JP2011125204A - 車両の回生ブレーキの制御方法、およびその制御装置 - Google Patents

車両の回生ブレーキの制御方法、およびその制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】回生ブレーキを効果的に作用させること。
【解決手段】回生ブレーキを作用させているとき、回生ブレーキが作用している車輪にかかる荷重を、回生ブレーキが作用する以前の荷重より大きくした。例えば各車輪を支持している懸架装置のばね力を調整可能とし、運転者が制動動作を行い回生ブレーキが作用すると、回生ブレーキが作用している車輪を支持している懸架装置のばね力を、他の車輪の懸架装置のばね力より大きくする。これにより、回生ブレーキが作用している車輪の接地圧が高められ、回生ブレーキ力が増大される。
【選択図】図1

Description

本発明は、車両に設けられた懸架装置のばね力を調整し、回生ブレーキの回生効率を高めた回生ブレーキの制御方法、およびその制御装置に関する。
電気モータで走行する電気車両や、内燃機関と電気モータとを備えたハイブリッド車などは、エネルギーの利用効率が高いことが知られている。これは、制動時に電気モータを駆動させて発電し、その発電した電力をバッテリに蓄えて走行に利用できること(以下、「回生ブレーキ」という。)が一つの大きな原因となっている。車両のエネルギー利用効率を向上させる点から、回生ブレーキを最大限利用し、車両の制動力を可能な限り発電に利用することが望ましい。
一方、回生ブレーキが作動するのは、電気モータが接続された車輪(以下、「駆動輪」とする。)である。例えばFR車(前置きエンジン・後輪駆動車)で、エンジンと変速機の間に電気モータを組み込んだ車両では、駆動輪である後輪以外の車輪には回生ブレーキが作用しない。
したがって、強いブレーキをかけた場合などでは、回生ブレーキのみ、つまり後輪での制動のみでは、制動能力や車輪と路面との摩擦力の限界などから十分な制動力が得られない場合がある。運転者は、電気車両やハイブリッド車両など回生ブレーキが作用する車両であっても、ブレーキペダルの操作により従来どおり車両が減速、停止することを望む。そこで必要に応じて、従来から各車輪に設けられている摩擦ブレーキを用いて、車両を制動させることとしている。
特開2007−203859号公報
しかしながら、各車輪に摩擦ブレーキを作用させると、一般に前輪ブレーキが強く作用して車両姿勢が前下がりとなり、後輪にかかる荷重(以下、左右両輪にかかる一対の荷重を「軸重」とする。)が軽減される。すると、後輪と路面との間の摩擦力が低下し、回生ブレーキを強く作用させることができなくなり、電気モータで回生されるエネルギー量が減少して、車両としてのエネルギー利用効率が低下する。
また、より多くの回生エネルギーを回収するために駆動輪である後輪を含めた各車輪のブレーキ力を増大させた場合には、車輪がロック状態となり、車両後部が左右に振られ、制動時の車両安定性が損なわれてしまうことも懸念される。
また、後輪2軸の一方の後輪に回生ブレーキを作用させる車両においては、2軸の後輪で負担する荷重のほぼ半分の荷重による摩擦力しか回生ブレーキに利用することができず、回生ブレーキを強く作用させることができなかった。
本発明は上記課題を解決し、後輪で回生ブレーキが作用する車両において、回生ブレーキを効率よく作用させてエネルギー利用効率を向上させ、かつ制動時の安定性を低下させない車両の回生ブレーキ制御方法およびその制御装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、車両の回生ブレーキ制御方法およびその制御装置を次のように構成した。
車両が減速したとき、電動機から駆動輪に発電負荷を付与して制動を行うと共に、該制動動作により発電した電力をバッテリに充電する回生ブレーキ手段を備えた車両の回生ブレーキの制御方法であって、
