JP2015047923A - 車両用制動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】合理的な構成で、制動トルクを確保しつつ車両のエネルギ効率を高める。【解決手段】車両用制御装置は、ブレーキペダル２１の踏み込み操作に応じた摩擦制動トルクを発生する摩擦ブレーキ機構２０と、回生制御を受けることにより回生制動トルクを発生するモータ１８と、モータ１８の回生電力を蓄電する高圧バッテリ３３と、回生電力や高圧バッテリ３３の電力を冷却水ヒータ３７等に配電するエンジン１４と、高圧バッテリ３３のＳＯＣを求め、ブレーキペダル２１の操作量に応じた目標制動トルクＴｔとＳＯＣとに基づき、モータ１８及びインバータ３２を制御するＥＣＵ４０とを備える。ＥＣＵ４０は、目標回生トルクＴｂｔを求め、この目標回生トルクＴｂｔに対応する回生電力を求める。そして、この回生電力のうち、高圧バッテリ３３に蓄電できない余剰回生電力を冷却水ヒータ３７等に配電すべくインバータ３２を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンと走行用のモータを併用して走行するハイブリッド車両などの車両用制動装置に関する。

エンジンとモータを併用して走行するハイブリッド車両では、減速時、機械式（摩擦）ブレーキの他に、モータを回生制御する回生ブレーキが併用される。回生ブレーキは、車両の運動エネルギを電気エネルギに変換して回収でき、車両のエネルギ効率を高めることができる。しかし、変換された電気エネルギ（回生電力）が蓄電されるキャパシタ等の蓄電装置が満充電状態になっている場合には、過充電による蓄電装置の劣化を回避する必要があり、回生ブレーキの使用が制限される。

なお、近年では、ブレーキペダルの踏み込み量に基づき決まる目標制動トルクのうち、回生ブレーキが負担する制動トルクの割合を蓄電装置の充電状態に応じて変更する、いわゆる回生協調制御を行うことで、必要な制動トルクを確保しつつ、車両のエネルギ効率を高めるようにした車両用制動装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開平７−１６３００８号公報

特許文献１に開示される、従来の車両用制動装置は、蓄電装置が満充電状態のときには、ほぼ機械式ブレーキのみで、要求される全制動トルクを発生させ、逆に、蓄電装置の充電状態が低レベルのときには、ほぼ回生ブレーキのみで、要求される全制動トルクを発生させるものである。つまり、機械式ブレーキおよび回生ブレーキの何れもが一方のブレーキのみで、想定される最大制動トルクを発生させる能力を有することが前提である。しかし、このような構成は、車両一台が有するブレーキシステムとしては過剰スペックと考えられ、この点に改善の余地がある。

本発明は、より合理的な構成で、十分な制動トルクを確保しつつ車両のエネルギ効率を高めることができる技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、出願人は、ブレーキペダルの踏み込み操作により定められる目標制動力よりも常に低い制動力を発生するように機械式ブレーキ（機械式制動手段）を構成した上で、不足する制動力を回生ブレーキ（モータ）で補うことを考えた。この構成によれば、必要な制動力（目標制動力）を確保しながら、機械式制動手段やモータに求められる制動能力を低く抑えることが可能となる。しかし、この構成の場合には、従来のように回生ブレーキによる制動力を機械式ブレーキで代替えすることが不可能であり、例えば蓄電装置が満充電状態となって、回生ブレーキを使用できない場合には制動力が不足するという不都合が発生する。しかし、このような不都合は、次のような構成により解決される。すなわち、本発明の一の局面にかかる車両用制動装置は、走行用動力源として、エンジンと回生可能なモータとを備えた車両の制動装置であって、ブレーキペダルを備え、当該ブレーキペダルの踏み込み操作に応じて制動力を発生する機械式制動手段と、モータが発生する回生電力を蓄電する蓄電手段と、蓄電手段の蓄電率を検出する蓄電率検出手段と、モータおよび蓄電手段に接続され、モータが発生する回生電力をその他の電装品に配電可能な配電手段と、前記ブレーキペダルの操作量に応じた車両の目標制動力を設定し、この目標制動力と蓄電手段の蓄電率とに基づき前記モータの回生制御および前記配電手段の配電制御を行う制御手段と、を備え、前記機械式制動手段は、ブレーキペダルの踏み込み操作により発生する制動力が常に前記目標制動力よりも低くなる出力特性を有しており、前記制御手段は、前記機械式制動手段の制動力を含む機械制動力と前記モータの回生制動力とで前記目標制動力が達成されるように、機械式制動手段の前記出力特性と前記目標制動力とに基づきモータの目標回生制動力を定めて当該モータを回生制御するとともに、当該回生制御により前記モータが発生する回生電力のうち、前記蓄電手段に蓄電できない余剰回生電力が発生する場合には、当該余剰電力を前記電装品に配電すべく前記配電手段を制御するものである。

この構成によれば、モータが目標回生制動力を発生することで生成される回生電力のうち、蓄電手段に蓄電することができない余剰回生電力を電装品で消費することができる。すなわち、蓄電手段が満充電状態であってもモータの回生制動力を十分に得ることができ、上記のように制動力が不足する、といった事態を回避することが可能となる。従って、合理的な構成で、十分な制動力（トルク）を確保しつつ車両のエネルギ効率を高めることが可能となる。

なお、上記の車両用制動装置においては、前記機械式制動手段を第１機械式制動手段と定義したときに、これとは別に、前記エンジンのポンピングロスを増大させることで制動力を発生させる第２機械式制動手段を備え、前記制御手段は、前記余剰回生電力の一部又は全部を前記電装品に配電できない場合には、当該余剰回生電力の一部又は全部に相当する回生制動力分だけ前記目標回生制動力を低く定め、これに伴う制動力の不足分を前記第２機械式制動手段の制動力で代替すべく当該第２機械式制動手段を制御するものであるのが好適である。

