JP2013540068A - 自動車ブレーキシステムの制御のための方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、少なくとも一つの軸の車輪に摩擦ブレーキを有する自動車ブレーキシステムの制御または調整が実施される方法であって、少なくとも一つの軸の車輪の為のブレーキ圧発生手段が、ブレーキペダルと直接作用接続している状態にあり、および、少なくとも一つの電気機械が一つの軸と作用接続している状態にあり、これが、電気回生的ブレーキトルクの調達のもと、運動エネルギーを電気エネルギーに変換するために使用されることが可能である方法に関する。発明に従い、回復の効率の向上の為に、変更されないブレーキペダル位置及び/又はブレーキペダル力においても回生的減速度の上昇が行われることが提案される。

Description

本発明は、請求項1の上位概念部に記載の方法および請求項13の上位概念部に記載の自動車ブレーキシステムに関する。
自動車における回生的ブレーキシステムは、ブレーキにおいて調達されるエネルギーの少なくとも一部分を車両内に貯蔵し、そして車両の駆動装置の為に再利用することを可能とする。これによって、車両のエネルギー消費は全体として減少され、そして運転は経済的に行われることが可能となる。このため、回生的ブレーキシステムを有する自動車は、通常様々な種類のブレーキアクチュエータを有している。
その際、通常、一般的な自動車で公知であるような液圧式の摩擦ブレーキと、電気回生的ブレーキが使用される。摩擦ブレーキの為のブレーキ圧は、従来の摩擦ブレーキにおけるように、ブレーキ圧発生手段を介して、またはブレーキペダル動作を介して調達される。電気回生的ブレーキは、通常、ジェネレータ運転で駆動される電気機械として形成され、これを介して全ブレーキ出力の少なくとも一部が調達される。獲得された電気エネルギーは、ボードバッテリーのような貯蔵メディア内に貯蔵される、または戻して貯蔵され、自動車の駆動の為に再利用される。その際、電気機械の適当な駆動、又は少なくとも一つの別体の電気モーターのいくつかが使用される。
摩擦ブレーキだけを有する従来のブレーキシステムは、ブレーキペダルの位置に応じて、補助エネルギーを伴いまたはこれを伴わず、ブレーキ媒体の圧力が上昇される、この圧力が、一又は複数の摩擦ブレーキによって受け取られ、その結果として相応するブレーキトルクが車輪に及ぼされることによって車両を減速させる。よって、ペダル位置は、自動車のブレーキ挙動に対応する。例外は、電気的な安定化プログラム(ESP)のような、電子的なセーフティシステムの介入の際に発生する可能性がある。これら安定化プログラムは、ブレーキペダル位置に拠らない自主的な圧力上昇の為の装置を有していることが可能である。
ペダル位置とブレーキ挙動の間のこのような明白な関係は、ジェネレータによって調達される引張トルクによっては、別の措置無しには与えられない。特許文献1から、自動車のブレーキシステムの調整の為の方法およびブレーキシステムが公知である。このシステムは、電気回生的ブレーキ、特にジェネレータと、少なくとも一つのブレーキ圧発生手段によってブレーキ媒体を介して駆動される液圧式のいくつかの摩擦ブレーキを有しており、これらの全減速度は、摩擦ブレーキによる減速度割合と、電気回生的ブレーキによる減速度割合によって合算される。可能な限り高いブレーキ快適性と、心地よいブレーキフィーリングを図るために、電機回生的なブレーキによるブレーキングの際には、ブレーキ手段が低圧リザーバーに後戻しされる。
さらに一定のジェネレータ出力においては、ジェネレータによって取り入れられるトルクは速度が上がるほど、明らかに減少する。その際、約15km/hの境界速度より下方では、エネルギーの再生はもはや不可能である。特許文献2は、自動車のブレーキシステムの調整の為の方法を記載する。このシステムは、一つの電気回生的ブレーキ、特にジェネレータと、ブレーキ圧発生手段によってブレーキ媒体を介して駆動される液圧式のいくつかの摩擦ブレーキを有している。電気回生的なブレーキのブレーキトルクが弱まる際、特にこれは最少速度を下回る際に発生するが、望まれる全減速度は、摩擦ブレーキの為の追加的なブレーキ圧上昇が、別の一つの補助力サポート的なブレーキ圧発生手段、例えば電気式の液圧ポンプによって行われることによって少なくとも部分的に維持される、
