JP2015100149A - アンチロックブレーキ制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 車輪をモータで駆動する車両において、各車輪を制動する摩擦ブレーキに追加のアクチュエータを必要とせず、安価に車輪のロックを抑制またはロック傾向を低減することができるアンチロックブレーキ制御装置を提供する。
【解決手段】 アンチロックブレーキ制御装置１は、車輪を駆動するモータ３と、モータ３の回転を車輪に伝達すると共に回転支持する車輪用軸受と、各車輪に設けられるブレーキロータに押圧部材を押し付けて摩擦力により各車輪を制動する摩擦ブレーキとを備える。車輪のスリップ率を監視するスリップ率監視手段２１と、スリップ率監視手段２１で監視されるスリップ率が目標スリップ率を超えたとき、モータ３のトルク指令値に駆動方向のトルクを付加する駆動トルク付加手段２２とを有し、前記摩擦ブレーキを操作しない。
【選択図】 図３

Description

この発明は、車両制動時に車輪がロックするのを防止するアンチロックブレーキ制御装置に関し、特に、摩擦ブレーキを備えたインホイールモータ駆動方式の車両のアンチロックブレーキ制御装置に関する。
従来より、車両制動時に車輪がロックするのを防止するアンチロックブレーキ制御装置として、油圧式の摩擦ブレーキにおいて液圧調整手段を備え、スリップ率が目標スリップ率となるよう液圧を調整する制御装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
また、近年、電気自動車の一形態として、車輪のホイールにモータを組み込み、車輪をモータで直接駆動する、いわゆるインホイールモータ方式の車両が開発されている。このインホイールモータ方式の車両は、各車輪に付与する駆動トルクもしくは制動トルクを個別に制御できるという特徴を持つ。機械式ブレーキとインホイールモータの電気式ブレーキとを協働させてアンチロックブレーキ制御を行う制御装置が提案されている（例えば、特許文献２）。
特開平９−３２８０６３号公報 特許第３９７２５３５号公報
前記液圧調整手段を備えたアンチロックブレーキ制御装置は、摩擦ブレーキのブレーキ液圧を調整するためのオン・オフ作動電磁弁またはリニアソレノイド等のアクチュエータが必要であり、コストがかかる。
前記機械式ブレーキとインホイールモータの電気式ブレーキとを協働させてアンチロックブレーキ制御を行う制御装置では、機械式ブレーキを運転者のブレーキ指令（ブレーキペダル踏力）とは別に制御するためにはアクチュエータが必要となり、やはりコストがかかる。
この発明の目的は、車輪をモータで駆動する車両において、各車輪を制動する摩擦ブレーキに追加のアクチュエータを必要とせず、安価に車輪のロックを抑制またはロック傾向を低減することができるアンチロックブレーキ制御装置を提供することである。
この発明のアンチロックブレーキ制御装置１は、車輪２を駆動するモータ３と、このモータ３の回転を前記車輪２に伝達すると共に回転支持する車輪用軸受５と、各車輪２に設けられるブレーキロータ８に押圧部材９を押し付けて摩擦力により前記各車輪２を制動する摩擦ブレーキ７とを備えた車両におけるアンチロックブレーキ制御装置であって、
前記車輪２のスリップ率を監視するスリップ率監視手段２１と、
このスリップ率監視手段２１で監視されるスリップ率が、設定された目標スリップ率を超えたとき、前記モータ３のトルク指令値に駆動方向のトルクを付加する駆動トルク付加手段２２と、
を有し、前記摩擦ブレーキ７を操作しないことを特徴とする。
前記「目標スリップ率」は、例えば、路面との摩擦係数が最大となるスリップ率が適用される。前記「車輪２を駆動するモータ３」とは、各車輪とモータがそれぞれ一対一で連結されたもであればよく、所謂ワンモータタイプは含まないものである。
この構成によると、摩擦ブレーキ７は、各車輪２に設けられるブレーキロータ８に押圧部材９を押し付けて摩擦力により各車輪２を制動する。車輪２のスリップ率は時々刻々と変化するが、スリップ率監視手段２１は、例えば常時、車輪２のスリップ率を監視する。駆動トルク付加手段２２は、この監視されるスリップ率が目標スリップ率を越えたとき、モータ３のトルク指令値に正のトルクつまり駆動方向のトルクを付加することにより、車輪２のロックを抑制する。
