JP2011234540A - 回生制動制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】エンジンブレーキ相当の制動力を適切に制御することで、回生効率を向上させることが可能な回生制動制御装置を提供する。
【解決手段】回生制動制御装置は、制動時において、回生制動力を発生可能に構成された回転電機を有する車両に好適に適用される。制御手段は、少なくとも回生制動力を用いて、アクセルがオフにされた際にエンジンブレーキ相当の制動力(エンジンブレーキ相当制動力)を発生させる制御を行う。具体的には、制御手段は、アクセルオフ時に発生させるエンジンブレーキ相当制動力を、車速が低いほど、当該車速が高い場合よりも大きくする制御を行う。これにより、回生による減速エネルギー回収量を増加させることができる。よって、回生効率を向上させることができ、燃費を向上させることが可能となる。
【選択図】図3

Description

本発明は、回転電機を用いて回生制御を行う技術分野に関する。
従来から、ハイブリッド車両やEV車両において、内燃機関式の車両とフィーリングを合致させるため、エンジンブレーキに相当する制動力を発生させる技術が知られている。例えば、特許文献1には、アクセルがオフにされた際に、その直前の車速に基づいて目標制動力を決定し、決定された目標制動力に応じてエンジンブレーキ相当の回生制動力を発生させる技術が提案されている。具体的には、当該技術では、車速の増大に応じて目標制動力を低下させている。また、特許文献2には、エンジンブレーキ相当の回生制動力が作用されるEV車両において、車速が高いほど当該回生制動力を大きくする技術が提案されている。
特開平9−37407号公報 特開平11−32404号公報
しかしながら、上記の特許文献1に記載された技術では、アクセルオフ直後の車速に基づいて目標制動力を決定していたため、その後車速が変化したとしても、エンジンブレーキ相当の回生制動力が変更されなかった。よって、特許文献1に記載された技術については、更なる燃費改善の余地があるものと考えられる。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、エンジンブレーキ相当の制動力を適切に制御することで、回生効率を向上させることが可能な回生制動制御装置を提供することを課題とする。
本発明の1つの観点では、回生制動力を発生可能に構成された回転電機を有する車両に搭載され、前記回生制動力を少なくとも用いて、アクセルがオフにされた際にエンジンブレーキ相当の制動力を発生させる制御を行う制御手段を有する回生制動制御装置において、前記制御手段は、前記アクセルがオフにされた際に発生させる前記エンジンブレーキ相当の制動力を、車速が低いほど、当該車速が高い場合よりも大きくする制御を行う。
上記の回生制動制御装置は、制動時において、回生制動力を発生可能に構成された回転電機を有する車両に好適に適用される。制御手段は、少なくとも回生制動力を用いて、アクセルがオフにされた際にエンジンブレーキ相当の制動力(エンジンブレーキ相当制動力)を発生させる制御を行う。具体的には、制御手段は、アクセルオフ時に発生させるエンジンブレーキ相当制動力を、車速が低いほど、当該車速が高い場合よりも大きくする制御を行う。これにより、当該制御を行わなかった場合に比して、同一制動力実現時において、総制動力に占める回生制動力の割合が大きくなる。よって、上記の回生制動制御装置によれば、制動時における摩擦制動によるエネルギー損失を減少させて、回生による減速エネルギー回収量を増加させることができる。そのため、回生効率を向上させることができ、燃費を向上させることが可能となる。
上記の回生制動制御装置の一態様では、前記制御手段は、前記エンジンブレーキ相当の制動力が前記回生制動力の限界値を超える場合に、前記エンジンブレーキ相当の制動力を減少させる制御を行う。
この態様では、制御手段は、エンジンブレーキ相当制動力に占める回生制動力の割合を増加させるべく、エンジンブレーキ相当制動力が回生制動力に近づくように、エンジンブレーキ相当制動力を減少させる制御を行う。これにより、エンジンブレーキ相当制動力を実現するために摩擦制動を行うことによるエネルギー損失を抑制することができる。また、エンジンブレーキ相当制動力を減少させる制御を行うことで、当該制御を行わない場合と比較して、同一制動実現時において回転電機により回生されるエネルギー量が増加するため、燃費を向上させることが可能となる。
なお、「回生制動力の限界値」は、例えば、回生電力が充電されるバッテリの入出力制限や、回転電機の入出力可能値(パワーやトルク)などに応じて決まる。
好適な例では、制御手段は、エンジンブレーキ相当の制動力が回生制動力の限界値を超える場合に、エンジンブレーキ相当の制動力が限界値を超える分だけ、エンジンブレーキ相当制動力を減少させる制御を行うことができる。
上記の回生制動制御装置の他の態様では、前記車両の制動時に、前記車両に付与すべき目標制動力を算出する手段を更に備え、運転者の制動に対する運転特性と前記目標制動力との関係に基づいて、前記車両に付与される制動力が前記目標制動力に近付くように、前記エンジンブレーキ相当の制動力を変更する制御を行う。
この態様では、制御手段は、運転者の運転特性と目標制動力との関係に基づいて、車両に付与される制動力が当該目標制動力に近付くように、エンジンブレーキ相当制動力を変更する制御を行う。例えば、制御手段は、目標制動力に対して運転者が強く制動を行う運転特性の場合には、エンジンブレーキ相当制動力を減少させ、目標制動力に対して運転者が弱く制動を行う運転特性の場合には、エンジンブレーキ相当制動力を増加させる。これにより、運転者の運転特性に関わらずに、回生効率を向上させることが可能となる。
回生制動力を発生可能に構成された回転電機を有する車両に搭載され、前記回生制動力を少なくとも用いて、アクセルがオフにされた際にエンジンブレーキ相当の制動力を発生させる制御を行う制御手段を有する回生制動制御装置において、前記制御手段は、前記アクセルがオフにされた際に発生させる前記エンジンブレーキ相当の制動力を、車速が低いほど、当該車速が高い場合よりも大きくする制御を行う。これにより、回生による減速エネルギー回収量を増加させることができる。よって、回生効率を向上させることができ、燃費を向上させることが可能となる。
