JPH11505788A - 車両用ブレーキシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 車両用、とくに牽引車両の後車軸のためのブレーキシステムは、一次ブレーキ圧力源（Ｓ１）が供給される一次電子ブレーキ回路と、バックアップブレーキ圧力源（Ｓ２）が供給されるメカニカルバックアップブレーキ回路とを有している。ブレーキアクチュエータ（４０）は、ブレーキ圧力を受け、それにより、車両の車軸上の車輪にブレーキをかける。ブレーキ中において、チェンジオーバーバルブ（３４）は、通常は、一次ブレーキ圧力をブレーキアクチュエータにかけるように作動する。電子システム故障の際には、チェンジオーバーバルブ３４は、代わりに、バックアップブレーキ圧力源（Ｓ２）が、アクチュエータに与える。調整バルブ（Ｖ）は、バックアップブレーキ圧力源（Ｓ２）とチェンジオーバーバルブ（３４）との間のバックアップブレーキ回路内に配置され、車軸荷重およびバックアップブレーキ圧力に基づいて作動可能であり、バックアップブレーキ圧力のチェンジオーバーバルブへの供給を制御する。このようにして、車軸への荷重状態がブレーキ時に車両の不安定を生じるおそれがある場合に、車両車軸上の車輪への追加のブレーキ圧力の供給が制限され得る。

Description

【発明の詳細な説明】 車両用ブレーキシステム この発明は、車両ブレーキシステムに関し、とくに、バックアップブレーキ装 置(back-up braking facility)を有する電子ブレーキシステム（ＥＢＳ）に関す る。この発明は、とりわけ、トレーラーを含む広範な車両のための後車軸ブレー キシステムに適している。 電子ブレーキシステムの導入に伴い、エア式バックアップシステム(pneumatic back-up system)の必要が生じている。サスペンション高および／またはエアサ スペンション圧力による車軸荷重の電気測定の導入を伴うブレーキ圧力電子制御 装置の導入は、後車軸荷重バルブの除去をもたらした。これにより、電子ブレー キシステムが故障している状態においては、エア式バックアップシステムが作動 し、後ブレーキへの圧力の荷重配分が行われない状況となり、これが、低車両荷 重時における制動状態下での車両の不安定につながるおそれがある。 既存のブレーキシステム（たとえば、GB-A-2235505）は、荷重配分バルブ(loa d apportioning valve)を有しており、この荷重配分バルブは、このバルブに荷 重調整入力(load regulating input)を与えるために、車軸へのメカニカルリン クに接続されている。このバルブは、ブレーキ源とブレーキアクチュエータとの 間に配置されている。 この発明の目的は、バックアップブレーキが必要なときにのみ、ブレーキシス テムに荷重配分を組み込むための簡単な方向を提供することである。 この発明によれば、車両用ブレーキシステムは、一次電子ブレーキ回路、 バックアップブレーキ圧力源を有するバックアップブレーキ回路、 車両の車軸上の車輪にブレーキをかけるためのブレーキアクチュエータ、なら びに ブレーキ中において、上記一次ブレーキ圧力およびバックアップブレーキ圧力 のうちの一方を、選択的に上記ブレーキアクチュエータに与えるチェンジオーバ ーバルブを含み、 バックアップブレーキ圧力源とチェンジオーバーバルブとの間のバックアップ ブレーキ回路内に配置され、車軸荷重およびバックアップブレーキ圧力に基づい て作動可能であり、バックアップブレーキ圧力の上記チェンジオーバーバルブへ の供給を調整するための調整バルブ(regulating valve)によって特徴付けられる 。 通常のブレーキ中には、チェンジオーバーバルブは、一次ブレーキ回路をブレ ーキアクチュエータに接続するように作動する。この一次ブレーキ回路に故障(d efective)が生じたときには、チェンジオーバーバルブはバックアップブレーキ 回路をブレーキアクチュエータに接続する。 