JPH11222047A

JPH11222047A - 回生ブレーキ装置

Info

Publication number: JPH11222047A
Application number: JP2242398A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Nakazato; 明弘中里; Yutaka Ogawa; 豊小川
Original assignee: Akebono Research and Development Centre Ltd
Current assignee: Akebono Research and Development Centre Ltd
Priority date: 1998-02-03
Filing date: 1998-02-03
Publication date: 1999-08-17

Abstract

(57)【要約】【課題】エネルギ回収装置のエネルギ回収効率を常に最
適化することができ、また必要に応じた減速力が得られ
るようにした回生ブレーキ装置を提供する。【解決手段】車両の減速時に運動エネルギを回収すると
ともに、車両の加速時に運動エネルギを供給する回生ブ
レーキ装置であって、駆動軸１の回転力を伝達する無段
変速機２を設け、無段変速機２に運動エネルギの回収及
び供給を行う発電機４を接続した。無段変速機２は、駆
動軸１側の回転量と発電機４側の回転量とを速度変換す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は回生ブレーキ装置に
関し、更に詳細には減速時の速度エネルギを保存可能な
エネルギに変換する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球温暖化等の環境問題やエネル
ギ問題の観点から自動車の改良が求められている。

【０００３】そこで、燃費節約のためのガソリン直噴エ
ンジンの開発、排気ガスの低減を目的とした電気自動車
やハイブリッド自動車の開発が相次いでいる。また、車
両の制動に伴って発生するエネルギを回収して、これを
電気エネルギや機械エネルギに変換して蓄積するものも
提案されている。

【０００４】その多くは、特開平３−１０７３０５に開
示されているように、車輪の回転エネルギで発電機を回
し、これにより発生した電力をバッテリに充電するとい
うものが主流である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記した従来
のものでは駆動系と発電機との結合ギア比が一定（コン
スタントレシオ）なため、発電効率の点で問題がある。

【０００６】すなわち、このギア比は様々な走行局面に
おいて動作に支障のない妥協点に設定されているため、
例えば、急な下り坂などのように比較的低速で走行する
場合などでは、発電機の十分な回転数が得られず発電量
が確保できないとともに、ブレーキ効果も少ないためフ
ットブレーキの比重が多くなってしまう。このことは、
エネルギ回収の観点からすると極めて能率が悪い。

【０００７】一方、減速比を低く（発電機の回転数を早
く）設定した場合には、車両にとっては重い負荷がかか
ることとなるため、必要以上のブレーキ効果が現れた
り、発電機起動時にショックが発生しやすいという問題
が出てくる。

【０００８】このため、従来は蓄電池への充電量を制御
することで取り出しエネルギ量（ブレーキ量）を調整す
るようにしているが、調整幅は極めて狭く、また、発電
効率の改善にはつながらないという問題がある。

【０００９】本発明はかかる従来の問題点を解決するた
めになされたものであり、エネルギ回収手段のエネルギ
回収効率及びブレーキ負荷を常に最適化することができ
るようにした回生ブレーキ装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は前述した技術的
課題を解決するために以下のように構成されている。す
なわち、車両の減速時に運動エネルギを回収するととも
に、車両の加速時に運動エネルギを供給する回生ブレー
キ装置であって、駆動軸１の回転力を伝達する伝達手段
３０と、前記伝達手段３０に接続して前記運動エネルギ
の回収及び供給を行うエネルギ回収手段４とを有し、前
記伝達手段３０は駆動軸１側の回転量とエネルギ回収手
段４側の回転量とを速度変換する変速部２を備える回生
ブレーキ装置とした。

【００１１】以下、本発明の構成要素について更に説明
する。〔駆動軸１〕駆動軸１は、例えばプロペラシャフトを例
示することができる。プロペラシャフト１は、エンジン
の動力をデファレンシャルギアに伝達する機能を有する
中空の電縫鋼管製にて形成することができる。

【００１２】このプロペラシャフト１は、通常フロント
エンジンリアドライブ（ＦＲ）の車両では車両前部に設
けられたエンジンからトランスミッションを介して接続
されており、後輪側に設けられたデファレンシャルギア
に動力を伝達するものである。また、長いプロペラシャ
フト１は、剛性が低いことから振動を生じ易いため、２
分割し、その中継点をシャーシの駆動軸ハウジングに軸
支したものがある。

