JP6539321B2

JP6539321B2 - 車両の制御システム及び車両の制御方法

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Publication number: JP6539321B2
Application number: JP2017183815A
Authority: JP
Inventors: 慧吉澤
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-09-25
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2019-07-03
Anticipated expiration: 2037-09-25
Also published as: CN109552061B; JP2019062606A; CN109552061A; US20190092187A1; US10926646B2

Description

本発明は、車両の制御システム及び車両の制御方法に関する。

従来、例えば下記の特許文献１には、車輪に作用する作用力を直接的に検出し、摩擦制動と回生制動との協調制御を行うことを想定した技術が記載されている。

特開２００５−３３５６４７号公報

上記特許文献に記載されているような回生制動を行う場合、回生制動力を制御するためには、モータジェネレータの制御パラメータ（電流値、電圧値）をモニタしながら制御パラメータを制御することが行われる。しかしながら、制御パラメータを検出するセンサが故障した場合、制御パラメータを制御することができず、回生制動力を制御することは困難である。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、モータジェネレータの制御パラメータを取得できない場合であっても、回生制動力を確実に制御することが可能な、新規かつ改良された車両の制御システム及び車両の制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、車軸にかかる前後方向力と前記車軸にかかるトルクを検出する検出部と、回生ブレーキにより前記車軸を制動するモータジェネレータと、前記前後方向力から前記トルクに相当する力を減算して前記回生ブレーキによる制動力を推定する回生制動力推定部と、推定した前記制動力に基づいて前記モータジェネレータによる前記回生ブレーキを制御する回生ブレーキ制御部と、前記モータジェネレータの駆動パラメータを検出するセンサと、を備え、前記回生制動力推定部は、前記センサの故障時に前記制動力を推定する、車両の制御システムが提供される。

また、摩擦力により前記車軸を制動する摩擦ブレーキを備え、前記回生制動力推定部は、前記摩擦ブレーキの作動時に前記制動力を推定するものであっても良い。

また、前記トルクは、前記摩擦ブレーキの作動時における前記摩擦ブレーキによる制動トルクに相当するものであっても良い。

前記トルクに相当する力は、前記トルクをタイヤ半径で除算して得られる値であっても良い。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、車軸にかかる前後方向力と前記車軸にかかるトルクを検出するステップと、回生ブレーキにより前記車軸を制動するステップと、前記前後方向力から前記トルクに相当する力を減算して前記回生ブレーキによる制動力を推定するステップと、推定した前記制動力に基づいて前記回生ブレーキを制御するステップと、備え、前記回生ブレーキによる制動力を推定するステップは、モータジェネレータの駆動パラメータを検出するセンサの故障時に前記制動力を推定する、車両の制御方法が提供される。

以上説明したように本発明によれば、モータジェネレータの制御パラメータを取得できない場合であっても、回生制動力を確実に制御することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る車両の制御システムの構成を示す模式図である。車両の制動時において、摩擦ブレーキと回生ブレーキの制動力の割合を決定するためのマップの一例を示す模式図である。車両の制動時において、摩擦ブレーキと回生ブレーキの制動力の割合を決定するためのマップの一例を示す模式図である。制御装置で行われる処理を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る車両の制御システム１０００の構成を示す模式図である。図１に示すように、車両の制御システム１０００は、駆動ユニット１００、ドライブシャフト２００、アップライト３００、ボディ側のハブ４００、タイヤ側のハブ４１０、ベアリング４１２、ブレーキディスク５００、ブレーキキャリパー６００、ホイール７００、タイヤ８００、制御装置９００、を有して構成されている。図１において、制御装置９００以外の各構成要素は、車両の前面から見た状態を示している。

駆動ユニット１００は、モータジェネレータ１１０を有している。モータジェネレータ１１０の駆動力は、ドライブシャフト２００を介してタイヤ８００に伝達される。また、路面からタイヤ８００に伝わる駆動力は、タイヤ８００からモータジェネレータ１１０へ回生駆動力として伝わる。なお、駆動ユニット１００は、モータジェネレータ１１０に加えて、モータジェネレータ１１０の回転を減速してドライブシャフト２００に伝達する減速機を有していても良い。

図１において、ボディ側のハブ４００はアップライト３００に固定されている。タイヤ側のハブ４１０は、ベアリング４１２を介してボディ側のハブ４００に対して回転可能とされている。ブレーキディスク５００は、タイヤ側のハブ４１０に対して固定されている。ホイール７００は、タイヤ側のハブ４１０またはブレーキディスク５００に対して固定されている。タイヤ８００は、ホイール７００の外周に装着されている。

