JP4601920B2

JP4601920B2 - 車両の制動装置

Info

Publication number: JP4601920B2
Application number: JP2003174281A
Authority: JP
Inventors: スコットクロムベッツデール
Original assignee: フォードモーターカンパニー
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2003-06-19
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2023-06-19
Also published as: EP1447293B1; EP1447293A1; DE60304553D1; US6719379B2; US20030234577A1; JP2004026146A; DE60304553T2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は概略的には、車両の制動装置に関し、より具体的には、車両に回生制動と摩擦制動の両方が行なわれるのを可能とし、それにより、車両が所望の態様で制動されるのを可能とし、同時にエネルギーが保存されるのを可能とする、装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、車両を減速又は停止するのに有効な、車輪に選択的に摩擦係合するブレーキ装置（摩擦制動装置）を使用することにより、車両は減速又は停止させられる。これら摩擦ブレーキによって車両を制動又は減速する際には比較的大きなエネルギーが熱の形で失われる。また、一般的に、フロント・ブレーキがロックする前にリア・ブレーキがロックする傾向を実質的に防止又は低減する（例えばリア・ブレーキの早過ぎるロック傾向を低減する）のが望ましい。
【０００３】
「電子制動力分配（electronic brake force distribution: EBD）」と呼ばれる制動に関する第２の取組みはリアとフロントの・ブレーキにより与えられる制動力を電子的にそして動的に制御することにより、早過ぎるリア・ブレーキのロック傾向を減じるものであり、アンチロック・ブレーキ・システム（ABS）の構成要素（センサーやそれによる検出値等）を用いる。より一般的には、例えば受動油圧比例弁（プロポーショニングバルブ）の使用により上記所望の制動力分配を得ることも行われているが、アンチロック・ブレーキ・システムなどを利用すれば、車両の各車輪に所要の制動力を分配することが可能になる。この場合、各車輪へ分配する、制動力、制動トルク又は制動エネルギーに関しては、動的に生成される荷重分配パターンが用いられるので、ＥＢＤは制動力分配装置と呼ぶこともできる。
【０００４】
回生形の制動は、所望の形で「非制動的に」車両を減速又は停止し、同時に、電荷又は他の形態のエネルギーが、生成そして後の使用のために蓄積されるのを可能とし、それにより、車両が選択的に制動されるのを可能としながら、車両全体の運転効率を向上する。回生制動力がより広く用いられるようになりながら、回生形制動と前述のアンチロック又は制動力分配との組合せは、大いに望ましいにもかかわらず、実現していない。というのは、制動力分配装置により生成される制動分配特性は、回生制動装置の制動作用を考慮して改良されておらず、その結果、両者の組合せは所望の制動状態を提供し得ないからである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の問題を解消し、そして、回生エネルギー回収を可能とし、一つの車両内で用いられる異なる形式の制動制御に伴う利点を提供しながら、所望の態様で車両が選択的に制動されるのを可能とする態様で回生形とアンチロック若しくは分配形の制動装置アセンブリを利用する、制動システムを提供することを、課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
従来の車両用制動システム及び制御の前述の欠点のいくつか又は全てを解消する車両用制動システムを提供する。この制動システムは、車両が減速又は停止されるのを可能とする態様で、回生制動と摩擦制動の両方を用いる。
【０００７】
本発明の第１の観点によれば、車両用制動装置が提供される。具体的には、この装置は、回生制動部（回生制動装置アセンブリ）と摩擦制動部（摩擦制動装置アセンブリ）とを有する。
【０００８】
また、上記回生制動装置アセンブリ及び摩擦制動装置アセンブリに接続されていて、格納されたプログラムに従い、車両への制動要求に応じて回生制動量に対応する上記回生制動装置アセンブリへの第１信号を発生するとともに、その回生制動量に基いて摩擦制動量に対応する上記摩擦制動装置アセンブリへの第２信号を発生する、制御器とを有する。