特許文献3からは、自動車のブレーキシステムの制御のための方法が公知である。このシステムは、電気ジェネレータと、いくつかの摩擦ブレーキを有しており、この摩擦ブレーキは自動車の軸に付設されており、そしてその全減速度は、電気ジェネレータと摩擦ブレーキの減速度割合から合算される。一つの制御装置を介して、複数のブレーキの目標減速度割合の比率が、現状減速度から目標減速度への比率から、複数のブレーキに対する補正値が探出されることによって、互いに変更され、この値でもってこの目標減速度がこれらブレーキに与えられる。この方法は、例えば摩擦ブレーキの経年変化を補償する。
100km/hの車両速度においてブレーキ過程が開始されると、より少ない回生的ブレーキ減速度のみが提供される。回生的なブレーキトルクと、摩擦ブレーキによって発生するブレーキトルクの間の比率を、全ブレーキ過程の間一定に保持するとき、よって、これは再獲得される電気エネルギーを制限する。つまりエネルギー再獲得(回復とも称される)の効率は少ない。ブレーキペダル操作と圧力上昇をエネルギー的に分離する電気液圧式の回生的ブレーキ装置においては、よって、ジェネレータと摩擦ブレーキの間のブレーキ力分配は、連続的に適合され、その際、液圧式に上昇される摩擦ブレーキトルクは減少される。従来のブレーキ装置が使用されるとき、よって、摩擦ブレーキにおける容易な圧力下降はしかしながら容易には可能でない。
国際公開第2004/101308A1号明細書 独国特許出願公開第102004044599A1号明細書 国際公開第2006/076999A1号明細書
よって本発明の課題は、従来の摩擦ブレーキを使用する際における回復の効率を上げることである。回復の効率は、再獲得される電気エネルギーと、ブレーキ過程の間に変換さえる車両の全運動エネルギーの比率によって与えられる。
この課題は、請求項1に記載の発明に従う方法によって解決される。
つまり、一つの方法が提供される。この方法において、自動車ブレーキシステムの制御又は調整が実施され、このシステムは少なくとも一つの軸の車輪に摩擦ブレーキを有し、その際、ブレーキ圧発生手段が、ブレーキペダルと直接作用接続している状態にあり、および、少なくとも一つの電気機械が一つの軸と作用接続している状態にあり、この機械が、電気回生的ブレーキトルクの調達のもと、運動エネルギーを電気エネルギーに変換するために使用されることが可能であり、この方法において、回復の効率の向上の為に、変更されないブレーキペダル位置及び/又はブレーキペダル力においても回生的減速度の上昇が行われる。ブレーキ圧発生手段の概念は、例えばタンデムマスターブレーキシリンダや、一サーキット式のマスターブレーキシリンダであると理解される。作用接続の概念は、直接的な機械式または液圧式の接続であると理解され、この接続を介して、生じる効果の為に必要な全エネルギーが調達される。
本発明は、可能な限り高い割合の運動エネルギーを電気エネルギーの形で再獲得するために、常に可能な限り高い電気回生的ブレーキトルクが調達されるべきであるとの思想に基づく。ブレーキ過程の開始時に、ジェネレータが高い回生的減速度を提供することが可能であるとき、このような上昇は、変更されないブレーキペダル位置またはブレーキペダル力においても行われるべきである。これによって、後続する加速過程においても、より多くの電気エネルギーが提供され、電気駆動の範囲が広められる。
減少する速度おいて、より強い回生的減速度が要求されるとき有利である。その際、摩擦ブレーキによって調達される減速度は相応して減少される。一定の出力を有するジェネレータは、中程度の速度において、高い速度におけるよりもより強い減速度を提供することができる。液圧式ブレーキシステムが、無段階の圧力減少を可能とするとき、よって、回復の効率は、一定のままである減速度においても、最適とされることが可能である。
目的にかなって、車両の固有減速度の減少が、回生的な減速度の上昇によってすくなくとも補償される。減少される車両の固有減速度の補償は、ドライバーに対するブレーキ快適性を損なわない、というのは固定的なブレーキペダル位置においても、減速度が一定のままだからである。高い速度において、固有速度は、二乗的に速度と共に上昇する抵抗によって支配される。よって、ブレーキ過程を高い速度で開始すると、ブレーキ過程の間、減速度は急速に減少し、これは、追加的な電気回生的減速度の構築の為に利用されることが可能である。よって電気駆動の範囲は大きくなる。
