JP2005349985A - 車両の制動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 遮断弁の駆動に要する消費電力を抑えて自己発熱を抑えることで、該遮断弁の構成の簡素化及び小型軽量化を図ることができる車両の制動装置を提供する。
【解決手段】 通常時には遮断弁２０により油圧路１５を遮断してブレーキアクチュエータ１３からの油圧によりブレーキキャリパ１４を作動させる車両の制動装置１０において、マスタシリンダ１２が発生する液圧を検出するマスタ圧センサ３７と、ブレーキキャリパ１４に作用する液圧を検出するキャリパ圧センサ３８とを備え、これら各センサ３７，３８の検出値に基づき、前記遮断弁２０へ供給する駆動電流の値を変更することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、自動車等の車両に適用される制動装置に関し、特に、通常時にはマスタシリンダとホイールシリンダとの間の液圧路を遮断して電子制御液圧源からの液圧によりホイールシリンダを作動させるブレーキバイワイヤとして構成されるものに関する。

従来、通常時にはマスタシリンダとホイールシリンダとの間の液圧路を遮断して電子制御液圧源からの液圧によりホイールシリンダを作動させるブレーキバイワイヤとして構成される車両の制動装置においては、液圧路の遮断又は開通を切り替えるべく電気的に駆動制御される遮断弁を備えるものが多い（例えば特許文献１，２参照）。このような構成において液圧路を遮断する際には、前記遮断弁には一定の駆動電流が供給されるようになっている。
特開平５−６５０６０号公報 特開２００１−１０６０５６号公報

しかしながら、上述のような構成では、ブレーキペダルの最大操作力に対応するように遮断弁の性能を決定しているため、該遮断弁へ供給する駆動電流の増加、ひいては消費電力の増加を招き、自己発熱量を増加させ、別途冷却手段の設定が必要になったり、ブレーキベダルの最大操作力に対応するだけの熱容量を確保しなければならない等、遮断弁の構成を複雑化すると共にサイズや重量を増加させるという問題がある。
そこでこの発明は、遮断弁の駆動に要する消費電力を抑えて自己発熱を抑えることで、該遮断弁の構成の簡素化及び小型軽量化を図ることができる車両の制動装置を提供する。

上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、制動操作子（例えば実施例のブレーキペダル１１）の操作力に応じて機械的に液圧を発生するマスタシリンダ（例えば実施例のマスタシリンダ１２）と、該マスタシリンダとは別に電気的に制御されて液圧を発生する電気制御液圧源（例えば実施例のブレーキアクチュエータ１３）と、これらマスタシリンダ又は電気制御液圧源からの液圧により車輪の回転を抑制するべく作動するホイールシリンダ（例えば実施例のブレーキキャリパ１４）と、前記マスタシリンダとホイールシリンダ及び電気制御液圧源との間の液圧路（例えば実施例の油圧路１５）の遮断又は開通を切り替えるべく電気的に駆動制御される遮断弁（例えば実施例の遮断弁２０）とを備え、通常時には前記遮断弁により前記液圧路を遮断して前記電気制御液圧源からの液圧により前記ホイールシリンダを作動させる車両の制動装置（例えば実施例に制動装置１０）において、前記マスタシリンダが発生する液圧を検出する操作圧検出手段（例えば実施例のマスタ圧センサ３７）と、前記ホイールシリンダに作用する液圧を検出する制動圧検出手段（例えば実施例のキャリパ圧センサ３８）とを備え、これら操作圧検出手段及び制動圧検出手段の検出値に基づき、前記遮断弁へ供給する駆動電流の値を変更することを特徴とする。

この構成によれば、通常時（正常時）には遮断弁により液圧路を遮断し、電気制御液圧源からの液圧によりホイールシリンダを作動させる所謂ブレーキバイワイヤとして機能しつつ、電気的な異常時（フェイル時）には液圧路を開通してマスタシリンダからの液圧をホイールシリンダに伝達可能とし、電気制御を介さずに直接ホイールシリンダを作動させることが可能となる。

