JP3742941B2

JP3742941B2 - 制動エネルギ回生装置

Info

Publication number: JP3742941B2
Application number: JP18905098A
Authority: JP
Inventors: 浩幸土肥; 英樹足助; 元史松阪
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 1998-07-03
Filing date: 1998-07-03
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2018-07-03
Also published as: JP2000016114A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制動エネルギ回生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
制動エネルギ回生装置は、車両の減速時の制動エネルギを回収して発進／加速時に再利用するもので、特に、発進／停止の多い市街地を走行する路線バス等において省エネルギ及び排出ガスの低減を図るために採用されてきている。
【０００３】
制動エネルギ回生装置としては、例えば、作動油を貯溜する低圧タンクと油圧エネルギを蓄圧するアキュームレータとの間に車両の駆動系部材にクラッチを介して連結される油圧ポンプ／モータを介装し、減速時に前記油圧ポンプ／モータをポンプ作動させて制動エネルギを油圧エネルギに変換して前記アキュームレータに蓄圧し、発進／加速時には前記油圧ポンプ／モータを前記アキュームレータに蓄圧した油圧エネルギによりモータ作動させて発進／加速エネルギとして利用するようにしたものがある。
【０００４】
このような制動エネルギ回生装置においては、エネルギ回収時においてもブレーキペダルの踏み込み量に対応した制動力を発揮させるため、油圧ポンプ／モータによるエネルギ回収時には油圧ポンプ／モータにより得られる制動力分だけサービスブレーキが発生する制動力を低下させる制御を行っており、特に減圧制御したサービスブレーキと油圧ポンプ／モータとを併用した制動状態から通常のサービスブレーキのみによる制動状態への切換制御を適切に行うことが求められる。具体例として、油圧ポンプ／モータとサービスブレーキとの併用使用状態からサービスブレーキのみに切り換える従来のブレーキ切換制御を、図６のタイミングチャートにより説明する。
【０００５】
例えば、ブレーキペダルの踏み込み量が少ない緩制動時に、油圧ポンプ／モータによるエネルギ回収により車速が低下して第１の所定車速よりも低くなったとき、又はアキュームレータの蓄圧が第１の所定圧以上になったときに、フロントブレーキ切換弁がオフとなり（図６（ａ））、フロントブレーキが通常作動状態に復帰する（図６（ｃ））。このときは、未だ前記油圧ポンプ／モータがポンプ作動しており、制動エネルギが回収されている。車速が更に減速して第１の所定車速よりも低い第２の所定車速よりも低くなったとき、又はアキュームレータの蓄圧が第１の所定圧よりも高い第２の所定圧以上になったときに、リヤブレーキ切換弁がオフとなり（図６（ｂ））、リヤブレーキが通常作動状態に復帰する（図６（ｄ））。同時に、前記油圧ポンプ／モータの斜板の傾転角を制御する電流が所定の割合で減少され、これに伴い斜板の傾転角が制動力回収状態位置から制動力０の中立位置に徐々に制御される（図６（ｅ））。即ち、リヤブレーキが通常作動状態への復帰を開始すると同時に油圧ポンプ／モータのポンプ作動がスローダウンする。この油圧ポンプ／モータのポンプ作動のスローダウンは、一定時間Ｔとされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の制動エネルギ回生装置においては、減速時に油圧ポンプ／モータのポンプ作動と減圧制御されたサービスブレーキとの併用使用状態から通常のサービスブレーキのみによる制動状態に移行するときに、油圧ポンプ／モータのポンプ作動による制動力を一定時間Ｔで一度にスローダウンするために、チューニングの幅が狭くなり、急ブレーキや、緩ブレーキのときにブレーキショックや、ブレーキ流れ等が発生する可能性がある。このため、フィーリングが悪いという問題がある。特に、路線バス等の場合には、乗客に不快感を与えることとなり対策が臨まれている。