前記駆動方向のトルクを付加するとき、このアンチロックブレーキ制御装置１は摩擦ブレーキ７を液圧調整手段等により操作しないため、摩擦ブレーキ７に追加のアクチュエータ等を必要とせず、例えば、制御プログラム等を書き換えるだけで、安価に車輪２のロックを抑制、またはロック傾向を低減することが可能となる。
前記駆動トルク付加手段２２は、前記監視されたスリップ率および前記目標スリップ率の偏差に基づくＰＩＤ制御によって、付加するトルクを定めるものとしても良い。この場合、アンチロックブレーキ制御装置１は、例えば、上位制御手段１１からのトルク指令値にＰＩＤ演算値を足して、モータトルクを算出する。前記上位制御手段１１からのトルク指令値が負の場合、すなわち回生ブレーキをかけている場合は、この回生ブレーキを緩めることになる。前記上位制御手段１１からのトルク指令値が零の場合、駆動トルクを発生する。これにより、車輪２のロックを抑制、またはロック傾向を低減することができる。
なお、摩擦ブレーキ７は、このアンチロックブレーキ制御装置１とは独立してブレーキペダル１４の踏込量等に従って制御される。
前記車両の前後の加速度を検出する加速度センサ１９を設け、前記駆動トルク付加手段２２は、前記偏差に基づく前記ＰＩＤ制御に用いる微分値を算出するとき、車速の微分値でなく、前記加速度センサ１９で検出される加速度を用いても良い。このように加速度センサ１９で検出される加速度を用いて前記偏差の微分値を算出しているため、車速信号のノイズが大きい場合にその影響を低減することができる。
路面の摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段２０を設け、前記駆動トルク付加手段２２は、前記路面摩擦係数推定手段２０で推定される路面の摩擦係数が、設定された路面摩擦係数よりも小さいとき、比例ゲインおよび積分ゲインを定められた各ゲインよりも低下させても良い。
前記「設定された路面摩擦係数」は、試験やシミュレーション等により定められる。
路面摩擦係数の大きい路面では、比例ゲインおよび積分ゲインを大きくとることにより応答性を高め、路面摩擦係数の小さい路面（低μ路）では、比例ゲインおよび積分ゲインを定められた各ゲインよりも低下させることで、制御の安定性を確保することができる。インホイールモータのトルクによる制駆動力は、例えば、油圧式の摩擦ブレーキの液圧調整手段による制動力より制御性に優れ応答が速い。そのため、制御ゲインを大きくすることができ、制御精度が向上する。低μ路では、ゲインが大きいと不安定になる場合があるため、ゲインを小さくすることで、制御の安定性を確保することができる。
前記スリップ率監視手段２１は、前記車輪２の速度ω、車速Ｖ、および前記車輪２の半径ｒから、次式λ＝（Ｖ−ｒω）／Ｖに従って前記車輪２のスリップ率λを監視するものであり、前記モータ３の制御用とは別のローパスフィルタ２５で、且つ、定められた周波数よりもカットオフ周波数の高いフィルタを用いて前記車輪の速度ωを得るものとしても良い。
前記「定められた周波数」は、試験やシミュレーション等により設定される。
この場合、車輪２の速度ωの計測、算出において、モータ３の制御用とは別のローパスフィルタ２５のカットオフ周波数の高いフィルタを用いることで、前記ローパスフィルタ２５を用いずに車輪速ωを得るよりも、応答遅れを小さくすることができる。アンチロックブレーキ制御中は応答遅れを小さくし、スリップ率制御の精度を向上させることができる。
運転者の操作により、前記各ブレーキロータ８に前記押圧部材９をそれぞれ押し付けて前記摩擦ブレーキ７を制動動作させた状態で、前記駆動トルク付加手段２２により前記モータ３のトルク指令値に駆動方向のトルクを付加するものとしても良い。
この発明のアンチロックブレーキ制御装置は、車輪を駆動するモータと、このモータの回転を前記車輪に伝達すると共に回転支持する車輪用軸受と、各車輪に設けられるブレーキロータに押圧部材を押し付けて摩擦力により前記各車輪を制動する摩擦ブレーキとを備えた車両におけるアンチロックブレーキ制御装置であって、前記車輪のスリップ率を監視するスリップ率監視手段と、このスリップ率監視手段で監視されるスリップ率が、設定された目標スリップ率を超えたとき、前記モータのトルク指令値に駆動方向のトルクを付加する駆動トルク付加手段とを有し、前記摩擦ブレーキを操作しないため、車輪をモータで駆動する車両において、各車輪を制動する摩擦ブレーキに追加のアクチュエータを必要とせず、安価に車輪のロックを抑制またはロック傾向を低減することができる。
