JP5397295B2 - 回生制動報知装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機を有する、例えば自動車等の車両の運転者に対し、回生制御に係る情報を報知する回生制動報知装置の技術分野に関する。

この種の装置として、例えば、車両の複数の運転情報と、該複数の運転情報に夫々対応して設定されている複数の基準値とを比較して、少なくとも環境への影響度又は安全運転度を含む、運転状態の良い程度を客観的に評価して、評価結果を運転者に連絡すると共に、特定の運転状態に対する運転指導情報を表示する装置が提案されている（特許文献１参照）。

或いは、実際に発生した回生制動パワー、回生可能な制動パワーの最大値、及びブレーキ操作量に基づいて定まる理想回生制動パワーと実回生制動パワーとの差を、同一の棒グラフに示す装置が提案されている（特許文献２参照）。

或いは、車両の現在位置に基づき、該車両の進行方向に位置する要減速地点の地図情報を抽出して、該抽出された要減速地点における目標車速を設定し、現在車速から該設定された目標車速まで回生ブレーキで減速する場合に必要な減速距離を算出して、抽出された要減速地点から該算出された減速距離分手前に位置する地点に車両が到達した場合にブレーキ操作の開始をするように運転者に案内する装置が提案されている（特許文献３参照）。

特開２０００−２４７１６２号公報 特開２００９−１８９０７４号公報 特開２００７−２２１８８９号公報

しかしながら、上述の背景技術によれば、運転者に対し、車両の制動時における理想的な回生量を時系列で提供することは考慮されていない。すると、運転者の制動操作全体の改善を図ることが困難となり、燃費等の向上を図ることが困難になる可能性があるという技術的問題点がある。

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、車両の運転者の操作改善を促すと共に、燃費及び電費の向上を図ることができる回生制動報知装置を提供することを課題とする。

本発明の回生制動報知装置は、上記課題を解決するために、回転電機を備える車両に搭載され、前記車両の制動時に、時間軸に対する回生量を算出する回生量算出手段と、前記車両の運転者の操作に基づいた時間軸に対する実際の回生量と、前記算出された回生量とに基づいて、時間及び前記実際の回生量の関係と、時間及び前記算出された回生量の関係と、を重ねて表示すると共に、前記運転者の操作を修正する内容を前記運転者に対して報知する報知手段とを備える。

本発明の回生制動報知装置によれば、当該回生制動報知装置は、例えば力行及び発電（即ち、電力回生）が可能な各種モータ・ジェネレータ等である回転電機を備える、例えばハイブリッド車両等の車両に搭載されている。

例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる回生量算出手段は、車両の制動時に、時間軸に対する回生量を算出する。具体的には例えば、回生量算出手段は、車両の運転者の運転操作履歴、車両の走行状態を示す各種情報等に基づいて、操作量、操作の開始タイミング、操作量の変化割合等を考慮して、回生効率の向上及びドライバビリティの向上を図ることが可能な、時間軸に対する回生量（即ち、回生量の時系列変化）を算出する。

尚、「車両の制動時」は、運転者が将に制動操作を行っている期間に限らず、該期間の終了時点から所定時間経過した時点、或いは、該期間の開始時点から微小時間遡った時点までを含んでよい。

例えば表示装置等である報知手段は、車両の運転者の操作に基づいた時間軸に対する実際の回生量と、算出された回生量とに基づいて、該運転者の操作を修正する内容を該運転者に対して報知する。具体的には例えば、報知手段は、運転者が行った制動操作に起因する実際の回生量の時系列変化を記録し、回生量算出手段により該制動操作に対応する回生量の時系列変化が算出された後に、実際の回生量の時系列変化と、算出された回生量の時系列変化とを、同一画面上に重ねて表示する等して運転者に報知する。

