WO1996017741A1 - Dispositif de commande du freinage pour une automobile electrique - Google Patents

Description

明 細 書 電気自動車の制動制御装置 技術分野

本発明は、 電動モータによって車輪を駆動し走行する電気自動車に関 し、 特に、 モータによる回生制動を通じて車両の制動を制御するための、 電気自動車の制動制御装置に関する。 背景技術

近年、 大気汚染の防止や車両による騒音低減の観点から、 内燃機関の 代わりに電動モータで車輪を駆動する、 電気自動車が注目されつつある。

このような電気自動車では、 所謂回生制動を容易に行なうことができ る。 この回生制動は、 走行用モータへの電力供給を規制してこのモータ を発電状態に切り換えることで行なえて、 この時には、 駆動輪に負荷を 与えてこれを制動しつっこの駆動輪の回転エネルギを電気工ネルギとし て回収することができる。

このような電気自動車では、 ドライバがブレーキペダル等を操作して 制動を指令すると、 車輪に摩擦力を加えることで制動力を与える機械式 ブレーキ （機械的制動装置） による制動力 （機械的制動力） に、 このモ 一夕の回生制動による制動力 （回生制動力） を付加して、 車両の制動を 行なうことができる。

一般的には、 ドライバの制動指令に対して、 機械的制動力を主として 与えてこれに回生制動力を補助的に与えるようにするが、 要求される制 動力 （目標制動力） に対して、 これらの機械的制動力及び回生制動力を どのようにバランスさせて与えるかが課題となる。 例えば特開平 1 - 1 2 6 1 0 3号公報 （第 1の従来技術） には、 ブレ ーキペダルの操作量及び操作加速度から指令制動力 （目標制動力） を設 定し、 この時ブレーキペダルの操作量に応じて与えられる回生制動力を 求めて、 回生制動力と協働して指令制動力が与えられるように機械的制 動力を加えるようにする技術が開示されている。

また、 例えば特開平 1一 1 9 8 2 0 1号公報 （第 2の従来技術） には、 ブレーキ操作時に、 機械的制動力と回生制動力との和が目標減速度特性 と一致するように、 回生制動を制御する技術が開示されている。

さらに、 特開平 4 - 3 5 5 6 0 3号公報 （第 3の従来技術） には、 変 位量検出器により検出したブレーキペダルの変位量と、 減速度センサに より検出した車両の減速度と、 車速センサにより検出した車速とによつ て、 ブレーキコントローラで回生ブレーキ及び摩擦ブレーキの比率を演 算し、 これらを効率的に作動させ、 これにより回生エネルギを効率よく 回収し、 しかも、 電気自動車に対して所望の制動力を付与する技術が開 示されている。

しかしながら、 上述の第 1の従来技術では、 ブレーキペダルの操作量 や操作加速度から目標制動力と回生制動力とを求めて、 目標制動力と回 生制動力との差を機械的制動力で補うように構成されているが、 ブレー キペダルの操作量や操作加速度に対して必ず対応した回生制動力が常時 発生すれば問題はないが、 このようにブレーキペダルの操作に対応した 回生制動力が必ずしも発生するわけではない。

つまり、 例えばバッテリの温度が高い場合にはバッテリの劣化を防止 するために充電を抑制又は停止する必要があり、 この時には回生制動も 抑制又は停止することが必要となる。

また、 内燃機関で駆動される発電機を搭載してこの発電機でバッテリ に充電しながら走行できるハイプリ ッ ド電気自動車では、 発電中に回生 による充電電圧が発電機の発電電圧よりも高くなると発電機が無負荷状 態になり、 内燃機関が過回転になって故障を起こすおそれがある。 この ため、 この時にも回生制動を抑制又は停止する必要がある。

このように、 ブレーキペダルが操作されても回生制動力を得られない 場合があるが、 第 1の従来技術では、 このように実際には回生制動力が 加わらないときにもブレーキペダルの操作に対応して回生制動力か与え られるものとされているため、 この回生制動力を補足するように機械的 制動力を与えたのでは、 制動力不足になってしまう。

