JPWO2010128652A1 - 車両用ブレーキ装置 - Google Patents

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Abstract

回生制動および液圧制動が可能な車両において、制動による車速の低下に応じて回生制動から液圧制動に移行する際に、車速が第1閾値(V1)以下になったときに液圧制動力をゼロから第1の増加率で増加させ、車速が前記第1閾値(V1)よりも小さい第2閾値(V2)以下になったときに液圧制動力を第1の増加率よりも大きい第2の増加率で増加させるので、液圧制動力の第1の増加率を小さい値に設定することでホイールシリンダの鳴き音の発生を防止しながら、それに続く液圧制動力の第2の増加率を大きい値に設定することで必要な制動力を支障なく発生させることができる。

Description

本発明は、回生制動装置および液圧制動装置を備えて回生制動および液圧制動が可能な車両用ブレーキ装置であって、制動開始後に回生制動から液圧制動に移行するものに関する。
運転者によるブレーキペダルの操作を電気信号に変換し、この電気信号に基づいて作動するスレーブシリンダが発生したブレーキ液圧でホイールシリンダを作動させるとともに、スレーブシリンダの失陥時のバックアップ用としてブレーキペダルで作動するマスタシリンダを設け、スレーブシリンダの正常時にはマスタシリンダが送出するブレーキ液をストロークシミュレータで吸収することでブレーキペダルのストロークを可能にするBBW(ブレーキ・バイ・ワイヤ)式ブレーキ装置が、下記特許文献1により公知である。
日本特開2008−110633号公報
ところで、走行用の駆動源としてモータ・ジェネレータを備えるハイブリッド車両や電気自動車では、モータ・ジェネレータを回生制動することで車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収している。車体の運動エネルギーを効率的に回収するには、回生制動を液圧制動に対して優先して行うことが必要であり、要求制動力を回生制動だけで賄いきれない場合や、バッテリが過充電になる可能性がある場合や、車速が低下してモータ・ジェネレータの回生効率が低くなる場合等に、回生制動が中止されて液圧制動に切り替えられる。
このような回生制動から液圧制動への切替え時に、特に車速が低い状態での前記切替え時に液圧制動力を急激に立ち上げると、ブレーキパッドとブレーキディスクとの摺動によって「グー」という騒音(いわゆる鳴き音)が発生し、乗員に不快感を与える可能性があった。
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、回生制動から液圧制動への切り替え時に、液圧制動による鳴き音が発生するのを防止することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、回生制動装置および液圧制動装置を備えて回生制動および液圧制動が可能な車両用ブレーキ装置であって、制動開始後に回生制動から液圧制動に移行するものにおいて、制動開始後に第1の条件が成立すると、回生制動から液圧制動への移行を開始して液圧制動力をゼロから第1の増加率で増加させ、前記第1の条件の成立後に第2の条件が成立すると、液圧制動力を第1の増加率よりも大きい第2の増加率で増加させることを第1の特徴とする車両用ブレーキ装置が提案される。
また本発明によれば、前記第1の特徴に加えて、制動開始後に車速が第1閾値以下になったことを前記第1の条件とすることを第2の特徴とする車両用ブレーキ装置が提案される。
また本発明によれば、前記第2の特徴に加えて、前記第1の条件の成立後に車速が更に低下して前記第1閾値よりも小さい第2閾値以下になったことを前記第2の条件とすることを第3の特徴とする車両用ブレーキ装置が提案される。
また本発明によれば、前記第2の特徴に加えて、前記第1の条件が成立してから所定時間が経過したことを前記第2の条件とすることを第4の特徴とする車両用ブレーキ装置が提案される。
