JP6953077B2 - 制動装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）やハイブリッド車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）に搭載される制動装置に関する。

電気自動車やハイブリッド車などの車両では、モータジェネレータが回生運転されることにより、モータジェネレータの回転軸に入力される動力が電力に変換され、その電力で電池が充電される。このとき、モータジェネレータが駆動系の抵抗となり、その抵抗が車両を制動する制動力として作用する。

また、車両には、油圧式のブレーキシステムが搭載されている。このブレーキシステムでは、ブレーキペダルが踏まれると、ブレーキペダルに入力された力がブレーキブースタで増幅（倍力）され、その増幅された力がマスタシリンダに伝達される。マスタシリンダでは、ブレーキブースタから入力される力に応じた油圧が発生する。そして、マスタシリンダの油圧がブレーキアクチュエータに伝達され、ブレーキアクチュエータから各車輪に設けられたブレーキシリンダに油圧が供給されて、ブレーキパッドが車輪と一体的に回転するブレーキロータに押しつけられることにより、車輪に制動力が付与される。

モータジェネレータによる制動力である回生制動力と油圧式のブレーキシステムによる制動力である摩擦制動力（油圧による制動力）とを併用する車両では、回生制動力と摩擦制動力との協調制御が広く採用されている。協調制御の一例では、ブレーキペダルの踏み込み量に応じて目標制動力が設定され、この目標制動力からモータジェネレータによる回生制動力を減算することにより目標摩擦制動力が設定される。そして、目標摩擦制動力が得られるように、ブレーキアクチュエータが制御される。協調制御では、回生制動力が優先的に使用されるので、エネルギ回収効率を上げることができ、ひいては車両の走行燃費の向上を図ることができる。

また、エネルギ回収効率をさらに向上させるべく、ブレーキスイッチを設け、ブレーキスイッチのオンのときには、回生制動力をブレーキスイッチがオフのときよりも増大させて、協調制御を行うことが提案されている。

特開２００３−２８４２０２号公報

ところが、協調制御自体の内容が複雑であるため、協調制御を採用した場合、制御装置のコストが高くなる。ブレーキスイッチを設けた場合には、制御内容がさらに複雑になり、制御装置のコストのさらなる増加を招く。一方、モータジェネレータによる回生が行われないと、回生エネルギを得ることができず、車両の走行燃費が悪化する。

本発明の目的は、簡素な制御により、運転者の意思どおりに回生エネルギを得ることができる、制動装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る制動装置は、第１操作部材の操作による操作力が入力されるマスタシリンダを含み、マスタシリンダで発生する液圧による摩擦制動力を駆動系に付与するブレーキシステムと、駆動系に設けられ、回生運転により回生制動力を発生するモータジェネレータと、第１操作部材とは別に設けられ、オフ位置とオン位置との間で操作される第２操作部材と、第２操作部材がオフ位置からオン位置に操作されたことに応じて、回生制動力が増大するように、モータジェネレータの回生運転を制御する回生制御手段とを含む。

この構成によれば、第１操作部材が操作されると、その操作による操作力がマスタシリンダに入力されて、マスタシリンダで操作力に応じた液圧が発生し、その液圧による摩擦制動力が駆動系に付与される。また、第２操作部材がオフ位置からオン位置に操作されると、モータジェネレータの回生運転により、駆動系の動力が電力に変換されて回生エネルギが得られるとともに、モータジェネレータから駆動系に回生制動力が付与される。そのため、運転者が第１操作部材の操作に加えて第２操作部材を操作するか、または、第２操作部材を単独で操作することにより、運転者の意思どおりに回生エネルギを得ることができる。

また、従来の技術では、ブレーキペダルの操作に応じた制動力が得られるよう、モータジェネレータによる制動力である回生制動力と油圧式のブレーキシステムによる制動力である摩擦制動力との協調制御が行われる。これに対し、本発明に係る制動装置では、第２操作部材の操作により回生制動力が運転者の意思どおりに駆動系に付与されるので、第１操作部材の操作による摩擦制動力と第２操作部材の操作による回生制動力とは、協調なく駆動系に付与されるとよく、協調がなくとも駆動系に付与される制動力が過大になることはない。よって、回生制動力と摩擦制動力との協調制御が不要であり、制御が簡素ですむ。

回生制御手段は、第２操作部材がオフ位置からオン位置に操作されたことに応じて、回生制動力が一定量増大するように、モータジェネレータの回生運転を制御してもよいが、第２操作部材がオン位置に位置する状態での時間経過に伴って回生制動力が増大するように、モータジェネレータの回生運転を制御してもよい。