また、 回生制動の制御回路に故障が生じた場合も、 やはり制動力不足 を招く ことになる。

第 2の従来技術では、 逆に、 目標減速度特性と機械的制動力との差を 回生制動力で補うように構成されているが、 これもブレーキ操作に対応 して、 機械的制動力を与えるため、 上述のようにブレーキペダルが操作 されても回生制動力を得られない場合には得られない回生制動力の分だ け制動力不足になってしまう。

また、 機械的制動力をメインブレーキとして回生制動を補助的にしか 使用していないので、 回生制動によるエネルギ回収を十分に行なえない。 第 3の従来技術では、 ブレーキペダルの変位量と、 減速度センサによ り検出した車両の減速度と、 車速センサにより検出した車速とによって、 ブレーキコントローラで回生ブレーキ及び摩擦ブレーキの比率を演算し、 これに基づいて回生ブレーキと摩擦ブレーキの比率とを作動させるもの であるため、 やはり、 ブレーキペダルが操作されても回生制動力を得ら れない場合には、 この得られない回生制動力の分だけ制動力不足になつ てしまう。

本発明は、 上述の課題に鑑み創案されたもので、 回生制動と機械的制 動とを併用しながら所要の制動力を確実に得られるようにするとともに 回生制動によるエネルギ回収を促進できるようにした、 電気自動車の制 動制御装置を提供することを目的とする。 発明の開示

この発明は、 制動操作時にモータによる回生制動と機械的制動装置に よる機械的制動とが併用される電気自動車の制動制御装置において、 ブ レーキペダルの操作量を検出するブレーキ操作検出手段と、 上記ブレー キ操作検出手段で検出されたブレーキペダル操作量に基づいて目標制動 力を設定する目標制動力設定手段と、 上記ブレ—キ操作検出手段で検出 されたブレーキペダル操作量に基づいて目標回生制動力を設定し、 該目 標回生制動力に応じて上記モータによる回生制動を制御する回生制御手 段と、 車両の減速度を検出する'减速度検出手段と、 上記目標制動力と上 記減速度検出手段からの検出減速度に基づく実制動力との差に応じて上 記機械的制動装置の作動を制御する機械的制動制御手段とをそなえてい ることを特徴としている。

かかる構成により、 回生制動と機械的制動とを併用して制動を行なう ときには、 目標制動力設定手段が、 ブレーキ操作検出手段で検出された ブレーキペダル操作量に基づいて目標制動力を設定する。 回生制動につ いては、 回生制御手段が、 ブレーキ操作検出手段で検出されたブレーキ ペダル操作量に基づいて目標回生制動力を設定し、 この目標回生制動力 に応じてモータによる回生制動を制御する。 一方、 機械的制動について は、 機械的制動制御手段が、 上記目標制動力設定手段で設定した目標制 動力と上記減速度検出手段からの検出減速度に基づく実制動力との差に 応じて機械的制動装置の作動を制御する。 したがって、 機械的制動力を、 目標制動力と実制動力との差を埋めるように発生させることができ、 ブ レーキべダル操作に応じた回生制動が行なわれない事態になっても、 目 標制動力は確実に発生するようになる。

したがって、 ブレーキペダルが操作されても回生制動力を得られない 場合においても、 機械的制動力によって目標制動力を常に確実に与える ことができる利点がある。 また、 回生制動を主体とすることで、 回生に よるエネルギ回収を十分に行なうことができ、 しかも、 機械的制動装置 の消耗も抑制される利点がある。

また、 バッテリの状態を検出するバッテリ状態検出手段をさらにも設 けて、 上記回生制御手段が、 上記ブレーキ操作検出手段で検出されたブ レーキペダル操作量と上記バッテリ状態検出手段で検出された上記バッ テリの状態とに応じて上記目標回生制動力を設定するように構成するこ ともできる。

これにより、 ブレーキペダル操作量に対応させながらも、 バッテリの 状態に適した回生制動を行なえるようになり、 バッテリを保護しながら、 回生制動によるエネルギ回収の促進及び機械的制動力による目標制動力 の確実な達成を行なうことができるようになる。

さらに、 上記バッテリ状態検出手段がバッテリの温度を検出して、 上 記回生制御手段が、 上記のブレーキペダル操作量に基づく目標回生制動 力を、 上記バッテリ状態検出手段で検出された上記バッテリ温度の上昇 に応じて低下させるように構成してもよい。

