JP7172837B2

JP7172837B2 - 制動力制御装置

Info

Publication number: JP7172837B2
Application number: JP2019086025A
Authority: JP
Inventors: 勇樹松宮; 俊佐藤; 裕也藤原; 正弘西宇
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2022-11-16
Anticipated expiration: 2039-04-26
Also published as: DE102020109808A1; JP2020179825A; US20200339098A1; US11453377B2

Description

本発明は、車両に搭載され車両の制動力を制御する制動力制御装置に関する。

車両においては、乗り心地や操作感の向上のため、各種の技術が提案されている。例えば、特許文献１においては、車両の減速時に、触媒高温時の触媒劣化防止のため燃料カットを禁止する場合は、期待される減速力が得られるよう、オルタネータ、エアコン、ブレーキ、変速等により減速力を補わせる燃料カット制御装置を開示している。また、特許文献２は、ユーザの操作量に応じて決定される制御目標を、駆動系システム、制御系システムに、受け持ち割合に応じて分配する一方で、安定化システムには分配前の制御目標を送信して補正処理を行わせることで、安定化システムによる制御目標の分配値の同期を不要として遅延を低減し、操作に対する応答性を向上させる車両統合制御装置を開示している。また、特許文献３は、バッテリの充電をする場合の発電機のトルクと、充電しない時の発電機のトルクとの差が、所定のトルク差以内となるよう、回生発電時の発電量を減少する方向に制限しておくことで、回生発電の開始や停止による乗り心地等への影響を抑制する車両用発電制御装置を開示している。

特開平１０－２８０９９０号公報特開２００６－２９７９９４号公報特開２０１２－９２６７３号公報

車両においては、一般に、ユーザがアクセルペダルもブレーキペダルも踏んでいない惰行状態となった時に、車両には、エンジン、変速機や回生発電機等により、減速方向の加速度が発生する。この際、変速機が有段自動変速機の場合、車両の速度の低下に応じてギヤ段のダウンシフトが発生する。変速機におけるダウンシフトの動作には一定の過渡期間が存在し、この過渡期間において変速機への入力トルクが変動すると、変速機の内部構造上、変速比や出力トルクが一時的に不安定となり、急激な振動等の変速ショックが車両に発生するおそれがある。

惰行時において、車両の慣性力に起因する車輪側からのトルクは、発電機と変速機とに分配されて入力される。発電機による回生発電の実行状態から停止状態に遷移する際、回生負荷の減少によって発電機への入力トルクの絶対値は減少し、そのぶん変速機への入力トルクの絶対値が増加する。変速機の変速の制御と回生発電の制御とは、互いに独立的に実行されているため、惰行状態におけるダウンシフトの過渡期間中に回生発電の停止が発生する可能性があり、変速ショックにより乗り心地が低下するおそれがある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、車両の惰行状態において好適な乗り心地を実現できる制動力制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一局面は、惰行状態において、少なくとも有段自動変速機および回生発電機によって、車両の進行方向を正の向きとしたときの負の駆動力を発生させる車両において、回生発電機を制御する制動力制御装置であって、車両の速度に基づいて、現在から、次に有段自動変速機において変速動作が開始するまでの時間を予測する予測部と、回生発電機の回生発電によって充電される電池の状態を取得する取得部と、回生発電機の回生発電中に、予測部による予測結果および取得部が取得する電池の状態に基づいて、電池の状態に起因する回生発電機による回生発電の停止が有段自動変速機の変速動作中に発生する可能性があると判定した場合、有段自動変速機の変速の開始より前に回生発電機による回生発電を停止させる制御部とを備える、制動力制御装置である。

本発明は、車両の惰行状態において好適な乗り心地を実現できる制動力制御装置を提供することができる。

本発明の第１および第２実施形態に係る制動力制御装置とその周辺の構成を示す図本発明の第１実施形態に係る処理を示すフローチャート本発明の第１および第２実施形態に係る変速マップの例を示す図本発明の第１実施形態に係る処理の例を示す図比較例に係る処理の例を示す図本発明の第２実施形態に係る処理を示すフローチャート

本発明に係る制動力制御装置は、発電機による回生発電の停止が、変速機の変速動作中に発生する可能性があると判定した場合、変速機の変速の開始より前に発電機による回生発電を停止させる。これにより、変速機の変速動作中の回生発電の停止による変速ショックを抑制する。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、速度、加速度等は、車両進行方向を正とする符号付きの値で表現する。

