JP2008253038A - 車両用回生制動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 特に低速走行時における回生効率を高めることができる車両用回生制動装置を提供する。
【解決手段】 第１モータM1および第２モータM2と、第１モータM1と第１軸１により接続された第１減速機３と、第１減速機３と第２軸２により接続された車軸７と、第２減速機４と、第２モータM2と第２軸２とが接続された「第１の状態」と、第２モータM2と第１軸１とが第２減速機４を介して接続された「第２の状態」とを切り替え可能な切り替え手段（クラッチCL1,CL2）と、車速が所定値を超える場合には「第１の状態」に切り替え、車速が所定値以下の場合には「第２の状態」に切り替えて回生制動を行うハイブリッドコントローラ１０と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、２つのモータを用いて回生制動を行う車両用回生制動装置の技術分野に属する。

従来の車両用回生制動装置としては、２つのモータをそれぞれ異なる減速比の減速機を介して車軸と接続したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１０４２１５号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、特に低速走行時に回生制動を行う場合、減速比（出力回転／入力回転）が大きい側のモータは減速比が小さい側のモータと比較して回転数がより低くなる。そして、減速比が大きい側のモータは、高速用のトルク特性を有するモータを用いているため、車軸の回転数が低くなる低速走行時には、高速走行時と比較して回生効率が著しく低下するという問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、特に低速走行時における回生効率を高めることができる車両用回生制動装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明では、
第１モータおよび第２モータと、
前記第１モータと第１軸により接続された第１減速機と、
前記第１減速機と第２軸により接続された車軸と、
第２減速機と、
前記第２モータと前記第２軸とが接続された第１の状態と、前記第２モータと前記第１軸とが前記第２減速機を介して接続された第２の状態とを切り替え可能な切り替え手段と、
車速が所定値を超える場合には前記第１の状態に切り替え、車速が前記所定値以下の場合には前記第２の状態に切り替えて回生制動を行う回生制動制御手段と、
を備えることを特徴とする。

よって、本発明では、車速が所定値以下となる低車速域では、第２の状態、すなわち第２モータが第２減速機を介して第１軸と接続された状態で回生制動が行われる。このとき、第２モータには、車軸の回転が第１減速機と第２減速機により増速して入力されるため、第２モータは高回転に維持される。
この結果、特に低速走行時における回生効率を高めることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１，２に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の車両用回生制動装置を適用した後輪の駆動系を示す概略構成図であり、実施例１の車両は、図外の前輪がエンジンで駆動され、後輪1RL,1RRが２つのモータM1,M2で駆動されるハイブリッド４輪駆動車である。

第１モータM1の出力軸は、第１シャフト１に接続されている。第１軸１は、第１減速機３を介して第２軸２と接続されている。第１減速機３は、第１軸１側に設けられた小径歯車３ａと、第２軸２側に設けられた大径歯車３ｂとからなる減速歯車で構成されている。

第２軸２は、小径歯車５ａと大径歯車５ｂとからなる減速歯車５を介してディファレンシャルギア６に接続されている。ディファレンシャルギア６の出力側は、後輪1RL,1RRが連結された車軸７に接続されている。

第２モータM2の出力軸８には、減速歯車である第２減速機４の小径歯車４ａが設けられている。この小径歯車４ａは、第３軸９に設けられた第２減速機４の大径歯車４ｂと連結されている。

第１軸１と第３軸９との間には、第１軸１と第３軸とを断接する第１クラッチCL1が設けられている。また、第２軸２と出力軸８との間には、第２軸２と出力軸８とを断接する第２クラッチCL2が設けられている。

第１クラッチCL1および第２クラッチCL2は、第２モータM2と第２軸２とが接続された「第１の状態」と、第２モータM2と第１軸１とが第２減速機４を介して接続された「第２の状態」とを切り替え可能な切り替え手段である。
第１軸１、第２軸２、車軸７は、それぞれ平行に配置されている。第３軸９は第１軸１と同軸上に配置され、出力軸８は第２軸２と同軸上に配置されている。

