JP3687429B2

JP3687429B2 - 車両用制動力制御装置

Info

Publication number: JP3687429B2
Application number: JP22282599A
Authority: JP
Inventors: 浩一黒田; 逸朗村本; 欣高出口
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-08-05
Filing date: 1999-08-05
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2019-08-05
Also published as: JP2001054202A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用制動力制御装置に関し、特に、制動力の安定性を改善したものである。
【０００２】
【従来の技術】
走行駆動源にモーターを用いるハイブリッド自動車や電気自動車では、車両制動時にモーターにより回生制動を働かせ、走行エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリーに回収することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の車両では、制動時にバッテリーが満充電状態になるとそれ以上、回生制動を継続することができなくなり、回生制動力が消失して減速力が急に低下するという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、制動時の制動力を安定に供給することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の発明は、走行駆動源にモーターを用いる車両の制動力制御装置であって、モーターとの間で走行エネルギーの授受を行うエネルギー蓄積手段と、車両の現在位置と降坂路に関する情報を入手する情報入手手段と、降坂路における回生可能なエネルギー量を演算する回生可能エネルギー演算手段と、エネルギー蓄積手段で蓄積可能なエネルギー量を演算する蓄積可能量演算手段と、降坂路における回生可能なエネルギーをモーターにより回生してエネルギー蓄積手段に蓄積した場合に、降坂路の途中でエネルギー蓄積手段の蓄積量が最大になるか否かを判定する判定手段と、判定手段により降坂路の途中でエネルギー蓄積手段の蓄積量が最大になると判定された場合に、エネルギー蓄積手段で蓄積可能なエネルギー量と情報入手手段で入手した降坂路に関する情報とに基づいて、降坂路終点においてエネルギー蓄積手段の蓄積量が最大となるように降坂路で回収するエネルギー量を決定する回収エネルギー決定手段と、回収エネルギー決定手段で決定した回収エネルギー量に応じて降坂路におけるモーターの制動力を平均化する制御手段とを備える。
（２）請求項２の車両用制動力制御装置は、降坂路の勾配が変化する場合は勾配に応じて降坂路を複数の区間に区分し、回生可能エネルギー演算手段により各区間ごとに回生可能なエネルギー量を演算し、回収エネルギー決定手段により各区間ごとに回収エネルギーを決定するようにしたものである。
（３）請求項３の車両用制動力制御装置は、降坂路で車速変化が予測される場合は車速予測値に応じて降坂路を複数の区間に区分し、回生可能エネルギー演算手段により各区間ごとに回生可能なエネルギー量を演算し、回収エネルギー決定手段により各区間ごとに回収エネルギーを決定するようにしたものである。
（４）請求項４の車両用制動力制御装置は、降坂路の途中で車速が変化した場合は、回生可能エネルギー演算手段により現在地から降坂路終点までの回生可能なエネルギー量を演算し直すとともに、回収エネルギー決定手段により現在地から降坂路終点までの回収エネルギーを決定し直すようにしたものである。
（５）請求項５の車両用制動力制御装置は、エネルギー蓄積手段が複数の種類のエネルギー蓄積手段からなり、降坂路における回収エネルギーを複数種類のエネルギー蓄積手段に分散して蓄積するようにしたものである。
（６）請求項６の車両用制動力制御装置は、複数種類のエネルギー蓄積手段には、回収したエネルギーを熱エネルギーに変換して蓄積する熱エネルギー蓄積手段が含まれる。
【０００６】
上述した課題を解決するための手段の項では、説明を分かりやすくするために一実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が一実施の形態に限定されるものではない。
【０００７】
【発明の効果】
（１）請求項１の発明によれば、降坂路における回生可能なエネルギー量と、エネルギー蓄積手段に蓄積可能なエネルギー量とを演算し、降坂路でモーターにより回生可能なエネルギー量を回生してエネルギー蓄積手段に蓄積した場合に、降坂路途中でエネルギー蓄積手段の蓄積量が最大になるか否かを判定する。降坂路途中でエネルギー蓄積量が最大になる場合には、蓄積可能なエネルギー量と降坂路に関する情報とに基づいて降坂路終点においてエネルギー蓄積量が最大となるように降坂路で回収するエネルギー量を決定し、回収エネルギー量に応じて降坂路におけるモーターの制動力を平均化するようにしたので、降坂路全範囲において均一な回生制動力を得ることができ、降坂路の途中でエネルギー蓄積手段の蓄積量が最大になって回生制動力が消失し、減速力が急に低下するような事態を避けることができる。
