JP7569625B2 - Brake force generator and method of operation - Google Patents
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Description
本文で説明する装置と本文で説明する方法は、ペダルを分離した、またはペダルなしの冗長的なブレーキシステムにおけるハードウェア保護対策を含む。この本文で説明する装置と本文で説明する方法は、特にいわゆる「バイワイヤ」ブレーキシステムに関連する。この方法および装置は、特に、ハードウェア保護手段を表し、このハードウェア保護手段は圧力制御によって達成する。 The apparatus described herein and the method described herein include hardware protection measures in pedal-isolated or pedal-less redundant braking systems. The apparatus described herein and the method described herein are particularly relevant for so-called "by-wire" braking systems. The method and the apparatus in particular represent hardware protection measures, which are achieved by pressure control.
ますます多くの人々が、車両を自身で制御する必要なしに運転することに関心を持っている。ユーザの観点から、自律的な乗客輸送は、バスおよび列車よりも遥かに高い柔軟性を可能にする。同時に、自律的な乗客輸送は、タクシーと比較して著しいコスト削減の可能性を約束する。 More and more people are interested in driving vehicles without having to control them themselves. From the user's point of view, autonomous passenger transport allows for much more flexibility than buses and trains. At the same time, autonomous passenger transport promises the potential for significant cost savings compared to taxis.
しかしながら、自律的な乗客輸送は、ブレーキシステムの設計に関して自動車製造業者に新たな課題を提起する。今日の自動車ブレーキシステムは、車両運転者がブレーキ力生成のために車輪に絶えず油圧を加えることによって制御されるよう設計されている。ただし、ブレーキシステムが故障した場合には、運転者が、ブレーキペダルを操作することによって、車両の車輪に依然として十分なブレーキ力を加えることができることを確保している。 However, autonomous passenger transport poses new challenges for vehicle manufacturers when it comes to designing braking systems. Today's automotive braking systems are designed to be controlled by the vehicle operator, who constantly applies hydraulic pressure to the wheels to generate braking force. However, in the event of a braking system failure, the driver ensures that they can still apply sufficient braking force to the vehicle's wheels by operating the brake pedal.
自動ブレーキシステムまたは自律ブレーキシステムもしくは半自律ブレーキシステムを設計する場合、また電気的にのみ制御されるブレーキシステム(「バイワイヤ」)の場合にも、これらのブレーキシステムが、通常、一般ユーザの観点から非常に不自然なブレーキ特性を有することが多いことが課題である。このようなブレーキ特性は、特に、自動ブレーキシステムが、通常とは異なり、もしくは通常のブレーキシステムと異なり、ブレーキ圧の不意の上昇に全く対応できないことにより生じる。ブレーキ圧の不意の上昇は、例えば、ブレーキ圧を要求した(ブレーキ要求)結果としてブレーキ圧が過剰に上昇することも意味する。例えば、ブレーキペダルを用いてユーザが操作できる手動ブレーキの場合、ブレーキ圧の予期せぬ上昇もしくは予期せぬ強い上昇に対する直接の反応は、通常、ユーザが全く無意識にブレーキペダルをわずかに解放することによって達成される。このような無意識的行為は、通常、自動または自律のブレーキシステムでは実現不可能であるか、または実現に労力を要する。 When designing automatic or autonomous or semi-autonomous braking systems, but also in the case of braking systems that are only electrically controlled ("by wire"), the challenge is that these often have braking characteristics that are usually very unnatural from the point of view of the average user. Such braking characteristics arise in particular because automatic braking systems are not able to react at all to unexpected increases in brake pressure, unlike normal or normal braking systems. An unexpected increase in brake pressure can also mean, for example, an excessive increase in brake pressure as a result of a request for brake pressure (brake request). In the case of manual brakes, which can be operated by the user, for example by means of the brake pedal, a direct reaction to an unexpected or unexpectedly strong increase in brake pressure is usually achieved by the user slightly releasing the brake pedal, completely unconsciously. Such an unconscious action is usually not possible or requires a lot of effort to achieve in an automatic or autonomous braking system.
このような背景に対して、特に有利な自動ブレーキ力発生器およびブレーキシステムのための特に有利な作動方法を本文で説明する。 Against this background, a particularly advantageous automatic brake force generator and a particularly advantageous operating method for a brake system are described herein.