【００１３】なお、駆動軸としては、ドライブシャフト
等のその他の駆動系の回転軸でもよい。〔伝達手段３０〕伝達手段３０は、前記変速部２と、駆
動軸１側とエネルギ回収手段４側との回転力を断続する
クラッチ３と、を含む構成とすることができる。

【００１４】前記変速部２は、駆動軸１側とエネルギ回
収手段４側との回転速度の変速比を可変調節するもので
あり、段階的に変速比を変更する、歯車列を設けた変速
歯車装置であってもよいし、あるいは、連続的に変速比
を変更する無段変速機であってもよい。好ましくは、変
速比の微調整及び円滑な変速を行えるため、無段変速機
が良い。〔無段変速機２〕前記無段変速機２としては、一般にＣ
ＶＴと略称され、直径を連続的に可変できるプライマリ
ープーリー及びセカンダリープーリーをスチールベルト
で連結したものを例示できる。この場合、動力の伝達は
通常のベルト駆動と外見上同じだが、動力の伝達はスチ
ールベルトの引っ張りではなく圧縮で行われる。

【００１５】そして、変速部（無段変速機）２は、車両
の低速走行時に、車両の高速走行時に比して、エネルギ
回収手段４側の回転量が駆動軸１側の回転量に対して大
きくなるように変速比を制御することができる。

【００１６】また、前記変速部（無段変速機）２は、駆
動軸１の要求減速度が大きいときに、駆動軸１の要求減
速度が小さいときに比して、エネルギ回収手段４側の回
転量が駆動軸１側の回転量に対して大きくなるように変
速比を制御することもできる。なお、「エネルギ回収
手段側の回転量が駆動軸側の回転量に対して大きくな
る」との表現は、駆動軸１側の回転数（以下、回転数Ａ
という）とエネルギ回収手段４側の回転数（以下、回転
数Ｂという）との絶対数の違いに限定されるものではな
い。すなわち、例え回転数Ａが回転数Ｂよりも小さい場
合であっても、駆動軸１の要求減速度が大きいときある
いは低速走行時における回転数Ｂを回転数Ａで除した値
が、駆動軸１の要求減速度が小さいときあるいは高速走
行時における回転数Ｂを回転数Ａで除した値よりも大き
ければ、前記表現に含まれるものである。〔クラッチ３〕クラッチ３は回転力の断続機であり、ク
ラッチの切れが良好な乾式単板が好適である。また、電
磁クラッチの使用も可能である。電磁クラッチは粒状の
磁性体を外部からの磁界によって立てたり寝かせたりす
ることによってクラッチディスクに接触させ、これによ
って動力の断続を行うものである。

【００１７】このクラッチ３の断続は制御部７によって
行われ、アクセル開度、ブレーキ踏力、車速、加減速度
等に応じて断続が制御される。なお、無段変速機２とク
ラッチ３とはいずれが先に駆動軸１に取り付けられてい
てもよい。つまり、駆動軸１には無段変速機２を先に取
り付け、後段にクラッチ３を配置してもよいし、その逆
であってもよい。〔エネルギ回収手段４〕エネルギ回収手段４は、車両の
走行エネルギを回収可能なエネルギに変換するもので、
具体的には発電機あるいは油圧ポンプモータを例示でき
る。発電機は電流制御回路等を介して蓄電池に接続さ
れ、電力に変換されたエネルギは蓄電池に充電される。
また、油圧ポンプモータはエネルギを油圧力として出力
するもので、その油圧力は切り替え弁で制御され圧力タ
ンクに蓄積される。

【００１８】そして、エネルギ回収手段４により回収さ
れ蓄積されたエネルギは、車両の加速時に走行の補助エ
ネルギとして供給される。〔制御部７〕本発明の回生ブレーキ装置は、車両の駆動
軸１に無段変速機２及びクラッチ３を介して発電機４を
結合し、ブレーキペダルの踏力センサ５、及び速度セン
サ６と、これら踏力センサ５及び速度センサ６からの信
号を入力とする制御部７とを備える構成とすることがで
きる。

【００１９】そして、この制御部７は、駆動軸１の減速
時にクラッチ３を接状態にするとともに、要求減速度が
大きいとき及び低速走行時に、エネルギー回収手段４側
の回転量がエネルギ回収に充分な回転量となるように変
速部２の変速比を制御するように構成するとよい。ここ
で、要求減速度とはドライバーのブレーキ踏力により評
価することができる。

