JPH04207913A - リターダ付車両のブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自動車等の車両で、制動時に電気制動すると
共に機械的エネルギを電気エネルギに変換してバッテリ
に回生し、発進や加速時にそのバッテリ電源で補助加速
するように制御するリターダ付車両のブレーキ装置にに
関する。特に、大型車両に装備されるエア・ブレーキの
手動制動とリターダ装置の電気制動との調和制御に関す
る。

［従来の技術］ 近年、本件出願人より既に自動車等の車両の駆動系に、
発電と電動が可能なかご形多相誘導機を設け、電気的に
制動及び加速するリターダ装置が提案されている。この
リターダ装置は、特に大早車両のエンジンの小型化によ
るエンジンブレーキの効果の低下を補い、且つ発進、加
速時に燃料、排気ガスを低減することを目積している。

即ち、車両の駆動系に装着されている誘導機を、制動時
□には発電機として作動して電気制動し、このとき誘導
機に発生する電気エネルギをバッテリに回生ずる。また
、発進や加速時には誘導ｍをバッテリ電源により電動機
として作動して補助加速するのである。

こうして機械的エネルギを電気エネルギに変換して回生
じ、この電気エネルギを燃費、排気ガスの点で有効利用
するものである。そして、このようなエネルギの変換に
よる回生と有効利用を効果的に達成するように、制御系
か新たに開発され、これに適した制御系が提案されてい
る。車両におけるこのようなエネルギの回生サイクルの
制御は、未だ開発の途上にあり、更に一層発展すること
が望まれている。

ここで、従来の大型車両のリターダ装置を用いたブレー
キ制御系について説明する。

一般に大型車両のサービスブレー□キには、制動力が最
も強力なエア・ブレーキ装置が用いられている。このエ
ア・ブレーキ装置は、コンプレッサによる高圧空気が圧
力調整して常にエア・タンクに貯えられており、ブレー
キペダルを踏むと、ブレーキバルブを動作して高圧空気
を各車輪のブレーキチャンバに供給して制動作用するよ
うに構成されている。

このため、ブレーキ踏み込み時と実際に各車輪で制動力
か作用する時間との間には、ブレーキバルブの作動に伴
う遅れがある。

そこで、リターダ装置においては、運転席に電気制動操
作用のスイッチ手段が設置されている。そして、制動時
には運転者が先ず電気制動用のスイッチ手段を操作して
電気制動作用し、次にブレーキペダル操作してエア・ブ
レーキ装置により制動作用し、エア・ブレーキ装置の応
答遅れを回避しつつ制動することが可能になっている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記従来のエア・ブレーキ゛　　装置と
組合わせたリターダ装置の制御系にあっては、電気制動
の操作系が手動のスイッチ手段で構成されているので、
降板時にエンジンブレーキを補充するような場合には、
適切に使用で籾る。しかし、急ブレーキ時には電気制動
のスイッチ手段を適確に操作することは難しく、このた
め息プ゛レーキ用として排気ブレーキも装備することが
要求される等の問題がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであ
ってその目的は、エア・ブレーキ装置を装備したブレー
キ制御系におい騰、急ブレーキの場合にもエア・ブレー
キ装置の応答遅れを回避するように適確に電気制動する
ことができるリターダ付車両のブレーキ装置を提供する
ことにある。

［問題点を解決するための手段］ この目的を達成するため、本発明は、エンジン駆動系に
発電と電動が可能なかご形多相の誘導機を装着し、この
誘導機の固定子部側をインバータ回路を介して発電電力
を回生ずるバッテリ、過剰な電力を消費する抵抗器に接
続し、運転者の操作によるスイッチ信号が入力するイン
バータ制御回路から誘導機の回転磁界を所定量遅らせ、
または進むように制御する制御信号をインバータ回路に
出力して、エンジン駆動系を電気制動または補助加速制
御するリターダ装置と、各車輪側にエア・ブレーキ装置
とを備えるリターダ付車両において、上記インバータ制
御回路は、エア・ブレーキ操作時のブレーキ圧を検出す
る手段と、このブレーキ圧よりも急な立上がりの電気制
動トルクを設定する手段と、この電気制動トルクに応じ
た制御信号をエア・ブレーキ操作時にインバータ回路に
出力する手段と、を備えるリターダ付車両のブレーキ装
置を提案するものである。

