JP5721792B2 - 少なくとも１つの電気モータを含む車両の回生制動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、原動機付き車両の回生制動制御に関する。

更に詳細には、本発明の主題は、燃焼エンジン及び／又は少なくとも１つの電気モータを備える車両の回生制動制御方法である。

本発明は、少なくとも１つの電気モータと、関連する蓄電手段、特にバッテリとを備えるいずれの原動機付き車両にも、この車両が、厳密に電気車両であるか、または少なくとも１つの電気機械に接続される燃焼エンジンを備えるハイブリッド車両であるかに関係なく適用することができる。

回生制動機能は普通、車両ブレーキペダルから切り離されている。このような場合においては、パワートレイン（ＧＭＰ）制御システムが、車輪にブレーキパッドを介して加わる制動作用力を制御して、エネルギー回生を最適化する。従って、運転者がブレーキペダルを踏み込むと、ＧＭＰ制御ユニットが、パッドを介して加わる作用力を打ち消して（運動エネルギーの散逸がない）、電気モータ（群）によるエネルギー回生を最大にすることさえも可能である。

仏国特許公開第２，２３０，５１５号には、このようなシステムが記述されており、当該システムでは、回生制動の制動力は、ブレーキペダルが踏み込まれる量に結び付けられている。具体的には、車両の状態（速度、バッテリ充電量など）を考慮に入れることなく、ブレーキペダルの位置に直接的に依存しているのは、回生制動を提供する電流の大きさである。ここで、再充電電流を特定状況下で、特にバッテリが既に高い充電量になっているときに変更して、バッテリの損壊を避けることが望ましい。

米国特許出願公開第２００２／００３０４０８号には、運転者からの制動要求に応じて変更される車両の回生制動を制御し、そして前部車軸アセンブリと後部車軸アセンブリとのバランス率を制御する別の方法が記述されている。しかしながら、従来のブレーキシステムは、この制御から切り離されているので、システムのコストを増大させている。また、回生制動力設定値を計算する方法では、ペダルから足を離すことにより車両を減速させるエンジンブレーキを全く考慮に入れず、これによって、制動フェーズから足離れフェーズに切り替わるときの減速が不連続になってしまう。運転操作性がこのような状態では悪くなり得る。

要約すると、既知の方法では、車両における電気エネルギー管理を最適化することができないので、ハイブリッド車両の場合には燃料消費量を最小化できず、または電気車両の場合には航続距離を最大化できない。

仏国特許公開第２，２３０，５１５号 米国特許出願公開第２００２／００３０４０８号

本発明の１つの目的は、パワートレイン作動ポイント全体を計算するときに回生制動を考慮に入れることにより、制動時のエネルギー損失を最小化することにある。

この目的を達成するために、本発明は、ＧＭＰを介して車輪に伝達されるブレーキ力の設定値を計算することを提案し、前記ブレーキ力は回生制動作用力を含み、前記設定値は、ブレーキペダルが踏み込まれる量と、前記車両の主ブレーキによって車輪に与えられる制動作用力との間に存在する関係に影響されない。

本発明によれば、前記電気モータによって回生制動を利用して伝達される追加の前記制動作用力は、前記車両の前記主ブレーキによって与えられる前記制動作用力に単純に加算される。

本発明の特定の一実施形態によれば、前記ＧＭＰ車輪制動力設定値（Ｆｒ＿ｃｏｎｓ＿ｂｒａｋｅ）は次の関係式により定義され、
Fr_cons_brake=Fr_min_0+β(brake_pdl)^*(Fr_min_1-Fr_min_0)
上の式では、
−βは、ブレーキペダルの位置の関数であり、この関数は、例えば範囲[０；１００]から範囲[０；１]に定義され、
−Ｆｒ＿ｍｉｎ＿０は、ＧＭＰに要求され得る最小作用力であり、
−Ｆｒ＿ｍｉｎ＿１は、回生制動の最大制動力を絶対値で表わしている。

これらの段階を踏むことによって、電気機械による回生制動作用力は散逸性制動作用力に加算される。車両が減速し過ぎる場合、運転者はブレーキペダルの踏み込み量を小さくし、散逸性ブレーキシステムにより低い要求を出す。

