JP2005271637A - 車両のブレーキ制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 機械式ブレーキの応答性を向上する車両のブレーキ制御装置を提供することである。
【解決手段】 流体圧で駆動する機械式ブレーキ(57、67)を備えた車両のブレーキ制御装置において、前記機械式ブレーキを駆動する流体の圧力を制御する制御弁(53、63)と、前記流体圧力を検出する手段と、前記制御弁を目標圧力と検出圧力の基づいて比例積分制御する比例積分制御装置と、を備え、前記比例積分制御装置は、比例ゲインとして用いる少なくとも2つ以上の異なるゲインと、積分ゲインとして用いる少なくとも2つ以上の異なるゲインと、を備え、目標圧力と検出圧力との偏差の大きさに応じて前記ゲインから各1つづつ選択し、比例ゲインおよび積分ゲインとして設定する。
【選択図】図3
【解決手段】 流体圧で駆動する機械式ブレーキ(57、67)を備えた車両のブレーキ制御装置において、前記機械式ブレーキを駆動する流体の圧力を制御する制御弁(53、63)と、前記流体圧力を検出する手段と、前記制御弁を目標圧力と検出圧力の基づいて比例積分制御する比例積分制御装置と、を備え、前記比例積分制御装置は、比例ゲインとして用いる少なくとも2つ以上の異なるゲインと、積分ゲインとして用いる少なくとも2つ以上の異なるゲインと、を備え、目標圧力と検出圧力との偏差の大きさに応じて前記ゲインから各1つづつ選択し、比例ゲインおよび積分ゲインとして設定する。
【選択図】図3
Description
本発明は、車両のブレーキ制御装置に関する。
モータによる回生制動を行うハイブリッド車両には、例えば、特許文献1に開示されたものがある。このハイブリッド車両のブレーキ制御装置では、制動トルクがモータトルクを超えた場合や停車する場合に、回生ブレーキと機械式ブレーキに所定の比率で制動力を配分し、モータと機械式ブレーキを協調させて制動する。
特開2003−284203号公報
しかし、このハイブリッド車両のブレーキ制御装置では、機械式ブレーキの制動圧(流体圧)を制御する制御弁による制御特性に図6に示すようなヒステリシス特性を有するため、ブレーキ制御装置の流体圧を加圧から減圧するとき、または減圧から加圧するときにタイムラグが生じていた。このため、機械式ブレーキの応答性が悪く、回生ブレーキと機械式ブレーキと間に協調がとれず、スムーズな協調制御が困難であった。
したがって、本発明の目的は、機械式ブレーキの応答性を向上する車両のブレーキ制御装置を提供することである。
上記目的を達成するために、第1の発明は、流体圧で駆動する機械式ブレーキを備えた車両のブレーキ制御装置において、前記機械式ブレーキを駆動する流体の圧力を制御する制御弁と、前記流体圧力を検出する手段と、前記制御弁を目標圧力と検出圧力の基づいて比例積分制御する比例積分制御装置と、を備え、前記比例積分制御装置は、比例ゲインとして用いる少なくとも2つ以上の異なるゲインと、積分ゲインとして用いる少なくとも2つ以上の異なるゲインと、を備え、目標圧力と検出圧力との偏差の大きさに応じて前記ゲインから各1つづつ選択し、比例ゲインおよび積分ゲインとして設定する。
第2の発明は、第1の発明において、前記比例積分制御装置は、加圧用ゲインと減圧用ゲインとを備え、偏差が0より大きいときは流体圧の加圧を行うと判定し、比例ゲインおよび積分ゲインを加圧用ゲインに設定し、偏差が0より小さいときは流体圧の減圧を行うと判定し、比例ゲインおよび積分ゲインを減圧用ゲインに設定する。
第3の発明は、第1の発明において、前記車両は、エンジンによって駆動される駆動輪と、駆動されない従動輪と、を備え、前記ブレーキ制御装置は、前記駆動輪と前記従動輪とに、所定の比率で制動力を配分する。
第4の発明は、第3の発明において、前記ブレーキ制御装置は、前記駆動輪と前記従動輪とに、7:3の比率で制動力を配分する。
第5の発明は、第1の発明において、前記車両は、モータとエンジンを備えたハイブリッド車であり、前記機械式ブレーキと回生ブレーキとを協調制御する。
