(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回生制動開始速度上限値ｖ0 での車両運動エネルギーＥv0を、回生制動減速度許容最大値αr0、高蓄エネルギー効率η2で回生・蓄積するに必要十分な蓄エネルギー容量値Ｅr0 の蓄エネルギー装置を有することを特徴とする回生制動装置。
ここで、蓄エネルギー容量値Ｅr0は、
Ｅr0  ＝｛αr0 ／（αr0 ＋αi ）｝・η2  ・Ｅv0
但し
Ｅr0 ：蓄エネルギー装置のエネルギー蓄積容量
Ｅv0 ：回生制動開始速度上限値v0 走行時の車両運動エネルギー
v0 ：回生制動開始速度上限値
η2 ：蓄エネルギー効率
αr0 ：回生制動減速度許容最大値
αi ：惰性走行減速度
である。
【請求項２】
請求項１記載の回生制動装置を搭載した車両の減速走行に際し、現速度ｖ、および蓄エネルギー装置残蓄エネルギー可能量Ｅr から、車両の現地点から目標停止点までの距離Ｄ間を等減速度で走行する場合の減速度αd＝（αr ＋αi ）を設定し、前記減速度αdを、回生制動減速度αrが許容範囲内（αrmin  ≦ αr  ≦ αr0  ）となるよう制御して、現地点−目標停止点間の等減速度走行を行うこと、を特徴とする回生制動走行制御方法。
但し、
αr0 ：回生制動減速度許容最大値
αrmin ：回生制動減速度許容最小値
である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、車両の省エネルギー走行に効果的に寄与する回生制動装置及び前記回生制動装置を搭載した車両の減速走行制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の減速に際し、車両の有している運動エネルギーを最も有効に活用することができる走行方法は、特許文献３に開示されている如く、惰性走行である。
しかし、運動エネルギーを最大限に生かした惰性走行では、通常の制動走行に比して減速走行距離が長大化するとともに、その間の平均走行速度が低下するという大きな問題がある。
この問題は、惰性走行に代えて、減速時車両の有している運動エネルギーを回収・蓄積して後の走行に活かす回生制動走行によって解決可能であるが、現状のＨＥＶ（ハイブリッド車）あるいはＥＶ（電気自動車）に採用されている「発電機と大容量二次電池の組み合わせ」による回生制動方法では前記惰性走行に比べて運動エネルギー利用効率は大幅に低くなるという問題がある。
【０００３】
上記「発電機と大容量二次電池の組み合わせ」による回生制動方法で回生効率を低下させている最大の原因は、回生制動に際しての発電機から大容量二次電池への急速充電効率（蓄エネルギー効率）の悪さである。
実際のＨＥＶにおいては、急速充電における二次電池の充電効率の悪さへの対応策として、二次電池を通常充電時における必要容量に比べて大容量化して、発電機から個々の二次電池への急速充電電流を分散させ、見かけ上の急速充電効率を改善する等の方策がとられている。
【０００４】
しかし、このような大容量二次電池への急速充電による充電効率改善の方策を施したＨＥＶあるいはＥＶにおいても、その運動エネルギー利用効率（回生効率）は、惰性走行による運動エネルギー利用効率にははるかに及ばない。
【０００５】
上記大容量二次電池を用いた大容量・低回生効率の回生制動方法に代えて、蓄エネルギー装置に高回生（蓄エネルギー）効率の蓄電装置、例えば、特許文献２に示されるごとく、電気二重層キャパシター等の利用も考えられているが、この場合キャパシターのエネルギー密度の低さから占有体積が大きくなり、また高価格になるという新たな問題が発生する。
また運動エネルギーの回収・蓄積に、特許文献１あるいは非特許文献１に示されるごとく、「双方向ＣＶＴ（無段変速機）とフライホイールの組み合わせ」による機械エネルギーとしての蓄積・活用方法も考えられているが、蓄積したエネルギーの保持期間が短いこと、あるいは車両事故時の安全性等が問題であるといわれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−０３８６２１
【特許文献２】特開２０１０−２００５５１
【特許文献３】特開２０１１−０４６２７２
