JPH0392463A - アンチスキッド制御装置 - Google Patents

アンチスキッド制御装置

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JPH0392463A
JPH0392463A JP22818889A JP22818889A JPH0392463A JP H0392463 A JPH0392463 A JP H0392463A JP 22818889 A JP22818889 A JP 22818889A JP 22818889 A JP22818889 A JP 22818889A JP H0392463 A JPH0392463 A JP H0392463A
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JP
Japan
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brake fluid
fluid pressure
wheel
target
wheels
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Akira Higashimata
章 東又
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は車輪の制動スリップを防止するアンチスキッド
制御装置に関するものである。
(従来の技術) アンチスキッド装置は一般的に、例えば特公昭50−3
4185号公報に示されている如く、車輪の加減速度と
スリップ率とからスリップ状態を判別し、判別結果に応
じスキッドサイクル、つまりブレーキ液圧の増圧と減圧
を繰返しながら結果としてスリップ率を、路面摩擦係数
が最大となる(制動距離が最短となる)理想スリップ率
近辺の値に近付けることを狙ったものである。
付言すれば、制動時車輪減速度が設定値を越える時スキ
ッドサイクルを開始してブレーキ液圧をその時の値に保
圧し、それにもかかわらず車輪スリップ率が理想スリッ
プ率を越える時ブレーキ液圧を減圧し、この減圧により
車輪加速度が設定値を越える時ブレーキ液圧を保圧し、
車輪スリップ率が理想スリップ率未満になる時ブレーキ
液圧を増圧し、この増圧で車輪減速度が再び設定値を越
える時上記と同様な次のスキッドサイクルを繰返す。
(発明が解決しようとする!I題) しかしかかる従来のアンチスキッド制御装置では、スキ
ッドサイクルの繰返しにより車輪の制動スリップを防止
するため、スキッドサイクル相当のスパンで見た時車輪
のスリップ率が常に変動しており、これにともない路面
摩擦係数(制動力)が常時微妙に変化するのを禁じ得す
、不自然となる。
又、スキッドサイクルを繰返すということはブレーキ液
圧が変動することに継かり、ブレーキペダルや車体への
振動伝達を惹起する。
本発明は、車輪スリップ率を一定に保って制動スリップ
を防止する制御系を構築することで、上述の問題を生じ
ないアンチスキッド制御装置を提供することを目的とす
る。
(課題を解決するための手段) この目標のため本発明は、 車輪の制動スリップを防止するアンチスキッド制御装置
において、 車輪の車輪速を検出する車輪速センサと、車輪のブレー
キ液圧を検出する圧力センサと、ブレーキ液圧の変化速
度を演算する圧力変化速度演算手段と、 車輪速、ブレーキ液圧及びブレーキ液圧変化速度から車
輪が所定の一定スリップ率に保たれるような目標ブレー
キ液圧を演算する目標ブレーキ液圧演算手段と、 この目標ブレーキ液圧を制御入力としてこれに追従可能
なサーボ機能を有するブレーキ液圧制御手段とを具備し
て構成する。
(作 用) 目標ブレーキ液圧演算手段は、車輪速センサで検出した
車輪の車輪速と、圧力センサで検出した車輪のブレーキ
液圧と、圧力変化速度演算手段で演算したブレーキ液圧
の変化速度とから、車輪が所定の一定スリップ率に保た
れるような目標ブレーキ液圧を演算する。
ブレーキ液圧制御手段は、この目標ブレーキ液圧を制御
入力としてこれに追従するサーボ機能により、車輪のブ
レーキ液圧を上記目標ブレーキ液圧となるよう制御する
よって、車輪のスリップ率は上記所定のスリップ率に保
たれることとなり、このスリップ率を越えた制動スリッ
