JP2008168908A - 車両のブレーキシステムの電気的制御のための方法および装置 - Google Patents

車両のブレーキシステムの電気的制御のための方法および装置 Download PDF

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Abstract

【課題】車両のブレーキ過程により、ブレーキ作用の開始に対する値(作動圧力)と少なくとも1つの車軸に対するブレーキ特性値とが決定可能な方法を提供する。
【解決手段】 車両のブレーキ装置の電子式制御方法および装置において、ホイールブレーキ内のブレーキ力をドライバーの指令に応じて引き上げる際、ブレーキ力引き上げの始まりと共にブレーキ作用の始まりが把捉され、ブレーキ作用の始まりの際に少なくとも一つの作動値が把捉され、更なるブレーキ力の引き上げの際に少なくとも一つのホイールブレーキ或いはアクスル(車軸)のブレーキ特性値がこの少なくとも一つの作動値に応じて求められる。
【選択図】図1

Description

本発明は車両ブレーキ装置の制御方法および装置に関するものである。
とくにトラクタと少なくとも1つのブレーキ作動されるトレーラとからなる連結車において、ブレーキ過程の改善のために、ブレーキ過程において発生するトラクタとトレーラとの間の縦方向力ができるだけ小さくなることが望ましい。個々のトラクタのブレーキ作動と個々のトレーラのブレーキ作動とがほぼ等しいときにこの条件が達成される。電気的に制御されるブレーキ装置は、ブレーキ作用の開始時のブレーキの個々の値およびブレーキの個々のブレーキ特性値が既知である場合にこれを達成することができる。このとき、ブレーキの電気制御はブレーキ力の決定のときにこの値を考慮することができる。
ドイツ特許第4210576号から、電気式制御ブレーキ装置におけるブレーキ特性値の決定方法が既知である。この場合、ブレーキ過程の間、それぞれ異なるブレーキ圧力配分を有する少なくとも3つの異なる測定時間間隔の間にそれぞれの車両ブレーキの有効ブレーキ圧力(= 測定されたブレーキ圧力 − 作動圧力)から連結車の個々の車軸の車輪ブレーキのブレーキ特性値が計算される。これはブレーキ過程における異なるブレーキ力分配の前提のもとにブレーキ特性値を決定するための比較的複雑な方法であるばかりでなく、作動圧力の決定方法については記載されていない。
ブレーキ装置においてブレーキ作用の開始を決定するために、従来技術から種々の方法が既知である。公開されていないドイツ特許出願第4424270号から、ブレーキ装置の作動時点が決定されかつさらに車輪速度曲線からブレーキ作用の開始とくにブレーキ装置の作動圧力が決定される。ブレーキ装置が作動するとき、行われるブレーキ作用により回転速度の時間曲線が特性的に変化する。速度信号それ自身が屈曲点を有し、一方時間に関する速度の1次導関数がステップ状変化を形成しまた時間に関する速度の2次導関数が極値を形成する。この曲線はブレーキ作用が開始する時点の検出に利用される。
ドイツ特許公開第4112845号から、ブレーキ操作における圧力−時間曲線からのブレーキ作用の開始の検出方法が既知である。ここではブレーキ操作の間の圧力の時間的上昇が測定されかつ屈曲点が検出されたときに、そのとき存在するブレーキ圧力から導かれた個々のブレーキ装置に対する作動圧力値が記憶される。ブレーキ特性値を求める方法は、ブレーキ作用の開始を検出するための従来技術からは既知ではない。
ブレーキ過程によりブレーキ作用の開始に対する値(作動圧力)と少なくとも1つの車軸に対するブレーキ特性値とが決定可能な方法を提供することが本発明の課題である。
車両ブレーキ装置の電子式制御方法および装置において、ブレーキ操作に対するドライバのブレーキの関数として車両ブレーキ装置の車輪ブレーキ内のブレーキ力が上昇または下降され、ブレーキ過程の間にブレーキ装置および車両の運転変数からブレーキ特性値が決定される。
所定のブレーキ過程の間に、ブレーキ装置の車輪ブレーキのブレーキ作用の開始および終了、またはそのいずれかが決定され、更に、ブレーキ装置のブレーキのブレーキ特性値が決定される。
