JP4934741B2

JP4934741B2 - ブレーキ装置

Info

Publication number: JP4934741B2
Application number: JP2010208725A
Authority: JP
Inventors: 進也井村; 謙一郎松原; 浩隆及川
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2028-09-18
Also published as: JP2011020674A

Description

本発明は、車両の制動力制御を行うブレーキ装置に関する。

近年、制動力制御を行うブレーキ装置が注目を浴びている（特許文献１参照）。

特許文献１では、前輪速度（＝タイヤ半径×前輪角速度）と後輪速度（＝タイヤ半径×後輪角速度）の差が目標値と一致するように、制動力を制御している。車両を安定して減速させるためには、前後制動力比（前輪制動力と後輪制動力の比率）を前後接地荷重比（前輪接地荷重と後輪接地荷重の比率）に等しくする、いわゆる理想制動力配分にすることが望ましい（参考文献：自動車技術会「自動車技術ハンドブック１基礎・理論編」ｐ.１４１，１４２）。特許文献１では、前輪速度と後輪速度の差の目標値を０とし、前輪速度と後輪速度を一致させることにより、理想制動力配分を実現している。これは、次のような原理による。

車輪が発生する制動力Ｆは、次式のように、車輪接地荷重Ｗとスリップ比Ｓの積に比例する式で近似できることが知られている。ここで、ｋは主にタイヤの種類によって決まる比例定数である。

スリップ比Ｓは、車輪進行速度Ｖと車輪速度（Ｒ・ω）（ここで、Ｒはタイヤ半径，ωは車輪角速度）によって決まり、次式で表される。

前輪と後輪で、車輪進行速度Ｖはほぼ等しいので、車輪速度（Ｒ・ω）が等しくなると、スリップ比Ｓがほぼ等しくなる。前輪と後輪でスリップ比Ｓが等しい時、数１より、前後制動力比は前後接地荷重比に比例する。

特開平９−２２２２号公報

しかし、特許文献１の方法では、前後制動力比を前後設置荷重比に等しくすることはできるが、前後制動力比を任意の比率にすることはできない。前輪速度と後輪速度の差の目標値を０ではない値にすることで、理想制動力配分に比べて前輪制動力と後輪制動力のどちらかを大きくすることはできるが、その時に実際に発生している前輪制動力と後輪制動力の比率は不明である。よって、車両挙動を安定化するための制動力配分制御（参考文献：自動車技術会「自動車技術ハンドブック１基礎・理論編」ｐ.２７４〜２７８）やヨーモーメント制御（同ｐ.２８７〜２８９）などを精度良く行うことはできない。

本発明の目的は、実際に発生している前輪制動力と後輪制動力の比率を任意の比率にすることができるブレーキ装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の望ましい態様の一つは次の通りである。

本ブレーキ装置は、車輪の角速度を検出する車輪角速度検出部と、車輪の接地荷重を推定する接地荷重推定部と、前輪と後輪の少なくとも一方の制動力の目標値を演算する目標値演算部と、制動時の角速度と接地荷重から前輪制動力と後輪制動力の比率である前後制動力比を推定し、前後制動力比に基づいて前輪と後輪の少なくとも一方の制動力を制御するための前後制動力補正値を演算する前後制動力補正値演算部と、制動力目標値と前後制動力補正値に基づいて制動力指令値を演算する指令値演算部と、制動力指令値に基づいて車輪に制動力を発生する制動力発生部を備える。

本発明によれば、実際に発生している前輪制動力と後輪制動力の比率を任意の比率にすることができるブレーキ装置を提供することができる。

車両の構成例。前後制動力補正値演算部６が行う演算のフローチャートの一例。車速，前後加速度Ａｘ，横加速度Ａｙ，ヨーレートγの一例。車輪角速度ωａ，ωｂ，ωｃ，ωｄを平均車輪角速度で割った値の一例。計算した車輪接地荷重Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ，Ｗｄの一例。計算した車両進行速度Ｖｖを平均車輪速度で割った値の一例。計算したスリップ比Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄの一例。計算した前後制動力比（Ｆｆ／Ｆｒ）の一例。計算した総制動力Ｆｖの一例。計算した前輪制動力Ｆｆと、後輪制動力Ｆｒの一例。

