(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアタンクからの空気圧を油圧に変換する空圧・油圧変換装置並びに該空圧・油圧変換装置と油圧管路を介して接続された油圧にて作動するブレーキ部で構成された前輪及び後輪の制動系で構成され、該後輪の制動系が該エアタンクと該空圧・油圧変換装置の間に設けた空気圧力制御弁をコントローラが制御することにより該空圧・油圧変換装置の油圧出力を制御するブレーキ制御装置において、
該コントローラは、制動開始指示時から実際に制動力が発生するまでの間、該後輪の制動系の該空圧・油圧変換装置の出力油圧が該前輪の制動系の該空圧・油圧変換装置の出力油圧より所定値以上高くなるように該空気圧制御弁を制御し、前輪及び後輪の該ブレーキ部の制動動作が同時又は後輪が早くなるようにしたことを特徴とするブレーキ制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
該コントローラが、該油圧管路内の粘性抵抗を考慮した油の運動方程式に基づいて該所定値を決定することを特徴としたブレーキ制御装置。
【請求項３】
請求項２において、
該コントローラが、該ブレーキ部の制動部材と被制動部材の間隙と、該油圧管路の長さと、該空気圧力制御弁の出力値と、該間隙が零になるまでの時間との関係を示すテーブルに基づいて該空気圧力制御弁を制御することを特徴としたブレーキ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はブレーキ制御装置に関し、特に空圧・油圧変換装置及び油圧にて作動するブレーキ部で構成された前輪及び後輪の制動系を有するＡＯＨ（エアオーバハイドロリックブレーキ）式のブレーキ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、ＡＯＨ式のブレーキ制御装置の制動系を模式的に示しており、エアコンプレッサ４０、エアタンク４１及びブレーキバルブ１０で構成された空気圧系と、空圧・油圧変換装置６０と、空圧・油圧変換装置６０を介して接続され油圧管路７０及び油圧にて作動するブレーキ部８０で構成された油圧系とが縦続接続されている。
【０００３】
このようなＡＯＨ式のブレーキ制御装置は、現在日本国内で市販されている大型車両の主流のブレーキシステムであり、ブレーキバルブ１０と空圧・油圧変換装置６０の間に空気圧力制御弁を配置して空圧・油圧変換装置６０の入力空気圧をコントローラで制御するように構成したシステムである。
【０００４】
運転者は、ブレーキペダル１１でブレーキバルブ１０の出口空気圧を調整する。この空気圧を空気室６１で受けた空圧・油圧変換装置６０は油圧室６２で油圧に変換し油圧管路７０を介してブレーキ部８０に送る。ブレーキ部８０においては、油圧を受けたホイールシリンダ８１がブレーキシュー８２を広げることにより回転しているブレーキドラム８４の内面から圧力を加え、ブレーキシュー８２の表面に張り付けたライニング（図示せず）とブレーキドラム８４の摩擦力で制動を行うようにしている。
【０００５】
図１０は、このブレーキ制御装置における油圧系を詳しく示している。同図（１）は前輪の制動系を示しており、空圧・油圧変換装置であるトランスデューサ６０ａが長さＬｆ、管径ｄの油圧管路７０ａを介してブレーキ部のホイールシリンダ８１ａに接続されている。ホイールシリンダ８１ａはブレーキシュー８２ａに接続され、非ブレーキ時には、このブレーキシュー８２ａと被制動部材であるブレーキドラム８４ａとは隙間Ｘgapを保って配置されている。
【０００６】
同図（２）は後輪の制動系を示しており、同（１）の前輪の油圧系と異なる点は、油圧管路７０の長さがＬｒであることのみである。
【０００７】
空圧・油圧変換装置６０の油圧室６２（図９参照）の油圧Ｐoil（または空圧室６１の空圧Ｐair）に対する前輪及び後輪のホイールシリンダ８１ａ，ｂ内の各圧力Ｐfb，Ｐrb（図１０参照）の時間応答特性が図１（２）に示されており、横軸及び縦軸はそれぞれ時間ｔ（秒）及び圧力Ｐ（ＭＰａ）である。
【０００８】