後者の構成であれば、運転者が第２操作部材をオン位置に長く位置させるほど、回生制動力を増大させ、それに伴って得られる単位時間あたりの回生エネルギ量を増大させることができる。そのため、運転者の意思に応じた回生制動力および回生エネルギを得ることができる。

制動装置は、第２操作部材の操作量を検出する操作量検出手段をさらに含み、回生制御手段は、操作量検出手段により検出される操作量が大きいほど回生制動力が大きいように、モータジェネレータの回生運転を制御してもよい。

運転者が第２操作部材を大きく操作するほど、回生制動力を増大させ、それに伴って得られる単位時間あたりの回生エネルギ量を増大させることができる。そのため、運転者の意思に応じた回生制動力および回生エネルギを得ることができる。

本発明によれば、簡素な制御により、運転者の意思どおりに回生エネルギを得ることができる。そして、回生エネルギを積極的に得ることにより、制動装置が搭載される車両におけるエネルギ回収効率を上げることができ、ひいては車両の走行燃費を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る制動装置が搭載されたハイブリッド車の要部構成を示す図である。 アクセル操作、レバー操作、モータジェネレータ出力、車速およびブレーキランプの点灯状態の時間変化を示すグラフである。 本発明の変形例に係る制動装置が搭載されたハイブリッド車の要部構成を示す図である。 回生ブレーキレバーのストロークとモータジェネレータの回生量との関係を示すグラフである。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜ハイブリッド車の要部構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る制動装置が搭載されたハイブリッド車１の要部構成を示す図である。

ハイブリッド車１には、エンジン２およびモータジェネレータ３が搭載されている。エンジン２およびモータジェネレータ３は、トランスミッション、デファレンシャルギヤおよび車輪などを含む駆動系に組み込まれており、エンジン２およびモータジェネレータ３が発生する動力は、その駆動系に入力される。

エンジン２は、たとえば、ガソリンエンジンである。エンジン２には、エンジン２の燃焼室への吸気量を調整するための電子スロットルバルブ、燃料を吸入空気に噴射するインジェクタ（燃料噴射装置）および燃焼室内に電気放電を生じさせる点火プラグなどが設けられている。

モータジェネレータ３には、インバータ４が接続されている。インバータ４には、バッテリ５が接続されている。バッテリ５は、たとえば、複数の二次電池を組み合わせた組電池からなる。モータジェネレータ３の力行運転時には、バッテリ５から出力される直流電力がインバータ４で交流電力に変換され、交流電力がインバータ４からモータジェネレータ３に供給される。これにより、モータジェネレータ３が動力を発生し、その動力が駆動系に入力される。モータジェネレータ３の回生運転時には、モータジェネレータ３で駆動系の動力が交流電力に変換される。このとき、モータジェネレータ３が駆動系の抵抗となり、その抵抗による回生制動力が駆動系に作用する。モータジェネレータ３で発生した交流電力は、インバータ４で直流電力に変換されて、バッテリ５に充電される。

また、ハイブリッド車１には、ブレーキシステム１１が搭載されている。

ブレーキシステム１１には、ブレーキペダル１２、バキュームブースタ１３、マスタシリンダ１４、電動式負圧ポンプ１５および摩擦ブレーキ１６が含まれる。

ブレーキペダル１２が一定のストロークＡを超えて操作されると、ブレーキペダル１２に入力された操作力がバキュームブースタ１３に伝達される。電動式負圧ポンプ１５からバキュームブースタ１３に伝達される負圧により、ブレーキペダル１２からバキュームブースタ１３に入力された操作力が増幅（倍力）され、その増幅された力がマスタシリンダ１４に伝達される。そして、マスタシリンダ１４に入力された力が油圧として、各車輪に設けられた摩擦ブレーキ１６に伝達され、ブレーキパッド（図示せず）が車輪と一体的に回転するブレーキロータ（図示せず）に押しつけられることにより、車輪に摩擦制動力が付与される。

また、ハイブリッド車１には、マイコン（マイクロコントローラユニット）を含む構成のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）が備えられている。マイコンには、たとえば、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ、データフラッシュ（フラッシュメモリ）などが内蔵されている。図１には、１つのＥＣＵ２１のみが示されているが、ハイブリッド車１には、各部を制御するため、ＥＣＵ２１と同様の構成を有する複数のＥＣＵが搭載されている。ＥＣＵ２１を含む複数のＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。

