JP2004516194A

JP2004516194A - 有用車両の運動を安定化させるためのブレーキ制御装置

Info

Publication number: JP2004516194A
Application number: JP2002554554A
Authority: JP
Inventors: ライムバハ，クラウス−ディーター; ヘッカー，フォルク; ユント，オリファー; シュラム，ヘルベルト
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-12-29
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2004-06-03
Also published as: DE50115334D1; EP1347906A1; EP1347906B1; WO2002053424A1; US7562946B2; US20040080209A1; DE10065724A1

Abstract

【課題】有用車両（バス、トラック、トレーラなど）に採用するのにも特に適している、車両の運動を安定化させるためのブレーキ制御装置を提供する。
【解決手段】有用車両の運動を安定化させるためのブレーキ制御装置（１、１′）において、制御ユニット（１２）は、出力側では、有用車両（１０）の各々の車輪（２、４、６、８）のための幾つかの入力値に依存して、それぞれそれ等の車輪のための制御値および／または駆動エンジンの出力値のための制御値を設定される。制御ユニット（１２）は、入力側では、前記入力値を測定するために、ドライバーによって操作された操舵角度を測定するための操舵角度センサ（７０）と、有用車両（１０）のヨーレートを求めるためのセンサシステムと、有用車両（１０）の横方向加速度を測定するための加速度センサ（７６）とに接続されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、制御ユニットが、有用車両の各々の車輪のための幾つかの入力値に依存して、それぞれそれ等の車輪のための制御値および／または駆動モータの出力値のための制御値を設定する、有用車両の運動を安定化させるためのブレーキ制御装置に関する。
【０００２】
〔従来の技術〕
自動車のビークルダイナミクス制御の領域では車両の運動を安定化させるために、個々の車輪のためのブレーキ圧を個別に設定することを通じて各々の車輪に対して狙いを定めた選択的なブレーキ操作を行うことのできるダイナミックブレーキ制御装置を採用することができる。ＤＥ３９１９３４７Ａ１から知られている様な、自家用乗用車（ＰＫＷ）用のその種のブレーキ制御装置は、必要な場合に、それ故例えば不安定な走行状況が始まったか或いは既にその様な状況に陥った時に、その時々の走行状態に特有な幾つかの入力値から各々の車輪のための個別的ブレーキ圧を求める中央制御ユニットを含んでいる。
【０００３】
この制御ユニットは、次いでそれぞれの車輪のブレーキ圧のための制御値を車輪に割り当てられているモジュレータに伝え、該モジュレータが通常は油圧式のブレーキシステムに対して作用し、これによって走行状況の安定化のために必要なその時々の車輪に対する必要なブレーキ圧が調整される。制御ユニットは、車輪のブレーキ圧のための制御値の準備に加えて或いは準備の代わりに、更に車両の駆動装置の出力値、例えばエンジントルクを絞るための制御値を求めることもできるので、走行出力の狙いを定めた絞り込みを通じて走行状況の安定化をもたらし或いは少なくとも安定化を支援することができる。
【０００４】
ＤＥ３９１９３４７Ａ１から知られているブレーキ制御装置の制御ユニットには、入力値として、車輪速度、車両のヨーレート、及びドライバーの意思を表している操舵角度に関する測定データが送り込まれる。次いで、これ等のデータから制御ユニットの中で、実際の状況に対応している車両の測定ヨーグレード（ヨーの大きさ）が求められ、ハンドル角度から求められた、目標状態に対応している希望ヨーグレードと比較される。必要な場合、それ故実際値と目標値との間にずれがある場合には、そのずれの大きさから車輪の個々のブレーキ圧のための制御値が求められ、車輪にそれぞれ割り当てられているモジュレータに対して送り出される。
【０００５】
有用車両のビークルダイナミクス制御の場合には、乗用車の場合と比べて、より多くの数の運動自由度が考慮されるべきである。それ故、例えば、重心が比較的高いことからボディーの傾動或いはロール運動が発生することがある。それ故、有用車両に採用する信頼性のある車両運動安定化システムとしては、ＤＥ３９１９３４７Ａ１から知られているブレーキ制御装置は限られた範囲でしか適していない。
【０００６】
〔発明が解決しようとする課題〕
かくして本発明は、有用車両に採用するためにも特に適している、上述の種類のブレーキ制御装置を提案することを課題としている。
【０００７】
〔課題を解決するための手段〕
上記の課題は、本発明によれば、制御ユニットが、入力側で、ドライバーによって操作された操舵角度を測定するための操舵角度センサと、有用車両のヨーレートを確定するためのセンサシステムと、有用車両の横方向加速度を測定するための第一の加速度センサとに接続されているということによって解決される。
【０００８】
その際、本発明は、有用車両に採用する場合にも、実際の車輪速度の値に加えて、ブレーキ制御装置の制御ユニットには、操舵角度（従って、ドライバーの意思）を特徴付けている測定値と有用車両の角速度或いはヨーレートを特徴付けている測定値も入力値として送り込まれるべきであるという考え方から出発している。しかしながら更に、有用車両の走行挙動の比較的高い複雑性を考慮するために、ブレーキ制御の際には、有用車両のコースアウトを特徴付けている限界値以下に常に保持されるべきである、いわゆるフロート角度も考慮されるべきであろう。フロート角度は、一方では有用車両の角速度或いはヨーレートから、また他方では有用車両の重心に働いている横方向加速度から、導き出すことのできる値である。かくして有用車両に対して特に高い信頼性をもって使用することができるように考えられたこのブレーキ制御装置は、有用車両の横方向加速度を特徴付けている測定値も制御ユニットへ送り込むように設計されている。
【０００９】
本発明の有利な拡張例は諸従属請求項の対象となっている。
有用車両のヨーレートを確定するためのセンサシステムは、角速度センサを含んでいることが目的に適っている。その際、この角速度センサはヨーグレード・ジャイロスコープ（Ｇｉｅｒｇｒａｄｋｒｅｉｓｅｌ）として形成できるが、好ましくはコリオリの原理に基づくセンサとして設計される。角速度センサは有用車両の任意の位置に配置することができるが、好ましくは直接、有用車両の重心又はその近くに配置される。その際、制御ユニットは、そこに送られて来た測定値ａ_ｙ１（＝第一の加速度センサによって測定された横方向加速度）とω_ｚ（＝測定された角速度）を用いて、フロート角度を求めるために必要な、有用車両の重心に作用する横方向加速度ａ_ｙを、次の式に基づいて計算する。
【００１０】
【数１】