本発明の他の特徴及び利点は、本発明の１つの非制限的な実施形態に関する以下の記述を、添付の図面を参照しながら一読することにより明確に理解されるようになる。

図１は、一例として、燃焼エンジン及び少なくとも１つの電気モータを備えるハイブリッド車両の１つの制御アーキテクチャを示している。 図２は、作用力の最小包絡線及び最大包絡線を示している。 図３は、回生制動力に重み付けを行なう様子を示している。 図４は、この例を補足している。 図５は、散逸性制動作用力及び回生制動作用力をどのようにして互いに重ね合わせるかを示している。 図６は、本発明の別の形態を示している。

全ての図を通じて、車輪作用力／車両速度座標系で定義される制御アーキテクチャを記述するように任意に選択されている。この表現は、車両車輪における動力の寄与全てに注目することを目的としている。車輪作用力の概念は、車輪トルクの概念と等価である。図１は、
−アクチュエータ、すなわち、燃焼エンジンアクチュエータ（Ｍｔｈ）、ギアボックスアクチュエータ（ＢＶ）、シャーシアクチュエータなどに対する設定値を作成するという主目的を有するパワートレイン制御ユニット（ＣＧＭＰ）、
−電気技術システム（バッテリ（ＢＡＴ）、インバータ、電気モータ（群）（ＭＥ１〜ＭＥＮ））全体を作動させて、ＣＧＭＰから受信する設定値を実現するタスクを有する電気技術制御ユニット（ＣＥ）、
−エンジン（Ｍｔｈ）上で、ＣＧＭＰにより指示される設定値を実現するために必要な要素群の全てを作動させるタスクを有する燃焼エンジン制御ユニット（ＣＭｔｈ）、
−ギアボックス（ＢＶ）アクチュエータを作動させてＣＧＭＰからの設定値を実現するタスクを有するギアボックス制御ユニット（ＣＢＶ）、及び
−ＣＧＭＰにより指示される設定値を実現するタスクを有するシャーシ制御ユニット（ＣＣＨ）、を示している。

ＧＭＰ制御ユニットは、運転者による操作を、アクチュエータが理解することができる設定値に変換するタスクを引き受ける。一般的には、アクセルペダルの位置をＧＭＰモータ作用力設定値Ｆｒ＿ｃｏｎｓに、次の関係式を使用して変換する。
Fr_cons-Fr_min_0+α(accel_pdl)^*(Fr_max-Fr_min_0)
上の式では、
−Ｆｒ＿ｍｉｎ＿０は、ＧＭＰに要求され得る最小作用力の包絡線に対応する。
−Ｆｒ＿ｍａｘは、ＧＭＰに要求され得る作用力の最大包絡線に対応する。
−αは、アクセルペダルの関数であり、この関数は、区間[０；１００]から区間[０；１]において定義され、そしてこの関数によって、例えば累進的性質を、アクセルペダルの位置を変換する様式に合わせることができる。

（燃焼エンジンを持たない）電気車両の場合、車両の自然な減速度合（すなわち、足離れの度合）を特徴付ける包絡線Ｆｒ＿ｍｉｎ＿０は、電気技術システムに関する考慮事項（バッテリ電力の限界値、電気モータによって伝達することができる最小トルクなど）を考慮に入れるために段階評価することができる。

（燃焼エンジンを持つ）ハイブリッド車両の場合、燃焼エンジンが作動している状態（例えば、バッテリが満充電されている場合）で、または作動していない状態（従って、電気モータがエンジンブレーキを提供している）で自然な減速が起こっているとすると状況が異なってくる。燃焼エンジンが作動しているか、またはオフに切り替わっているかに拘わらず同じ減速を運転者が確実に感じるようにするために、燃焼エンジンブレーキに出来る限り近くなるように包絡線Ｆｒ＿ｍｉｎ＿０を定義するよう選択が可能である。従って、燃焼エンジンがオフに切り替わっている状態で減速している間、燃焼エンジンによって生成されるエンジンブレーキ制動力を再現するタスクを行なうのは電気モータである。

図２は、車両速度（Ｖｖｅｈ）／車輪作用力（Ｆ）座標系で、曲線Ｆｒ＿ｍａｘ（ＧＭＰに要求される作用力の最大包絡線）及び曲線Ｆｒ＿ｍｉｎ＿０（足離れ時の最小包絡線）を表わしている。これらの２つの曲線は、当該座標系で、ＧＭＰ設定値がアクセルペダルの踏み込み量とともに変化するゾーンＺ（ａｃｃｅｌ＿ｐｄｌ）を画定する。正常状態（平坦な走行面、無風状態など）における車両の前進に対する抵抗力を表わす曲線（Ｃ）は、設定値変化ゾーンの端部で最大包絡線Ｆｒ＿ｍａｘと交差する。

