专利名称：车辆制动装置及车辆制动方法
技术领域：
本发明涉及车辆制动装置及车辆制动方法，特别是，涉及同时使用再生制动器装置和摩擦制动器装置的车辆制动。
背景技术：
近些年，电动汽车作为有利于保护地球环境的交通工具而受到关注。一般的，在电动汽车中，通过由蓄电池供给的电力驱动电动机，对车轮产生驱动力。另一方面，在制动的时候，利用作为驱动源的电动机作为发电机，通过将动能转换为电能，进行能量的回收。在此发电时，通过将对应于电动机发电量的负荷加到车轮上，进行再生制动，从而对车轮产生制动力。例如，在专利文献1中，公开了协调控制这种再生制动和摩擦制动的技术，该摩擦制动是通过油压调整摩擦力而给予制动力的。在这个专利文献1中，在根据蓄电池的充电状态等计算出再生制动力的最大值之后，为满足车轮所要求的要求制动力，适当地确定再生制动力和摩擦制动力的平衡。
专利文献1特开平10-203351号公报发明内容可是，在专利文献1公开的技术中，因为是推定给予车轮的再生制动力及摩擦制动力，而前馈地进行控制，所以对车轮实际给予的制动力只能依赖预测得到。所以，进行高精度的协调控制变得困难。
因此，本发明的目的是正确地监测给予车轮的再生制动力和摩擦制动力，从而高精度地进行摩擦制动和再生制动的协调控制。
为了解决上述课题，第1发明提供车辆制动装置。这个车辆制动装置具有再生制动器装置，该再生制动器装置给予车轮对应于电动机发电量的再生制动力；摩擦制动器装置，该摩擦制动器装置给予车轮对应于摩擦力的摩擦制动力；检测部，该检测部直接检测出作用于车轮的作用力；运算部，该运算部基于由检测部得到的检测结果，分别算出再生制动力的当前值和摩擦制动力的当前值；设定部，该设定部基于作为车轮要求的制动力的要求制动力，设定再生制动力的目标值和摩擦制动力的目标值；以及控制部，该控制部基于再生制动力的当前值，控制再生制动器装置，以使再生制动力接近再生制动力的目标值，同时基于摩擦制动力的当前值，控制摩擦制动器，以使摩擦制动力接近摩擦制动力的目标值。
在这里，第1发明中，优选检测部检测出纵向力和制动器扭矩，作为作用力，运算部基于制动器扭矩，计算出摩擦制动力的当前值，同时基于从纵向力中减去制动器扭矩引起的纵向力的值，计算出再生制动力的当前值。
此外，第1发明中，优选车辆具有多个车轮和以车轮为单位设置的多个电动机，控制部通过分别控制电动机，而对每个车轮调整再生制动力。
而且，第1发明中，优选车辆具有多个车轮，并且还具有动力分配装置，该分配装置可变地设定由电动机给予各个车轮的再生制动力的分配比，控制部通过控制动力分配装置和电动机，对各个前述车轮分组，来调整再生制动力。
此外，第2发明提供以下车辆控制方法，该车辆控制方法通过控制再生制动器装置和摩擦制动器装置，进行车辆的制动，该再生制动装置给予车轮对应于电动机的发电量的再生制动力，该摩擦制动装置给予车轮对应于摩擦力的摩擦制动力。这个车辆控制方法具有第1步骤，该步骤直接检测作用于车轮的作用力，并基于检测结果，分别计算出再生制动力的当前值和摩擦制动力的当前值；第2步骤，该步骤基于作为车轮要求的制动力的要求制动力，设定再生制动力的目标值和摩擦制动力的目标值；以及第3步骤，该步骤基于再生制动力的当前值，控制再生制动器装置，以使再生制动力接近再生制动力的目标值，同时基于摩擦制动力的当前值，控制摩擦制动器装置，以使摩擦制动力接近摩擦制动力的目标值。
按照本发明，可以通过检测部直接地检测出作用力。因为由摩擦制动器装置产生的摩擦制动力和由再生制动器装置产生的再生制动力，作为对车轮的作用力，其值被反映出来，所以基于检测结果，可以确定这些值。所以，通过适当地监测各个制动力，并基于检测值进行反馈控制，可以高精度地进行摩擦制动和再生制动的协调控制。
