JP6788424B2 - 車両の制動力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、回生ブレーキと液圧ブレーキとが可能で車輪のロック状態を防止するアンチロックブレーキ制御（Antilock Brake System：以下、ＡＢＳと略称）の機能を備えた車両の制動力制御装置に関する。

従来より、車輪のロック状態を防止するＡＢＳは、多くの車両において採用され、回生ブレーキと液圧ブレーキとが可能な電気自動車やハイブリッド車においても採用されている。この際、回生ブレーキは液圧ブレーキと比較して制御応答性に優れるが、回生制動力は状況によって変化し不安定であるという異なった特性を有しているため、例えば、特開２０１５−１９６４７４号公報（以下、特許文献１）では、ＡＢＳにおいて、ロック傾向が解消されて総合制動力を復帰させるときに、回生ブレーキを液圧ブレーキに先行して増加させ、回生ブレーキが液圧ブレーキに先行して増加された後、回生ブレーキを低減させながら液圧ブレーキを増加させて回生ブレーキの少なくとも一部を液圧ブレーキにすり替える車両の制動力制御装置の技術が開示されている。

特開２０１５−１９６４７４号公報

ところで、ＡＢＳでは微少な時間の間に精度の良い制動力の制御（低減、保持、増加等）が必要となり、単純に回生ブレーキと液圧ブレーキを制御してしまうと、その応答性や安定性の違い等から減速度抜けが生じたり、逆に、制動力が不安定となったりする問題がある。このため、回生ブレーキと液圧ブレーキという異なる特性のブレーキで制御する場合は、上述の特許文献１に開示されるＡＢＳの技術等を採用しなければならず、制御が複雑化するという課題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、たとえ、回生ブレーキと液圧ブレーキとが可能な車両であっても、ＡＢＳを簡単な制御で減速度抜けが生じたり、制動力が不安定になることなく精度良く行うことができる車両の制動力制御装置を提供することを目的としている。

本発明の車両の制動力制御装置の一態様は、電動モータの回生ブレーキによる制動と液圧ブレーキによる制動とが自在な車両の制動力制御装置において、制動中の制動力を制御して車輪のロック状態を防止するアンチロックブレーキ制御手段と、前方の路面状態を検出し、該前方の路面状態と車両の走行状態を基に前記アンチロックブレーキ制御手段の作動を予測するアンチロックブレーキ制御作動予測手段と、前記アンチロックブレーキ制御手段の作動が予測される場合、前記アンチロックブレーキ制御手段の作動の前に回生ブレーキを液圧ブレーキにすり替える制御手段とを備え、前記アンチロックブレーキ制御作動予測手段は、前方の路面摩擦係数が小さくなる方向に変化する位置での前記アンチロックブレーキ制御手段の作動を予測する。

本発明による車両の制動力制御装置によれば、たとえ、回生ブレーキと液圧ブレーキとが可能な車両であっても、ＡＢＳを簡単な制御で減速度抜けが生じたり、制動力が不安定になることなく精度良く行うことが可能となる。

本発明の実施の一形態に係る車両の回生ブレーキ系統及び液圧ブレーキ系統の概略構成図である。 本発明の実施の一形態に係る制動力制御プログラムのフローチャートである。 本発明の実施の一形態に係る前方路面状態変化の検出説明図である。 本発明の実施の一形態に係るＡＢＳ介入判定閾値の特性説明図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１において、符号１は車両を示し、この車両１の左前輪２fl、右前輪２fr、左後輪２rl、右後輪２rrは、それぞれ図示しないサスペンションを介して車体に支持されている。

左前輪２fl、右前輪２fr、左後輪２rl、右後輪２rrのホイール内部には、左前輪インホイールモータ３fl、右前輪インホイールモータ３fr、左後輪インホイールモータ３rl、右後輪インホイールモータ３rrが、それぞれの車輪に対して動力伝達自在に組み込まれている。