この構成によれば、余剰回生電力の一部又は全部を電装品で消費できないような場合には、その分だけモータの目標回生制動力が低く定められ、これに伴い不足する制動力が第２機械式制動手段の制動力で代替される。そのため、蓄電手段の充電状態や電装品の使用状況によって車両の制動力が不足するといった不都合が生じることを高度に抑制することが可能となる。

この場合、前記第２機械式制動手段は、エンジンの吸排気弁の開閉時期および弁開度の少なくとも一方を変更することで前記エンジンのポンピングロスを増大させるもの、およびスロットル弁および排気シャッタ弁の少なくとも一方の弁開度を変更することにより前記エンジンのポンピングロスを増大させるもののうち、少なくとも一方であるのが好適である。

この構成によれば、モータの目標回生制動力が低く定められることにより不足する制動力を、エンジンに搭載される既存の設備を用いて良好に確保することが可能となる。

この場合、前記第２機械式制動手段は、前記エンジンの吸気弁の開閉時期を変更するものである場合には、前記制御手段は、吸気弁の閉時期を進角させるべく当該第２機械式制動手段を制御する。

この構成によれば、エンジンのポンピングロスを効果的に増大させることができ、要求される制動力を効率良く得ることが可能となる。

また、上記の車両用制動装置においては、前記エンジンの回転駆動力を受けて作動し、当該作動に伴いエンジンの負荷を増大させることにより制動力を発生させる第３機械式制動手段を備え、前記制御手段は、前記余剰回生電力の一部又は全部を前記電装品に配電できない場合には、当該余剰回生電力の一部又は全部に相当する回生制動力分だけ前記目標回生制動力を低く定め、これに伴う制動力の不足分を前記第３機械式制動手段の制動力で代替すべく当該第３機械式制動手段を制御するものであってもよい。

この構成によれば、余剰回生電力の一部又は全部を電装品で消費できないような場合には、その分だけモータの目標回生制動力が低く定められ、これに伴い不足する制動力が第３機械式制動手段の制動力で代替される。そのため、第２機械式制動手段を備える場合と同様に、蓄電手段の充電状態や電装品の使用状況によって車両の制動力が不足するといった不都合が生じることを高度に抑制することが可能となる。

この場合、前記第３制動手段は、車両で用いられる流体を循環させるためのポンプであるのが好適である。

これの構成によれば、モータの目標回生制動力が低く定められることにより不足する制動力を、エンジンに搭載される既存の設備を用いて良好に確保することが可能となる。

なお、上記の車両用制動装置においては、前記エンジンの動力を車輪駆動軸に伝達するトランスミッションを含み、前記モータは、前記トランスミッションを介することなく前記車輪駆動軸に連結されているのが好適である。

この構成によれば、モータがトランスミッションを介すことなく車輪駆動軸に連結されているため、回生制動時の運動エネルギをトランスミッションでロスすることなくモータに入力することができる。すなわち、車輪の運動エネルギを効果的に回生電力として回収することが可能となる。

また、上記一の局面にかかる車両用制動装置においては、前記モータの異常を検知する異常検知手段と、前記エンジンのポンピングロスを増大させることにより制動力を発生させる手段、および、前記エンジンの回転駆動力を受けて作動し、当該作動に伴いエンジンの負荷を増大させることにより制動力を発生させる手段のうち、少なくとも一方である第４機械式制動手段と、を含み、前記制御手段は、前記異常検知手段により前記モータの異常が検知されたときに、前記目標回生制動力の一部又は全部を前記第４機械式制動手段の制動力により代替えすべく当該第４機械式制動手段を制御するものであるのが好適である。

この構成によれば、モータの異常によってモータの回生制動を使用できない場合に、本来モータが負担すべき制動力を、エンジンのポンピングロスやエンジンの負荷を増大させることにより機械的制動力で代替することができる。そのため、モータの異常により制動力が不足することを抑制することが可能となる。

以上説明したように、本発明の車両用制動装置によれば、合理的で安価な構成で、十分な制動力を確保しつつ車両のエネルギ効率を高めることができる。

本発明の車両用制動装置が搭載されたハイブリッド車両を示す構成図である。 車両用制動装置の制御系を示すブロック図である。 ＥＣＵによるブレーキ制御の一例を示すフローチャートである。 ＥＣＵによるブレーキ制御の一例を示すフローチャートである。 ブレーキペダルの操作量（踏力）と目標制動トルクとの関係を示すグラフ（マップ）である。 回生制動が制限される場合の目標制動トルクと目標回生制動トルクとの関係を説明するグラフである。 ポンピングロスを増大させるための排気弁吸気弁の制御を説明する図であり、（ａ）は吸気タイミングを変更（進角）した場合の吸気弁排気弁の制御例、（ｂ）は吸気弁の開度（リフト量）を変更（減少）させた場合の吸気弁排気弁の制御例を各々します。 モータが故障した場合のブレーキペダルの操作量（踏力）と制動トルクとの関係を示すグラフである。 ＥＧＲ弁の開度とポンピングロス（制動トルク）との関係を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。

図１は、本発明にかかる車両用制動装置が搭載されたハイブリッド車両１（以下、単に車両１という）の概略構成を示している。この車両１は、いわゆるパラレル式のバイブリッド車両である。車両１は、同図に示すように、車輪１０と、車軸１２（本発明の車輪駆動軸に相当する）と、エンジン１４と、オートマチック（ＡＴ）トランスミッション１６と、デフ１７と、モータ１８と、摩擦ブレーキ機構２０（本発明の第１機械式制動手段に相当する）とを備えており、エンジン１４の駆動力とモータ１８の駆動力とを併用して走行することが可能となっている。

