JP5653512B2 - ブレーキブースタ、およびこれを作動させる方法 - Google Patents
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Description
このとき、油圧式の部分ブレーキシステムの油圧式の制動作用の適合化は、最善の場合、運転者によって気づかれないうちに行われるのがよく、特に、変化するペダル感覚、ブレーキペダルの変位、操作のために印加される力の変化などに基づく運転者への反作用なしに行われるのがよい。この理由から、このような全体ブレーキ設備では油圧式のブレーキシステムから操作ユニットを、すなわちたとえばブレーキペダルを、全面的に連結解除することがしばしば意図されており、このとき運転者はペダルシミュレータだけを操作する。運転者からホイールブレーキへの力伝達は、このような設備ではしばしば意図されておらず、もしくは、たとえばメインブレーキシリンダをホイールブレーキと油圧接続するバルブが閉じられることによって遮断される。しかしこのことは、特にブレーキ力を生成する手段が故障した場合に、ブレーキ設備の安全性に影響を及ぼすことがある。
ブレーキシステムの何らかの制動状況または動作状況では、ブレーキブースタにより印加される補助力を低減または増大させることが必要になる場合がある。このことは、調節可能なブレーキブースタによって行うことができる。
弾性部材は、入力パワーと補助力を出力ロッドへ伝達する。このときブレーキブースタの入力ロッドはブレーキペダルに連結されており、ブレーキブースタの出力ロッドはメインブレーキシリンダの入力ピストンを直接的または間接的に付勢する。このような弾性部材は、ブレーキブースタでリアクションディスクとして使用されるような、たとえばばねまたは弾性的なコンポーネントを意味することができる。
印加されるべきブレーキブースタの補助力の決定にあたって、弾性部材に関わる情報が考慮されれば、ブレーキシステムの側からの反作用を低減することができ、特に、所与のペダル位置のときに運転者に抗して作用する力の変化を低減することができる。このようにして運転者はブレーキシステムからわずかな反作用しか感じることがなく、そのようにして、ブレーキブースタの特性の変化に気づかず、もしくはわずかな範囲内でしか気づかない。
ブレーキブースタの側での弾性部材に関わる情報を考慮することで、ならびに接続されている油圧部材の圧力・容積関係に関わる情報を考慮することで、ブレーキブースタの特性を変更または修正できるという利点がある。このように、ブレーキシステムの主要な構成部品、ブレーキブースタ、ならびにブレーキシステムに存在する油圧部材が、特性を調整するために考慮される。
本発明による方法では補助力は、たとえば入力パワーが一定で補助力の変化が生じたとき、運転者に対するこのような反作用が最低限に抑えられるように調整され、たとえば運転者はその際に入力部材の微量の小さな変位しか感じず、特に入力部材の変位を感じない。したがって、生じている制動状況に合わせたブレーキブースタの特性の適合化を、運転者に対する低減された反作用で行うことができ、特に、まったく反作用なしに行うことができる。
生じている制動状況とは、たとえば油圧ブレーキトルクに追加してブレーキングに参与する回生ブレーキトルクの変化であり得る。
生じている制動状況で、またはブレーキシステム全体の動作状況で、補助力が変化すると、すなわちそれまでのように無限小の割合ではなく有限の割合だけ変化すると、入力部材を同じ位置で保つためには追加力が必要となる。補助力の調整により、補助力が有限の変化をしたときに入力部材を同じ位置で保つために必要な、運転者により印加されるべき力の変化が、できる限り小さくなることが保証される。このようにして、運転者にとって不快な補助力の変化の反作用を回避できるという利点がある。
回生ブレーキトルクは、全体ブレーキ設備の他の部分システムからもたらされる。補助力の変化によって油圧ブレーキトルクが、上述したように、生じている回生ブレーキトルクに合わせて適合化されれば、それによって所与の運転者操作で全体制動作用を一定に保つことができるという利点がある。このようにして、車両の全体制動作用が、生じている動作状況に左右されることがなくなり、特に、生じている車両速度ならびにたとえば回生ブレーキシステムにより充電されるエネルギー蓄積器の充電状態などに制動作用が強く依存する回生ブレーキシステムの動作状況に左右されることがない。このようにして、本発明による入力パワーと補助力の間の関係に基づくブレーキブースタの作動により、変化する回生システムの制動作用を考慮したうえで、車両の制動作用を一定に保つことができ、このとき本発明による関係に基づくブレーキブースタの作動によって、運転者に対するマイナスの反作用が防止される。