第1の発明によると、比例積分制御装置の比例ゲインと積分ゲインを、偏差の大きさに応じ、最適なゲインに設定することにより、機械式ブレーキの応答性を向上することができる。
第2の発明によると、流体圧の加圧時と減圧時とで、ゲインを切り換えることにより、加圧時と減圧時とでヒステリシス特性を有する制御弁においても、制御弁のタイムラグを防止し、機械式ブレーキの応答性を向上することができる。
第3および第4の発明によると、前記駆動輪と前記従動輪とに、所定の比率で制動力を配分することにより、車輪のすべりを防止し、安定した制動を実現することができる。
第5の発明によると、比例積分制御装置の比例ゲインと積分ゲインを、偏差の大きさに応じ、最適なゲインに設定することにより、機械式ブレーキの応答性を向上させ、回生ブレーキとのスムーズな協調制御を実現することができる。
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図1に示すように、車両のパワートレインは、エンジン1、エンジンクラッチ3、トランスミッション4を備え、エンジン1の出力がエンジンクラッチ3を介してトランスミッション4の入力軸に伝えられ、トランスミッション4の出力軸の回転が図示しないプロペラシャフトからデファレンシャルギア5およびドライブシャフトを介して駆動輪である左右の後輪7に伝達される。
エンジン1は供給される燃料がシリンダで燃焼し、シリンダで往復動するピストンを介してその出力軸を回転駆動する。エンジンコントロールユニット10はエンジン回転センサ13の検出信号や後述する車両コントロールユニット20からの要求情報信号に応じて燃料供給量を制御し、エンジン1の発生出力を調節する。
補助ブレーキとして設けられるエキゾーストブレーキ27は排気通路にエキブレシャッタが介装され、エキブレシャッタが閉弁することによってエンジン1の排気圧力を高めてエンジンブレーキ力を高める。
エンジンコントロールユニット10はエキゾーストブレーキスイッチ26が運転者によって操作されてONになると、車両コントロールユニット20からの要求情報信号に応じてエキブレシャッタが閉じてエキゾーストブレーキ27を作動させるようになっている。
なお、補助ブレーキとして、例えばエンジンの排気弁を吸入工程で開弁させる圧縮圧力開放式ブレーキや、エンジンブレーキ力を高めるもの以外の他の機構を設けても良い。
エンジンクラッチ3はクラッチブースタ8を介してエンジン出力軸とトランスミッション入力軸の接続と切り離しを行う。
さらに、車両のパワートレインは、モータ2、モータクラッチ12、ギア装置13を備え、モータ2の回転がモータクラッチ12及びギア装置13を介してトランスミッション入力軸に伝達される。
モータ2は三相同期電動機または三相誘導電動機等の交流機であり、インバータ15によって駆動される。インバータ15は電気二重相キャパシタ(蓄電要素)16に接続され、キャパシタ16の直流充電電力を交流電力に変換してモータ2へ供給するとともに、モータ2の交流発電電力を直流電力に変換してキャパシタ16に充電する。
なお、蓄電要素としてキャパシタ16に限らず、化学反応を用いた各種蓄電池を用いても良い。また、モータ2は交流機に限らず直流電動機を用い、DC/DCコンバータによって駆動してもよい。
車両に備えられるエアオーバーブレーキシステムは、運転者に操作されて制動空気圧を調節するブレーキバルブ41と、このブレーキバルブ41の制動空気圧を従動輪である前輪6の前輪ブレーキブースタ51に導く前輪制動圧通路50と、同じくブレーキバルブ41の制動空気圧を後輪ブレーキブースタ61に導く後輪制動圧通路60とを備える。ブレーキバルブ41は運転者によるブレーキペダルの踏み込み量に応じて前輪制動圧通路50の前輪側制動圧と後輪制動圧通路60の後輪側制動圧をそれぞれ調節する。
後輪制動圧通路60の途中にはブレーキバルブ41の制動空気圧を遮断するカットバルブ62と、車両コントロールユニット20から指令に基づいて制動空気圧を調節する制御弁63とが介装される。そして、ブレーキバルブ41の制動空気圧を制御弁63を迂回して後輪ブレーキブースタ61に導くバイパス通路64と、制御弁63から導かれる圧力とバイパス通路64から導かれる圧力のうち高い方を選択して後輪ブレーキブースタ61に導くダブルチェックバルブ65とを備える。図1において、70はブレーキバルブ41及び制御弁53,63の空気圧源となるリザーバタンクである。
