JP5574108B2 - 回生制動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、回生制動制御装置に係り、詳しくは制動時の回生制御に関する。

従来、電気自動車やハイブリッド自動車等の電動機を備える車両では、車両の航続距離を伸ばすべく車両の減速時や降坂時等に電動機を発電機として用いて、減速エネルギを電気に変換し車両に搭載されるバッテリを充電して、バッテリでの走行距離を伸ばす回生制動が行われている。更に回生制動では、油圧ブレーキが作動する領域においてもドライバのブレーキペダルの操作量に応じた電動機の回生制動を行い、減速エネルギを回収するようにもしている。

しかしながら、ブレーキ操作量に応じて回生トルクを決定すると、電動機の回生トルクは電動機の回転速度が高速になるほど低下することにより、一定踏力でブレーキペダルを操作して制動する場合には時間が経過し車速が低下するにつれ車両の減速度が大きくなり、ドライバのブレーキフィーリングが悪化することとなる。
このようなことから、ドライバのブレーキ操作によって車速が減少しても、電動機の回転速度低下に伴う回生制動トル増大による影響をうけずブレーキフィーリングが悪化することなく油圧ブレーキが作動する領域に於いても回生制動を行うことのできる回生制動制御装置が開発されている（特許文献１）。

実開平１−５８２０３号公報

ところで、上記特許文献１の回生制動制御装置では、ブレーキペダルの操作量或いはブレーキ油圧に基づいて回生トルク変数信号を決定し、回生トルク変数信号を電動機の最大回生制御トルクに乗算して回生トルク指令値を算出し、回生トルク指令値によって電動機の回生制動の制御を行っている。
しかしながら、回生トルク変数信号をブレーキ油圧に対して線形で近似して決定しているので、回生制動の開始時に制動力が急激に発生することとなり、ドライバのブレーキ操作開始時のブレーキフィーリングが悪化することとなり好ましいことでない。

本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ブレーキフィーリングを向上することのできる回生制動制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の回生制動制御装置は、車両の走行に用いる電動機と、ドライバのブレーキペダル操作に応じて前記車両の制動を機械的に行う機械式制動手段と、前記電動機を発電機として用いて制動する回生制動を行う回生制動手段と、前記車両の車速を検出する車速検出手段と、ドライバによるブレーキペダル操作量を検出する操作量検出手段とを備えた回生制動制御装置であって、前記回生制動手段は、前記車速検出手段にて検出される車速に基づいてペダル回生最大トルクを決定するペダル回生最大トルク決定手段と、前記操作量検出手段にて検出される前記ブレーキペダル操作量に基づいて、予め設定された横軸をブレーキペダル操作量、縦軸を補正量とするマップより、補正量を決定する補正量決定手段と、前記ペダル回生最大トルク決定手段にて決定されるペダル回生最大トルクと前記補正量決定手段にて決定される補正量を乗算しペダル回生トルクを算出するペダル回生トルク算出手段とを有し、前記補正量決定手段は、前記ブレーキペダル操作量に対して前記補正量が増加するように、かつ、前記ブレーキペダル操作量が前記機械式制動手段での制動が開始される操作量より少ない操作量である所定操作量以下であるときの前記ブレーキペダル操作量に対する前記補正量の変化率を、前記ブレーキペダル操作量が前記所定操作量より多いときより少なくなるように、前記補正量を決定することを特徴とする。