ここで、前記遮断弁が液圧路を遮断する際、該液圧路における遮断弁よりもマスタシリンダ側の液圧（マスタシリンダが発生する液圧）は該液圧路を開通させるように遮断弁に作用し、液圧路におけるホイールシリンダ側の液圧（ホイールシリンダに作用する液圧）は該液圧路を遮断させるべく遮断弁に作用するので、遮断弁が液圧路を遮断した状態を保つために必要な圧力（遮断圧）を、マスタシリンダ側の液圧の検出値とホイールシリンダ側の液圧の検出値とに基づいて推定し、該推定値に応じて遮断弁へ供給する駆動電流の値を変更することで、ホイールシリンダ側の液圧がマスタシリンダ側の液圧を上回る制動操作子の通常操作時には、該駆動電流を必要以上に大きくすることなく効率良く遮断弁を作動させることが可能となり、マスタシリンダ側の液圧がホイールシリンダ側の液圧を上回る制動操作子の変則操作時には、その圧力差に応じて前記遮断圧を増加させるべく駆動電流を変更することが可能となる。

請求項１に記載した発明によれば、制動操作子の操作状況に応じて遮断弁の駆動電流を変更することで、該遮断弁の駆動に要する消費電力を抑えることが可能となり、遮断弁の自己発熱を抑えることが可能となる。このため、別途遮断弁の冷却手段を設定する等の必要がなくなると共に、必要最小限の熱容量を確保すればよいことから、遮断弁の構成を簡素化し、かつ小型軽量化を図ることができる。

以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１に示すように、この実施例における車両の制動装置１０は、ブレーキペダル１１（制動操作子）の操作力に応じて機械的に油圧（液圧）を発生するマスタシリンダ１２と、該マスタシリンダ１２とは別に電気的に制御されて油圧を発生するブレーキアクチュエータ（電気制御液圧源）１３と、これらマスタシリンダ１２又はブレーキアクチュエータ１３からの油圧により車輪の回転を制動するべく作動するブレーキキャリパ（ホイールシリンダ）１４とを備え、通常時にはマスタシリンダ１２とブレーキキャリパ１４及びブレーキアクチュエータ１３との間の油圧路（液圧路）１５を遮断してブレーキアクチュエータ１３からの油圧によりブレーキキャリパ１４を作動させる所謂ブレーキバイワイヤとして構成される。なお、図１中太線は油圧配管を、細線は電気通信線をそれぞれ示す。また、図中符号１６は車輪と一体的に回転するブレーキディスクを、符号１７は当該制動装置１０における作動油のリザーバタンクをそれぞれ示す。

油圧路１５の途中には、該油圧路１５の遮断又は開通を切り替えるべく電気的に駆動制御される遮断弁２０が設けられる。ここで、油圧路１５における遮断弁２０よりも上流側の部位を第一油路２１、下流側の部位を第二油路２２とすると、第一油路２１にはマスタシリンダ１２が、第二油路２２にはブレーキアクチュエータ１３及びブレーキキャリパ１４がそれぞれ接続される。

ブレーキアクチュエータ１３は、駆動モータ１３ａの駆動力を減速機構１３ｂ等を介して油圧発生器１３ｃに入力して油圧を発生させる所謂モータシリンダである。
一方、図２に示すように、遮断弁２０は、油圧路１５の一部を構成する密閉されたケーシング２３内に直線的に移動可能に設けられたアーマチュア２４を、ケース外に配されたソレノイドコイル２５からの励磁により移動させて油圧路１５を遮断又は開通する所謂ソレノイドバルブである。

ここで、アーマチュア２４の移動方向と図２における上下方向とは一致しており、以下の説明において、前後左右等の向きは図２における向きと同一とする。
ケーシング２３の下部には第一油室２６が形成され、該第一油室２６内に整合するようにアーマチュア２４本体が配置されると共に、第一油室２６を取り囲むようにソレノイドコイル２５が配置される。また、ケーシング２３の上部には、第一油室２６に連なる第二油室２７が形成されると共に、該第二油室２７内に整合するようにアーマチュア２４の上部に突出部２８が設けられる。

