JP3908809B2 - 車両用の電動操作式車輪ブレーキ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用電動操作式車輪ブレーキに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両用電動操作式車輪ブレーキは既知である。たとえば国際特許公開第９４／２４４５３号において、クランプ力が電動機により発生される車輪ブレーキが記載されている。車両のブレーキ装置がこのような電動操作式車輪ブレーキで構成されているので、このようなブレーキ装置の確実な機能にとくに注意が向けられ、この場合、バッテリにより提供される電源の信頼性が前提となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
電動操作式車輪ブレーキから構成されるブレーキ装置を、ブレーキ作動を保持するときにバッテリへの負荷をできるだけ小さくするように構成することが本発明の課題である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
車両用電動操作式車輪ブレーキにおいて、車両の１つの車軸の車輪ブレーキ、車軸の同じ側の車輪ブレーキまたは車軸の対角方向の車輪ブレーキに異なる電源から電流が供給される。さらに、少なくとも１つのブレーキ状態において電源負荷を低減するために、前車軸および後車軸の車輪ブレーキに、時間差をつけて相前後して電流が与えられる。具体的に、少なくともドライバの希望の関数として、車輪に付属のブレーキの電動式操作装置のための操作信号を出力し、操作装置に少なくとも２つの電源からの電流を供給する、電子式制御ユニットを備えた車両用の電動操作式車輪ブレーキにおいて、１つの前車輪ブレーキおよび１つの後車輪ブレーキがそれぞれ１つの電源に付属され、パニックブレーキ状態、フルブレーキ状態、バッテリが弱くなっているときの非常ブレーキ状態の少なくともいずれかにおいて、まず車両の前車輪ブレーキに最大電流が流れ、そして、前車輪において所定のブレーキ作動が達成されたときに、後車軸のブレーキにフル電流が流れる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は車両用電動操作式車輪ブレーキの好ましい実施態様を示す。図１には、車両の４つの車輪に付属されている４つの車輪ブレーキが示されている。この場合、車輪ブレーキ１００は右後車輪ＨＲに付属され、車輪ブレーキ１０２は左前車輪ＶＬに付属され、車輪ブレーキ１０４は左後車輪ＨＬに付属され、および車輪ブレーキ１０６は右前車輪ＶＲに付属されている。車輪ブレーキは、機械式結合１０８、１１０、１１２および１１４を介して、それぞれの車輪ブレーキに付属されている電動式操作装置１１６、１１８、１２０および１２２と結合されている。電動式操作装置は、電子式制御ユニット１２４により、出力ライン１２６、１２８、１３０および１３２を介して操作される。確実性および信頼性の理由から、操作装置に電圧を供給する電源は冗長に設けられている。この場合、対角方向車輪に付属する２つのブレーキはそれぞれ、両方のバッテリの一方に結合され、この場合、対応する操作装置には付属のバッテリから電気が供給される。この意味において、右後車輪ＨＲの操作装置１１６および左前車輪ＶＬの操作装置１１８は、電源供給ライン１３４ないし１３６を介して第１のバッテリ１４０の正極１３８に接続されている。同様に、左後車輪ＨＬの操作装置１２０および右前車輪ＶＲの操作装置１２２は、電源供給ライン１４２および１４４を介して第２のバッテリ１４８の正極１４６に接続されている。
【０００６】
電子式制御ユニット１２４には、入力ライン１５０を介して、ペダル値伝送器１５２からブレーキペダルの操作度に対する少なくとも１つの尺度が供給される。さらに電子式制御ユニット１２４には、ブレーキ装置および／または車両の運転変数を測定する測定装置１５８ないし１６０から入力ライン１５４ないし１５６が供給される。このような運転変数は、たとえば、車輪荷重、各車輪ブレーキにおけるブレーキ作動の調節された実際値に対する尺度（たとえば電流、ブレーキトルク、ブレーキ力、滑り、車輪回転速度）、車輪回転速度、車両速度、ブレーキパッドの摩耗等である。さらに電子式制御ユニット１２４には、バッテリ１４０および１４８の少なくともいずれか一方から電流が供給される。これに対応する接続ラインは、図を見やすくするために図１には示されていない。