自動車のブレーキシステムのために油圧ブレーキ圧を自動的に生成するためのここに説明するブレーキ力発生器は、油圧液を収容し、加圧するための少なくとも1つのチャンバを有するプランジャシステムとブレーキドライブとを備えている。関連する二次構成要素を含む構成ユニットは、ここでは「ブレーキ力発生器」と呼ぶ。「プランジャシステム」という用語は、主としてブレーキ力発生器の油圧構成要素を指す。ブレーキ駆動装置は、プランジャシステムの少なくとも1つのチャンバの容積を変化させ、それによって圧力上昇を引き起こすように構成している。ブレーキ圧発生器は、少なくとも1つのチャンバ内の圧力上昇を測定し、圧力値信号を発信するために、少なくとも1つのチャンバに配置した少なくとも1つの圧力センサをさらに有する。さらに、ブレーキ圧発生器は、電子ブレーキ要求に応答して、および圧力センサで測定した実際の圧力に応答して、圧力を上昇させるためにブレーキ駆動装置を制御するように構成された制御装置を有する。 A brake force generator as described herein for automatically generating hydraulic brake pressure for a braking system of a motor vehicle comprises a plunger system having at least one chamber for receiving and pressurizing hydraulic fluid and a brake drive. The component unit including the associated secondary components is referred to herein as a "brake force generator". The term "plunger system" refers primarily to the hydraulic components of the brake force generator. The brake drive is configured to vary the volume of at least one chamber of the plunger system, thereby causing a pressure increase. The brake pressure generator further comprises at least one pressure sensor arranged in the at least one chamber for measuring the pressure increase in the at least one chamber and for emitting a pressure value signal. Furthermore, the brake pressure generator comprises a control unit configured to control the brake drive to increase the pressure in response to an electronic brake request and in response to the actual pressure measured by the pressure sensor.
いわゆる「連結されたブレーキシステム」または「補助ブレーキシステム」が知られている。分離されたブレーキシステムまたはパワーブレーキシステムも知られている。補助ブレーキシステムでは、ブレーキのために必要とされるクランプ力は、ブレーキブースタにより支援された運転者の足の力によって車輪ブレーキに加えられる。パワーブレーキシステムでは、必要なクランプ力が、貯蔵された圧縮空気によって車輪ブレーキに加えられ、貯蔵された圧縮空気は圧縮機によって、または油圧によって生成される。このようなパワーブレーキシステムは、例えばトラック(LKW)に広く使用されている。 So-called "linked" or "auxiliary" brake systems are known. Separate or power brake systems are also known. In auxiliary brake systems, the clamping force required for braking is applied to the wheel brakes by the driver's foot force assisted by a brake booster. In power brake systems, the required clamping force is applied to the wheel brakes by stored compressed air, which is generated by a compressor or hydraulically. Such power brake systems are widely used, for example, in trucks (LKW).
パワーブレーキシステムは、規則的に切り離されるように構成されている。これは、ブレーキペダルが実際のブレーキから切り離され、ブレーキペダルから車輪ブレーキへの直接的な(特に機械的な)動力伝達がないことを意味する。分離して構成されたブレーキシステムは、「バイワイヤ」構成のブレーキシステムとも呼ぶ。「バイワイヤ」は「電信」または「有線」を意味する。これにより、ブレーキシステムが分離されている場合に、ブレーキをかけることが望ましいという情報が、ブレーキ力から分離された状態でブレーキペダルから車輪ブレーキに伝達される。ブレーキ力はこの情報に基づいて生成される。 The power brake system is configured to be regularly decoupled. This means that the brake pedal is decoupled from the actual brakes and there is no direct (especially mechanical) power transmission from the brake pedal to the wheel brakes. A decoupled brake system is also called a "by-wire" configured brake system. "By-wire" means "telegraphed" or "wired." This allows the information that it is desirable to apply the brakes when the brake system is decoupled to be transmitted from the brake pedal to the wheel brakes, decoupled from the braking force. The braking force is generated based on this information.
このような分離ブレーキシステムでは、いわゆる「ペダル感覚シミュレータ」が規則的に使用され、ペダル感覚シミュレータはブレーキペダルに対する実際のペダル感覚をシミュレートし、ユーザは、生成されたブレーキ作用に関するフィードバックを通常の形式で得る。ブレーキシステムが分離されている場合には、ただ1つのペダル感覚シミュレータを有する変形例、および複数のペダル感覚シミュレータを有する変形例が可能であり、一般的である。 In such decoupled braking systems, so-called "pedal feel simulators" are regularly used, which simulate the actual pedal feel for the brake pedal and give the user feedback on the generated braking action in the usual way. In cases where the braking system is decoupled, variants with only one pedal feel simulator and variants with multiple pedal feel simulators are possible and common.
