车辆制动装置的制作方法

1.本发明涉及一种车辆制动装置，其根据油门操作量和刹车操作量控制安装在车辆上的液压制动装置和再生制动装置。


背景技术：

2.以往，已知有协调控制由安装在车辆上的再生制动装置(马达)取得的再生刹车以及由液压刹车装置(摩擦刹车装置)取得的液压刹车的技术。例如，提出了如下技术：分别计算来自于油门踏板操作的再生制动力和摩擦制动力，与此同时，分别计算来自于刹车踏板操作的再生制动力和摩擦制动力，通过将各个制动力累加来协调再生刹车和液压刹车(参考专利文献1)。
3.【专利文献1】日本专利文献特许第6314800号公报


技术实现要素：

4.发明所要解决的技术问题
5.通过安装在车辆上的电池可接收的电量，可能无法产生足够大的再生制动力。例如，当电池几乎充满电时，向电池充电的再生制动电力变少，再生制动力减小。在这种情况下，优选通过产生与再生制动力的不足量对应的摩擦制动力来消除减速不足感。另一方面，通过液压刹车系统的方法，如果仅依靠再生制动力的不足承担摩擦制动力，则液压刹车装置产生的制动力明显小于驾驶员的预期，刹车操作感(反作用力、踩踏、行程和减速度的对应关系等)可能会降低。在现有技术中，并没有充分考虑到这一点，还有改善的余地。
6.本案的目的之一在于提供一种车辆制动装置，其针对上述问题而设计，能够消除减速不足感并改善刹车操作感。不限于该目的，后述的“实施方式”中所示的各结构导出的作用和效果即发挥现有技术中不能够获得的作用和效果，也可以作为本案的其他目的。
7.解决问题的技术手段
8.公开的车辆制动装置，根据油门操作量和刹车操作量控制安装在车辆上的液压制动装置和再生制动装置，具备第一分配部、第二分配部以及控制部。第一分配部将根据油门操作量设定的驾驶员所需扭矩分配给目标滑行扭矩和剩余扭矩，目标滑行扭矩的大小为能够成为使液压制动装置承担的目标，剩余扭矩的大小为驾驶员所需扭矩减去目标滑行扭矩。第二分配部将根据刹车操作量设定的减速扭矩与第一分配部分配的目标滑行扭矩之和分配给液压刹车所需扭矩和再生刹车所需扭矩。控制部将根据第二分配部分配的液压刹车所需扭矩控制液压制动装置，且基于第一分配部分配的剩余扭矩和第二分配部分配的再生刹车所需扭矩计算出的总再生刹车扭矩控制再生制动装置。
9.发明效果
10.根据公开的车辆制动装置，由于液压制动装置的制动力得到了优化，因此能够消除减速不足感并改善刹车操作感。
附图说明
11.图1是应用作为实施例的车辆制动装置的车辆示意图。
12.图2是用于说明图1的车辆制动装置的结构的示意图。
13.图3是表示图1的电子控制装置的结构的框图。
14.图4是表示图1的电子控制装置中的处理内容的框图。
15.图5是表示车速与限制值关系的图表。
16.图6中(a)、(b)是用于说明总再生刹车扭矩变化的图表。
17.图7是应用作为变形例的车辆制动装置的车辆示意图。
18.【符号说明】
19.1：车辆
20.2：液压制动装置
21.3：再生制动装置
22.4：刹车踏板
23.5：油门踏板
24.6：车速传感器
25.7：刹车传感器
26.8：油门传感器
27.9：电池
28.10：电子控制装置
29.11：第一分配部
30.12：第二分配部
31.13：控制部
32.14：驾驶员所需扭矩计算部
33.15：变化率限制部
34.16：最大值选择部
35.17：减速扭矩计算部
36.18：第一加法部
37.19：第二加法部
38.20：再生刹车控制部
39.21：液压刹车控制部
40.22：发动机发电控制部
41.23：第三加法部
42.31：电动刹车助力器
43.32：马达
44.33：发电机