【０００７】
図に示すブレーキ回路の対角方向分割のほかに、他の有利な実施態様においては、車両の片側の車輪ブレーキまたは１つの車軸の車輪ブレーキが１つのブレーキ回路にまとめられ、これにより電源は異なる車輪対に属する操作装置に付属されている。
【０００８】
このようなブレーキ装置の操作の基本的な機能方法を以下に説明する。
【０００９】
電子式制御ユニット１２４は、供給されるブレーキペダルの操作度から、車輪荷重、ブレーキパッドの摩耗、タイヤの値、バッテリ電圧等のような追加の運転変数により、各車輪ブレーキに対し、車輪ブレーキにおいて調節するブレーキ作動に対する尺度（たとえばブレーキトルク、ブレーキ力、電動機内を流れる電流、電動機の回転角、車輪滑り、車輪の回転速度等）を示す目標値を形成する。所定の制御方式（たとえばＰＩＤ）により実際値を目標値に近づける方向に車両信号を発生する制御ユニットは、所定の目標値に基づいてブレーキ作動の制御を行う。この場合、実際値は、車輪ブレーキにおいて測定されるか、または車輪ブレーキにおいて測定された値から計算される。たとえば、電動機内を流れる電流から、ブレーキパッドの圧着力、ないしは電動機の駆動トルクが導かれ、この駆動トルクは対応する車輪ブレーキにおいて行われるブレーキ作動に対する直接尺度である。さらに、ひずみ計または他の適切なセンサにより、与えられたブレーキ力が測定され、またブレーキ設計に基づき、与えられたブレーキトルクが決定される。回転角は、車輪ブレーキにおける対応する角度センサにより求めることができる。
【００１０】
電子式制御ユニット１２４は、各車輪ブレーキに対する制御出力信号を、対応する操作装置に対する操作信号に変換する。電動式操作装置を含む電動機の実施態様が、ステップモータであるか、整流子電動機であるかまたは電子式整流を備えた電動機であるかに応じて、操作出力信号は、出力ステップ数、デューティ比、電圧値、電流値等を示す。好ましい実施態様においては、操作装置において整流子電動機が使用され、整流子電動機は、フルブリッジ段を介して、可変デューティ比を有するパルス状操作信号により、両方向に電流を流すことが可能である。デューティ比は、制御ユニット１２４のマイクロコンピュータにより、制御出力信号に基づいて形成され、整流子電動機を反力に抗して所定の位置に調節する。
【００１１】
ドライバがブレーキペダルをきわめて急速にかつほぼフル状態に作動する、たとえばパニックブレーキ作動のような幾つかのブレーキ状態においては、存在する制御の範囲内において操作装置のすべての電動機に最大電流が流れ、これにより、高い摩擦係数を有する走行道路表面においては、ブレーキ装置のクランプをきわめて急速に（たとえば１５０ミリ秒以内）行うことができる。電動機に電流を供給するバッテリには、このとき高いピーク電流が要求される。このとき、バッテリが弱い場合、バッテリ電圧が急低下してブレーキを希望どおりに作動できないという危険性が存在する。
【００１２】
このようなブレーキ状態（パニックブレーキ作動、フルブレーキ作動、バッテリが弱くなったときの非常ブレーキ作動等）におけるバッテリの最大電流負荷を低減するために、好ましい実施態様においては、前車輪ブレーキの電動機に最大電流が与えられる。後車輪ブレーキの電動機は、まずブレーキ空隙が排除されかつパッドが当接するような制限電流で駆動される。前車輪ブレーキがその最大作動を達成した後に、後車輪ブレーキの電流制限が解除され、後車輪ブレーキにも同様に最大電流が与えられる。
【００１３】
パニックブレーキ状態において電動機に最大電流を与えるほかに、他の有利な実施態様においては、このブレーキ状態ないし上記の他のブレーキ状態において、前車輪が所定の制御の範囲内において目標値および実際値の関数として調節され、一方後車輪ブレーキは、遅れてはじめて上記の方法と同様に操作される。
【００１４】
同様に、ブレーキ作動、とくにフルブレーキ作動のときに走行道路の摩擦係数が急激にきわめて低い値に低下する（たとえば滑りにくい走行道路から滑りやすい氷の面に移る）ようなとくに負の摩擦係数変化のときに必要となるように、きわめて急速にブレーキを解放したときは、まず後車輪ブレーキが解放され、次に少し遅れて前車輪ブレーキが解放される。
【００１５】
全体のブレーキ力の大部分、すなわち一般に約２／３が前車輪により形成されるので、この方法は制動距離を著しく長くすることなく最大電源負荷を低減させることになる。
