JP5483393B2 - 回生制動装置の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の減速エネルギを電気エネルギとして回生することで車両を制動する回生制動装置を備えた車両の回生技術に関する。

従来、この種の装置として、例えば、特許文献１には、車両走行中における運転者のサービスブレーキの操作レベルに応じて回生電流を制御する技術が記載され、具体的にはサービスブレーキの操作レベルが大きい場合（運転者がブレーキペダルを強く踏み込んだ場合）に回生電流を大きく（電気制動力を大きく）するようにした技術が記載されている。
特開２０００−３１６２０４号公報

特許文献１に記載された装置は、図４に示すように、運転者のブレーキペダルの踏み込みレベル（減速要求）が高くなるに連れて、回生エネルギを増やすことで所定の制動エネルギを得る構成であるため、微妙なブレーキペダル操作で制動力を制御して円滑な走行を得たいような場合でも、比較的急激に回生制動力の全制動力における分担割合が変化してしまう場合があるため、制動時に減速度が変動し易くぎくしゃくして円滑な走行が難しくなり、例えば負荷（積載重量など）の小さい車両や発進停止が頻繁に行われる都市バスなどに適用した場合、運転者や同乗者等に違和感を与えると共に運転者にはブレーキペダル操作に対する熟練が要求されることとなり、円滑なブレーキ操作延いては円滑な車両運行が難しくなるといった惧れが想定される。

本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、簡単かつ安価な構成でありながら、例えば積載の少ない車両や都市バスなどに適用した場合であっても、熟練を要することなく円滑な走行を可能とし、運転者等への違和感を抑制しながら、車両の減速エネルギを効果的に電気エネルギとして回生することができる回生制動装置の制御装置を提供することを目的とする。

このため、本発明に係る回生制動装置の制御装置は、
車両の駆動軸に連結される電動発電機を介して車両の減速エネルギを電気エネルギとして回生することで車両を制動する回生制動装置の制御装置であって、
前記車両が補助ブレーキ装置を備える場合において、当該補助ブレーキ装置を作動させるモード中であっても、
運転者がブレーキペダルを踏み込んだ場合には、前記回生制動装置による回生制動制御に移行させると共に、
前記回生制動制御は、
運転者がブレーキペダルを踏み込んだことを条件に、予め定められた回生量で車両の減速エネルギを電気エネルギとして回生すると共に、
前記駆動軸に連結される変速装置の変速比が低速側にある車両走行状態に比べて前記変速比が高速側にある車両走行状態の場合に、前記回生量が大きな値に設定されることを特徴とする。

本発明によれば、かかる実情に鑑みなされたもので、簡単かつ安価な構成でありながら、例えば積載の少ない車両や都市バスなどに適用した場合であっても、熟練を要することなく円滑な走行を可能とし、運転者等への違和感を抑制しながら、車両の減速エネルギを効果的に電気エネルギとして回生することができる回生制動装置の制御装置を提供することができる。

以下、本発明に係る一実施例を、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施例により、本発明が限定されるものではない。

本発明の実施例１に係る回生制動装置は、図１に示すように、例えばハイブリッド車両（ＨＥＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）に搭載され、内燃機関１に回転連結された電動発電機２と、電池３と、この電池３とこの電動発電機２の間に設けられたインバータ回路４と、を含んで構成されている。

電動発電機２は、かご形誘導機により構成され、界磁巻線に回転軸の回転速度より大きい回転速度を有する回転磁界を与える三相交流電流を供給して駆動すると、電動機として動作し、界磁巻線に回転軸の回転速度より小さい回転速度を有する回転磁界を与える三相交流電流を供給すると、回転軸に与えられる機械エネルギが電気エネルギに変換されて、これを三相交流として界磁巻線から取り出すことができるように構成されている。

電動発電機２を車両駆動源として機能させるために当該電動発電機２に供給する交流電流は、電池３から供給される直流電流をインバータ回路４により変換して得る。また、電動発電機２が発電機として動作されるときに発生される三相交流は、インバータ回路４により直流電流に変換され、電池３を充電することで回生されるようになっている。

なお、インバータ回路４の交流側の周波数（すなわち、電動発電機２の回転磁界の回転速度）は、内燃機関１つまり電動発電機２の回転軸の回転速度を検出する回転センサ６の出力を取込み、その取り込まれた出力に基づいてインバータ回路４を制御する制御回路５により制御される。

つまり、電動発電機２を電動機として動作させて、補助加速（アシスト）を行うときには、制御回路５はアクセルペダル２１の操作に連動するアクセルセンサ１７の出力を取込み、例えば、回転センサ６が検出する回転速度よりわずかに大きい（正のスリップ率０〜数％の）回転磁界を電動発電機２の界磁巻線に発生させるようにインバータ回路４を制御する。このとき、エネルギは電池３から電動発電機２に供給される。