また発明によれば、前記第1の特徴に加えて、前記液圧制動装置はピストンを電動モータで駆動するスレーブシリンダからなり、前記スレーブシリンダは前記第1、第2の増加率に応じた一定速度で前記ピストンを駆動可能であることを第5の特徴とする車両用ブレーキ装置が提案される。
また本発明によれば、前記第1の特徴に加えて、回生制動から液圧制動への移行前に、前記スレーブシリンダの無効ストロークを解消するために該スレーブシリンダを所定量駆動することを第6の特徴とする車両用ブレーキ装置が提案される。
本発明の第1の特徴によれば、制動による車速の低下に応じて回生制動から液圧制動に移行する際に、第1の条件が成立したときに液圧制動力をゼロから第1の増加率で増加させ、第1の条件の成立後に第2の条件が成立したときに液圧制動力を第1の増加率よりも大きい第2の増加率で増加させるので、液圧制動力の第1の増加率を小さい値に設定することで鳴き音の発生を防止しながら、それに続く液圧制動力の第2の増加率を大きい値に設定することで必要な制動力を支障なく発生させることができる。
また本発明の第2の特徴によれば、制動開始後に車速が第1閾値以下になると液圧制動力をゼロから第1の増加率で増加させるので、回生制動のエネルギー回収効率が低下する低車速時に液圧制動を開始することができる。
また本発明の第3の特徴によれば、第1の条件の成立後に車速が更に低下して第1閾値よりも小さい第2閾値以下になると液圧制動力を第1の増加率よりも大きい第2の増加率で増加させるので、鳴き音の発生を防止しながら最大限の液圧制動力を最大限に発生させることができる。
また本発明の第4の特徴によれば、第1の条件が成立してから所定時間が経過したことを第2の条件とするので、第1の増加率から第2の増加率への切り換えを適切なタイミングで行うことができる。
また本発明の第5の特徴によれば、液圧制動装置はピストンを電動モータで駆動するスレーブシリンダからなり、スレーブシリンダは液圧制動力の第1、第2の増加率に応じた一定速度でピストンを駆動可能なので、液圧制動装置を液圧ポンプで構成する場合に比べて、液圧制動力の増加率を精度良く制御することができる。
また本発明の第6の特徴によれば、回生制動から液圧制動への移行前にスレーブシリンダを所定量駆動するので、スレーブシリンダの無効ストロークを解消して回生制動から液圧制動への移行時における制動力の一時的な落ち込みが発生しないようにし、ブレーキフィーリングの低下を防止することができる。
図1は車両用ブレーキ装置の正常時の液圧回路図である。(第1の実施の形態) 図2は車両用ブレーキ装置の異常時の液圧回路図である。(第1の実施の形態) 図3は回生制動から液圧制動への切替え時の作用を説明するフローチャートである。(第1の実施の形態) 図4は回生制動から液圧制動への切替え時の作用を説明するタイムチャートである。(第1の実施の形態)
38A ピストン
38B ピストン
52 電動モータ
V1 第1閾値
V2 第2閾値
以下、図1〜図4に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
第1の実施の形態
図1に示すように、タンデム型のマスタシリンダ11は、運転者がブレーキペダル12を踏む踏力に応じたブレーキ液圧を出力するセカンダリ液圧室13Aおよびプライマリ液圧室13Bを備えており、セカンダリ液圧室13Aは液路Pa,Pb,Pc,Pd,Peを介して例えば左前輪および右後輪のディスクブレーキ装置14,15のホイールシリンダ16,17に接続され、プライマリ液圧室13Bは液路Qa,Qb,Qc,Qd,Qeを介して例えば右前輪および左後輪のディスクブレーキ装置18,19のホイールシリンダ20,21に接続される。
液路Pa,Pb間に常開型電磁弁である開閉弁22Aが配置され、液路Qa,Qb間に常開型電磁弁である開閉弁22Bが配置され、液路Pb,Qbと液路Pc,Qcとの間にスレーブシリンダ23が配置される。またプライマリ液圧室13Bから延びる液路Qaから分岐する液路Ra,Rbには、常閉型電磁弁である反力許可弁25を介してストロークシミュレータ26が接続される。ストロークシミュレータ26は、シリンダ27にシミュレータスプリング28で付勢されたピストン29を摺動自在に嵌合させたもので、ピストン29の反シミュレータスプリング28側に形成された液圧室30が液路Rbに連通する。反力許可弁25をバイパスするように、ストロークシミュレータ26側からマスタシリンダ11側へのブレーキ液の流通のみを許可するチェックバルブ24が接続される。