（２）請求項２の発明によれば、降坂路の勾配が変化する場合は勾配に応じて降坂路を複数の区間に区分し、各区間ごとに回生可能なエネルギー量を演算するとともに、各区間ごとに回収エネルギーを決定するようにしたので、道路勾配に応じた回生制動力を得ることができ、降坂路の途中でエネルギー蓄積手段の蓄積量が最大になって回生制動力が消失し、減速力が急に低下するような事態を避けることができる。
（３）請求項３の発明によれば、降坂路で車速変化が予測される場合は車速予測値に応じて降坂路を複数の区間に区分し、各区間ごとに回生可能なエネルギー量を演算するとともに、各区間ごとに回収エネルギーを決定するようにしたので、車速に応じた回生制動力を得ることができ、従来のエンジンで走行する車両のエンジンブレーキ力と同等な降坂路の運転感覚を実現できる上に、降坂路の途中でエネルギー蓄積手段の蓄積量が最大になって回生制動力が消失し、減速力が急に低下するような事態を避けることができる。
（４）請求項４の発明によれば、降坂路の途中で車速が変化した場合は、現在地から降坂路終点までの回生可能なエネルギー量を演算し直すとともに、現在地から降坂路終点までの回収エネルギーを決定し直すようにしたので、降坂路の途中で車速が変化しても、車速に応じた回生制動力を得ることができ、従来のエンジンで走行する車両のエンジンブレーキ力と同等な降坂路の運転感覚を実現できる上に、降坂路の途中でエネルギー蓄積手段の蓄積量が最大になって回生制動力が消失し、減速力が急に低下するような事態を避けることができる。
（５）請求項５および請求項６の発明によれば、降坂路における回収エネルギーを、回収したエネルギーを熱エネルギーに変換して蓄積する熱エネルギー蓄積手段を含む複数種類のエネルギー蓄積手段に分散して蓄積するようにしたので、降坂路においてより多くの走行エネルギーを回収することができ、総合的な燃費を向上させることができる上に、回収したエネルギーを車両用空調装置などの補機類で効率よく利用することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明を、エンジンとモーターの両方またはいずれか一方の駆動力により走行するパラレル・ハイブリッド車両に適用した一実施の形態を説明する。なお、本発明はパラレル・ハイブリッド車両に限定されず、シリーズ・ハイブリッド車両や電気自動車にも適用することができる。
【０００９】
《発明の第１の実施の形態》
図１、図２に第１の実施の形態の構成を示す。図１において、太い実線は機械力の伝達経路を示し、細い実線は電力線を示す。また、細い破線は制御線を示す。
この車両のパワートレインは、モーター１、エンジン２、電磁クラッチ３、モーター４、無段変速機５、フットブレーキ装置６、および駆動輪７から構成される。なお、減速機、差動装置、および他方のブレーキと駆動輪の図示を省略する。エンジン２とモーター４との間にはクラッチ３が介装されており、モーター１の出力軸と、エンジン２の出力軸と、クラッチ３の入力軸とが互いに連結されるとともに、クラッチ３の出力軸と、モーター４の出力軸と、無段変速機５の入力軸とが互いに連結される。なお、ハイブリッド車両のパワートレインの構成はこの実施の形態に限定されない。
【００１０】
クラッチ３の締結時にはエンジン２のみ、またはエンジン２とモーター４が車両の推進源となり、クラッチ３の解放時にはモーター４のみが車両の推進源となる。エンジン２とモーター４のいずれか一方または両方の駆動力は動力伝達機構、すなわち無段変速機５、減速装置（不図示）および差動装置（不図示）を介して駆動輪７へ伝達される。無段変速機５には油圧装置９から圧油が供給され、ベルトのクランプと潤滑がなされる。油圧装置９のオイルポンプ（不図示）はモーター１０により駆動される。
【００１１】
モータ１，４，１０は三相同期電動機または三相誘導電動機である。通常、モーター１はエンジン２の始動と発電に用いられ、モーター４は車両の推進と発電制動に用いられる。モーター１０は油圧装置９のオイルポンプ駆動用である。なお、モーター１，４，１０には交流機に限らず直流電動機を用いることもできる。
【００１２】
クラッチ３はパウダークラッチであり、伝達トルクを調節することができる。なお、このクラッチ３に乾式単板クラッチや湿式多板クラッチを用いることもできる。無段変速機５はベルト式やトロイダル式などの無段変速機であり、変速比を無段階に調節することができる。フットブレーキ装置６はブレーキペダルの踏み込み力に応じた制動力を発生する。
【００１３】
モーター１，４，１０はそれぞれインバーター１１，１２，１３により駆動される。インバーター１１〜１３は共通のＤＣリンク１４を介してメインバッテリー１５に接続されており、メインバッテリー１５の直流充電電力を交流電力に変換してモーター１，４，１０へ供給するとともに、モーター１，４の交流発電電力を直流電力に変換してメインバッテリー１５を充電する。なお、インバーター１１〜１３は互いにＤＣリンク１４を介して接続されているので、回生運転中のモーターにより発電された電力をメインバッテリー１５を介さずに直接、力行運転中のモーターへ供給することができる。メインバッテリー１５には、リチウム・イオン電池、ニッケル・水素電池、鉛電池などの各種電池や、電機二重層キャパシターいわゆるパワーキャパシターを用いることができる。
【００１４】
コントローラー１６は、マイクロコンピューターとその周辺部品や各種アクチュエータなどを備え、エンジン２の回転速度や出力トルク、クラッチ３の伝達トルク、モーター１，４，１０の回転速度や出力トルク、無段変速機５の変速比、ブレーキ６の制動力などを制御する。
【００１５】
コントローラー１６には、図２に示すように、キースイッチ２０、セレクトレバースイッチ２１、アクセル開度センサー２２、ブレーキスイッチ２３、車速センサー２４、バッテリー温度センサー２５、バッテリーＳＯＣ検出装置２６、エンジン回転センサー２７、スロットル開度センサー２８が接続される。