图1是应用与第1实施方式相关的车辆制动装置的车辆的说明图。
图2是车辆制动装置的模块构成图。
图3是作用于车轮的作用力的说明图。
图4是表示与本实施方式相关的车辆制动过程的流程图。
图5是应用与第2实施方式相关的车辆制动装置的车辆的说明图。
具体实施例方式
(第1实施方式)图1是应用与第1实施方式相关的车辆制动装置的车辆的说明图。这个车辆是全轮驱动型电动汽车，具备作为驱动源的电动机1，并且具有分别成为驱动轮的多个车轮2。在本实施方式中，以车轮为单位设置电动机1。来自电动机1的动力通过相当于车轴2a的自身的输出轴传达至车轮2。当伴随着动力传递而对车轮2施加旋转扭矩时，车轮2旋转，由此，给予车轮2以驱动力。
在各个车轮2上设置摩擦制动器装置3，该摩擦制动器装置3是制动手段之一。摩擦制动器装置3，根据摩擦力的调整方法，可以举出空气式、油压式等，在本实施方式中，是以制动钳、制动盘、制动块为主体构成的众所周知的油压式装置。这种摩擦制动器装置3，通过制动钳将制动块推压在制动盘上而产生摩擦力。通过摩擦力对车轮2施加制动器扭矩，而给予车轮2以制动力。由这个摩擦制动得到的制动力(摩擦制动力)，可以通过调整由制动钳内的液压缸提供的油压而进行控制。
在这种电动汽车中，电动机1通过旋转产生电力，该旋转是以从车轮2传递来的传递扭矩作为驱动源。产生的电力，对存贮供给电动机1电力的蓄电池4充电。当由电动机1进行发电时，对车轮2给予对应于其发电量的制动力。电动机1的发电量，为对应于其内部产生的磁场强度及车轮2的旋转速度的值。所以，由再生制动得到的制动力(再生制动力)，可以通过改变电动机内部的磁场强度而进行控制。电动机1的磁场强度，可以对应于对电动机1输出的指示信号Smf，设定为任意的值。由此，电动机1不只承担作为驱动源的功能，也承担作为进行再生制动的再生制动器装置的功能。
图2是车辆制动装置5的模块构成图。这个车辆制动装置5是以微型计算机6为主体构成的，该微型计算机6由CPU、ROM、RAM、输入输出接口等构成。这个微型计算机6通过适当地平衡再生制动力和摩擦制动力，进行再生制动力和摩擦制动力间的协调控制。由检测部7等检测出的检测信号，及表示蓄电池4状态的状态信号Sbt被输入至微型计算机6中。
图3是作用力的说明图。为了说明的方便，在图2上仅表示了一个与检测部7相当的模块，这个检测部7，在实际中，分别设置于车轮2的车轴(电动机1的输出轴)2a上，检测作用于车轮2上的作用力。由检测部7检测出的作用力，有三方向的分力和制动器扭矩T，该三个方向的分力包含纵向力Fx、横向力Fy及上下力Fz。纵向力Fx是在车轮2的接地面上产生的摩擦力中，与车轮中心面平行的方向上(x轴)产生的分力，横向力Fy是在与车轮中心面呈直角的方向上(y轴)产生的分力。另一方面，上下力Fz是作用于铅直方向(z轴)上的力，即所谓的垂直负荷。制动器扭矩T为车轮2的围绕旋转轴的扭矩(扭转力)。本实施方式中，在这些力当中纵向力Fx和制动器扭矩F较重要。
各个检测部7以应变仪和信号处理电路为主体构成，该信号处理电路处理从这个应变仪输出的电信号，生成对应于作用力的检测信号。基于已知在车轴2产生的应力与作用力成正比，通过将应变仪埋设于车轴2a上，直接地检测出作用力。此外，关于检测部7的具体的构成，因为在例如特开平04-331336号公报及特开平10-318862号公报中被公开，所以如果有必要请参照。
制动器传感器8是检测司机对制动踏板的踏力Fbp的传感器，例如，可以使用检测制动器主液压缸(未图示)的液压缸油压的压力传感器。车轮速度传感器9是检测各个车轮2的车轮速度V的传感器，以对应于车轮速度的周期产生脉冲信号V。此外，车轮速度传感器9在图2中，与检测部7同样地，仅表示出其一个模块，但分别设置于每个车轮2上。
