JP6818481B2

JP6818481B2 - 車両用回生制動協調制御システムの制動制御方法

Info

Publication number: JP6818481B2
Application number: JP2016184135A
Authority: JP
Inventors: 東潤玄; 鍾允丁
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2015-10-06
Filing date: 2016-09-21
Publication date: 2021-01-20
Anticipated expiration: 2036-09-21
Also published as: JP2017071385A; US20170096070A1; DE102016215912A1; CN106560359A; KR101714232B1

Description

本発明は、車両用回生制動協調制御システムの制動制御方法に係り、より詳細には、ハイブリッド自動車または電気自動車のようにモーターにより駆動される車両において制動力を分配することで車両の制動が制御される車両用回生制動協調制御システムの制動制御方法に関する。

周知の通り、電気モーターを用いて走行する車両、すなわち純粋の電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、燃料電池自動車（ＦＣＥＶ）では、車両を制動する時に回生制動を行う。車両の回生制動システムは、車両を制動する場合、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリーに貯蔵した後、車両が走行する時、電気モーターの駆動に再使用（回収された電気エネルギーを車両の運動エネルギーに再使用）できるようにすることで車両の燃費を向上させる。このような回生制動が行われる車両の回生制動には、電気モーター（駆動モーター）で発生する回生制動トルクと、摩擦制動装置（油圧制動装置）で発生する摩擦制動トルクとの和が運転者の要求制動トルクを充足させるようにする回生制動協調制御技術が要求される。

そのため、モーターの発電動作及び回転抵抗による電気制動力すなわち回生制動力と、摩擦制動装置による摩擦第動力との間の適切な分配は必須なものである。前輪に駆動モーターが装着された車両であれば、駆動輪の前輪だけで回生制動を行うため、エネルギーの回収率を増加させるために前輪に制動力を集中させる回生制動協調制御技術が適用される。

図１は、従来の制動力の分配方法を示す図であって、運転者の要求制動減速度（Ｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ、Ｄ）により回生制動力と摩擦制動力が分配される例を示している。図１に示すように、要求制動力が最大回生制動力よりも小さい場合は前後輪の摩擦制動力を使用することなく、前輪回生制動力だけで制動する。しかし、要求制動力が最大回生制動力よりも大きい場合は最大回生制動力を使用する一方、要求制動力と最大回生制動力との差に該当する制動力を摩擦制動力から充当する。このような摩擦制動力の分配は、多様な方法によって行われるが、所定の制御ロジックに応じて必要な制動力だけの前輪摩擦制動力と後輪摩擦制動力を適切に分配して使用する。

しかし、このような既存の回生制動システムでは、路面摩擦の特性を考慮していないので、前輪の最大路面摩擦力よりも大きい制動力（符号Ａで示す）が要求される場合は、前輪ロック（ｆｒｏｎｔｗｈｅｅｌｌｏｃｋ）が発生する。すなわち、前輪の最大路面摩擦力よりも車両の要求制動力が大きい場合は、図１に示すように前輪の回生制動力が路面の最大摩擦力よりも大きくなるため、前輪ロックが発生する。そのため、頻繁なＡＢＳ（Ａｎｔｉ−ｌｏｃｋＢｒａｋｅＳｙｓｔｅｍ）作動により運転者が不安感を感じる。また、前輪ロックが発生すると、モーターが停止するので、回生制動が中断され、摩擦制動だけで制動を行うようになるため、エネルギーの回収率が減少して燃費性能を最大化できないという問題がある。したがって、路面摩擦による回生制動力と摩擦制動力の分配を適切に行うことで、回生制動を極大化できる制御技術が求められている。

特開１０−６３７２号公報

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、駆動輪のロックによってＡＢＳが頻繁に動作することを抑制できる車両用回生制動協調制御システムの制動制御方法を提供することにある。また、他の目的は、制動安定性を確保しながら回生制動を極大化できる車両用回生制動協調制御システムの制動制御方法を提供することにある。