前輪制動圧通路50の途中にはブレーキバルブ41の制動空気圧を遮断するカットバルブ52と、車両コントロールユニット20から指令に基づいて制動空気圧を調節する制御弁53とが介装される。そして、ブレーキバルブ41の制動空気圧を制御弁53を迂回して前輪ブレーキブースタ51に導くバイパス通路54と、制御弁53から導かれる圧力とバイパス通路54から導かれる圧力のうち高い方を選択して前輪ブレーキブースタ51に導くダブルチェックバルブ55とを備える。
ブレーキブースタ51,61はブレーキバルブ41または制御弁53,63から導かれる制動空気圧を制動油圧に変換するものであり、図示しないABSモジュレータを介して前輪側機械式ブレーキ57及び後輪側機械式ブレーキ67を作動させ、前輪6及び後輪7に制動力を付与する。ABSモジュレータは車両の制動時に各車輪6,7のスリップ率が目標値に近づくように各機械式ブレーキ57,67に導かれる制動油圧を断続するものである。
ブレーキバルブ41の制動空気圧によって各ブレーキブースタ51,61が作動する手動制動時、車両コントロールユニット20からの指令に基づいてカットバルブ52,62が開かれ、ブレーキバルブ41の制動空気圧が各ブレーキブースタ51,61に導かれる。
一方、制御弁53,63の制動空気圧によって各ブレーキブースタ51,61が作動する自動制動時、車両コントロールユニット20からの指令に基づいてカットバルブ52,62が閉じられ、制御弁53,63からの制動空気圧が各ブレーキブースタ51,61に導かれる。
制御弁53,63は電磁流量制御弁で構成され、空気圧力センサ97、99からの圧力信号に基づきその開度がフィードバック制御される。一方、カットバルブ52,62は車両コントロールユニット20からの信号のON・OFFによって開閉する電磁開閉弁によって構成される。
車両コントロールユニット20は、エンジンコントロールユニット10及びインバータ15からの情報を入力するとともに、非常スイッチ28、エキゾーストブレーキスイッチ26、アクセル開度センサ22、エンジンクラッチ3のストロークセンサ24、トランスミッション4のギアポジションセンサ25、車速センサ23、制動圧通路50,60に設けられるストップランプスイッチ58,68及び制動圧力センサ59,69からの各検出信号を入力し、これらの信号に基づく運転条件に応じてエンジンクラッチ3の断接、モータクラッチ12の断接、エンジン1の出力とモータ2の出力及びブレーキ制動力を協調して制御する。
アクセル開度センサ22は運転者によるアクセルペダルの踏み込み量を検出するものである。
非常スイッチ28は運転者の操作によってシステムの作動、停止を切り換えるもので、システムに何らかの異常が発生した場合に車両コントロールユニット20による制御システムを停止できる。
ここで、カットバルブ52,62の動作を説明する。
車速が所定の速度(例えば、3km/h)以下の場合、カットバルブ52、62が開弁し、ブレーキバルブ41からブレーキブースタ51、61に導かれた制動空気が、機械式ブレーキ57、67を作動させる。
一方、車速が所定の速度(例えば、5km/h)以上の場合、カットバルブ52,62は閉弁し、ブレーキバルブ41からの制動空気は遮断され、車両コントロールユニット20からの制御信号により制御された制御弁53、63が機械式ブレーキ57、67を作動させる。
このように、車速が所定の速度以下の場合、ブレーキバルブ41からブレーキブースタ51、61に制動空気を導くことにより、制動力をきめ細かに調節することが可能となり、ブレーキフィーリングを損なわないで済む。
ブレーキバルブ41の制動空気圧をカットバルブ52及び制御弁53を迂回して前輪ブレーキブースタ51に導くバックアップ通路71と、ブレーキバルブ41の制動空気圧が所定値を超えるのに伴ってバックアップ通路71を開通させるアダプタバルブ72と、制御弁53から導かれる圧力とバックアップ通路71から導かれる圧力のうち高い方を選択して前輪ブレーキブースタ51に導くダブルチェックバルブ73とを備える。
