JP2014082890A - 車両用制動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】新たな部品を設けることなく、ブレーキペダル操作時における回生制動手段の回生制動力をそのブレーキペダルの操作量に適合させる。
【解決手段】本発明の車両用制動装置は、電動発電機１３の発電負荷に応じた回生制動力によって車両１を制動する回生制動手段と、ブレーキペダル５１の操作量に対応する回生マップ２３を有し、回生マップ２３に表された回生制御ライン２３ａに沿って回生制動手段を制御する回生制動制御手段とを備える。ブレーキペダル５１の操作量と車速との関係を示す標準ライン２４ａが示された操作マップ２４を有し、車速に対するブレーキペダル５１の実際の操作量が標準ライン２４ａに沿うように回生マップ２３に表された回生制御ライン２３ａを変更するライン変更手段を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電動発電機の発電負荷に応じた回生制動力によって車両を制動する回生制動手段を備える車両用制動装置に関するものである。

従来、自動車に搭載される車両用制動装置として、車軸に固定されるディスクロータ等に対して摩擦制動力を作用させるようにした油圧ブレーキシステムがある。この摩擦制動手段である油圧ブレーキシステムは、ブレーキペダルに連動してブレーキ液圧を出力するマスタシリンダを備えており、運転者のブレーキペダルの操作量に応じた摩擦制動力を得ることが可能となっている。

また、駆動源として電動発電機を備える電気自動車やハイブリッド車両にあっては、運動エネルギを熱エネルギに変換して放出するようにした摩擦制動手段だけでなく、電動発電機を発電駆動させて運動エネルギを電気エネルギに変換して回収するようにした回生制動手段が設けられる。このような回生制動手段を用いて電気エネルギを回収することにより、電気自動車にあってはエネルギ効率を向上させて航続距離を延ばすことが可能となり、ハイブリッド車両にあってはエネルギ効率を向上させて燃料消費量を抑制することが可能となる。

この回生制動手段を備える電気自動車やハイブリッド車両にあっては、運転者によるブレーキペダルの操作によって生じる摩擦制動力に加えて、電動発電機の発電負荷に応じた回生制動力が発生する。このため、ブレーキペダルの操作量に比べて大きな制動力が作用することになり、ブレーキペダルを操作する運転者に対して違和感を与えてしまうおそれがある。よって、このような回生制動手段を備える車両用制動装置では、この回生制動手段と従来から設けられている摩擦制動手段とを協調させる必要があり、その協調の手段として、ブレーキペダルとマスタシリンダとの間にストローク制御機構を設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このストローク制御機構を備えた車両用制動装置では、そのストローク制御機構を回生制動力に基づき制御することにより摩擦制動力を最適化させ、ブレーキペダルを操作する運転者に対して違和感を与えないとしている。

特開２００７−２２１０５号公報

しかし、ストローク制御機構を備えた上記従来の車両用制動装置では、ブレーキペダルとマスタシリンダとの間にストローク制御機構を設ける構造であるため、新たな部品の装着を招き、部品点数の増加とその管理負担の増加から低コスト化を達成することが困難であった。

本発明の目的は、新たな部品を設けることなく、ブレーキペダル操作時における回生制動手段の回生制動力をそのブレーキペダルの操作量に適合させて、運転者のブレーキペダルの操作性を最適化させ得る車両用制動装置を提供することにある。

本発明は、電動発電機の発電負荷に応じた回生制動力によって車両を制動する回生制動手段と、ブレーキペダルの操作量に対応する回生マップを有し、回生マップに表された回生制御ラインに沿って回生制動手段を制御する回生制動制御手段とを備える車両用制動装置の改良である。

その特徴ある点は、ブレーキペダルの操作量と車速との関係を示す標準ラインが示された操作マップを有し、車速に対するブレーキペダルの実際の操作量が標準ラインに沿うように回生マップに表された回生制御ラインを変更するライン変更手段を備えたところにある。

この場合、ブレーキペダルが操作された時の実際の操作量と車速を操作マップ上に記憶する記憶手段を備え、ライン変更手段は、記憶手段により記憶されたブレーキペダルの実際の操作量と車速の標準ラインに対する位置関係に基づいて回生マップに表された回生制御ラインを変更することが好ましい。

