JP4281580B2 - 回生制動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車輪と発電機とを接続し、車輪の回転エネルギーを電気エネルギーとして回収することにより制動を行う回生制動の制御装置に関し、特に、その制動開始時における制御に関するものである。

車両の原動機として電動機を搭載した車両が知られている。この種の車両においては、減速時には、この電動機を発電機として機能させることで、車輪の回転エネルギーを電動エネルギーとして回収し、その際の回生トルクにより減速を行うことが可能である。さらに、急制動を要する場合には、摩擦制動装置を併用する手法が知られている。ところで、車両の制動制御の手法として車輪がロックしないように制動力を制御することにより、制動時の車両の操縦性・安定性を確保するアンチロック制御（ＡＢＳ： Anti lock Brake System）が知られている。回生制動装置を有する車両のＡＢＳ制御手法についても検討が進められている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特許文献１の技術では、ＡＢＳ制御時には、回生制動の制動トルクは一定とし、ホイールシリンダ油圧、つまり、摩擦制動装置の制動力を調整することで、車輪のロック（スリップ）を防止することを原則とし、回生制動の制動トルクのみでは、車輪がロックすると予想される場合には、回生制動自体を禁止することで、摩擦制動装置の制動力調整のみで車輪のロック防止を可能とする。

特許文献２の技術では、さらに、回生制動トルクを路面摩擦係数によって可変とすることで、摩擦制動装置による制動力の調整範囲を確保している。
特開平１０−２２９６０８号公報 特開平１０−３２２８０３号公報

ところで、上記の制御は、車輪が実際にスリップし始めてから、または、スリップが予想される時点から行われる。すなわち、ＡＢＳ制御開始前の制動制御については、明らかではない。また、砂利道等の摩擦係数の大きな路面においては、ＡＢＳ制御を行った場合に、車輪ロック時よりむしろ制動距離が長くなることが知られており、制動距離短縮が求められている。

そこで、本発明は、ＡＢＳ制御時における制動距離を短縮するため、ＡＢＳ制御前の適切な制動制御を可能とする回生制動の制御装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る回生制動制御装置は、車輪の回転エネルギーにより発電機を駆動することで制動を行う回生制動装置の作動を制御する装置であって、路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段をさらに備えており、回生制動の開始時点における減速度の立ち上がり勾配を推定した路面摩擦係数に応じて変化させ、路面摩擦係数が所定のしきい値より大きい場合には、路面摩擦係数が大きいほど減速度の立ち上がり勾配を小さくすることを特徴とする。

路面摩擦係数に応じて減速度の立ち上がり勾配を変化させることにより、早期にＡＢＳ制御へと移行して、適切な制動制御を行うことにより、制動距離の短縮と、車両挙動の安定性、操縦性の確保を両立させる。

路面摩擦係数が通常の乾いた舗装路面より大きい場合としては、砂利道等が考えられる。このような高μ路においては、急に減速度を増大させると車両挙動が不安定になる可能性があり、減速度の増加量を抑制する。

また、路面摩擦係数が上記所定のしきい値以下の別の所定のしきい値より小さい場合には、路面摩擦係数が小さいほど減速度の立ち上がり勾配を小さくするとよい。

路面摩擦係数が通常の乾いた舗装路面より小さく、スリップしやすい雪道、濡れた路面等の場合には、車輪がロックする減速度が小さくなる。スリップ検出を確実に行い、車両挙動を安定させるため、減速度の立ち上がり勾配を緩やかにしてロックに至るまでの時間を確保する。

本発明によれば、路面摩擦係数に応じて減速度の立ち上がり勾配、つまり、制動トルクの付加の立ち上がり勾配を変更することで、ＡＢＳ制御への移行を早めることができる。回生制動時の制動トルクの立ち上がり速度は、発電機を電気的に制御することで可能であり、摩擦制動装置に比べて立ち上がり速度の制御を行いやすい利点もある。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。

図１に本発明に係る回生制動制御装置を含む制動系を搭載した車両の概略構成図である。この車両１は、原動機として各車輪ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲにモータ２（各モータを区別する必要がある場合には、対応する車輪を示す添字ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲを付し、特に区別する必要のない場合には、単にモータ２と表記する。）を取り付けたいわゆるインホイールモータタイプの車両である。

各モータ２は、電力変換器３を介して、蓄電池４に電気的に接続されており、電力変換器３は、その作動を制御するモータＥＣＵ５に接続されている。このモータＥＣＵ５は、制動制御を行うＡＢＳ−ＥＣＵ６と高速のデータバス等によって接続されている。モータＥＣＵ５と、ＡＢＳ−ＥＣＵ６とは、ともにＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵ等によって構成されている。両ＥＣＵ５、６は、別々のハードウェアとして構成されていてもよいが、ハードウェアの一部ないし全体を共有し、ソフトウェア的に分離される構成をとってもよい。