アダプタバルブ72はブレーキバルブ41の制動空気圧が所定値を超えるのに伴ってバックアップ通路71を開通させるようになっている。アダプタバルブ72は運転者によってブレーキペダルが大きく踏み込まれない状態ではバックアップ通路71を絞ってブレーキバルブ41の制動空気圧を遮断する一方、ブレーキペダルが大きく踏み込まれるのに伴ってバックアップ通路71を開通させてブレーキバルブ41の制動空気圧を前輪ブレーキブースタ51に導く。万一車両コントロールユニット20等の制御系が失陥した場合には、ブレーキバルブ41の制動空気圧がアダプタバルブ72を介して前輪ブレーキブースタ51に導かれ、前輪6の制動が行われるフェイルセーフ機能が果たされる。
ブレーキペダルが踏まれる主ブレーキ要求時に、モータ2の回生発電を優先して要求制動力のほとんどをモータ2の回生ブレーキで行った場合、後輪7の制動力が強いため、凍結路面等の滑りやすい路面走行時に制動時の安定性が損なわれ、ABSモジュレータが作動する頻度が高まるという問題点があった。
これに対処して、ブレーキペダルが踏まれる主ブレーキ要求時に、前輪6と後輪7にかかる制動力の比が走行時に略3:7に配分されるように、制動力をモータ2の回生ブレーキ力と各機械式ブレーキ57,67のメカブレーキ力に分配する制御が行われる。停車時に前輪6と後輪7にかかる制動力が略5:5に戻される。
前輪6と後輪7にかかる制動力の配分比3:7は、摩擦係数が0.1μの路面で0.4Gの減速度で制動が行われた場合にABSモジュレータが作動しない限界値として設定された値である。
こうして、主ブレーキ要求時に、前輪6と後輪7にかかる制動力の比が走行時に略3:7に配分されることにより、凍結路面等の滑りやすい路面を走行する時にも制動時の安定性が確保され、ABSモジュレータの作動頻度が少なくなる。
図2は上記した制動力を配分するための制御ブロック図である。
車両コントロールユニット20は、ブレーキバルブ41から圧力が起ったか否かを検出するストップランプ検出手段68と、車両の車速を検出する車速判定手段25と、ストップランプ検出手段68と車速判定手段25からの信号に基づきカットバルブ52、62を開閉するか判定するカットバルブ動作判定手段103と、カットバルブ52、62を開閉するカットバルブ動作手段104と、を備える。
車両コントロールユニット20は、制動圧力センサ59,69によって検出されるブレーキペダル圧に応じた要求減速エネルギを算出する要求制動力算出手段81と、算出された要求減速エネルギを前輪6と後輪7に略3:7の比で配分する要求制動力配分手段82と、モータ2の回転速度に応じてモータ制動力を算出する手段83と、エンジン1の回転速度に応じてエンジンブレーキ力を算出する手段84と、エンジン1の回転速度に応じてエキゾーストブレーキ力を算出する手段85と、エンジンブレーキ力とエキゾーストブレーキ力を加える加算器86と、モータ制動力からエンジンブレーキ力とエキゾーストブレーキ力の加算値を加算する加算器87と、この減算値をモータ制動トルクとして出力する手段89と、後輪7に配分された要求制動力からモータ制動トルクを減算する減算器88と、加算器87からの加算値に加算器86の加算値を減算する減算器180と、減算器88からの信号に応じて後輪制御弁63にデューティ信号を出力する手段90と、前輪6に配分された要求制動力に応じて前輪制御弁53にデューティ信号を出力する手段190と、減算器180からの信号に応じてモータ2を制御するモータ制御手段191と、を備える。
後輪制御弁63にデューティ信号を出力する手段90は、制御弁63を比例積分制御(PI制御)する比例積分制御装置を備える。
図3は、上記比例積分制御装置のブロック図である。
減算器91は、目標圧力である減算器88(図2)からの出力を制御弁圧力センサ97、99で検出した出力で減算して偏差を算出し、この偏差を積分算出手段92、比例算出手段93、およびゲイン切換判定手段94に送信する。