前記エンジン１４は、直列四気筒の４サイクル火花点火式ガソリンエンジンであり、ＡＴトランスミッション１６を介して車軸１２に連結されている。

エンジン１４の詳細図は省略するが、当該エンジン１４は、吸気弁および排気弁を駆動する動弁機構として、吸気弁の開弁タイミングおよび吸気弁のリフト量（開度）を変更可能なＶＶＬ機構（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖａｌｖｅ Ｔｉｍｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）を備えた動弁機構１４ａを備えている。なお、ＶＶＬ機構は、例えば特開２００７−０９２６９０号公報等に開示されるものであり、電磁切換弁２６（図２に示す）の切り替え制御により、クランシャフトに対するカムシャフトの位相をずらすことで吸気弁の開弁開始時期と閉弁時期とを同時に切り替えるとともに、切換モータ２７（図２に示す）の制御により吸気弁のリフト量を無段階に切り替えることが可能に構成されている。なお、当例では、動弁機構１４ａおよび後述するスロットル弁２９が本発明の第２機械式制動手段、及び第４機械式制動手段に相当する。

エンジン１４は、さらにＥＧＲ装置１４ｂを備えている。ＥＧＲ装置１４ｂは、排気通路から吸気通路に排気の一部を還流するＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路を通じて還流される排気の量を制御するＥＧＲ弁２８（図２に示す）とを含む。

エンジン１４には、さらに補機類（本発明の第３機械式制動手段、及び第４機械式制動手段に相当する）として、当該エンジン１４をクランキングするベルトスタータ１５ａ、エンジン１４により駆動されて当該エンジン１４の冷却水を循環させる冷却ポンプ１５ｂ、空調装置（エアコン）の冷媒を循環させるＡ／Ｃポンプ１５ｂ、およびＡＴトランスミッション１６の潤滑油を循環させるＡＴオイルポンプ１５ｄ等が付設されている。

前記モータ１８は、車軸１２に連結されており、これによりＡＴトランスミッション１６を介すことなく、直接車軸１２に駆動トルクを付与することが可能となっている。

モータ１８は、車軸１２に駆動トルクを付加することでエンジン出力をアシストする機能と、車軸１２から動力を得て発電（回生）する機能とを有する。具体的には、モータ１８は、車軸１２と連動して回転するロータと、ロータの周囲に配置されるステータとを有しており、前記ロータにフィールドコイルが、前記ステータにステータコイルが各々巻装されている。そして、モータ１８の発電時には、前記フィールドコイルに電圧が印加され、それによって生成される磁界中をロータが回転することにより誘導電流が発生する。つまり、電力が生成される。他方、エンジン出力のアシスト時には、前記フィールドコイル及びステータコイルに電圧が印加され、これにより当該電圧に応じた回転力が前記ロータに生じる。つまり、アシストトルクが生成される。なお、モータ１８の発電時には、ステータとロータとの間に回転抵抗が発生し、これにより車軸１２に制動トルク（回生制動力）が付与される。

前記摩擦ブレーキ機構２０は、ブレーキペダル２１、倍力装置２２、マスタシリンダ２３、ブレーキシリンダ２４、ブレーキパッド（図示省略）およびブレーキロータ（図示省略）等を含む。つまり、摩擦ブレーキ機構２０は、ドライバのブレーキペダル２１の踏み込み操作に応じて、その踏力を倍力装置２２で増幅し、この増幅された踏力をマスタシリンダ２３で油圧に変換してブレーキシリンダ２４に伝達する。これにより、車輪１０と一体的に回転する前記ブレーキロータに対してブレーキパッドを押圧し、摩擦制動力を発生させる。なお、図１では省略しているが、ブレーキシリンダ２４、ブレーキパッドおよびブレーキロータは車輪１０毎に設けられている。これにより、摩擦ブレーキ機構２０は、マスタシリンダ２３から各ブレーキシリンダ２４に同時に踏力を伝達し、４つの車輪１０に対して同時に制動力を付与する。

前記車両１は、さらに、モータ１８が生成する電力（回生電力）を蓄電する高圧バッテリ３３を備えている。高圧バッテリ３３は、最大２５Ｖまで充電可能な大容量の二次電池であり、比較的急速な充放電が可能な、例えばリチウムイオン電池などが適用されている。

高圧バッテリ３３と前記モータ１８との間には、インバータ３２が設けられており、このインバータ３２を介して、モータ１８の回生電力が高圧バッテリ３３に蓄電される一方、高圧バッテリ３３に蓄電された電力がモータ１８に供給される。当例では、高圧バッテリ３３が本発明の蓄電手段に相当し、インバータ３２が本発明の配電手段に相当する。

インバータ３２には、エンジン冷却水を予熱するための冷却水ヒータ３７、ＰＴＣヒータ３８、リアウインドウ等の曇りを取るための曇り止めヒータ（ガラスヒータ）３９等のヒータ類が接続されるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３４を介して低圧バッテリ３５およびその他の電装品（オーディオ、ナビゲーション装置等）３６等が接続されている。

これにより、高圧バッテリ３３に蓄電された電力がヒータ類３７〜３９に供給されるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３４を介して低圧バッテリ３５及びその他の電装品３６に供給される。なお、低圧バッテリ３５は、低電圧（最大１２Ｖ）の二次電池であり、当例では、車両用バッテリとして一般的な鉛電池が適用されている。この低圧バッテリ３５は、急速な充放電には不向きであるが、比較的大量の電力を蓄えることができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３４は、インバータ３２から出力される電力を１２Ｖまで降圧して、電装品３６に供給するとともに、必要に応じて低圧バッテリ３５に供給する。なお、当例では、前記ヒータ類３７〜３９及び電装品３６（オーディオ、ナビゲーション装置等）が本発明の電装品に相当する。

図２に示すように、車両１には、エンジン１４およびモータ１８等を統括的に制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）４０が搭載されている。ＥＣＵ４０は、周知のとおり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるマイクロプロセッサからなり、本発明の制御手段に相当するものである。