本願発明者の研究によれば、以下の事項が判明している。制限値制限値制限値回転電機を用いて回生電力を発生させる際、回転電機の動作点には、効率のよい動作点とそうでない動作点とが存在する。しかしながら、車両の速度や減速度に応じたバッテリの入力制限、回転電機のトルクや出力制限等を満たしつつ、効率のよい条件を運転者が手動で選択することは極めて困難である。

尚、例えば地図情報、環境情報等から、一部の制動操作に対する理想的な制動開始地点及び操作量を示すことは可能であるが、運転者が行う全ての制動操作に対して情報を提供することは極めて困難である。

しかるに本発明では、報知手段により、車両の運転者の操作に基づいた時間軸に対する実際の回生量と、算出された回生量とに基づいて、該運転者の操作を修正する内容が該運転者に対して報知される。このため、運転者が、実際の回生量の時系列変化と、好適な回生量の時系列変化との乖離の程度を認識することができる。特に、乖離の程度が時系列で報知されるため、例えば制動操作の初期、中期、後期等の各時期において、どのような操作の改善を行えばよいかを、運転者が比較的容易に認識することができる。

運転者が制動操作の改善を行った結果、実際の回生量と好適な回生量との乖離の程度が小さくなると、電力回生効率が向上することに起因して、燃費や電費を向上させることができる。従って、本発明の回生制動報知装置によれば、運転者の操作改善を促すと共に、燃費及び電費の向上を図ることができる。

本発明の回生制動報知装置の一態様では、前記算出された回生量は、高車速側に係る回生量が、低車速側に係る回生量よりも小さい。

この態様によれば、ドライバビリティの悪化を抑制しつつ、回生電力の取りこぼしを削減して燃費の向上を図ることができる。

本願発明者の研究によれば、制動力が制動期間中一定であれば、減速度の変化が少なくドライバビリティはよいが、例えば、高車速側では電力回生に係る制限が比較的強いため、広い車速範囲にわたって制動力を一定に保つと、高車速側で電力回生に係る制限に起因して、回生電力の取りこぼしが生じる可能性があることが判明している。

しかるに本発明では、高車速側に係る回生量が、低車速側に係る回生量よりも小さくなるように、回生量が算出される。つまり、電力回生に係る制限が比較的強い高車速側では、電力回生に係る制限が比較的弱い低車速側に比べて、回生量を小さくすることによって、回生電力の取りこぼしの発生を抑制している。

本発明の回生制動報知装置の他の態様では、前記回生量算出手段は、時間軸に対する加速度を算出する加速度算出手段を含み、前記報知手段は、更に、前記運転者の操作に基づいた時間軸に対する実際の加速度と、前記算出された加速度とに基づいて、前記運転者の操作を修正する内容を前記運転者に対して報知する。

この態様によれば、運転者が、比較的容易にして、例えば制動操作の初期、中期、後期等の各時期において、どのような操作の改善を行えばよいかを認識することができる。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。

第１実施形態に係る回生制動報知装置が搭載される車両の構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係るＥＣＵが実行する回生制動報知処理を示すフローチャートである。 理想的な制動力の算出方法の一例を示す概念図である。 車速と制動力とをパラメータとする二次元座標に構成されたモータ・ジェネレータのパワー制限線とバッテリの入力制限線とを例示する図である。 表示装置上に表示される、理想制動線及び実制動線を報知する画像の一例である。 表示装置上に表示される、理想加速線及び実加速線を報知する画像の一例である。 操作修正箇所及び効果の算出方法の一例を示す概念図である。 表示装置上に表示される、操作修正方法及び修正効果を報知する画像の一例である。 第２実施形態に係る回生制動報知装置が搭載される車両の構成を示すブロック図である。

本発明に係る回生制動報知装置の実施形態を図面に基づいて説明する。

＜第１実施形態＞
本発明に係る回生制動報知装置の第１実施形態について、図１乃至図８を参照して説明する。

先ず、本実施形態に係る回生制動報知装置が搭載される車両の構成について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る回生制動報知装置が搭載される車両の構成を示すブロック図である。図１において、点線は電気的な接続を示しており、一点鎖線は信号を示している。尚、図１では、説明の便宜上、本実施形態に直接関係のある部材のみを図示しており、他の部材については図示を省略している。

