JP2017144949A - 電気自動車の制動装置 - Google Patents

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幹雄 柏井
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将郎 神原
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Abstract

【課題】 電気自動車の前輪および後輪に対して、簡単な構造で適切な制動力を配分する。【解決手段】 車体後部に搭載した電動機Ｍで後輪Ｗｄ，Ｗｂを駆動して走行する電気自動車は、電動機Ｍの重量の分だけ後輪Ｗｄ，Ｗｂの荷重配分が前輪Ｗａ，Ｗｃの荷重配分よりも大きくなるため、後輪Ｗｄ，Ｗｂへの制動力配分量を前輪Ｗａ，Ｗｃへの制動力配分量よりも大きくすることが望ましい。前輪Ｗａ，Ｗｃおよび後輪Ｗｄ，Ｗｂへの制動力配分量の比率を変更する比例減圧弁を設けず、マスタシリンダＣｍで前輪ブレーキキャリパＣａ，Ｃｃおよび後輪ブレーキキャリパＣｄ，Ｃｂに同じブレーキ液圧を供給し、後輪Ｗｄ，Ｗｂを回生制動することにより、後輪Ｗｄ，Ｗｂへの制動力配分量を前輪Ｗａ，Ｗｃへの制動力配分量よりも大きくすることが可能となり、構造の簡素化によるコストダウンが達成される。【選択図】 図１

Description

本発明は、車体後部に搭載した電動機で後輪を駆動して走行する電気自動車の制動装置に関する。
車体中央部に搭載した電動機で後輪を駆動して走行する電気自動車において、マスタシリンダが発生したブレーキ液圧による前後輪の液圧制動と後輪の回生制動とを併用するものが、下記特許文献１により公知である。
この電気自動車における液圧制動力および回生制動力の配分は、第１の実施の形態では、ペダル踏力の増加に応じて液圧制動力および回生制動力が同じ比率で増加するようになっており、また第２の実施の形態では、ペダル踏力が所定値に達するまでは回生制動力だけがペダル踏力に応じて増加し、ペダル踏力が所定値に達すると回生制動力を一定値に保持した状態で液圧制動力がペダル踏力に応じて増加するようになっている。
実開平５−２５０２号公報
一般に自動車の液圧ブレーキ装置は、運転者によるペダル踏力を負圧ブースタのような倍力装置で倍力してマスタシリンダを作動させることで、小さいペダル踏力で充分なブレーキ液圧を発生させて運転者の操作負担を低減している。また前輪および後輪の液圧制動力は、前輪および後輪に加わる車体重量に応じて配分することが望ましいため、従来の自動車の液圧ブレーキ装置は、荷重が大きい側の車輪のブレーキキャリパにはマスタシリンダが発生したブレーキ液圧をそのまま供給し、荷重が小さい側の車輪のブレーキキャリパにはマスタシリンダが発生したブレーキ液圧を比例減圧弁で減圧して供給している。
しかしながら、簡便な構造の小型の電気自動車では、部品点数、重量およびコストの削減を図るために、マスタシリンダの倍力装置や比例減圧弁のような部品を廃止しながら、前輪および後輪に対して適切な制動力を配分することが望まれる。
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、電気自動車の前輪および後輪に対して、簡単な構造で適切な制動力を配分することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、車体後部に搭載した電動機で後輪を駆動して走行する電気自動車の制動装置において、前輪ブレーキキャリパおよび後輪ブレーキキャリパに同じブレーキ液圧を供給するマスタシリンダを備え、前記後輪で回生制動を行うことを特徴とする電気自動車の制動装置が提案される。
