JP3542158B2 - 電動車両の制動装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、バッテリをエネルギー源とするモータと、モータ及び駆動輪間に介在する自動変速機と、自動変速機の変速操作を制御する変速制御手段と、制動操作に基づいて駆動輪の回生制動を制御する回生制動制御手段とを備えた電動車両に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、かかる電動車両として、特開平5−292603号公報に記載されたものが公知である。この電動車両は、自動変速機の変速中に制動操作が行われた場合に、液圧制動のみを行って回生制動を行わず、変速終了後に徐々に回生制動力を増加させることによりショックの発生を防止している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のものは変速中に回生制動を行うことができないため、その間の制動力が低下する問題がある。
【0004】
そこで変速中に回生制動を行って制動力の低下を回避しようとすると、以下のような問題が発生する。即ち、シフトダウン時の変速ショックを軽減するには変速前に比べて変速後のモータ回転数を増加させる必要があるが、モータ回転数を増加させながら回生制動を行うことは不可能である。しかも、回生制動中の変速は減速中に行われるので殆どがシフトダウン操作であるため、回生制動力の抜けによる制動力の低下は頻繁に発生することになる。
【0005】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、回生制動を行う電動車両において変速中の制動力の低下を防止するとともに、変速中のショックの発生を防止することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電動車両の制動装置は、バッテリをエネルギー源とするモータと、モータ及び駆動輪間に介在する自動変速機と、自動変速機の変速操作を制御する変速制御手段と、制動操作に基づいて駆動輪の回生制動を制御する回生制動制御手段とを備えた電動車両において、前記変速制御手段が、制動操作に基づいて前記回生制動が実行されるときは必ず自動変速機の変速を禁止することを特徴とする。
【0007】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【0008】
図1〜図12は本発明の一実施例を示すもので、図1は電動車両の全体構成図、図2は制御系のブロック図、図3は差圧バルブの構造を示す図、図4は差圧バルブの特性及び回生制動力の特性を示すグラフ、図5は入力液圧に対する液圧制動力及び回生制動力の配分特性を示すグラフ、図6は入力液圧に対するブレーキペダルのストローク特性を示すグラフ、図7はメインルーチンのフローチャート、図8はメインルーチンのステップS3のサブルーチンのフローチャート、図9はモータトルクを求めるマップ、図10はメインルーチンのステップS4のサブルーチンのフローチャート、図11はモータ発生可能トルクを求めるマップ、図12はメインルーチンのステップS8のサブルーチンのフローチャートである。
【0009】
図1に示すように、この電動車両は駆動輪としての一対の前輪Wfと従動輪としての一対の後輪Wrとを備えた4輪車であって、前輪Wfはバッテリ1をエネルギー源とする電気モータ2に自動変速機(AT)3及びデフ4を介して接続される。バッテリ1とモータ2との間にはパワードライブユニット(PDU)5が介装され、バッテリ1によるモータ2の駆動を制御するとともに、回生制動に伴ってモータ2が発電する電力によるバッテリ1の充電を制御する。前記パワードライブユニット5と自動変速機3とはモータ・ATコントロールユニット6に接続され、このモータ・ATコントロールユニット6はブレーキコントロールユニット7に接続される。
【0010】