電動発電機２を発電機として動作させて電気制動（回生制動）を行うときには、制御回路５は回転センサ６が検出する回転速度よりわずかに小さい（負のすなわち率０〜数％の）回転磁界を電動発電機２の界磁巻線に発生させるようにインバータ回路４を制御する。このときエネルギは電動発電機２から電池３に供給され、或いは半導体スイッチ回路１２を介して抵抗器１１により消耗される。

このとき、電池３の端子電圧は検出回路１３により観測されていて、電池３に充電の余裕があるならスイッチ制御回路１４は半導体スイッチ回路１２を非導通状態として、電流は電池３を充電するように流れる。

この一方、電池３が所定に充電されていて充電する必要がない場合には、スイッチ制御回路１４は半導体スイッチ回路１２を導通状態として、電動発電機２の回生制動により発生した電気エネルギは抵抗器１１により消費されるようになっている。

車速センサ１６は、例えば車輪回転または変速機の出力側の回転を検出して車速を検出するためのセンサであり、制御回路５では、例えば取得された車速と変速比（変速機の入力側の回転速度と出力側の回転速度の比）などから変速機が現在どの変速段位置にあるのかなどを知るために利用されることができる。なお、変速機は自動変速機、手動式変速機の何れであって良い。また、無段変速機の場合には変速段位置を知ることなく、変速比を以下で説明する制御においてそのまま用いることができる。

電池３の標準的な端子電圧は、例えば３００Ｖであり、これは車両の電気設備において利用するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ１９により２４Ｖに変換される。

前記インバータ回路４は、電動発電機２が補助加速用の電動機として作動するときには電池３からエネルギを電動発電機２に送り、電動発電機２が電気制動を行う発電機として作動するときには電動発電機２に発生する電気エネルギを電池３に回生するように動作する。当該インバータ回路４の動作は、制御回路５に設定された制御プログラムによりコンピュータ制御される。

ここで、電気制動時に発生する減速エネルギは、電動発電機２が発生する電気エネルギを半導体スイッチ回路１２を介して抵抗器１１に供給して熱エネルギとして消費することにより電気制動による車両の減速を有効に行うことができるが、かかる場合は、電気制動により発生する電気エネルギは熱エネルギとして消費されてしまう。
従って、減速エネルギを有効利用するためには、電動発電機２により発生される電気エネルギを電池３に回生することが望ましい。

このため、本実施例に係る制御回路５は、回生制動時に電動発電機２により発生される電気エネルギを電池３に回生する回生制御を行いつつ、例えば内燃機関１又は電動発電機２の回転速度が所定以下の場合で積載の少ない車両や都市バスなどに適用すべく、違和感を抑制して円滑なブレーキ操作や円滑な車両走行が行えるように、アクセルペダル２１の操作信号及びサービスブレーキの制動を制御するためのブレーキペダル２２のＯＮ・ＯＦＦを少なくとも検出可能なブレーキペダルセンサ１８（或いはブレーキペダルスイッチ）の信号を制御回路５に供給し、走行中の運転操作によりアクセルペダル２１が解放されると共に運転者がブレーキペダル２２の踏み込みを開始しブレーキペダルセンサ１８がＯＮされたときに、そのときの車両走行状態（車速、変速位置、路面勾配など）や内燃機関１の運転状態（回転速度等）などに基づいて、ブレーキペダル２２の操作量とは無関係に予め定められた回生量で電動発電機２の回生制動により減速エネルギを電気エネルギとして電池３に回生するブレーキ回生制御（ブレーキ回生モード（比較的回生量が大きく設定されている）による回生制動）を実行する。なお、当該ブレーキ回生制御は、運転者がブレーキペダル２２を離し、アクセルペダル２１を踏むなどの操作を行うと停止されるようになっている。

但し、負荷（積載量）が大きい場合や、発進加速を頻繁に繰り返さないような走行状態の場合には、そのことを検出して或いは運転者のスイッチの切り換え等のマニュアル操作により、制御回路５により実行される回生制御パターンを切り換え可能に構成し、上述した積載の少ない車両や都市バスなどに適用した回生制御内容を、プレーキペダル２２の操作量に応じて回生量を可変に制御する（ブレーキペダル２２の操作量が大きくなるに連れて、回生量を大きくして回生制動を強力に効かせるようにする）回生制御に切り換え、回生量及び制動能力を優先するような構成とすることもできる。

ところで、本実施例に係る制御回路５が実行するブレーキ回生制御においては、図３に示すように、変速段位置が低速側にある程、前記予め設定される回生量（回生制動力）を小さく設定するように構成されている。