本発明では、牽引力に対応するＧＭＰ設定値（Ｆｒ＿ｃｏｎｓ）と同じ方法で、次の関係式を使用して計算されるブレーキ時のＧＭＰ設定値（Ｆｒ＿ｃｏｎｓ＿ｂｒａｋｅ）の計算を導入することとなる。
Fr_cons_brake=Fr_min_0+β(brake_pdl)^*(Fr_min_1-Fr_min_0)
上の式では、
−βは、ブレーキペダル位置の関数であり、この関数は、例えば範囲[０；１００]から範囲[０；１]に定義され、この関数によって、所定のブレーキペダル位置に関して望ましい回生制動力を段階評価することができ、そして
−Ｆｒ＿ｍｉｎ＿１は、車両に付与することが望ましい回生制動の最大制動力（絶対値で）に対応する。

図３は、回生制動の最大制動力（Ｆｒ＿ｍｉｎ＿１）の段階評価に関する本発明の別の態様を示している。ここで、図２の曲線と同じ曲線に重ねるようにして、足離れ時の最小包絡線（Ｆｒ＿ｍｉｎ＿０）の曲線と合わせて、ＧＭＰ設定値がブレーキペダルの踏み込み量（ｂｒａｋｅ＿ｐｄｌ）とともに変化するゾーンを画定する回生制動に対応する最大包絡線（Ｆｒ＿ｍｉｎ＿１）を描くこともできる。車両の電気技術システムの状態によって回生制動が可能になる場合（特に、故障が発生せず、かつバッテリ充電量が飽和していない場合）にのみ回生制動を効かすことができるとすると、回生制動の制動力は、当該制動力の除去が、運転者にとって気にならないような値に制限される。このようなやり方は、回生制動が効いていないときに、ブレーキが故障しているという印象を運転者が持たないことを意味する。

図４は、ブレーキペダルの位置の重み付け関数β＝ｆ（ｂｒａｋｅ＿ｐｄｌ）の一例を示している。この重み付けによって、関数βは値１で飽和し、この飽和は、中間ブレーキペダル位置から始まる。この重み付けによって、一旦、ブレーキペダルを特定の踏み込み量を超えて踏み込んでしまうと、発生許可回生制動力の全てを利用することができるようになる。

従って、一般的な場合においては、すなわち対応するペダルに出される加速要求または制動要求（ａｃｃｅｌ＿ｐｄｌ、ｂｒａｋｅ＿ｐｄｌ）を考慮に入れる場合においては、アクセルペダル及びブレーキペダルの位置の関数として、ＧＭＰ車輪作用力設定値Ｆｒ＿ｃｏｎｓを次式に従って計算することができる。
Fr_cons(accel_pdl,brake_pdl)=Fr_min_0+α(accel_pdl)^*(Fr_max-Fr_min_0)+β(brake_pdl)^*(Fr_min_1-Fr_min_0)

しかしながら、一旦計算されると、この設定値は適用前に第２モジュール内で処理され、この第２モジュールは（必要に応じて）、電気技術的考慮事項（バッテリ充電量など）及びシャーシ考慮事項を考慮に入れて当該設定値を飽和させる。全てのこれらの考慮事項の目的は、車両が全ての状況下において安定状態を維持することを保証することにある。

このようにして計算される車輪作用力設定値は、回生制動作用力を含むが、この車輪作用力設定値によって、ブレーキペダルが踏み込まれる量と、主ブレーキシステムによって車輪に与えられる制動作用力との関係が変化することはない。例えば、油圧ブレーキシステムの場合、この方法によって、ブレーキペダルの位置とマスターシリンダから伝わる圧力との間の一定の関係を維持することができる。