本発明による車両用回生制動協調制御システムの制動制御方法は、ブレーキペダルを操作したか否かを検出する段階と、ブレーキペダルの操作時、運転者の要求制動力、車輪の減速度、及び車輪のスリップを計算する段階と、計算された前記車輪の減速度値と前記車輪のスリップ値を、それぞれの所定の臨界減速度値（Ａ）と所定の第１臨界スリップ値（Ｂ）と比較する段階と、前記車輪の減速度値が前記臨界減速度値（Ａ）よりも大きく、前記車輪のスリップ値が前記第１臨界スリップ値（Ｂ）よりも大きい場合、路面の最大摩擦力を計算し、計算された路面の最大摩擦力により駆動輪の回生制動力を決定する段階と、前記車輪の減速度値が前記臨界減速度値（Ａ）よりも大きく、前記車輪のスリップ値が前記第１臨界スリップ値（Ｂ）よりも大きい場合は、前記要求制動力と最大回生制動力を比較する段階と、を含み、前記要求制動力が前記最大回生制動力よりも小さい場合のみ路面の最大摩擦力により駆動輪の回生制動力を決定する段階に進むことを特徴とする。

また、前記車輪の減速度値が前記臨界減速度値（Ａ）よりも小さいか同じである場合、または前記車輪のスリップ値が前記第１臨界スリップ値（Ｂ）よりも小さいか同じである場合は、路面の最大摩擦力を考慮することなく、所定の制動力分配マップにより制動力を分配することを特徴とする。

また、前記要求制動力が前記最大回生制動力よりも大きいか同じである場合は、ＡＢＳが作動するように設定されることを特徴とする。

また、前記ブレーキペダルを操作したか否かを検出する段階では、ブレーキペダルストロークまたはブレーキペダルの踏力を検出してブレーキペダルを操作したか否かを決定するように行われ、前記ブレーキペダルストロークまたは前記ブレーキペダルの踏力からペダルの踏入速度を決定する段階をさらに含むことを特徴とする。

また、決定された前記ペダルの踏入速度を所定のペダル速度臨界値（Ｃ）と比較する段階をさらに含み、前記ペダル踏入速度が所定のペダル速度臨界値（Ｃ）よりも大きいか同じである場合はＡＢＳを作動させ、前記ペダル踏入速度が所定のペダル速度臨界値（Ｃ）よりも小さい場合のみ路面の最大摩擦力により駆動輪の回生制動力を決定する段階に進むことを特徴とする。

また、前記ペダル踏入速度が所定のペダル速度臨界値（Ｃ）よりも小さい場合であっても、計算された前記車輪のスリップが所定の第２臨界スリップ値（Ｄ）よりも大きい場合は、路面の最大摩擦力により駆動輪の回生制動力を決定する段階に進まず、ＡＢＳを作動させることを特徴とする。

また、前記路面の最大摩擦力により駆動輪の回生制動力を決定する段階では、路面摩擦係数を決め、決定された路面摩擦係数から駆動輪の路面の最大摩擦力を算出し、要求制動力が路面の最大摩擦力よりも大きい場合は、算出された路面の最大摩擦力に該当する制動力を駆動輪の回生制動力として分配し、前記要求制動力から路面の最大摩擦力を減算した値を被駆動輪の摩擦制動力として分配することを特徴とする。

また、前記路面摩擦係数は、駆動輪の減速度が所定の臨界値以上となる時の車両減速度値を重力加速度で割った値であると定義されることを特徴とする。

本発明による車両用回生制動協調制御システムの制動制御方法によれば、路面状態を考慮して回生制動をするか否かの決定及び駆動輪と被駆動輪の制動力の分配が行われるため、駆動輪の車輪のロックが発生することによる制動距離の増加と回生制動の中断を効果的に防止でき、車両燃費を向上させることができる。また、車輪の減速度、車輪のスリップなどの条件を考慮して制動力の分配を行ない、路面の最大摩擦力により駆動輪の回生制動力を決定したので、多様な路面状態に対して回生制動領域を極大化でき、併せて走行安定性と燃費性能も改善できる。

従来の制動力分配方法を示す図である。本発明による制動制御方法を示すフローチャートである。本発明による正常な走行状態での制動力の分配状態を概略的に示す図である。本発明による前輪がロックされた状態での制動力の分配状態を概略的に示す図である。

