JP5080659B2 - 油圧式ブレーキシステムの剛性変化の検知方法およびその制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、油圧式の自動車ブレーキシステムの剛性変化を検知するのための方法並びにこの方法の実施するためのアルゴリズムを備えた制御装置に関する。

既知の油圧式自動車ブレーキ装置では、特にブレーキフルード内の空気侵入によってブレーキ特性の変化が生じる。ブレーキ特性の変化は、ドライバーによって通常ブレーキペダルの操作の際に認知されるが、それは車の同じ減速を達成するためにより大きなペダルストロークが必要となるからである。しかしながら、このことは、ブレーキペダルとブレーキキャリパとの間に機械的支配関係のある在来の油圧式ブレーキ装置に対してしか当てはまらない。それに対して、ブレーキペダルがその他のブレーキシステムから機械的に分離されているブレーキ装置の場合には、ブレーキ装置はブレーキペダルに関するフィードバックを行わない。

本発明の課題は、ブレーキシステム（油圧式のものでも分離されているものでも）の剛性変化を自動的に検知することのできる方法を提供することである。

この課題は、本発明によれば請求項に記載されているメルクマールによって解決される。本発明のその他の実施態様は諸従属請求項の対象となっている。
本発明の一つの重要な側面は、バキュームブレーキブースタのバキュームチャンバの中の支配的圧力をブレーキの操作及び非操作状態のもとで測定し、測定された圧力からブレーキ特性のために特徴的な特性値、例えばブースタメンブレン或いは主ブレーキシリンダが動いた動程、主ブレーキシリンダによって排出された量或いは単純に二つの状態の間の圧力差を計算し、この特性値を基準値と比較するということにある。これによって、ブレーキシステムの剛性変化を、測定されたバキュームチャンバ圧力だけに基づいて検知することが可能となる。

基準値は、好ましくは（例えばフィード圧力の）油圧ブレーキ圧力の関数として計算されるか或いは特性曲線に基づいて決定される。
本発明の第一の実施態様によれば、特性値として操作及び非操作状態のもとでのバキュームチャンバ圧力の間の圧力差が計算されて基準値と比較される。基準値Δｐは、例えば次式を用いて、油圧ブレーキ圧力ｐ_ＭＣ ^{Ａｐｐl．}の関数として計算されるか或いは対応する特性曲線から求められる。

（式の説明は具体的な実施例の説明参照）。
第一の実施態様に基づく方法の場合、バキュームチャンバ圧力は、好ましくは先ずブレーキの操作状態のもとで、またその後に非操作の状態で測定される。

本発明の第二の実施態様によれば、ブレーキブースタのメンブレンが動いた動程或いはそれに比例した値が操作及び非操作状態のもとで測定されたバキュームチャンバ圧力の関数として決定される。メンブレンが動いた動程ｓは、例えば次式によって求めることができる。

（式の説明は具体的な実施例の説明参照）。
そのようにして計算された動程ｓから、好ましくは主ブレーキシリンダによって排出された量が計算される。この量Ｖ_ＭＣは、例えば次のように計算することができる。

バキュームチャンバ圧力から決定された量Ｖ_ＭＣは、好ましくは、システムに格納されているｐ／Ｖ＝特性曲線から求められた量と比較される。差が予め定められた閾値よりも大きいと、ブレーキシステムの剛性変化が検知される。このことは、ドライバーに、例えばコントロールランプ或いはその他の装置によって知らせることができる。

図１は、バキュームブレーキブースタの概略図である。 図２は、油圧式ブレーキシステムの剛性変化を検知するための方法の重要なプロセスステップを示すための流れ図である。 図３は、本発明の第二の実施態様に基づくブレーキシステムの剛性変化を検知するための方法の重要なプロセスステップを示すための流れ図である。

図１は、従来技術から知られている、従来のバキュームブレーキブースタ（ＵＢＫＶ）の概略図を示している。このＵＢＫＶは、本質的に作動チャンバ２、バキューム接続端３の付いたバキュームチャンバ１、及び二つのチャンバ１、２の間に配置されている作動メンブレン７を含んでいる。バキューム接続端３には、例えば内燃機関によって駆動されてバキュームチャンバ１の中に予め定められた低圧を生成するバキューム源（図示されていない）が接続されている。ＵＢＫＶ８の中央領域には、二つの機能、即ち、ａ）作動チャンバ２をバキュームチャンバ１から切り離すか或いは二つのチャンバ１、２を互いに結合し、ｂ）作動チャンバ２に空気を送り込むか或いは周囲の空気から切り離すという機能、を果たす二重弁４が配置されている。