プの発生を防止することができる。
ところでこのアンチスキッド制御に当り、車輪のスリッ
プ率が所定の一定スリップ率に保たれるようブレーキ液
圧を制御するため、定常的には車輪スリップ率が変動せ
ず、従って路面摩擦係数(制動力)の変化がなく、異和
感をなくすことができる。
又同様の理由から、ブレーキ液圧も定常的には変動せず
、ブレーキペダルや車体の振動を生ずることがない。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面に基き詳細に説明する。
第1図は本発明アンチスキッド制御装置の一実施例で、
IL, IRは夫々左右前輪のホイールシリンダ、2L
, 2Rは夫々左右後輪のホイールシリンダ、3はブレ
ーキペダル、4はマスターシリンダを夫々示す。マスタ
ーシリンダ4はブレーキベダル3の踏力に応じたマスタ
ーシリンダ液圧を2系統5.6に出力し、これらマスタ
ーシリンダ液圧は管路7〜10により対応するホイール
シリンダIL, IR.2L, 2Hにブレーキ液圧と
して供給される。各ホイールシリンダは個々にブレーキ
液圧により作動されることにより対応する車輪を個々に
制動することができる。
後2輪のブレーキ液圧管路9.10には周知のPバルブ
l1を挿入し、これにより後輪ブレーキ液圧を或る圧力
以上の領域で上昇制限し、前輪ブレーキ液圧より低くす
ることで、前後輪制動力配分を制動時の荷重移動に対応
させ、前後輪の制動力バランスをとる。
l2は各車輪のホイールシリンダIL, IR, 2L
, 2Rに向かうブレーキ液圧を個々に制御して、各車
輪の制動スリップを防止するアンチスキツドアクチュエ
ー夕で、このアクチュエータはコントローラ13により
制御する。そして、コントローラ13には各車輪の車輪
速を個々に検出する車輪速センサ14L. 14R, 
15L, 15Rからの信号、マスターシリンダ液圧を
検出する圧力センサ16からの信号、各車輪のブレーキ
液圧を個々に検出する圧力センサ17L. 11R. 
18L, 18Rからの信号、車体加減速度を検出する
Gセンサl9からの信号を夫々入力する。
コントロ,−ラl3はこれら人力情報を基に以下の如く
各車輪の目標ブレーキ液圧を演算してこれらをアンチス
キッドアクチュエータ12に指令し、アクチュエータ1
2は各車輪のブレーキ液圧を当該目標値に一致させて各
車輪を個別にアンチスキッド制御する。
次に上記目標ブレーキ液圧の演算方式を説明する。
先ず、アンチスキッド制御対象である車輪を第2図の如
くモデル化すると、その運動方程式は周知の如く次式で
表わされる。
■ ・ω”’F−rTb μ =μ・W−r−T, (1) 一方、 ブレーキトルク Tb はブレーキ液圧Pに比 例し、 Tb =k. P ー・(2) (kp 二車両毎に決まる比例定数) で表わされる。
又、 第2図に併記した通り車体速 度を■、 車輪速を vaJとした時、 SL (3) で表わされる車輪のスリップ率SLと路面摩擦係数μと
は第3図の如き関係となり、μが最大となるst−0.
2迄の領域がアンチスキッド制御範囲である。
上記(1)〜(3)式が制御対象を記述する式であり、
これを1つのブロック線図により示すと第4図の如きも
のとなる。即ち、ブロック21でブレーキ液圧Pに定数
kl,を掛けてブレーキトルクTbを求める。又、ブロ
ック22で車輪速vtjJと車体速度■からスリップ率
SLを演算し、ブロック23でこのスリップ率から第3
図を基に路面摩擦係数μを求め、ブロック24で摩擦係
数μに車輪荷重W及び車輪半径rを掛けて(1)式中に
おけるFp・r=μ・W−rを求める。このFμ・rと
、ブロック21からのT,との差をもって!・ふとし、
ブロック25でこのI−二を回転イナーシャIにより除
算することにより車輪の回転角加速度ωを求め、ブロッ
ク26で二を積分(Sはラプラス演算子で? ■に相当し、従って1/Sは時間積分を意味する)する
ことにより車輪回転速度ωを求め、ブロック27でこの
ωに車輪半径rを掛けることにより車輪速v0  とな
る。
ところで、第4図中ブロック22. 23は非線形要素
であり、かかる非線形要素を含む制御理論が未だ確立さ
れていないため、第4図のままで制御系を組むには問題
がある。そこで、本例では以下の如くにブロック22.