バックアップブレーキ圧力源とチェンジオーバーバルブとの間のバックアップ ブレーキ回路内に調整または配分バルブを配置することにより、バックアップブ レーキ状態のブレーキシステムに対して荷重配分を行うための簡単な方法が提供 される。 好ましい実施形態においては、調整または配分バルブは、車軸荷重を表す信号 を与えるエアサスペンション圧力によって作動させられる。このようにして、配 分バルブは、ブレーキ圧力の供給を制御し、軽い荷重またはブレーキングのいず れかに起因して、車軸荷重が低すぎる場合にはブレーキ圧力の供給を制限(restr ict)する。 さらには、サスペンション高および車軸荷重に従って変化するメカニカルリン クを、配分バルブを作動させるために用いてもよい。 添付図面を参照して、一例に過ぎないが、この発明の具体的な実施形態を以下 に説明する。添付図面中、 図１は、この発明による後車軸車両ブレーキシステムの第１の実施形態の図解 図であり、 図２は、図１の車両ブレーキシステムの一部を示す図であり、非作動(unactua ted)時におけるチェンジオーバーバルブが示されており、 図３は、図１の後車軸ブレーキシステムの部分を形成する第１荷重配分バルブ を貫く断面図であり、 図４は、バルブのパフォーマンスの計算予測例を示すグラフであり、 図５ないし図７は、図２に示されたバルブの動作に関連する車両のパフォーマ ンスの予測計算例を示すグラフであり、 図８は、図１の後車軸ブレーキシステムの一部を形成する荷重配分バルブの変 形例を貫く断面図であり、 図９は、この発明による後車軸ブレーキシステムの第２の実施形態の図解図で あり、 図１０は、図２の実施形態とともに用いることができるサスペンション高モニ タの図解図である。 図１および図２を参照して、電子ブレーキシステム（ＥＢＳ）は、ブレーキペ ダル１２からブレーキ指令電気信号を受ける電子ブレーキコントロールユニット １０を含む。このＥＢＳブレーキペダル１２は、ドライバの減速指令に比例する 電気信号を、ブレーキコントロールユニット１０に与える。コントロールユニッ ト１０内で適切なソフトウエアを用いることにより、このコントロールユニット は、それらの指令に応答して、図解的に示されている２つのソレノイドバルブ２ ２，２４を制御することができる。 バルブ２２は、ノーマリクローズ型のソレノイド吸気バルブ(solenoid inlet valve)であり、バルブ２４はノーマリオープン型のソレノイド排気バルブ(solen oid exhaust valve)であり、これらはいずれもコントロールユニット１０の制御 下にあり、吸気バルブ２２に接続された一次ブレーキ圧力(primary brake press ure)Ｓ１をかけたり解放したりする。ペダル１２は、また、それが押し下げられ るときにはいつでも、直立型比例バルブ(upright proportional valve)１２ａを 作動させる。比例バルブ１２ａの入力には、一次ブレーキ圧力源Ｓ１からの加圧 流体（通常は、空気）が供給されており、比例バルブ１２の出力は、したがって 、二次ブレーキ圧力源Ｓ２を形成する。一次ブレーキ圧力源（バルブ２２および ２４の出力）および二次ブレーキ圧力源（比例バルブ１２ａからの出力）は、３ ／２（３ポート、２ポジション）ソレノイド駆動型チェンジオーバーバルブ(cha ngeover valve)３４の各入力ポートに接続されており、このチェンジオーバーバ ルブ３４の動作は、コントロールユニット１０の制御下にある。 通常のブレーキ動作のために、ペダル１２が踏み込まれてブレーキが指令され た場合にはいつでも、３／２バルブ３４は、コントロールユニット１０により、 復帰ばね(restoring spring)３６の力に抗して（すなわち、図２に示されている 位置から図１に示されている位置に向かって）付勢され、コントロールバルブ２ ２，２４とブレーキアクチュエータ４０との間の通路を開成状態に保持し、かつ 、バックアップ（二次）ブレーキ圧力をアクチュエータ４０から切り離す。 