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】２０１２年９月４日  日刊工業新聞記事  「蘭大、車向けフライホイールエンジン開発」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本願発明は、減速走行に際し、車両の有する運動エネルギーを最大限惰性走行に活用することによる減速走行距離の長大化、惰性走行の間の平均速度低下、の解決策として、運動エネルギーを、高効率化（高蓄エネルギー効率化）・小容量化した回生制動装置によって効率的に回収・蓄積するとともに、前記回収・蓄積に余る運動エネルギー分は前記回生制動装置による回生制動走行に並行する惰性走行で有効に走行に活用することによって、従来の惰性走行および回生制動走行各々の特徴を生かし、前記問題を最小化した走行を行おうとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
先ず、回生制動装置を構成する、例えばフライホイール等の、蓄エネルギー装置容量を最適化する。合わせて、回生制動装置を搭載する車両において、回生制動装置を構成する蓄エネルギー装置の蓄エネルギー可能量を最大限有効活用しての減速走行（回生制動走行＋惰性走行）を行う。
【００１０】
現状のＨＥＶにおいて、バッテリーは、回生制動による電気エネルギーのみではなく、エンジンの低負荷時、余剰のエンジン出力で発電した電力をも蓄積するために、回生制動に必要な容量よりも過大となっている。本願発明においては回生制動装置を構成する蓄エネルギー装置容量を、例えば１５モード燃費測定時の最高速度７０ｋｍ／ｈ等、車両の通常走行時の最高速度ｖ0 を設定し、前記速度ｖ0 走行時に車両の有する運動エネルギーを回生するに必要十分な蓄エネルギー容量Ｅr0に最適設定することによって小容量化する。
【００１１】
以下に本願発明による回生制動装置の主構成要素の一つである蓄エネルギー装置の蓄エネルギー容量最適化の方法を示す。
回生制動装置の主構成要素の一つである蓄エネルギー装置容量Ｅr0は、前記の如く、回生制動開始速度上限値ｖ0における運動エネルギー量Ｅv0を回生・蓄積するに必要十分な蓄エネルギー装置容量として、下記要領で設定する。
【００１２】
（数１）
Ｅr0  ＝  η0・Ｅv0
＝｛αr0 ／（αr0 ＋αi ）｝・η2 ・Ｅv0  
但し
（数２）
η0＝η10・η2
（数３）
η10 ＝αr0 ／（αr0 ＋αi ）
である。
ここで、
Ｅr0 ：蓄エネルギー装置のエネルギー蓄積容量
Ｅv0 ：回生制動開始速度上限値vr0 走行時の車両運動エネルギー
ｖr0 ：回生制動開始速度上限値
η：回生制動減速度αr時の車両運動エネルギー回生・蓄エネルギー効率（回生制動効率）
＝η1・η2
η0：回生制動減速度αr0時の車両運動エネルギー回生・蓄エネルギー効率（回生制動効率）
η1：回生制動減速度αr時の車両運動エネルギー回生減速度効率
η10 ：回生制動減速度αr0時の車両運動エネルギーの回生減速度効率、
（回生制動減速度αr0および惰性走行減速度αiによる減速走行中の回生制動減速度αr0走行分比率）
η2 ：蓄エネルギー効率
（回生された運動エネルギーを蓄エネルギー装置に蓄積する効率）
αr0 ：回生制動減速度許容最大値
αi ：惰性走行減速度（車両の走行抵抗に比例する）
である。
【００１３】
上記設定された蓄エネルギー容量Ｅr0を有する回生制動装置を搭載した車両において、通常走行中の短距離・短時間の制動走行を含む減速走行は、可能な限り回生制動によって行う。
上記通常走行中の短距離・短時間の回生制動走行によって、蓄エネルギー容量Ｅr0 中の残蓄エネルギー可能量はＥr に減少する。
【００１４】
ここで、回生制動減速度αr0 による回生制動走行とは、厳密には回生制動減速度αr0 および惰性走行減速度αi の和による減速度αd0 ＝（αr0 ＋αi ）による減速走行である。
【００１５】
目標停止点が特定されている場合、現地点から目標停止点までの距離Ｄを減速度αd で等減速度走行した場合の減速走行距離Ｄ、等減速度走行減速度αd 、および現速度ｖ の関係は（数４）であらわされる。
（数４）
Ｄ＝ｖ2 ／（２・αd ）
ここで、等減速度走行減速度αd は（数５）で、また回生制動減速度αr の許容範囲は（数６）で、各々あらわされる。
（数５）
αd ＝αr ＋αi 
（数６）
αrmin  ≦ αr  ≦ αr0
但し
αd ：等減速度走行減速度
αr ：回生制動減速度
αrmin ：回生制動減速度許容最小値