実施例１では、第１モータM1に低速用のトルク特性を有するモータを用い、第２モータM2に高速用のトルク特性を有するモータを用いている。低速用のトルク特性を有するモータは、トルクピーク値が低回転側にあるモータであって、回生時の回生効率も低回転側が高くなる特性を有している。また、高速用のトルク特性を有するモータは、トルクピーク値が高回転側にあるモータであって、回生時の回生効率も高回転側が高くなる特性を有している。

ハイブリッドコントローラ（回生制動制御手段）１０は、ドライバーの駆動力要求および制動力要求に応じて各モータM1，M2の駆動トルク指令または回生トルク指令を演算する。モータコントローラ１１では、各モータM1，M2の駆動電流または回生電流が指令値と一致するようにインバータ１２を駆動し、図外のバッテリから電力を供給またはバッテリへ電力を回生する。

また、ハイブリッドコントローラ１０は、車速に応じて両クラッチCL1,CL2の締結開放を制御する。ハイブリッドコントローラ１０は、車速が所定値を超える高速走行時には、第１クラッチCL1を開放（OFF）し、第２クラッチCL2を締結（ON）する「第１の状態」とする。また、車速が所定値以下である低中速走行時には、第１クラッチCL1をONし、第２クラッチCL2をOFFする「第２の状態」とする。

なお、「第１の状態」と「第２の状態」は、スイッチ１３の操作によりドライバー自らが選択可能であるが、ハイブリッドコントローラ１０は、各モータM1,M2および走行状態等に応じて２つの状態を切り替える。

以下、説明の簡単のために、第１モータM1をモータ１、第２モータM2をモータ２、第１軸１を軸１、第２軸２を軸２、第３軸を軸３、第１クラッチCL1をクラッチ１、第２クラッチCL2をクラッチ２、「第１の状態を」を状態１、「第２の状態」を状態２とする。

［状態切り替え制御処理］
図２は、ハイブリッドコントローラ１０で実行される状態切り替え制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。

ステップS1では、ドライバーのブレーキ操作量等に基づいてドライバー要求制動トルクを算出し、ステップS2へ移行する。

ステップS2では、ステップS1で算出した要求制動トルクとモータ１，モータ２の出力可能なトルク上限値とに基づいて、回生制動トルクを算出し、ステップS3へ移行する。

ステップS3では、車速から図３のマップを参照し、回生制動トルクに対するモータ１の分担割合であるモータ１の配分比を決定してステップS4へ移行する。図３は、車速−モータ配分比マップであり、モータ１の配分比は、車速が高くなるほど小さな値となるように設定されている。

ステップS4では、ステップS3で決定したモータ１の配分比から、モータ２の配分比を決定し、ステップS5へ移行する。

ステップS5では、モータ２の回転数が上限値に近い閾値以下であるか否かを判定する。YESの場合にはステップS6へ移行し、NOの場合にはステップS9へ移行する。

ステップS6では、ステップS1で算出した要求制動トルクが閾値以下であるか否かを判定する。YESの場合にはステップS7へ移行し、NOの場合にはステップS10へ移行する。

ステップS7では、スイッチ１３からの信号により、ドライバーが「状態２」を選択しているか否かを判定する。YESの場合にはステップS10へ移行し、NOの場合にはステップS8へ移行する。

ステップS8では、車速が所定値以下であるか否かを判定する。YESの場合にはステップS10へ移行し、NOの場合にはステップS9へ移行する。ここで、「所定値」とは、車速がこの値を超える場合には、高車速域と判定できる閾値であって、例えば、60km/hとする。

ステップS9では、「状態１」を選択する。すなわち、図４に示すように、クラッチ１を開放してクラッチ２を締結し、リターンへ移行する。ここで、「状態２」から「状態１」へと遷移する場合、回転を同期させるために、クラッチ１を開放した後、クラッチ２を滑らせ、モータ２の回転が軸１の回転に一致したとき、クラッチ２を完全締結させる。

ステップS10では、「状態２」を選択する。すなわち、図４に示すように、クラッチ１を締結してクラッチ２を開放し、リターンへ移行する。ここで、「状態１」から「状態２」へと遷移する場合、回転を同期させるために、クラッチ２を開放した後、クラッチ１を滑らせ、モータ２の回転が軸２の回転に一致したとき、クラッチ１を完全締結させる。