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記マスタシリンダには運転者のペダル踏力が倍力されずに伝達され、電動オイルポンプが発生したブレーキ液圧で前記前輪ブレーキキャリパおよび前記後輪ブレーキキャリパのブレーキ液圧を個別に制御可能な液圧モジュレータを備え、前記液圧モジュレータは前記電動オイルポンプが発生したブレーキ液圧で前記マスタシリンダが発生したブレーキ液圧を増圧することを特徴とする電気自動車の制動装置が提案される。
また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記マスタシリンダが発生したブレーキ液圧による制動力と、前記液圧モジュレータが発生したブレーキ液圧による制動力と、前記回生制動による制動力との配分比率を変化させる制御手段を備えることを特徴とする電気自動車の制動装置が提案される。
また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、乗員が乗車した状態で、前記後輪への荷重配分が前輪への荷重配分よりも大きいことを特徴とする電気自動車の制動装置が提案される。
なお、実施の形態の電子制御ユニットＵは本発明の制御手段に対応する。
請求項１の構成によれば、車体後部に搭載した電動機で後輪を駆動して走行する電気自動車は、電動機の重量の分だけ後輪の荷重配分が前輪の荷重配分よりも大きくなるため、後輪への制動力配分量を前輪への制動力配分量よりも大きくすることが望ましいが、マスタシリンダから前輪ブレーキキャリパおよび後輪ブレーキキャリパに同じブレーキ液圧を供給し、後輪で回生制動を行うことにより、前輪および後輪への制動力配分量の比率を変更する比例減圧弁を必要とせずに、後輪への制動力配分量を前輪への制動力配分量よりも大きくすることが可能となり、構造の簡素化によるコストダウンが達成される。
また請求項２の構成によれば、マスタシリンダには運転者のペダル踏力が倍力されずに伝達され、電動オイルポンプが発生したブレーキ液圧で前輪ブレーキキャリパおよび後輪ブレーキキャリパのブレーキ液圧を個別に制御可能な液圧モジュレータにより、電動オイルポンプが発生したブレーキ液圧でマスタシリンダが発生したブレーキ液圧を増圧するので、運転者のペダル踏力を倍力してマスタシリンダに伝達する負圧ブースタのような倍力装置を廃止してコストダウンを図りながら、既存の液圧モジュレータを利用して充分なブレーキ液圧を得ることが可能となり、運転者に要求されるペダル踏力を低減することができる。
また請求項３の構成によれば、マスタシリンダが発生したブレーキ液圧による制動力と、液圧モジュレータが発生したブレーキ液圧による制動力と、回生制動による制動力との配分比率を変化させる制御手段を備えるので、自動車の運転状態に応じて三種類の制動力の配分比率を変化させて振動や騒音を低減するとともに、回生制動力の配分比率を最大限に増加させてエネルギー回収効率を高めることができる。
また請求項４の構成によれば、乗員が乗車した状態で、後輪への荷重配分が前輪への荷重配分よりも大きいので、回生制動される後輪の制動力が回生制動されない前輪の制動力よりも大きくなっても、後輪がロックし難くなる。
制動装置を備えた電気自動車の全体構成を示す図。 制動装置の液圧回路図。 図２に対応する作用説明図。 液圧モジュレータによる助勢機能の説明図。 ブレーキペダルの踏力と制動力との関係を示すグラフ。 制動時の車速と制動力との関係を示すグラフ。