その際、ω_ｚ ^＊は測定された角速度ω_ｚから導き出された回転（角）加速度であり、ｘ_１は有用車両の前後方向で測定された、有用車両の重心と関連付けられた加速度センサの位置である。その際、ｘ_１は前方へ向かってプラスの値、また後方へ向かってマイナスの値と仮定する。
【００１１】
別の有利な拡張例では、有用車両のヨーレートを確定するためのセンサシステムは、有用車両の横方向加速度を測定するための第二の加速度センサを含んでおり、その第二の加速度センサは、有用車両の前後方向に見て、第一の加速度センサに対して位置をずらして配置されている。ヨーレートセンサの節約を又それによってブレーキ制御装置のとりわけコスト的に有利な実現を可能にする上記の配置によれば、制御ユニットはそこに送られて来た測定値ａ_ｙ１（＝第一の加速度センサによって測定された横方向加速度）とａ_ｙ２（＝第二の加速度センサによって測定された横方向加速度）を用いて、有用車両の角速度を次の式に基づいて計算する。
【００１２】
【数２】

その際、ｘ_１、ｘ_２は、有用車両の重心と関係付けられ、それぞれ有用車両の前後方向で測定された第一の或いは第二の加速度センサの位置である。ｘ_１、ｘ_２は前方へ向かってプラスの値、また後方へ向かってマイナスの値と仮定する。
【００１３】
ブレーキ制御装置の制御ユニットはこの配置によれば有用車両の重心に働く横方向加速度ａ_ｙを次の式に基づいて計算する。
【００１４】
【数３】