この発明の第１の実施形態に係るアンチロックブレーキ制御装置のシステム構成を概略示す図である。 同アンチロックブレーキ制御装置を搭載する車両におけるインホイールモータ駆動装置の正面図と制御系のブロック図とを組み合わせた図である。 同アンチロックブレーキ制御装置の制御系の要部のブロック図である。 この発明の他の実施形態に係るアンチロックブレーキ制御装置の制御系の要部のブロック図である。 この発明のさらに他の実施形態のアンチロックブレーキ制御装置のシステム構成を概略示す図である。
この発明の第１の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。
図１は、この発明の第１の実施形態に係るアンチロックブレーキ制御装置のシステム構成を概略示す図である。同図１には、アンチロックブレーキ制御装置１を４輪駆動車に搭載した例を示す。この４輪駆動車である車両は、車体前後の左右の車輪２，２がそれぞれ駆動輪とされ、各車輪２，２は独立の走行用のモータ３，３により駆動される。
図２に示すように、モータ３の回転は、減速機４および車輪用軸受５を介して車輪２に伝達される。これらモータ３、減速機４、および車輪用軸受５は、互いに一つの組立部品であるインホイールモータ駆動装置６を構成している。また前輪となる車輪２は操舵輪とされている。各車輪２には、電動式または機械式の摩擦ブレーキ７がそれぞれ設けられている。この摩擦ブレーキ７は、各車輪２に設けられるブレーキロータ８に、押圧部材であるブレーキパッド９を押し付けて摩擦力により前記各車輪２を制動する。
制御系を説明する。図１に示すように、車体１０には、上位ＥＣＵ１１と、アンチロックブレーキ制御装置１と、インバータ装置１２とが搭載されている。上位ＥＣＵ１１は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、並びに各種の電子回路等で構成される。アンチロックブレーキ制御装置１、および、インバータ装置１２における弱電系も、コンピュータとこれに実行されるプログラム、および電子回路により構成される。
図２は、このアンチロックブレーキ制御装置を搭載する車両におけるインホイールモータ駆動装置６の正面図と制御系のブロック図とを組み合わせた図である。上位ＥＣＵ１１は、自動車全般の統括制御，協調制御を行う上位の電気制御ユニットである。上位ＥＣＵ１１はトルク配分手段１１ａを有し、このトルク配分手段１１ａは、アクセルペダル１３のストローク量と、ブレーキペダル１４の踏力等から、各モータ３に与える加速・減速指令を駆動または制動トルク指令値として生成し、アンチロックブレーキ制御装置１のコントローラ１５へ出力する。制動トルクは負の値となる。
インバータ装置１２は、各モータ３に対して設けられた電力変換回路であるパワー回路部１６と、このパワー回路部１６を制御するモータコントロール部１７とを有する。パワー回路部１６は、バッテリ２６の直流電力をモータ３の駆動に用いる３相の交流電力に変換するインバータ１６ａと、このインバータ１６ａを制御するＰＷＭドライバ１６ｂとを有する。
モータ３は、３相の同期モータ、例えばＩＰＭ型（埋込磁石型）同期モータ等からなる。インバータ１６ａは、複数の半導体スイッチング素子であるで構成され、ＰＷＭドライバ１６ｂは、入力された電流指令をパルス幅変調し、前記各半導体スイッチング素子にオンオフ指令を与える。
アンチロックブレーキ制御手段１は、コントローラ１５と、車速検出手段１８と、加速度センサ１９と、路面摩擦係数推定手段２０とを有する。
図３は、このアンチロックブレーキ制御装置の制御系の要部のブロック図である。コントローラ１５は、スリップ率監視手段２１と、駆動トルク付加手段２２と、路面摩擦係数推定手段２０と、モータ出力制限手段２３とを有する。スリップ率監視手段２１は、車輪のスリップ率を監視する手段であり、車輪の速度ω、車速Ｖ、および車輪の半径ｒから、次式（１）により前記車輪のスリップ率λを算出する。
λ＝（Ｖ−ｒω）／Ｖ …（１）
モータ３には、モータ回転速度を検出する車輪速センサ２４が内蔵されている。この車輪速センサ２４で常時検出されるモータ回転速度から、演算により車輪の速度ωが得られる。車速検出手段１８は車速Ｖを検出する。これら車輪速ω、車速Ｖ、および前記半径ｒから車輪のスリップ率λが算出される。運転者のブレーキペダルの操作により、各ブレーキロータにブレーキパッドをそれぞれ押し付けて摩擦ブレーキを制動動作させた状態で、駆動トルク付加手段２２によりモータ３のトルク指令値に駆動方向のトルクを付加する。
