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プリウス:ブレーキの「空走感」

今話題のプリウスのブレーキの問題、Twitterでかなりつぶやいていますが、当掲示板でもトピックを立てておきます。

先ず、現象としては「ブレーキが一時的に利かなくなる」との苦情が昨年秋から増え始めたとの事。
原因については、「低μ路でABSが作動する条件下で、回生ブレーキからメカブレーキに切り替わる時にタイムラグが発生する」とトヨタは発表しました。

「効きが悪ければ踏み増せば良い」「お客様の感覚の問題」「保安基準には抵触しない」とも言っていますが、それにしてはリコールする方針とか。

2010-02-06 13:48 返信 修正 削除 つぶやく

Re:プリウス:ブレーキの「空走感」...いくずく

twitterの方も読みました。回生失効で盛り上がってたようだけど、
僕が最初に聞いたときも低速時にということだったので、回生失効というよりは
回生打ち切りの問題かなという印象でしたね。さすがに車では純電気ブレーキまではいれてなさそうですもんね。

私見ですが、HVでは回生失効のほうは起きないようにしてあるんんじゃないですかね。ブレーキもさることながら、バッテリーの方自体が、過充電になると危ないし、電圧もコントロールがいるので、発電量を監視したうえで発電ブレーキに振り分ける等の対策ははじめからとってあるような気がしました。

2010-02-06 15:58 返信 修正 削除

Re:プリウス:ブレーキの「空走感」...MCタイチ

回生失効は想像というか成り行き上そういう話になった感じかな。

実際は回生打ち切りのタイミングが早いというよりも、ある条件下でABS(メカブレーキ)の効き始めが遅くなるようです。

「純電気ブレーキ」というのは回生ブレーキだけの操作系という意味かな?ならありません。アクセルを離したときに軽く回生、はするのかな?ドライブモードによっては。

勿論HVやEVは「充電するだけして落ちる」という意味での回生失効はさせないと思います。電池が満充電に近いときは回生エネルギーはどこかに放電するか、又は回生ブレーキは作動させずにメカブレーキを増強するような制御にしているんじゃないでしょうか。

2010-02-06 17:57 返信 修正 削除

Re:プリウス:ブレーキの「空走感」...いくずく

「純電気ブレーキ」というのは、そういう意味ではなくて、逆に電気的付加をかけて制動させるブレーキです。ご存知のとおり、回生ブレーキは低速では弱いですし、静止状態を維持することはできません。純電気ブレーキでは一点で吸着できます。

放電というか通常は発熱させて消費しますね。上で書いた「発電ブレーキ」はそういう意味です。
まあ確かに発電ブレーキではなく、摩擦ブレーキに切り替えているのですかね。

2010-02-06 18:31 返信 修正 削除

Re:プリウス:ブレーキの「空走感」...MCタイチ

すると「純電気ブレーキ」とは、モーターのバックトルク以外の抵抗を与えて制動するものなのか。
で、その時発電するの?それとも捨てるだけ?後者なら=「発電ブレーキ」って事だよね?
更に言えば運動エネルギーを熱エネルギーとして放出するという意味ではメカブレーキと同じ事。だから車に「発電ブレーキ」は必要ないはず。

ちなみに発熱させてエネルギーを捨ててるだけなのに「発電ブレーキ」という呼び名はおかしいよね?どうも電車用語はなじめないな。

2010-02-06 18:56 返信 修正 削除

Re:プリウス:ブレーキの「空走感」...いくずく

最近、電車関係の制御にも若干首を突っ込んでいるので、電車の話をちょっとします。
まあ、たしかに電車の世界は変な用語が多いですね。
しかし、発電ブレーキですが、実際に発電はしているのですよ。それを抵抗などで発熱させるだけで。回生ブレーキは、それを架線に戻すもので、架線の電圧のほうが高かったり、消費する他の電車が無かった場合回生失効します。
EVの設計はよくしらないですが、車の場合は、普通のバッテリーに充電する際でも、コントロールしているわけですから、当然、バッテリーの為だけにでもなんらかの処理はしているはずなので、普通の回生失効については、はなから対策ずみかなと思ったわけです。

で回生ブレーキは、低速では、起電力低下による回生打ち切りがあり、静止状態を保つことはまったくできませんよね。なので、どっかで摩擦ブレーキに切り替える必要があるのですが、特性が違うので電車でも切り替え時にガクッとなるわけです。
今回の場合は、これをできるだけスムーズにやろうとしてブレーキの効きが悪い状況も起こってしまうのかなと想像してたんですが、どちらかというと、今回はABSだけの問題なんですかね。

で続きですが、電車の場合、このガクッをなくしてシームレスな停止をするため、すべて電気でとめようとするのが、純電気ブレーキまたは全電気ブレーキですね。
この場合、発電はおろか電気を消費します。動きを積極的にとめるわけですからね。静止状態を保つためには回収できるエネルギーはないので、逆につかうしかないわけです。