ドライブシャフト２００はアップライト３００に設けられた孔３０２を貫通し、更にハブ４００の孔４０２を貫通してハブ４１０に連結されている。ドライブシャフト２００とアップライト３００の孔３０２との間には空隙が設けられ、ドライブシャフト２００とハブ４００の孔４０２との間にも空隙が設けられている。従って、ドライブシャフト２００の回転は、アップライト３００またはハブ４００と干渉することなく、ハブ４１０に伝達される。

ブレーキキャリパー６００は、アップライト３００などの車体側の固定部材に固定されている。ブレーキキャリパー６００は、車両のドライバー（運転者）によるブレーキペダルの操作に応じて、ブレーキディスク５００を制動する。これにより、摩擦ブレーキにより車両が制動される。

ハブ４１０には、検出部４２０が設けられている。検出部４２０は、タイヤ８００に作用する作用力を検出する。検出部４２０によって検出される作用力には、前後方向力Ｆｘ、横力Ｆｙおよび上下力Ｆｚを含む三方向の分力と、ハブ（車軸）４１０の軸周りのトルクＴｙとがある。前後方向力Ｆｘは、タイヤ８００の接地面に発生する摩擦力のうち車輪中心面に平行な方向（ｘ軸）に発生する分力であり、横力Ｆｙは、車輪中心面に直角な方向（ｙ軸）に発生する分力である。一方、上下力Ｆｚは、鉛直方向（ｚ軸）に作用する力、いわゆる、垂直荷重である。トルクＴｙは、タイヤ８００の車軸回りのトルク（ねじり力）である。

例えば、検出部４２０は、ひずみゲージと、このひずみゲージから出力される電気信号を処理し、作用力に応じた検出信号を生成する信号処理回路とを主体に構成されている。ハブ４１０に生じる応力は作用力に比例するという知得に基づき、ひずみゲージをハブ４１０に埋設することにより、作用力が直接的に検出される。なお、検出部４２０の具体的な構成については、例えば、特開平０４−３３１３３６号公報および特開平１０−３１８８６２号公報に開示されているので、必要ならば参照されたい。検出部４２０は、ドライブシャフト２００に設けられていても良い。

以上のように構成された車両の制御システム１０００において、車両のドライバー（運転者）がブレーキペダルを踏むと、上述のようにブレーキキャリパー６００がブレーキディスク５００を制動する。また、車両のドライバーがブレーキペダルを踏むと、路面からタイヤ８００に伝わる駆動力がモータジェネレータ１１０へ伝達され、モータジェネレータ１１０による回生ブレーキ(回生制動)により車両が制動される。

このように、車両の制動時には、摩擦ブレーキと回生ブレーキを併用して制動が行われる。この際、摩擦ブレーキと回生ブレーキの制動力の割合（比率）は、車両の運転状態（車両速度）やブレーキペダルを踏み込む際のストローク等に応じて決定される。図２及び図３は、車両の制動時において、摩擦ブレーキと回生ブレーキの制動力の割合を決定するためのマップの一例を示す模式図である。

図２は、摩擦ブレーキと回生ブレーキの制動力の割合と、ブレーキペダルを踏み込む際のストロークとの関係を規定したマップの一例を示す模式図である。図２において、横軸はブレーキペダルを踏み込む際のストロークＳを示している。また、縦軸は摩擦ブレーキの制動力と回生ブレーキの制動力を合計した値（制動力目標値）を示している。図２に示すように、ストロークＳが大きい程、摩擦ブレーキの制動力の比率が大きくなり、回生ブレーキの制動力の比率が小さくなる。なお、ストローＳに応じて制動力目標値が変化するものであっても良い。

また、図３は、摩擦ブレーキと回生ブレーキの制動力の割合と、車両速度Ｖとの関係を規定したマップの一例を示す模式図である。図２において、横軸は車両速度Ｖを示している。また、縦軸は、図２と同様に、摩擦ブレーキの制動力と回生ブレーキの制動力を合計した値（制動力目標値）を示している。図３に示すように、車両速度Ｖが大きい程、回生ブレーキの制動力の比率が大きくなり、摩擦ブレーキの制動力の比率が小さくなる。

