(57)【要約】【課題】余剰回生電力を効率的に処理できる制動装置を提供する。【解決手段】車両の回生制動時、バッテリ充電状態判定器３３によりバッテリ３０の端子電圧が閾値よりも低いと判定された場合、その回生制動で発生した回生電力をバッテリ３０に通電して、バッテリ３０が充電されるように制御する。また、バッテリ充電状態判定器３３によってバッテリ３０の端子電圧が所定の閾値以上と判定された場合には、空力ブレーキ駆動装置２２を稼動させるとともに、回生電力を空力ブレーキ内発熱抵抗体２１に通電して、熱として消費されるように制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の制動時に該車両の駆動モータを発電機として用いて回生電力を発生させることで前記車両の減速を実現する制動装置であって、
前記車両の所定位置に設置された空力ブレーキと、
前記空力ブレーキ内に設けられた発熱抵抗体と、
前記車両の制動時にバッテリの充電状態を判定するバッテリ充電状態判定手段と、
前記バッテリ充電状態判定手段によって前記バッテリが充電可能な状態にあると判定された場合、前記回生電力により該バッテリが充電されるように制御し、かつ、前記バッテリ充電状態判定手段によって前記バッテリが満充電状態にあると判定された場合には、前記空力ブレーキを作動させるとともに、前記回生電力が前記発熱抵抗体に通電されるように制御する制御手段と、
を備える制動装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記バッテリ充電状態判定手段によって前記バッテリが満充電状態にあると判定された場合、前記回生電力が前記発熱抵抗体に通電されると同時に前記空力ブレーキにも通電されるように制御する
請求項１に記載の制動装置。
【請求項３】
前記空力ブレーキは可動式のフラップ部材を備え、前記発熱抵抗体は前記フラップ部材の表面に露出して配置されている
請求項１又は２に記載の制動装置。
【請求項４】
前記空力ブレーキは可動式のフラップ部材を備え、前記発熱抵抗体は前記フラップ部材に内蔵されている
請求項１又は２に記載の制動装置。
【請求項５】
前記空力ブレーキは可動式のフラップ部材を備え、前記発熱抵抗体は前記フラップ部材の表面に配置され、かつ保護用の被覆が設けられている
請求項１又は２に記載の制動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は制動装置に係り、特に車両走行用のモータを備え、車両の減速時に車両の運動エネルギーを電動機（モータ）により回生する車両の制動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両による環境問題や燃費等との観点から内燃機関と電動機とを動力源とするハイブリッド自動車（いわゆるＨＶ車）や電動機により駆動される電気自動車（いわゆるＥＶ車）が普及し始めている。これらの車両は、走行時に電動機（モータ）の出力トルクにより車輪を駆動して推進させている。一方、車両の減速時には、モータを発電機として動作させ、車両の運動エネルギーを回生させて（回生トルクを発生させて）電力に変換し、この回生電力を蓄電器（バッテリ）に蓄電する、いわゆる回生制動を行っている。このとき、蓄電器が満充電状態になっている場合には、過充電によるバッテリの劣化や、端子電圧の過剰な上昇という問題が生じる。
【０００３】
このような不具合を防止するため、回生制動で発電した余剰電力をバッテリへの充電以外の方法で消費させたいとする要望に応える装置が従来より提案されている。例えば、特許文献１には、余分な回生電力による熱を既存の放熱手段（ラジエータ）を利用して放熱させるハイブリッド車両が記載されている。また、特許文献２は、余剰回生電力をモータやインバータで熱に変換して処理する電気自動車用の回生制動装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３１９２０５号公報