図１に、車両の構成例を示す。

図１の車両は、車輪１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，車輪角速度検出部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，ヨーレート検出部３，車輪接地荷重推定部４，制動力目標値演算部５，前後制動力補正値演算部６，前輪左右制動力補正値演算部７，後輪左右制動力補正値演算部８，制動力指令値演算部９，制動力発生部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄで構成される。

尚、車輪接地荷重推定部４，制動力目標値演算部５，前後制動力補正値演算部６，前輪左右制動力補正値演算部７，後輪左右制動力補正値演算部８，制動力指令値演算部９は、まとめて１つのコンピュータで構成しても良いし、複数のコンピュータで構成しても良い。

車輪角速度検出部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、車輪１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの角速度ωａ，ωｂ，ωｃ，ωｄを検出するもので、これらの車輪、もしくはこれらの車輪の車軸に取り付けられた回転センサで構成する。

ヨーレート検出部３は、車両のヨーレート（ヨー角速度）γ（上から見て反時計回りが正）を検出するもので、ジャイロセンサで構成する。

車輪接地荷重推定部４は、車両の前後加速度Ａｘ（加速方向が正）と、横加速度Ａｙ（左方向が正）から、次式を用いて、車輪１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの接地荷重Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ，Ｗｄを計算するもので、コンピュータで構成する。ここで，Ｗｓａ，Ｗｓｂ，Ｗｓｃ，Ｗｓｄは静止時の車輪１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの接地荷重，ｇは重力加速度，Ｈは車両重心高，Ｌはホイールベース，Ｄｆは前軸トレッド，Ｄｒは後軸トレッドで、車種毎に予め設定しておく。

尚、横加速度Ａｙは、図示しない横加速度センサで検出する。前後加速度Ａｘは、図示しない前後加速度センサで検出しても良いし、次式のように、車輪速度の平均値を時間微分して計算しても良い。

また、車輪接地荷重推定部４を用いる替わりに、車輪接地荷重検出部を用いても良い。車輪接地荷重検出部は、車輪接地荷重Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ，Ｗｄを検出するもので、これらの車輪のホイール、もしくはこれらの車輪のサスペンションに取り付けられた変位センサ、もしくはひずみセンサで構成する。

制動力目標値演算部５は、ブレーキペダルストローク量やマスタシリンダ圧から、総制動力目標値（ドライバが要求している総制動力）ＴＦｖを決定し、次式を用いて、前輪制動力目標値（前輪１ａ，１ｂの合計制動力の目標値）ＴＦｆと、後輪制動力目標値（後輪１ｃ，１ｄの合計制動力の目標値）ＴＦｒを計算するもので、コンピュータで構成する。ここで、Ｗｖは全車輪の総接地荷重で、Ｗｖ＝Ｗｓａ＋Ｗｓｂ＋Ｗｓｃ＋Ｗｓｄである。

また、数８，数９では前後制動力比が理想制動力配分になるように目標値を決めているが、車両挙動の安定性を考慮して前輪が先にロックするように、前輪制動力目標値ＴＦｆを数８の値よりも大きく、後輪制動力目標値ＴＦｒを数９の値よりも小さくしても良い。

前後制動力補正値演算部６は、車輪角速度ωａ，ωｂ，ωｃ，ωｄと、ヨーレートγと、車輪荷重Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ，Ｗｄと、前輪制動力目標値ＴＦｆと、後輪制動力目標値ＴＦｒから、前輪制動力補正値ＣＦｆと、後輪制動力補正値ＣＦｒを計算するもので、コンピュータで構成する。前後制動力補正値演算部６の詳細については、後述する。

