JP6787757B2 - ブレーキシステム - Google Patents

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Description

本発明は、エアブレーキの空圧回路に電子制御式の比例制御弁を備えたブレーキシステムに関する。
トラック等の大型自動車のブレーキシステムには、より大きな制動力が得られるようにエアブレーキが採用されている。エアブレーキの一例においては、エンジンの動力によって駆動するコンプレッサーの圧縮した圧縮エアがエアタンクに貯留され、その貯留された圧縮エアがブレーキブースターに供給されることによりブレーキが作動する。また、近年では、例えば特許文献1のように、エアブレーキを備えたブレーキシステムにおいても、自動車が前方の障害物に衝突する可能性が高いと判断されたときに自動的にブレーキを作動させることにより衝突の回避を支援する機能が搭載されている。
こうした機能を備えるブレーキシステムの一例は、エアタンクからブレーキブースターへの圧縮エアの供給経路として、ブレーキペダルの操作によって開弁するブレーキバルブが配設された第1経路と駆動電流の大きさに応じて開度がリニアに変化する電子制御式の比例制御弁が配設された第2経路とを有する。この比例制御弁を制御する制御装置は、衝突の可能性が高いと判断したときに比例制御弁を開弁させて第2経路を通じてブレーキブースターに圧縮エアを供給する。そして、障害物との距離が近くなるほど比例制御弁の開度を大きくすることでブレーキブースターに供給される圧縮エアの圧力を高めている。
特開2009−149111号公報
ところで、比例制御弁には、該比例制御弁に印加された入力値の方向性によって出力値である圧縮エアの圧力が異なる特性、所謂ヒステリシスが存在する。また、上述した制御装置は、油圧機器といった他の機器の制御に加えて比例制御弁の制御を行うことがある。この場合、制御装置は、油圧機器の制御に好適な1kHz以上の高周波の信号を生成し、その生成した高周波の信号を出力するように設計されていることが少なくない。高周波の信号は比例制御弁のヒステリシスを大きくするため、上述したブレーキシステムには、比例制御弁への信号として高周波の信号が生成されたとしてもヒステリシスを小さくする方策が求められている。
本発明は、エアブレーキの空圧回路に配設された電子制御式の比例制御弁への信号として高周波の信号が生成されたとしても該比例制御弁に生じるヒステリシスを小さくすることのできるブレーキシステムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するブレーキシステムは、圧縮エアが貯留されるエアタンクと、圧縮エアが供給されることによりブレーキを作動させるブレーキブースターと、前記エアタンクから前記ブレーキブースターに前記圧縮エアを供給する経路として、ブレーキペダルの踏み込み量に応じて開度が制御されるブレーキバルブが配設された第1経路と電子制御によって開度が制御される比例制御弁が配設された第2経路とを有する空圧回路と、前記比例制御弁を制御する制御部とを備え、前記制御部は、周波数が1kHz以上のパルス信号であって前記比例制御弁の駆動量を示す第1信号を生成する第1信号生成部と、周波数が100Hz以下のパルス信号である第2信号を生成する第2信号生成部と、前記第1信号と前記第2信号とを乗算して前記比例制御弁に対する指令信号を生成する第3信号生成部とを備える。
上記構成によれば、第1信号生成部が生成した1kHz以上の高周波の第1信号と第2信号生成部が生成した第2信号とを乗算させることにより、第1信号および第2信号の双方においてオン区間に設定されている区間をオン区間とする指令信号が生成される。これにより、比例制御弁には、実質的に第2信号の周波数を有する指令信号が入力されることになる。その結果、指令信号の周波数が小さくなり、比例制御弁に生じるヒステリシスを小さくすることができる。
上記ブレーキシステムにおいて、前記第1信号は、周波数が一定であり、かつ、前記比例制御弁の駆動量が大きくなるほどパルス幅が大きくなるパルス信号であり、前記第2信号は、周波数およびパルス幅の各々が一定のパルス信号であることが好ましい。