【００１６】
キースイッチ２０は車両のキーがON位置またはSTART位置に設定されるとオン（閉路）する。セレクトレバースイッチ２１はパーキングＰ、ニュートラルＮ、リバースＲ、ドライブＤの各スイッチを備え、車両のセレクトレバー（不図示）の設定位置に応じたスイッチがオンする。アクセル開度センサー２２はアクセルペダル（不図示）の踏み込み量を検出し、ブレーキスイッチ２３はブレーキペダル（不図示）の踏み込み状態を検出する。車速センサー２４は車両の走行速度を検出し、バッテリー温度センサー２５はメインバッテリー１５の温度を検出する。また、バッテリーＳＯＣ検出装置２６はメインバッテリー１５の充電状態ＳＯＣを検出し、エンジン回転センサー２７はエンジン２の回転速度を検出する。さらに、スロットル開度センサー２８はエンジン２のスロットルバルブ開度を検出する。
【００１７】
コントローラー１６にはまた、エンジン２の燃料噴射装置３０、点火装置３１、バルブタイミング調整装置３２、スロットルバルブ調整装置３３、ナビゲーション装置３４、走行履歴記録装置３５、補助バッテリー３６が接続される。コントローラー１６は燃料噴射装置３０を制御してエンジン２への燃料の供給と停止および燃料噴射量を調節するとともに、点火装置３１を制御してエンジン２の点火を行い、バルブタイミング調整装置３２を制御してエンジン２の吸気バルブの閉時期を調節する。コントローラー１６はさらに、スロットルバルブ調整装置３３を制御してエンジン２のトルクを調節するとともに、インバーター１１、１２、１３を制御してモーター１、４、１０のトルクと回転速度を調節する。
【００１８】
ナビゲーション装置３４は、ＧＰＳ受信機により現在地を検出する衛星航法装置と、ジャイロコンパスなどにより走行経路を検出する自立航法装置と、ビーコン受信機により交通情報や道路情報を受信する路車間通信装置（ＶＩＣＳやＦＭ多重放送など）と、道路地図データベースとを備え、目的地までの経路を探索するとともに、探索経路上の道路状況を検出する。走行履歴記録装置３５は、走行経路の道路状況と運転者ごとの走行パターンを記録する。補助バッテリー３６はコントローラー１６などの制御機器へ電源を供給する。
【００１９】
図３は、降坂路におけるバッテリーＳＯＣの変化（ａ）とエネルギー回生量（回生仕事率）（ｂ）を示す。図３を参照して第１の実施の形態の制動力制御を説明する。
エンジンのみの駆動力により走行する従来のエンジン車両では、降坂路でアクセルペダルを開放するとエンジンブレーキが作動する。ハイブリッド車両においても、降坂路におけるアクセル解放時に従来のエンジン車両と同様な運転感覚を実現するために、モーターを回生運転して回生制動力を発生させる。
ところが、降坂路の途中でバッテリーが満充電状態になると、それ以上、モーターの回生運転を継続することができなくなり、回生制動力が消失して減速力が急に低下し、車速が増加することもある。
【００２０】
そこで、この第１の実施の形態では、ナビゲーション装置３４および走行履歴記録装置３５から降坂路に関する情報を入手し、降坂路の終点でバッテリーが満充電状態となるように、降坂路全範囲における回生制動力を平均化する。降坂路の始点においてすでにバッテリーが満充電に近い状態にある場合には、平均化される降坂路全範囲の回生制動力は小さくなるが、少なくとも降坂路の途中でバッテリーが満充電状態となり、回生制動力が消失して減速力が急に低下し、車速が増加するような事態は避けられる。
【００２１】
降坂路における回生可能な仕事率ｗ１[kw]は次式で求められる。
【数１】
ｗ１＝Ｆ・vsp，
Ｆ＝μ・Ｍ・ｇ＋（ρ・Ｃd・Ａ・vsp²）／２＋Ｍ・acc＋Ｍ・ｇ・sinθ
ここで、μは転がり抵抗係数、Ｍは車重[kg]、ｇは重力加速度[m/s²]、ρは空気密度[kg/m³]、Ｃdは空気抵抗係数、Ａは前影投影面積[ｍ²]、vspは車速センサー２４による車速検出値[m/s²]、accは車両の加速度[m/s²]、θは降坂路の勾配[rad]である。
【００２２】
また、降坂路の始点または途中における現在のメインバッテリー１５の充電可能な仕事量（充電可能容量）ｗｂ[kwh]は次式で求められる。
【数２】
ｗｂ＝Ｂｃ・（ＳＯＣulim−ＳＯＣ）／１００
ここで、Ｂｃはメインバッテリー１５の定格容量[kwh]、ＳＯＣulimは通常使用時のＳＯＣの上限値[％]、ＳＯＣはバッテリーＳＯＣ検出器２６による検出値である。
【００２３】
降坂路における回生可能な仕事率ｗ１をすべてモーター４で回生し、メインバッテリー１５を充電するものとすると、メインバッテリー１５が満充電になるまでの所要時間ｔ１[sec]は次式で得られる。
【数３】
ｔ１＝ｗｂ／ｗ１／３６００
【００２４】
ナビゲーション装置３４および走行履歴記録装置３５から得た降坂路の終点までの距離Ｌ[km]と車速vsp[km/h]とから、降坂路の通過に要する時間ＴＬ[sec]は次式で求められる。
【数４】
ＴＬ＝Ｌ／vsp／３６００
【００２５】
降坂路の通過時間ＴＬがメインバッテリー１５が満充電状態になるまでの時間ｔ１より長いと、図３に示すように降坂路の途中でメインバッテリー１５が満充電状態になり、回生制動力が消失して急に減速力が低下する。この第１の実施の形態では、降坂路の終点でメインバッテリー１５が満充電状態となるように、降坂路全範囲における回生制動力を平均化する。降坂路通過時間ＴＬ[sec]の間にメインバッテリー１５の充電可能容量ｗｂ[kwh]を充電し、降坂路の終点で満充電状態にするための実際の回生仕事率ｗ１’[kw]は、次式で求められる。
【数５】
ｗ１’＝Ｗｂ／ＴＬ／３６００