ケーシング２３の上端部にはノズル２９が形成され、該ノズル２９に第一油路２１が接続されることで、第一油路２１と第二油室２７とがノズル内油路２９ａを介して連通される。また、ケーシング２３の第二油室２７における右側部にはサイドポート３１が形成され、該サイドポート３１に第二油路２２が接続されることで、第二油路２２と第二油室２７とが連通される。

アーマチュア２４は、サイドポート３１よりも下方となる部位に自身の移動方向と略直交する面を形成してショルダー部３２とした後に先細りのテーパ状をなし、その先端部にはノズル内油路２９ａを閉塞可能な弁体としてのシート部３３が設けられる。
そして、ソレノイドコイル２５への給電によりアーマチュア２４が上方へ移動し、シート部３３がノズル内油路２９ａを閉塞することで、当該制動装置１０の油圧路１５が遮断されることとなる。

第二油室２７の上壁とショルダー部３２との間にはコイルスプリング３４が縮設され、該コイルスプリング３４のバネ力によってアーマチュア２４が下方に向かって付勢されている。したがって、ソレノイドコイル２５への給電を停止すれば、コイルスプリング３４のバネ力によりアーマチュア２４が下方に向かって移動し、ノズル内油路２９ａを開放して油圧路１５を開通させる。なお、符号３５は、各油室内の油圧を均一化するべくアーマチュア２４に設けられた油圧連通路を示す。

ここで、遮断弁２０及びブレーキアクチュエータ１３の駆動は、図１に示す制御装置３６により制御される。
制御装置３６は所謂ＥＣＵ（Electronic Control Unit）であり、遮断弁２０及びブレーキアクチュエータ１３のコントローラ及びドライバ等を有し、バッテリ等からの電力供給を受けて作動する。この制御装置３６には、第一油路２１内の油圧（マスタ圧）を検出する手段としてのマスタ圧センサ（操作圧検出手段）３７、及び第二油路２２内の油圧（キャリパ圧：制動圧）を検出する手段としてのキャリパ圧センサ（制動圧検出手段）３８からの検出値、並びにブレーキスイッチ３９からのＯＮ／ＯＦＦ信号が入力されるようになっている。

ところで、上記制動装置１０においては、各センサ３７，３８の故障等の異常時（フェイル時）には、遮断弁２０が速やかに油圧路１５を開通させ、マスタシリンダ１２からの油圧をブレーキキャリパ１４に伝達可能とし、電気的な制御を介さずに直接ブレーキキャリパ１４を作動させることが可能となっている。すなわち、遮断弁２０が当該制動装置１０のフェイルセイフバルブとして機能するのである。

ここで、遮断弁２０は、フェイルセイフの観点から、油圧路１５の下流側（ブレーキキャリパ１４及びブレーキアクチュエータ１３側）から上流側（マスタシリンダ１２側）に油圧が抜けないように、アーマチュア２４がノズル内油路２９ａを下流側から塞ぐような構造となっている。

具体的には、第二油路２２内の油圧がサイドポート３１から第二油室２７内に伝達されても、該油圧がアーマチュア２４をノズル内油路２９ａ側に押し付けるように作用することから第一油路２１へ伝達されることはないが、第一油路２１からの油圧は、アーマチュア２４をノズル内油路２９ａから離間させるように作用することから、アーマチュア２４がソレノイドコイル２５の磁力に抗して移動した場合には、第二油室２７を介して第二油路２２側に伝達されることとなる。

このため、当該制動装置１０においては、油圧路１５を開通させるように作用する第一油路２１内の油圧と、油圧路１５を遮断させるように作用する第二油路２２内の油圧との圧力差に基づいて、制御装置３６が遮断弁２０へ供給する駆動電流の値を変更するようになっている。

