JP2024058480A - 車両の回生協調制動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータによる回生協調制動を実施する電動車の制動制御に於いて、電池の入力制限に起因する回生の停止による車両全体の制動力の急減を回避するために、電池に於ける充電限界に至る予兆となる状態を参照して、充電限界に至る前に回生量を低減する。【解決手段】 モータ２０で駆動される車両１０の回生協調制動制御装置５０は、車両に於ける要求制動力を決定し、モータの回生により充電される電池の充電量の充電限界までの逼迫の度合を表わす充電逼迫指標値を検出し、充電余裕指標値に基づいてモータによる回生量の制限値を決定し、回生量の制限値を超えないように要求制動力以内の回生制動力を発生するようモータによる回生量を制御し、車輪に於ける摩擦制動力を要求制動力から回生量に対応する回生制動力を差し引いて得られる制動力となるように制御する。【選択図】 図３

Description

本発明は、自動車等の車両の制動制御装置に係り、より詳細には、モータによる駆動可能な電動車（ハイブリッド車両、プラグインハイブリッド車両、燃料電池車、電気自動車を含む）であって、回生協調制動の実行される車両の制動制御装置に係る。

モータを原動機として用いる電動車に於いて、モータの保護を目的としたモータの負荷の低減に伴う駆動力又は回生制動量の低下に対処するための構成が種々提案されている。例えば、特許文献１では、ハイブリッド車に於いて、モータの高温時にモータの負荷率制限を実行する際の駆動軸に出力されるパワーの低下を抑制するために、高回転数で且つ車速が高車速のときにはモータの回転数を制限し、それ以外のときには、トルクを制限することが提案されている。また、特許文献２では、回生制動装置と液圧制動装置とが協調して制動力が付与される構成に於いて、車両のブレーキペダル操作に対応した要求制動力に対する液圧制動力と回生制動力との分担の決定の際に、回生制動力の上限を、バッテリの充電電流が充電許容電流となる場合の回生制動力の大きさよりも低く設定し、これにより、一定の制動力を液圧制動力により分担させ、制動中に回生制動力から液圧制動力にすり替わることを抑制し、制動時にユーザの車両の動作に違和感の抑制を図ることが提案されている。

特開２０１３－０９１３６１ 特開２０１９－１８８９８１

電動車では、制動時、モータによる回生協調制動により、熱で捨てていた制動パワーが電池（バッテリ）に回収される。かかる回生協調制動は、モータ又は電池の異常や回生能力低下或いは電子制御装置との通信の異常が生じた時には終了するところ、急激に回生トルクを低減すると、車両全体の制動力の急減となるので、回生協調制動終了の際には、回生トルクを漸減し、そのレートは予め液圧制動の増大レートと合わせておくことで、総制動力の担保が図られる。また、車両の駆動にモータが用いられる構成に於いて、モータの冷却性能の限界まで使用するように設計する傾向があることなどから、その場合、モータの温度上昇を制限するために、モータの「負荷率制限」を実施する構成が採用されるところ、負荷率の制限が頻繁に生ずることを回避し、ドライバビリティへの影響を抑えるべく、負荷率制限が実施される前から回生量を抑制し、モータの温度上昇を遅らせる制御が実施される場合もある。かかる回生量を抑制する制御に於いては、モータの温度と車速とを参照して（車速が高いほど、空冷作用が大きくなる）、回生制限量が決定される。

ところで、回生量の制限は、モータ温度の上昇時以外に、電池（バッテリ）の入力制限が必要な場合にも要求される。具体的には、上記の如き回生協調制動を実施する車両のシステムに於いては、電池の充電量が、その充電限界に達すると、回生の停止が要求される。その場合、電池の充電量が充電限界に達した時点で突然に回生制動を停止したときには、やはり、車両全体の制動力の急減となり得る。従って、電池に於ける入力制限（充電限界）を要因とする回生停止による制動力の急減を回避するために、電池に於ける充電限界に至る予兆となる状態を参照して、充電限界に至る前に回生量を漸減して車輪制動にすり替えられるようになっていることが好ましい。電池に於ける充電限界に至る予兆、換言すれば、電池の充電量の充電限界までの逼迫の度合として参照される状態としては、例えば、電池に於けるリチウムの析出量の増加やセル内の電解液からのガス発生による内圧の上昇が挙げられる。これらの状態を表わす指標値は、電池の状態を制御するコントローラから取得可能である。

かくして、本発明の主な課題は、モータによる回生協調制動を実施する電動車の制動制御に於いて、電池の入力制限に起因する回生の停止による車両全体の制動力の急減を回避するために、電池に於ける充電限界に至る予兆となる状態を参照して、充電限界に至る前に回生量を低減する構成を提供することである。