以下、図１〜図６に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１に示すように、本実施の形態の車両は従動輪である左右の前輪Ｗａ，Ｗｃと、駆動輪である左右の後輪Ｗｄ，Ｗｂとを備えており、左右の後輪Ｗｄ，Ｗｂは駆動源である電動機Ｍにより減速機Ｒを介して駆動される。重量の大きい電動機Ｍおよび減速機Ｒは車体後部に配置されており、少なくとも乗員が搭乗した状態では、左右の後輪Ｗｄ，Ｗｂの荷重が左右の前輪Ｗａ，Ｗｃの荷重よりも大きくなる。ブレーキペダルＰ２により作動してブレーキ液圧を発生するマスタシリンダＣｍは，電動オイルポンプを内蔵した液圧モジュレータＨを介して左右の前輪ブレーキキャリパＣａ，Ｃｃおよび左右の後輪ブレーキキャリパＣｄ，Ｃｂに接続される。マスタシリンダＣｍは倍力装置である負圧ブースタを備えておらず、ブレーキペダルＰ２に入力される運転者の踏力だけで作動する。またマスタシリンダＣｍとブレーキキャリパＣａ〜Ｃｄとの間には、前輪ブレーキキャリパＣａ，Ｃｃに供給するブレーキ液圧と、後輪ブレーキキャリパＣｄ，Ｃｂに供給するブレーキ液圧とが所定の比率になるように制御する比例減圧弁は設けられていない。
液圧モジュレータＨは、マスタシリンダＣｍが発生したブレーキ液圧を任意に増圧あるいは減圧して左右の前輪ブレーキキャリパＣａ，Ｃｃおよび左右の後輪ブレーキキャリパＣｄ，Ｃｂに供給し、四輪の制動力を個別に制御することが可能であり、制動時の車輪ロックを抑制するアンチロック制御、加速時の車輪スリップを抑制するトラクション制御、旋回時の横滑りを抑制する横滑り防止制御、マスタシリンダＣｍが発生したブレーキ液圧を増圧してブレーキペダルＰ２の踏力を軽減する助勢制御等を行うものである。
液圧モジュレータＨが出力するブレーキ液圧および電動機Ｍの回生トルクを制御する電子制御ユニットＵには、アクセルペダルＰ１の操作量を検出するアクセル開度検出手段Ｓ１と、ブレーキペダルＰ２の踏力からマスタシリンダＣｍが発生するブレーキ液圧を検出するブレーキ操作量検出手段Ｓ２と、左右の前輪Ｗａ，Ｗｃの車輪速を検出する車輪速検出手段Ｓａ，Ｓｃと、左右の後輪Ｗｄ，Ｗｂの車輪速を検出する車輪速検出手段Ｓｄ，Ｓｂとが接続される。
図２に示すように、マスタシリンダＣｍは、ブレーキペダルＰ２の操作に応じた同じブレーキ液圧を出力する第１出力ポート１１Ａおよび第２出力ポート１１Ｂを備えており、第１出力ポート１１Ａおよび第２出力ポート１１Ｂは液圧モジュレータＨを介して左右の前輪ブレーキキャリパＣａ，Ｃｃおよび左右の後輪ブレーキキャリパＣｄ，Ｃｂに接続される。
液圧モジュレータＨは、第１出力ポート１１Ａに接続可能な第１マスタシリンダ側液圧路１２Ａと、第２出力ポート１１Ｂに接続可能な第２マスタシリンダ側液圧路１２Ｂと、第１、第２出力ポート１１Ａ，１１Ｂおよび第１、第２マスタシリンダ側液圧路１２Ａ，１２Ｂ間にそれぞれ介装される第１、第２レギュレータバルブ１３Ａ，１３Ｂと、左前輪ブレーキキャリパＣａに連なる車輪側液圧路１４ａおよび第１マスタシリンダ側液圧路１２Ａ間に介設される常開型のインバルブ１５ａと、右後輪ブレーキキャリパＣｂに連なる車輪ブレーキ側液圧路１４ｂおよび第１マスタシリンダ側液圧路１２Ａ間に介装される常開型のインバルブ１５ｂと、右前輪ブレーキキャリパＣｃに連なる車輪ブレーキ側液圧路１４ｃおよび第２マスタシリンダ用液圧路１２Ｂ間に介装される常開型のインバルブ１５ｃと、左後輪ブレーキキャリパＣｄに連なる車輪ブレーキ側液圧路１４ｄおよび第２マスタシリンダ側液圧路１２Ｂ間に介装される常開型のインバルブ１５ｄと、第１、第２出力ポート１１Ａ，１１Ｂに個別に対応した第１、第２リザーバ１６Ａ，１６Ｂと、第１リザーバ１６Ａおよび車輪ブレーキ側液圧路１４ａ，１４ｂ間に介装される常閉型のアウトバルブ１７ａ，１７ｂと、第２リザーバ１６Ｂおよび車輪ブレーキ側液圧路１４ｃ，１４ｄ間に介設される常閉型のアウトバルブ１７ｃ，１７ｄと、共通の電動モータ１８で駆動されるとともに吐出側が第１、第２マスタシリンダ側液圧路１２Ａ，１２Ｂに接続される第１、第２電動オイルポンプ１９Ａ，１９Ｂと、第１、第２出力ポート１１Ａ，１１Ｂおよび第１、第２電動オイルポンプ１９Ａ，１９Ｂの吸入側間に介装される第１、第２サクションバルブ２０Ａ，２０Ｂと、第１、第２レギュレータバルブ１３Ａ，１３Ｂに対して並列に接続されたチェックバルブ２１Ａ，２１Ｂと、各インバルブ１５ａ〜１５ｄに対して並列に接続されたチェックバルブ２２ａ〜２２ｄと、第１、第２リザーバ１６Ａ，１６Ｂおよび第１、第２電動オイルポンプ１９Ａ，１９Ｂの吸入側間に介設されるチェックバルブ２３Ａ，２３Ｂとを備える。
第１、第２レギュレータバルブ１３Ａ，１３Ｂは、常開型のリニアソレノイドバルブであり、第１、第２出力ポート１１Ａ，１１Ｂおよび第１、第２マスタシリンダ側液圧路１２Ａ，１２Ｂ間の連通・遮断を切り換え可能であるとともに、第１、第２マスタシリンダ側液圧路１２Ａ，１２Ｂの液圧を調圧するように作動することも可能である。
次に、液圧モジュレータＨの機能を説明する。マスタシリンダＣｍの第１出力ポート１１Ａ側の液圧回路の機能と、マスタシリンダＣｍの第２出力ポート１１Ｂ側の液圧回路の機能とは実質的に同じであるため、第１出力ポート１１Ａ側の液圧回路の機能について説明する。
図３に示すように、運転者がブレーキペダルＰ２を踏んでマスタシリンダＣｍが発生したブレーキ液圧は、第１出力ポート１１Ａから第１レギュレータバルブ１３Ａを介して第１マスタシリンダ側液圧路１２Ａに伝達され、そこからインバルブ１５ａおよび車輪側液圧路１４ａを介して左前輪ブレーキキャリパＣａに伝達されるとともに、第１マスタシリンダ側液圧路１２Ａからインバルブ１５ｂおよび車輪側液圧路１４ｂを介して右後輪ブレーキキャリパＣｂに伝達され、左前輪Ｗａおよび右後輪Ｗｂが同じ制動力で制動される（実線矢印参照）。
このとき、第１サクションバルブ２０Ａを励磁・開弁した状態で第１電動オイルポンプ１９Ａを駆動すると、破線矢印で示すように、マスタシリンダＣｍから第１サクションバルブ２０Ａを介して吸入されたブレーキ液が第１電動オイルポンプ１９Ａで加圧されて第１マスタシリンダ側液圧路１２Ａに供給されるため、第１マスタシリンダ側液圧路１２Ａのブレーキ液圧がマスタシリンダＣｍが発生したブレーキ液圧よりも増圧される。その際に、第１レギュレータバルブ１３Ａの開度を調整して第１マスタシリンダ側液圧路１２Ａのブレーキ液圧を第１電動オイルポンプ１９Ａの吸入側に逃がすことで、第１マスタシリンダ側液圧路１２Ａのブレーキ液圧を任意の大きさに制御することができる。またアウトバルブ１７ａ，１７ｂを励磁・開弁すれば、鎖線矢印で示すように第１マスタシリンダ側液圧路１２Ａのブレーキ液圧が第１リザーバ１６Ａに逃がされるため、第１マスタシリンダ側液圧路１２Ａのブレーキ液圧をマスタシリンダＣｍが発生したブレーキ液圧よりも減圧することも可能である。
このように、液圧モジュレータＨは、マスタシリンダＣｍが発生したブレーキ液圧を任意に増圧あるいは減圧するものであり、その増圧機能を利用することで、マスタシリンダＣｍから倍力装置である負圧ブースタを廃止しても、運転者のブレーキペダルＰ２の操作負担を増加させることなく、必要な制動力を確保することができる。