前輪左右制動力補正値演算部７は、前輪角速度ωａ，ωｂから、前輪制動力の左右差を小さくするための前輪左右制動力補正値ＣＦｆｌｒを計算するもので、コンピュータで構成する。この計算は、予め設定した直進制動の条件を満たしている間と、条件を満たさなくなった後でドライバがブレーキを止めた時に行う。直進制動の条件は、例えば、減速度が１ｍ／ｓ²以上で、かつ、横加速度の絶対値が０.２ｍ／ｓ²以下で、かつ、左右制動力配分制御やヨーモーメント制御を行っていない時、とする。まず、直進制動の条件を満たしている間、次式を用いて、前輪左右制動力補正値の更新値ΔＣＦｆｌｒを計算する。尚、ｋｆｌｒは前輪左右制動力補正値更新係数で、前輪制動力の左右差が十分に小さくなるように、予め設定しておく。ここで、ｔは時間を表しており、直進制動の条件を満たした時刻を０とする。

そして、直進制動の条件を満たさなくなり、その後、ドライバがブレーキを止めてから、次式のように、前輪左右制動力補正値ＣＦｆｌｒを更新する。更新した補正値は、次の制動時に用いる。

後輪左右制動力補正値演算部８は、後輪角速度ωｃ，ωｄから、後輪制動力の左右差を小さくするための後輪左右制動力補正値ＣＦｒｌｒを計算するもので、コンピュータで構成する。この計算は、前輪と同様に、まず、直進制動の条件を満たしている間、次式を用いて、後輪左右制動力補正値の更新値ΔＣＦｒｌｒを計算する。尚、ｋｒｌｒは後輪左右制動力補正値更新係数で、後輪制動力の左右差が十分に小さくなるように、予め設定しておく。

そして、直進制動の条件を満たさなくなり、その後、ドライバがブレーキを止めてから、次式のように、後輪左右制動力補正値ＣＦｒｌｒを更新する。更新した補正値は、次の制動時に用いる。

制動力指令値演算部９は、前輪制動力目標値ＴＦｆと、後輪制動力目標値ＴＦｒと、前輪制動力補正値ＣＦｆと、後輪制動力補正値ＣＦｒと、前輪左右制動力補正値ＣＦｆｌｒと、後輪左右制動力補正値ＣＦｒｌｒから、次式を用いて、車輪１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの制動力指令値ＴＦａ，ＴＦｂ，ＴＦｃ，ＴＦｄを計算するもので、コンピュータで構成する。

制動力発生部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、制動力指令値ＴＦａ，ＴＦｂ，ＴＦｃ，ＴＦｄに基づいて、車輪１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに制動力を発生するもので、例えば、油圧装置とブレーキキャリパとブレーキロータで構成する。また、制動力発生部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、電動モータで構成しても良い。

図２に、前後制動力補正値演算部６が行う演算のフローチャートの一例を示す。

ステップ１０１では、前後制動力補正値の計算を行うか否かの判定を行う。この判定条件は、旋回制動を行っており、前後制動力補正値を精度良く計算できるように、予め設定しておく。例えば、減速度が１ｍ／ｓ²以上で、かつ、横加速度の絶対値が１ｍ／ｓ²以上で、かつ、左右制動力配分制御やヨーモーメント制御を行っていない時、とする。判定条件を満たしていれば、ステップ１０２に進み、満たしていなければ、前後制動力補正値の計算は行わない。

尚、車速が低い時は車輪角速度の検出精度が低いことを考慮して、ステップ１０１の判定条件には、車速が閾値以上（例えば２０ｋｍ／ｈ以上）という条件を追加しても良い。また、制動力の左右差が大きい時は、後述する数３０，数３１が成り立たなくなることを考慮して、ステップ１０１の判定条件には、前輪左右制動力補正値の更新値ΔＣＦｆｌｒや後輪左右制動力補正値の更新値ΔＣＦｒｌｒの絶対値が閾値以下（例えば２０Ｎ以下）の条件を追加しても良い。