いま、前輪及び後輪に同じ圧力指令値Ｐairを空圧・油圧変換装置６０に入力した場合、前輪及び後輪のホイールシリンダ８１内の油圧応答はそれぞれＰfb及びＰrbとなり、後輪の油圧応答Ｐrbは、前輪の油圧応答Ｐfbに対してΔｔだけ遅れて作動することになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のブレーキ制御装置においては、前輪ブレーキの制動が後輪ブレーキの制動よりΔｔ秒だけ早く開始されるため、特にトレーラ等はジャックナイフ現象を起こし車両の姿勢が不安定になる可能性がある。一般に制動時の安定性を高めるためには、後輪ブレーキの制動が前輪ブレーキの制動に対して同時若しくは早く効き始めた方が良い。
【００１０】
この対策として、応答が早い前輪の油圧応答を意図的に遅らせて前輪と後輪の油圧応答の差を少なくする方式がある。しかしながらこの方式は全体として制動の開始を遅くするものであるので、ブレーキシステムの性能を低下させる。しかも、大型トラックの場合は、前輪ブレーキと後輪ブレーキの制動時間差の原因である油圧管路長の差は、前輪の最短のものと後輪の最長のものとで約５〜１０倍あり、ブレーキシステムの性能はさらに低下させることになる。
【００１１】
すなわち、従来のＡＯＨ式のブレーキ制御装置の空気圧系と油圧系は、単に圧力を伝達する伝達要素としての機能しか有しておらず、特に油圧系は、圧力制御がなされていないという課題があった。
【００１２】
従って本発明は、エアタンクからの空気圧を油圧に変換する空圧・油圧変換装置並びに該空圧・油圧変換装置と油圧管路を介して接続された油圧にて作動するブレーキ部で構成された前輪及び後輪の制動系で構成され、該後輪の制動系が該エアタンクと該空圧・油圧変換装置の間に設けた空気圧力制御弁をコントローラが制御することにより該空圧・油圧変換装置の油圧出力を制御するブレーキ制御装置において、ブレーキシステムの性能を低下させることなく油圧管路長の異なる制動系の作動開始時間を同じにするか又は後輪側を早くさせることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係るブレーキ制御装置は、図１（１）の本発明の原理説明図に示す如く、該コントローラは、制動開始指示時から実際に制動力が発生するまでのΔＴの間、該後輪の制動系の該空圧・油圧変換装置の出力油圧Ｐoil（又はＰairRr）が該前輪の制動系の該空圧・油圧変換装置の出力油圧Ｐoil（又はＰairFt）より所定値（Ｐ２−Ｐ１）以上高くなるように該空気圧制御弁を制御する。
【００１４】
すなわち、後輪制動系の大きな油質量に大きな力を加えることにより、応答時間がΔｔだけ遅い後輪の圧力応答Ｐfbを，前輪の圧力応答Ｐfbと同じか又は早くする。この結果、後輪の制動開始を前輪と同じ又は早目にすることがが可能となる。上記の該所定値は、前輪及び後輪のブレーキ部の制動動作が同時又は後輪が早くなる値とすることができる。
【００１５】
また、本発明では、上記の発明において、該コントローラが、該油圧管路内の粘性抵抗を考慮した油の運動方程式に基づいて該所定値を決定することができる。
すなわち、油圧管路内の油を「油の円柱」でモデル化する。そして、コントローラは、油圧管と油の摩擦を考慮した入力油圧とブレーキの変位の関係を示す運動方程式から前輪及び後輪の油圧管の入力油圧を計算し、この入力油圧から空圧・油圧変換装置の入力空気圧を求め、この空気圧を出力するように該空気圧力弁に指示信号を出力することができる。
【００１６】
さらに、該コントローラが、該間隙Ｘgapと、該油圧管路の長さＬと、該空気圧力制御弁の出力値Ｐairと、該間隙Ｘgapが零になるまでの時間ｔとの関係を示すテーブルに基づいて該空気圧力制御弁を制御することも可能である。
【００１７】
