JP2014218137A - 回生協調ブレーキ制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】回生協調ブレーキ制御時における制動ショックを緩和する。
【解決手段】回生協調ブレーキ制御システム１００であって、モータ１８、１９の発電量に応じた回生制動力を車輪に付与する回生制動装置２０と、摩擦制動力を車輪に付与する摩擦制動装置３０と、運転者のブレーキ操作によるブレーキ入力を検知するブレーキ入力検知部１０４と、ブレーキ入力から目標制動力を算出する目標制動力算出部１０６と、最大回生制動力を検出する最大回生制動力検出部１０８と、目標制動力と最大回生制動力との大きさを比較する制動力判定部１１０と、目標制動力を満たすように回生制動力と摩擦制動力との配分を決定する制動力決定部１１２と、を備え、ブレーキ入力検知部でブレーキ入力を検知し目標制動力が増大する際は、摩擦制動装置で第1所定量まで摩擦制動力を増大させた後に回生制動装置による回生制動力を増大させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車やハイブリッド車等の車両の回生制動力と摩擦制動力の配分を制御する回生協調ブレーキ制御システムに関する。

一般に、電動機の駆動により走行する電気自動車や車両駆動用の電動機を搭載したハイブリッド車は、電動機を発電機として用いることにより回生電力を発電し、この発電に係る負荷を制動力（回生制動）として発生できるようになっている。電気自動車では、運転者がアクセルペダルをオフとした場合に、エンジンにより駆動する車両でのエンジンブレーキ相当の制動力を回生制動により付与することによって、運転フィーリングを向上させると共に、回生による電力を回収して、車両のエネルギー効率の向上を図っている。

また、近年では、上述のエンジンブレーキ相当の制動力を回生制動により付与するのみでなく、ブレーキペダルが操作された場合に摩擦制動と回生制動とを併用することによって、回生発電によりエネルギーを回収してエネルギー効率の向上を図る回生協調ブレーキ制動システムが実用化されている。特許文献１には、回生協調ブレーキ制動時における良好なブレーキフィーリングを確保するため、マップを用いて算出された制動目標値を基本液圧分と上乗せ制動分（回生分と加圧分）の総和で達成する回生協調の制動制御を行うブレーキ制御装置が開示されている。

特開２０１２−１１６４２５号公報

従来の回生協調ブレーキシステムでは、燃料費又は電力費を向上させるため、ブレーキ引き摺りトルク低減を狙って、ブレーキパッドとディスクロータのクリアランスを確保する方向にあった。また、回生協調の制動制御時には、摩擦ブレーキより回生ブレーキの作動を優先することで最大限にエネルギーを回収するようにしている。

このため、ドライバーが要求する制動力に対して、回生制動力だけで足りない制動力を摩擦制動力で補う場合に、ブレーキパッドとディスクロータとのクリアランスがある状態からブレーキパッドを当てにいくため、制動中にブレーキパッドがディスクロータに押し当てられることによる制動ショックを伴い易く、ブレーキフィーリングの悪化が課題となっていた。特に、停止間際の減速時に回生制動力が減少して、その減少分を摩擦ブレーキで補う場合に、制動ショックが発生してブレーキフィーリングが悪化する課題が顕著に現れていた。特許文献１では、回生協調ブレーキ制御時にメカバラツキの影響を排除して、良好なブレーキフィーリングを確保することに関しては、言及しているが、回生制動力の減少分を摩擦ブレーキで補う場合における制動ショックの緩和には、言及していない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、制動開始後及び停止間際に回生協調ブレーキ制御時における制動ショックを緩和することの可能な、新規かつ改良された回生協調ブレーキ制御システムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、車両の回生制動力と摩擦制動力の配分を制御する回生協調ブレーキ制御システムであって、前記回生制動力を車輪に付与する回生制動装置と、前記摩擦制動力を前記車輪に付与する摩擦制動装置と、前記車両の運転者のブレーキ操作によるブレーキ入力を検知するブレーキ入力検知部と、前記ブレーキ入力から目標制動力を算出する目標制動力算出部と、前記目標制動力を満たすように前記回生制動力と前記摩擦制動力との配分を決定する制動力決定部と、を備え、
前記ブレーキ入力検知部で前記ブレーキ入力を検知し前記目標制動力が増大する際は、先ず前記摩擦制動装置で第１所定量まで摩擦制動力を増大させた後に前記回生制動装置による前記回生制動力を増大させることを特徴とする。