次に、実施例１の車両用回生制動装置の動作について説明する。
回生制動時、車速が所定値を超える高車速域では、図２のフローチャートにおいて、ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS4→ステップS5→ステップS6→ステップS7→ステップS8→ステップS9へと進む流れとなり、クラッチ１をOFF、クラッチ２をONする「状態１」が選択される。これにより、モータ１には、減速歯車５と第１減速機３を介して車軸７の回転が入力される。また、モータ２には、減速歯車５を介して車軸７の回転が入力される。

ここで、モータ１は低速用のトルク特性を有し、モータ２は高速用のトルク特性を有するため、車軸７が高回転となる高車速域では、モータ１，モータ２により十分な回生効率を確保することができる。

回生制動時、車速が所定値以下となる低中車速域では、ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS4→ステップS5→ステップS6→ステップS7→ステップS8→ステップS10へと進む流れとなり、クラッチ１をON、クラッチ２をOFFする「状態２」が選択される。これにより、モータ１には、減速歯車５と第１減速機３を介して車軸７の回転が入力される。また、モータ２には、減速歯車５と第１減速機３と第２減速機４とを介して車軸７の回転が入力される。

つまり、「状態２」では、「状態１」の場合と比較して、車軸７の回転数を第１減速機３と第２減速機４の減速比分だけ増大させてモータ２を回転させることが可能となる。よって、車軸７が低回転となる低中車速域であっても、高速用のトルク特性を有するモータ２の回生効率が十分に高められる。よって、全体の制動力（回生制動力＋摩擦制動力）に占めるモータの分担を増加でき、特に低中車速域で悪路走行を行う４輪駆動車において、低中車速域における回生性能の向上を図ることができる。

ここで、「状態２」を選択して回生制動を行う場合、モータ２には第１減速機３および第２減速機４により増速された車軸７の回転が入力されるため、その回転数は低車速域であってもベアリングやモータの特性に起因する回転数の上限に達し得る。これに対し、実施例１では、回転上限に至るまでの車速に「状態２」の制御範囲を制限するための回転数閾値を設定し、これを超えた場合、ステップS5→ステップS9へと進み、「状態１」を選択してモータ２の保護を行う（図５参照）。

また、実施例１では、ドライバーのスイッチ操作により「状態１」と「状態２」を選択可能とし、ドライバーが「状態２」を選択している場合には、ステップS7→ステップS10へと進み、車速にかかわらずドライバーの選択を優先する。一方、ドライバーが「状態１」を選択している場合であっても、要求制動トルクが所定値を超える場合には、ステップS6→ステップS10へと進んで「状態２」へ切り替える。

すなわち、ドライバーが「状態２」を選択している場合には、ドライバーがより大きな制動力を要求している場合であるため、この場合には、車速にかかわらず「状態２」を維持することにより、ドライバーの要求する制動力に応じた回生制動トルクを出力することができる。また、ドライバーが「状態１」を選択して走行している場合であっても、要求制動トルクが所定値を超えた場合には、「状態２」へ移行することで、ドライバーの要求する制動力に応じた回生制動トルクを出力することができる。

図６は、実施例１の回生制動効果を示すタイムチャートであり、車速が所定値を超える高車速域、クラッチ１はOFF、クラッチ２はONで「状態１」が選択された状態を前提としている。

時点t1では、ドライバーがブレーキの踏み込みを開始したため、ドライバー要求制動トルクに応じて回生制動トルクの指令値が立ち上がる。

時点t2では、ドライバーの要求制動トルクが閾値を超えたため、「状態１」から「状態２」へと移行するために、クラッチ２をOFFすると共に、クラッチ１を滑らせてモータ２の回転数を上昇させる。

時点t3では、モータ２と軸１の回転数が同期したため、クラッチ１をON（完全締結）して「状態２」へと移行する。これにより、車軸７の回転は、モータ２は第１減速機３と第２減速機４の減速比より増速されてモータ２へ入力されるため、全体の制動力（回生制動力＋摩擦制動力）に占めるモータの分担を増加でき、応答性の向上を図ることができると共に、回生効率が高められる。