【０００９】
上記制御器は、上記車両への制動要求量が上記回生制動量の最大値を超えるとき、駆動輪に結合された第２対の車輪に、上記回生制動量の最大値に等しい制動トルクを加えるように、上記回生制動装置アセンブリへの第１信号を発生するとともに、従動軸に結合された第１対の車輪に、上記制動要求量と上記回生制動量の最大値との差に等しい制動トルクを加えるように、上記摩擦制動装置アセンブリへの第２信号を発生する。
また、上記摩擦制動装置アセンブリは、上記第２信号を受けて第１対の車輪へ上記制動トルクを加えるとともに、このときに当該車輪がロックしているか否かを検出し、該ロック状態を検出したときにはアンチロック・ブレーキ制御を開始させるとともに、上記制動トルクを上記第１対及び第２対の車輪に分配する電子制動力分配機能を実行する。
【００１０】
本発明の上記のものなどの特徴、観点及び利点は、本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明を添付の図面を参照して読むことにより、明らかとなろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、本発明の好ましい実施形態に従い構成された車両10が示されている。車両10は後輪駆動形車両であるが、本発明の好ましい実施形態の装置と方法は、前輪駆動車両、全輪駆動車両、ハイブリッド電気自動車及び電気自動車に対して、より詳細には後述する態様で適用することが出来る、ということが認識されるべきである。更に、車両10の重要な部分のみが図１に示されているということと、本発明は多様な車両構成に適用可能であるということと、が認識されるべきである。
【００１２】
具体的には、車両10は、限定されるものではないが例えば内燃機関（internal combustion engine: ICE）12であるトルク発生器、限定されるものではないが例えばバッテリー14であるエネルギー蓄積器、フロント・アクスル16（つまり、限定されるものではないが例えば車両のドライバー（不図示）の下に位置するアクスル）、デファレンシャルアセンブリ24、モーター26、クラッチ28、変速機アセンブリ30、フロント・アクスル16の両端に配置されて機能する第１対の車輪32, 34、リア・アクスル20, 22にそれぞれ配置される第２対の車輪36, 38、及び、車輪32, 34, 36及び38にそれぞれ配置されて機能する摩擦ブレーキアセンブリ（摩擦制動装置アセンブリ）40, 42, 44及び46、を含む。ブレーキアセンブリ40, 42, 44及び46は、アンチロック形のものとすることが出来る。車両10は更に、制御器又は制御装置アセンブリ48、そこに物理的に結合されて通信可能な、選択的に踏み込み可能なブレーキ・ペダル又は部材50及び、選択的に踏み込み可能なアクセル・ペダル又は部材52、を含む。制御器48は、格納されたプログラムに従って制御動作することが出来るものとすれば良く、そして限定するものではない別の実施形態においては、通信可能な関係で複数の制御器を有しても良い（つまり、少なくとも一つの電気バスにより相互に結合されて通信する、ブレーキ制御器、パワートレイン制御器そしてバッテリー制御器を有しても良い）。制御器48とブレーキアセンブリ40, 42, 44及び46の組合せは協働して、本発明の好ましい実施形態のブレーキアセンブリを構成する。車両10は、更に、それぞれがアクスル16 , 20とアクスル16, 22に結合されるフレーム部材54, 56を含む。更に、蓄積器14はフライホイールなどのエネルギー蓄積手段のアセンブリとして置き換えることが出来、そして、リヤ・アクスル20, 22が協働して「駆動軸」を形成し、一方フロント・アクスル16が「従動軸」又は「非駆動軸」を形成する、ことが認識されるはずである。更にまた、図示のように、内燃機関12は、動力伝達部材66によりクラッチ28へ結合され、変速機アセンブリ30がそれぞれの動力伝達部材62, 64により、デファレンシャルアセンブリ24とクラッチ28とへ結合される。
【００１３】
図示のように、制御器48はブレーキアセンブリ40乃至46に結合されて機能する。ブレーキアセンブリ40乃至46はまた、限定するものではないが、例えば油圧アクチュエーター（不図示）の使用により制御器48により制御され得る、油圧制動システムを構成するものとすることが出来る。更に、制御器48は、バッテリー14、モーター26そして変速機アセンブリ30に結合されて、機能する。モーター26はまた、変速機アセンブリ30と蓄積器14にも結合されている。
