JP6422752B2 - 車両の制動力制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、駆動輪に電気モータを備えた電気自動車における、駆動輪に異常が生じた場合に各車輪に与えられた制動力を制御する車両の制動力制御装置に関する。

従来より、車両に備えられた複数の駆動装置のうち少なくとも一つに異常が発生した場合の制動力制御方法について提案されている（例えば、特許文献１）。この特許文献１では、回生可能な車両の駆動装置のうち少なくとも一つに異常が発生した場合に、正常に動作する駆動装置により車両の安定性を確保し回生制動できる制動力制御装置が提案されている。

特開２０１０−７６５６８号公報

特許文献１では、異常の発生によりモータが機能せず制動力を発生しない場合を想定し、モータが発生できない制動力を摩擦ブレーキが代わって制動力を発生することで、左右輪の制動力差を抑えて走行安定性を確保している。また、異常が発生していないモータの回生制動力を増やすことで回生電力量を確保している。

しかしながら、駆動輪を構成するモータや動力伝達部の軸受や歯車等に摩耗等の異常が生じると、駆動輪回転時の抵抗が増加することで制動力が生じる可能性がある。特許文献１では、このような状況は考慮されていないため、異常が発生した駆動輪（異常輪）に制動力が生じている状態で正常時と同様に摩擦ブレーキを動作させると、タイヤに大きな制動力が発生することでタイヤがスリップし走行安定性が低下する可能性がある。

また一般的なアンチロックブレーキシステム（略称：ＡＢＳ）では、異常輪がスリップしないように異常輪の制動力を制限する。このため、運転者がブレーキペダルを踏み増していくとＡＢＳの動作後は、ブレーキペダル操作量に対して車両減速度が小さくなる。そのため運転者はさらにブレーキペダルを踏み増す必要があり、違和感を生じる可能性がある。

この発明の目的は、駆動輪の異常による制動力が生じた場合でも制動時の走行安定性が低下せず、またブレーキペダルの踏み込み量に応じた車両減速度を発生させ制動時の違和感を生じ難くすることができる車両の制動力制御装置を提供することである。

この発明の車両の制動力制御装置は、複数の車輪１〜４に駆動力および制動力を発生可能な制駆動力発生手段６を備えた車両において、各車輪１〜４に与えられた制動力を制御する車両の制動力制御装置であって、
前記各車輪１〜４のうちで前記制駆動力発生手段６で駆動力が与えられる駆動輪の制動力が発生するときの異常を検出する異常検出手段１３と、
この異常検出手段１３で異常が検出された車輪１，（２〜４）につき、この車輪１，（２〜４）の異常に起因して発生する制動力を定められた基準に従って推定する制動力推定手段１４と、
前記制駆動力発生手段６による前記車両の制動時に、異常が検出された車輪１，（２〜４）に配分する制動力と前記制動力推定手段１４で推定される制動力との和が、閾値を超えるときに各車輪１〜４のいずれかに配分する制動力を定められた規定により調整する制動力調整手段２１と、
を設けたことを特徴とする。
前記定められた基準、前記定められた規定は、それぞれ試験やシミュレーション等の結果により定められる。

この構成によると、異常検出手段１３は、各車輪１〜４につき制動力が発生する異常を検出する。制動力推定手段１４は、異常が検出された車輪１，（２〜４）（以後、「異常輪」という場合がある）につき、この車輪の異常に起因して発生する制動力、つまり異常起因制動力を推定する。例えば、運転者が要求している制動力もしくは駆動力と、車両加速度センサ２３で測定した車両の前後加速度に車重を乗じた値との差から前記異常起因制動力を推定する。

制動力調整手段２１は、制駆動力発生手段６による車両の制動時に、異常輪に配分する制動力と異常起因制動力との和が、閾値を超えるときに各車輪１〜４のいずれかに配分する制動力を調整する。この場合の制駆動力発生手段は、例えば、摩擦ブレーキ５およびモータ６である。異常輪に配分する制動力と異常起因制動力との和が閾値以下の場合は、この制動力調整手段２１による制動力の調整は行わない。また、制駆動力発生手段６や回路の断線等により制動力を発生しない異常が発生した場合、異常輪に異常起因制動力が生じないため、この発明は適用しない。

この発明の制動力制御装置を適用することで、前述のように異常輪に制動力が生じている状態で制動しても、異常輪に必要以上の大きな制動力が発生することを抑制しタイヤがスリップせず走行安定性が低下しない。また一般的なＡＢＳとは異なり、異常輪で制限した制動力を、異常が検出されない他の車輪すなわち健全輪に再配分するため、ブレーキペダル１１の踏み込み量に応じた車両減速度が発生し、運転者は制動時に違和感を生じ難い。