ステップ１０２では、前輪制動力積分値ＳＦｆと、後輪制動力積分値ＳＦｒと、前輪制動力目標値の積分値ＳＴＦｆと、後輪制動力目標値の積分値ＳＴＦｒをリセット（０を代入）する。

ステップ１０３では、次式を用いて、車両進行速度Ｖｖを計算する。

尚、数１８は、次のように求めたものである。

車輪１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの制動力Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄは、接地荷重Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ，Ｗｄと、スリップ比Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄを用いて、次式で表される。

スリップ比Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄは、車輪１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの進行速度Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄと、角速度ωａ，ωｂ，ωｃ，ωｄによって決まり、次式で表される。

車輪進行速度Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄは、次式で表される。

左右制動力配分制御を行っていなければ、前輪制動力のＦａとＦｂがほぼ等しく、後輪制動力のＦｃとＦｄがほぼ等しいため、数１９〜数２２より、次式が成り立つ。

数３１に、数２３，数２４を代入すると、次式になる。

数３３の分母のＶａとＶｂを、Ｖａ≒Ｖｂと近似すると、次式になる。

数３４に、数２７，数２８を代入すると、次式になる。

前輪と同様の計算を、後輪に関しても行うと、次式を得られる。

これまでの計算には近似が多く含まれていたため、数３５で計算した車両進行速度Ｖｖと、数３６で計算した車両進行速度Ｖｖは、通常、完全には一致しない。そこで、ステップ１０３では、数３５と数３６の平均値を車両進行速度Ｖｖと見なすこととし、数１８を用いて計算する。

ステップ１０４では、数２３〜数２６を用いて、スリップ比Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄを計算する。

ステップ１０５では、次式を用いて、前後制動力比（Ｆｆ／Ｆｒ）を計算する。

ステップ１０６では、次式を用いて、総制動力Ｆｖを計算する。ここで、Ｍは車両重量で、車種毎に予め設定しておく。

ステップ１０７では、次式を用いて、前輪制動力Ｆｆと、後輪制動力Ｆｒを計算する。

ステップ１０８では、次式のように、前輪制動力Ｆｆ，後輪制動力Ｆｒ，前輪制動力目標値ＴＦｆ，後輪制動力目標値ＴＦｒを積分し、前輪制動力積分値ＳＦｆ，後輪制動力積分値ＳＦｒ，前輪制動力目標値の積分値ＳＴＦｆ，後輪制動力目標値の積分値ＳＴＦｒを計算する。ここで、Δｔは、前後制動力補正値演算部６の演算周期である。

ステップ１０９では、ステップ１０１と同じ判定条件で判定を行う。判定条件を満たしていれば、ステップ１０３に戻り、満たしていなければ、ステップ１１０に進む。

ステップ１１０では、次式のように、前輪制動力積分値ＳＦｆ，後輪制動力積分値ＳＦｒ，前輪制動力目標値の積分値ＳＴＦｆ，後輪制動力目標値の積分値ＳＴＦｒの値を、ステップ１０３〜１０８の演算を行っていた時間ｔで割り、前輪制動力の時間平均値ＭＦｆ，後輪制動力の時間平均値ＭＦｒ，前輪制動力目標値の時間平均値ＭＴＦｆ，後輪制動力目標値の時間平均値ＭＴＦｒを計算する。

ステップ１１１では、次式を用いて、前輪制動力補正値の更新値ΔＣＦｆと、後輪制動力補正値の更新値ΔＣＦｒを計算する。尚、ｋｆは前輪制動力補正値更新係数、ｋｒは後輪制動力補正値更新係数で、どちらも、０より大きく１以下の数値を、予め設定しておく。