スレーブシリンダ23のアクチュエータ51は、電動モータ52の回転軸に設けた駆動ベベルギヤ53と、駆動ベベルギヤ53に噛合する従動ベベルギヤ54と、従動ベベルギヤ54により作動するボールねじ機構55とを備える。アクチュエータハウジング56に一対のボールベアリング57,57を介してスリーブ58が回転自在に支持されており、このスリーブ58の内周に出力軸59が同軸に配置されるとともに、その外周に従動ベベルギヤ54が固定される。
スレーブシリンダ23のシリンダ本体36の内部に一対のリターンスプリング37A,37Bで後退方向に付勢されたセカンダリピストン38Aおよびプライマリピストン38Bが摺動自在に配置されており、セカンダリピストン38Aの前方にセカンダリ液圧室39Aが区画され、プライマリピストン38Bの前方にプライマリ液圧室39Bが区画される。セカンダリピストン38Aの後端に前記出力軸59の前端が当接する。セカンダリ液圧室39Aはポート40A,41Aを介して液路Pb,Pcに連通し、プライマリ液圧室39Bはポート40B,41Bを介して液路Qb,Qcに連通する。
液路Qaにはマスタシリンダ11のプライマリ液圧室13Bが発生するブレーキ液圧を検出する液圧センサSaが設けられ、液路Qcにはスレーブシリンダ23のプライマリ液圧室39Bが発生するブレーキ液圧を検出する液圧センサSbが設けられる。また各車輪には、その出力の平均値から車速を検出する車速センサSc…が設けられ、ブレーキペダル12には、そのストロークを検出するストロークセンサSdが設けられ、電動モータ52には、その電流を検出する電流センサSeが設けられる。液圧センサSa,Sb、車速センサSc…、ストロークセンサSdおよび電流センサSeからの信号が入力される電子制御ユニットUは、開閉弁22A,22B、反力許可弁25、スレーブシリンダ23の電動モータ52およびモータ・ジェネレータMGの作動を制御する。
本実施の形態の車両はハイブリッド車両あるいは電気自動車であり、スレーブシリンダ23が発生するブレーキ液圧により四輪が液圧制動可能であるだけでなく、駆動輪がモータ・ジェネレータMGに接続されて回生制動される。電子制御ユニットUはモータ・ジェネレータMGによる回生制動およびスレーブシリンダ23による液圧制動の両方を協調制御するものであり、液圧センサSaで検出したブレーキ液圧あるいはストロークセンサSdで検出したブレーキペダル12のストロークに相当するブレーキ液圧(つまり運転者の要求制動力)を回生制動力および液圧制動力に配分し、その配分に応じてモータ・ジェネレータMGによる回生制力およびスレーブシリンダ23による液圧制動力を制御する。
次に、スレーブシリンダ23による液圧制動の作用について説明する。
システムが正常に機能する正常時には、常開型電磁弁よりなる開閉弁22A,22Bが励磁されて閉弁するとともに、常閉型電磁弁よりなる反力許可弁25が励磁されて開弁する。この状態で電子制御ユニットUから液圧制動の指令があると、スレーブシリンダ23のアクチュエータ51が作動する。即ち、電動モータ52を一方向に駆動すると、駆動ベベルギヤ53、従動ベベルギヤ54およびボールねじ機構55を介して出力軸59が前進することで、出力軸59に押圧されたセカンダリピストン38Aおよびプライマリピストン38Bが前進する。開閉弁22A,22Bが閉弁しているため、両ピストン38A,38Bが前進を開始した直後にセカンダリ液圧室39Aおよびプライマリ液圧室39Bにブレーキ液圧が発生し、このブレーキ液圧はディスクブレーキ装置14,15;18,19のホイールシリンダ16,17;20,21に伝達され、各車輪を制動する。