しかしながら、特に広く知られている設計の変形例では、分離ブレーキシステム(上述のように「バイワイヤ」ブレーキシステムとも呼ぶ)も実施され、依然として油圧作用が予備的に提供される。システム故障の場合、このような実施形態では、従来のペダル結合ブレーキシステムのように動作する。こうした理由から、このようなブレーキシステムでは、分離/「バイワイヤ」構成要素の冗長性がしばしば省かれる。 However, in particular in variations of well-known designs, separate braking systems (also referred to as "by-wire" braking systems as discussed above) are also implemented, still providing hydraulic backup. In the event of a system failure, such embodiments operate like a conventional pedal-coupled braking system. For these reasons, such braking systems often omit the redundancy of separate/"by-wire" components.
したがって、このような広く知られているブレーキシステムは、従来の補助ブレーキシステムの機能形式による付加的な安全機能が、高度にまたは完全に自律的な運転では作動しないので、高度に自律的な車両および完全に自律的な車両(高度に自動化された車両)で使用するためには、限定的にしか適していない。したがって、高度にまたは完全に自律的な機能を有する今日の車両では、さらなる油圧ブレーキユニットを組み込む必要がある場合が多い。 Such widely known brake systems are therefore only of limited suitability for use in highly autonomous and fully autonomous vehicles (highly automated vehicles) since the additional safety features provided by the functional form of conventional auxiliary brake systems are not operational in highly or fully autonomous driving. Therefore, in today's vehicles with highly or fully autonomous capabilities, it is often necessary to incorporate further hydraulic brake units.
高い自動化レベルを有する車両(すなわち、高度に自動化された自律車両)のいくつかの変形例では、運転者は、緊急時(車両の自律運転機能が故障または部分的に故障している場合)に、少なくともある程度の反応時間で手動でブレーキをかけることを考慮することができる。これは、例えば、運転者が常に反応準備ができている必要があり、非常ブレーキをかけることもできるよう、車両の自動化レベルが設定されている場合に当てはまる。自動化レベルが高すぎ、特に、運転者が介入するのに必要な反応時間が短か過ぎるので、運転者がもはや非常ブレーキをかけることを考慮しない場合には、全ての安全関連システム(例えば、ブレーキ、ステアリングなど)を(すなわち、作用チェーン全体にわたって)冗長的に実行することができる。このことは、(ブレーキ)システムの個々の故障時に車両を常に安全な状態に移行しなければならないので重要である。 In some variants of vehicles with a high automation level (i.e. highly automated autonomous vehicles), the driver can consider applying the brakes manually in an emergency (when the autonomous driving functions of the vehicle fail or partially fail) at least with some reaction time. This is the case, for example, when the automation level of the vehicle is set in such a way that the driver always has to be ready to react and can also apply emergency braking. If the automation level is too high and the driver no longer considers applying emergency braking, in particular because the reaction time required for the driver to intervene is too short, all safety-relevant systems (e.g. braking, steering, etc.) can be executed redundantly (i.e. across the entire action chain). This is important since the vehicle must always be brought into a safe state in the event of an individual failure of a (braking) system.
高い自動化レベルを有する車両用ブレーキシステムは、このようなブレーキシステムに極めて高い圧力および高い圧力勾配が生じるという特別な課題を設計者に課すことが多い。高い圧力および高い圧力勾配は、ブレーキシステムに対する高い負荷を意味する。 Brake systems for vehicles with a high level of automation often pose special challenges to the designers due to the extremely high pressures and high pressure gradients that occur in such brake systems. High pressures and high pressure gradients mean high loads on the brake system.
これらの高い負荷は、一般に、ブレーキシステムの自律的な操作のための弁の自動操作によってブレーキシステムの剛性が著しくに高まることによって生じる。この課題は、ここに記載するブレーキ圧力発生器によって解決される。 These high loads are typically caused by the automatic operation of the valves for autonomous operation of the brake system, which significantly increases the stiffness of the brake system. This problem is solved by the brake pressure generator described herein.