【０００７】
更に、油圧ポンプ／モータのポンプ作動を一度にスローダウンするために、ポンプ作動とサービスブレーキとの併用使用状態からサービスブレーキのみへの切換制御を短時間で行うこととなり、円滑な切換が困難となる等の問題がある。
【０００８】
このため、本発明では、制動エネルギ回生装置とサービスブレーキとの併用使用状態からサービスブレーキのみの使用状態に移行する際に急激な制動力の変化を防止して円滑な制動を図るようにした制動エネルギ回生装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１では、ブレーキペダルが踏み込まれると制動エネルギ回生装置の油圧ポンプ／モータがポンプ作動して制動エネルギを油圧エネルギに変換してアキュームレータに蓄圧する。車両制動中にサービスブレーキとポンプ作動との併用状態からサービスブレーキのみの使用状態に移行するときには、制御手段が油圧ポンプ／モータの斜板の傾転角を制動力の発生しない中立位置まで徐々に変化させる制御を段階的に行う。これにより、段階的にポンプ側の制動力を低下させ変化率が少なくなり、切り替わり時のブレーキショック感が無くなる。
【００１０】
圧力検知手段は、サービスブレーキ側の作動圧（ブレーキ気圧）を検知し、前記制御手段は、前記各段階における変位に要する変位時間を前記圧力検知手段の検出値に応じて可変することで、サービスブレーキ側の効き具合に追従させてポンプ側制動力の変化率を制御するので、更に違和感を回避できる。
【００１１】
更に、前記制御手段は、サービスブレーキへの切換制御をフロントブレーキとリヤブレーキとで時間差を持たせて実行し、各ブレーキの切換制御タイミングに合わせて前記斜板傾転角制御の段階を設定することで、更に違和感を回避できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。図１は、本発明の実施形態として制動エネルギ回生装置を備えた車両のブレーキ制御装置の概略構成図を示し、図２は、制動エネルギ回生装置の概略構成図を示す。
【００１３】
図１において、エアタンク１にブレーキバルブ２がエア通路２１、２２を介して接続され、フロントブレーキの通路切換弁４は、電磁ソレノイド４ｓにより４Ａ位置に切換状態のときエアタンク１のエアが通路２５、減圧弁５、通路２６を経てポート４ｂからポート４ｃに抜けてエア通路２４を介してフロントブレーキブースタ１０に接続されている。フロントブレーキブースタ１０は、液圧通路２８を介してフロントホイールブレーキ（以下、単に「フロントブレーキ」という）１１に接続されている。減圧弁５は、高圧入口側ポート５ａがエア通路２５を介してエア通路２１に接続され、減圧出口側ポート５ｂがエア通路２６を介して通路切換弁４のポート４ｂに接続され、指示圧入力ポート５ｃがエア通路２７を介してエア通路２３に接続されている。
【００１４】
通路切換弁４は、制御手段としての電子制御装置（ＥＣＵ）１５によりソレノイド４ｓが付勢されると図示のように位置４Ａに切り換えらてエア通路２６をエア通路２４に接続し、消勢されると位置４Ｂに切り換えられてエア通路２３をエア通路２４に接続する。減圧弁５は、エアタンク１のエア圧を減圧して、ブレーキブースタ１０に供給するものとなっており、指示圧入力ポート５ｃから入力されるブレーキペダル３の踏込量に対応したブレーキバルブ２の出力圧より所定圧だけ低いエア圧を出力するよう構成されている。これにより制動エネルギ回生装置側のエネルギ回収効率を向上させるようになっている。