微型计算机6从功能方面来说，具有运算部6a、设定部6b和控制部6c。运算部6a基于由检测部7得到的检测结果，分别算出给予车轮2的再生制动力的当前值Frg(以下简称“再生力”)，和给予车轮2的摩擦制动力的当前值Ffr(以下简称“摩擦力”)。设定部6b基于作为车轮2要求的制动力的要求制动力Fbk，设定作为再生制动力目标值的目标再生力Frg*，和作为摩擦制动力目标值的目标摩擦力Ffr*。控制部6c基于再生力Frg，控制再生制动器装置(在本实施方式中，为电动机1)，以使再生制动力接近目标再生力Frg*，同时基于摩擦力Ffr，控制摩擦制动器装置3，以使摩擦制动力接近目标摩擦力Ffr*。
图4是表示与本实施方式相关的车辆制动过程的流程图。首先，在步骤1中，获得由检测部7检测出的纵向力Fx和制动器扭矩T。此外，获得由制动器传感器8检测出的制动踏力Fbp，和由车轮速度传感器9检测出的各个车轮2的车轮速度V。
在步骤2中，确定各个车轮2上的要求制动力。要求制动力Fbk的最优值，可以使用各种方法确定，作为其一例，可以列举对应于制动踏板的踏力确定其值的方法。在这个方法中，通过参照对应图或者运算式，基于当前的制动踏力Fbp，唯一地确定各个车轮2上的要求制动力Fbk。图或者运算式是通过模拟或者实验等预先做成制动踏力Fbp和要求制动力Fbk之间的对应关系而成的，两者的对应关系被存储于微型计算机6的ROM中。
此外，在使用制动踏力Fbp的方法的基础上，作为对应于车辆的行驶状况的值，也可以确定要求制动力Fbk。在这个方法中，例如，从提高拐弯行驶时的车辆的稳定性这方面考虑，基于对拐弯中的车辆起作用的力的关系，对适当的车轮2施加适当值的制动力。这个情况下，目标制动力Fbk基于车辆实际产生的实际偏航速率和目标偏航速率间的偏差而算出，由此，被算出的目标制动力Fbk成为应该附加于选择车轮上的制动力。有转向不足倾向的情况下将内侧的车轮2作为选择车轮，有过度转向倾向的情况下将外侧的车轮2作为选择车轮。此外，关于对应于行驶状态的要求制动力Fbk的计算方法，因为在例如特开平11-115719号公报、特开平10-157589号公报中被公开，所以如果有必要请参照。
在步骤3中，设定各个车轮2上的目标再生力Frg*。如果从高效地将制动能量转换为电能这一点上考虑，优选将制动力全部由再生制动力供给。这个情况下，目标再生力Frg*成为要求制动力Fbk。但是，再生制动力是与由电动机的发电量，换言之，蓄电池4中存储的电量对应的值。因为蓄电池4有容量上的上限，所以不能将通过电动机1发电的电力无限制地充电。所以，再生制动力不能设定为以下值，即存储的电量超过蓄电池4的容量上的最大值的值。所以，在这个步骤3中，基于表示蓄电池4的充电状态的状态信号Sbt，算出最大电量。其次，以各个车轮2上的电动机1上生成的电量的总和与最大电量相当的方式，分别确定各自车轮2上应产生的电量。例如，将各个车轮2上的电量，设定为与各个车轮2上要求制动力Fbk的比例对应的值就是如此。于是，基于确定了的各个电量，设定各个车轮2上的目标再生力Frg*。
在步骤4中，算出再生力Frg和摩擦力Ffr。这些力Frg、Ffr是基于纵向力Fx和制动器扭矩T，唯一地被算出的。由于已知由制动块和制动盘间的摩擦引起的制动器扭矩T对车轮2给予摩擦制动力，所以基于制动器扭矩T，算出摩擦制动力的当前值Ffr(以下简称“摩擦力”)。与之相对，给予车轮2的制动力相当于检测出的纵向力Fx。因此，通过从这个纵向力Fx中减去由摩擦制动产生的纵向力，就可以算出再生制动力的当前值Frg(以下简称“再生力”)。此外，因为由摩擦制动产生的纵向力，是引起制动器扭矩T的值，所以这个纵向力可以基于制动器扭矩T被唯一地算出。