【００１４】
トルク発生器12は、その動作中に、クラッチ28、変速機30そして動力伝達部材66, 64及び62を介して、デファレンシャル24へ伝達されるトルク、を発生する。そのトルクは、アクスル20, 22を回転させ、車両10が駆動され選択的に推進されるのを可能とする。フローチャート90に関連させてより詳細に後述するように、ブレーキ部材50が踏み込まれた後、或いは、アクセル・ペダル部材52が放された後で、車両10を減速又は停止させる要望又は要求が制御器48に入力される。そのような踏み込み又は開放は、所定の制動要求（例えば、予め適値に設定した制動力、トルク又は荷重）に対応し、この要求が各ペダル又は部材のセンサー（不図示）により検出されて、制御器48へ伝達される。例えば、ブレーキ部材50が上端位置にあることは、制動量がゼロに対応するものとすることが出来、また、ブレーキ部材50が底又は下端の踏み込み位置にあることは、可能な最大制動量に対応するものとすることが出来る。そして、ブレーキ部材50が上端位置から下端位置まで移動する距離に比例した大きさだけ、部材50が踏み込まれるときの要求制動力が変化する（例えば、部材50が上端位置と下端位置との中間に位置するとき、要求制動力は総許容可能量の半分になる）ものとすることが出来る。同様の線形性は、アクセル・ペダル部材52にも適用される。つまり、アクセル部材52が下端位置（制動が要求されていない）から上端位置（車両に加速度が与えられていない）まで移動されるとき、車両10の要求制動又は減速の量は、当該部材52の移動距離或いは当該部材52の位置に比例して、線形的に増大する。
【００１５】
制御器48は、部材50, 52の移動信号を受けると、モーター26への信号と、動力伝達部材62に結合された変速機部材30への信号とを発生し、それにより、車両10を回生制動するために、モーター26を発電機として機能させ、バッテリー14内に電荷を蓄える。つまり、モーター26は、電気エネルギーを発生し、それにより、車輪36, 38の回転エネルギーを低減するために、部材62の回転エネルギーを用いる。加えて、制御器48はまた、追加のトルクを動力伝達部材62に供給することにより、内燃機関12により発生するトルクを加速中（例えば、アクセル・ペダル部材52が踏み込まれるとき）に補助するために、バッテリー14に蓄積されたエネルギーを使用するように、モーター26への信号を発生そして送信する。本発明の好ましい実施形態において、追加の制動力（つまり、回生により要求される制動量を超える制動量）が望まれるときにのみ、制御器48は、先に生成され記憶された制動分配パターンに従い、ブレーキアセンブリ40乃至46を選択的に作動させる。制動分配パターンは、モーター26により供給される回生制動を考慮し、それにより、所望の制動力を可能とし、同時にエネルギーが保存されるのを可能とする。
【００１６】
次に、本発明の好ましい制御手順の説明がなされる。尚、説明の便宜のために、まず、本発明とは手順の一部が異なるものの、同様の技術的思想に基づく制御の手順が参考例として、図２のフローチャート90を参照して述べられる。実施形態に係る制御の手順は後述される。すなわち図示のように、制御フロー90は、最初のステップ92を含み、そこでは、制御器48が、ブレーキ部材50やアクセル部材52（又はこれら部材50, 52に取り付けられたセンサー）からの制動要求を受け入れる。ステップ94がステップ92に続き、このステップ94において、制御器48が、部材50, 52の位置に基づいて、ドライバーにより要求又は要望される制動トルク、制動力、又は制動エネルギーの大きさを判定する。尚、代わりとなる例において、車両10は、他の制動要求部材又は制動装置アセンブリを含むものとすることが出来る。制動トルクの所望量は、制御フロー90の後のステップでの使用のために、制御器48内に一次的に記憶される。
【００１７】
ステップ95がステップ94に続き、このステップ95において、制御器48が、モーター26とバッテリー14が発生又は供給することの出来る回生制動トルクの最大値を判定する（つまり回生制動限界は、モーター26が発生することの出来るトルクの最大量と、バッテリー14がモーター26から受入れることになる電気エネルギーの最大量のうち、小さい方である）。この大きさは、バッテリー温度、モーター温度、バッテリー充電状態等、及び各種他の要素の少なくとも１つに関連したものとすることが出来る。例えば、限定するものではないが、バッテリーの現在の充電状態は、バッテリーに保持され得る既知の最大充電状態（例えば、バッテリーの製造者から得ることが出来る）と比較することが出来、この差は、バッテリー14により受入れられ得る電気エネルギーの最大量を表し得る。モーター26により供給されるトルクの最大量は、モーター26の製造者により得られ、予め制御器48に格納しておくことが出来る。これらの値は、温度などの要素と共に変化し得る。制御器48は、制御フロー90の後のステップのために、回生制動トルクを一時的に記憶する。ステップ98にはまた、ステップ96が続き、そこでは、制御器48が、先に生成（又は動的に計算）され記憶された制動力（又はトルク若しくはエネルギー）の分配特性100（図３に一例として、限定する意図ではなく、示される）に、アクセスする。