ブレーキ力Ｆとブレーキペダルの位置（ｂｒａｋｅ＿ｐｄｌ）との関係を説明する図５に示すように、回生制動作用力（Ｅｒ）が単に、車両の主ブレーキによって印加される従来の制動作用力（Ｅｃ）に加わる。この図では、ブレーキペダルの位置（ｂｒａｋｅ＿ｐｄｌ）と、ブレーキによって印加される制動作用力との、所定の車両速度においてより正確にされた関係を想定している。従って、回生制動を効かせることが出来る限り、ブレーキに与えられる要求量は小さい。詳細には、いずれの所定時点においても、運転者が大きさＦｒ＿０の制動力（図５参照）を効かせたい場合、これは、（回生制動が効いている状態で）ブレーキペダルの位置ｂ１までの踏み込みに対応するのに対し、この運転者は同じペダルを、ｂ２＞ｂ１を満たす位置ｂ２まで回生制動が効いていない状態で踏み込む必要があることになる。従って、制動作用力を調整して所望の値にするのは運転者である。

本発明は多くの利点をもたらす。具体的には、
−本発明により、分離型ブレーキシステムを備えないハイブリッドＧＭＰに対して、ブレーキが効いている状態でのより良好なエネルギー回生が可能となり、
−本発明により、運転者にほとんど気付かれない回生制動制御が可能になり、この運転者は従って、採用する作動モード（燃焼エンジン、ハイブリッドまたは電気）に関係なくほぼ一定に維持される制動力を自由に効かせることができ、
−本発明により、同じ減速要求に対して、より低い要求を従来のブレーキシステムに与えることにより、このシステムの耐久性が高まり、
−本発明により、回生制動機能を、分離型ブレーキシステムのコスト上昇分を吸収する必要を伴うことなく導入することができ、
−本発明により、（分離型ブレーキシステムを持たないシステムに対して）減速時のバッテリの再充電をより良好に行なうことができると同時に、ブレーキの使用頻度を減らすことができる。

これらの主要な利点とは別に、本発明によって、「衝突前ブレーキ」機能を容易に導入することができ、この衝突前ブレーキ機能では、緊急ブレーキ状態を検出して、ブレーキペダルを踏み込む前でもブレーキを即座に効かせることができる。そのためには、パラメータβ[＝ｆ（ｂｒａｋｅ＿ｐｄｌ）]を、図６に示すように、０（緊急性無し）と１（即座に緊急ブレーキを掛ける）との間の値を採る緊急ブレーキ指示値δの関数として設定しさえすればよい。

パラメータβは、ブレーキペダルの位置、及び緊急ブレーキ指示値の両方の関数として、回生制動が確実に継続するようにすることができる。この予測により、車両の停止距離を短くすることができると同時に、エネルギーを蓄電することができる。

要するに、先行技術から公知の分離型回生制動システムは全ての例において、本発明が提案する解決策よりもコストが高く付くことに注目されたい。本発明による解決策は、ブレーキペダルの位置をブレーキパッドを介して伝達される制動作用力に結び付ける法則を変更することなく使用されるので、この解決策は本質的に、安全要求に合致している。

本発明によって、任意の時点で運転者が許容可能な限界内において、可能な限り最大の回生制動力を効かせることができる。更に、ブレーキペダルの各位置に関連付けられる従来の制動力設定値を変更する必要がもはや全くない。従って、本発明は、どのようなタイプのブレーキを追加装備した車両にも適用することができる。

本発明によって、制動フェーズにおいて散逸する運動エネルギーの相当部分を、分離型ブレーキシステムの導入に関連するコスト上昇分を全く伴なうことなく回生することができる。

最後に、上に示したように、回生制動はこのようにして運転者に全く気付かれないようになっているが、その理由は、回生制動力設定値に、運転操作性のみを考慮に入れ、遭遇する全ての運転状況の間で制動が完全に継続するようにしているからである。

Claims (6)

