説明

車両用ブレーキ装置

【課題】回生協調制動を行うと共に、回生制動の過剰使用に起因してABSが頻繁に作動してしまうことを抑制する。
【解決手段】前後輪の車輪速の最大値と前輪の車輪速の最小値との差および車体速度から相対スリップ率を求め、相対スリップ率が大きくなるほど減少する回生制動の係数を求めて、回生制動を行う。相対スリップ率の大きさが大きいほど回生制動の大きさを抑制する制御を行うことから、車両の前後方向や左右方向への荷重移動量を監視しなくても、回生制動が大きく効き過ぎることを防止でき、回生制動に起因する回生制動から油圧制動への不要な切換を防止でき、回生制動を有効に働かせることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両用ブレーキ装置に関し、特に、回生協調制動を行う車両用ブレーキ装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
電気自動車やハイブリッド自動車では、駆動輪または全輪にモータ(電動機)が連結されており、制動時にモータを発電機とすることにより回生制動により制動することができるようにしているが、モータの定格やバッテリ容量等により回生制動だけで必要な制動力が得られるとは限らないため、油圧ブレーキ(液圧式制動)と組み合わせる回生協調制動を行うようにしている。そのような自動車では、通常制動時には、制動力配分が多少崩れるとしても、エネルギ効率の面から回生制動を最大限利用するようにしているものがある。
【0003】
しかしながら、回生制動と油圧ブレーキとの和となる制動力が前後左右いずれかの車輪で著しい偏りが生じると、タイヤへの制動負荷が高い車輪がロック傾向となり、ABS若しくは横滑り防止装置等(以下ABSと称す)が作動し易くなり、特に回生制動を行わない状態におけるABSの作動開始よりも早期に作動してしまう虞がある。また、状況によっては、上記したような制動力の配分の偏りが生じると、車両の旋回状態において悪影響を及ぼすことが考えられる。また、ABSを作動させる場合には、主として油圧ブレーキにより制御すると良く、その場合には回生制動の油圧ブレーキに対する比率を減らすか0にすることになるため、初期の目的である回生制動を最大限利用するという意図に反してしまうことになる。
【0004】
そこで、前後の車輪速度差を利用して前後の制動力配分の偏りを判定したり、旋回状態を舵角信号等を利用して判定して、過剰な回生制動の制動トルクを抑制したり等、様々な手法が提案されている(例えば特許文献1・2・3参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2008−56151号公報
【特許文献2】特開2006−204073号公報
【特許文献3】特開2006−246657号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
一方、回生制動の過剰な利用により各輪の制動力配分に過剰な偏りが生じると、車両としての制動安定性が悪化する虞がある。例えば、前輪にモータが連結されている場合に過剰な回生制動の使用はアンダーステア傾向を助長してしまい、逆に後輪であればオーバーステアとなってしまう。また、ABSの場合、その作動音や振動等が乗員に不快感をもたらす場合があり、回生制動の過剰使用が原因となるABSの作動頻度増加を防止する必要がある。
【0007】
また、ABSではタイヤのスリップ量を四輪独立に制御するものが多いが、前後の車軸のいずれか一方または両方の車軸にモータが連結されている場合には、左右の両輪にトルクを分配してしまうため、そのような場合の回生制動をABS制御に使用するのは適切ではない。また、ABS作動開始時にモータの回生制動のトルクが残っていると、回生制動のトルクを増減させる場合には、ドライブトレインが有するイナーシャやねじれ要素を介することになり、制動力を増減させる応答性が低下する傾向となり、油圧ブレーキのみでABS制御を行う場合よりも不利になるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
