JP6921096B2 - 車両のアンチロックブレーキ及びアンチスリップレギュレーションの性能を向上させるためのデバイス並びに方法 - Google Patents

Description

概要
既知のように、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）は、特にスリップしやすい地面上でのサービスブレーキの過度の作動に応答して車輪のロックを回避し、したがって、物理的可能性の限界内で、あらゆるタイプの車両の運転に対する制御を確実にすることを目的とする。

更に、ＡＢＳシステムによって、タイヤと地面の間の密着力の利用が改善され、したがって車両の減速特性及び制動距離が最適化される。

スリップしやすい地面上での制動イベントの間、タイヤと地面の間の摩擦値の減少により、ブレーキシステムによって車両のホイールに伝達される制動力は、タイヤと地面の間の摩擦力の値を容易に超え、その結果ホイールがロックされることも、考慮されるべきである。

この状況では、タイヤは、動的なタイヤ／道路摩擦値（低い）のみを有する地面に対して単純に摺動し、横方向の案内力、すなわちステアリング力及びピッチ力をほとんど伝達することができず、その結果車両はもはや制御不能であり、制動距離は大幅に増加する。

その結果、現在のアンチロックブレーキシステムは、すべての地形でより安定した制動挙動を確実にすることができ、それらはステアリング能力を維持し、通常は制動距離を短くし、とりわけタイヤ摩耗を低減する。

しかしながら、現在のアンチロックブレーキシステムは、有効な安全デバイスであるが、実際の車両速度及び実時間で測定された実際のタイヤ／地面摩擦係数であり得る走行物理学の限界を完全に無力化することはできない。

現在、アンチスリップレギュレーションシステム（ＡＳＲ）も車両に搭載されている。不十分な密着性を有する地面の存在下で、エンジン出力又は加速の過度の増加は、過度にされた駆動ホイールの１つ又はすべてに最大密着力を容易にもたらし、結果としてスリップを伴うので、そのようなＡＳＲシステムは、自動車及び、搭載されてないか又は部分的に搭載された商用車において特に有用である。

車両へのＡＳＲシステムの適用は、ＡＢＳシステムを完全なＡＢＳ／ＡＳＲ調整デバイスに変換するために、ＡＳＲ機能用に拡張された電子制御ユニット及び、差動制動及び駆動力を調整するためのいくつかの追加の構成要素のみを必要とする。

したがって、ＡＳＲシステムは、ＡＢＳシステムとの組み合わせでのみ利用可能である。

要約すると、ＡＢＳシステムは、タイヤと地面の間に生成される摩擦係数に依存し、地面の状態とタイヤの状態によって、ホイール又は車軸への荷重によって、車両速度によって、温度によって、及びタイヤのドリフトの角度によって又は横方向の案内力によって影響される、と言うことができる。

具体的には、ＡＢＳアンチロックブレーキシステムでは、車軸に接続された固定センサが、フォニックホイールの助けにより、ホイールのそれぞれの回転運動を連続的に検出する。センサ内で生成された電気パルスは、電子ＡＢＳ制御ユニットに送信され、次いでホイールの速度を計算する。

同時に、電子ＡＢＳ制御ユニットは、決定された動作モードに従って、車両の実際の速度とほぼ等しい基準速度を検出する。この速度は、例えば、ＧＰＳによって、あるいは自動車の速度を再構成できる車載加速度計によって検出され得る。しかし、いずれの場合も、既知のように、そのような測定は実質的な精度を有さない。

これらの情報のすべてから、電子ＡＢＳ制御ユニットは、ホイールの加速度値、又はホイール遅延及び制動スリップ値を連続的に計算する。

所与のスリップ値を超える場合には、油圧システムの圧力を制動パッドに減少させるソレノイドバルブが操縦され、それによりホイールを理想的なスリップ範囲に維持する。

すでに述べられたことから、現在市販されている最も高度な制御ユニット、ひいては最も高度なＡＢＳ及びＡＳＲシステムであっても、この目的のために現在指定されている車両の機械部品によって送信されたデータ及び情報のみをもっぱら解析することができることになる。

一例として、現在のＡＢＳ／ＡＳＲシステムは、車両の実際の速度及びタイヤと地面の間の実際の摩擦係数以外、制御バルブにおける任意の可能性のある機械的誤差、具体的にはロードホールディング障害を引き起こす誤差、並びに他の制動デバイスのそれぞれの誤差のとおりに制動システムを正確にチェックする範囲内でのみ識別され得る圧力損失、を検出することができない。

より高度な市販のＡＢＳシステムを有する現在利用可能な制御ロジックに関しては、それは３つの異なるタイプの変数、すなわち車両の推定速度、ホイールの角回転、及びホイールの角加速度に基づいていると言うことができる。推定速度に関しては、見られるように、車両に搭載されたＧＰＳユニット又は加速度計が使用されるか、又はアプリケーションの場合には、車両の速度は「最も速い対角線」値に基づいて、すなわち、右前ホイール及び左後ホイール、並びにその逆の、２つの対角線上のホイールの回転速度からの推定速度の最大値に基づいて、推定される。代わりに、ホイールの角回転及び加速度は、いわゆるフォニックホイールを使用して直接取得することによって得られる。

要約すると、特定の状況下で現在利用可能なＡＢＳロジックを不良にする２つの主なポイントがあり、具体的には、最大スリップ及び長手方向力の両方が、１）連続的に変化するタイヤ地面摩擦係数、及び２）車両の速度の推定器並びに車両ホイールの速度及び角加速度を推定するフォニックホイールの精度、に依存することを考慮すると、実際の速度を推定する手段は低速度（２０ｋｍ／ｈ）又は低制動圧力で有効ではないという事実、及び摩擦係数を測定する手段は単純な推定であるという事実があるということができる。