【００２０】また、制御部７は、要求減速度が小さいと
き及び高速走行時には、要求減速度が大きいとき及び低
速走行時に比して、エネルギ回収手段４側の回転量が駆
動軸１側の回転量に対して小さくなるように変速比を制
御することができる。

【００２１】なお、前記制御部７は、マイクロプロセッ
サ、メモリ、及びＩ／Ｏを中心とする、情報処理装置で
構成され、前述したように、センサによりアクセル開
度、ブレーキ踏力、車速、加減速度、車輪スリップ率等
の情報を得て、クラッチ３の断続、及び無段変速機２の
変速比を制御するものである。また、制御部７は、発電
機４から蓄電池１４に供給される充電電流を制御する回
路の制御をも行う。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の回生ブレーキ装置
を図１〜図９に示される実施形態について更に詳細に説
明する。この回生ブレーキ装置はブレーキ時に発散され
るエネルギーを回収するもので、必要に応じて加速時等
のパワーアシストが行えるように構成したものである。

【００２３】図１に示すように、車両のエンジン５０か
らの駆動力を車輪側に伝えるプロペラシャフト（駆動
軸）１が、車体の底面に露出して配置されている。そし
て、このプロペラシャフト１に、無段変速機（変速部）
２が取り付けられている。

【００２４】前記無段変速機２は、図２に示すように、
２枚の円錐状ディスクを向かい合わせてＶ字溝を構成し
たプライマリープーリー２ａと、同様の構造のセカンダ
リープーリー２ｂと、両プーリー２ａ、２ｂを連結する
スチールベルト２ｃとから構成されている。

【００２５】プライマリープーリー２ａにはアクチュエ
ータ２ｄが設けられるとともに、セカンダリープーリー
２ｂにはアクチュエータ２ｅが設けられており、プーリ
ー内に形成されるＶ字溝の幅を変化させることができる
ように構成されている。

【００２６】前記セカンダリープーリー２ｂには、乾式
単板型のクラッチ３が取り付けられている。このクラッ
チ３は、セカンダリープーリー２ｂとともに常時回転す
るクラッチディスク３ａと、このクラッチディスク３ａ
に接触・離反可能なプレッシャープレート３ｂとからな
っており、プレッシャープレート３ｂはダイヤフラムス
プリング（図示せず）とクラッチカバー３ｃによりクラ
ッチディスク３ａ側に圧着されている。

【００２７】また、プレッシャープレート３ｂはスプラ
イン軸に進退可能に支持されており、プレッシャープレ
ート３ｂに連結されたレリーズフォーク３ｄの移動によ
り、クラッチディスク３ａから離脱することができるよ
うに構成されている。

【００２８】そして、レリーズフォーク３ｄはアクチュ
エータ３ｅによって駆動され、外部からの信号によっ
て、クラッチ３の断続が制御される。前記プレッシャー
プレート３ｂの出力回転軸には発電機（エネルギ回収手
段）４が接続されている。この発電機４の出力端は制御
部７を介して蓄電池１４に接続され、蓄電池１４への充
電電流が制御される。

【００２９】前記制御部７は、マイクロプロセッサ、メ
モリー、及び各種アクチュエータを駆動する電力制御回
路等からなっており、外部から各種の信号が入力され
る。すなわち、制御部７には、アクセルペダル（図示せ
ず）開度をセンシングするポテンショメータ８、ブレー
キペダルの踏力をセンシングする圧力センサ９、及び車
速をセンシングするロータリーエンコーダ１０から夫々
信号が入力される。

【００３０】なお、前記プロペラシャフト１は、後輪側
のドライブシャフト２３ａ（左側）とドライブシャフト
２３ｂ（右側）との差動を調節するデファレンシャルギ
ア２５に接続している。

【００３１】また、このデファレンシャルギア２５は、
ユニバーサルジョイント２０ａを介して前記ドライブシ
ャフト２３ａに接続するとともに、ユニバーサルジョイ
ント２０ｂを介して前記ドライブシャフト２３ｂに接続
している。

【００３２】そして、前記制御部７は、車両の運転状態
に応じて前記クラッチ３の断続及び蓄電池１４への充電
状態を制御するものであり、その動作を図９により説明
する。