また、請求項２の回生制動制御装置では、請求項１に記載の前記マップにおいて、前記補正量は、前記ブレーキペダル操作量が前記所定操作量以下であるときの前記ブレーキペダル操作量に対し曲線状に変化することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、補正量決定手段は、ブレーキペダル操作量に対して補正量が増加するように、かつ、ブレーキペダル操作量が機械式制動手段での制動が開始される操作量より少ない操作量である所定操作量以下であるときのブレーキペダル操作量に対する補正量の変化率を、ブレーキペダル操作量が所定操作量より多いときより少なくするようにしている。
このように、ブレーキペダルの操作量が所定操作量以下であるときにブレーキペダル操作量の変化量に対する補正量の変化率をブレーキペダル操作量が所定操作量より多いときより少なくすることで、ブレーキペダル操作の初期には補正量が少なくなるようにし、ペダル回生トルク算出手段にて算出されるペダル回生トルクを小さくすることができる。また、ブレーキペダル操作量が所定操作量より多いときには補正量の変化量を多くすることで、ペダル回生トルクを大きくすることができる。

これにより、ブレーキペダル操作量が少ないブレーキペダル操作の初期時にはペダル回生トルクを小さくし、かつブレーキペダル操作量が多い時にはペダル回生トルクを大きくすることで、電動機で行う回生制動を機械式制動手段にて行う制動と同様な制動特性とすることが可能となる。
従って、ブレーキペダル操作の初期より回生制動による制動力を発生させることが可能となり、更に回生制動による制動力を急激に変化させることがないのでブレーキフィーリングを向上させることができる。

また、請求項２によれば、回生制動手段は、ブレーキペダル操作量と補正量との関係をマップ管理し、マップにおいて補正量は曲線状に変化するようにしているので、ブレーキペダル操作量の増加により機械式制動手段での制動が開始されても、制動力が急激に変化することなく、つながりが滑らかにすることができるのでブレーキフィーリングを更に向上させることができる。

本発明の実施形態に係る回生制動制御装置が適用された車両の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る回生制動制御装置の回生制御トルクを演算する制御ブロック図である。 本発明の実施形態に係る回生制動制御装置のペダル回生トルク演算する制御ブロック図である。 本発明の実施形態に係る回生制動制御装置を適用した車両の減速時のブレーキペダルストロークに対する減速力の変化を示した図ある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る回生制動制御装置が適用された車両の概略構成図であり、以下、車両の構成を説明する。
本実施形態の車両１は、当該車両１の走行装置として駆動用バッテリ２より電力が供給されインバータ３により制御されるモータ（電動機）４を備える電気自動車である。また、車両１の制動装置として後輪４２より変速機５を介してモータ４を駆動し当該モータ４を発電機として用いて制動力を発生させる回生ブレーキと、前輪４１と後輪４２には機械的に制動力を発生させる油圧ブレーキである液圧式ディスクブレーキシステム３１Ｒ，３１Ｌ（機械式制動手段）と液圧式ドラムインディスクブレーキシステム３２Ｒ，３２Ｌ（機械式制動手段）が備えられている。

図１に示すように、車両１の制動装置は、モータ４の回生力で制動を行う回生ブレーキ装置と機械的に制動を行う油圧ブレーキ装置からなる。回生ブレーキ装置は、駆動用バッテリ２、インバータ３、モータ４、各種センサ及び電子コントロールユニット（最大回生トルク決定手段、補正量決定手段、ペダル回生トルク算出手段、以下ＥＣＵという）５０から構成される。また、油圧ブレーキ装置はマスタシリンダユニット（機械式制動手段）１０、ハイドロリックユニット（機械式制動手段）２０、液圧式ディスクブレーキシステム３１Ｒ，３１Ｌ、液圧式ドラムインディスクブレーキシステム３２Ｒ，３２Ｌ、各種センサ、ＥＣＵ５０及び図示しないパーキングブレーキシステムから構成される。

また、マスタシリンダユニット１０、ハイドロリックユニット２０、液圧式ディスクブレーキシステム３１Ｒ，３１Ｌ、液圧式ドラムインディスクブレーキシステム３２Ｒ，３２Ｌ、は、ブレーキ配管（機械式制動手段）３３にてそれぞれ接続され、当該ブレーキ配管３３内は、作動油としてのブレーキフルードが満たされている。
駆動用バッテリ２は、モータ４を駆動するための電気を供給するためのものであり、回生ブレーキ時にモータ４にて発電された電気を蓄電するものである。