本発明の車両用制動装置では、車速に対するブレーキペダルの実際の操作量が標準ラインに沿うように回生マップの回生制御ラインを変更するライン変更手段を備えるので、ライン変更手段が回生マップの回生制御ラインを変更すると、ブレーキペダルの操作量に対する回生制動力が変更されることになる。一方、回生マップの回生制御ラインが変更されてブレーキペダルの実際の操作量が標準ラインに沿うようになると、ブレーキペダルの実際の操作量は通常の運転者が操作するであろう操作量となり、その操作量は最適化される。このため、ストローク制御機構を備える従来の車両用制動装置と異なり、新たな部品を設けることなく、運転者のブレーキペダルの操作性は最適化されることになる。この結果、部品点数の増加に起因する管理負担の増加は回避され、低コスト化を達成することが可能になる。

本発明実施形態の車両用制動装置を有するハイブリッド車両のブロック構成図である。 その回生制御ラインが示された回生マップを示す図である。 その標準ラインが示された操作マップを示す図である。

次に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の車両用制動装置を備えるハイブリッド車両１の構成の例を示すブロック図である。このハイブリッド車両１は、半自動トランスミッションの変速機を介したエンジン１０及び電動発電機１３のいずれか一方又は双方によって駆動され、減速時には、電動発電機１３の回生トルクによってエンジン１０のエンジンブレーキのような制動力（回生制動力）を発生させることができるものである。

即ち、このハイブリッド車両１は、エンジン１０、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１、クラッチ１２、電動発電機１３、インバータ１４、バッテリ１５、トランスミッション１６、電動発電機ＥＣＵ１７、ハイブリッドＥＣＵ１８を有する。なお、トランスミッション１６は、上述したように、半自動のものであって、マニュアルトランスミッションと同じ構成を有しながら変速操作を自動的に行うことができるものである。

エンジン１０は、内燃機関の一例であり、エンジンＥＣＵ１１によって制御され、ガソリン、軽油、ＣＮＧ(Compressed Natural Gas)、ＬＰＧ(Liquefied Petroleum Gas)、又は代替燃料等を内部で燃焼させて、軸を回転させる動力を発生させ、発生した動力をクラッチ１２に伝達するように構成される。このエンジン１０を制御するエンジンＥＣＵ１１は、ハイブリッドＥＣＵ１８からの指示に従うことにより、電動発電機ＥＣＵ１７と連携動作するコンピュータであり、燃料噴射量やバルブタイミングなど、エンジン１０を制御する。例えば、エンジンＥＣＵ１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、マイクロプロセッサ（マイクロコンピュータ）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などにより構成され、内部に、演算部、メモリ、及びＩ／Ｏ（Input/Output）ポートなどを有する。

クラッチ１２は、クラッチアクチュエータ２１により制御される油圧に従って、クラッチブースタ２２により機械的に制御されるものを例示する。クラッチアクチュエータ２１はハイブリッドＥＣＵ１８からの電気信号により制御される。クラッチ１２は、エンジン１０からの軸出力を、電動発電機１３及びトランスミッション１６を介してドライブシャフト１９に伝達し、ドライブシャフト１９の回転により車輪２０を回転させて、車両１０を走行させるように構成される。即ち、クラッチ１２は、ハイブリッドＥＣＵ１８の制御によって、エンジン１０の回転軸と電動発電機１３の回転軸とを機械的に接続することにより、エンジン１０の軸出力を電動発電機１３に伝達したり、又は、エンジン１０の回転軸と電動発電機１３の回転軸との機械的な接続を切断することにより、エンジン１０の軸と、電動発電機１３の回転軸とが互いに異なる回転速度で回転できるようにする。

電動発電機１３は、いわゆる、モータジェネレータであり、インバータ１４から供給された電力により、軸を回転させる動力を発生させて、その軸出力をトランスミッション１６に供給するか、又はトランスミッション１６から供給された軸を回転させる動力によって発電し、その電力をインバータ１４に供給するものである。