前記制動力調整手段２１は、前記車両の制動時に、異常が検出された車輪に配分する制動力およびこの車輪の異常に起因して発生する制動力の和と前記閾値との差を、前記車輪に配分する制動力から減らし、前記異常検出手段１３で異常が検出されない他の車輪の制動力に前記差を配分し加算しても良い。このように異常輪に配分する制動力から減らした前記差に相当する部分を、健全輪に再配分することで、ブレーキペダル１１の踏み込み量に応じた車両減速度を実現し得る。よって異常検出手段１３により異常輪が検出されても、運転者のブレーキ操作時の操作フィーリングに違和感を生じ難くなる。

前記制動力調整手段２１は、前記制動力の和と前記閾値との差を異常が検出されない他の車輪の制動力に配分する比率を、前記差を配分する前の前記他の車輪の制動力の比率に等しくしても良い。この場合、例えば、前記差を健全輪に均等に再配分するよりも、車両の制動距離を短くすることができるうえ、後輪側健全輪のスリップを抑制し車両安定性が確保できる。

前記制動力調整手段２１は、異常が検出された車輪と左右同じ側の前記他の車輪の制動力に、前記差を配分しても良い。この場合、異常起因制動力によって生じるモーメントが制動時にも維持される。これにより、制動による車両姿勢の変化を抑制することができる。
前記制動力調整手段２１は、前記車両の前後軸荷重比率および前後左右加速度から計算される、異常が検出された車輪の荷重を基に前記閾値を算出しても良い。

前記車両は前記制駆動力発生手段としてモータ６を備え、このモータ６は、一部または全体が車輪内に配置されて前記モータ６と車輪用軸受１６と減速機１５とを含むインホイールモータ駆動装置ＩＷＭを構成するものとしても良い。

この発明の車両の制動力制御装置は、複数の車輪に駆動力および制動力を発生可能な制駆動力発生手段を備えた車両において、各車輪に与えられた制動力を制御する車両の制動力制御装置であって、前記各車輪のうちで前記制駆動力発生手段で駆動力が与えられる駆動輪の制動力が発生する異常を検出する異常検出手段と、この異常検出手段で異常が検出された車輪につき、この車輪の異常に起因して発生する制動力を定められた基準に従って推定する制動力推定手段と、前記制駆動力発生手段による前記車両の制動時に、異常が検出された車輪に配分する制動力と前記制動力推定手段で推定される制動力との和が、閾値を超えるときに各車輪のいずれかに配分する制動力を定められた規定により調整する制動力調整手段とを設けた。このため、駆動輪の異常による制動力が生じた場合でも制動時の走行安定性が低下せず、またブレーキペダルの踏み込み量に応じた車両減速度を発生させ制動時の違和感を生じ難くすることができる。

この発明の実施形態に係る制動力制御装置を搭載した車両の概略構成を示す図である。 同車両のインホイールモータ駆動装置等を概略示す断面図である。 同制動力制御装置のブロック図である。 同制動力制御装置において異常輪検出時に運転者が制動を指示した場合の各車輪の制動力を示す図である。 同制動力制御装置で各車輪の制動力を制御する処理を示すフローチャートである。 この発明の他の実施形態に係る制動力制御装置で異常輪検出時に運転者が制動を指示した場合の各車輪の制動力を示す図である。

この発明の実施形態に係る車両の制動力制御装置を図１ないし図５と共に説明する。
この実施形態の制動力制御装置は、複数の車輪に与えられた制動力を制御する装置である。図１に示すように、この実施形態では、制動力制御装置が搭載される車両として、左右の前輪１，２および後輪３，４がそれぞれモータ６によって独立して駆動される四輪独立駆動車が適用される。各モータ６は、それぞれ駆動力および制動力を発生可能な制駆動力発生手段である。

各車輪１〜４にモータ６を備え、各モータ６は後述のインホイールモータ駆動装置ＩＷＭを構成する。制動力制御装置は、車両制御装置７と、モータ制御装置８と、摩擦ブレーキ制御装置９とを有する。運転者がアクセルペダル１０を操作し駆動を指示した場合、車両制御装置７はペダル操作量に応じた駆動力指令をモータ制御装置８に送り、モータ制御装置８がモータ６を制御する。このモータ制御装置８は、モータ６の電流、電圧、コイルや冷却液の温度、減速機１５（図２）における潤滑液の温度を測定する。測定した値は、モータ制御装置８でモータ６の制御や状態監視に使用する。各車輪１〜４には、それぞれ摩擦ブレーキ５が設けられる。