本発明による方法の別の実施形態では、特に工場でのメンテナンス期間のときに、あるいは車両の始動前または始動時の点検の枠内で、特性曲線が再キャリブレーションされることが意図される。関係性が特性曲線として車両に存在している場合、これを再キャリブレーションすることができ、ブレーキシステムの状態、たとえば経年劣化によるブレーキシステムの状態の誤差などを考慮に入れた、最新の関係性が常時存在するという利点がある。
同様に、調整されるべき補助力を入力パワーに依存してブレーキング中に算出することが意図されていてもよい。算出の際にも、調整されるべき補助力は、少なくとも1つの弾性部材(9)に関わる少なくとも1つの情報に依存しており、ならびに、油圧ブレーキシステムの圧力・容積関係に関わる少なくとも1つの情報に依存している。
そうすれば車両に、特に車両の制御装置に、特性曲線を設けることは必要なくなる。補助力がブレーキング中に、すなわち車両の作動中に、常時算出されていれば、調整されるべき補助力は常に現在車両で生じている数値を踏まえていることになる。このようにして、再キャリブレーションを省略できるという利点がある。このとき圧力・容積関係に関わる少なくとも1つの情報、または弾性部材に関わる少なくとも1つの情報、またはこの両者を、測定された量から判定しなければならず、これらは既知であり、車両に電子形態で保存されている。これら両方の情報が制御装置に保存されていてよい。
入力パワーを力センサによって判定し、または、入力部材の距離センサの少なくとも1つの信号を参照して算出することが意図されていてよい。
このとき、ブレーキブースタによって補助力が調整されるだけでなく、追加力も印加することができるのが特別に好ましい。ブレーキブースタの別の実施形態では、ブレーキブースタは追加のアクチュエータを有していることが意図される。この追加のアクチュエータによって追加力を印加、変更することができる。追加のアクチュエータがブレーキブースタに設けられることにより、補助力が変動したときの運転者に対する反作用が最低限に抑えられ、ないしは全面的に抑圧されるように、補助力を変更することができる。このようにして、ブレーキブースタの特性を運転者に気づかれることなく適合化することができる。アクチュエータがブレーキブースタの一部であることによって、追加のコンポーネントを車両に組み込まなくてすむので、油圧ブレーキシステムを省スペースに設計することができる。
ブレーキブースタ1は、以下においては制御可能および/または調節可能なブレーキブースタ1を意味するものとし、以下においてはブレーキブースタ1とのみ称する。制御可能/調節可能とは特に、メインブレーキシリンダ(図示せず)を操作するためのブレーキブースタの補助力2を変えることができることを含んでいる。たとえばブレーキブースタ1は、運転者に依存して補助力Fsup2を印加することができ、たとえば、運転者の操作力Fin3に通常相当する入力パワー3に依存して印加することができる。入力パワー3は、運転者の操作力に加えて、場合によりさらに別の追加の力を含むことができ、これについてはあとで方法の説明の中で記述する。
入力パワー3は入力部材4に作用する。同様にブレーキブースタは、入力部材4の操作距離/操作位置に依存して、補助力FSup2を印加することができる。
同様にブレーキブースタ1は、運転者によるブレーキペダルの操作に関わりなく、特に運転者の操作力および/またはブレーキペダルの操作距離に関わりなく、補助力2を提供することもできる。
入力パワー3と補助力2が合わさって出力部材5に作用する。そして出力部材は、たとえばメインブレーキシリンダの入力ピストンを出力パワー6で付勢し、そのようにして車両のブレーキングを開始する。ブレーキブースタの補助力2は、たとえばモータのようなアクチュエータ7により印加される。これは場合によりトランスミッションを介して行われ、たとえば回転・並進トランスミッションを介して行われる。そして補助力は、場合によりトランスミッションを介して、ブースタ本体8に対して作用する。入力パワー3と補助力2は、連結部材9を介して出力部材5に伝達され、これらがそれぞれの力を組み合わせて出力パワー6にする。このとき連結部材はさまざまに施工されていてよい。本発明にとって重要なのは、連結部材の変形が入力パワーにも補助力にも依存することができることであり、たとえば連結部材は、補助力2と入力パワー3の比率が所定の比率と相違していることを変形によって表示する力均衡器の形態で施工されている。このような力均衡器は、たとえばブレーキブースタでしばしば見られる、以下においては一般性を限定することなく前提とするリアクションディスクである。リアクションディスク9は出力部材5と直接結合されていてよく、あるいは、他のコンポーネントを介して間接的に結合されていてよい。入力部材4とブースタ本体8は、リアクションディスクと直接結合されていなくてもよい。ブレーキブースタは、入力部材とリアクションディスク9の間のアイドリング経路を有しており、入力部材4がリアクションディスク9と当接する前に、このアイドリング経路がまず克服されなくてはならない。