【００１６】
図２に、好ましい実施態様におけるブレーキ装置の上記の制御が流れ図として示されている。このために、電子式制御ユニット１２４に少なくとも１つのマイクロコンピュータが設けられ、マイクロコンピュータに上記の運転変数が供給され、またマイクロコンピュータは上記の出力信号を発生する。
【００１７】
図２に示すプログラム部分は、所定の時点にスタートされる。第１のステップ２００において、たとえば車軸荷重、車両速度、ブレーキパッドの摩耗等の制御に必要な運転変数、ブレーキペダルの操作度ならびに制御に使用されるブレーキ作動のための実際値（たとえばブレーキトルク、ブレーキ力、ブレーキ電流等）が読み込まれる。それに続くステップ２０２において、個々の車輪ブレーキに対して設定されたブレーキ作動のための目標値が、ブレーキペダルの操作度の関数として、ならびに場合により運転変数の関数として、所定の特性曲線群、表および／または計算ステップにより決定される。それに続く問い合わせステップ２０４において、電源に過負荷を与えるような運転状態が存在するか否かが検査される。好ましい実施態様においては、これは、最大ブレーキ作動を達成するためにドライバがブレーキペダルをきわめて急速にかつほぼフル状態に作動する、いわゆるパニックブレーキ作動である。他の運転状態は、ブレーキペダルがいっぱいに作動されたフルブレーキ作動、または少なくとも１つのバッテリが弱くなっているときのブレーキ過程（非常運転）である。これらの運転状態が存在しない場合、すなわち正常運転が行われている場合、ステップ２０６により、操作信号値が、好ましい実施態様においてはデューティ比τが、各車輪ブレーキに対する目標値および実際値により制御回路の範囲内で決定されかつ出力される。ステップ２０６の後にプログラム部分は終了され、次の所定時点において新たにスタートされる。
【００１８】
好ましい実施態様においては、ステップ２０４において、パニックブレーキ状態が存在するか否かが検査される。これは、ブレーキペダルの操作速度および場合により操作度の絶対値を考慮して行われる。ブレーキペダルの操作速度が所定の可変目標値を超え、同時にブレーキペダルの操作が所定の値以上になったとき、パニックブレーキ状態が検出される。ブレーキペダルの操作度が所定のしきい値を下回ったとき、ブレーキ作動が終了したものと判定される。前者の場合、ステップ２０４の結果は「肯定」が得られ、後者の場合、結果は「否定」が得られる。
【００１９】
パニックブレーキ作動が存在する場合、たとえば危険状態の結果として、ドライバは最大ブレーキ作動を希望する。したがって、本発明による操作により、ステップ２０８において、前車輪ブレーキに対する操作信号値τＶＬおよびτＶＲが所定の最大値にセットされる。さらに、後車輪ブレーキに対する操作信号値τＨＬおよびτＨＲは、ブレーキパッドを当接させかつブレーキ空隙を排除させる所定の値τ０にセットされる。これにより、前車輪ブレーキに最大ブレーキ作動が達成され、このとき後車輪にはほとんど電流が流れないので、このように電源に同時にかかる負荷が低くなるように、ドライバの希望に対して考慮がなされている。問い合わせステップ２１０において、前車輪ブレーキがその最大ブレーキ作動を示しているか否かが検査される。これはとくに、最大ブレーキ作動を示す所定の値と比較される制御実際値により、車両減速度により、またはアンチスキッド制御装置が応答したことにより行われる。これが肯定のとき、ステップ２１２により、後車軸ブレーキに対する操作信号もまた、場合により前車輪ブレーキの所定の最大値より小さい所定の最大値にセットされる。図２に示すブレーキ作動には、このブレーキ状態において車輪をロックさせないようにするアンチスキッド制御が重ねられていることが明らかである。アンチスキッド制御装置は、既知の方法により、ロック傾向にある車輪のブレーキの制御変数を調節し、この場合、アンチスキッド制御装置はブレーキ電流ないし操作信号値を低減するかまたはその方向を反転させる。アンチスキッド制御装置は前車輪ブレーキ内を流れる電流を直ちに０に戻し、後車軸ブレーキを確実に解放した後に、たとえば電流の反転により前車輪ブレーキを確実に解放したときに、さらに有利となる。
【００２０】