前記回生ブレーキを前記駆動輪に作用させたとき、前記車両の各車輪を支持する懸架装置のばね力に調整を行い、前記回生ブレーキが作用している駆動輪にかかる荷重が、前記回生ブレーキを作用させる以前の該駆動輪の荷重より増加させることとして車両の回生ブレーキの制御方法を構成した。
ここで車両全体の重量は、回生ブレーキの前後で一定であり、荷重は各車輪に所定の割合で分担されている。所定の車輪の懸架装置のばね力を、他の車輪の懸架装置のばね力に対して増加させると、他の車輪にかかる荷重が減少した分、その車輪にかかる荷重が増加するのであり、ばね力の調整は、車両として新たな荷重の増加を意味するものではなく、分担割合を変動させるものである。したがって、他の車輪の懸架装置のばね力を低下させて、所定の車輪にかかる荷重を増加させてもよい。
また、車両が減速したとき、電動機から駆動輪に発電負荷を付与して制動を行うと共に、該制動動作により発電した電力をバッテリに充電する回生ブレーキ手段を備えた車両の回生ブレーキの制御装置であって、
運転者が行う制動動作を検出する制動検出手段と、
前記制動動作に基づき、前記運転者が要求している要求制動力を算出する要求制動力算出手段と、
前記要求制動力に基づき、前記駆動輪に回生ブレーキを作用させる回生制御手段と、
前記車両の各車軸に設けられた懸架装置のばね力を調整するばね力調整手段と、
前記ばね力調整手段を制御する軸重制御手段とを備え、
前記回生制御手段が前記駆動輪に回生ブレーキを作用させたとき、前記軸重制御手段は、前記ばね力調整手段に制御を行い、前記回生ブレーキが作用している駆動輪にかかる荷重が、該回生ブレーキが作用する以前に該駆動輪にかかっていた荷重より増加するように、前記懸架装置のばね力を設定させることとして車両の回生ブレーキの制御装置を構成した。
なお、前記懸架装置は、空気圧式懸架装置であり、前記ばね力は、該空気圧式懸架装置に設けられた空気ばねの内圧であることが好ましい。
本発明にかかる回生ブレーキの制御方法は、回生ブレーキが作用される車輪の荷重が高められる、あるいは低減されないで保持されることから、かかる車輪の接地圧が低下しない。そのため、回生ブレーキの作用を増大、あるいは保持させることができ、車両のエネルギー利用効率を向上できる。また制動時に回生ブレーキの作用を大きくしても、車輪のロック状態が防止でき、車両を安定して制動させることができる。
本発明にかかる車両の制動制御装置を具えたハイブリッド車の一実施形態を示す側面構成図である。 図1に示すハイブリッド車の平面構成図である。 回生ブレーキ制御の作動の一例を示すフローチャートである。 回生ブレーキ制御装置の一例を示すブロック図である。
本発明にかかる、車両の回生ブレーキの制御方法とその制御装置の一実施形態について、内燃機関と電気モータを備えたハイブリッド車両を例に説明する。図1に、車両10を示す。
車両10は、後輪2軸の車両であり、前方に、エンジン14と、クラッチ機構16と、変速機18と、電気モータとしてのモータ20(電動機)を備えている。車輪12は、前方に設けられた前車輪12aと、後方に設けられた後前車輪12b及び後後車輪12cから形成されている。
エンジン14は、内燃機関としてのディーゼルエンジンである。尚エンジン14は、ガソリンエンジンその他のエンジンでもよい。クラッチ機構16は、エンジン14とモータ20との間に設けられている。クラッチ機構16は、エンジン14とモータ20と回転を適宜断続させる。モータ20は、クラッチ機構16と変速機18との間に設けられており、変速機18は、内部に変速機構を具えている。変速機18の出力端には、プロペラシャフト22が連結されている。
図2に、車両10の平面構成を示す。図2に示すように車両10には、電池24およびインバータ26が設けられている。電池24は、車両走行用の高出力電池である。モータ20は、インバータ26を通して電池24に接続している。