ブレーキペダル8により作動するマスタシリンダ9は、前輪Wfのブレーキキャリパ10f,10fと後輪Wrのブレーキキャリパ10r,10rとに接続される。マスタシリンダ9と前輪Wfのブレーキキャリパ10f,10fとを接続する液圧回路には、マスタシリンダ9からのマスタシリンダ液圧(入力液圧)PINを調整して所定のキャリパ液圧(出力液圧)POUT を前輪Wfのブレーキキャリパ10f,10fに伝達するための差圧バルブ11,11が介装される。
【0011】
図2を併せて参照すると明らかなように、マスタシリンダ9に連なる液圧回路に設けられてマスタシリンダ液圧PINを検出するマスタシリンダ液圧センサ12と、アクセルペダル16に設けられてアクセル開度THを検出するアクセル開度センサ13と、モータ2に設けられてモータ回転数NM を検出するモータ回転数センサ14と、バッテリ1に設けられてバッテリ電圧VBATTを検出するバッテリ電圧センサ15とがブレーキコントロールユニット7に接続される。ブレーキコントロールユニット7は前記マスタシリンダ液圧PIN、アクセル開度TH、モータ回転数NM 、バッテリ電圧VBATT及びモータ・ATコントロールユニット6から入力される自動変速機3のギヤレシオに基づいて、前記差圧バルブ11,11を制御する。
【0012】
また、モータ・ATコントロールユニット6はブレーキコントロールユニット7から入力される回生トルク指令及びシフト禁止信号に基づいて、自動変速機3及びパワードライブユニット5を制御する。
【0013】
図3に示すように、差圧バルブ11は、スプリング17で開弁方向に付勢された弁体18と、スプリング17のセット荷重を調整するリニアソレノイド19と、マスタシリンダ9側からブレーキシリンダ10f側への液圧の伝達を規制する一方向弁15とを備える。
【0014】
この差圧バルブ11によれば、リニアソレノイド19の消磁状態ではマスタシリンダ液圧(入力液圧)PINとキャリパ液圧(出力液圧)POUT とが一致するが、リニアソレノイド19を励磁して付勢力fS で弁体18を付勢した状態では、図4(A)にO→A→B→C→Oで示すようなヒステリシスを持つ入出力特性が得られる。
【0015】
即ち、入力液圧PINがO点からA点まで増加する間の出力液圧POUT はゼロであり、A点において弁体18が開弁すると、入力液圧PINの増加に伴って出力液圧POUT は、
POUT =PIN−fs/a
の関係で増加する。ここで、aは入力ポートの断面積である。そして、B点で入力液圧PINを減少させても弁体18は閉弁状態に保たれて出力液圧POUT は即座に減少せず、出力液圧POUT は入力液圧PINと一致するC点まで一定に保持される。そしてC点で一方向弁15が開弁すると出力液圧POUT と入力液圧PINとが一致し、出力液圧POUT は、
POUT =PIN
の関係を保ってO点まで減少する。このとき、増圧時と減圧時とのヒステリシスHは、
H=fs/a
により決定される。
【0016】
O点とA点との間の液圧差、即ち差圧バルブ操作量ΔP0 は前記ヒステリシスHに等しく、その値はリニアソレノイド19に流れる電流を制御することにより任意に設定することが可能である。
【0017】
従って、前輪Wfの回生制動を実行しない場合には、差圧バルブ11,11を消磁して開弁状態に保持し、入力液圧PINをそのまま出力液圧POUT として前輪Wfのブレーキキャリパ10f,10fに伝達する。その結果、ブレーキペダル8の踏力が増加するに伴って、前輪Wfのブレーキキャリパ10f,10fの制動力と後輪Wrのブレーキキャリパ10r,10rの制動力とは、何れもリニアに増加する(図5(A)参照)。
【0018】
一方、前輪Wfの回生制動を実行する場合には、差圧バルブ11,11を励磁して入力液圧PINに対する出力液圧POUT の特性を変化させることにより、前輪Wfのブレーキキャリパ10f,10fの制動力を一部制限し、その制限した制動力を前輪Wfの回生制動で補うことにより、トータルとしてブレーキペダル8の踏力に応じた前輪Wfの制動力を得ることができる(図5(B)参照)。
【0019】