本発明の車両用回生制動協調制御システムの制動制御方法は前輪駆動または後輪駆動方式の二輪駆動の車両において、路面条件、より明確には路面摩擦係数を考慮して回生制動をするか否か及び駆動輪の回生制動力を決定するが、ＡＢＳの頻繁な動作を抑制する範囲で回生制動を極大化できる車両用回生制動協調制御システムの制動制御方法を提供する。特に、本発明の好ましい実施例では、車輪の減速度、車輪のスリップなどに関する多数の条件を設定し、これらの条件を充足するか否かによって制動力の分配を制御する。また、本発明では、これら多数の段階を通してＡＢＳ動作をするか否かを決定し、不要のＡＢＳ動作を抑制する範囲で回生制動が効率的に行われるように構成している。さらに、本発明では、路面状態を考慮して回生制動を極大化する範囲で効率的な制動力の分配が行われるように路面の最大摩擦力を算出し、算出された路面の最大摩擦力から駆動輪の回生制動力と被駆動輪の摩擦制動力を分配している。

なお、本明細書の詳細な説明及び図面は、好ましい実施例を使用して説明しているが、本発明は、このような実施例に限定されるものではない。本発明を逸脱しない範囲での修正及び変更が可能である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の車両用回生制動協調制御システムの制動制御方法を詳細に説明する。

図２は、本発明による車両用回生制動協調制御システムの制動制御方法を示すフローチャートである。図２に示すように、本発明による車両用回生制動協調制御システムの制動制御方法は、運転者がブレーキペダルを操作したか否かを判断し、ブレーキペダルを操作していると判断された場合、前後輪間の制動力を分配するための一連の段階が行われる。

ここで、ブレーキペダルを操作したか否かは、ブレーキペダルストロークまたはブレーキの踏力を検出することで決定される。
運転者がブレーキペダルを踏んでペダルストロークまたはブレーキの踏力が検出されると、運転者の要求制動力と同じ制動力の分配を決定するためのパラメータを計算する段階が行われる。

たとえば、運転者がブレーキペダルを踏む場合、ペダルストロークセンサまたはペダル踏力センサによってペダルストローク量が感知され、車速センサから検出される現在車速の情報を用いて運転者の要求制動力が計算される。運転者の要求制動力は、その計算方法及び過程が様々であり、要求減速度は、要求制動力を車両の質量で割った値である。したがって、本発明では、要求制動力及び要求減速度の計算方法及び過程そのものについては特に限定せず（公知の方法から選択して適用）、本明細書で計算方法及び過程に関する説明は省略する。

一方、このような要求制動力の他、走行中の車両の車輪の減速度及び車輪のスリップも計算される。例えば、車輪の減速度は、それぞれの４輪に対する車輪速度を測定して算出でき、車輪のスリップは、車輪中心速度から車輪速度を引いた値を車輪速度で割った値、すなわち、（車輪中心速度−車輪速度）／車輪速度であると定義される。このような車輪の減速度及び車輪のスリップ値は、制動力の配分時、路面摩擦係数及びこれによる路面の最大摩擦力を考慮する必要がないと判断される場合は、路面の最大摩擦力を考慮した制動力の分配の代わりに、通常の制動力の分配が行われる。

具体的に、このような過程は、計算された車輪の減速度及び車輪のスリップ値を、所定の臨界値と比較する過程により行われる。このような車輪の減速度と車輪のスリップに対する臨界値は、現在の要求制動力及び要求減速度の範囲で車輪ロックの虞のない上限値として設定される。

具体的には、図２に示すように、車輪の減速度と臨界減速度値（Ａ）を比較する段階では、車輪の減速度が所定の臨界減速度値（Ａ）よりも小さいか同じである場合は、路面の最大摩擦力を考慮した制動力の分配は必要でないと判断し、図３に示すような通常の制動力の分配方式により回生制動協調制御が行われる。

臨界減速度（Ａ）は、車輪の減速度を示し、車輪速度の時間微分値を意味する。したがって、臨界減速度（Ａ）は、車輪ロックが発生する時に演算される車輪の減速度値であると定義し、臨界減速度（Ａ）よりも車輪の減速度が小さい場合は車輪ロックの虞のないことを意味する。例えば、車輪ロックの発生時、車輪の減速度が１．５ｇ以上発生したら、臨界減速度（Ａ）は１．５ｇに定められる。

したがって、このような通常の制動力の分配方式では、図３に示すように要求制動力が最大回生制動力よりも小さい場合は、要求制動力に該当する駆動輪の回生制動力だけで制動し、要求制動力が最大回生制動力よりも大きい場合は、要求制動力と最大回生制動力との差に該当する制動力のために、駆動輪の摩擦制動力と被駆動輪の摩擦制動力を適切に用いて制動が行われる。

