JP4059000B2

JP4059000B2 - 制動制御装置

Info

Publication number: JP4059000B2
Application number: JP2002139896A
Authority: JP
Inventors: 辰也和田; 英俊鈴木
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-05-15
Filing date: 2002-05-15
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2022-05-15
Also published as: JP2003327104A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回生制動装置と摩擦制動装置とを備える電気自動車やハイブリッド車等に搭載されて、回生制動トルク及び摩擦制動トルクの配分を制御する制動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開平９−２１５１０７号公報には、回生制動装置と液圧制動装置とを備え、ブレーキペダル踏込量に基づいて、運転者が必要としている必要制動トルクを算出し、その必要制動トルクに応じて前記回生制動装置と液圧制動装置とを作動させる技術が開示されている。
【０００３】
また例えば、特開平３−９２４６３号公報には、制動力を重視した理想的なスリップ率になるように推定車体速度に基づいて目標車輪速度を設定し、その目標車輪速度に追従するように制動流体圧を算出設定して、アンチスキッド制御を行う技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の技術を組み合わせたときには、燃費向上を考慮すると回生制動を液圧制動よりも優先して行うことになる。しかしながら、例えば回生制動制御指令値のフィルタリング処理やモータ特性による回生制動トルクの応答速度の低下や、回生制動装置の慣性質量の大きさ等により回生制動の作用する車輪の速度の応答速度は、液圧制動、即ち摩擦制動による応答速度より遅い場合がある。このため、回生制動を優先して液圧制動より回生制動の分配比率が大きい状態で制動しているときに走行路面の摩擦係数が小さくなり、各車輪のスリップ率が急に大きくなった場合にアンチスキッド制御が行われたとしても、駆動輪の制動トルクは直ぐには小さくならず、瞬間的に当該駆動輪がロック状態となることがあった。また、このようになかなか駆動輪の車輪速度が増速しないので、そのロック状態から復帰するまで、液圧制動のみに比べると時間がかかるという問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、上記従来の技術の未解決の問題点に着目してなされたものであって、車輪がロック状態となることを抑制防止できる制動制御装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る制動制御装置は、電気的負荷を作用させて制動トルクを発生する回生制動手段と、摩擦力を作用させて制動トルクを発生する摩擦制動手段と、運転者の制動操作に基づいて目標制動トルクを算出する目標制動トルク算出手段と、前記目標制動トルク算出手段で算出された目標制動トルクを前記回生制動手段に優先的に分配し且つ前記目標制動トルクのうち前記回生制動手段に分配した分だけでは不足する分を前記摩擦制動手段に分配する目標制動トルク分配手段と、車輪のスリップ率を検出するスリップ状態検出手段と、前記スリップ状態検出手段で検出されたスリップ率が第一のしきい値以上であるときにアンチスキッド制御を行う制動力制御手段と、を備え、前記目標制動トルク分配手段は、前記スリップ状態検出手段で検出されたスリップ率が前記第一のしきい値より小さい第二のしきい値以下の状態から当該第二のしきい値より大きくなったときには、前記摩擦制動手段による制動トルクが小さいほど前記摩擦制動手段への分配量の比率を大きくすることを特徴とする。
【０００７】
なお、回生制動手段としては、電気的負荷を車輪に作用させて制動トルクを発生できるものであればよく、例えば電気自動車やハイブリッド車等に適用されときには、走行用モータを発電機として作動させて制動トルクを発生させるものであってもよいし、また走行用モータとは別に設けられた発電機であってもよい。