ステップ２０６、２１２の後、またはステップ２１０の答えが「否定」の場合、有利な補足態様により、ステップ２１４において、ドライバがブレーキペダルをきわめて急速に放したか否かが検査される。この場合もまた、ステップ２０４と同様に、ブレーキペダルの操作速度が利用されかつそれが所定のしきい値と比較される。ブレーキペダルが急速に放されなかった場合、プログラム部分は終了され、所定の時間経過後新たにスタートされる。ブレーキの急速な解放が検出された場合、本発明の好ましい実施態様により、ステップ２１６において、後車輪ブレーキのための操作信号値τＨＬ、τＨＲが実際に存在する目標値および実際値により決定される（逆方向の最大電流）。これは、ドライバの希望により、後車輪ブレーキを直ちに解放させることになる。前車輪ブレーキに対する操作信号値は、そのとき不変のままである。ステップ２１８により所定の遅れ時間Ｔｖｅｒｓが経過した後、ステップ２２０により、前車輪ブレーキに対する操作信号値τＶＬおよびτＶＲが実際に存在する目標値Ｓｏｌｌおよび実際値Ｉｓｔにより決定され、プログラム部分は終了される。遅れ時間はたかだか数１００ミリ秒であり、遅れ時間の範囲内に後車軸ブレーキが完全に解放されるように決定される。
【００２１】
上記のように、本発明による方法は、いわゆるパニックブレーキ状態においてのみでなく、他のブレーキ状態においても行われることは有利である。フルブレーキ作動の場合、ステップ２０８ないし２２０と同じ方法が行われる。本発明による方法が、バッテリが弱くなっているときの非常ブレーキ運転として使用される場合、ステップ２０８、２１２および２１０において、最大ブレーキ作動が行われないで、操作信号値は存在する目標値および実際値により決定される。このとき、ステップ２１０において、前車輪ブレーキが所定のブレーキ作動（目標値）に到達したか否かが検査される。
【００２２】
図３に、図２に示した好ましい実施態様が時間線図で示されている。この場合、図３ａは、たとえばパニックブレーキ状態におけるブレーキペダルの操作度ＰＷの時間線図を示している。図３ｂは、本発明の方法により与えられる、前車輪ＶＲおよび後車輪ＨＲにおける電流Ｉの時間線図を示し、一方図３ｃに、選択された前車輪ＶＲおよび選択された後車輪ＨＲに与えられるブレーキトルクＭの時間線図が示されている。
【００２３】
時点Ｔ０において、ドライバがきわめて急速にかつほぼいっぱいにブレーキペダルを操作したとする。操作速度ならびに操作度それ自身が所定のしきい値を超え、これによりパニックブレーキ状態が検出される。この結果、時点Ｔ０ないしその直後に、図３ｂに示すように、前車輪ブレーキ内の電流がその最大値とされ、後車輪ブレーキにおいては値Ｉ０とされる。それに応じて、時点Ｔ０以降、与えられるブレーキトルクは前車輪ブレーキに対しては値０からその最大値に上昇し、一方後車輪ブレーキにおいては顕著なブレーキ作動はまだ発生していない。時点Ｔ１において、前車輪ブレーキに最大ブレーキ作動が行われたことが検出される。時点Ｔ１以降、図３ｂおよび図３ｃに示すように、後車輪ブレーキ内の電流が上昇し、それに応じてブレーキ作動が所定の最大値まで上昇する。パニックブレーキ作動の間、所定の値が（場合によりアンチスキッド制御により修正されて）保持される。時点Ｔ３において、ドライバがブレーキペダルをきわめて急速に解放したとする。操作速度は所定の制限値を超え、これによりブレーキの急速な解放が必要となる。上記の方法に応じて、時点Ｔ３以降、後車輪ブレーキ内の電流は設定に従って０に低減され、さらに逆方向に形成される。それに応じて、ブレーキトルクは低下する。所定の遅れ時間の後に、時点Ｔ４以降、前車輪ブレーキにおいて同様な方法が行われる。
【００２４】
時点Ｔ３において、ドライバがペダルをゆっくり放し、これにより操作度が所定のしきい値を下回った場合、パニックブレーキ状態が検出され、このとき存在する目標値および実際値により、前車輪ブレーキおよび後車輪ブレーキが同時に調節される（正常運転）。
【００２５】
上記のブレーキ制御が冗長な電源を備えたブレーキ装置に使用されるほかに、このブレーキ制御はまた、１つの電源（バッテリ）のみを備えたブレーキ装置においても使用される。
【００２６】
【効果】
ブレーキ作動を著しく低下させることなく、ブレーキ操作装置に電流を供給するバッテリへの負荷を明らかに低減可能な電動操作式車輪ブレーキが提供される。
【００２７】
これにより、ドライバが、強力なブレーキ作動、パニックブレーキ作動ないしフルブレーキ作動を行った状況においてもまた、ブレーキ装置が確実に操作されることはとくに有利である。
【００２８】