ポイント１に規定された条件は、例えば、氷などのスリップしやすい表面、及び１対のホイールが低密着力表面上にあり、第２の対が高密着力表面上にある他の条件に、ブレーキの使用中に地面に急激な密着力の変化が起こったとき、制動を適用することに対して検証される。

ポイント２に関しては、一連の戦略及びアルゴリズムが使用されて、ホイールの回転速度及び角加速度の関数として車両速度の測定を改善した。

いくつかの場合、特に洗練された空気圧モデルの特定の使用と組み合わせてカルマンフィルタ技術を使用する、より高度なアルゴリズムが採用され、タイヤ地面摩擦及びスリップ値を推定し、次いで最終的な推定値を精緻化するために使用された。しかしながら、これらのアルゴリズムによって得られた高度化のレベルがどのようなものであっても、それらはまだ、スリップしやすい表面上で又はタイヤの摩耗及びそのエージング効果により、繰り返し故障し得る単なる推定値であり、そのため、データは精度が低くなる傾向があり、ＡＢＳコントローラによって管理されるデータ内の干渉が増加する。

従来技術の前述の限界を克服するために、ホイール軸受（加速度計及び歪みゲージ）に一体化された力センサを使用して、ホイール上での力測定に直接基づく技術がＳＫＦによって開発された。しかしながら、特に、収集されたデータが、測定可能な力が非常に小さく、したがって、運転中にホイールに作用する力と比較してほとんど精度よく検出できないという事実に起因する重大な不正確性にさらされていることを考慮すると、この方法は、まだ実用的な用途を有していない。この問題は、長手方向力が大きいが、タイヤの摩耗及び破損のために、収集されたデータに関するかなりの不確実性があるタイヤに関連付けられた力センサ（加速度計）でも起こる。

本発明の目的は、上述の従来技術の欠点を排除することである。この目的の一部として、本発明の１つの目的は、車両のブレーキの作動中の地面に関して、タイヤの実際の摩擦係数を即座に検出することを可能にする、車両のアンチロックブレーキ及びアンチスリップシステムの性能を改善するためのデバイス及び方法を設計することである。

本発明の更なる目的は、アンチロックブレーキ及びアンチスリップシステムの管理に適した追加のデータを提供するために、車両の更なる機械部品の使用を可能にする、車両のアンチロックブレーキ及びアンチスリップシステムの性能を改善するためのデバイス及び方法を設計することである。本発明の更なる目的は、制動中に実際の摩擦係数測定値を実時間で更新することを可能にする、車両のアンチロックブレーキ及びアンチスリップシステムの性能を改善するためのデバイス及び方法を設計することである。

本発明の更なる目的は、全制動区間中に生成された実際のタイヤ／地面摩擦係数の値に対する車両の制動圧力プロファイルの連続的な調整を可能にする、車両のアンチロックブレーキ及びアンチスリップシステムの性能を改善するためのデバイス及び方法を設計することである。

本発明の更なる目的は、検出された実際の摩擦係数の特定の値に対して最適な減速プロファイルを設定することを可能にする、車両のアンチロックブレーキ及びアンチスリップシステムの性能を改善するためのデバイス及び方法を設計することである。

本発明の更なる目的は、理想的な減速プロファイルを維持するためにスリップ及び／又はホイール速度及び加速度の閾値を決定することを可能にする、車両のアンチロックブレーキ及びアンチスリップシステムの性能を改善するためのデバイス及び方法を設計することである。

本発明の更なる目的は、すべての使用条件下において、制御ロジックの信頼性及びその性能を向上させることを可能にする、車両のアンチロックブレーキ及びスリップシステムの性能を改善するためのデバイス及び方法を設計することである。

本発明の更なる目的は、実際のシステム動作条件を記録するために、地面に対する車両の実際の停止又はロックされたホイールとのその摺動を検証するために、追加のＡＢＳシステム制御パラメータを得ることを可能にする、車両のアンチロックブレーキ及びアンチスリップシステムの性能を改善するためのデバイス及び方法を設計することである。

とりわけ、本発明の目的は、任意のＡＢＳ及び／又はＡＳＲ及び／又はＥＳＣ（電子安定性制御）システムを備えた任意のタイプの車両に適用され得る、車両のアンチロックブレーキ及びアンチスリップシステムの性能を改善するためのデバイス及び方法を設計することである。

この目的並びにこれらの目的及び他の目的は、少なくとも１つの標準ＡＢＳ管理制御ユニットから構成された、ブレーキサーボユニット及び流体圧力ポンプによって、制動圧力を制御するための流体力学システムと、油圧用又は空気圧用のパイプに接続されたソレノイドバルブと、ＡＢＳを備えた車両の各ホイールに１つずつそれぞれ存在する少なくともフォニックホイール及びタコメータセンサと、を少なくとも備え、追加のデータを収集するために、各ホイールのブレーキディスクに作用する少なくとも１つのブレーキパッドと関連付けられた追加のインテリジェントセンサ、及び追加のデータを管理し、少なくともＡＢＳ制御ユニットと対話するための少なくとも１つの専用のＥＣＵ制御ユニット、を備えるという事実によって特徴付けられる、車両のアンチロックブレーキ（ＡＢＳ）及び／又はアンチスリップレギュレーション（ＡＳＲ）及び／又は電子安定性制御（ＥＳＣ）システムの性能を向上させるためのデバイス、によって達成される。本発明の目的は、先行請求項の１つ以上の項に記載の車両のアンチロックブレーキ（ＡＢＳ）及びアンチスリップレギュレーション（ＡＳＲ）システムの性能を改善するための方法でもあって、それは、制動中にタイヤ地面摩擦値に対して油圧制動システム圧力プロファイルを調整するために、各ホイールの少なくとも１つのブレーキパッドから導出された制動トルクデータを用いて制動中に常に更新されるタイヤ地面摩擦係数の実際の値を検出することからなることを特徴とする。