そして、本実施の形態では、各インホイールモータ３fl、３fr、３rl、３rrのトルクをそれぞれ独立して制御することにより、各車輪２fl、２fr、２rl、２rrに発生させる、後述する駆動力、および、回生制動力（回生ブレーキ）をそれぞれ独立して制御自在に構成されている。

各インホイールモータ３fl、３fr、３rl、３rrは、それぞれのモータに対応して設けられたインバータ４と接続されており、バッテリ５から供給される直流電力を交流電力に変換して、その交流電力を各インホイールモータ３fl、３fr、３rl、３rrに独立して供給する。これにより、各インホイールモータ３fl、３fr、３rl、３rrは、駆動制御されて、各車輪２fl、２fr、２rl、２rrに対して駆動力を付与する。

また、各インホイールモータ３fl、３fr、３rl、３rrは、発電機としても機能し、各車輪２fl、２fr、２rl、２rrの回転エネルギにより発電し、発電電力をインバータ４を介してバッテリ５に回生することが自在になっており、この各インホイールモータ３fl、３fr、３rl、３rrの発電により発生する回生エネルギが、各車輪２fl、２fr、２rl、２rrに対して回生制動力（回生ブレーキ）を付与する。

一方、各車輪２fl、２fr、２rl、２rrには、それぞれ、摩擦ブレーキ機構６fl、６fr、６rl、６rrが設けられており、これら摩擦ブレーキ機構６fl、６fr、６rl、６rrは、例えば、ディスクブレーキ、ドラムブレーキ等の公知のブレーキ装置である。

これらの摩擦ブレーキ機構６fl、６fr、６rl、６rrは、ブレーキ駆動部７と接続されており、ブレーキ駆動部７から供給される油圧によりホイールシリンダのピストンが作動して各車輪２fl、２fr、２rl、２rrに対して制動力（液圧ブレーキ）を付与する。

ブレーキ駆動部７は、昇圧ポンプ、アキュムレータ等からなる液圧発生装置、ブレーキ作動油の圧力を調整して摩擦ブレーキ機構６fl、６fr、６rl、６rrのホイールシリンダに供給する圧力調整制御弁、摩擦ブレーキ機構６fl、６fr、６rl、６rrにブレーキ作動油を供給する油圧回路の開閉を行う開閉制御弁等を備えるハイドロリックユニットである。

そして、上述のインバータ４、および、ブレーキ駆動部７は、制御ユニット１０にそれぞれ接続されている。

制御ユニット１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータで構成され、各種プログラムを実行して各インホイールモータ３fl、３fr、３rl、３rr、および、摩擦ブレーキ機構６fl、６fr、６rl、６rrの作動を独立して制御する。このため、制御ユニット１０には、ドライバのアクセル操作量を検出するアクセルセンサ１１、ドライバのブレーキ操作量を検出するブレーキセンサ１２、各車輪２fl、２fr、２rl、２rrの車輪速度ωfl、ωfr、ωrl、ωrrを検出する車輪速センサ１３fl、１３fr、１３rl、１３rr、前方の路面状態を検出する路面状態検出装置１４、前後加速度Ｇｘを検出する前後加速度センサ１５が接続されている。また、制御ユニット１０には、インバータ４から各インホイールモータ３fl、３fr、３rl、３rrに流れる電流値を表す信号、電圧値を表す信号等、各インホイールモータ３fl、３fr、３rl、３rrの制御に必要なセンサ信号をインバータ４から入力する。

ここで、上述の路面状態検出装置１４は、例えば、特開２００２−１２７８８２号公報や特開２００４−１６８２８６号公報等で開示されるような、カメラで撮影した走行路前方の画像情報を基に、所定領域の路面状態（アスファルトドライ路面、アスファルトウェット路面、雪路・・・等）を検出し、これら路面状態を予め設定しておいた路面摩擦係数に置き換えて検出するものである。例えば、図３に示すように、カメラからの画像情報を基に、走行路前方を、近い方から順に、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、…、Ａｎ−２、Ａｎ−１、Ａｎの領域に分割し、これらの領域の判定された路面状態に対し、予め設定しておいた路面摩擦係数μ１、μ２、μ３、μ４、μ５、…、μｎ−２、μｎ−１、μｎを対応させて前方の路面状態を検出するのである。