非制動状態のもとでは、バキュームチャンバ１と作動チャンバ２との間の接続は開いている。従って、二つのチャンバ１、２の中では同じ低圧が支配している。フットブレーキが操作されると、二つのチャンバ１、２は互いに分離され且つ作動チャンバ２に空気が送り込まれる。

ピストンロッド６を通じて調節された動程に応じて、バキュームチャンバ１の中の圧力と周囲圧力との間の圧力差が調整される。その際、この圧力差の結果として生じる作動メンブレン７に対する力がピストンロッド６を通じて発揮されるブレーキ力を増幅する。力Ｆの解除の後、周囲の空気による通気が遮断されてチャンバ弁が再び開かれる。それによって、二つのチャンバ１、２にバキューム源から低圧が課せられる。

既知のＵＢＫＶとは異なり、図示されているＵＢＫＶ８は、センサ装置９、１０、１１を含んでおり、それ等のセンサ装置によって、ブレーキブースタの力動程特性の変化を測定することができる。センサ装置は、ここではバキュームチャンバ１の中に配置され、出力信号が制御装置（ＥＣＵ）１１によって評価される圧力センサ９、並びに、同じく制御装置１１と接続されている、油圧式のブレーキ圧力（フィード圧力）の測定のための圧力センサ１０を含んでいる。
〔バリアント１：ブレーキペダルの解放の際の剛性の確定〕
本発明の第一の実施態様によれば、バキュームチャンバ１の中の支配的圧力が、先ずブレーキの操作状態のもとで測定され、次いで解除された状態のもとで測定され、そこから圧力差が形成される。次いで、この圧力差は基準値と比較される。

図２はこの方法の場合の重要なプロセスステップを示している。
ステップ１５で先ず、フットブレーキが操作され且つ予め定められている短い時間間隔、例えば少なくとも５００ミリ秒の間、一定に保持されていたか否かが監視される。更に、
バキュームチャンバ１内で支配的な低圧が一定であるか否かがチェックされる。二つの条件が満たされていると、ステップ１６でバキュームチャンバ１の中の低圧ｐ_ＦＣ ^{Ａｐｐｌ．}（Ａｐｐｌ．は“加えられた”又は“操作された”を意味し、ＦＣはフロントチャンバ又はバキュームチャンバを意味する）の測定、並びに油圧式ブレーキ圧力ｐ_ＭＣ ^{Ａｐｐｌ．}（ＭＣはマスターシリンダ又は主ブレーキシリンダを意味する）の測定が行われる。

次のステップ１７では、ペダルの運動方向が変わってブレーキが解除されるか否かが監視される。フットブレーキペダルが、予め定められた短い時間の間解除され且つバキュームチャンバ１の中の支配的圧力が予め定められた時間間隔の間一定であると、ステップ１８で、圧力測定値ｐ_ＦＣ ^Ｒｅｌ．（Ｒｅｌ．は“離された”又は“解除された”を意味する）が記録され、この値は次の計算の基礎とされる。

次いで、ステップ１９では、圧力差Δｐ＝ｐ_ＦＣ ^Ｒｅｌ．−ｐ_ＦＣ ^{Ａｐｐｌ．}が二つの測定値から形成される。
基準値については次の方程式が成立する。

ここで、αは、ブレーキシリンダ内のパッキングの圧力に依存した摩擦を表し、Ｄは、ばねの力と圧力に依存した摩擦を表し、Ｆ_０は、メンブレンがその静止位置から動く前に圧力差を通じてメンブレン７に対して加えられなければならない初期力を表している。更に、Ａ_ＭＣは、主ブレーキシリンダの有効面積であり、ｓ_Ｂは、メンブレン或いは主ブレーキシリンダが動いた動程である。

