JP2010149845A - 車両制動装置の制動感覚をシミュレートするためのシステム - Google Patents

Abstract

【課題】油圧制動装置と電気制動装置とを備えている車両制動装備のための、ブレーキペダルにおける制動感覚をシミュレートするためのシステムを提供する。
【解決手段】油圧制動装置７、８と電気制動装置９とを備えている。このシステムは、力伝達流体２１が入っていて、その中では、油圧ピストン２２がマニュアル制動操作部材１に制御されて摺動している、第１チャンバ２０を備えており、前記第１チャンバは、第２の二次的なシミュレーションチャンバ４とシミュレーション弁３を介して連通し、同弁の開度によって、力をブレーキペダルにシミュレートすることができるようになっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ブレーキペダルにおける制動感覚をシミュレートするシステムに関する。このシステムは、より具体的には、ブレーキペダルが、車両の車輪を制動する油圧制動回路に働き掛ける従来式の制動システムと、電気制動システムの様な補助エネルギー制動システムと、が取り付けられている車両に適用される。このシステムは、特に、内燃機関と１つ又はそれ以上の電気モータとを備えた組み合わせ型の牽引機構を有する車両の様なハイブリッド車両に適用される。

最先端技術では、車両に、同じ操作装置（ブレーキペダル）によって操作され、且つ異なるエネルギー源又は動力源を使用して車両の車輪に働き掛ける、２つの制動システムを用いて装備を施すことは、周知の事柄である。

これは、例えば、牽引用の内燃機関と電気牽引モータとを有する組み合わされた牽引機構を備えたハイブリッド車両の場合である。それらの車両では、電気モーターを発電機として働かせ、エネルギーの回生によって制動が得られるようにすることで、電気モーターを制動に使用することは、周知の事柄である。

そのため、車両はエネルギー回生電気制動システムを備えているが、電気制動システムでの制動力は限定的であり低速では非常に低くなるため、車両は一般に従来式の油圧制動システムも併せて備えている。

しかしながら、電気制動が常に完全に満足のいくものとは限らない。図１には、１つのその様な電気制動システムを単独で用いた場合の制動曲線（時間の関数としての制動トルク）が実線で概略的に描かれている。この同じグラフでは、点線を使って車両速度が表されている。第１制動区域Ａでは、制動力は次第に増し、ついには第２制動区域Ｂでその最大制動効力に達し、その後、第３区域Ｃで車両速度が低くなるにつれ制動トルクは減少し、第４区域Ｄでは実際的に存在しなくなる。上記の様な制動システムは、区域Ａでは制動力が瞬時に最大制動効力に至らず、また区域ＣとＤで車両が低速の時、制動力が減少することから不完全といえる。この種の作動は、図１では点線の曲線で描かれている。

回生電気制動に伴うこの不都合を改善するには、区域Ａ、Ｃ、及びＤで、補助制動を提供する油圧制動システムを提供することが必要である。
図２は、電気制動システム並びに油圧制動システムの作動曲線を示している。

曲線Ｃ１は、図１の曲線に対応した回生電気制動の曲線である。例えば、０．７ｇの車両減速度が求められており、電気制動システムに最大減速度０．３ｇを提供できる能力がある場合、油圧制動システムに適用される制動曲線は、曲線Ｃ２によって概略的に描かれている曲線になる必要がある。区域Ａでは、油圧制動トルクは、できる限り速やかに０．７ｇの減速度を達成できるようにし、その後は電気制動トルクがその最大値に達し、電気制動トルクによる等価減速度が０．３ｇになるまで減少してゆくことになる。この様にすれば、どの時点でも、電気制動システムと油圧制動システムとによって供給されるトルクの合計は、０．７ｇの減速度になる。区域Ｂでは、同様に０．７ｇの減速度を得るために、油圧制動システムで電気制動システムを補っている。その後、区域Ｃでは再度電気制動システムの制動力を補うために、そして区域Ｄ１では実際的に存在しない電気制動トルクを補償するために、油圧システムの制動トルクが上昇している。