以下に本発明を図面に示す実施態様により詳細に説明する。
図1は電子式に(閉ループ/開ループ)制御されるブレーキ装置の全体回路図を示す。好ましい実施態様においては、このブレーキ装置は空圧式または油圧式の非常ブレーキ回路または補助ブレーキ回路を含むが、これらは図を見やすくするために図1には示されていない。図1においてドライバにより操作されるブレーキ値伝送器10が示され、ブレーキ値伝送器10はライン12を介して電子式制御装置14と接続されている。電子式制御装置14は、ライン16を介して第1の圧力制御弁18に接続され、ライン20を介して第2の圧力制御弁22に接続されている。この場合好ましい実施態様においては、圧力制御弁18は圧力を制御し、圧力は圧力制御弁18により油圧または空圧ライン28を介して圧力供給容器30からディスクブレーキ24のブレーキシリンダ26内に供給される。ライン28内の圧力したがってブレーキ圧力は圧力センサ32により測定され、圧力センサ32はライン34を介して電子式制御装置14に接続されている。ライン50を介して電子式制御装置14は回転速度センサ51と接続され、回転速度センサ51はブレーキ24に付属の車輪の回転速度を測定する。同様に、圧力制御弁22は、圧力供給容器40から空圧または油圧ライン42および44を介してドラムブレーキ36のブレーキシリンダ38内に圧力を供給する。圧力センサ46はライン44内の圧力を測定する。圧力センサ46はライン48を介して電子式制御装置14に接続されている。ブレーキ36に付属の車輪の回転速度を測定するために回転速度センサ53が接続され、回転速度センサ53はライン54を介して電子式制御装置14と接続されている。さらに、電子式制御装置14のその他の出力および入力ライン52および56が図示され、これらのラインを介して電子式制御装置に車両またはブレーキ装置のその他の運転変数が供給されおよび/またはこれらのラインを介して電子式制御装置はその他の車輪またはその他の車軸のブレーキを制御する。
ディスクブレーキおよびドラムブレーキを有するブレーキ装置の上記の実施態様は一例である。他の実施態様において、ディスクブレーキまたはドラムブレーキのいずれかを完全に装着したブレーキ装置であってもよい。圧力制御弁はある実施態様においては車両の車軸に設けられ、他の実施態様においては個々の車両ブレーキに設けられている。さらに、電子式空圧または電子式油圧ブレーキ装置の代わりに純粋な電気式ブレーキ装置を設けていてもよい。また、電子式制御装置14および/または圧力センサ32および46の一部が圧力制御弁18および22内に組み込まれていてもよい。この場合、圧力制御弁18および22はデータバスを介して電子式制御装置14と連絡している。
ブレーキ過程を導入するために、ドライバはブレーキ値伝送器10を操作する。ブレーキ値伝送器10は操作ストロークまたは操作力を電子式信号に変換し、電子式信号は電子式制御装置14に供給される。ブレーキ値伝送器10の操作値が所定のしきい値を超えたとき、希望のブレーキ作動が行われ、電子式制御装置14により圧力制御弁18および22が操作される。圧力制御弁は空圧ブレーキ装置の場合圧力供給容器からブレーキシリンダ26または38に空気を供給する。さらに、供給されたブレーキ圧力レベルが圧力センサ32および46によりモニタされかつ制御された圧力値は電子式制御装置14に伝達される。圧力がドライバにより与えられた圧力に対し高すぎたとき、電子式制御装置により圧力低下パルスが出力される。制御された圧力によりブレーキシリンダは摩擦ブレーキを締め付け、またこのとき作用するブレーキトルクはそれぞれの車輪の回転速度を低下させる。これにより車両は減速される。電子式制御装置14がブレーキシリンダへの圧力供給を制御する方式は種々の方式であってよい。好ましい実施態様においては、ブレーキシリンダへの圧力供給は圧力を与えられた目標値に制御する方向で行われる。さらに他の有利な実施態様においては、電子式制御装置14はブレーキトルク、ブレーキ力、車両減速度等を与えられた目標値に制御してもよい。このような制御においては、それぞれの目標値(減速度、ブレーキ圧力、ブレーキトルク)はブレーキ値伝送器10の操作度の関数として所定の特性曲線または特性曲線群を介してドライバにより決定される。さらに圧力制御において、トラクタとトレーラとの間の連結力、車軸荷重、ブレーキ温度、車両の車輪と車道との間の摩擦ないし滑り等を考慮してもよい。このような制御が従来技術から既知である。
とくに連結車の場合、縦方向力を低減するために、すべての車輪ブレーキにおけるブレーキ装置の電子式制御は、トラクタおよびトレーラのブレーキ作動がほぼ同じように行われることが必要である。とくに、個々の車輪ブレーキにおけるブレーキ作動の開始の時間差ならびに個々の車輪ブレーキにおける著しく異なるブレーキ力の発生を回避することが必要である。このために、ブレーキ作用の開始を示すブレーキ圧力ならびに車輪ブレーキのブレーキ特性値を決定することが必要である。ドライバ指令から制御すべきブレーキ圧力を決定する場合、個々の車輪ブレーキに対し、決定された作動圧力およびブレーキ特性値が考慮される。
本発明の方法により、作動圧力がブレーキ圧力信号−時間曲線および車輪速度信号−時間曲線から求められる。この方法を図2および3の時間線図により説明する。
図2は、ブレーキ指令(Psoll、一点鎖線)およびブレーキシリンダ内の圧力(PBZ、点線)を示す。図3は、車輪速度(ω、実線)、車輪速度の時間に関する1次導関数(ω’、破線)ならびに車輪速度の時間に関する2次導関数(ω”、点線)の時間曲線を示す。この場合、車輪の回転速度の時間に関する1次導関数は車輪の回転加速度を示し、速度の時間に関する2次導関数はブレーキの作動により形成された衝撃を示す。
圧力上昇の速度は本質的にブレーキ値(目標値)伝送器の操作の関数である。ブレーキペダルを操作したとき、はじめはブレーキシリンダには圧力がかかっていない。高い差圧のために、圧力供給容器から空気が高速でブレーキシリンダ内に流れる。この場合、ブレーキシリンダ内に流入する空気は圧縮されて圧力を上昇し、この圧力上昇はブレーキシリンダピストンに作用する抵抗に相当する。その後ピストンは遠ざけられかつブレーキ操作機構を介して空気圧力がブレーキに打ち勝つことになる。ピストンがこのように遠ざけられると、容積は増加するが圧力はほとんど変化しない。摩擦ブレーキが作動したのちさらに圧力媒体がブレーキシリンダ内に流入する。ブレーキ圧力はさらに上昇される。したがって、摩擦ブレーキが作動したとき(To)、圧力曲線内に屈曲点が存在する。車輪速度に関して、時点Toにおいてブレーキが作動したとき、車輪の回転速度ωは急激に低下する。回転速度の時間に関する1次導関数ω’は特性ステップ状変化を示し、一方時間に関する2次導関数ω”は時点Toにおいて極値を有する。回転速度曲線ならびに場合により時間に関する導関数および圧力曲線内の屈曲点の評価により、ブレーキ作動が開始された時点Toを正確に決定することが可能である。時点Toにおいて存在するブレーキシリンダ内の圧力PAから、このとき作動圧力が導入される。
ブレーキを解除したときも同様のことが適用される。
ブレーキを操作したとき、作動圧力の決定に対し操作速度が著しく影響してくる。操作速度が適切なときにのみ作動圧力の評価および決定を行うために、操作速度に対する条件が与えられなければならない。
ブレーキ特性値の決定方法を図4および図5に示す範囲内で説明する。
作動圧力の検出および車両の車軸に対するブレーキ特性値の決定のための原理的方法を図4に略図で示したブレーキ過程の時間線図により説明する。そこに示した圧力曲線は対応するブレーキ過程の結果としてまたは適切なブレーキ過程の間の車輪ブレーキの目的とする調節により与えられる。好ましい実施態様においては、作動圧力の検出およびブレーキ特性値の決定は、適切なドライバ指令曲線が存在したときに初めて行われる。他の有利な実施態様においては、この圧力曲線は適切なブレーキ過程の間に任意に形成される。