図４は上述した液圧モジュレータＨによる助勢機能を説明するもので、ブレーキペダルＰ２の踏力に対する車体減速度の関係を示している。一点鎖線はマスタシリンダＣｍが負圧ブースタを備える比較例であり、その倍力機能により踏力の増加に対して減速度が大きい比率で増加する。破線は負圧ブースタが失陥した場合であり、倍力機能が失われることで踏力の増加に対して減速度が小さい比率でしか増加せず、制動力が不足することが分かる。実線は液圧モジュレータＨが助勢機能を発揮する本実施の形態であり、その助勢機能により踏力の増加に対して減速度が充分に大きい比率で増加しており、負圧ブースタを廃止しても、運転者のブレーキペダルＰ２の操作負担を増加させることなく必要な制動力を得ることができる。
さらに液圧モジュレータＨは、所定のインバルブ１５ａ〜１５ｄを消磁・開弁して所定のアウトバルブ１７ａ〜１７ｄを消磁・閉弁することで所定の車輪の制動力を増加させることができ、かつ所定のアウトバルブ１５ａ〜１５ｄを励磁・閉弁して所定のインバルブ１７ａ〜１７ｄを励磁・開弁することで所定の車輪の制動力を減少させることができる。よって、車輪速検出手段Ｓａ，Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｂで検出した左右の前輪Ｗａ，Ｗｃの車輪速および左右の後輪Ｗｄ，Ｗｂの車輪速から各車輪のロック状態やスリップ状態を検出し、ロック傾向になった車輪の制動力を減少させてロックを抑制するアンチロック制御や、スリップ傾向になった車輪の制動力を増加させてスリップを抑制するトラクション制御や、旋回内輪および旋回外輪の制動力に差を発生させて旋回時の横滑りを抑制する横滑り防止制御を行うことができる。
さて、電動機Ｍを走行用の駆動源とする車両は減速時に電動機Ｍを回生制動して車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収するため、必要とする制動力を液圧制動による制動力と回生制動による制動力とに振り分ける必要があり、その際に回生制動による制動力の比率をできるだけ大きくすることでエネルギーの回収効率が向上する。
回生制動による制動力の上限値は電動機Ｍに容量により制限され、またバッテリが満充電に近い状態になれば、バッテリをそれ以上充電できないために回生制動による制動力の上限値が制限される。また車体の運動エネルギーは車速の低下に応じて減少するため、低車速時には発生可能な回生制動力が減少する。電子制御ユニットＵは、車両の運転状態に応じて変化する発生可能な回生制動力を演算し、運転者が要求する制動力を先ず発生可能な回生制動力により賄い、その不足分を液圧制動により賄う協調回生制動制御を行う。
図５は、車両の走行中にブレーキペダルＰ２の踏力を次第に増加させた場合の協調回生制動制御を示すもので、ブレーキペダルＰ２を踏む前にアクセルペダルＰ１を離すと、一定のアクセルオフ回生制動力が発生し、続いてブレーキペダルＰ２を踏むと一定のブレーキオン回生制動力が発生する。そこからブレーキペダルＰ２の踏力が増加するのに応じて協調回生制動力が増加し、それが限界に達するとブレーキペダルＰ２の踏力が増加するのに応じて液圧制動力が増加することで、運転者が要求する制動力を発生することができる。
図６は、車両の走行中にブレーキペダルＰ２が踏まれて車速が次第に低下する場合の協調回生制動制御を示すもので、ブレーキペダルＰ２を踏む前にアクセルペダルＰ１を離すと、一定のアクセルオフ回生制動力が発生し、続いてブレーキペダルＰ２を踏むと一定のブレーキオン回生制動力が発生し、同時に協調回生制動力が増加を開始する。そして回生制動力だけ制動力が不足する場合には、制動力の不足分を補うように液圧制動力が発生することで、運転者が要求する制動力を発生することができる。車速が低下して車両が停止真近になると、回生制動力の比率は急激に減少して液圧制動力の比率が高まり、車両が停止した状態では制動力の全てが液圧制動力で賄われる。
