JP2001151095A - ブレーキ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブレーキトルクやブレーキ圧力の目標範囲幅
を広げたり、高めたりなどの設定を行うことなく、また
アンチスキッド制御を有する構成であっても、所定のブ
レーキトルク、ブレーキ圧力になるまでの間その変動を
防止して、正確に所定値まで制御可能な、またブレーキ
制御効率を大きく向上させたブレーキ制御装置。 【解決手段】 増圧制御用及び減圧制御用にそれぞれ専
用の油圧バルブを使用してブレーキ装置を制御する構成
となし、例えば目標とするブレーキトルクの目標範囲を
狭めて、目標と実トルクとの差を比較演算し、その差が
目標範囲外の場合はその差を小さくする側の油圧バルブ
に対して、一定周期内で制御信号のON時間とOFF時間と
の割合を順次決定して、その制御信号を繰り返し出力す
るPWM制御を行うことで目標値に近づけることが可能に
なり、ブレーキトルクの過剰変動を抑えることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】この発明は、自動車、高速鉄
道、航空機などに用いられるブレーキ装置のブレーキ制
御装置に係り、通常ブレーキ制御システムに組み込まれ
るアンチスキッド制御とともに、所定のブレーキ圧力を
発生するのに、一定周期内で信号のON時間とOFF時間の
割合を決め、その信号出力を繰り返し出力する制御(以
下、PWM制御)を用い、指示圧力まで正確に制御でき、指
示圧力を超える制御を防止したブレーキ制御装置に関す
る。

【0002】

【従来の技術】将来の大量交通手段として磁気浮上式高
速鉄道(MAGLEVまたはリニアモーターカー)の開発が進め
られている。磁気浮上車両システムは、地上に浮上用お
よび推進用の地上コイルを配置し、推進用コイルを次々
と励磁して移動磁界を形成し、車両側の電磁石を移動さ
せるものであり、また、車両側の電磁石が移動すること
により、地上の浮上用コイルに誘導電流を発生させて、
それにより磁気反発させて車両を浮上させるものであ
る。

【0003】誘導反発式の構成による磁気浮上力は、ある程
度の速度を有する場合に初めて車両重量を支えるだけの
十分な浮力を発生するため、低速度域では車両を支持車
輪で支持する必要があり、支持車輪は、停止時や所要の
低速度域では乗り心地よく作動し、高速走行時には車両
本体に格納され、また必要時には直ちに使用できかつ車
輪を出した際の衝撃を吸収できる構造が求められてい
る。

【0004】また、磁気浮上車両は500km/hr程度の超高速走
行することから、その制動方法としては、推進用コイル
磁石の磁極切換えを遅延させて行う通常の制動と、非常
用制動を考慮しなければならず、前記支持車輪にブレー
キ装置を装着して、緊急時並びに低速走行時の制動を行
う構成が検討されている。

【0005】

【発明が解決しようとする課題】例えば、特開平6-3290
12号には、支持車輪用ブレーキ装置にカーボン製ディス
クローターとカーボン製パッドを用いたいわゆるカーボ
ン/カーボンブレーキ装置(以下C/Cブレーキ装置という)
を用いて、アンチスキッド及び一定の減速度で減速する
オートブレーキの機能を有する構成が提案されている。

【0006】上記ブレーキ装置は、車輪回転速度信号より演
算にて求めた模擬車両速度と車輪回転速度とを比較し、
模擬車両速度に比べ車輪回転速度が著しく低いときはブ
レーキシリンダの油圧を低減して車輪回転速度を増加
し、両者の速度が一致したとき、その動作を解除する制
御(アンチスキッド制御)を行う。また、検出信号から演
算して得られた、設定減速度に対する実減速度あるいは
設定ブレーキトルクに対する実トルクを比較し、設定範
囲の精度外れを検知すると、これに応じて前記同様に油
圧を増減し、オートブレーキの減速度やトルクが設定範
囲内に納まるように油圧制御を行う構成からなる。

【0007】かかる構成のブレーキ装置を制御するシステム
では、目標とするブレーキトルクあるいはブレーキ圧力
になるまで、増圧制御用及び減圧制御用の油圧バルブに
対して開閉信号をON/OFF出力して制御している。しか
し、目標値に達した時点で開閉信号のON/OFF出力を停上
しても油圧バルブの応答遅れにより、過剰に反応するこ
とになる。

【0008】また、目標とするブレーキトルクあるいはブレ
ーキ圧力にある一定の幅(以下、目標範囲という)を設
け、その範囲に入った時点で目標値に達したと判断する
が、この目標範囲を大きくしたり、あるいはこの範囲に
入るまで制御し続けると、ブレーキトルクまたはブレー
キ圧力は変動を繰り返すことになり、その結果、高速度
域、低路面摩擦等の悪条件下ではスキッドが起こりやす
くなり、ブレーキ制御効率は悪くなる問題があった。