2010-02-06 19:25 返信 修正 削除

Re:プリウス:ブレーキの「空走感」...MCタイチ

なるほど!話がつかめてきたよ。今、電車の制御をやってるんだ。

上にも書いたけど、電車のように送電先が無くなってぷっつり切れる、という意味での回生失効はHVやEVにはありません(少なくとも大手メーカが作る車については)。この点は仰るとおりで、最低でもリチウムイオン電池のバッテリコントローラでプロテクトされてます。

また、起電力低下による回生打ち切り(というか低下)と、メカブレーキのミックスも確かに難しい。昔、初代プリウスを借りて信州に行ったけど、あの時のブレーキタッチを覚えてるよね?止まる直前でガツンと停止する感じ。あれは現行プリウスでも健在ですW

そして、今世間で問題になってる件は、更にABSがからんでいる。軽めの減速だが、低μ路なのでABSが作動する条件の時、恐らく回生の強制停止又は低回転による失効が起き、メカブレーキがバトンタッチするまでの間に1秒弱のタイムラグがあるようなのです。

トヨタは「ABSのプログラムを変更した」と言うので、一見ABS単体の問題のように聞こえますが(それを狙ったのか)そうではなく、やはり回生ブレーキとの協調制御に問題らしいです。

さて、全電気ブレーキの意味は判りました。これなら回生ブレーキからのバトンタッチがスムーズになるんですね。しかしそれに電力を使うのは勿体無いので、抵抗回路に切換えてヒーターとして使うとか、フライホイールを装備してそっちにエネルギーを貯めたいですね。

2010-02-06 19:58 返信 修正 削除

Re:プリウス:ブレーキの「空走感」...いくずく

電車の制御そのものではないですけどね。例によって、その周辺の最適化研究です。
なるほど、プリウスのあのガツン停止は今でもまだ健在なわけですね。
回生失効は電流が流れなくなれば、いきなりバックトルクがなくなるので、バッテリー充電がとまってる場合は、どっかに流しているはずだとおもいますけどね。それともモータのバックトルクはまったくなしで、摩擦ブレーキにきりかわってるんでしょうか。その場合だと、摩擦ブレーキのときと電磁ブレーキ(回生ブレーキ、発電ブレーキ等)のときとで、感触が異なるような気がするのですがどうなんでしょう。

そうそう、君の前のレスに書いてあった、熱にかえるんなら、摩擦ブレーキと一緒なのでいらないという部分への答えにもなるんですが、
発電ブレーキは回生しなくても、摩擦ブレーキよりすぐれてますよ。要は、エンジンブレーキとかと同じです。摩擦ブレーキの場合、回転駆動装置そのものに熱付加がかかるのがまずいわけですよね。エンジンブレーキでも、バックトルクの分、どっかで余分に熱が発生してるはずですが、(たぶん、エンジン内かな?)熱耐性が高いところなので大丈夫なわけですよね。
その点では発電ブレーキの熱は抵抗で消費されるので、モーターそのものには熱付加はあまりかかりません。熱消費される抵抗を安全な場所におくように設計しておけばいいというわけです。それこそ冬はヒーターにも転用可能だろうし(似たようなことtwitterで君も書いてましたね。)

でも、電磁気的なブレーキは電気回路が故障した場合を考えると、怖いですからね。
やはり、保守と故障予測がしやすい摩擦ブレーキは最低限必要でしょうね。

2010-02-06 20:30 返信 修正 削除

Re:プリウス:ブレーキの「空走感」...いくずく

最後の全電気ブレーキに関する部分へのレスを書き忘れたので追記します。
これは、電力消費するしかないんですよ。
発電できるのはあくまで、減速につかわれる部分だけでこれはエネルギー回収できます。
しかし停止直前は話がちがって、これはエネルギー消費になります。
静止させつづける場合を考えるとなんとなく感覚的にわかるでしょう。静止保持または姿勢保持はエネルギーがいるわけです。

2010-02-06 20:42 返信 修正 削除

電磁ブレーキ...MCタイチ

>発電ブレーキは回生しなくても、摩擦ブレーキよりすぐれてますよ。

原動機に熱的影響を与えないという話はそうですね。電熱器として使えるならなおさらです。
摩擦ブレーキもディスクの熱でお湯を沸かして室内に循環するとか・・・早い話、油圧系はそうなってますが効率は悪いですね。

摩擦ブレーキの利点は信頼性の高さもありますが、コントロールのしやすさも大きいです。エンジンブレーキは回転数に比例したバックトルクがいきなりかかりますし、モータの回生ブレーキも同じような特性だと思います。

