JP2013112092A - 電動バキュームポンプ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の速度が変化する場合においても常に必要なブレーキアシスト力を得られるように電動バキュームポンプを駆動制御すること。
【解決手段】電動バキュームポンプ１１１は、車両１００のブレーキブースタ１１０内に負圧を発生させる。予測手段１３１によって、車両１００の走行速度の走行速度が所定速度以上になると予測された場合、駆動手段１３２は、走行速度が所定速度以上となる前に、ブレーキブースタ１１０内の負圧を高速時負圧値Ｐｈとするように電動バキュームポンプ１１１を駆動させる。このとき、ブレーキブースタ１１０内の現在負圧値と高速時負圧値Ｐｈとの差分に基づいて、電動バキュームポンプ１１１の必要駆動時間を算出し、走行速度が所定速度となると予測される時刻の必要駆動時間前から電動バキュームポンプ１１１の駆動を開始する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両のブレーキブースタ内に負圧を発生させる電動バキュームポンプの駆動を制御する電動バキュームポンプ制御装置に関する。

従来、自動車のブレーキ機構において、ブレーキペダルへの踏み込み力によってブレーキマスターシリンダー内のピストンを駆動する際に、負圧によってピストンの駆動を補助するブレーキブースタ（真空倍力装置）が用いられている。このブレーキブースタ内の負圧は、主に電気自動車などでは、電動バキュームポンプを用いて発生させている（たとえば、下記特許文献１および２参照）。下記特許文献１では、ブレーキブースタが搭載された車両のシフト位置に応じてバキュームポンプの駆動時間を変更する技術が開示されている。また、下記特許文献２では、車両の速度に応じてバキュームタンク内の目標負圧を設定して電動バキュームポンプを駆動する技術が開示されている。

特開昭６２−６１８６８号公報 特許２８６４４１０号公報

通常の電動バキュームパンプは、ブレーキブースタ内の負圧値が所定の閾値以下になると駆動し、目標負圧に到達すると停止するように駆動制御される。しかしながら、車両の速度が高速になるほど高い制動力が必要となるため、ブレーキブースタ内の負圧値を常時一定範囲としたのでは、ブレーキに対するアシスト力を十分活用できないという問題点がある。

また、上述した特許文献１および２では、現在の車両速度（またはシフト位置）に基づいて電動バキュームポンプで発生させる負圧を設定（高速になるほど大きい負圧を発生させるように設定）しているものの、バキュームタンク内の負圧値が所望の値となるまでには、電動バキュームポンプの駆動を開始してから所定の時間が必要となる。このため、車両速度が高速となり、電動バキュームポンプの駆動を開始した直後にブレーキ操作をおこなった場合などは、必要なアシスト力を得られない可能性があるという問題点がある。

本発明は、上述した従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり、車両の速度が変化する場合においても常に必要なブレーキアシスト力を得られるように電動バキュームポンプを駆動制御することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる電動バキュームポンプ制御装置は、車両のブレーキブースタ内に負圧を発生させる電動バキュームポンプの駆動を制御する電動バキュームポンプ制御装置であって、現在時刻から所定時間内における前記車両の走行速度の変化を予測する予測手段と、前記予測手段によって前記走行速度が前記所定時間内に所定速度以上になると予測された場合、前記走行速度が前記所定速度以上となる前に、前記ブレーキブースタ内の負圧を前記車両の走行速度が所定速度以上となった場合における目標負圧値とするように前記電動バキュームポンプを駆動させる駆動手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、所定時間内における車両の走行速度の変化をあらかじめ予測して、所定時間内に所定速度以上になると予測される場合には、走行速度が所定速度となる前にブレーキブースタ内の負圧が目標負圧値となるように電動バキュームポンプを駆動する。これにより、車両の走行速度が所定速度以上となった時点においてブレーキブースタ内の負圧は目標負圧値となっており、当該速度において必要なブレーキアシスト力を確保することができる。

請求項２の発明によれば、車両の走行速度が所定速度となると予測される時刻、およびブレーキブースタ内の負圧を目標負圧値にするまでに必要な電動バキュームポンプの駆動時間を算出して、電動バキュームポンプの駆動を開始する。これにより、所定速度となった時点におけるブレーキブースタ内の負圧をより確実に目標負圧値とすることができる。

請求項３の発明によれば、電動バキュームポンプの駆動を開始させた後、車両のブレーキペダルが操作されている間は電動バキュームポンプの駆動を継続させるので、加速時のブレーキ操作中における制動力を向上させることができる。