更に、回生電気制動システムの応答時間とは別に、このシステムでは、回生回路に加えられる負荷は変化することがあるため、応答の仕方が常に同じとは限らない。これは、特に、回生回路が本質的に車両バッテリを備えている場合がそうであり、というのも、その場合はバッテリの状態によって負荷が変化してしまうからである。

この様なシステムでは、制御回路（例えばコンピュータ）が、制動システムの作動を管理しなければならない。このコンピュータは、制動動作の都度、機能を発揮すべく駆り出される。

しかしながら、本発明は、更に、どの様な他の制動システムにも適用され、特に、従来式の油圧制動システムと補助エネルギー制動システムとが設けられている制動システムに適用される。

一般的には、本発明は、従って、補助エネルギー常用制動システムと、緊急制動用に使用される従来型の筋力を動力源とする制動システムと、を備えている車両制動装備に適用することができる。

ブレーキペダルの様なマニュアル操作される部材は、常用制動システムを起動させ、常用制動システムが失陥するか又は不十分であると判明した場合、緊急制動を起動させる。
有利には、従来式の制動システムは、少なくとも１つのプライマリピストンが取り付けられたマスターシリンダを備えており、マニュアル操作部材（ブレーキペダル）によって操作される。

更に、常用制動システムが正常に作動している時、少なくとも１つの安全弁によってマスターシリンダを車輪ブレーキから切り離しておくことができる。対照的に、補助エネルギー制動システム（電気制動システム）によって提供される制動力が不十分である時、又はこの制動システムに欠陥がある時は、この安全弁によってマスターシリンダを少なくとも１つの車輪ブレーキに連結することができる。

その様なシステムでは、外部エネルギー制動システムが作動している時に運転者が制動感覚を持てるようにするために、補助エネルギーを動力源とする常用制動下で、マニュアル操作部材（ブレーキペダル）の前進運動に抵抗して、どの様に制動が進行しているかを反発抵抗力に反映させることを目的として、制動感覚シミュレータが提供されている。

このシミュレータは、一般に、チャンバ内を摺動するシミュレータピストンを備えている。このピストンは、マニュアル操作部材によって（直接的又は間接的に）一方の側に押され、制動力をシミュレートする力を印加する手段によってもう一方の側に押される。

補助エネルギー制動システムが作動している時、マスターシリンダは、従って、車輪ブレーキから切り離されており、マスターシリンダに入っている液体は車輪ブレーキへ還流することができなくなっている。感覚シミュレータのおかげで、マニュアル操作部材は、マニュアル操作部材の作動に抵抗する力を受け取り、制動力をシミュレートする。理論上、このシミュレーションシステムでは、マニュアル操作部材に加えられるべき力の変動をペダルストロークの関数として規定する法則を作成することができる。これは、運転者に、車輪ブレーキの液圧がマスターシリンダからの圧力とブレーキペダルに加えられる筋力との直接的な結果であった場合に、運転者が得るはずの感覚と同様の感覚を与える。

既知のシミュレーションシステムでは、マニュアル操作部材に加えられるべき力の変動を規定する法則は、主として、一般にはばねにより形成されている弾性復帰手段によって決まるが、この法則は容易且つ迅速に修正することができず、これでは都合が悪い。更に、この弾性復帰手段は、時間の経過に伴って又は車両の型式によって変化する特性を有しているかもしれない。

それらの不都合を解消することが、本発明の目的である。

本発明は、従って、運転者の筋力によって操作される油圧制動装置と補助エネルギー制動装置とを備える車両制動装備のための、制動感覚をシミュレートするシステムに関する。第１チャンバには、力を伝達する非圧縮性流体（一般にはブレーキ液）が収容される。この第１チャンバ内では、マニュアル制動操作部材の制御下にある油圧ピストンと、油圧制動装置を作動させるピストンとが摺動する。この第１チャンバは、コマンドに基づいて、第２の二次的なシミュレーションチャンバとシミュレーション弁を介して連通し、同弁の開度によって力をブレーキペダルにシミュレートすることができるようになっている。