【００１５】
リヤブレーキの通路切換弁６は、電磁ソレノイド６ｓにより６Ａ位置に切換状態のとき、エアタンク１のエアが通路３２、減圧弁７、通路３３を経てポート６ｂからポート６ｃに抜けてエア通路３１を介してリヤブレーキブースタ１２に接続されている。リヤブレーキブースタ１２は、液圧通路３５を介してリヤホイールブレーキ（以下、単に「リヤブレーキ」という）１３に接続されている。減圧弁７は、高圧入口側ポート７ａがエア通路３２を介してエア通路２２に接続され、減圧出口側ポート７ｂがエア通路３３を介して通路切換弁６のポート６ｂに接続され、指示圧入力ポート７ｃがエア通路３４を介してエア通路３０に接続されている。
【００１６】
通路切換弁６は、電子制御装置１５によりソレノイド６ｓが付勢されると図示のように位置６Ａに切り換えらてエア通路３３をエア通路３１に接続し、消勢されると位置６Ｂに切り換えられてエア通路３０をエア通路３１に接続する。減圧弁７は、エアタンク１のエア圧を所定圧減圧して、ブレーキブースタ１２に供給するものとなっており、指示圧入力ポート７ｃから入力されるブレーキペダル３の踏込量に対応したブレーキバルブ２の出力圧より所定圧だけ低いエア圧を出力するよう構成されている。これにより制動エネルギ回生装置側のエネルギ回収効率を向上させるようになっている。
【００１７】
エア通路２３のブレーキバルブ２近傍には作動エア圧としてのブレーキ圧を検出する圧力検知手段としての圧力センサ１６が、エア通路２４のフロントブレーキブースタ１０近傍にはブレーキブースタ圧を検出する圧力センサ１７が、エア通路３１のリヤブレーキブースタ１２の近傍にはブレーキブースタ圧を検出する圧力センサ１８が夫々設けられている。これらの圧力センサ１６〜１８の圧力信号は、電子制御装置１５に入力される。電子制御装置１５には、当該車両の車速センサからの車速信号、及び後述する制動エネルギ回生装置４０のアキュームレータ４７の蓄圧状態を検出する圧力センサからの蓄圧信号が入力される。電子制御装置１５は、これらの入力信号に基づいて通路切換弁４、６を制御する。
【００１８】
次に、図２により制動エネルギ回生装置について説明する。
【００１９】
図２において、制動エネルギ回生装置４０は、斜板式油圧ポンプ／モータとアキュームレータとを組み合わせた蓄圧式の制動エネルギ回生装置で、駆動輪例えば、後輪ＲＷの車軸４１にギヤボックス４２、クラッチ４３を介して斜板式油圧ポンプ／モータ４４が接続されており、当該油圧ポンプ／モータ４４の一方のポート４４ａが低圧タンクとしての作動油タンク４５に接続され、他方のポート４４ｂが切換弁（逆止弁）４６を介してアキュームレータ４７に接続されている。また、油圧ポンプ／モータ４４の斜板４４ｃの傾転角は、駆動電流に比例して制御される。
【００２０】
前記電子制御装置１５は、ブレーキバルブ２のブレーキ圧を検出する圧力センサ１６からの信号、アクセルペダル４８からのアクセル信号に応じてクラッチ４３、油圧ポンプ／モータ４４の斜板４４ｃの傾転角、切換弁４６を制御して、制動時に油圧ポンプ／モータ４４をポンプ作動させて制動エネルギを油圧エネルギに変換してアキュームレータ４７に蓄圧し、車両の発進／加速時に蓄圧した油圧エネルギにより油圧ポンプ／モータ４４をモータ作動させて駆動補助する。
【００２１】
即ち、電子制御装置１５は、制動時にブレーキペダル３が踏まれると、クラッチ４３を接続すると共に油圧ポンプ／モータ４４の斜板４４ｃの傾転角を制御し、油圧ポンプ／モータ４４は、車軸４１によりギヤボックス４２、クラッチ４３を介して駆動されて油圧ポンプとして作動し、作動油タンク４５から切換弁４６を通してアキュームレータ４７のオイル室４７ａにオイルを圧送し、ピストン４７ｂを図中左方に押動してガス室４７ｃに封入されている窒素ガスを圧縮する。これにより、減速時における車両の運動エネルギが油圧エネルギに変換されてアキュームレータ４７に蓄圧される。そして、このときに制動エネルギ回生装置４０がブレーキとして機能する。