［作　　用］ 上述した本発明の構成によると、車両走行中にエンジン
駆動系に装着されたリターダ装置の誘導機が、降板時等
において運転者のスイッチ操作で発電機として作動して
電気制動し、加速時等には電動機として作動して補助加
速する。また、運転者がエア・ブレーキ装置を操作する
と、所定の遅れを有して立上がるブレーキ圧に対し、リ
ターダ装置の誘導機が早期に急制動作用し、エア・ブレ
ーキ装置の初期の応答遅れを補うようになり、こうして
エア・ブレーキ操作直後からリターダ装置を利用して大
きい制動力を得ることが可能になる。

［実施例〕 以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明する。

第２図は本発明の車両に装備されるリターダ装置を示す
ブロック図であり、リターダ装置１０はエンジン駆動系
に装着されるかご形多相の誘導機２０と、その電気制御
装置３０から構成されている。

即ち、エンジン１のクランク軸２のフライホイール３に
かご形多相誘導機２０が装着され、フライホイール３は
クラッチ４、入力軸５を介して変速機６に伝動構成され
ている。

このかご形多相読導機２０は３相であり、第３図に示す
ようにエンジン１と変速機６との間に設けられるフライ
ホイール装置７の内部に装着される。即ち、フライホイ
ール装置７のフライホイールハウジング７ａ、７ｂの間
に固定されるステータリング２１にステータ鉄心２２か
取付けられ、ステータ鉄心２２にステータ巻線２３が装
着され、このステータ巻線２３がら出口線２４が取出さ
れて固定子部２０ａを成す。また、フライホイール３の
外周部にはステータ鉄心２２と近接対向してロータ鉄心
２５が取付けられ、ロータ鉄心２５にかご形巻線２６が
保持環２７、エンドリング２８と共に装着されて回転子
部２０ｂを成す。そこで、エンジンｌの停止または走行
中に回転子部２０ｂが停止または回転駆動しており、こ
の回転子部２０ｂに対して固定子部２０ａに所定の周波
数電圧を印加して回転磁界を与え、電気制動または補助
加速するようになっている。

第２図において電気制御装置３０について説明すると、
かご形誘導機２０の固定子部２Ｏａ側がインバータ回路
３１．コンデンサ３２を介しバッテリ３３に接続され、
インバータ回路３１は周波数電圧の制御信号を生成する
インバータ制御回路４０を有する。インバータ回路３１
の出力側には半導体スイッチ回路３４を介して抵抗器３
５が接続され、半導体スイッチ回路３４にスイッチ制御
回路３６が接続される。また、誘導機２０の回転子部２
０ｂの軸回転速度Ｎを検圧する回転センサ５５、インバ
ータ回路３１の出力電圧Ｅｖを検圧する電圧検出回路５
０、抵抗器３５の電流により温度ｔを検出する温度セン
サ５１を有し、これらの信号がインバータ制御回路４０
、スイッチ制御回路３６に入力する。

インバータ回路３１は、誘導機２０の各相端子とバッテ
リ３３の正及び負の端子との間に接続される複数のスイ
ッチ素子を有する。スイッチ素子はトランジスタ、この
トランジスタの逆方向に並列接続されるダイオードから
成り、トランジスタに所定の周波数の開閉信号を与える
ことで、誘導機２０を発電機または電動機として作動す
る。

インバータ制御回路４０は、アクセルペダル１１に連動
するアクセルスイッチ５２、運転者ニより操作される電
気制動スイッチ５３と補助加速スイッチ５４、更に上述
の回転センサ５５、温度センサ５１の信号が入力し、イ
ンバータ回路３１に周波数制御信号を与える。即ち、軸
回転速度Ｎ、電気制動スイッチ５３の信号ＳＯが入力す
る回転磁界遅れ制御回路４１を有し、電気制動スイッチ
５３の操作量に応じた負のすべり量＝（ｉＲを設定し、
軸回転速度に対しこのすべり゛量−ｅＲだけ遅延した周
波数の制御信号ＳＲをインバータ回路３１に出力する。

そして、誘導機２０を発電機として作動し、且つ誘導機
２０で発生した交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ
３３に回生ずるのであり、この場合に電気制動スイッチ
５３の操作量Ｓ、に対して負のすべり量−輸が比例的に
設定されて、ブレーキトルクＴＢを可変制御する。

また、電動機として作動する制御系には、アクセルスイ
ッチ５２と補助加速スイッチ５４の信号θ、Ｓ１が入力
するトルク制御回路４２を有し、アクセル踏込み量θに
応じた発生エンジントルクに対して電動機が分担するト
ルクＴｓを設定し、この分担トルクＴ、に応じた正のす
ベリｌａｒを求める。そして、この正のすべり量φｅｒ
と軸回転速度Ｎの信号が回転磁界進み制御回路４３に入
力して、軸回転速度Ｎに対しすへり量中ｅｒたけ進んだ
周波数の制御信号ＳＦを生成し、インバータ回路３１に
出力する。