図１において、車両１は、エンジン（ＥＮＧ）１１、モータ・ジェネレータＭＧ１及びＭＧ２、バッテリ（ＢＡＴ）１２、ＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１３、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２０、並びに表示装置３０を備えて構成されている。

例えばリチウムイオン電池等であるバッテリ１２は、ＰＣＵ１３を介して、モータ・ジェネレータＭＧ１及びＭＧ２に対し電力を供給可能であり、且つＰＣＵ１３を介して供給される、モータ・ジェネレータＭＧ１及びＭＧ２の回生電力により充電可能である。

モータ・ジェネレータＭＧ１は、そのロータがエンジン１１の駆動軸に連結されている。モータ・ジェネレータＭＧ１は、エンジン１１の駆動軸の回転に伴ってロータが回転することにより、電力を発生させる。他方で、モータ・ジェネレータＭＧ１は、ＰＣＵ１３を介して、バッテリ１２から電力が供給されることにより、エンジン１１をクランキングすることが可能である。

モータ・ジェネレータＭＧ２は、そのロータが動力伝達機構に連結されている。モータ・ジェネレータＭＧ２は、ＰＣＵ１３を介して、バッテリ１２又はモータ・ジェネレータＭＧ１から電力が供給されることにより、或いは、バッテリ１２及びモータ・ジェネレータＭＧ１から電力が供給されることにより、動力伝達機構を介して駆動輪１４に駆動力を出力する。他方、モータ・ジェネレータＭＧ２は、回生ブレーキとしても機能する。

ハイブリッド車両１は、エンジン１１を発電のみに使用し、モータ・ジェネレータＭＧ２をハイブリッド車両１の駆動源として使用するシリーズ方式のハイブリッド車両である。

回生制動報知装置１００は、車両１の制動時に、時間軸に対する理想的な回生量を算出するＥＣＵ２０と、時間軸に対する実際の回生量と、該算出された理想的な回生量とを、車両１の運転者に対して報知する表示装置３０とを備えて構成されている。

本実施形態に係る「ＥＣＵ２０」、「表示装置３０」並びに「モータ・ジェネレータＭＧ１及びＭＧ２」は、夫々、本発明に係る「回生量演算手段」、「報知手段」及び「回転電機」の一例である。本実施形態では、車両１の各種電子制御用のＥＣＵ２０の一部を、回生制動報知装置１００の一部として用いている。

次に、以上のように構成された回生制動報知装置１００が搭載された車両１の主に走行中に、ＥＣＵ２０が実行する回生制動報知処理について、図２のフローチャートを参照して説明する。回生制動報知処理は、車両１の主に走行中に、定期的に若しくは不定期的に、又は連続して実行される。

図２において、先ず、ＥＣＵ２０は、例えば、ブレーキポジションセンサ２１、アクセルポジションセンサ２２、車速センサ２３等から出力される信号により示される情報や、シフト操作装置（図示せず）におけるシフトポジションを示す情報等の各種情報を取得する（ステップＳ１０１）。

次に、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０１の処理で取得した情報に基づいて、減速要求があるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。減速要求がないと判定された場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、リターンされ処理を停止して待機状態となる。即ち、所定の周期によって一義的に決定される次の処理開始時期に到達するまで、ステップＳ１０１の処理の実行を停止して待機状態となる。

減速要求があると判定された場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２０は、運転者の制動操作に起因する、例えば車速、アクセル操作量、ブレーキ操作量、回生限界制動力、回生限界制動パワー、加速度等の時間変化を記録する（ステップＳ１０３）。言い換えれば、ＥＣＵ２０は、例えば車速、アクセル操作量、ブレーキ操作量、回生限界制動力、回生限界制動パワー、加速度等を、時間情報と共に記録する。