本発明によれば、上記の課題は、モータで駆動される車両の回生協調制動制御装置であって、前記車両に於ける要求制動力を決定する要求制動力決定手段と、前記モータの回生により充電される電池の充電量の充電限界までの逼迫度合を表わす充電逼迫指標値を検出する充電逼迫検出手段と、前記充電逼迫指標値に基づいて前記モータによる回生量の制限値を決定する回生制限値決定手段と、前記回生量の制限値を超えないように前記要求制動力以内の回生制動力を発生するよう前記モータによる回生量を制御する回生制御手段と、車輪に於ける摩擦制動力を前記要求制動力から前記回生量に対応する回生制動力を差し引いて得られる制動力となるように制御する摩擦制動制御手段とを含む装置によって達成される。

上記の構成に於いて、「モータで駆動される車両」とは、ハイブリッド車両、プラグインハイブリッド車両、燃料電池車、電気自動車を含む駆動用原動機としてモータが搭載されている電動車であってよい。「電池の充電量の充電限界」とは、電池に於ける充電可能な電力量の最大量であり、電池の充電量が充電限界に達するとモータによる回生が停止される。「充電逼迫指標値」とは、上記の如く、電池の充電量の充電限界までの逼迫の度合を表わす任意の指標値であってよく、具体的には、既に触れた如く、電極のリチウムの析出量やセル内圧であってよい。「車両に於ける要求制動力」は、ブレーキペダルの踏込み或いは車両で実行される任意の制動処理に基づいて車両全体にて要求される制動力である。「車輪に於ける摩擦制動力」は、車輪に摩擦力を付与して回転を制動する液圧式、空圧式或いは電磁式の制動装置により与えられる制動力である。

上記の如く、本発明の装置に於いては、モータの回生により充電される電池の充電量の充電限界までの逼迫の度合を表わす充電逼迫指標値を参照して、モータによる回生量の制限値が決定され、回生量がかかる制限値を超えないように制御され、そのようにして決定された回生量に応じて、要求制動力を達成するように車輪の摩擦制動力が制御されることとなる。かかる構成によれば、電池の充電量が充電限界に達して回生が停止される前に充電限界に対する逼迫の度合、即ち、充電限界までの余裕、に応じて回生量を調節し、それに対応して摩擦制動力を制御しておくことが可能となるので、電池の充電量が充電限界に達することによる回生の停止によって、制動力が急減してしまうといったことが回避できることとなる。また、電池の充電限界までの余裕に応じて回生量の調節が可能となるので、電池の部品を保護しながら、回生量が制限できることとなる。

実施の態様に於いて、モータの回生量の制限値は、充電逼迫指標値の表わす充電限界までの余裕が少なくなるほど、徐々に低減されてよい。これにより、電池の充電量が充電限界に達することを遅らせることが可能となり、また、電池の充電量が充電限界に達して回生の停止が為されるまでに要求制動力を達成する制動力を摩擦制動力にすり替えておき、制動力の急変を防止することも可能となる。なお、回生量の制限値は、典型的には、充電逼迫指標値だけではなく、モータ温度など、その他の要因も考慮して設定され、そのような場合も本発明の範囲に属することは理解されるべきである。

かくして、上記の本発明の装置によれば、モータによる回生を実施する車両に於いて、電池の充電量が充電限界に達する予兆を捉えておき、その予兆に応じて回生量の制限と摩擦制動へのすり替えを実施しておくことで、電池による出力制限を要因とした回生の停止による制動力の急変を防止することが可能となる。本発明の構成は、モータで駆動可能な任意の形式の車両に適用されてよい。

本発明のその他の目的及び利点は、以下の本発明の好ましい実施形態の説明により明らかになるであろう。

図１（Ａ）は、本実施形態による車両の制動制御装置が搭載される車両の模式図である。図１（Ｂ）は、本実施形態による車両の制動制御装置の構成をブロック図の形式にて表した図である。 図２（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、本実施形態の車両の制動制御装置に於いて、充電逼迫指標値として用いられるリチウム析出量、セル内圧に対して設定される回生制限量の変化を模式的にグラフの形式で表わした図である。 図３は、本実施形態の車両の制動制御装置に於ける制動力制御に関わる処理をフローチャートの形式に表した図である。

１０…車両、１２ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲ…車輪、２０…モータを含む駆動装置、２４…差動歯車装置、３０…電池、４０…制動装置、４４…ブレーキペダル、４５…マスタシリンダ、４６…油圧回路、４２ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲ…ホイールシリンダ、５０…電子制御装置