実施の形態にかかる電動バキュームポンプ制御装置を適用した車両１００の構成を示す説明図である。 予測手段１３１による走行速度の予測方法の一例を示す説明図である。 電動バキュームポンプ１１１の必要駆動時間を算出方法の一例を示す説明図である。 電動バキュームポンプ制御装置による電動バキュームポンプ制御処理の手順を示すフローチャートである。 予測手段１３１による車速変化の予測処理の手順を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる電動バキュームポンプ制御装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。以下の実施の形態では、電動自動車である車両１００に対して、本発明にかかる電動バキュームポンプ制御装置を適用した場合の例について説明する。なお、本明細書において、負圧とは大気圧と比較して低い（大気圧を０とした場合、負となる）圧力状態にあることをいい、「負圧が高い」とは大気圧との圧力差がマイナス方向に大きいことを、「負圧が低い」とは大気圧との圧力差がマイナス方向に小さいことを示すものとする。

（実施の形態）
図１は、実施の形態にかかる電動バキュームポンプ制御装置を適用した車両１００の構成を示す説明図である。図１においては、車両１００に対する電動バキュームポンプ制御装置の適用と関係しない構成については、図示を省略している。車両１００は、電気自動車であり、図示しないバッテリーに蓄積された電力によってモーター１０２を駆動して、タイヤ１０１を回転させて走行する。

タイヤ１０１の回転は、運転者によるブレーキペダル１０３の操作によって制動される。運転者によってブレーキペダル１０３が踏み込まれると、その踏み込み力によってマスターシリンダー１０４内のピストンが駆動され、マスターシリンダー１０４内に充填されたブレーキ液が押し出される。押し出されたブレーキ液は、ブレーキ配管１０５を伝ってブレーキキャリパ１０７へと伝送される。なお、ブレーキペダル１０３および図示しないアクセルペダルへの踏み込み力は、ペダルセンサによってそれぞれ計測され、後述するＥＶ−ＥＣＵ１３０へと出力される。

ブレーキキャリパー１０７には、ブレーキパッドおよびピストンが設けられている。ブレーキキャリパー１０７では、ブレーキ液に伝えられた圧力の作用よってピストンが駆動され、ブレーキパッドをディスクローター１０６へと押し付ける。そして、ディスクローター１０６とブレーキパッドとの間の摩擦によって、タイヤ１０１の運動エネルギーが熱エネルギーとして空気中に放出され、タイヤ１０１の回転が停止し、車両１００が停止する。

ここで、ブレーキペダル１０３への踏み込み力がマスターシリンダー１０４に伝達される際には、ブレーキブースタ１１０によって踏み込み力を増幅させることによって、車両１００の制動に必要な圧力を得る。ブレーキブースタ１１０の内部は、ブレーキペダル１０３側およびマスターシリンダー１０４側の２つの区画に隔てられている。ブレーキペダル１０３側の区画（以下、「大気圧室」という）は大気圧と同じ圧力状態に保たれる一方、マスターシリンダー１０４側の区画（以下、「負圧室」という）には負圧が発生され、大気圧よりも低い圧力状態とされる。この２つの区画間の圧力差によって、ブレーキペダル１０３側からマスターシリンダー１０４側へと向かう力が発生し、マスターシリンダー１０４内のピストンを押す力を補助する。

ブレーキブースタ１１０の負圧室内の負圧は、電動バキュームポンプ１１１によって発生させる。電動バキュームポンプ１１１は、モーターで駆動されるポンプによって負圧室内の空気を吸い出すことによって、負圧室内の圧力状態を大気圧よりも低くする。ブレーキブースタ１１０は、後述するＥＶ−ＥＣＵ１３０の駆動手段１３２によって駆動制御される。

モーター回転数センサ１２１は、単位時間あたりのモーター１０２の回転数を計測する。車輪速度センサ１２２は、各タイヤ１０１に設けられ、各タイヤ１０１の回転速度を計測する。モーター回転数センサ１２１および車輪速度センサ１２２で得られた計測値は、それぞれ横滑り防止ユニット１２３へと出力される。

横滑り防止ユニット１２３は、滑りやすい路面での走行や急なハンドル操作などをおこなった際にも安全に走行できるよう、車両１００のブレーキングやモーター出力などを制御する装置である。横滑り防止ユニット１２３には、ブレーキ油圧センサ１２４および車両速度算出部１２５が設けられている。ブレーキ油圧センサ１２４は、各タイヤ１０１に伝送されるブレーキ液の油圧を計測する。車両速度算出部１２５は、モーター回転数センサ１２１や車輪速度センサ１２２などを用いて、車両１００の走行速度を算出する。