在步骤5中，通过比较与某车轮2相关的要求制动力Fbk和目标再生力Frg*，可以判断要求制动力Fbk是否比目标再生力Frg*大。在这个步骤5中，在肯定判定的情况下，即，要求制动力Fbk比目标再生力Frg*大的情况下(Fbk＞Frg*)，进入步骤6。然后，将从要求制动力Fbk中减去目标再生力Frg*的值(Fbk-Frg*)，设定为目标摩擦力Ffr*(步骤6)。另一方面，在这个步骤5中，在否定判定的情况下，即，要求制动力Fbk小于或等于目标再生力Frg*的情况下(Fbk≤Frg*)，进入步骤7。然后，目标再生力Frg*被更新为要求再生力Fbk的同时(步骤7)，将目标摩擦力Ffr*设定为0(步骤8)。
在步骤9中，对设置于车辆上的所有车轮2，判断制动力的目标值即目标再生力Frg*及目标摩擦力Ffr*是否已经被确定。在这个步骤中是肯定判定的情况下，即，所有的车轮2的目标值Frg*、Ffr*都被设定的情况下，进入步骤10。另一方面，在还有没设定目标值Frg*、Ffr*的车轮2的情况下，返回步骤5，以那个车轮2为对象，如上所述进行目标值Frg*、Ffr*的设定。
在步骤10中，对每个车轮2进行作为再生制动器装置的电动机1的控制。具体地说，对电动机1，基于当前指示的磁场强度的指示信号Smf，确定用于补足目标再生力Frg*和再生力Frg之差的磁场强度的指示信号Smf。这时，也参照由车轮速度传感器9检测出的车轮速度V。然后，将确定了的指示信号Smf输出至电动机1。同样地，对摩擦制动器装置3，基于当前指示的指示信号Sbk，确定用于补足目标摩擦力Ffr*和摩擦力Ffr之差的指示信号Sbk。然后，将确定了指示信号Sbk输出至摩擦制动器装置3。
按照本实施方式，通过检测部7检测出作为作用力的纵向力Fx和制动器扭矩T。制动器扭矩T可以确定摩擦制动中的制动力(摩擦力Ffr)。此外，因为纵向力Fx相当于给予车轮2的全部制动力，基于从作为检测值的纵向力Fx中减去由摩擦制动产生的纵向力的值，可以确定由再生制动产生的制动力(再生力Frg)。通过直接检测作用力，可以高精度地确定由摩擦制动及再生制动产生的各个制动力。所以，与通过推定确定各个制动力的方法相比较，可以适当地监测各个制动力，从而高精度地进行摩擦制动和再生制动的协调控制。此外，在高精度地确定各个制动力的基础上，进行摩擦制动，以提供再生制动相对于要求制动力Fbk的不足部分。由此，可以提高向电能的转换效率，并且可以高效地得到车轮2要求的制动力(要求制动力Fbk)。
(第2实施方式)图5是应用与第2实施方式相关的车辆制动装置的车辆的说明图。第2实施方式同第1实施方式的不同点是，通过一个电动机1驱动多个车轮2，在本实施方式中，对4个车轮2设置一个电动机。此外，在以下说明中，对和第1实施方式相同的构成要素，使用同样的符号，省略对其详细的说明。
来自于电动机1的动力被传递至中央差动装置10，被传递至中央差动装置10的动力，被分别传递至设置于前轮侧的前差动装置11，和设置于后轮侧的后差动装置12。中央差动装置10，例如，为复合行星齿轮式的差动装置。在这个中央差动装置10中，设置有具有限制自身差动功能的，油压多板式的中心离合13。由此，可以对应中心离合器13的啮合程度，可变地设定向各个差动装置11、12传递的动力的分配比。
传递至前差动装置11的动力，通过车轴2a分别传递至左右前轮2。由此，左右前轮2旋转，给予各个车轮2以驱动力。作为这个前差动装置11，例如，可以使用锥齿轮式的差动装置。在这个前差动装置11中，设置有具有限制自身差动功能的，油压多板式的前离合器14。由此，可以对应前离合器14的啮合程度，可变地设定向左右前轮2传递的动力的分配比。