ステップ１１２では、ドライバがブレーキを止めたか否かの判定を行う。この判定は、ブレーキペダルストローク量が０か否か、もしくは、マスタシリンダ圧が０か否かで判定する。ドライバがブレーキを止めたら、ステップ１１３に進み、そうでなければ、ドライバがブレーキを止めるまでステップ１１２を繰り返す。

ステップ１１３では、次式のように、前輪制動力補正値ＣＦｆと、後輪制動力補正値ＣＦｒを更新し、前後制動力補正値演算部６から出力する。更新した補正値は、次の制動時に用いる。

図３〜図１０を用いて、前後制動力補正値演算部６の動作の一例を説明する。

図３は、ブレーキを踏んでいる途中でハンドルを切り始めた時の、車速，前後加速度Ａｘ，横加速度Ａｙ，ヨーレートγである。

図４は、その時の車輪角速度ωａ，ωｂ，ωｃ，ωｄを、各車輪の角速度の差を分かりやすくするために、平均車輪角速度（＝（ωａ＋ωｂ＋ωｃ＋ωｄ）／４）で割った値である。

図５は、車輪接地荷重推定部４が計算した、その時の車輪接地荷重Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ，Ｗｄである。

前後制動力補正値演算部６は、予め設定した旋回制動の条件を満たしている間、車両進行速度Ｖｖ，スリップ比Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ，前後制動力比（Ｆｆ／Ｆｒ），総制動力Ｆｖ，前輪制動力Ｆｆ，後輪制動力Ｆｒなどを計算する。本例では、旋回制動の条件は、横加速度の絶対値が１ｍ／ｓ²以上、とした。図３を見ると、条件を満たしている期間は、０.６秒から２.３秒までで、この期間で上記の計算を行う。

図６に、計算した車両進行速度Ｖｖを、図４と比較しやすくするために、平均車輪速度（＝Ｒ・（ωａ＋ωｂ＋ωｃ＋ωｄ）／４）で割った値を示す。

図７に、計算したスリップ比Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄを示す。

図８に、計算した前後制動力比（Ｆｆ／Ｆｒ）を示す。

図９に、計算した総制動力Ｆｖを示す。

図１０に、計算した前輪制動力Ｆｆと、後輪制動力Ｆｒを示す。

そして、直進制動の条件を満たさなくなったら、前輪制動力の時間平均値ＭＦｆ，後輪制動力の時間平均値ＭＦｒ，前輪制動力目標値の時間平均値ＭＴＦｆ，後輪制動力目標値の時間平均値ＭＴＦｒ，前輪制動力補正値の更新値ΔＣＦｆ，後輪制動力補正値の更新値ΔＣＦｒを計算する。

計算した結果、前輪制動力の時間平均値ＭＦｆ、後輪制動力の時間平均値ＭＦｒは、ＭＦｆ＝１２２８Ｎ，ＭＦｒ＝４４５Ｎとなった。この期間に実際に発生していた前輪制動力の時間平均値は１２３６Ｎ，後輪制動力の時間平均値は４３８Ｎであったので、ほぼ正確に推定できていることが分かる。

また、前輪制動力目標値の時間平均値ＭＴＦｆ，後輪制動力目標値の時間平均値ＭＴＦｒは、ＭＴＦｆ＝１２００Ｎ，ＭＴＦｒ＝４００Ｎであった。

また、本例では、前輪制動力補正値更新係数ｋｆ，後輪制動力補正値更新係数ｋｒは、ｋｆ＝ｋｒ＝０.５としており、前輪制動力補正値の更新値ΔＣＦｆ，後輪制動力補正値の更新値ΔＣＦｒは、ΔＣＦｆ＝０.５×（１２００Ｎ−１２２８Ｎ）＝−１４Ｎ，ΔＣＦｒ＝０.５×（４００Ｎ−４４５Ｎ）＝−２２.５Ｎとなった。