インバータ３は、ＥＣＵ５０からの制御信号により、モータ４を制御するものである。
モータ４は、インバータ３により制御され、車両１を走行させるための駆動力を発生させるものである。また、回生ブレーキ時には、変速機５を介して後輪４２Ｒ，４２Ｌより駆動され発電機として機能するものである（回生制動手段）。
変速機５は、モータ４と後輪４２の間に配設され、モータ４からの駆動力を減速させ後輪４２Ｒ，４２Ｌに伝達するものである。

また、マスタシリンダユニット１０は、ブレーキペダル１１、ブレーキスイッチ１２、ブレーキブースタ１３、マスタシリンダ１４及びブレーキペダルストロークセンサ（操作量検出手段）１５からなる一般的なものであり、詳細な構造の説明は省略する。
ブレーキスイッチ１２は、ブレーキペダル１１の操作の有無を検出し、ＯＮ或いはＯＦＦの電気信号を出力するものである。また、ブレーキペダルストロークセンサ１５は、ドライバにより操作されるブレーキペダル１１の操作度合いであるブレーキペダルストローク量を電気信号に変換し出力するものである。

ハイドロリックユニット２０は、マスタシリンダ１４から押し出されたブレーキフルードを前後左右輪４１Ｒ，４１Ｌ，４２Ｒ，４２Ｌに分配するものである。また、ハイドロリックユニット２０には、ブレーキ作動時のブレーキフルード圧を検出するブレーキ圧センサ２１が備えられている。
液圧式ドラムインディスクブレーキシステム３２Ｒ、３２Ｌは、図示しない液圧式ディスクブレーキユニットの内側に図示しない液圧式ドラムブレーキユニットを備える。なお、液圧式ドラムブレーキユニットは、図示しない上記パーキングブレーキシステムのブレーキとしても作動するものである。

これより、ブレーキフルードは、ブレーキペダル１１の操作時にマスタシリンダ１４より押し出され、ハイドロリックユニット２０により前輪４１Ｒ，４１Ｌは液圧式ディスクブレーキシステム３１Ｒ、３１Ｌへ、後輪４２Ｒ，４２Ｌは液圧式ドラムインディスクブレーキシステム３２Ｒ、３２Ｌに分配される。
車輪速センサ（車速検出手段、加速度検出手段）４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄは、前輪４１Ｒ，４１Ｌ及び後輪４２Ｒ，４２Ｌの近傍に取り付けられ、それぞれの車輪の回転速度を検出するものである。

ＥＣＵ５０は、車両１の総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びタイマ等を含んで構成される。
ＥＣＵ５０の入力側には、上記インバータ３、ドライバによる図示しないアクセルペダルの操作度合いであるアクセル開度を検出する図示しないアクセルポジションセンサ、ブレーキペダル１１の操作の有無を検出するブレーキスイッチ１２、ドライバにより操作されるブレーキペダル１１の操作度合いであるブレーキペダルストローク量を検出するブレーキペダルストロークセンサ１５、ブレーキフルード圧を検出するブレーキ圧センサ２１、及び車輪速を検出する車輪速センサ４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄが電気的に接続されており、これらのセンサ類からの検出情報が入力される。

一方、ＥＣＵ５０の出力側には、インバータ３が電気的に接続されている。
ＥＣＵ５０は、車輪速センサ４３（４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ）からの検出情報、予め記憶された前輪４１Ｒ，４１Ｌ及び後輪４２Ｒ，４２Ｌの外周長及び内蔵するタイマに基づいて、車両１の車速を算出するものである。また、各種センサ類からの検出情報に基づいて、モータ４で発生する回生トルクを演算し、演算結果に基づいてインバータ３に制御信号を出力し、モータ４を制御するものである。