本実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成図を示す。 本実施形態における第1制御を行う理由を説明するための図を示す。 本実施形態における第1制御を具体的に説明するための図を示す。 本実施形態における第2制御を具体的に説明するための図を示す。 回生制動力が限界値を超えないような車速域において行う第2制御を具体的に説明するための図を示す。 第1車速域及び第2車速域を変更する理由を説明するための図を示す。 回生制動力の限界値の変化に応じて第1車速域及び第2車速域を変更した場合の効果を説明するための図を示す。 本実施形態における第4制御を具体的に説明するための図を示す。 所定のパラメータの変化に応じた制動力ばらつきの一例を示す。 本実施形態における回生制動処理を示すフローチャートである。 変形例に係るハイブリッド車両の概略構成図を示す。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
[装置構成]
図1は、本実施形態に係るハイブリッド車両1の概略構成を示すブロック図である。図1において、破線は電気的な接続を示しており、一点鎖線は信号の入出力を示している。なお、図1では、説明の便宜上、本実施形態に直接関係のある構成要素のみを図示しており、他の部材については図示を省略している。
図1に示すように、ハイブリッド車両1は、主に、エンジン(ENG)11と、モータジェネレータMG1及びMG2と、バッテリ(BAT)12と、PCU(Power Control Unit)13と、ECU(Electronic Control Unit)20と、ブレーキポジションセンサ(BR)21と、アクセルポジションセンサ(ACC)22と、車速センサ(S)23とを有する。
ハイブリッド車両(以下では、単に「車両」とも呼ぶ。)1は、基本的には、エンジン11を発電のみに使用し、モータジェネレータMG2をハイブリッド車両1の駆動源として使用する。つまり、ハイブリッド車両1は、所謂シリーズ方式のハイブリッド車両である。
バッテリ12は、例えばリチウムイオン電池等で構成され、モータジェネレータMG1及びMG2に対し電力を供給可能であり、且つPCU13を介して供給される、モータジェネレータMG1及びMG2の回生電力により充電可能である。
モータジェネレータMG1は、そのロータがエンジン11の駆動軸に連結されている。モータジェネレータMG1は、エンジン11の駆動軸の回転に伴ってロータが回転することにより、電力を発生させる。他方で、モータジェネレータMG1は、PCU13を介して、バッテリ12から電力が供給されることにより、エンジン11をクランキングすることが可能である。
モータジェネレータMG2は、そのロータが動力伝達機構に連結されている。モータジェネレータMG2は、バッテリ12及びモータジェネレータMG1の少なくとも一方からPCU13を介して電力が供給されることにより、動力伝達機構を介して駆動輪14に駆動力を出力する。他方、モータジェネレータMG2は、回生ブレーキとしても機能する。つまり、モータジェネレータMG2は、運動エネルギーを電気エネルギーに変換する回生機能を有しており、ハイブリッド車両1の制動時において回生運転(言い換えると回生制動)を行うことで発電する。なお、モータジェネレータMG2は、本発明における「回転電機」の一例である。
ブレーキポジションセンサ21は、運転者によるブレーキ操作量を検出し、検出したブレーキ操作量に対応する検出信号をECU20に供給する。アクセルポジションセンサ22は、運転者によるアクセル操作量(言い換えるとアクセル開度)を検出し、検出したアクセル操作量に対応する検出信号をECU20に供給する。車速センサ23は、ハイブリッド車両1の車速を検出し、検出した車速に対応する検出信号をECU20に供給する。
ECU20は、CPU、ROM及びRAM等を備えて構成され、ハイブリッド車両1内の各構成要素に対して制御を行う。例えば、ECU20は、制動時においてモータジェネレータMG2より発生させる制動力(回生制動力)を調整するべく、モータジェネレータMG2に対する制御を行う。また、例えば、ECU20は、アクセルがオフにされた際に、エンジンブレーキ相当の制動力(以下、単に「エンジンブレーキ相当制動力」と表記する。)を発生させる制御を行う。このように、ECU20は、本発明における「回生制動制御装置」の一例に相当する。具体的には、ECU20は、本発明における「制御手段」の一例に相当する。
なお、エンジンブレーキ相当制動力は、基本的にはモータジェネレータMG2による回生制動力を用いて実現されるが、このような回生制動力だけでなく、摩擦ブレーキによる制動力(以下、「摩擦制動力」と呼ぶ。)を用いて実現される場合もあり得る。例えば、エンジンブレーキ相当制動力が回生制動力の限界値を超えるような値である場合には、回生制動力だけでなく、摩擦制動力も用いてエンジンブレーキ相当制動力が実現される。
[制御方法]
次に、本実施形態においてECU20が行う制御方法について説明する。具体的には、ECU20が行う第1制御〜第4制御について説明する。
(第1制御)
まず、本実施形態においてECU20が行う第1制御について説明する。本実施形態では、ECU20は、アクセルオフ時に発生させるエンジンブレーキ相当制動力を、車速が低いほど、当該車速が高い場合よりも大きくする第1制御を行う。つまり、ECU20は、車速が低いほど大きな値を有するエンジンブレーキ相当制動力を設定して、アクセルオフ時に当該エンジンブレーキ相当制動力を発生させる制御を行う。
ここで、図2を参照して、このような第1制御を行う理由について説明する。図2は、横軸にブレーキ操作量を示し、縦軸に制動力を示している。図2において、グラフ201は、回生制動力と摩擦制動力とを合わせた総制動力を示している。グラフ202は、運転フィーリング向上の観点から定められた、ブレーキ操作量に応じた回生制動力と摩擦制動力との配分を示している。また、符号200で示す制動力は、回生制動力の限界値(言い換えると回生上限)に対応する。この回生制動力の限界値200は、バッテリ12の温度や充電状態(SOC)などの環境状態に応じて変化するバッテリ12の入出力制限や、モータジェネレータMG2の入出力可能値(パワーやトルク)などに基づいて算出される。また、回生制動力の限界値200は、ドライバビリティ上の制約なども考慮して算出される。