次に、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０３の処理で取得した情報に基づいて、減速要求が終了したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。減速要求が終了していないと判定された場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０３の処理を実行する。

他方、減速要求が終了したと判定された場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２０は、理想的な制動力を算出する（ステップＳ１０５）。具体的には例えば、ＥＣＵ２０は、車速の時間変化と、その時間微分値である減速度（加速度）を算出し、減速開始時と減速終了時とにおける車両１の運動エネルギーの変化分を最大限に回生しつつ、減速度の急変のないなめらかな制動となる制動力形状を算出する。

本実施形態では特に、ＥＣＵ２０は、理想的な制動力形状として、高車速側（即ち、制動初期）よりも、低車速側（即ち、制動後期）の制動力が強くなるような制動力形状を算出する。

ここで、理想的な制動力の算出方法について、図３及び図４を参照して説明を加える。図３は、理想的な制動力の算出方法の一例を示す概念図である。図３では、車両１の速度を増加するように働く力を正の値で表わしている。このため、値が小さくなる程、制動力等は大きくなる。

図４は、車速と制動力とをパラメータとする二次元座標に構成されたモータ・ジェネレータのパワー制限線とバッテリの入力制限線とを例示する図である。尚、図４では、左上に向かう程（即ち、原点に近づく程）、回生パワーが小さくなり、右下に向かう程（即ち、原点から離れる程）、回生パワーが大きくなる。

ＥＣＵ２０は、先ず、ステップＳ１０３の処理において記憶した車速情報（図３の最上段参照）に基づいて、該車速情報の時間微分値である加速度を算出する（図３の上から２段目参照）。尚、加速度は、車速情報を時間微分することに代えて、例えば加速度センサ等により取得してもよい。

ＥＣＵ２０は、加速度の算出と相前後して、ステップＳ１０３の処理において記憶した制動操作量情報（図３の上から３段目参照）、及び予め決定された制動操作量と制動力との関係に基づいて、制動力を算出する（図３の上から４段目参照）。尚、制動操作量は、車速及び加速度、車両重量情報等から推算することも可能。次に、ＥＣＵ２０は、算出された制動力と、記憶された車速情報とに基づいて、制動パワーを算出する（図３の上から５段目参照）。

次に、ＥＣＵ２０は、図３の下から３段目（回生限度内制動パワー）に示すように、算出された制動パワー（実線ｂ）と、回生制動パワー制限値ｔｈ１とに基づいて、制動パワーが回生制動パワー制限値ｔｈ１を超えないような制動パワープロフィール（実線ａ）を選定する。尚、回生制動パワー制限値ｔｈ１は、図４に示す、モータ・ジェネレータのパワー制限（実線）と、バッテリ１２の入力制限（点線）とに応じて決定される。

ＥＣＵ２０は、制動パワープロフィールの選定と相前後して、図３の下から２段目（回生限度内制動力）に示すように、算出された制動力（実線ｄ）と、回生制動力制限値ｔｈ２とに基づいて、制動力が回生制動力制限値ｔｈ２を超えないような制動力プロフィール（実線ｃ）を選定する。

尚、回生制動力制限値ｔｈ２は、図４に示す、モータ・ジェネレータのパワー制限（実線）と、ドライバビリティを考慮した最大回生制動力（二点鎖線）とに応じて決定される。ここで、図３の下から２段目に示すように、回生制動力制限値ｔｈ２は、減速後期（即ち、低車速側）のほうが、減速初期（即ち、高車速側）よりも制動力が強くなるように設定されている。

次に、ＥＣＵ２０は、選定された制動パワープロフィール及び制動力プロフィールに基づいて、（ｉ）減速終了の車両１の速度から逆算して滑らかに制動力を変化させ、（ｉｉ）回生制動力制限値ｔｈ２内で制動力を変化させ、（ｉｉｉ）減速開始からの滑らかな制動力の勾配を決定する。この結果、図３の最下段において実線ｉで示すような、理想的な制動力形状が算出される。