 23の線形近似化を行って、制御を組むこととする。
先ず、ブロック23の線形近似化に当っては、第3図の
μ−SL特性において微小スリップ率範囲を考える。こ
の場合、同図中1点鎖線で示す如くμがSLに比例する
と考えることができ、その比例定数をりとし、初期値を
μ″とすると、μ一kμ・SL十μ    ・・・−・
・−・・・(4)と書換えられ、これによりブロック2
3(第3図)のμ一S,特性を近似的に線形化し得る。
次に、ブロック22の線形近似化に当っては、(3)式
で定義されるスリップ率S,を微小時間範囲で考える。
この微小時間範囲では、(3)式中V のω 変化に対しVの変化が極く小さいことから、■の変化を
Oと見做して■を一定値と仮定することができる。従っ
て、1/v=一定一kv(比例定数)とすれば、 sL= i −k.  − vaJ・−−−−−−−−
− (5)と書換えられ、これによりブロッ22を近似
的に線形化することができる。
かかる線形近似化により、第4図中ブロック22.23
は夫々第5図に示す如くブロック22’. 23’に置
換することができる. 一方、ブレーキ液圧Pを決定するアンチスキッドアクチ
ュエータ12を本例では、コントロールユニット13か
らの目標ブレーキ液圧(P0)指令に対してブレーキ液
圧Pを追従させ得るようなサーボ機能を持ったアクチュ
エータとする。この場合アクチュエータ12の伝達関数
は2次系で近似することができ、この伝達関数によって
ブレーキ液圧Pとその目標値P*との関係は次式で表さ
れる。
この式を展開すると、 となり、 従ってアクチュエータ12は(6) 式よりブ ロック図で表すと第5図に示す如きものとなる。
即ちブロック3lで、入力されてきた目標ブレーキ液圧
P1にω7を掛けて(7)式中右辺第3項を求める。他
方ブロック32で、ブレーキ液圧Pにω7を掛けて(7
)式中右辺第2項を、又ブロック33でPに2ξ・ω,
を掛けて(7)式中右辺第1項を夫々求め、これらをブ
ロック31で求めたω7 ・し、ブロック35ではPを
積分してPとする。
次に、本例では現代制御理論を用いるため、上記した制
御対象を現代制御理論における状態空間表現の形にする
ここで状態空間表現とは、制御入力をU、状態変数をx
1制御出力をy、外乱をdとした時、制御対象を x=Ax+Bu十Dd y=Cx (A,B,C,Dは夫々マトリックス)の形で表現する
ことであり、前者の式を一部表す制御対象の状態方程式
を以下に求める。
(1) 式中の Tb に(2) 式を代入して ■ ・ω=μ ・W・ r−k.・ P が得られるが、これに ■  =ω ・ r ω .  L ●● ω 8 r を代入して、両辺にrを掛けると I・V,=g−W−r”−k,−F”rの式が威立する
(4), (5)式よりSLを消去して得られるμ叫μ
( l  kv−Vtn )+μ′=−kμ・k,−V
aJ+ (kμ+μ’ )を上式中のμに代入すると、 1 ・Va, ={−kμ・kv−Va, +(kμ+
 u ’)) H−r”−kp I P−r=(−kμ
・kv−W−r”)Val+W・r”(kμ+μ’)−
k11”rとなり、この式を整理してvelJを得る式
を求めると、 になる。
この(8)式及び前記(7)式は、状態変数Xとしてx
=(V  ,P,P)”  (但し、Tは転置行列)の をとり、前記した状態空間表現の形にしてまとめると、 + + ″l:I   づ で表され、現代制御理論を用い得ることとなる。
ちなみに、(9)式においては( VaJ,  P, 
 P) Tが前記状態変数χに相当し、目標ブレーキ液
圧P1が前記制御人力Uに相当し、車輪速vaJが前記
制御出力yに相当し、更に前記マトリックスA,B,C
, Dは夫々次式のものがそれに相当する。
e= (1, 0, 0〕 ・−・−・−・−・−・(10) 次に、上記の状態空間表現に基づくサーボシステムの設
計について説明する。
第3図から明らかなようにスリップ率SLを0.2前後
にするのがアンチスキッド制御の効率を良くする上で好
ましいことから、SL−0.2となるように前記の制御
人力U、つまり目標ブレーキ液圧P”を決定する。これ
がため先ず、前記の通り制御出力yは車輪速vaJであ