インバータ26は、電池24に蓄えられた直流電力を交流電力に変換してモータ20に電力を供給する。これによりモータ20は電動機として作動する。また、車両10の減速時には、モータ20が発電機として作動し、車両10の運動エネルギがモータ20に伝達され交流電力に変換される。そして、モータ20が発生する回生制動トルク(発電負荷)が後前車輪12bに伝達される。このようにモータ20が発電機として作動することによって得られた交流電力は、インバータ26によって直流電力に変換された後、電池24に充電され、車両10の運動エネルギーが電気エネルギーとして回収される。即ち、電池24は、回生発電機能を併せ持つモータ20によって発電された電力によっても蓄電される。
更に、電池24はバッテリECU24aにより制御されている。バッテリECU24aは、電池24の温度や電圧、インバータ26と電池24との間に流れる電流などを検出すると共に、これらの検出結果から電池24の充電量を求め、電池24の作動状態を監視する。
インバータ26はインバータECU26aにより制御されている。インバータECU26aは、モータ20が発生すべきトルクに基づきインバータ26を制御し、モータ20をモータ作動、あるいは発電機作動させてモータ20の運転を制御する。
クラッチ機構16および変速機18は、エンジン制御装置(図示せず。)によりエンジン14やモータ20の作動等に連動して自動制御される。尚モータ20は、クラッチ機構16と変速機18の間に設けられているが、設置する位置は特に問わない。例えば、エンジン14とクラッチ機構16との間などにモータ20を設けられていてもよい。
前車輪12aと後後車輪12cは、車軸13a、および車軸13cによりそれぞれ左右の車輪が連結されている。前車輪12aおよび後後車輪12cは、従動輪である。後前車輪12bは、左右の車輪が車軸13bを介して差動機構23に連結されている。差動機構23には、プロペラシャフト22の出力端が連結しており、後前車輪12bは、エンジン14やモータ20で駆動される駆動輪となっている。
また各車輪12には、図4に示すように制動装置としての摩擦ブレーキ30が設けられている。摩擦ブレーキ30は、ブレーキアクチュエータ32に接続しており、運転者がブレーキペダル34を操作すると、ブレーキアクチュエータ32から油圧あるいは空圧が送られ、各車輪12に制動力が付与される。ブレーキアクチュエータ32は、全摩擦ブレーキ30を個別に操作し、車輪12毎に異なる制動をかける。各車輪12の近傍には、車輪速センサ36が設けられている。車輪速センサ36は、車輪12の回転速度を検出し、検出結果を車輪ロック判定部48に送出する。
図2に示すように、車軸13a、車軸13b、車軸13cにはそれぞれ懸架装置52a、懸架装置52b、懸架装置52cが設けられている。懸架装置52a等は、空気ばね54a等を有する空気圧式懸架装置であり、各空気ばね54のばね力により車両10の本体部分(ばね上部分)の重量を支持している。
各空気ばね54には、図4に示すようにばね圧調整装置としての空気圧調整装置56(ばね力調整手段)が接続されている。空気圧調整装置56は、回生ブレーキ制御装置40に接続し、回生ブレーキ制御装置40の指示により、各空気ばね54の内部空気圧を変更する。
空気圧調整装置56は、空気ばね54a、54b、54cの内部空気圧を任意に調整可能となっている。これにより、車軸13a、13b、13cが分担する車両10の重量(積載物を含む。)割合が変更される。すなわち、例えば懸架装置52aの空気ばね54aの内部空気圧を増加させ、他の空気ばね54b、54cを変更しなければ、相対的に空気ばね54aの内部空気圧が高くなり、ばね力の比率に従って車軸13aにかかる荷重が増加する。
次に、回生ブレーキ制御装置40について説明する。
回生ブレーキ制御装置40(軸重制御手段)は、図4に示すように要求制動力算出部42と、記憶部44と、比較部46と、車輪ロック判定部48と、制御部50などを具えて構成されている。
要求制動力算出部42(要求制動力算出手段)には、車両10に設けられたブレーキペダル34のブレーキペダル操作センサ35(制動検出手段)が接続している。ブレーキペダル操作センサ35は、運転者がブレーキペダル34を踏むと、その踏み込み状態を検出し、回生ブレーキ制御装置40に送出する。