传递至后差动装置12的动力，通过车轴2a分别传递至左右后轮2。后轮侧也同前差动装置11一样，设置有具有限制后差动装置12的差动功能的，油压多板式的后离合器15。由此，可以对应后离合器15的啮合程度，可变地设定对向左右后轮2传递的动力的分配比。
在各个离合器13～15中，设置用于推压离合板的推压板、活塞、液压缸等(未图示)。各个液压缸中，通过预定的流路连接油压装置(未图示)，通过调整提供给各个液压缸的缸压，分别调整离合器13～15上的啮合力。其结果，可以任意地变更传递至各个车轮2的动力分配比。这些离合器13～15的啮合力也可以通过车辆制动装置控制。包含各个差动装置10～12及各个离合器13～15的动力分配装置，不只承担可变地设定给予车轮2驱动力的分配比的功能，还可以可变地设定由电动机1给予各个车轮2的再生制动力的分配比。即，这个动力分配装置，承担作为再生制动器装置的功能。
在这种动力分配型电动汽车中，车辆制动装置，与第1实施方式同样地进行再生制动和摩擦制动间的协调控制。具体地说，分别确定各个车轮2上的要求制动力Fbk，并确定各个车轮2上目标再生力Frg*。这个目标再生力Frg*是电动机1能够产生的再生制动力的最大值，各个车轮2上的目标再生力Frg*，以它们的值的总和是由电动机产生的再生制动力的最大值的方式，确定各自的值。例如，将各个车轮2上的目标再生力Frg*设定为与各个车轮2上要求制动力Fbk的比例对应的值就是如此。然后，基于检测部7的检测结果，计算出再生力Frg和摩擦力Ffr之后，最终确定目标再生力Frg*和目标摩擦力Ffr*的值。
其次，基于再生力Frg，进行作为再生制动器装置的各个离合器13～15及电动机1的控制，以使再生制动力接近目标再生力Frg*。在动力分配型的电动汽车中，各个车轮2上的再生力Frg，取决于各个差动装置10～12的动力分配比。所以，优选对4个车轮2分组，调整再生制动力。具体地说，控制各个离合器13～15的缸压，以使动力分配比对应于各个车轮2上目标再生力Frg*的比例。与之同时，基于当前的车轮速度V，确定磁场强度的指示信号Smf，以得到能够使各个车轮2上的再生力Frg达到目标再生力Frg*的发电量。这个被确定了的指示信号Smf输出至电动机1。同样地基于摩擦力Ffr，进行摩擦制动器装置3的控制，以使摩擦制动力接近目标制动力Ffr*。
按照使用了动力分配型的电动汽车的本实施例，作为遵循针对各个车轮2的动力分配比的制动力的总和，可以得到再生制动力。因为所采用的方法也是通过直接检测出作用力，能够高精度地确定由摩擦制动及再生制动产生的各个制动力，所以可以达到同第1实施例同样的效果。
此外，按照第1及第2实施方式，以四个车轮2的全部作为对象，控制再生制动和摩擦制动，但本发明不限于此，也可以仅以某些特定的车轮2作为对象，进行协调控制。例如，车辆的转弯运动中，基于已知外侧的车轮2这一方比内侧的车轮2需要更大的制动力，而将再生制动只应用于外侧的车轮2即是如此。此外，本发明不只限于电动汽车，也可以应用于搭载电动机1和发动机作为驱动源的混合动力汽车的车辆制动装置。
此外，在本实施方式中，检测部7只要可以检测作用于必要的分力方向上的作用力就足够。因而，例如，也可以是检测出六个分力的六分力计，该六个分力包含三方向上的分力成分和围绕这个三方向的力矩。因为在相关的构成中，至少也可以检测在推定中必要的作用力，所以当然没有问题。此外，关于检测作用于车轮的六分力的方法，因为在例如特开2002-039744号公报、特开2002-022579号公报中被公开，所以如果有必要请参照。
此外，在本实施方式中，说明了将检测部埋设于车轴2a的情况，但本发明不限于此，也可以考虑其他的变化。如果从检测出作用力这个角度考虑，例如，在保持车轮的部件，例如，轮毂或轮毂托架上等设置检测部7也可以。此外，关于将检测部设置于轮毂上的方法，因为在例如特开2003-104139号公报中被公开，所以如果有必要请参照。