すなわち、コントローラは、上記の運動方程式の演算結果をテーブル化して保持し、このテーブルに基づいて前輪の空気圧から後輪の空気圧を指定することが決定できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明に係るブレーキ制御装置の実施例を示しており、エアコンプレッサ４０に接続されたエアタンク４１、ブレーキバルブ１０、空圧・油圧変換装置であるトランスデューサ６０ａ、油圧管路７０ａ、並びに左右の前輪ブレーキ部８０ａ，ｂで構成された前輪の制動系、及びエアタンク４１、ブレーキバルブ１０、シャトルバルブ５１、トランスデューサ６０ｂ、油圧管路７０ｂ、並びに左右の後輪ブレーキ部８０ｃ，ｄで構成された後輪の制動系が縦続接続されている。
【００１９】
さらに、後輪の制動系には、空気圧力制御弁５０ｂがエアタンク４１とシャトルバルブ５１との間に接続され、空気圧力制御弁５０ｂにコントローラ３０から制御信号が与えられるように接続されている。コントローラ３０には、ブレーキペダル１１の踏込量又はブレーキバルブ１０の出力空気圧を計測するセンサ２０が接続されている。
【００２０】
また、前輪及び後輪のブレーキ部８０ａ〜ｄは、ホイールシリンダ８１、ブレーキシュー８２、ライニング８３、及びブレーキドラム８４で構成されている。
【００２１】
前輪の制動系の動作においては、運転者がブレーキペダル１１を踏み込むと、その踏込量に応じたエアタンク４１の空気圧が、ブレーキバルブ１０、トランスデューサ６０ａ、及び油圧管路７０ａを介して、前輪のブレーキ部８０ａ，ｂに油圧として伝送され制動動作が開始される。
【００２２】
後輪の制動系において、エアタンク４１の空気圧が、ブレーキバルブ１０を介してシャトルバルブ５１に伝導される。一方、コントローラ３０が、センサ２０でブレーキバルブ１０の後輪の出力空気圧を直接、又はブレーキペダル１１の踏込量から間接的に検知し、空気圧力制御弁５０ｂの出力空気圧を制御する。この出力空気圧は、シャトルバルブ５１に伝達される。
【００２３】
シャトルバルブ５１は、ブレーキバルブ１０及び空気圧力制御弁５０ｂのいずれかの空気圧の高い方を、トランスデューサ６０ｂ及び油圧管路７０ｂを介して、後輪のブレーキ部８０ｃ，ｄに油圧として伝達し制動動作を開始する。シャトルバルブ５１は、空気圧力制御弁５０ｂに対する制御機構が故障した場合、ブレーキバルブ１０側の制動系でブレーキ動作を行うことを可能にしている。
【００２４】
図３はコントローラ３０の実施例を示しており、特に空気圧力制御弁５０ｂの出力空気圧ＰairRrを制御する手順例を示している。
コントローラ３０の演算部３１は、前輪の空気圧ＰairFtをセンサ２０から入力し後輪の制動力を早めるために必要な空気圧ＰairRrを求める。信号切替部３２は空気圧ＰairRrを出力するように空気圧力制御弁５０ｂに指示する。さらに、演算部３１は空気圧ＰairRrを加えたときの後輪の制動部材（ブレーキシュー）と被制動部材（ブレーキドラム又はブレーキディスク）の間隙が設定値α・Ｘgapになる時間を演算し、この時間が経過した後、信号切替部３２に切替指示を与える。信号切替部３２は空気圧指示値をＰairRrから前輪と同じＰairFtに切り替える。
【００２５】
これにより、後輪のブレーキ制動開始時間を、前輪の開始時間と同じか又は早めに設定している。
【００２６】
図４は、演算部３１が後輪の空気圧ＰairRrを演算する実施例（１）を示しており、この実施例では、演算部３１は、前輪及び後輪の油圧系のブレーキシュー８２の変位を入力空気圧Ｐairから下記の運動方程式（１）に基づいて演算するＰairFt計算部３３及びＰairRr計算部３４を有している。
【００２７】
【数１】
0003820742.tif 000002
ここで、Ａは油圧管の断面積、ρは油密度、Ｌfは油圧管の長さ、ｕは油速度、Ｐoilは空圧・油圧変換装置の油圧室の油圧、μは油粘性係数、及びｄは油圧管の直径を示している。
【００２８】
ＰairFt計算部３３及びＰairRr計算部３４は、それぞれ入力し前輪の空気圧ＰairFt及び後輪の空気圧ＰairRrから前輪及び後輪のブレーキシューの変位Ｘｆ及びＸｒを演算する。
【００２９】
比較部３５は、変位ＸｒからＸｆを減算して出力する。乗算部３６は、前輪の空気圧ＰairFtに比例ゲイン３７（＝Ｌｒ／Ｌｆ）を乗算し、この乗算結果から加算部３８では比較部３５の出力を減算して後輪の空気圧ＰairRrを出力する。この空気圧ＰairRrはＰairRr計算部３４に入力される。