【特許文献２】特開平５−２５２６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に記載のハイブリッド車両では、余剰の回生電力をラジエータを介して放熱しており、特許文献２に記載の回生制動装置は、駆動モータ内部で熱に変え、その熱により消費しているが、いずれの場合も放熱処理をするための容量が十分ではないため、回生量そのものを制限する必要がある。また、発生した回生電力をすべて熱として消費することは困難なため、回生システムが搭載されているにもかかわらず、摩擦ブレーキによる熱変換処理を主体としている。そのため、摩擦ブレーキ容量が従来の車両のブレーキと変わらず、ブレーキの小型・軽量化を進展できない、という問題がある。また、回生システムが搭載されていても、車両の空気抵抗への影響が大きいタイヤハウスへの通風量も従来と同等であり、ブレーキの小型化への改善がなされていないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するために提案されたものであり、車両の回生制動により生じた余剰回生電力を効率的に処理できる制動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、請求項１記載の発明は、車両の制動時に該車両の駆動モータを発電機として用いて回生電力を発生させることで前記車両の減速を実現する制動装置であって、前記車両の所定位置に設置された空力ブレーキと、前記空力ブレーキ内に設けられた発熱抵抗体と、前記車両の制動時にバッテリの充電状態を判定するバッテリ充電状態判定手段と、前記バッテリ充電状態判定手段によって前記バッテリが充電可能な状態にあると判定された場合、前記回生電力により該バッテリが充電されるように制御し、かつ、前記バッテリ充電状態判定手段によって前記バッテリが満充電状態にあると判定された場合には、前記空力ブレーキを作動させるとともに、前記回生電力が前記発熱抵抗体に通電されるように制御する制御手段と、を備える。
【０００８】
このような構成とすることで、バッテリに充電し切れない余剰の回生電力のみを、空力ブレーキに設けた発熱抵抗体で熱として消費させ、摩擦ブレーキにおいて熱に変換されるエネルギー量を低減することができる。また、空力ブレーキを作動させることで車両が減速し、それにより、駆動モータにおいて余剰として発生する回生電力を少なくすることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において前記制御手段は、前記バッテリ充電状態判定手段によって前記バッテリが満充電状態にあると判定された場合、前記回生電力が前記発熱抵抗体に通電されると同時に前記空力ブレーキにも通電されるように制御することを特徴とする。これにより、駆動モータで発生した余剰回生電力をより効率的に消費できる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において前記空力ブレーキは可動式のフラップ部材を備え、前記発熱抵抗体は前記フラップ部材の表面に露出して配置されていることを特徴とする。請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記空力ブレーキは可動式のフラップ部材を備え、前記発熱抵抗体は前記フラップ部材に内蔵されていることを特徴とする。また、請求項５に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記空力ブレーキは可動式のフラップ部材を備え、前記発熱抵抗体は前記フラップ部材の表面に配置され、かつ保護用の被覆が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
上記のように発熱抵抗体を配置することで、可動式のフラップ部材に当たる空気に対して発熱抵抗体で発生した熱を効率良く放熱できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る制動装置は、余剰回生電力を効率的に処理できるとともに、空力ブレーキ自体が余剰の回生電力の発生を抑え、摩擦ブレーキの小型・軽量化ができる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る制動装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態に係る制動装置の空力ブレーキ部の構成を示す図である。
【図３】実施形態に係る制動装置における、空力ブレーキを作動させた回生制動の制御手順を示すフローチャートである。
【図４】実施形態の変形例に係る制動装置の全体構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る制動装置の全体構成を示すブロック図である。図１に示す制動装置１において、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１０は、制動装置１全体の制御を司る不図示の中央制御部（ＣＰＵ：Central Processing Unit)）と、オペレーティングシステム（ＯＳ）等の基本プログラムや回生制動の制御手順を示すプログラム等が格納された不図示の読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）と、回生制動の制御等に用いる各種データを一時的に記憶するための不図示の随時読出し／書込みメモリ（ＲＡＭ）とを備えて構成される。
