制動回生装置

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【発明の名称】	制動回生装置
【発明者】	【氏名】小川豊
【要約】	【課題】ブレーキ力を有効に回生することができるようにした制動回生装置を提供する。【解決手段】エンジン１で後輪２を駆動する方式の車両において、発電兼用の駆動モータ３を設けて前輪４を駆動せしめ、この駆動モータ３に電力制御部５を介してバッテリ６を接続し、この電力制御部５はエンジン１の高負荷状態を検出して駆動モータ３に電力を供給するよう構成した。

【特許請求の範囲】
【請求項１】エンジンで後輪を駆動する方式の車両において、発電兼用の駆動モータを設けて前輪を駆動せしめ、この駆動モータに電力制御部を介してバッテリを接続し、この電力制御部はエンジンの高負荷状態を検出して駆動モータに電力を供給するよう構成されていることを特徴とする制動回生装置。
【請求項２】エンジンで後輪を駆動する方式の車両において、発電兼用の駆動モータを設けて前輪を駆動せしめ、この駆動モータに電力制御部を介してバッテリを接続し、各車輪の回転数を検出するとともに電力制御部に信号を出力する回転数センサを設け、各車輪のブレーキを制御するブレーキ制御部を設け、前記電力制御部はエンジンの高負荷状態及び後輪のスリップを検出して駆動モータに電力を供給するとともに、ブレーキ制御部を制御して車輪のスリップを抑制するよう構成されていることを特徴とする制動回生装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は制動回生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、省エネルギーと環境保護の要請から従来の内燃機関に代わる動力の開発が急がれている。そのような中で内燃機関とモータを併用した、いわゆるハイブリッド車が実用性の点で注目されている。
【０００３】また、更なる能率向上のためブレーキ力を回収して走行エネルギに変換する回生エネルギシステムが実用化されている。これはブレーキ力をモータ発電力として吸収させ、この電力をバッテリに充電することで再加速のためのエネルギ源とするものである。
【０００４】また、図４に示すように、運動エネルギを圧力として回収するようにしたものがある。これは、ＦＦ（フロントエンジンフロントドライブ）方式の車両に適用したものであり、後輪側に圧力モータを利用した駆動装置を設けたものである。
【０００５】すなわち、前輪８０はエンジン８１に接続され、一方、後輪８２は油圧ポンプモータ８３に接続されている。油圧ポンプモータ８３は電磁切替弁８４を介してアキュムレータ８５に接続されている。後輪はアキュムレータ８５に蓄圧された作動油が油圧ポンプモータ８３に供給され、後輪８２が駆動されるようになっている。
【０００６】これによりブレーキ時に蓄積したエネルギを発進の際に使用することができ、エネルギの有効利用を図ることができるものとなっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記した図４に示す装置では、常時はＦＦで走行し、後輪側でエネルギ回生と駆動アシストとを行うようになっているため下記のような問題がある。
【０００８】すなわち、自動車の制動に際しては、ブレーキ力の６０％から８０％を前輪で負担し、残りを後輪で負担することが知られている。そして、従来の方式では後輪側で制動回生が行われるため、ミラーバーン状態のように路面との摩擦係数が極端に低い場合にあっては後輪のスリップを生ずるか、あるいは、ほとんど回生がなされない程度の低い負荷（制動力）を車輪に与えることができるに過ぎない。
【０００９】本発明は前記事項に鑑みなされたものであり、ブレーキ力を有効に回生することができるようにした制動回生装置を提供することを技術的課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は制動回生装置であり、前述した技術的課題を解決するために以下のように構成されている。
【００１１】すなわち、エンジン１で後輪２を駆動する方式の車両において、発電兼用の駆動モータ３を設けて前輪４を駆動せしめ、この駆動モータ３に電力制御部５を介してバッテリ６を接続し、この電力制御部５はエンジン１の高負荷状態を検出して駆動モータ３に電力を供給するよう構成されている。
【００１２】バッテリ６としてはリチウム、ニッケル水素、ニッケルカドミウム等の２次電池が適する。また、このような２次電池は化学変化により充放電が行われるため、急速な大電流充電や深い放電には適さない。そこで、補助充電地として電気２重層コンデンサを併用してもよい。
【００１３】電気２重層コンデンサは、２枚の集電体を向かい合わせて設け、夫々の対向する面に活性炭電極層を形成し、夫々の活性炭電極層間を電解液で満たした構造となっている。