1. 燃焼エンジン及び／又は少なくとも１つの電気モータを備える車両の回生制動を制御する方法であって、
   パワートレインを介して車輪に伝達されるブレーキ力の設定値（以下、「パワートレイン車輪制動力設定値」という。）を計算し、前記ブレーキ力は回生制動作用力を含み、
   前記パワートレイン車輪制動力設定値に基づいて、前記パワートレインから前記車輪にブレーキ力を与え、
   前記パワートレイン車輪制動力設定値は、ブレーキペダルの踏み込み量と、前記車両の主ブレーキによって車輪に与えられる制動作用力との間に存在する関係に影響されず、
   前記パワートレイン車輪制動力設定値（Ｆｒ＿ｃｏｎｓ＿ｂｒａｋｅ）が次の関係式により定義され、
   Fr_cons_brake=Fr_min_0+β(brake_pdl)^*(Fr_min_1-Fr_min_0)
   上の式において、
   βは、ブレーキペダルの位置の関数としての回生制動の重みであり、この重みは、範囲[０；１００]から範囲[０；１]に定義され、
   Ｆｒ＿ｍｉｎ＿０は、パワートレインに要求される、ペダルが踏み込まれていないときの最小作用力であり、Ｆｒ＿ｍｉｎ＿０は車速の関数である第１の包絡線を形成し、
   Ｆｒ＿ｍｉｎ＿１は、回生制動の最大制動力を絶対値で表わしており、Ｆｒ＿ｍｉｎ＿１は車速の関数である第２の包絡線を形成し、
   前記回生制動の重みβは、ブレーキペダルが中間のブレーキペダル位置以上に踏み込まれた場合には回生制動の最大制動力が利用可能になるように設定される、
   ことを特徴とする、方法。
2. 燃焼エンジン及び／又は少なくとも１つの電気モータを備える車両の回生制動を制御する方法であって、
   パワートレインを介して車輪に伝達されるブレーキ力の設定値（以下、「パワートレイン車輪制動力設定値」という。）を計算し、前記ブレーキ力は回生制動作用力を含み、
   前記パワートレイン車輪制動力設定値に基づいて、前記パワートレインから前記車輪にブレーキ力を与え、
   前記パワートレイン車輪制動力設定値は、ブレーキペダルの踏み込み量と、前記車両の主ブレーキによって車輪に与えられる制動作用力との間に存在する関係に影響されず、
   前記パワートレイン車輪制動力設定値（Ｆｒ＿ｃｏｎｓ＿ｂｒａｋｅ）が次の関係式により定義され、
   Fr_cons_brake=Fr_min_0+β(brake_pdl) ^* (Fr_min_1-Fr_min_0)
   上の式において、
   βは、ブレーキペダルの位置の関数としての回生制動の重みであり、この重みは、範囲[０；１００]から範囲[０；１]に定義され、
   Ｆｒ＿ｍｉｎ＿０は、パワートレインに要求される、ペダルが踏み込まれていないときの最小作用力であり、Ｆｒ＿ｍｉｎ＿０は車速の関数である第１の包絡線を形成し、
   Ｆｒ＿ｍｉｎ＿１は、回生制動の最大制動力を絶対値で表わしており、Ｆｒ＿ｍｉｎ＿１は車速の関数である第２の包絡線を形成し、
   前記回生制動の重みβは、ブレーキペダルが中間のブレーキペダル位置以上に踏み込まれた場合には回生制動の最大制動力が利用可能になるように設定され、
   前記重みβは、０と１と間の値を採る緊急ブレーキ指示値（δ）の関数でもあり、緊急ブレーキ指示値（δ）が所定値以上のときに１に飽和する、
   ことを特徴とする、方法。
3. 前記電気モータによって回生制動を利用して伝達される追加の前記制動作用力は、前記車両の前記主ブレーキによって与えられる前記制動作用力に単純に加算されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の回生制動制御方法。
4. 前記最小作用力（Ｆｒ＿ｍｉｎ＿０）は、前記燃焼エンジンによる制動力に出来る限り近くなるように定義されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の回生制動制御方法。
5. 回生制動の前記最大制動力（Ｆｒ＿ｍｉｎ＿１）は、該制動力の除去が運転者にとって気にならないような値に制限されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の回生制動制御方法。
6. パワートレイン車輪作用力設定値Ｆｒ＿ｃｏｎｓ（ａｃｃｅｌ＿ｐｄｌ，ｂｒａｋｅ＿ｐｄｌ）が、前記アクセルペダル及びブレーキペダルの位置、またはブレーキペダルの位置の関数として、次の形式の関係式を使用して計算され、
   Fr_cons(accel_pdl,brake_pdl)=Fr_min_0+α(accel_pdl)^*(Fr_max-Fr_min_0)+β(brake_pdl)^*(Fr_min_1-Fr_min_0)
   上の式において、
   αは、アクセルペダルの位置の関数としてのアクセルの重みであり、この重みは、範囲[０；１００]から範囲[０；１]に定義され、
   Ｆｒ＿ｍａｘは、パワートレインに要求される最大作用力であり、Ｆｒ＿ｍａｘは車速の関数である第３の包絡線を形成する、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の回生制動制御方法。

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