ブレーキ過程の開始時にブレーキ圧力が電子式制御装置により適切な圧力Poまで上昇される。ブレーキ圧力−時間曲線からおよび車輪速度ないし車輪速度の1次関数の時間曲線から、圧力の調節の間に作動時点したがって作動圧力が導入される。時点T1およびT2の間に静的状態の短いフェーズが存在し、一方個々の車輪ブレーキの作動圧力が決定されかつ決定された値が記憶される。時点T2以降ブレーキ過程を継続する間に、選択された車軸においてブレーキ圧力上昇が行われる。時点T2の後に再び短い静的状態が形成され、これにより状態T1およびT2におけるブレーキ圧力およびブレーキ作動の差に基づき、車両のブレーキ力と慣性力とのつり合いを形成することにより、ブレーキ特性値を決定することが可能である。したがって、ここに示した方法は、ブレーキ過程において車輪ないし車軸の作動圧力およびブレーキ特性値を決定することを可能にする。この場合、必要な圧力曲線は決定を目的として形成されるかまたはドライバにより適切に与えられる。後者の場合、たとえばドライバがまず車両に軽くブレーキをかけ(作動圧力の決定)、次に強くブレーキをかけたときに得られる。この場合、個々のブレーキにおけるブレーキ作用は決定を目的として時間差をつけて形成されるかまたは車軸間のブレーキ圧力配分が変化される。このとき圧力が上昇される車軸に対するブレーキ特性値は、存在する定常状態と比較することにより、ブレーキ圧力変化およびブレーキ作動変化から計算される。
他の有利な実施態様においては、ブレーキ過程の間、決定すべき車軸が目的に従って調節され、すなわちこの車軸ないしはこの車輪におけるブレーキ圧力が所定の値だけ上昇されかつブレーキ特性値が導入される。この場合、他の車軸におけるブレーキ圧力は一定に保持される。他の車軸に対しては順次に同様に行われる。
図5は本発明による方法の計算プログラムの流れ図である。図5に示すプログラム部は、好ましい実施態様においては、自動車の運転サイクルの間に所定の時点で導入される。作動圧力およびブレーキ特性値の決定に成功した後は、プログラムは自動車の少なくとも実際の運転サイクルに対してはランされない。わかりやすくするために、1つの車輪ブレーキの例で説明する。他の車輪ブレーキの作動圧力は同様なプログラム部により決定される。
所定の時点においてブレーキ過程の開始によりプログラム部がスタートした後、第1のステップ100において、ブレーキ圧力Pおよび車輪回転速度VRADが読み込まれる。ブレーキ圧力Pおよび車輪速度ωの時間曲線により、ステップ102において、作動時点に到達したか否かが検査される。このために、最も簡単な場合、実際の圧力測定値および実際の速度測定値と存在するプログラムランにおいて中間記憶された測定値との差が形成され、この差が前のプログラムランにおいて形成された差と比較され、特性偏差が存在する場合、図2および図3に示す圧力曲線および速度曲線の屈曲特性が形成される。圧力曲線または速度曲線内に屈曲点が形成されない場合、ステップ103において、決定過程を中断すべきか否かが検査される。これはたとえば、所定の時間が経過したとき、ブレーキ過程が終了したときまたはブレーキペダルの瞬間的な急速操作が行われたときに相当する。検査が肯定の場合プログラム部は終了し、否定の場合さらに決定するためにステップ100が反復される。両方の信号において屈曲点が検出されたとき(場合により異なるプログラムランにおいて大きな時間差がない場合においても)、このことからブレーキが作動したことが決定される。その後ステップ104において、定常状態が形成されているか否か、とくに自動車のブレーキ作動が一定であるか否かが検査される。これが否定の場合、プログラム部は終了しかつ決定は中断される。しかしながら、ステップ104において定常運転状態が検出される場合、それに続くステップ106において、実際のブレーキ圧力および公差値Δに基づいて作動圧力Poが記憶されならびにこの時点におけるブレーキ作動Zoが記憶される。それに続いてステップ108において、ドライバがさらに圧力上昇を指令するか否かが検査される。これが否定の場合、ステップ110において中断条件が検査される。この検査が否定の場合、プログラム部は所定の時点においてステップ108から反復され、検査が肯定の場合プログラム部は終了する。