【００１４】そして、２枚の集電体に電源（回生エネルギを発生する発電機）を接続すると活性炭電極は夫々電源の極性に帯電する。すると、電解液中の電子が正極側に集まり充電状態となる。この電気２重層コンデンサは電池として作用するが、蓄電に化学変化を伴わないため高速充放電が可能で、その回数は数十万回以上の耐久性がある。
【００１５】しかも大電流の深い充放電（ディープサイクル）が可能なため能率が極めて高い。さらに主材料が無害な炭素であり、有害な鉛やカドミウムを使用しないため環境への影響が少ない。また、端子電圧が残容量を正確に反映するため電池残量の把握が容易である。使用温度範囲は－２０度から７０度と広い。という特徴がある。
【００１６】電池特性は現在のところ、体積エネルギ密度が６．５Ｗｈ／Ｌ、質量エネルギ密度が４．３ｗｈ／ｋｇのものがあるが、日々向上している。なお、電気２重層コンデンサは電解液の違いにより、水溶液系と有機溶液系の２つの形式がある。
【００１７】水溶液系は（１）イオン移動度が高く大電流充放電に適している、（２）大気中で安定している、（３）不燃性である、（４）製造コストが安い、等の特徴がある。
【００１８】一方、有機溶液系は（１）耐電圧が高い、（２）小型で高エネルギー密度が得られる、（３）セルに金属を使用することができる、（４）使用温度範囲が広い、（５）抵抗率が高い、という特徴がある。
【００１９】これらの特性を回生エネルギの回収用電池として考察すると、急激に立ち上がる回生エネルギを１００％電気エネルギとして回収することができるという利点がある。
【００２０】そして前記したように、この電力を先に放電すれば、リチウムやニッケルカドミウムなどのバッテリ（主電池）への頻繁な充放電が少なくなりバッテリの寿命も伸びる。
【００２１】ここで、エンジン１の負荷が大きいときとは具体的に、発進時、加速時、登坂時等であるが、主に発進時に電気２重層コンデンサの電力を使い切って加速のアシストを行う。その後、バッテリ６からの電源供給に切り替わり走行用モータへの電源供給を継続する。
【００２２】バッテリ６への充電は定常走行とブレーキ回生時になされるが、ブレーキ回生時の最大発生電流は車輪と路面との摩擦係数に依存しており、車輪がスリップしては充電することができないばかりか危険ですらある。本発明では制動時に路面とのスリップ限界が大幅に向上する前輪でブレーキ回生が行われるため、スリップの可能性はほとんどなく極めて能率的な回生（発電）が可能となる。
【００２３】また、第２の構成として、エンジン１で後輪２を駆動する方式の車両において、発電兼用の駆動モータ３を設けて前輪４を駆動せしめ、この駆動モータ３に電力制御部５を介してバッテリ６を接続し、各車輪の回転数を検出するとともに電力制御部５に信号を出力する回転数センサ７を設け、各車輪のブレーキ８を制御するブレーキ制御部９を設け、前記電力制御部５はエンジン１の高負荷状態及び後輪２のスリップを検出して駆動モータ３に電力を供給するとともに、ブレーキ制御部９を制御して車輪のスリップを抑制するよう構成した。
【００２４】このような構成としたことでアイスバーンでの発進のように駆動輪がスリップした場合には直ちに前輪も駆動力を発揮し、４輪駆動車としての走破性が得られる。
【００２５】このため、フルタイム４輪駆動車（ビスカスカップリング等で前輪と後輪を連結した常時４輪駆動車）よりも優れた軽快感と優れた燃費が得られる。さらに、電力による駆動アシストであるため、長時間の駆動力が得られ、圧力を利用したものに比較してより実際の４輪駆動車に近い走行性能が得られる。すなわち、発進時ばかりでなく、例えば高速道路での横風などのような不安定要素にも４輪駆動として対応することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の制動回生装置を図１～図３に示される実施形態について更に詳細に説明する。
【００２７】図１はブロック図を示し、エンジン１は車体の後部に設置されており、トランスミッション（トルクコンバータ）を介して後輪２を駆動するようになっている。後輪２にはブレーキ８と車輪の回転数を計測する回転数センサ７が設けられている。
【００２８】一方、車両の前輪４はデファレンシャルギア１０、電磁クラッチ３ａを介して発電兼用の駆動モータ３に接続されている。駆動モータ３には電力制御部５を介してバッテリ６と電気２重層コンデンサ６ａが接続されている。
【００２９】また、前輪４、４にも回転数センサ７とブレーキ８が設けられている。電力制御部５はマイクロプロセッサ５ａにより制御されており、充放電の最適化が図られている。マイクロプロセッサ５ａは、Ｉ／Ｏ５ｂから入力される各種情報に基づいて演算を行うようになっている。
【００３０】Ｉ／Ｏ５ｂにはブレーキ強度、アクセル開度、吸入負圧、バッテリ電圧、電気２重層コンデンサ電圧、シフト情報（ギア位置情報）等が入力されるようになっている。