【００１５】
モータ１２は、例えば、差動ギア等からなる動力伝達部７を介して車輪（駆動輪）５ａ，５ｂに駆動力（回転力）を付与する駆動モータとして使用されるとともに、制動時に回生エネルギーを回収する回生モータとして使用される。ここで、本実施形態に係る制動装置１を搭載した車両が電気自動車であれば、通常の走行時には、バッテリ３０からの電力がインバータ（不図示）により周波数変換及び電圧変換され、モータ１２に供給される。また、車両がハイブリッド車両であれば、モータ１２は、図示しない内燃機関とともに、又は単独でハイブリッド車両の駆動源を構成する。
【００１６】
一方、電気自動車の場合もハイブリッド車両の場合も、車両の減速時には回生制動が機能して、車輪５ａ，５ｂからモータ１２に伝達された回転力（機械的な動力）により、モータ１２が発電機として駆動される。その結果、車輪５ａ，５ｂに制動力を生じさせて車両を減速するとともに、モータ１２で発電された電力は、図示しない整流装置によって所定の直流電力に変換され、バッテリ３０に蓄電される。バッテリ３０は、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池である。
【００１７】
バッテリ充電状態判定器３３は、バッテリ３０の端子電圧を常時、監視しており、その監視結果をもとにバッテリ３０の充電状態を判定する。また、電力切替スイッチ１５は、モータ１２とバッテリ３０とを電気的に接続するか、あるいはモータ１２と空力ブレーキ部２０とを電気的に接続するかの切り替えをするスイッチである。ＥＣＵ１０は、バッテリ充電状態判定器３３からの判定信号をもとに電力切替スイッチ１５を切り替えることで、車両の回生制動時に発生した回生電力をバッテリ３０に充電するか、あるいは、この回生電力を空力ブレーキ部２０に供給している。この空力ブレーキ部２０は、空力ブレーキを作動させる空力ブレーキ駆動装置２２と、空力ブレーキ内発熱抵抗体２１とを備えてなる。
【００１８】
図２は、本実施形態に係る制動装置の空力ブレーキ部２０の構成を示す図である。図２に示すように、空力ブレーキ部２０は、例えば、バッテリ３０から電力供給を受けて作動する空力ブレーキ駆動装置２２の駆動力により空力ブレーキ用のフラップ（ブレーキ板）２５を、その一辺に設けたヒンジ部２３を軸として上下方向に回転可能に制御する。フラップ２５は、所定面積のパネル状部材からなり、モータ１２より供給された回生電力を熱として消費するための抵抗からなる空力ブレーキ内発熱抵抗体２１を有する。ここでは、空力ブレーキ内発熱抵抗体２１で発生した熱を空気中に効率的に放熱するため、車両５０の走行中において空気の流れが顕著である、車両５０の後方ルーフ上に空力ブレーキ内発熱抵抗体２１を配置している。また、フラップ２５を車両５０の後方ルーフ上に配置することで、空力ブレーキ内発熱抵抗体２１からの発熱による乗員への影響を最小限にしている。
【００１９】
空力ブレーキ内発熱抵抗体２１は、例えば、フラップ２５の表面上を蛇行しながら露出して配置されている。空力ブレーキ内発熱抵抗体２１の配置方法は、これに限定されず、例えば、フラップ２５の表面に配置する際、その上に保護用の被覆（カバー）を設けてもよいし、フラップ２５の表面から所定の深さに埋め込んで、フラップ２５に内蔵される構成にしてもよい。
【００２０】
次に、本実施形態に係る制動装置における回生制動の制御方法について説明する。図３は、本実施形態に係る制動装置における、空力ブレーキを作動させた回生制動の制御手順を示すフローチャートである。制動装置１のＥＣＵ１０は、ステップＳ１１で、例えば、不図示の速度センサからの速度信号、ブレーキセンサからのブレーキ信号、アクセルセンサからのアクセル信号等をもとに、その車両が回生制動時にあるか否かを判断する。具体的には、ブレーキペダルが踏み込まれて（ブレーキスイッチがオン）、速度信号により得られる車速が所定値以下であり、かつ、アクセルスイッチがオフになった場合、車両が回生制動時にあると判断する。なお、ステップＳ１１で、車両が回生制動時にないと判断された場合には、ステップＳ２０における他の処理を実行する。例えば、電力切替スイッチ１５を切り替えてバッテリ３０とモータ１２とが接続され、アクセル信号に応じて、不図示のインバータによってバッテリ３０からの直流電力を交流電力に変換する。そして、この交流電力をモータ１２に供給してモータ１２を駆動し、その駆動力を車輪５ａ，５ｂへ伝達する、通常の走行状態における処理を行う。