このような通常の制動力の分配は、車両内の制御機に搭載された制動力分配マップにより要求制動力と要求減速度から決定されるように構成することができる。

次に、本実施例では、車輪の減速度が所定の臨界減速度値（Ａ）よりも大きい場合は、計算された車輪のスリップ値を所定の第１臨界スリップ値（Ｂ）と比較する段階が行われる。ただし、このような車輪のスリップ値に対する比較段階は、車輪の減速度に対する比較段階の前後または同時に行われてもよく、図２に示すような判断順序に限定されることはない。

本段階では、車輪のスリップ値が所定の第１臨界スリップ値（Ｂ）よりも小さいか同じである場合は、図３に示すような通常の制動力の分配方式により回生制動協調制御が行われる。

また、車輪のスリップ値は、上述したように車輪中心速度から車輪速度を引いた値を車輪速度で割った値、すなわち、（車輪中心速度−車輪速度）／車輪速度であると定義されるが、通常、スリップ値が約０．３以上の路面であれば不安定な状態で、車輪ロックが発生する。

したがって、本発明の好ましい実施例では、第１臨界スリップ値（Ｂ）は０．３近くの値を選定し、車両の車輪のスリップ値が第１臨界スリップ値以上になると、危険状態（車輪ロック）であると判断する。また、本発明の好ましい実施例では、車輪の減速度が臨界減速度値（Ａ）よりも大きく、車輪のスリップ値が第１臨界スリップ値（Ｂ）よりも大きい場合のみ路面摩擦係数を考慮した制動力の分配制御が行われるように構成される。

一方、本実施例では、運転者がブレーキペダルを踏む時のペダルの踏入速度を計算し、このようなペダルの踏入速度（ペダル速度）を所定のペダル速度臨界値（Ｃ）と比較する段階をさらに含む。ここで、ペダルの踏入速度は、ブレーキペダルストロークの時間微分値に該当するが、上述したように、ペダルストロークセンサまたは踏力センサから検出されるブレーキペダルストロークまたはブレーキ踏力値から決定される。

本段階では、ペダル踏入速度が所定のペダル速度臨界値（Ｃ）よりも大きいか同じである場合は、ＡＢＳを作動させる。反面、ペダル踏入速度が所定のペダル速度臨界値（Ｃ）よりも小さい場合は、路面の最大摩擦力により駆動輪の回生制動力を決定する段階に進むように構成される。ペダルの踏入速度を検出することは、運転者のペダルの踏入速度を用いて緊急制動をするか否かを判断するためであり、ペダルの踏入速度が臨界値（Ｃ）よりも大きい場合は緊急制動が必要であると判断してＡＢＳを作動するように構成する。

したがって、本実施例では、算出された車輪減速度と車輪のスリップ値がそれぞれの臨界減速度値（Ａ）と第１臨界スリップ値（Ｂ）よりも大きい場合の条件を充足する一方、要求制動力が駆動輪に伝えられる最大回生制動力よりも小さく、検出されたペダル速度が所定のペダル速度臨界値（Ｃ）よりも小さい場合のみ路面摩擦係数を決め、これによる制動力の分配を実施する。ここで、路面摩擦係数は、前記（車輪の減速度＞臨界減速度（Ａ））、（車輪のスリップ値＞第１臨界スリップ値（Ｂ））、２つの条件を満足する瞬間の車両減速度値を重力加速度で割った値であると定義されるが、車輪速度から計算して間接的にその値を求めてもよく、直接測定した値を用いてもよい。

一方、図２に示すように、ペダル踏入速度が所定のペダル速度臨界値（Ｃ）よりも大きいか同じである場合は、路面の最大摩擦力により駆動輪の回生制動力を決定する段階に進まず、ＡＢＳを作動させる。

一方、制動の安全のために、車輪スリップが大きすぎる場合を考慮して車輪のスリップ値を第２臨界スリップ値（Ｄ）と比較する段階を、路面の最大摩擦力を考慮した制動力の分配段階の前にさらに含んでもよい。具体的には、図２に示すように、算出された車輪のスリップ値が所定の第２臨界スリップ値（Ｄ）よりも大きいか同じである場合は、制動安全性を考慮してＡＢＳが作動する。反面、車輪のスリップ値が第２臨界スリップ値（Ｄ）よりも小さい場合は、路面摩擦係数を決め、決定された路面摩擦係数に車両駆動輪の荷重をかけて駆動輪が発生させる路面の最大摩擦力を計算し、計算された路面の最大摩擦力により制動力を分配する。

