JP5506632B2

JP5506632B2 - 車両用ブレーキ装置

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Publication number: JP5506632B2
Application number: JP2010238774A
Authority: JP
Inventors: 和治木寺
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2010-10-25
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2030-10-25
Also published as: JP2012095391A

Description

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。

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。

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。

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）。

特開２００８−５６１５１号公報特開２００６−２０４０７３号公報特開２００６−２４６６５７号公報

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。

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。

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の差を前記車体速度で除算した相対スリップ率を求め、該相対スリップ率が大きい程前記回生制動手段による回生制動の比率を減少させるものとした。

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。

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ともに、全車輪における車輪速の最大値を前記特定する最大値とすると良い。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。

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を前記車体速度で除算した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が大きい程前記前輪回生制動手段による前記前輪の回生制動の比率を減少させると共に、前記最大値と前記後輪最小値との差を前記車体速度で除算した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が大きい程前記後輪回生制動手段による前記後輪の回生制動の比率を減少させると良い。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。

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。

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。

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。

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。本発明に基づく制御ブロック図である。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。前輪と後輪との制動力の関係を示すマップである。第２の実施形態を示す図２の要部に対応する図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）
２４ＡＢＳ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

Claims

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の差を前記車体速度で除算した相対スリップ率を求め、該相対スリップ率が大きい程前記回生制動手段による回生制動の比率を減少させることを特徴とする車両用ブレーキ装置。
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ともに、全車輪における車輪速の最大値を前記特定する最大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。
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を前記車体速度で除算した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が大きい程前記前輪回生制動手段による前記前輪の回生制動の比率を減少させると共に、前記最大値と前記後輪最小値との差を前記車体速度で除算した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が大きい程前記後輪回生制動手段による前記後輪の回生制動比率を減少させ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。
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。
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。