セミトレーラ式トラクタ（牽引車）として準備された有用車両とこれに連結されたセミトレーラ（被牽引車）とから構成されたセミトレーラ連結車の装備の場合には、ブレーキ制御装置に関して、セミトレーラの牽引が、単独走行の有用車両と比べて更に広い自由度、即ちセミトレーラ式トラクタの前後軸とセミトレーラの前後軸とによって形成される屈折角、を持っているということに特別な注意が必要である。安定性の制御の際には、セミトレーラ式トラクタに対するセミトレーラの屈折が不安定化をもたらすこともあるということが注意されるべきである。この自由度を安定性の制御に取り入れるために、有利な拡張例ではブレーキ制御装置の制御ユニットは、入力側で、セミトレーラ式トラクタとそれに連結されているセミトレーラとの間の屈折角を測定するための屈折角度センサに接続されている。
【００１５】
これとは別の有利な拡張例では、制御ユニットは、入力側で、セミトレーラ式トラクタに連結されているセミトレーラのヨーレートを求めるための第二のセンサシステムに接続されている。この第二のセンサシステムは特に、コリオリの原理に基づくヨーレートセンサとしても形成できる。この配置の場合には、制御ユニットは、屈折角度を、該ユニットに入力値として送られるトレーラの角速度ω_ｚａと有用車両の角速度ω_ｚの値から次の式に基づいて計算する。
【００１６】
【数４】