便宜上、ここでは運転者が、油圧式の部分ブレーキシステムだけを関与させながら、一定の入力パワーでブレーキをかけているものと想定する。このときブレーキブースタは、補助力2を印加することができる。このような初期状況が図3aに示されている。図3の部材が図1ないし図2の部材に相当している限りにおいて、ここでも図1および図2の符号を維持する。運転者が一定の入力パワーでブレーキをかけたとき、点206は図3aに示す位置にある。入力パワーと補助力の印加によってリアクションディスク9の変形が生じている。
メインブレーキシリンダおよび場合により存在する油圧集成装置(たとえばESPやABS)の追加の効果は、ここでは便宜上考慮に含めない。
油圧式の部分ブレーキシステムの圧力が補助力2の低下によって低減されることで、ブレーキ液はメインブレーキシリンダへと流れ戻る。このことは、当初の操作方向と反対向きへの出力部材5の変位につながる。その様子が図3bに示されている。破線は図3aの初期状況を示しており、ならびに、これに対する距離dsout301の分だけの平行変位を示している。さらにはリアクションディスク9のさらなる変形が行われ、このことは、入力ロッドの接触点における撓みdeltas302につながる。これは、出力部材の位置変化に対して相対的な位置変化である。リアクションディスク9の弾性は、力と変形経路の間の線形依存性を有することができ、または、より一般的に当該関係を表す特性曲線を有することができる。線形のケースについてはdeltasは次のように求められる:
deltas=1/c(Fin−xFsup)
deltas=P(Fin−xFsup)
sin=sout+deltas
dsin=0の条件により、上の式から次式が得られる:
このことは、やはり入力ロッド4の距離センサ、ブースタ本体8の位置センサ、モータ7のモータ位置センサ、および/または経路差センサなどの信号を参照しながら行うことができる。上記のセンサ装置は図面には示していない。
従来のブレーキブースタの特性曲線401の推移と比較して、式1に基づいて最適化されたブースタ特性曲線は、たとえば図4の曲線402が示すような推移を有している。たとえば曲線の最大値、最小値、勾配、および/または転換点のような特徴は、ここでは限定として理解されるべきものではなく、例示のためのものにすぎない。図示した曲線は、最適化されたブースタ特性曲線が、ブレーキブースタが普通に作動する通常の特性曲線と相違していることを示すためのものである。この曲線の推移は、設計上の施工形態や使用するコンポーネントがそれぞれ違う異なる車両、異なるブレーキブースタについては、まったく異なる推移を有する場合がある。しかし特徴的なのは、入力パワーFin3が点406を超えるとすぐに、この曲線が従来式の曲線から初めて逸れていくことである。
回生制動作用が加わったときの式(1)に基づくブースタ特性曲線の利用は、補助力Fsupが低下したときに入力部材4を一定の操作位置sinで保つために、運転者によって追加的に印加されるべき力を低減する。特に、運転者により追加的に印加されるべき力が最低限に抑えられる。
さらに、リアクションディスク9の弾性がすでに適合化されており、入力パワーが一定で補助力が低減したときに生じる、ないしは生じることになる、入力部材4の変位のある程度の部分をすでに補償するものと想定する。このことは、本発明による方法の第1の実施形態の式1で上に説明した状況に相当している。このことは次のように表現することができる。
この残留経路は入力パワーの変更によって補うことができ、すなわち、項(ε+1/c)ΔFinを通じて補うことができる。
Finは、本発明による方法の第1の実施形態とは異なり、以下においては、以下においてFFと表記する運転者により印加される操作力を含んでいるだけでなく、以下においてFrと表記する力も追加的に含んでいる。
すぐ上に説明した本発明による方法の実施形態では、入力パワーの変化ΔFinはゼロであると想定されている。運転者は入力パワーFin3への唯一の貢献として、一定の操作力FFを印加しているからである。以下においても、引き続き一定の運転者力を前提にする。
しかし、追加の力Frは変更することができる。一定の操作力はΔFF=0を意味しているので、式(2)の入力パワー3の変化を次のように記述することができる:
ΔFin=ΔFF+ΔFr=ΔFr
追加の力ΔFrは、さまざまに異なる仕方で印加することができる。
付言しておくと、上述した追加力の機械式の調節は、補助力が増大するときでも減少するときでも適用することができ、すなわち、回生式ブレーキシステムが接続されたときでも、回生式ブレーキシステムが遮断されたときでも適用することができる。
2 補助力
3 入力パワー
4 入力部材
5 出力部材
6 出力パワー
7 モータ、アクチュエータ
8 ブースタ本体
9 弾性部材
Claims (14)