そして、制御ユニット１０は、上述の各信号に基づき、ドライバのアクセル操作量に応じた要求駆動力（目標駆動力）や、ドライバのブレーキ操作量に応じた要求制動力（目標制動力）、すなわち、車両１を走行または制動させるために必要とされる要求制駆動力を、予め設定しておいたマップ、テーブル等を参照して、所定に算出し、各車輪２fl、２fr、２rl、２rrの各インホイールモータ３fl、３fr、３rl、３rrで発生させる各輪要求制駆動力に配分する。尚、要求制駆動力の値が正の場合は、駆動力要求されている場合であり、要求制駆動力が負の場合は、制動力が要求されている場合である。

制御ユニット１０は、各車輪２fl、２fr、２rl、２rrの要求制駆動力に応じた電流が各インホイールモータ３fl、３fr、３rl、３rrに流れるように制御信号（例えば、ＰＷＭ制御信号）を生成してインバータ４に出力する。制御ユニット１０は、各車輪２fl、２fr、２rl、２rrの要求制駆動力が負の場合には、各車輪２fl、２fr、２rl、２rrの要求制駆動力を、予め実験、計算等により設定しておいた比率に従って、各インホイールモータ３fl、３fr、３rl、３rrで発生させる回生ブレーキと、摩擦ブレーキ機構６fl、６fr、６rl、６rrで発生させる液圧ブレーキとに配分する。この際、制御ユニット１０は、回生ブレーキを発生させるための制御信号をインバータ４に出力し、液圧ブレーキを発生させるための制御信号をブレーキ駆動部７に出力する。これにより、各インホイールモータ３fl、３fr、３rl、３rrでは目標とする回生ブレーキを発生し、摩擦ブレーキ機構６fl、６fr、６rl、６rrでは目標とする液圧ブレーキを発生する。

また、制御ユニット１０は、制動中の制動力を制御して車輪のロック状態を防止するＡＢＳの機能を有し、前述の如く前方の路面状態を検出し、該前方の路面状態と車両の走行状態を基にＡＢＳの作動を予測し、ＡＢＳの作動が予測される場合、車両がＡＢＳの作動が予測される位置に到達する前に、インバータ４とブレーキ駆動部７に信号を出力し、回生ブレーキを液圧ブレーキにすり替えた後にＡＢＳを実行する。本実施の形態のＡＢＳは、具体的には、例えば、予め設定しておいた車輪減速度に達したときに、ブレーキ液圧の上昇が抑制され、ブレーキ液圧の保持状態となり、その後、タイヤのスリップ率が予め設定しておいた設定値を超えると、ブレーキ液圧は減圧され、以後、ブレーキ液圧の保持とブレーキ液圧の上昇・・・が繰り返し行われる。このように、制御ユニット１０は、アンチロックブレーキ制御手段、アンチロックブレーキ制御作動予測手段、制御手段としての機能を有している。

次に、制御ユニット１０で実行される本実施の形態の制動力制御を、図２のフローチャートで説明する。

まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で、自車両１が制動中か否か判定され、制動中でない場合はプログラムを抜け、制動中の場合は、Ｓ１０２に進む。

Ｓ１０２では、実行されている制動が、回生ブレーキを含むか否か（回生ブレーキと液圧ブレーキによる制動か否か）を判定し、回生ブレーキを含まない場合、すなわち、液圧ブレーキのみの場合、Ｓ１１２にジャンプして制動制御を、そのまま継続し、必要に応じてＡＢＳが作動される。