【００２１】
車両が回生制動時にあると判断された場合、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１３において、バッテリ充電状態判定器３３からのバッテリ３０の充電状態についての判定信号を受けて、バッテリ３０が充電可能な状態にあるか否かを判断する。ここでは、バッテリ充電状態判定器３３は、バッテリ３０の端子電圧Ｖを監視して、その端子電圧Ｖが、あらかじめ決めた閾値ＶＦよりも低いかどうかを示す判定信号をＥＣＵ１０に入力する。バッテリ３０の端子電圧が、あらかじめ決めた閾値よりも低いときは、バッテリ３０への充電が可能であり、バッテリ３０の端子電圧が閾値以上のときは、バッテリ３０が満充電状態にあって、充電できない状態にあることを示している。
【００２２】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ１３で、バッテリ充電状態判定器３３からの判定信号により、バッテリ３０の端子電圧Ｖが閾値ＶＦよりも低く、バッテリ３０が充電可能な状態にあると判断した場合、ステップＳ１５に進む。このステップＳ１５では、車両が回生制動時にあり、かつ、バッテリ３０が充電可能な状態にあるため、ＥＣＵ１０は、モータ１２で発生した回生電力がバッテリ３０に充電されるように、電力切替スイッチ１５を介したモータ１２とバッテリ３０との電気的な接続を維持する。その結果、モータ１２からの回生電力がバッテリ３０に充電される。そして、ＥＣＵ１０は、続くステップＳ１９で、バッテリ３０への充電によって、バッテリ３０の端子電圧Ｖが閾値ＶＦよりも高くなったかどうかを判断する。具体的には、ステップＳ１３と同様に、バッテリ充電状態判定器３３より入力された、バッテリ３０の端子電圧Ｖについての判定信号をもとに、バッテリ３０の端子電圧Ｖが閾値ＶＦよりも低いか、あるいは閾値ＶＦ以上であるかを判断する。
【００２３】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ１３、又はステップＳ１９において、バッテリ充電状態判定器３３より入力された、バッテリ３０の端子電圧Ｖについての判定信号をもとに、バッテリ３０の端子電圧Ｖが閾値ＶＦ以上であると判断した場合には、バッテリ３０が満充電状態になっていると判断して、ステップＳ２１に進む。すなわち、ＥＣＵ１０は、バッテリ３０が満充電状態になっており、それ以上の充電は不可能と判断して、ステップＳ２１において、電力切替スイッチ１５を空力ブレーキ部２０側に切り替える。これにより、モータ１２からの回生電流が空力ブレーキ内発熱抵抗体２１に通電される。なお、バッテリ３０が満充電状態にあり、バッテリ３０に充電し切れない回生電力（バッテリへの充電以外の方法で消費させたい回生電力）は、余剰回生電力とよばれる。
【００２４】
続くステップＳ２３で、ＥＣＵ１０は、空力ブレーキを稼動させるため、空力ブレーキ部２０を構成する空力ブレーキ駆動装置２２に制御信号を送り、空力ブレーキ駆動装置２２を作動させる。空力ブレーキ駆動装置２２が作動すると、空力ブレーキ駆動装置２２の駆動力により、空力ブレーキ部２０のフラップ２５が、ヒンジ部２３を設けた一辺を軸として車両の上方向に回転駆動され、所定の角度を維持したまま静止する。その結果、車両走行中においてフラップ２５に大量の空気が当り、回生電力の通電により発熱している空力ブレーキ内発熱抵抗体２１にも大量の空気が当たるため、空力ブレーキ内発熱抵抗体２１から発せられた熱が空気中に効率的に放熱される。このようにして、車両の回生制動時において発生した回生電力が空力ブレーキ内発熱抵抗体２１において熱として消費される。
【００２５】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ２７において、上記のステップＳ１１と同様、車両の車速、ブレーキ状態、アクセル状態等により車両が回生制動の状態にあるか否かを判断する。車両が依然として回生制動状態にあれば、ステップＳ２３において、空力ブレーキ内発熱抵抗体２１へ回生電力が通電された状態で、空力ブレーキ駆動装置２２の作動を継続する。しかし、ステップＳ２７において、車両が回生制動状態にないと判断された場合には、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２９において、電力切替スイッチ１５をバッテリ３０側に切り替える。続くステップＳ３１で空力ブレーキ駆動装置２２の作動を停止すると、フラップ２５は初期位置、例えば、車両の後方ルーフと同一面となる位置に戻る。そして、ＥＣＵ１０は、本回生制動の制御を終了する。