このような課題を解決して、回生協調制動を行うと共に、回生制動の過剰使用に起因してABSが頻繁に作動してしまうことを抑制するために、本発明に於いては、車両(1)の前輪(2)及び後輪(3)の各車輪を摩擦制動する摩擦制動手段(2a・3a・8・22)と、前記前輪及び前記後輪の少なくとも一方に連結されたモータ(5)により回生制動を発生させる回生制動手段(21)と、制動時に前記摩擦制動手段と前記回生制動手段との各制動力を配分制御する制動力配分手段(6)とを有する車両用ブレーキ装置であって、前記各車輪の各車輪速を検出する車輪速検出手段(9)と、前記各車輪速に基づいて前記各車輪速の最大値と最小値とを特定する車輪速算定手段(12・13)と、前記車両の車体速度を決定する車体速度決定手段(26)とを有し、前記制動力配分手段は、前記各車輪速の前記最大値及び前記最小値と前記車体速度とに基づき相対スリップ率を求め、該相対スリップ率の大きさに応じて前記回生制動手段による回生制動の大きさを抑制するものとした。
【0009】
これによれば、例えば各車輪速の最大値と車体速度との差および各車輪速の最小値と車体速度との差に基づいて相対スリップ率を求めることができ、その相対スリップ率の大きさが大きい程回生制動の大きさを抑制する制御を行うことにより、車両の前後方向や左右方向への荷重移動量を監視しなくても、回生制動が大きく効き過ぎることを防止できる。スリップが発生する場合にはABSが作動する可能性が大であり、そのような場合に回生制動が大きいままだとABSが頻繁に作動してしまう虞があるが、相対スリップ率の大きさがABS作動になるような場合には事前に回生制動の配分を小さくするように制御することにより、回生制動に起因するABSの作動頻度を低減することができる。
【0010】
特に、前記車輪速算定手段は、前記モータが連結された車輪における車輪速の最小値を前記特定する最小値とすると良い。これによれば、モータが連結された車輪を基準として回生制動の大きさを抑制することから、モータが連結されていない車輪が段差の乗り越えや荷重移動等によりロック傾向になった場合にまで回生制動を抑制してしまって、不必要に回生制動を抑制してしまうことにより、回生制動をできるだけ利用するという目的から離れてしまうことを防止することができる。
【0011】
また、前記前輪及び前記後輪に前記モータ(5・45)が連結され、前記回生制動手段は、前記前輪を回生制動する前輪用の回生制動手段(21)と、前記後輪を回生制動する後輪用の回生制動手段(41)とを備え、前記車輪速算定手段は、前記前輪の車輪速の最小値になる前輪最小値と前記後輪の車輪速の最小値になる後輪最小値とをそれぞれ特定し、前記制動力配分手段は、前記最大値と前記前輪最小値との差に基づいて前輪相対スリップ率を求めかつ当該前輪相対スリップ率の大きさに応じて前記前輪回生制動手段による前記前輪の回生制動の大きさを抑制すると共に、前記最大値と前記後輪最小値との差に基づいて後輪相対スリップ率を求めかつ当該後輪相対スリップ率の大きさに応じて前記後輪回生制動手段による前記後輪の回生制動の大きさを抑制すると良い。これによれば、前後輪の各回生制御をそれぞれ独立して行うことができるため、回生制動が過剰になる場合に、より一層早期に回生制動の抑制を行うことができる。
【0012】
また、前記各車輪の各摩擦制動力を増減することにより前記各車輪のロックを防止するアンチロック制御手段(24)を有し、前記制動力配分手段は、前記アンチロック制御手段による制御が有効になった場合には前記相対スリップ率の大きさにかかわらず前記回生制動の大きさを予め設定された最小値にすると良い。これによれば、相対スリップ率の演算によりアンチロック制御手段(ABS)の作動前にロック傾向を検知できなかった場合においても、速やかに回生トルクを減じて摩擦制動によるアンチロック制御に移行することができる。
【0013】
また、前記制動力配分手段は、前記回生制動力の抑制量の変動を規制する回生制動力抑制量規制手段(18)を備えると良い。これによれば、回生制動の制動力(トルク)の増減による車両の変動を抑制できる。
【発明の効果】
【0014】