このコンセプトは、トラック車両列或いはセミトレーラ車両列、即ち動力車としての有用車両の後続の複数のトレーラに対しても拡張することができ、その際各々のトレーラにはそれぞれ、該トレーラのヨーレートを求めるためのセンサシステムが備えられ、その際、制御ユニットは、測定されたヨーレートからトラック車両列の中のそれぞれ相前後して連結されている二台の車の間の屈折角を求める。
【００１７】
有用車両の安定性の制御の場合には、乗用車（ＰＫＷ）と比較して高くなっている重心の故に、転覆の傾向を考慮することがとりわけ重要である。この考慮は、本例の場合には特に、車両の軸とボディにより前もって与えられている基準方向とにより形成されるロール角度によって測定される車両の傾斜を考慮することによって行われる。そのために、制御ユニットは、入力側で、有用車両のロール角度を測定するためのロール角度センサに接続されている。
【００１８】
別の有利な拡張例では制御ユニットは、入力側で、ボディと車両の軸との間の角速度を測定するためのロール角度センサに接続されている。その際、ロール角度は、制御ユニットの中で、測定された角速度を時間積分することによって導き出すことができる。
【００１９】
本発明によって達成された利点は特に、有用車両の重心に働く横方向加速度を導き出すことのできる、制御ユニットのための入力値を考慮することによって、このブレーキ制御装置を比較的複雑な有用車両の安定性制御のためにも、とりわけ高い信頼性を持って採用することができるという点にある。更なるセンサの上述の様な配置とそれによって可能となる制御ユニットに対する特別に適した入力パラメータの更なる供給によって、ブレーキ制御装置は簡単なやり方で有用車両に特有の要求に適合させることができる。
【００２０】
〔実施例〕
本発明の一つの実施例が図面に基づいて詳しく説明される。
図１に基づくブレーキ制御装置１が、車輪２、４、６、８によって示されている有用車両１０の安定性制御のために備えられている。このブレーキ制御装置１は制御ユニット１２を含んでおり、該制御ユニットは、必要の場合に、それ故例えば走行状態の不安定性が始まったとき或いは既に不安定状態となったときに、その時々の走行状況に特有な幾つかの入力値から各々の車輪２、４、６、８のための個別的ブレーキ圧を求める。
【００２１】
有用車両１０は、圧縮空気リザーバ１４を含んでいるエアブレーキシステムを備えている。該リザーバには、有用車両１０のドライバーによってブレーキペダル１６を通して操作可能な常用ブレーキバルブ１７が割り当てられている。ドライバーによってブレーキペダル１６を通して行われるブレーキングに応じて、圧縮空気リザーバ１４は空気圧式ブレーキ配管系１８にブレーキ圧を加える。ブレーキ配管系１８は、複数のブレーキ管路２０、２２、２４、２６を含んでおり、これ等の管路の各々にはそれぞれ一つの車輪２、４、６、又は８が割り当てられている。各々のブレーキ管路２０、２２、２４、２６は、圧縮空気リザーバ１４をそれぞれの車輪２、４、６、８の手前に接続されている圧力制御モジュール２８、３０、３２、３４に接続しており、該圧力制御モジュールはそれぞれブレーキペダル１６のペダル位置に応じてそれぞれに割り当てられている車輪２、４、６、８のブレーキ圧を調節する。非常時の場合、それ故制御エレクトロニクス装置の故障の場合には、例え常用ブレーキバルブ１７が開いている場合でも、圧縮空気リザーバ１４を、全ての車輪２、４、６、８の制動を行うことができるように、それぞれの圧力制御モジュール２８、３０、３２、又は３４に接続する。ブレーキ制御モジュール２８、３０、３２、３４は更に又ダイレクトに、それ故常用ブレーキバルブ１７を迂回して、空圧的に圧縮空気リザーバ１４に接続されているので、ドライバーによるブレーキ操作が無くても、走行状況の安定化のために必要な各々の車輪２、４、６、８のブレーキ圧を調節する。そのためにブレーキ制御モジュールは、圧縮空気リザーバ１４によって与えられたブレーキ圧を、送られてきた制御値の関数として、各々の車輪２、４、６、８のために個別的にプリセットされるブレーキ圧へ変換し、このブレーキ圧は、それぞれ後方に接続されている、それぞれの車輪２、４、６、又は８のブレーキシステムに接続されている管路３６、３８、４０、４２に加えられる。
【００２２】
各々の車輪２、４、６、８のブレーキ圧のための制御値は、制御ユニット１２から与えられる。制御ユニット１２は、そのために出力側が信号線４４、４６、４８、５０を通して、車輪２、４、６、８に割り当てられている圧力制御モジュール２８、３０、３２、３４に接続されている。車輪２、４、６、８のブレーキ圧のための制御値の準備に加えて或いは該準備の代わりとして、制御ユニット１２はまた、車両の駆動装置の出力値、例えばエンジントルクを絞り込むための制御値を求めることができるので、走行出力の適切な絞り込みを通して走行状況の安定化をもたらすか或いは少なくとも該安定化を支援することもできる。
【００２３】
制御ユニット１２の入力側は、信号線５２、５４、５６、５８を通して、車輪２、４、６、８にそれぞれ割り当てられている速度センサ６０、６２、６４、６６に接続されている。各々の車輪２、４、６、８の実際の速度について求められたこれ等の測定値は、次いで制御ユニット１２の信号線５２、５４、５６、５８を通して入力値として供給される。制御ユニット１２の入力側は更に、信号線６８を通して、操舵角度を測定するための操舵角度センサ７０に接続されている。操舵角度センサ７０は、ドライバーによって操作されたハンドル７２の旋回角、従ってドライバーの意思を特徴付ける測定値であって、制御ユニットの信号線６８を通して更なる入力値として送り込まれることのできる測定値を求める。
【００２４】
制御ユニット１２は更に、入力側で、コリオリの原理に基づいて設計された角速度センサ７４を形成している、有用車両１０の角速度或いはヨーレートを求めるためのセンサシステムと、有用車両１０の横方向加速度を測定するための第一の加速度センサ７６と、有用車両１０のロール角度を測定するためのロール角度センサ７８とに接続されている。換言すれば、制御ユニット１２には、更なる入力値として、有用車両１０の角速度或いはヨーレート、横方向加速度、及びロール角度が送り込まれることができる。かくしてこれ等の入力値は、例えば車輪速度等の一般的に利用されている入力値と共に、車輪２、４、６、８のブレーキ圧のための制御値を求める際に一緒に考慮されるので、ブレーキ制御装置１は、有用車両１０に適用する際の様に、運動過程がより複雑である場合にも、とりわけ高い信頼性を持って作動する。
【００２５】
特に制御ユニット１２は、ブレーキ圧のための制御値を形成する際に、有用車両１０の重心に作用する横方向加速度ａ_ｙも考慮する。制御ユニット１２は、横方向加速度を、該制御ユニットに送られてきた測定値ａ_ｙ１（＝加速度センサ７６で測定された横方向加速度）とω_ｚ（＝角速度センサ７４で測定された角速度）とから次の式に従って求める。
【００２６】
【数５】

