JP2010235018A - 車両制動システム及びマスタシリンダ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】マスタシリンダの減圧バルブの開弁圧を、倍力装置の失陥時に、ブレーキペダルへの踏力が500Nのときに出る液圧よりも高く倍力装置の全負荷点時の液圧よりも低い液圧のときに開弁する液圧に設定し、ペダルフィーリングの向上に特化した開弁圧とし、倍力装置失陥時要求性能は、増圧手段によって満たすことにした。
【選択図】図9
Description
図2はブレーキ制御装置BUの回路構成を表す図である。この回路図の各電磁弁は非通電の初期状態を表すものとする。ドライバのブレーキペダル操作により圧力を発生するマスタシリンダ10には、A系統油路A20a及びB系統油路A20bが接続されている。基本的な油路構成はA系統及びB系統共に同様であり、各構成要素もa,bもしくはL,Rを付して区別しているため、A系統についてのみ説明する。
・増圧時
コントロールユニットECUは、例えば、ペダル踏込み速度(前記液圧センサa5の液圧変化率より推定)またはペダル踏込み量(前記液圧センサa5の液圧値より推定)が予め設定した基準値を越えるペダル操作をドライバがしたときに急制動時と判断し、目標ホイルシリンダ液圧を設定してブレーキアシスト制御を行なう。すなわち、ドライバのブレーキペダル操作によりマスタシリンダ圧が増圧されると、A系統油路A20a及びB系統油路A20bにそれぞれ同じ液圧が作用し、アウト側ゲート弁A3a,bを介して前輪系統油路A21a,b及び後輪系統油路A24a,bに供給される。次に、ABS増圧電磁弁A7L,Rを介して油路A22a,bから前輪側ホイルシリンダA14L,Rを増圧し、ABS増圧電磁弁A9L,Rを介して油路A24a,bから後輪側ホイルシリンダA15L,Rを増圧する。
マスタシリンダ圧が減圧されると、増圧時と同じ経路をたどって前輪側ホイルシリンダA14L,Rを減圧する。このとき、ABS増圧電磁弁A7L,R及びA9L,Rに設けられたバイパス油路を通って素早い減圧を達成する。また、ブレーキアシスト制御時の減圧では、モータ駆動量の低減、更にはイン側ゲート弁A2a,bを閉じることによるブレーキ液の供給停止により行われる。尚、通常制動時においてドライバの踏力が強すぎ、車輪がロック傾向となると、ABS増圧電磁弁A7L,R及びA9L,R、ABS減圧電磁弁A8L,R及びA10L,Rの開閉制御によりABS制御が実行される。
また、前記ポンプアップ手段を備えたブレーキ制御装置BUは、
(i)ドライバのブレーキペダル操作にかかわらず、ドライバの操舵角及びヨーレイト、横加速度、前後加速度等からヨーレイトの非安定方向挙動が検出されたとき、ヨーレイトが安定方向となる制動力を発生する車両姿勢制御
(ii)ドライバのブレーキペダル操作にかかわらず、駆動輪のスリップが検出されたとき、駆動輪のスリップが抑制される制動力を発生するトラクションコントロール制御
(iii)レーザレーダ等で検出された車両前方の障害物との相対距離が設定値未満になったことが検出されたとき、ドライバの制動意志にかかわらず必要な制動力を発生する自動ブレーキ制御
等の各種制動制御を行なうことができるが、ここではその説明は省略する。
次に、本発明の特徴である倍力装置BSが失陥したときに、前記ポンプアップ手段を備えたブレーキ制御装置BUを失陥時用の倍力装置として機能させるときの作用について説明する。コントロールユニットECUは、負圧センサa4に基づいて倍力装置BSが失陥したと判断すると、ドライバの制動意図を表すマスタシリンダ10の液圧を液圧センサa5により検出し、この検出された液圧に所定の倍力比を掛けた液圧を目標ホイルシリンダ液圧として上述のポンプアップ手段により加圧した液圧をホイルシリンダA14,A15に供給し、目標ホイルシリンダ液圧となるようにブレーキアシスト制御を実行する。