これにより、 回生制動に伴うバッテリへの充電もバッテリ温度の上昇 に応じて抑制される。 バッテリは、 バッテリ温度が高くなるほど充電に よる劣化が激しくなるが、 バッテリ温度上昇に応じて充電が抑制される ので、 高温下の充電によるバッテリ劣化が抑制される。 したがって、 バ ッテリの温度劣化を抑制しながら、 回生制動によるエネルギ回収の促進 及び機械的制動力による目標制動力の確実な達成を行なうことができる ようになる。 また、 上記モータによる回生電圧を検出する回生電圧検出手段と、 バ ッテリへの充電のために備えられた内燃機関駆動式発電機による発電電 圧を検出する発電電圧検出手段とをさらにそなえるようにして、 上記回 生制御手段が、 上記回生電圧が上記発電電圧を越えた場合には上記のブ レーキペダル操作量に基づく目標回生制動力を低下させるように構成し てもよい。

これにより、 回生制動による充電電圧を抑えることができ、 発電機が 無負荷状態となる事態を回避でき、 発電機を駆動する内燃機関の過回転 を回避できる。 したがって、 発電機を駆動する内燃機関を保護しながら、 回生制動によるエネルギ回収の促進及び機械的制動力による目標制動力 の確実な達成を行なうことができるようになる。 図面の簡単な說明

F I G . 1は本発明の一実施例としての電気自動車の制動制御装置を 示す構成図である。

F I G . 2は本発明の一実施例としての電気自動車の制動制御装置に おける目標制動力の特性を示す図である。

F I G . 3は本発明の一実施例としての電気自動車の制動制御装置に おける目標回生制動力の特性を示す図である。

F I G . 4は本発明の一実施例としての電気自動車の制動制御装置に よる制動制御を示すフローチヤ一卜である。

F I G . 5は本発明の一実施例としての電気自動車の制動制御装置に おける機械的制動力の指令特性の例を示す図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 F I G . 1〜F I G . 5に基づいて、 本発明の実施例について 説明する。

F I G . 1は本発明の一実施例としての電気自動車の制動制御装置を 示す構成図である。 F I G . 1に示すように、 本制動装置は回生制動装 置 （回生ブレーキシステム） Aと機械的制動装置 （機械ブレーキシステ 厶） Bとをそなえている。

まず、 回生ブレーキシステム Aを説明する。 F I G . 1において、 1 はバッテリ、 2は走行用モータ、 3は駆動輪であり、 4はモータ制御部 であり、 モータ制御部 4は、 カ行時にはバッテリ 1からモータ 2への電 力供給を制御し、 回生時にはモータ 2が発電機として回生作動するよう に回生制御を行なう。

こめモータ制御部 4は、 走行マネージメン卜コントローラ 5からの制 御信号に応じてモータ 2を制御する。 すなわち、 走行マネージメントコ ントローラ 5ではカ行時には図示しないアクセルペダルの踏込量に応じ たモータ出力が発生するようにモータ 2への電力供給制御を指令し、 回 生時には要求される回生制動力 （回生ブレーキトルク） が得られるよう にモータ 2による発電状態の制御を指令する。 そして、 モータ制御部 4 では、 モータ 2への電流を電流センサ 8で監視しながら指令に応じてモ 一夕 2が作動するように電流供給や発電伏態を制御する。

また、 この電気自動車は、 内燃機関駆動式の発電機 6を搭載されてお り、 発電用内燃機関 （以下、 発電用エンジンという） 7により発電機 6 を駆動して発電走行を行なうことのできるシリーズ式ハイプリッ ド電気 自動車として構成されている。 この発電機 6及び発電用エンジン 7 も、 図示しないバッテリ残存容量計からの情報に基づいて走行マネージメン 卜コントローラ 5で制御され、 バッテリ 1の残存容量が所定のレベルま で低下すると発電が行なわれるようになっている。

そして、 上述の回生制動のために、 モータ制御部 4には回生制御部 4 A力く、 走行マネージメントコントローラ 5には回生ブレーキ卜ルク指令 演算部 5 Aが、 それぞれそなえられ、 これらの回生制御部 4 A及び回生 ブレーキトルク指令演算部 5 Aにより回生制御手段が構成される。