インバータ１４は、電動発電機ＥＣＵ１７によって制御され、バッテリ１５からの直流電力を交流電力に変換するか、又は電動発電機１３からの交流電力を直流電力に変換するものである。電動発電機１３が動力を発生させる場合、インバータ１４は、バッテリ１５の直流電力を交流電力に変換して、電動発電機１３に電力を供給し、電動発電機１３が発電する場合、インバータ１４は、電動発電機１３からの交流電力を直流電力に変換するように構成される。即ち、インバータ１４は、バッテリ１５に直流電力を供給するための整流器及び電圧調整装置としての役割を果たすものである。

バッテリ１５は、充放電可能な二次電池であり、電動発電機１３が動力を発生させるとき、電動発電機１３にインバータ１４を介して電力を供給するか、又は電動発電機１３が発電しているとき、電動発電機１３が発電する電力によって充電されるものである。

電動発電機ＥＣＵ１７は、ハイブリッドＥＣＵ１８からの指示に従うことにより、エンジンＥＣＵ１１と連携動作するコンピュータであり、インバータ１４を制御することによって電動発電機１３を制御するように構成される。そして、この電動発電機ＥＣＵ１７は、例えば、ＣＰＵ、ＡＳＩＣ、マイクロプロセッサ（マイクロコンピュータ）、ＤＳＰなどにより構成され、内部に、演算部、メモリ、及びＩ／Ｏポートなどを有するものが使用される。

ハイブリッドＥＣＵ１８は、コンピュータの一例であり、ＣＰＵ、ＡＳＩＣ、マイクロプロセッサ（マイクロコンピュータ）、ＤＳＰなどにより構成され、内部に、演算部、メモリ、及びＩ／Ｏポートなどを有するものが使用される。このハイブリッドＥＣＵ１８、エンジンＥＣＵ１１及び電動発電機ＥＣＵ１７は、ＣＡＮ（Control Area Network）などの規格に準拠したバスなどにより相互に接続される。

ハイブリッドＥＣＵ１８は、アクセル開度情報、車速情報、及びトランスミッション１６から取得したギア位置情報、エンジンＥＣＵ１１から取得したエンジン回転速度情報を取得して、これを参照して、エンジン１０もしくは電動発電機１３、又はエンジン１０と電動発電機１３とが協働して走行させるパラレル走行と、エンジン１０により電動発電機１３を駆動して発電させながら走行する発電走行をとるように構成される。このパラレル走行にあって、ハイブリッドＥＣＵ１８は、取得したアクセル開度情報やその他の情報に基づき電動発電機ＥＣＵ１７に対して電動発電機１３及びインバータ１４の制御指示を与え、エンジンＥＣＵ１１に対してエンジン１０の制御指示を与えるように構成される。

このハイブリッド車両１には、走行状態の車両１を減速させるための摩擦制動手段が設けられる。この実施の形態における摩擦制動手段は、油圧により車両を制動させる油圧ブレーキシステム５０である。そして、この油圧ブレーキシステム５０は、運転者がブレーキペダル５１を踏み込むという操作量に応じてブレーキ液圧を発生させる液圧発生機構としてのマスタシリンダ５２と、ブレーキ液圧によって図示しないブレーキパッドを、車輪２０を支持する車軸２０ｂにその車輪２０と同軸になるように設けられてその車輪２０とともに回転するディスクロータ２０ａに押圧するキャリパ５３とを備える。

このキャリパ５３とマスタシリンダ５２とは圧力配管５４を介して接続されており、この圧力配管５４を介して供給されるブレーキ液圧によってキャリパ５３では図示しないブレーキパッドを回転するディスクロータ２０ａに押圧することによる摩擦制動力が生じ、車両１を減速させるようになっている。また、マスタシリンダ５２にはバキューム圧や油圧によって作動する倍力機構５５が取り付けられており、運転者によるブレーキペダル５１の踏み込み力は倍力機構５５を介して増幅されるようになっている。