【００２２】
車両の発進／加速時には電子制御装置１５は、トランスミッションギヤ位置、クラッチペダルの踏込量、アクセル開度等の運転者の発進操作を検知し、クラッチ４３を接続し、切換弁４６を開弁させると共に油圧ポンプ／モータ４４の斜板４４ｃの傾転角を制御し、アクチュエータ４７に蓄圧されている油圧を制動時と反対方向に流し、油圧ポンプ／モータ４４にトルクを発生させてモータ作動させ、クラッチ４３、ギヤボックス４２を介して車軸４１を駆動し、エンジン５０が発生する駆動力を補助する。
【００２３】
以下に図１、図２、及び図３のタイミングチャートにより作用を説明する。
【００２４】
車両の走行時にブレーキペダル３が操作されないときには、通路切換弁４、６は、夫々消勢されており、位置４Ｂ、位置６Ｂに切り換えられている。ブレーキペダル３が踏み込まれるとこれに応じてブレーキバルブ２が開弁し、エアタンク１からエア通路２３にブレーキ圧が供給され、圧力センサ１６がブレーキ圧を検出して対応する圧力信号（ブレーキ信号）を出力する。電子制御装置１５は、入力された圧力信号の状態に応じて通路切換弁４、６を付勢（ＯＮ）して位置４Ａ、６Ａに切り換えると共に、油圧ポンプ／モータ４４をポンプ作動させて制動エネルギの回収を開始する。
【００２５】
通路切換弁４が位置４Ａに切り換えられると、ブレーキバルブ２から出力されるブレーキ圧がエア通路２７を通して減圧弁５のポート５ｃに供給される。減圧弁５は、ポート５ａから流入するエアタンク１のエア圧を減圧してブレーキバルブ２の出力圧より所定圧だけ低いエア圧としてポート５ｂから出力する。このブレーキ圧は、通路切換弁４からエア通路２４を通してフロントブレーキブースタ１０に供給され、当該フロントブレーキブースタ１０の制動圧が液圧通路２８を通してフロントブレーキ１１に供給される。
【００２６】
同様にして、通路切換弁６が位置６Ａに切り換えられると、ブレーキバルブ２から出力されるブレーキ圧がエア通路３４を通して減圧弁７のポート７ｃに供給される。減圧弁７は、ポート７ａから流入するエアタンク１のエア圧を減圧してブレーキバルブ２の出力圧より所定圧だけ低いエア圧としてポート７ｂから出力する。このブレーキ圧は、通路切換弁６からエア通路３１を通してリヤブレーキブースタ１２に供給され、当該リヤブレーキブースタ１２の制動力が液圧通路３５を通してリヤブレーキ１３に供給される。
【００２７】
これにより、ブレーキペダル３の踏み込み操作によりブレーキバルブ２から供給されるブレーキ圧が所定圧分だけ減圧されるので、サービスブレーキ側の制動力は、減少され、その減少した制動力分の制動力を油圧ポンプ／モータが担うこととなる。即ち、この状態が油圧ポンプ／モータ４４の制動力とサービスブレーキの制動力との併用使用状態となる。そして、制動エネルギが油圧エネルギに変換されるに伴いアキュームレータ４７に油圧が蓄圧されてその油圧（以下「蓄圧」という）が上昇し、車速が低下する。
【００２８】
電子制御装置１５は、車速が低下して所定車速Ｖ１よりも低くなったとき、又はアキュームレータ４７の蓄圧が所定圧Ｐ１以上になったときに、通路切換弁４を消勢（ＯＦＦ）して（図３（ａ）Ｉ）、位置４Ｂに切り換える。通路切換弁４が位置４Ｂに切り換えられると、ブレーキバルブ２のブレーキ圧がエア通路２３、２４を通してフロントブレーキブースタ１０に直接供給され（図３（ｃ）Ｉ以降）、フロントブレーキ１１が通常作動状態に復帰する。
【００２９】