システム故障が生じた場合には、３／２バルブ３４のソレノイドは付勢されず 、復帰ばね３６は、この３／２バルブをそのバックアップ位置（図２図示）に保 持して、二次圧力源をブレーキアクチュエータ４０に接続する。 図１に示されているように、配分バルブ（apportioning valve）Ｖは、バック アップブレーキ圧力源（比例バルブ１２ａの出力）とチェンジオーバーバルブ３ ４との間のバックアップブレーキシステム内に配置されている。この配分バルブ は、図３にさらに詳細に図示されており、共通バルブハウジング内においてスラ イド可能に設けられ、かつ、共通の軸線Ｘに沿って整列された、段付きの第１ピ ストン(stepped piston)５０および第２ピストン５２を含む。ピストン５０は、 段付きピストンであり、環状ショルダ５８において結合された広い第１の部分５ ４と狭い第２の部分５６とを有する段付きボア（stepped bore）の中にスライド 可能に配置されている。上記広いピストン部分および狭いピストン部分は、ピス トンの環状溝６４，６６に配置された環状シール６０，６２によって、各々のボ ア部５４，５６内において、密封状態でスライド可能である。 したがって、ピストン５０の一端Ａ（ピストン５２から遠い方の端）は、反対 の端Ｂの面積（面積Ｂ）よりも大きな表面（面積Ａ）を有し、このピストンの大 きな方の端は、このピストンの上記大きなヘッド部の反対側の面とショルダ５０ との間に設けられた復帰ばね６８の力に抗して、エアサスペンション圧力（ブレ ーキがかけられるべき車軸のサスペンションにおける）による作用を受ける。ピ ストン５０のピストン５２に向かう最大変位は、狭いボア部５６の内部端部のさ らなるショルダ７０によって制限され、このショルダ７０に対して、ピストン５ ０の他端が当接することができる。このピストンの端は、また、バルブハウジン グの出力ポート７４を介してチェンジオーバーバルブ３２と絶えず通じている。 ピストン５２は、弾性バルブシール７６を備えており、この弾性バルブシール ７６は、ボア７８内に遊嵌されており、シール７６とボア７８との間に連続した 半径方向隙間が存在するようになっている。ピストン５２は、円錐状圧縮ばね８ ０および比例バルブ１２ａからかかるバックアップブレーキ圧力によって、ボア ７８の環状端(annular end)により形成された弁座と密封係合する方向に付勢さ れている。ピストン５２は、小径ボアのひだ付きネック部８４を通り、ショルダ ７０とネック部８４との間に配置された室８５へ入る長い突起８２によって、ボ ア７８内において、長手方向に案内され、このとき、突起８２を通り過ぎ、上記 ネック部を通り、さらに、ひだ付きボア８４を通る（または、図３において破線 により図解的に示されているように、シールリップの直径内の１つ以上の軸方向 に沿う穴(drillings)８４′を通る）空気流を許容する。 出力ポート７４は、ピストン５２が突き入っている室８５から３／２ソレノイ ドチェンジオーバーバルブ３４へと延びている。第１ピストン５０を受け入れる 大きなボア部５４も、ベントポート(vent port)８６を備えており、大径部(enla rged portion)の後方の室における圧縮空気によってピストン５０の動作が妨げ られることのないようにしてある。 エアサスペンション圧力は、ピストン５０の面積Ａに常時かかって、ピストン ５０を前方に動くように付勢しており、これにより、ばね６８を圧縮している。 ピストン５０がばね５８の復帰力に抗して前方に動き続けると、ピストン５０は 、ついには、ピストン５２の突起８２に接し、ピストン５２を図２の右方向へ変 位させ、バルブシール７６をその弁座から持ち上げ、ピストン５２の後面にかか っている二次圧力を、チェンジオーバーバルブ３４に接続されているポート７４ （ひだ付きネック部８４または軸方向の穴(drillings)を介して）に接続させる 。 