【００２６】
モーター４で降坂路の始点から終点までこの仕事率ｗ１’[kw]の回生運転を行うことによって、降坂路全範囲において均一な回生制動力を得ることができ、降坂路の途中でメインバッテリー１５が満充電状態になって回生制動力が消失し、減速力が急に低下するような事態が避けられる。
【００２７】
図４は、降坂路の途中に道路勾配や走行速度の変化があって回生可能な仕事率ｗ１〜ｗｎが変化する場合の、メインバッテリー１５への実際の回生仕事率ｗ１’〜ｗｎ’の決定方法を示す。
まず、ナビゲーション装置３４から得た勾配（ｂ）などの降坂路に関する情報や、走行履歴記録装置３５に記録されている走行経路や道路種別ごとの過去の平均的な速度パターンなどに基づいて、降坂路を複数の区間に区分し、各区間の走行速度パターン（ａ）を予測する。そして、各区間における回生可能な仕事率ｗ１〜ｗｎを上記数式１により求める。
【００２８】
各区間におけるメインバッテリー１５への実際の回生仕事率ｗ１’〜ｗｎ’を、各区間の回生可能な仕事率ｗ１〜ｗｎに応じて決定するものとすると、
【数６】
ｗ１／ｗ１’＝ｗ２／ｗ２’＝・・・＝ｗｎ／ｗｎ’
また、メインバッテリー１５の充電可能な容量ｗｂ[kwh]は、各区間における充電可能な容量の総和であるから、
【数７】
ｗｂ＝ｗ１’・ｔ１＋ｗ２’・ｔ２＋・・・＋ｗｎ’・ｔｎ
したがって、各区間におけるメインバッテリー１５への実際の回生仕事率ｗｎ’（ｎ＝１，２，・・）を次式で求めることができる。
【数８】
ｗｎ’＝ｗｎ・ｗｂ／（ｗ１・ｔ１＋ｗ２・ｔ２＋・・・＋ｗｎ・ｔｎ）
【００２９】
このように、降坂路の途中に道路勾配や走行速度の変化があって回生可能な仕事率が変化する場合には、道路勾配や走行速度に応じて降坂路を複数の区間に区分し、降坂路の終点においてメインバッテリー１５が満充電状態になるように、各区間ごとの回生可能な仕事率に応じてメインバッテリー１５への実際の回生仕事率を決定するようにしたので、道路勾配や走行速度に応じた回生制動力を得ることができ、降坂路の途中でメインバッテリー１５が満充電状態になって回生制動力が消失し、減速力が急に低下するような事態が避けられる。
【００３０】
図５は、降坂路の途中に道路勾配や走行速度の変化があって回生可能な仕事率ｗ１〜ｗｎが変化する場合の、メインバッテリー１５への実際の回生仕事率ｗ１’〜ｗｎ’の他の決定方法を示す。
まず、上述した図４に示す場合と同様に、ナビゲーション装置３４から得た勾配などの降坂路に関する情報や、走行履歴記録装置３５に記録されている走行経路や道路種別ごとの過去の平均的な速度パターンなどに基づいて、降坂路を複数の区間に区分し、各区間の走行速度パターンを予測する。また、各区間における回生可能な仕事率ｗ１〜ｗｎを上記数式１により求める。さらに、降坂路の回生可能な仕事率の平均値ｗａを次式により求める。
【数９】
ｗａ＝ｗｂ／（ｔ１＋ｔ２＋・・・＋ｔｎ）／３６００
【００３１】
次に、区間ｎのように、回生可能な仕事率ｗｎが平均値ｗａ以下の場合は、回生可能な仕事率ｗｎをそのままメインバッテリー１５へ実際に回生するものとする。また、区間１のように回生可能な仕事率ｗ１が平均値ｗａより大きい場合は、区間ｎの斜線部のような実際の回生仕事率ｗｎと平均値ｗａとの差分を考慮した仕事率ｗｎ’をメインバッテリー１５へ回生する。すなわち、
【数１０】
ｗｎ’＝ｗａ＋｛（ｗａ−ｗn1）・ｔn1＋・・・＋（ｗａ−ｗnn）・ｔnn｝／（ｔm1＋・・・＋ｔmn）
ここで、ｎ１〜ｎｎは回生可能な仕事率が平均値ｗａ以下の区間の番号を示し、ｍ１〜ｍｎは回生可能な仕事率が平均値ｗａより大きい区間の番号を示す。
【００３２】
このように、各区間ごとのメインバッテリー１５への実際の回生仕事率ｗｎ’（ｎ＝１，２，・・）を決定することによって、上述した図４に示す場合と同様に、道路勾配や走行速度に応じた回生制動力を得ることができ、降坂路の途中でメインバッテリー１５が満充電状態になって回生制動力が消失し、減速力が急に低下するような事態が避けられる。
【００３３】
図６は、降坂路における制動力制御プログラムを示すフローチャートである。このフローチャートにより、第１の実施の形態の動作を説明する。
コントローラー１６は、所定時間ごとにこの制動力制御プログラムを実行する。ステップ１において、ナビゲーション装置３４および走行履歴記録装置３５から現在地周辺の道路データを読み込み、現在地が降坂路の開始地点であるかどうかを確認する。また、すでに現在地が降坂路の途中にあって、走行速度が所定値、例えば１０km/h以上変化したかどうかを確認する。現在地が降坂路の始点にあるか、または降坂路の途中で走行速度が所定値以上変化した場合はステップ２へ進み、いずれにも該当しない場合は処理を終了する。
【００３４】
ステップ２では、数式１により降坂路における回生可能な仕事率ｗ１[kw]を求め、さらに、数式２により現在のメインバッテリー１５の充電可能な仕事量ｗｂ[kwh]を求める。そして、降坂路における回生可能な仕事率ｗ１[kw]をすべてモーター４で回生し、メインバッテリー１５を充電するものとした場合の、メインバッテリー１５が満充電になるまでの所要時間ｔ１[sec]を数式３により求める。
【００３５】