回生ブレーキトルク指令演算部 5 Aでは、 ブレーキペダル （図示略） の操作量 （踏込量） を検出するブレーキペダル操作量センサ （ブレーキ 操作検出手段） 1 1， バッテリ温度センサ （バッテリ温度検出手段） 1 2， 回生電圧検出センサ （回生電圧検出手段） 1 3， 発電電圧検出セン サ （発電電圧検出手段） 1 4からの各検出信号に基づいて、 目標回生制 動力 （目標回生ブレーキトルク） を設定する。

このような目標回生ブレーキトルクの設定要素のうち、 バッテリ温度 センサ 1 2， 回生電圧検出センサ 1 3, 発電電圧検出センサ 1 4は、 回 生ブレーキの抑制係数 aを設定するものである。 この回生ブレーキトル ク抑制係数 aは、 バッテリ温度 TBが高くなるほど小さく設定され、 回 生電圧 VKが増大して発電電圧 VGに対する割合 （VKZVG) が大き くなるほど小さく設定される。

即ち、 バッテリ温度 TBが所定温度以下であり、 電圧比 （VKZV G) が所定値 （《 1 ) 以下であれば、 回生ブレーキを抑制する必要はな く、 抑制係数 aは 1となる。 ところ力、 バッテリ温度 T Bが高くなると バッテリの劣化を防止するために充電を抑制又は停止する必要があり、 抑制係数 aが 1より小さく設定される。 また、 電圧比 （VKZVG) が 高くなると、 発電機の負荷が小さくなり内燃機関が過回転になってしま うのでこれを防止すべく抑制係数 aが 1より小さく設定される。

そして、 バッテリ温度 TBが所定上限温度以上であったり、 電圧比 (VK/VG) が所定上限値 （〉 1 ) 以上であったりすると、 抑制係数 aは 0となり、 回生停止となる。

F I G. 3は目標回生ブレーキトルクを設定するマップを示すが、 ブ レーキ操作があると、 所定操作量に達したところで目標回生ブレーキ卜 ルクが立ち上がり、 ブレーキ操作量の増大とともに回生ブレーキトルク も増加するが抑制係数 aに応じて目標回生ブレーキトルクの上限が制限 されており、 目標回生ブレーキトルクはこれ以上の大きさには設定され ない。

一方、 機械ブレーキシステム Bでは、 車輪に摩擦力を与える例えばブ レーキディスク等をそなえる機械ブレーキ本体 2 1の作動を油圧制御す るようになっている。 つまり、 機械ブレーキ本体 2 1の駆動油圧は、 油 圧発生部 2 2から電磁バルブ 2 3を通じて供給されるようになっており、 電磁バルブ 2 3は、 機械的制動制御手段としての油圧制御部 2 4からの 指令信号によって作動するようになっている。

油圧制御部 2 4では、 機械ブレーキトルク設定部 （機械的制動力設定 手段） 2 0で設定された機械制動力 （機械的ブレーキトルク） に基づい て電磁バルブ 2 3を通じて機械ブレーキ本体 2 1の作動を制御する。 この機械ブレーキトルク設定部 2 0では、 目標ブレーキトルク設定部 (目標制動力設定手段） 9の設定情報と、 車両の減速度を検出する減速 度検出手段としての Gセンサ 1 5からの検出情報とに基づいて、 機械ブ レーキトルクを設定する力、 目標ブレーキトルク設定部 9では、 ブレー キペダル踏込量センサ 1 1からの検出情報 （ブレーキ操作量） に応じて、 例えば F I G . 2に示すような特性で、 車両の目標とする制動力 （目標 ブレーキトルク） を設定する。

また、 回生制動によるブレーキトルクが加えられるとこれに応じて車 両の減速度 （減速 G ) が発生するので、 Gセンサ 1 5で検出される'减速 度は実際の回生ブレーキトルクに応じたものになる。 そこで、 機械ブレ ーキトルク設定部 2 0では、 目標ブレーキトルクからこの減速度に対応 する実際の回生ブレーキトルク分を减算して機械ブレーキトルクを設定 するのである。

