JP5869679B2 - アンチロックブレーキシステムを備えた乗り物および乗り物の減速方法 - Google Patents

Description

本発明は、減速するための制動装置を備えた乗り物に関する。この制動装置によって乗り物の少なくとも１つの車輪に制動トルクを加えることができる。本発明は乗り物の減速方法にも関する。この方法によって、少なくともこの１つの車輪で路面上を走行している乗り物の走行速度が減少される。その乗り物を減速するべく、車輪の回転方向とは逆向きの制動トルクが、その車輪に一時的に掛かる。

本発明に関する乗り物とは、特に、自動車、軌道車両または飛行機であると云える。本発明は、この種の乗り物に対して、複数の車輪の内の少なくとも１つにアンチロックブレーキシステムを提供するものである。

乗り物、例えば自動車が、走行路の路面を走行しているときに、その乗り物の１つの車輪を介して路面と平行に作用する力の最大値は、その車輪のタイヤの接地面と走行路の路面との間に働く静止摩擦力である。その走行面と平行に伝達可能な力は、駆動力もしくは制動力と、コーナリング力とに分けることができる。

乗り物が、路面に伝達可能な最大ブレーキ力を超えるほど強く減速されると、その車輪はロックされ、路面上を滑る、すなわち、スキッドする。タイヤの接地面と走行路の路面との間のグリップを再び得るためには、タイヤの接地面は、路面に対するその相対速度が再びグリップを得られる程度にまで十分に小さくなるように再度加速されねばならない。これは、液圧摩擦ブレーキを有する乗り物において、その摩擦ブレーキをアンチロックブレーキシステムによって一時的に緩められるようにすることによって実現できる。この目的を達成するべく、アンチロックブレーキシステムは、電磁弁を介して液圧ブレーキ回路に介入する。その介入の必要性を検知するために、車輪の回転数が測定される。その車輪の回転数が走行速度に比較して低下し過ぎる場合には、即時に、その車輪に制動トルクが掛からないようにするべく、摩擦ブレーキが緩められる。斯くして、路面上を滑っている車輪は、その車輪と路面との間に働く摩擦力によって再び回転状態に入り、加速される。この車輪の回転数が残りの複数の車輪の回転数と同等になると、再びこの車輪に摩擦ブレーキによって制動トルクを加えることができる。

通常、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）は、１つの車輪がロックされたときに初めて作用するのではない。むしろ、回転が続いている車輪に対してこそ、その路面に対するスリップが制御される。このことが、以下において図１に基づき詳しく説明されている。直進走行している乗り物において、１つの車輪に作用している制動力Ｆは、スリップＳ＝０％の自由回転から出発して、その乗り物の制動時には（同様に加速時においても）、スリップＳの上昇を伴って先ず最大値にまで増大し、次いで、ほぼスリップ値Ｓ＝３０％から再び減少する。乗り物の減速時にできるだけ有利なスリップを得るために、車輪の回転速度は、ＡＢＳによるブレーキ介入によって能動的に減少され、ブレーキが緩められたときには路面によって受動的に再度加速される、ということが交互に行われる。斯くして、スリップは、例えばＳ＝８％からＳ＝３５％の範囲内で調節される。ＡＢＳ制御が行われている間中、車輪の回転速度は、それに応じた回転数の間を揺れ動く。

特許文献１には、乗用車の制動のために、一方で液圧ブレーキシステムの制動トルクを発生させ、他方で回生領域で運転されている電気モータの制動トルクを発生させ、以てそれらを合わせた総合制動トルクを発生させる、ということが開示されている。

独国特許出願公開第４４３５９５３Ａ１号明細書

本発明の目的は、乗り物用のアンチロックブレーキシステムを改良することにある。

この課題は、請求項１の方法ならびに請求項９の乗り物によって、解決される。

本発明による方法では、乗り物の路面に対する走行速度を減速するために、この乗り物の少なくとも１つの車輪に、その車輪の回転方向に対して逆向きに作用する制動トルクを一時的に加える。それに加えて、乗り物に設けられた加速装置によって、走行速度減速中の車輪に対して、その回転方向に作用する加速トルクを一時的に加える。ここに、その乗り物とは、特に、む乗用車または貨物自動車である。