ＥＣＵ４０には、各種センサからの情報が逐次入力される。具体的に、車両１には、走行速度を検出する車速センサ５０、エンジン１４の冷却水温を検出する水温センサ５１、図外のアクセルペダルの開度（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ５２、摩擦ブレーキ機構２０のブレーキペダル２１の操作量（踏力）を検出するブレーキセンサ５３、高圧バッテリ３３とインバータ３２との間の通電電流値及び高圧バッテリ３３の電圧値を検出する電流／電圧センサ５４等が設けられており、ＥＣＵ４０は、これら各センサ５０〜５４と電気的に接続されている。

ＥＣＵ４０は、これらセンサ５０〜５４からの入力信号に基づいて、車速、水温、アクセル開度、ブレーキペダル踏力、高圧バッテリ３３の電流／電圧値といった種々の情報を取得する。また、図外のセンサにより、ＥＣＵ４０は、燃料噴射弁や点火コイル、又は動弁機構１４ａのアクチュエータ（電磁切換弁２６、切換モータ２７等）の電流／電圧値や、モータ１８への供給電力（電流／電圧値）、モータ１８の回転数および出力トルク等の情報を取得する。そして、ＥＣＵ４０は、車両１の制動時、つまり、ドライバによるブレーキペダル２１の操作時には、必要な制動力を確保する一方で、高圧バッテリ３３が過充電となることを回避するように、エンジン１４、その補機類（ベルトスタータ１５ａ、冷却ポンプ１５ｂ、Ａ／Ｃポンプ１５ｂ、ＡＴオイルポンプ１５ｄ等）、モータ１８およびインバータ３２等を制御する。

次に、ＥＣＵ４０による車両制動に関するエンジン１４、補機類、モータ１８およびインバータ３２の具体的な制御について、図３及び図４のフローチャートに基づき説明する。

同図に示す処理がスタートすると、まず、ＥＣＵ４０は、各種センサ値を読み込む処理を実行する（ステップＳ１）。すなわち、ＥＣＵ４０は、車速センサ５０、水温センサ５１、アクセル開度センサ５２、ブレーキセンサ５３、及び電流／電圧センサ５４からそれぞれの検出信号を読み込み、これらの信号に基づいて、車速、水温、アクセル開度、ブレーキ踏力、及び高圧バッテリ３３の電流／電圧値等の各種情報を取得する。

次に、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１で読み込んだ情報に基づいて、ドライバがブレーキ操作を行ったか否かを判定する（ステップＳ３）。具体的には、アクセル開度およびブレーキ踏力の値に基づき、アクセルがオフ、かつブレーキがオンか否かを判定する。

ステップＳ３でＹＥＳと判定した場合、ＥＣＵ４０は、ブレーキ踏力の値と、ＥＣＵ４０に予め記憶されているマップとに基づき、目標制動トルク（目標制動力）を求める（ステップＳ５）。

図５はマップの一例である。このマップでは、ブレーキ踏力Ｆｓと目標制動トルクＴｔとの関係が定められるとともに、この目標制動トルクＴｔを得るために要求される機械制動トルクＴａと回生制動トルクＴｂとの割合が定められている。ここで、機械制動トルクＴａは、ブレーキペダル２１の踏み込みにより摩擦ブレーキ機構２０が発生する摩擦制動トルクに、その他の制動トルク、例えばＡＴトランスミッション１６等の機械的抵抗により生じる未必の制動トルクを加えたトルクである。また、回生制動トルクＴｂとは、モータ１８が回生制御される（すなわち発電機として駆動される）ことにより当該モータ１８が発生する制動トルクである。この車両１では、このように、常に、機械制動トルクＴａと回生制動トルクＴｂとが併用されることで目標制動トルクが達成される。つまり、摩擦ブレーキ機構２０は、そのブレーキペダル２１の踏み込み操作に伴い発生する制動力が、当該踏み込み操作に応じて定められる上記目標制動トルクＴｔよりも常に低くなるようにその出力特性が設定されている。具体的には、倍力装置２２による踏力の増幅率等が設定されている。車両１は、このように摩擦ブレーキ機構２０だけでは不足する車両１の制動力を、モータ１８の回生制動で補う構成となっている。

このマップにおいて、目標制動トルクＴｔは、ブレーキ踏力Ｆｓの増加に伴い直線的に増加するように設定されている。但し、目標制動トルクＴｔに占める機械制動トルクＴａの割合は、ブレーキ踏力Ｆｓが低い領域および比較的高い領域ではほぼ直線的に増加し、これらの中間領域ではほぼ一定となっている。これは摩擦ブレーキ機構２０の機械的な特性に依存するものであり、従って、目標制動トルクＴｔに占める機械制動トルクＴａと回生制動トルクＴｂとの割合は、ブレーキ踏力Ｆｓに応じて異なっている。

ステップＳ５において、ＥＣＵ４０は、ブレーキ踏力Ｆｓと上記マップとに基づき目標制動トルクＴｔを求め、さらに回生制動トルクＴｂを特定する。

次に、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１で読み込んだ情報に基づいて、エンジン系統又はモータ系統に異常（故障）が発生しているか否かを判定する（ステップＳ７）。例えば、ＥＣＵ４０は、燃料噴射弁や点火コイル、又は動弁機構１４ａのアクチュエータの電流／電圧値に基づき、エンジン系統に短絡や断線等の異常が発生しているか否かを判定する。また、ＥＣＵ４０は、モータ１８への供給電力（電流／電圧値）に対するモータ回転数やモータ出力トルクを検出し、その結果に基づきモータ系統に異常が発生しているか否かを判定する。

ステップＳ７でＮＯと判定した場合には、ＥＣＵ４０は、ステップＳ５で求められた回生制動トルクＴｂをモータ１８に発生させる場合に、これに伴い得られる回生電力を高圧バッテリ３３に全て蓄電できるか否かを、当該高圧バッテリ３３の蓄電率（ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ））に基づき判定する（ステップＳ９）。