以上、理解を容易にするために一般的な説明を行ったが、実際に本実施例においては、回生制動を実行する際に差圧バルブ11,11を制御して入力液圧PINに対する出力液圧POUT の特性を、図4(B)に示すように変化させている。
【0020】
即ち、ブレーキペダル8を踏み始めた初期において入力液圧PINが所定値P0 に達するまでは差圧バルブ11,11を励磁せずに開弁状態に保持し、O点→a点までは入力液圧PINをそのまま出力液圧POUT として伝達する。そして入力液圧PINが所定値P0 に達すると、図4(A)の場合と同様に差圧バルブ11,11を励磁することにより、O→a→b→c→d→eで示すような入出力特性を得ている。従って、ブレーキペダル8を踏み始めた初期は回生制動を行わずに、入力液圧PINをそのまま出力液圧POUT として前輪Wfのブレーキキャリパ10f,10fに伝達して液圧制動を行い、入力液圧PINが所定値P0 に達した後に差圧バルブ11,11で出力液圧POUT を遮断して前輪Wfの液圧制動力を制限し、その減少分を前輪Wfの回生制動で補うことになる。
【0021】
上述のように、液圧制動力と回生制動力とを併用する場合、ブレーキペダル8の踏力を増加または減少させる過程で液圧制動力と回生制動力との比率が変化するため、両制動力の総和が急変しないためには、回生制動力の大きさを図4(C)のように制御する必要がある。
【0022】
つまり、入力液圧PIN(即ち踏力)の増加に対して出力液圧POUT (即ち液圧制動力)が増加するO点〜a点の領域では回生制動力をゼロに保持し、入力液圧PINが増加しても出力液圧POUT が増加しないa点〜b点の領域では、踏力の増加に伴って回生制動力を増加させ、入力液圧PINの増加に対して出力液圧POUT が増加するb点〜c点の領域では回生制動力の増加を抑制し、入力液圧PINが減少しても出力液圧POUT が減少しないc点〜d点の領域では踏力の減少に伴って回生制動力を減少させ、入力液圧PINの減少に伴って出力液圧POUT が減少するd点〜O点の領域では、回生制動力をゼロに保持する必要がある。
【0023】
これにより、前輪Wfにおける液圧制動力と回生制動力との配分特性は図5(B)のようになり、回生制動を優先的に行ってエネルギーを効果的に回収し、回生制動力がリミットに達した後は液圧制動を付加して必要なトータル制動力を確保することができる。
【0024】
上記作用は、後からフローチャート及びグラフに基づいて詳述する。
【0025】
次に、ブレーキペダル8を踏み込んだ場合における該ブレーキペダル8のストロークの変化について説明する。
【0026】
一般に、ブレーキペダルを踏むことによりマスタシリンダが発生する液圧でブレーキキャリパを作動させるとき、該ブレーキキャリパの遊びにより制動初期の消費液量は大きくなり、前記遊びが無くなって制動力が増加するにつれて消費液圧量の増加は小さくなる。
【0027】
従って、図6に示すように、入力液圧PINの増加に伴って後輪Wrのブレーキキャリパ10r,10rの消費液量によるブレーキペダル8のストロークは、ラインL1 で示すように制動初期に大きくなる。このとき、差圧バルブ11,11を励磁して液圧回路を閉塞していれば、前輪Wfのブレーキキャリパ10f,10fの消費液量はゼロになるため、ブレーキペダル8のストロークはラインL1 に沿って変化する。また、差圧バルブ11,11を消磁して液圧回路を開放していれば、前輪Wfのブレーキキャリパ10f,10fの消費液量は最大になるため、ブレーキペダル8のストロークはラインL2 に沿って変化する。
【0028】
一方、本実施例に如く、入力液圧PINがゼロから次第に増加して所定値P0 に達するまで差圧バルブ11,11を消磁して液圧回路を開放し、入力液圧PINが所定値P0 に達したときに差圧バルブ11,11を励磁して液圧回路を閉塞すれば、ブレーキペダル8のストロークはラインL3 に沿って変化する。
【0029】