また、このハイブリッド車両１には、本発明の車両用制動装置を構成する回生制動手段と、この回生制動手段を制御する回生制動制御手段を備える。回生制動手段は、電動発電機１３の発電負荷に応じた回生制動力によって車両１を制動するものであり、この実施の形態では、電動発電機１３を制御する上述したインバータ１４と、そのインバータ１４を制御する電動発電機制御ＥＣＵ１７等から構成される。回生制動手段を制御する回生制動制御手段は、ブレーキペダル５１の操作量に対応する回生マップ２３を有し、その回生マップ２３に表された回生制御ライン２３ａに沿って回生制動手段を制御するものである。このため、このハイブリッド車両１には、ブレーキペダル５１の操作量を検出するブレーキセンサ５６が設けられ、このブレーキセンサ５６の検出出力は上述したハイブリッドＥＣＵ１８に入力される。そして、このブレーキセンサ５６やハイブリッドＥＣＵ１８は、回生制動手段を制御する回生制動制御手段を構成するものとなる。

ハイブリッドＥＣＵ１８にはメモリ１８ａが設けられ、このメモリ１８ａにはハイブリッドＥＣＵ１８によって実行されるプログラムや、ブレーキペダル５１の操作量に対応する複数の回生マップ２３が予め記憶される。ハイブリッドＥＣＵ１８には、上述したブレーキセンサ５６から入力されるブレーキペダル５１の踏み込み操作情報等から、油圧ブレーキシステム５０によりハイブリッド車両１が減速状態である時には、電動発電機ＥＣＵ１７に対して電動発電機１３及びインバータ１４の制御指示を与え、その減速時における運動エネルギにより電動発電機１３を発電させて、その電気エネルギをバッテリ１５に充電して回収するように構成される。

そして、発電している状態の電動発電機１３は、回生電力に応じた大きさの回生トルクを発生させ、その回生トルクにより車輪２０の回転速度を減じて、車両１を減速させることになる。このため、バッテリの充電量である回生電力量が大きければ車両１を制動させる回生制動力も増加することになり、その回生電力量は、ハイブリッドＥＣＵ１８のメモリに記憶された回生マップ２３の回生制御ライン２３ａに沿って制御される。

図２に示すように、この回生マップ２３とは、車両１の走行速度である車速と回生電力量との関係を示すマップであり、ブレーキペダル５１の操作量に応じて複数設けられる（図１）。このため、図１に示すハイブリッドＥＣＵ１８は、ブレーキセンサ５６からブレーキペダル５１が操作されてハイブリッド車両１が減速状態にあるときには、そのブレーキペダル５１の操作量に対応した回生マップ２３を選択する。次に、その選択された回生マップ２３に表された回生制御ライン２３ａに沿って、その時の車速に対応する回生電力量を決定する。そして、電動発電機ＥＣＵ１７に対して電動発電機１３及びインバータ１４に制御指示を与え、その決定された回生電力量を電動発電機１３により発電させるように構成される。

また、ハイブリッドＥＣＵ１８のメモリ１８ａには、ブレーキペダル５１の操作量と車速との関係を示す標準ライン２４ａが示された操作マップ２４が記憶される。この操作マップ２４を図３に示す。ここで、標準ライン２４ａとは、標準的な運転者が車速に対してブレーキペダル５１を通常踏み込む操作量を示すものである。そして、このハイブリッドＥＣＵ１８は、ブレーキペダル５１が操作された時の実際に操作量と車速を操作マップ２４上に記憶するように構成される。図３（ｂ）では、ブレーキペダル５１が操作された時の実際に操作量と車速が点２４ｃとして記憶された場合を示す。

また、図１に示すハイブリッドＥＣＵ１８は、操作マップ２４上に記憶されたブレーキペダル５１の実際の操作量と車速の標準ライン２４ａに対する位置関係に基づいて、車速に対するブレーキペダル５１の実際の操作量が標準ライン２４ａに沿うように、図２（ｂ）に示すように、回生マップ２３の回生制御ライン２３ａを変更するように構成される。このように、回生制御ライン２３ａを変更するように構成される点で、ハイブリッドＥＣＵ１８は、ライン変更手段を構成するものである。