このとき、マスタシリンダ11のプライマリ液圧室13Bが発生したブレーキ液圧は開弁した反力許可弁25を介してストロークシミュレータ26の液圧室30に伝達され、そのピストン29をシミュレータスプリング28に抗して移動させることで、ブレーキペダル12のストロークを許容するとともに擬似的なペダル反力を発生させて運転者の違和感を解消することができる。
そして液路Qcに設けた液圧センサSbで検出したスレーブシリンダ23によるブレーキ液圧が、電子制御ユニットUが指令する液圧制動力に見合った大きさになるように、スレーブシリンダ23のアクチュエータ51の作動を制御することで、ディスクブレーキ装置14,15;18,19に所定の制動力を発生させることができる。
本実施の形態では、回生制動が液圧制動に対して優先的に実行され、その結果、車速が低下してモータ・ジェネレータMGの回生効率が低下すると、回生制動から液圧制動に切り替えられる。
即ち、図3のフローチャートに示すように、先ずステップS1で運転者がブレーキペダル12を踏んで制動要求が出力されると、ステップS2で回生協調制御が実行可能であるか否かを判断する。具体的には、バッテリが満充電状態でなくてモータ・ジェネレータMGの回生制動が可能であり、かつスレーブシリンダ23が正常に作動可能である場合には、前記ステップS2で回生協調制御が実行可能であると判断し、ステップS3で回生協調制御を実行する。
回生協調制御の初期には、車体の運動エネルギーを効率的に回収すべく、上述したように回生制動のみが実行されるため、スレーブシリンダ23は不作動状態に維持されてブレーキ液圧を発生しない。続くステップS4で回生制動のみ実行中であるとき、ステップS5で車速センサSc…で検出した車速が第1閾値V1以下に低下すると、ステップS6で液圧制動力の漸増制御を実行する。
具体的には、電子制御ユニットUからの指令でスレーブシリンダ23の電動モータ52をゆっくりと一定速度で駆動してブレーキ液圧を比較的に小さい第1の増加率で増加させることで、セカンダリピストン38Aおよびプライマリピストン38Bを一定速度で前進させる。このとき、スレーブシリンダ23の電動モータ52を急激に駆動してブレーキ液圧を比較的に大きい第2の増加率で増加させると、ホイールシリンダ16,17;20,21のブレーキパッドおよびブレーキディスクの摺動部に鳴き音が発生して乗員に不快感を与える場合があるが、前記第1の増加率を鳴き音が発生しない程度の小さい値に設定することで、鳴き音の発生を確実に防止することができる。
その後に車速が更に低下し、ステップS7で車速が前記第1閾値V1よりも小さい第2閾値V2以下になると、ステップS8でスレーブシリンダ23の電動モータ52を高速の一定速度で駆動することで、セカンダリピストン38Aおよびプライマリピストン38Bを一定速度で前進させ、ブレーキ液圧を前記第1の増加率よりも大きい第2の増加率で増加させる。このとき、既にホイールシリンダ16,17;20,21は安定的に制動力を発生しているため、ブレーキ液圧が急激に増加しても鳴き音が発生することはない。
このように、液圧制動の開始初期にはブレーキ液圧を小さい第1の増加率で立ち上げ、その後にブレーキ液圧を大きい第2の増加率で立ち上げることで、鳴き音の発生を防止しながら必要な液圧制動力を支障なく発生させることができる。しかも液圧ポンプに比べてブレーキ液圧の制御精度が高いスレーブシリンダ23を用いることで、ブレーキ液圧を第1の増加率あるいは第2の増加率で立ち上げる際の制御精度を高め、ホイールシリンダ16,17;20,21が発生する制動力の変動を防止することができる。
この作用を図4のタイムチャートを参照して更に説明する。
時刻t1に運転者がブレーキペダル12を踏むとフル回生制動モードに入り、時刻t2まで要求制動力がゼロから所定値へと立ち上がり、回生制動が開始される。制動開始直後のフル回生制動モードでは要求制動力の全てが回生制動力により賄われるため、スレーブシリンダ23は不作動状態にあって液圧制動力は発生しない。