ＥＣＵ２１には、制御に必要な各種センサが接続されている。その一例として、ＥＣＵ２１には、ブレーキペダル１２のストローク（操作量）に応じた検出信号を出力するペダルストロークセンサ２２が接続されている。ＥＣＵ２１では、ペダルストロークセンサ２２の検出信号からブレーキペダル１２の操作量が取得される。

また、ハイブリッド車１には、回生ブレーキレバー２３が設けられている。回生ブレーキレバー２３は、ハイブリッド車１の運転席の前方に配設されているステアリングホイールの近傍に設けられる。回生ブレーキレバー２３は、たとえば、ステアリングシャフトを取り囲むリング状をなし、ステアリングシャフトの軸線方向に前側（運転者から見て奥側）のオフ位置と後側（運転者から見て手前側）のオン位置との間で操作可能である。また、回生ブレーキレバー２３は、オフ位置からオン位置に操作されて、その操作が解除されると、オン位置からオフ位置に自動復帰、つまりモーメンタリ動作するよう構成されている。回生ブレーキレバー２３には、オフ位置およびオン位置に応じた信号を出力するモーメンタリ型のスイッチが内蔵されており、その出力信号は、ＥＣＵ２１に入力されるようになっている。

そして、ＥＣＵ２１により、各種のセンサの検出信号から取得される情報や他のＥＣＵから入力される情報などに基づいて、エンジン２の始動、停止および出力調整などのため、エンジン２の電子スロットルバルブ、インジェクタおよび点火プラグなどが制御される。また、ＥＣＵ２１により、インバータ４が制御されて、モータジェネレータ３の動作が制御される。

＜制動時の動作＞
図２は、アクセルペダルの操作量、回生ブレーキレバー２３の操作量、モータジェネレータの出力、ハイブリッド車１の車速およびブレーキランプの点灯状態の時間変化を示すグラフである。

ハイブリッド車１の走行中に、アクセルペダルの操作が解除されると（時刻Ｔ１）、ＥＣＵ２１により、モータジェネレータ３の回生運転が開始される。回生運転の開始により、駆動系の動力が電力に変換され、その電力によるバッテリ５の充電が開始される。また、モータジェネレータ３が駆動系の抵抗となって、駆動系に回生制動力が付与される。そのため、ハイブリッド車１の車速が低下し始める。

その後、回生ブレーキレバー２３がオフ位置からオン位置に操作されると（時刻Ｔ２）、回生ブレーキレバー２３がオン位置に位置している状態が長く継続するほど、その時間経過に伴ってモータジェネレータ３による回生量が増大するように、ＥＣＵ２１により、モータジェネレータ３の回生運転が制御される。モータジェネレータ３による回生量は、モータジェネレータ３の回生運転により発生する電力量であってもよいし、モータジェネレータ３の回生運転により駆動系に付与される回生制動力であってもよい。また、回生量は、回生ブレーキレバー２３がオン位置に位置している状態での経過時間に比例して直線的に増大されてもよいし、経過時間に対して二次関数的に増大されてもよい。回生制動力の増大に伴って、ハイブリッド車１の車速の低下度合いが大きくなる。

回生ブレーキレバー２３がオン位置からオフ位置に戻されると（時刻Ｔ３）、その後の時間経過に伴ってモータジェネレータ３による回生量が減少するように、ＥＣＵ２１により、モータジェネレータ３の回生運転が制御される。このとき、回生量は、回生ブレーキレバー２３がオフ位置に戻されてからの経過時間に比例して直線的に減少されてもよいし、経過時間に対して二次関数的に減少されてもよい。

そして、回生制動力によりハイブリッド車１が停車した場合には（時刻Ｔ４）、ＥＣＵ２１により、ハイブリッド車１の最後尾に配設されたブレーキランプが点灯（ＯＮ）される。

その後、アクセルペダルが操作されると（時刻Ｔ５）、ＥＣＵ２１により、ブレーキランプが消灯（ＯＦＦ）されるとともに、モータジェネレータ３が力行運転するよう制御される。

＜作用効果＞
以上のように、ブレーキペダル１２が操作されると、その操作による操作力がマスタシリンダ１４に入力されて、マスタシリンダ１４で操作力に応じた油圧が発生し、その油圧による摩擦制動力が駆動系に付与される。また、回生ブレーキレバー２３がオフ位置からオン位置に操作されると、モータジェネレータ３の回生運転により、駆動系の動力が電力に変換されて回生エネルギが得られるとともに、モータジェネレータ３から駆動系に回生制動力が付与される。そのため、運転者がブレーキペダル１２の操作に加えて回生ブレーキレバー２３を操作するか、または、回生ブレーキレバー２３を単独で操作することにより、運転者の意思どおりに回生エネルギを得ることができる。

