JP3977432B2 - 自動車用ブレーキ装置 - Google Patents

Description

本発明は、操作ユニットを具備し、この操作ユニットが空気圧式ブレーキ倍力装置とこのブレーキ倍力装置の後に接続配置されたマスターブレーキシリンダとを備え、このマスターブレーキシリンダに車輪ブレーキが接続され、ブレーキ倍力装置の制御弁が運転者の意志と関係なく電磁石によって作動可能であり、電磁石のアーマチュアによって制御弁シール座の一つが操作可能であり、更にブレーキ圧力コントローラを具備し、目標ブレーキ圧力に対応する信号と実際ブレーキ圧力に対応する信号がこのブレーキ圧力コントローラに供給され、ブレーキ圧力コントローラの出力量が電磁石に供給される電流の目標値に一致する、自動車用ブレーキ装置に関する。
このようなブレーキ装置は国際特許出願ＷＯ９５／０３１９６号明細書によって知られている。公知のこの装置の場合には、電磁石アーマチュアの目標変位に対応するブレーキ圧力コントローラの出力量が、電磁石アーマチュアの実際変位に対応する信号と比較される。この場合、比較結果に対応する制御差が制御弁の位置に影響を与える位置コントローラに供給される。位置コントローラの出力量は電磁石に供給される電流を示す。
この公知の装置の場合、位置コントローラを使用する必要があるので、あまり有利でない。位置コントローラは、非常に短いサイクル時間を実現しなければならない。従って、この位置コントローラは構造が非常に複雑で、非常に高価である。他のコストのかかる原因は変位センサである。この変位センサは電磁操作可能なシール座の操作変位を感知するために必要である。
そこで、本発明の課題は、前述の装置構成要素を完全に除去し、大幅なコスト低減を可能にする手段を提供することである。
この課題は本発明に従い、ブレーキ圧力コントローラが、目標ブレーキ圧力信号を処理して第１の電流値を生じる電子制御回路と、目標ブレーキ圧力信号と実際圧力信号から求められた制御差を処理して第２の電流値を生じる調整回路との並列回路によって形成され、ブレーキ圧力コントローラの出力量が両電流値の加算によって求められることによって解決される。
本発明対象物の他の有利な実施形は従属請求項２〜１４に記載されている。
添付の図を参照した実施の形態の次の説明から、本発明の他の細部、特徴および効果が明らかになる。図において、互いに一致する部品には同じ参照符号が用いられている。
図１は本発明によるブレーキ装置の実施の形態の概略図、
図２は図１の空気圧式ブレーキ倍力装置の制御手段を部分的に破断して示す軸方向断面図、
図３はブレーキ圧力コントローラの原理的な構造を示す概略図、
図４は図３のブレーキ圧力コントローラのブロック図、
図５は図３または４のブレーキ圧力コントローラの後に接続配置された電流コントローラのブロック図である。
図１に示した本発明による自動車用ブレーキ装置は実質的に操作ユニット１と、電子式車両コントローラ６と、車輪ブレーキ１０，１１，１２，１３と、車輪ブレーキ１０〜１３と操作ユニット１の間に配置された圧力調整装置９と、車両コントローラ６と協働し圧力調整装置９のための制御信号を発生するＡＢＳ／ＡＳＲコントローラ７とからなっている。図示していない車輪にそれぞれ１個の車輪センサ１４，１５，１６，１７が付設されている。この車輪センサは車輪速度に対応する制御信号をＡＢＳ／ＡＳＲコントローラ７に供給する。操作ユニット１自体は操作ペダル４によって操作可能な空気圧式ブレーキ倍力装置、特に真空式ブレーキ倍力装置２とからなっている。このブレーキ倍力装置の後には、マスターブレーキシリンダ３、特にタンデム型マスターシリンダが接続配置されている。このマスターブレーキシリンダの図示していない圧力室は液圧管路２１，２２を介して圧力調整装置９に接続されている。操作ペダル４には操作棒５が連結されている。この操作棒は略示した制御弁１９の操作を可能にする。この制御弁は真空式ブレーキ倍力装置２のケーシング内の空気圧の圧力差の発生を制御する。その際、電磁石２０は制御弁１９の独立操作（外部操作）を可能にする。