換言すれば、制御装置３６は、各センサ３７，３８からの検出値に基づいて所定の演算を行い、該演算結果に基づいて遮断弁２０にかかる圧力を推定し、遮断弁２０が油圧路１５を遮断した状態を保つのに必要な最小限の圧力（以下、遮断弁２０の遮断圧という）を発生させるべく、遮断弁２０への駆動電流を変化させるのである。

なお、図１においては、車両における一車輪に対応する油圧路１５のみを図示しているが、他の車輪に対応して例えばマスタシリンダ１２から延びる第二油圧路１５’においても、油圧路１５と同様の構成を有することはいうまでもない。

次に、作用について説明する。
まず、例えばイグニッションがＯＦＦの状態には、制動装置１０の制御システムが起動せず、かつ遮断弁２０には駆動電流が供給されず、したがって油圧路１５は開通した状態となっている。
また、例えばイグニッションがＯＮでかつエンジンが始動している状態には、前記システムが起動状態（ＯＮ状態）となり、この状態においては遮断弁２０に所定の駆動電流が供給され、アーマチュア２４が移動してノズル内油路２９ａを閉塞することで油圧路１５が遮断される。

そして、前記システムＯＮ状態にてブレーキペダル１１が操作されてブレーキスイッチ３９がＯＮになると、マスタシリンダ１２で発生した油圧はブレーキキャリパ１４側へ伝達されず、制御装置３６がブレーキアクチュエータ１３を作動させて第一油路２１内の圧力に応じた油圧を第二油路２２内に発生させる。この油圧によりブレーキキャリパ１４が作動して、車輪の回転が制動されることとなる。

ここで、ブレーキペダル１１操作時に遮断弁２０へ供給される駆動電流の変化について図３に基づいて説明すると、まず前記システムがＯＮになると同時に所定の駆動電流が遮断弁２０に供給され、アーマチュア２４が起動して油圧路１５が遮断される。アーマチュア２４起動後には、その起動電流よりも保持電流の方が少ない電流で済むことから、前記システムがＯＮになった後に所定時間が経過すると、アーマチュア２４のシート部３３がノズル内油路２９ａに吸着しこれを完全に閉塞したと見なして、遮断弁２０へ供給する駆動電流を減少させるようになっている。このときの電流を、以下の説明では減電流ということがある。これにより、遮断弁２０の駆動に要する消費電力を抑え、効率の良い制御を行うことが可能となっている。

ところで、ブレーキペダル１１の通常操作時には、ブレーキアクチュエータ１３がマスタ圧を基に該マスタ圧よりも高いキャリパ圧（制動圧）を発生させるため、該キャリパ圧がマスタ圧を上回り、これらの圧力差がアーマチュア２４をノズル内油路２９ａに押し付けて油圧路１５を遮断するように作用する。したがって、安全率を見込んで余裕のある設定としたとしても、遮断弁２０への駆動電流を減少させることができるが、ＡＢＳ（Anti-lock Brake System）の作動等によりキャリパ圧が減少した場合には、マスタ圧がキャリパ圧を上回り、これらの圧力差が油圧路１５を開通させるように作用するので、遮断弁２０の遮断圧を高めるべく駆動電流を増加させる必要がある。また、ＡＢＳ作動時にブレーキペダル１１がさらに踏み込まれるような場合には、遮断弁２０の遮断圧はさらに高くする必要がある。

ここで、上記圧力差と駆動電流との関係を図４に基づいて説明すると、まず、ブレーキペダル１１の通常操作時には、マスタ圧からキャリパ圧を差し引いた圧力差がマイナスの領域にあり、この圧力差は油路１５を遮断するように作用するため、遮断弁２０を起動させた後には前述の如く駆動電流を減少させることができる。このとき、遮断弁２０の遮断圧はマイナス域にあるといえる。