本発明の更なる特徴は、従属請求項において更に定義される。

本発明の追加の特徴及び利点は、添付の図面において非限定的な実施例によって例示される車両のアンチロックブレーキ及びアンチスリップシステムの性能を改善するためのデバイス及び方法の、好ましいが非独占的な実施形態の記載からより明らかになるであろう。

本発明に係るデバイスの概略図である。 本発明に係るブレーキパッドの概略図である。 本発明に係るデバイスの制御ユニットのアーキテクチャの概略図である。 本発明に係る制動適用における角速度及び圧力の変化を示す。 制動適用における、本発明に係る一対のインテリジェントパッドの典型的な挙動を示す。 本発明に係る最良の値の近くに維持するために制動圧力の変化を示す。 従来のＡＢＳ方式を有する発明に係るブレーキパッドを有するシステムの制御スキームである。 本発明に係るブレーキパッドを用いたトルク測定スキームである。 乾いた路面上での制動操作時の制動トルク曲線を示す一連のグラフ及び湿っ た路面上での制動操作時の制動トルク曲線を示す一連のグラフである。 高摩擦路面上での制動操作時の車両速度曲線を示すグラフおよび低摩擦路 面上での制動操作時の車両速度曲線を示すグラフである。 約５０ｋｍ／ｈの最初の速度から低摩擦路面上で制動操作したときの車両 速度曲線を示すグラフである。

引用された図面を参照して、制動圧力を制御するための少なくとも油圧又は空気圧流体力学システムを備えた車両のアンチロックブレーキ（ＡＢＳ）及びアンチスリップレギュレーション（ＡＳＲ）システムの性能を改善するためのデバイス及び方法は、少なくとも２と示されたＡＢＳ管理制御ユニット及びおそらくＡＳＲ管理制御部３、ブレーキサーボユニット４並びに油圧空気圧ポンプ５から構成される。ブレーキシステムは、通常、油圧又は空気圧用のソレノイドバルブ及びパイプ、並びにＡＢＳを備えた車両の各ホイール９用にそれぞれ１つずつ、少なくともフォニックホイール５０及びタコメータセンサ５１も備える。

以下、本発明のＡＢＳシステムへの適用は、ＡＢＳ／ＡＳＲシステムにも同じ特徴及び特許請求の範囲が適用可能である限りにおいて、考慮される。

更に、以下では、ディスクブレーキを備えた自動車を参照するが、これはトラック、トレーラー、クレーン、飛行機までの任意のタイプの車両に適用可能である。

デバイスは、有利には、追加のデータの測定のために各ホイール９のブレーキディスク８に作用する少なくとも１つのブレーキパッド７に関連付けられた、総称的に６と示された追加のインテリジェントセンサを含む。デバイスは、追加のデータを管理し、ＡＢＳ及び／又はＡＳＲ制御ユニットと対話するための少なくとも１つの専用ＥＣＵ制御ユニット１０も有する。

追加のセンサ６は、パッドのバックプレートに一体化され、好ましくはスクリーン印刷によって得られた電子回路１１からなり、それは３００℃近傍以上の高温に耐える。

電子回路１１は、バックプレート上にスクリーン印刷回路の特定の位置に配置され、それらの位置にはんだ付けされた、圧電セラミックせん断力センサ１２及び温度センサ１３を含む。

電子回路を閉じて外部電子システムへの接続を可能にするために、接続手段１４が挿入されて、バックプレートに一体化されたせん断力１２及び温度センサ１３によって提供される信号を収集する。

それに加えて、電気絶縁及び機械的保護を確実にするために、保護カバー１５が上述のセンサ１２及び１３並びに回路の任意の導電部分の上に配置される。

これは、好ましくは、図示されていない樹脂又はセラミック絶縁材料で作られた特別な「ドーム」を実装され得る。

最後に、上述のすべての項目は、パッドの摩擦材料内に埋め込まれるか、又は、存在する場合には、下地層内に埋め込まれる。この場合、摩擦材は下地層の上に位置する。ＡＢＳ適用のブレーキパッドに一体化されるセンサに関しては、最小構成は、少なくとも＞２００℃（キュリー温度）の高温用の、好ましくは＞３００℃の動作温度を有する高温用圧電セラミックせん断力センサ１２、及び好ましくは＞３００℃の動作温度を有する温度センサ１３（ＰＴ１０００）を有する。

有利には、電子回路１１は、好ましくは、その寸法及び幾何学的形状に基づいて、パッドの圧力中心に配置されたせん断センサ１６も備える。

温度センサ１３は、好ましくは、せん断センサ１６にできるだけ近く配置されなければならない。温度センサは主に補償の目的で使用される。

図２において、せん断センサ１６は、制動を適用する間にパッドに適用される接線力に沿って直接偏光を表示する矢印２１を担持し、この力は制動トルク測定値に直接関係する。

図２に示す実施形態は、センサの相対位置を変更することができるか、又は他の追加のセンサを追加することができる限りにおいて、単に可能な解決策の１つであることは明らかである。

例えば、制動適用中にパッドのキャリパーピストンによって伝達される直交力を測定するために、４つ又は２つのみの圧電セラミック圧力センサもバックプレート２１を表す矩形の上部コーナの近傍に配置され得る。

更に、単一のせん断力センサ１２よりも多くの情報を供給するために、図示されていない２軸又は３軸圧電センサを使用することができる。

これらの追加のセンサは、それらが、ブレーキ効率を最適化するために、圧力分布を最適化するために、又はディスクパッドの摩擦係数を決定するために、使用され得るということにおいて、補助機能のみを有する。

以下では、本発明による専用ＥＣＵ制御ユニット１０は、ＡＢＳ制御ユニットから物理的に分離されているか、又は、この場合に、ブレーキパッドによって検出されたデータ信号／秒の物理的及び／又はアナログ入力を有する標準ＡＢＳ制御ユニットに一体化された、操作ロジックを有する制御ユニットを指す。