である。
【００１６】
従って、目標停止点上流距離Ｄ、速度ｖ、の地点において、回生制動減速度αr が（数６）を満足し、かつその時点での蓄エネルギー装置残蓄エネルギー可能容量Ｅr が（数７）を満足する場合、目標停止点上流距離Ｄ、速度ｖ、の地点から、（数５）を満足する減速度αdの減速走行によって目標地点への効率的な到達が可能となる。
【００１７】
（数７）
Ｅr’≦Ｅr 
ここで、
（数８）
Ｅr’＝〔｛αr ／（αr ＋αi ）｝・ｖ2〕／〔｛αr0 ／（αr0 ＋αi ）｝・ｖ02〕・Ｅr0  
但し、
Ｅr：蓄エネルギー装置残蓄エネルギー可能容量
Ｅr’：速度ｖからの減速走行に際し、回生制動減速度αrによる回生制動によって蓄エネルギー装置に蓄積される（と予測される）エネルギー量
Ｅr0：蓄エネルギー装置のエネルギー蓄積容量、
（回生制動減速度αr0による回生制動によって、車両運動エネルギーＥv0を蓄エネルギー装置に回収・蓄積可能なエネルギー量）
αr0：回生制動減度許容最大値
ｖ0：回生制動開始速度上限値
αr：回生制動減速度
ｖ：回生制動開始速度
αi：惰性走行減速度
である。
【００１８】
次に、上記小容量・高回生効率の回生制動装置を搭載した車両の合理的な減速走行制御方法を説明する。
図２において、
・地点C−地点O間は、地点Cにおける運動エネルギーＥv0 （速度ｖ0）の車両を、減速度（αr0＋αi ）で走行距離Ｄr0回生制動走行させて、目標停止点Oで停止させる走行状態を示しており、この減速走行状態での蓄エネルギー装置蓄積エネルギー量はＥr0となる。
・地点B’’−地点O間は、地点B’’における運動エネルギーＥv （速度ｖ）の車両を、減速度（αr0＋αi ）で走行距離Ｄr’’回生制動走行させて、目標停止点Oで停止させる走行状態を示しており、この減速走行状態での蓄エネルギー装置蓄積エネルギー量はＥr’’’となる。
ここで、
Ｅr’’’／ Ｅr0 ＝ｖ2 ／ｖ02
・地点B−地点O間は、地点Bにおける運動エネルギーＥv （速度ｖ）の車両を、減速度（αr＋αi ）で走行距離Ｄr回生制動走行させて、目標停止点Oで停止させる走行状態を示しており、この減速走行状態での蓄エネルギー装置蓄積エネルギー量はＥr’となる。
但し、
Ｅr’／ Ｅr0 ＝〔｛αr ／（αr ＋αi ）｝・ｖ2〕／〔｛αr0 ／（αr0 ＋αi ）｝・ｖ02〕
・地点B’−地点O間は、地点B’における運動エネルギーＥv （速度ｖ）の車両を、減速度（αrmin＋αi ）で走行距離Ｄr回生制動走行させて、目標停止点Oで停止させる走行状態を示しており、この減速走行状態での蓄エネルギー装置蓄積エネルギー量はＥr’’となる。
ここで、
Ｅr’’／ Ｅr0 ＝〔｛αrmin ／（αrmin ＋αi ）｝・ｖ2〕／〔｛αr0 ／（αr0 ＋αi ）｝・ｖ02〕
・地点A−地点O間は、地点Aにおける運動エネルギーＥv （速度ｖ）の車両を、減速度αi の惰性走行減速度で惰性走行させて、目標停止点Oで停止させる走行状態（但しこの間の走行距離はＤi ）を示しており、この減速走行状態での蓄エネルギー装置蓄積エネルギー量Ｅir’はＥir’＝０となる。
【００１９】
減速走行開始時（速度ｖ時）において、現地点−目標停止点間距離Ｄを等減速度で減速走行した場合の減速度αd を（数４）から、また回生制動減速度αr を（数５）から各々算出し、この算出された回生制動減速度αr が（数６）に示す回生制動減速度範囲内にあり、かつ蓄エネルギー装置への蓄エネルギー量Ｅr’ が（数７）を満足する場合に、現地点から、前記減速度αd 一定での目標停止点に向けての減速走行を行うことによって所望の省エネルギー減速走行が可能となる。
ここで、回生制動減速度αr 時の車両運動エネルギー回生効率η１は、
（数９）
η1 ＝αr ／（αr ＋αi ）
で示される。
但し、
η1：、車両運動エネルギーの回生制動装置での回収分比率
である。
また、減速度αd ＝（αr ＋αi ）での等減速走行は、車両の減速度がαd となるように回生制動減速度αr を制御して、即ち（数９に示す）回生制動装置の車両運動エネルギー回生効率η1を、車両駆動輪あるいは駆動軸と回生制動装置間の結合度を、制御して走行することによって、可能である。
【発明の効果】
【００２０】