【００３１】各車輪に設けられた回転数センサ７は、アンチロックブレーキ制御のためのものであり、路面摩擦係数の低下などにより車輪がロックあるいはロックしそうになった場合、当該車輪のブレーキ力を解除してグリップを回復させるものである。このようなアンチロックブレーキ制御を行うためにブレーキ制御部９が設けられている。
【００３２】前記電力制御部５の基本的な動作としては、エンジン１の高負荷状態及び後輪２のスリップを検出して駆動モータ３に電力を供給するものであり、これを図２により説明すると、車速がＡ１で加速状態にあるとき、マイクロプロセッサ５ａはアクセル開度等からこれを検知し、駆動モータ３に電力を供給して加速のアシストを行う（Ｃ１）。そして、定常状態（定速走行状態、Ａ２）ではアシストを停止する。
【００３３】そして、ブレーキが踏まれて車速が落ちる（Ａ３）と同時に駆動モータ３が発電機として作用（回生）しバッテリ６への充電がなされる（Ｃ２）。ここで停車状態にある車両を急加速状態（Ａ４）にすると、後輪２がスリップを起こす。すると、前輪と後輪とで回転速度の差が生ずる（Ｂ１）ため回転数センサ７からの情報によりマイクロプロセッサ５ａが強力なアシストが必要と判断し、通常加速よりも大きな電流（Ｃ３）を駆動モータ３に供給する。
【００３４】続いて、減速（Ａ５）を行うと駆動モータ３が発電機として作用しバッテリ６（あるいは電気２重層コンデンサ６ａ）への充電がなされる（Ｃ４）。なお、このとき制動力が車輪と路面との摩擦を上回った場合はスリップを生ずるため、前記したアンチロックブレーキ制御がなされる。
【００３５】これを図３に示すフローチャートで説明すると、ステップ１００において車両が発進状態にあるか否かが判別され、肯定枝のみ次ステップ１０１に移行し、アクセル開度に見合った出力で駆動モータ３が作動する。
【００３６】ここでブレーキがかかると（ステップ１０２）、肯定枝はステップ１０３ヘ移行し駆動モータ３が発電機として作用してエネルギの回収がなされる。一方、ステップ１０２の否定枝は後輪２が空転しているか否かが判別されるステップ１０４に移行する。ステップ１０４の肯定枝では駆動モータ３に大電流を供給してアシストを行う。後輪２が空転していない場合（ステップ１０４の否定枝）はステップ１０５で定常走行がなされる。
【００３７】なお、前記した電磁クラッチ３ａは駆動モータ３が駆動または回生状態にあるときだけ、駆動モータ３を駆動系に接続するものである。駆動モータ３が常時接続されていると騒音等の点で不利であるが、必ずしも動力が切断できる構造になっていなくてもよい。
【００３８】なお、電気２重層コンデンサ６ａは短時間大容量での充放電に適しているため、回生エネルギをすべて電気２重層コンデンサ６ａに充電しておき、この電力を車両の発進時に優先的に使用することで、バッテリ６への無駄な充放電がなくなりさらに能率を向上させることができる。
【００３９】また、アンチロックブレーキ制御は必ずしも４輪独立（４チャンネル）である必要はなく、前輪２チャンネル、後輪１チャンネルの合計３チャンネルにしてもよい。また、前輪４の駆動は駆動モータ３によって行うものであるため、加速時のアンチスリップ制御も容易である。すなわち、前輪４がスリップを起こした場合、駆動モータ３への電力供給を制御するだけでスリップ状態を解消することができる。
【００４０】さらに、一般のフルタイム４輪駆動車では、前後いずれかの車輪、例えば後輪がエンジンと直結され、残りの前輪はビスカスカップリングなどのスリップ許容デバイスを介して接続されている。このことは前輪の回転トルクは後輪のそれを上回ることはないことを示しており、操縦性に様々な影響を与えている。
【００４１】本発明では前輪側が電動で駆動されるため、そのトルクスプリットが任意であり、操縦性という観点から幅広い設定が可能となる。また、前後の車輪で駆動源が全く独立しているため、交差点や踏切内で何らかのエンジントラブルが発生した場合でも電動で安全な場所まで自走することができ安全性にも優れている。
【００４２】
【発明の効果】本発明によれば、発電兼用の駆動モータを設けて前輪を駆動せしめ、この駆動モータに電力制御部を介してバッテリを接続し、この電力制御部はエンジンの高負荷状態を検出して駆動モータに電力を供給するよう構成したので、通常は後輪駆動で走行し、発進時やエンジン負荷が高いときにだけ前輪のアシストを行うことができる。
【００４３】また、エネルギの回生は前輪側で行えるので発電可能な電力を高く設定することができ、ブレーキ力を有効に回生することができる。

【出願人】	【識別番号】０００１４５５４１【氏名又は名称】株式会社曙ブレーキ中央技術研究所
【出願日】	平成１３年１月１６日（２００１．１．１６）
【代理人】	【識別番号】１０００８９２４４【弁理士】【氏名又は名称】遠山勉（外２名）
【公開番号】	特開２００２－２１８６０１（Ｐ２００２－２１８６０１Ａ）
【公開日】	平成１４年８月２日（２００２．８．２）
【出願番号】	特願２００１－７５９０（Ｐ２００１－７５９０）