- 油圧ブレーキシステムの調節可能なブレーキブースタ(1)を作動させる方法において、前記ブレーキブースタ(1)は前記ブレーキブースタの出力部材(5)に補助力(2)を印加し、印加されるべき補助力(2)は、前記ブレーキブースタの入力部材(4)と出力部材(5)との間にある少なくとも1つの弾性部材(9)に関わる少なくとも1つの情報と、油圧ブレーキシステムの圧力・容積関係に関わる少なくとも1つの情報とに依存して決定され、ならびに前記入力部材に印加される運転者により印加される入力パワー(3)に依存して決定され、
補助力(2)が変化をしたときに、前記入力部材(4)を同じ位置で保つために印加しなくてはならない入力パワー(3)の追加力(603,501,μ,701)が最小になるように、補助力(2)が調整されることを特徴とする、方法。 - 印加されるべき追加力はアクチュエータ(701)によって印加されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 印加されるべき追加力は摩擦力(501)によって印加されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 印加されるべき追加力は、調節される摩擦力(601)によって印加されることを特徴とする、請求項2または3に記載の方法。
- 印加されるべき追加力は、前記入力部材(4)に作用する摩擦ブレーキによって印加されることを特徴とする、請求項2または3に記載の方法。
- 前記ブレーキブースタ(1)は全体ブレーキ設備の油圧式の部分ブレーキシステムの一部である、先行請求項のうち少なくとも1項に記載の方法において、補助力(2)の変化によって油圧ブレーキトルクが調整され、油圧ブレーキトルクによって全体ブレーキトルクと回生ブレーキトルクとの間のブレーキトルク差が低減される、ことを特徴とする方法。
- 印加されるべき補助力(2)は前記入力部材(4)の入力距離または入力パワーに依存して特性曲線として車両に保存されており、前記特性曲線は少なくとも1つの弾性部材(9)に関わる少なくとも1つの情報に依存して、ならびに油圧ブレーキシステムの圧力・容積関係に関わる少なくとも1つの情報に依存して決定されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記特性曲線は、メンテナンス期間のとき、または車両の始動前もしくは始動時の点検の枠内で再キャリブレーションされることを特徴とする、請求項7に記載の方法。
- 印加されるべき補助力(2)は少なくとも1つの弾性部材(9)に関わる少なくとも1つの情報に依存して、ならびに油圧ブレーキシステムの圧力・容積関係に関わる少なくとも1つの情報に依存してブレーキング中に算定されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 入力パワーは力センサによって判定され、または前記入力部材(4)の距離センサの少なくとも1つの信号を用いて算出されることを特徴とする、請求項7または8に記載の方法。
- 調節可能なブレーキブースタにおいて、前記ブレーキブースタ(1)はブレーキブースタ(1)の出力部材(5)に補助力(2)を印加し、印加される補助力(2)は、
前記ブレーキブースタの入力部材(4)と出力部材(5)との間にある少なくとも1つの弾性部材(9)に関わる少なくとも1つの情報と、
油圧ブレーキシステムの圧力・容積関係に関わる少なくとも1つの情報により決定され、
ならびに前記入力部材に印加される運転者により印加される入力パワー(3)に依存して決定され、
前記ブレーキブースタは、補助力(2)と、補助力(2)が変化をしたときに前記入力部材(4)に印加されなくてはならない追加力(603,501,μ,701)とを印加するとともに、前記入力部材(4)の変位と反対に作用し、前記入力部材(4)を同じ位置に保つこと、を特徴とするブレーキブースタ。 - 前記ブレーキブースタは追加力(603,μ,701)を印加する追加のアクチュエータ(701,600)を含んでいることを特徴とする、請求項11に記載のブレーキブースタ。
- 前記ブレーキブースタは前記ブレーキブースタ(1)の前記入力部材(4)に作用する機械式および/または電気機械式に操作可能なブレーキを有しており、前記ブレーキの操作によって追加力(603,501,μ)が印加されることを特徴とする、請求項11に記載のブレーキブースタ。
- 先行請求項のうち少なくとも1項に記載のブレーキブースタを作動させる方法を実施するための制御装置において、印加されるべき補助力(2)が前記制御装置により算出され、または特性曲線を参照して決定され、前記ブレーキブースタは補助力および場合により追加力を調整するために前記制御装置によって制御される制御装置。
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