好ましくは、回復の効率の向上の為に、回生的減速度の上昇が、ブレーキペダル位置またはブレーキペダル力を越えて相当程度行われる。特に、これが一定に留まる摩擦ブレーキトルクにおいてもおこなわれるとき、再獲得される電気エネルギーの最大化が、従来の液圧式摩擦ブレーキの使用の際にも行われることができる。
特に有利には、追加的に要求される減速度が、ブレーキ過程の開始時の速度に応じて選択される。高い速度においては、一定出力のジェネレータは、特別少なく電気回生的減速度を調達できるので、ブレーキ過程の間の最適化は、効率の明らかな向上を可能とする。
特に有利には、追加的に要求される減速度が、ブレーキ過程の間連続的に又は略連続的に適合される。これによって、各速度においてジェネレータによって最大限調達される減速度が、全ブレーキ過程の間、最適に利用されることが可能である。ここで、略連続的な適合とは、ブレーキ過程の期間に対して短い時間間隔の間、変更された減速度が要求されるということを意味する。
特に有利には、追加的に要求される減速度が、ブレーキ過程の開始時からの速度変化に比例して選択される。強いブレーキングにおいては、よって、追加的減速度は弱いブレーキングにおいてよりも急速に増加し、これによって全体として、一定に留まる回復の効率が、ドライバーによって要求される減速度にほとんど依存せず達成可能である。
特に、比例定数は100km/hあたり約0.05gから約0.2gである。相当する追加的減速度は、ドライバーによって深いと感じられることは無い。
特に、追加的に要求される減速度が、ブレーキ過程の初期の減速度に応じて選択されると有利である。ドライバーは、変化を相対的に知覚するので、より強い初期減速度においては、より強い上昇が行われることが可能である。
代替としての特に有利な本発明の実施形では、追加的に要求さえる減速度が、ブレーキ過程の期間に応じて選択される。
走行状態の安定性が確認され、特に車輪回転数情報及び/又は加速度センサー及び/又はヨーレートセンサーの情報の評価によって確認され、安定的な走行状態が存在するとき、電気機械と作用接続された状態にある一又は複数の軸におけるブレーキトルクが、以下のように制御される又は調整される、すなわち、これが、摩擦ブレーキによってのみブレーキをかけられる一又は複数の軸に与えられるブレーキトルクよりも大きく、特に全体の減速度が電気回生的ブレーキトルクによって調達されるよう制御される又は調整される。安定的な走行状態のクライテリアとして、特に有利には、後軸におけるスリップが所定の境界値を上回ったかどうかが確認される。後軸におけるジェネレータは、車両安定性に関してクリティカルなブレーキングにおいても、全ブレーキ減速度を調達し、これによって特に高いエネルギー再獲得が可能である。
安定的な走行状態が存在するとき、回生的にブレーキをかけられる後軸のブレーキトルクが、理想的なブレーキ力配分に従い与えられる後軸におけるブレーキトルクの部分よりも15%までの分だけ高く調整されると、特に目的にかなっている。理想的なブレーキ力配分とは、タイヤと走行路の間の力接続(Kraftschluss)が最適に利用されつくされる、前輪のブレーキトルクの後輪のブレーキトルクに対する比率により与えられる。そのような制限は、ジェネレータによる後軸のオーバーブレーキが、車両安定性を危うくすることを防止する。
本発明は、少なくとも一つの軸の車輪に摩擦ブレーキを有する自動車ブレーキシステムであって、その際、少なくとも一つの軸の車輪の為のブレーキ圧発生手段が、ブレーキペダルと直接作用接続されている状態にあり、および、電気回生的ブレーキトルクの調達のもと、運動エネルギーを電気エネルギーに変換するために使用されることが可能である、少なくとも一つの電気機械が、少なくとも一つの軸と作用接続されている状態にある、自動車ブレーキシステムであって、駆動または調整が、上述した方法に従い行われる自動車ブレーキシステムに関する。
さらに本発明は、発明に従うブレーキシステムを内燃機関を有する自動車において使用することに関する。
有利な実施形は会の請求項および以下に続く、図面を基とした実施例の説明から生ずる。