【００３３】図９は上方から、クラッチ３の断続状態、
充電電流、無段変速機２の増速比（プロペラシャフト１
側から発電機４側への増速比）、車速の高低、アクセル
開度、ブレーキ踏力を夫々示す。

【００３４】まず、アクセルを踏み（Ａ１）車体を加速
させ（Ｖ１）、その後強くブレーキを踏んだ（Ｂ１）場
合、車速が減じると同時に、クラッチ３が接続される
（Ｃ１、アクチュエータ３ｅに電流が流れる）。する
と、発電機４が回転を開始し充電が開始される（Ｒ
１）。このとき、無段変速機２におけるプロペラシャフ
ト１側から発電機４側への回転数の増速比は高く（Ｏ
１、発電機４の回転数が早い状態に確保される）なる。
なお、低速走行中にブレーキペダルを踏んだ場合も、同
様にプロペラシャフト１側から発電機４側への回転数の
増速比は高くなる。

【００３５】ここで、無段変速機２の変速比が変化する
原理を説明する。まず、無段変速機２のプロペラシャフ
ト１側から発電機４側への増速比を高くする場合は、ア
クチュエータ２ｅ、２ｄを制御しプライマリープーリー
２ａのＶ字溝の幅を狭める（図３）一方で、セカンダリ
ープーリー２ｂのＶ字溝の幅を広げる（図４）。

【００３６】すると、スチールベルト２ｃはＶ字溝の内
側に密着して図５に示すように、プライマリープーリー
２ａ側が大径、セカンダリープーリー２ｂ側が小径にな
る。したがって、この場合はオーバードライブ状態（Ｏ
１）となり、発電機４がプロペラシャフト１の回転量に
比して高速で回転する。これにより、発電効率が大幅に
向上し、また、ブレーキのアシスト効果が生まれる。

【００３７】続いて、再度アクセルを踏み（Ａ２）、比
較的高速で（Ｖ２）、弱くブレーキをかけたとする（Ｂ
２）。この場合、図６に示すように、プライマリープー
リー２ａのＶ字溝の幅が広がる一方で、図７に示すよう
に、セカンダリープーリー２ｂのＶ字溝の幅が狭まる。
すると、スチールベルト２ｃはＶ字溝の内側に密着し
て、図８に示すようにプライマリープーリー２ａ側が小
径、セカンダリープーリー２ｂ側が大径になる。

【００３８】したがって、この場合はロー状態（Ｏ３）
にてクラッチ３が接続（Ｃ２）されているので、発電機
４がプロペラシャフト１の回転量に比して低速で回転す
る。これは、特に高速で走行しているときに、不必要な
減速のショックがないという利点があり、また、発電に
必要な回転数は得られているため充電不足は生じない
（Ｒ２）。

【００３９】なお、通常の走行中（減速時以外）は、前
記プライマリープーリー２ａ側とセカンダリープーリー
２ｂ側における前記スチールベルト２ｃのそれぞれの径
は、各々最小径と最大径の中間点となるように制御し、
次回の減速時（あるいは加速時）に、どのような変速比
にも対応し易いように待機させておくことができる（Ｏ
２）。また、プロペラシャフト１の回転量に応じて、リ
アルタイムにて前記スチールベルト２ｃのそれぞれの径
を変化させてもよい。

【００４０】また、無段変速機２の変速比と、車速及び
ブレーキ力との関係は、プライマリープーリー２ａの径
をＤ２、セカンダリープーリー２ｂの径をＤ１、プロペ
ラシャフト１の回転量をＮ１、ブレーキペダルの踏力を
Ｆ、スチールベルト２ｃの張力をｆとすれば、Ｄ２／Ｄ
１＝ｋ・ｆ（Ｆ・Ｎ１）[ｋは定数]、の式にて表すこと
ができる。

【００４１】そして、前記無段変速機２、クラッチ３、
発電機４、制御部７、蓄電池１４等の、回生ブレーキ装
置の構成部品は、車両のサスペンションの上方に固定
し、バネ下荷重を増加させないようにするとよい。

【００４２】このように、車両の要求減速度（ブレーキ
踏力）や車速に応じて最適な発電（特に低速走行時にも
高電力の発電）を行わせることができるため、車両減速
時の運動エネルギの回収は、プロペラシャフト１の回転
数に左右されずに効率良く行うことが可能となる。した
がって、燃料の節約や排気ガスの低減を効果的に行うこ
とができる。