図１から更に判るように、車両コントローラ６の後には第２の電子コントローラ（ブレーキ圧力コントローラ）８が接続配置されている。このブレーキ圧力コントローラには、例えば図示していない間隔（車間距離）センサから供給される入力信号Ｅに基づいて車両センサ６によって生じる目標ブレーキ圧力信号ｐ_sollと、操作ユニット１またはマスターブレーキシリンダ３内の圧力を検出する圧力センサ２３から来る実際ブレーキ圧力信号ｐ_istが供給される。ブレーキ圧力コントローラ８の出力信号Ｉ_sollは電磁石２０に供給される電流の所望な目標値に一致する。電流目標値Ｉ_sollは比較回路２４において、電磁石２０に供給される電流実際値Ｉ_EMと比較される。この場合、比較結果ΔＩは電流コントローラ１８内で更に処理される。電流コントローラの出力量Ｙは電磁石２０の制御のために役立つ。
特に図２から判るように、制御弁１９はブレーキ倍力装置２のケーシング内でシールされて案内される制御ケーシング２５に収容されている。制御弁は制御ケーシング２５に形成された第１のシール座２６と、操作棒５に連結された弁座２７に形成された第２のシール座２８と、両シール座２６，２８と協働する弁体２９とからなっている。
操作棒５と無関係にブレーキ倍力装置２を独立操作開始するために、第１のシール座２６と第２のシール座２８の間に、第３のシール座３０が半径方向に設けられている。この第３のシール座は電磁石２０によって操作可能である。この電磁石は特に弁ピストン２７に固定連結されたケーシング３７内に配置され、従って弁ピストン２７と共に制御ケーシング２５内で摺動可能である。
電磁石２０はケーシング３７内に配置されたコイル３１と、このケーシング内に軸方向に摺動可能に配置された円筒状アーマチュア３２とからなっている。このアーマチュアはその一部がケーシング２５を閉鎖する閉鎖部材３３内で案内され、アーマチュアにはスリーブ３４が支持されている。このスリーブは前述の第３のシール座３０が連結されている。弁ピストン２７とスリーブ３４の間には、圧縮ばね３５が配置されている。この圧縮ばねはアーマチュア３２をその出発位置に保持する。この出発位置では、第３のシール座３０が弁ピストン２７に形成された第２のシール座２８に対して軸方向にずらして配置されている。従って、第３のシール座３０と弁体２９のシール面３６との間には隙間が設けられている。その際、特に半径方向からスリーブ３４を取り囲むリング３８が設けられている。このリングは弾性的なまたは圧縮可能な要素３９を介在してスリーブ３４に支持され、他方ではスリーブ３４に形成されたストッパーに軸方向で接触している。従って、リングとスリーブ３４は相対的に動くことができる。その際、リング３８の幅は、弁体２９寄りのリングの縁範囲とシール面３６との間の間隔がシール面３６と第３のシール座３０のよりも小さくなるように設計されている。上記の縁範囲は軸方向の切欠き４０を有する。第３のシール座３０を上記のように形成することにより、第３のシール座３０が弁体２９から後退するときに圧力低下相において、ブレーキ倍力装置の作動室と負圧室との間の制御される空気圧補償あるいは電磁石２０によって加えられる力の低減が可能である。
図から更に判るように、シール座２６，２８，３０と協働するリング状のシール面３６は、金属の補強ディスク４１によって補強され、軸方向の多数の貫通穴４２を備えている。更に、弁体２９は半径方向内側に形成されたシール唇部４３と、半径方向外側に形成された第２のシール唇部４４を備えている。このシール唇部は制御ケーシング２５内での弁体２９の組み立て状態で、弁体２９を案内する案内部材４５に密封接触するので、制御ケーシング２５内で空気圧室４６が画成されている。貫通穴４２とシール面３６の穴によって形成された詳しく示していない流路は、空気圧室４６と、シール座２６，２８によって画成された環状室５１とを接続する。従って、シール面３６と反対の弁体２９の側に形成された空気圧室４６は、ブレーキ倍力装置の作動室に常に接続され、弁体２９において圧力平衡が生じる。
従って、上記の構造は、ブレーキ倍力装置の応答力と弁ピストンに作用する戻し力との間の差を次のように低減することができる。すなわち、応答力が同じである場合戻し力を増大させることができるかあるいは戻し力が同じである場合応答力を低下させることができるように、低減することができる。それによって、本発明によるブレーキ倍力装置のヒステリシスが改善される。