【0009】この発明は、高速鉄道、航空機などに用いられ
るブレーキ装置の制御に際し、ブレーキトルクあるいは
ブレーキ圧力の目標範囲を必要以上に広げたり、高めた
りなどの設定を行うことなく、またアンチスキッド制御
を行う構成であっても、所定のブレーキトルク、ブレー
キ圧力になるまでの間、過剰な変動などを防止して正確
に所定値まで制御可能で、かつブレーキ制御効率を大き
く向上させた構成からなるブレーキ制御装置の提供を目
的としている。

【0010】

【課題を解決するための手段】発明者らは、ブレーキ制
御の精度と効率の向上を目的に、油圧バルブのシステム
について種々検討し、目標とするブレーキトルク、ブレ
ーキ圧力になるように、PWM制御、すなわち一定周期内
で信号のON時間とOFF時間の割合を決め、その信号出力
を繰り返し出力する制御を用いることにより、目標値付
近での変動や過剰制御を抑制できると考えた。

【0011】しかし、従来の3ポー卜油圧バルブを使用し、
入力をPRESS、出力をブレーキ装置及びRTNに接続する構
成で、これにPWM制御してブレーキトルクまたはブレー
キ圧力を制御するシステムとした場合、ブレーキ装置に
対しては、図3A,Bに示すごとく、常に増圧(図3A)又は減
圧(図3B)のいずれかの動作をする必要があるため、目標
範囲に入っている状態でも油圧バルブの開閉動作を繰り
返して行わなければならない。その結果、油圧バルブの
開閉動作に連動してブレーキトルクまたはブレーキ圧力
も変動し、ブレーキ制御効率は悪くなる問題を生じる。

【0012】詳述すると、図3の従来構成は、目標範囲に入
っている状態でも油圧バルブの開閉動作を繰り返して行
わなければならないため、ブレーキ圧力やブレーキトル
クが変動して、きめ細かな制御ができず、路面の摩擦係
数が小さくなる状況ではトルク変動の過剰部分に反応し
てスキッドが多発しブレーキ効率が悪くなる。また、油
圧バルブを常時制御すると、制御の電気信号は常時出力
されて消費電力が増大し、ソレノイドが発熱して内部コ
イルに悪影響を及ぼすとともに、油圧バルブの可動部が
常時作動しているため、当該部の寿命の短縮が懸念され
る。さらに、常時作動油を流すため、消費油量が大きく
なるという問題もある。

【0013】そこで、発明者らは、増圧制御用と減圧制御用
とにそれぞれ専用の油圧バルブを使用してブレーキ装置
を制御する構成となし、例えば目標とするブレーキトル
クの目標範囲を狭めて、目標と実トルクとの差を比較演
算し、その差が目標範囲外の場合は、その差を小さくす
る側の油圧バルブに対してPWM制御して目標値に近づけ
ることにより、ブレーキトルクの過剰変動を抑えること
が可能であり、高速度域、低路面摩擦等の悪条件下での
ブレーキ制御効率を向上できることを知見した。

【0014】さらに、発明者らは、例えば目標とするブレー
キトルクと、実トルクとの差を比較演算し、その差があ
る値以上大きい場合はその差を小さくする側の油圧バル
ブに対してON/OFF制御を行い、差がある値以下になると
PWM制御することで目標値に近づける制御方法も極めて
有効であることを知見し、この発明を完成した。

【0015】

【発明の実施の形態】この発明において、ブレーキ制御
装置は、制動力を発揮するための油圧系に増圧制御用と
減圧制御用とそれぞれ専用油圧バルブを使用し、ブレー
キ装置を制御する構成であれば、従来のディスクブレー
キ、C/Cブレーキなどいずれの構成のブレーキ装置も採
用でき、また制御系に公知のいずれの形態からなるアン
チスキッド制御手段を含む構成であっても採用でき、さ
らに制御目標やセンサーの検出対象もブレーキトルク、
ブレーキ圧力、車輪速度のうちいずれか1つ以上とする
ことができる。

【0016】従って、好ましいブレーキ制御装置の構成とし
ては、所要のブレーキ装置とそれを制御する増圧制御用
油圧バルブと減圧制御用油圧バルブ、ブレーキ装置に供
給されるブレーキ圧力を検出する圧力センサ、ブレーキ
制動時に発生するブレーキ力を検出するトルクセンサ、
車輪の回転速度を検出する車輪速度センサ、さらに上述
の圧力センサ、トルクセンサ及び車輪速度センサの信号
を読み取り、目標値との比較演算し、予め定めたプログ
ラムで各油圧バルブに対して個別にON/OFF制御を行うPW
M制御手段とアンチスキッド制御手段を備えたシステム
構成を挙げることができる。