その後、ドライバがブレーキを止めてから、計算したΔＣＦｆ，ΔＣＦｒを、これまでの前輪制動力補正値ＣＦｆ，後輪制動力補正値ＣＦｒに加算し、前後制動力補正値演算部６から出力する。

以上のように、本実施例によれば、実際に発生している前輪制動力と後輪制動力の比率を任意の比率にすることができる。それにより、例えば、車両挙動を安定化するための制動力配分制御やヨーモーメント制御などを精度良く行うことができる。

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ車輪
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ車輪角速度検出部
３ヨーレート検出部
４車輪接地荷重推定部
５制動力目標値演算部
６前後制動力補正値演算部
７前輪左右制動力補正値演算部
８後輪左右制動力補正値演算部
９制動力指令値演算部
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ制動力発生部

Claims

車輪の角速度を検出する車輪角速度検出部と、
車輪の接地荷重を推定する接地荷重推定部と、
前輪と後輪の少なくとも一方の制動力の目標値を演算する目標値演算部と、
制動時の前記角速度と前記接地荷重から前輪制動力と後輪制動力の比率である前後制動力比を推定し、当該前後制動力比に基づいて前輪と後輪の少なくとも一方の制動力を制御するための前後制動力補正値を演算する前後制動力補正値演算部と、
前記制動力目標値と前記前後制動力補正値に基づいて制動力指令値を演算する指令値演算部と、
前記制動力指令値に基づいて車輪に制動力を発生する制動力発生部を備える、ブレーキ装置。
車両のヨーレートを検出するヨーレート検出部を更に備え、
前記補正値演算部は、旋回制動時の前記角速度と前記接地荷重と前記ヨーレートから前記前後制動力比を推定し、当該前後制動力比に基づいて前記前後制動力補正値を演算する、請求項１記載のブレーキ装置。
前記補正値演算部は、前記前後制動力比及び車両の減速度から全車輪の総制動力を推定し、前記前後制動力比と前記総制動力に基づいて前記前後制動力補正値を演算する、請求項１記載のブレーキ装置。
制動時の前記角速度から前輪と後輪の少なくとも一方の制動力の左右差を小さくするための左右制動力補正値を演算する左右制動力補正値演算部を更に備え、
前記指令値演算部は、前記制動力目標値と前記前後制動力補正値と前記左右制動力補正値に基づいて前記制動力指令値を演算する、請求項１記載のブレーキ装置。
前記接地荷重推定部に替えて、前記接地荷重を検出する接地荷重検出部を備える、請求項１記載のブレーキ装置。
前記目標値演算部は、ブレーキペダルの作動に応じて前記制動力目標値を演算する、請求項１記載のブレーキ装置。
前記目標値演算部は、車両挙動を安定化するための各輪の前記制動力目標値を演算する、請求項１記載のブレーキ装置。
前記接地荷重推定部は、静止時車輪接地荷重と前後加速度センサ値と横加速度センサ値から、前記接地荷重を演算する、請求項１記載のブレーキ装置。
前記接地荷重推定部は、前記接地荷重を検出する接地荷重検出部を備える、請求項１記載のブレーキ装置。
前記接地荷重推定部は、前記接地荷重を予め設定しておく、請求項１記載のブレーキ装置。
前記接地荷重推定部は、前記静止時車輪接地荷重を予め設定しておく、請求項８記載のブレーキ装置。
前記接地荷重推定部は、エンジンやモータによって発生した総駆動力と、前後加速度センサ値から、前記静止時車輪接地荷重を演算する、請求項８記載のブレーキ装置。
前記接地荷重推定部は、前記前後加速度センサ値を検出する前後加速度センサ値検出部を備える、請求項８記載のブレーキ装置。
前記接地荷重推定部は、前記角速度と、路面傾斜角から、前記前後加速度センサ値を演算する、請求項８記載のブレーキ装置。