ドライバがさらに圧力上昇を指令する場合、問い合わせステップ112において、ブレーキ特性値の決定を行うことが可能か否かが検査される。これはとくに、ドライバがブレーキ作用の上昇を僅かでも望んだときに肯定となる。ブレーキ特性値の決定が行われない場合、プログラム部は終了する。ブレーキ特性値の決定のために、ステップ114において第1の車軸が選択されかつそこでドライバにより指令された圧力上昇が行われる。それに続くステップ116において、ブレーキ作動Zおよびブレーキ圧力Pが測定され、そして問い合わせステップ118において定常運転状態が存在するか否かが検査される。これはとくに、車両のブレーキ作動が変化していないときに定常運転状態とみなされる。定常運転状態が設定されていない場合、プログラム部は終了しかつ作動圧力およびブレーキ特性値の決定は中断される。定常運転状態の場合、ステップ120により、圧力がかかっている車軸のブレーキ特性値BKWが、作動圧力Po、ブレーキ圧力Pおよびブレーキ作動ZおよびZoから、車軸ごとの平均値として計算される。それに続くステップ122において、決定が成功したか否かが検査される。決定が成功した場合プログラム部は終了し、成功しない場合ステップ108が反復される。それに続くプログラムランにおいてドライバによるブレーキ指令がさらに存在する場合、他方の車軸のブレーキ圧力が上昇される。
上記のように、好ましい実施態様においては、ブレーキ過程の間に作動圧力およびブレーキ特性値が決定される。決定のための適切なブレーキ過程が見出されない場合、本発明により図4に示す決定方法が任意に実行される。このために、ブレーキ操作においてまず圧力が作動圧力に到達するまで直線的に上昇される。作動圧力に到達した後、圧力は所定時間だけ定常状態に保持される。その後1つの車軸における圧力が上昇され、他のすべての車軸は一定に保持される。ある定常時間経過後、この過程が他の車軸に順次に実行され、これによりこのとき存在するブレーキ作動およびブレーキ圧力に関する値から、作動圧力およびブレーキ特性値が決定される。作動圧力検出およびブレーキ特性値決定が行われる適切なブレーキ過程は比較的小さいブレーキ指令を示し、このブレーキ指令は所定の時間ほぼ変化されないで作用している。
上記の方法は、圧力上昇のときのみでなく圧力降下のときにおいても使用され、すなわちブレーキの作動特性およびブレーキの解除特性を求めることができる。
効果
本発明による方法は、ブレーキ過程におけるブレーキ作用の開始およびブレーキ特性値の決定を可能にする。
この場合、ブレーキ作用の開始の決定および/またはブレーキ特性値の決定に適したブレーキ過程を待つかまたはブレーキ過程の間にブレーキ操作を所定の方法で調節しかつ変化させることが有利である。
ブレーキ作用の開始の決定のために複数の方法が組み合わされ、とくに回転速度およびブレーキ操作(ブレーキ圧力、ブレーキ力、ブレーキトルク)の時間曲線から検出が行われ、したがってブレーキ作用の開始の検出の信頼性および精度が向上される。
車軸ごとのブレーキ特性値の決定により、外乱の影響および結果のばらつきが低減される。本質的に静的なデータを評価することにより、計算時間が節約される。
求められた値は、ブレーキ装置の機能の改善のために、とくに連結車における連結力の制御と組み合わせて使用されることが有利である。ブレーキ作用形成におけるブレーキ作用の開始の決定により、またブレーキ作用の解除におけるブレーキ作用終了の決定によりブレーキ装置のヒステリシスを求めることが可能であり、これにより装置の機能性をさらに改善することができる。
電気空圧式ブレーキ装置の好ましい実施態様における電気式制御ブレーキ装置の全体ブロック回路図である。 作動圧力検出のための手段である1つの車輪のブレーキ圧力の信号曲線である。 作動圧力検出のための手段である1つの車輪のブレーキ速度の信号曲線である。 作動圧力およびブレーキ特性値を決定するための過程の例として示した時間線図である。 本発明による方法の計算プログラムの流れ図である。
符号の説明
10 ブレーキ値伝送器
12、16、20、34、44、48、50、52、54、56 ライン
14 電子式制御装置
18、22 圧力制御弁
24 ディスクブレーキ
26、38 ブレーキシリンダ
28、42、44 空圧または油圧ライン
30、40 圧力供給容器
32、46 圧力センサ
36 ドラムブレーキ
51、53 回転速度センサ
P ブレーキ圧力
BZ ブレーキシリンダ圧力
soll ブレーキ指令
Po 作動(係合)圧力