図に示した本発明によるブレーキ倍力装置の実施の形態の場合、電気的な切換え手段４７，４８が設けられている。この切換え手段は特に、運転者の意志と関係なくフルブレーキングをもたらすために（いわゆるブレーキアシスト機能）、運転者の操作に加えて電磁石２０を作動させるブレーキング作用の際に重要である。その際、切換え手段４７，４８がブレーキングの度に操作されることが特に重要である。同時に、外力補助ブレーキング作用の終了後確実に電磁石２０のスイッチを切るようにしなければならない。その際、図示した切換え手段は特に弁ピストン２７または電磁石２０のケーシング３７に固定された、２つの切換え位置を有するマイクロスイッチ４７と、並進運動によってこのマイクロスイッチ４７を操作する操作要素４８とからなっている。この操作要素は制御ケーシング２５内に設けられた穴４８内でシールされて案内され、倍力装置ケーシングに固定されたストッパーと協働する。このストッパーは参照符号４８で示してあり、例えば後側の倍力装置ケーシング半部の半径方向カラーによって形成可能である。操作要素４８と制御ケーシング５の間に圧縮ばね５０が設けられているので、マイクロスイッチ４７と反対の操作要素４８の端部は付勢されてストッパー４９に接触している。
上記の独立（外部）操作可能な真空式ブレーキ倍力装置の基本機能は当業者に知られているので、詳しく説明しない。
図３に示した本発明によるブレーキ圧力コントローラ８の原理的な構造により、ブレーキ圧力コントローラが電子制御回路６０と調整回路７０の並列接続からなっていることが判る。制御回路６０は目標ブレーキ圧力信号Ｐ_sollを処理して第１の電流値I_Aを生じ、調整回路７０の前には比較回路５５が接続配置されている。この比較回路では、目標ブレーキ圧力信号Ｐ_sollと、圧力センサ２３（図１）から供給された実際ブレーキ圧力信号Ｐ_istとから調整差分が求めされる。この調整差分は調整回路７０において処理されて第２の電流値Ｉ_Bとなる。このようにして系内の実際圧力を考慮する調整回路７０は特に、例えば負圧変化または温度変化および制御不完全性によって生じるエラーを除去する働きをする。両電流値Ｉ_A，Ｉ_Bは後続配置の加算器６８において加算され、この加算器の出力量はリミッタ７３において処理されてブレーキ圧力コントローラ８の出力量となる。この出力量は電流目標値Ｉ_sollである。この電流目標値は図１に関連して述べた比較回路２４内で、電磁石２０に供給される電流実際値Ｉ_EMと比較される。比較結果ΔＩは入力量として電流コントローラ１８に供給される。
図４は図３に略示した制御または調整構造体のブロック図である。図３において６０で示した制御回路は実質的に、微分器６１と、２個の増幅器６２，６３と、状況検出回路６４と、２点特性曲線を有する非線形の伝達要素６５とからなっている。微分器６１には、入力量として、ブレーキ圧力目標値を示す信号Ｐ_sollが供給され、微分器は目標ブレーキ圧力勾配を求める働きをする。この微分器の後には第１の増幅器６２が接続配置されている。この増幅器の出力量は第１の部分電流値Ｉ₁を示す。前述の微分器６１と増幅器６２の組み合わせに対して並列に接続され、同様にブレーキ圧力目標値を示す信号Ｐ_sollを入力量として使用する第２の増幅器６３は、第２の部分電流値Ｉ₂を生じる。ブレーキ圧力目標値信号Ｐ_sollは最後に状況検出回路６４に供給される。この状況検出回路の出力信号Ａ／Ｂによって、圧力上昇または圧力低下に対応する、非線形の伝達要素６５の２点特性曲線の範囲が選択される。この伝達要素の出力量は２つの値Ｉ_b，Ｉ_cをとり、第３の部分電流値Ｉ₃を示す。その際、値Ｉ_bは圧力低下相に一致し、値Ｉ_cは圧力上昇相を示す。加算器６８で求められた部分電流値Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃の合計は、図３に関連して前に述べた第１の電流値Ｉ_Aに一致している。
図４に示した信号経路６６，６７は、両増幅器６２，６３の増幅係数Ｋ₁，Ｋ₂が状況検出回路６４の出力信号Ａ／Ｂによって影響を受けるかまたは圧力上昇相と圧力低下相に一致する２つの値をとるように変更されることを示している。