次に、ＥＣＵ５０でのモータ４の回生制動制御について説明する。
図２は、回生制動制御装置の回生制御トルクを演算する制御ブロック図である。また、図３は、回生制動制御装置のペダル回生トルクを演算する制御ブロック図である。
まずは、図２に基づき本発明に係る回生制御トルクの演算手順について詳細に説明する。

図２に示すように、車速演算ブロックＢ１０では、車輪速センサ４３にて検出される車輪速と予め記憶されたタイヤ外周長に基づき車速が演算される。そして、演算された車速が走行トルク演算ブロックＢ１２及び基準値学習ブロックＢ１６に供給される。
そして、走行トルク演算ブロックＢ１２では、図示しないアクセルポジションセンサにて検出されるアクセル開度と車速演算ブロックＢ１０にて演算された車速に基づき車両１の走行状況に応じた走行トルクが演算される。ここで、走行トルクとは、車両１が定常走行或いは加速状態であれば正のトルク、所謂車両１を走行させるための駆動トルクであり、車両１が減速や降坂等のドライバがアクセルペダルを操作していない状態であれば負のトルク、所謂車両１を減速させるための減速トルクであり、内燃機関を搭載した車両のエンジンブレーキに相当する回生トルクである。

入力処理ブロックＢ１４では、ブレーキペダルストロークセンサ１５にて検出されるブレーキペダルストローク量が電圧値（Ｖ）から距離値（ｍｍ）に変換される。そして、変換されたブレーキペダルストローク量（ｍｍ）が基準値学習ブロックＢ１６に供給される。
基準値学習ブロックＢ１６では、入力処理ブロックＢ１４で変換されたブレーキペダルストローク量（ｍｍ）とブレーキ圧センサ２１にて検出されたブレーキフルード圧とブレーキスイッチ１２にて検出されたブレーキペダルの操作の有無に基づいてブレーキペダルストロークセンサ１５のゼロ値を示す基準値がブレーキペダル１１のゼロ点となるようにブレーキペダルストロークセンサ１５の基準値が補正される。そして、基準値を補正されたブレーキペダルストローク量（ｍｍ）がペダル回生トルク演算ブロックＢ１８に供給される。

ペダル回生トルク演算ブロックＢ１８では、車速演算ブロックＢ１０にて演算された車速と基準値学習ブロックＢ１６にて基準値が補正されたブレーキペダルストローク量（ｍｍ）に基づいてペダル回生トルクが演算される。そして、演算されたペダル回生トルクが切換ブロックＢ２４に供給される。
図３を参照すると、回生制動制御装置のペダル回生トルクの演算手順が制御ブロックで示されており、以下、同図に基づいてペダル回生トルク演算ブロックＢ１８におけるペダル回生トルク演算手順について詳細に説明する。

同図に示すように、ペダル回生トルク演算ブロック（ペダル回生トルク算出手段）Ｂ１８は、ペダル回生最大トルク演算ブロック（ペダル回生最大トルク決定手段）Ｂ１８ａとゲイン演算ブロック（補正量決定手段）Ｂ１８ｂで構成されている。
ペダル回生最大トルク演算ブロックＢ１８ａでは、モータ４の特性から予め決定される横軸を車速、縦軸をペダル回生最大トルクとするマップより、入力された車速におけるブレーキペダル操作で発生しうる最大の回生トルクであるペダル回生最大トルクが演算される。

また、ゲイン演算ブロックＢ１８ｂでは、予め設定された横軸をブレーキペダルストローク量（ｍｍ）、縦軸をゲイン（補正量）とするマップより、入力されたブレーキペダルストローク量（ｍｍ）におけるゲインが演算される。当該マップは、ブレーキペダル１１の操作量に対する油圧ブレーキの制動力に基づき設定され、ブレーキペダルストローク量が所定操作量以下のブレーキペダル１１の操作量が少ない領域においてはブレーキペダルストローク量の変化量に対するゲインの変化量を少なくし、ブレーキペダルストローク量が所定操作量よりブレーキペダルの操作量が多い領域においてはブレーキストローク量の変化量に対するゲインの変化量を多くしている。当該所定操作量は、機械式制動手段（液圧式ディスクブレーキシステム３１Ｒ，３１Ｌ及び液圧式ドラムインディスクブレーキシステム３２Ｒ，３２Ｌ）での制動が開始される操作量より少ない操作量に設定されている。