この駆動トルク付加手段２２は、スリップ率監視手段２１で監視されるスリップ率λが、設定された目標スリップ率λｔを越えたとき、モータ３のトルク指令値（図３にて「ＩＷＭトルク指令値」と表記）に駆動方向のトルクを付加する。すなわち駆動トルク付加手段２２は制御器（ＰＩＤ）２２ａを有し、この制御器２２ａは、次式に従って、スリップ率λおよび目標スリップ率λｔの偏差Δλに基づくＰＩＤ演算を行い、ＰＩＤ演算値ＫＰＩＤを得る。
Figure 2015100149
 ここで、ＫＰ，ＫＩ，ＫＤは、それぞれ比例演算，積分演算，微分演算のゲイン定数である。このＰＩＤ演算値は、零もしくは正の値（駆動トルク）となる。コントローラ１５は、上位ＥＣＵ１１からのＩＷＭトルク指令値にＰＩＤ演算値を足して、モータトルク（図３にて「ＩＷＭトルク」と表記）を算出する。但し、モータ出力制限手段２３は、前記算出されたＩＷＭトルクが車輪速ωに対して定められたトルクよりも大きいとき、モータ出力を制限する。
上位ＥＣＵ１１からのＩＷＭトルク指令値が負の場合、すなわち回生ブレーキをかけている場合は、この回生ブレーキを緩めることになる。上位ＥＣＵ１１からのＩＷＭトルク指令値が零の場合、駆動トルクを発生する。これにより、車輪のロックを抑制、またはロック傾向を低減し得る。
制御器２２ａは、スリップ率および目標スリップ率の偏差に基づくＰＩＤ演算において、偏差の微分値を算出する際、車速の微分値でなく、加速度センサ１９で検出される加速度を用いる。偏差の微分値は次式で表される。
Figure 2015100149
上式中で車速の微分に相当するＶ（ｎ−１）−Ｖ（ｎ）において、車速値の差分ではなく加速度センサ１９の値を用いる。これにより、車速信号のノイズが大きい場合にそのノイズの影響を低減し得る。また制御器２２ａは、路面摩擦係数推定手段２０で推定される路面の摩擦係数が、設定された路面摩擦係数よりも小さいとき、比例ゲインＫＰおよび積分ゲインＫＩを、定められた各ゲインよりも低下させる。これにより、制御の安定性を確保することができる。低μ路では、ゲインが大きいと不安定になる場合があるため、前記のように比例ゲインＫＰおよび積分ゲインＫＩを小さくすることで、制御の安定性を確保することができる。
インホイールモータ駆動装置６のトルクによる制駆動力は、例えば、油圧式の摩擦ブレーキの液圧調整手段による制動力より制御性に優れ応答が速い。そのため、制御器２２ａは、路面摩擦係数の大きい路面では、比例ゲインＫＰおよび積分ゲインＫＩを、定められた各ゲインよりも大きくとることにより応答性を高めることができる。
以上説明したアンチロックブレーキ制御装置１によると、摩擦ブレーキ７は、各車輪２に設けられるブレーキロータ８にブレーキパッド９を押し付けて摩擦力により各車輪２を制動する。車輪２のスリップ率は時々刻々と変化するが、スリップ率監視手段２１は、常時、車輪２のスリップ率を監視する。駆動トルク付加手段２２は、この監視されるスリップ率が目標スリップ率を越えたとき、モータ３のトルク指令値に正のトルクつまり駆動方向のトルクを付加することにより、車輪２のロックを抑制する。
前記駆動方向のトルクを付加するとき、このアンチロックブレーキ制御装置１は摩擦ブレーキ７を液圧調整手段等により操作しないため、摩擦ブレーキ７に追加のアクチュエータ等を必要とせず、例えば、制御プログラム等を書き換えるだけで、安価に車輪２のロックを抑制、またはロック傾向を低減することが可能となる。
他の実施形態について説明する。
以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
図４に示すように、スリップ率監視手段２１は、前記車輪速ωの計測・算出において、モータ制御用とは別のローパスフィルタ２５で、且つ、定められた周波数よりもカットオフ周波数の高いフィルタを用いて前記車輪速ωを得ても良い。このように、モータ３の制御用とは別のローパスフィルタ２５のカットオフ周波数の高いフィルタを用いて車輪速ωを得ることで、前記ローパスフィルタ２５を用いずに車輪速ωを得るよりも、応答遅れを小さくすることができる。アンチロックブレーキ制御中は応答遅れを小さくし、スリップ率制御の精度を向上させることができる。
第１の実施形態では、アンチロックブレーキ制御装置１を４輪駆動車に搭載した例を示したが、この例に限定されるものではない。例えば、図５に示すように、左右の後輪２，２で駆動する２輪駆動車にアンチロックブレーキ制御装置１を搭載しても良い。また左右の前輪２，２で駆動する前輪駆動車にアンチロックブレーキ制御装置１を搭載しても良い。