このような路面の最大摩擦力を考慮した制動力の分配の例を図４に示す。具体的には、図４に示すように、決定された路面の最大摩擦力に該当する制動力は、駆動輪で回生制動可能な最大回生制動力を意味するため、このような路面の最大摩擦力に該当する制動力を駆動輪の回生制動力として分配し、要求制動力から駆動輪の回生制動力（路面の最大摩擦力）の差だけ被駆動輪の摩擦制動力として分配する。

Claims

ブレーキペダルを操作したか否かを検出する段階と、
ブレーキペダルの操作時、運転者の要求制動力、車輪の減速度、及び車輪のスリップを計算する段階と、
計算された前記車輪の減速度値と前記車輪のスリップ値を、それぞれの所定の臨界減速度値（Ａ）と所定の第１臨界スリップ値（Ｂ）と比較する段階と、
前記車輪の減速度値が前記臨界減速度値（Ａ）よりも大きく、前記車輪のスリップ値が前記第１臨界スリップ値（Ｂ）よりも大きい場合、路面の最大摩擦力を計算し、計算された路面の最大摩擦力により駆動輪の回生制動力を決定する段階と、
前記車輪の減速度値が前記臨界減速度値（Ａ）よりも大きく、前記車輪のスリップ値が前記第１臨界スリップ値（Ｂ）よりも大きい場合は、前記要求制動力と最大回生制動力を比較する段階と、を含み、
前記要求制動力が前記最大回生制動力よりも小さい場合のみ路面の最大摩擦力により駆動輪の回生制動力を決定する段階に進むことを特徴とする車両用回生制動協調制御システムの制動制御方法。
前記車輪の減速度値が前記臨界減速度値（Ａ）よりも小さいか同じである場合、または前記車輪のスリップ値が前記第１臨界スリップ値（Ｂ）よりも小さいか同じである場合は、路面の最大摩擦力を考慮することなく、所定の制動力分配マップにより制動力を分配することを特徴とする請求項１に記載の車両用回生制動協調制御システムの制動制御方法。
前記要求制動力が前記最大回生制動力よりも大きいか同じである場合は、ＡＢＳが作動するように設定されることを特徴とする請求項１に記載の車両用回生制動協調制御システムの制動制御方法。
前記ブレーキペダルを操作したか否かを検出する段階では、ブレーキペダルストロークまたはブレーキペダルの踏力を検出してブレーキペダルを操作したか否かを決定するように行われ、前記ブレーキペダルストロークまたは前記ブレーキペダルの踏力からペダルの踏入速度を決定する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の車両用回生制動協調制御システムの制動制御方法。
決定された前記ペダルの踏入速度を所定のペダル速度臨界値（Ｃ）と比較する段階をさらに含み、前記ペダルの踏入速度が所定のペダル速度臨界値（Ｃ）よりも大きいか同じである場合はＡＢＳを作動させ、前記ペダルの踏入速度が所定のペダル速度臨界値（Ｃ）よりも小さい場合のみ路面の最大摩擦力により駆動輪の回生制動力を決定する段階に進むことを特徴とする請求項４に記載の車両用回生制動協調制御システムの制動制御方法。
前記ペダルの踏入速度が所定のペダル速度臨界値（Ｃ）よりも小さい場合であっても、計算された前記車輪のスリップが所定の第２臨界スリップ値（Ｄ）よりも大きい場合は、路面の最大摩擦力により駆動輪の回生制動力を決定する段階に進まず、ＡＢＳを作動させることを特徴とする請求項５に記載の車両用回生制動協調制御システムの制動制御方法。
前記路面の最大摩擦力により駆動輪の回生制動力を決定する段階では、路面摩擦係数を決め、決定された路面摩擦係数から駆動輪の路面の最大摩擦力を算出し、
要求制動力が路面の最大摩擦力よりも大きい場合は、算出された路面の最大摩擦力に該当する制動力を駆動輪の回生制動力として分配し、前記要求制動力から路面の最大摩擦力を減算した値を被駆動輪の摩擦制動力として分配することを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の車両用回生制動協調制御システムの制動制御方法。
前記路面摩擦係数は、駆動輪の減速度が所定の臨界値以上となる時の車両減速度値を重力加速度で割った値であると定義されることを特徴とする請求項７に記載の車両用回生制動協調制御システムの制動制御方法。