45.34：马达逆变器
46.35：发电机逆变器
47.36：变速驱动桥
48.37：发动机
具体实施方式
49.[1.装置的构成]
[0050]
参考图1至图7，对应用作为实施例和变形例的车辆制动装置的车辆1进行描述。该车辆1是一种电动车辆(电动汽车、混合动力汽车)，其至少安装有液压制动装置2和再生制动装置3。如图1所示，车辆1上安装有液压制动装置2、再生制动装置3、刹车踏板4、油门踏板5、车速传感器6、刹车传感器7、油门传感器8以及电池9。
[0051]
液压制动装置2是一种制动装置(自动刹车装置)，具备使车轮产生摩擦制动力的功能，而不会依赖于驾驶车辆1的驾驶员的操作。在设置于车辆1的所有车轮上安装有碟刹和鼓刹等摩擦制动装置。液压制动装置2具有自动控制这些摩擦制动装置的功能。本实施例的液压制动装置2具有将驾驶员对刹车踏板4的踩踏操作量转换为液压(刹车液压)并利用该液压使各车轮的摩擦制动装置产生制动力的机构。
[0052]
如图2所示，液压制动装置2中内置电动刹车助力器31。电动刹车助力器31具有即使在未踩踏刹车踏板4的情况下也能够按照来自于电子控制装置10的控制信号使刹车踏板4自动移动到期望位置的功能(主动控制刹车踏板4的踩踏量的功能)。此外，作为电动刹车助力器31的附加功能的具体示例，可以列举以下功能：当踩踏刹车踏板4时辅助驾驶员踩踏力的功能以及调节刹车踏板4的反作用力的功能。然而，如果在使用电动助力器使刹车踏板自动移动后驾驶员踩踏刹车踏板(刹车优先)，则刹车操作触感发生变化。这是由于电动助力器的结构造成的，刹车踏板的移动量越大，对刹车操作的踩踏力产生的液压越低，从而产生踩在板上的感觉。
[0053]
再生制动装置3是通过实施再生制动而产生再生制动力的装置。再生制动装置3中，包括电动机，其具有使车轮的旋转驱动力转换为电力的功能，还包括蓄电装置，其存储所转换的电力。如图2所示，本实施例的再生制动装置3设有与电池9连接的马达32。马达32通过变速驱动桥36(变速机)与车轮连接。另外，变速驱动桥36连接有燃烧汽油或轻油的发动机37(内燃机)。
[0054]
马达32为例如三相交流型同步电动机，通过逆变器34与电池9连接。马达32同时具有通过电池9的电力产生车辆1的驱动力的功能以及利用车辆1的惯性动力发电的功能。另外，发电机33为例如三相交流型同步发电机，通过逆变器35与电池9连接。发电机33同时具有通过电池9的电力使发动机37的曲轴旋转的功能(起动机功能)以及利用发动机37的旋转动力发电的功能。
[0055]
变速驱动桥36是内置变速箱和最终传动齿轮的动力传递装置，与左右车轮(前轮或后轮)连接的车轮軸、马达32、发电机33以及发动机37连接。变速驱动桥36的内部内置有离合器，其根据车辆1的行驶状态使发电机33和发动机37从驱动力的传递路径上断开。在离合器切断(打开)的状态下，马达32作为再生制动装置3工作，在连接有变速驱动桥36的离合器的状态下，发动机37的发动机刹车和马达32作为再生制动装置3工作。再生是指通过马达32使车辆惯性力转换成制动力。
[0056]
电池9是例如锂离子电池或镍氢电池，是能够提供数百伏高压直流电流的二次电池。另外，马达逆变器34是用于电池9侧的直流电力和马达32侧的交流电力进行转换的电力转换装置，发电机逆变器35是用于电池9侧的直流电力和发电机33侧的交流电力进行转换的电力转换装置。逆变器34、35中内置有包括开关元件的逆变器电路。通过控制逆变器电路
的工作状态(开关元件的开关时间和开关频率)来控制马达32、发电机33的输出(放电量)和再生制动量。
[0057]