本発明による方法により生じる利点は、車輪のスリップが過大な場合に、その車輪に路面から作用する摩擦力のみに頼らなくても、その車輪を加速することができる、ということである。車輪の制動が強すぎる場合、または、制動路に沿った路面の表面特性が変化して静止摩擦が減少した場合には、減速中においても、その車輪のスリップが、前記の加速装置によって、能動的に適正化される。

本発明による乗り物は、本発明の方法によって、望ましい減速が可能となる。この目的を達成するべく、本発明による乗り物は、その乗り物を減速するための制動装置を備えている。その制動装置は、乗り物の少なくとも１つの車輪に制動トルクを加えるように構成されている。他方、その車輪に加速トルクを加えるように構成された加速装置も備えている。本発明による乗り物の制御装置によれば、その制動装置と加速装置とを用いて本発明の方法を実施することによって、乗り物を減速することができる。

ここで、制動トルクと加速トルクは、それぞれ、車輪に最終的に作用する合計トルクである。制動トルクと加速トルクとの間での切り替えを可能とするために、例えば、乗り物の内燃機関により車輪に駆動トルクを加え、同時に、摩擦ブレーキによりこの駆動トルクと反対方向に作用する摩擦トルクを加えることが考えられる。これらの両方のトルクのバランスをとることによって、最終的なトルクとして、制動トルクまたは加速トルクを発生することができる。

この加速装置が少なくとも１つの電気機械を含むようにすることが望ましい。これにより、非常に短時間で加速トルクを供給することができる。その電気機械は、ホイールハブモータ、または、車輪のホイールハブ駆動機が、本発明による乗り物の特に好ましい実施態様である。これにより、車輪への遊びのないカップリングが可能となるので、制動トルクと加速トルクとの頻繁な切り替えによるこの装置の摩耗が比較的少ないものとなる。

この加速トルクに関する、本発明に係る方法の一実施態様によれば、その加速トルクによって車輪の路面に対するスリップ値が小さくなる。換言すれば、乗り物を全体として加速することなく、すなわち、走行速度を上げることなしに、遅過ぎる、または、ロックされた車輪が、再び有利なスリップ領域に移行する。この車輪は、比較的小さめの望ましいスリップ値に達するまでの間に限って、加速される。

本発明による方法の、他の一実施態様によれば、前記の加速トルクによって、乗り物のカーブ走行が検知された際に、車輪と路面との間に作用するコーナリング力の値を大きくすることが可能となる。これによって、乗り物の横滑りを有利に防ぐことができる。望ましいコーナリング力の調節は、例えば、カム氏（Ｋａｍｍ）による摩擦円で記述された関係に従って、実行することが可能である。

本発明による乗り物の制動装置は、その一実施態様として、１つの摩擦ブレーキを有する。この種の装置によって、特に高い制動性能を提供できる。本発明による方法の、他の実施態様によれば、少なくとも１つの時点で、制動トルク値の一部だけが摩擦ブレーキによって発生される。これにより、最終的な制動トルクの調整を、より正確でより速く調節可能な装置、例えば電気機械によって、行うことができるという利点が得られる。そしてそれに関連して、フルブレーキパワーを提供する必要がなくなるので、より正確でより速い調節が可能なこの装置の製造コストを、安く抑えることが可能となる。

摩擦ブレーキに加えて、またはその代りに、本発明による乗り物では、前記の制動装置が少なくとも１つの電気機械を有する。上述したように、この種の機械によって、制動トルクの更に正確で更に速い調節が可能となる。しかも、乗り物の運動エネルギを有効利用可能な電気エネルギに変換する回生制動運転が可能となる。

本発明による方法の、他の実施態様によれば、車輪に制動トルクを加えることと車輪に駆動トルクを加えることの切り替えが、１つのコントローラをベースとして行われる。これにより、当該車輪をより正確に所望の最適なスリップポイントに保持できる。この場合、特にＰＩＤ制御が有利であることが判明した。このような制御により、特に、加速装置としての電気機械と相まって、減速プロセスの期間中に著しい偏差なしに唯一の最適な目標値に向けて調節することが可能となる。