時点t4では、モータ２の回転数が閾値に到達したため、「状態２」から「状態１」へ移行するために、クラッチ１をOFFすると共に、クラッチ２を滑らせてモータ２の回転数を低下させる。

時点t5では、モータ２と軸２の回転数が同期したため、クラッチ２をON（完全締結）して「状態１」へと移行する。これにより、モータ２の過回転を確実に回避することができる。

時点t6では、ドライバーがブレーキの踏み込みを弱め、時点t7では、ドライバーの要求制動トルクが閾値以下となり、かつ車速が所定値を下回ったため、「状態１」から「状態２」へ移行するために、時点t2と同様、クラッチ２をOFFし、クラッチ１を滑らせてモータ２の回転数を上昇させる。時点t7では、時点t3と同様、クラッチ１をONして「状態２」へと移行する。

最後に、実施例１の車両用回生制動装置の効果を以下に列挙する。
(1) 第１モータM1および第２モータM2と、第１モータM1と第１軸１により接続された第１減速機３と、第１減速機３と第２軸２により接続された車軸７と、第２減速機４と、第２モータM2と第２軸２とが接続された「第１の状態」と、第２モータM2と第１軸１とが第２減速機４を介して接続された「第２の状態」とを切り替え可能な切り替え手段（クラッチCL1,CL2）と、車速が所定値を超える場合には「第１の状態」に切り替え、車速が所定値以下の場合には「第２の状態」に切り替えて回生制動を行うハイブリッドコントローラ１０と、を備える。これにより、特に低速走行時における回生効率を高めることができる。

(2) ハイブリッドコントローラ１０は、運転者の制動要求が閾値を超えたときには、「第２の状態」で回生制動を行うため、ドライバーの要求制動に応じた回生制動トルクを出力することができる。

(3) ハイブリッドコントローラ１０は、第２モータM2の回転数が上限値に近い閾値を超えたときには、「第１の状態」で回生制動を行うため、第２モータM2の回転数が上限値に達することで生じる不具合を確実に回避することができる。

(4) 運転者が「第１の状態」と「第２の状態」の一方を選択するスイッチ１３を設け、ハイブリッドコントローラ１０は、運転者が「第２の状態」を選択している場合には、車速が所定値を超えている場合であっても「第２の状態」を維持し、運転者が「第１の状態」を選択している場合であって運転者の制動要求が閾値を超えた場合には、「第２の状態」へ切り替える。これにより、ドライバーの要求する制動力に応じた回生制動トルクを出力することができる。また、「状態１」を維持する場合と比較して、回生効率をより高めることができる。

実施例２は、バッテリ容量を加味して「状態１」と「状態２」を切り替える例である。なお、駆動系の構成については、図１に示した実施例１の構成と同一であるため、図示ならびに説明を省略する。

実施例２では、バッテリ容量が上限値に近い閾値に近づいた場合、モータ１とモータ２のうち、トルクに対する電流変換効率がより低い方のモータのみで回生制動を行う。その後、バッテリ容量が閾値を超えた場合には、ドライバーの要求制動トルクに対する回生制動トルクの比率を減少させる。すなわち、摩擦制動トルクを徐々に大きくして行き、バッテリが満充電に達した場合、摩擦制動のみで制動を行う。

次に、作用を説明する。
回生においてバッテリ充電状態が高い状態から回生を始めた場合、または長い下り坂などで連続的に回生制動を行う場合などは、バッテリが満充電となるのに備えて、回生量を徐々に低減させ、摩擦ブレーキでの制動に移行する必要があるが、これによりブレーキのパッド摩耗が増える場合がある。

これに対し、実施例２では、満充電が予想される充電量を超えた際はモータ１とモータ２のトルク−電流で規定される回生効率を、モータ回転数、モータトルクに対しあらかじめ測定されたマップ等を用いて推定し、効率が低い側のモータのみで回生制動を行う。これにより、トルクを維持したまま回生量を低減することで、満充電となる時間、すなわち摩擦ブレーキのみによる制動に切り替えるまでの時間を遅らせることができる。この結果、ブレーキパッドの摩耗を低減することができる。