そして、誘導機２０を電動機として作動し、エンジンｌ
の駆動系に駆動力を補助的に与えるのであり、この場合
にアクセル踏込み量θが大きい程電動機の分担トルクＴ
ｓが大きく制御される。

バッテリ３３は、電気制動時に発電された電気エネルギ
を回生じて貯えるものであり、容量Ｖは短時間で定格充
電容量に充電することができ、繰り返し放電する場合も
失陥するおそれが無いものに設定される。

次に、バッテリ３３の充電、放電制御系について説明す
ると、バッテリ３３に対して充電制御回路３７と放電制
御回路３８が接続される。また、インバータ制御回路４
０に、電気制動スイッチ５３と補助加速スイッチ５４の
信号ＳＲ＋’Ｓａが入力する動作モート設定回路４４を
有する。この動作モード設定回路４４はスイッチ信号Ｓ
Ｂ、Ｓ８により、発電モード、電動モード、停止モード
を設定し、発電モードの場合は充電制御回路３７で電圧
調整し、バッテリ端子電圧Ｅ。より大きいインバータ出
力電圧Ｅｖが発生する際に、バッテリ３３に電流を供給
して充電する。

電動モードでは放電制御回路３８で誘導機２０を電動機
動作するに必要な直流電源電圧ＥＭを発生し、始動及び
加速時に□この電圧Ｅユを誘導機２０に印加する。そし
て、停止モードでは上記両回路を不作動の状態にする。

抵抗器３５は発電による電気エネルギが回生ずることが
できない程過剰な場合に、これを消費するもので、所定
の抵抗値ｒに設定されている。

ここで、抵抗器３５の抵抗値ｒが一定であると、所定の
回転速度以上においては抵抗器３５の消費電力Ｐが発電
機出力Ｗを越えてしまい、インバータ出力電圧Ｅｖが低
下してブレーキトルクＴ、を低下することが、試験によ
り確鯰された。上述の半導体スイッチ回路３４、スイッ
チ制御回路３６、電圧検出回路５０は、上記ブレーキト
ルクＴＢの低下を防止する抵抗値制御系の回路である。

そこで、電圧検出回路５０で検出されるインバータ出力
電圧Ｅνが設定値以上になると、スイッチ制御回路３６
で軸回転速度Ｎに応じたデユーティ比りの開閉制御信号
を半導体スイッチ回路３４に出力する。そして、半導体
スイッチ回路３４により抵抗器３５の回路を開閉制御し
、軸回転速度Ｎの上昇に対し抵抗器３５の実効抵抗値「
Ｓを増大してインバータ出力電圧ＥＶを略一定に保ち、
ブレーキトルクＴＢの大きい制動可能領域を拡大するよ
うになっている。こうして、抵抗器３５を含む回路の実
効抵抗値ｒ８が半導体スイッチ回路３４の開閉により制
御されることで、抵抗器３５自体の値ｒは小さいものに
設定されている。

更に試験の結果、電気制動を長時間継続すると、抵抗器
３５の温度ｔが上昇して抵抗値ｒが増大し、これに伴い
ブレーキトルクＴＢの低下を生じることが確認された。

そこでこれを防止するため、抵抗器３５に設けられてい
る温度センサ５１の信号かスイッチ制御回路３６に入力
し、温度ｔの上昇により半導体スイッチ回路３４への信
号のデユーティ比りを変化して、抵抗器３５の実効抵抗
値ｒ５を減少制御するようになっている。

第１図は本発明のブレーキ装置の実施例の構成図であり
、エア・ブレーキ装置６０がブレーキペダル１２に機械
的に連結するブレーキハルプロ１を有する。また、コン
プレッサ６２がエア・ホース６３のレギュレータ６４を
介しエア・タンク６５に連通して、常に所定の高圧空気
が貯えられ、この高圧空気がブレーキバルブ６１に導入
される。ブレーキハルプロ１はブレーキペダル１２の踏
込みに応じて開弁動作するものであり、このブレーキバ
ルブ６１がエア・ホース６６を介し各車輪のホイールブ
レーキ６７に結合するブレーキチャンバ６８に連通して
、高圧空気により制動するように構成される。