上記したグラフ201、202及び回生制動力の限界値200より、例えば図2のハッチング領域で示すように、回生制動力が用いられる領域(以下、「回生制動領域」と表記する。)と、摩擦制動力が用いられる領域(以下、「摩擦制動領域」と表記する。)とが規定される。また、矢印203で示す制動力は、エンジンブレーキ相当制動力に対応し、矢印204で示す制動力は、ブレーキ操作量に応じて付与される制動力(具体的にはブレーキ操作量に比例する制動力)に対応する。エンジンブレーキ相当制動力203は、アクセルオフ時に付与される制動力であり、ブレーキ操作量に関わらずに付与される。この場合、エンジンブレーキ相当制動力203は、基本的には回生制動力によって実現される。
ここで、制動時(減速時)において総制動力に占める摩擦制動力の割合は基本的にはグラフ202で示すような配分や回生制動力の限界値200などに応じて決まるが、総制動力に占める摩擦制動力の割合は、エンジンブレーキ相当制動力の大きさによっても変化するものと考えられる。例えば、総制動力は同じでも、ブレーキ操作量が比較的大きく、エンジンブレーキ相当制動力が小さい場合には、エンジンブレーキ相当制動力が大きい場合に比して、総制動力に占める摩擦制動力の割合が大きくなるものと考えられる。この場合には、減速運動エネルギーに対する回生エネルギーの割合が減少する傾向にある、つまり回生によるエネルギー回収量が低下する傾向にある。特に、市街地走行などでの低車速走行時では、減速頻度が高く、運転者によるブレーキ操作が多くなるため、このような回生によるエネルギー回収量の低下が生じ易いといえる。
以上のことから、本実施形態では、低車速時における減速制動時において、摩擦制動によるエネルギー損失を減少させて、回生によるエネルギー回収量を増加させるべく、アクセルオフ時に実現するエンジンブレーキ相当制動力を増加させる第1制御を行う。具体的には、ECU20は、車速が低いほど大きな値を有するエンジンブレーキ相当制動力を設定して、アクセルオフ時に当該エンジンブレーキ相当制動力が発生されるようにモータジェネレータMG2に対する制御を行う。つまり、モータジェネレータMG2による回生制動力によって当該エンジンブレーキ相当制動力を実現させる。例えば、ECU20は、アクセルオフ時の車速が予め設定した所定速度よりも低い場合に、このような第1制御を行う。1つの例では、基準となるエンジンブレーキ相当制動力を予め設定すると共に、基準となるエンジンブレーキ相当制動力を補正するための補正量を車速に応じて予め設定しておき、ECU20は、車速に応じた補正量によって基準となるエンジンブレーキ相当制動力を補正することができる。
図3を参照して、本実施形態における第1制御について具体的に説明する。図3(a)及び図3(b)は、それぞれ、横軸にブレーキ操作量を示し、縦軸に制動力を示している。
図3(a)は、本実施形態における第1制御を適用しなかった場合の図、つまりエンジンブレーキ相当制動力を増加させる制御を行わなかった場合の図を示している。具体的には、図3(a)は、第1制御との比較を行うために、図2と同様の図を示している。よって、図2と同一の符号を付した要素については同様の意味を有するものとして、その説明を省略する。
これに対して、図3(b)は、本実施形態における第1制御を適用した場合の図を示している。第1制御では、例えば矢印213で示すように、図3(a)中のエンジンブレーキ相当制動力203よりも大きなエンジンブレーキ相当制動力を用いる。このようなエンジンブレーキ相当制動力213を用いた場合には、総制動力はグラフ211で表され、回生制動力と摩擦制動力との配分はグラフ212で表される。また、ブレーキ操作量に応じて付与される制動力は矢印214で表される。
ここで、第1制御を適用しなかった場合には、例えば制動力210を実現する場合に、図3(a)中の符号207で示すような摩擦制動力が用いられる。これに対して、第1制御を適用した場合には、同一の制動力210を実現する場合に、図3(b)中の符号217で示すような摩擦制動力が用いられる。この摩擦制動力217は、摩擦制動力207よりも小さい。したがって、同一の制動力を実現する場合において、第1制御を行った場合には、第1制御を行わなかった場合に比して、総制動力に占める摩擦制動力の割合が減少すると言える、つまり総制動力に占める回生制動力の割合が増加すると言える。よって、第1制御によれば、摩擦制動によるエネルギー損失を減少させることができ、回生によるエネルギー回収量を増加させることができる、つまり減速運動エネルギーに対する回生エネルギーの割合を増加させることができる。そのため、第1制御によれば、回生効率を向上させることができ、燃費を向上させることが可能となる。
更に、図3(a)と図3(b)とを比較すると、第1制御を適用した場合には、第1制御を適用しなかった場合に比して、同一の制動力を実現するのに必要なブレーキ操作量が小さいことがわかる。したがって、第1制御によれば、減速時における運転者によるブレーキ操作量が減少する傾向にあるため、上記と同様の理由により、回生効率を向上させることが可能となる。
(第2制御)
次に、本実施形態における第2制御について説明する。本実施形態では、ECU20は、モータジェネレータMG2による回生制動力が限界値を超える場合に、言い換えると回生可能パワーを超過するような領域において、アクセルオフ時に実現するエンジンブレーキ相当制動力を減少させる第2制御を行う。具体的には、ECU20は、エンジンブレーキ相当制動力が回生制動力の限界値を超えるような車速域において、当該エンジンブレーキ相当制動力を減少させる。この場合、ECU20は、上記した第1制御が適用される車速域よりも高車速側の車速域において、エンジンブレーキ相当制動力を減少させる第2制御を行う。1つの例では、ECU20は、エンジンブレーキ相当制動力に占める回生制動力の割合を増加させるべく、エンジンブレーキ相当制動力が回生制動力に近づくように、エンジンブレーキ相当制動力を減少させる。
ここで、図4を参照して、本実施形態における第2制御について具体的に説明する。図4(a)及び図4(b)は、それぞれ、横軸に車速を示し、縦軸に制動力を示している。