本発明によれば、制動開始時にドライバーのブレーキ操作に連動して、摩擦ブレーキを車輪に付与するので、制動中の摩擦ブレーキ付与による制動ショックを解消できる。

また、本発明において好ましくは、前記車両の走行状態に応じて決定される最大回生制動力を算出する最大回生制動力算出部と、前記目標制動力と前記最大回生制動力との大きさを比較する制動力判定部と、をさらに備え、
前記最大回生制動力が前記目標制動力以上であると前記制動力判定部が判定しても、前記摩擦制動装置は、前記摩擦制動力を残して、第２所定量の摩擦制動力を前記車輪に付与し続けると共に、前記回生制動装置は、前記目標制動力から前記第２所定量の摩擦制動力を差し引いた分の回生制動力を前記車輪に付与するとよい。

このようにすれば、制動開始時から車両の停止時までの間で少なくとも第２所定量以上の摩擦制動力が付与され続けるので、制動中における摩擦ブレーキ付与による制動ショックを解消できると共に、最大回生制動力が目標制動力以上の際に付与し続ける摩擦制動力を第２所定量に設定することで、摩擦制動力を小さくし回生制動力を大きく取ることができて車両のエネルギー効率の低下を防止できる。

また、本発明において好ましくは、前記第１所定量の摩擦制動力と前記第２所定量の摩擦制動力とが等しくするとよい。

このように、第１所定量と第２所定量とを等しくすることで、制動中に付与し続ける摩擦制動力を小さくして回生制動力を大きく取ることができるので、車両のエネルギー効率の低下を防止できる。

また、本発明において好ましくは、前記回生制動装置は、前記ブレーキ入力検知部で前記ブレーキ入力を検知する前から前記車輪に前記回生制動力を付与することとしてもよい。

このようにすれば、車両の減速開始時までに回生制動力を有効に活用できるので、車両のエネルギー効率の向上を図れる。

また、本発明において好ましくは、前記回生制動装置は、前記車両が停止するまで前記回生制動力を前記車輪に付与し続けることとしてもよい。

このようにすれば、車両の停止時まで回生制動力を最大限に有効に活用できるので、車両のエネルギー効率の向上を図れる。

以上説明したように本発明によれば、制動開始後及び停止間際における回生協調ブレーキ制御時の制動ショックを緩和できる。

本発明の一実施形態に係る回生協調ブレーキ制御システムを示す概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る回生協調ブレーキ制御システムによる制動制御の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る回生協調ブレーキ制御システムによる制動制御の動作説明図であり、（ａ）は、車速と時刻との関係を示す図であり、（ｂ）は、制動力と時刻との関係を示す図である。 比較例となる従来の回生協調ブレーキ制御システムによる制動制御の動作を示すフローチャートである。 比較例となる従来の回生協調ブレーキ制御システムによる制動制御の動作説明図であり、（ａ）は、車速と時刻との関係を示す図であり、（ｂ）は、制動力と時刻との関係を示す図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

まず、本発明の一実施形態に係る回生協調ブレーキ制御システムの構成について、図面を使用しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る回生協調ブレーキ制御システムを示す概略構成図である。