ここで、高圧バッテリ３３のＳＯＣは、ＥＣＵ４０により算出される。詳しくは、初期（出荷時）のＳＯＣの値と、高圧バッテリ３３に入力及び高圧バッテリ３３から出力された電流の時間積分を高圧バッテリ３３の電池容量で割った値との和で算出される。初期のＳＯＣは、出荷時に計測された各電池のＯＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）の値から導かれ、各電池２，３に対して入出力される電流の値は、前記電流／電圧センサ５４により計測された値が用いられる。ＥＣＵ４０は、高圧バッテリ３３のＳＯＣを時々刻々算出しており、従って、当例ではＥＣＵ４０及び電流／電圧センサ５４が本発明の蓄電率検出手段として機能している。

ステップＳ９でＹＥＳと判定した場合には、ＥＣＵ４０は、処理をステップＳ１９に移行する。ここで、ＥＣＵ４０は、ステップＳ５で求められた回生制動トルクＴｂを目標回生トルクＴｂｔに設定し、この目標回生トルクＴｂｔに基づきモータ１８を回生制御する。具体的には、前記フィールドコイルに印加する電圧値を制御するとともに、モータ１８が発生する回生電力が高圧バッテリ３３に蓄電されるようにインバータ３２を制御する（ステップＳ２１）。

これに対して、ステップＳ９でＮＯと判定した場合、すなわち、回生電力の一部を高圧バッテリ３３に蓄電できないと判定した場合には、その余剰回生電力をヒータ類３７〜３９及び電装品３６で消費する（ヒータ類３７〜３９及び電装品３６に配電する）ことにより、目標回生トルクＴｂｔを確保できるか否かを判定する（ステップＳ１１）。

ステップＳ１１でＹＥＳと判定した場合には、ＥＣＵ４０は、処理をステップＳ１９に移行する。ここで、ＥＣＵ４０は、ステップＳ５で求められた回生制動トルクＴｂを目標回生トルクＴｂｔに設定し、この目標回生トルクＴｂｔに基づきモータ１８を回生制御する。また、これに伴いモータ１８で生成される回生電力が高圧バッテリ３３に蓄電されるとともに、上記余剰回生電力がヒータ類３７〜３９及び電装品３６で消費される（ヒータ類３７〜３９及び電装品３６に配電される）ようにインバータ３２を制御するとともに、必要に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ３４を制御する。

これに対して、ステップＳ１１でＮＯと判定した場合には、ＥＣＵ４０は、エンジン１４のポンピングロス増大により得られる制動トルクを演算し（ステップＳ１３）、この制動トルク分を加算することで、目標制動トルクＴｔを確保できるか否かを判定する（ステップＳ１５）。すなわち、回生電力の一部を蓄電することができず、かつその余剰回生電力をヒータ類３７〜３９等で消費（配電）できない場合には（ステップＳ９、Ｓ１１でＮＯ）、図６に示すように、その余剰回生電力分（例えば同図中の符号Ｔｃ）だけモータ１８の回生制動を抑制する必要がある。この場合には、目標制動トルクＴｔに対して制動トルクが不足するため、ＥＣＵ４０は、この不足分をエンジン１４のポンピングロスを増大させることにより補完することが可能か否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ４０は、図７（ａ）の破線に示すように、吸気弁の開閉時期を通常運転時（同図中の実線）よりも進角制御することにより得られる制動トルクと、図外の吸気通路に配置されるスロットル弁２９（図２に示す）を通常よりも絞り制御することにより得られる制動トルクとをマップ等から求め、これらの制御の一方、又は双方を行うことにより制動トルクの不足分（図６中の符号Ｔｃで示す制動トルク分）を補完することが可能（つまり、目標制動トルクＴｔを確保可能）か否かを判定する。この場合、例えば吸気弁の開閉時期の進角制御、又はスロットル弁２９の絞り制御の何れか一方の制御だけで制動トルクの不足分を補完できるか否かを判定し、補完できない場合に、さらに双方の制御で当該不足分を補完できないかを判定する。

ステップＳ１５でＹＥＳと判定した場合には、ＥＣＵ４０は、処理をステップＳ１９に移行する。ここで、ＥＣＵ４０は、上記余剰回生電力分だけモータ１８の回生制動を抑制した場合の回生制動トルクＴｂ（図６中に示す回生制動トルクＴｂ）を目標回生トルクＴｂｔに設定し、この目標回生トルクＴｂｔに基づきモータ１８を回生制御するとともに、動弁機構１４ａの電磁切換弁２６及び／又はスロットル弁２９を制御することにより、不足する制動力（図６中の符号Ｔｃ分）を補完するのに必要十分な範囲でエンジン１４のポンピングロスを増大させる。

これに対して、ステップＳ１５でＮＯと判定した場合、すなわち、吸気弁の開閉時期の進角制御、及びスロットル弁２９の絞り制御の双方を実施したとしても、不足分の制動力を完全には補完できない場合には、ＥＣＵ４０は、エンジン１４に付設される補機のうち、不足分の制動トルクを発生させる、換言すれば当該不足分の制動トルクに相当する負荷をエンジン１４に与えることが可能な補機を選定する（ステップＳ１７）。エンジン１４には、上記の通り、補機として、ベルトスタータ１５ａ、冷却水ポンプ１５ｂ、Ａ／Ｃポンプ１５ｃ、及びＡＴオイルポンプ１５ｄ等が付設されている。ＥＣＵ４０は、これら補機のうち、現在停止中の補機であって、かつ上記不足分の制動トルクを発生させることが可能な一乃至複数の補機を選定する。なお、ＥＣＵ４０には、予め補機と制動トルク（負荷）との関係を定めたマップが記憶されており、ＥＣＵ４０による上記選定は、当該マップに基づいて行われる。