走行道路の摩擦係数が高い値からきわめて低い値へ急に低下してブレーキがきわめて急速に解放されたときにおいてもまた、ブレーキ装置が確実に操作されることはとくに有利である。
【００２９】
少なくとも１つのバッテリが弱くなったときにおいてもまた、ブレーキ装置の確実な操作が行われることはとくに有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動操作式車輪ブレーキの好ましい実施態様の全体回路図である。
【図２】ブレーキ操作の実行をコンピュータプログラムとして示した流れ図である。
【図３】ブレーキ制御の作動方法を示す、ブレーキペダルの操作度（図３ａ）、電流（図３ｂ）およびブレーキトルク（図３ｃ）の時間線図である。
【符号の説明】
１００ 車輪ブレーキ（右後車輪）
１０２ 車輪ブレーキ（左前車輪）
１０４ 車輪ブレーキ（左後車輪）
１０６ 車輪ブレーキ（右前車輪）
１０８、１１０、１１２、１１４ 機械式結合
１１６、１１８、１２０、１２２ 電動式操作装置
１２４ 電子式制御ユニット
１２６、１２８、１３０、１３２、１３４、１３６、１５０、１５４−１５６ライン
１３８、１４６ 正極
１４０、１４８ バッテリ
１５２ ペダル値伝送器
１５８−１６０ 測定装置（運転変数）
ＰＷ ブレーキペダルの操作度
τ 操作信号値（デューティ比）
τＨＬ 操作信号値（左後車輪）
τＨＲ 操作信号値（右後車輪）
τＶＬ 操作信号値（左前車輪）
τＶＲ 操作信号値（右前車輪）

Claims (8)

1. 少なくともドライバの希望の関数として、車輪に付属のブレーキの電動式操作装置のための操作信号を出力し、前記操作装置に少なくとも２つの電源からの電流を供給する、電子式制御ユニットを備えた車両用の電動操作式車輪ブレーキにおいて、
   １つの前車輪ブレーキおよび１つの後車輪ブレーキがそれぞれ１つの電源に付属されていること、および
   パニックブレーキ状態、フルブレーキ状態、バッテリが弱くなっているときの非常ブレーキ状態の少なくともいずれかにおいて、まず車両の前車輪ブレーキに最大電流が流れ、そして、前車輪において所定のブレーキ作動が達成されたときに、後車軸のブレーキにフル電流が流れること、
   を特徴とする車両用の電動操作式車輪ブレーキ。
2. パニックブレーキ状態において、まず車両の前車輪ブレーキに最大電流が流れ、そして、前車輪において最大ブレーキ作動が達成されたときに、後車軸のブレーキにフル電流が流れることを特徴とする請求項１に記載の電動操作式車輪ブレーキ。
3. 前車軸のブレーキに電流が流れる間に、後車軸のブレーキに、まずブレーキパッドの当接およびブレーキ空隙の排除を行わせる電流値が流れることを特徴とする請求項１または２に記載の電動操作式車輪ブレーキ。
4. 最大ブレーキ作動が、測定された実際トルク、測定されたブレーキ力、測定された電流により、またはアンチスキッド装置の制御が反応したときに、検出されることを特徴とする請求項２に記載の電動操作式車輪ブレーキ。
5. 電動式操作装置のための操作信号の値が、ドライバにより与えられる目標値および測定されたブレーキ作動用の実際値により設定されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電動操作式車輪ブレーキ。
6. ブレーキをきわめて急速に解放したとき、まず後車軸のブレーキが解放され、所定の遅れ時間後に、前車輪ブレーキもまた解放されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電動操作式車輪ブレーキ。
7. バッテリが弱くなったときの非常ブレーキ運転において、まず前車軸のブレーキが目標値により調節され、希望のブレーキ作動が達成された後に、後車軸のブレーキが目標値により調節されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の電動操作式車輪ブレーキ。
8. 少なくとも１つの車輪がロック傾向にあるとき、前車輪に流れる電流を直ちにゼロに戻し、後車軸のブレーキを解放し、且つ後車軸のブレーキの解放後に電流の反転により前車軸のブレーキを解放する、アンチスキッド装置を備えたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の電動操作式車輪ブレーキ。

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