作動させるモーターと、前記リザーバと前記油圧ポンプの吸入側とを連結する油圧ラインに備えられた開閉バルブと、備え、運転者が要求した制動量から前記電気モーターによって発電された量に該当する回生制動量を減算した残りを制動量として制動を行う車両の回生制動方法であって、
    回生制動時に、マスターシリンダーの圧力とホイール圧力間の差圧に基づき、駆動輪の入口バルブ制御を通じて運転者のペダル感を具現し、駆動輪の出口バルブ制御を通じてホイール圧力を目標圧力に追従させることを特徴とする、電気モーターを有する車両の回生制動方法。
  2. 回生制動初期には、前記電気モーターによる回生制動量に該当する流量を、非駆動輪の出口バルブを開いて外部に排出させ、回生制動量の増加時には、駆動輪の出口バルブ制御を通じて全体運転者要求制動力を満足させ、回生制動量の減少時には、運転者の制動意志を満足させるためにホイール圧力を増加させることを特徴とする、請求項１に記載の電気モーターを有する車両の回生制動方法。
  3. ブレーキ油圧の上昇が必要な場合、前記リザーバと油圧ポンプ間の油圧ラインに備えられた前記開閉バルブを開き、前記モーターを駆動することによって、リザーバから必要流量が直接ポンピングされるようにすることを特徴とする、請求項２に記載の電気モーターを有する車両の回生制動方法。
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