本実施形態の回生協調ブレーキ制御システム１００を備える車両１０は、当該車両１０の走行装置として駆動用のバッテリ１２によって電力が供給され、インバータ１４、１６により制御されるモータ１８、１９を備える電気自動車である。本実施形態の車両１０は、図１に示すように、前輪２２（２２Ｒ、２２Ｌ）と後輪２４（２４Ｒ、２４Ｌ）の駆動源となるモータ１８、１９がそれぞれ別個に設けられる四輪駆動型の電気自動車である。なお、本実施形態の回生協調ブレーキ制御システム１００は、四輪駆動型の電気自動車に適用しているが、前輪若しくは後輪の何れかのみをモータで駆動させる自動車や、モータによる駆動源も備えるハイブリッド車等にも適用可能である。

本実施形態の回生協調ブレーキ制御システム１００は、車両１０の回生制動力と摩擦制動力の配分を制御する。すなわち、車両１０の制動装置として、モータ１８、１９の発電量に応じた回生制動力を車輪２２、２４に付与して、モータ１８、１９の回生力で制動を行う回生制動装置２０と、摩擦力に応じた摩擦制動力を車輪２２、２４に付与して機械的に制動を行う摩擦制動装置３０とを備える。また、回生協調ブレーキ制御システム１００は、ブレーキペダル３２、ブレーキスイッチ３３、ブレーキペダルストロークセンサ３４を備える。

回生制動装置２０は、バッテリ１２、インバータ１４、１６、モータ１８、１９、各種センサ及びＥＣＵ１０２から構成される。回生制動装置２０は、車輪となる前輪２２及び後輪２４より変速機となるトランスアクスル２６、２８を介してモータ１８、１９を駆動して、当該モータ１８、１９を発電機として用いて制動力を発生させる。

摩擦制動装置３０は、ディスクロータ４０、４６、ブレーキパッド４４、４９、電動式キャリパー４２、４８、各種センサ、ＥＣＵ１０２、及び図示しないパーキングブレーキシステム等から構成される。摩擦制動装置３０は、電動式キャリパー４２、４８を介して、ディスクロータ４０、４６とブレーキパッド４４、４９との間に発生する摩擦力に応じた摩擦制動力を車輪２２、２４に付与して、機械的に制動を行う。

ブレーキスイッチ３３は、ブレーキペダル３２の操作の有無を検出し、ＯＮ或いはＯＦＦの電気信号を出力するものである。ブレーキペダルストロークセンサ３４は、ドライバーにより操作されるブレーキペダル３２の操作度合いであるブレーキペダルストローク量を電気信号に変換し出力するものである。

駆動用のバッテリ１２は、モータ１８、１９を駆動するための電気を供給するためのものであり、回生ブレーキ時にモータ１８、１９で発電された電気を蓄電するものである。インバータ１４、１６は、ＥＣＵ１０２からの制御信号により、モータ１８、１９を制御するものである。モータ１８、１９は、インバータ１４、１６により制御され、車両１０を走行させるための駆動力を発生させるものである。また、回生ブレーキ時には、トランスアクスル２６、２８を介して前輪２２Ｒ、２２Ｌ、後輪２４Ｒ、２４Ｌより駆動され発電機として機能するものである。トランスアクスル２６、２８は、モータ１８、１９と前輪２２、後輪２４の間に配設され、モータ１８、１９からの駆動力を減速させ、前輪２２Ｒ、２２Ｌ、後輪２４Ｒ、２４Ｌにそれぞれ伝達するものである。

ＥＣＵ１０２は、車両１０の総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びタイマ等を含んで構成される。本実施形態では、ＥＣＵ１０２は、図１に示すように、ブレーキ入力検知部１０４、目標制動力算出部１０６、最大回生制動力算出部１０８、制動力判定部１１０、及び制動力決定部１１２を備える。

ブレーキ入力検知部１０４は、ドライバーによるブレーキ入力を検知する。具体的には、ドライバーがブレーキペダル３２を操作した際に、ブレーキスイッチ３３で検出されたブレーキペダル３２の操作の有無を表すＯＮ或いはＯＦＦの電気信号の出力に基づいて、ブレーキ入力を検知する。