【００３０】
すなわち、上記の運動方程式（１）に基づき、演算部３１は、前輪の空気圧ＰairFtより求めた前輪と後輪の応答変位の差（Ｘｒ−Ｘｆ）が零になるようにリアルタイムで後輪の空気圧ＰairRrを演算しフィードフォワード制御している。
【００３１】
また、図５に示すように速度が一定の範囲で速度ｕは、空気圧Ｐairにほぼ比例している。そこで、前輪の空気圧ＰairFtに比例ゲイン３７を乗算して後輪の空気圧ＰairRrの基準として、ＰairFt計算部３３及びＰairRr計算部３４での演算式を同じにしている。
【００３２】
この結果、さらに、ＰairFt計算部３３及びＰairRr計算部３４の演算が簡略化することができる。
【００３３】
上記の実施例（１）では運動方程式（１）に基づき演算部３１での演算によりコントローラ３０は後輪の空気圧ＰairRrを求めているが、予め用意したテーブルにより該空気圧ＰairRrを下記の実施例（２）のようにして求めてもよい。
【００３４】
すなわち、上記の運動方程式（１）を速度ｕについてラプラス変換してＵ（ｓ）を求め、Ｕ（ｓ）について整理した後、さらに、このＵ（ｓ）をラプラス逆変換しＰoil（＝ＰairFtと見倣す）をステップ入力したときの油速度ｕを求めると一次遅れの式となる。
【００３５】
図５は、このような油速度ｕの一次遅れのグラフを示しており、グラフ▲１▼，▲４▼は、それぞれパラメータである油圧管の長さＬ＝１０ｍで油圧Ｐoil＝０．３Ｍｐａ、Ｌ＝１０ｍでＰoil＝０．６７１Ｍｐａ、Ｌ＝１０ｍでＰoil＝１．０Ｍｐａ、及びＬ＝２ｍでＰoil＝０．３Ｍｐａの場合の油速度ｕ（ｍ／秒）を示している。
【００３６】
すなわち、油圧管内の「油圧の円柱」の入口に圧力がかかり、加速され、速度に比例して増加する管摩擦と圧力が釣り合った時点（図示の例では約０．０１秒）で速度ｕは一定になる。また、この速度ｕは、油圧管の長さが同じ場合、圧力Ｐoilに比例する（グラフ▲１▼〜▲３▼参照）。
【００３７】
図６は、油速度ｕを時間積分して、油圧管の長さＬ及び油圧Ｐoilをパラメータとした管内の油の移動距離（変位）ｘ（ｍｍ）のグラフ示しており、各グラフ▲１▼〜▲４▼のパラメータの値は図５と同じである。図５で示されたように速度ｕが、時間ｔが０．０１秒以後、一定であることから、図６においては時間ｔが０．０１秒以後、変位ｘは直線的に増加する。
【００３８】
図７は、ホイールシリンダ８１ａ，ｂ（図１０参照）が、３０mmだけ変位する時間ｔと空気圧Ｐair（油圧Ｐoil）の関係を油圧管長Ｌをパラメータとして示している。
すなわち、横軸の空気圧Ｐairを空圧・油圧変換装置６０ａ，ｂに入力するとブレーキ部が制動を開始する時間は縦軸の時間ｔであることを示しており、油圧管長Ｌ（図１０のＬｆ，Ｌｒ）が２ｍ、６ｍ及び１０ｍの場合、それぞれグラフＡ、グラフＢ、及びグラフＣが空気圧−時間の関係を示している。
【００３９】
例えば、前輪及び後輪の油圧管長Ｌがそれぞれ２ｍ及び６ｍの場合、前輪の空気圧を０．１５ＭＰａで加圧開始したと仮定すると前輪のブレーキ部が制動開始する時間は０．０５秒後である（Ａ２点）。この０．０５秒で後輪のブレーキ部を開始させるためには、Ｂ２点から後輪の空気圧を０．４２ＭＰａとすればよいことが分かる。
【００４０】
従って、該コントローラが、間隙Ｘgap、前輪及び後輪の油圧管路の長さＬｆ，Ｌｒ、及び出力空気圧ＰairFt，ＰairRrのとき該間隙が零になるまでの時間の関係を示した図７のテーブルに基づいて後輪の空気圧ＰairRrを制御し、ブレーキ部の制動開始時間を前輪の制動開始時間と同じ又は早くすることができる。
【００４１】
このような実施例（２）の手順例が図８に示されており、この例では、コントローラ３０は予め図７に示したグラフを油圧管長Ｌ＝２ｍ及び６ｍ毎のテーブルＴ１，Ｔ２として保持している。また、コントローラ３０には前輪及び後輪の油圧管長例えばＬ＝２ｍ及び６ｍが予め設定されている。
【００４２】