ＥＶ−ＥＣＵ１３０は、ＣＰＵ、制御プログラムなどを格納・記憶するＲＯＭ、制御プログラムの作動領域としてのＲＡＭ、各種データを書き換え可能に保持するＥＥＰＲＯＭ、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などを含んで構成される。ＥＶ−ＥＣＵ１３０は、横滑り防止ユニット１２３を含む車両１００の各部とインターフェース部を介して接続され、それら各部との間で情報の授受をおこない、各部の制御を司る。

また、ＥＶ−ＥＣＵ１３０は、上記ＣＰＵが上記制御プログラムを実行することによって、予測手段１３１および駆動手段１３２を実現する。すなわち、本実施の形態においては、ＥＶ−ＥＣＵ１３０のＣＰＵが制御プログラムを実行することによって、電動バキュームポンプ制御装置を実現する。

予測手段１３１は、車両１００の走行中において、現在時刻から所定時間内における車両１００の走行速度の変化を予測する。
図２は、予測手段１３１による走行速度の予測方法の一例を示す説明図である。図２は、車両１００の走行速度の時間変化を示すグラフであり、縦軸は速度（ｋｍ／ｈ）、横軸は時刻（ｓ）を示している。予測手段１３１は、走行中は常時車両１００の速度変化を記録している。現在時刻から所定時間Ｔ２後までの間（図３では５秒とする）における車両１００の速度変化を予測する場合、予測手段１３１は、現在時刻から時間Ｔ１さかのぼった間（図３では３秒とする）の速度変化を、サンプリング時間ｔ１（単位時刻：図３では１００ｍｓ）ごとに測定する。予測手段１３１は、サンプリング時間ｔ１ごとの速度の差分から各単位時刻における加速度を推定し、さらに、現在時刻から時間Ｔ１さかのぼった間の加速度の平均値を算出する。

この平均値から所定時間Ｔ２後の速度を予測することにより、車両１００の走行速度の変化を予測する。なお、予測手段１３１は、上述した実測値に加えて、図５に示すように駆動トルクや車両内部に記憶された加速度モデルなどを用いて加速度の予測精度を向上させている。
なお、予測手段１３１は、所定時間Ｔ２後の速度のみならず、現在時時刻から所定時間Ｔ２までの各単位時刻における走行速度を予測して、図２に示す速度カーブＣを予測する。
また、所定時間Ｔ２は、たとえば、ブレーキブースタ１１０の負圧室の負圧値を、大気圧と同じ圧力値から高速時における目標負圧値（Ｐｈ）にするまでに必要な電動バキュームポンプ１１１の駆動時間以上とする。

駆動手段１３２は、予測手段１３１によって車両１００の走行速度が所定時間内に所定速度（Ｖｐ）以上になると予測された場合、走行速度が所定速度以上となる前に、ブレーキブースタ１１０内の負圧を車両１００の走行速度が所定速度以上となった場合における目標負圧値（Ｐｈ：高速時負圧値）とするように電動バキュームポンプ１１１を駆動させる。

ここで、駆動手段１３２は、車両１００の走行中は、ブレーキブースタ１１０内の負圧室の圧力値を、大気圧（Ｐ０）より低い圧力値に保つように、電動バキュームポンプ１１１を駆動させている。このときの圧力値を通常負圧値Ｐｌ（Ｐｌ＜Ｐ０）とする。駆動手段１３２は、負圧室の圧力値が通常負圧値Ｐｌ以上になると、電動バキュームポンプ１１１を駆動させて、負圧室の圧力値が通常負圧値Ｐｌ以下となるようにする。

一方、車両１００の走行速度が高速（所定速度以上）となる場合、その制動には通常走行時より大きな力が必要となる。このため、駆動手段１３２は、車両１００の走行速度が高速（所定速度以上）となる場合には、負圧室の圧力値を通常負圧値Ｐｌよりも低い高速時負圧値Ｐｈ（Ｐｈ＜Ｐｌ）とする。これは、ブレーキブースタ１１０内の負圧室の負圧値が高いほど、すなわち、大気圧との圧力差が大きいほど、マスターシリンダー１０４のピストンに作用する力を大きくすることができ、より大きな制動力を得ることができるためである。

このため、駆動手段１３２は、車両１００の走行速度が所定速度以上になると予測された場合、電動バキュームポンプ１１１を駆動させ、走行速度が所定速度以上となる前に、ブレーキブースタ１１０内の負圧を高速時負圧値Ｐｈとする。このとき、駆動手段１３２は、ブレーキブースタ１１０内の現在負圧値と目標負圧値（高速時負圧値Ｐｈ）との差分に基づいて、電動バキュームポンプ１１１の必要駆動時間を算出し、走行速度が所定速度となると予測される時刻の必要駆動時間前から電動バキュームポンプ１１１の駆動を開始する。