従って、回生制動から液圧制動に切り換えるべく差圧バルブ11,11を励磁状態から消磁状態に変化させて液圧回路を開放したとき、差圧バルブ11,11の特性を図4(A)のように制御した場合には、図6にS1 で示す大きなストローク変化が発生してブレーキフィーリングを損ねることになる。そこで、本実施例の如く差圧バルブ11,11の特性を図4(B)のように制御すれば、図6にS2 で示す小さなストローク変化しか発生しないことになり、ブレーキフィーリングを向上させることができる。
【0030】
上述のように、ブレーキキャリパ10f,10fの消費液量が大きい制動初期に一時的に液圧制動を行い、ブレーキキャリパ10f,10fの遊びによるストロークを吸収することにより、回生制動から液圧制動に切り換えたときのブレーキペダル8のストローク変化を最小限に抑えることが可能となる。
【0031】
尚、制動初期に一時的に液圧制動を用いることにより回生制動の開始が遅れ、図5(B)にαで示す分の回生制動力が減少してエネルギー回収率が低下するが、その減少分は極僅かなもので実質上問題とはならない。
【0032】
次に、上述した作用をフローチャートを参照しながら更に説明する。
【0033】
図7に示すメインルーチンのフローチャートにおいて、先ずステップS1でモータ・ATコントロールユニット6及びブレーキコントロールユニット7が作動可能な状態に初期設定される。このとき出力液圧POUT の値の初期値が図 4(B)に示す所定値P0 に設定される。続いてステップS2でマスタシリンダ液圧センサ12、アクセル開度センサ13、モータ回転数センサ14及びバッテリ電圧センサ15からブレーキコントロールユニット7にマスタシリンダ液圧PIN、アクセル開度TH、モータ回転数NM 及びバッテリ電圧VBATTが読み込まれる(図2参照)。
【0034】
ステップS3では、エンジンブレーキ(以下エンブレと略記する)相当回生制動力演算ルーチン(図8参照)により、内燃機関を駆動源とする車両のエンジンブレーキに相当するエンブレ相当回生制動力RTE の演算が行われる。
【0035】
ステップS4では、回生トルクリミット演算ルーチン(図10参照)により、各瞬間において発揮可能な回生制動力の制限値であるブレーキ操作時使用可能トルクRTLが、バッテリ1の状態やモータ2の状態に基づいて演算される。
【0036】
ステップS5で回生トルクリミット(ブレーキ操作時使用可能トルクRTL)の値がゼロであって回生制動を行えない場合、或いはステップS5で回生トルクリミットの値がゼロでなくとも、ステップS6でブレーキ液圧が所定値P0 に達していない場合(即ちブレーキペダル8を踏み始めた直後に対応する図4(B)のO点〜a点の領域)には、ステップS7において回生制動を禁止して油圧制動を実行すべく、キャリパ液圧(POUT )を所定値P0 に、差圧バルブ操作量(ΔP0 )をゼロに、回生トルク指令値(RT)をゼロに設定する。
【0037】
一方、ステップS5で回生トルクリミットの値がゼロでなく、且つステップS6でブレーキ液圧が所定値P0 に達している場合には、ステップS8において前輪Wfの液圧制動力を決定する差圧バルブ操作量が求められるとともに、前輪Wfの回生制動力を決定する回生トルク指令値が求められる。
【0038】
ステップS9では、前記ステップS8で演算したブレーキ操作量に相当する回生トルクRTB (後述)の値がゼロと比較され、RTB >0の場合には、ステップS10でブレーキコントロールユニット7からモータ・ATコントロールユニット6にシフト禁止信号が出力され、これにより自動変速機3の変速が禁止される。
【0039】
前述したようにブレーキ操作量に相当する回生トルクRTB の値がゼロ以上であって前輪Wfの回生制動が実行されるときに自動変速機3の変速が禁止されるので、換言すれば自動変速機3の変速が行われるときには前輪Wfの回生制動が実行されないので、変速時に回生制動を中止する必要がない。これにより、変速時における制動力の低下が防止されるだけでなく、ショックの発生が未然に防止される。
【0040】
而して、ステップS11で差圧バルブ11,11を制御することにより、所定の制動力で前輪Wfの液圧制動が実行され、ステップS12で回生指令値出力により前輪Wfの回生制動が実行される。