ステップ３で、ナビゲーション装置３４および走行履歴記録装置３５から得た降坂路に関する情報の中から降坂路の終点までの距離Ｌ[km]を読み込み、続くステップ４で、車速センサー２４により検出した走行速度vsp[km/h]と降坂路終点までの距離Ｌ[km]とに基づいて、数式４により降坂路終点までの所用時間ＴＬ[sec]を求める。そして、ステップ５において、回生可能な仕事率ｗ１をすべてメインバッテリー１５へ回生する場合の満充電になるまでの時間ｔ１[sec]と、降坂路終点までの所要時間ＴＬ[sec]とを比較する。満充電までの時間ｔ１が降坂路所要時間ＴＬ以上長い場合は、降坂路における回生可能な仕事率ｗ１をすべて回生しても、降坂路途中でメインバッテリー１５が満充電状態になることはないので、ステップ９へ進む。ステップ９では、降坂路における回生可能な仕事率ｗ１をすべて回生するようにインバーター１２を制御し、モーター４を回生運転する。
【００３６】
一方、満充電までの時間ｔ１が降坂路所要時間ＴＬより短い場合は、降坂路の途中でメインバッテリー１５が満充電になってしまうので、回生可能な仕事率ｗ１をすべて回生せずに、メインバッテリー１５へ回生する仕事率を決定するためにステップ６へ進む。ステップ６では、ナビゲーション装置３４および走行履歴記録装置２５から降坂路に関する情報を読み込み、途中に勾配の変化、あるいは走行速度の変化の要因となる渋滞や、道路の種別、幅員、車線数および曲率などの有無を確認する。勾配変化や走行速度変化の要因がある場合はステップ８へ進み、勾配の変化もなく一定速度で走行できる場合はステップ７へ進む。
【００３７】
勾配の変化もなく一定速度で走行できる場合は、図３により説明した方法によりメインバッテリー１５の実際の回生仕事率ｗ１’を求める。すなわち、ステップ７で、現時点でメインバッテリー１５を充電可能な仕事量ｗｂ[kwh]と降坂路終点までの所要時間ＴＬ[sec]に基づいて、数式５により降坂路の終点で満充電とする実際の回生仕事率ｗ１’を求める。そして、ステップ９ヘ進み、回生仕事率ｗ１’を回生するようにインバーター１２を制御し、モーター４を回生運転する。
【００３８】
一方、勾配変化や走行速度変化の要因がある場合は、降坂路途中での道路勾配や走行速度の変化により回生可能な仕事率が変化するので、図４または図５により説明した方法により区間ごとのメインバッテリー１５の実際の回生仕事率ｗｎ’（ｎ＝１，２，・・）を求める。すなわち、ステップ８で、道路勾配や走行速度に応じて降坂路を複数の区間に区分し、降坂路の終点においてメインバッテリー１５が満充電の状態になるように、数式６〜８（図４の方法）または数式９〜１０（図５の方法）により、各区間ごとの回生可能な仕事率に応じてメインバッテリー１５への実際の回生仕事率ｗｎ’（ｎ＝１，２，・・）を決定する。そして、ステップ９ヘ進み、回生仕事率ｗ１’を回生するようにインバーター１２を制御し、モーター４を回生運転する。
【００３９】
なお、上述した第１の実施の形態では、降坂路においてモーター４による回生制動力のみにより走行する例を示したが、メインバッテリー１５へ実際に回生できる仕事率が少なくても道路勾配や走行速度に応じた制動力を確保するために、車両の加速度が所定の加速度以内、例えば０．０６Ｇ以内になるように無段変速機５の変速比を制御することによってエンジン２による制動力でアシストするようにしてもよい。
【００４０】
《発明の第１の実施の形態の変形例》
降坂路における回生可能な仕事率をすべて回生できない場合に、余剰分の回生仕事率を熱エネルギーに変換してアキュームレーターに蓄熱し、蓄熱した熱エネルギーを車両用空調装置において利用するようにした変形例を説明する。
【００４１】
図７は変形例の構成を示す。なお、図１に示す機器と同様な機器に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。
コンプレッサー４１はエンジン２の出力軸に連結され、車両用空調装置の圧縮冷凍サイクル（不図示）を循環する冷媒を圧縮または膨張させる。また、熱交換器４２は冷媒とアキュームレーター４３との間で熱交換を行う。さらに、アキュームレーター４３は蓄熱材を備え、冷熱または温熱を蓄積する。
【００４２】
図６のステップ７またはステップ８において、降坂路における回生可能な仕事率ｗ１と、メインバッテリー１５への実際の回生仕事率ｗ１’またはｗｎ’との差分の仕事率（ｗ１−ｗ１’）または（ｗ１−ｗｎ’）をコンプレッサー４１と熱交換器４２により熱エネルギーに変換し、アキュームレーター４３へ蓄える。
【００４３】
このように、降坂路における余剰分の回生可能な仕事率を熱エネルギーに変換してアキュームレーターに蓄積し、車両用空調装置に利用するようにしたので、降坂路における回生可能なエネルギーをより多く回収することができ、燃費を総合的に向上させることができる。
【００４４】
なお、この変形例では余剰分の回生仕事率を熱エネルギーに変換してアキュームレーターに蓄熱する例を示したが、余剰分の回生仕事率を蓄積するためのエネルギー蓄積手段はこの変形例に限定されない。
【００４５】
《発明の第２の実施の形態》
エンジンのみの駆動力により走行する従来のエンジン車両では、カーブや信号機設置場所などの減速が必要な場所（以下、単に減速場所と呼ぶ）では、アクセルペダルを開放してエンジンブレーキをかけるとともに、必要に応じてブレーキペダルを踏み込んでフットブレーキをかけている。ハイブリッド車両においても、カーブや信号機の手前のアクセル解放時に従来のエンジン車両と同等な運転感覚を実現するため、モーターを回生運転して回生制動力を発生させるとともに、ブレーキペダルが踏み込まれた時にはフットブレーキも作動させる。
【００４６】
ところがこの時、メインバッテリーの充電可能容量が少なく充分な回生能力がないと、回生制動力が不足したり、制動途中でメインバッテリーが満充電状態になって回生制動力が消失することがある。そこで、カーブや信号機設置場所などの減速場所において、メインバッテリーの充電可能容量に応じたモーターの回生制動力だけでは制動力が不足する場合に、エンジンブレーキにより不足分を補うとともに、ブレーキペダルが踏み込まれたらさらにフットブレーキを作動させるようにした第２の実施の形態を説明する。なお、この第２の実施の形態の構成は図１および図２に示す構成と同様であり、説明を省略する。