両方の場合において、専用制御ユニット１０は、標準ＡＢＳ制御ユニットと対話する。

上述の両方の解決策では、専用ＥＣＵ制御ユニット１０は、実時間処理能力を有するＣＰＵ又はデータ処理ユニット、一般にＣＡＮＢＵＳであるデジタル通信インターフェース、並びに、ブレーキパッドからの信号を、物理的に、及び処理アルゴリズム及び標準ＡＢＳ制御ユニットの制御ロジックに組み込む必要のあるデータの観点での、両方の信号を組み込むように設計されたロジックを有する。

ＡＢＳ適用に関して、パッド７からのデータによって提供される主な情報は、車両の対応するホイール９に制動中に適用される制動トルクである。これは、そこに一体化されたせん断センサ１６によってパッド７によって実時間で測定される。

その理由は、すべての制動適用中にタイヤ／地面接触エリアに作用し、ホイールのひいては車両の動力学を決定する長手方向力に関連付けられる。

実際、平滑で平らな地形での制動の適用中に、タイヤ／地面接触エリア内でホイールに作用する２つの主要な力が存在することを認識することができる：制動中にディスクに対するブレーキパッドの摩擦によって適用される制動トルクによる力、及び再びタイヤ／地面摩擦力である、タイヤ／地面接触表面反力。

牽引力、又は負若しくは正の傾きの地面がない場合、ホイールの運動方程式は次のようになる：

式中、Ｆ_ｘは長手方向制動力であり、Ｒ_ｗはホイールの有効半径であり、Ｍ_ｆはブレーキディスクに対するせん断力によって適用される制動モーメントであって、同じキャリパ２２の両方のインテリジェントパッド７の制動トルクからの寄与を総和したものであり、最終的にＪは慣性モーメントであり、ωはホイール９の角速度である。

この式から、ホイールがロックした瞬間に、タイヤ／地面接触エリア内の長手方向力のトルクとモーメントは等しくなければならないことは明らかである。

したがって、これらの仮定で及びこれらの条件下で、及びＦ_ｘ＝μＮで、式中Ｎはホイールの既知の垂直荷重、μはタイヤ／地面摩擦係数であり、ホイールがロックするときの制動トルクは、タイヤ／地面摩擦力に直接関連していると結論することができる：

式中、第１近似ではγは定数である。

この場合、測定されたμの値は、いわゆるμ_{ｓｌｉｄｅ}、すなわちホイールがロックされたときのＦ_ｘとＮの比の値であり、ホイールのロックが検証される前にＦ_Ｘが制動中に最大値をとると仮定したときのＦ_ＸとＮの比の値であるいわゆるμ_ｐｅａｋではないと言わなければならない。

これにもかかわらず、μ_{ｓｌｉｄｅ}は明らかにすべてのタイヤにおいてμ_ｐｅａｋに関連しており、したがってμ_ｐｅａｋの良い推定となる。

この技術的解決策では、測定された摩擦係数μの値は有利には依然としてμ_ｐｅａｋの値に直接関係しており、依然として小さく、この値だけに基づく制動の適用に非効率をもたらし得る。

上述のように決定されたＭ_{ｆ−ｌｉｍ}の値は、ホイールがスリップしているかどうか、特にホイールはロックされているが車両が動いているかどうかを判定するのに有用である。

これは、例えば、標準ＡＢＳの制御ロジックがスリップしやすい表面（氷）上で故障するたびに起こり得る。

この方法は、制動中にロックされている間スリップしているのはホイールであるかどうか、又は車両は静止し、ホイールは停止し、及びブレーキが適用されていなかったかどうか、を検出するために使用され得る。

事実上、第１の条件は以下を意味する：
・ω＝０ｅＭ_{（ｆ−ｌｉｍ）}≠０及び小さいμの値に対して通常０よりもずっと大きく、典型的には数十Ｎｍ

第２：
・ω＝０ｅＭ_{（ｆ−ｌｉｍ）}＝０又は非常に小さく、すなわち＜１Ｎｍ

異なる技術的解決策は、Ｍ_{ｆ−ｌｉｍ}に近づくとき、すなわち制動力が地面／タイヤ接触エリア内で利用可能な摩擦力よりも大きくなる傾向があるとき、制動の適用中に検出されたホイールの角速度ω（ｔ）の勾配の急激な変化に基づいている。

図４に見られるように、キャリパ２２内の油圧は、初期にはほぼ直線的に増加するが、対応する角速度の値は減少する。

タイヤトレッドエリア内及びその周りで摺動がない場合、純粋な転がりの条件（低スリップ値）は、制動トルク及び地面との摩擦からのそれらの力によるタイヤ／地面接触エリア内の力は等しく、反対であることを意味する。

これは、タイヤ／地面接触エリアに対応する長手方向力に対してμ_ｐｅａｋの値まで真実である。

この時点以降、制動圧力（したがって制動トルク）の増加はもはや摩擦力によって相殺されない。

その結果は、制動トルクと摩擦力のモーメントの間の不均衡に起因する曲線ω（ｔ）の勾配の突然の急激な変化の観測であり、図４に見られるように、黒色の垂直実線に対応する。

この基本的な観察から、専用制御ユニット１０は、Ｍ_{ｆ−Ｌｉｍ．}の正しい値を取得して、以下のように動作することができる：
１．制動適用中にω（ｔ）を検出する
２．例えば、最大基準閾値を超えたときに曲線ω（ｔ）の傾きの急激な変化をチェックする
３．Ｍ_{ｆ−ｌｉｍ}をω（ｔ）の曲線の傾きの変化の直前のトルク値Ｍであるとみなす

Ｍ_{ｆ−ｌｉｍ}の新しい値が決定されると、専用ＥＣＵ制御ユニット１０は、上述と同じ手順を用いて同じ論理ステップを繰り返し、μ_ｐｅａｋの最終値を取得して、標準のＡＢＳ制御ユニットにおいて摩擦を計算するために使用されるモデル及びアルゴリズムに基づく推定手段の代わりに使用する。