Twitterでも冗談めかして書きましたが、回生ブレーキと摩擦ブレーキを全く別系統にしてはどうかと。例えばフットブレーキは摩擦のみ。回生ブレーキはMT車のマニュアルのように、アクセルを離すとかかる。ダイレクトだとあまりにも強烈なので、バックトルクリミッタのような制御が必要かもしれませんが。

2010-02-06 21:14 返信 修正 削除

全電気ブレーキ...MCタイチ

>しかし停止直前は話がちがって、これはエネルギー消費になります。

これはちょっと解せないな。例えば摩擦ブレーキは、停止直前も相変わらず熱エネルギーを貰っています。停止し続ける為のサイドブレーキはエネルギーを使いません。物理学の法則そのままです。

2010-02-06 21:27 返信 修正 削除

Re:全電気ブレーキ...いくずく

ああ、言われてみればそのとおり、電力消費の理由説明としてはちょっと不適切でした。

基本的に構造で支える機構の場合、エネルギー消費はいりませんね。なので摩擦ブレーキではエネルギー消費はいらないですね。モーター単体ではもともと構造で静止状態をささえる機構ではないので、これが難しくなります。

僕の専門分野の生物で例えれば、人間は立っているだけでも姿勢維持のため、エネルギーを消費します。一方で鳥が木の枝にとまる場合などは構造的に足間接がロックされるので、あまりエネルギーを消費しません。もし人間が枝につかまり続けようとすると大変なエネルギー消費になりますね。

>さて、全電気ブレーキの意味は判りました。これなら回生ブレーキからのバトンタッチがスムーズになるんですね。しかしそれに電力を使うのは勿体無いので、抵抗回路に切換えてヒーターとして使うとか、フライホイールを装備してそっちにエネルギーを貯めたいですね。

以上をふまえて、この君のレスにこたえてみると、
抵抗回路でエネルギー消費する発電ブレーキも、フライホイールも静止状態に近づくにつれて制動力が弱くなります。そして、どちらも静止状態を維持することはできないので、最後は構造でささえる摩擦ブレーキか、エネルギー消費しての純電気ブレーキになりますかね。ただ、この電力消費はそんなに大きくないとおもいますよ。それまでに回生したエネルギーのほんの一部を使うって感じで。もう一つの方法は超伝導ですね。これをつかえば電流0で長強力電磁石が保持できます。もっとも冷やす装置に電力いりますが。

エネルギー回収機構としては、個人的にはフライホイールには大変興味がありますが、かなり重くてかさばるのが欠点ですよね。やっぱり、車より電車むきかなぁ。トラックとかならOKかも。

もう一つおまけです。電磁的な方法では、エネルギー消費なしの構造で支える方法は難しいですが、超強力な永久磁石などを使えば不可能ではないともおもいます。もっとも、永久磁石は高いですし、磁力も電磁石にはおよびません。それに電磁石だとオンオフの制御が構造を動かすことなしに電気的に簡単にできる。
というわけで、電磁的な制動の場合は、少々電力消費してもそっちのほうがよいかなと思います。

2010-02-07 09:22 返信 修正 削除

ブレーキ選び...MCタイチ

なるほど、全電気ブレーキとは人間が立っているような状態なのか。力学的な仕事はしてないが、エネルギーを消費していると。
ここで夫々のブレーキの特性について考えてみると。

①回生ブレーキ:減速力=ほぼ一定(モータ特性による) 減速G=ほぼ一定
②フライホイール:減速力∝速度 減速G=速度に反比例
③発電ブレーキ:減速力∝速度 減速G=速度に反比例
④摩擦ブレーキ(踏力一定):減速力=ほぼ一定 減速G=ほぼ一定
⑤全電気ブレーキ:多分基本は減速力一定、電子制御で如何様にも

①②③は同じ特性で、それだけでは理論的には永遠に止まれないけど、停止直前にブレーキをリリースする感じは乗り心地の点では悪くないと思います。車体重要との兼ね合いで、体感的なリリースポイントが変わってくるのでしょう。

プラス④か⑤は必要ですが、⑤の特性は捨てがたいが信頼性の点で④も外せない。かと言って両方つけるとコストアップ。と言う事で④だけかな?

2010-02-07 11:49 返信 修正 削除

Re:ブレーキ選び...MCタイチ

Re:ブレーキ選び

よく考えたら、回生ブレーキの減速力は回転数に比例しませんね。上の記述を直しておきました。

通常モータは回転数とトルク反比例しますので加速度がほぼ一定。その裏返しとして減速Gもほぼ一定ではないでしょうか?考えてみたらとても扱いやすい特性ですね。もっともある回転以下になると、スパッと失効してしまうのかな?

ところで右上の図はトヨタの回生-油圧協調のイメージだそうです。これが回生ブレーキをフルに使った結果だとすると、速度が高いほど減速力が弱い事になりますね。最初のうちはエンブレ効かせてるとか?

2010-02-09 18:42 返信 修正 削除

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