時刻t3に車速が第1閾値V1以下になるとフル回生制動モードから第1持ち替えモードに切り替わってスレーブシリンダ23がゆっくりと作動し、時刻t4にかけて液圧制動力が第1の増加率で増加するとともに、スレーブシリンダ23により発生する液圧制動力の分だけ回生制動力が減少し、トータルの制動力は要求制動力に維持される。このとき、液圧制動力が増加する第1の増加率は比較的に小さく設定されているため、鳴き音の発生は確実に防止される。
時刻t4に車速が前記第1閾値V1よりも小さい第2閾値V2以下になると第1持ち替えモードから第2持ち替えモードに切り替わってスレーブシリンダ23が高速で作動し、液圧制動力が前記第1の増加率よりも大きい第2の増加率で増加する一方、回生制動力が減少してトータルの制動力は要求制動力に維持される。このとき、ホイールシリンダ16,17;20,21は既に作動状態に入っているため、ブレーキ液圧が急激に増加しても鳴き音が発生することはない。
そして時刻t5に車速がゼロになった時点で、第2持ち替えモードからフル液圧制動モードに切り替わり、回生制動力がゼロになって要求制動力の全てが液圧制動力により賄われる。このとき、時刻t3から時刻t4までの時間よりも時刻t4から時刻t5までの時間を短く設定すれば、エネルギーの回収量を増加させることができる。
尚、第1持ち替えモードから第2持ち替えモードに切り替えるタイミングを車速V2で規定する代わりに、時刻t3から時刻t4までの代表的な経過時間(所定時間)で規定しても良い。即ち、時刻t3に車速が第1閾値V1以下になってフル回生制動モードから第1持ち替えモードに切り替わった時点から前記所定時間が経過したときに、第1持ち替えモードから第2持ち替えモードに切り替えても良い。
ところで、車速が第1閾値V1以下に低下して回生制動から液圧制動に切り替える前に、電子制御ユニットUからの指令でスレーブシリンダ23の電動モータ52を僅かに駆動してセカンダリピストン38Aおよびプライマリピストン38Bを無効ストローク分だけ予め前進させておく。無効ストロークとは、スレーブシリンダ23のカップシールの変形、ホイールシリンダ16,17;20,21のカップシールの変形、ブレーキ液圧によるブレーキ配管の膨らみ等により、スレーブシリンダ23の電動モータ52を駆動してセカンダリピストン38Aおよびプライマリピストン38Bをストロークさせても、セカンダリ液圧室39Aおよびプライマリ液圧室39Bにブレーキ液圧が発生しないストロークである。
より具体的には、電子制御ユニットUからの指令で電動モータ52に一定の電流を供給し、その際に電流センサSeで検出した電流が電子制御ユニットUにフィードバックされる。このように電動モータ52を定電流で駆動することで、スレーブシリンダ23の駆動負荷に応じた駆動力を電動モータ52に確実に発生させることができる。
続いて電動モータ52への通電開始時に液圧センサSbで検出されるブレーキ液圧の増加率(単位時間当たりのブレーキ液圧の増加量)を算出し、ブレーキ液圧の増加率が所定値未満であれば電動モータ52への通電設定時間を増加させ、逆にブレーキ液圧の増加率が所定値以上であれば電動モータ52への通電設定時間を減少させ、前記通電設定時間が経過すると電動モータ52への通電を停止する。これにより電動モータ52を過不足なく作動させて無効ストロークを確実に消滅させことができる。
電動モータ52の別の制御手法として、図示せぬ回転角センサで検出した電動モータ52の回転角が無効ストロークに対応する回転角に達するまで、電動モータ52に供給する電流を漸増しても良い。これにより電動モータ52の急激な作動を防止して騒音を防止するとともに、電源の電圧変動、温度変化、電動モータ52の径年劣化等の影響を低減することができ、しかも電動モータ52を過不足なく作動させて無効ストロークを確実に消滅させことができる。
その結果、車速が第1閾値V1以下に低下して回生制動から液圧制動に切り替えるべくスレーブシリンダ23が作動したとき、スレーブシリンダ23は直ちにブレーキ液圧を発生することが可能となるため、ブレーキ液圧の落ち込みを回避して回生制動力および液圧制動力の和を要求制動力に精密に一致させ、制動力の落ち込みによるブレーキフィーリングの低下を回避することができる。
