JP4578237B2 - ブレーキ制御方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、ブレーキ制御方法および装置に関するものである。

走行方向に上方傾斜している斜面（上り斜面）における発進の場合、発進を可能にするために、ドライバはしばしば、自分の経験に基づいて、加速ペダルによりどれほどのエンジン・トルクを設定しなければならないかを評価することができる。

しかしながら、この上り斜面において、車両の左側と右側との間に異なる摩擦係数が存在するとき（μスプリット上り斜面）、低摩擦係数上の車輪は滑り回転をするので、トラクション補助を有しない車両の対応の上り斜面における発進はほとんど可能ではない。勾配の関数として、斜面上の車両は後方へ転がることさえある。

μスプリット上り斜面におけるトラクション補助（例えば、ＡＳＲ）による発進の場合、発進を可能にするために、ドライバはより高いエンジン・トルクを設定しなければならない。低μ側の滑り回転車輪はＡＳＲ（ＡＳＲ＝駆動滑り制御）によりブレーキ係合を介して制動され、且つブレーキ・トルクの大きさの駆動トルクが高摩擦係数上に存在する車輪に伝達され、これにより車両の推進を可能にする。この駆動トルク伝達は差動歯車装置を介しての車輪結合の効果である。低μ側における必要なブレーキ・トルク（ロック・トルク）は、ドライバの設定を介して、追加エンジン・トルクとして加えられなければならない。

ドライバは、μスプリット上り斜面における発進の場合のこの物理的関係をしばしば見落としがちであるので、ドライバは自分の直観に頼り且つ低すぎるエンジン・トルクを設定することになる。車両が動き出さないことにドライバが気が付いたときにはじめて、ドライバは車両が動き出すまでトルクを徐々に上昇させることになる。

低μ側の車輪がすぐには大きな滑りで回転しない程度に本来の駆動トルクが小さい場合、圧力上昇は遅れて行われ、この結果、車両は後方に転がりはじめることになる。後方転がりを阻止するためにドライバはより大きく加速ペダルを踏み込まなければならず、これにより駆動トルクを上昇させ、その結果（ＡＳＲブレーキ係合を介して）ロック・トルクを上昇させることになる。しかしながら、この応答はドライバにとっては不自然であり、より大きく加速ペダルを踏み込むかわりに、ドライバは驚いてブレーキを作動して発進過程を中止することになる。

車輪振動に基づいてブレーキ・トルク（ロック・トルク）が遅れて形成されるときもまた、後方転がりが行われることがある。低温の場合もブレーキ圧力上昇が十分急速に行われないことがしばしばあるので、このときもまた、車両が後方に転がりだすことがある。
〔発明の利点〕
本発明は、
高摩擦係数側と低摩擦係数側とを有するμスプリット走行路面上における発進過程の存在が検出されること、および
その結果として、車両の高摩擦係数側駆動車輪においてブレーキ圧力が上昇されること、
を含む、μスプリット走行路面上における発進過程の間の車両におけるブレーキ制御方法に関するものである。

本発明の利点は、簡単な手段により、即ち車両の高摩擦係数側の駆動車輪におけるブレーキ圧力上昇により、特に不慣れなドライバに対して発進過程が本質的に容易になることにある。本発明は、本質的な費用なしに、特にセンサ装置における各費用なしに、駆動滑り制御（ＡＳＲ）に対する制御装置内で実行可能である。

有利な実施形態は、ブレーキ圧力が一定値だけ上昇されることを特徴とする。この手段は特に簡単に実行可能である。
他の有利な実施形態は、上昇されたブレーキ圧力の低下は、μスプリット走行路面が車両縦方向に上方傾斜しているかどうか、即ちμスプリット上り斜面が存在するかどうかの関数であることを特徴とする。したがって、平坦な走行路面または僅かに傾斜しているにすぎない走行路面においては、ブレーキ圧力はより急速に低下されることが保証可能である。これは乗り心地に対して有利に働く。

他の有利な実施形態は、
発進過程を開始するための、ドライバによる加速ペダル操作と、車両の運動開始との間の時間間隔が決定されること、および
上昇されたブレーキ圧力のより遅い低下が、決定された時間間隔の関数として行われること、
を特徴とする。

この時間間隔は、発進過程が平坦な走行路面上で行われているかまたは傾斜走行路面上で行われているかに対する簡単な尺度である。
他の有利な実施形態は、ブレーキ圧力が、
ドライバによってサイド・ブレーキが操作されていないときには、第１の一定値だけ上昇されること、および
ドライバによってサイド・ブレーキが操作されているときには、さらに第２の一定値だけ上昇されること、
を特徴とする。

ドライバが発進過程の間にサイド・ブレーキを操作したときには、発進過程が坂道上で行われている確率が大きいことが推測可能である。したがって、サイド・ブレーキが操作されていることが検出された場合、ブレーキ圧力をさらに他の値だけ上昇させることが有利である。