【００４７】
ナビゲーション装置３４および走行履歴記録装置３５から走行道路に関する情報を読み出し、カーブまたは信号機までの距離Ｌc[ｍ]とカーブの曲率半径Ｒc[ｍ]を求める。カーブの場合は、例えば図８に示す官能評価実験で得られたカーブ曲率半径Ｒc[ｍ]に対するカーブ通過車速Ｖc[km/h]の相関関係に基づいて、曲率半径Ｒcに対応する通過車速Ｖcを推定する。なお、カーブの通過車速Ｖcの推定方法はこの実施の形態に限定されない。一方、走行道路の先に信号機がある場合は、信号機が”赤”の時は停車しなければならないので、通過車速Ｖcを０とする。
【００４８】
次に、現在地からカーブまたは信号機まで到達するのに要する時間ｔｃ[sec]は、現在地の車速vsp[km/h]とカーブの通過車速Ｖc[km/h]（信号機の場合はＶc＝０）とに基づいて次式により求められる。
【数１１】
ｔｃ＝２・Ｌc／（vsp＋Ｖc）
【００４９】
また、通過車速Ｖc[km/h]と、カーブまたは信号機までの距離Ｌc[ｍ]および到達所要時間ｔc[sec]と、現在の車速vsp[km/h]とに基づいて、カーブまたは信号機の通過車速Ｖcまで車両を減速するのに必要な制動トルクＴd[Nm]を求める。この制動トルクＴdは車両が受ける抵抗、すなわち転がり抵抗、空気抵抗、加速抵抗および勾配抵抗との釣り合いの式を用いて求める。
【数１２】
Ｆ＝μ・Ｍ・ｇ＋（ρ・Ｃd・Ａ・vsp²）／２＋acc・Ｍ＋Ｍ・ｇ・sinθ，
Ｔd＝Ｆ・ｒ／ＧＲ／η，
acc＝（Ｖc−vsp）／ｔc
ここで、ｒは駆動輪７の半径[ｍ]、ＧＲは無段変速機５の変速比、減速機（不図示）の減速比および差動装置（不図示）の減速比を合成した合成減速比、ηは無段変速機５、減速機および差動装置の伝達効率である。
【００５０】
さらに、現時点におけるメインバッテリー１５の充電可能な仕事量（充電可能容量）ｗｂ[kwh]は数式２により得られるから、現在地から減速場所までの所要時間ｔｃに、メインバッテリー１５への電力回生によってモーター４で発生可能な制動トルクＲd[Nm]は次式により求められる。
【数１３】
Ｒd＝６０・ｗｂ・ＧＲ・η／（２π・１０００・ｔｃ・εin・Ｎa）
ここで、εinはメインバッテリー１５の充電効率であり、Ｎaはモーター４の回転速度[rpm]である。
【００５１】
そして、カーブまたは信号機設置場所などの減速場所までに車両を減速するのに要する制動トルクＴd[Nm]と、モーター４により回生可能な制動トルクＲd[Nm]とを比較し、回生可能な制動トルクＲdが所要制動トルクＴd以上の場合はモーター４による回生制動により減速する。一方、回生可能な制動トルクＲdが所要制動トルクＴdより小さい場合は、モーター４による回生制動で不足する制動力（Ｔd−Ｒd）を、無段変速機５の変速比を調節してエンジンブレーキにより補う。
【００５２】
図９は、エンジン２のスロットルバルブ全閉時の回転数Ｎe[rpm]に対するブレーキトルクＴe[Nm]の特性を示す。
コントローラー１６は、燃料噴射装置３０、点火装置３１、バルブタイミング調整装置３２およびスロットルバルブ調整装置３３を制御して、エンジン２から次式を満たすエンジンブレーキトルクＴe[Nm]を出力させる。
【数１４】
（Ｔd−Ｒd）＝Ｔe・ＧＲ・η
【００５３】
なお、カーブまたは信号機設置場所などの減速場所でブレーキペダルが踏み込まれた場合は、乗員の制動意志を優先するため、モーター４とエンジン２による制動力に加え、ブレーキペダルの踏み込み力に応じた制動力をフットブレーキ装置６により発生させる。
【００５４】
このように、ナビゲーション装置３４および走行履歴記録装置３５からカーブや信号機設置場所などの減速が必要な場所の情報を入手し、減速場所へ到達するまでに車両を減速するのに要する所要制動トルクＴdを演算するとともに、メインバッテリー１５の充電可能容量ｗｂに基づいて車両減速時にモーター４からメインバッテリー１５へ回収可能な回生制動力を演算し、減速場所へ到達するまで車両を減速する時に、所要制動トルクＴdが回生制動トルクＲd以下の場合はモーター４により所要制動トルクＴdを発生させ、所要制動トルクＴdが回生制動トルクＲdを越える場合はモーター４により回生制動力を発生させるとともに、エンジン２により所要制動トルクＴdが回生制動トルクＲdを越えた分の制動トルク（Ｔd−Ｒd）を発生させるようにしたので、減速場所へ到達するまでの間、安定な制動力を供給することができ、減速途中でメインバッテリー１５が満充電状態になって回生制動力が消失し、減速力が急に低下するような事態が避けられる。
【００５５】
図１０は、カーブや信号機設置場所などの減速場所での制動力制御プログラムを示すフローチャートである。このフローチャートにより、第２の実施の形態の動作を説明する。
コントローラー１６は、所定時間ごとにこの制動力制御プログラムを実行する。ステップ１１において、アクセル開度センサー２２によりアクセルペダルが開放されているかどうかを検出し、アクセルペダルが踏み込まれている場合は乗員に加速意志があると判断してこの制動力制御プログラムの実行を終了する。アクセルペダルが開放されている時はステップ１２へ進み、ナビゲーション装置３４および走行履歴記録装置３５から入手した走行道路に関する情報に基づいて、所定距離、例えば３００ｍ前方にカーブまたは信号機などの減速場所があるかどうかを確認する。この実施の形態では、曲率半径Ｒc[ｍ]が所定値、例えば１００ｍ以下のカーブだけをカーブとして扱う。減速場所がない場合はこの制動力制御プログラムの実行を終了する。