上記構成によれば、第2信号の周波数およびパルス幅が一定であることから、比例制御弁の駆動電流は第1信号のパルス幅によって制御される。これにより、駆動電流の目標値の変動に対する比例制御弁の応答性を高めることができる。また、第2信号の周波数が比例制御弁の制御に最も適した周波数に設定することもできる。
上記ブレーキシステムにおいて、前記第2信号は、デューティ比が50%に設定された矩形波であることが好ましい。
上記構成のように、第2信号には、デューティ比が50%に設定されたパルス信号である矩形波を使用することができる。
上記ブレーキシステムでは、前記第1信号は、周波数が一定であり、かつ、前記比例制御弁の駆動量が大きいほどパルス幅が大きいパルス信号であり、前記第2信号は、前記駆動量が大きいほど周波数が高く、かつ、パルス幅が一定のパルス信号であってもよい。
上記構成によれば、比例制御弁の駆動量が小さいほど第2信号の周波数が小さくなる。そのため、比例制御弁の駆動量が小さいほど効果的に消費電力を抑えることができる。
上記ブレーキシステムにおいて、前記制御部は、前記比例制御弁の駆動量を演算する駆動量演算部と前記第1信号生成部とを有する電子制御ユニットと、前記第2信号生成部と前記第3信号生成部とを有する指令信号生成部とで構成されていることが好ましい。
上記構成によれば、例えば、電子制御ユニットが第1信号の周波数で各種信号を生成するように構成されていたとしても、比例制御弁に入力される信号は、指令信号生成器によって実質的に100Hz以下の低周波のパルス信号へと変調される。これにより、電子制御ユニットの基本設計を変更することなく、比例制御弁に適した周波数の指令信号を生成することができる。
第1実施形態において、ブレーキシステムの概略構成を示す図。 第1実施形態において、制御装置の一例の概略構成を示すブロック図。 第1実施形態において、制御装置の一例を示す機能ブロック図。 第1実施形態のECUにて生成される各種信号の一例を模式的に示す図。 第1実施形態における各種信号の一例を模式的に示す図。 第1実施形態において、駆動電流値と圧力との関係の一例を示すグラフ。 第2実施形態のブレーキシステムの制御装置の一例を示す機能ブロック図。 第2実施形態における各種信号の一例を模式的に示す図であって、(a)目標電流値が小さい場合の一例を示す図、(b)目標電流値が大きい場合の一例を示す図。
(第1実施形態)
図1〜図6を参照して、ブレーキシステムの第1実施形態について説明する。
図1に示すように、ブレーキシステム10の空圧回路10Aは、エンジンによって駆動されるコンプレッサーが圧縮した圧縮エアが貯留されるエアタンク11を有しており、このエアタンク11内の圧縮エアがブレーキブースター12に供給されることによりブレーキが作動する。
空圧回路10Aは、エアタンク11内の圧縮エアをブレーキブースター12に供給する供給経路として第1経路13と第2経路14とを有している。第1経路13は、エアタンク11に接続された第1供給通路15と、この第1供給通路15に配設されたブレーキバルブ16とを有している。ブレーキバルブ16は、運転者によって操作されるブレーキペダルの踏み込み量に応じてブレーキブースター12に供給される圧縮エアの圧力を制御するものであり、ブレーキペダルの踏み込み量が大きくなるほど高い圧力の圧縮エアをブレーキブースター12に供給する。
第2経路14は、第1供給通路15におけるブレーキバルブ16の上流側の部分を介してエアタンク11に接続される第2供給通路17と、この第2供給通路17に配設された比例制御弁18とを有している。比例制御弁18は、制御装置30によって制御される電子制御式の電磁弁であって、その開度が大きくなるほどブレーキブースター12に供給される圧縮エアの圧力が高くなる。制御装置30は、例えば車速、ミリ波レーダーによって検知した前方の障害物との距離等の各種の情報に基づいて、車両が該障害物に衝突する可能性が高いか低いかを判断する。そして制御装置30は、衝突の可能性が高いと判断したときに比例制御弁18を開弁するとともに、障害物との距離が近くなるほどブレーキブースター12に供給される圧縮エアの圧力が高くなるように比例制御弁18の開度を制御する。なお、空圧回路10Aにおいて、第1供給通路15および第2供給通路17は、互いに独立してエアタンク11に接続される構成であってもよい。