逆变器34、35的工作状态由电子控制装置10控制。电子控制装置10是通过管理逆变器34、35中内置的开关元件的开关状态来控制再生制动状态的电子控制装置(计算机)。如图3所示，电子控制装置10的内部内置有处理器(中央处理器)、内存(主内存)、存储装置(存储器)以及接口装置等，这些可以通过内部总线相互通信连接。
[0058]
电子控制装置10连接有液压制动装置2、再生制动装置3、车速传感器6、刹车传感器7以及油门传感器8。车速传感器6是检测车辆1的行驶速度(车速)的传感器。刹车传感器7是检测刹车踏板4的踩踏量(刹车操作量)的传感器。油门传感器8是检测油门踏板5的踩踏量(油门操作量)的传感器。电子控制装置10基于这些传感器6～8所检测的信息控制液压制动装置2和再生制动装置3。这里所说的发动机发电装置是指通过发动机37和发电机33发电的装置。发电是指通过发电机33将发动机输出转换为电力作为马达32的驱动力，同时将剩余部分向驱动用电池9充电。
[0059]
[2.控制的构成]
[0060]
如图1所示，电子控制装置10的内部至少设有第一分配部11、第二分配部12以及控制部13。这些元素将电子控制装置10的功能方便地分类显示。如图4所示，本实施方式的电子控制装置10中设有第一分配部11、第二分配部12、控制部13、驾驶员所需扭矩计算部14、变化率限制部15、最大值选择部16、减速扭矩计算部17、第一加法部18、第二加法部19、再生刹车控制部20以及液压刹车控制部21。此外，最大值选择部16、第二加法部19、再生刹车控制部20以及液压刹车控制部21包含在控制部13中。
[0061]
图4所示的各元素可以作为独立程序进行表述，还可以作为组合多个元素的复合程序进行表述。与图4所示的各元素对应的程序存储在电子控制装置10的内存或存储装置中并由处理器执行。此外，图4所示为与制动力的控制相关的元素，省略了与驱动力控制相关的元素。
[0062]
驾驶员所需扭矩计算部14至少基于油门操作量计算设定驾驶员所需扭矩。例如，油门操作量较大时，在正的范围内设定驾驶员所需扭矩。另外，油门操作量较小时或油门闭合时，在负的范围内设定驾驶员所需扭矩。本实施方式的驾驶员所需扭矩计算部14基于油门操作量和车速计算驾驶员所需扭矩。这里计算出的驾驶员所需扭矩信息向变化率限制部15和最大值选择部16传递。如果档位从d档变为制动力较强的b档，则油门闭合时的驾驶员所需扭矩向负方向增加，有助于驾驶员的减速操作。此时，为了获得相同的制动力，与d档相比b档的刹车操作量较小。另外，在仅通过油门操作进行加减速的单踏板操作的情况下，油门闭合时的驾驶员所需扭矩进一步向负方向增加。
[0063]
变化率限制部15实施用于抑制驾驶员所需扭矩的急剧变化的“平滑处理”。此处，每单位时间的驾驶员所需扭矩的变化量(时间变化率)受到限制。此外，驾驶员所需扭矩增加时的限制可以与驾驶员所需扭矩减小时的限制不同。这里已实施平滑处理的驾驶员所需扭矩(变化率限制后)的信息向第一分配部11传递。
[0064]
第一分配部11将由变化率限制部15传递的驾驶员所需扭矩分配给目标滑行扭矩和剩余扭矩并进行计算。目标滑行扭矩是大小为能够成为使液压制动装置2承担的目标的扭矩，例如在驾驶员所需扭矩为负的情况下设定。目标滑行扭矩的值设定为与预先设定的
限制值和从变化率限制部15传递的驾驶员所需扭矩值中的任意一个绝对值较大的一个相同的值。另外，剩余扭矩是液压制动装置2不能够承担的扭矩，是大小为驾驶员所需扭矩减去目标滑行扭矩的扭矩。典型地，驾驶员所需扭矩、目标滑行扭矩以及剩余扭矩三者均为负值。此处，在单踏板操作时，刹车操作的频率较低，但需要相对于油门操作可靠地减速，因此目标滑行扭矩不受限制，可以设定为与驾驶员所需扭矩相同的值。