図２に示すように、各インホイールモータ駆動装置ＩＷＭは、それぞれ、モータ６、減速機１５、および車輪用軸受１６を有し、これらの一部または全体が車輪内に配置される。モータ６の回転は、減速機１５および車輪用軸受１６を介して車輪１，（２〜４）に伝達される。車輪用軸受１６のハブ輪１６ａのフランジ部にはディスクロータ１７が固定され、同ブレーキロータ１７は駆動輪（車輪）１，（２〜４）と一体に回転する。モータ６は、例えば、ロータ６ａのコア部に永久磁石が内蔵された埋込磁石型同期モータである。このモータ６は、ハウジング１８に固定したステータ６ｂと、回転出力軸１９に取り付けたロータ６ａとの間にラジアルギャップを設けたモータである。

四つの車輪１〜４には、それぞれ摩擦ブレーキ５が設けられる。各摩擦ブレーキ５は、ディスクロータ１７、ブレーキパッド２０、および図示外の油圧ピストン等を含む。図１および図２に示すように、摩擦ブレーキ制御装置９が、図示しない油圧発生源で生じた油圧を制御し、前記油圧ピストンがブレーキパッド２０をディスクロータ１７に押付けることで制動トルクを発生する。なお摩擦ブレーキ５は、前記油圧ピストンの代わりに電動モータおよび直動機構（いずれも図示せず）等を用いても良い。

図１に示すように、運転者がブレーキペダル１１を操作し制動した場合、車両制御装置７は、ペダル操作量から運転者が要求する制動力を四輪に配分し、摩擦ブレーキ５ないしはモータ６で各車輪１〜４に正常時配分制動力を発生させる。この場合に摩擦ブレーキ制御装置９で各摩擦ブレーキ５を制御し、モータ制御装置８で各モータ６を制御し、これら摩擦ブレーキ５とモータ６で協調して制動力を発生する。

図３はこの制動力制御装置のブロック図である。
車両制御装置７は、例えば、コンピュータとこれに実行されるプログラム、並びに各種の電子回路等で構成されるＥＣＵにより実現される。車両制御装置７は、制駆動力指令値算出部１２、異常検出手段１３、制動力推定手段１４、制動力調整手段２１、および記憶手段２２を有する。前記ＥＣＵは、例えば、車両全体の協調制御、統括制御を行う電気制御ユニットである。

制駆動力指令値算出部１２は、原則、アクセルペダル１０、ブレーキペダル１１の各ペダル操作量に応じた適切な駆動力指令および制動力指令を演算し、これら駆動力指令と制動力指令の差に応じた制駆動力指令であるトルク指令を、モータ制御装置８を介して各モータ６に分配する。
モータ制御装置８は、各モータ６に対して設けられたインバータ８ａと、このインバータ８ａを制御するモータコントロール部８ｂとを有する。各インバータ８ａは、モータトルクを独立して制御可能なものである。

モータコントロール部８ｂは、例えば、インホイールモータ駆動装置ＩＷＭに関する各検出値や制御値等の各情報を、車両制御装置７に出力する機能を有する。モータ制御装置８と車両制御装置７は、例えば、コントロールエリアネットワーク（略称：ＣＡＮ）通信線により接続され互いに情報が伝達される。モータコントロール部８ｂは、制駆動力指令値算出部１２から与えられるトルク指令に従い電流指令に変換してこの電流指令をパルス幅変調する。インバータ８ａは複数の半導体スイッチング素子を含み、各半導体スイッチング素子は前記電流指令に従いオンオフ指令を与えられる。

車両制御装置７における異常検出手段１３は、各車輪１〜４の制動力が発生する異常を検出する。この制動力が発生する異常とは、例えば、モータ６や減速機１５（図２）の軸受や歯車等に摩耗等が生じて車輪１，（２〜４）に制動力が発生するような異常であり、車輪１，（２〜４）に制動力が発生しないいわゆるフリー失陥を含まない。異常検出手段１３は、この例では、モータ制御装置８で測定する前述の温度等の測定値を用いる。

異常検出手段１３は、各ペダル操作量に応じた制駆動力指令に対して、電流検出手段Ｓａで検出されるモータ電流や温度センサＳｂで検出されるモータコイル温度等がそれぞれ正常時の範囲より定められた方向に外れているとき、異常と検出する。制駆動力指令と測定値との関係は、例えば、記憶手段２２に書き換え可能に記憶されて異常検出時必要に応じて読み出される。