その際、ω_ｚ ^＊は、測定された角速度ω_ｚから導き出された回転（角）加速度であり、ｘ_１は、有用車両の前後軸方向に測定された、有用車両の重心と加速度センサ７６との間の間隔である。
【００２７】
この様にして求められた有用車両１０の重心における横方向加速度は、角速度と共に、フロート角度の確定の際に援用される。その際、制御ユニット１２は、前もって与えられているフロート角度のための限界値がオーバーされないこと、それ故有用車両１０のスリップが発生しないことを保証する。
【００２８】
同じ様に、ロール角度センサ７８によって測定されたロール角度が監視されるので、有用車両１０の危険な傾斜がタイミングよく認知され、且つ対抗措置を講じることができる。その際に代替的なやり方として、ロール角度センサ７８の代わりに、車両のボディと車軸との間の角速度を測定するためのロール速度センサを備えることもできる。その際、このロール角度は、制御ユニット１２において、測定された角速度の時間積分によって導き出すことができる。
【００２９】
図２に基づく実施例ではヨーレートセンサ７４の代わりに、有用車両１０の横方向加速度を測定するための第二の加速度センサ８０が備えられており、制御ユニット１２の入力側は信号線８１を通して該センサに接続されている。第二の加速度センサ８０は、有用車両１０の前後軸方向８２に見て、第一の加速度センサ７６に対して位置をずらして配置されている。この実施例では、第一の加速度センサ７６は、第二の加速度センサ８０と共に、有用車両１０のヨーレートを求めるためのセンサシステムを形成している。
【００３０】
角速度センサ７４の節約を可能にするこの配置の場合には、制御ユニット１２は、そこに送られてきた測定値ａ_ｙ１（＝第一の加速度センサ７６によって測定された横方向加速度）とａ_ｙ２（＝第二の加速度センサ８０によって測定された横方向加速度）を用いて、有用車両１０の角速度ω_ｚを次の式に基づいて計算する。
【００３１】
【数６】

その際、ｘ_１、ｘ_２は、それぞれ有用車両の前後軸方向に測定された第一の加速度センサ７６又は第二の加速度センサ８０と有用車両の重心との間の間隔である。
【００３２】
その際、ブレーキ制御装置１の制御ユニット１２は、有用車両１０の重心に作用する横方向加速度ａ_ｙを、次の式に基づいて求める。
【００３３】
【数７】

かくしてこの実施例では、更なる処理のために先行の実施例の場合と同じ中間値を利用することができる。
【００３４】
図３のブレーキ制御装置１は、セミトレーラトラクタとして準備された有用車両１０と前後軸８４だけによって示されている連結されたトレーラとから形成されたセミトレーラ連結車に採用するために、形成されている。この様な種類のセミトレーラ連結車或いはトラクタの安定性制御のためにはまた、有用車両１０の前後軸方向８２とトレーラの前後軸８４とによって形成される屈折角Ψも重要な意味を持ち得る。特に、有用車両１０に対してトレーラがジャックナイフ現象を起こした場合には不安定化をもたらすことがある。この様な自由度を安定化制御の中へ採り入れるために、ブレーキ制御装置１′の制御ユニット１２の入力側は、信号線８６を通して、屈折角Ψを測定するための屈折角センサ８８に接続されている。
【００３５】
図４に基づく実施例では、ブレーキ制御装置１′の制御ユニット１２は、入力側で、有用車両１０と連結されたトレーラの角速度を求めるための、コリオリの原理に基づいて設計された第二の角速度センサ１００に接続されている。この配置の場合には、制御ユニット１２は、入力値として与えられるトレーラの角速度ω_ｚａと有用車両１０の角速度ω_ｚの値から、屈折角Ψを次の式に基づいて求める。
【００３６】
【数８】