[0065]
本实施方式的剩余扭矩仅在再生制动装置3具有余量时(电池可接收的电力足够大时)，由再生制动装置3承担。如果再生制动装置3没有余量(电池可接收的电力不足时)，液压制动装置2和再生制动装置3均被拒绝而没有承担。这里计算出的目标滑行扭矩的信息向第一加法部18传递，剩余扭矩的信息向最大值选择部16和第二加法部19传递。
[0066]
作为第一分配部11中的限制值的设定方法，通过以下三种方法举例说明。第一种方法为将限制值设定为“规定的固定值”。在这种情况下，可以想到将限制值设定为与d档行驶的正常行驶时的发动机刹车扭矩对应的值(例如，约-320[nm])。通过这样的设定，当驾驶员所需扭矩的绝对值小于限制值时(例如，在-320～0[nm]的范围内时)，即使与发动机刹车相当的制动力减小，液压制动装置2也能够承担，降低制动力不足感(松开刹车的感觉)。此处，如果档位调整为b档，并且驾驶员所需扭矩负大于-320nm时，目标滑行扭矩可能受到限制值的限制并且释放减速，刹车踏板的移动量是恒定的，油门闭合后刹车操作触感没有变化。
[0067]
第二种方法为将限制值设定为根据再生制动装置3的状态变化的可变值。例如，可以想到，仅在驾驶员所需扭矩的绝对值大于下式1给出的再生限制扭矩的绝对值的情况下作为第一种方法的限制值，除此以外作为0nm。式1所示的再生限制扭矩为可以作为动力总成工作的减速扭矩，包括大小为可向电池9充电的电力(电池可接收的电力、负值)、辅机消耗电力以及再生制动装置3的损失电力(马达损失电力)之和除以车速的值再乘以系数(换算系数)的扭矩和发动机摩擦扭矩(负值)。此外，发动机摩擦扭矩是仅在连接有变速驱动桥36的离合器时进行相加的值，未连接离合器时为0。通过将再生制动装置3的状态反映给目标滑行扭矩，液压制动装置2应承担的扭矩的目标值得到优化。由此，由于仅在剩余扭矩受到再生限制时才能通过液压制动装置确保制动力，因此可以使刹车操作感降低的频率最小化的同时，可靠地防止释放制动。
[0068]
【数1】
[0069]
(式1)再生限制扭矩＝(电池可接收的电力-辅机消耗电力-马达损失电力)
×
系数/车速 发动机摩擦扭矩
×
发动机轴减速比
[0070]
第三种方法为将限制值设定为根据车辆1的行驶状态变化的可变值。例如，可以想到，根据车速设定限制值。车速和限制值的关系可以通过地图和数学公式的形式预先保存在电子控制装置10的内部。图5是举例说明车速和限制值关系的图表，其表示车速越低则限制值设定得越小时的对应关系。通常，车速越低，对刹车踏板4的踩踏操作越要求精细且准确。通过这种低速行驶时的限制值设定得较小，将目标滑行扭矩变得比较小，刹车操作感的降低得到抑制。
[0071]
最大值选择部16选择驾驶员所需扭矩计算部14计算出的驾驶员所需扭矩和第一分配部11计算出的剩余扭矩中的任意一个绝对值较大的一个并输出。这里与剩余扭矩进行比较的驾驶员所需扭矩是通过变化率限制部15实施平滑处理前的驾驶员所需扭矩(变化率
限制前)。这里所选择的一个信息通过第三加法部23向发动机发电控制部22传递。第三加法部23将最大值选择部16所选择的一个扭矩与第二分配部12计算出的再生刹车所需扭矩相加并向发动机发电控制部22输出。另外，发动机发电控制部22根据从第三加法部23传递的扭矩控制发动机发电装置。
[0072]