図4(a)は、本実施形態における第2制御を適用しなかった場合の図、つまりエンジンブレーキ相当制動力を減少させる制御を行わなかった場合の図を示している。グラフ221は回生制動力の限界値に対応する車速と制動力との関係を示しており、グラフ222はエンジンブレーキ相当制動力を示している。グラフ221、222より、例えば図4(a)に示すように回生制動領域と摩擦制動領域とが規定される。これより、高車速域では、回生可能パワー制限による回生制動力の限界値221が小さくなるため、回生制動領域が小さくなり、摩擦制動領域が大きくなる傾向にあることが見て取れる。このような高車速域でエンジンブレーキ相当制動力を実現する場合において、実現すべきエンジンブレーキ相当制動力が大きいと、例えば矢印223に示すように、摩擦制動力によって当該エンジンブレーキ相当制動力を実現する割合が大きくなることがわかる。つまり、当該エンジンブレーキ相当制動力に占める摩擦制動力の割合が大きくなる。そのため、高車速域では、摩擦制動によるエネルギー損失が増加する傾向にあると言える。
このようなことから、本実施形態では、回生可能パワーを超過するような領域において、具体的にはエンジンブレーキ相当制動力が回生制動力の限界値を超えるような車速域において、アクセルオフ時に実現するエンジンブレーキ相当制動力を減少させる第2制御を行う。つまり、ECU20は、エンジンブレーキ相当制動力を減少させることで、当該エンジンブレーキ相当制動力に占める摩擦制動力の割合を減少せしめる。例えば、ECU20は、アクセルオフ時の車速が予め設定した所定速度よりも高い場合に、このような第2制御を行う。また、ECU20は、例えば車速が高いほど小さな値を有するエンジンブレーキ相当制動力を設定する。1つの例では、基準となるエンジンブレーキ相当制動力を予め設定すると共に、基準となるエンジンブレーキ相当制動力を補正するための補正量を車速に応じて予め設定しておき、ECU20は、車速に応じた補正量によって基準となるエンジンブレーキ相当制動力を補正することができる。
図4(b)は、本実施形態における第2制御を適用した場合の図を示している。第2制御では、矢印224で示すように、エンジンブレーキ相当制動力を減少させる。具体的には、上記したエンジンブレーキ相当制動力222を、例えばエンジンブレーキ相当制動力225(破線で示す)にまで減少させる。このような第2制御を行うことで、第2制御を行わない場合と比較して、例えば矢印223と矢印226とを比較すると、エンジンブレーキ相当制動力に占める摩擦制動力の割合が減少していることがわかる。したがって、第2制御によれば、エンジンブレーキ相当制動力を実現するために摩擦制動を行うことによるエネルギー損失を減少させることができる。
なお、上記では、回生制動力が限界値を超えるような車速域において第2制御を行うことを述べたが、当該車速域だけでなく、回生制動力が限界値を超えないような車速域においても第2制御を行っても良い。つまり、回生可能パワーを超過しないような領域においても、具体的には元のエンジンブレーキ相当制動力が回生制動力の限界値を超えないような車速域においても、当該エンジンブレーキ相当制動力を減少させる第2制御を行うことができる。
図5を参照して、回生制動力が限界値を超えないような車速域において行う第2制御について具体的に説明する。図5は、横軸に車速を示し、縦軸に制動力を示している。
グラフ231は、回生制動力の限界値に対応する車速と制動力との関係を示している。グラフ232は、第2制御を適用しなかった場合のエンジンブレーキ相当制動力を示している。このようなエンジンブレーキ相当制動力232を用いた場合、車速を維持することが多い高車速において、例えば矢印237に示すようにエンジンブレーキ相当制動力が比較的大きいと、車速が低下されることで再加速を行う機会が増える傾向にある、つまり高車速を維持するための再加速を行う機会が増える傾向にある。この場合、車両1における回生(減速回生)から力行(再加速力行)のパスで損失が発生し得る。具体的には、「車両1→モータジェネレータMG2→PCU13→バッテリ12→PCU13→車両1」といったパスでのエネルギー変換の過程で、即ち「運動エネルギー→電気エネルギー→運動エネルギー」といったエネルギー変換の過程で、損失が発生し得る。
このようなことから、回生制動力が限界値を超えないような車速域においても、上記のようなエネルギー変換の過程で発生する損失を低減するべく、エンジンブレーキ相当制動力を減少させる第2制御を行うことが望ましいと考えられる。例えば図5中のグラフ234(破線で示す)は、このような観点に基づいて、エンジンブレーキ相当制動力232を矢印233で示すように減少させたエンジンブレーキ相当制動力を示している。こうしてエンジンブレーキ相当制動力を減少させた場合、例えば矢印238に示すように、回生するエネルギーを抑えることができ、車両運動エネルギーのまま保存するエネルギー量を増加させることができる、つまり運動エネルギーとして車両1に保存するエネルギーの割合を増加させることができる。これにより、高車速を維持する際のエネルギー変換の過程で発生する損失を低減することができ、燃費を向上させることが可能となる。
(第3制御)
次に、本実施形態における第3制御について説明する。本実施形態では、ECU20は、車速域に応じて、上記した第1制御及び第2制御を切り替えて行う第3制御を実行する。具体的には、ECU20は、第1制御を所定の車速域(以下、「第1車速域」と呼ぶ。)で行い、第2制御を当該第1車速域よりも高車速側の所定の車速域(以下、「第2車速域」と呼ぶ。)で行う。つまり、ECU20は、第1車速域ではエンジンブレーキ相当制動力を増加させる第1制御を行い、第2車速域ではエンジンブレーキ相当制動力を減少させる第2制御を行う。
また、本実施形態では、ECU20は、上記のような第3制御を行う場合において、回生制動力の限界値に応じて第1車速域及び第2車速域を変更する。具体的には、ECU20は、回生制動力の限界値が大きい場合には、小さい場合に比して、第1車速域及び第2車速域をそれぞれ高車速側に設定する。言い換えると、ECU20は、回生制動力の限界値が小さい場合には、大きい場合に比して、第1車速域及び第2車速域をそれぞれ低車速側に設定する。
ここで、図6を参照して、上記のように第1車速域及び第2車速域を変更する理由について説明する。図6(a)及び図6(b)は、それぞれ、横軸に車速を示し、縦軸に制動力を示している。