要求制動力算出部42は、ブレーキペダル操作センサ35からブレーキペダル34の踏み込み信号を受けると、ブレーキペダル34の踏み込み量や踏み込み速度などの値から運転者が望んでいる要求制動力Xを算出する。要求制動力算出部42は、要求制動力Xを算出すると、要求制動力Xを比較部46に送出する。
記憶部44には、回生ブレーキの最大値や、車両10に作用する制動力と前下がりの関係マップ等が記憶されている。ここで前下がりとは、摩擦ブレーキ30等が作動して車両10の前方が後方に対して下がることをいう。
車両10の前下がり状態は、車両10の前側に設けられた懸架装置52aと後側に設けられた懸架装置52b(または52c)にそれぞれ取り付けられた車高センサ(図示せず)に基づき、車両姿勢、即ち、車両の前下がり状態が推定されるようになっている。
比較部46は、要求制動力算出部42から要求制動力Xが送られてくると、記憶部44から回生ブレーキの最大値を読み出し、要求制動力Xと比較を行う。また比較部46は、制動力と前下がりの関係マップを読み出し、要求制動力Xを、制動力と前下がりの関係マップと照合する。比較部46は、比較結果や照合結果が得られると、それらの値を制御部50に送り出す。
車輪ロック判定部48は、車輪速センサ36からの信号に基づき、車輪12の何れかにロック状態またはスリップ状態が生じているか否かを判定する。具体的には、車輪ロック判定部48は、各車輪速センサ36からの値と、車両10の走行速度(各車輪速センサ36からの値等から算出する。)とを比較して、両者間に速度差があると、その車輪速センサ36を具えた車輪12にスリップが生じていると判断する。更に、車輪12の回転が検出されなければ、その車輪12が完全にロックした状態であると判断する。車輪ロック判定部48は、判定した結果を制御部50に送出する。
制御部50は、比較部46から要求制動力Xを受け、その要求制動力Xが回生ブレーキによる制動力の最大値以下であるとの比較結果を受けると、インバータECU26aに、モータ20による回生ブレーキを開始させる指示を送る。モータ20の回生ブレーキによる制動力は、要求制動力Xに応じた値とするのが好ましい。
そして、要求制動力Xが最大回生ブレーキ力を上回っているとの比較結果を受けると、制御部50は、後前車輪12bにより最大の回生ブレーキ力が作用するようにインバータECU26aに指示を行い、かつ回生ブレーキで不足する制動力が前車輪12aと後前車輪12bと後後車輪12cによる摩擦ブレーキ30で作用するようにブレーキアクチュエータ32に指示を送る。
更に回生ブレーキ制御装置40は、制動力と前下がりの関係マップ、および車高センサで検知した車高の照合結果から、車両10に生じる前下がりの値を求め、空気圧調整装置56に、前車輪12aの懸架装置52aの空気ばね54aのばね圧を、照合結果に対応させて高める指示を行う。具体的には、懸架装置52aの空気ばね54a等のばね圧を、摩擦ブレーキ30を作動させても、車両10の前下がりが解消するか、あるいは所定以下に低減されるように設定する指示を空気圧調整装置56に送る。
次に、図3のフローチャートを用いて、回生ブレーキの制御方法について説明する。
まず、ブレーキペダル操作センサ35が、運転者がブレーキペダル34を踏み込んだことを検出すると制動が開始される(S−100)。次に、回生ブレーキが作用しているか否か判定し(S−110)、回生ブレーキが作用していなければ、制御は終了する。
一方、回生ブレーキが作用していると、軸重の切り換え制御による回生ブレーキ制御が可能かどうかを空気圧調整装置56へ送るテスト信号等から確認する(S−120)。空気圧調整装置56が作動しないなど軸重の切り換え制御が実行できないときは、制御は終了する。一方、制御が可能であれば、空気圧調整装置56を作動させ、懸架装置52の空気ばね54の空気圧調整を開始する(S−130)。