これにより、例えばエンジンブレーキが良く効く状態で回生量（回生制動力）を大きく設定してしまうと、比較的車両速度が低速で走行している場合にブレーキペダル２２を軽く踏んだ際に、回生制動が大きな力で働くため急激に減速し、車両がぎくしゃくして円滑な走行が行なえなくなるといった惧れを回避することができる。

これに対し、変速段位置が高速側にある場合はエンジンブレーキがあまり効かない状態であるから、回生量（回生制動力）を大きく設定しても、ブレーキペダル２２を踏んだ際に、回生制動が車両の減速度合いに与える影響が小さいため、比較的円滑に車両を走行させることができる。このため、変速段位置が高速側にある場合は、前記予め設定される回生量（回生制動力）を比較的大きく設定することで、円滑な走行を維持しながら回生量を確保するようになっているのである。

なお、車両を制動させるシステムとして、ブレーキペダル２２を操作するサービスブレーキシステムの他に、アクセルペダル２１を離したときに内燃機関１の排気通路を閉塞したり或いは排気弁の閉弁時期や閉弁期間を制御してエンジンブレーキを強力に効かせるエキゾーストブレーキシステムや、ドライブシャフト等に流体、電磁誘導等による抵抗を与えて制動力を発生させるリターダシステム（流体式、電磁式、永久磁石式など）などの補助ブレーキシステムがあり、本実施例に係る回生制動装置を備えた車両にも搭載可能である。

なお、従来、このような補助ブレーキシステムを搭載した車両においては、例えば、補助ブレーキレバー２３の操作位置或いは設定位置（例えば、補助ブレーキシステムを作動させない位置、エキゾーストブレーキシステムを単独で作動させる位置、リターダシステムを単独で作動させる位置、エキゾーストブレーキシステム及びリターダシステムの両者を作動させる位置など）に応じて、補助ブレーキシステムを作動させていた。

そして、かかる補助ブレーキシステムの作動中は、従来においては、運転者がブレーキペダル２２を踏み込んだ場合でも、電動発電機２の回生制動による回生制御は、例えばリターダモード（予め補助ブレーキシステムの作動状態に応じて回生制御内容（比較的回生量が小さく設定されている）が定められた電動発電機２による回生制御）が継続される構成であり、制動力が不足すると共に、減速エネルギの電気エネルギとしての回生量が少ないのが実情であった。

このため、本実施例では、補助ブレーキシステムを搭載した車両においても、良好に電動発電機２の回生制動が行われ減速エネルギの電気エネルギへの回生量を増加させることができるように、図２に示すようなフローチャートを実行するようになっている。

すなわち、車両が走行中（車速、内燃機関１の回転速度などが所定以上）である場合に、
Ｓ（ステップ、以下同様。）１では、アクセルペダル２１の操作に連動するアクセルセンサ１７の出力からアクセルペダル２１が解放されたか（アクセルセンサ１７がＯＦＦされたか）否かを判断する。
ＯＮの場合は、アクセルペダル２１が踏まれているとして、Ｓ６へ進み、制御装置５による電動発電機２の回生制動制御を行わないＯＦＦモード、電動発電機２による補助加速（アシスト）モード、或いは回生モード（例えば、緩やかな降坂時などにおいてアクセルペダル２１が所定に踏まれている場合においても、車速、内燃機関１の回転速度などに応じて定められた回生制御内容（比較的回生量が小さく設定されている）に従って実行される回生制御パターン）に移行する。
ＯＦＦの場合には、アクセルペダル２１が解放されているとして、Ｓ２へ進む。

Ｓ２では、補助ブレーキレバー２３の操作位置からリターダ信号を取得し、補助ブレーキシステムを作動させるＯＮ信号が入力されているか或いは作動させないＯＦＦ信号が入力されているかを判断する。
ＯＮの場合には、Ｓ７へ進み、制御装置５は電動発電機２による回生制動の１つのパターンである前記リターダモードへ移行して実行すると共に、対応する補助ブレーキシステムを作動させる。
ＯＦＦの場合は、Ｓ３へ進み、制御装置５は前記回生モード（車速、内燃機関１の回転速度などに応じて定められた回生制御内容に従って実行される回生制御パターン）に従って電動発電機２による回生制動を実行する。

続くＳ４では、ブレーキペダルセンサ１８の出力に基づきブレーキペダル２２が踏み込まれＯＮとなっているか否かを判断する。
ＯＮの場合には、Ｓ５へ進み、制御装置５は、前記回生モードから前記ブレーキ回生モードへ移行させ、電動発電機２の回生制御内容を、ブレーキペダル２２が踏み込まれた場合に適合されたブレーキ回生制御へ移行させてこれを実行し、本フローを終了する。
ＯＦＦの場合（ブレーキペダル２２が解放された場合）には、Ｓ３へ戻り前記回生モードに従った制御状態を継続する。