るから、(3)式よりSL =0.2となる目標車輪速
VaJ” (VaJ”=0.8V〉を求め、これを目標
人力urとして車輪速vaJをこの目標入力”r ”V
QI′  に追従させるようにすればよい.制御出力y
=v  を目標人力u7一ω vaJIに追従させるサーボシステムは種々あるが、本
例では実教出版発行、美多勉・小郷寛共著「システム制
御理論入門」第170頁乃至第172頁に記載の1型最
適サーボシステムを用いる。このサーボシステムは第6
図に示す如く定常偏薯補償器41を具え、ステップ入力
まで定常偏差なく制御出力を目標入力に追従させること
ができるもので、当該サーボシステムの設計に当っては
上記文献に記載された通り以下の如くにこれを行ってゲ
インIF,Kを決定することにより、スリップ率SLを
前記した所定の一定値0.2に保つようなサーボシステ
ムを構築することができる。
第6図の1型最適サーボシステムにおいては、前記の状
態空間表現より外乱項を無視することができ、制御対象
を y=cχ      ・−・−・−・ で表現し得る。そして、定常偏差補償器41は制御出力
yと目標人力Ll,との偏差eを積分してZとなし、ブ
ロック42でこれにゲインKを掛けて得られる値から、
ブロック43で状態変数Xにゲイン『を掛けて得られる
値を差引いて制御人力Uとなす。
この制御人力U及び、状態変数Xを基にブロック44〜
47は上記(11)式の状態空間表現を具現化する。
ところで第6図のサーボシステムは、 で表され、最適レギュレータ問題に帰着させるためにX
,  Zの代わりにX,Uを状態変数ベクトルにする.
このためUを計算すると、 u= −FX+KZ  −  F(Ax+Bu)+K(
−Cx+υr)となり、 (11)と合せて拡大系を考えると、 y = ( C+の) z( xT , u? E T
となる.ここで定常偏差を求めるため、X−0,u−Q
とすると、 1・−(15) となるが、 より、 (C, 0) rE−’冨 (a, [. 〕 となるので、 となり定常偏差がないことがわかる。
次に定常値 から誤差システムを求める。
ここで、 X. =X −X(■》t U@ US(■》 e ”y−ur ・・・(17) とおいて、 ・−−−一・(18a) ・・−・−・(18b) を得る。
このシステムは、 〔F, ■〕E =F. と定 義すると、 e”” (C,  e )  (xs  +  us 
 3の状態フィードバックをしたレギュレー夕とみなせ
る。そこで、拡大システムにおいて、重み行列W>O,
Rhoを選び、 を最小にするVを求めると、 題を解いて、 最適レギュレー夕間 を得るので、これより『,[Kを、 ([F,[K)=F.’  E−’      ・一・
・・・−・−・(23)ととれば偏差eの過渡誤差が少
ない最適なサーボシステムが設計されることになる。
以上のサーボシステムの設計(ゲインF,Kの決定)を
行った時、制御出力y(車輪速VaJ)を目標人力Ll
,  (目標値v:)に追従させる(スリップ率S,を
所定の一定値0.2に保つ)制御人力U(目標ブレーキ
液圧P0)は第6図から明らかなように で表わされる。第1図のコントローラ13は車輪速vc
IJ1ブレーキ液圧P及びその変化速度Pから上記(2
4)式の演算により目標ブレーキ液圧P*を求め、これ
をアクチュエータ12に指令する.アクチュエータl2
ぱ前記の設計としたサーボシステムをもってブレーキ液
圧Pを目標値P”に持ち来たし、結果として車輪速V。
をスリップ率が所定の一定値0.2に保たれるような目
標値v4に制御するこの とができる。
かように、車輪速V。、ブレーキ液圧P及びその変化速
度Pから車輪が所定の一定スリップ率に保たれるような
目標ブレーキ液圧P0を演算し、これにブレーキ液圧P
を追従させる構成では、前記のフィードバックゲインF
を決める重み行列W,Rが夫々1で、路面摩擦係数μが
6.67で、上記所定の一定スリップ率が0.15であ
る場合のシ柔ユレーション結果を示す第7図から明らか
なように、V,が目標値ya,*に向かう過程での過渡
時以後の定常時はV。−vtに保たれて、スリップ率を