そして、ペダル回生最大トルク演算ブロックＢ１８ａにて演算されたペダル回生最大トルクとゲイン演算ブロックＢ１８ｂにて演算されたゲインとを乗算し、ペダル回生トルクが演算される。そして、演算されたペダル回生トルクが切換ブロックＢ２４に供給される。
次に図２のセンサダイアグＢ２０では、ブレーキペダルストロークセンサ１５により検出されるブレーキペダルストローク量（Ｖ）とブレーキ油圧センサ２１にて検出されるブレーキフルード圧に基づいて、ブレーキペダルストロークセンサ１５の異常判定が行われる。そして、異常判定結果であるダイアグフラグがＮＯＴブロックＢ２２に供給される。

ＮＯＴブロックＢ２２では、ダイアグフラグに基づいてペダル回生制動の停止の有無が判定される。そして、判定結果が切換ブロックＢ２４に供給される。
切換ブロックＢ２４では、ＮＯＴブロックＢ２２での判定結果に基づいて、後段にペダル回生トルク演算ブロックＢ１８にて演算されたペダル回生トルクを供給するか、０を供給するかが切り換えられる。

即ち、センサダイアグＢ２０、ＮＯＴブロックＢ２２及び切換ブロックＢ２４において、ブレーキペダルストロークセンサ１５が正常である場合にはペダル回生トルク演算ブロックＢ１８にて演算されたペダル回生トルクを後段に供給し、ブレーキペダルストロークセンサ１５が異常である場合には後段に０を供給する。
そして、走行トルク演算ブロックＢ１２にて演算され供給される走行トルクと切換ブロックＢ２４にて判定され供給されるペダル回生トルク或いは０とが加算され、モータトルク指令としてインバータ３に出力され、モータ４の回生トルクが制御される。

次に図４に基づき、減速時のブレーキペダルストローク量と減速力について説明する。図４中の細破線は油圧ブレーキでの減速力である油圧ブレーキ減速力、太実線が全ての減速力を加算した全減速力、太一点鎖線は図２の走行トルク演算ブロックＢ１２にて演算される走行トルクでの減速力であるエンジンブレーキ相当回生減速力、太破線は図３のペダル回生トルク演算ブロックＢ１８にて演算されるペダル回生トルクでの減速力であるペダル回生減速力を示す。また、図中細線の右側はブレーキペダル１１を操作して油圧ブレーキが作動する領域を、左側がブレーキペダル１１の操作量に対するブレーキフルード圧の立ち上がり遅れによるブレーキペダル１１を操作しても油圧ブレーキが作動しない領域、所謂無効ストローク領域を示す。

同図に示すように、車両１の減速時には油圧ブレーキによる油圧ブレーキ減速力、エンジンブレーキ相当のモータ４の回生トルクによるエンジンブレーキ相当回生減速力及び駆動用バッテリ２での走行距離を増加させる無効ストローク領域にブレーキペダルストローク量に応じた回生トルクをモータ４が発生させるペダル回生トルクによるペダル回生減速力が発生し、それらを加算した全減速力が車両１に負荷され車両１が減速することとなる。