また、摩擦制動装置としては、摩擦力を利用して制動トルクを発生できるものであればよく、例えば一般的な液圧装置を作動させて制動トルクを発生させるものであってもよいし、いわゆる電動ブレーキと呼ばれる電気モータの力で摩擦材を押しつけて制動トルクを発生させるものであってもよい。
【００１０】
【発明の効果】
したがって、本発明に係る制動制御装置にあっては、走行路面の摩擦係数が小さくなってアンチスキッド制御が行われるときには、摩擦制動手段への分配量の比率が大きくされてから当該アンチスキッド制御が行われることになり、例えば、回生制動制御指令値のフィルタリング処理やモータ特性による回生制動トルクの応答速度の低下や、モータジェネレータや駆動系部品や複数の車輪を含めた回生制動装置の慣性質量の大きさ等により回生制動の作用する車輪の速度の応答速度が遅くても、応答速度が速い摩擦制動によって、車輪がロック状態となることを抑制防止でき、また、当該車輪の制動トルクを直ぐに小さくできるので、車輪がロック状態となったとしても、そのロック状態から直ぐに復帰することができる。
【００１１】
また、アンチスキッド制御が行われる可能性が高いときに未然に摩擦制動手段への分配量の比率が大きくされてから、アンチスキッド制御が行われることになり、車輪のスリップ率が充分に小さくて、アンチスキッド制御が行われる可能性が小さいときには、不要に摩擦制動手段への分配量の比率を大きくすることを行わず、すなわち回生制動手段への分配量の比率を小さくしないで、回生エネルギの回収範囲が狭まることを抑制して、燃費向上を図ることができる。
【００１２】
さらに、摩擦係数を検出するための特別なセンサを必要とせず、制動制御装置を安価に構成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示すシステム概略構成図であり、モータの電気的負荷による回生制動トルクを制御する手段と、制動流体圧による摩擦制動トルクを制御する手段とを備え、それらの手段を協調制御して、回生エネルギを効率的に回収する回生協調ブレーキ制御システムに本発明の制動制御装置を適用したものである。
【００１４】
図１において、この車両の前輪１は、交流同期モータ、所謂モータジェネレータ２によって駆動される。モータジェネレータ２は、バッテリからの供給電力によって電動機として車輪１を駆動すると共に、車輪１からの路面反力トルクによって発電機としてバッテリに蓄電することができる。このバッテリへの電力の回収時には、モータジェネレータ２を回転するために路面反力トルクが消費され、結果的に駆動輪に制動力が付与される。
【００１５】
前記モータジェネレータ２は、モータコントロールユニット３からの指令によって制御される。例えば車両の発進時にはモータジェネレータ２を電動機として作動して駆動輪である前輪１を駆動する。また、車両の惰性走行時や減速時には、モータジェネレータ２を発電機として作動して回生制動力を付与する。そのため、このモータコントロールユニット３には、モータジェネレータ２の運転状態やバッテリ状態が入力される。このモータコントロールユニット３は、当該モータコントロールユニット３の後述する演算処理で算出される回生制動トルク指令値Ｔmcomに従って、モータジェネレータ２の回生制動状態を制御する。
【００１６】
一方、各車輪１のホイルシリンダ４には、各ホイルシリンダ４の制動流体圧を個別に制御するための制動流体圧アクチュエータ５が接続されている。この制動流体圧アクチュエータ５は、制動流体圧コントロールユニット６からの制御信号に従って、内蔵されている流体圧ポンプの出力を各ホイルシリンダ４に供給等して増減圧することにより、各ホイルシリンダ４の制動流体圧を個別に制御することを可能とする。
【００１７】
また、運転者によって制動操作されるブレーキペダル７には、ブレーキストロークセンサ８が設けられている。ブレーキストロークセンサ８は、ブレーキペダル７のストローク量Ｌbを検出して、その検出結果をモータコントロールユニット３に出力する。そしてモータコントロールユニット３は、ブレーキストロークセンサ８から入力されたストローク量Ｌbと各車輪１の車輪速センサ９で検出された車輪速度Ｖwiとに基づいて、運転者の要求に合致した減速度が得られると共に、通常は車両運動エネルギの回収効率のよい流体圧制動トルク指令値ＰbcomF，ＰbcomR及び回生制動トルク指令値Ｔmcomを算出する。また、この流体圧制動トルク指令値ＰbcomF，ＰbcomRを制動流体圧コントロールユニット６に出力すると共に、前記モータジェネレータ２から入力された運転状態やバッテリ状態に基づいて回生制動トルク指令値Ｔmcomに応じた制御信号を創成し、当該モータジェネレータ２に向けて出力する。これに対し、前記制動流体圧コントロールユニット６は、流体圧制動トルク指令値ＰbcomF，ＰbcomRに応じた制御信号を創成し、前記制動流体圧アクチュエータ５に向けて出力する。