このように本発明によれば、相対スリップ率の大きさが大きい程回生制動の大きさを抑制する制御を行うことから、車両の前後方向や左右方向への荷重移動量を監視しなくても、回生制動が大きく効き過ぎることを防止でき、回生制動に起因するABSの作動を防止でき、回生制動を有効に働かせることができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明が適用された自動車のブレーキ系の要部系統図である。
【図2】本発明に基づく制御ブロック図である。
【図3】相対スリップ率SPに対する係数Rの関係を示す図である。
【図4】前輪と後輪との制動力の関係を示すマップである。
【図5】第2の実施形態を示す図2の要部に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図1は本発明が適用された自動車のブレーキ系の要部系統図である。
【0017】
図1に示される自動車は、車両1の前側に配設された左右一対の前輪2と、車両1の後側に配設された左右一対の後輪3とを有する。左右の前輪2に連結された前輪車軸4には電動モータ5が機械的に連結されている。なお、差動機構は図示省略する。
【0018】
また、CPUを用いた制御回路を備えることにより車両の各種制御を行うと共に制動力配分手段としての制御ユニット6が設けられている。制御ユニット6には、電力源となるバッテリ7が接続され、また、モータ5が電気的に接続されている。なお、電気自動車の場合にはこの構成のままで良いが、ハイブリッド自動車の場合には前輪車軸4には図示されないエンジン(内燃機関)の出力軸が連結される。
【0019】
前輪2及び後輪3の各車輪には、各車輪を摩擦制動する摩擦制動手段としての公知のディスクブレーキが設けられており、各ディスクブレーキのキャリパ2a・3aには、公知のブレーキ配管を介してブレーキ液圧発生装置8が接続されている。ブレーキ液圧発生装置8は、各車輪別にブレーキ圧を増減させて配分可能な油圧回路で構成されている。
【0020】
また、前輪2及び後輪3の各車輪に対応して車輪速を検出する車輪速検出手段としての各車輪速センサ9が設けられており、運転者が操作するブレーキペダル11にはその操作量(踏み込み量)を検出する変位センサ11aが設けられている。各車輪速センサ9と変位センサ11aとの各検出信号は制御ユニット6に入力する。
【0021】
制御ユニット6は、ブレーキペダル11の変位センサ11aの出力信号が0から増大した場合に制動の指令が発生したと判断し、制動時の制御を行う。本図示例では、制動を回生制動を行いかつ油圧制動も行う回生協調制御により行うことから、ブレーキ・バイ・ワイヤによるものとする。
【0022】
次に、図2を参照して、制御ユニット6について説明する。上記した各車輪速として左前輪車輪速WFL・右前輪車輪速WFR・左後輪車輪速WRL・右後輪車輪速WRRの各信号が最大値特定回路12および車体速度決定手段としての車体速推定回路26に入力すると共に、各前輪車輪速WFL・WFRが最小値特定回路13に入力する。これら最大値特定回路12と最小値特定回路13、および車体速推定回路26とにより車輪速算定手段が構成されている。
【0023】
最大値特定回路12は、各車輪速WFL・WFR・WRL・WRRの最大値Wmaxを特定して差分器14に出力する。また、車体速推定回路26は、各車輪速WFL・WFR・WRL・WRRに基づき公知の方法を用いて車体速を推定し、推定された擬似車体速度を下限値設定回路16に出力する。なお、ここで最大値Wmaxを車両1の車体速度Vvとして良い。これは、本発明による制動制御はABS(アンチロック制御手段)の作動前を前提とするものであり、その場合には各車輪2・3のスリップ量は大きくないため、全車輪2・3の最大車輪速を疑似車体速度とすることができることによる。これにより、回路を簡略化し得る。なお、車体速度Vvを、最大値Wmaxではなく平均値あるいは図示しない対地センサ等より求めた車速としても良い。
【0024】
最小値特定回路13は、各前輪車輪速WFL・WFRの最小値Wminを特定して差分器14に出力する。差分器14は、最大値Wmaxと最小値Wminとの車輪速差ΔWを求めて除算器15に出力する。これにより、前輪2及び後輪3の前後車輪速差と左右車輪速差との両方に対応できる。
【0025】