式（４）は、次の考察から導き出すことができる。ブレーキブースタ８内の全空気量Ｖ_Ｂについては、次式が成立する。

式（４）ではバキュームチャンバ１のバキューム供給のための接続はブレーキ解除の際に遮断される、と云うことが仮定されていた。これが当てはまらない場合には、ブレーキブースタが作動していない間のバキュームチャンバ１内の圧力が測定されることによって、先ずバキューム供給の圧力ｐ_ＶＡＣが定められる。ブレーキ解除の間に持続的にバキュームチャンバ１の中の圧力が測定される。チャンバ圧力ｐ_ＲＣとバキューム圧力との差からブレーキ解除の間に流出する空気量を確定することが出来る：

但し、

式（５−２）からメンブレン７の変位Ｓ_Ｂを計算することができるようにするためには、作動状態のもとでの作動チャンバの中の支配的圧力ｐ_ＲＣ ^{Ａｐｐｌ．}（ＲＣはリヤチャンバを意味する）が確定されなければならない。そのために操作状態のもとでの主ブレーキシリンダとメンブレン７との間の力のバランスが、次式によって考慮される。

但し、αは、ブレーキシリンダ内のパッキングの圧力に依存した摩擦を表し、Ｄは、ばね（メンブレンと主ブレーキシリンダ）の力と動程に依存した摩擦を表し、Ｆ_０は、メンブレンがその静止位置から動く前に圧力差を通じてメンブレン７に対して加えられなければならない初期力を表している。

式（６）は、機械的結合無しのシステムに対してのみ当てはまる。通常のバキュームブレーキブースタの場合には、この式は力の入力値（インプット力）Ｆ_ｉｎが考慮されるように、次式のように修正されるものとする。

ブレーキブースタのコントロールポイントに未だ到達していない（このことは、ｐ_ＭＣによって知ることができる）間は、増幅は、増幅率βを用いて次式によって線形近似で求められる。

ここで、値Ａ_ＢをＡ_Ｂ（１＋１／β）によって置き換えると、式（６）は、従来のバキュームブレーキブースタの場合にもその有効性を保持する。
式（５−２）及び式（６）から、ペダルが放された時のメンブレン７の動程ｓ_Ｂが、次のように計算される。

式（７）と式（８）から計算された動程ｓ_Ｂは、直接（或いは動程ｓ_Ｂを量［＝体積］Ｖへ変換した後で）そのブレーキシステムに特徴的なｐＶ特性曲線と比較することができる。かくして、二つの値の差から、空気の侵入があるか否かを確認することができる。

しかしながら、式（７）は、ここに示された形では制御装置で計算するには大変であり、又この式の適用のためには、何時ブレーキシステム内の空気量の受け入れが一定の限界を越えるかということだけが問題となるので、次の手法が提案される。

先ず式（７）と式（８）を、操作された状態と解除された状態のもとでの圧力差Δｐ＝ｐ_ＦＣ ^Ｒｅｌ．−ｐ_ＦＣ ^{Ａｐｐｌ．}について解くと、次式が得られる。

この式において、不明なのは主シリンダが動いた動程ｓ_Ｂだけである。この値は、後に示される式を通じて、油圧のフィード圧力Ｐ_ＭＣの関数として、また排気されたブレーキシステムのｐＶ特性曲線Ｖ_ＭＣ＝Ｖ_ＭＣ ^{ＮｏＡｉｒ}（ｐ_ＭＣ）から確定することができる。

従って、式（９）は単なる油圧Ｐ_ＭＣの関数となり、測定されたそれぞれの油圧ｐ_ＭＣｒ ^{Ａｐｐｌ．}に対して、予測される圧力差Δｐの値をもたらす。従って、測定された圧力差Δｐは、特性曲線（９）から求められた圧力差だけと比較されなければならない。これ等の二つの値が予め定められた閾値よりも互いに大きく違っている場合には、危険状態が検知され、それに対応した警告信号が出力される。
〔バリアント２：ブレーキペダルの操作の際の剛性の確定〕
本発明の第二の実施態様によれば、フットブレーキペダルの際に主ブレーキシリンダによって排出された量Ｖ_ＭＣが求められて、そのシステムのｐＶ特性曲線と比較される。操作された状態（Ａｐｐｌ．）のもとでのバキュームチャンバ１（ＦＣ）の量については、次式が当てはまる。

その際、ここでも又、バキューム供給が中断されるということが前提とされていた。差量は、上述のケースと同様の手法で計算し且つ考慮することができる。
その際、ｐ_ＦＣ ^Ｒｅｌ．及びｐ_ＦＣ ^{Ａｐｐｌ．}は、それぞれ非操作状態と操作状態のもとでのバキュームチャンバ１内の圧力であり、またｋ＝１は等温状態変化の場合である。するとメンブレン７の動いた動程ｓ_Ｂ ^Ａｐｐl.については、次式が当てはまる。

その際、Ａ_Ｂはメンブレン７の有効面積である。主ブレーキシリンダによって排出された量Ｖ_ＭＣは、今や主ブレーキシリンダの断面積Ａ_ＭＣと動程ｓ_Ｂ ^Ａｐｐl.から計算される。何故なら、主ブレーキシリンダ８の中で動かされた動程は、主ブレーキシリンダ（ＭＣ）内で圧力上昇が行われるまでのメンブレン７の動程から遊び動程ｓ_０を差し引いたものと同じだからである。そこで、次式が成立する。

Ｖ_ＭＣを排気されたブレーキシステムのｐＶ特性曲線と比較することによって、Ｖ_ＭＣ＝Ｖ_ＭＣ ^{Ｎｏ．Ａｉｒ}・（Ｐ_ＭＣ）、ブレーキシステム内に空気の侵入があるか否かを確認することができる。

Claims (12)

1. バキュームブレーキブースタ（８）を備えた油圧式ブレーキシステムの剛性変化の検知方法において、
   ブレーキの操作状態と非操作状態のもとでのバキュームブレーキブースタ（８）のバキュームチャンバ（１）内の支配的圧力（ｐ_ＦＣ）を測定するステップと、
   測定されたバキュームチャンバ圧力の関数として、ブレーキ特性のために特徴的な特性値（Ｓ_Ｂ、Ｖ_ＭＣ、Δｐ）を決定するステップと、
   特徴的な特性値（Ｓ_Ｂ、Ｖ_ＭＣ、Δｐ）と基準値とを比較するステップと
   を含むことを特徴とする油圧式ブレーキシステムの剛性変化の検知方法。
2. 操作状態と非操作状態のもとで測定されたバキュームチャンバ圧力の間の圧力差（Δｐ）が、前記特徴的な値として計算され、対応する基準値と比較されることを特徴とする請求項１に記載の検知方法。
3. 前記基準値が、油圧ブレーキ圧力（ｐ_ＭＣ）の関数として測定されることを特徴とする請求項２に記載の検知方法。
4. 前記基準値が、次式
   

   

   によって、或いは対応する特性曲線から求められることを特徴とする請求項３に記載の検知方法。
5. メンブレン（７）の動いた動程（ｓ_Ｂ）がシステムに格納されているｐＶ特性曲線に基づいて確定されることを特徴とする請求項４に記載の検知方法。
6. バキュームチャンバ圧力が、先ずブレーキの操作状態のもとで測定され（ｐ_ＦＣ ^Ａｐｐl.）、その後非操作状態のもとで測定される（ｐ_ＦＣ ^Ｒｅｌ．）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検知方法。
7. メンブレン（７）の動いた動程（ｓ_Ｂ）或いはそれに比例した値が、測定されたバキュームチャンバ圧力の関数として確定されることを特徴とする請求項１に記載の検知方法。
8. 前記動程（ｓ_Ｂ）が、次式
   

   

   に基づいて計算されるとことを特徴とする請求項７に記載の検知方法。
9. メンブレン（７）の動いた動程（ｓ_Ｂ）から、主ブレーキシリンダによって排出された量（Ｖ_ＭＣ）が決定されることを特徴とする請求項８に記載の検知方法。
10. 主ブレーキシリンダによって排出された量（Ｖ_ＭＣ）が、次式
    

    

    に基づいて計算されることを特徴とする請求項９に記載の検知方法。
11. バキュームチャンバ圧力から決定された量（Ｖ_ＭＣ）が、ｐＶ特性曲線から求められた量と比較されることを特徴とする請求項１０に記載の検知方法。
12. 請求項１ないし１１のいずれかに記載された検知方法を実施するための手段を含んでいる制御装置。

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