【００５６】
一方、アクセルペダルが開放され、且つ、走行道路の先にカーブまたは信号機などの減速場所がある場合はステップ１３へ進み、上述したようにカーブの曲率半径Ｒc[ｍ]に応じて通過車速Ｖc[km/h]を推定する。なお、走行道路の先に信号機がある場合は通過車速Ｖcを０とする。続くステップ１４では、通過車速Ｖc[km/h]と、カーブまたは信号機などの減速場所までの距離Ｌc[ｍ]と、現在の車速vsp[km/h]とに基づいて、減速場所における通過車速Ｖcまで車両を減速するのに必要な制動トルクＴd[Nm]を数式１１および数式１２により求める。
【００５７】
ステップ１５では、バッテリーＳＯＣ検出器２６によりメインバッテリー１５のＳＯＣを検出し、続くステップ１６で、現在のメインバッテリー１５の充電可能な仕事量（充電可能容量）ｗｂ[kwh]を数式２により演算する。そしてステップ１７で、現在地から減速場所へ到達するまでのｔｃ時間に、メインバッテリー１５への電力回生によってモーター４で発生可能な制動トルクＲd[Nm]を数式１３により求める。
【００５８】
ステップ１８において、減速場所における通過車速Ｖcまで車両を減速するための所要制動トルクＴd[Nm]と、メインバッテリー１５の充電可能容量ｗｂ[kwh]により決まるモーター４の発生可能な制動トルクＲd[Nm]とを比較する。減速するための所要制動トルクＴdがモーター４の発生可能な制動トルクＲd以下の場合は、モーター４の回生制動トルクＲdだけで減速場所の通過車速Ｖcまで車両を減速することができるので、ステップ２０へ進む。ステップ２０では、インバーター１２を制御してモーター４から所要制動トルクＴd[Nm]を発生させる。
【００５９】
一方、減速するための所要制動トルクＴdがモーター４の発生可能な制動トルクＲdより大きい場合は、ステップ１９へ進む。ステップ１９では、所要制動トルクＴd[Nm]の内、Ｒd[Nm]をインバーター１２を制御してモーター４の回生制動により発生させ、不足分（Ｔd−Ｒd）[Nm]を、燃料噴射装置３０、点火装置３１、バルブタイミング調整装置３２およびスロットルバルブ調整装置３３を制御してエンジン２から出力させる。なお、不足分（Ｔd−Ｒd）[Nm]が、無段変速機５の変速比により決まるエンジンブレーキトルクの上限値Ｔelim[Nm]を越える場合は、（Ｔelim−Ｒd）分だけエンジン２から発生させる。
【００６０】
ステップ２１において、ブレーキスイッチ２３によりブレーキペダルが踏み込まれているかどうかを確認し、ブレーキスイッチ２３がオンしてブレーキペダルが踏み込まれていればステップ２２へ進み、そうでなければこの制動力制御を終了する。ステップ２２では、フットブレーキ装置６を制御してブレーキペダルの踏み込み力に応じた制動力を発生させる。
【００６１】
なお、上述した第２の実施の形態では、減速が必要な場所（減速場所）としてカーブ（曲線路）と信号機設置場所を例に上げて説明したが、減速が必要な場所はこの実施の形態に限定されない。
【００６２】
《発明の第３の実施の形態》
上述した第２の実施の形態ではカーブや信号機の手前で減速する場合の制動力制御について説明したが、料金所などの停車が必要な場所（以下、単に停車場所と呼ぶ）では必ずフットブレーキを用いるので、停車場所における制動力を、モーターによる回生制動とフットブレーキによる制動とに配分する第３の実施の形態を説明する。なお、この第３の実施の形態の構成は図１および図２に示す構成と同様であり、説明を省略する。
【００６３】
図１１は、料金所などの停車場所における制動力制御プログラムを示すフローチャートである。このフローチャートにより、第３の実施の形態の動作を説明する。
コントローラー１６は、所定時間ごとにこの制動力制御プログラムを実行する。ステップ３１において、ブレーキスイッチ２３によりブレーキペダルの踏み込みを検出し、ブレーキペダルが踏み込まれていればステップ３２へ進み、そうでなければこの制御プログラムの実行を終了する。ステップ３２で、ナビゲーション装置３４および走行履歴記録装置３５から得られた走行道路に関する情報に基づいて、進行方向の所定距離、例えば３００ｍ前方までに料金所などの停車場所があるかどうかを確認する。停車場所がある場合はステップ３３へ進み、停車場所がなければこの制御プログラムの実行を終了する。
【００６４】
ブレーキペダルが踏み込まれ、且つ所定距離前方に停車場所がある場合は、ステップ３３で、ナビゲーション装置３４および走行履歴記録装置３５から得られた走行道路に関する情報に基づいて、現在地から料金所などの停車場所までの距離Ｌs[ｍ]を求める。続くステップ３４で、停車場所までに車両を減速するのに必要な制動トルクＴd[Nm]を数式１１および１２により求める。なお、この第３の実施の形態では、数式１１および１２における通過車速Ｖcを０に、ＬcをＬsに、ｔｃをｔｓにそれぞれ置き換える。
【００６５】
ステップ３５では、バッテリーＳＯＣ検出器２６によりメインバッテリー１５のＳＯＣを検出し、続くステップ３６で、現在のメインバッテリー１５の充電可能な仕事量（充電可能容量）ｗｂ[kwh]を数式２により演算する。そしてステップ３７で、現在地から停車場所までのｔｓ時間に、メインバッテリー１５への電力回生によってモーター４で発生可能な制動トルクＲd[Nm]を数式１３により求める。
【００６６】