このとき、遮断弁２０が遮断圧を維持するために必要な駆動電流の特性としては、マイナス域にある前記圧力差の絶対値が前記コイルスプリング３４のバネ力と釣り合う状態を出力０％とし、この状態から圧力差に比例して増加することで、最終的に出力１００％となるようにされる。なお、遮断弁２０における駆動電流の出力値は、該駆動弁２０の遮断性能であるともいえる。

このような特性に対し、実際の駆動電流は、前記圧力差がマイナス域にある場合には、前記減電流となりつつも前記遮断圧維持特性に対しては十分な安全余裕を有する一定の値に保たれ、前記圧力差がプラス域に転じた場合、つまりマスタ圧がキャリパ圧を上回る変則操作時には、前記遮断圧維持特性に対して一定の安全余裕を有した上でこれと共に圧力差に比例するように増加していく。これにより、常に前記圧力差を上回るだけの遮断圧を発生させ、第一油路２１から第二油路２２への油圧の伝達を防止できる。

ここで、前記変則操作とは、例えば急ブレーキのようにブレーキペダル１１が通常操作範囲を超えて踏み込まれるような状況であり、このような状況は、車速が有限なこともあって長時間継続されるものではないことから、遮断弁２０は変則操作に対して一定時間だけ対応できればよいこととなる。

したがって、遮断弁２０を最大圧力の遮断状態を維持可能に設計する必要がなく、発生圧力に合わせた設計が可能となるため、通常操作時の駆動電流では発熱量が減少するし、最大駆動時には一定時間だけ必要な遮断圧を発生させた際の発熱量に対応する熱容量とすればよいので、該遮断弁２０の構成を簡素化し、かつ小型計量化を図ることができる。

以上説明したように、上記実施例における車両の制動装置１０は、ブレーキペダル１１の操作力に応じて機械的に油圧を発生するマスタシリンダ１２と、該マスタシリンダ１２とは別に電気的に制御されて油圧を発生するブレーキアクチュエータ１３と、これらマスタシリンダ１２又はブレーキアクチュエータ１３からの油圧により車輪の回転を抑制するべく作動するブレーキキャリパ１４と、前記マスタシリンダ１２とブレーキキャリパ１４及びブレーキアクチュエータ１３との間の油圧路１５の遮断又は開通を切り替えるべく電気的に駆動制御される遮断弁２０とを備え、通常時には遮断弁２０により油圧路１５を遮断してブレーキアクチュエータ１３からの油圧によりブレーキキャリパ１４を作動させるものであって、マスタシリンダ１２が発生する油圧を検出するマスタ圧センサ３７と、ブレーキキャリパ１４に作用する油圧を検出するキャリパ圧センサ３８とを備え、これら各センサ３７，３８の検出値に基づき、遮断弁２０へ供給する駆動電流の値を変更するものである。

この構成によれば、通常時（正常時）には遮断弁２０により油圧路１５を遮断し、ブレーキアクチュエータ１３からの油圧によりブレーキキャリパ１４を作動させる所謂ブレーキバイワイヤとして機能しつつ、電気的な異常時（フェイル時）には油圧路１５を開通してマスタシリンダ１２からの油圧をブレーキキャリパ１４に伝達可能とし、電気制御を介さずに直接ブレーキキャリパ１４を作動させることが可能となる。

ここで、前記遮断弁２０が油圧路１５を遮断する際、該油圧路１５における遮断弁２０よりもマスタシリンダ１２側の油圧（マスタシリンダ１２が発生する油圧）は該油圧路１５を開通させるように遮断弁２０に作用し、油圧路１５におけるホイールシリンダ側の油圧（ホイールシリンダに作用する油圧）は該油圧路１５を遮断させるべく遮断弁２０に作用するので、遮断弁２０が油圧路１５を遮断した状態を保つために必要な圧力（遮断圧）を、マスタシリンダ１２側の油圧の検出値とホイールシリンダ側の油圧の検出値とに基づいて推定し、該推定値に応じて遮断弁２０へ供給する駆動電流の値を変更することで、ホイールシリンダ側の油圧がマスタシリンダ１２側の油圧を上回るブレーキペダル１１の通常操作時には、該駆動電流を必要以上に大きくすることなく効率良く遮断弁２０を作動させることが可能となり、マスタシリンダ１２側の油圧がホイールシリンダ側の油圧を上回るブレーキペダル１１の変則操作時には、その圧力差に応じて前記遮断圧を増加させるべく駆動電流を変更することが可能となる。