【００１８】
具体的には、上記制動力分配特性100は、例えば、要求された「停止」又は減速力の一定の目標分配又はパターンである、複数の制動特性又は値を含む。図示の制動力分配特性のグラフ102におけるそれぞれの点には、例えば符号107を付して示すフロント・アクスル16（つまりブレーキアセンブリ40, 42）への制動力値と、これに対し符号109を付して示すリヤ・アクスルへの制動力値を加えたもの（トルク、力又はエネルギーで表すことの出来る要求制動量の合計に実質的に等しい）と、が含まれる。このパターン又は特性グラフ102は、その中で一定の公知又は所定の総制動量が連続的に車両10に要求される理論的又は実験的なデータに基づき、車両10に特有な形式で生成され得る。制動要求により異なる前後のブレーキアセンブリ40, 42及び44, 46の間の制動比率が、適用（又は利用）及び検証され、単一の目標比率又は割合が、制動要求量のそれぞれについて選択される。これら選択された比率は、制御器48内に格納され、それにより特性グラフ102のような制動力分配が形成される。例えば、図示のグラフ102は、重量1500 kgで前後の重量分配が約60%と約40%である典型的な前輪駆動車両について生成されたものである。限定するものではない一例である図示のように、総要求制動力が約4500Nであるとき、前ブレーキ40, 42により約3000N、後ブレーキ44, 46により約1500Nが提供されるのが望ましい。更に、これらの比率はまた、通常の商業的に入手可能なアンチロック制動システムにより現在用いられている通常の手法により、開発することが出来る。そして、ステップ96において、制御器47は、総要求制動値を用い、制動力分配グラフ102から、生成されなければならない所望の前後制動力の大きさを決定する。制御器48が、制御フロー90の後のステップのために、これら駆動軸と従動軸の制動力分配を一時的に格納する。
【００１９】
ステップ98もステップ94に続き、このステップ98において、制御器48は、要求制動総量が回生単独で供給され得る量を越えるか否か判定する。その要求制動量がステップ96において判定された回生限界を越えるとき、ステップ98にステップ106が続く。そうでなければ、ステップ98にはステップ110が続き、そこでは、制御器48がモーター26を発電機として機能させて、電荷をバッテリー14に供給し、そしてそれで、バッテリー14と協働して要求量だけ車両10を回生制動させる。ステップ111と113とがステップ110に続き、それぞれ、ブレーキアセンブリ40, 42及び44, 46がそれぞれ不作動のままとなる（つまり、駆動軸20, 22と従動軸16の両方とも、摩擦制動ブレーキの対象ではない）。限定するものではないが、この参考例のように、ステップ111と113とを図示の如く連続的に行うようにしてもよい。ステップ113にはステップ92が続き、そこでは制御器48が追加の制動が必要か否かを判断する。手順90は、最も好ましいが限定するものではない例において、プロセッサー又は制御器48の各「制御ループ」内で完了するように、すればよい。
【００２０】
ステップ106において、制御器48は、駆動軸20, 22の所望トルク値が回生により提供される制動力を越えるか否か判定する。駆動軸のトルク目標値が、回生により与えられる値を越えるとき、ステップ106にはステップ114が続く。そうでなければ、ステップ106には、ステップ116が続き、そこでは、制御器48がモーター26に、最大量の電荷をバッテリー14へ供給させ、それにより、可能な限りの大きさの回生制動量を提供させる。ステップ116にはステップ118が続き、そこでは、ブレーキアセンブリ44, 46が実質的に不作動状態とされる（つまり、駆動軸20, 22に加えられる全ての制動は、回生制動による）、そしてステップ118にはステップ120が続き、そこではブレーキアセンブリ40, 42が作動させられる。具体的には、ブレーキアセンブリ40, 42は、制動要求量（ステップ94において判定される）と総利用可能回生制動量（ステップ95において判定される）との差に実質的に等しい一定の制動量を提供する。ステップ120にはステップ92が続く。