【００４３】特に長い下り坂等では、プロペラシャフト
１側から発電機４側への増速比がオーバードライブとな
るように制御すれば、必要制動力の多くを発電負荷で占
めることも可能であり、フットブレーキのみに依存する
ことなく車両制動を行えるとともに高能率な発電が可能
である。

【００４４】なお、車両を加速する場合には、前述のよ
うに蓄電池１４に蓄えた電力により発電機４をモータと
して回転させ、この回転力をクラッチ３及び無段変速機
２を介してプロペラシャフト１に伝達し、車両駆動の補
助を行う。

【００４５】そして、本実施態様では車両への応用例に
つき述べたが、実質的に車両と同様の動作をする産業機
械にも実施することができるのは勿論である。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、駆動軸側の回転量とエ
ネルギ回収手段側の回転量とを速度変換する変速部を設
けたので、駆動軸側の回転量に左右されずに、エネルギ
回収手段のエネルギ回収効率を常に最適化することがで
きる。

【００４７】そして、本発明のブレーキ回生装置は、特
に低速走行時のエネルギ回収効率を大幅に向上すること
ができる。また、車両の要求減速度に応じてエネルギ回
収手段のエネルギ回収効率を変更させるようにしたの
で、補助ブレーキとしてのブレーキ力を必要に応じて変
化させることができる。したがって、運転者の運転操作
に合わせて補助ブレーキ力を発生（ブレーキペダルの踏
力が大きいときには大きな補助制動力を生じるととも
に、踏力が小さいときに小さな補助制動力を生じる）さ
せることができ、運転操作性を良好に保つことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回生ブレーキ装置の実施形態を示す構
成図である。

【図２】実施形態における無段変速機周辺の構造を示す
断面図である。

【図３】実施形態における無段変速機の動作状態を説明
する断面図である。

【図４】実施形態における無段変速機の動作状態を説明
する断面図である。

【図５】実施形態における無段変速機のオーバードライ
ブでの動作を示す断面図である。

【図６】実施形態における無段変速機の動作状態を説明
する断面図である。

【図７】実施形態における無段変速機の動作状態を説明
する断面図である。

【図８】実施形態における無段変速機のロー状態での動
作を示す断面図である。

【図９】実施形態における回生ブレーキ装置の動作説明
のためのタイムチャート図である。

【符号の説明】

１プロペラシャフト（駆動軸）２無段変速機（変速部）２ａプライマリープーリー２ｂセカンダリープーリー２ｃスチールベルト２ｄ，２ｅアクチュエーター３クラッチ３ａクラッチディスク３ｂプレッシャープレート３ｃクラッチカバー３ｄレリーズフォーク３ｅアクチュエータ４発電機（エネルギ回収手段）７制御部８ポテンショメータ（アクセルセンサ）９圧力センサ（ブレーキセンサ）１０ロータリーエンコーダ（車速センサ）１４蓄電池２０ａ，２０ｂユニバーサルジョイント２３ａ，２３ｂドライブシャフト２５デファレンシャルギア３０伝達手段５０エンジン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の減速時に運動エネルギを回収すると
ともに、車両の加速時に運動エネルギを供給する回生ブ
レーキ装置であって、駆動軸の回転力を伝達する伝達手段と、前記伝達手段に
接続して前記運動エネルギの回収及び供給を行うエネル
ギ回収手段とを有し、前記伝達手段は駆動軸側の回転量とエネルギ回収手段側
の回転量とを速度変換する変速部を備えることを特徴と
する回生ブレーキ装置。
【請求項２】前記変速部は、無段変速機であることを特
徴とする請求項１記載の回生ブレーキ装置。
【請求項３】前記変速部は、車両の低速走行時に、車両
の高速走行時に比して、エネルギー回収手段側の回転量
が駆動軸側の回転量に対して大きくなるように変速比を
制御することを特徴とする請求項１または２のいずれか
に記載の回生ブレーキ装置。
【請求項４】前記変速部は、駆動軸の要求減速度が大き
いときに、駆動軸の要求減速度が小さいときに比して、
エネルギー回収手段側の回転量が駆動軸側の回転量に対
して大きくなるように変速比を制御することを特徴とす
る請求項１〜３のいずれかに記載の回生ブレーキ装置。