車両の構成
図１（Ａ）を参照して、本実施形態の車両の回生協調制動制御装置の好ましい態様の一つが組み込まれる自動車等の車両１０に於いては、通常の態様にて、左右前輪１２ＦＬ、１２ＦＲと、左右後輪１２ＲＬ、１２ＲＲと、駆動輪に制駆動力を発生する駆動装置２０と、車輪の舵角を制御するための操舵装置（図示せず）と、各輪に制動力を発生する制動装置（ブレーキ）４０とが搭載される。車両１０は、モータで駆動可能な任意の形式の電動車、例えば、ハイブリッド車両、プラグインハイブリッド車両、燃料電池車、電気自動車であってよい。従って、駆動装置２０は、原動機としてモータを用いたハイブリッド駆動装置又はモータ駆動装置であってよく、通常の態様にて、駆動時には、運転者によるアクセルペダル（図示せず）の踏込みに応答して駆動力が原動機から変速機若しくは動力分配機構等を経て、差動歯車装置２４を介して、駆動輪である前輪１２ＦＬ、１２ＦＲへ伝達され、制動時には、後述の如く、モータの回生によって駆動輪の回転エネルギーが電力に変換されて電池３０へ回収されるよう構成される（駆動輪は、後輪１２ＲＬ、１２ＲＲであってもよい。）。操舵装置は、通常の態様にて前輪１２ＦＬ、１２ＦＲを転舵するための構成であってよい。制動装置（摩擦制動装置）４０は、運転者によりブレーキペダル４４の踏込みに応答して作動されるマスタシリンダ４５に連通した油圧回路４６によって、各輪に装備をされたホイールシリンダ４２ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲ内のブレーキ圧、即ち、各輪に於ける制動力を制御するよう構成された通常の態様の電子制御式の油圧式制動装置であってよい（空気圧式又は電磁式であってもよい。）。そして、駆動装置２０、制動装置４０及び車両のその他の装置の作動は、電子制御装置５０によって制御される。電子制御装置５０は、通常の形式の、双方向コモン・バスにより相互に連結されたＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力ポート装置を有するコンピュータ及び駆動回路を含んでいてよい。後に説明される本実施形態の制動制御装置の各部の構成及び作動は、それぞれ、プログラムに従った電子制御装置５０の作動により実現されてよい。電子制御装置５０には、ブレーキペダル踏込み量θｂ、電池の各種の状態量など、後述の態様にて実行される本実施形態の制御のためのパラメータとして用いられる状態値が入力され、駆動装置２０、電池３０、制動装置４０への制御指令Ｃｄ、Ｃｅ、Ｃｂなどが出力される。車速は、各輪に設けられた車輪速センサの検出値を用いて任意の態様にて検出されてよい。

制駆動制御装置の構成
図１（Ｂ）を参照して、本実施形態による制動制御装置は、電子制御装置５０に於いて実現される。電子制御装置５０に於いて本実施形態による制動制御に関連する構成としては、具体的には、要求制動力決定部、回生量決定部、モータ制御部、摩擦制動制御部、回生制限設定部、充電逼迫指標値取得部、電池制御部が含まれる。各部について、より詳細には、まず、要求制動力決定部は、ブレーキペダルの踏込み量θｂ或いは任意の制動を伴う運転支援制御や走行制御からの要求に基づいて、任意の態様にて車両全体で発生させるべき制動力を要求制動力として決定するよう構成される。回生量決定部は、車両の制動時に要求制動力と後述の回生制限値とを参照してモータにより回生される電力を決定するよう構成される。モータ制御部は、車両の制動時に於いて、回生量決定部にて決定された回生電力にて駆動輪の回転エネルギーを電力に変換するようモータの回転を制御するよう構成される。摩擦制動制御部は、要求制動力からモータによる回生量に相当する回生制動力を差し引いて得られる制動力を摩擦制動で補填するように摩擦制動装置を作動するよう構成される。電池制御部は、電池の運転を制御するよう構成される。なお、電池制御部は、電極のリチウム析出量の推定値、セル内圧を任意の態様にて検出可能であり、それらの推定値又は検出値が電池の充電限界までの余裕の大きさを表わす指標値（充電逼迫指標値）として充電逼迫指標値取得部へ出力される。回生制限設定部は、充電逼迫指標値或いは更にその他のパラメータ（モータ温度など）を参照して回生量の制限値を設定するよう構成される。回生量の制限値は、逼迫指標値が大きくなるほど、低くなるように設定されてよい（図２参照）。