具体的には、要求制動力Xから車両10の前下がりの程度を求める。次に、車両10の前下がりを解消、あるいは低減させるように、空気ばね54に空気圧を供給し、軸重の切り換え制御による回生ブレーキの制御を上述したように行う。
そして回生ブレーキが継続しているか否かを判定し(S−140)、継続していなければ、空気ばね54の空気圧を標準値に戻し(S−160)、制御を終了させる。一方、回生ブレーキが継続していれば、車輪速が0か否かを判定し(S−160)、車輪速が0でない、つまり車両10か停止状態でなければ、S−140に戻り、回生ブレーキの制御を回生ブレーキが実行されなくなるまで継続させる。
一方、S−150で車両10が停止していることが確認されたら、空気ばね54の空気圧を標準値に戻し(S−160)、制御を終了させる。
このように制御することにより、回生ブレーキが作用する後前車輪12bの前車輪12aに対する荷重割合が低下せず、後前車輪12bの接地圧を高く保持させることができる。したがって、後前車輪12bによる回生ブレーキ力を大きくし、多くの回生エネルギーを回収して、車両10のエネルギー利用効率を高めることができる。
また、後前車輪12bの接地圧が低下しないことから、路面との摩擦力を大きくでき、回生ブレーキ力を強く作用させても車輪のロック現象を生じさせることがない。したがって、車両10を安定して制動させることができる。また、運転者が要求する制動力は、回生ブレーキ力に車輪12の摩擦ブレーキ力を作用させることで十分に満たすことができる。
尚、空気圧調整装置56による圧力調整は、前車輪12aの懸架装置のばね圧が後前車輪12b等の懸架装置のばね圧に対して相対的に高くなればよく、例えば後前車輪12b等の後輪の懸架装置52bのばね圧を、前車輪12aの懸架装置52aのばね圧に対して弱めてもよい。更に、空気ばね54a等のばね圧を、車両10の姿勢が後ろ下がりとなるように調整してもよい。
次に、回生ブレーキ制御の他の例について説明する。
この例では、運転者がブレーキペダル34を操作すると、回生ブレーキ制御装置40は、後前車輪12bの懸架装置52bの空気ばね54bのばね圧を、後後車輪12cの懸架装置52cの空気ばね54cのばね圧より、要求制動力Xに対応して高くなるように空気圧調整装置56に指示を送る。
具体的には、運転者が望む要求制動力Xが最大回生ブレーキ力を下回っている場合は、後前車輪12bで回生ブレーキを行わせる。そして要求制動力Xが最大回生ブレーキ力を超えたときは、超えた分を摩擦ブレーキ30により作用させる。
車輪ロック判定部48は、後前車輪12bの車輪速センサ36の値と車速との比較を行い、後前車輪12bに滑りが生じていないか判定する。車輪ロック判定部48が、後前車輪12bに滑り(スリップ)が生じる可能性があると判定すると、その旨を制御部50に送る。制御部50は、後前車輪12bに滑り(スリップ)が生じているとの情報を受けると、空気ばね54bのばね圧を空気ばね54cのばね圧より増加させる指示を空気圧調整装置56に送る。
かかる指示に従い、空気圧調整装置56は空気ばね54bの空気圧を上昇させる。これにより後前車輪12bの後後車輪12cに対する荷重割合が高くなり、後前車輪12bの接地圧が上昇する。すると、後前車輪12bの路面との間の摩擦力が大きくなり、回生ブレーキ力を増大させることができる。したがって、制動時に多くの回生エネルギーを回収して、車両10のエネルギー利用効率を高めることができる。
また、後後車輪12cに摩擦ブレーキ30を上述したように作用させることにより、後前車輪12bに作用する回生ブレーキ力に加えて、運転者が所望する制動力で車両10を制動させることができる。また、後前車輪12bがスリップまたはロック状態とならないような接地圧となるため、安定した制動が可能となる。