ここで、ライン変更手段を構成するハイブリッドＥＣＵ１８における具体的な動作を説明する。

先ず、ハイブリッドＥＣＵ１８は、図３（ｂ）に示すように、操作マップ２４上に記憶された実際のブレーキペダル５１の操作量と車速の関係を示す点２４ｃが所定の個数になった場合、その複数の点２４ｃからなるライン２４ｂを求め、その求めたライン２４ｂを予め記憶された標準ライン２４ａと対比させて、その位置関係を明らかにさせる。ここで、実際のブレーキペダル５１の操作量と車速の関係を示す点２４ｃの所定の個数とは、運転者の癖が現れるに十分な数とする。

その結果、例えば、図３（ｂ）に示すように、操作マップ２４上に記憶された車速に対するブレーキペダル５１の実際の操作量が、標準ライン２４ａより高い位置にあるとすると、その標準ライン２４ａに示す標準的な運転者が車速に対してブレーキペダル５１を通常踏み込む操作量よりも、そのブレーキペダル５１をより深く踏み込む傾向にあることを意味する。換言すれば、その運転者は一般的な運転者よりもブレーキペダル５１を深く踏み込む癖があるといえる。

すると、ハイブリッドＥＣＵ１８は、操作マップ２４上に記憶されたブレーキペダル５１の実際の操作量と車速を示すライン２４ｂの標準ライン２４ａに対する位置関係に基づいて、図２に示す回生マップ２３の回生制御ライン２３ａを同様に変更する。即ち、図３（ｂ）に示すように、ブレーキペダル５１の実際の操作量を示すライン２４ｂが標準ライン２４ａより高い位置にあるとすると、その標準ライン２４ａとの差に略等しい量だけ、回生マップ２３の回生制御ライン２３ａを、図２（ｂ）に示すように回生電力量が上昇するように上方に位置変更させる。これは、そのブレーキペダル５１の操作量に対して回生電力量が増加することを意味し、図２（ｃ）に示すように、位置変更された新たな回生制御ライン２３ｂに沿って回生制動制御手段が回生制御手段を制御すると、ブレーキペダル５１の操作量に基づく回生制動力が増加することを意味する。

このように、ブレーキペダル５１の操作量に基づく回生制動力が増加したとしても、そのブレーキペダル５１の操作量により生じさせる摩擦制動力に変更はない。このため、そのブレーキペダル５１の操作量により発生する摩擦制動力と回生制動力の比率は変更され、上述したように、ブレーキペダル５１の実際の操作量が標準ライン２４ａより高い位置にある場合には、回生制動力の比率は増加する。そして、標準の運転者よりも、比較的深くブレーキペダル５１を踏み込むような傾向の運転者にあっては、それほどブレーキペダル５１を踏み込まなくても、所望の制動力を得ることが可能になる。

即ち、ライン変更手段であるハイブリッドＥＣＵ１８が回生マップ２３の回生制御ライン２３ａを図２（ｂ）に示すように上方に変更すると、回生制動力の比率が増加することから、運転者がブレーキペダル５１を踏み込む操作量は徐々に浅くなって、図３（ｃ）に示すように、ブレーキペダル５１の実際の操作量を示す点２４ｃは標準ライン２４ａに沿うようになる。これにより、ブレーキペダル５１の操作時における回生制動手段の回生制動力は、そのブレーキペダル５１の操作量に適合されることになり、運転者のブレーキペダル５１の操作性は最適化される。そして、この場合、ディスクロータ２０ａに押し付ける摩擦制動における図示しないブレーキパッドの摩耗は従来よりも低減することになる。

一方、図示しないが、操作マップ２４上に記憶された車速に対するブレーキペダル５１の実際の操作量が標準ライン２４ａより低い位置にあるとすると、その標準ライン２４ａに示す標準的な運転者が車速に対して通常踏み込む量よりも、浅く踏み込まれる傾向にあることを意味する。このように、ブレーキペダル５１の実際の操作量が標準ライン２４ａより低い位置にあるとすると、その標準ライン２４ａとの差に略等しい量だけ、回生マップ２３の回生制御ライン２３ａをその回生電力量が低下するように下方に位置変更させる。これは、そのブレーキペダル５１の操作量に対して回生電力量が減少することを意味する。