装置の作動
発明の概要の欄にて既に述べた如く、電動車の回生協調制動に於いて、電池の充電量が充電限界に達すると、回生制動が停止され、制動力が摩擦制動力へのすり替えが行われる。しかしながら、車輪の摩擦制動装置として典型的に用いられる流体圧式の制動装置では、制動力を瞬時に増大することは困難であるので、回生制動が急に停止すると、制動力の急減（制動抜け）が発生し得る。そこで、本実施形態では、電池の充電量が充電限界に達する前に、その予兆となる現象を表わす状態を参照して、充電限界までの充電量の逼迫の度合に応じて、回生制動を制限し、制動力の不足分の摩擦制動力による補填が行われる。かかる構成によれば、充電量が充電限界に達する時期を遅らせることができ、充電量が充電限界に達した時点で、制動力の摩擦制動力へのすり替えが十分に達成され、制動抜けを防止できることとなる。

充電量の充電限界までの逼迫の度合を表わす指標値としては、例えば、電極のリチウム析出量、或いは、セル内圧を用いることができる。電極のリチウム析出量とは、リチウムイオン電池が過充電されたときに負極表面に析出する金属リチウムの量であり、リチウム析出量が多いほど、充電限界までの余裕が小さい、即ち、充電量の充電限界までの逼迫の度合が大きいことを表わす。リチウム析出量は、電池制御部にて公知の態様にて推定される。セル内圧については、ニッケル水素電池に於いて、充電時の化学反応によるＨ_２ガスの発生により密閉されたセル内の圧力が上昇するので、セル内圧が高いほど、充電限界までの余裕が小さい、即ち、逼迫の度合が大きいことを表わすこととなる。セル内圧も電池制御部にて公知の態様にて検出される。そして、図２（Ａ）、（Ｂ）に描かれている如く、リチウム析出量又はセル内圧が高くなるほど、回生量の制限値は低くなるように設定されてよい。

車両の制動時の具体的な処理に於いては、図３を参照して、まず、ブレーキペダルの踏込み量θｂ又は任意の運転支援制御若しくは走行制御の要求に基づいて車両全体に発生させるべき制動力（要求制動力）が決定される（ステップ１）。そうすると、電池制御部から上記の充電逼迫指標値が取得され（ステップ２）、図２（Ａ）又は（Ｂ）の如く、充電逼迫指標値に基づいて、回生量の制限値が決定される（ステップ３）。典型的には、充電逼迫指標値が大きいほど、回生量の制限値が小さくなるように設定される。なお、既に述べた如く、回生量の制限値は、モータ温度など、充電逼迫指標値以外の任意のパラメータも総合的に考慮して適宜設定されてよい（ステップ２に於いて、回生量の制限値を決定するその他のパラメータの取得が実行されてよい。）。例えば、回生量の許容可能な最大値に、充電逼迫指標値が大きいほど小さくなる係数と、モータ温度が高いほど小さくなる係数等が乗ぜられるなどして、回生量の制限値が算出されてよい。しかる後、要求制動力と回生量の制限値とを参照して、回生量が決定される（ステップ４）。ここに於いて、回生量の制限値に対応する回生制動力が要求制動力より大きければ、実際の回生量は、それに対応する回生制動力が要求制動力となるように設定されてよい。一方、回生量の制限値に対応する回生制動力が要求制動力より小さければ、実際の回生量は、回生量の制限値に設定されてよい。そして、摩擦制動装置により与える摩擦制動力が、（要求制動力）－（実際の回生量に対応する回生制動力）により決定される（ステップ５）。ここで、回生制動力が要求制動力に設定されていれば、摩擦制動力は、０とされてよい。かくして、決定された回生量にて回生制御が実行され、決定された摩擦制動力が発生するように摩擦制動装置が制御される（ステップ６）。

上記の本実施形態によれば、電池に於ける充電限界に至る予兆となる状態を参照して、充電限界に至る前に回生量を低減しておき、摩擦制動へのすり替えを進めておくことができるので、電池の入力制限に起因する回生の停止による車両全体の制動抜けの防止が図られることとなる。

以上の説明は、本発明の実施の形態に関連してなされているが、当業者にとつて多くの修正及び変更が容易に可能であり、本発明は、上記に例示された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の概念から逸脱することなく種々の装置に適用されることは明らかであろう。

Claims (1)

1. モータで駆動される車両の回生協調制動制御装置であって、
   前記車両に於ける要求制動力を決定する要求制動力決定手段と、
   前記モータの回生により充電される電池の充電量の充電限界までの逼迫の度合を表わす充電逼迫指標値を検出する充電逼迫検出手段と、
   前記充電逼迫指標値に基づいて前記モータによる回生量の制限値を決定する回生制限値決定手段と、
   前記回生量の制限値を超えないように前記要求制動力以内の回生制動力を発生するよう前記モータによる回生量を制御する回生制御手段と、
   車輪に於ける摩擦制動力を前記要求制動力から前記回生量に対応する回生制動力を差し引いて得られる制動力となるように制御する摩擦制動制御手段
   とを含む装置。

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