発明に従う方法を実施するためのブレーキシステム。 典型的なジェネレータの特性線。 固有減速度と回生的減速度の様々な速度依存性を示すダイアグラム。
図1は、回生的ブレーキシステムを示す。このシステムは、発明に従う方法を実施するのに適している。ドライバーによって操作されるブレーキペダル1は、補助力によって、又は補助力なしで運転されるタンデムマスターシリンダ2に直接作用する。これは、二つの基本的に同一なブレーキサーキットIおよびII内の圧力を上昇させる。その際、これらは軸ごとまたはダイアゴナル式に車輪に設けられていることが可能である。ブレーキフルードは、分離バルブ3とインレットバルブ6を通ってブレーキシリンダ8へと流入する。ブレーキシリンダは摩擦ブレーキ力を車輪に及ぼす。アウトレットバルブ7が開かれると、ブレーキフルードは低圧リザーバー9に排出される。液圧ポンプ5が、ドライバーに依存しない圧力上昇を可能とし、その際、この為に電子的な切替バルブ4が開かれ、そして分離バルブ3が閉じられる。軸の一方には、電気ジェネレータ10が存在し、このジェネレータが電気回生的なブレーキを可能とする。
以下に記載する適切な切替シーケンスによって、ドライバーにとって快適なペダル感覚が、回生的なブレーキ過程においても提供されるということが可能である。ブレーキの操作の際、まずアウトレットバルブ7が開かれる、その後、ドライバーによって押し出されたボリュームが低圧リザーバー9に取り入れられる。ブレーキ減速度は、その際、ジェネレータによって提供される。ペダル位置から導き出されるドライバーの減速度要求が、最大限に可能なジェネレータ減速度を超えると、アウトレットバルブ7は閉じられる。ペダル操作によって、その後、ブレーキシリンダ8内で圧力が上昇され、そして摩擦ブレーキは追加的に必要とされるブレーキトルクを提供する。
ブレーキペダルとブレーキシリンダの間の直接の作用接続に基づいて、ブレーキシリンダ内の圧力下降は、容易には可能でない。というのは、ブレーキペダルへの反作用が、常に相応する不快なペダル感覚を伴って起こるからである。更にアウトレットバルブは、多くの場合、精細に調整されることが出来ない。
基本的に、本発明に従う方法は、直接液圧式に操作されるブレーキ装置を有するブレーキシステムにおいても、電気機械式に操作されるブレーキ装置を有するブレーキシステムにおいても使用されることが可能である。
図2には、実線21として、ジェネレータの典型的な特性線が示される。その際、基本的に一定な50kWのジェネレータ出力が仮定されている。そのような電気機械を有する車両は、これのみによって駆動されることが可能である、内燃機関が存在するとき、完全なハイブリッド車両として話される。15km/hの境界速度の下方では、ジェネレータの減速度は著しく減少する。よってこの速度領域においては、摩擦ブレーキのみが駆動される。境界速度の上方では、ジェネレータは最大の減速度、
Figure 2013540068
を調達する。その際、Pは、ジェネレータ出力、mは車両質量、vは車両速度である。
ドライバーが100km/hの速度でブレーキ過程を開始するとき、ジェネレータは、少ない回生的な減速度のみを提供することができる。ブレーキ減速度の比率を、摩擦ブレーキとジェネレータの間で一定に保つとき、20km/hへの強いブレーキングの際には、調達される減速度は短破線22に従う。回復の効率は、可能であったよりも少ない、というのは低い速度において取り出し可能であったジェネレータ減速度の一部分のみが利用されるからである。
よって、減少する速度において、要求される回生的減速度を、15km/hの境界速度が達成されるまで上昇すると目的にかなっている。特に有利な方法は、ブレーキ過程の期間tに応じて、追加的なジェネレータ減速度bZusatzをbZusatz=a・tとして要求すると有利である。その際、aは、適切に選択される定数である。20km/hへの弱い、よって長く続くブレーキングにおいては、破線24が生じる。これは、緩やかな制御労力または調整労力における明らかに高められた回復の効率を意味する。ドライバーが強くブレーキをかけると、これによって速度の20km/hへの減少が短時間に行われ、これにより、調達される減速度は破線23に従う。強いブレーキングにおいては、回復の効率はよって明らかに減少する。