最後に、実施例２の車両用回生制動装置の効果を以下に列挙する。
(5) ハイブリッドコントローラ１０は、バッテリ容量が上限値に近い閾値に近づいた場合、第１モータM1と第２モータM2のうち、トルクに対する電流変換効率がより低い方のモータのみで回生制動を行う。これにより、モータによる制動期間を多く取れるため、ブレーキパッドの発熱、摩耗を抑制でき、耐久性の向上を図ることができる。

(6) ハイブリッドコントローラ１０は、バッテリ容量が閾値を超えた場合、運転者の要求制動トルクに対する回生制動トルクの比率を減少させるため、回生制動を継続しつつ、バッテリが満充電となるまでの時間を稼ぐことができる。

（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１，２に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例１，２に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

例えば、実施例１では、第１モータに低速用のトルク特性を有するモータを用い、第２モータに高速用のトルク特性を有するモータを用いた例を示したが、トルク特性が同一のモータを用いた場合であっても、低車速域から高車速域までの回生効率を高めることができる。

実施例１の車両用回生制動装置を適用した後輪の駆動系を示す概略構成図である。 ハイブリッドコントローラ１０で実行される状態切り替え制御処理の流れを示すフローチャートである。 第１モータの車速−モータ配分比マップである。 状態１と状態２におけるクラッチ締結表である。 車速に応じたモータトルク特性図である。 実施例１の回生制動効果を示すタイムチャートである。

符号の説明

M1 第１モータ
M2 第２モータ
CL1 第１クラッチ
CL2 第２クラッチ
1RL 左後輪
1RR 右後輪
１ 第１軸
２ 第２軸
３ 第１減速機
４ 第２減速機
５ 減速歯車
６ ディファレンシャルギア
７ 車軸
８ 出力軸
９ 第３軸
１０ ハイブリッドコントローラ
１１ モータコントローラ
１２ インバータ
１３ スイッチ

Claims (6)

1. 第１モータおよび第２モータと、
   前記第１モータと第１軸により接続された第１減速機と、
   前記第１減速機と第２軸により接続された車軸と、
   第２減速機と、
   前記第２モータと前記第２軸とが接続された第１の状態と、前記第２モータと前記第１軸とが前記第２減速機を介して接続された第２の状態とを切り替え可能な切り替え手段と、
   車速が所定値を超える場合には前記第１の状態に切り替え、車速が前記所定値以下の場合には前記第２の状態に切り替えて回生制動を行う回生制動制御手段と、
   を備えることを特徴とする車両用回生制動装置。
2. 請求項１に記載の車両用回生制動装置において、
   前記回生制動制御手段は、運転者の制動要求が所定値を超えたときには、前記第２の状態で回生制動を行うことを特徴とする車両用回生制動装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の車両用回生制動装置において、
   前記回生制動制御手段は、前記第２モータの回転数が上限値に近い閾値を超えたときには、前記第１の状態で回生制動を行うことを特徴とする車両用回生制動装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用回生制動装置において、
   前記回生制動制御手段は、バッテリ容量が上限値に近い閾値に近づいた場合、第１モータと第２モータのうち、トルクに対する電流変換効率がより低い方のモータのみで回生制動を行うことを特徴とする車両用回生制動装置。
5. 請求項４に記載の車両用回生制動装置において、
   前記回生制動制御手段は、バッテリ容量が前記閾値を超えた場合、運転者の要求制動トルクに対する回生制動トルクの比率を減少させることを特徴とする車両用回生制動装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の車両用回生制動装置において、
   運転者が前記第１の状態と前記第２の状態の一方を選択するスイッチを設け、
   前記回生制動制御手段は、運転者が第２の状態を選択している場合には、車速が前記所定値を超えている場合であっても第２の状態を維持し、運転者が第１の状態を選択している場合であって運転者の制動要求が前記所定値を超えた場合には、第２の状態へ切り替えることを特徴とする車両用回生制動装置。

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