＜構成＞
図１に、本実施形態に係る車両に搭載される、制動力制御装置１００とその周辺の構成を示す。車両には、制動力制御装置１００、有段自動変速機である変速機２００、オルタネータやモータのような回生発電が可能な発電機３００、発電機３００の回生発電による電力を充電する電池４００が搭載される。変速機２００や発電機３００は、車両の惰行状態において、制動力を発生させることができる。なお、制動力は、変速機２００や発電機３００以外にも図示しないエンジン等の装置によって発生させることができる。また、車両には、変速機２００の変速を制御する変速機制御部や、電池４００の電流、電圧、温度、蓄電率等に基づいて、電池４００の充放電の制御や発電機３００の回生発電の制御を行う充電制御部も搭載される。図１には、これらの制御部は、変速機２００、発電機３００、電池４００に含まれるものとして図示を省略する。車両には、その他にも、各種のセンサや装置が搭載される。

制動力制御装置１００は、予測部１０１、取得部１０２、制御部１０３を含む。予測部１０１は、惰行状態において、現在から次に変速機２００において変速動作が開始するまでの時間を予測する。取得部１０２は、電池４００の状態を取得する。制御部１０３は、予測部１０１および取得部１０２の動作を制御するとともに、予測部１０１の予測結果、および、取得部１０２の取得結果に基づいて、電池４００の状態に起因する発電機３００による回生発電の停止が、変速機２００の変速動作中に発生する可能性があると判定した場合、変速機２００の変速の開始より前に発電機３００による回生発電を停止させる。

＜処理＞
図２は、ユーザによる車両の運転中に制動力制御装置１００が実行する回生発電の制御の一例を示すフローチャートである。本処理は、車両の走行中、発電機３００による回生発電が可能な状態において、実行される。

（ステップＳ１０１）：制御部１０３は、車両が備えるアクセルペダルセンサおよびブレーキペダルセンサがそれぞれ検出する、ユーザによるアクセルペダルの操作量およびブレーキペダルの操作量を常時取得する。制御部１０３は、取得したアクセルペダルの操作量およびブレーキペダルの操作量に基づいて、ユーザがアクセルペダル操作を行っておらず（操作量０の状態）、かつ、ユーザがブレーキペダル操作を行っていない状態（操作量０の状態）であることを検出することによって、車両が惰行状態であることを検出する。制御部１０３は、惰行状態を検出した場合はステップＳ１０２に進み、惰行状態を検出していない場合は、本ステップＳ１０１を繰り返し、車両が惰行状態となることを待機する。

（ステップＳ１０２）：予測部１０１は、次に変速機２００において変速動作が開始する速度を特定する。特定の方法を以下に説明する。

予測部１０１は、変速機２００を制御する変速機制御部が行う変速機２００の変速制御の特性を表すマップを保持している。図３にマップの例を示す。図３に示すマップにおいては、変速機２００のギヤ段は、車両の速度およびスロットル開度に基づいて定まる。車両の速度が増加する場合、速度が、マップに実線で示す変速線の現在のスロットル開度における速度まで増加すると、アップシフトが開始する。また、車両の速度が減少する場合、速度が、マップに点線で示す変速線の現在のスロットル開度における速度まで減少すると、ダウンシフトが開始する。本ステップでは、車両は惰行状態なのでスロットル開度は０であり、車両の速度は減少中である。したがって、予測部１０１は、現在の変速機２００のギヤ段を取得し、そのギヤ段からのダウンシフトが、スロットル開度０において開始する速度を特定することによって、次に変速機２００において変速動作が開始する速度を特定することができる。図３に示す例では、現在のギヤ段が３速である場合、予測部１０１は、３速から２速にダウンシフトする変速線のスロットル開度０における速度Ｖ_３２を、次に変速機２００において変速動作が開始する速度として特定する。

（ステップＳ１０３）：予測部１０１は、現在の車両の速度ｖおよび加速度ａを特定する。速度ｖは、車両が備える速度センサ、あるいは、車載ネットワークに接続された他の装置から適宜取得することで特定することができる。また、加速度ａは、例えば、車両の速度ｖを複数時点で取得し、その時間変化率を算出することによって特定することができる。あるいは、予測部１０１は、加速度ａを、車両が備える加速度センサ、あるいは、車載ネットワークに接続された他の装置から取得してもよい。なお、予測部１０１は、ステップＳ１０２を実行する代わりに、本ステップで速度ｖを特定した後、速度ｖおよび上述のマップに基づいて、次に変速機２００において変速動作が開始する速度の特定を行ってもよい。