本発明の１つの有利な実施形態によれば、制動命令検出器が、シミュレーション弁を、検出器によって検出された制動命令と油圧制動装置によって実行されるべき制動との関数として作動させる、中央制御ユニットに接続されている。

本発明の１つの好適な実施形態によれば、前記筋力を動力源とする油圧制動回路の作動を阻止する遮断弁が設けられている。この遮断弁は、シミュレーションシステムが起動すると、中央制御ユニットによって遮断状態に入るよう命令される。

中央制御ユニットは、補助制動装置の制動動作に対応した変調度に従ってシミュレーション弁のデジタル制御を行うのが有利である。
本発明のシステムの実施形態の或る代替形態によれば、中央制御ユニットは、補助制動装置の制動動作に対応したシミュレーション弁の開度に従って、シミュレーション弁のアナログ制御を行う。

本発明の１つの有利な実施形態によれば、前記第１チャンバには、筋力を動力源とする油圧制動装置を作動させるためのピストンが収容される。力伝達流体は、前記第１チャンバ内の、油圧制動装置を作動させるピストンとマニュアル制動操作部材によって操作される油圧ピストンの間に位置している。更に、前記作動ピストンは、ブレーキブースタ及び／又はマスターシリンダを作動させるための操作ロッドを支持している。

本発明の或る好適な実施形態によれば、第２の二次的なシミュレーションチャンバは、シミュレーション弁を介して第１チャンバと連通し且つこの第１チャンバと同じ種類の流体が入っている、空間を備えており、弾性装置によって押されたピストンが、第１チャンバから第２チャンバへの流体の変位に対して何ら顕著な抵抗を示すこと無く、第２チャンバを閉じるようになっている。

マニュアル制動操作部材の運動を検出する検出器は、シミュレーション弁の開放及び／又は閉鎖を制御する中央制御ユニットに送信される、運動検出信号を供給することが有利である。

補助エネルギー制動装置は、エネルギーの回生を用いた電気制動装置であるのが好都合である。
本発明は、以上に定義されている制動感覚シミュレーションを、電気モータと内燃機関を備えているハイブリッド牽引車両に適用することにも関する。この場合、車両を制動することを意図している車両の各車輪の油圧制動回路には、前記油圧回路を遮断する遮断弁が取り付けられている。

本発明の様々な目的及び特徴は、以下の説明を添付図面と併せて読んで頂ければより明白になるであろう。

以上に既述されている作動曲線。 以上に既述されている作動曲線。 本発明による制動シミュレーションシステムの代表的な実施形態。 図３のシステムの作動の１つの実施例。

図３を参照しながら、本発明のシステムの１つの代表的な実施形態を説明してゆく。
一例として、このシステムについて、これを牽引用の内燃機関と１つ又はそれ以上の電気牽引モータとを有するハイブリッド牽引車両に適用した場合に関して説明してゆく。その様な車両では、車両を制動したい時に、電流発生機として電気モータを使用することは、周知の事柄である。供給された電気エネルギーは、車両のバッテリを再充電するのに使用される。車両には、而して、エネルギーをバッテリの再充電のために回生することによって制動が働く。しかしながら、制動力は、緊急制動の場合に不十分と判明するかもしれず、低速の場合も十分ではないと判明するかもしれず、何れにしても、バッテリの充電レベルに左右される。その様な訳で、上記の様な車両は、従って、一般に、その制動力が少なくとも部分的には運転者がブレーキペダルに加える力の結果である、油圧制動システムの様な従来式の制動システムも併せて有している。通常使用される制動システムは回生電気制動システムであり、必要が生じた場合に油圧制動システムが使用に供される。それらの制動システムは、油圧制動システムを何時どの様に使用するかを決定する中央制御ユニットによって管理されている。それらのシステムは、先行技術では既知であり、従って説明する必要は無い。