目標制動力算出部１０６は、ブレーキ入力から目標制動力を算出する。具体的には、ドライバーがブレーキペダル３２を操作した際に、ブレーキペダルストロークセンサ３４で検出されたブレーキペダルストローク量に基づいて、ドライバーが要求する目標制動力を算出する。

最大回生制動力算出部１０８は、回生制動装置２０により車輪２２、２４に付与される回生制動力の最大量（最大回生制動力）を算出する。最大回生制動力は、車速や路面状態等に応じて決定される。制動力判定部１１０は、目標制動力算出部１０６で算出された目標制動力と、最大回生制動力算出部１０８で検出された最大回生制動力との大きさを比較する。制動力決定部１１２は、制動力判定部１１０での判定結果に応じて、目標制動力を満たすように回生制動力と摩擦制動力との配分を決定する。

本実施形態の回生協調ブレーキ制御システム１００は、ブレーキ入力検知部１０４でブレーキ入力を検知し目標制動力が増大する際は、摩擦制動装置３０で第１所定量まで摩擦制動力を増大させた後に回生制動装置２０による回生制動力を増大させることを特徴とする。すなわち、回生協調制動中における摩擦ブレーキ付与による制動ショックを解消するために、制動開始時にドライバーの操作に連動して、摩擦ブレーキを付与し、制動中は摩擦ブレーキを付与した状態を維持することを特徴とする。

次に、本実施形態の回生協調ブレーキ制御システム１００による回生制動制御の動作について、図面を使用しながら説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る回生協調ブレーキ制御システムによる回生制動制御の動作を示すフローチャートであり、図３は、本発明の一実施形態に係る回生協調ブレーキ制御システムによる回生制動制御の動作説明図であり、（ａ）は、車速と時刻との関係を示す図であり、（ｂ）は、制動力と時刻との関係を示す図である。

本実施形態の回生協調ブレーキ制御システム１００で回生制動制御の動作をする際に、まず、制動が開始されたか否かを検知する（制動開始検知工程Ｓ１０）。本実施形態では、ブレーキ入力検知部１０４がブレーキ入力を検知する。

次に、制動開始検知工程Ｓ１０で制動が開始された旨を検知すると、目標制動力算出部１０６がブレーキ入力からドライバーの要求する目標制動力の演算を開始すると共に、摩擦制動装置３０に設けられるブレーキパッド４４、４９をディスクロータ４０、４６に接触させる（摩擦ブレーキ付与工程Ｓ１２）。本実施形態では、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、摩擦ブレーキによる制動が開始され（時刻ｔ１）、制動開始前から車輪に付与される回生制動力Ｐ１ｅｓよりも小さい第１所定量Ａ１（Ａ１≦Ｐ１ｅｓ、図３（ｂ））まで摩擦制動力を付与する（時刻ｔ４）。すなわち、制動開始時のドライバーの操作に連動して、わずかにブレーキパッド４４、４９をディスクロータ４０、４６に接触させることによって、ごくわずかに摩擦制動力を付与する。

その後、目標制動力算出部１０６で算出された目標制動力と、最大回生制動力算出部１０８で算出された最大回生制動力との大小を比較する（制動力判定工程Ｓ１４）。そして、最大回生制動力が目標制動力より大きいと判定されると（図３（ｂ）、ｔ５〜ｔ６）、制動力決定部１１２は、摩擦制動力として第２所定量Ａ２の摩擦制動力を決定し、回生制動力として目標制動力から第２所定量の摩擦制動力を差し引いた分の回生制動力を決定して、摩擦制動力と回生制動力との総和で目標制動力を満たすように、回生制動力と摩擦制動力との配分を決定する（制動力決定工程Ｓ１６）。そして、決定した回生制動力と摩擦制動力との配分に応じて、車輪２２、２４に回生制動装置２０による回生制動力と摩擦制動装置３０による摩擦制動力を付与して、回生協調制動を行う。