【００２６】
このように、ステップＳ２９において、バッテリ３０とモータ１２とが電気的に接続されるように電力切替スイッチ１５を切り替えたことで、アクセルの踏み込みに応じて、バッテリ３０からの直流電力が不図示のインバータによって交流電力に変換された後、モータ１２に供給される。その結果、モータ１２が駆動され、その駆動力が車輪５ａ，５ｂに伝達されて、車両は通常の走行状態に移行する。
【００２７】
＜変形例＞
上述した実施形態では、車両の減速時、車両が回生制動の状態にあるとき、空力ブレーキ駆動装置２２を作動させるとともに、空力ブレーキ内発熱抵抗体２１にのみ回生電流が通電されるようにして余剰回生電力を消費しているが、余剰回生電力を処理するための制御は、これに限定されない。
【００２８】
図４は、上述した実施形態の変形例に係る制動装置の全体構成を示すブロック図である。なお、図４において、図１に示す実施形態に係る制動装置と同一構成要素には同一の符号を付して、それらの説明を省略する。図４に示す変形例に係る制動装置１１では、バッテリ３０が満充電状態になって、ＥＣＵ１０が電力切替スイッチ１５を空力ブレーキ部２０側に切り替えた場合、モータ１２からの回生電流が空力ブレーキ内発熱抵抗体２１に通電されると同時に、空力ブレーキ駆動装置２２側にも通電される構成になっている。これにより、余剰回生電力が空力ブレーキ内発熱抵抗体２１において熱として消費されるとともに、空力ブレーキ駆動装置２２を作動させるための電力としても消費され、より効率的な余剰回生電力の処理が可能となる。
【００２９】
なお、図示等は省略するが、回生制動の度合いに応じて、空力ブレーキを作動させずに空力ブレーキ内発熱抵抗体２１にのみ電力を通電して、余剰回生電力を消費するようにしてもよい。また、回生制動の初期の段階において、空力ブレーキ駆動装置２２によって空力ブレーキのみを作動させた減速効果を得て、その後、さらに回生制動が継続された場合、空力ブレーキ内発熱抵抗体２１に回生電流を通電して、余剰の回生電力を消費する構成としてもよい。
【００３０】
さらには、上述した実施形態では、バッテリ充電状態判定器３３より入力された、バッテリ３０の端子電圧Ｖについての判定信号をもとに、バッテリ３０の端子電圧Ｖが閾値ＶＦよりも低いか、あるいは閾値ＶＦ以上であるかを判断しているが、ＥＣＵ１０により直接、バッテリの充電状態を判断する構成としてもよい。
【００３１】
以上説明したように、本実施の形態に係る制動装置では、車両の減速時の運動エネルギーを通常の摩擦ブレーキによって熱に変換せずに、回生ブレーキにより電気エネルギーに変換し、その電気エネルギーを電力としてバッテリに充電する際、バッテリに充電し切れない余剰の回生電力のみを、空力ブレーキ部に設けた発熱抵抗体で熱として消費させる。こうすることで、摩擦ブレーキにおいて熱に変換されるエネルギー量が少なくなり、その分、ブレーキ容量を小さくすることができる。その結果、車両のブレーキシステム全体として見た場合、ブレーキの小型、軽量化が可能となる。
【００３２】
また、ブレーキ容量が小さくなることで、車輪部分におけるブレーキを冷却するための通風量を減らすことができる。これにより、タイヤ周りの通気（タイヤハウス通風）に伴う車両の空気抵抗を低減できる。さらには、空力ブレーキを作動させることによる車両の減速効果により、モータにおいて余剰として発生する回生電力を少なくすると同時に、余剰回生電力を効率的に処理できる。
【符号の説明】
【００３３】
１  制動装置
５ａ，５ｂ  車輪
７  動力伝達部
１０  ＥＣＵ（電子制御ユニット）
１２  モータ
１５  電力切替スイッチ
２０  空力ブレーキ部
２１  空力ブレーキ内発熱抵抗体
２２  空力ブレーキ駆動装置
２３  ヒンジ部
２５  フラップ
３０  バッテリ
３３  バッテリ充電状態判定器
５０  車両
【図１】
2012205318.tif 000003
【図２】
2012205318.tif 000004
【図３】
2012205318.tif 000005
【図４】
2012205318.tif 000006