本発明による乗り物の一実施態様では、前記の制御装置が２つの制御系を有し、当該車輪に働く最終的なトルクを調節するために、そのうちの１つが外側制御系を形成し、他の１つが内側制御系を形成する。この実施態様により、従来のＡＢＳを、本発明による方法に係る前記の一実施態様の調節方法と組み合わせることができる。加速装置として電気機械が使用される場合には、従来のＡＢＳの（比較的遅い）制御系が外側制御系を形成し、電気機械用の（比較的速い）制御系が内側制御系を形成する。斯くして、後付け可能なブレーキシステムを提供することができる。

車輪の回転数を正確に決めるために、本発明による乗り物の、他の一実施態様では、回転数測定装置を備えており、この回転数測定装置は、車輪の回転数を１つの電気機械のレゾルバ信号に基づいて求めるように構成されている。

以下、本発明を複数の実施形態に基づいて詳細に説明する。

車輪のスリップとその車輪に働く制動力との関係をグラフとして示したダイアグラムである。 本発明による乗り物の一実施形態を模式的に示す図であって、乗用車の車輪を示した模式図である。

これらの例は、本発明の好ましい実施形態を示すものである。

図２には、道路１２の上を回転する車輪１０が示されている。この車輪１０は、道路１２に沿って走行速度ｖで移動している（これ以上は図示されていない）乗用車の一部である。この車輪１０は（図示されていない、）電気式のホイールハブ駆動機とカップリングされており、その電気式のホイールハブ駆動機は、電気機械、例えば同期機または誘導機を有している。そのホイールハブ駆動機によって、この乗用車は、加速も減速もされ得る。

以下の説明では、乗用車の運転者がフルブレーキを実行している最中を仮定している。この場合、乗用車は直進走行しているものとする。

乗用車のブレーキペダル操作に応じて、ホイールハブ駆動機が制動トルクＭｂを発生し、この制動トルクＭｂは、車輪１０の回転方向１４とは反対方向に、その車輪１０に作用する。制動トルクＭｂを発生するために、ホイールハブ駆動機の制御部によって、制御信号が電気機械の電力変換器のパワースイッチに送られ、その結果、電気機械のステータの巻線電流が調節されて、その電気機械の回転磁界が、車輪１０と機械的に結合されている電気機械のロータに制動トルクＭｂを与える。車輪１０に働く制動トルクＭｂによって、その車輪１０の回転速度ｗが減少する。これが、車輪１０の道路１２に対するスリップＳを増大させ（図１参照）、道路１２から車輪１０に制動力Ｆが働く。その結果、乗用車の走行速度ｖが減少する。

このホイールハブ駆動機は、高い動特性で以て制御可能な駆動機である。このホイールハブ駆動機の制御部によって、車輪１０のスリップＳは、目標値Ｓ０＝１５％に調節される。この目標値Ｓ０＝１５％は、スリップＳ＞１５％に対してさらに予め決められた僅かな余力を保持しなければならない場合に制動力Ｆが最大値となる、最適値である。減速が強すぎる場合（Ｓ＞１５％）、または、車輪１０が道路１２上を滑る場合には、ブレーキ中であっても、スリップＳを再度目標値Ｓ０に調節すべく、電気モータによって車輪１０を能動的に加速することができる。この目的のために、本例では、電気機械の回転磁界をパワースイッチの相応のゲート制御によって５ｍｓ以内に簡易に変化させ、その結果、この電気機械は、回転方向１４に作用する加速トルクＭａを車輪１０に加える。斯くして、車輪１０の回転速度ｗは再び、スリップＳに対する目標値Ｓ０が得られる最適値に調節される。これにより、車輪の強過ぎる制動時にその車輪と路面との間に働く摩擦力によって車輪が受動的に加速されることに頼っていた従来のＡＢＳに比べて、時間的な利点が得られる。

さらに、本例の乗用車では、車両の走行時動特性の安定度が向上する。というのは、電気機械のロータに直接作用する制御介入を有するこの制御ユニットの制御系は、摩擦ブレーキの液圧システムを制御するＡＢＳの制御系よりも、速いからである。