上記を考慮して、パッド７から受信されたデータに基づく専用ＥＣＵ制御部１０の制御ロジックは２つの別個の方法を有する：スリップに基づく方法とトルクに基づく方法。

第１の解決策では、本発明の主題事項である方法は、地上でのタイヤスリップに基づく。

この方法の主な目的は、ＡＢＳ動作を標準の市販ＡＢＳのそれにできるだけ近く保つことであるが、２つの大きな改善を有する：
１．摩擦推定器は、μの値の実際の測定値と置換される
２．有効なタイヤ地面摩擦は、制動を適用する間常に更新される

したがって、パッド７からのトルクデータを用いて制動中の実際の摩擦値に対して制動圧力プロファイルを調整する。

その結果、理想的な制動効果、及び変化する摩擦条件又は異常な状況に対する迅速な対応が得られる。

スリップしやすい（μ＝約０．２の摩擦係数）表面上の初期速度３０ｋｍ／ｈでのＡＢＳによる制動適用中に１ｋＨｚで較正されたパッド７から得られたトルク曲線の典型的なプロファイルに関して、図５に示す。

上述したようなμの実際の値は、制動トルクがホイールをロックする時点まで増加されたとき、初期制動適用段階の後に得られる。

τ_ｌｉｍ（トルクリミット）の値の特定の後、利用可能な摩擦μの基準値が、ホイールの垂直荷重、及び特定の車両の制動システムの特性に関する他のパラメータから容易に導出され得る関数μ（τ_ｌｉｍ）により、専用制御ユニット１０によって計算される。

これらの２つの値が専用制御ユニット１０によって登録されると、それらは標準ＡＢＳの制御ロジックのための基準として使用され：
１．μの特定の値に対する理想的な減速プロファイルを設定する
２．理想的な減速プロファイルを維持するためにホイールのスリップ又は速度及び加速度閾値を設定する。

図６は、このロジックスキームを概略的に示しており、具体的には、μ（τ_ｌｉｍ）の実際の測定値に基づいて減速度を理想的な減速曲線に近く維持するために制動圧力調節が実行される間に、時間に対する速度プロファイルが示されている。

圧力調節は、標準閾値線によって（スリップ又は回転速度に基づいて）得られ、ＡＢＳ制御ユニットに接続された油圧システムの油圧バルブを開閉する。

ホイールの周速（ホイールの回転速度）に対するこれらの基準線は、図６に３０及び３１で、破線で示されている。

それらは、油圧制御バルブの作動のための閾値を規定する。

具体的には、上部から下部へ、３０で示される閾値を超えると、制動圧力が増加し、下部から上部へ、３１で示される閾値を超えると、制動圧力が減少する。

同様のロジックは、加速度の対応する値の閾値とともに、ホイールの速度ではなく周加速度を用いても得られる。

タイヤ／地面摩擦係数μに何らかの変化が生じるときはいつでも、専用制御ユニット１０の制御ロジックはμ（τ_ｌｉｍ）の新しい正しい値を取得することができなければならない。

減少するμの値の変化については、新しい値はホイールのロック状態（明らかに以前よりも小さい）に対して新しいτ_ｌｉｍをとって、新しいμ（τ_ｌｉｍ）を計算することによって容易かつ自然に取得される。

この新しい値は、専用制御ユニット１０の制御ロジックのための新しい組のパラメータを生成するのに使用される。

このパラメータの組は、例えば、減速目標、すなわち車両速度曲線の傾き、又は速度又は加速度閾値である。

この新しい組のパラメータは、前のパラメータを更新するために使用され、専用ＥＣＵ制御ユニット１０の制御ロジックに使用されて、以前のパラメータを置換する。

μの値が増加した場合、制御ロジックはμジャンプ条件を認識することができなければならない。

これは、例えば、ブレーキをかけるときにμの増加を試験するために、（調節圧力の周期的な増加によって）ホイールの周減速度を周期的に増加させることによって起こり得る。

これは、例えば、ＡＢＳ制御ロジックの要求される応答度に応じて、０．１秒の周期で行われ得る。

別の可能性は、通常の圧力調節中の周速度曲線の傾きの変化を検証する可能性であり得る。

実際、μの値の増加は、制動中の車輪の角速度調節の減少を引き起こし、したがって変動のこの特定の条件は、τ_ｌｉｍの新しい決定のための手順を有効にするために使用され得る。

次いで、論理フロー図を図７に示す。
１．第１の「試験τ_ｌｉｍ」ブロックは、制動の開始時に、又はパッド７によって得られたタイヤ／地面摩擦係数の変化の結果として行われるトルクの最大値の評価である。
２．「ＡＢＳパラメータ」ブロックは、タイヤ地面摩擦係数μの実際の値を使用して、ＡＢＳ制御ロジックによって使用されるＡＢＳパラメータ（ｃ_０、ｃ_１、ｃ_２．．．ｃ_ｍ）を設定し、μのその特定の値に対して最適化される。所定の値を、この目的のために使用することができ、制御ロジック内で効率的に使用するためにルックアップテーブルに配置されたそのようなパラメータに対して最適化することができる。
３．「ＡＢＳロジック制御」ブロックは、使用される特定の制御ロジック（例えば、速度値又は加速度値閾値であることができる）に関する特定のパラメータ（ｃ_０、ｃ_１、ｃ_２．．．ｃ_ｍ）に依存し、測定されたμ（τ_ｌｉｍ）の実際の値に依存する、標準的なＡＢＳ制御ロジック（例えば、スリップ又は加速度／周速度に基づく方法に基づいた）を表す。
４．「μジャンプ試験」ブロックは、制動適用中により大きなμ値への変動に対する試験である。この試験は、時間に基づいて、又は条件に基づいて実行される（例えば、制動圧力の増加によって検出される周速度変化に依存して）。