ＡＢＳ−ＥＣＵ６には、ブレーキペダル７に取り付けられそのストローク量を検出するブレーキセンサ７０の出力が入力されている。なお、ブレーキペダル７には、踏み込み量に応じた反力を発生するストロークシミュレータ７１が取り付けられていると好ましい。ＡＢＳ−ＥＣＵ６には、さらに、路面の摩擦係数μを検出する路面摩擦係数検出装置８の出力が入力されている。この路面摩擦係数検出装置８としては、車輪に加わる力とその方向を検出し、検出結果を基にして路面摩擦係数μを求める装置等が好適に使用できる。また、走行時におけるモータＥＣＵ５の出力と車両挙動の関係から路面摩擦係数μを推定してもよい。

本実施形態では、モータＥＣＵ５が本発明における回生制動制御装置の制御部に相当し、モータ２が本発明における回生制動装置に相当する。

この車両１においては、モータＥＣＵ５の制御によって、電力変換器３により蓄電池４から各モータ２へと電力を供給することで、モータ２を電動機として作動させることで各車輪ＦＬ〜ＲＲへと駆動力を付与することで走行を行う。減速時（制動時）には、モータＥＣＵ５の制御によって、電力変換器３によりモータ２を発電機として作動させることで、各車輪ＦＬ〜ＲＲに制動トルク（回生トルク）を付与して、その回転エネルギーによって電力を生成し、これを蓄電池４へ供給して電気エネルギーとして回収する。

次に、この回生制動時の具体的な制御について説明する。図２は、この制御の処理フローチャートである。この制御は、運転者が制動操作を行っている間、すなわち、ブレーキペダル７が踏み込まれてから解除されるまでの間、所定のタイムステップΔｔごとに繰り返し実行される。本制御は、特に記載のない限り、ＡＢＳ−ＥＣＵ６とモータＥＣＵ５が協働して実行するものである。

まず、ブレーキセンサ７０の出力を参照して、ブレーキペダル７の踏み込み量、踏み込み速度を判定する（ステップＳ１）。踏み込み速度が踏み込み量に対して小さい場合か、踏み込み量が所定量に達していない場合には、ＡＢＳ制御を行う必要はないとして、モータＥＣＵ５は、電力変換器３に指示して、踏み込み量に応じてモータ２の発電量を制御し、その制動トルクを制御して（ステップＳ３）処理を終了する。

ブレーキペダル７の踏み込み量が所定量に達していた場合には、ステップＳ５に移行して、制動制御を開始する。まず、既に制動制御中か否かを判定する。制動制御中でない場合には、路面摩擦係数検出装置８から路面摩擦係数μを読み込む（ステップＳ７）。そして、路面摩擦係数μに応じて回生トルクによる目標減速度Ｄ（加速度Ｇと正負を逆にしたもの。）の初期立ち上がり勾配Ｄ’（＝ｄＤ／ｄｔ）を決定し（ステップＳ９）、あわせて、ＡＢＳ制御時の目標減速度Ｄtを決定する（ステップＳ１１）。図３は、検出したμに対するＤ’の設定例を示すグラフである。μが第１のしきい値μth1未満の場合は、Ｄ'は、μが大きいほど大きくなる。μがμth1以上で、かつ、第２のしきい値μth2未満の場合は、Ｄ'は一定の値Ｄ’_０となる。さらに、μがμth2以上の場合は、Ｄ'は、μが大きくなるほど小さな値をとる。

これにより、低μ路においては、制動初期の減速度を緩やかに増大させることで、制動トルクを急に増大させることによって低い減速度でスリップが発生するのを抑制し、比較的高い減速度を達成するまでスリップが発生しないようにする。この結果、十分な制動トルクを付与して確実に減速が行え、制動距離の短縮が図れる。

中μ路においては、制動トルクを比較的急速に増大させることでＡＢＳ制御開始までの時間を短縮し、かつ、その間に十分な制動トルクを付与することで、確実な減速と制動距離の短縮を図る。

高μ路としては、砂利道等があるが、このような砂利道では、制動トルクを急速に増大させて車輪の回転速度を急激に減速させると、車輪が砂利を巻き上げてしまい、空転に近い状態となって、車両自体の減速度は低下しない可能性がある。そこで、制動トルクの増大量を制限して、確実に車両が減速できるようにして、制動距離の短縮を図る。