所定の一定値0.15に保ち得ると共に、ブレーキ液圧
Pの変動もなくなる.かようにスリップ率SLの変動が
ないことによって、路面摩擦係数μ(制動力)の変動を
生ぜず、異和感をなくし得ると共に、ブレーキ液圧Pの
変動がないことによって、ブレーキペダルや車体への振
動伝達をもなくすことができる。
なお上述の例では重み行列W,Rを一定とし、フィード
バックゲインVを不変とする構成にしたが、予め重み行
列W,Rを変えて求めておいた数種のフィードバックゲ
インFをテーブルデータとして保存し、車体減速度(G
センサ19の検出値)から判る路面状態に応じてゲイン
Fを使い分けることができる。この場合、路面状態毎に
好適な制御ゲインが得られ好都合である.ちなみに、車
体減速度が0.20 g未満では凍結路、0.20g以
上、0.40g未満では雪路、0.40 g以上、0.
60g未満ではウェット路、0.60 g以上では乾燥
路と判別し、乾燥路ではW−10,R−1に対応したゲ
インFを選択して制御の応答を速くし、ウェット路では
W−10,R=5に対応したゲイン『を選択して入力を
乾燥路より抑え、雪路ではW=1,R=1に対応したゲ
インFを選択して応答を遅くすることにより耐外乱性を
向上させ、凍結路ではW=0.1 , R=1に対応し
たゲインFを選択して応答を更に遅くする。
フィードバックゲインFの他の変更方法としては、第8
図に示すように減速度が1.0 g, 0.5 g.0
.25 gの時の■.■,■点におけるフィードバック
ゲインを夫々予め27.05. 8.525. 6.8
53と与えておき、これら3点を線で結んだ特性に沿い
フィードバックゲインを変更する方法もある。減速度か
の=0.8 gの時のフィードバックゲインを求める例
を説明するに、この時のゲインは■,■点からの補間式
より求めることとなるが、■点が(1.0g, 27.
08 )の座標上にあり、■点が(0.5 g.8.5
24 )の座標上にあることから、■,■点間を結ぶ線
の表わす関数は となり、この式中のGに■点の0.8 gを代入すると
、■点の0.8gに対応したゲインFが19.64と求
まる。
第9図及び第10図はフィードバックゲイン『,Kの双
方を変更可能とし、しかもこれらをコントローラ13内
における中央処理ユニット(CPU)の学習機能により
常時最適値に書換え可能とした例を示す。コントローラ
13は第10図中ステップ51で制動中と判別する間、
ステップ52で読込んだ車体減速度から第9図のテーブ
ルデータを基にフィードバックゲインF,Kをステップ
53において選択し、これらを基にステップ54で前記
(24)式により目標ブレーキ液圧P0を演算し、これ
をアクチェエータ12へ出力する。次のステップ55で
はスリップ率を計算し、保存しておく。
ステップ51で非制動中と判別する時、つまり制動の終
了時、ステップ56でステップ55における保存スリッ
プ率の平均値(平均スリップ率)を計算する。ステップ
57ではこの平均スリップ率が所定の一定スリップ率(
例えば0.2)に近いかどうかにより良好なものか否か
をチェックし、良好なら第9図のマップを変更しない。
スリップ率が良好でなければ、ステップ58でW,Rを
修正し、ステップ59でこれらに基きIF,  Kを計
算し直し、ステップ60で第9図のマップ中該当減速度
におけるF,K,W,R,スリップ率の書換えを行う。
かかる学習制御により、第9図のマップは減速度毎に所
定の一定スリップ率を得るのに最適なフィードバックゲ
インIF,  Kを格納していることとなり、常時狙い
通りの制御を路面状態の変化にかかわらず達威すること
ができる. (発明の効果) かくして本発明アンチスキッド制御装置は上述の如く、
車輪速、ブレーキ液圧、及びその変化速度から車輪のス
リップ率が所定の一定値に保たれるような目標ブレーキ
液圧を演算し、この目標値にブレーキ液圧を制御する構
成としたから、定常的には車輪スリップ率の変動を生ず
ることがなく、従って路面摩擦係数(制動力)の変化を
生ぜず、アンチスキッド制御中の異和感をなくすことが
できる.又同様の理由から、ブレーキ液圧も変動せず、
ブレーキペダルや車体への振動伝達をなくすことができ
る.