図6(a)は、回生制動力の限界値が減少した場合に発生し得る不具合を説明するための図を示す。グラフ241は、減少前の回生制動力の限界値に対応する車速と制動力との関係を示している。グラフ242、242a、242bは、それぞれ、エンジンブレーキ相当制動力を示している。具体的には、エンジンブレーキ相当制動力242は、第1制御及び第2制御を適用していないエンジンブレーキ相当制動力の一例を示してしている。また、エンジンブレーキ相当制動力242aは、エンジンブレーキ相当制動力242に対して第1制御を適用したエンジンブレーキ相当制動力の一例を示しており、エンジンブレーキ相当制動力242bは、エンジンブレーキ相当制動力242に対して第2制御を適用したエンジンブレーキ相当制動力の一例を示している。
このようなエンジンブレーキ相当制動力242a、242bに従って、第3制御では、例えばグラフ243で示すようなエンジンブレーキ相当制動力(太線で示す)が用いられる。当該エンジンブレーキ相当制動力243は、第1車速域では第1制御を適用したエンジンブレーキ相当制動力242aが用いられ、第2車速域では第2制御を適用したエンジンブレーキ相当制動力242bが用いられている。また、エンジンブレーキ相当制動力243は、エンジンブレーキ相当制動力242aとエンジンブレーキ相当制動力242bとの間の移行が回生制動力の限界値241に概ね沿って緩やかに行われるように規定されている。
ここで、矢印A1に示すように、回生制動力の限界値241が限界値241aに減少した場合を考える。この場合に、エンジンブレーキ相当制動力243を変更せずに用いると、ハッチング領域244において、回生制動力の限界値241aを超える分のエンジンブレーキ相当制動力243について摩擦制動力を用いることとなる。そのため、上記の第2制御において述べたように、摩擦制動力によって当該エンジンブレーキ相当制動力243を実現する割合が大きくなり、摩擦制動によるエネルギー損失が増加する傾向にあると言える。
他方、図6(b)は、回生制動力の限界値が増加した場合に発生し得る不具合を説明するための図を示す。グラフ246は、増加前の回生制動力の限界値に対応する車速と制動力との関係を示している。グラフ242、242a、242bは、それぞれ、図6(a)で示したものと同様のエンジンブレーキ相当制動力を示している。このような回生制動力の限界値246及びエンジンブレーキ相当制動力242a、242bより、第3制御では、例えばグラフ247で示すようなエンジンブレーキ相当制動力(太線で示す)が用いられる。エンジンブレーキ相当制動力247は、第1車速域では第1制御を適用したエンジンブレーキ相当制動力242aが用いられ、第2車速域では第2制御を適用したエンジンブレーキ相当制動力242bが用いられている。また、エンジンブレーキ相当制動力247は、エンジンブレーキ相当制動力242aとエンジンブレーキ相当制動力242bとの間の移行が回生制動力の限界値246に概ね沿って緩やかに行われるように規定されている。
ここで、矢印A2に示すように、回生制動力の限界値246が限界値246aに増加した場合を考える。この場合に、エンジンブレーキ相当制動力247を変更せずに用いると、ハッチング領域248(当該領域は低車速域にあるものとする)において、上記の第1制御で述べたように、総制動力に占める摩擦制動力の割合が大きくなり、減速運動エネルギーに対する回生エネルギーの割合が減少する傾向にあると言える。つまり、回生によるエネルギー回収量が低下する傾向にあると言える。
以上のことから、本実施形態では、回生制動力の限界値の変化に応じて、第1制御を適用する第1車速域、及び第2制御を適用する第2車速域をそれぞれ変更する。具体的には、ECU20は、回生制動力の限界値が減少した場合には、第1車速域及び第2車速域をそれぞれ低車速側に変更し、回生制動力の限界値が増加した場合には、第1車速域及び第2車速域をそれぞれ高車速側に変更する。この場合、ECU20は、第1制御を適用するエンジンブレーキ相当制動力と第2制御を適用するエンジンブレーキ相当制動力との間の移行が、変化後の回生制動力の限界値に概ね沿って緩やかに行われるように、エンジンブレーキ相当制動力を規定する。
図7を参照して、回生制動力の限界値の変化に応じて第1車速域及び第2車速域を変更した場合の効果について説明する。図7(a)及び図7(b)は、それぞれ、横軸に車速を示し、縦軸に制動力を示している。なお、図7において、図6と同一の符号を付した要素については同様の意味を有するものとして、その説明を省略する。
図7(a)中の矢印A1に示すように、回生制動力の限界値241が限界値241aに減少した場合には、上記したエンジンブレーキ相当制動力243(破線で示す)が、例えばエンジンブレーキ相当制動力251(太線で示す)に変更される。つまり、エンジンブレーキ相当制動力243が、低車速側のエンジンブレーキ相当制動力251に変更される。当該エンジンブレーキ相当制動力251は、第1制御を適用したエンジンブレーキ相当制動力242aと第2制御を適用したエンジンブレーキ相当制動力242bとの間の移行が、変化後の回生制動力の限界値241aに概ね沿って緩やかに行われるように規定されている。このようなエンジンブレーキ相当制動力251を用いた場合には、ハッチング領域254分のエンジンブレーキ相当制動力を減少させていることになる。これにより、当該ハッチング領域254が高車速域であれば、上記した第2制御の効果を拡大することが可能となる。つまり、エンジンブレーキ相当制動力を実現するために摩擦制動を行うことによるエネルギー損失を減少させること等ができる。
他方で、図7(b)中の矢印A2に示すように、回生制動力の限界値246が限界値246aに増加した場合には、上記したエンジンブレーキ相当制動力247(破線で示す)が、例えばエンジンブレーキ相当制動力252(太線で示す)に変更される。つまり、エンジンブレーキ相当制動力247が、高車速側のエンジンブレーキ相当制動力252に変更される。当該エンジンブレーキ相当制動力252は、第1制御を適用したエンジンブレーキ相当制動力242aと第2制御を適用したエンジンブレーキ相当制動力242bとの間の移行が、変化後の回生制動力の限界値246aに概ね沿って緩やかに行われるように規定されている。このようなエンジンブレーキ相当制動力252を用いた場合には、ハッチング領域258分のエンジンブレーキ相当制動力を増加させていることになる。これにより、当該ハッチング領域258が低車速域であれば、上記した第1制御の効果を拡大することが可能となる。つまり、摩擦制動によるエネルギー損失を減少させることができ、回生によるエネルギー回収量を増加させることができる。