また、回生ブレーキレバー２３の操作により回生制動力が運転者の意思どおりに駆動系に付与されるので、ブレーキペダル１２の操作による摩擦制動力と回生ブレーキレバー２３の操作による回生制動力とは、協調なく駆動系に付与され、協調がなくとも駆動系に付与される制動力が過大になることはない。よって、回生制動力と摩擦制動力との協調制御が不要であり、制御が簡素ですむ。

モータジェネレータ３の回生運転の開始後、回生ブレーキレバー２３がオン位置に位置する状態での時間経過に伴って回生制動力が増大するように、モータジェネレータ３の回生運転が制御される。そのため、運転者が回生ブレーキレバー２３をオン位置に長く位置させるほど、回生制動力を増大させ、それに伴って得られる単位時間あたりの回生エネルギ量を増大させることができる。これにより、運転者の意思に応じた回生制動力および回生エネルギを得ることができる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、回生ブレーキレバー２３のオフ位置とオン位置との間のストロークが長く設定された構成では、図３に示されるように、回生ブレーキレバー２３の操作量に応じた検出信号を出力するレバーストロークセンサ２４が設けられて、そのレバーストロークセンサ２４の検出信号がＥＣＵ２１に入力されてもよい。そして、ＥＣＵ２１では、レバーストロークセンサ２４の検出信号から回生ブレーキレバー２３の操作量が取得されて、図４に示されるように、回生ブレーキレバー２３の操作量が大きいほどリニアに回生制動力が大きいように、ＥＣＵ２１により、モータジェネレータ３の回生運転が制御されてもよい。

この構成では、運転者が回生ブレーキレバー２３を大きく操作するほど、回生制動力を増大させ、それに伴って得られる単位時間あたりの回生エネルギ量を増大させることができる。そのため、運転者の意思に応じた回生制動力および回生エネルギを得ることができる。

また、回生ブレーキレバー２３のオフ位置からオン位置への操作およびその操作の解除の動作（クリック動作）が行われる度に、モータジェネレータ３の回生量が段階的に上げられてもよい。

回生ブレーキレバー２３に内蔵されるスイッチは、回生ブレーキレバー２３がオフ位置からオン位置に一度操作されるとオンになり、回生ブレーキレバー２３の操作が解除されてもそのオン状態が保持される、いわゆるオルタネート動作型のスイッチであってもよい。

この場合、スイッチがオン状態である間、回生ブレーキレバー２３の操作が解除されて、回生ブレーキレバー２３がオン位置からオフ位置に戻っても、ＥＣＵ２１では、回生ブレーキレバー２３がオン位置に位置していると判断される。そのため、回生ブレーキレバー２３をオン位置に保持するために操作し続ける必要がないので、運転者による操作の負担を軽減することができる。

また、回生ブレーキレバー２３は、リング状に限らず、パドル状であってもよいし、棒状であってもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

３：モータジェネレータ
１１：ブレーキシステム
１２：ブレーキペダル（第１操作部材）
１４：マスタシリンダ
２１：ＥＣＵ（回生制御手段）
２３：回生ブレーキレバー（第２操作部材）
２４：レバーストロークセンサ（操作量検出手段）

Claims (3)

1. 第１操作部材の操作による操作力が入力されるマスタシリンダを含み、前記マスタシリンダで発生する液圧による摩擦制動力を駆動系に付与するブレーキシステムと、
   前記駆動系に設けられ、回生運転により回生制動力を発生するモータジェネレータと、
   前記第１操作部材とは別に設けられ、オフ位置とオン位置との間で操作される第２操作部材と、
   前記第１操作部材および前記第２操作部材とは別の第３操作部材のアクセル操作が解除されると、前記モータジェネレータの回生運転を開始し、前記第２操作部材が前記オフ位置から前記オン位置に操作されたとき、前記第２操作部材が前記オン位置に位置する状態での時間経過に伴って回生制動力が増大し、前記第２操作部材が前記オン位置から前記オフ位置に操作されたとき、前記第２操作部材が前記オフ位置に位置する状態での時間経過に伴って回生制動力が減少するように、前記モータジェネレータの回生運転を制御する回生制御手段とを含む、制動装置。
2. 前記回生制御手段は、前記回生制動力が前記時間経過に伴って直線的に増大または減少するように、前記モータジェネレータの回生運転を制御する、請求項１に記載の制動装置。
3. 前記回生制御手段は、前記回生制動力が前記時間経過に伴って二次関数的に増大または減少するように、前記モータジェネレータの回生運転を制御する、請求項１に記載の制動装置。

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