RAD 車輪回転速度
Z ブレーキ作動
Δ 公差値
Ω 回転速度
ω′ 回転速度の1次導関数
ω″ 回転速度の2次導関数

Claims (10)

  1. ブレーキ操作のためのドライバーのブレーキ指令に応じて車両のブレーキシステムのホイールブレーキ内のブレーキ力が引き上げ或いは引き下げられ、
    ブレーキプロセスの間にブレーキシステムおよび車両の少なくとも一つの作動値からブレーキ特性値が求められる、
    車両のブレーキシステムの電気的制御のための方法において、制御のために
    ブレーキ開始の際のブレーキ力引き上げの始まりと共にブレーキ作用の始まりが把捉され、
    ブレーキ作用の始まりの際に少なくとも一つの作動値が把捉され、
    更なるブレーキ力の引き上げの際に少なくとも一つのホイールブレーキ或いはアクスル(車軸)のブレーキ特性値がこの少なくとも一つの作動値に応じて求められ、
    ブレーキ特性値及び/又は少なくとも一つの作動値が記憶され、
    ホイールブレーキが
    ドライバーのブレーキ指令、
    記憶されていたブレーキ特性値、および
    ブレーキ作用の始めに把捉された少なくとも一つの作動値の大きさ
    に応じて制御される、方法。
  2. 請求項1記載の方法において、
    ブレーキシステムの作動値として
    ブレーキ力を表している値及び/又は
    ホイール速度信号が用意されており、その際ブレーキ力の印加時点の、従ってホイールブレーキのブレーキ作用の始まりの、把捉のためにブレーキ力およびホイール速度信号に関する値の時間的変化が評価される
    ことを特徴とする、方法。
  3. 請求項2記載の方法において、ブレーキ力を表している値も、ホイール速度の信号も特徴的な時間的変化を備えている時に、ブレーキ力の印加時点が検知されることを特徴とする、方法。
  4. 請求項1記載の方法において、選択されたアクスルの上における意図的なブレーキ力の引き上げとブレーキ力に関する値と車両のブレーキングの把捉によって、ホイールブレーキのブレーキ特性値がブレーキ力の印加時点に対する対応値に関して計算されることを特徴とする、方法。
  5. 請求項1記載の方法において、ブレーキ特性値の特定が車両の各々のアクスルのためのブレーキ力の印加時点の決定の後で行われることを特徴とする、方法。
  6. 請求項1記載の方法において、ブレーキ力の印加時点或いはブレーキ作用の始まり及びブレーキ特性値の決定のために、適当なブレーキプロセスが待たれることを特徴とする、方法。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法において、ブレーキプロセスの間に先ずブレーキ力がブレーキ力の印加時点まで高められ、その後ブレーキ特性値の決定のために各々の個別アクスルのために時間的にずらして高められることを特徴とする、方法。
  8. 請求項1記載の方法において、ブレーキ力の印加時点並びにブレーキ特性値の決定が本質的に定常測定値に基づいていることを特徴とする、方法。
  9. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法において、ブレーキ力の引き上げが、ブレーキ力を表しているブレーキ圧力の大きさであり、且つブレーキ力の印加時点に印加ブレーキ圧力のブレーキ作用の始まりに関する尺度として求められるホイールブレーキ内の圧力の制御によって行われることを特徴とする、方法。
  10. 車両のブレーキシステムのホイールブレーキ内のブレーキ力をドライバーの指令に応じて引き上げ或いは引き下げる電子的制御ユニットを備え、その際該制御ユニットが車両のブレーキプロセスの間にブレーキ特性値の計算するための手段を備えている、車両のブレーキシステムの電気的制御のための装置において、
    上記ブレーキプロセスの際にホイールブレーキのブレーキ作用の始まり及び/又は終了が決定され、又ブレーキのブレーキ特性値もこの時点における少なくとも一つの作動値に応じて求められることを特徴とする装置。
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