フットブレーキがかけられると、バックアップブレーキ圧力（すなわち、比例 バルブ１２ａにより修正された圧力源Ｓ１）の空気接続が、配分バルブ内へと供 給され、ピストン５２がその弁座から持ち上げられているので、バックアップ圧 力の空気のチェンジオーバーバルブ３４への流通が許容される。ピストン５２が その弁座から持ち上がると、バックアップブレーキ圧力は、また、ピストン５０ の小さな方の端面の表面領域（面積Ｂ）に渡って作用する。 （エアサスペンション圧力×面積Ａ）が、ばね６８の力＋（チェンジオーバー バルブ３４に供給される圧力×面積Ｂ）よりも小さければ、ピストン５０は後方 に動き、ネック部８４がバルブシール７６によって閉塞されるまでピストン５２ をばね８０の力に従わせ、その時点で、チェンジオーバーバルブ３４に接続され ているラインにおいては、それ以上の圧力上昇は生じ得ない。このようにして、 エアサスペンション圧力値のバックアップブレーキ圧力との比較の結果、そのバ ルブを閉塞させるので、二次（バックアップ）ブレーキ圧力のいずれの上昇も、 チェンジオーバーバルブ３４にはかからない。こうして、車軸荷重に基づいて、 最大ブレーキ圧力が調整される。 ばね６８は、バルブの動作圧力範囲を制限するために設けられており、これは 低荷重状態（たとえば、全荷重状態(fully laden)の半分未満）において有用で ある。低荷重時には、後車輪のロックポイント(lock point)は、極低レベルブレ ーキング状態においてさえも、ほぼ常に前車輪のそれよりも小さいので、このよ うな状況においては、バルブは、閉成状態に保持され（エアサスペンション圧力 ×面積ＡはばねＡの力よりも小さい）、いずれのブレーキ圧力も後車軸に到達す ることを禁止される。このように、バルブは、高荷重時の要求に対してより正確 に適合する。 表面ＡおよびＢの面積ならびに上記ばねの特性は、種々のブレーキパラメータ に対して任意の必要な関係を与えるように調整することができる。 図４は、バックアップブレーキング時における後エアサスペンション圧力を後 ブレーキ限界圧力に対してプロットすることにより、バルブパフォーマンスの計 算予測例を示し、計算されたバルブパフォーマンスを静的関数、動的関数（静的 計算）および動的関数（動的計算）として示す。後エアサスペンション圧力が小 さくなるにつれて、すなわち、後車軸に対する荷重が減少するにつれて、後ブレ ーキ限界圧力（車輪ロックが生じる圧力）も小さくなることが見て取れる。 図５ないし図７は、図３のバルブが取り付けられたブレーキシステムにおける 車両パフォーマンスの計算例を示す。各ケースにおいて、グラフは、次の３つの シナリオについて、後エアサスペンション圧力と前ブレーキ圧力との関係を示す 。 Ａ：静的計算による後エアサスペンション圧力（ブレーキング時における重量 移動に対する静的計算による）、すなわち、エアサスペンション圧力が動的荷重 変動に従うという（不正確な）仮定に基づく。 Ｂ：動的計算による後エアサスペンション圧力（重量移動に対する動的計算に よる）、すなわち、重量移動状態における実際の荷重は一時的なものであり、こ のような一時的な荷重に対しては、圧力変化は完全には応答しないことを認識。 Ｃ：静的計算による後エアサスペンション圧力（重量移動に対する補正がない 場合）、すなわち、動的荷重シフトを認識しない簡単な計算。 さらに、これらの図は、理想的なブレーキングと図１および図２の実施形態を 用いて実際に達成されるブレーキングとについて、前ブレーキ圧力と後ブレーキ 圧力との関係を示している。 まず、図５を参照して、この図は、総車両重量(gross vehicle weight)が約20 ,500キログラムの場合の状況を示している。前ブレーキ圧力と後ブレーキ圧力と の関係は、前および後ブレーキ圧力が約９．１バールになるまでは本質的にリニ アであり、後ブレーキ圧力は、この値を超えて増加させることはできない。