一方、制動力判定工程Ｓ１４で最大回生制動力が目標制動力より小さいと判定されると（図３（ｂ）、ｔ４〜ｔ５、ｔ６〜ｔ３）、制動力決定部１１２は、回生制動力として最大回生制動力を決定し、摩擦制動力として目標制動力から最大回生制動力を差し引いた分の摩擦制動力を決定して、摩擦制動力と回生制動力との総和で目標制動力を満たすように、回生制動力と摩擦制動力との配分を決定する（制動力決定工程Ｓ１７）。

そして、ブレーキ動作を継続した後に、ブレーキ動作を終了するか否かを判定し（制動解除判定工程Ｓ１８）、制動解除する場合は、回生協調制動の動作を終了し、制動を継続する場合は、制動力判定工程Ｓ１４に戻って、引き続き工程Ｓ１４〜Ｓ１８を繰り返す。本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、回生制動装置２０は、車両１０が停止するまで（時刻ｔ２まで）回生制動力を車輪２２、２４に付与し続けるので、車両１０の停止時まで回生制動力を最大限に有効に活用して、車両のエネルギー効率の向上を図れるようにしている。

本実施形態の回生協調ブレーキ制御システム１００は、制動を開始してから車両１０が停止するまでの摩擦ブレーキ付与によって発生する制動ショックを解消すると共に、回生制動力を有効に活用できるようにしたブレーキ制御システムである。

すなわち、本実施形態では、ブレーキ入力検知部１０４でブレーキ入力を検知し目標制動力が増大する際は、摩擦制動装置３０で第１所定量Ａ１まで摩擦制動力を増大させた後に回生制動装置２０による回生制動力を増大させることを特徴とする。具体的には、図３（ｂ）に示すように、ブレーキパッド４４、４９をディスクロータ４０、４６に接触させて摩擦ブレーキによる制動を開始してから（時刻ｔ１）、当該制動開始から少し遅らせて(時刻ｔ４)、制動力決定部１１２で決定された回生制動力と摩擦制動力との配分に応じて制動力を増大させる。このようにすることによって、制動開始時にドライバーのブレーキ操作に連動して摩擦ブレーキを車輪２２、２４に付与できるので、摩擦ブレーキ付与による制動ショックをドライバーのブレーキ操作と連動させることができてブレーキフィーリングの悪化を防止できる。

また、本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、制動開始ｔ１から車両停止ｔ２までの間において、摩擦制動装置３０は、少なくとも第２所定量Ａ２以上の摩擦制動力を車輪に付与し続ける。このようにすることによって、ブレーキパッド４４、４９はディスクロータ４０、４６と常に接触するので、制動中にブレーキパッド４４、４９をディスクロータ４０、４６に押し当てることによって発生する制動ショックを解消することができる。さらに、上記第２所定量Ａ２の摩擦制動力を、ブレーキ検知直後に付与される第１所定量Ａ１の摩擦制動力と等しくすることで、制動中に付与する摩擦制動力を小さくし回生制動力を大きく取ることができるので、車両１０のエネルギー効率の低下を防止できる。

従来では、例えば、ピストンをモータで駆動する電動式キャリパーを用いた回生協調ブレーキ制御システムでは、加速走行時は、ブレーキパッドとディスクロータは、クリアランスをもたせて、ブレーキの引き摺りを防止する設定になっている。これに対して減速時は、図４に示すように、制動開始したら（工程Ｓ２２）、目標制動力を演算して、回生ブレーキ分と摩擦ブレーキ分の割り振りを決めて回生協調制御を行う（工程Ｓ２４）。

その際に、回生制動力と摩擦制動力の配分をドライバーのアクセルペダルやブレーキペダル位置によって判断する。このとき、摩擦制動力を０％から増加させていく場合には、ブレーキパッドとディスクロータとのクリアランスがある状態からブレーキパッドを当てにいくため、図５（ｂ）に示す摩擦制動力を補い始めた時点Ｑ１で制動ショックを伴いやすい。また、摩擦ブレーキがＯＮ或いはＯＦＦされた時点Ｑ２、Ｑ３でも同様に制動ショックを伴いやすい。