ここで、油圧ブレーキ未作動領域、所謂無効ストローク領域である油圧ブレーキ作動初期の領域では、駆動用バッテリ２での走行距離を増加させるべくペダル回生トルクを発生させている。そして、ペダル回生トルクの大きさは、ゲイン演算ブロックＢ１８ｂにて演算されるゲインによって調整されている。詳しくは、ブレーキペダルストローク量が所定操作量以下の少ない領域ではブレーキペダルストローク量の変化量に対するゲインの変化量を少なくし、ブレーキペダルストローク量が所定操作量より多い領域ではブレーキストローク量の変化量に対するゲインの変化量を多くしているので、ブレーキペダルストローク量が所定操作量以下の少ない領域ではブレーキペダルストローク量の変化量に対するペダル回生トルクの変化量が小さくなり、ブレーキペダルストローク量が所定操作量より多い領域ではブレーキペダルストローク量の変化量に対するペダル回生トルクの変化量が多くなる。

以上のように、本発明の実施形態に係る回生制動制御装置によれば、ゲインの変化量をブレーキペダルストローク量が液圧式ディスクブレーキシステム３１Ｒ，３１Ｌ及び液圧式ドラムインディスクブレーキシステム３２Ｒ，３２Ｌでの制動が開始される操作量より少ない所定操作量以下の領域ではブレーキペダルストローク量の変化量に対して少なくし、ブレーキペダルストローク量が所定操作量より多い領域ではブレーキストローク量の変化量に対して多くしているので、最大回生トルクにゲインを乗算して算出されるペダル回生トルクを、ブレーキペダルストローク量が所定操作量以下の少ない領域では少なく、ブレーキペダルストローク量が所定操作量より多い領域では多くすることができる。

従って、液圧式ディスクブレーキシステム３１Ｒ，３１Ｌ及び液圧式ドラムインディスクブレーキシステム３２Ｒ，３２Ｌでの制動が開始される前にペダル回生トルクを滑らかに発生させることができるので、ペダル回生トルクによるペダル回生減速力を含む全減速力をブレーキペダルストローク量の少ないブレーキペダル１１の操作初期より発生させ、更に全減速力を急激に変化させることがないのでブレーキフィーリングを向上させることができる。

１ 車両
４ モータ（電動機）
１０ マスタシリンダユニット（機械式制動手段）
１５ ブレーキペダルストロークセンサ（操作量検出手段）
２１ ブレーキ圧センサ（油圧検出手段）
４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ 車輪速センサ（車速検出手段、加速度検出手段）
５０ ＥＣＵ（最大回生トルク決定手段、補正量決定手段、ペダル回生トルク算出手段）

Claims (2)

1. 車両の走行に用いる電動機と、ドライバのブレーキペダル操作に応じて前記車両の制動を機械的に行う機械式制動手段と、前記電動機を発電機として用いて制動する回生制動を行う回生制動手段と、前記車両の車速を検出する車速検出手段と、ドライバによるブレーキペダル操作量を検出する操作量検出手段とを備えた回生制動制御装置であって、
   前記回生制動手段は、
   前記車速検出手段にて検出される車速に基づいてペダル回生最大トルクを決定するペダル回生最大トルク決定手段と、
   前記操作量検出手段にて検出される前記ブレーキペダル操作量に基づいて、予め設定された横軸をブレーキペダル操作量、縦軸を補正量とするマップより、補正量を決定する補正量決定手段と、
   前記ペダル回生最大トルク決定手段にて決定されるペダル回生最大トルクと前記補正量決定手段にて決定される補正量を乗算しペダル回生トルクを算出するペダル回生トルク算出手段とを有し、
   前記補正量決定手段は、前記ブレーキペダル操作量に対して前記補正量が増加するように、かつ、前記ブレーキペダル操作量が前記機械式制動手段での制動が開始される操作量より少ない操作量である所定操作量以下であるときの前記ブレーキペダル操作量に対する前記補正量の変化率を、前記ブレーキペダル操作量が前記所定操作量より多いときより少なくなるように、前記補正量を決定することを特徴とする回生制動制御装置。
2. 前記マップにおいて、前記補正量は、前記ブレーキペダル操作量が前記所定操作量以下であるときの前記ブレーキペダル操作量に対し曲線状に増加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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