空圧回路10Aは、シャトル弁19を有している。シャトル弁19は、一方の入口に第1供給通路15が接続され、他方の入口に第2供給通路17が接続されている。そしてシャトル弁19は、第1供給通路15から供給される圧縮エアと第2供給通路17から供給される圧縮エアとのうち、圧力の高い方の圧縮エアを共通通路20を通じてブレーキブースター12に供給する。
すなわち、第1経路13において、圧縮エアは、エアタンク11から第1供給通路15に流入し、ブレーキバルブ16を通過したのちシャトル弁19に流入する。一方、第2経路14において、圧縮エアは、エアタンク11から第2供給通路17に流入し、比例制御弁18を通過したのちシャトル弁19に流入する。そして、第1経路13および第2経路14の双方において、圧縮エアは、シャトル弁19から共通通路20を通じてブレーキブースター12に流入する。
ブレーキシステム10は、シャトル弁19とブレーキブースター12とを接続する共通通路20に該共通通路20を流れる圧縮エアの圧力Paを検出する圧力センサー26を有している。圧力センサー26は、検出した圧力Paを示す信号を制御装置30に出力する。ブレーキシステム10は、制御装置30から比例制御弁18に供給電圧Voの電源を供給する回路に比例制御弁18の駆動電流値Iaを検出する電流センサー28を有している。電流センサー28は、検出した駆動電流値Iaを示す信号を制御装置30に出力する。制御装置30は、電源29から電源の供給を受けて比例制御弁18を制御する。
図2〜図6を参照して、比例制御弁18を制御する制御装置30について説明する。
図2に示すように、制御装置30は、ECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)31を中心に構成されており、このECU31と指令信号生成部32とを備えている。ECU31は、プロセッサ33、メモリ34、入力インターフェース35、および、出力インターフェース36等がバス37で互いに接続されている。ECU31は、圧力センサー26および電流センサー28からの信号を入力インターフェース35を介して取得する。そして、ECU31は、メモリ34に格納しているプログラムや各種データに加えて各種センサー26,28から入力された圧力Paおよび駆動電流値Iaに基づいて各種の処理を実行し、出力インターフェース36を介して指令信号生成部32に比例制御弁18の駆動量を示す第1信号を出力する。指令信号生成部32は、第1信号に基づいて指令信号Scを生成し、その生成した指令信号Scを比例制御弁18に印加する。
図3に示すように、ECU31は、各種機能部として、目標圧力演算部41、目標電流演算部42、LPF部43、第1減算器44、PID部45、第2減算器46、搬送波生成部47、および、比較器48を有している。
目標圧力演算部41は、例えば車速や障害物との距離等に基づいてブレーキブースター12に供給する圧縮エアの圧力である目標圧力Ptrgを演算し、その目標圧力Ptrgを示す信号である目標圧力信号S1を目標電流演算部42に出力する。
目標電流演算部42は、目標圧力Ptrgとメモリ34に格納されている目標電流テーブル49とに基づいて、比例制御弁18の駆動電流の目標値である目標電流値Itrgを演算する。目標電流テーブル49には、目標圧力Ptrgが大きくなるほど大きな目標電流値Itrgが規定されている。目標電流演算部42は、その演算した目標電流値Itrgを示す信号である目標電流信号S2を出力する。
LPF(Low Pass Filter)部43は、電流センサー28からの信号に含まれている高周波成分を除去し、比例制御弁18の駆動電流値Iaを示す信号である駆動電流信号S3を第1減算器44に出力する。
第1減算器44は、目標電流信号S2が示す目標電流値Itrgと駆動電流信号S3が示す駆動電流値Iaとの偏差ΔIを演算し、その偏差ΔIを示す信号である偏差信号S4をPID部45に出力する。