以上のようにして、摩擦ブレーキと回生ブレーキの制動力の割合は、図２及び図３に示すような複数のマップからなる多次元マップにより最終的に決定される。

説明の便宜上、図２に示すマップから摩擦ブレーキと回生ブレーキの制動力の割合が定まるものとすると、ストロークが図２中に示すＳ１の場合、回生ブレーキの制動力は図２中に示すＦ１となる。制御装置９００は、回生ブレーキの制動力がＦ１となるように、モータジェネレータ１１０を制御する。この際、制御装置９００は、モータジェネレータ１１０の電流値を電流センサ１２０によりモニタし、電流値が制動力Ｆ１に対応する値となるようにモータジェネレータ１１０を制御する。換言すれば、制動力Ｆ１に対応するモータジェネレータの電流値Ｉが予め定められており、制御装置９００は、電流値Ｉを指令値として、電流センサ１２０により検出した電流値が指令値Ｉとなるようにモータジェネレータ１１０の回生ブレーキを制御する。なお、制御装置９００は、制動力Ｆ１に対応するモータジェネレータ１１０の電圧値を指令値として、電圧センサにより検出したモータジェネレータ１１０の電圧値が指令値となるようにモータジェネレータ１１０の回生ブレーキを制御するものであっても良い。このように、制御装置９００は、制動力Ｆ１に対応するモータジェネレータ１１０の制御パラメータ（電流値、電圧値）を指令値として、センサにより検出したモータジェネレータ１１０の制御パラメータの値が指令値となるようにモータジェネレータ１１０の回生ブレーキを制御する

ところが、モータジェネレータ１１０の電流を検出する電流センサ１２０が故障すると、指令値Ｉに基づいてモータジェネレータ１１０を制御することが困難となる。より具体的には、モータジェネレータ１１０により走行する電動車両において、モータジェネレータ１１０は、モータジェネレータ１１０とともに備えられたインバータからの指令値（電圧値又は電流値）に基づいて制御され、インバータはモータジェネレータ１１０の電流値のフィードバックを受けてモータジェネレータをフィードバック制御する。しかし、モータジェネレータ１１０の電流値を検出する電流センサ１２０に故障が生じていると、発生するトルクを演算することはできないため、モータジェネレータ１１０を適正に制御することができなくなる。

このため、本実施形態では、検出部４２０の検出値に基づいて、モータジェネレータ１１０の回生ブレーキによる回生制動力を推定する。そして、推定した回生制動力に基づいて、モータジェネレータ１１０による回生制動力が目標値（図２に示す制動力Ｆ１）となるようにモータジェネレータ１１０を制御する。このため、制御装置９００は、回生制動力推定部９１０と、回生ブレーキ制御部９２０を備えている。なお、図１に示す制御装置９００の各構成要素は、回路（ハードウェア）、または、ＣＰＵなどの中央演算装置とこれを機能させるためのプログラム（ソフトウェア）から構成されることができる。

回生制動力推定部９１０は、モータジェネレータ１１０の回生ブレーキによる回生制動力を推定する。回生制動力推定部９１０は、検出部４２０が検出した前後方向力Ｆｘと、タイヤ８００の車軸回りのトルクＴｙに基づいて回生制動力Ｐを推定する。

回生制動力Ｐを推定する具体的な方法は以下の通りである。先ず、車両が減速している状態、すなわち、駆動ユニット１００による駆動力がタイヤ８００に伝達されていない状態で、検出部４２０が前後方向力Ｆｘを検出する。ここで検出された前後方向力Ｆｘは、摩擦ブレーキによる制動力と回生ブレーキによる制動力の総和である。従って、以下の式（１）が成立する。
回生制動力Ｐ＋摩擦ブレーキ制動力＝前後方向力Ｆｘ・・・（１）

式（１）において、右辺の前後方向力Ｆｘは検出部４２０により検出されている。従って、左辺の摩擦ブレーキ制動力が得られれば、回生制動力Ｐを求めることができる。ここで、摩擦ブレーキ制動力は、車軸にかかるトルクＴｙ（タイヤ回転トルク）に相当する力であるため、検出部４２０で検出されたトルクＴｙから求めることができる。具体的には、摩擦ブレーキ制動力は、以下の式（２）から求まる。
摩擦ブレーキ制動力＝トルクＴｙ／タイヤ半径・・・（２）

従って、回生制動力Ｐは、式（２）を式（１）に代入することによって、以下の式（３）から求めることができる。
回生制動力Ｐ＝前後方向力Ｆｘ−トルクＴｙ／タイヤ半径・・・（３）

ここで、車両のドライバーがブレーキペダルを踏んでおらず、車両が惰性で走行してる状態では、タイヤ８００は路面の移動に伴って空転する。この状態では、ハブ４１０に歪みが生じないため、検出部４２０によってトルクＴｙは検出されない。

一方、ドライバーがブレーキペダルを踏んで摩擦ブレーキによる制動力を発生させた場合、図１に示すように、ブレーキキャリパー６００はアップライト３００などの車両側の固定物に固定されているため、ハブ４１０に歪みが生じる。このため、摩擦ブレーキによる制動力が発生している状態では、ハブ４１０に歪みが生じ、歪みに応じたトルクＴｙが検出部４２０により検出される。従って、検出部４２０によって検出されたトルクＴｙは、摩擦ブレーキの制動力に対応する値となり、式（２）に基づいてトルクＴｙを力に変換することで、摩擦ブレーキ制動力を求めることができる。

そして、上述のように、前後方向力Ｆｘは摩擦ブレーキ制動力と回生ブレーキによる回生制動力Ｐとの総和であるため、摩擦ブレーキ制動力が求まると、式（１）から回生制動力Ｐを求めることができる。