図3は、実施例1の気圧式の倍力装置BSを示す断面図である。気圧式の倍力装置BSは、タンデム型として構成したもので、フロントシェルB11とリヤシェルB12とからなるシェル本体B10内はセンターシェルB13により前・後2室に区画され、この前・後2室はさらに、ダイアフラムB14,B15を備えたパワーピストンB16,B17により定圧室B18,B19と変圧室B20,B21とに区画されている。各パワーピストンB16,B17は、その中央に、大径のカップ部B22aと小径の筒状部B22bとを連続に有するバルブボデーB22を設けており、バルブボデーB22は、センターシェルB13およびリヤシェルB12をシール部材B23,B24を介して気密的にかつ摺動自在に挿通して、その筒状部B22bをリヤシェルB12の後方へ延ばしている。
なお、実施例1において、倍力装置としては、タンデム型で気圧式の倍力装置BSを用いたが、シングル型の気圧式倍力装置でも良い。また、電動ポンプまたはエンジン駆動ポンプの発生液圧を利用した液圧式の倍力装置や、電動モータによって駆動される駆動部材により倍力を得る電動式の倍力装置としても良い。上記液圧式の倍力装置を用いる場合には、その失陥を電動ポンプ等の発生液圧や駆動電流等により検出し、また、電動式の倍力装置を用いる場合には、その失陥を電動モータの駆動電流や駆動部材の移動量等により検出するようにすれば良い。
図4は、実施例1のマスタシリンダ10を示す側断面図である。図5は、実施例1のマスタシリンダ10の減圧バルブを示す部分拡大側断面図である。
ここで、ブレーキシステムにおいては、国、地域により異なるものの、安全性能面に関して種々の法規上の規制が設けられている。その法規上の規制の一例として、米国自動車安全基準(FMVSS:Federal Motor Vehicle Safety Standards)があり、この基準では、倍力装置の失陥時に、ブレーキペダルへの踏力が65N以上500N以下で、時速100キロメートルでの停止距離が73メートル(240フィート)以下であることが規定されている。これを実現するためには、計算上、約2.5m/s2の減速度を出すことが要求されることになる(以下、要求性能という)。そこで、特定車種のブレーキシステムを設計する際には、この要求性能を満足するように、マスタシリンダ10のシリンダ径、倍力装置BSの倍力比、ホイルシリンダA14,A15のシリンダ径、摩擦材等の諸元が決定され、上記要求性能を達成できるように車両性能も含めて設計される。したがって、上記要求性能を達成するように設計された車両では、倍力装置BSの失陥時に、500Nの踏力を加えた場合、マスタシリンダ10に発生する液圧は一義的に決定されることになる。
ところで、従来の大径与圧室と小径圧力室とを有するファストフィル型のマスタシリンダでは、ストローク初期の無効液量分を補い、初期のペダルストロークを短縮化することを目的としていること、また、倍力装置の失陥時には、倍力装置の助力(通常は6〜10倍程度)がなくなることによる液圧不足を補う必要があり、同じ踏力であれば、大径与圧室よりも小径圧力室の方がより高い液圧を発生できること、これら2点より、倍力装置の失陥時、ブレーキペダルに500Nの踏力が加わるときには、必ず小径圧力室でマスタシリンダ圧を発生するように設定していた。すなわち、減圧バルブの開弁圧を低液圧領域(車両諸元により異なるが、一例では、概ね0.8Mpaあたりで開弁し、1.6Mpaあたりで大気圧となる)に設定することにより、倍力装置の失陥時でも、ブレーキペダルの踏力が500Nのときには、大径与圧室ではなく小径圧力室で高い液圧を発生させ、上記要求性能を満たすようにしていた。
尚、上記要求を満たすために、ブレーキペダルの踏力は、65N以上であれば、500N以下で設定することもできるが、倍力装置の失陥時の不足液圧を補うとの観点からは、なるべき大きな踏力のときに上記要求を満たすようにする方が容易となることから、踏力が500Nのときを基準としている。
これに対し、本発明では、倍力装置の失陥を負圧センサ4等の検出手段で検出し、ブレーキ制御装置BUのポンプアップ手段(増圧手段)を利用してブレーキアシスト制御をすることにより、上記要求性能を満足する液圧をホイルシリンダA14,A15に供給することができる。このため、本発明では、好適な一例として、減圧バルブとなる制御弁75の開弁液圧を4Mpa程度の高い液圧に設定することができるようになった。