補機が選定されると、ＥＣＵ４０は、処理をステップＳ１９に移行し、上記余剰回生電力分だけモータ１８の回生制動を抑制した場合の回生制動トルクＴｂ（図６中に示す回生制動トルクＴｂ）を目標回生トルクＴｂｔに設定し、この目標回生トルクＴｂｔに基づきモータ１８を回生制御する。また、動弁機構１４ａの電磁切換弁２６及びスロットル弁２９を制御することによりエンジン１４のポンピングロスを増大させるとともに、ステップＳ１７で選定された補機を作動させることによりエンジン１４の負荷を増大させる。これにより、不足する制動力を補完する。

なお、ベルトスタータ１５ａは、いわゆるモータジェネレータであり、ベルトを介してエンジン１４にトルクを付加することで当該エンジン１４を始動する機能を有する一方、エンジン駆動中に電圧が印加されることで発電機として機能する。つまり、この発電に伴いステータとロータとの間に回転抵抗が発生することでエンジン１４の負荷を増大させる。ステップＳ１９ｂの処理において、ベルトスタータ１５ａを作動させるとは、このようにエンジン駆動中に電圧を印加してベルトスタータ１５ａを発電機として作動させることである。この場合、ベルトスタータ１５ａで発生する電力は前記モータ１８よりも低電圧であり、当該電力は、インバータ３２及びＤＣ／ＤＣコンバータ３４を介して低圧バッテリ３５に充電される。

一方、ステップＳ７の判定でＹＥＳ（エンジン系統又はモータ系統に故障有り）と判定した場合には、ＥＣＵ４０は、故障がモータ系統であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。

ステップＳ２３でＹＥＳと判定した場合には、ＥＣＵ４０は、モータ１８を用いることなく車両１を制動する。具体的には、ステップＳ２５〜ステップＳ３１の処理を実行する。これらの処理は、上述したステップＳ１３〜Ｓ１９の処理にほぼ準ずるものである。

すなわち、この車両１では、上述の通り、ブレーキペダル２１の踏み込み操作で得られる制動力が、当該踏み込み操作により定まる目標制動トルクＴｔよりも常に小さくなるように摩擦ブレーキ機構２０の出力特性が設定されているため、摩擦ブレーキ機構２０のみで目標制動トルクＴｔを確保することができない。そのため、モータ系統の異常によりモータ１８を使用できない場合には、図８中に破線で示すように、回生制動トルクＴｂ分だけ制動トルクが不足する。そこで、ＥＣＵ４０は、エンジン１４のポンピングロス増大により得られる制動トルクを演算し（ステップＳ２５）、この制動トルク分を加算することで、ステップＳ５で求められた回生制動トルクＴｂを補完できるか（つまり、目標制動トルクＴｔを確保できるか）否かを判定する（ステップＳ２７）。具体的には、ステップＳ１３、Ｓ１５と同様に、吸気弁の開閉時期を進角制御することにより得られる制動トルクと、スロットル弁２９（図２に示す）を絞り制御することにより得られる制動トルクとをマップ等から求め、これらの制御の一方、又は双方を行うことにより制動トルクの不足分（図６中の回生制動トルクＴｂ分）を補完できるか否かを判定する。

ステップＳ２７でＹＥＳと判定した場合には、ＥＣＵ４０は、ステップＳ３１に移行し、動弁機構１４ａの電磁切換弁２６及び／又はスロットル弁２９を制御することにより、不足する制動力を補完するのに必要十分な範囲でエンジン１４のポンピングロスを増大させる。これにより、機械制動のみ、具体的には、摩擦ブレーキ機構２０による制動トルク、エンジン１４のポンピングロス増大による制動トルク、及びその他の機械的抵抗による制動トルクのみで目標制動トルクＴｔを達成する。

これに対して、ステップＳ２７でＮＯと判定した場合、すなわち、吸気弁の開閉時期の進角制御、及びスロットル弁２９の絞り制御の双方を実施したとしても、制動トルクの不足分（回生制動トルクＴｂ分）を完全には補完できない場合には、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１７の処理と同様に、エンジン１４に付設される補機（上記ベルトスタータ１５ａ、冷却水ポンプ１５ｂ、Ａ／Ｃポンプ１５ｃ、及びＡＴオイルポンプ１５ｄ等）のうち、不足分の制動トルクを発生させることが可能な補機を選定する（ステップＳ１７）。

補機が選定されると、ＥＣＵ４０は、処理をステップＳ３１に移行し、動弁機構１４ａの電磁切換弁２６及びスロットル弁２９を制御することにより、ポンピングロスを増大させるとともに、ステップＳ２９で選定された補機を作動させることによりエンジン１４の負荷を増大させる。これにより、摩擦ブレーキ機構２０による制動トルク、エンジン１４のポンピングロス増大による制動トルク、補機の制動トルク、及びその他の機械的抵抗による制動トルクにより目標制動トルクＴｔを達成する。

一方、ステップＳ２３でＮＯ（エンジン系統に故障有り）と判定した場合には、ＥＣＵ４０は、エンジン１４のポンピングロス増大に伴う制動トルクや、ベルトスタータ１５ａ等の補機による制動トルクを用いることなく車両１を制動する。具体的には、ＥＣＵ４０は、ステップＳ９の処理と同様に、ステップＳ５で求められた回生制動トルクＴｂをモータ１８に発生させる場合に、これに伴い得られる回生電力を高圧バッテリ３３に全て蓄電できるか否かを、当該高圧バッテリ３３のＳＯＣに基づき判定する（ステップＳ３３）。

ステップＳ３３でＹＥＳと判定した場合には、ＥＣＵ４０は、ステップＳ５で求められた回生制動トルクＴｂを目標回生トルクＴｂｔに設定し、この目標回生トルクＴｂｔに基づきモータ１８を回生制御するとともに、これによりモータ１８が発生する回生電力が高圧バッテリ３３に蓄電されるようにインバータ３２を制御する（ステップＳ３９）。