電気制動システムが使用されている場合、運転者がこのブレーキペダルを押し下げた時のブレーキペダルの運動に抵抗する力を提供するシミュレーションシステムを提供することが必要である。これには、運転者に役立つように制動力をシミュレートする効果がある。更に、ブレーキペダルの位置は、もはやブレーキマスターシリンダのピストンの位置と必ずしも関連付けられてはいない。

本発明によれば、図３のシステムは、第１チャンバ２０を提供しており、同チャンバは通常は円筒形であり、その内部ではブレーキペダル１によって作動する第１ピストン２２が摺動する。チャンバ２０内では第２ピストン２３も摺動し、同第２ピストンは、ブレーキブースタ７１を操作し、而して油圧制動システム７のピストンを駆動する操作ロッド７０を担持している。

第２チャンバ４を備えている貯蔵装置は、２本のパイプ３０、３１とシミュレータ弁３によって第１チャンバ２０に接続されている。２つのピストン２０と２３の間には、シミュレーション弁の開放状態に応じて貯蔵装置に流れることができる流体が入っている。

更に、油圧制動回路７−８の作動を阻止するのに、弁８０の様な遮断弁を使用することができる。一例として、本発明のシステムは、各車輪の油圧回路上に遮断弁を設け、制動圧力が各車輪に伝わらないようにしている。

図３では、１つの車輪８４とその制動装置８３しか描かれていない。遮断弁８０は、制動装置８３をブレーキマスターシリンダ７２に接続しているパイプ８１及び８２上に設けられている。

車両は、ハイブリッド車両なので、モータ９は、車輪８４を回転させるのに使用することができるものとして描かれている。
次に、システムが機能するやり方を説明してゆく。

運転者がブレーキペダル１を押し下げると、検出器Ｄｅｃは、制動命令、例えばブレーキペダルの運動又はこのペダルに加えられた力を検出し、検出信号を中央制御ユニット５に送信する。後者は、当技術では既知のやり方で、電気モータ９に発電機として作動するように命令する。

同時に、中央制御ユニット５は、シミュレーション信号ｕｃｌをシミュレーション弁３２へ送信して、弁を開けるように命令する。この信号の特性は、制動命令と回生制動を使用して制動を働かせる能力との関数である。従って、弁３２の開放は、信号ｕｃｌの関数である。運転者は、ペダルに、制動を働かせる命令に対応した通常の反応を感じる。

更に、中央制御ユニットは、遮断信号ｕｃ２を遮断弁８０に送信する。すると、油圧制動回路の効力が制限されるか、又は阻止されることもある。マスターシリンダ７２のピストンは、必要が生じた時に回生制動から引き継ぐためにしか動くことができなくなる。同様に、ブレーキブースタの作動も阻止される。従って、操作ロッド７０は動かず、ピストン２３は動かせなくなる。

その結果、運転者が、ブレーキペダルを押し下げると、ピストン２２は、（図３と図４で）左に動く傾向を呈する。ピストン２３の運動は阻止されているので、ピストン２２は、チャンバ２０に入っている流体２１をチャンバ４０に向けて追いやる。先に示したように、弁３２の開放は信号ｕｃｌの特性の関数であり、弁３２は、従って、ブレーキペダルの運動に従って流体２１の通過を制限する。

中央制御ユニット５によって供給される信号ｕｃｌは、デジタル（又はパルス）信号であってもよく、その場合パルス繰り返し数は、ブレーキペダルの運動と運転者にフィードバックされることになるペダル感覚との関数（ソフトウェアのパラメータ化を適用してもよい）になる。