PID(Proportional Integral Differential)部45は、第1減算器44が演算した偏差ΔIに基づいて目標電流値Itrgを補正する補正値Icを演算する。補正値Icは、偏差ΔIに基づく比例制御を行うための比例項、偏差ΔIに基づく積分制御を行うための積分項、および、偏差ΔIに基づく微分制御を行うための微分項の加算値である。PID部45は、補正値Icを示す信号である補正信号S5を第2減算器46に出力する。
第2減算器46は、目標電流信号S2が示す目標電流値Itrgから補正信号S5が示す補正値Icを減算することにより、目標圧力Ptrgを実現するのに適した比例制御弁18の駆動量である駆動電流値Iatを判定値Vjとして演算する。この判定値Vjは、指令信号Scを生成する際のベースとなる第1信号Sb1を生成する際に用いられる。第2減算器46は、判定値Vjを示す信号である判定信号S6を比較器48に出力する。なお、駆動量演算部は、目標圧力演算部41、目標電流演算部42、LPF部43、第1減算器44、PID部45、および、第2減算器46によって構成されている。
搬送波生成部47は、三角波や鋸波といった搬送波を生成する。本実施形態の搬送波生成部47は、上記第1信号Sb1を生成するための三角波を生成し、その生成した三角波である三角波信号S7を比較器48に出力する。三角波の周波数f1は、後述する第2信号生成部52が生成する第2信号の周波数f2よりも高い1kHz以上の周波数、例えば1650Hzに設定される。この周波数f1は、例えば油圧機器といった1kHz以上の周波数での制御が適している他の機器に対する指令信号を生成する際にECU31が用いている周波数であり、油圧機器を制御するうえで1kHz以上であることが好ましい。
比較器48は、第1信号生成部として機能し、判定信号S6が示す判定値Vjと三角波信号S7におけるその時々の値とを比較し、判定信号S6のうちで三角波信号S7よりも大きい値を有する部分をオン区間とする周波数f1の第1信号Sb1を生成する。第1信号Sb1は、供給電圧Voを有するパルス信号である。
すなわち、図4に示すように、ECU31は、目標電流信号S2を補正信号S5で補正した判定信号S6を生成し、その判定信号S6と三角波信号S7とを比較して周波数f1の第1信号Sb1を生成する。そしてECU31は、その生成した第1信号Sb1を指令信号生成部32に出力する。
図3および図5に示すように、指令信号生成部32は、第2信号生成部52と、第3信号生成部として機能する乗算器53とを有している。第2信号生成部52は、第1信号Sb1に基づく指令信号Scを生成するためのパルス信号である矩形波を生成し、その生成した矩形波を示す第2信号S10を乗算器53に出力する。第2信号S10の周波数f2は、比例制御弁18の開度を制御するのに適した周波数であって、上述した搬送波生成部47の生成する三角波の周波数よりも低い100Hz以下の周波数、例えば70Hzに設定される。第2信号S10のデューティ比D1は、50%に設定される。乗算器53は、高周波信号である周波数f1の第1信号Sb1に低周波信号である第2信号S10を乗算することにより、第1信号Sb1および第2信号S10の双方においてオン区間に設定されている区間をオン区間とする供給電圧Voを有する指令信号Scを生成する。
すなわち、図5に示すように、指令信号生成部32は、第1信号Sb1と第2信号S10とを乗算することにより、周波数f1で供給電圧Voのオン区間が繰り返される電源供給領域Aを周波数f2で繰り返す指令信号Scを生成する。そして指令信号生成部32は、その生成した指令信号Scを比例制御弁18に印加する。
図6を参照して上述したブレーキシステム10の作用について説明する。
上述した制御装置30は、例えば車速、ミリ波レーダーによって検知した前方の障害物との距離等の各種の情報に基づいて車両が障害物に衝突する可能性が高いと判断すると比例制御弁18を開弁する。このとき、制御装置30は、ECU31にて生成された周波数f1(1650Hz)の第1信号Sb1と第2信号生成部52にて生成された周波数f2(70Hz)の第2信号S10とを乗算することで比例制御弁18への指令信号Scを生成する。そのため、比例制御弁18には、周波数f1でオン区間が設定された電源供給領域Aが周波数f2で繰り返される指令信号が入力される。