【００１８】
次に、前記モータコントロールユニット３内で行われる回生制動トルク指令値Ｔmcom及び流体圧制動トルク指令値ＰbcomF，ＰbcomR算出のための演算処理を図２のフローチャートに従って説明する。
この演算処理は、所定時間ΔＴ（例えば１０msec. ）毎のタイマ割込処理として実行される。なお、このフローチャートでは、特に通信のためのステップを設けていないが、演算によって得られた情報は随時記憶され、記憶されている情報は、必要に応じて随時読み込まれる。
【００１９】
この演算処理は、まずステップＳ１０１で、前記ブレーキストロークセンサ８から入力したストローク量Ｌbを読み込む。
次にステップＳ１０２に移行して、前記車輪センサ１２から各車輪の車輪速度Ｖwiを読み込み、それらのうちで最大のものを推定車体速度Ｖrとして、下記（１）式で表されるバンドパスフィルタを用いて推定車体減速度αvを算出する。
【００２０】
Ｆbpf（ｓ）＝ｓ／（ｓ２／ω２＋２ζｓ／ω＋１）………（１）
次にステップＳ１０３に移行して、前記モータジェネレータ２から入力した運転状態やバッテリ状態等に基づいて最大回生制動トルクＴmmaxを算出する。
次にステップＳ１０４に移行して、前記ステップＳ１０１で読み込んだストローク量Ｌbに、車両諸元から定まる定数Ｋ１（＜０）を乗じて目標減速度αdemを算出する。
【００２１】
次にステップＳ１０５に移行して、前記ステップＳ１０４で算出した目標減速度αdemに、下記（２）式で表されるフィルタＣ（ｓ）を用いて目標制動トルクＴdcomを算出する。

但し、Ｋ２は車両諸元から定まる定数であり、Ｆref（ｓ）＝１／（Ｔr・ｓ＋１）は規範モデルであり、αdem（ｓ）＝１／（Ｔp・ｓ＋１）は制御対象モデルである。
【００２２】
次にステップＳ１０６では、前記車輪速センサ９から読み込んだ各車輪速度Ｖwiを、前記ステップＳ１０２で設定した推定車体速度Ｖrから減算した値を、当該推定車体速Ｖrで除して、各車輪のスリップ率Ｓiを算出する。
次にステップＳ１０７に移行して、前記ステップＳ１０６で算出した各車輪のスリップ率Ｓiの最大値が例えば"５％"以上であるか否かを判定し、"５％"以上であるときには（Ｙｅｓ）ステップＳ１１０に移行して、そうでないときには（Ｎｏ）ステップＳ１０８に移行する。
【００２３】
前記ステップＳ１０８では、回生制動によるエネルギ回収を優先させる為に前記ステップＳ１０５で算出した目標制動トルクＴdcomから前輪のモータジェネレータ２に優先して発生させる、すなわち前輪の総制動力の内、回生制動の比率が大きくなるように回生制動トルク指令値Ｔmcomを、前記ステップＳ１０３で算出した最大回生制動トルクＴmmaxを越えない範囲で算出し、目標制動トルクＴdcomのうち、回生制動トルク指令値Ｔmcomだけでは不足する分を、前輪の総制動トルクと後輪の制動トルクとの関係が理想制動力配分となるように前後輪のホイルシリンダ４に制動流体圧を発生させて車両としての総制動トルクを合わせるように前輪流体圧制動トルク指令値ＰbcomFと後輪流体圧制動トルク指令値ＰbcomRとを算出する。
【００２４】
次にステップＳ１０９に移行して、前記ステップＳ１０８で算出した前輪流体圧制動トルク指令値ＰbcomF及び後輪流体圧制動トルク指令値ＰbcomRを制動流体圧コントロールユニット６に送信してから、この演算処理を終了する。
一方、前記ステップＳ１１０では、アンチスキッド制御時の車輪速度の応答性向上を優先させる為に、前記ステップＳ１０５で算出した目標制動トルクＴdcomに基づき、分配比変更処理で設定される分配比Ｒm（回生制動）：Ｒp（摩擦制動）に従って、回生制動トルク指令値Ｔmcomを算出し、目標制動トルクＴdcomのうち、回生制動トルク指令値Ｔmcomだけでは不足する分を、前輪の総制動トルクと後輪の制動トルクとの関係が理想制動力配分となるように前後輪のホイルシリンダ４に制動液体圧を発生させて車両としての総制動トルクを合わせるように前輪流体圧制動トルク指令値ＰbcomFと後輪流体圧制動トルク指令値ＰbcomRとを算出する。
ここで、分配比変更処理は、前輪のホイルシリンダ４のホイルシリンダ圧を圧力センサで検出し、検出されたホイルシリンダ圧が小さいほど、前輪のホイルシリンダ４への分配量の比率を大きくするようになっている。