そこで、このエア・ブレーキ装置６０において、ブレー
キペダル１２に連動するブレーキスイッチ５６、ブレー
キハルプロ１の出力側のエア・ホース６６に装着されて
ブレーキ圧Ｐ、を検出する圧力センサ５７を有する。圧
力センサ５７の信号はブレーキ圧検出回路４５に入力し
、エア・ブレーキ操作時のブレーキ圧ＰＢを検出するブ
レーキ圧信号は電気制動トルク設定回路４６に入力し、
ブレーキ圧ＰＢの緩やかな立上がり特性に対し、それよ
り所定量大きい急な立上がりの電気制動トルクＴＢｅを
設定する。また、ブレーキスイッチ５６の信号もこの電
気制動トルク設定回路４６に入力し、ペダル踏込み量に
応じて電気制動トルクＴＢｅの最大値を定める。この電
気制動トルク信号は回転磁界遅れ制御回路４１に入力し
、インバータ回路３１への周波数制御信号ＳＲの負のす
へり量−ｅＲを電気制動トルクＴＢｅに応じて急増制御
し、その後周波数制御信号ＳＲを一定化し、且つ所定時
間経過後に負のすべり量−ｅＲを減少制御するようにな
っている。

次に、この実施例の動作について説明する。先ず、エン
ジン１の動力がフライホイール３、クラッチ４、入力軸
５を介し変速機６に入力し、変速動力か車輪側に伝達す
ることで車両走行する。この走行時の降板の場合に運転
者か電気制動スイッチ５３を所定のブレーキトルクＴＢ
に操作すると、動作モード設定回路４４で発電モードが
選択される。このため、インバータ制御回路４０の回転
磁界遅れ制御回路４１から上記操作量に応じた負のすべ
り量−ｅ）Ｈの周波数制御信号ＳＲがインバータ回路３
１に入力して、誘導機２０を発電機として作動する。

これにより、誘導機２０では固定子部２０ａの回転磁界
が駆動系の回転子部２０ｂの回転を強制的に減速するよ
うにブレーキトルクＴＢを発生することになり、このブ
レーキトルクＴｌ１ｌでエンジンブレーキ効果か所定量
増大補正され、減速走行を安全に行うことが可能になる
。

このとき、誘導機２０の固定子部２０ａには上記発電機
の作動に伴い電気エネルギか発生し、これがインバータ
回路３１で直流電圧に変換され、充電制御回路３７て電
圧調整されてバッテリ３３に充電されるのであり、こう
して電気制動により発生する電気エネルギが有効に回生
される。

この電気制動時において、電気エネルギが過剰な場合は
、スイッチ制御回路３６の開閉制御信号で半導体スイッ
チ回路３４が抵抗器３５に所定の電流を流して消費する
ことになり、こうしてブレーキトルクＴ、を確保しつつ
過剰分を速やかに消散するように整合制御される。

また、この抵抗器３５による過剰エネルギの消費の場合
に、温度上昇により抵抗値ｒが増大すると、スイッチ制
御回路３６により実効抵抗値ｒｓが減少され、上記整合
制御を最適な状態に保持するように補正される。

一方、アクセル路込みによる加速時に運転者か補助加速
スイッチ５４を操作すると、インバータ制御回路４０の
トルク制御回路４２て電動機分担トルクＴ、が設定され
、これに基づき回転磁界進み制御回路４３から正のすべ
り量◆ｅ。

の周波数制御信号Ｓ「がインバータ回路３１に入力する
。また、動作モード設定回路４４で電動モードが選択さ
れ、放電制御回路３８で所定の直流電□圧電源ＥＭが生
成される。こうして、誘導機２０にはそれを電動するに
足る電圧が印加され、且つ固定子部２０ａには軸回転速
度Ｎより進んだ回転磁界が生じて、誘導機２０は電動機
として作動し、所定の駆動力を発揮する。

このため、エンジン１の駆動系の動力は誘導機２０の駆
動力で増大補正されるのであり、こうして上述のように
バッテリ３３に回生される電気エネルギが車両駆動に有
効に利用され、この誘導機２０の駆動力分に応じ燃費、
排気ガスが効果的に低減されるのである。

尚、上述以外にエンジン始動時には誘導機２０が電動機
として作動され、定常走行時には誘導機２０が例えば発
電能力の小さい発電機として作動されて緩やかにバッテ
リ充電される以上説明した電気制動と補助加速の作用が
、エンジン駆動系のエネルギの回主により、バッテリ３
３の寿命の続く限り、走行中の減速、加速、定常の際に
繰り返して反永久的に継続されるのである。