図３は、電動バキュームポンプ１１１の必要駆動時間を算出方法の一例を示す説明図である。電動バキュームポンプ１１１の性能は既知であるため、電動バキュームポンプ１１１の駆動時間と発生させることができる負圧値との関係は図４のグラフのように示すことができる。図４のグラフにおいて、縦軸は電動バキュームポンプ１１１の駆動時間、横軸は現在のブレーキブースタ１１０内の現在負圧値と目標負圧値（高速時負圧値Ｐｈ）との差分値である。たとえば、現在負圧値と目標負圧値との差分がＰｄの場合、ブレーキブースタ１１０内を目標負圧値とするには、時間Ｔｄだけブレーキブースタ１１０を駆動させればよい。

図３を用いて具体的に説明すると、たとえば、車両１００の走行速度が現在時刻から時間Ｔ２後に所定速度Ｖｃとなり、必要駆動時間がＴｄ（Ｔｄ＜Ｔ２）の場合、駆動手段１３２は、現在時刻からＴ２−Ｔｄ後である時刻αに電動バキュームポンプ１１１の駆動を開始する。これにより、所定速度となった時点におけるブレーキブースタ１１０内の負圧を確実に高速時負圧値Ｐｈとすることができ、所定速度となった時点において必要な負圧値を得ることができる。

なお、駆動手段１３２は、ブレーキブースタ１１０内が高速時負圧値Ｐｈとなるように電動バキュームポンプ１１１の駆動を開始させた後、車両１００のブレーキペダル１０３が操作されている間は電動バキュームポンプ１１１の駆動を継続させる。これにより、加速時のブレーキ操作中における制動力を向上させることができる。

図４は、電動バキュームポンプ制御装置による電動バキュームポンプ制御処理の手順を示すフローチャートである。なお、図４のフローチャートとは別に、駆動手段１３２は、車両１００の走行中は、ブレーキブースタ１１０内の負圧室の圧力値を通常圧力値Ｐｌに保つように、電動バキュームポンプ１１１を駆動させている。

図４のフローチャートにおいて、電動バキュームポンプ制御装置（ＥＶ−ＥＣＵ１３０）は、車両１００が走行を開始するまで待機する（ステップＳ４０１：Ｎｏのループ）。車両１００が走行を開始すると（ステップＳ４０１：Ｙｅｓ）、予測手段１３１は、現在時刻から所定時間Ｔ２後までの車速変化を予測する（ステップＳ４０２）。なお、ステップＳ４０２の処理の詳細は、図５のフローチャートにおいて説明する。

駆動手段１３２は、現在時刻から所定時間Ｔ２後までの間に車両１００の速度Ｖが所定速度Ｖｐ以上になるか否かを判断する（ステップＳ４０３）。車両１００の速度Ｖが所定速度Ｖｐ以上にならない場合は（ステップＳ４０３：Ｎｏ）、ステップＳ４１０に移行する。一方、車両１００の速度Ｖが所定速度Ｖｐ以上になる場合（ステップＳ４０３：Ｙｅｓ）、駆動手段１３２は、ブレーキブースタ１１０内の現在負圧値と目標負圧値（高速時負圧値Ｐｈ）との差分に基づいて、電動バキュームポンプ１１１の駆動時間Ｔｐを算出する（ステップＳ４０４）。

つぎに、駆動手段１３２は、車両１００の速度Ｖが所定速度Ｖｐ以上になる時刻からＴｐ前となるまで待機して（ステップＳ４０５：Ｎｏのループ）、速度Ｖが所定速度Ｖｐ以上になる時刻からＴｐ前となると（ステップＳ４０５：Ｙｅｓ）、電動バキュームポンプ１１１を駆動させる（ステップＳ４０６）。電動バキュームポンプ１１１を駆動させている間に、ブレーキ操作があった場合は（ステップＳ４０７：Ｙｅｓ）、ステップＳ４０６に戻り、電動バキュームポンプ１１１の駆動を継続する。

一方、ブレーキ操作がない場合は（ステップＳ４０７：Ｎｏ）、ブレーキブースタ１１０内の現在負圧値が目標負圧値（高速時負圧値Ｐｈ）となったか否かを判断し（ステップＳ４０８）、目標負圧値となるまでは（ステップＳ４０８：Ｎｏ）、ステップＳ４０６に戻り、電動バキュームポンプ１１１の駆動を継続する。ブレーキブースタ１１０内の現在負圧値が目標負圧値となると（ステップＳ４０８：Ｙｅｓ）、駆動手段１３２は、電動バキュームポンプ１１１を停止させる（ステップＳ４０９）。なお、ステップＳ４０８では、電動バキュームポンプ１１１の駆動時間がＴｐとなったか否かの判断をおこなってもよい。

