JP6987435B2 - 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、運転者の意思による操作部材の操作に応じた制動力を駆動系に付与することができ、かつ、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、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、ブレーキシステムに組み込まれて、操作部材が初期位置から一定のストローク内で操作されるときに操作力をマスタシリンダに伝達せず、操作部材が一定のストロークを超えて操作されるときに操作力をマスタシリンダに伝達する伝達制限機構と、操作部材の初期位置からの操作量を検出する操作量検出手段と、操作量検出手段により検出される操作量が一定量以下である範囲では、当該操作量の増加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、操作部材が初期位置から一定のストローク内で操作されるときには、操作部材の操作による操作力がブレーキシステムのマスタシリンダに入力されない。そのため、マスタシリンダで液圧が発生せず、駆動系に摩擦制動力が付与されない。このとき、操作部材の操作量が一定量を超えるまでは、モータジェネレータの回生運転により、その操作量に応じた回生制動力が駆動系に付与される。

操作部材が初期位置から一定のストロークを超えて操作されると、その操作部材の操作による操作力がマスタシリンダに入力される。これにより、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。そのため、運転者が回生制動力のみによる制動力に不足を感じる場合、運転者が操作部材を大きく操作すれば、回生制動力に加えて摩擦制動力が駆動系に付与されて、制動力の不足が解消される。

また、マスタシリンダでは操作力に応じた液圧が発生し、その液圧が回生制動力の大きさに応じて制限されずに、そのままの液圧に応じた摩擦駆動力が駆動系に付与される。すなわち、回生制動力と摩擦制動力との協調制御は行われず、操作部材の操作力（操作量）に応じた摩擦制動力が駆動系に付与される。

よって、簡素な制御により、運転者の意志による操作部材の操作に応じた制動力を駆動系に付与することができ、かつ、モータジェネレータの回生運転により発生する回生エネルギを得ることができる。

運転者が回生制動力のみによる制動力に不足を感じない場合、それ以上に操作部材が操作されないので、回生エネルギが得られる期間を長く確保することができる。その結果、エネルギ回収効率が向上する。

回生制御手段は、操作部材の操作量が一定量を超える範囲では、一定の回生制動力を発生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。

簡素な制御により、過大な制動力が駆動系に付与されることを抑制できる。

本発明によれば、簡素な制御により、運転者の意志による操作部材の操作に応じた制動力を駆動系に付与することができる。また、回生エネルギを得ることができるので、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。 ブレーキペダルのストロークとモータジェネレータによる回生量、ブレーキペダルに入力される踏力およびマスタシリンダで発生する油圧との各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は、車室内の運転席の前方に設定され、運転者の足で操作される。ブレーキペダル１２には、伝達制限機構１７が付随して設けられている。

ブレーキペダル１２が操作されたときに、ブレーキペダル１２の位置が初期位置から一定のストロークＡまでの範囲で操作されるときには、伝達制限機構１７の機能により、ブレーキペダル１２に入力された操作力（踏力）がバキュームブースタ１３に伝達されない。このとき、ブレーキペダル１２に油圧による操作反力が付与されないので、伝達制限機構１７には、ブレーキペダル１２に操作反力を付与するためのスプリングが設けられている。

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。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、ブレーキペダル１２のストロークとモータジェネレータ３による回生量、ブレーキペダル１２に入力される踏力およびマスタシリンダ１４で発生する油圧との各関係を示すグラフである。

前述したように、ブレーキペダル１２の位置が初期位置から一定のストロークＡまでの範囲で操作されるときには、伝達制限機構１７の機能により、ブレーキペダル１２の操作による操作力（踏力）がバキュームブースタ１３に伝達されない。そのため、ブレーキペダル１２の操作による操作力がマスタシリンダ１４に伝達されず、マスタシリンダ１４に油圧が発生しない。

このとき、ブレーキペダル１２の操作量の増加に伴ってモータジェネレータ３による回生量が単調に増大するように、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。操作量に対する回生量の増大率は、一定であってもよいし、車速や路面勾配などに応じて可変設定されてもよい。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。このとき、ブレーキペダル１２に油圧による操作反力が付与されないが、伝達制限機構１７に設けられたスプリングの弾性力による操作反力がブレーキペダル１２に付与される。スプリングの弾性力は、ブレーキペダル１２の操作量の増加に伴って単調に増大する。

