プリウスのブレーキ

トヨタのページ　http://www.toyota.co.jp/jpn/tech/environment/technology_file/hybrid.html　には、3代目プリウス ZVW30（2009年 -）での進化の概要がある。まだまだ、これだけ進化しているのである。

その中にブレーキの動作のグラフがある。



このグラフが正確だとすると、以下のことが言える。

1. 油圧と回生は常に併用し、一定の制動力になるように回生と油圧のバランスをコントロールしている。
2. 油圧と回生のバランスは状況によって調整する。これは、厳密には以下の2つのケースを含むと思われる。
• 2.1  人間の意図の反映)  制動開始と停止直前は油圧が主体
• 2.2  車速の反映)  中・低速域で回生ブレーキへのエネルギー伝播率が上がる

考察)

•  2.1に関しては、自然なブレーキフィーリングのための味付けではなかろうか。すなわち、回生ブレーキは、回生エネルギーを測定しないとブレーキ力が調整できない。すなわちフィードバックに時間がかかり、きめ細かな制御がしにくい。回生ブレーキは、制動の意図が安定するまで使わないということ。ではなかろうか。
• 2.2に関しては、高速域では、回生ブレーキの制動力が足らないので、油圧が主体になる可能性もある。しかしそうであろうか、次項に挙げたトヨタサイトの情報では、モータ 60kW はエンジン 73kWとほぼ同じ出力(馬力)を持つ。Ni-MH電池は、6.5Ahこれは、23.4kW秒に相当する。通常、高速では、エンジンの最大加速以下の減速ならエンジンブレーキでかける。つまり安全のためフットブレーキはあまり踏むなと、教習所で習った。だとすると、相当な急制動をしない限り、回生ブレーキで足りる。もちろん、Ni-MHの容量が小さいし、拙稿: 「2011年5月25日:水曜日 トヨタのプリウスは本当に凄い車です」 の末尾に書いたように、Ni-MHの容量の40%から65%の範囲、すなわち25%ぶんでしか充放電を行わずにNi-MHの寿命を延ばしている。たとすると使える容量は、5.85kWh。これは、もしもモータの最大出力分で制動をかけると、たった、0.09秒分にしかならない。最大加速並みの減速をしただけで、すぐに回生失効するわけであり、それがゆえに油圧ブレーキでエネルギーを捨てざるを得ないのかもしれない。23.4 kmも充電池走行可能なPHV(プラグインハイブリッド)に期待したい。それなりに重くなるし、電池が完全充放電に近くなり電池寿命が短くなる(部材の製造・廃棄エネルギーが大きくなる)ので、本当にエコかは十分検討が必要である。
  (駆動系の出力については、高速向けのスポーツセダンであるBMWと比較したので、後日それをblogに掲載したい。)
• 30型プリウスの仕様) http://toyota.jp/prius/003_p_001/spec/spec/index.html

上記2.2に関しては、それを裏づける情報が以下のblogにある。

http://golf4.blog65.fc2.com/blog-entry-148.html

ここには、プリウスのブレーキについて、違和感はないだろうとの、考察がある。ここで触れられているECBという電子回路はとてもよくできている。一部引用すると、

「またECB はドライバーの操作に応じて、通常ブレーキ、ABS、TRC、VSC、ブレーキアシスト、ヒルスタートアシストコントロールの制御も行う。フェイルセーフ機能は、システム異常時にはハイドロブースターの油圧がホイールシリンダーに作用する油圧バックアップ構造とし制動力を確保する。」

 とある。非常に高度なシステムになっている。ご興味があればご一読をお勧めする。

出所は不明だが、上記blogにあるグラフを以下に引用する。

制動力を油圧ブレーキ、回生ブレーキ(上記で「はモータによる制動力」と書かれている)、エンジンブレーキに分割している。ここでも中、低速域で回生ブレーキを主に使うことが書かれており、また、油圧と回生ブレーキをバランスをとりつつ使っていると主張されている。

電車では、高速時に回生ブレーキ(ぶーんというやつ)、そして空気ブレーキに切り替わるので、違和感を感じる。ところがプリウスでは、同時に2つを組み合わせて使っている。その性か、走らせて見ると、常に油圧ブレーキを使っているようにしか感じられない。このために、かなりたくさんの電磁バルブを制御しているとも聞く。きわめて完成度が高いように思う。

冒頭のトヨタのサイトには、低速でstop and goの多い街乗りでエネルギー回収を効率よく行うために、低速での回生を重視しているように書いてある。これを実現するには、低速での回生を効率的に行う必要があり、高性能インバータが活躍する。

注) プリウスは発電機とモータと2つ積んでいるが、回生はモータで行う模様。これは車軸に直結したモータで行わず、遊星ギヤを経由した発電機で行った場合には反力（エネルギー)がエンジン（ポンピングロス-いわゆるエンジンブレーキ)に吸収される。これを避けるためと思われる。（もっともインサイトでは、エンジンが切り離せないので、バルブを全閉にしてポンピングロスを減らしている。フリクションロスとかバルブ系の駆動ロスは残るだろうが。)  私はエンジンブレーキのロスを防ぐために回生時には、サンギヤにつながった発電機をフリーにして、反力がエンジンにつたわらないようにしているのではと考えている。遊星ギヤと発電機でクラッチの役目を果たすわけである。

回生と油圧のバランスというのは、難しい技術に思えるが、実は似たようなことは従来からやられている。

作動点（アクチュエータ)が1つにまとまっているので多少違うが、ほとんどの車で使われている、ブレーキアシスト(負圧か油圧による増力装置)がこの1例であろう。また油圧を使った例では、パワステがあげられる。弁をうまくつかうことで、重くもなく軽くもない自然な操舵感を実現している。

パワステ) http://www.ryomomaruzen.co.jp/c_c04psf.htm

アクチュエータが複数ある例では、トラックの制動系が挙げられる。

http://www.sei-brake.co.jp/necchuu/brake/brake33.html

にあるように、ブレーキアシストしたドラムブレーキ、排気ブレーキ、プロペラシャフトを電気的に制動するブレーキリターダが併用されている。プリウスの制動系がだめなら、トラックはもっと以前に問題を起しているのではなかろうか。やはりハイブリッドで独走するトヨタ　イジメのようにも感じてしまう。

そういえば、一度、ぬれたマンホールの上で急発進してタイヤが鳴ったことがある。これは、ブレーキには関係ないし、トラクションコントロールをもっていないので、どうしようもないのだろう。ABSが作動したと感じたことは、まだ一度もない。
ヒルスタートアシスト(ブレーキを強く踏めば、離しても急坂をさがらない)の効果も、まだ確認できていない。使っておらず急坂を若干後退したことはあるのだが。。