【００２５】
次にステップＳ１１１に移行して、前記ステップＳ１１０で算出した前輪流体圧制動トルク指令値ＰbcomF及び後輪流体圧制動トルク指令値ＰbcomRを制動流体圧コントロールユニット６に送信する。
次にステップＳ１１２に移行して、前記ステップＳ１０６で算出した各車輪のスリップ率Ｓiの最大値が例えば"１５％"以上であるか否かを判定し、"１５％"以上であるときには（Ｙｅｓ）ステップＳ１１３に移行して、そうでないときには（Ｎｏ）この演算処理を終了する。
【００２６】
前記ステップＳ１１３では、制動力を重視した理想的なスリップ率になるように、ステップＳ１１０で算出した回生制動トルク指令値Ｔmcom，前輪流体圧制動トルク指令値ＰbcomF，後輪流体圧制動トルク指令値ＰbcomRの値を基本としたアンチスキッド用補正的制御により、各車輪のホイルシリンダ４やモータジェネレータ２を制御して、それら各車輪の制動トルクを制御するようアンチスキッド制御処理を指令してから、この演算処理を終了する。
【００２８】
次に、本実施形態の動作を具体的な状況に基づいて詳細に説明する。
まず、図３に示すように、車両を制動させようとして、運転者がブレーキペダル７を踏み込んだときに（時刻ｔ0）、モータコントロールユニット３で分配比変更処理が実行されたとする。すると、モータコントロールユニット３では、図２に示すように、まずステップＳ１０１でストローク量Ｌbが読み込まれ、ステップＳ１０２で推定車体減速度αvが算出され、ステップＳ１０３で最大回生制動トルクＴmmaxが算出され、ステップＳ１０４で目標減速度αdemが算出され、ステップＳ１０５で目標制動トルクＴdcomが算出され、ステップＳ１０６で各車輪のスリップ率Ｓiが算出される。
【００２９】
ここで、各車輪のスリップ率Ｓiの最大値が“５％”より小さく算出されたとすると、ステップＳ１０７の判定が「Ｎｏ」となり、ステップＳ１０８で、前輪のモータジェネレータ２に優先して発生させるように回生制動トルク指令値Ｔmcomと、前後輪の制動トルクが理想制動力配分に近づくように前後輪のホイルシリンダ４に発生させる前輪流体圧制動トルク指令値ＰbcomFと後輪流体圧制動トルク指令値ＰbcomRとが算出され、ステップＳ１０９で、前輪流体圧制動トルク指令値ＰbcomF及び後輪流体圧制動トルク指令値ＰbcomRが制動流体圧コントロールユニット６に送信される。
【００３０】
このように、本実施形態にあっては、推定車体減速度αvが大きくてもスリップ率Ｓiが充分に小さくて、アンチスキッド制御が行われる可能性が小さいときには、前記目標制動トルクＴdcomを前輪のモータジェネレータ２に優先して発生させて、不要に回生制動の分配量の比率を小さくせず、回生エネルギ回収範囲を狭めることを抑制することで、燃費向上が図られる。
【００３１】
上記フローが繰り返されるうち、時刻ｔ1に各車輪のスリップ率Ｓiの最大値が“５％”以上となったとする。すると、図２に示すように、前記ステップＳ１０１〜Ｓ１０６を経て、前記ステップＳ１０７の判定が「Ｙｅｓ」となり、前記ステップＳ１１０で、ホイルシリンダ圧が小さいほど前輪のホイルシリンダ４への分配量の比率が大きくなるように設定された分配比Ｒm：Ｒpに従って、前記目標制動トルクＴdcomになるように回生制動トルク指令値Ｔmcomと前輪流体圧制動トルク指令値ＰbcomFと後輪流体圧制動トルクＰbcomRとが算出され、ステップＳ１１１で、前輪流体圧制動トルク指令値ＰbcomF及び後輪流体圧制動トルク指令値ＰbcomRが制動流体圧コントロールユニット６に送信される。
【００３２】
上記フローが繰り返されるうち、時刻ｔ２に車両が路面μの小さい区域に進入し、前記演算処理のステップＳ１０６で算出される各車輪のスリップ率Ｓiの最大値が“１５％”以上となったとする。すると、図２に示すように、前記ステップＳ１０７〜Ｓ１１１を経て、ステップＳ１１２の判定が「Ｙｅｓ」となり、ステップＳ１１３で、各車輪の制動トルクを制御するアンチスキッド制御処理が実行される。
【００３３】
このように、本実施形態にあっては、スリップ率Ｓiが“５％”以上となったときのホイルシリンダ圧が小さいほど前輪のホイルシリンダ４への分配量の比率が大きくなるように分配比Ｒm：Ｒpを設定するため、急に前記路面摩擦係数が小さくなり、各車輪のスリップ率Ｓiが大きくなってアンチスキッド制御が行われたときには、各車輪の制動トルクの制御が主に液圧制動で行われることになり、例えばモータジェネレータ２等の慣性質量が大きいことにより回生制動による車輪速度の応答速度が遅くても、応答速度が速い液圧制動によって、車輪１がロック状態となることを抑制できる。また、各車輪１の制動トルクを直ぐに小さくすることができるので、図３の時刻ｔ３に示すように、前輪１がロック状態となったとしても、そのロック状態から直ぐに復帰することができる。