【0041】
次に、前述の図7のフローチャートのステップS3におけるエンブレ相当回生制動力演算ルーチンの具体的内容を、図8のフローチャート及び図9のマップに基づいて説明する。
【0042】
先ず、ステップS21において、モータ回転数NM 及びアクセル開度THに基づいてモータトルクTM が求められる。図9は前記モータトルクTM を求めるためのマップを示すもので、モータ回転数NM 及びアクセル開度THが決定されると、それに対応するモータトルクTM が関数fM (NN ,TH)で与えられる。そして、そのモータトルクTM の値は、縦軸原点よりも上方にある場合には駆動トルクとなり、原点よりも下方にある場合には回生トルクとなる。
【0043】
続くステップS22において、前記ステップS21で求めたモータトルクTM の正負が判断され、そのモータトルクTM が負であって回生制動が行われる場合には、ステップS23でエンブレ相当回生制動力RTE が−TM として設定される。一方、ステップS22でモータトルクTM が非負であって通常の駆動が行われる場合には、ステップS24でエンブレ相当回生制動力RTE がゼロに設定されるとともに、ステップS25で車軸トルク相当のモータ発生可能トルクRTLM がゼロに設定される。
【0044】
次に、前述の図7のフローチャートのステップS4における回生トルクリミット演算ルーチンの具体的内容を、図10のフローチャート及び図11のマップに基づいて説明する。
【0045】
先ず、ステップS31においてバッテリ電圧センサ15で検出したバッテリ電圧VBATTが所定値以上であるか否かが判断され、バッテリ電圧VBATTが所定値以上である場合には回生制動を行う必要がないため、ステップS35でブレーキ操作時使用可能トルクRTLをゼロとする。
【0046】
続くステップS32ではアクセル開度センサ13で検出したアクセル開度THがゼロであるか否かが判断され、アクセル開度THがゼロでない場合、即ちモータ2が駆動されている場合には回生制動が実行されないため、ステップS35でブレーキ操作時使用可能トルクRTLをゼロとする。
【0047】
前記ステップS31でバッテリ電圧VBATTが所定値未満であり、且つ前記ステップS32でアクセル開度THがゼロである場合、続くステップS33においてモータ2が発生可能なモータ発生可能トルクRTLM が、図11のマップとモータ回転数センサ14で検出したモータ回転数NM とから求められる。
【0048】
而して、ステップS34でおいて、ブレーキ操作時使用可能トルクRTLが、モータ発生可能トルクRTLM とエンブレ相当回生制動力RTE との差に自動変速機3のギヤレシオRTMを乗算することにより演算される。
【0049】
次に、差圧バルブ操作量、回生トルク決定ルーチンの具体的内容を、図12のフローチャートに基づいて説明する。
【0050】
先ず、ステップS41において、差圧バルブ操作量ΔP0 を、図10の回生トルクリミット演算ルーチンで求めたブレーキ操作時使用可能トルクRTLにトルク→液圧換算定数KP を乗算することにより演算する。
【0051】
続くステップS42では、図7のメインルーチンのステップS1で予めPOUT =P0 に初期設定されているため、ブレーキペダル8を踏んで入力液圧PINが所定値P0 を越えるとPIN≧POUT となってステップS43に移行する。ステップS43ではPF をPF =PIN−ΔP0 によって算出し、続くステップS45でPF とPOUT とを比較する。図4(B)のa点〜b点の領域ではPF の値はPOUT 以下であるため、ステップS45の答えはNOになってステップS47に移行する。
【0052】
ステップS47では差圧ΔPをPIN−POUT で算出する。このときa点〜b点の領域ではPOUT =P0 であるため、差圧ΔPはPIN−P0 に等しくなる。
【0053】