これに対して、ステップＳ３３でＮＯと判定した場合、すなわち、回生電力の一部を高圧バッテリ３３に蓄電できないと判定した場合には、ＥＣＵ４０、ステップＳ１１の処理と同様に、余剰回生電力をヒータ類３７〜３９及び電装品３６で消費する（ヒータ類３７〜３９及び電装品３６に配電する）ことで、目標回生トルクＴｂｔを確保できるか否かを判定する（ステップＳ３５）。

ステップＳ３５でＹＥＳと判定した場合には、ＥＣＵ４０は、処理をステップＳ３７に移行し、ステップＳ５で求められた回生制動トルクＴｂを目標回生トルクＴｂｔに設定し、この目標回生トルクＴｂｔに基づきモータ１８を回生制御する。また、これに伴いモータ１８で生成される回生電力が高圧バッテリ３３に蓄電されるとともに、上記余剰回生電力がヒータ類３７〜３９及び電装品３６で消費される（ヒータ類３７〜３９及び電装品３６に配電される）ようにインバータ３２を制御するとともに、必要に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ３４を制御する。

一方、ステップＳ３５でＮＯと判定した場合には、ＥＣＵ４０は、ステップＳ５で求められた回生制動トルクＴｂを目標回生トルクＴｂｔに設定してモータ１８を回生制御する。また、これに伴いモータ１８で生成される回生電力が高圧バッテリ３３に蓄電されるとともに、上記余剰回生電力が図外の放電回路に供給されるようにインバータ３２を制御する（ステップＳ４１）。

以上のような、車両１によれば、次のような利点がある。

まず、この車両１では、摩擦ブレーキ機構２０のブレーキペダル２１の踏み込み操作で得られる制動トルクが、当該踏み込み操作により応じて定まる目標制動トルクＴｔよりも常に小さくなるようにその出力特性が設定された上で、これにより不足する制動トルクをモータ１８の回生制動で補う。つまり、車両１の要求制動トルク（目標制動トルクＴｔ）は、常に、摩擦ブレーキ機構２０とモータ１８とで分担され、従来のように、摩擦ブレーキ機構（機械式制動手段）及びモータの何れか一方だけで車両全体の要求制動トルクを賄うことが無い。そのため、車両１の要求制動トルク（目標制動トルクＴｔ）を確保しながらも、摩擦ブレーキ機構２０やモータ１８に求められる制動能力を低く抑えることができ、よって、従来に比べてブレーキシステムの低廉化を図ることができる。

しかも、この車両１は、高圧バッテリ３３のＳＯＣが高く、モータ１８の回生制動により得られる回生電力の全てを高圧バッテリ３３に蓄電できない場合には、この余剰回生電力をヒータ類３７〜３９やその他の電装品３６で消費させて回生制動トルクＴｂを確保する。そのため、高圧バッテリ３３のＳＯＣが高い場合でも良好に回生制動を行うことができる。従って、高圧バッテリ３３のＳＯＣの状態によってモータ１８の回生制動が制限され、その結果、車両１の制動トルクが不足するといった不都合が生じることを効果的に抑制することができる。よって、この車両１によれば、摩擦ブレーキ機構２０やモータ１８に求められる制動能力を低く抑えた合理的かつ安価な構成で、車両１の要求制動トルクを良好に確保しつつ、車両１のエネルギ効率を高めることが可能となる。

さらに、この車両１では、仮に上記余剰回生電力をヒータ類３７〜３９やその他の電装品３６で消費させることができない場合には、エンジン１４のポンピングロスや負荷を増大させ、これにより上記余剰回生電力分に相当する回生制動トルクを機械制動トルクで代替するように構成されているので、高圧バッテリ３３のＳＯＣの状況によって、車両１の制動トルクが不足することを高度に抑制することができる。

また、この車両１によれば、上記のように余剰回生電力が生じる場合のみならず、モータ系統の故障等によってモータ１８の制動力を使用できない場合にも、エンジン１４のポンピングロスや負荷を増大させることで、本来モータ１８が負担すべき回生制動トルクＴｂを機械制動トルクで代替するように構成されている。従って、この車両１によれば、モータ１８の故障等により車両１の制動トルクが不足することを効果的に抑制することができるという利点もある。

また、この車両１によれば、モータ１８がＡＴトランスミッション１６を介すことなく、デフ１７と車輪１０との間の位置で直接車軸１２に連結されているため、モータ１８による車輪１０の駆動や回生電力の回収を効率良く行うことができるという利点もある。すなわち、モータ１８の駆動時には、その駆動力をＡＴトランスミッション１６等でロスすることなく車軸１２に直接伝達することができ、他方、モータ１８の回生時には、制動時の運動エネルギをＡＴトランスミッション１６等でロスすることなく車軸１２からモータ１８に入力することができる。

ところで、以上説明した車両１は、本発明にかかる車両用制動装置が適用された車両１の好ましい実施形態の例示であって、車両用制動装置や車両１の具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

上記の車両１では、機械制動力を発生させるために、エンジン１４の吸気弁の開閉時期の進角制御する、及び／又はスロットル弁２９を絞り制御することによりエンジン１４のポンピングロスを増大させているが、ポンピングロスを増大させる手法はこれに限定されない。例えば、動弁機構１４ａの切換モータ２７を制御し、図７（ｂ）の破線に示すように、エンジン１４の吸気弁のリフト量（開度）を通常運転時（実線）よりも減少させることでポンピングロスを増大させてもよい。この場合、動弁機構１４ａは、上記の通り、切換モータ２７の制御により吸気弁のリフト量を無段階に切り替え可能なため、不足する制動力に基づき前記リフト量（切換モータ２７）を制御することで、目標制動トルクＴを過不足無く確保することが可能となる。また、ＥＧＲ装置１４ｂのＥＧＲ弁２８を制御することでポンピングロスを増大させるようにしてもよい。具体的には、図９に示すように、ＥＧＲ量の増大に伴いポンピングロスは減少する。従って、制動力が不足する場合には、ＥＧＲ量が減少するようにＥＧＲ弁２８を制御することでポンピングロスを増大させるようにすればよい。また、エンジン１４の排気通路に排気シャッタ弁が備えられる場合には、この排気シャッタ弁を絞り制御することでポンピングロスを増大させるようにしてもよい。