制動力推定手段１４は、異常検出手段１３で異常が検出された車輪１，（２〜４）につき、異常起因制動力を推定する。例えば、制動力推定手段１４は、運転者が要求している制動力もしくは駆動力と、加速度センサ２３で測定した車両の前後加速度と車重の積との差から推定する。例えば記憶手段２２から前記車重が読み出されて異常起因制動力の演算に用いられる。

制動力調整手段２１は、摩擦ブレーキ５およびモータ６のいずれか一方または両方による車両の制動時に、異常輪１，（２〜４）に配分する制動力と異常起因制動力との和（制動力和）が、閾値を超えるときに各車輪１〜４に配分する制動力を定められた規定により調整する。制動力和が閾値を超えるときこの制動力調整手段２１による調整をしなければ、異常輪１，（２〜４）がスリップして走行安定性が低下するおそれがあるからである。閾値は、例えば、試験やシミュレーション等の結果により予め定められて記憶手段２２に記憶される。閾値は、例えば、車両の前後軸荷重比率および加速度センサ２３で測定される前後左右加速度を基に計算される異常輪１，（２〜４）の荷重に、係数を乗じて算出しても良い。

図４は、制動力制御装置において異常輪検出時に運転者が制動を指示した場合の各車輪の制動力を示す図である。図３と共に説明する。制動力調整手段２１は、車両の制動時に、制動力和が閾値を超えるとき（この例では右後輪）、異常輪制動力から閾値を減算した値を、各健全輪（この例では左右の前輪および左後輪）の制動力として配分して各健全輪の正常時配分制動力に加算する。なお閾値はこの例では前輪と後輪とで異なっている。例えば、前輪の閾値よりも後輪の閾値が低く設定されている。

また制動力調整手段２１は、車両の制動時に制動力和が閾値を超えるとき、異常輪制動力から閾値を減算した値を各健全輪に配分する比率を、例えば、各車輪の正常時配分制動力の比率と等しくしている。左右の前輪の正常時配分制動力は、例えば、左右の後輪の正常時配分制動力よりも大きい比率としている。また左右で対になる車輪の正常時配分制動力は、互いに等しい比率としている。但し、この例に限定されるものではない。

なお異常輪の制動力和が閾値以下の場合は、前記制動力調整手段２１による配分を実施しない。これは異常輪がスリップしないと想定される場合には、制駆動力指令値算出部１２が、左右で対になる車輪に等しい大きさの正常時配分制動力を配分することで、モーメントの発生を抑え、制動による車両の横すべり角の変化を抑制するためである。異常輪に異常起因制動力が生じると車両には減速度と共にモーメントが発生し一定の横すべり角が生じるが、前述のように異常輪の制動力和が閾値以下の場合には、異常検出後の横すべり角を制動時でもおおよそ一定に保つことができる。
また、異常検出手段１３においてモータ６や回路の断線等により制駆動力を発生しない異常状態であると判断した場合、異常輪に異常起因制動力が生じないため、本発明は適用しない。

図５は、この制動力制御装置で各車輪の制動力を制御する処理を示すフローチャートである。図１乃至図３も適宜参照しつつ説明する。例えば、この車両の主電源を投入する条件で本処理が開始し、異常検出手段１３は各車輪１〜４の制動力が発生する異常を検出する（ステップＳ１）。異常が検出されないとき（ステップＳ１：Ｎｏ）、制駆動力指令値算出部１２が各車輪１〜４に正常時配分制動力を配分し（ステップＳ２）、本処理を終了する。

異常が検出されると（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、制動力推定手段１４は異常輪４，（１〜３）の異常起因制動力を推定する（ステップＳ３）。次に制駆動力指令値算出部１２が正常時配分制動力を算出し（ステップＳ４）、制動力調整手段２１が異常輪４，（１〜３）に配分する正常時配分制動力と異常起因制動力との和である異常輪制動力を算出する（ステップＳ５）。次に制動力調整手段２１は閾値を決定する（ステップＳ６）。その後、制動力調整手段２１は、異常輪制動力が閾値を超えたか否かを判断する（ステップＳ７）。

異常輪制動力が閾値を超えていないとの判断で（ステップＳ７：Ｎｏ）、ステップＳ２に移行する。異常輪制動力が閾値を超えたとの判断で（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、制動力調整手段２１は、異常輪制動力のうち閾値を超える制動力の大きさを算出する（ステップＳ８）。次に制動力調整手段２１は、配分後の健全輪１〜３の制動力を算出する（ステップＳ９）。これら算出された制動力に基づき、制駆動力指令値算出部１２は、健全輪１〜３と異常輪４にそれぞれ制動力を発生させる（ステップＳ１０）。その後本処理を終了する。