以上説明したように、第3制御によれば、第1制御及び第2制御を適用する車速域の調整幅を適切に拡大することができ、燃費を向上させることが可能となる。
(第4制御)
次に、本実施形態における第4制御について説明する。本実施形態では、ECU20は、運転者の制動に対する運転特性に応じて、エンジンブレーキ相当制動力を変更する第4制御を行う。具体的には、ECU20は、車両1の制動時において車両1に付与すべき目標制動力を算出し、運転者の運転特性と当該目標制動力との関係に基づいて、車両1に実際に付与される制動力が当該目標制動力に近付くように、エンジンブレーキ相当制動力を変更する制御を行う。詳しくは、ECU20は、目標制動力に対して運転者が強く制動を行う運転特性の場合には、運転特性が目標制動力に概ね一致する場合に比して、エンジンブレーキ相当制動力を減少させる。言い換えると、ECU20は、目標制動力に対して運転者が弱く制動を行う運転特性の場合には、運転特性が目標制動力に概ね一致する場合に比して、エンジンブレーキ相当制動力を増加させる。
なお、ECU20は、例えば、車速の時間変化と、その時間微分値である減速度を算出し、減速開始時と減速終了時とにおける車両1の運動エネルギーの変化分を最大限に回生しつつ、減速度の急変のないなめらかな制動となる制動力形状を有する目標制動力を算出する。1つの例では、ECU20は、高車速側よりも低車速側の制動力が強くなるような制動力形状を有する目標制動力を算出する。
また、ECU20は、運転者の制動操作に起因する、例えば車速、アクセル操作量、ブレーキ操作量、回生限界制動力、回生限界制動パワー、加速度等の時間変化を記録することで得られる情報を、運転者の制動に対する運転特性として用いる。
ここで、図8を参照して、本実施形態における第4制御について具体的に説明する。図8(a)及び図8(b)は、それぞれ、横軸に車速を示し、縦軸に制動力を示している。
図8(a)は、本実施形態における第4制御を適用しなかった場合の図、つまり運転特性に応じてエンジンブレーキ相当制動力を変更させる制御を行わなかった場合の図を示している。グラフ261は回生制動力の限界値に対応する車速と制動力との関係を示しており、グラフ262はエンジンブレーキ相当制動力を示している。また、グラフ263は目標制動力の一例を示しており、グラフ264は運転者の制動に対する運転特性の一例を示している。
ハッチング領域265に示すように、運転特性264は、比較的低車速側の領域において、目標制動力263よりも運転者が弱く制動を行う特性となっていることがわかる。当該領域では、例えば矢印266aで示す回生制動力が用いられることとなるが、この場合には、目標制動力263が用いられる場合と比較して、例えば矢印266bで示す分の回生の取りこぼしが発生する。そのため、目標制動力263が用いられる場合と比較して、回生効率が低下すると言える。
また、ハッチング領域267に示すように、運転特性264は、比較的高車速側の領域において、目標制動力263よりも運転者が強く制動を行う特性となっていることがわかる。当該領域では、例えば矢印268aで示す摩擦制動力が用いられることとなるが、この場合には、目標制動力263が用いられる場合と比較して、例えば矢印268bで示す分だけ、摩擦制動の領域が広くなる。そのため、目標制動力263が用いられる場合と比較して、回生効率が低下すると言える。
このようなことから、本実施形態では、運転者の制動に対する運転特性と目標制動力とがかけ離れている場合に発生し得る回生効率の低下を抑制するべく、車両1に付与される制動力が目標制動力に近付くように、エンジンブレーキ相当制動力を変更する第4制御を行う。具体的には、ECU20は、目標制動力に対して運転者が強く制動を行う運転特性の場合には、エンジンブレーキ相当制動力を減少させ、目標制動力に対して運転者が弱く制動を行う運転特性の場合には、エンジンブレーキ相当制動力を増加させる。例えば、ECU20は、運転者の制動に対する運転特性における制動力と目標制動力との差が大きいほど、エンジンブレーキ相当制動力を大きく変更する。1つの例では、基準となるエンジンブレーキ相当制動力を予め設定すると共に、基準となるエンジンブレーキ相当制動力を補正するための補正量を、運転特性における制動力と目標制動力との差に応じて予め設定しておき、ECU20は、運転特性における制動力と目標制動力との差に応じた補正量によって、基準となるエンジンブレーキ相当制動力を補正することができる。
図8(b)は、本実施形態における第4制御を適用した場合の図を示している。なお、図8(b)において、図8(a)と同一の符号を付した要素については同様の意味を有するものとして、その説明を省略する。
第4制御では、上記のような目標制動力263及び運転特性264が得られた場合に、例えばハッチング271で示すように、エンジンブレーキ相当制動力262をエンジンブレーキ相当制動力262aにまで増加させると共に、例えばハッチング272で示すように、エンジンブレーキ相当制動力262をエンジンブレーキ相当制動力262bにまで減少させる。このようにエンジンブレーキ相当制動力を調整した場合、例えば符号273で示すような制動特性(太線で示す)が得られることとなる。
具体的には、エンジンブレーキ相当制動力を調整することで得られた制動特性273は、ハッチング領域274に示すように、運転者が弱く制動を行う運転特性が得られた領域において、目標制動力263に近付いていることがわかる。このような制動特性273では、例えば矢印275で示すような回生制動力が用いられることとなるため、第4制御を適用しなかった場合に比して、回生制動分が増加する。したがって、第4制御によれば、回生の取りこぼしを減少させることができ、回生効率を向上させることが可能となる。
また、制動特性273は、ハッチング領域276に示すように、運転者が強く制動を行う運転特性が得られた領域において、目標制動力263に近付いていることがわかる。このような制動特性273では、例えば矢印277で示すような摩擦制動力が用いられることとなるため、第4制御を適用しなかった場合に比して、摩擦制動分が減少する。したがって、第4制御によれば、摩擦制動によるエネルギー損失を減少させることができ、回生効率を向上させることが可能となる。