尚、ＥＣＵ２０は、制動力の変化率の制限値を予め定めておくことにより、制動力を滑らかに変化させている。

再び図２に戻り、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０５の処理において算出された理想的な制動線を、ステップＳ１０３の処理において記録された制動線と共に、表示装置３０上に表示する（図５参照）（ステップＳ１０６）。図５は、表示装置上に表示される、理想制動線及び実制動線を報知する画像の一例である。

図５において、理想制動線と時間軸（即ち、横軸）とで囲まれた領域の面積、及び実制動線と時間軸とで囲まれた領域の面積は、車両１の制動に起因して発電される電力量（即ち、回生電力量）に対応している。但し、実制動線と時間軸とで囲まれた領域のうち、二点鎖線で示した回生上限より上側の領域（即ち、実制動線と回生上限とで囲まれた領域）に対応する回生電力は、例えば熱エネルギー等として消費される。

従って、図５に示すような図を、表示装置３０上に表示することによって、運転者が、例えば、実際の制動操作によりどの程度回生電力を得ているのか、どの程度回生電力の無駄が生じているのか、また、どの程度減速操作開始の前だしをすればいいか等を、比較的容易に認識することができる。この結果、本実施形態に係る回生制動報知装置１００によれば、次回以降に、運転者が自ら操作を修正するための情報を与えることができる。

尚、本実施形態に係る「理想制動線と時間軸とで囲まれた領域の面積」及び「実制動線と時間軸とで囲まれた領域の面積」は、夫々、本発明に係る「好適な回生量」及び「実際の回生量」の一例である。

尚、表示装置３０上に表示される画像は、図５に示したような時間と制動パワーとをパラメータとした図に限らず、例えば、横軸を制動初期、中期、後期等のステージに分割した図や、縦軸をブレーキ操作量、減速度、加速度、車速等とした図（図６参照）であってもよい。図６は、表示装置上に表示される、理想加速線及び実加速線を報知する画像の一例である。

次に、ＥＣＵ２０は、操作修正箇所を算出すると共に、操作修正効果を算出する（ステップＳ１０７）。ここで、ステップＳ１０７の処理について、図７を参照して具体的に説明する。図７は、操作修正箇所及び効果の算出方法の一例を示す概念図である。

ＥＣＵ２０は、図３の最下段において実線ｉで示した理想的な制動力形状に対応する、理想制動操作量を求める（図７の上段の実線ａ参照）。次に、ＥＣＵ２０は、図７の上段において実線ｂで示す実際の制動操作量を、例えば以下のような方法により、理想制動線に重ねる。

即ち、図７の上段において、（ｉ）で示す部分は、回生制限内で制動を行う。（ｉｉ）で示す部分は、段付操作部分を無くす。（ｉｉｉ）で示す部分は、急変化を緩和する。（ｉｖ）で示す部分は、減速不足を減速操作開始の前出し（即ち、減速操作開始時期を早めること）で補う。

この過程において、ＥＣＵ２０は、理想制動操作量と実際の制動操作量とが乖離している部分（即ち、操作修正箇所）を算出する。

次に、ＥＣＵ２０は、図７の上段において（ｉ）で示す部分で取りこぼしたエネルギーを算出し、燃料や電力等に換算、更にＣＯ_２量に換算することにより、操作修正による効果を算出する。

また、ＥＣＵ２０は、例えば、図７の下段に示すような理想的な加速度（実線ｅ）及び実際の加速度（実線ｄ）の各々が、加速度変化許容範囲（２本の点線で挟まれた領域）から外れている領域の面積（即ち、積分値）を比較することによって、加速度変化の滑らかさを算出する。尚、加速度変化許容範囲から外れている領域とは、例えば、図７の中段において領域ｃで示すような領域である。