ブレ ーキペダル１２における何らかのブレーキ増加指令は、前輪にかけられるブレー キ圧力の上昇をもたらし得るが、後輪にかけられているブレーキ圧力のいかかさ の追加をももたらすことができない。この場合、次の不等式が当てはまる。 （エアサスペンション圧力×面積Ａ）−（ばね６８の力）＜（バックアップブ レーキ圧力）×（バルブ５２の面積＋面積Ｂ）＋（ばね８０の力） 換言すれば、ピストン５２にかかるバックアップブレーキ圧力は、このピスト ンがその弁座と係合するのに充分であり、これにより、バックアップブレーキ圧 力源をチェンジオーバーバルブ３４に対して切り離す。 図６は、総車両重量が17,510キログラムの場合の状況を図示している。このよ うな状況では、後輪はより(even more)ロックしやすく、約５．７５バールを超 えるバックアップブレーキ圧力においては、後ブレーキにはさらに追加のブレー キ圧力がかけられることがないのに対して、前ブレーキにはさらに高い圧力がか けられ得ることがわかるであろう。 図４から、約３．１バール未満の後エアサスペンション圧力においては、後ブ レーキにいずれかのブレーキ圧力がかけられると、その車輪のロックが生じるお それがあることがわかるであろう。したがって、総車両重量が8,540キログラム の状況を図示した図７から、後ブレーキにはブレーキ圧力が全くかけられないこ とがわかるであろう。 図８は、図３のバルブを変形させたバルブを示す。この変形されたバルブの多 くの特徴は、図３の特徴と同じであり、同様な特徴部分には同じ参照番号が用い られている。 最も大きな変形は、ピストン５０に軸方向のボア８８が備えられていることで あり、このボア８８の内部の端部は横方向に延びた通孔（ボア）９０とつながつ ており、また、その外側端部はピストン５２の突起８２の自由端と密封状態で係 合可能な弁座９２を形成していて、２つのピストン５０，５２が両端に作用する 圧力によって合体させられた(forced together)ときに閉じるバルブを形成して いる。ボア８８，９０は、ベントポート８６へとつながっており、ピストン５２ の主弁座が閉じられると、ピストン５０，５２がばね６８によって分離されたと きに、ブレーキ圧力の降下を許容する。この構成による利点は、車両減速度およ び重量移動が大きくなったときに生じるかもしれない車軸荷重の低下に応答して 、ブレーキ（およびポート７４）に捕獲された圧力の降下を許容することである 。この変形されたバルブは、空気バックアップモード時における速いブレーキ指 令の印加より生じる後車軸圧力のオーバーシュートを防ぐ。 図９は、図３のピストン５０の表面Ａに作用するエアサスペンション圧力をサ スペンション高モニタ９６から延びたメカニカルリンク(mechanical linkage)９ ４に置き換えた構成を示しており、メカニカルリンク９４の負荷(loading)は、 サスペンションの高さに比例し、したがって、車軸荷重に比例する。 図１０は、図９のサスペンション高モニタ９６の用途に適当な一般的な従来の メカニカルリンクを示す。このモニタは、両端に車輪１００をそれぞれ有し、か つサスペンションシステム１０２を有する車軸９８の荷重を効果的に測定する。 ロッド１０４の下端は、車軸９８に回動自在に取り付けられており、その上端は 、それ自体が車体１０８に回動自在に取り付けられているベルクランクレバー１ ０６の一方のアームに回動自在に取り付けられている。ベルクランクレバーの他 方のアームは、圧縮ばね１１０の一端に回動自在に接続されており、その他端は 、図９のメカニカルリンク９４に接続されている。車軸の動作が増大すると（荷 重 および／または外乱(disturbance)に応答して）、ばね１１０の圧縮量が増加し 、したがって、リンク９４に与えられる力の相応の増加を生成する。より高い車 軸荷重は、メカニカルリンク９４の図９における右方向への負荷を起こさせ(loa ded、反対に、より低い車軸荷重は、右方向へのより低い荷重(load)を生じさせ る。