[エンジンブレーキ相当制動力の増減幅]
上記の第1〜第4制御では、エンジンブレーキ相当制動力を増減する制御を行うことを述べた。ところで、このようなエンジンブレーキ相当制動力の増減が運転者の車速制御に対する外乱として働き、車速制御性などのドライバビリティの悪化を引き起こしてしまう可能性があると考えられる。したがって、ドライバビリティの悪化などが生じない範囲で、エンジンブレーキ相当制動力を増減することが望ましいと言える。
ここで、図9に示すように、従来から、所定のパラメータの変化に応じてエンジンブレーキによる制動力(以下、「エンジンブレーキ制動力」とも呼ぶ。)が変化することが知られている。例えば、このような制動力の変化幅(言い換えると減速度の変化幅)を、上記の第1〜第4制御におけるエンジンブレーキ相当制動力の増減幅として採用することができる。これにより、エンジンブレーキ相当制動力の増減による車速制御性の悪化幅を、運転者の許容範囲内に適切に収めることが可能となる。
具体的には、エンジンブレーキ相当制動力の増減幅として、下記の(1)〜(4)の指標を採用することができる。
(1)エンジンブレーキ相当制動力の増減幅として、エンジン付き車両におけるエンジンブレーキ利用時の水温や油温や変速段による減速度変化幅を採用する。
水温や油温が高いとエンジンフリクションが小さくなることで、エンジンブレーキ制動力が小さくなり、水温や油温が低いとエンジンフリクションが大きくなることで、エンジンブレーキ制動力が大きくなる傾向にある。また、ローギヤでのエンジンブレーキ制動力は、ハイギヤでのエンジンブレーキ制動力よりも大きくなる傾向にある。このようなエンジンブレーキ制動力の変化は、基本的には、運転者の許容範囲内にある。したがって、当該エンジンブレーキ制動力の変化幅を、エンジンブレーキ相当制動力の増減幅に好適に適用することができる。
(2)エンジンブレーキ相当制動力の増減幅として、同一制動力における車両重量変化分に相当する減速度変化幅を採用する。
例えば乗員や積荷による車重変化に応じて、減速度が変化する(詳しくは反比例する)傾向にある。このような減速度の変化は、基本的には、運転者の許容範囲内にある。したがって、当該減速度変化幅を、エンジンブレーキ相当制動力の増減幅に好適に適用することができる。
(3)エンジンブレーキ相当制動力の増減幅として、同一制動力における勾配変化分に相当する減速度変化幅を採用する。
走行路の勾配に応じて、エンジンブレーキ制動力による減速度が変化する傾向にある。このような減速度の変化は、基本的には、運転者の許容範囲内にある。したがって、当該減速度変化幅を、エンジンブレーキ相当制動力の増減幅に好適に適用することができる。
(4)エンジンブレーキ相当制動力の増減幅として、運転者が選択した増減幅(調整範囲)を採用する。つまり、運転者が予め自ら調整範囲を選択し、その調整範囲をエンジンブレーキ相当制動力の増減幅として採用することができる。
なお、上記した第1制御乃至第3制御は、このような(1)〜(4)の指標を考慮して、車速域ごとにエンジンブレーキ相当制動力を増減させる量を予め設定しておき、当該設定に応じて走行中常時実施することが望ましい。
なお、上記のようなエンジンブレーキ相当制動力の増減幅についての調整は、好適には、車速や駆動力や制動力要求とは独立にエンジン動作点とは無関係に、回生装置(モータジェネレータ)の動作点を決定できる構成を有する車両に適用される。例えば、シリーズ方式のハイブリッド車両やEV車両に好適に適用される。
[回生制動処理]
次に、図10を参照して、本実施形態においてECU20が行う回生制動処理について説明する。図10は、本実施形態における回生制動処理を示すフローチャートである。この回生制動処理では、上記した第4制御が主に実行される。また、当該処理は、ECU20が所定の周期で繰り返し実行する。
まず、ステップS101では、ECU20は、例えば、ブレーキポジションセンサ21、アクセルポジションセンサ22、車速センサ23等から出力される信号により示される情報や、シフト操作装置におけるシフトポジションを示す情報等の各種情報を取得する。そして、処理はステップS102に進む。
ステップS102では、ECU20は、ステップS101で取得した情報に基づいて、減速要求があるか否かを判定する。減速要求がない場合(ステップS102;No)、処理は終了する。
減速要求がある場合(ステップS102;Yes)、ECU20は、運転者の制動操作に起因する、例えば車速、アクセル操作量、ブレーキ操作量、回生限界制動力、回生限界制動パワー、加速度等の時間変化を記録する(ステップS103)。言い換えると、ECU20は、例えば車速、アクセル操作量、ブレーキ操作量、回生限界制動力、回生限界制動パワー、加速度等を、時間情報と共に記録する。こうして記録された情報は、上記した運転者の制動に対する運転特性等として用いられる。そして、処理はステップS104に進む。
ステップS104では、ECU20は、エンジンブレーキ相当制動力を調整する制御を行う。具体的には、ECU20は、後述するステップS107で算出されたエンジンブレーキ相当制動力の調整値に基づいて、エンジンブレーキ相当制動力を調整する。つまり、ECU20は、運転者の運転特性に関わらずに、車両1に付与される制動力が目標制動力に近付くように、エンジンブレーキ相当制動力を調整する。そして、処理はステップS105に進む。
なお、エンジンブレーキ相当制動力を調整するための調整値が存在しない場合(つまり調整値が未だ算出されていない初期の段階)、1つの例では、上記した第1制御乃至第3制御のうちの少なくともいずれかに基づいて、エンジンブレーキ相当制動力を調整することができる。他の例では、エンジンブレーキ相当制動力を調整するための調整値をゼロに設定することができる、つまりエンジンブレーキ相当制動力の調整を行わないこととすることができる。
ステップS105では、ECU20は、ステップS103の処理で取得した情報に基づいて、減速要求が終了したか否かを判定する。減速要求が終了していない場合(ステップS105;No)、処理はステップS103に戻り、ECU20は、ステップS103以降の処理を再度実行する。