なお、 上記 Gセンサ 1 5 としては、 重錘の変位量を検出することによ つて減速度を検出するものであってもよく、 車輪または推進軸等の回転 速度を微分することによって減速度を算出するようなものでもよく、 ま た、 両者を併用するものであってもよい。 いずれにしても、 車両の'减速 度を検出することができれば、 周知の Gセンサを採用することができる のは勿論のことである。

したがって、 実際の回生ブレーキトルクが目標ブレーキトルク分だけ 得られれば、 機械ブレーキトルクは 0となり機械ブレーキは作動させな いが、 実際の回生ブレーキトルクが目標ブレーキトルクまで達しなけれ ば、 この不足分を機械ブレーキトルクで補うことになる。 もしも、 回生 ブレーキトルクを与えることができなけれは、 これは確実に減速度に反 映され、 目標ブレーキトルクの全てを機械ブレーキトルクで与えること になる。

油圧制御部 2 4では、 このように設定された機械ブレーキトルクに応 じた油圧を機械ブレーキ本体 2 1に与えられるように電磁バルブ 2 3を 制御するが、 この際にも機械ブレーキ本体 2 1への供給油圧を油圧セン サ 2 5で検出しながら所要の油圧が機械ブレーキ本体 2 1に加わるよう に制御するのである。

本発明の一実施例としての電気自動車の制動制御装置は、 上述のよう に構成されているので、 例えば F I G . 4に示すように、 制動制御が行 なわれる。

ブレーキ操作、 即ちブレーキペダルの踏込操作があると、 ステップ S 1 0の判定を経て、 まず、 ステップ S 2 0で、 目標ブレーキトルクを演 算する。 ついで、 バッテリ充電を抑制する必要があるか否か （即ち、 正 規回生を抑制する必要があるか否か） を判定する （ステップ S 3 0 ) 。 抑制する必要がなければステップ S 4 0でブレーキ操作量に応じて目標 回生ブレーキトルクを設定する。 抑制する必要があればステップ S 5 0 でブレーキ操作量と抑制係数 aとに応じて目標回生ブレーキトルクを設 定する。 勿論、 抑制係数 aによってはステップ S 5 0で目標回生ブレー キトルクが 0となることもある。

ついで、 この目標回生ブレーキトルクに対応して、 回生ブレーキを作 動させる （ステップ S 6 0 ) 。 そして、 Gセンサ 1 5によって車両の減 速度を検出して （ステップ S 7 0 ) 、 ステップ S 2 0で求められた目標 ブレーキトルクから車両の減速度分のトルクを差し引いて機械ブレーキ トルクを演算する （ステップ S 8 0 ) 。 そして、 この機械ブレーキトル クに対応して、 機械ブレーキを作動させる （ステップ S 9 0 ) 。

このようにして、 機械ブレーキトルクを与えることで、 例えば回生ブ レーキトルクがブレーキ操作量に応じた目標回生ブレーキトルク分だけ 得られれば、 機械ブレーキトルクは、 目標ブレーキトルクから目標回生 ブレーキトルク分を減算したものとなり、 F I G . 5に斜線で示す領域 の高さ分としてブレーキ操作量に対応して与えられる。

ところ力 必ずしも回生ブレーキトルクがブレーキ操作量に応じた目 標回生ブレーキトルク分だけ得られるとは限らない。 つまり、 バッテリ の温度が高い場合にはバッテリの劣化を防止するために充電を抑制又は 停止する必要がありこの時には回生制動を抑制又は停止する必要がある。 また、 内燃機関で駆動される発電機を搭載してこの発電機でバッテリに 充電しながら走行できるハイプリ ッ ド電気自動車では、 発電中に回生に よる充電電圧が発電機の発電電圧よりも高くなると発電機が無負荷状態 になり、 内燃機関が過回転になって故障を起こすおそれがあるため、 こ の時にも回生制動を抑制又は停止する必要がある。

また、 回生制動の制御回路に故障が生じた場合にも、 回生制動による ブレーキトルクは得られない。

このように、 ブレーキペダルが操作されても回生制動力を得られない ことがあるが、 本装置では、 回生制動を行なった結果として現れる車両 の減速度に応じて、 即ち、 実際の回生ブレーキトルクに応じて、 回生制 動の不足分を機械ブレーキトルクで満たしているので、 目標ブレーキト ルクを常に確実に与えることができる利点がある。