ステップ３８において、停車場所までに車両を減速するのに必要な制動トルクＴd[Nm]を、インバーター１２を制御してモーター４から出力させる。なおこの時、所要制動トルクＴdがモーター４の発生可能な制動トルクＲdを越えても、モーター４により発生させる制動トルクＲdはそのままとする。また、モーター４により回生制動を行うと同時に、ブレーキ液圧制御装置（不図示）を制御してブレーキ６からブレーキペダルの踏み込み力に応じた制動力を発生させる。
【００６７】
このように、第３の実施の形態によれば、停車が必要な場所に関する情報を入手し、メインバッテリー１５の充電可能容量に基づいて車両減速時にモーター４からメインバッテリー１５へ回収可能な回生制動力を演算し、停車が必要な場所へ到達するまで車両を減速する時に、モーター４によりメインバッテリー１５へ回収可能な回生制動力を限度とした制動力を発生させるとともに、フットブレーキ装置６によりブレーキペダルの踏み込み力に応じた制動力を発生させるようにしたので、走行エネルギーを回収しながら確実に停車させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の第１の実施の形態の構成を示す図である。
【図２】図１に続く、第１の実施の形態の構成を示す図である。
【図３】降坂路における回生仕事率の決定方法を説明する図である。
【図４】降坂路の途中に道路勾配や走行速度の変化があって回生可能な仕事率が変化する場合の、メインバッテリーへの実際の回生仕事率の決定方法を説明する図である。
【図５】降坂路の途中に道路勾配や走行速度の変化があって回生可能な仕事率が変化する場合の、メインバッテリーへの実際の回生仕事率の他の決定方法を説明する図である。
【図６】発明の第１の実施の形態の制動力制御プログラムを示すフローチャートである。
【図７】発明の第１の実施の形態の変形例の構成を示す図である。
【図８】カーブの曲率半径Ｒcに対する通過車速Ｖcを示す図である。
【図９】エンジン回転数Ｎeに対するエンジンブレーキトルクＴeの特性を示す図である。
【図１０】発明の第２の実施の形態の制動力制御プログラムを示すフローチャートである。
【図１１】発明の第３の実施の形態の制動力制御プログラムを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１モーター
２エンジン
３電磁クラッチ
４モーター
５無段変速機
６フットブレーキ装置
７駆動輪
９油圧装置
１０モーター
１１〜１３インバーター
１４ＤＣリンク
１５メインバッテリー
１６コントローラー
２０キースイッチ
２２アクセル開度センサー
２３ブレーキスイッチ
２４車速センサー
２５バッテリー温度センサー
２６バッテリーＳＯＣ検出器
２７エンジン回転センサー
２８スロットル開度センサー
３０燃料噴射装置
３１点火装置
３２バルブタイミング調整装置
３３スロットルバルブ調整装置
３４ナビゲーション装置
３５走行履歴記録装置
４１コンプレッサー
４２熱交換器
４３アキュームレーター

Claims

走行駆動源にモーターを用いる車両の制動力制御装置であって、
前記モーターとの間で走行エネルギーの授受を行うエネルギー蓄積手段と、
車両の現在位置と降坂路に関する情報を入手する情報入手手段と、
降坂路における回生可能なエネルギー量を演算する回生可能エネルギー演算手段と、
前記エネルギー蓄積手段で蓄積可能なエネルギー量を演算する蓄積可能量演算手段と、
前記降坂路における回生可能なエネルギーを前記モーターにより回生して前記エネルギー蓄積手段に蓄積した場合に、降坂路の途中で前記エネルギー蓄積手段の蓄積量が最大になるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により降坂路の途中で前記エネルギー蓄積手段の蓄積量が最大になると判定された場合に、前記エネルギー蓄積手段で蓄積可能なエネルギー量と前記情報入手手段で入手した降坂路に関する情報とに基づいて、降坂路終点において前記エネルギー蓄積手段の蓄積量が最大となるように降坂路で回収するエネルギー量を決定する回収エネルギー決定手段と、
前記回収エネルギー決定手段で決定した回収エネルギー量に応じて降坂路における前記モーターの制動力を平均化する制御手段とを備えることを特徴とする車両用制動力制御装置。
請求項１に記載の車両用制動力制御装置において、
降坂路の勾配が変化する場合は勾配に応じて降坂路を複数の区間に区分し、前記回生可能エネルギー演算手段が各区間ごとに回生可能なエネルギー量を演算し、前記回収エネルギー決定手段が各区間ごとに回収エネルギーを決定することを特徴とする車両用制動力制御装置。
請求項１に記載の車両用制動力制御装置において、
降坂路で車速変化が予測される場合は車速予測値に応じて降坂路を複数の区間に区分し、前記回生可能エネルギー演算手段が各区間ごとに回生可能なエネルギー量を演算し、前記回収エネルギー決定手段が各区間ごとに回収エネルギーを決定することを特徴とする車両用制動力制御装置。
請求項１に記載の車両用制動力制御装置において、
降坂路の途中で車速が変化した場合は、前記回生可能エネルギー演算手段が現在地から降坂路終点までの回生可能なエネルギー量を演算し直すとともに、前記回収エネルギー決定手段が現在地から降坂路終点までの回収エネルギーを決定し直すことを特徴とする車両用制動力制御装置。
請求項１〜４のいずれかの項に記載の車両用制動力制御装置において、
前記エネルギー蓄積手段は複数の種類のエネルギー蓄積手段からなり、降坂路における回収エネルギーを前記複数種類のエネルギー蓄積手段に分散して蓄積することを特徴とする車両用制動力制御装置。
請求項５に記載の車両用制動力制御装置において、
前記複数種類のエネルギー蓄積手段には、回収したエネルギーを熱エネルギーに変換して蓄積する熱エネルギー蓄積手段が含まれることを特徴とする車両用制動力制御装置。