そして更に、上述の車両走行中において、運転者がエア
・ブレーキ装置６０のブレーキペダル１２を踏込んで制
動すると、ブレーキバルブ６１の作動によりエア・タン
ク６５の高圧空気が第４図（ａ）のように、所定の遅れ
を有してエア・ホース６６に流れ、これに応じたエア・
ブレーキトルクＴＢａを生じる。すると、このようなエ
ア・ブレーキ装置６０の立上がり特性が、圧力センサ５
７の信号を用いブレーキ圧検出回路４５で検出される。

また、電気制動トルク設定回路４６で上述のものより急
な立上がり特性て、ペダル踏込み量に応じた最大値の電
気制動トルクＴＢｅが設定される。そして、この電気制
動トルクＴＢｅに応じ回転磁界遅れ制御回路４１から周
波数制御信号ＳＲが出力するのであり□、このため誘導
機２０は固定子部２０ａの回転磁界が急激に遅れて、第
４図（ｂ）のようなブレーキトルクＴＢ、を生じ、エン
ジン駆動系を直ちに急制動することになる。

この場合の誘導機２０によるブレーキトルクＴ！１ｍは
エア・ブレーキ装置６０の圧力が上昇する迄の所定時間
高い状態に保持されるのであり、こうして全体のブレー
キ特性は′！Ｊ４図（Ｃ）のようになる。即ち、ペダル
操作直後のエア・ブレーキ装置６０の応答遅れの際に誘
導機２０で応答良く電気制動され、このため初期の段階
から大きい制動力を連続して生じる。こうして、エア・
ブレーキ装置ＢＯとリターダ装置１０との組合わせで、
エア・ブレーキ操作時に安全に制動することが可能にな
る。

以上、本発明の実施例について説明したが、これのみに
限定されない。

［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明は、リターダ装置とエア
・ブレーキ装置を備えた車両において、エア・ブレーキ
装置の操作の際にリターダ装置を一時的に電気制動する
ように構成されるので、エア・ブレーキ装置の初期の応
答遅れを充分に補充して安全に制動することが可能にな
り、排気ブレーキ等が不要になる。エア・ブレーキ装置
のブレーキ圧を検出し、これより所定量大きい立上がり
特性の電気制動トルクを生じるように制御するので、全
てのブレーキ操作において、電気制動で最適゛に制動力
を補充することができる。リターダ装置の電気制御装置
に、エア・ブレーキ装置の動作に応じた制御系を付加す
るだけで済むので、構造、制御が簡素化する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る実施例の構成図、第２図はリター
ダ装置のブロック図、第３図は　　、かご形多相誘導機
の機械的構成の断面図、第４図（ａ）　、　（ｂ）　、
　（ｃ）はエア・ブレーキ操作時の動作状態の特性図で
ある。 １０・・・リタータ装置、２０・・・かご形多相誘導機
、３０・・・電気制御装置、３１・・・インバータ回路
、３３・・・バッテリ、３５・・・抵抗器、４０・・・
インバータ制御回路、５３・・・電気制動スイッチ、５
４・・・補助加速スイッチ、６０・・・エア・ブレーキ
装置、５６・・・ブレーキスイッチ、５７・・・圧力セ
ンサ、４５・・・ブレーキ圧検出回路、４６・・・電気
制動トルク設定回路。 特許出願人　　日野自動車工業株式会社第３　Ｌ；ｊ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）エンジン駆動系に発電と電動が可能なかご形多相の
   誘導機を装着し、この誘導機の固定子部側をインバータ
   回路を介して発電電力を回生するバッテリ、過剰な電力
   を消費する抵抗器に接続し、運転者の操作によるスイッ
   チ信号が入力するインバータ制御回路から誘導機の回転
   磁界を所定量遅らせ、または進むように制御する制御信
   号をインバータ回路に出力して、エンジン駆動系を電気
   制動または補助加速制御するリターダ装置と、各車輪側
   にエア・ブレーキ装置とを備えるリターダ付車両におい
   て、 上記インバータ制御回路は、エア・ブレー キ操作時のブレーキ圧を検出する手段と、このブレーキ
   圧よりも急な立上がりの電気制動トルクを設定する手段
   と、この電気制動トルクに応じた制御信号をエア・ブレ
   ーキ操作時にインバータ回路に出力する手段と、を備え
   ることを特徴とするリターダ付車両のブレーキ装置。 ２）上記電気制動トルクは、初期に急激に立上がって所
   定時間その状態を保ち、その後減少するように設定され
   ることを特徴とする請求項１）記載のリターダ付車両の
   ブレーキ装置。