μスプリット走行路面上における発進過程の間の車両におけるブレーキ制御装置は、
高摩擦係数側と低摩擦係数側とを有するμスプリット走行路面上における発進過程の存在を検出するための検出手段と、
前記検出手段により検出された、高摩擦係数側と低摩擦係数側とを有するμスプリット走行路面上における発進過程の存在の結果として、車両高摩擦係数側の駆動車輪においてブレーキ圧力を上昇させるためのブレーキ圧力上昇手段と、
を含む。

μスプリット上り斜面における発進の場合に後方転がりを阻止するために、本発明により、μスプリット走行路面が検出されたとき、滑り回転している駆動車輪においてブレーキ圧力が上昇される（ＡＳＲ制御が設けられている場合のように）のみでなく、高摩擦係数上に存在する駆動車輪にもまた、（制御偏差を有していないにもかかわらず、即ち過大な車輪滑りを有していないにもかかわらず）予め配慮してブレーキ圧力が加えられる。この方法は３つのステップ、即ち
ステップ１：μスプリット上り斜面の検出
ステップ２：ハイμ車輪における必要なブレーキ圧力の計算
ステップ３：ハイμ車輪における制御された圧力低下
において行われる。

以下に個々のステップを詳細に説明する。
ステップ１：μスプリット上り斜面の検出
μスプリット上り斜面は、次の条件が満たされているとき、即ち
１．エンジン・トルクに対するドライバの設定値（ＭＡＦ）が限界値ＭａＭｕｅＳｐｌｉｔを超えているとき、
２．「セレクト・ハイ制御」並びに急速ブレーキ圧力上昇を有する片側制御偏差が存在するとき、
３．高い片側滑りが存在するとき、
４．右側および左側駆動車輪間の差ブレーキ・トルクＭ＿Ｄｉｆｆが限界値ＭｂｒｅｍｓＭｕｅＳｐｌｉｔを超えているとき、
５．発進過程が存在するとき、
に検出される。

セレクト・ハイ制御においては、滑りしきい値は、感じられないように駆動トルク制御（エンジン係合）に切り換えられる。これは、推進を達成するために、エンジンが意識的にブレーキに抗して作動することを意味する。

これらの全ての条件が満たされているとき、車両の後方転がりを阻止するために、μハイ側（高摩擦係数側）の車輪に対して必要なブレーキ圧力Ｐ＿ＨｉｇｈＲａｄの計算が行われる。

勾配が大きければ大きいほど、それだけドライバが発進時にハンド・ブレーキを使用している確率がより大きくなる。したがって、ドライバが発進時にハンド・ブレーキを使用しているとき、上り斜面の存在がしばしば推測可能である。

したがって、上記の条件が満たされ且つドライバがそれに追加して発進時にハンド・ブレーキを使用しているとき、μハイ側に存在する車輪（「μハイ車輪」とも呼ばれる）に対して計算されるブレーキ圧力Ｐ＿ＨｉｇｈＲａｄがさらにオフセット値Ｐ＿ＨａｓＯｆｆｓｅｔだけ上昇され、即ち次式が成立する。

ステップ２：ハイμ車輪における必要なブレーキ圧力の計算
以下に、必要なブレーキ圧力Ｐ＿ＨｉｇｈＲａｄの計算を示す。このためのわかりやすい略図が図１に示され、これは駆動車軸（図においては前車軸）の車輪に作用する重力 ｍ＊ｇ／２、並びにその成分 ｍ＊ｇ／２＊ｃｏｓα （これは走行路面に垂直に作用する法線力である）および斜面被駆動力 ｍ＊ｇ＊ｓｉｎα を示す。このために、はじめに斜面被駆動トルクＭＷＳが決定される。

ここで、
Ｍ＝車両質量（ｋｇ）
ｇ＝重力加速度（９．８１ｍ／ｓ^２）
ｓｉｎα＝上り傾斜角の正弦
Ｒ＝車輪半径
である。

最大伝達可能トルクＭｕｅｂｅｒｔｒａｇｂａｒは、摩擦係数により決定される。一車軸駆動車両に対しては次式が成立する。

ここで、
μ＝摩擦係数
ｍ／２＝両車軸の１つのみが駆動される（後輪駆動または前輪駆動）ので、車両質量の半分
である。この場合、車両質量が前車軸および後車軸に均等に分配されているものと仮定する。