尚、本実施の形態におけるＡＢＳは、前述したように、例えば、予め設定しておいた車輪減速度に達したときに、ブレーキ液圧の上昇が抑制され、ブレーキ液圧の保持状態となり、その後、タイヤのスリップ率が予め設定しておいた設定値を超えると、ブレーキ液圧は減圧され、以後、ブレーキ液圧の保持とブレーキ液圧の上昇・・・が繰り返し行われる。

また、Ｓ１０２で回生ブレーキを含む（回生ブレーキと液圧ブレーキによる制動）と判定された場合、Ｓ１０３に進み、路面状態の変化が検出される。具体的には、図３に示すように、路面状態検出装置１４で検出された走行路前方の領域毎に検出した路面摩擦係数μ１、μ２、μ３、μ４、μ５、…、μｎ−２、μｎ−１、μｎについて、前後に隣接する領域で、（自車両に近い方の領域の路面摩擦係数）から（自車両から遠い方の領域の路面摩擦係数）の差を求めることで路面摩擦係数の変化量Δμ１、Δμ２、Δμ３、Δμ４、Δμ５、…、Δμｎ−３、Δμｎ−２、Δμｎ−１を算出する。すなわち、路面摩擦係数の変化量は正の値であれば、路面摩擦係数が低い路面への走行が予測される領域となる。

次いで、Ｓ１０４に進み、Ｓ１０３で検出した路面摩擦係数の変化量が予め実験、計算等により設定しておいた閾値（正の値）を超えて、走行路前方に、路面摩擦係数が高い値から低い値に大きく変動している箇所（例えば、アスファルトドライ路面から雪路に変動している箇所等）があるか否か判定される。

Ｓ１０４の判定の結果、路面摩擦係数の変化量が予め実験、計算等により設定しておいた閾値（正の値）を超える領域が無いと判定された場合、現在の走行状態（減速状態）で、路面状態の急変（例えば、高μ路→低μ路）により、ＡＢＳが作動することはないと判断できるため、Ｓ１１２にジャンプして制動制御を、そのまま継続し、必要に応じてＡＢＳが作動される。

逆に、Ｓ１０４の判定の結果、路面摩擦係数の変化量が予め実験、計算等により設定しておいた閾値（正の値）を超える領域が有ると判定された場合、Ｓ１０５に進み、後述するＡＢＳ介入判定閾値ＤABSを設定する。尚、路面摩擦係数の変化量が予め実験、計算等により設定しておいた閾値（正の値）を超える領域が複数有ると判定された場合、最も近くの領域が、以降のＳ１０５〜Ｓ１１１の処理の対象領域となる。

ＡＢＳ介入判定閾値ＤABSは、例えば、予め実験、計算等により設定しておいたもので、例えば、図４の特性図に示すように、制動時における車輪のスリップ率を所定範囲内に収めるＡＢＳが作動する減速度に対応して設定されるもので、前後に隣接する領域の遠方側領域の路面摩擦係数が低いほど低い値に設定されている。

次に、Ｓ１０６に進み、自車両の前後加速度ＧｘとＡＢＳ介入判定閾値ＤABSとが比較される。

このＳ１０６の比較の結果、Ｇｘ＜ＤABSの場合、現在の走行状態（減速状態）で、路面状態の急変（例えば、高μ路→低μ路）により、ＡＢＳが作動することはないと判断できるため、Ｓ１１２にジャンプして制動制御を、そのまま継続し、必要に応じてＡＢＳが作動される。

また、Ｇｘ≧ＤABSの場合は、現在の走行状態（減速状態）で、路面状態の変化位置（急変位置）に到達するとＡＢＳが作動すると予測されるため、Ｓ１０７に進み、路面状態変化位置までの距離Ｌμを検出する。