パルス幅変調（これを表す英語の略語ＰＷＭが広く認められている）弁を使用するのが有利である。
例えば、低い制動力（ブレーキペダルの瞬間移動がより大きい場合）をシミュレートするためには、弁３２の開度を大きく取るため、信号ｕｃ１のデューティファクタは高くなる。

対照的に、強い制動力（ブレーキペダルの瞬間移動がより小さい場合）をシミュレートするためには、弁３２の開度を小さく取るため、信号ｕｃ１のデューティファクタは低くなる。

実施形態の或る代替形態によれば、中央制御ユニット５によって供給される信号ｕｃｌは、アナログ信号である。この信号の振幅によって、ブレーキペダルの運動に対する抵抗力を大きくするか又は小さくするために、弁３２の開度を大きくするか又は小さくするかが決まる。

図４に示されている様に、ブレーキペダルが押し下げられることで、ピストン２２が動き、ピストン２２とピストン２３の間の距離ｅ１が縮められている。流体２１の幾らか（弁３２の開度によって決まる）は、チャンバ４０の空間４１の中へ押し退けられている。この空間４１の長さｅ２と、従ってその容積は、結果的に増加する。

図３と図４では、装置４は、有利には、ピストン４２がチャンバ４０の中で自由に動くことを防止する保持部材４３を備えており、装置４は、油圧アキュムレータを形成していることが示されている。この保持部材は、チャンバ４０に入っている流体の圧縮には一切（又はほとんど）役目を果たさず、保持する役目を担っているだけである。何れにしても、これは、制御可能な弁の作動の仕方によって決まるペダル感覚において何らの役目も担っていない。

従って、本発明のシステムでは、たとえ車両の車輪に加えられる制動力が、ブレーキペダルを押し下げるのに必要な力に由来するものではないエネルギー源（電気制動）によって供給されていても、ブレーキペダルに制動力をシミュレートすることができることが理解されるはずである。

更に、中央制御システムは、回生電気制動システムが制動に対する運転者の要求を満たすのに不十分であると判断すると、油圧制動システム７−８を作動状態に入れるよう決定を下すようになっていてもよい。

このとき、中央制御ユニット５がシミュレーション弁３２の部分的又は全面的な閉鎖を命令するようになされていてもよい。具体的には、油圧制動システムが作動状態に入ったことによって運転者は通常の制動力を感じ取るため、電気制動が無くなった時点でシミュレーションシステムは作動が中止されることができる。

信号ｕｃ２が、弁８０の様な遮断弁に供給される。車輪ブレーキ油圧回路は、遮断が解かれる。
シミュレーション弁３２が閉じられるので、ピストン２３は、ピストン２２の運動と流体２１の押し退けの作用を受けて、（図３及び図４で）左方向に動く。操作ロッド７０は、ブレーキブースタ７１を作動させ、その結果、マスターシリンダ７２のピストンが動く。油圧制動装置８３は、通常はディスクブレーキであり、加圧制動流体を受け入れる。

以上の説明では、内容を分かり易くするために、電気制動が活動している時には油圧制動システムは遮断されるもの、及びその逆になるものと見なした。しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく、電気制動システムによって提供される制動力が不十分であった場合にそれを補償するために限定的に油圧制動システムを作動させることも予想され得る。

１ ブレーキペダル
３ シミュレーション弁
４ 第２チャンバ、装置
５ 中央制御ユニット
６ 検出器
７ 油圧制動システム
７−８ 油圧制動回路
９ 電気モータ
２０ 第１チャンバ
２１ 流体
２２ 第１ピストン
２３ 第２ピストン
３０、３１ パイプ
３２ シミュレーション弁
４０ チャンバ
４１ 空間
４２ ピストン
４３ 保持部材
７０ 操作ロッド
７１ ブレーキブースタ
７２ ブレーキマスターシリンダ
８０ 弁、遮断弁
８１、８２ パイプ
８３ 油圧制動装置
８４ 車輪
Ｄｅｃ 検出器、制動命令
ｅ１ ピストン２２と２３の間の距離
ｅ２ 空間４１の長さ
ｕｃ１ シミュレーション信号
ｕｃ２ 遮断信号