尚、上記4Mpaは、倍力装置BSが失陥したとき、ブレーキペダルBPへの踏力が500Nのときの液圧、または、2.5m/s2の減速度が出る液圧(車両諸元により異なるが、経験則上、平均的なもので概ね2.3Mpa程度、液圧範囲としては概ね1.7Mpa〜2.9Mpa程度に設定)よりも高い値である。また、倍力装置BSの正常時において、車両に発生する減速度ベースで換算するならば、平均的なもので約4m/s2の減速度を得る液圧、また、経験則上の減速度範囲としては約3.2〜5.3m/s2に相当している。車両の諸元によって違いはあるが、倍力装置BSの正常時において、約4m/s2前後(約3.2〜5.3m/s2)の減速度を得る液圧以上で制御弁75が開弁するように設定すると、ブレーキペダルフィーリングが良好になるからである。尚、ブレーキペダルフィーリングは、主に踏力と、ストローク量と、減速度との関係により表現される。これらの観点については後述する。
図6はブレーキペダルBPに入力されるブレーキペダル踏力に対するプライマリ液圧室(小径圧力室)61の液圧及び大径与圧室70の液圧の関係を表す図である。実施例1では、ブレーキペダルBPが踏み込まれ、プライマリ液圧室液圧及び大径与圧室液圧が共に4Mpaに到達すると、制御弁75のピストン本体115を弁スプリング106,107の付勢力に抗して押し下げる力が、弁スプリング106,107のセット荷重を上回る。すると、弁シール127が開いて与圧室連通穴90から制御弁75の弁室133内に大径与圧室70内のブレーキ液が流れ込む。
図7はコントロールユニットECUで実行される倍力装置失陥時制御処理を表すフローチャートである。
次に、上記倍力装置失陥時制御における作用について図8及び図9を用いて説明する。図8は踏力に対するマスタシリンダ液圧の関係を示す図である。尚、図8に示す踏力は、運転者の筋力による踏力、言い換えると、ブレーキペダルBPから入力軸B34に与える力である。出力軸B46からマスタシリンダ10に倍力装置BSによって助力された上で付与される力とは異なる。
倍力装置BSが正常時にあっては、運転者のブレーキペダル踏力の発生によって倍力装置BSに助力が発生する。そして、運転者は小さな踏力で4Mpaのマスタシリンダ液圧を得ることができる(図8中のA点)。このとき、制御弁75によって大径与圧室70が大気圧に向けて徐々に低下されると共に、プライマリ液圧室61を圧縮するピストン面積が小径ピストン部65相当に変化し始めるため、大きな液圧上昇勾配が得られる。次に、大径与圧室70が完全に大気圧となると、小径ピストン部65のみによってマスタシリンダ圧が発生し始める(図8中のB点)。尚、倍力装置BSにおいて例えば電動式の倍力装置のように倍力比が変更されるような場合、実際の液圧の特性はその影響を受けるが、ここでは、その点についての詳細については省略する。
一方、倍力装置BSが失陥すると、踏力に助力が付与されないため、ブレーキペダルBPを踏み始めた初期は、踏力を大径ピストン部66の有効受圧面積で除したマスタシリンダ液圧が発生する。このときの液圧上昇勾配は、倍力装置BSにより助力を得ていたときよりもかなり小さい。
ここで、倍力装置BSが失陥すると、助力が得られないことから、運転者の筋力のみで制動したとしても、最低限の車両制動力を得られる必要がある。液圧は、作用する力を有効受圧面積で除した値であるため、マスタシリンダのピストンの有効受圧面積を小さくしておけば、必要な圧力は確保できる。
一方、ブレーキには、踏力と、ストロークと、発生する減速度との関係から決定されるフィーリング性能が要求されている。運転者がブレーキペダルBPを踏み込み始め、踏力を与えると共にストロークを発生させているのに、なかなか減速度が発生しなければ、運転者としては踏み応え感が得られない。このような場合、ブレーキの剛性感が低いと表現され、剛性感が低すぎる場合にはブレーキペダルフィーリングが悪いと評価される。剛性感が低下する主な原因の一つは、ホイルシリンダにブレーキ液を供給したときに、ブレーキパッドとブレーキロータとの隙間を埋めるガタ詰めによるブレーキ液消費がある。これに対し、踏力を与えたときに、少ないストロークにより所望の減速度が発生すれば、運転者としては踏み応え感が得られる。このような場合、ブレーキの剛性感が高いと表現され、一般的にブレーキペダルフィーリングが良いと評価される。