全体制御ロジックは、既存のＡＢＳ制御ロジックを利用するＡＢＳシステムのための適応制御スキームであるが、実際の制動トルク値及び制動適用中のその変動に基づくより洗練されたＡＢＳ動作最適化によって、それを改善する。

その結果、実際の制動性能の最適化が得られる。

本発明の目的である第２の方法は、制動トルクに基づいていて、パッド７のすべての能力を利用することを目的としており、それは、ひいては、すべての条件下での制御ロジックの信頼性及性能を改善する。

図８に示すように、この新しい制御ロジックのブロック図は類似しているが、主ブロックにおいて及び制御ロジック内での使用方法にいて大きな差異がある。

第１の差異は、制動トルクの最大値、すなわち制動を適用している間に車輪の角速度の曲線の勾配が突然変化する値、を提供する第１の試験の最終結果に基づく。このトルク値は、ＡＢＳ ＥＣＵ制御ユニットによって送信される特定の指令を用いて、ブレーキの油圧調節の基準値として使用される。

ホイールの回転の急激な変化が検出されたときはいつも、トルク限界値τ_ｌｉｍが更新され、サイクルが繰り返される。

それに加えて、以前の制御ロジックのように、μジャンプ条件の存在の周期的な評価が設定され、制動圧力を周期的に増加させて、ロックされたホイール試験を実行し、したがって条件が検証された場合は新しいトルクを変更（増加）し、条件が検証されない場合以前の限界を継続して使用する。

図８のブロック図は、以下のように要約され得る：
・第１の「τ_ｌｉｍ試験」ブロックは、制動の適用の開始時又はタイヤ／地面摩擦係数の変化の結果としてパッド７によって行われた制動トルクの限界値の評価である。
・「トルクＡＢＳパラメータ」ブロックはトルク限界値τ_ｌｉｍの実効値を使用して、ＡＢＳ制御ロジックによって使用されるＡＢＳパラメータ（ｃ_０、ｃ_１、ｃ_２．．．ｃ_ｍ）を設定し、それは、本質的には、ω_ｌｉｍ（ｔ）の傾き及びτ_ｌｉｍの実効値に関するそれらの値の閾値を少なくとも含む。パラメータの完全なリストは、採用される制御ロジックの詳細に当然依存する。原則的に、これらのパラメータは、それがτ_ｌｉｍの実際の測定値に依存する限りにおいて、計算及びシステムコストを低減し、計算速度を高めるために通常実施されるように、ＡＢＳ制御ロジックにおいて、制御ロジック内での効率的な使用のためにルックアップテーブルによって、予め決定され使用されてもよい。
・前のケースに対して追加された「トルクＡＢＳロジック制御」ブロックは、制動トルクをτ_ｌｉｍにできるだけ近く維持するためにブレーキの油圧を制御することによって、ブレーキパッドで測定されたトルクに基づくＡＢＳ制御ロジックである。更なる制御は、車両の「真の」速度の推定値を何ら参照することなく、フォニックホイールによって測定された制動適用中のω（ｔ）の単一の値の傾きの変化に対して設定される。後者の制御は、制御ロジックによって速やかに補償されるより低い値に向かう摩擦係数の変化を考慮するために使用される。それに加えて、ω_ｆ＞ω_ｒ、すなわち前ホイールが後ホイールよりも高速で回転しなければならない安定性（ＥＢＤ）の一般的な条件は、この新しいクラスのＡＢＳ制御ロジックの基本制御ロジックを完成させる。
・「μジャンプ」ブロックは、制動適用中に高い値に向かうμの変化の試験である。この試験は、時間に基づいて、又は条件に基づいて実行される（例えば、制動圧力の増加によって検出される周速度変化に依存して）。

上記のブロック図に示されているように、標準的な制御ロジックに対するこの制御ロジックの主な差異は、専用制御ユニット１０によって制御される圧力の調節のための制御ロジックのリソースとしてのホイールの速度の任意の推定値の排除、及び車両に設置されたＡＢＳ制御ユニットとの対話である。

これは、制動の適用中の実際の制動トルクが既知であり、そのトルクを実時間で制御できるという事実のために実施され得る。

明らかな利点は、制動強度圧力を制御するために制御ロジックで使用される、車両の実際の速度の誤った又は近似的な決定に由来するいかなる非効率性も排除することであるが、理想的な制動力は常に全制動距離にわたって使用される。

また、追加の利益として、現在のＡＢＳ／ＥＳＣシステムの制御ロジックに関連付けられた潜在的な摩擦の推定値に関する不確実性が排除される。

更なる利点は、車両が実際に停止している（車両は地面に対して静止している）こと、又はスリップ（ホイールはロックされている）の存在を検証するために、専用制御ユニット１０がωとτ_ｌｉｍとの間のクロスチェックから更なる制御パラメータを受信するという事実から生じ、それは、標準ＡＢＳシステムでは効果的に回復できない条件を回復するのに使用され得る。

車両のアンチロック及び／又はアンチスリップシステムの性能を改善するためのデバイス及び方法は、トラック上で試験されている。

以下のグラフによって示される第１の組の結果においては、パッド７によって測定されたトルクの典型的な傾向が、２つの異なる地面条件の下でＡＢＳを用いた制動適用中に示されている。

図１３の左側に、乾燥条件下で前ホイール（キャリパーあたり２つ）の４つのパッド７によって測定されたトルクデータを示す。この場合、表面は約１（わずかに大きい）の摩擦係数を有することが知られている。

制動を適用している間、トルク値は安定したままであり続け、平均値４００ｄａＮｍのそばで小さく振動している。

ホイールの半径が約０．３２ｍであることを考慮し、そのホイールに作用する一対のブレーキパッドによって提供される二重データ寄与をとると、全タイヤ／地面接触エリア内に約５０００Ｎの長手方向制動力が存在する。