このように、ブレーキペダル５１の操作量に基づく回生制動力が低下したとしても、そのブレーキペダル５１の操作量により生じさせる摩擦制動力に変更はない。このため、そのブレーキペダル５１の操作量により発生する摩擦制動力と回生制動力の比率は変更され、回生制動力の比率は低下することになる。従って、従来標準の運転者よりも、比較的浅くブレーキペダル５１を踏み込むような傾向の運転者にあっては、ブレーキペダル５１をより深く踏み込むような操作をしなければ、所望の制動力を得ることができなくなるようになり、その操作量は標準ライン２４ａに近づくことになる。

上述したように、本発明の車両用制動装置では、ブレーキペダル５１の操作量が操作マップ２４の標準ライン２４ａ近づくように、ライン変更手段であるハイブリッドＥＣＵ１８が回生マップ２３の回生制御ライン２３ａを変更するものであるけれども、ストローク制御機構を備える従来の車両用制動装置と異なり、新たな部品を設けることはない。そして、ハイブリッドＥＣＵ１８の制御内容を、上記のようにすることにより、新たな部品を設けることなく、ブレーキペダル５１の操作時における回生制動手段の回生制動力をそのブレーキペダル５１の操作量に適合させることができ、これにより運転者のブレーキペダル５１の操作性を最適化させることが可能になる。この結果、部品点数の増加に起因する管理負担の増加は回避され、低コスト化を達成することも可能になる。

なお、上述した実施の形態では、エンジン１０及び電動発電機１３を備えたハイブリッド車両１に設けられた車両用制動装置を代表して説明したけれども、本発明の車両用制動装置は、エンジンを有しない電気自動車に用いられるものであっても良い。

また、上述した実施の形態では、インバータ１４や電動発電機ＥＣＵ１７が回生制動手段を構成し、ハイブリッドＥＣＵ１８が回生制動制御手段やライン変更手段を構成する場合を説明したけれども、この回生制動制御手段やライン変更手段は、他のＥＣＵが兼ねるようにしても良い。

また、上述した実施の形態では、マスタシリンダを有する油圧ブレーキシステムからなる摩擦制動手段を説明したけれども、この摩擦制動手段あっては、ブレーキペダルの踏み込みにより稼働するものである限り、この油圧ブレーキシステムに限るものではない。例えば、この摩擦制動手段は、ブレーキペダルの踏み込みにより生じる圧縮エアにより制動力を生じるようなものであっても良い。

更に、上述した実施の形態では、半自動トランスミッションの変速機を用いた車両１を用いて説明したけれども、変速機は、オートトランスミッションやマニュアルトランスミッションであっても良い。

１ ハイブリッド車両（車両）
１３ 電動発電機
１８ ハイブリッドＥＣＵ（ライン変更手段）
２３ 回生マップ
２３ａ 回生制御ライン
２４ 操作マップ
２４ａ 標準ライン
５１ ブレーキペダル

Claims (2)

1. 電動発電機(13)の発電負荷に応じた回生制動力によって車両(1)を制動する回生制動手段と、ブレーキペダル(51)の操作量に対応する回生マップ(23)を有し、前記回生マップ(23)に表された回生制御ライン(23a)に沿って前記回生制動手段を制御する回生制動制御手段とを備える車両用制動装置であって、
   前記ブレーキペダル(51)の操作量と車速との関係を示す標準ライン(24a)が示された操作マップ(24)を有し、
   車速に対する前記ブレーキペダル(51)の実際の操作量が前記標準ライン(24a)に沿うように前記回生マップ(23)に表された回生制御ライン(23a)を変更するライン変更手段(18)を備えた
   ことを特徴とする車両用制動装置。
2. 前記ブレーキペダル(51)が操作された時の実際の操作量と車速を操作マップ(24)上に記憶する記憶手段を備え、ライン変更手段(18)は、前記記憶手段により記憶されたブレーキペダル(51)の実際の操作量と車速の標準ライン(24a)に対する位置関係に基づいて回生マップ(23)に表された回生制御ライン(23a)を変更する請求項１記載の車両用制動装置。

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