つまり、ブレーキペダルの操作には、踏力の発生により適度なストロークを伴いつつ、減速度を発生させることが要求される。一方、倍力装置失陥時要求性能には、特にストロークに対するフィーリングまでを要求されることはないため、最低限の性能を確保するには、前述のとおり、単にマスタシリンダのピストンの有効受圧面積を小さくしていけば、性能を確保することができる。しかし、正常時には、有効受圧面積が小さいと、大きなストロークを発生させなければならなくなり、剛性感が低くフィーリングが悪くなる。つまり、助力が得られる前提で剛性感を上げるには有効受圧面積が大きいほうが良い。
上述の比較例1,2で示すように、ストロークの短縮化には失陥時要求性能を満足しようとすると、限界がある。しかし、失陥時要求性能はマスタシリンダの径を規定しているわけではなく、踏力500Nで2.5m/s2の減速度を発生するよう規定している。そこで、実施例1では、マスタシリンダ側で失陥時要求性能を満足するのではなく、他の手段によって失陥時要求性能を満たし、マスタシリンダ側では正常時のフィーリングとして最適な特性が得られるように開弁圧を設定することとした。
(1)シリンダボディ(段付シリンダ)15に挿入されるプライマリピストン(段付ピストン)18によりプライマリ液圧室(小径圧力室)61と大径与圧室70とが成形され、プライマリピストン18が移動することで大径与圧室70からプライマリ液圧室61に液圧が供給されるとともにプライマリ液圧室61に液圧が発生し、該発生液圧をホイルシリンダA14,A15へ供給するとともに、プライマリ液圧室61及び大径与圧室70の液圧によって所定の開弁圧で開弁して大径与圧室70をリザーバ27に連通しプライマリ液圧室61の液圧の上昇に伴い大径与圧室70を徐々に減圧する制御弁(減圧バルブ)75を有するマスタシリンダ10と、ブレーキペダルBPからの入力を助力してプライマリピストン18を移動させると共に、助力が無くなる全負荷点を有する倍力装置BSと、該倍力装置BSの失陥を検出する検出手段である図7のステップS1と、該検出手段により倍力装置BSの失陥が検出されたときにマスタシリンダ10とは異なる液圧源であるポンプA12により発生する液圧でホイルシリンダA14,A15への液圧を補う増圧手段であるステップS3と、を有し、制御弁75は、プライマリ液圧室61の液圧が、ブレーキペダルBPへの踏力が500Nのときの液圧、または、車両の諸元から設計上2.5m/s2の減速度が出る液圧(2.5m/s2相当圧)よりも高く倍力装置BSの全負荷点時の液圧よりも低い液圧のときに開弁するように開弁圧が設定されている。
15 シリンダボディ(段付シリンダ)
18 プライマリピストン(段付ピストン)
27 リザーバ
61 プライマリ液圧室(小径液圧室)
70 大径与圧室
75 制御弁
BS 倍力装置
BU ブレーキ制御装置
Claims (12)
- 段付シリンダに挿入される段付ピストンにより小径圧力室と大径与圧室とが成形され、前記段付ピストンが移動することで前記大径与圧室から前記小径圧力室に液圧が供給されるとともに前記小径圧力室に液圧が発生し、該発生液圧をホイルシリンダへ供給するとともに、前記小径圧力室及び前記大径与圧室の液圧によって所定の開弁圧で開弁して前記大径与圧室をリザーバに連通し前記大径与圧室を減圧する減圧バルブを有するマスタシリンダと、
ブレーキペダルからの入力を助力して前記段付ピストンを移動させると共に、前記助力が無くなる全負荷点を有する倍力装置と、
該倍力装置の失陥を検出する検出手段と、
該検出手段により前記倍力装置の失陥が検出されたときに前記マスタシリンダとは異なる液圧源により発生する液圧で前記ホイルシリンダへの液圧を補う増圧手段と、
を有し、
前記減圧バルブは、前記倍力装置の失陥時に、前記小径圧力室の液圧が、前記ブレーキペダルへの踏力が500Nのときに出る液圧よりも高く前記倍力装置の全負荷点時の液圧よりも低い液圧のときに開弁するように前記開弁圧が設定されてなることを特徴とする車両制動システム。 - 前記減圧バルブは、前記倍力装置の全負荷点時の液圧付近で前記大径与圧室の液圧が前記リザーバの液圧となるように設定されていることを特徴とする請求項1に記載の車両制動システム。