再び図２に戻り、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０７の処理において、算出された操作修正箇所及び操作修正効果を、表示装置３０上に表示する（図８参照）（ステップＳ１０８）。図８は、表示装置上に表示される、操作修正方法及び修正効果を報知する画像の一例である。

尚、ＥＣＵ２０は、表示装置３０を用いて報知することに代えて又は加えて、例えばスピーカ等を介して音声により報知してもよい。

＜第２実施形態＞
本発明の回生制動報知装置に係る第２実施形態を、図９を参照して説明する。第２実施形態では、回生制動報知装置が搭載されるハイブリッド車両の構成が一部異なっている以外は、第１実施形態の構成と同様である。よって、第２実施形態について、第１実施形態と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点についてのみ、図９を参照して説明する。

本実施形態に係る回生制動報知装置が搭載されるハイブリッド車両の構成について、図９を参照して説明する。図９は、図１と同趣旨の、本実施形態に係る回生制動報知装置が搭載される車両の構成を示すブロック図である。

図９において、車両２は、エンジン１１、モータ・ジェネレータＭＧ１及びＭＧ２、バッテリ１２、ＰＣＵ１３、遊星歯車機構１５、ＥＣＵ２０、並びに表示装置３０を備えて構成されている。

遊星歯車機構１５は、例えば、サンギヤＳと、ピニオンギヤと、該ピニオンギヤを自転及び公転可能に支持するキャリアＣＡと、リングギヤＲとを備えて構成されている。遊星歯車機構１５のサンギヤＳは、モータ・ジェネレータＭＧ１のロータに連結されており、キャリアＣＡは、エンジン１１及びオイルポンプ（Ｏ／Ｐ）に連結されており、リングギヤＲは、動力伝達機構を介して、モータ・ジェネレータＭＧ２のロータに連結されている。

ハイブリッド車両２では、エンジン１１の動力を遊星歯車機構１５により分割し、モータ・ジェネレータＭＧ１による発電と、ハイブリッド車両２の駆動とに使用している。つまり、ハイブリッド車両２は、エンジン１１の動力の少なくとも一部を発電に使用すると共に、エンジン１１の動力の他の部分及びモータ・ジェネレータＭＧ２をハイブリッド車両２の駆動源として使用するシリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両である。

尚、本発明は、シリーズ方式のハイブリッド車両やシリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両に限らず、例えば、シリーズ方式とパラレル方式とを相互に切り替え可能なハイブリッド車両や、シリーズ方式とシリーズ・パラレル方式とを相互に切り替え可能なハイブリッド車両等にも適用可能である。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う回生制動報知装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１、２…車両、１１…エンジン、１２…バッテリ、１３…ＰＣＵ、２０…ＥＣＵ、３０…表示装置、１００…回生制動報知装置、ＭＧ１、ＭＧ２…モータ・ジェネレータ

Claims (3)

1. 回転電機を備える車両に搭載され、
   前記車両の制動時に、時間軸に対する回生量を算出する回生量算出手段と、
   前記車両の運転者の操作に基づいた時間軸に対する実際の回生量と、前記算出された回生量とに基づいて、時間及び前記実際の回生量の関係と、時間及び前記算出された回生量の関係と、を重ねて表示すると共に、前記運転者の操作を修正する内容を前記運転者に対して報知する報知手段と
   を備えることを特徴とする回生制動報知装置。
2. 前記算出された回生量は、高車速側に係る回生量が、低車速側に係る回生量よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の回生制動報知装置。
3. 前記回生量算出手段は、時間軸に対する加速度を算出する加速度算出手段を含み、
   前記報知手段は、更に、前記運転者の操作に基づいた時間軸に対する実際の加速度と、前記算出された加速度とに基づいて、前記運転者の操作を修正する内容を前記運転者に対して報知する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の回生制動報知装置。

Images