更に車輪ロックの判定を、車輪速センサ36の値でなく、空気ばね54にかかるばね圧から求めてもよい。この例では、後前車輪12bと路面との間の摩擦係数と、空気ばね54にかかるばね圧とから後前車輪12bの摩擦力の上限値を算出する。後前車輪12bにかかる回生ブレーキ力を、ばね圧から求められた後前車輪12bの摩擦力の上限値と比較し、回生ブレーキ力が後前車輪12bの摩擦力を常に下回るように空気ばね54bのばね圧を、空気ばね54cのばね圧に対して高めることとする。
このようにして後後車輪12cと後前車輪12bの荷重割合を変更することにより、後輪2軸の車両10において、摩擦ブレーキ30を作用させても、後前車輪12bの接地圧を高め、後前車輪12bで最大回生ブレーキ力を作用させることができる。したがって、車両10のエネルギー利用効率を高く保持することができる。
尚、後前車輪12bと後後車輪12cの荷重割合の変更は、後後車輪12cの懸架装置52cの空気バネ54cの圧力を弱めて行ってもよい。また、上記例では、空気圧式懸架装置を例に説明したが、本発明は、これに限らず、油圧や機械式操作によりばね圧を変更するものでもよい。
更に、前下がりの修正によるばね圧の変更は、路面が傾斜している場合に、傾斜による影響を緩和させるように利用してもよい。また、前下がりを修正するばね圧の制御と2軸間でのばね圧の制御とを同時に行ってもよい。
本発明にかかる回生ブレーキの制御方法、およびその制御装置は、制動時に電気モータを用いて走行エネルギーの回生を行う車両に用いられる。
10…車両
12…車輪
12a…前車輪
12b…後前車輪
12c…後後車輪
13a、13b、13c…車軸
14…エンジン
20…モータ
24…電池
24a…バッテリECU
26…インバータ
26a…インバータECU
30…摩擦ブレーキ
34…ブレーキペダル
35…ブレーキペダル操作センサ
36…車輪速センサ
40…回生ブレーキ制御装置
42…要求制動力算出部
44…記憶部
46…比較部
48…車輪ロック判定部
50…制御部
52…懸架装置
54…空気ばね
56…空気圧調整装置

Claims (4)

  1. 車両が減速したとき、電動機から駆動輪に発電負荷を付与して制動を行うと共に、該制動動作により発電した電力をバッテリに充電する回生ブレーキ手段を備えた車両の回生ブレーキの制御方法であって、
    前記回生ブレーキを前記駆動輪に作用させたとき、前記車両の各車輪を支持する懸架装置のばね力に調整を行い、前記回生ブレーキが作用している駆動輪にかかる荷重が、前記回生ブレーキを作用させる以前の該駆動輪の荷重より増加させることを特徴とした車両の回生ブレーキの制御方法。
  2. 前記懸架装置は、空気圧式懸架装置であり、前記ばね力は、該空気圧式懸架装置に設けられた空気ばねの内圧であることを特徴とする請求項1に記載の車両の回生ブレーキの制御方法。
  3. 車両が減速したとき、電動機から駆動輪に発電負荷を付与して制動を行うと共に、該制動動作により発電した電力をバッテリに充電する回生ブレーキ手段を備えた車両の回生ブレーキの制御装置であって、
    運転者が行う制動動作を検出する制動検出手段と、
    前記制動動作に基づき、前記運転者が要求している要求制動力を算出する要求制動力算出手段と、
    前記要求制動力に基づき、前記駆動輪に回生ブレーキを作用させる回生制御手段と、
    前記車両の各車軸に設けられた懸架装置のばね力を調整するばね力調整手段と、
    前記ばね力調整手段を制御する軸重制御手段とを備え、
    前記回生制御手段が前記駆動輪に回生ブレーキを作用させたとき、前記軸重制御手段は、前記ばね力調整手段に制御を行い、前記回生ブレーキが作用している駆動輪にかかる荷重が、該回生ブレーキが作用する以前に該駆動輪にかかっていた荷重より増加するように、前記懸架装置のばね力を設定させることを特徴とした車両の回生ブレーキの制御装置。
  4. 前記懸架装置は、空気圧式懸架装置であり、前記ばね力は、該空気圧式懸架装置に設けられた空気ばねの内圧であることを特徴とする請求項3に記載の車両の回生ブレーキの制御装置。
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