この一方、Ｓ７へ進み、前記リターダモードにて回生制御を実行すると共に補助ブレーキシステムを作動させている場合は、Ｓ８で、ブレーキペダルセンサ１８の出力に基づきブレーキペダル２２が踏み込まれＯＮとなったか否かを判断する。
ＯＦＦの場合（ブレーキペダル２２が解放されている場合）には、Ｓ７へ戻りリターダモード状態を継続する。
ＯＮの場合には、リターダモード中であっても、運転者はより大きな制動力を要求しているとして、Ｓ５へ進み、補助ブレーキシステムの作動を継続しつつ、制御装置５は前記リターダモードから前記ブレーキ回生モードへ移行させ、電動発電機２の回生制御内容を、ブレーキペダル２２が踏み込まれた場合に適合されたブレーキ回生制御に移行させてこれを実行し、本フローを終了する。

このように、本実施例では、電動発電機２の回生制御がリターダモード中であっても、ブレーキペダル２２が踏み込まれた場合には、運転者はより大きな制動力を要求しているとして、リターダモードからブレーキ回生モードへ移行させ、電動発電機２の回生制御内容を、ブレーキペダル２２が踏み込まれた場合に適合されたブレーキ回生制御に移行させるようにしたので、運転者の要求に見合うように電動発電機２による回生制動の内容を変更して減速エネルギを電気エネルギとして効率良く回生させることができ、以って従来のように、例え運転者がブレーキペダル２２を踏み込んだ場合でもリターダモードが継続されてしまい、制動力が不足すると共に、電気エネルギへの回生量が少なくなるといった惧れを解消することができる。

以上説明したように、本実施例に係る回生制動装置の制御装置によれば、ブレーキペダル２２の操作量とは無関係に予め定められた回生量で電動発電機２によるブレーキ回生制動を実行し減速エネルギを電気エネルギとして電池３に回生する構成としたので、積載の少ない車両や都市バスなどに回生制動装置を適用した場合であっても、熟練を要することなく円滑な走行を可能とし、運転者等への違和感を抑制しながら、車両の減速エネルギを効果的に電気エネルギとして回生することができる。

また、本実施例では、変速機の変速段位置（変速比）が低速側にある程、回生量（回生制動力）を小さく、変速段位置（変速比）が高速側にある程、回生量（回生制動力）を大きく設定するようにしたので、円滑な走行を維持しながら回生量を効果的に確保することができる。

なお、本実施例は、ＨＥＶ車両（ハイブリッド車両）に適用した場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ：電気自動車）などにも適用可能である。また、本発明はトラックやバスなどの比較的大型の車両に限定されるものではなく、普通乗用車等の小型車両などにも適用可能である。

また、本発明は、補助ブレーキシステムとして、エキゾーストブレーキシステム、リターダシステムの双方を備える場合に限らず、何れか一方、或いは他の補助ブレーキシステムを備える場合や、これらの全部或いは一部を適宜に組み合わせて補助ブレーキシステムとして備える場合にも適用できるものである。

以上で説明した各実施例は、本発明を説明するための例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは可能である。

本発明の一実施例に係る回生制動装置の全体構成を概略的に示す図である。 同上実施例に係る回生制動装置の制御装置が行う制御を説明するフローチャートである。 同上実施例に係る回生制動装置の制御装置が設定する変速段位置（変速比）に応じた回生量について説明するための図である。 従来のブレーキペダル操作に応じた回生制動制御を説明するタイムチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 電動発電機
３ 電池
５ 制御回路
１７ アクセルセンサ
１８ ブレーキペダルセンサ（ブレーキスイッチ）
２１ アクセルペダル
２２ ブレーキペダル
２３ 補助ブレーキレバー

Claims (1)

1. 車両の駆動軸に連結される電動発電機を介して車両の減速エネルギを電気エネルギとして回生することで車両を制動する回生制動装置の制御装置であって、
   前記車両が補助ブレーキ装置を備える場合において、当該補助ブレーキ装置を作動させるモード中であっても、
   運転者がブレーキペダルを踏み込んだ場合には、前記回生制動装置による回生制動制御に移行させると共に、
   前記回生制動制御は、
   運転者がブレーキペダルを踏み込んだことを条件に、予め定められた回生量で車両の減速エネルギを電気エネルギとして回生すると共に、
   前記駆動軸に連結される変速装置の変速比が低速側にある車両走行状態に比べて前記変速比が高速側にある車両走行状態の場合に、前記回生量が大きな値に設定されることを特徴とする回生制動装置の制御装置。
   

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