図6は、第1信号Sb1で比例制御弁18を制御した場合を比較例、指令信号Scで比例制御弁18を制御した場合を実施例として、駆動電流値Iaの推移とブレーキブースター12に供給された圧縮エアの圧力Paとの関係を示したグラフである。図6に示すように、実施例は、比較例よりもヒステリシスが大幅に小さくなることが認められた。
上記第1実施形態のブレーキシステム10によれば、以下の作用効果が得られる。
(1)比例制御弁18には、第1信号Sb1の周波数f1でオン区間を繰り返す電源供給領域Aが第2信号S10の周波数f2で繰り返す指令信号Scが入力される。電源供給領域Aにおけるオン区間の周波数f1は、第2信号S10の周波数f2に比べて十分に高い。そのため、比例制御弁18には、実質的に周波数f2で供給電圧Voが供給される。これにより、比例制御弁18に入力される指令信号の周波数が小さくなることで比例制御弁18に生じるヒステリシスを小さくすることができる。その結果、比例制御弁18による圧力Paの制御の精度を高めることができる。
(2)制御装置30は、第1信号Sb1を生成するECU31と、第1信号Sb1に基づいて指令信号Scを生成する指令信号生成部32とで構成されている。そのため、ECU31の基本設計を変更することなく、比例制御弁18に適した周波数の指令信号Scを生成することができる。
(3)制御装置30は、第2信号S10の周波数f2およびデューティ比D1の各々を固定値として第1信号Sb1のパルス幅を制御することで比例制御弁18の駆動電流値Iaを制御している。こうした構成によれば、第2信号S10の周波数f2が一定であることから、目標電流値Itrgの変動に対する応答性能を高めることができるとともに比例制御弁18の特性に合わせた周波数で比例制御弁18を制御することができる。
(第2実施形態)
図7および図8を参照してブレーキシステムの第2実施形態について説明する。なお、第2実施形態のブレーキシステムは、第1実施形態におけるブレーキシステムと主要な構成が同じである。そのため、第2実施形態においては、第1実施形態と異なる部分について詳細に説明し、第1実施形態と同様の部分については同様の符号を付すことによりその詳細な説明は省略する。
図7に示すように、制御装置30において、ECU31は、周波数設定部55を有している。周波数設定部55は、指令信号生成部32の第2信号生成部57が生成するパルス信号の周波数f2を設定する。周波数設定部55は、第2減算器46から入力された判定信号S6が示す判定値Vjに基づいて周波数f2を演算する。周波数設定部55は、例えば、メモリ34に格納されている周波数テーブル56に基づいて周波数f2を設定する。この周波数テーブル56には、空圧回路に配設される比例制御弁18の制御に適した周波数であって、最小値を0Hz(直流)、最大値を100Hzとして判定値Vjが大きいほど高い周波数が規定されている。周波数設定部55は、演算した周波数f2を示す信号である周波数信号Sfを指令信号生成部32に出力する。
指令信号生成部32において、第2信号生成部57は、周波数設定部55からの周波数信号Sfに基づいて、パルス幅が予め定められた周波数f2の第2信号S11を生成する。第2信号生成部52は、その生成した第2信号S11を乗算器53に出力する。
乗算器53は、高周波信号である第1信号Sb1に低周波信号である第2信号S11を乗算することにより、第1信号Sb1および第2信号S11の双方においてオン区間に設定されている区間をオン区間とする供給電圧Voを有する指令信号Scを生成する。
すなわち、図8(a)および図8(b)に示すように、指令信号生成部32は、第1信号Sb1と第2信号S11とを乗算することにより、周波数f1でオン区間が繰り返される電源供給領域Aを周波数f2で繰り返す指令信号Scを生成する。指令信号Scは、比例制御弁18の駆動電流を大きくするときに周波数が高くなり、単位時間における電源供給領域Aの割合が高くなる。指令信号生成部32は、生成した指令信号Scを比例制御弁18に出力する。なお、図8(a)は目標電流値Itrgが小さい場合の各種信号の一例を示し、図8(b)は目標電流値Itrgが大きい場合の各種信号の一例を示している。また、第2実施形態を実施例として駆動電流値Iaと圧力Paとの関係を調査したところ、第2実施形態においても図6に示した実施例と比較例の関係のようにヒステリシスが大幅に小さくなることが確認された。