このように、ブレーキペダル１１の操作状況に応じて遮断弁２０の駆動電流を変更することで、該遮断弁２０の駆動に要する消費電力を抑えることが可能となり、遮断弁２０の自己発熱を抑えることが可能となる。このため、別途遮断弁２０の冷却手段を設定する等の必要がなくなると共に、必要最小限の熱容量を確保すればよいことから、遮断弁２０の構成を簡素化し、かつ小型軽量化を図ることができるという効果がある。特に、遮断弁２０起動後にその駆動電流を減少させるという減電流制御が組み合わされることで、該遮断弁２０の駆動に要する消費電力を抑えるという効果が高まる。

なお、この発明は上記実施例に限られるものではなく、例えば、マスタ圧を測定する手段及びキャリパ圧を測定する手段の何れか一方又は両方が、本来の制動機能に用いられる既存のものであってもよい。また、遮断弁への駆動電流を変化させる手段が、ＤＣアンプのように連続的に電圧を変化させるものや、スイッチング動作により電圧を変化させるものであってもよい。また、ＰＷＭ（Pulse Wide Modulation）やＰＣＭ（Pulse Code Modulation）等の変調制御を行うものであってもよい。

さらに、遮断圧を演算して駆動電流を変化させる手段は、本来の制動機能に用いられる既存の演算手段であってもよい。さらにまた、この発明が適用可能な制動装置としては、遮断弁（フェイルセイフバルブ）が使用されるシステムであれば、油圧（液圧）の発生手段の種類を問うものではない。

また、駆動電流の制御は、ソレノイドコイルの温度上昇による抵抗値の上昇に対応するために、該駆動電流の値を検出してフィードバック制御してもよく、印加電圧や通電時間を積算して温度上昇を予測し、これに安全率を見込んだ上でデューティー比又は電圧を決定するべくフィードフォワード制御してもよい。
そして、上記実施例における構成は一例であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

この発明の実施例における車両の制動装置の概略構成図である。 上記制動装置の遮断弁の断面図である。 上記遮断弁への駆動電流の変化を示すグラフである。 マスタ圧とキャリパ圧との圧力差と駆動電流との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 制動装置
１１ ブレーキペダル（制動操作子）
１２ マスタシリンダ
１３ ブレーキアクチュエータ（電気制御液圧源）
１４ ブレーキキャリパ（ホイールシリンダ）
１５ 油圧路（液圧路）
２０ 遮断弁
３７ マスタ圧センサ（操作圧検出手段）
３８ キャリパ圧センサ（制動圧検出手段）

Claims (1)

1. 制動操作子の操作力に応じて機械的に液圧を発生するマスタシリンダと、該マスタシリンダとは別に電気的に制御されて液圧を発生する電気制御液圧源と、これらマスタシリンダ又は電気制御液圧源からの液圧により車輪の回転を抑制するべく作動するホイールシリンダと、前記マスタシリンダとホイールシリンダ及び電気制御液圧源との間の液圧路の遮断又は開通を切り替えるべく電気的に駆動制御される遮断弁とを備え、通常時には前記遮断弁により前記液圧路を遮断して前記電気制御液圧源からの液圧により前記ホイールシリンダを作動させる車両の制動装置において、
   前記マスタシリンダが発生する液圧を検出する操作圧検出手段と、前記ホイールシリンダに作用する液圧を検出する制動圧検出手段とを備え、これら操作圧検出手段及び制動圧検出手段の検出値に基づき、前記遮断弁へ供給する駆動電流の値を変更することを特徴とする車両の制動装置。
   
   

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