（ステップＳ１０４）：予測部１０１は、現在から次に変速機２００において変速動作が開始するまでの時間ｔ１を予測する。予測部１０１は、車両の加速度ａが一定であるとみなして、現在から次に変速機２００において変速動作が開始するまでの時間ｔ１を、現在の速度ｖ、次に変速機２００において変速動作が開始する速度Ｖ、加速度ａに基づいて、以下の式（１）によって予測する。
ｔ１＝（ｖ－Ｖ）／|ａ| 式（１）

（ステップＳ１０５）：制御部１０３は、予測部１０１が予測した時間ｔ１が所定時間以下である場合、ステップＳ１０６に処理を進め、所定時間より大きい場合は、ステップＳ１０１に処理を進める。

（ステップＳ１０６）：取得部１０２は、発電機３００の回生発電によって充電される電池４００の状態を取得する。電池４００の状態は、電池４００が現在充電可能な電力量である充電可能量を推測できるものであれば、限定されないが、例えば、蓄電率（ＳＯＣ）および充電開始時点からの充電電流積算値の少なくとも１つを含む。取得部１０２は、このような電池４００の状態を、電池４００に備えられた各種センサや、電池４００の充放電の制御や発電機３００の回生発電の制御を行う充電制御部から取得することができる。あるいは、取得部１０２は、各種センサや充電制御部等から電池４００の状態を算出する元となる情報を取得し、取得した情報に基づいて状態を算出してもよい。

制御部１０３は、取得部１０２が取得した状態に基づいて、電池４００の充電可能量が所定値より低下している可能性があるか否かを判定する。制御部１０３は、例えば蓄電率が所定値以上であるか、あるいは、充電電流積算値が所定値以上であれば、充電可能量が低下している可能性があると判定することができる。制御部１０３は、このように取得部１０２が取得した１つ以上の状態のいずれかまたは全てが所定範囲にある場合、電池４００の充電可能量が低下している可能性があると判定し、ステップＳ１０７に処理を進め、そうでない場合、ステップＳ１０１に処理を進める。

（ステップＳ１０７）：本ステップでは、電池４００の充放電の制御や発電機３００の回生発電の制御を行う充電制御部は、電池４００を保護するため、近い将来に発電機３００による回生発電を停止すると予測される。このような場合、電池４００の状態に起因する発電機３００による回生発電の停止が変速機２００の変速動作中に発生する可能性があると判定することができる。制御部１０３は、充電制御部に回生発電を停止するよう要求し、変速機２００がダウンシフトする前に、発電機３００による回生発電を停止させる。以上で処理が終了となる。

なお、以上の各ステップＳ１０２～Ｓ１０７の処理の実行中に、車両が備えるアクセルペダルセンサおよびブレーキペダルセンサがユーザによるアクセルペダルの操作またはブレーキペダルの操作を検出した場合、処理は中止され、ステップＳ１０１に進み、次に惰行状態が成立するまで待機する。また、本処理とは別に、他の制御部によって、検出されたアクセルペダルの操作またはブレーキペダルの操作に応じた従来の一般的な加速、減速、変速等の制御が行われる。

また、上述のステップＳ１０７の処理によって回生発電停止後、電池４００の蓄電率が所定値より低下する等により、発電機３００による回生発電が可能な状態になった場合、充電制御部のような車両が備える他の制御部によって、回生発電が再開される。その場合、上述の処理が再び実行される。

以上の処理に基づく制御の例を説明する。図４に、横軸に時刻を取り、縦軸にエンジンの回転数、車輪側から変速機２００への入力トルク、車両の加速度を示し、本実施形態における処理に沿ったタイムチャートを示す。図４に示す全期間において、車両は惰行状態であり、負の駆動力によって車両の加速度は負となっている。

時刻Ｔ１において、次の変速までの予測時間ｔ１が所定時間に等しくなるものとする。時刻Ｔ１までは、次の変速までの予測時間ｔ１が所定時間より大きいため、上述の処理においてステップＳ１０５からステップＳ１０１に戻るループが成立する。あるいは、時刻Ｔ１までは、次の変速までの予測時間ｔ１が所定時間以下であっても、電池４００の充電可能量が低下している可能性があるとは判定されず、ステップＳ１０６からステップＳ１０１に戻るループが成立する。