上記本願発明によって、エンジン車両には比較的簡易に高効率・小容量の回生制動装置（例えば、「双方向ＣＶＴとフライホイールの組み合わせ」による回生制動装置）を付加することができ、省エネルギー化のための惰性走行による減速走行距離の長大化、平均速度低下、を招くことなしに、減速走行開始直前の運動エネルギーを有効に回生・蓄積しての省エネルギー減速走行が可能となる。
また本願発明の思想は、上記エンジン車両ばかりでなく、従来のＥＶ／ＨＥＶ／ＦＣＶ（燃料電池車）においても、回生制動のための蓄エネルギー装置を電気二重層キャパシター等高回生効率かつ小容量の蓄エネルギー装置に置き換えることによって、回生制動効率の向上によるさらなる省エネルギー化が可能となる。
さらに本願発明による回生制動走行制御方法は、目標停止点が交差点等の場合のみでなく、車両前方障害物等への制動走行にも、自車−障害物間距離をレーダー等で検知することによって、適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本願発明による回生制動装置を搭載した車両の構成例概念図、
【図２】本願発明による回生制動装置を搭載した車両の減速走行制御方法説明図
【図３】本願発明による減速走行制御処理手順例である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本願発明による回生制動走行は、回生制動開始上限速度ｖ0時の運動エネルギーＥv0 を回生・蓄積するに必要十分な容量値Ｅr0の蓄エネルギー装置を有する回生制動装置を搭載した車両において、前記蓄エネルギー装置の残蓄エネルギー量Ｅr（ただし、Ｅr ≦Ｅr0 ）を最大限有効に利用した回生制動、即ち車両の有する運動エネルギー量Ｅv （車両速度ｖ ）および残蓄エネルギー可能量Ｅrに対応した回生制動減速度αr  （減速度αd ＝（αr ＋αi ）） による目標停止点までの回生制動距離Ｄr走行によって達成される。
ここで回生制動減速度αr  は、αrmin ≦αr ≦αr0  の範囲内の（距離Ｄr の回生制動実現可能な）一定値である。
以下にその実施例を示す。
【実施例１】
【００２３】
図１に、本願発明の回生制動装置をエンジン車両に搭載した場合の構成概念図を、
図３に、本願発明による減速走行制御処理手順例を、
各々示す。
図１において、
１１は、エンジン、
１２は、無段変速機、
１３は、前記エンジン１１と無段変速機１２によって構成される主駆動力源、
１４は、フライホイール、
１５は、双方向型無段変速機、
１６は、フライホイール１４と、双方向型無段変速機１５によって構成される回生制動装置（副駆動力源）、
１７は、駆動軸
１８は、駆動輪、
である。
【００２４】
通常走行は、エンジン１１出力で無段変速機１２、駆動軸１７経由駆動輪１８を駆動して走行する。但し、フライホイール１４に残蓄積エネルギーがある場合はそのエネルギーによる駆動力で双方向無段変速機１５経由で駆動軸１７を補助駆動し駆動輪１８の駆動支援を行う。
回生制動走行時は、車両運動エネルギーで駆動される駆動輪１８駆動力を駆動軸１７、双方向型無段変速機１５経由フライホイール１４の回転エネルギーとして回収・蓄積する。
【００２５】
図３において、
３０１は、本願発明による減速走行制御手順開始点、
３０２は、車両に対して運転者から制動要求がなされたか否かを判定する制動要求有無判定処理、
３０３は、処理３０２で運転者からの制動要求がなされていると判定した場合、要求されている制動力が、回生制動で対応可能な範囲内か否かを判定する制動力判定処理、
３０４は、処理３０３で、要求された制動力が回生制動で対応できる範囲を超えていると判定された場合、対応できる範囲内の回生制動と、前記回生制動に余る制動を摩擦制動（通常のエンジンブレーキによる制動を含む）で行う、（回生＋摩擦）制動処理、
【００２６】
３０５は、処理３０２において運転者からの制動要求が無しと判定された場合、（本願発明による自動回生制動走行実行のため）車両が次に停止すべき目標停止点が特定されているか否かを判定する目標停止点特定有無判定処理、ここで、目標停止点位置情報は、例えばカーナビゲーション装置内の地図データベース等から獲得する）
３０６は、通常の走行状態を継続する通常走行継続処理、
３０７は、処理３０５において目標停止点が特定されていると判定された場合、目標停止点に向けての回生制動開始準備のための蓄エネルギー装置残蓄エネルギー可能量Ｅrの特定、および車両走行速度ｖ の特定を行う残蓄エネルギー可能量／速度特定処理、
【００２７】