一方、最大値特定回路12からの最大値Wmaxに相当する車体速度Vvが下限値設定回路16に入力する。下限値設定回路16は、各車輪速センサ9による最低検出限界値相当(0より大きな値)の下限値WLを予め設定されており、入力される車体速度Vvが下限値WL以下の場合には下限値WLを代入した車体速度Vv(=WL)を、下限値WLより大きい場合にはその車体速度Vvを、それぞれ除算器15に出力する。
【0026】
除算器15は、車輪速差ΔWを車体速度Vvで除算した結果を百分率変換器17に出力する。百分率変換器17は、ΔW(=(Wmin−Wmax)/Vv)の値を百分率に変換して相対スリップ率SPとして、その相対スリップ率SPをバックラッシュ処理回路18に出力する。この前輪2(モータ駆動輪)の最小値Wmin(スリップ率の絶対値が最大)に対応する車輪が制動力負荷最大であり、全車輪2・3の最大値Wmax(スリップ率の絶対値が最小)に対応する車輪が制動力負荷最小となることより、両値を車体速度で除したWmin/Vv−Wmax/Vv=ΔW/Vvが制動力の相対負荷(スリップ率差)と解釈され、この相対スリップ率SPはこのスリップ率差を百分率に変換した値に対応する。なお、百分率を用いたがこれに限定されるものではなくこのスリップ率差をもとに適宜倍率を設定してよい。
【0027】
バックラッシュ処理回路18は、一時的ピークホールド機能とノイズ処理機能とを兼ねるものである。例えば、入力波形(例えば振幅10)をバックラッシュ遮断幅(例えば8)で処理することにより、入力値が遮断幅の半分(4)までは不感帯となる。入力値が遮断幅の半分以上になったら出力波形が入力波形を追従するように発生し、入力値が反転する場合には、その反転開始地点から遮断幅(8)だけ反対方向に入力値が変動するまでは、入力値の反転開始時に対応する出力値をホールドし、以後は遮断幅の半分(4)だけオフセットして入力値に追従する出力波形となる。なお、遮断幅としては5〜8%とすると良い。
【0028】
このようにして、バックラッシュ回路18でバックラッシュ処理された信号は回生制動係数設定回路19に入力する。この回生制動係数設定回路19では回生制動を減少させる場合の係数Rを求める。その係数Rの求め方を図3を参照して説明する。
【0029】
図3では相対スリップ率SPに対する係数Rの関係の一例を示しており、図に示されるように相対スリップ率SPが0%からSP1{(−x)+(x/2)}%までの間では係数Rは1のままであり、相対スリップ率がSP1からSP2{(−2x)+(x/2)}までの間では係数Rは、相対スリップ率SPに比例して変化して、相対スリップ率SP2で0になり、相対スリップ率SPがSP2より大きい場合には0となる。ここで、xはバックラッシュ遮断幅であり、例えばバックラッシュ遮断幅を8%とすると、SP1は−4%、SP2は−12%となる。
【0030】
このようにして求められた係数Rを回生協調制御回路20に出力する。回生協調制御回路20は、変位センサ11aからの検出値(制動操作量FB)に基づいて制動力の大きさを決定すると共に、その制動力に対して、上記係数Rによりその大きさが設定された回生制動を優先しかつ不足分を油圧制動とする設定を行い、回生制動指令値Faを回生制動手段としての回生制動制御回路21に出力し、油圧制動指令値Fbを油圧制動制御回路22に出力する。回生制動制御回路21からの出力に応じた大きさでモータ5の回生制動力が発生し、油圧制動制御回路22からの出力に応じてブレーキ液圧発生装置8によりキャリパ2aに対するブレーキ圧が制御され、油圧制動力(摩擦制動力)が発生する。
【0031】
このとき、図4に示されるように制動力が配分されることになる。すなわち図において境界Aの左側のハッチングで示された領域が回生制動が作用する部分であり、境界Aはモータ5の定格等で定められる回生制動の最大幅Bとなる区切りとなり、その区切りAの右側の領域は前輪に油圧制動が付加される部分となる。上記区切りAが係数R=1の場合の回生制動の大きさになり、係数Rの減少に応じて、例えば図4の二点鎖線で示される区切りCのように幅Bが減少する。すなわち、制動開始時に前輪に回生制動が作用して区切りAに至ったが、係数Rが1より減少する値になって回生制動の領域が狭まって区切りCとなった場合には油圧制動の割合が増大し、回生制動が抑制される。なお、上記回生制動の最大幅Bはバッテリ残量等の他の車両パラメータによっても増減する。