以上のようにして、回生制動力推定部９１０は、検出部４２０が検出した前後方向力ＦｘとトルクＴｙに基づいて回生制動力Ｐを推定することができる。

回生ブレーキ制御部９２０は、推定した回生制動力Ｐに基づいてモータジェネレータ１１０による回生制動力を制御する。上述した図２のマップに基づいて回生制動力を制御する場合、ブレーキペダルを踏み込むストロークＳに応じて、回生ブレーキによる制御の目標値（制動力Ｆ１）が定まる。回生ブレーキ制御部９２０は、検出部４２０の検出値から推定される回生制動力Ｐが目標値である制動力Ｆ１となるように、モータジェネレータ１１０を制御する。回生ブレーキ制御部９２０は、モータジェネレータ１１０とともに備えられたインバータを介してモータジェネレータ１１０を制御することができる。なお、回生制動力推定部９１０による回生制動力Ｐの推定は、電流センサ１２０が故障していない状態で行っても良い。本実施形態によれば、電流センサ１２０の故障の有無に関わらず、推定した回生制動力に基づいて回生ブレーキを制御することができる。

次に、図４のフローチャートに基づいて、制御装置９００で行われる処理について説明する。先ず、ステップＳ１０では、電流センサ１２０が故障しているか否かを判定し、電流センサ１２０が故障している場合はステップＳ１２へ進む。一方、電流センサが故障していない場合は、処理を終了する（ＥＮＤ）。

ステップＳ１２では、ブレーキがＯＮであるか否か、すなわち、ブレーキペダルが踏まれているか否かを判定する。そして、ブレーキペダルが踏まれている場合は、ステップＳ１４へ進む。一方、ブレーキペダルが踏まれていない場合は、処理を終了する（ＥＮＤ）。ブレーキペダルが踏まれているか否かは、ブレーキペダルに設けられたブレーキセンサ等により判定できる。ブレーキペダルが踏まれていると、図２及び図３のマップに基づいて、摩擦ブレーキと回生ブレーキを併用して制動が行われる。

ステップＳ１４では、検出部４２０から、車軸にかかる前後方向力Ｆｘを取得する。次のステップＳ１６では、車軸にかかるトルクＴｙを取得する。次のステップＳ１８では、式（３）に基づいて、回生制動力Ｐを算出する。

ステップＳ２０では、回生ブレーキ制動力Ｐに基づいてモータジェネレータ１１０の回生制動力を制御する。ステップＳ２０の後は処理を終了する（ＥＮＤ）。

以上説明したように本実施形態によれば、検出部４２０により検出した前後方向力Ｆｘと車軸にかかるトルクＴｙに基づいて回生制動力Ｐを推定することができる。従って、モータジェネレータ１１０の制御パラメータ（電流値、電圧値）が取得できない場合であっても、回生制動力Ｐに基づいて回生ブレーキを制御することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１１０モータジェネレータ
１２０電流センサ
４２０検出部
９００制御装置
９１０回生制動力推定部
９２０回生制動制御部

Claims

車軸にかかる前後方向力と前記車軸にかかるトルクを検出する検出部と、
回生ブレーキにより前記車軸を制動するモータジェネレータと、
前記前後方向力から前記トルクに相当する力を減算して前記回生ブレーキによる制動力を推定する回生制動力推定部と、
推定した前記制動力に基づいて前記モータジェネレータによる前記回生ブレーキを制御する回生ブレーキ制御部と、
前記モータジェネレータの駆動パラメータを検出するセンサと、
を備え、
前記回生制動力推定部は、前記センサの故障時に前記制動力を推定することを特徴とする、車両の制御システム。
摩擦力により前記車軸を制動する摩擦ブレーキを備え、
前記回生制動力推定部は、前記摩擦ブレーキの作動時に前記制動力を推定することを特徴とする、請求項１に記載の車両の制御システム。
前記トルクは、前記摩擦ブレーキの作動時における前記摩擦ブレーキによる制動トルクに相当することを特徴とする、請求項２に記載の車両の制御システム。
前記トルクに相当する力は、前記トルクをタイヤ半径で除算して得られる値であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の車両の制御システム。
車軸にかかる前後方向力と前記車軸にかかるトルクを検出するステップと、
回生ブレーキにより前記車軸を制動するステップと、
前記前後方向力から前記トルクに相当する力を減算して前記回生ブレーキによる制動力を推定するステップと、
推定した前記制動力に基づいて前記回生ブレーキを制御するステップと、
を備え、
前記回生ブレーキによる制動力を推定するステップは、モータジェネレータの駆動パラメータを検出するセンサの故障時に前記制動力を推定することを特徴とする、車両の制御方法。