時刻Ｔ１において、次の変速までの予測時間ｔ１が所定時間以下となり、かつ、電池４００の充電可能量が低下している可能性があるため、ステップＳ１０７が実行され、回生発電が停止される。回生発電が停止され、車輪側から発電機３００への入力トルクの絶対値が徐々に小さくなることにともない、時刻Ｔ１からＴ２までの期間において、変速機２００への入力トルクの絶対値が徐々に大きくなるとともに、車両の加速度が徐々に大きくなる（減速力が小さくなる）。

時刻Ｔ２以降の時刻Ｔ３において、次の変速が開始し、変速機２００が例えば３速から２速へ変速する。時刻Ｔ３からＴ４までの期間が、変速動作の過渡期間である。時刻Ｔ１からＴ３までは、エンジンの回転数は、徐々に減少するが、過渡期間において、回転数が徐々に増加する。変速動作が終了する時刻Ｔ４の後は、再び回転数が徐々に減少する。なお、図４には、時刻Ｔ２以降、変速前後で車両の加速度が変化しないものとしたが、実際には、変化することもありうる。

このように、本実施形態においては、変速機２００の変速動作中に、発電機３００による回生発電の停止が実行されないようにすることができる。図５に、比較のため、図４と同様に、横軸に時刻を取り、縦軸にエンジンの回転数、車輪側から変速機２００への入力トルク、車両の加速度を示し、比較例に係る処理に沿ったタイムチャートを示す。図５に示す全期間において、車両は惰行状態であり、負の駆動力によって車両の加速度は負となっている。

図５に示す例においては、時刻Ｔ３からＴ４までの変速機２００の過渡期間内の時刻Ｔ３’において、発電機３００による回生発電が停止される。これにより、時刻Ｔ３’以降、一定期間の間、車両の加速度が急峻に変動する変速ショックが発生する。

＜効果＞
本実施形態においては、惰行状態において、変速機２００のダウンシフトが所定時間以内に開始すると予測され、かつ、電池４００の充電可能量が低下している可能性があると判定された場合に、ダウンシフト開始前に回生発電を停止させ、ダウンシフトの過渡期間内に回生発電が停止することによるショックを回避する。これにより、惰行状態において、好適な乗り心地が得られる。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について、図面を参照しながら説明する。第１実施形態と同様の事項は、説明を省略または簡素化する。本実施形態に係る制動力制御装置１００の各部の構成は第１実施形態と同様である。本実施形態では制御部１０３が、現在から発電機３００の回生発電が停止されるまでの時間ｔ２を具体的に予測する。

＜処理＞
図６は、ユーザによる車両の運転中に制動力制御装置１００が実行する回生発電の制御の一例を示すフローチャートである。本処理は、車両がパワーオンとなり走行可能な状態において、発電機３００による回生発電が可能な状態において、実行される。

（ステップＳ２０１～Ｓ２０４）：各ステップの処理は、第１実施形態のステップＳ１０１～Ｓ１０４と同様である。第１実施形態と同様、惰行状態を検出すると、現在から次に変速機２００において変速動作が開始するまでの時間ｔ１を予測する。

（ステップＳ２０５）：取得部１０２は、第１実施形態と同様、発電機３００の回生発電によって充電される電池４００の状態を取得する。

制御部１０３は、取得部１０２が取得した状態に基づいて、電池４００の充放電の制御や発電機３００の回生発電の制御を行う充電制御部が、現在から発電機３００による回生発電を停止するまでの時間ｔ２を予測する。制御部１０３は、例えば電池４００の蓄電率や充電電流積算値に基づく所定の計算を行うことにより、時間ｔ２を予測することができる。

（ステップＳ２０６）：制御部１０３は、現在から次に変速機２００において発生する変速動作の過渡期間内に、充電制御部が、回生発電を停止すると予測されるか否かを判定する。変速動作の所要期間（過渡期間）をＴとすると、過渡期間内に充電制御部により回生発電停止が行われる条件は、以下の式（２）で表される。
ｔ１≦ｔ２≦ｔ１＋所要期間Ｔ式（２）
式（２）を変形すると以下の式（３）となる。
０≦ｔ２－ｔ１≦所要期間Ｔ式（３）

制御部１０３は、式（２）（すなわち式（３））が成立する場合、電池４００の状態に起因する発電機３００による回生発電の停止が変速機２００の変速動作中に発生する可能性があると判定することができる。過渡期間内に充電制御部により回生発電停止が行われると判定し、ステップＳ２０７に処理を進め、そうでない場合ステップＳ２０１に処理を進める。