摩擦係数の関数として最大可能勾配を決定可能にするために、両方の方程式が等置され、即ち次式が成立する。

ここで、
ｔａｎα＝μ／２
が得られる。

典型的なμスプリット状況を考察した場合、例えば、μロー側に約０．２（氷）の摩擦係数およびμハイ側に約０．８ ．．．１の摩擦係数が存在するものとする。しかしながら、上り斜面における車両の発進に対しては、μロー側が決定的である。摩擦係数μ＝０．２と仮定した場合、角度 α＝ａｒｃｔａｎ（０．１）＝５．７° が得られる。これは約１０％の勾配に対応する（１０％勾配はａｒｃｔａｎ（０．１）に対応し、したがって、α＝ａｒｃｔａｎ（０．１）＝５．７°が得られる）。

これは、０．２の摩擦係数においては理論的に１０％勾配までは発進が可能であることを意味する。しかしながら、これは、ドライバが瞬時に必要なエンジン・トルクを設定することを前提とする。過剰トルクがきわめて小さくてもμロー車輪を滑り回転させ且つ静摩擦から動摩擦へ移行したときに摩擦係数はさらに低下し、この結果、車両は後方に転がることになる。

以下にわかりやすい計算例として、質量ｍ＝１５００ｋｇの車両を考察することにする。車輪直径は０．６ｍとする。さらに、１５％の勾配を有するμスプリット上り斜面（したがって、α＝ａｒｃｔａｎ（０．１５）＝８．５°である）が存在するものとする。摩擦係数の対は、０．２／１．０、即ち低μ側はμ＝０．２であり、高μ側はμ＝１．０である。斜面被駆動トルクＭＷＳに対しては以下が得られる。

伝達可能トルクとして、以下が得られる。

したがって、２１０Ｎｍの差が得られる。

しかしながら、μロー車輪にブレーキ・トルクを加えることにより、差動歯車装置を介して、μハイ車輪における伝達可能トルクが上昇可能である。
したがって、追加ブレーキ・トルクとして、Ｍｄｅｌｔａ＝２１０Ｎｍの大きさの差が加えられなければならない。駆動車軸を介して加えられるべきブレーキ・トルクは両方の駆動車輪にそれぞれ半分ずつ分配される。したがって、μロー側およびμハイ側に対する追加ブレーキ・トルクとして、以下が得られる。

上り斜面における発進過程においては、いずれにせよ滑っているμロー車輪には高いブレーキ圧力が加えられるので、μハイ車輪においてのみ追加ブレーキ・トルクＭｂｒｅｍｓＺｕｓＨｉｇｈＲａｄが加えられなければならない。

ブレーキ圧力とブレーキ・トルクとの間の関係は次式により決定される。

Ｍｂｒｅｍｓ［Ｎｍ］＝Ｃ［Ｎｍ／バール］＊ｐＢｒｅｍｓ［バール］
ここで、［］内にそれぞれ、変数の物理単位が与えられている。定数Ｃが例えば値１２．５Ｎｍ／バールをとったとき、これによりハイμ車輪に次のブレーキ圧力Ｐ＿ＨｉｈｇＲａｄが与えられる。

Ｐ＿ＨｉｇｈＲａｄ＝ＭｂｒｅｍｓＺｕｓＨｉｇｈＲａｄ／Ｃ＝８．４バール
車両内のパラメータの設定は、例えば、μスプリット上り斜面が検出された場合、ハイμ車輪に割り当てられているブレーキ内に１５％勾配に対するブレーキ圧力が供給されるように行われてもよい。ハンド・ブレーキ・スイッチと組み合わせて、計算されたこの値に、例えば５バールの大きさのオフセット値がそれに加算される。

ステップ３：制御された圧力低下
μスプリット検出後の圧力上昇は、まず第一に、常に、車両が上り斜面上にあるものとして行われる。勾配が例えば１０％であるかまたは２０％であるかは関係なく、その理由は、この場合、斜面被駆動力に抗して力が加えられなければならないからである。

一方で、平坦なμスプリット走行路面（勾配なし）が発生する場合がある。例えば１０バールの制御ブレーキ圧力は、推進をそれほど低減しなくても、ドライバには感知可能である。この理由から、適応圧力低下が行われるべきである。圧力の低下率（即ち単位時間当たりの圧力変化）は状態に関する情報の関数として行われる。特に、
平坦なμスプリット走行路面が発生した場合には急速な圧力低下が、および
μスプリット上り斜面が発生した場合には段階的圧力低下が、
行われる。μスプリット制御においては、制御ないし車両応答の時間特性が推測可能である。平坦なμスプリット走行路面が存在する場合にドライバが加速ペダルを踏んだとき、車両の応答はきわめて急速に行われる。加速ペダルの操作と車両の運動開始との間の時間間隔は一般に１秒以下である。しかしながら、上り斜面においては、車両運動の開始はたいていの場合２．５−４秒の時間後に行われる。