次いで、Ｓ１０８に進み、路面状態変化位置までの時間ｔμを、例えば、以下の（１）式の関係により算出する。

Ｌμ＝Ｖ０・ｔμ＋（１／２）・Ｇｘ・ｔμ^２ …（１）
ここで、Ｖ０は車輪速センサ１３fl、１３fr、１３rl、１３rrから算出した現在の車速であり、前後加速度Ｇｘの符号は、減速状態であるため負となっている。

次に、Ｓ１０９に進み、Ｓ１０８で算出した路面状態変化位置までの時間ｔμから、予め実験、計算等により設定しておいた余裕時間Δｔを減算して、回生ブレーキを液圧ブレーキにすり替える時間ｔstを算出する（ｔst＝ｔμ−Δｔ）。

次に、Ｓ１１０に進み、回生ブレーキを液圧ブレーキにすり替える時間ｔstが経過するまで待機し、時間ｔstが経過したらＳ１１１に進み、回生ブレーキを液圧ブレーキにすり替え、Ｓ１１２に進んで制動制御を継続し、ＡＢＳが作動した場合には、液圧ブレーキのみの制動でのＡＢＳとなる。

このように本発明の実施の形態によれば、制動中の制動力を制御して車輪のロック状態を防止するＡＢＳの機能を有し、前方の路面状態を検出し、該前方の路面状態と車両の走行状態を基にＡＢＳの作動を予測し、ＡＢＳの作動が予測される場合、車両がＡＢＳの作動が予測される位置に到達する前に、インバータ４とブレーキ駆動部７に信号を出力し、回生ブレーキを液圧ブレーキにすり替えた後にＡＢＳを実行する。このため、たとえ、回生ブレーキと液圧ブレーキとが可能な車両であっても、回生ブレーキと液圧ブレーキという特性の異なるブレーキが作動している際にＡＢＳが作動することが防止されるので、特に複雑な制御を用いること無く単純な制御でＡＢＳを減速度抜けが生じたり、制動力が不安定になることなく精度良く行うことが可能となる。

尚、本実施の形態では、４輪にそれぞれインホイールモータを有する電気自動車を例に説明したが、１つのモータで走行する車両、２つのモータで走行する車両、３つのモータで走行する電気自動車やハイブリッド車においても適用できることは言うまでもない。

１ 車両
２fl、２fr、２rl、２rr 車輪
３fl、３fr、３rl、３rr インホイールモータ
４ インバータ
５ バッテリ
６fl、６fr、６rl、６rr 摩擦ブレーキ機構
７ ブレーキ駆動部
１０ 制御ユニット（アンチロックブレーキ制御手段、アンチロックブレーキ制御作動予測手段、制御手段）
１１ アクセルセンサ
１２ ブレーキセンサ
１３fl、１３fr、１３rl、１３rr 車輪速センサ
１４ 路面状態検出装置
１５ 前後加速度センサ

Claims (2)

1. 電動モータの回生ブレーキによる制動と液圧ブレーキによる制動とが自在な車両の制動力制御装置において、
   制動中の制動力を制御して車輪のロック状態を防止するアンチロックブレーキ制御手段と、
   前方の路面状態を検出し、該前方の路面状態と車両の走行状態を基に前記アンチロックブレーキ制御手段の作動を予測するアンチロックブレーキ制御作動予測手段と、
   前記アンチロックブレーキ制御手段の作動が予測される場合、前記アンチロックブレーキ制御手段の作動の前に回生ブレーキを液圧ブレーキにすり替える制御手段と、
   を備え、
   前記アンチロックブレーキ制御作動予測手段は、前方の路面摩擦係数が小さくなる方向に変化する位置での前記アンチロックブレーキ制御手段の作動を予測する
   ことを特徴とする車両の制動力制御装置。
2. 前記制御手段は、前記アンチロックブレーキ制御手段の作動が予測される場合、車両が前記アンチロックブレーキ制御手段の作動が予測される位置に到達する前に前記回生ブレーキを液圧ブレーキにすり替えることを特徴とする請求項１記載の車両の制動力制御装置。

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