図４から更に判るように、図３に関連して述べた調整回路７０は実質的に、ＰＩＤコントローラ７１からなっている。このＰＩＤコントローラの作用（信号経路６９参照）は状況検出回路６４の信号によって影響を受ける。その際、ＰＩＤコントローラ７１の比例（Ｐ）成分の増幅係数は圧力上昇相と圧力低下相において異なる値をとることができ、積分（Ｉ）成分は圧力上昇相から圧力低下相への移行または圧力低下相から圧力上昇相への移行の度に零にセットされる。電磁石２０の作動時に発生する騒音を最低限に抑えるために、ＰＩＤコントローラ７１のＰ成分の増幅係数に低い値を付与し、ＰＩＤコントローラ７１の後に接続配置されたフィルタ７２内でＰ成分を付加的にろ過することが有効である。更に、試験の結果、高周波のＰ_soll信号がＰ成分の低い増幅係数を必要とすることが判った。従って、高周波信号の場合に妥当な騒音レベルを達成するために、Ｐ成分の増幅係数は、目標ブレーキ圧力勾配の増大につれて小さくなるようにすべきである。これは例えば半線形の適応機能によって実現可能である。
図５には、圧力コントローラ８の後に接続配置された電流コントローラ１８（図１）の構造を示している。図示したコントローラ構造は実質的に、プリコントロール分岐部７４と、比例−積分（ＰＩ）コントローラ７５と、電流リミッタ７６からなっている。プリコントロール分岐部７４は増幅器７７によって形成されている。この増幅器には入力量として、前述のブレーキ圧力コントローラ１８または電流リミッタ７３の出力信号Ｉ_sollが供給される。プリコントロール分岐部７４に並列接続された比例−積分（ＰＩ）コントローラ７５は、比較回路２４で求められたコントロール偏差ΔＩを出力信号Ｉ_Rに処理する。この出力信号は加算器７８において増幅器７７の出力信号Ｉ_Vに加算される。この場合、上記の加算の結果は電流リミッタ７６に供給される。この電流リミッタの出力量Ｙ（図１参照）はパルス幅変調回路７９においてパルス幅変調された（ＰＷＭ）量Ｚに変換される。この量によって電磁石２０が制御される。勿論、上記の電流コントローラ１８の場合にも、ＰＩコントローラ７５の後に図示していないフィルタを接続配置してもよい。このフィルタはＰＩコントローラ７５のＰ成分をろ過する働きをする。
参照符号リスト
１ 操作ユニット
２ ブレーキ倍力装置
３ マスターブレーキシリンダ
４ 操作ペダル
５ 操作棒
６ 車両コントローラ
７ ＡＢＳ／ＡＳＲコントローラ
８ ブレーキ圧力コントローラ
９ 圧力調整装置
１０ 車輪ブレーキ
１１ 車輪ブレーキ
１２ 車輪ブレーキ
１３ 車輪ブレーキ
１４ 車輪センサ
１５ 車輪センサ
１６ 車輪センサ
１７ 車輪センサ
１８ 電流コントローラ
１９ 制御弁
２０ 電磁石
２１ 管路
２２ 管路
２３ 圧力センサ
２４ 比較回路
２５ 制御ケーシング
２６ シール座
２７ 弁ピストン
２８ シール座
３０ シール座
３１ コイル
３２ アーマチュア
３３ 閉鎖部材
３４ スリーブ
３５ 圧縮ばね
３６ シール面
３７ ケーシング
３８ リング
３９ 要素
４０ 切欠き
４１ 補強ディスク
４２ 通路
４３ シール唇部
４４ シール唇部
４５ 案内部材
４６ 室
４７ マイクロスイッチ
４８ 操作要素
４９ ストッパー
５０ 圧縮ばね
５１ 環状室
５５ 比較回路
６０ 制御回路
６１ 微分器
６２ 増幅器
６３ 増幅器
６４ 状況検出回路
６５ 伝達要素
６６ 信号経路
６７ 信号経路
６８ 加算器
７０ 調整回路
７１ ＰＩＤコントローラ
７２ フィルタ
７３ 電流リミッタ
７４ プリコントロール分岐部
７５ ＰＩコントローラ
７６ 電流リミッタ
７７ 増幅器
７８ 加算器
７９ ＰＷＭ回路

Claims (14)

1. 操作ユニットを具備し、この操作ユニットが空気圧式ブレーキ倍力装置とこのブレーキ倍力装置の後に接続配置されたマスターブレーキシリンダとを備え、このマスターブレーキシリンダに車輪ブレーキが接続され、ブレーキ倍力装置の制御弁が運転者の意志と関係なく電磁石によって作動可能であり、電磁石のアーマチュアによって制御弁シール座の一つが操作可能であり、更にブレーキ圧力コントローラを具備し、目標ブレーキ圧力に対応する信号と実際ブレーキ圧力に対応する信号がこのブレーキ圧力コントローラに供給され、ブレーキ圧力コントローラの出力量が電磁石に供給される電流の目標値に一致する、自動車用ブレーキ装置において、ブレーキ圧力コントローラ（８）が、目標ブレーキ圧力信号（Ｐ_soll）を処理して第１の電流値（Ｉ_A）を生じる電子制御回路（６０）と、目標ブレーキ庄力信号（Ｐ_soll）と実際圧力信号（Ｐ_ist）から求められた制御差（ΔＰ）を処理して第２の電流値（Ｉ_B）を生じる調整回路（７０）との並列回路によって形成され、ブレーキ圧力コントローラ（８）の出力量（Ｉ_soll）が両電流値（Ｉ_A，Ｉ_B）の加算によって求められることを特徴とする自動車用ブレーキ装置。