【0032】
相対スリップ率SPが大きくなる場合はABSが作動する可能性がある場合であり、上記区切りがAのままの場合には全体の制動力に対する回生制動の割合が大きいと、ABSの制御の精度が低下してしまう虞がある。それに対して、係数の減少により回生制動の割合を減少させ、相対スリップ率SPが大きい場合には係数を0にすることから、相対スリップ率SPの増大に応じて制動力全体における回生制動の比率を減少させて、回生制動に起因するABSの発生頻度を低減し得る。
【0033】
また、段差の乗り越えや旋回中の荷重移動等により回生制動を行わない後輪がロックするような場合に、全輪のいずれか一つの最小車輪速を検出するようにした場合には相対スリップ率SPが増大して回生制動が減少されてしまう。それに対して、本図示例のように回生制動の対象となる前輪の中での車輪速の小さいものを最小車輪速とすることにより、回生制動を行わない後輪にロックが生じても、それによる相対スリップ率SPの増大とはならず、不必要に回生制動が抑制されてしまうことを防止することができ、回生制動を最大限に利用した制動制御を行うことができる。
【0034】
次に、図5を参照して第2の実施形態について説明する。この第2の実施形態は、上記実施形態が前輪のみ回生制動を行う構造であったのに対して、前後輪それぞれ回生制動を行うことができるようになっている。また、上記図2と同様の部分には同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。
【0035】
図5に示されるように、各後輪車輪速WRL・WRRが後輪最小値特定回路33に入力する。その最小値特定回路33から差分器34・除算器35・下限値設定回路36・百分率変換器37・バックラッシュ処理回路38・回生制動係数設定回路39に至る回路構成及び制御要領は、上記最小値特定回路13から差分器14・除算器15・下限値設定回路16・百分率変換器17・バックラッシュ処理回路18・回生制動係数設定回路19に至る回路構成及び制御要領と同じであって良い。なお、差分器34には最大値特定回路12の最大値Wmaxおよび後輪最小値特定回路33の最小値Wminrが入力され、下限値設定回路36には車体速Vvが入力される。
【0036】
このようにして、上記実施形態の係数Rと同様に、前輪の回生制動の係数Rfと、後輪の回生制動の係数Rrが設定され、前輪の係数Rfおよび後輪の係数Rrは回生協調制御回路20に入力し、運転者の要求する制動力に対応した前輪および後輪のそれぞれに対する回生制動及び油圧制動の各大きさが求められる。
【0037】
これにより、回生制動制御回路21により前輪の回生制動をモータ5に対して、後輪用の回生制動制御回路41により後輪の回生制動を後輪3に連結れさた後輪用モータ45に対してそれぞれ独立して制御することができる。油圧制動についても同様に、前輪の油圧制動をブレーキ液圧発生装置8を制御して前輪2(キャリパ2a)に対して、後輪の油圧制動をブレーキ液圧発生装置48を制御して後輪3(キャリパ3a)に対してそれぞれ独立して行うことができる。このようにして、前後輪2・3の各回生制御をそれぞれ独立して行うことができるため、回生制動が過剰になる場合に、より一層早期に回生制動の抑制を行うことができる。
【0038】
また、公知のアンチロック制御手段としてのABS装置24(図2)が設けられており、その起動信号が回生制動係数設定回路19に入力するようになっており、回生制動係数設定回路19では、ABS起動信号が入力された場合には係数Rを必要最小限の回生量に対応する値(例えばゼロ)にする。これにより、相対スリップ率SPの演算によりABSの作動前にロック傾向を検知できなかった場合においても、速やかに回生トルクを減じて油圧制動(摩擦制動)によるABS制御に移行することができる。
【0039】