目標減速度Ｄｔは、例えば、検出したμから車輪のスリップが開始されると予想される減速度Ｄslipより少し低めの値として設定される（例えば、その９０％）。

Ｄｔ、Ｄ’を求めたら、実際の制動力制御を開始する。まず、今回のタイムステップで実現する減速度ＤとしてＤ’×Δｔを設定する（ステップＳ１３）。次に、設定した減速度Ｄに基づいて各モータ２で付与すべき制動トルク（回生トルク）量を設定し（ステップＳ１５）、モータＥＣＵ５が電力変換器３に指示して各モータ２の発電量を制御することで所望の回生トルク量を発生させ、所望の減速度を実現する（ステップＳ１７）。

ステップＳ５で制動制御中と判定された場合には、ステップＳ２１へと移行し、すでにＡＢＳ制御に移行しているか否かを判定する。まだＡＢＳ制御に移行していない場合には、前回の減速度をＤ’×Δｔだけ増加させた値を今回の減速度Ｄに設定し（ステップＳ２３）、この設定減速度ＤをＤｔと比較する（ステップＳ２５）。ＤがＤｔ以下の場合には、ステップＳ１５へと移行することで、減速度Ｄが所定の立ち上がり勾配Ｄ’で増加するよう制御する。

ステップＳ２１で既にＡＢＳ制御へと移行済みと判定された場合には、ステップＳ３１のＡＢＳ制御を実行し、処理を終了する。また、ステップＳ２５でＤがＤｔを超えていた場合には、ステップＳ３１へと移行することで、ＡＢＳ制御へと制御を切り替える。

このＡＢＳ制御においては、図４に示されるように、減速度Ｄが目標減速度Ｄｔと、Ｄｔ２との間で周期的に変化するよう制御を行えばよい。あるいは、車輪のスリップ率を参考にしてフィードバック制御を行ってもよい。

本発明によれば、図４に示されるように、減速初期の減速度の立ち上がり勾配を可変とすることで制動初期において適切な減速挙動を得ることができる。特に、従来の油圧式のブレーキにおける減速度の立ち上がり勾配に比べて減速度を早期に高めてＡＢＳ制御へと移行することができる。また、目標減速度により制御を行うことで、制御開始初期にオーバーシュートによるスリップが発生するのを抑制できる。これによっても、確実に車両を減速させることができるので、制動距離の短縮に役立つ。

なお、路面摩擦係数を車輪ごとに個別に判定し、それぞれの制動力の立ち上がり勾配、回生トルクの配分量を制御してもよい。また、ここでは、インホイールモータの場合を例に説明したが、車両本体に搭載された電動機が駆動軸を介して車輪に連結されている場合にも本発明は適応可能である。

以上の説明では、制動装置として回生制動装置のみを有する車両について説明してきたが、回生制動装置と摩擦制動装置とを併用する場合にも本発明は好適に適用できる。併用する場合には、摩擦制動装置が油圧等でコントロールされる場合、油圧の上昇速度は、コンプレッサの能力に依存するとともに、急速に変動させることが難しいことから、初期の制動力増大は主に回生制動装置により行うとよい。ＡＢＳ制御に移行してからの制動制御は、回生制動装置と摩擦制動装置で適宜配分量を設定するとよい。

本発明に係る回生制動制御装置を含む制動系を搭載した車両の概略構成図である。 回生制動制御の処理フローチャートである。 路面摩擦係数に対する減速度立ち上がり勾配の設定例を示すグラフである。 制動開始時点からの減速度の時間変化を示すグラフである。

符号の説明

１…車両、２…モータ、３…電力変換器、４…蓄電池、５…モータＥＣＵ、６…ＡＢＳ−ＥＣＵ、７…ブレーキペダル、８…路面摩擦係数検出装置、７０…ブレーキセンサ、７１…ストロークシミュレータ。

Claims (2)

1. 車輪の回転エネルギーにより発電機を駆動することで制動を行う回生制動装置を備える車両の回生制動を制御する装置であって、
   路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段をさらに備えており、
   回生制動の開始時点における減速度の立ち上がり勾配を推定した路面摩擦係数に応じて変化させ、路面摩擦係数が所定のしきい値より大きい場合には、路面摩擦係数が大きいほど減速度の立ち上がり勾配を小さくすることを特徴とする回生制動制御装置。
2. 路面摩擦係数が前記所定のしきい値以下の別の所定のしきい値より小さい場合には、路面摩擦係数が小さいほど減速度の立ち上がり勾配を小さくすることを特徴とする請求項１記載の回生制動制御装置。

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