2. 電子制御回路（６０）が
   ａ）第１の増幅器（６２）が第１の部分電流値（Ｉ ₁ ）を発生し、この第１の増幅器（６２）の手前に接続配置された微分器（６１）と、
   ｂ）第２の部分電流値（Ｉ₂）を発生する第２の増幅器（６３）と、
   ｃ）非線形の伝達要素（６５）が２点特性曲線を有して、第３の部分電流値（Ｉ₃）を発生し、この非線形の伝達要素（６５）の手前に接続配置された状況検出回路（６４）と、
   の並列回路によって形成され、第１の電流値（Ｉ_A）が部分電流値（Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃）の加算によって求められることを特徴とする請求項１記載の自動車用ブレーキ装置。
3. 調整回路（７０）がＰＩＤコントローラ（７１）によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の自動車用ブレーキ装置。
4. ＰＩＤコントローラ（７１）の後にフィルタ（７２）が接続配置されていることを特徴とする請求項３記載のブレーキ装置。
5. 増幅器（６２，６３）の増幅係数（Ｋ₁，Ｋ₂）が状況検出回路（６４）の状態に依存して調節可能であることを特徴とする請求項２記載のブレーキ装置。
6. 増幅係数（Ｋ₁，Ｋ₂）が２つの値をとり得ることを特徴とする請求項５記載のブレーキ装置。
7. 両電流値（Ｉ_A，Ｉ_B）の合計がリミッタ（７３）に供給されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のブレーキ装置。
8. ブレーキ倍力装置（２）の圧力低下相において、電磁石（２０）によって操作可能な電気機械的なシール座（３０）が弁体（２９）から戻るときに、ブレーキ倍力装置（２）の作動室と負圧室の間の制御される空気圧の圧力補償を可能にする手段（３８，３９，４０）が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のブレーキ装置。
9. 弁体（２９）が制御弁（１９）を収容する制御ケーシング（２５）内で空気圧室（４６）を画成し、この空気圧室に、ブレーキ倍力装置（２）の作動室内の空気圧を加えることが可能であり、空気圧室（４６）と作動室との間の接続が少なくとも１つの通路（４２）によって達成され、この通路が弁体（２９）のシール面（３６）の範囲に形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載のブレーキ装置。
10. ブレーキ圧力コントローラ（８）の出力量（Ｉ_soll）が加算器（２４）において、電磁石（２０）に供給される電流の実際値に対応する信号（Ｉ_EM）と比較され、比較結果に対応する制御差（ΔＩ）が電流コントローラ（１９）に供給され、電流コントローラの出力量（Ｙ）が電磁石（２０）に供給される電流に一致していることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載のブレーキ装置。
11. 電流コントローラ（１８）がＰＩコントローラ（７５）として形成されていることを特徴とする請求項１０記載のブレーキ装置。
12. ＰＩコントローラ（７５）に対して並列に増幅器（７７）が配置され、ブレーキ圧力コントローラ（８）の出力量（Ｉ_soll）がこの増幅器に直接供給され、増幅器の出力量（Ｉ_V）がＰＩコントローラ（７５）の出力量（Ｉ_R）に加算され、加算結果が電磁石（２０）に供給されることを特徴とする請求項１１記載のブレーキ装置。
13. ＰＩコントローラ（７５）の後に電流リミッタ（７６）が接続配置されていることを特徴とする請求項１１または１２記載のブレーキ装置。
14. 電流コントローラ（１８）の出力量（Ｙ）がパルス幅変調された量（Ｚ）に変換されることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか一つに記載のブレーキ装置。

Images