例えば図３を参照して、この値を長手方向力の典型的なＰａｃｅｊｃｋａ曲線と比較すると、この値は摩擦係数の値が１に近い場合の長手方向力のピーク限界に非常に近いことを見ることができる。

これは、ＡＢＳがこれらの条件下で良好に作動しており、本発明に係るシステムを適用してもわずかな改善のみ期待され得ることを意味する。

右側のチャートは、スリップしやすい表面へのＡＢＳによる制動適用に対応するトルク結果を示す（図９参照）。

具体的には、濡れたスリップしやすい表面が考慮され、それは約０．２の摩擦係数（０．１〜０．２であるが０．２に近い）に対応する。

ここで、ＡＢＳシステムの性能は非常に異なるように現れることを見ることができる。

実際、乾燥条件に対して、変動はずっと大きく、トルクの安定性はずっと低い。

更に、ホイールにおける全トルクの平均値は６４ｄａＮｍであり、ホイールにおける全長手方向力の約４１０Ｎに対応する。

下のグラフを参照すると、試験中に測定された車両速度を見ることができ、それは、ブレーキ適用の重要な部分に対して、ＡＢＳシステムは約０．１の摩擦係数の予想されるものに近い減速度を維持し、この場合、摩擦推定器が不正確に動作したことを与えた。

右側には、制動中の車両の実際の速度プロファイルとともに、０．１及び０．２の摩擦値に対して、理想的な減速プロファイルが示されている（図１０参照）。

再び、摩擦係数０．１の直線とグラフの中央部の実際の速度プロファイルの間に平行部を見ることができる。

開始及び終了において、代わりに、実際の速度プロファイルの傾きは、０．２の摩擦値を有する減速プロファイルの理想的な傾きに近くなることを見ることができる。

言い換えると、市販のＡＢＳシステムの摩擦推定手段が低いμの正しい値を得ることができず、制動期間の大部分において、この値が過小評価されるということを、速度プロファイルからも見ることができる。

トルクの観点から、制動適用の開始及び終了において、トルク値は、実際、中央部分に対してより大きくなり、より大きな制動力を生じさせることが観察され得る。

これは、地面の摩擦係数の実際の変化によるものではなく、それは均質で０．２に近いことを強調することが重要である。

この試験は、既知の制御された表面条件を有する濡れ条件用の特定の試験回路のエリアで行われ、したがって、過小評価は、前述のように、市販のＡＢＳ制御ロジックの低い性能及び非効率性に帰せられ得ることに注意されたい。

発明者らが述べていることの更なる及び最終的なデモンストレーションが図１１に反映されている。

これらのグラフでは、同一の条件を維持するため迅速に連続して得られた、同じ条件下での２つの制動適用の結果が、示されている（同じ表面、同じ摩擦係数、同じ自動車、同じ市販の制御ロジック及びＡＢＳシステム）。

条件が同じであっても、２つのＡＢＳ制動適用は非常に異なり、非常に異なる停止時間、したがって非常に異なる距離を伴うことを見ることができる。

両方の場合において、摩擦推定器は動作が不十分であり、制動期間の実質的な部分において摩擦係数を過小評価している。

２つの制動イベントの適用における主な差異は、実際の値（０．２）により近い摩擦係数の推定値で経過した時間量から明らかである。

制動距離に関しては、摩擦係数の過小評価の全体的な影響は、右のパネルで前に検討したケースに対して、０．１５の摩擦係数の平均値も仮定して、３０ｋｍ／ｈの初期速度で約４ｍの停止距離の増加をもたらすが、０．２の摩擦係数を仮定すると、それは８ｍとなる。

上記の場合、左パネルの場合では１０ｍ、５０ｋｍ／ｈの初期速度の右パネルの場合では約５ｍ、の停止距離の増加がある。

次の表は、１００ｋｍ／ｈ初期速度での制動距離に関して、既知の制御ロジックを有する市販のＡＢＳシステムと比較した、摩擦係数の実際の測定に基づくＡＢＳシステムに関する本発明に係る専用制御ユニット１０の動作ロジックの結果を示す。

絶対距離に関しては、ブレーキパッド７からのデータの使用及び専用制御ユニット１０の使用によって得られる利点は、スリップしやすい地面であっても車両の制御を大幅に増加させるが、摩擦係数、したがって車両の制御が地面上の密着の回復によって増加する場合、それはごくわずかになる傾向がある。

そのように考案された本発明は、すべて本発明の概念内にある多くの修正及び変更を受けやすい。

更に、すべての細部は技術的に均等な要素と置換され得る。

Claims (16)