- 前記減圧バルブは、前記倍力装置の全負荷点時の液圧となる前に前記大径与圧室の液圧が前記リザーバの液圧となるように設定されていることを特徴とする請求項1に記載の車両制動システム。
- 前記減圧バルブは、前記倍力装置の正常時に、前記小径圧力室からの液圧が、3.2m/s2の減速度が出る液圧以上で開弁することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の車両制動システム。
- 前記減圧バルブは、前記小径圧力室からの液圧が、3Mpaよりも高くなったときに開弁することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の車両制動システム。
- 前記減圧バルブは、前記小径圧力室の液圧上昇に対する前記大径与圧室の液圧下降の割合が実質的に1対1となるように徐々に減圧することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の車両制動システム。
- 前記倍力装置は、シェル内に負圧が貯留される定圧室と、非制動時に前記定圧室の負圧が貯留され前記ブレーキペダルからの入力によって大気が流入する変圧室とを有し、前記定圧室と前記変圧室との差圧により助力するものであり、
前記全負荷点は定圧室と変圧室との差圧が無くなるときであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の車両制動システム。 - 前記増圧手段は、前記マスタシリンダと前記ホイルシリンダとの間に設けられるブレーキ制御装置の液圧ポンプであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の車両制動システム。
- ブレーキペダルからの入力を助力して出力するとともに、前記助力が無くなる全負荷点を有する倍力装置を有する車両制動システムに用いられ、前記倍力装置の出力によってピストンが移動するマスタシリンダであって、
前記倍力装置によって移動される段付のピストンと、該段付のピストンが挿入されることにより前記ホイルシリンダへ液圧を供給する小径圧力室と該小径圧力室に液圧を供給する大径与圧室とが成形される段付シリンダと、前記小径圧力室及び前記大径与圧室の液圧によって所定の開弁圧で開弁して前記大径与圧室をリザーバに連通し前記大径与圧室を減圧する減圧バルブとを有し、
該減圧バルブは、前記倍力装置の失陥時に、前記小径圧力室の液圧が、前記ブレーキペダルへの踏力が500Nのときに出る液圧よりも高く前記倍力装置の全負荷点時の液圧よりも低い液圧のときに開弁するように開弁圧が設定されてなることを特徴とするマスタシリンダ。 - 段付シリンダに挿入される段付ピストンにより小径圧力室と大径与圧室とが成形され、前記段付ピストンがブレーキペダルによる倍力装置の作動により移動することで前記大径与圧室から前記小径圧力室に液圧が供給されると共に前記小径圧力室に液圧が発生し、前記小径圧力室はホイルシリンダに液圧を供給すると共に、前記小径圧力室又は前記大径与圧室の液圧によって所定の開弁圧で開弁して前記大径与圧室をリザーバに連通して前記液圧の上昇に伴い前記大径与圧室を徐々に減圧する減圧バルブを有するマスタシリンダにおいて、
前記減圧バルブは、前記小径圧力室の液圧が、3Mpaよりも高く10Mpaよりも低い液圧のときに開弁し、該開弁後の液圧上昇に伴い前記大径与圧室が大気圧となるように設定されていることを特徴とするマスタシリンダ。 - 前記減圧バルブは、前記小径圧力室からの液圧が、4Mpa以上となったときに開弁することを特徴とする請求項10に記載のマスタシリンダ。
- 前記減圧バルブは、前記小径圧力室の液圧が9Mpaとなる前に前記大径与圧室の液圧が大気圧となるように設定されていることを特徴とする請求項10または11に記載のマスタシリンダ。
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