ドライバーが、第一に相対的な追加的減速度に気が付くので、よって特に、追加的に要求されるジェネレータ減速度bextraを、ブレーキ過程の開始時から行われる速度変化に応じて選択すると有利である。
extra=aextra・(v−vaktuell
その際、aextraは適切に選択された定数、vは、ブレーキ過程の初期の車両速度、vaktuellは、現在の車両速度である。よって、ブレーキペダル操作の強さによらず、一定のままである高い回復の効率が図られる。走行路表面に低い摩擦値が存在するときだけは、制限が生じる。というのは、ABSやESPといった車両安定調整機構の介入が、基本的にジェネレータの停止の行き起こすからである。
要求さえる追加的減速度は、強すぎないかもしれない、というのはさもないとドライバーのペダル感覚が損なわれるからであり、一定のままであるペダル位置において高められるブレーキ力は、従来のブレーキ装置による挙動に一致しない。走行実験において、0.05g(重力加速度の約5%)の減速度は、ドライバーによって深いと感じられないということが示された。
ブレーキ操作なしでも、車両には固有減速度bdrag=a+av+aが作用する。これは、パラメータa、a、およびaによって表され、そして風抵抗、ロール抵抗等により引き起こされる。高い速度において、固有減速度は、風抵抗によって低い速度におけるよりも明らかに高くなる。これはv項(Term)によって表される。このようなブレーキ過程における旧減速度の減少は、要求されるジェネレータ減速度の上昇によって補償されることができる。よって回復の効率は高められることができ、その際ドライバーに望まれないペダル感覚は、引き起こされない。
弱いブレーキングにおいて、ジェネレータは基本的に、望まれる全減速度を提供するので、回復の効率はしばしば、すでに理想的である。全減速度の、ペダル操作の強さに影響されない速度依存性、つまりブレーキ装置の一定の挙動を達成するために、目的にかなって、高められたジェネレータ減速度もまた要求されることが可能である。
回生的ブレーキ過程のできる限り簡単な調整に関して、減少された固有減速度の補償の為に、および追加的に要求される回生的減速度の為に、要求される回生的減速度の制御又は調整の為に評価される一つの式を定めることが有利である。以下に、適切な式の一例を示す。
要求される回生的な減速度bangefordertは、減少する速度と共に増加するジェネレータ減速度よりも大きいことが無い。
Figure 2013540068
同時に、有意義な高いエネルギー再獲得を達成するために、要求される回生的減速度は、少なくとも固有減速度の変化を補償する必要がある。
Figure 2013540068
追加的な定数aextraを加えることは有利である。というのはこれは、更なる回復の効率の上昇を可能とするからである。
図3においてa)は、ジェネレータ減速度に対する速度依存する項の変化が線31として、そして固有減速度に対する項の変化が線32として示されており、ここで追加的な定数が引き合いに出される。速度vtransitionは、両方の曲線と交差する。
Figure 2013540068
この速度は、車両の製造元によって計測された、またはコンセプトフェーズに決定された値にのみ依存しており、よってvtransitionは量産の開始前に公知の方法を使用することによって計算されることができる。
その都度、図3a)の両方の線の低い方が重要であるということを考慮して、式は、追加的に要求される回生的な減速度に対して定められることができる。
Figure 2013540068
図3bには、ジェネレータによって最大限調達される減速度33、車両の固有減速度34とf(v)の推移35が表されている。高い速度において提供される回生的な減速度が理想的に使用されるのに対して、これは低い速度においては、ブレーキ挙動をドライバーにとって不快な方法で損なうことなしには制限されてのみ行われる。
angefordertに対する式は、有利には、制御装置内に保存されているので、ブレーキの開始時に対する車両速度vと現在の車両速度vのみが、走行の間に検出される必要がある。目的にかなって、aextraに対して100km/hあたり約0.1g値が定められる。追加的要求無しのブレーキングに対して、回復の効率は明らかに高められ、走行快適性が減少することは無い。

Claims (14)