1. 車両のアンチロックブレーキ（ＡＢＳ）及び／又はアンチスリップレギュレーション（ＡＳＲ）及び／又は電子安定性制御（ＥＳＣ）システムの性能を向上させるための装置であって、
   少なくとも１つの標準ＡＢＳ管理制御ユニットからなり、かつブレーキサーボユニットおよび流体圧力ポンプによって制動圧力を制御するための流体力学システムと、
   油圧又は空気圧用のパイプに接続されたソレノイドバルブと、
   車両の各ホイール用にそれぞれ１つずつ存在するフォニックホイールおよびタコメータセンサとを備え、
   前記装置が、
   追加データを収集するために、各ホイールのブレーキディスクに作用する少なくとも１つのブレーキパッドと関連付けられた追加のせん断力センサと、
   前記追加データを管理し、かつ前記ＡＢＳ管理制御ユニットと相互作用するための少なくとも１つの専用ＥＣＵ制御ユニットとを備え、それによって
   ｉ）制動圧力プロファイルが、車両の制動時にタイヤと地面との間に存在する摩擦係数から算出される実際の摩擦係数の値に基づいて調節され、前記実際の摩擦係数は、前記せん断力センサから、ホイールがロックした瞬間の限界制動トルクを検出することによって算出されるものであり、または
   ｉｉ）制動圧力プロファイルが、前記せん断力センサを通しての、制動力を付与している間におけるホイールの角速度ω（ｔ）の急激な変化が生じる直前の限界制動トルクの検出に基づいて調節されるものである、装置。
2. 前記追加のせん断力センサは電子回路内に存在し、
   前記電子回路は、前記ブレーキパッドのサポート内に統合されており、且つ好ましくは高温に対して耐性のあるスクリーン印刷によって形成されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記せん断力センサは圧電セラミックであり、
   前記電子回路には、前記サポート上に配置された温度センサが設けられており、前記温度センサは、スクリーン印刷された回路の特定の位置にはんだ付けされていることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. 前記ブレーキパッドは、前記サポートに統合された前記温度センサおよびせん断力センサから得られるすべての信号を収集するように設計された接続手段を備え、前記接続手段は、前記電子回路を閉じて外部の電子システムとの接続を可能にするように設計されていることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
5. 前記電子回路は、前記せん断力の最適な伝達と同時に電気絶縁および機械的保護を確実にするために、前記せん断力センサの上部に配置された保護キャップを備えることを特徴とする、請求項２〜４のいずれかに記載の装置。
6. 前記ブレーキパッドは、せん断力センサによってリアルタイムに検出される制動トルクを測定し、この制動トルクは、前記車両のホイールがロックされている状態でスリップしているのか、前記車両が静止して前記ホイールの回転が停止しているのかを評価するために測定されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
7. 前記ブレーキパッドは、前記専用ＥＣＵ制御ユニットとともに、制動力が、タイヤと地面との間の接触エリア内で入手可能な長手方向の力（Ｆｘ）の最大値よりも大きくなる時を検出することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の装置を備えた車両のアンチロックブレーキ（ＡＢＳ）及び／又はアンチスリップレギュレーション（ＡＳＲ）及び／又は電子安定性制御（ＥＳＣ）システムの性能を向上させるための方法であって、
   前記ブレーキパッドおよび前記専用ＥＣＵ制御ユニットによって、前記ブレーキパッドから得られる制動トルクを用いて制動中に常に更新される、タイヤと地面との間の接触エリア内で入手可能な長手方向力（Ｆｘ）の最大値を検出し、それによって制動圧力プロファイルを調節し、タイヤと地面との間の接触エリア内で入手可能な長手方向力（Ｆｘ）として検出された最大値に近づけるようにすることを特徴とする、方法。
9. 制動トルクがホイールのロック状態に対応する限界値まで上昇したときに、最初の制動操作後に得られるロック状態のホイールにおけるタイヤと地面との間の接触エリア内で入手可能な長手方向力（Ｆｘ）の値を検出することと、
   検出した長手方向力（Ｆｘ）の値に対応する制動トルクの限界値を特定することと、
   ホイールにかかる垂直荷重および車両の制動システムの特性に関連する他のパラメータから得られる関数によって、前記制動トルクの限界のための基準値を算出することとを含む、請求項８に記載の方法。
10. 標準ＡＢＳ管理制御ユニットの制御ロジック用の基準データとして検出された前記制動トルクの限界値および前記長手方向力（Ｆｘ）を用い、検出された長手方向力（Ｆｘ）の特定の値に対して理想的な減速プロファイルを設定し、さらに理想的な減速プロファイルを維持するためにホイールのスリップまたは速度および加速度閾値を設定する、請求項９に記載の方法。
11. 前記長手方向力（Ｆｘ）の前記値において検出されたあらゆる変化において、制御ロジックは、前記限界制動トルクの正しい新しい値を回復して、前記新しい値は、前の値を更新するために使用され、前記前の値を置換して前記専用ＥＣＵ制御ユニットの制御ロジック内で使用される、という事実からなることを特徴とする、請求項９または１０に記載の方法。
12. 前記専用ＥＣＵ制御ユニットによって前記標準ＡＢＳに送られる特定のコマンドによよって、前記ブレーキの油圧調節のための基準値として前記制動トルク限界値を使用することを特徴とする、請求項９〜１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記ホイールの回転の急激な変化が検出されるたびに、前記限界制動トルクの前記値が更新され、サイクルが繰り返されることを特徴とする、請求項９〜１２のいずれかに記載の方法。
14. 増加する前記検出された長手方向力（Ｆｘ）の値の条件の存在に対する周期的評価を設定する（ジャンプ試験）ことができ、ホイールロックを試験するために前記制動圧力を周期的に増加させ、前記条件が検証された場合、前記新しい制動トルクの限界値を増加させるか、または前記条件が検証されない場合、古い値を使用し続けることを特徴とする、請求項９〜１３のいずれかに記載の方法。
15. 前記制動付与の開始時または前記タイヤ／地面摩擦係数の変化の結果として行われる制動トルク用の限界値を評価することと、
    前記専用ＥＣＵ制御ユニットの制御ロジックからのパラメータを設定し管理するために、前記トルク限界値の実際の値を使用することとを含み、
    前記専用ＥＣＵ制御ユニットの前記制御ロジックは、前記ホイールの角速度値及び／又はホイールの最大角加速度の傾きに対する閾値、および前記限界制動トルクの実際の値を含み、
    前記パラメータは、前記制動トルクを前記限界制動トルクにできるだけ近く保つために、ブレーキの油圧をチェックすることによって前記ブレーキパッドで測定されたトルクに基づいていることを特徴とする、請求項９〜１４のいずれかに記載の方法。
16. 標準的なＡＢＳシステムでは事実上回復できないような状態を回復するために、車両が静止してホイールの回転が地面に対して停止しているのか、ホイールがロックしてスリップしているのかを確認するために、ホイールの角速度と前記限界制動トルクとの間のクロスチェックから導出された更なる制御パラメータを使用することを含む、請求項９〜１５のいずれかに記載の方法。

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