Claims (8)

1. 運転者の筋力によって作動する油圧制動装置（７、８）と補助制動装置とを備える車両制動装備のための、制動感覚をシミュレートするシステムであって、
   前記システムは、力伝達流体（２１）を収容する第１チャンバ（２０）を備えており、マニュアル制動操作部材（１）によって駆動される油圧ピストン（２２）と前記油圧制動装置（７、８）を作動させるためのピストン（２３）が前記第１チャンバ内を摺動し、前記第１チャンバ（２０）は、コマンドに基づいて、第２の二次的なシミュレーションチャンバ（４）とシミュレーション弁（３）を介して連通し、前記シミュレーション弁の開度によって、力がブレーキペダルにシミュレートされるようになっており、前記システムは、前記筋力を動力源とする油圧制動回路（７、８）の作動を阻止する遮断弁（８０）を備えており、この遮断弁は、前記シミュレーションシステムが起動すると、中央制御ユニット（５）によって遮断状態に入るよう命令されることを特徴とする、システム。
2. 前記システムは、前記中央制御ユニット（５）に接続される制動命令検出器（６）を備えており、前記中央制御ユニット（５）は、前記シミュレーション弁（３）を、前記検出器（６）によって検出された制動命令（Ｄｅｃ）と前記油圧制動装置（７、８）によって実行されるべき制動との関数として作動させることを特徴とする、請求項１に記載の制動シミュレーションシステム。
3. 前記中央制御ユニット（５）は、補助制動装置の制動動作に対応する変調度に従って、前記シミュレーション弁（３）のデジタル制御を行うことを特徴とする、請求項２に記載の制動感覚シミュレーションシステム。
4. 前記第１チャンバ（２０）は、前記筋力を動力源とする油圧制動装置（７）を作動させるためのピストン（２３）を収容しており、前記力伝達流体（２１）は、前記第１チャンバ（２０）内の、前記油圧制動装置を作動させるピストン（２３）と前記マニュアル制動操作部材（１）によって操作される油圧ピストン（２２）の間に配置されており、前記ピストン（２３）は、ブレーキブースタ（７１）及び／又はマスターシリンダ（７２）を作動させるための操作ロッド（７０）を支持することを特徴とする、請求項１に記載の制動感覚シミュレーションシステム。
5. 前記第２の二次的なシミュレーションチャンバ（４）は、前記シミュレーション弁（３）を介して前記第１チャンバ（２０）と連通し且つこの第１チャンバと同じ種類の流体を収容する、空間（４０）を備えており、弾性装置（４３）によって押されたピストン（４２）が、前記第１チャンバ（２０）から前記第２チャンバ（４０）への流体の変位に対して顕著な抵抗を示すこと無く、前記第２チャンバを閉じるようになっていることを特徴とする、請求項４に記載の制動感覚シミュレーションシステム。
6. 前記システムは、前記マニュアル制動操作部材（１）の運動を検出して、前記中央制御ユニットに送信される運動検出信号（Ｄｅｃ）を供給する、検出器（６）を備えており、前記中央制御ユニットは、前記シミュレーション弁の開放及び／又は閉鎖を制御することを特徴とする、請求項５に記載の制動感覚シミュレーションシステム。
7. 補助エネルギー制動装置（９）が、エネルギーの回生を用いた電気制動装置であることを特徴とする、請求項１に記載の制動感覚シミュレーションシステム。
8. 電気牽引モータと内燃機関を備えているハイブリッド車両への請求項７に記載の制動感覚シミュレーションシステムの使用であって、前記車両を制動するために使用される各車輪の油圧制動回路に、前記油圧回路を遮断する遮断弁（８０）が取り付けられていることを特徴とする、使用。

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