当驾驶员所需扭矩为正且增加时，变化率限制前的驾驶员所需扭矩的绝对值变得大于变化率限制后的驾驶员所需扭矩的绝对值。因此，最大值选择部16选择变化率限制前的驾驶员所需扭矩，并将该信息向发动机发电控制部22传递。另一方面，驾驶员所需扭矩为正且减小时，剩余扭矩的绝对值可能大于驾驶员所需扭矩(变化率限制前)的绝对值。在这种情况下，最大值选择部16选择剩余扭矩，并将该信息向发动机发电控制部22传递。这样一来，最大值选择部16将会降低变化率限制部15和第一分配部11的驾驶员所需扭矩与剩余扭矩之差所产生的发动机发电输出不足。
[0073]
减速扭矩计算部17至少基于刹车操作量计算并设定减速扭矩。减速扭矩的值在负的范围内设定的同时，设定刹车踏板的踩踏量越大其绝对值越大。此外，可以考虑到刹车踏板的踩踏速度等来计算并设定减速扭矩。这里计算出的减速扭矩的信息向第一加法部18传递。
[0074]
第一加法部18将第一分配部11计算出的目标滑行扭矩和减速扭矩计算部17计算出的减速扭矩相加来计算总减速扭矩。总减速扭矩的信息向第二分配部12传递。
[0075]
第二分配部12将第一加法部18计算出的总减速扭矩分配给液压刹车所需扭矩和再生刹车所需扭矩。液压刹车所需扭矩是总减速扭矩中液压制动装置2承担的扭矩，再生刹车所需扭矩是总减速扭矩中再生制动装置3承担的扭矩。每一个液压刹车所需扭矩和再生刹车所需扭矩的值根据例如电池可接收的电力或车速等进行计算。这里计算出的再生刹车所需扭矩的信息向第二加法部19传递。另外，液压刹车所需扭矩的信息向油压刹车控制部21传递。
[0076]
第二加法部19将剩余扭矩和第二分配部12计算出的再生刹车所需扭矩相加来计算总再生刹车扭矩。总再生刹车扭矩的信息向再生刹车控制部20传递。
[0077]
再生刹车控制部20通过向再生制动装置3输出控制信号控制再生制动装置3的工作状态。对再生制动装置3的控制信号基于总再生刹车扭矩生成。例如，使马达32再生制动时，马达逆变器34的工作状态通过控制信号控制。由此，对应于总再生刹车扭矩的制动扭矩由再生制动装置3生成。
[0078]
液压刹车控制部21通过向液压制动装置2输出控制信号控制液压制动装置2的工作状态。对液压制动装置2的控制信号通过液压刹车所需扭矩生成。例如，电动刹车助力器31的工作状态通过该控制信号控制，对应于液压刹车所需扭矩的制动扭矩由液压制动装置2生成。
[0079]
[3.作用和效果]
[0080]
(1)如图4所示，在第一分配部11中，根据油门操作量设定的驾驶员所需扭矩分配给目标滑行扭矩和剩余扭矩。这里所分配的目标滑行扭矩与根据刹车操作量设定的减速扭矩相加并向第二分配部12传递，并分配给液压刹车所需扭矩和再生刹车所需扭矩。与此对应，控制部13的液压刹车控制部21基于液压刹车所需扭矩控制液压制动装置2。另一方面，控制部13的再生刹车控制部20基于剩余扭矩和再生刹车所需扭矩计算出的总再生刹车扭
矩控制再生制动装置3。
[0081]
通过这种控制构成，易于在例如油门踏板的释放操作时或油门闭合操作时设定目标滑行扭矩并产生摩擦制动力或再生制动力。另外，通过较大地设定剩余扭矩对驾驶员所需扭矩的比例，目标滑行扭矩的值变小，在确保再生刹车限制时对油门操作的适当的驾驶性能的基础上，能够抑制油门闭合时过大的自动制动力导致的刹车操作感的降低。因此，能够消除减速不足感并改善刹车操作感。
[0082]
(2)在第一分配部11中，驾驶员所需扭矩为负值时，目标滑行扭矩的值设定为与预先设定的限制值和驾驶员所需扭矩的值中绝对值较小的任意一个相同的值。通过这种控制构成，例如，即使在驾驶员所需扭矩的绝对值在限制值以上的情况下，目标滑行扭矩也可以设定为与限制值相同的值，确保与该限制值对应的制动力。因此，通过缓和制动力的不足感(松开刹车的感觉)并限制刹车踏板的移动量，可以使油门闭合时的刹车踏板触感保持不变。另外，在驾驶员所需扭矩的绝对值为限制值的情况下，由于目标滑行扭矩设定为与驾驶员所需扭矩相同的值，因此能够产生符合驾驶员操作的制动力。