また、上記車両１では、エンジン１４の吸気弁の開閉時期の進角制御、又はスロットル弁２９の絞り制御の何れか一方の制御だけで制動トルクの不足分を補完できるか否かを判定し、補完できない場合に、双方の制御を行うようが、勿論、予め定められた何れか一方の制御のみを行うようにしてもよい。

また、上記車両１では、モータ１８は、ＡＴトランスミッション１６を介することなく車軸１２に連結されているが、モータ１８は、エンジン１４とＡＴトランスミッション１６との間に配置され、当該ＡＴトランスミッション１６を介して車軸１２に連結されるものであってもよい。但し、車輪１０の駆動や回生電力の回収を効率良く行う観点からは、上記実施形態の構成を採用するのが好適である。

１ 車両
１４ エンジン
１６ トランスミッション
１８ モータ
２０ 摩擦ブレーキ機構
３２ インバータ
３３ 高圧バッテリ
３７ 冷却水ヒータ
３８ ＰＴＣヒータ
３９ 曇り止めヒータ
４０ ＥＣＵ

Claims (8)

1. 走行用動力源として、エンジンと回生可能なモータとを備えた車両の制動装置であって、
   ブレーキペダルを備え、当該ブレーキペダルの踏み込み操作に応じて制動力を発生する機械式制動手段と、
   モータが発生する回生電力を蓄電する蓄電手段と、
   蓄電手段の蓄電率を検出する蓄電率検出手段と、
   モータおよび蓄電手段に接続され、モータが発生する回生電力をその他の電装品に配電可能な配電手段と、
   前記ブレーキペダルの操作量に応じた車両の目標制動力を設定し、この目標制動力と蓄電手段の蓄電率とに基づき前記モータの回生制御および前記配電手段の配電制御を行う制御手段と、を備え、
   前記機械式制動手段は、ブレーキペダルの踏み込み操作により発生する制動力が常に前記目標制動力よりも低くなる出力特性を有しており、
   前記制御手段は、前記機械式制動手段の制動力を含む機械制動力と前記モータの回生制動力とで前記目標制動力が達成されるように、機械式制動手段の前記出力特性と前記目標制動力とに基づきモータの目標回生制動力を定めて当該モータを回生制御するとともに、当該回生制御により前記モータが発生する回生電力のうち、前記蓄電手段に蓄電できない余剰回生電力が発生する場合には、当該余剰電力を前記電装品に配電すべく前記配電手段を制御する、ことを特徴とする車両用制動装置。
2. 請求項１に記載の車両用制動装置において、
   前記機械式制動手段を第１機械式制動手段と定義したときに、これとは別に、前記エンジンのポンピングロスを増大させることで制動力を発生させる第２機械式制動手段を備え、
   前記制御手段は、前記余剰回生電力の一部又は全部を前記電装品に配電できない場合には、当該余剰回生電力の一部又は全部に相当する回生制動力分だけ前記目標回生制動力を低く定め、これに伴う制動力の不足分を前記第２機械式制動手段の制動力で代替すべく当該第２機械式制動手段を制御する、ことを特徴とする車両用制動装置。
3. 請求項２に記載の車両用制動装置において、
   前記第２機械式制動手段は、エンジンの吸排気弁の開閉時期および弁開度の少なくとも一方を変更することで前記エンジンのポンピングロスを増大させるもの、およびスロットル弁および排気シャッタ弁の少なくとも一方の弁開度を変更することにより前記エンジンのポンピングロスを増大させるもののうち、少なくとも一方である、ことを特徴とする車両用制動装置。
4. 請求項３に記載の車両用制動装置において、
   前記第２機械式制動手段は、前記エンジンの吸気弁の開閉時期を変更するものであり、
   前記制御手段は、吸気弁の閉時期を進角させるべく当該第２機械式制動手段を制御する、ことを特徴とする車両用制動装置。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の車両用制動装置において、
   前記エンジンの回転駆動力を受けて作動し、当該作動に伴いエンジンの負荷を増大させることにより制動力を発生させる第３機械式制動手段を備え、
   前記制御手段は、前記余剰回生電力の一部又は全部を前記電装品に配電できない場合には、当該余剰回生電力の一部又は全部に相当する回生制動力分だけ前記目標回生制動力を低く定め、これに伴う制動力の不足分を前記第３機械式制動手段の制動力で代替すべく当該第３機械式制動手段を制御する、ことを特徴とする車両用制動装置。
6. 請求項５に記載の車両用制動装置において、
   前記第３制動手段は、車両で用いられる流体を循環させるためのポンプであることを特徴とする車両用制動装置。
7. 請求項１乃至６の何れか一項に記載の車両用制動装置において、
   前記エンジンの動力を車輪駆動軸に伝達するトランスミッションを含み、
   前記モータは、前記トランスミッションを介することなく前記車輪駆動軸に連結されている、ことを特徴とする車両用制動装置。
8. 請求項１に記載の車両用制動装置において、
   前記モータの異常を検知する異常検知手段と、
   前記エンジンのポンピングロスを増大させることにより制動力を発生させる手段、および、前記エンジンの回転駆動力を受けて作動し、当該作動に伴いエンジンの負荷を増大させることにより制動力を発生させる手段のうち、少なくとも一方である第４機械式制動手段と、を含み、
   前記制御手段は、前記異常検知手段により前記モータの異常が検知されたときに、前記目標回生制動力の一部又は全部を前記第４機械式制動手段の制動力により代替えすべく当該第４機械式制動手段を制御する、ことを特徴とする車両用制動装置。

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