ゲイン切換判定手段94は、偏差が0より大きいか小さいかを判定し、この判定結果を積分算出手段92と比例算出手段93に送信する。
積分算出手段92は、予め格納された加圧ゲインと減圧ゲインの2つのゲインを備える。積分算出手段92は、ゲイン切換判定手段94の判定に応じて、加圧ゲインと減圧ゲインとを選択的に切り換えて積分操作量を決定する。本実施形態では、偏差が0より大きいとき、加圧ゲインに切り換え、偏差が0より小さいときは、減圧ゲインに切り換える。
比例算出手段93は、予め格納された加圧ゲインと減圧ゲインの2つのゲインを備える。比例算出手段93は、ゲイン切換判定手段94の判定に応じて、加圧用ゲインと減圧用ゲインとを選択的に切り換えて比例操作量を決定する。本実施形態では、偏差が0より大きいとき、加圧用ゲインに切り換え、偏差が0より小さいときは、減圧用ゲインに切り換える。
加算器98は、積分算出手段92が決定した積分操作量と比例算出手段93が決定した比例操作量を加算して操作量を算出し、デューティ算出手段95に送信する。
デューティ算出手段95は操作量を応じた制御デューティを算出し、後輪制御弁動作手段96に送信する。
後輪制御弁動作手段96は、制御デューティに応じたデューティ信号に変換し、後輪制御弁63に送信する。
前輪制御弁53にデューティ信号を出力する手段190も、同様の比例積分制御装置を備える。
なお、本実施形態では、加圧ゲインと減圧ゲインの2つのゲインを用いたが、2つ以上のゲインを用いてもよい。
図4は、手段90が行うルーティンを示したフローチャートである。
ステップ1で、後輪制御弁63の積分比例制御を開始する。
ステップ2で、減算器91は、減算器88から出力された目標圧力から後輪制御弁圧力センサ97で検出した圧力を減算して偏差を算出し、この偏差を積分算出手段92、比例算出手段93、およびゲイン切換判定手段94に送信する。
ステップ3で、ゲイン切換判定手段94は、偏差が0より大きいか小さいかを判定する。偏差が0より小さい場合は、ステップ4に進み、偏差が0より大きい場合は、ステップ6に進む。
ステップ4で、積分算出手段92は、積分ゲインを加圧ゲインに設定する。
ステップ5で、比例算出手段93は、比例ゲインを加圧ゲインに設定する。
ステップ6で、積分算出手段92は、積分ゲインを減圧ゲインに設定する。
ステップ7で、比例算出手段93は、比例ゲインを減圧ゲインに設定する。
ステップ8で、積分算出手段92は、設定した積分ゲインを用いて積分操作量を決定する。
ステップ9で、比例算出手段93は、設定した比例ゲインを用いて比例操作量を決定する。
ステップ10で、加算器98は、積分算出手段92が決定した積分操作量と比例算出手段93が決定した比例操作量を加算して操作量を算出し、デューティ算出手段95に送信する。
ステップ11で、デューティ算出手段95は目標圧力に操作量を加算して制御圧力を算出し、後輪制御弁動作手段96に送信する。
ステップ12で、後輪制御弁動作手段96は、制御圧力を制御信号に変換し、後輪制御弁63に送信する。
ステップ13で、ステップ1に戻り、ルーティンを続行する。
前輪制御弁53にデューティ信号を出力する手段190も、同様のルーティンで、比例積分制御(PI制御)される。
図5は、本実施形態によるブレーキ制御装置を適用した制御弁53、63の動作実験の結果を示す。
図5中の、実線120は目標圧力を、破線121は従来の単一のゲインを用いたブレーキ制御装置による動作結果を示し、点線122は本実施形態によるブレーキ制御装置による動作結果を示す。
図中から、本実施形態によるブレーキ制御装置による機械式ブレーキ57、67の応答性の方が、従来の単一のゲインを用いたブレーキ制御装置による機械式ブレーキの応答性よりも優れていることが分かる。
図6に制御弁53、63による制御特性を示すが、同一の制御デューティに対し、制御される圧力が加圧時と減圧時とで大きく異なる。このため、図5において、目標圧力に応じて制御圧力を加圧していくとき、ある遅れが生じるが、最大圧力で略一定となると、ある遅れ時間後に制御圧力が目標圧力に追いつく。その後、目標圧力が低下すると、制御圧力も低下するが、とくに、減圧時には同一の圧力を維持するための制御デューティが小さいので、ゲインを固定すると、応答遅れとなる。