このため、本実施形態では、摩擦ブレーキ付与による制動ショックを解消するため、制動開始時のドライバーの操作に連動して、わずかにブレーキパッド４４、４９をディスクロータ４０、４６に接触させて、摩擦ブレーキをわずかに付与している。そして、制動中は、摩擦ブレーキを付与した状態を維持しながら、その位置を基準として回生量の不足分に対して摩擦ブレーキの増減を実施するようにしている。このように、制動開始時にドライバーのブレーキ操作に連動して摩擦ブレーキを車輪２２、２４に付与することによって、制動開始後における回生制動力１００％、摩擦制動力０％の状態からの摩擦ブレーキ付与による制動ショックを解消できる。

なお、上記のように本発明の一実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。

例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、回生協調ブレーキ制御システムの構成、動作も本発明の各実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１０ 車両
１２ バッテリ
１４、１６ インバータ
１８、１９ モータ
２０ 回生制動装置
２２、２４ 車輪
２６、２８ トランスアクスル
３０ 摩擦制動装置
３２ ブレーキペダル
３３ ブレーキスイッチ
３４ ブレーキペダルストロークセンサ
３６ ブレーキブースタ
３８ マスタシリンダ
４０、４６ ディスクロータ
４２、４８ 電動式キャリパー
４４、４９ ブレーキパッド
１００ 回生協調ブレーキ制御システム
１０２ ＥＣＵ
１０４ ブレーキ入力検知部
１０６ 目標制動力算出部
１０８ 回生制動力検出部
１１０ 制動力判定部
１１２ 制動力決定部

Claims (5)

1. 車両の回生制動力と摩擦制動力の配分を制御する回生協調ブレーキ制御システムであって、
   前記回生制動力を車輪に付与する回生制動装置と、
   前記摩擦制動力を前記車輪に付与する摩擦制動装置と、
   前記車両の運転者のブレーキ操作によるブレーキ入力を検知するブレーキ入力検知部と、
   前記ブレーキ入力から目標制動力を算出する目標制動力算出部と、
   前記目標制動力を満たすように前記回生制動力と前記摩擦制動力との配分を決定する制動力決定部と、を備え、
   前記ブレーキ入力検知部で前記ブレーキ入力を検知し前記目標制動力が増大する際は、先ず前記摩擦制動装置で第１所定量まで摩擦制動力を増大させた後に前記回生制動装置による前記回生制動力を増大させることを特徴とする車両の回生協調ブレーキ制御システム。
2. 前記車両の走行状態に応じて決定される最大回生制動力を算出する最大回生制動力算出部と、
   前記目標制動力と前記最大回生制動力との大きさを比較する制動力判定部と、をさらに備え、
   前記最大回生制動力が前記目標制動力以上であると前記制動力判定部が判定しても、前記摩擦制動装置は、前記摩擦制動力を残して、第２所定量の摩擦制動力を前記車輪に付与し続けると共に、前記回生制動装置は、前記目標制動力から前記第２所定量の摩擦制動力を差し引いた分の回生制動力を前記車輪に付与することを特徴とする請求項１に記載の車両の回生協調ブレーキ制御システム。
3. 前記第１所定量の摩擦制動力と前記第２所定量の摩擦制動力とが等しいことを特徴とする請求項２に記載の車両の回生協調ブレーキ制御システム。
4. 前記回生制動装置は、前記ブレーキ入力検知部で前記ブレーキ入力を検知する前から前記車輪に前記回生制動力を付与することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の車両の回生協調ブレーキ制御システム。
5. 前記回生制動装置は、前記車両が停止するまで前記回生制動力を前記車輪に付与し続けることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の車両の回生協調ブレーキ制御システム。

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