【0017】この発明において、PWM制御とは、制動に際し
ての制御目標値と実検出値との比較を行い、予め定めた
プログラムで各油圧バルブに対して個別にON/OFF制御を
行うもので、所定の目標値となるように一定周期内で制
御信号のON時間とOFF時間との割合を決め、その制御信
号を繰り返し出力する制御方法である。

【0018】以下に、2ポートバルブを増圧制御用と減圧制
御用にそれぞれ個別に使用してPWM制御する例を説明す
る。増圧させる場合は、減圧制御用2ポートバルブ(以下
単に減圧バルブという)を閉め、増圧制御用2ポートバル
ブ(以下単に増圧バルブという)を所要のON/OFF時間の設
定によってバルブの開閉割合を制御し、減圧させる場合
は、増圧バルブを閉め、減圧バルブを所要のON/OFF時間
の設定によってバルブの開閉割合を制御することにより
実施する。

【0019】要するに、この発明による専用の増圧バルブと
減圧バルブを有する構成では、図2に示すごとく、増圧
させる場合(図2A)は増圧バルブのみを、減圧させる場合
(図2B)は減圧バルブのみをPWM制御して油圧を制御し、
また増圧バルブと減圧バルブの両バルブを閉じた状態
(図2C)に固定することで、現在の油圧力を保持させるこ
とが可能である。

【0020】よって、前述した図3の従来の3ポー卜油圧バル
ブを使用した構成での問題、ブレーキ圧力やブレーキト
ルクが変動する点、制御系の消費電力の増大やバルブの
発熱の問題、消費油量の増大などが解消される。

【0021】上述の2ポートバルブのバルブ動作で、増圧動
作をさせた場合の実圧力と、増圧バルブの動きを図1に
示す。図1AのON/OFF制御では、指示圧力(コマンド圧力)
と実圧力が一致した時点で、増圧バルブを閉じている
が、バルブの応答遅れにより、指示圧力より、実圧力の
方が高くなってしまう。

【0022】PWM制御の場合、図1Bに示すごとく最初の周期
では、ΔP1が大きいので増圧バルブのON時間が長い。そ
の後、周期毎のΔP2、ΔP3が徐々に小さくなるので増圧
バルブのON時間は徐々に短くなる。このような動作で
は、ΔP3に対する増圧バルブのON時間が短いため、バル
ブの応答遅れがあっても、実圧力は指示圧力付近で停止
することになる。

【0023】制御目標値と実検出値との比較を行い、その差
がある値以上大きい場合にその差を小さくする側の油圧
バルブに対してON/OFF制御を行い、差がある値以下にな
るとPWM制御する制御の一例は、以下の通りである。

【0024】ON/OFF制御は、例えば、指示圧力と実圧力の差
(ΔP)を計算してその結果により、ΔPがプラスで絶対値
がある値以上の場合は、増圧バルブを開けて減圧バルブ
を閉め、ΔPがマイナスで絶対値がある値以上の場合
は、増圧バルブを閉めて減圧バルブを開ける操作を行
う。

【0025】次にPWM制御は、指示圧力と実圧力の差(ΔP)を
計算し、その値の符号によりどちらのバルブを開けるか
は上記のON/OFF制御と同じであるが、ΔPの絶対値があ
る値以下の場合は、ΔPの割合によりバルブの開閉時間
を変化させる。また、ΔPが0の場合は両方を閉じる操作
を行う。

【0026】

【実施例】実施例1 この発明のブレーキ制御装置として、前述の図1の例と
同様に2ポートバルブを増圧制御用と減圧制御用のそれ
ぞれに専用使用し、C/Cブレーキ装置の油圧を制御する
構成とし、油圧系は、PRESSの入力側に前記の増圧バル
ブを接続してブレーキ装置を経て、前記の減圧バルブか
らRTNに接続する構成となした。

【0027】制御系は、増圧バルブ下流側に圧力センサ、デ
ィスクブレーキにトルクセンサと車輪速度センサを設け
てブレーキ制御装置に入力する構成からなり、ブレーキ
トルク(又はブレーキ圧力)はトルク差(又は圧力差)演算
装置に入力され、車輪速度は目標ブレーキトルク(又は
圧力)設定処理装置に入力されて目標ブレーキトルク(又
は圧力)を作成した後に演算装置に入力され、また、車
輪速度はスキッド判定処理装置に入力される構成からな
る。

【0028】上記制御系の演算装置及び/又は判定処理装置
からの信号は、増圧バルブと減圧バルブの各パルス幅設
定回路に入力され、それぞれ個別に各バルブ制御信号を
発生する。

【0029】比較例1 従来構成のブレーキ制御装置として、実施例1の構成の
うち、増圧バルブと減圧バルブの各パルス幅設定回路を
ON/OFF設定回路とし、比較のため、他は実施例1とほぼ
同じ構成を採用するシステムとした。