同時に、電子制御装置１５は、油圧ポンプ／モータ４４のポンプ作動による制動力を半分にするように斜板４４ｃの傾転角の駆動電流を徐々に小さくして（スローダウンして）第１段目のスローダウンを行う（図３（ｅ）Ｔ1）。この制動力を半分にするための斜板４４ｃの駆動電流を減少させる変位時間としてのスローダウン時間Ｔ1を、時間ｔ₁、ｔ₂（Ｔ1＝ｔ₁＋ｔ₂）に分け、これらの各時間ｔ₁、ｔ₂をブレーキ圧に応じて変化させる。即ち、ブレーキ圧が小さいときにはスローダウン時間ｔ₁、ｔ₂を長くし、ブレーキ圧が大きくなるに伴いスローダウン時間ｔ₁、ｔ₂を短くする。このスローダウン時間ｔ₁、ｔ₂は、図４に示すようにマップにより設定されている。このようにして油圧ポンプ／モータ４４の油圧ポンプ作動による制動力を半分にする第１段目のスローダウン（スローダウン１）の制御を行う。
【００３０】
電子制御装置１５は、車速が更に低下して所定車速Ｖ２（＜Ｖ１）よりも低くなったとき、又はアキュームレータ４７の蓄圧が所定圧Ｐ２（＞Ｐ１）以上になったときに、通路切換弁６を消勢（ＯＦＦ）して（図３（ｂ）II）、位置６Ｂに切り換える。通路切換弁６が位置６Ｂに切り換えられると、ブレーキバルブ２のブレーキ圧がエア通路３０、３１を通してリヤブレーキブースタ１２に直接供給され、リヤブレーキ１３が通常作動状態に復帰する（図３（ｄ）II以降）。
【００３１】
同時に、電子制御装置１５は、油圧ポンプ／モータ４４のポンプ作動による制動力を前記半分から０（制動力を発生しない中立位置）にするように斜板４４ｃの傾転角の駆動電流を徐々に小さくして（スローダウンして）第２段目のスローダウンを行う（図３（ｅ）Ｔ２）。この傾転角を半分から０にするために駆動電流を減少させる変位時間としてのスローダウン時間Ｔ２を、時間ｔ₃、ｔ₄（Ｔ２＝ｔ₃＋ｔ₄）に分け、各時間ｔ₃、ｔ₄をブレーキ圧に応じて変化させる。即ち、ブレーキ圧が小さいときにはスローダウン時間ｔ₃、ｔ₄を長くし、ブレーキ圧が大きくなるに伴いスローダウン時間ｔ₃、ｔ₄を短くする。このスローダウン時間ｔ₃、ｔ₄は、前記１段目のスローダウン時間ｔ₁、ｔ₂と同様に図４に示すようにマップにより設定されている。このようにして油圧ポンプ／モータ４４の油圧ポンプ作動による制動力を半分の状態から０にする第２段目のスローダウン（スローダウン２）の制御を行う。
【００３２】
このように油圧ポンプ／モータ４４のポンプ作動終了時におけるポンプ傾転角の０までの変位を２段階に分けることで、１回の切換での制動力の変化率が小さくなり、ブレーキショックやブレーキ流れが軽減される。また、ブレーキバルブ２のブレーキ圧により油圧ポンプ／モータ４４のスローダウン時間ｔ₁〜ｔ₄を可変とすることで、急ブレーキや、緩ブレーキ時において、油圧ポンプ／モータ４４のポンプ作動とサービスブレーキとの併用による制動状態からサービスブレーキのみによる制動状態への切り換えも円滑に行うことが可能となる。
【００３３】
次に、図５に示すフローチャートによりブレーキの切換制御手順を説明する。
【００３４】
電子制御装置１５は、車速を判定し（ステップＳ１）、車速が所定車速Ｖ１以上のときにはアキュームレータ４７の蓄圧を判定し（ステップＳ２）、蓄圧が所定圧Ｐ１よりも低いときには油圧ポンプ／モータ４４による制動エネルギの回収を継続して行う。
【００３５】
電子制御装置１５は、ステップＳ１において車速が所定車速Ｖ１よりも低いと判定したとき、又は、ステップＳ２においてアキュームレータ４７の蓄圧が所定圧Ｐ１以上と判定したときには、通路切換弁４を消勢してフロントブレーキを通常作動状態に復帰させると共に（ステップＳ３）、油圧ポンプ／モータ４４の１段目のスローダウンを行う（ステップＳ４）。これにより、油圧ポンプ／モータ４４のポンプ作動による制動力が徐々に半分になる。
【００３６】
次いで、電子制御装置１５は、１段目スローダウンが終了したか否かを判定し（ステップＳ５）、１段目スローダウンが終了したときには、車速を判定し（ステップＳ６）、車速が所定車速Ｖ２（＜Ｖ１）以上のときにはアキュームレータ４７の蓄圧を判定し（ステップＳ７）、蓄圧が所定圧Ｐ２（＞Ｐ１）よりも低いときには油圧ポンプ／モータ４４による前記半分の制動力で制動エネルギの回生を継続して行う。
【００３７】