もちろん、 回生制動が行なえる限りは、 回生制動による制動力を利用 するので、 回生によるエネルギ回収を十分に行なうことができ、 しかも、 機械ブレーキの消耗も抑制される利点がある。

ところで、 変速機を装備した電気自動車の場合には、 変速段によって 回生制動力が異なるため、 従来技術では変速段に応じて、 機械ブレーキ トルクを補正する必要があるが、 本装置では、 常に、 実際に発生する回 生ブレーキトルクに応じて、 機械ブレーキトルクを設定するため、 この ような補正の必要もない。

産業上の利用可能性

以上のように、 この発明にかかる電気自動車の制動制御装置では、 ブ レーキペダルが操作されても回生制動力を得られないような場合には、 機械的制動力がこれを補足するように発揮されるので、 目標とする制動 力を常に確実に与えることができ、 制動力に回生制動力を利用するよう な電気自動車において、 制動系の信頼性を大きく向上させることができ るようになる。 また、 ブレーキペダル操作量に基づく目標回生制動力を バッテリ温度の上昇に応じて低下させるようにすることで、 バッテリの 温度劣化を抑制しながら制動力の確保を図ることができ、 さらに、 回生 電圧が発電電圧を越えた場合にはブレーキペダル操作量に基づく目標回 生制動力を低下させるようにすることで、 発電機用の内燃機関を保護し ながら、 制動力の確保を図ることができるため、 電気自動車の総合性能 を確保しながら、 制動性能を向上させることができ、 電気自動車の実用 性能を高めることができる。

Claims

請 求 の 範 囲

1. 制動操作時にモータ （2 ) による回生制動と機械的制動装置 Bによ る機械的制動とが併用される電気自動車の制動制御装置において、 ブレーキペダルの操作量を検出するブレーキ操作検出手段 （ 1 1 ) と. 上記ブレーキ操作検出手段 （ 1 1 ) で検出されたブレーキペダル操作 量に基づいて目標制動力を設定する目標制動力設定手段 （ 9 ) と、 上記ブレーキ操作検出手段 （ 1 1 ) で検出されたブレーキペダル操作 量に基づいて目標回生制動力を設定し、 該目標回生制動力に応じて上記 モータ （2 ) による回生制動を制御する回生制御手段 （ 4 A， 5 A) と、 車両の減速度を検出する'减速度検出手段 （ 1 5 ) と、

上記目標制動力と上記減速度検出手段 （ 1 5) からの検出減速度に基 づく実制動力との差に応じて上記機械的制動装置 （B) の作動を制御す る機械的制動制御手段 （2 4 ) と

をそなえていることを特徴とする、 電気自動車の制動制御装置。

2. バッテリ （ 1 ) の状態を検出するバッテリ状態検出手段 （ 1 2 ) を さらに有し、

上記回生制御手段 （4 A， 5 A) 、 上記ブレーキ操作検出手段 （ 1 1 ) で検出されたブレーキペダル操作量と上記バッテリ状態検出手段 ( 1 2 ) で検出された上記バッテリ （ 1 ) の状態とに応じて上記目標回 生制動力を設定するように構成されていることを特徴とする、 請求の範 囲第 1項記載の電気自動車の制動制御装置。

3. 上記バッテリ伏態検出手段 （ 1 2) がバッテリ （ 1 ) の温度を検出 し、

上記回生制御手段 （4 A， 5 A) 力く、 上記のブレーキペダル操作量に 基づく目標回生制動力を、 上記バッテリ温度の上昇に応じて低下させる ように構成されていることを特徴とする、 請求の範囲第 2項記載の電気 自動車の制動制御装置。

4. 上記モータ （2 ) による回生電圧を検出する回生電圧検出手段 （ 1 3 ) と、

バッテリ （ 1 ) への充電のために備えられた内燃機関駆動式発電機 ( 6) による発電電圧を検出する発電電圧検出手段 （ 1 4 ) とをさら有 し、

上記回生制御手段 （4 A, 5 A) が、 上記回生電圧が上記発電電圧を 越えた場台には上記のブレーキペダル操作量に基づく目標回生制動力を 低下させるように構成されていることを特徴とする、 請求の範囲第 1項 記載の電気自動車の制動制御装置。