電動バキュームポンプ制御装置（ＥＶ−ＥＣＵ１３０）は、車両１００が走行を終了するまでは（ステップＳ４１０：Ｎｏのループ）、ステップＳ４０２に戻り以降の処理を継続する。そして、車両１００が走行を終了すると（ステップＳ４１０：Ｙｅｓ）、本フローチャートによる処理を終了する。

図５は、予測手段１３１による車速変化の予測処理の手順を示すフローチャートである。図５のフローチャートにおいて、予測手段１３１は、アクセルペダルセンサからの出力値を用いて駆動トルクを算出する（ステップＳ５０１）。つぎに、予測手段１３１は、ステップＳ５０１で算出した駆動トルクおよび車両内部に記憶された加速度モデルに基づいて、車両１００の加速度を算出する（ステップＳ５０２）。このとき、必要に応じて現在の実際の車両１００の加速度を用いて補正をおこなう。そして、現在の車両１００の走行速度と、ステップＳ５０２で算出した加速度に基づいて走行速度の変化を示す速度カーブを予測して（ステップＳ５０３）、本フローチャートによる処理を終了する。

以上説明したように、実施の形態にかかる電動バキュームポンプ制御装置は、車両１００の走行速度の変化をあらかじめ予測して、走行速度が所定速度以上になると予測される場合には、その前にブレーキブースタ１１０内の負圧が目標負圧値となるように電動バキュームポンプ１１１を駆動する。これにより、車両１００の走行速度が所定速度以上となった時点においてブレーキブースタ１１０内の負圧は目標負圧値となっており、当該速度において必要なブレーキアシスト力を確保することができる。

また、電動バキュームポンプ制御装置は、車両１００の走行速度が所定速度となると予測される時刻、およびブレーキブースタ１１０内の負圧を目標負圧値にするまでに必要な電動バキュームポンプ１１１の駆動時間を算出して、電動バキュームポンプ１１１の駆動を開始する。これにより、所定速度となった時点におけるブレーキブースタ１１０内の負圧をより確実に目標負圧値とすることができる。

さらに、電動バキュームポンプ制御装置は、電動バキュームポンプ１１１の駆動を開始させた後、車両１００のブレーキペダル１０３が操作されている間は電動バキュームポンプ１１１の駆動を継続させるので、加速時のブレーキ操作中における制動力を向上させることができる。

１００……車両、１０１……タイヤ、１０２……モーター、１０３……ブレーキペダル、１０４……マスターシリンダー、１０５……ブレーキ配管、１０６……ディスクローター、１０７……ブレーキキャリパー、１１０……ブレーキブースタ、１１１……電動バキュームポンプ、１２１……モーター回転数センサ、１２２……車輪速度センサ、１２３……横滑り防止ニット、１２４……ブレーキ油圧センサ、１２５……車両速度算出部、１３０……ＥＶ−ＥＣＵ、１３１……予測手段、１３２……駆動手段。

Claims (3)

1. 車両のブレーキブースタ内に負圧を発生させる電動バキュームポンプの駆動を制御する電動バキュームポンプ制御装置であって、
   現在時刻から所定時間内における前記車両の走行速度の変化を予測する予測手段と、
   前記予測手段によって前記走行速度が前記所定時間内に所定速度以上になると予測された場合、前記走行速度が前記所定速度以上となる前に、前記ブレーキブースタ内の負圧を前記車両の走行速度が所定速度以上となった場合における目標負圧値とするように前記電動バキュームポンプを駆動させる駆動手段と、
   を備えたことを特徴とする電動バキュームポンプ制御装置。
2. 前記予測手段は、前記所定時間内の各単位時刻における前記走行速度を予測し、
   前記駆動手段は、前記ブレーキブースタ内の現在負圧値と前記目標負圧値との差分に基づいて、前記電動バキュームポンプの必要駆動時間を算出し、前記走行速度が前記所定速度となると予測される時刻の前記必要駆動時間前から前記電動バキュームポンプの駆動を開始することを特徴とする請求項１に記載の電動バキュームポンプ制御装置。
3. 前記駆動手段は、前記電動バキュームポンプの駆動を開始させた後、前記車両のブレーキペダルが操作されている間は前記電動バキュームポンプの駆動を継続させることを特徴とする請求項１または２に記載の電動バキュームポンプ制御装置。

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