他方、減速要求が終了している場合(ステップS105;Yes)、ECU20は、目標制動力を算出する(ステップS106)。具体的には、ECU20は、車速の時間変化と、その時間微分値である減速度を算出し、減速開始時と減速終了時とにおける車両1の運動エネルギーの変化分を最大限に回生しつつ、減速度の急変のないなめらかな制動となる制動力形状を有する目標制動力を算出する。例えば、ECU20は、高車速側よりも低車速側の制動力が強くなるような制動力形状を有する目標制動力を算出する。そして、処理はステップS107に進む。
ステップS107では、ECU20は、ステップS103で記録された運転者の制動に対する運転特性と、ステップS106で算出された目標制動力との関係に基づいて、エンジンブレーキ相当制動力の調整値を算出する。この場合、ECU20は、車両1に付与される制動力が目標制動力に近付くように、エンジンブレーキ相当制動力の調整値を算出する。具体的には、ECU20は、目標制動力に対して運転者が強く制動を行う運転特性の場合には、エンジンブレーキ相当制動力を減少させるような調整値を算出し、目標制動力に対して運転者が弱く制動を行う運転特性の場合には、エンジンブレーキ相当制動力を増加させるような調整値を算出する。例えば、ECU20は、運転者の制動に対する運転特性における制動力と目標制動力との差が大きいほど、エンジンブレーキ相当制動力の調整値を大きくする。こうして算出された調整値はメモリなどに記憶され(例えば前回算出された調整値が上書きされる)、次回のステップS104の処理で用いられる。そして、処理は終了する。
[変形例]
上記では、本発明をシリーズ方式のハイブリッド車両1に適用する例を示したが、本発明は、これ以外にも、所謂シリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両にも適用することができる。
図11は、変形例に係るシリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両2の概略構成を示すブロック図である。図11において、破線は電気的な接続を示しており、一点鎖線は信号の入出力を示している。なお、図11において図1と同一の符号を付した構成要素については同様の機能を有するものとして、その説明を省略するものとする。
図11に示すように、ハイブリッド車両2は、主に、エンジン11と、モータジェネレータMG1及びMG2と、バッテリ12と、PCU13と、遊星歯車機構15と、ECU20と、ブレーキポジションセンサ21と、アクセルポジションセンサ22と、車速センサ23とを有する。
遊星歯車機構15は、例えば、サンギヤSと、ピニオンギヤと、該ピニオンギヤを自転及び公転可能に支持するキャリアCAと、リングギヤRとを備えて構成されている。遊星歯車機構15のサンギヤSは、モータジェネレータMG1のロータに連結されており、キャリアCAは、エンジン11及びオイルポンプ(O/P)に連結されており、リングギヤRは、動力伝達機構を介して、モータジェネレータMG2のロータに連結されている。
ハイブリッド車両2では、エンジン11の動力を遊星歯車機構15により分割し、モータジェネレータMG1による発電と、ハイブリッド車両2の駆動とに使用している。つまり、ハイブリッド車両2は、エンジン11の動力の少なくとも一部を発電に使用すると共に、エンジン11の動力の他の部分及びモータジェネレータMG2の動力をハイブリッド車両2の駆動力として使用するシリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両として構成されている。
なお、本発明は、シリーズ方式のハイブリッド車両やシリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両への適用に限定されず、例えば、シリーズ方式とパラレル方式とを相互に切り替え可能なハイブリッド車両や、シリーズ方式とシリーズ・パラレル方式とを相互に切り替え可能なハイブリッド車両などにも適用することができる。
また、本発明は、上記のようなハイブリッド車両への適用に限定されず、EV車両(電気自動車)にも適用することができる。
更に、ブレーキ操作量としてブレーキペダルの操作量を用いることに限定はされず、運転者のブレーキ操作に伴って変化する物理量(例えば油圧を用いた摩擦ブレーキシステムの場合には油圧の値)をブレーキ操作量として用いても良い。このような物理量を用いた場合にも、前述した効果と同等の効果を得ることができる。
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う回生制動制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
1、2 ハイブリッド車両
11 エンジン
12 バッテリ
13 PCU
20 ECU
MG1、MG2 モータジェネレータ

Claims (4)

  1. 回生制動力を発生可能に構成された回転電機を有する車両に搭載され、前記回生制動力を少なくとも用いて、アクセルがオフにされた際にエンジンブレーキ相当の制動力を発生させる制御を行う制御手段を有する回生制動制御装置であって、
    前記制御手段は、前記アクセルがオフにされた際に発生させる前記エンジンブレーキ相当の制動力を、車速が低いほど、当該車速が高い場合よりも大きくする制御を行うことを特徴とする回生制動制御装置。
  2. 前記制御手段は、前記エンジンブレーキ相当の制動力が前記回生制動力の限界値を超える場合に、前記エンジンブレーキ相当の制動力を減少させる制御を行う請求項1に記載の回生制動制御装置。
  3. 前記制御手段は、前記エンジンブレーキ相当の制動力が前記限界値を超える場合に、前記エンジンブレーキ相当の制動力が前記限界値を超える分だけ、前記エンジンブレーキ相当の制動力を減少させる制御を行う請求項2に記載の回生制動制御装置。
  4. 前記車両の制動時に、前記車両に付与すべき目標制動力を算出する手段を更に備え、
    運転者の制動に対する運転特性と前記目標制動力との関係に基づいて、前記車両に付与される制動力が前記目標制動力に近付くように、前記エンジンブレーキ相当の制動力を変更する制御を行う請求項1乃至3のいずれか一項に記載の回生制動制御装置。
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