また、制御ユニット6には、回生制動力の抑制量の変動を規制する回生制動力抑制量規制手段としてのバックラッシュ処理回路18が設けられていると良い。例えば相対スリップ率SPをバックラッシュ処理回路18により処理し、回生制動係数設定回路19に出力される値の過剰な変動を抑制する。これにより、回生制動の制動力(トルク)の大幅な増減による車両の変動を抑制できる。なお、ここでは入力信号に対し、初期の位相遅れなく出力信号の変動量を抑制する手段としてバックラッシュ処理を選択したが、これに限るものではない。
【符号の説明】
【0040】
1 車両
2a・3a キャリパ(摩擦制動発生手段)
5 モータ
8 ブレーキ液圧発生装置(摩擦制動発生手段)
9 車輪速センサ(車輪速検出手段)
12 最大値特定回路(車輪速算定手段・車体速度決定手段)
13 最小値特定回路(車輪速算定手段)
18 バックラッシュ処理回路(回生制動力抑制量規制手段)
21 回生制動制御回路(回生制動手段・前輪用の回生制動手段)
22 油圧制動制御回路(摩擦制動発生手段)
24 ABS装置(アンチロック制御手段)
26 車体速推定回路(車体速決定手段)
41 回生制動制御回路(後輪用の回生制動手段)
45 モータ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
車両の前輪及び後輪の各車輪を摩擦制動する摩擦制動手段と、前記前輪及び前記後輪の少なくとも一方に連結されたモータにより回生制動を発生させる回生制動手段と、制動時に前記摩擦制動手段と前記回生制動手段との各制動力を配分制御する制動力配分手段とを有する車両用ブレーキ装置であって、
前記各車輪の各車輪速を検出する車輪速検出手段と、
前記各車輪速に基づいて前記各車輪速の最大値と最小値とを特定する車輪速算定手段と、
前記車両の車体速度を決定する車体速度決定手段とを有し、
前記制動力配分手段は、前記各車輪速の前記最大値及び前記最小値と前記車体速度とに基づき相対スリップ率を求め、該相対スリップ率の大きさに応じて前記回生制動手段による回生制動の大きさを抑制することを特徴とする車両用ブレーキ装置。
【請求項2】
前記車輪速算定手段は、前記モータが連結された車輪における車輪速の最小値を前記特定する最小値とすることを特徴とする請求項1に記載の車両用ブレーキ装置。
【請求項3】
前記前輪及び前記後輪に前記モータが連結され、
前記回生制動手段は、前記前輪を回生制動する前輪用の回生制動手段と、前記後輪を回生制動する後輪用の回生制動手段とを備え、
前記車輪速算定手段は、前記前輪の車輪速の最小値になる前輪最小値と前記後輪の車輪速の最小値になる後輪最小値とをそれぞれ特定し、
前記制動力配分手段は、前記最大値と前記前輪最小値との差に基づいて前輪相対スリップ率を求めかつ当該前輪相対スリップ率の大きさに応じて前記前輪回生制動手段による前記前輪の回生制動の大きさを抑制すると共に、前記最大値と前記後輪最小値との差に基づいて後輪相対スリップ率を求めかつ当該後輪相対スリップ率の大きさに応じて前記後輪回生制動手段による前記後輪の回生制動の大きさを抑制することを特徴とする請求項1に記載の車両用ブレーキ装置。
【請求項4】
前記各車輪の各摩擦制動力を増減することにより前記各車輪のロックを防止するアンチロック制御手段を有し、
前記制動力配分手段は、前記アンチロック制御手段による制御が有効になった場合には前記相対スリップ率の大きさにかかわらず前記回生制動の大きさを予め設定された最小値にすることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の車両用ブレーキ装置。
【請求項5】
前記制動力配分手段は、前記回生制動の抑制量の変動を規制する回生制動力抑制量規制手段を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の車両用ブレーキ装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2012−95391(P2012−95391A)
【公開日】平成24年5月17日(2012.5.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−238774(P2010−238774)
【出願日】平成22年10月25日(2010.10.25)
【出願人】(000005326)本田技研工業株式会社 (23,863)
【Fターム(参考)】