したがって、μスプリット検出およびブレーキ圧力制御後１秒以内に車両が動き出したときには、直ちに圧力低下の実行が提供される。その他の場合には、μロー車輪の車輪回転速度が再び低下したとき直ちに、即ち車輪加速度が負となったとき直ちに低下が行われる。この圧力低下は圧力低下勾配を介して行われ、この勾配（傾斜）は設定可能である。

本方法の原理的流れ図が図２に示されている。ここで、ブロック２００内において、μスプリット走行路面上の発進過程が存在するかどうかが決定される。それに続いてフローはブロック２０１に移行される。ブロック２０１において、ハイμ車輪におけるブレーキ圧力の上昇が行われる。それに続いて、フローはブロック２０２に移行され、ブロック２０２において、ハイμ車輪における制御された圧力低下が行われる。

図３に本発明による装置の原理的構成図が示されている。ここで、ブロック３００はセンサ手段を含み、センサ手段は、例えば加速ペダルの位置、サイド・ブレーキの位置等を測定する。これらのセンサ手段の出力信号は検出手段３０１に伝送される。検出手段３０１において、μスプリット走行路面上における発進過程が存在するかどうかが検出される。ブロック３０１の出力信号はブレーキ圧力上昇手段３０２に伝送される。このブレーキ圧力上昇手段により、場合によりハイμ車輪におけるブレーキ圧力上昇が実行される。

図１に車両並びに上り斜面上の車両に作用する力が示されている。 図２は本発明による方法の原理的流れ図を示す。 図３は本発明による装置の原理的構成図を示す。

Claims (6)

1. 高摩擦係数側と低摩擦係数側とを有するμスプリット走行路面上における発進過程の存在が検出される（２００）こと、および
   その結果として、車両の高摩擦係数側の駆動車輪においてブレーキ圧力（Ｐ＿ＨｉｇｈＲａｄ）が上昇される（２０１）こと、および
   上昇されたブレーキ圧力（Ｐ＿ＨｉｇｈＲａｄ）の低下速度は、μスプリット走行路面が車両縦方向に上方傾斜している（α）かどうかの関数であること、および
   発進過程を開始するためのドライバによる加速ペダル操作と車両の運動開始との間の時間間隔が決定されること、および
   上昇されたブレーキ圧力の低下速度が、決定された時間間隔の関数であること、
   を含む、μスプリット走行路面上における発進過程の間の車両におけるブレーキ制御方法。
2. ブレーキ圧力が、一定値（Ｐ＿ＨｉｇｈＲａｄ）だけ上昇される（２０１）ことを特徴とする請求項１に記載のブレーキ制御方法。
3. ブレーキ圧力が、
   ドライバによってサイド・ブレーキが操作されていないときには、第１の一定値（Ｐ＿ＨｉｇｈＲａｄ）だけ上昇されること、および
   ドライバによってサイド・ブレーキが操作されているときには、第１の一定値（Ｐ＿Ｈｉｇｈｒａｄ）に加えて、第２の一定値（Ｐ＿ＨａｓＯｆｆｓｅｔ）だけ上昇されること、
   を特徴とする請求項１に記載のブレーキ制御方法。
4. 高摩擦係数側と低摩擦係数側とを有するμスプリット走行路面上における発進過程の存在を検出するための検出手段（３０１）と、
   前記検出手段により検出された、高摩擦係数側と低摩擦係数側とを有するμスプリット走行路面上における発進過程の存在の結果として、車両の高摩擦係数側の駆動車輪においてブレーキ圧力（Ｐ＿ＨｉｇｈＲａｄ）を上昇させるためのブレーキ圧力上昇手段（３０２）と、
   を含み、上昇されたブレーキ圧力（Ｐ＿ＨｉｇｈＲａｄ）の低下速度は、μスプリット走行路面が車両縦方向に上方傾斜している（α）かどうかの関数であり、
   発進過程を開始するためのドライバによる加速ペダル操作と車両の運動開始との間の時間間隔が決定され、
   上昇されたブレーキ圧力の低下速度が、決定された時間間隔の関数である、
   μスプリット走行路面上における発進過程の間の車両におけるブレーキ制御装置。
5. ブレーキ圧力が一定値（Ｐ＿ＨｉｇｈＲａｄ）だけ上昇される（２０２）ように、ブレーキ圧力上昇手段（３０２）が形成されていることを特徴とする請求項４に記載のブレーキ制御装置。
6. ブレーキ圧力が、
   ドライバによってサイド・ブレーキが操作されていないときには、第１の一定値（Ｐ＿ＨｉｇｈＲａｄ）だけ上昇されること、および
   ドライバによってサイド・ブレーキが操作されているときには、第１の一定値（Ｐ＿Ｈｉｇｈｒａｄ）に加えて、第２の一定値（Ｐ＿ＨａｓＯｆｆｓｅｔ）だけ上昇されること、
   を特徴とする請求項４に記載のブレーキ制御装置。

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