以上説明した車両の制動力制御装置によると、異常輪４に制動力が生じている状態で制動しても、健全輪１〜３の制動力に、異常輪制動力のうち閾値を超える制動力を再配分するため、異常輪４に必要以上の大きな制動力が発生することを抑制しタイヤがスリップせず走行安定性が低下しない。また一般的なＡＢＳとは異なり、異常輪４で制限した制動力を健全輪１〜３に再配分するため、ブレーキペダル１１の踏み込み量に応じた車両減速度が発生し、運転者は制動時に違和感を生じ難い。つまり異常検出手段１３により異常輪４が検出されても、運転者のブレーキ操作時の操作フィーリングに違和感を生じ難くなる。

また異常輪制動力から閾値を減算した値を各健全輪１〜３に配分する比率を、各車輪１〜４の正常時配分制動力の比率と等しくしている。このため、例えば、各健全輪１〜３に値を均等に再配分するよりも、車両の制動距離を短くすることができるうえ、後輪側健全輪のスリップを抑制し車両安定性が確保できる。

他の実施形態について説明する。
以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

図６は、他の実施形態に係る制動力制御装置で異常輪検出時に運転者が制動を指示した場合の各車輪の制動力を示す図である。図６および図３に示すように、制動力調整手段２１は、異常輪（この例では右後輪４）と左右同じ側の他の車輪（この例は右前輪２）の制動力に、異常輪制動力から閾値を減算した値を配分しても良い。このように制動力を再配分することで、異常起因制動力によって生じるモーメントが制動時にも維持される。

インホイールモータ駆動装置ＩＷＭにおいては、サイクロイド式の減速機、遊星減速機、２軸並行減速機、その他の減速機を適用可能であり、減速機を採用しない所謂ダイレクトモータタイプであってもよい。
またインホイールモータ形式に限らず、車両側に電気モータを備えてこの電気モータと車輪をジョイントで結合した所謂オンボードタイプとしても良い。

本実施形態では、車両として、各車輪１〜４にモータ６を備えた四輪駆動車で説明したが、この例に限定されるものではない。例えば、車両として、前輪もしくは後輪のみをモータで駆動しても良く、これらモータにより駆動する駆動輪と内燃機関によって駆動する駆動輪とを組み合わせた駆動方式にしても良い。

以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１〜４…車輪
６…モータ（制駆動力発生手段）
１３…異常検出手段
１４…制動力推定手段
１５…減速機
１６…車輪用軸受
２１…制動力調整手段
ＩＷＭ…インホイールモータ駆動装置

Claims (6)

1. 複数の車輪に駆動力および制動力を発生可能な制駆動力発生手段を備えた車両において、各車輪に与えられた制動力を制御する車両の制動力制御装置であって、
   前記各車輪のうちで前記制駆動力発生手段で駆動力が与えられる駆動輪の制動力が発生するときの異常を検出する異常検出手段と、
   この異常検出手段で異常が検出された車輪につき、この車輪の異常に起因して発生する制動力を定められた基準に従って推定する制動力推定手段と、
   前記制駆動力発生手段による前記車両の制動時に、異常が検出された車輪に配分する制動力と前記制動力推定手段で推定される制動力との和が、閾値を超えるときに各車輪のいずれかに配分する制動力を定められた規定により調整する制動力調整手段と、
   を設けたことを特徴とする車両の制動力制御装置。
2. 請求項１に記載の車両の制動力制御装置において、前記制動力調整手段は、前記車両の制動時に、異常が検出された車輪に配分する制動力およびこの車輪の異常に起因して発生する制動力の和と前記閾値との差を、前記車輪に配分する制動力から減らし、前記異常検出手段で異常が検出されない他の車輪の制動力に前記差を配分し加算する車両の制動力制御装置。
3. 請求項２に記載の車両の制動力制御装置において、前記制動力調整手段は、前記制動力の和と前記閾値との差を異常が検出されない他の車輪の制動力に配分する比率を、前記差を配分する前の前記他の車輪の制動力の比率に等しくした車両の制動力制御装置。
4. 請求項２に記載の車両の制動力制御装置において、前記制動力調整手段は、異常が検出された車輪と左右同じ側の前記他の車輪の制動力に、前記差を配分する車両の制動力制御装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両の制動力制御装置において、前記制動力調整手段は、前記車両の前後軸荷重比率および前後左右加速度から計算される、異常が検出された車輪の荷重を基に前記閾値を算出する車両の制動力制御装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の車両の制動力制御装置において、前記車両は前記制駆動力発生手段としてモータを備え、このモータは、一部または全体が車輪内に配置されて前記モータと車輪用軸受と減速機とを含むインホイールモータ駆動装置を構成する車両の制動力制御装置。

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