演算部３１は、前輪の空気圧例えばＰair＝０．２ＭPaが入力されると図７のグラフＡのテーブルＴ１を参照して時間ｔ＝０．０４秒を得る（Ａ３点；図８ステップＳ１０）。そして、演算部３１は、時間ｔ＝０．０４秒から図７のグラフＢのテーブルＴ２を参照して後輪の空気圧ＰairRr＝０．５５を得ことができる。（Ｂ３点；同Ｓ２０）
【００４３】
なお、図５で示した如く、油圧速度ｕの一次遅れの時定数Ｔは、０．０１秒以下である。一方、図７に示した如く、後輪に前輪の空気圧より高い圧力をかける時間ΔＴは、０．０４秒程度である。従って、時定数Ｔが時間ΔＴと比較して無視できる程度の場合、速度ｕを定数と仮定することができ制動開始時間ΔＴは、式ΔＴ＝ｘ／ｕから容易に求めることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るブレーキ制御装置によれば、制動開始指示時から実際に制動力が発生するまでの間、後輪の制動系の空圧・油圧変換装置の出力油圧が前輪の制動系の空圧・油圧変換装置の出力油圧より所定値以上高くなるように空気圧制御弁を制御するように構成したので、ブレーキシステムの性能を低下させることなく油圧管路長の異なる制動系の作動開始時間を同じにするか又は後輪側を早くさせることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明及び従来のブレーキ制御装置の原理を説明するグラフ図である。
【図２】本発明に係るブレーキ制御装置の実施例を示したブロック図である。
【図３】本発明におけるコントローラの実施例を示したブロック図である。
【図４】本発明におけるコントローラの演算部の実施例（１）を示したブロック図である。
【図５】本発明に係るブレーキ制御装置における油圧管路内の油速度と時間との関係を示したグラフ図である。
【図６】本発明に係るブレーキ制御装置における油圧管路内の油移動距離と時間との関係を示したグラフ図である。
【図７】本発明に係るブレーキ制御装置における空気圧とブレーキが接触するまでの時間との関係を示したグラフ図である。
【図８】本発明におけるコントローラの演算部の実施例（２）を示したフローチャート図である。
【図９】一般的なＡＯＨ式のブレーキ制御装置の構成例を示す模式図である。
【図１０】一般的なＡＯＨ式のブレーキ制御装置における油圧系の構成例を示す模式図である。
【符号の説明】
１０  ブレーキバルブ          １１  ブレーキペダル
２０  センサ（圧力又は位置）  ３０  コントローラ
３１  演算部                  ３２  信号切替部
３３  ＰairFt計算部          ３４  ＰairRr計算部
３５  比較部                  ３６  乗算部
３７  比例ゲイン              ３８  加算部
４０  エアコンプレッサ        ４１  エアタンク
５０ａ，ｂ  空気圧力制御弁    ５１  シャトルバルブ
６０，６０ａ，ｂ  空圧・油圧変換装置
６１  空圧室                  ６２  油圧室
７０，７０ａ，ｂ  油圧管路    ８０，８０ａ〜ｄ  ブレーキ部
１８１  ホイールシリンダ
８２  ブレーキシュー          ８３  ライニング
８４  被制動部材（ブレーキドラム、ディスク）
図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【図１】
0003820742.tif 000003
【図２】
0003820742.tif 000004
【図３】
0003820742.tif 000005
【図４】
0003820742.tif 000006
【図５】
0003820742.tif 000007
【図６】
0003820742.tif 000008
【図７】
0003820742.tif 000009
【図８】
0003820742.tif 000010
【図９】
0003820742.tif 000011
【図１０】
0003820742.tif 000012