（ステップＳ２０７）：制御部１０３は、充電制御部に回生発電を停止するよう要求し、変速機２００がダウンシフトする前に、発電機３００による回生発電を停止させる。以上で処理が終了となる。

なお、以上の各ステップＳ２０２～Ｓ２０７の処理の実行中に、車両が備えるアクセルペダルセンサおよびブレーキペダルセンサがユーザによるアクセルペダルの操作またはブレーキペダルの操作を検出した場合、処理は中止され、ステップＳ２０１に進み、次に惰行状態が成立するまで待機する。また、本処理とは別に、他の制御部によって、検出されたアクセルペダルの操作またはブレーキペダルの操作に応じた従来の一般的な加速、減速、変速等の制御が行われる。

また、上述のステップＳ２０７の処理によって回生発電停止後、電池４００の蓄電率が所定値より低下する等により、発電機３００による回生発電が可能な状態になった場合、他の制御部によって、回生発電が再開される。その場合、上述の処理が再び開始される。

本実施形態においても、第１実施形態と同様、図４に示すタイムチャートのように、変速機２００の変速動作中に、発電機３００による回生発電の停止が実行されないようにすることができる。

＜効果＞
本実施形態においては、惰行状態において、変速機２００のダウンシフトの過渡期間と予測される期間内に回生発電が停止することが予測される場合、ダウンシフト開始前に回生発電を停止させる。これにより、第１実施形態と同様、変速ショックを回避し、惰行状態において、好適な乗り心地が得られる。

以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明は上述の各実施形態の特徴を適宜、変形したり、組み合わせたりして実施してもよい。例えば、第２実施形態において、ステップＳ２０４とステップＳ２０５との間に、第１実施形態のステップＳ１０５と同様の処理を行い、変速機２００のダウンシフトが所定時間以内に開始すると予測されない場合は、回生発電の停止を行わないようにして、必要以上の回生発電の停止を抑制してもよい。また、各実施形態において、上述したように、惰行状態として、典型的には、アクセルペダル操作の解除によって成立する惰行状態とブレーキペダル操作の解除によって成立する惰行状態の両方を検出する（ステップＳ１０１、Ｓ２０１）が、代わりに、いずれか一方の惰行状態のみを検出してもよい。

本発明は、制動力制御装置だけでなく、制動力制御装置が備える１つ以上のコンピュータが実行する制動力制御方法、制動力制御プログラムおよびこれを記憶したコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体、制動力制御システムおよびこれを搭載した車両等として捉えることができる。

本発明は、車両等に搭載される制動力制御装置に有用である。

１００制動力制御装置
１０１予測部
１０２取得部
１０３制御部
２００変速機
３００発電機
４００電池

Claims

惰行状態において、少なくとも有段自動変速機および回生発電機によって、車両の進行方向を正の向きとしたときの負の駆動力を発生させる車両において、前記回生発電機を制御する制動力制御装置であって、
車両の速度に基づいて、現在から、次に前記有段自動変速機において変速動作が開始するまでの時間を予測する予測部と、
前記回生発電機の回生発電によって充電される電池の状態を取得する取得部と、
前記回生発電機の回生発電中に、前記予測部による予測結果および前記取得部が取得する前記電池の状態に基づいて、前記電池の状態に起因する前記回生発電機による回生発電の停止が前記有段自動変速機の変速動作中に発生する可能性があると判定した場合、前記有段自動変速機の変速の開始より前に前記回生発電機による回生発電を停止させる制御部とを備え、
前記制御部は、前記取得部が取得する前記電池の状態として前記電池の蓄電率、または、充電電流の積算値に基づいて、現在から、次に発生する前記電池の状態に起因する前記回生発電機による回生発電の停止までの時間を予測し、予測した時間が、前記予測部が予測した前記有段自動変速機において変速動作が開始するまでの時間以上、かつ、変速動作が開始するまでの時間に変速動作の所要期間を加えた時間以下である場合、前記電池の状態に起因する前記回生発電機による回生発電の停止が前記有段自動変速機の変速動作中に発生する可能性があると判定する、制動力制御装置。
前記予測部は、車両の速度および加速度と、予め定められた前記有段自動変速機において変速動作が開始する車両の速度とに基づいて、現在から次に前記有段自動変速機において変速動作が開始するまでの時間を予測する、請求項１に記載の制動力制御装置。