電動アクチュエータによりブレーキパッドをブレーキロータに押し付ける電動式の摩擦ブレーキを備えた車両において、スリップ率監視手段で監視されるスリップ率が目標スリップ率を越えたとき、ＩＷＭトルク指令値に駆動方向のトルクを付加すると共に、前記電動アクチュエータによりブレーキパッドの弛め動作を行う協調制御を行っても良い。
この場合も、摩擦ブレーキに追加のアクチュエータを必要とせずに、安価に車輪２のロックを抑制することができる。
この発明の実施形態のインホイールモータユニット６においては、減速機はサイクロイド式の減速機、遊星減速機、２軸並行減速機、その他の減速機を適用可能であり、また、減速機を採用しない、所謂ダイレクトモータタイプであってもよい。なお、アンチロックブレーキ制御装置１を搭載する車両は、上記説明ではインホイールモータユニット６により説明したが、所謂オンボードタイプで各車輪とドライブシャフトとモータがそれぞれ一対一で連結されたものでもよいし、インホイールモータユニット６と内燃機関とを併用したハイブリッドカー等をも含むものとして理解すべきである。
１…アンチロックブレーキ制御装置
２…車輪
３…モータ
５…車輪用軸受
８…ブレーキロータ
９…ブレーキパッド（押圧部材）
７…摩擦ブレーキ
１９…加速度センサ
２０…路面摩擦係数推定手段
２１…スリップ率監視手段
２２…駆動トルク付加手段
２５…ローパスフィルタ

Claims (6)

  1. 車輪を駆動するモータと、このモータの回転を前記車輪に伝達すると共に回転支持する車輪用軸受と、各車輪に設けられるブレーキロータに押圧部材を押し付けて摩擦力により前記各車輪を制動する摩擦ブレーキとを備えた車両におけるアンチロックブレーキ制御装置であって、
    前記車輪のスリップ率を監視するスリップ率監視手段と、
    このスリップ率監視手段で監視されるスリップ率が、設定された目標スリップ率を超えたとき、前記モータのトルク指令値に駆動方向のトルクを付加する駆動トルク付加手段と、
    を有し、前記摩擦ブレーキを操作しないことを特徴とするアンチロックブレーキ制御装置。
  2. 請求項１記載のアンチロックブレーキ制御装置において、前記駆動トルク付加手段は、前記監視されたスリップ率および前記目標スリップ率の偏差に基づくＰＩＤ制御によって、付加するトルクを定めるアンチロックブレーキ制御装置。
  3. 請求項２記載のアンチロックブレーキ制御装置において、前記車両の前後の加速度を検出する加速度センサを設け、前記駆動トルク付加手段は、前記偏差に基づく前記ＰＩＤ制御に用いる微分値を算出するとき、車速の微分値でなく、前記加速度センサで検出される加速度を用いるアンチロックブレーキ制御装置。
  4. 請求項２または請求項３記載のアンチロックブレーキ制御装置において、路面の摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段を設け、前記駆動トルク付加手段は、前記路面摩擦係数推定手段で推定される路面の摩擦係数が、設定された路面摩擦係数よりも小さいとき、比例ゲインおよび積分ゲインを定められた各ゲインよりも低下させるアンチロックブレーキ制御装置。
  5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のアンチロックブレーキ制御装置において、前記スリップ率監視手段は、前記車輪の速度ω、車速Ｖ、および前記車輪の半径ｒから、次式λ＝（Ｖ−ｒω）／Ｖに従って前記車輪のスリップ率λを監視するものであり、前記モータの制御用とは別のローパスフィルタで、且つ、定められた周波数よりもカットオフ周波数の高いフィルタを用いて前記車輪の速度ωを得るアンチロックブレーキ制御装置。
  6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のアンチロックブレーキ制御装置において、運転者の操作により、前記各ブレーキロータに前記押圧部材をそれぞれ押し付けて前記摩擦ブレーキを制動動作させた状態で、前記駆動トルク付加手段により前記モータのトルク指令値に駆動方向のトルクを付加するアンチロックブレーキ制御装置。
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