【0030】すなわち、実施例1と比較例1のブレーキ制御装
置は、共に指示トルクと実トルクの差(ΔT)を算出する
処理工程までは同じであるが、ON/OFF制御の比較例1の
場合は、増圧、減圧、ホールド(現状トルクを保持)の3
種類の動作が選択される。PWM制御の実施例1の場合もON
/OFF制御の時と同様に3種類の動作に分類されるが、増
圧時、減圧時共にΔTの大きさをバルブのON時間に変換
して制御する構成が比較例1とは異なる。

【0031】実施例1と比較例1共に、目標圧力を0〜19.6MPa
間で三角波になるように変動させたところ、比較例1で
は圧力に波が観察されるが、実施例1では波は観察され
なかった。

【0032】また、制御フローにおいて、ホールド処理する
ΔTの範囲は、実施例1の場合は比較例1の半分以下に設
定できた。これは、バルブの励磁並びに非励磁を実施し
てから実際に油圧変動するまでに必要な時間は、いずれ
も約10msとバルブの応答が速くなったことと、PWM制御
によってΔTの値が小さい領域まで制御可能になったた
めであると考えられる。

【0033】実施例2 図2に示す2ポートの油圧バルブを増圧制御用と減圧制御
用のそれぞれに専用使用し、実施例1と同様にC/Cブレー
キ装置の油圧を制御する構成とし、制動時のブレーキト
ルクが指示トルク値で一定になるようにPWM制御による
制動試験を行った。

【0034】比較例2 3ポートの油圧バルブを用いた、図3に示す従来のブレー
キ制御装置で、制動時のブレーキトルクが指示トルク値
で一定になるようにPWM制御による制動試験を行った。

【0035】実施例2と比較例2の制動試験結果を、時間とブ
レーキトルクとの関係でみたグラフを図4に示す。グラ
フから明らかなように、従来は、所定の一定値の指示ブ
レーキトルクの設定に際してブレーキトルクの変動幅が
大きいのに対して、この発明のブレーキ制御装置は、ブ
レーキトルクの変動幅が小さく、安定した制動制御が可
能であった。

【0036】

【発明の効果】この発明のブレーキ制御装置は、油圧バ
ルブを用いた車両、高速鉄道車両、航空機等のブレーキ
装置に適用可能で、専用に制御される増圧制御用油圧バ
ルブと減圧制御用油圧バルブを有することを特徴とす
る。

【0037】この発明のブレーキ制御装置は、通常制御に必
須のアンチスキッド制御とともに、所定のブレーキ圧力
を発生するのに前記バルブを個別にPWM制御することに
より、ブレーキトルク又はブレーキ圧力の過剰変動を抑
えることが可能で、高速度域、低路面摩擦等の悪条件下
でのブレーキ制御効率を大きく向上させる効果がある。

【0038】また、この発明のブレーキ制御装置は、圧力・
トルク変動の増大、制御系の消費電力の増大、消費油量
の増大、バルブの発熱などの問題を解消できる。

【図面の簡単な説明】

【図1】ブレーキ制御装置における増圧動作をさせた場
合の実圧力と増圧バルブの動きを示すグラフであり、A
は従来のON/OFF制御の場合、Bはこの発明のPWM制御の場
合を示す。

【図2】この発明のブレーキ制御装置における油圧バル
ブの操作例を示す説明であり、Aは増圧の場合、Bは減圧
の場合、Cは圧力保持の場合を示す。

【図3】従来のブレーキ制御装置における油圧バルブの
操作例を示す説明であり、Aは増圧の場合、Bは減圧の場
合を示す。

【図4】制動試験結果を示す時間とブレーキトルクとの
関係を示すグラフであり、Aが実施例2、Bが比較例2の場
合を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大矢 隆司 兵庫県尼崎市扶桑町１番10号 住友精密工 業株式会社内 (72)発明者 森本 浩 兵庫県尼崎市扶桑町１番10号 住友精密工 業株式会社内 Ｆターム(参考） 3D046 AA07 AA10 BB28 CC02 EE01 HH02 HH16 HH26 HH52 JJ00 JJ14 JJ19 LL23

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項1】 個別に制御可能な増圧制御用と減圧制御
   用の専用の各油圧バルブを備え、制動時の制御目標値と
   その実検出値との比較手段と、該比較に基づき予め定め
   たプログラムで前記各油圧バルブに対して個別に制御を
   行うPWM制御手段とを含むブレーキ制御装置。
2. 【請求項2】 制御系にアンチスキッド制御手段を含
   み、増圧と減圧の各油圧バルブが併用される請求項1に
   記載のブレーキ制御装置。
3. 【請求項3】 制御目標がブレーキトルク、ブレーキ圧
   力、車両(機体)速度のうち1種以上である請求項1又は請
   求項2に記載のブレーキ制御装置。