さて、電源の失陥等によりスレーブシリンダ23が作動不能になると、スレーブシリンダ23が発生するブレーキ液圧に代えて、マスタシリンダ11が発生するブレーキ液圧による制動が行われる。この場合、モータ・ジェネレータMGの回生制動は中止され、マスタシリンダ11が発生するブレーキ液圧で全ての制動力が賄われる。
即ち、電源が失陥すると、図2に示すように、常開型電磁弁よりなる開閉弁22A,22Bは自動的に開弁し、常閉型電磁弁よりなる反力許可弁25は自動的に閉弁する。この状態では、マスタシリンダ11のセカンダリ液圧室13Aおよびプライマリ液圧室13Bにおいて発生したブレーキ液圧は、ストロークシミュレータ26に吸収されることなく、スレーブシリンダ23のセカンダリ液圧室39Aおよびプライマリ液圧室39Bを通過して各車輪のディスクブレーキ装置14,15;18,19のホイールシリンダ16,17;20,21を作動させ、支障なく制動力を発生させることができる。
運転者がブレーキペダル12を踏み込んでマスタシリンダ11のセカンダリ液圧室13Aが送出したブレーキ液がストロークシミュレータ26に吸収された状態で電源が失陥すると、常閉型電磁弁よりなる反力許可弁25が自動的に閉弁してストロークシミュレータ26の液圧室30にブレーキ液が閉じ込められるが、そのブレーキ液はチェックバルブ24を通過してマスタシリンダ11側に戻されるので、ブレーキ液が不足してブレーキペダル12の位置が変化してしまうのを防止することができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
例えば、実施の形態では第1閾値V1および第2閾値V2を車速により設定しているが、それらを車輪速により設定することができる。即ち、本願発明の車速には車輪速が含まれる。
また実施の形態では車速がゼロになった時点で回生制動を終了しているが、車速がゼロになる前に回生制動を終了し、そこから車速がゼロになるまで液圧制動だけを行うことができる。
また実施の形態では液圧制動を行う手段としてスレーブシリンダ23を例示したが、液圧制動を行う手段は電気的にブレーキ液圧を発生するものであれば任意の構造のものを採用することができる。
また実施の形態ではスレーブシリンダ23にホイールシリンダ16,17;20,20を直接接続しているが、それらの間にVSA(ビークル・スタビリティ・アシスト)装置や、ABS(アンチロック・ブレーキ・システム)装置を介在させても良い。

Claims (6)

  1. 回生制動装置および液圧制動装置を備えて回生制動および液圧制動が可能な車両用ブレーキ装置であって、制動開始後に回生制動から液圧制動に移行するものにおいて、
    制動開始後に第1の条件が成立すると、回生制動から液圧制動への移行を開始して液圧制動力をゼロから第1の増加率で増加させ、前記第1の条件の成立後に第2の条件が成立すると、液圧制動力を第1の増加率よりも大きい第2の増加率で増加させることを特徴とする車両用ブレーキ装置。
  2. 制動開始後に車速が第1閾値(V1)以下になったことを前記第1の条件とすることを特徴とする、請求項1に記載の車両用ブレーキ装置。
  3. 前記第1の条件の成立後に車速が更に低下して前記第1閾値(V1)よりも小さい第2閾値(V2)以下になったことを前記第2の条件とすることを特徴とする、請求項2に記載の車両用ブレーキ装置。
  4. 前記第1の条件が成立してから所定時間が経過したことを前記第2の条件とすることを特徴とする、請求項2に記載の車両用ブレーキ装置。
  5. 前記液圧制動装置はピストン(38A,38B)を電動モータ(52)で駆動するスレーブシリンダ(23)からなり、前記スレーブシリンダ(23)は前記第1、第2の増加率に応じた一定速度で前記ピストン(38A,38B)を駆動可能であることを特徴とする、請求項1に記載の車両用ブレーキ装置。
  6. 回生制動から液圧制動への移行前に、前記スレーブシリンダ(23)の無効ストロークを解消するために該スレーブシリンダ(23)を所定量駆動することを特徴とする、請求項1に記載の車両用ブレーキ装置。
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