  1. 少なくとも一つの軸の車輪に摩擦ブレーキを有する自動車ブレーキシステムの制御または調整が実施される方法であって、少なくとも一つの軸の車輪の為のブレーキ圧発生手段が、ブレーキペダルと直接作用接続している状態にあり、および、少なくとも一つの電気機械が一つの軸と作用接続している状態にあり、これが、電気回生的ブレーキトルクの調達のもと、運動エネルギーを電気エネルギーに変換するために使用されることが可能である方法において、
    回復の効率の向上の為に、変更されないブレーキペダル位置及び/又はブレーキペダル力においても回生的減速度の上昇が行われることを特徴とする方法。
  2. 減少する速度にともないより強い回生的減速度が要求され、その際、摩擦ブレーキにより発生する減速度が、相応して減少されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 車両の固有減速度の減少が、回生的な減速度の上昇によって少なくとも補償されることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
  4. 回復の効率の向上の為に、回生的減速度の上昇が、ブレーキペダル位置又はブレーキペダル力を越える程度行われること、特に摩擦ブレーキのブレーキトルクがその際一定に保持されるように行われることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 追加的に要求される減速度が、ブレーキ過程の開始時の速度に応じてに選択されることを特徴とする請求項4に記載の方法。
  6. 追加的に要求される減速度が、ブレーキ過程の間連続的にまたは略連続的に適合されることを特徴とする請求項4または5に記載の方法。
  7. 追加的に要求される減速度が、ブレーキ過程の開始時からの速度変化に比例して選択されることを特徴とする請求項6に記載の方法。
  8. 比例定数が、100km/hあたり約0.05gから約0.2gの値であることを特徴とする請求項7に記載の方法。
  9. 追加的に要求される減速度が、ブレーキ過程の初期の減速度に応じて選択されることを特徴とする請求項4から8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 追加的に要求される減速度が、ブレーキ過程の期間に応じて選択されることを特徴とする請求項4から9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 走行状態の安定性が確認され、特に車輪回転数情報及び/又は加速度センサー及び/又はヨーレートセンサーの情報の評価によって確認され、安定的な走行状態が存在するとき、電気機械と作用接続された状態にある一又は複数の軸におけるブレーキトルクが、以下のように制御される又は調整される、すなわち、これが、摩擦ブレーキによってのみブレーキをかけられる一又は複数の軸に与えられるブレーキトルクよりも大きく、特に全体の減速度が電気回生的ブレーキトルクによって調達されるよう制御される又は調整されることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
  12. 安定的な走行状態が存在するとき、回生的ブレーキをかけられる後軸でのブレーキトルクが、理想的なブレーキ力配分に従い与えられる、ブレーキトルクの前軸での部分よりも15%までの分だけ高く調整されることを特徴とする請求項11に記載の方法。
  13. 少なくとも一つの軸の車輪に摩擦ブレーキを有する自動車ブレーキシステムであって、その際、少なくとも一つの軸の車輪の為のブレーキ圧発生手段が、ブレーキペダルと直接作用接続されている状態にあり、および、電気回生的ブレーキトルクの調達のもと、運動エネルギーを電気エネルギーに変換するために使用されることが可能である、少なくとも一つの電気機械が、少なくとも一つの軸と作用接続されている状態にある、自動車ブレーキシステムにおいて、
    駆動または調整が、請求項1から12の少なくともいずれか一項に従い行われることを特徴とする自動車ブレーキシステム。
  14. 内燃機関を有する自動車における請求項13に記載のブレーキシステムの使用。
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