上記第2実施形態のブレーキシステム10によれば、第1実施形態に記載した(1)に準ずる効果を得ることができる。
なお、上記第1および第2実施形態は、以下のように適宜変更することも可能である。
・第1および第2実施形態において、制御装置30は、ECU31の各種機能部と指令信号生成部32の各種機能部とが1つのECUに搭載される構成であってもよい。
・第1および第2実施形態において、第1信号Sb1は、所定のデューティ比を有する高周波の信号であってもよい。この場合、ECU31は、第2信号S10の周波数が一定である第1実施形態においては判定値Vjに基づいて第2信号S10のパルス幅を設定する。また、第2信号S10のパルス幅が一定である第2実施形態においては判定値Vjに基づいて第2信号S11の周波数を設定する。
・第1実施形態において、第2信号S10のデューティ比D1は、50%に限られるものではない。
・第1実施形態において、第2信号S10の周波数f2は、100Hz以下であればよく70Hzに限られるものではない。
10…ブレーキシステム、10A…空圧回路、11…エアタンク、12…ブレーキブースター、13…第1経路、14…第2経路、15…第1供給通路、16…ブレーキバルブ、17…第2供給通路、18…比例制御弁、19…シャトル弁、20…共通通路、26…圧力センサー、28…電流センサー、29…電源、30…制御装置、31…ECU、32…指令信号生成部、33…プロセッサ、34…メモリ、35…入力インターフェース、36…出力インターフェース、37…バス、41…目標圧力演算部、42…目標電流演算部、43…LPF部、44…第1減算器、45…PID部、46…第2減算器、47…搬送波生成部、48…比較器、49…目標電流テーブル、52…第2信号生成部、53…乗算器、55…周波数設定部、56…周波数テーブル、57…第2信号生成部。

Claims (5)

  1. 圧縮エアが貯留されるエアタンクと、
    圧縮エアが供給されることによりブレーキを作動させるブレーキブースターと、
    前記エアタンクから前記ブレーキブースターに前記圧縮エアを供給する経路として、ブレーキペダルの踏み込み量に応じて開度が制御されるブレーキバルブが配設された第1経路と電子制御によって開度が制御される比例制御弁が配設された第2経路とを有する空圧回路と、
    前記比例制御弁を制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、
    周波数が1kHz以上のパルス信号であって前記比例制御弁の駆動量を示す第1信号を生成する第1信号生成部と、
    周波数が100Hz以下のパルス信号である第2信号を生成する第2信号生成部と、
    前記第1信号と前記第2信号とを乗算して前記比例制御弁に対する指令信号を生成する第3信号生成部とを備える
    ブレーキシステム。
  2. 前記第1信号は、周波数が一定であり、かつ、前記比例制御弁の駆動量が大きくなるほどパルス幅が大きくなるパルス信号であり、
    前記第2信号は、周波数およびパルス幅の各々が一定のパルス信号である
    請求項1に記載のブレーキシステム。
  3. 前記第2信号は、デューティ比が50%に設定された矩形波である
    請求項2に記載のブレーキシステム。
  4. 前記第1信号は、周波数が一定であり、かつ、前記比例制御弁の駆動量が大きいほどパルス幅が大きいパルス信号であり、
    前記第2信号は、前記駆動量が大きいほど周波数が高く、かつ、パルス幅が一定のパルス信号である
    請求項1に記載のブレーキシステム。
  5. 前記制御部は、前記比例制御弁の駆動量を演算する駆動量演算部と前記第1信号生成部とを有する電子制御ユニットと、前記第2信号生成部と前記第3信号生成部とを有する指令信号生成部とで構成されている
    請求項1〜4のいずれか一項に記載のブレーキシステム。
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