ブレーキペダル8を更に踏み込んでb点〜c点の領域に入ると、PF >POUT になるためにステップS45の答えがYESになり、ステップS46に移行してPOUT を前記ステップS43で演算したPF で置き換える。これにより、ステップS47で差圧ΔP=ΔP0 (一定値)となる。
【0054】
ブレーキペダル8の踏力即ちPINが減少するc点〜d点の領域に入ると、ステップS45の答えは再びNOになってステップS47に移行する。このときc点〜d点の領域では差圧ΔPはΔP0 からゼロまで減少する。
【0055】
ブレーキペダル8の踏力が更に減少してd点〜O点の領域に入ると、ステップS42の答えがNOになってステップS44に移行し、そこでPOUT の値がPINで置き換えられる。これによりステップS47で差圧ΔPはゼロになる。
【0056】
上述のようにして入力液圧PINと出力液圧POUT との差圧ΔPが求められると、ステップS48で差圧ΔP、液圧→トルク換算定数KT 及びギヤレシオRTMからブレーキ操作量に相当する回生トルクRTB が求められ、ステップS49でブレーキ操作量に相当する回生トルクRTB にエンブレ相当回生制動力RTE を加算することにより回生トルク指令値RTが求められる。
【0057】
而して、ステップS41で求めた差圧バルブ操作量ΔP0 に基づいて差圧バルブ11,11を操作することにより液圧制動力が制御され、またステップS49で求めた回生トルク指令値RTに基づいて回生制動力が制御される。
【0058】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、種々の設計変更を行うことが可能である。
【0059】
例えば、実施例では前輪Wfが駆動輪であり後輪Wrが従動輪である車両を例示したが、本発明は前輪Wfが従動輪であり後輪Wrが駆動輪である車両に対しても適用可能である。また、マスタシリンダ液圧センサ12でブレーキペダル8の操作量を間接的に検出する代わりに、ストロークセンサ等によりブレーキペダル8の操作量を直接検出することができる。
【0060】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、制動操作に基づいて駆動輪の回生制動が実行されるときは必ず自動変速機の変速が禁止されるので、変速中に回生制動を中止する必要がなくなって制動力の低下が回避されるばかりか、回生制動の中止に伴うショックの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】電動車両の全体構成図
【図2】制御系のブロック図
【図3】差圧バルブの構造を示す図
【図4】差圧バルブの特性及び回生制動力の特性を示すグラフ
【図5】入力液圧に対する液圧制動力及び回生制動力の配分特性を示すグラフ
【図6】入力液圧に対するブレーキペダルのストローク特性を示すグラフ
【図7】メインルーチンのフローチャート
【図8】メインルーチンのステップS3のサブルーチンのフローチャート
【図9】モータトルクを求めるマップ
【図10】メインルーチンのステップS4のサブルーチンのフローチャート
【図11】モータ発生可能トルクを求めるマップ
【図12】メインルーチンのステップS8のサブルーチンのフローチャート
【符号の説明】
1 バッテリ
2 モータ
3 自動変速機
6 モータ・ATコントロールユニット(変速制御手段)
7 ブレーキコントロールユニット(回生制動制御手段)
Wf 前輪(駆動輪)
Claims (1)
- バッテリ(1)をエネルギー源とするモータ(2)と、
モータ(2)及び駆動輪(Wf)間に介在する自動変速機(3)と、
自動変速機(3)の変速操作を制御する変速制御手段(6)と、
制動操作に基づいて駆動輪(Wf)の回生制動を制御する回生制動制御手段(7)と
を備えた電動車両において、
前記変速制御手段(6)は、制動操作に基づいて前記回生制動が実行されるときは必ず自動変速機(3)の変速を禁止することを特徴とする、電動車両の制動装置。
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