この実施形態の動作は、残余の点については、図３の実施形態と同じであり 、エアサスペンション圧力から生じる力が、メカニカルリンク９４からの力に置 き換わる。この変形は、図８の実施形態にも適用可能である。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 加のブレーキ圧力の供給が制限され得る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．一次電子ブレーキ回路、 バックアップブレーキ圧力源を有するバックアップブレーキ回路、 車両の車軸上の車輪にブレーキをかけるためのブレーキアクチュエータ、な らびに ブレーキ中において、上記一次ブレーキ圧力およびバックアップブレーキ圧 力のうちの一方を、選択的に上記ブレーキアクチュエータに与えるチェンジオー バーバルブを含み、 バックアップブレーキ圧力源とチェンジオーバーバルブとの間のバックアッ プブレーキ回路内に配置され、車軸荷重およびバックアップブレーキ圧力に基づ いて作動可能であり、バックアップブレーキ圧力の上記チェンジオーバーバルブ への供給を調整するための調整バルブによって特徴付けられる車両用ブレーキシ ステム。 ２．上記調整バルブは、車軸荷重のみに基づいてバックアップブレーキ圧力の供 給を調整するものである、請求の範囲第１項記載のブレーキシステム。 ３．ブレーキがかけられるべき車輪の車軸におけるエアサスペンション圧力が、 車軸荷重の測定のために用いられる、請求の範囲第１項または第２項記載のブレ ーキシステム。 ４．上記調整バルブは、ブレーキがかけられるべき車輪の車軸のエアサスペンシ ョン圧力によって作用される第１端を有し、復帰ばねの力に抗して第１方向に変 位可能な第１ピストンと、ばねおよびブレーキ中に生成されるバックアップブレ ーキ圧力によって、関連して設けられた弁座との密封係合に向けて付勢されてい る第２ピストンとを含み、上記第１ピストンは上記第１方向に変位して第２端を 上記第２ピストンと係合させることができ、この第２ピストンをその弁座から変 位させ、これにより、上記バックアップブレーキ圧力をチェンジオーバーバルブ および上記第１ピストンの第２端に与える、請求の範囲第１項ないし第３項のい ずれかに記載のブレーキシステム。 ５．上記第１ピストンの第１端の表面の面積は、上記第１ピストンの第２端の表 面の面積よりも大きい、請求の範囲第４項記載のブレーキシステム。 ６．上記第２ピストンは、この第２ピストンの長手方向の動作を確実にするため のガイド手段を備えており、上記調整バルブは、上記第２ピストンがその弁座か ら持ち上げられたときにバックアップブレーキ圧力の供給を確実にするための通 路手段を含む、請求の範囲第４項または第５項記載のブレーキシステム。 ７．上記ガイド手段は、上記環状弁座(angular valve seat)の内側に向かう半径 方向に直径が減少されたネック部に挿入される突起を含む、請求の範囲第６項記 載のブレーキシステム。 ８．上記調整バルブは、ベントポートをさらに含み、上記第１ピストンの第２端 には、上記第２ピストンの上記端と密封係合が可能な追加弁座が形成されており 、上記第１ピストンは上記追加弁座と上記ベントポートとを接続するボアをさら に含む、請求の範囲第４項ないし第７項のいずれかに記載のブレーキシステム。 ９．サスペンション高をモニタする手段をさらに含み、その出力が車軸荷重の測 定値として用いられる、請求の範囲第１項または第２項記載のブレーキシステム 。 １０．サスペンション高検出器の機械的出力が車軸荷重の測定値として用いられ る、請求の範囲第９項記載のブレーキシステム。 １１．上記ブレーキアクチュエータは車両の後輪のブレーキを制御するものであ る、請求の範囲の上記のいずれかの項に記載のブレーキシステム。 １２．上記ブレーキアクチュエータは、トレーラーの車輪のブレーキを制御する ものである、請求の範囲の上記のいずれかの項に記載のブレーキシステム。