【図面の簡単な説明】
第工図は本発明アンチスキッド制御装置の一実施例を示
す全体システム図、 第2図はアンチスキッド制御対象である車輪のモデル図
、 第3図は車輪の路面摩擦係数変化を示す特性図、第4図
は制御対象のブロック線図、 第5図は同線図中における非線形部分を線形近似化して
示す制御対象のブロック線図、第6図は本発明のアンチ
スキッド制御装置に適用する1型最適サーボシステムの
ブロック線図、第7図は本発明装置による動作タイムチ
ャート、第8図はフィードバックゲインの変化特性図、
第9図はフィードバックゲインのテーブルを示すマップ
図、 第10図は同テーブルデータを学習制御するプログラム
のフローチャートである。 IL. IR, 2L. 2[?・・・ホイールシリン
ダ3・・・ブレーキペダル  4・・・マスターシリン
ダl2・・・アンチスキッドアクチュエータ13・・・
コントローラ 14L, 14R. 15L. 15R・・・車輪速セ
ンサ17L, 17R. 18L. 18R・・・圧力
センサ19・・・Gセンサ 第1 図 第2図 第3図 第4 図 第7図 第8図 第lO図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、車輪の制動スリップを防止するアンチスキッド制御
    装置において、 車輪の車輪速を検出する車輪速センサと、 車輪のブレーキ液圧を検出する圧力センサと、ブレーキ
    液圧の変化速度を演算する圧力変化速度演算手段と、 車輪速、ブレーキ液圧及びブレーキ液圧変化速度から車
    輪が所定の一定スリップ率に保たれるような目標ブレー
    キ液圧を演算する目標ブレーキ液圧演算手段と、 この目標ブレーキ液圧を制御入力としてこれに追従可能
    なサーボ機能を有するブレーキ液圧制御手段とを具備し
    てなることを特徴とするアンチスキッド制御装置。 2、請求項1において、目標ブレーキ液圧演算手段は、
    路面摩擦係数μと車輪スリップ率S_Lとの関係をμ=
    k_μ・S_L+μ′(k_μ・・・・・比例定数、μ
    ′・・・・・初期値)と線形近似化し、車輪スリップ率
    S_LをS_L=1−k_v−V_ω(k_v・・・・
    ・比例定数、V_ω・・・・・車輪速)と線形近似化し
    、これらを基に、狙った路面摩擦係数μに対応する車輪
    スリップ率S_Lを前記所定の一定スリップ率とするよ
    う構成したアンチスキッド制御装置。 3、請求項1又は2において、目標ブレーキ液圧演算手
    段は、レギュレータ問題を解いたフィードバッグゲイン
    に基き目標ブレーキ液圧を演算するよう構成したアンチ
    スキッド制御装置。 4、請求項3において、目標ブレーキ液圧演算手段は、
    フィードバックゲインを車体減速度に応じ変更するよう
    構成したアンチスキッド制御装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0539018A (ja) * 1991-08-02 1993-02-19 Nippon Denshi Kogyo Kk アンチロツクブレーキ装置
EP0712770A2 (en) 1994-11-16 1996-05-22 Sumitomo Electric Industries, Limited Antiskid control device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0539018A (ja) * 1991-08-02 1993-02-19 Nippon Denshi Kogyo Kk アンチロツクブレーキ装置
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US5545929A (en) * 1994-11-16 1996-08-13 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Antiskid control device

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