多くの電気機械は通常、レゾルバを備えており、これは従来のＡＢＳで使用されている回転数センサよりも高い分解能で回転数を検出する。この電気機械と車輪との機械的な結合により、この種のレゾルバを車輪の回転数の検出にも使用できる。しかし、勿論、車輪の回転数を測定するために別個の回転数センサを使用することも可能である。

本例で示したように、電気機械を使用する場合には、減速も、摩擦ブレーキによらずに、電気モータによって行うことができる。この場合には、制御ユニットの１つの制御アルゴリズムが車輪の減速も加速も制御する。これによって、ジッターすなわち最適スリップ値を中心とする揺れ動きを、低減することができる。車輪は、制動力最大の状態に保たれる。制御量である「車輪の回転速度ｗ」が、より良好に制御される。ブレーキ中、車輪は、従来のＡＢＳよりも長時間に亘って最適スリップポイントに存在することとなる。

後者の原理は、摩擦ブレーキとの組合わせにおいても使用できる。そのために、制動力の一部だけが摩擦ブレーキによって調節される。而してその調節は、電気モータによるブレーキによって行われる。その摩擦ブレーキと電気モータによるブレーキとの合計が、車輪を制動力最大の状態に保つために必要な制動力となる。

ロックされた、または、走行速度に対比して遅すぎる車輪の再加速フェーズは、電気駆動の能動的な介入によって短縮することができる。もはや、地面との摩擦係数に依存する車輪の自己加速に頼る必要はない。斯くして、車輪は、より良好に最適スリップポイントに保たれる。その結果、制動距離が短縮され、タイヤの摩耗が減少し、安定性が向上する。

回転数情報を得るために、電気機械に取り付けられたレゾルバセンサを使用することにより、外付けの回転数センサを省略することが可能となる。これにより、車輪回転数センサ、組み立て、ケーブル工事および付随する評価回路のコストを、節約することが可能となる。

１０ 車輪
１２ 道路
１４ 回転方向
Ｍａ 加速トルク
Ｍｂ 制動トルク
ｖ 走行速度
ｗ 回転速度
Ｆ 制動力
Ｓ スリップ
Ｓ０ 目標値

Claims (7)