【００３４】
ちなみに、液圧制動では車輪１の慣性質量が制動トルクの応答速度を遅くすることになるが、回生制動では複数（左右）車輪１の慣性質量のほかに、駆動系やモータジェネレータ２の慣性質量等が応答速度を遅くする要因となり、スリップ率Ｓiが“５％”以上となってからも回生制動を液圧制動より優先して行う従来の方法では、アンチスキッド制御が行われたとしても、前輪１の制動トルクを直ぐには小さくできず、図３に点線で示すように、前輪１をロック状態から直ぐに復帰させることができない（時刻ｔ４）。
【００３５】
なお、上記実施形態にあっては、モータジェネレータ２及びモータコントロールユニット３は回生制動手段に対応し、ホイルシリンダ４及び制動流体圧コントロールユニット６は摩擦制動手段に対応し、ステップＳ１０４及びＳ１０５は目標制動トルク算出手段に対応し、ステップＳ１０８〜Ｓ１１１は目標制動トルク分配手段に対応する。
【００３６】
また、上記実施の形態は本発明の制動制御装置の一例を示したものであり、装置の構成等を限定するものではない。
例えば上記実施形態にあっては、ホイルシリンダ４を作動させて制動トルクを発生させる例を示したが、上記実施形態に限られるものではなく、例えば電動ブレーキを用いるようにしてもよい。
【００３７】
また、ブレーキストロークセンサ８でブレーキペダル７のストローク量Ｌbを検出する例を示したが、上記実施形態に限られるものではなく、例えばブレーキ踏力を検出するセンサを設け、そのセンサ出力に基づいて運転者の要求する制動トルクを検出するようにしてもよい。
さらに、回生制動トルク指令値Ｔmcom及び流体圧制動トルク指令値ＰbcomF，ＰbcomR算出のための演算処理等をモータコントロールユニット３で行う例を示したが、上記実施形態に限られるものではなく、例えば制動流体圧コントロールユニット６で行うようにしてもよい。
【００３８】
また、制動流体圧コントロールユニット６で制動流体圧アクチュエータ５に向けて出力する制御信号を創成し、モータコントロールユニット３でモータジェネレータ２に向けて出力する制御信号を創成する例を示したが、上記実施形態に限定されるものではなく、それらの制御信号を一つのコントロールユニット内で創成するようにしてもよい。
【００３９】
また、回生制動手段は、前後の一方の輪にのみ作用するようになっていてもよいし、前後輪の両方に作用するようになっていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制動制御装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１のモータコントロールユニット内で実行される演算処理を示すフローチャートである。
【図３】本発明の制動制御装置の動作を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
１は車輪
２はモータジェネレータ
３はモータコントロールユニット
４はホイルシリンダ
５は制動流体圧アクチュエータ
６は制動流体圧コントロールユニット
７はブレーキペダル
８はブレーキストロークセンサ
９は車輪速センサ

Claims

電気的負荷を作用させて制動トルクを発生する回生制動手段と、摩擦力を作用させて制動トルクを発生する摩擦制動手段と、運転者の制動操作に基づいて目標制動トルクを算出する目標制動トルク算出手段と、前記目標制動トルク算出手段で算出された目標制動トルクを前記回生制動手段に優先的に分配し且つ前記目標制動トルクのうち前記回生制動手段に分配した分だけでは不足する分を前記摩擦制動手段に分配する目標制動トルク分配手段と、車輪のスリップ率を検出するスリップ状態検出手段と、前記スリップ状態検出手段で検出されたスリップ率が第一のしきい値以上であるときにアンチスキッド制御を行う制動力制御手段と、を備え、
前記目標制動トルク分配手段は、前記スリップ状態検出手段で検出されたスリップ率が前記第一のしきい値より小さい第二のしきい値以下の状態から当該第二のしきい値より大きくなったときには、前記摩擦制動手段による制動トルクが小さいほど前記摩擦制動手段への分配量の比率を大きくすることを特徴とする制動制御装置。