３０８は、現地点から目標停止点までの距離Ｄの算出、回生減速度αr の算出、および前記特定・算出した回生制動走行を行った場合に予測される蓄エネルギー量Ｅr' の算出を行う回生制動走行距離／回生減速度／蓄エネルギー量算出処理、
ここで、距離Ｄの算出のための車両現在位置の特定は、例えば車両に搭載されたＧＰＳ受信機等の位置特定装置等によって行う。  
【００２８】
３０９は、処理３０７〜処理３０８で特定・算出した残Ｅr 、ｖ、Ｄ、αr 、およびＥr’ より、現地点から目標停止点までの減速走行が許容される回生制動走行減速度範囲内（αrmin≦αr≦αr0 ）で可能か否かの判定を行う、回生制動走行可否判定処理、
本処理によって、回生制動減速度αr がαr＜αrmin となる、あるいは蓄エネルギー量Ｅr’が残蓄エネルギー可能量Ｅr に対してＥr' ＞Ｅr となる、ことによって回生制動走行可否判定が否となる場合は処理３０６へ、回生制動減速度αr がαr＞αr0 となることによって回生制動走行可否判定が否となる場合は処理３０４へ、各々移行する。
３１０は、処理３０９で可とされた回生制動走行を、目標停止点上流Ｄ
地点から回生制動減速度αr
（即ち、等減速度走行αd ＝αr ＋αi ）で開始する回生制動処理、
３１１は、車両が制動によって停止したか否かを判定する車両停止判定処理、
３１２は、制動走行終了処理、
３１３は、本願発明による減速走行制御手順終了点、
である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
上記のごとき本願発明による回生制動装置は、車両に搭載されて、蓄エネルギー装置残容量に対応した最適な（回生制動減速度および回生制動距離の）回生制動を行うことによって車両減速時に有する運動エネルギーを効率的・効果的に蓄積し、前記減速に継続する発進・加速走行時の車両駆動エネルギーとして有効に活用することによって、車両の省エネルギー化に大きく貢献することができる。
【００３０】
本願発明による「フライホイール＋双方向無段変速機」で構成した回生制動装置は、エンジン車両へは勿論、ＨＥＶ、ＥＶあるいはＦＣＶへの搭載も可能である。
また、ＨＥＶ、ＥＶあるいはＦＣＶ用回生電気エネルギー蓄積用として従来から実用化されている大容量二次電池に代えて、高充放電効率を有する電気二重層キャパシターを用いた小容量・高回生効率の回生制動装置とすることも可能である。
即ち、本願発明はあらゆる車両における減速走行の効率化、省エネルギー走行化に、周く有効であるといえる。
【符号の説明】
【００３１】
図１において、
１１：エンジン、
１２：無段変速機、
１３：前記エンジン１１と無段変速機１２によって構成される主駆動力源、
１４：フライホイール、
１５：双方向型無段変速機、
１６：フライホイール１４と、双方向型無段変速機１５によって構成される回生制動装置（副駆動力源）、
１７：駆動軸
１８：駆動輪、
【００３２】
（数１）〜（数９）において、
Ｅr0 ：蓄エネルギー装置のエネルギー蓄積容量
Ｅr ：蓄エネルギー装置の残蓄エネルギー可能量
Ｅr’ ：回生制動によって蓄エネルギー装置に蓄積されるエネルギー量（予測値）
Ｅv0 ：回生制動開始速度上限値v0 走行時の車両運動エネルギー
Ｅv ：速度v 走行時の車両運動エネルギー
ｖ0 ：回生制動開始速度上限値
ｖ  ：車両速度
η：車両運動エネルギーの回生制動効率
η1 ：回生制動減速度効率、
η2 ：蓄エネルギー効率
αr0 ：回生制動減速度許容最大値
αrmin ：回生制動減速度許容最小値
αr ：回生制動減速度  （但し、αrmin ≦αr  ≦ αr0）
αi ：惰性走行減速度（車両の走行抵抗に比例する）
αd ：減速走行減速度
Ｄ：現地点−目標停止点間距離
Ｄr0 ：運動エネルギーＥv0 、蓄エネルギー量Ｅr0 、回生制動減速度αr0 、時の回生制動走行距離
Ｄr ：運動エネルギーＥv 、回生制動減速度αr 、時の回生制動走行距離
Ｄr’’ ：運動エネルギーＥv 、回生制動減速度αr0 、時の回生制動走行距離
Ｄr’ ：運動エネルギーＥv 、回生制動減速度αrmin 、時の回生制動走行距離
Ｄi ：運動エネルギーＥv 、惰性走行減速度αi 、時の惰性走行距離
【図１】
0005467587.tif 000002
【図２】
0005467587.tif 000003
【図３】
0005467587.tif 000004