【００２１】
ステップ114は実質的にステップ116と同様であり、ステップ114にはステップ130が続き、そこでは、ブレーキアセンブリ44, 46が、駆動軸20, 22の目標制動量（例えば値107）と総利用可能回生制動量との差に等しい量の制動を提供する。ステップ130にはステップ132が続き、そこでは、ブレーキアセンブリ40, 42が作動させられ、そして、目標被駆動軸制動値（例えば値107）に等しい量の制動を提供する。ステップ132にはステップ92が続く。このようにして、回生制動と摩擦制動の両方が車両10において同時に用いられ、それにより、車両10は、両方の形式の制動機能の長所を合わせて得ることができる。
【００２２】
−本発明の実施の形態−
以上の参考例に対して、実施形態においては、通常のアンチロック・ブレーキ制御を用いる。この実施形態において、ステップ92, 94, 95, 96, 98, 110, 111及び113は、図２に示されるそれと実質的に同一のままである。これに対し、ステップ106, 114, 116, 118, 120, 130及び132は、ロックの閾値が検出されるまで、又は所定の制動が行なわれるまで、非駆動軸16を摩擦制動し、それにより、アンチロック・ブレーキ・システムが作動させられ、そして、通常の電子制動力分配（EBD）機能（作動）を実行するのを可能とする複数のステップにより置き換えられる。
【００２３】
本発明は、図示され上述された構造又は方法そのものに限定されるものではなく、請求項に記載の本発明の思想及び範囲から逸脱することなしに種々の変更及び改良がなされ得る、ことが理解されるはずである。制御器48は、通常の車両10に配置されて動作することが出来る通常のモーター26、ブレーキアセンブリ40乃至46及びバッテリー14と組合わせて、用いることが出来る。また、制御器48、クラッチ28、モーター26及びバッテリー14は、協働して、既存の車両10に適用することの出来る制動制御装置アセンブリを形成することが出来、そして、より具体的にはモーター26とバッテリー14が変速機アセンブリ30と協働して回生制動装置を構成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態の内容に従い作られる制動装置アセンブリを組み込んだ車両のブロック図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態の方法を協働して構成する動作ステップ（その一部は参考例のもの）のシーケンスを含むフローチャートである。
【図３】本発明の好ましい実施形態のブレーキアセンブリによって用いられる典型的な制動力分配特性のグラフである。
【符号の説明】
10 車両
14 バッテリー（回生制動装置アセンブリ）
16 従動軸（第２軸）
20, 22 駆動軸（第１軸）
26 モーター（回生制動装置アセンブリ）
30 変速機アセンブリ（回生制動装置アセンブリ）
32, 34, 36, 38 車輪
40, 42, 44, 46 ブレーキアセンブリ（摩擦制動装置アセンブリ
48 制御器

Claims

回生制動装置アセンブリと、
摩擦制動装置アセンブリと、
上記回生制動装置アセンブリ及び摩擦制動装置アセンブリに接続されていて、格納されたプログラムに従い、車両への制動要求に応じて回生制動量に対応する上記回生制動装置アセンブリへの第１信号を発生するとともに、その回生制動量に基いて摩擦制動量に対応する上記摩擦制動装置アセンブリへの第２信号を発生する、制御器と、
を備えた車両の制動装置において、
上記制御器は、上記車両への制動要求量が上記回生制動量の最大値を超えるとき、駆動輪に結合された第２対の車輪に、上記回生制動量の最大値に等しい制動トルクを加えるように、上記回生制動装置アセンブリへの第１信号を発生するとともに、従動軸に結合された第１対の車輪に、上記制動要求量と上記回生制動量の最大値との差に等しい制動トルクを加えるように、上記摩擦制動装置アセンブリへの第２信号を発生し、
上記摩擦制動装置アセンブリは、上記第２信号を受けて第１対の車輪へ上記制動トルクを加えるとともに、このときに当該車輪がロックしているか否かを検出し、該ロック状態を検出したときにはアンチロック・ブレーキ制御を開始させるとともに、上記制動トルクを上記第１対及び第２対の車輪に分配する電子制動力分配機能を実行する、ことを特徴とする車両の制動装置。
上記回生制動装置アセンブリが、モーターとエネルギー貯蔵装置とを有する、請求項１の制動装置。
上記エネルギー貯蔵装置がバッテリーを有する、請求項２の制動装置。
上記摩擦制動装置アセンブリが、制動力分配システムを包含する、請求項１〜３のいずれか１つに記載の制動装置。