また、前述したように、ブレーキペダル１２がストローク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、その操作力が増幅されてマスタシリンダ１４に伝達される。そのため、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、摩擦ブレーキ１６による摩擦制動力が駆動系に付与される。このとき、ブレーキペダル１２には、マスタシリンダ１４の油圧による反力が付与される。ブレーキペダル１２の操作量の増大に伴って、マスタシリンダ１４の油圧が単調に増大するので、摩擦ブレーキ１６による摩擦制動力が単調に増大し、また、ブレーキペダル１２に付与される反力が単調に増大する。

また、ブレーキペダル１２がストロークＡを超えて操作されるとき、モータジェネレータ３による回生量が一定に保持されるように、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。

＜作用効果＞
以上のように、ブレーキペダル１２が初期位置から一定のストロークＡ内で操作されるときには、ブレーキペダル１２の操作による操作力がブレーキシステム１１のマスタシリンダ１４に入力されない。そのため、マスタシリンダ１４で油圧が発生せず、駆動系に摩擦制動力が付与されない。このとき、ブレーキペダル１２のストロークがストロークＡを超えるまでは、モータジェネレータ３の回生運転により、そのストロークに応じた回生制動力が駆動系に付与される。

ブレーキペダル１２が初期位置から一定のストロークＡを超えて操作されると、そのブレーキペダル１２の操作による操作力がマスタシリンダ１４に入力される。これにより、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。そのため、運転者が回生制動力のみによる制動力に不足を感じる場合、運転者がブレーキペダル１２をストロークＡを超えて大きく操作すれば、回生制動力に加えて摩擦制動力が駆動系に付与されて、制動力の不足が解消される。

また、マスタシリンダ１４では操作力に応じた油圧が発生し、その油圧が回生制動力の大きさに応じて制限されずに、そのままの油圧に応じた摩擦駆動力が駆動系に付与される。すなわち、回生制動力と摩擦制動力との協調制御は行われず、ブレーキペダル１２の操作力（ストローク）に応じた摩擦制動力が駆動系に付与される。

よって、簡素な制御により、運転者の意志によるブレーキペダル１２の操作に応じた制動力を駆動系に付与することができ、かつ、回生エネルギを得ることができる。

運転者が回生制動力のみによる制動力に不足を感じない場合、それ以上にブレーキペダル１２が操作されないので、回生エネルギが得られる期間を長く確保することができる。その結果、エネルギ回収効率が向上する。

さらに、ブレーキペダル１２のストロークが一定のストロークＡを超える範囲では、モータジェネレータ３による回生量が一定に保持されるように、モータジェネレータ３の回生運転が制御される。この簡素な制御によって、過大な制動力が駆動系に付与されることを抑制できる。

＜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、前述の実施形態では、ブレーキペダル１２の位置が初期位置から一定のストロークＡまでの範囲で操作されるときには、ブレーキペダル１２の操作量の増加に伴ってモータジェネレータ３による回生量が単調に増大するように、モータジェネレータ３の回生運転が制御されるとした。しかしながら、車速や路面勾配によっては、または、無条件で、ブレーキペダル１２のストロークがストロークＡよりも大きいストロークＢを超えるまでの間、図２に二点鎖線で示されるように、ブレーキペダル１２の操作量の増加に伴ってモータジェネレータ３による回生量が単調に増大するように、モータジェネレータ３の回生運転が制御されてもよい。

また、本発明に係る制動装置は、ハイブリッド車１に限らず、電気自動車などの他の種類の車両に搭載されてもよい。

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（操作部材）
１４：マスタシリンダ
１７：伝達制限機構
２１：ＥＣＵ（回生制御手段）
２２：ペダルストロークセンサ（操作量検出手段）

Claims (2)

1. マスタシリンダおよび操作部材の操作による操作力を増幅して前記マスタシリンダに伝達するバキュームブースタを含み、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、
   前記操作部材に付随して設けられて、前記操作部材が初期位置から一定のストローク内で操作されるときには、前記操作力を前記バキュームブースタに伝達せず、前記操作部材が前記一定のストロークを超えて操作されるときには、前記操作力を前記バキュームブースタに伝達する伝達制限機構と、
   前記操作部材の前記初期位置からの操作量を検出する操作量検出手段と、
   前記操作量検出手段により検出される操作量が一定量以下である範囲では、当該操作量の増加に応じて回生制動力が増大するように、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、前記操作部材が前記一定のストロークを超えて操作されるとき、前記モータジェネレータによる回生量が一定に保持されるように、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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