此外，关于摩擦制动器装置3，也可以使用电子机械式制动器(EMB)，这种情况下通过控制向构成电子机械式制动器的电子促动器传输的指示信号即可。此外，关于电子机械式制动器，例如，可以参照特开平11-315865号公报。
权利要求
1.一种车辆制动装置，其特征在于，具有再生制动器装置，该再生制动器装置给予车轮对应于电动机发电量的再生制动力；摩擦制动器装置，该摩擦制动器装置给予前述车轮对应于摩擦力的摩擦制动力；检测部，该检测部直接检测出作用于前述车轮的作用力；运算部，该运算部基于由前述检测部得到的检测结果，分别算出前述再生制动力的当前值和前述摩擦制动力的当前值；设定部，该设定部基于作为前述车轮要求的制动力的要求制动力，设定前述再生制动力的目标值和前述摩擦制动力的目标值；以及控制部，该控制部基于前述再生制动力的当前值，控制前述再生制动器装置，以使前述再生制动力接近该再生制动力的目标值，同时基于前述摩擦制动力的当前值，控制前述摩擦制动器，以使前述摩擦制动力接近该摩擦制动力的目标值。
2.如权利要求1所述的车辆制动装置，其特征在于，前述检测部检测出纵向力和制动器扭矩，作为前述作用力，前述运算部基于前述制动器扭矩，计算出前述摩擦制动力的当前值，同时基于从前述纵向力中减去前述制动器扭矩引起的纵向力的值，计算出前述再生制动力的当前值。
3.如权利要求1或2所述的车辆制动装置，其特征在于，前述车辆具有多个前述车轮和以前述车轮为单位设置的多个前述电动机，前述控制部通过分别控制前述电动机，而对每个前述车轮调整前述再生制动力。
4.如权利要求1或2所述的车辆制动装置，其特征在于，前述车辆具有多个前述车轮，并且还具有动力分配装置，该分配装置可变地设定由前述电动机给予各个前述车轮的前述再生制动力的分配比，前述控制部通过控制前述动力分配装置和前述电动机，对各个前述车轮分组，来调整前述再生制动力。
5.一种车辆制动方法，通过控制再生制动器装置和摩擦制动器装置，进行车辆的制动，该再生制动装置给予车轮对应于电动机发电量的再生制动力，该摩擦制动装置给予前述车轮对应于摩擦力的摩擦制动力，其特征在于，该车辆控制方法具有第1步骤，该步骤直接检测作用于前述车轮的作用力，并基于该检测结果，分别计算出前述再生制动力的当前值和前述摩擦制动力的当前值；第2步骤，该步骤基于作为前述车轮要求的制动力的要求制动力，设定前述再生制动力的目标值和前述摩擦制动力的目标值；以及第3步骤，该步骤基于前述再生制动力的当前值，控制前述再生制动器装置，以使前述再生制动力接近该再生制动力的目标值，同时基于前述摩擦制动力的当前值，控制前述摩擦制动器装置，以使前述摩擦制动力接近该摩擦制动力的目标值。
全文摘要
通过正确地监测对应于电动机发电量的再生制动力和对应于摩擦力的摩擦制动力，高精度地进行摩擦制动和再生制动间的协调控制。检测部(7)直接地检测作用于车轮(2)上的作用力。运算部(6a)基于由检测部(7)得到的检测结果，分别计算出再生制动力的当前值(Frg)和摩擦制动力的当前值(Ffr)。设定部(6b)基于是车轮要求的制动力的要求制动力(Fbk)，设定再生制动力的目标值(Frg*)和摩擦制动力的目标值(Ffr*)。控制部(6c)基于再生制动力的当前值(Frg)，控制再生制动器装置，以使再生制动力接近再生制动力的目标值(Frg*)，同时基于摩擦制动力的当前值(Ffr)，控制摩擦制动器装置(3)，以使摩擦制动力接近摩擦制动力的目标值(Ffr*)。
文档编号B60W30/18GK1704275SQ20051007316
公开日2005年12月7日 申请日期2005年5月31日 优先权日2004年5月31日
发明者手塚俊介 申请人:富士重工业株式会社