以上のように、本実施の形態の車両は、車体後部に電動機Ｍを搭載しているため、少なくとも乗員が乗車した状態で後輪Ｗｄ，Ｗｂの荷重配分が前輪Ｗａ，Ｗｃの荷重配分よりも大きくなるが、マスタシリンダＣｍから前輪ブレーキキャリパＣａ，Ｃｃおよび後輪ブレーキキャリパＣｄ，Ｃｂに同じブレーキ液圧を供給し、後輪Ｗｄ，Ｗｂで回生制動を行うことにより、前輪Ｗａ，Ｗｃおよび後輪Ｗｄ，Ｗｂへの制動力配分量の比率を変更する比例減圧弁を必要とせずに、後輪Ｗｄ，Ｗｂへの制動力配分量を前輪Ｗａ，Ｗｃへの制動力配分量よりも大きくすることが可能となり、構造の簡素化によるコストダウンが達成される。
またマスタシリンダＣｍは負圧ブースタのような倍力装置を備えていないが、液圧モジュレータＨが、第１、第２電動オイルポンプ１９Ａ，１９Ｂが発生したブレーキ液圧でマスタシリンダＣｍが発生したブレーキ液圧を増圧するので、倍力装置を廃止してコストダウンを図りながら、既存の液圧モジュレータＨを利用して充分なブレーキ液圧を得ることが可能となり、運転者に要求されるペダル踏力を低減することができる。
また電子制御ユニットＵは、マスタシリンダＣｍが発生したブレーキ液圧による制動力と、液圧モジュレータＨが発生したブレーキ液圧による制動力と、回生制動による制動力との配分比率を変化させるので、車両の運転状態に応じて三種類の制動力の配分比率を変化させることで、液圧モジュレータＨの作動による振動や騒音を最小限に抑えながら、回生制動力の配分比率を最大限に増加させてエネルギー回収効率を高めることができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
例えば、液圧モジュレータＨの液圧回路は実施の形態に限定されるものではない。
Ｃａ 前輪ブレーキキャリパ
Ｃｂ 後輪ブレーキキャリパ
Ｃｃ 前輪ブレーキキャリパ
Ｃｄ 後輪ブレーキキャリパ
Ｃｍ マスタシリンダ
Ｈ 液圧モジュレータ
Ｍ 電動機
Ｗａ 前輪
Ｗｂ 後輪
Ｗｃ 前輪
Ｗｄ 後輪
Ｕ 電子制御ユニット（制御手段）
１９Ａ 電動オイルポンプ
１９Ｂ 電動オイルポンプ

Claims (4)

  1. 車体後部に搭載した電動機（Ｍ）で後輪（Ｗｄ，Ｗｂ）を駆動して走行する電気自動車の制動装置において、
    前輪ブレーキキャリパ（Ｃａ，Ｃｃ）および後輪ブレーキキャリパ（Ｃｄ，Ｃｂ）に同じブレーキ液圧を供給するマスタシリンダ（Ｃｍ）を備え、前記後輪（Ｗｄ，Ｗｂ）で回生制動を行うことを特徴とする電気自動車の制動装置。
  2. 前記マスタシリンダ（Ｃｍ）には運転者のペダル踏力が倍力されずに伝達され、電動オイルポンプ（１９Ａ，１９Ｂ）が発生したブレーキ液圧で前記前輪ブレーキキャリパ（Ｃａ，Ｃｃ）および前記後輪ブレーキキャリパ（Ｃｄ，Ｃｂ）のブレーキ液圧を個別に制御可能な液圧モジュレータ（Ｈ）を備え、前記液圧モジュレータ（Ｈ）は前記電動オイルポンプ（１９Ａ，１９Ｂ）が発生したブレーキ液圧で前記マスタシリンダ（Ｃｍ）が発生したブレーキ液圧を増圧することを特徴とする、請求項１に記載の電気自動車の制動装置。
  3. 前記マスタシリンダ（Ｃｍ）が発生したブレーキ液圧による制動力と、前記液圧モジュレータ（Ｈ）が発生したブレーキ液圧による制動力と、前記回生制動による制動力との配分比率を変化させる制御手段（Ｕ）を備えることを特徴とする、請求項２に記載の電気自動車の制動装置。
  4. 乗員が乗車した状態で、前記後輪（Ｗｄ，Ｗｂ）への荷重配分が前輪（Ｗａ，Ｗｃ）への荷重配分よりも大きいことを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の電気自動車の制動装置。
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