電子制御装置１５は、ステップＳ６において車速が所定車速Ｖ２よりも低いと判定したとき、又は、ステップＳ７においてアキュームレータ４７の蓄圧が所定圧Ｐ２以上と判定したときには、通路切換弁６を消勢してリヤブレーキを通常作動状態に復帰させると共に（ステップＳ８）、油圧ポンプ／モータ４４の２段目のスローダウンを行う（ステップＳ９）。これにより、油圧ポンプ／モータ４４のポンプ作動による制動力が前記半分の状態から徐々に０（制動力を発生しない中立位置）になる。このようにして減速時における油圧ポンプ／モータ４４による制動とサービスブレーキによる制動との併用状態からサービスブレーキのみによる制動に移行する。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、油圧ポンプ／モータのポンプ作動による制動力を段階的に低下させることで制動力の変化率が小さくなり、油圧ポンプ／モータとサービスブレーキとの併用による制動状態からサービスブレーキのみによる制動状態への切り替わり時のブレーキショックやブレーキ流れが軽減される。
また、ブレーキ圧に応じて各段階における変位に要する油圧ポンプ／モータの変位時間（スローダウン時間）を可変とすることで、急ブレーキや緩ブレーキ時において油圧ポンプ／モータのポンプ作動とサービスブレーキとの併用による作動状態からサービスブレーキのみによる制動状態への切り換えも円滑に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る制動エネルギ回生装置を備えた車両のブレーキ制御装置の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る制動エネルギ回生装置の実施の形態を示す構成図である。
【図３】本発明に係る制動エネルギ回生装置とブレーキ制御装置の切換制御の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】図２に示す油圧ポンプ／モータのポンプ作動のスローダウンを行うためのブレーキ圧とスローダウン時間との関係を示すマップの一例である。
【図５】本発明に係る制動エネルギ回生装置とブレーキ制御装置の切換制御の手順を示すフローチャートである。
【図６】従来の制動エネルギ回生装置とブレーキ制御装置の切換制御の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ブレーキ制御装置
２ブレーキバルブ
３ブレーキペダル
４、６通路切換弁
５、７減圧弁
１０、１１ブレーキブースタ
１２、１３ホイールブレーキ
１５電子制御装置（ＥＣＵ）
４０制動エネルギ回生装置
４１車軸（駆動系部材）
４２ギヤボックス（駆動系部材）
４３クラッチ
４４油圧ポンプ／モータ
４５作動油タンク（低圧タンク）
４７アキュームレータ

Claims

作動油を貯溜する低圧タンクと油圧エネルギを蓄圧するアキュームレータとの間に介装され、車両の駆動系部材に連結される油圧ポンプ／モータを、制動時にポンプ作動させて制動エネルギを油圧エネルギに変換して前記アキュームレータに蓄圧する一方、発進／加速時にはモータ作動させて前記アキュームレータに蓄圧した油圧エネルギを発進／加速エネルギとして利用する制動エネルギ回生装置において、
前記車両のサービスブレーキ側の作動圧を検知する圧力検知手段と、
前記油圧ポンプ／モータのポンプ作動と前記サービスブレーキとの併用使用状態から前記サービスブレーキのみの使用状態に移行するときに前記油圧ポンプ／モータの斜板傾転角を、ポンプ作動による制動力の発生しない中立位置まで徐々に変位させる制御を段階的に実行し、且つ前記各段階における変位に要する変位時間を前記圧力検知手段の検出値に応じて可変させると共に前記サービスブレーキへの切換制御をフロントブレーキとリヤブレーキとで時間差を持たせて実行し、前記各ブレーキの切換制御タイミングに合わせて前記斜板傾転角制御の段階を設定する制御手段とを
備えたことを特徴とする制動エネルギ回生装置。