[0083]
(3)在设定限制值时，也可以将限制值设定为与档位为d档的发动机刹车扭矩对应的规定的固定值。在这种情况下，能够使液压制动装置2承担与发动机刹车相当的制动力，能够缓和制动力的不足感(松开刹车的感觉)。另外，即使在将档位变为b档的情况下，也能够使相同的刹车操作量对应的制动力的大小与d档保持一致，能够改善刹车操作感。
[0084]
(4)另外，也可以将限制值设定为与可以作为动力总成工作的再生限制扭矩对应的值。在这种情况下，能够确保与驾驶员所需扭矩对应的制动力。例如，在低温环境中电池可接收的电力较小的情况下，根据该值较大地设定限制值来消除减速不足感，在电池可接收的电力足够大的情况下，可以较小地设定限制值来改善刹车操作感。
[0085]
(5)此外，如式1所示，再生限制扭矩中还可以包含大小为电池可接收的电力、辅机消耗电力以及马达损失电力之和除以车速的值再乘以系数的扭矩。通过这种方法，将动力总成整体的工作状态反映给限制值，能够优化目标滑行扭矩的值。并且，在安装有发动机37的车辆1中，通过使再生限制扭矩中包含发动机摩擦扭矩，能够进一步优化目标滑行扭矩的值。因此，能够消除减速不足感并改善刹车操作感。
[0086]
(6)如图5所示，车速越低限制值可以设定得越小。通过这样的设定，可以较小地设定低速行驶时目标滑行扭矩的值，能够抑制过大的自动制动力导致的刹车操作感的降低。
[0087]
(7)为了正确地计算发动机发电中参考的所需发电电力，最大值选择部16对变化率限制部15导致的过大的扭矩延迟和第二分配部12中的再生扭矩相加等驾驶员操作和最终所需驱动轴扭矩(如果为负，则为总再生刹车扭矩)的扭矩差进行调整。在驾驶员所需扭矩为正且增加的情况下，在图6中对应于从开始踩踏油门的时刻t1至松开油门的时刻t2之间的区间，选择变化率限制前的扭矩。在驾驶员所需扭矩为正且减小的情况下，在图6中对应于从时刻t2至所需驱动轴扭矩变为0的时刻t3之间的区间，选择变化率限制后的扭矩。
[0088]
另外，在所需驱动轴扭矩为负的情况下，在图6中对应于从时刻t3至加上再生扭矩的时刻t4之间的区间，通过防止由第一分配部11和第二分配部12分配的油门操作和刹车操作两者的扭矩两次相加来获得所需驱动轴扭矩。由此，驾驶员所需扭矩增加时增加发电电力，抑制因发电不足导致的油门操作的响应延迟，并且能够防止在驾驶员所需扭矩减小或为负时发电不足导致的过放电。
[0089]
[4.变形例]
[0090]
上述实施例仅为一个示例，并无意排除本实施例中未明示的各种变形或技术应用。在不脱离其宗旨的范围内，可以对本实施例的各构成实施各种变形。另外，可以根据需要进行选择或对其进行适当组合。例如，在上述实施例中，示出了动力总成中具备马达32、发电机33以及发动机37的混合动力汽车，但发电机33和发动机37可以省略。如果车辆至少安装有具备再生制动功能的电动机和发电机，则可以作为上述车辆制动装置的应用对象。
[0091]
另外，图4所示的电子控制装置10的构成可以由多个ecu分担。例如，如图7所示，可以在负责控制动力总成的动力总成ecu41中设置第一分配部42和第一控制部43，在负责控制刹车系统的刹车ecu44中设置第二分配部45和第二控制部46。第一分配部42、第二分配部45、第一控制部43以及第二控制部46中的每一个分别对应于上述实施例中的第一分配部11、第二分配部12、再生刹车控制部20以及液压刹车控制部21。通过这种控制构成，可以起到与上述车辆制动装置相同的作用和效果。