1. 少なくとも１つの車輪（１０）で以て路面（１２）上を走行する乗り物の減速方法であって、前記乗り物は、前記路面（１２）に対する前記乗り物の走行速度（ｖ）を加速させるべく、前記車輪（１０）にその回転方向（１４）に作用する加速トルク（Ｍａ）が加速装置によって少なくとも一時的に加えられ、また、前記路面（１２）に対する前記乗り物の走行速度（ｖ）を減少させるべく、前記車輪（１０）に前記回転方向（１４）とは逆向きに作用する制動トルク（Ｍｂ）が制動装置によって一時的に加えられる乗り物である、乗り物の減速方法において、
   前記制動トルク（Ｍｂ）および前記加速トルク（Ｍａ）を制御するための制御系として、応答速度の異なる２つの制御系が前記制動装置に含まれており、ここに、応答速度の遅い方の制御系が、前記乗り物の少なくとも１つの車輪（１０）のスリップ（Ｓ）を調節するためのＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）の構成要素として少なくとも１つの摩擦ブレーキを含んでなるものであり、かつ、応答速度の速い方の制御系が、少なくとも１つの電気式ホイールハブ駆動機またはそれ以外の種類の少なくとも１つの電気機械を含んでなるものであり、
   前記走行速度（ｖ）の減少中に、前記車輪（１０）の制動が強すぎる場合には、前記回転方向（１４）に作用する加速トルク（Ｍａ）を、前記加速装置によって前記車輪（１０）に一時的に加えることで、前記車輪を能動的に加速して前記車輪（１０）の前記路面（１２）に対するスリップ（Ｓ）の値を減少せしめるプロセスを含み、その際、
   前記２つの制御系のうち前記応答速度の遅い方の制御系である前記摩擦ブレーキを含んでなる制御系が、前記制動トルク（Ｍｂ）および前記加速トルク（Ｍａ）を制御するための外側制御ループを構成する外側制御系として機能し、かつ、前記２つの制御系のうち前記応答速度の速い方の制御系である前記電気式ホイールハブ駆動機または前記電気機械を含んでなる制御系が、前記制動トルク（Ｍｂ）および前記加速トルク（Ｍａ）を制御するための内側制御ループを構成する内側制御系として機能し、それら２つの制御系による制御で以て、前記制動トルク（Ｍｂ）および前記加速トルク（Ｍａ）をカスケード制御する
   ことを特徴とする乗り物の減速方法。
2. 請求項１記載の乗り物の減速方法において、
   前記車輪（１０）に前記制動トルク（Ｍｂ）を加えることと前記車輪（１０）に前記加速トルク（Ｍａ）を加えることとの切り替えが、１つのＰＩＤコントローラまたはそれ以外の種類の１つのコントローラをベースにして行われる
   ことを特徴とする乗り物の減速方法。
3. 請求項２記載の乗り物の減速方法において、
   前記車輪（１０）の前記路面（１２）に対するスリップ（Ｓ）が、前記コントローラによって、予め決められた目標値（Ｓ０）に調節される
   ことを特徴とする乗り物の減速方法。
4. 請求項１から３の１つに記載の乗り物の減速方法において、
   前記乗り物のカーブ走行が検知され、前記加速トルク（Ｍａ）によって、前記車輪（１０）と前記路面（１２）との間に働くコーナリング力が増大される
   ことを特徴とする乗り物の減速方法。
5. 請求項１から４の１つに記載の乗り物の減速方法において、
   前記車輪（１０）の回転数の測定を、１つの電気機械のレゾルバによって行う
   ことを特徴とする乗り物の減速方法。
6. 少なくとも１つの車輪（１０）で以て路面（１２）上を走行する乗り物であって、前記路面（１２）に対する当該乗り物の走行速度（ｖ）を加速させるべく前記車輪（１０）にその回転方向（１４）に作用する加速トルク（Ｍａ）を少なくとも一時的に加える加速装置と、前記路面（１２）に対する当該乗り物の走行速度（ｖ）を減少させるべく前記車輪（１０）に前記回転方向（１４）とは逆向きに作用する制動トルク（Ｍｂ）を一時的に加える制動装置とを有する乗り物において、
   前記制動装置は、前記制動トルク（Ｍｂ）を制御するための制御応答速度の異なる２つの制御系を備えており、
   前記制御応答速度の異なる２つの制御系のうち応答速度の遅い方の制御系が、当該乗り物の少なくとも１つの車輪（１０）のスリップ（Ｓ）を調節するためのＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）の構成要素として１つの摩擦ブレーキを含んでなるものであり、かつ、応答速度の速い方の制御系が、少なくとも１つの電気式ホイールハブ駆動機またはそれ以外の種類の少なくとも１つの電気機械を含んでなるものであり、ここに、
   前記制動装置は、前記走行速度（ｖ）の減少中に、前記車輪の制動が強すぎる場合には、前記回転方向（１４）に作用する加速トルク（Ｍａ）を当該乗り物の加速装置によって前記車輪（１０）に一時的に加えることで前記車輪（１０）を能動的に加速して、前記車輪（１０）の前記路面（１２）に対するスリップ（Ｓ）の値を減少せしめ、その際、前記２つの制御系のうち前記応答速度の遅い方の制御系である前記摩擦ブレーキを含んでなる制御系が、前記制動トルク（Ｍｂ）および前記加速トルク（Ｍａ）を制御するための外側制御ループを構成する外側制御系として機能し、かつ、前記２つの制御系のうち前記応答速度の速い方の制御系である前記電気式ホイールハブ駆動機または前記電気機械を含んでなる制御系が、前記制動トルク（Ｍｂ）および前記加速トルク（Ｍａ）を制御するための内側制御ループを構成する内側制御系として機能するように設けられており、それら２つの制御系による制御で以て、前記制動トルク（Ｍｂ）および前記加速トルク（Ｍａ）をカスケード制御するように設定されている
   ことを特徴とする乗り物。
7. 請求項６記載の乗り物において、
   前記車輪（１０）の回転数（ｗ）を電気機械のレゾルバの信号に基づいて検出する回転数測定装置を備えた
   ことを特徴とする乗り物。

Images