そこで、本発明では、制御圧力を加圧から減圧に転じたとき、ゲインを加圧用ゲインから加圧用ゲインより大きく設定された減圧用ゲインに切り換える。これにより、制御弁53、63の応答性が早くなり、固定ゲインによる制御よりもすばやい制御が可能となる。
以下に、本発明の効果を列挙する。
比例積分制御装置の比例ゲインと積分ゲインを、偏差の大きさに応じ、最適なゲインに設定することにより、機械式ブレーキ57、67の応答性を向上することができる。
流体圧の加圧時と減圧時とで、ゲインを切り換えることにより、加圧時と減圧時とでヒステリシス特性を有する制御弁53、63においても、制御弁53、63のタイムラグを防止し、機械式ブレーキ57、67の応答性を向上することができる。
駆動輪7と従動輪6とに、所定の比率で制動力を配分することにより、車輪のすべりを防止し、安定した制動を実現することができる。
回生ブレーキを備えた車両においては、比例積分制御装置の比例ゲインと積分ゲインを、偏差の大きさに応じ、最適なゲインに設定することにより、機械式ブレーキ57、67の応答性を向上させ、回生ブレーキとのスムーズな協調制御を実現することができる。
本発明を、構造的と方法的特徴に関してある程度特定的な言葉で説明したが、本明細書に開示した手段は本発明を実施する好ましい形態を含むものであり、本発明はこれら図示し記載された特定の特徴に制限されないことを理解されたい。したがって、本発明は、均等の原則に従って適切に解釈される特許請求の範囲に記載された範囲内におけるいかなる形態または変更についても含むものである。
本発明はハイブリット車両のブレーキ制御装置に適用できる。
1 エンジン
2 モータ
3 メインクラッチ
4 トランスミッション
6 前輪
7 後輪
10 エンジンコントロールユニット
12 モータクラッチ
15 インバータ
16 キャパシタ
20 車両コントロールユニット
41 ブレーキバルブ
57,67 機械式ブレーキ
53,63 制御弁
2 モータ
3 メインクラッチ
4 トランスミッション
6 前輪
7 後輪
10 エンジンコントロールユニット
12 モータクラッチ
15 インバータ
16 キャパシタ
20 車両コントロールユニット
41 ブレーキバルブ
57,67 機械式ブレーキ
53,63 制御弁
Claims (5)
- 流体圧で駆動する機械式ブレーキを備えた車両のブレーキ制御装置において、
前記機械式ブレーキを駆動する流体の圧力を制御する制御弁と、
前記流体圧力を検出する手段と、
前記制御弁を目標圧力と検出圧力の基づいて比例積分制御する比例積分制御装置と、を備え、
前記比例積分制御装置は、比例ゲインとして用いる少なくとも2つ以上の異なるゲインと、積分ゲインとして用いる少なくとも2つ以上の異なるゲインと、を備え、目標圧力と検出圧力との偏差の大きさに応じて前記ゲインから各1つづつ選択し、比例ゲインおよび積分ゲインとして設定する、
ことを特徴とする車両のブレーキ制御装置。 - 前記比例積分制御装置は、加圧用ゲインと減圧用ゲインとを備え、偏差が0より大きいときは流体圧の加圧を行うと判定し、比例ゲインおよび積分ゲインを加圧用ゲインに設定し、偏差が0より小さいときは流体圧の減圧を行うと判定し、比例ゲインおよび積分ゲインを減圧用ゲインに設定することを特徴とする請求項1に記載の車両のブレーキ制御装置。
- 前記車両は、エンジンによって駆動される駆動輪と、駆動されない従動輪と、を備え、前記ブレーキ制御装置は、前記駆動輪と前記従動輪とに、所定の比率で制動力を配分することを特徴とする請求項1に記載の車両のブレーキ制御装置。
- 前記ブレーキ制御装置は、前記駆動輪と前記従動輪とに、7:3の比率で制動力を配分することを特徴とする請求項3に車両のブレーキ制御装置。
- 前記車両は、モータとエンジンを備えたハイブリッド車であり、前記機械式ブレーキと回生ブレーキとを協調制御することを特徴とする請求項1に車両のブレーキ制御装置。
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