勿論、図３及び４に基づく実施例についてもそれぞれ、図２に基づく実施例に従って角速度を求めるためのコンセプト、即ち前後軸方向に位置をずらして配置された一対の加速度センサの使用を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
有用車両の運動を安定化させるためのブレーキ制御装置の概略図である。
【図２】
図１に基づくブレーキ制御装置の別の実施態様を示す図である。
【図３】
セミトレーラ式トラクタとそれに連結されたトレーラとから形成されたセミトレーラ連結車の運動を安定化させるためのブレーキ制御装置の概略図である。
【図４】
図３に基づくブレーキ制御装置の別の実施態様示す図である。
【符号の説明】
１，１’…ブレーキ制御装置
２，４，６，８…車輪
１０…商用車
１２…制御ユニット
１４…圧縮空気リザーバ
１６…ブレーキペダル
１７…常用ブレーキバルブ
１８…ブレーキ配管系
２０，２２，２４，２６…ブレーキ管路
２８，３０，３２，３４…圧力制御モジュール
３６，３８，４０，４２…管路
４４，４６、４８，５０，５２，５４，５６，５８…信号線
６０，６２，６４，６６…速度センサ
６８…信号線
７０…操舵角度センサ
７２…ハンドル
７４…角速度センサ
７６…加速度センサ
７８…ロール角度センサ
８０…加速度センサ
８２…前後（長）軸方向
８４…前後（長）軸
８６…信号線
８８…屈折角度センサ
１００…角速度センサ
ａ_ｙ…重心の横方向加速度
ａ_ｙ１，ａ_ｙ２…測定された横方向加速度
ω_ｚ…角速度
ω_ｚａ…トレーラの角速度
ω_ｚ ^＊…測定された角速度
Ψ…屈折角

Claims

制御ユニット（１２）は、出力側では、有用車両（１０）の各々の車輪（２、４、６、８）のための幾つかの入力値に依存して、それぞれそれ等の車輪のための制御値および／または駆動エンジンの出力値のための制御値を設定され、入力側では、前記入力値を測定するために、ドライバーによって操作された操舵角度を測定するための操舵角度センサ（７０）と、有用車両（１０）のヨーレートを確定するためのセンサシステムと、有用車両（１０）の横方向加速度を測定するための第一の加速度センサ（７６）とに接続されている、有用車両の運動を安定化させるためのブレーキ制御装置（１、１′）。
有用車両（１０）のヨーレートを確定するための前記センサシステムが、角速度センサ（７４）を含むことを特徴とする請求項１に記載のブレーキ制御装置（１、１′）。
有用車両（１０）のヨーレートを確定するための前記センサシステムが、有用車両（１０）の横方向加速度を測定するための第二の加速度センサ（８０）を含んでおり、第二の加速度センサ（８０）が、有用車両（１０）の前後方向（８２）から見て第一の加速度センサ（７６）に対して位置をずらして配置されていることを特徴とする請求項１に記載のブレーキ制御装置（１、１′）。
制御ユニット（１２）は、入力側で、有用車両（１０）の前後方向（８２）と有用車両（１０）に連結されているトレーラーの前後軸（８４）との間の屈折角度（Ψ）を測定するための屈折角度センサ（８８）に接続されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のブレーキ制御装置（１、１′）。
制御ユニット（１２）は、入力側で、有用車両（１０）のヨーレートを確定するための第二のセンサシステムに接続されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のブレーキ制御装置（１、１′）。
制御ユニット（１２）は、入力側で、有用車両（１０）のロール角度を測定するためのロール角度センサ（７８）に接続されていることを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載のブレーキ制御装置（１、１′）。
制御ユニット（１２）は、入力側で、車両ボディと車軸との間の角速度を測定するためのロール速度センサ（１００）に接続されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のブレーキ制御装置（１、１′）。