ブレーキシステムの剛性が高まるという問題は、ペダルに結合されたブレーキシステムにおけるABSシステム(アンチロックブレーキシステム)およびESPシステム(エレクトリックスタビリティコントロールのためのシステム)の領域においても既に同様に生じているが、しかしながら軽減されている。なぜならば、そのようなシステムは一般に電子的なブレーキ作用も実施し、この場合に弁を著しい遅延なしに切り換え、したがって、ブレーキシステムの剛性に急激な変化も生じるからである。結果として生じる圧力上昇/変化は、関係する運転者によってほとんど無意識に調整され、運転者は、一定のペダル力で対応して操作をわずかに減少/適合させる。 The problem of increased brake system stiffness also already occurs in the area of ABS systems (antilock braking systems) and ESP systems (systems for electronic stability control) in brake systems coupled to the pedal, but is however reduced, since such systems generally also perform electronic braking, switching the valves without significant delay and thus also resulting in abrupt changes in the stiffness of the brake system. The resulting pressure increase/change is accommodated almost unconsciously by the driver concerned, who corresponds with a constant pedal force and slightly reduces/adapts the operation.
それら弁の切換により増大した剛性は、特に、ABS制御中に貯蔵チャンバ内に排出された容積が再びプランジャチャンバの方向に戻されるという事実に関連して影響を及ぼす。 The increased stiffness caused by the switching of these valves has an effect, especially in relation to the fact that the volume discharged into the storage chamber during ABS control is directed back towards the plunger chamber again.
この状況では、ABS/ESPがそれら弁を閉じたことをプランジャは把握していないので、ブレーキ圧発生器のプランジャの不適切な調整および質量慣性は、プランジャがさらに前方に押されるように作用する。このことに関連する情報はABS/ESPによって提供することができるが、しかしながら、バスシステムを介した伝送に起因する待ち時間に基づいて時間遅延を伴ってしかプランジャシステムに提供されず、したがって、最適な調整のために使用することができない。 In this situation, improper adjustment of the brake pressure generator plungers and mass inertia act to push the plungers further forward, since the plungers do not know that the ABS/ESP has closed their valves. This related information can be provided by the ABS/ESP, but it is only provided to the plunger system with a time delay due to the latency caused by transmission over the bus system, and therefore cannot be used for optimal adjustment.
ここで説明するブレーキ圧発生器は、特に油圧ユニットに接続されるモジュールであり、その油圧ユニットは、ブレーキ力発生器によって個別に操作される車輪ブレーキに動力を送る。ブレーキ力発生器は、ブレーキ圧発生器または圧力発生器とも呼ぶ。ブレーキ力発生器(既に表現されているように)自動車を運転するための自律システムまたは「バイワイヤ」システムに組み込むことができる、自動化されたもしくは自律的なブレーキ力発生器である。 The brake pressure generator described here is in particular a module connected to a hydraulic unit, which delivers power to wheel brakes that are individually operated by a brake force generator. The brake force generator is also called a brake pressure generator or a pressure generator. The brake force generator (as already expressed) is an automated or autonomous brake force generator that can be integrated into an autonomous system or a "by-wire" system for driving a motor vehicle.
少なくとも1つのチャンバを有するプランジャシステムは、一般に、チャンバの容積を増減するためにピストンをチャンバ内で移動させることができるピストンシステムである。複数のチャンバを軸に沿って前後に配置し、プランジャシステム内で一緒に操作する(特に押圧する)ことができる。プランジャシステムは、一般に、少なくともいずれか1つのチャンバを通って延在するプッシュロッドを有する。この場合、好ましくは、複数のチャンバを互いに制限する少なくとも1つのチャンバ隔壁が存在し、プッシュロッドは、移動可能にチャンバ隔壁内で密封されている。プッシュロッドが通過するチャンバは、「プッシュロッドチャンバ」と呼ぶこともできる。このようなチャンバに接続されたブレーキシステムの圧力回路は、「プッシュロッド回路」と呼ぶこともできる。 A plunger system having at least one chamber is generally a piston system in which a piston can be moved in the chamber to increase or decrease the volume of the chamber. Multiple chambers can be arranged one behind the other along an axis and can be operated (especially pressed) together in the plunger system. The plunger system generally has a push rod extending through at least one of the chambers. In this case, there is preferably at least one chamber partition that limits the multiple chambers from each other, and the push rod is movably sealed within the chamber partition. The chamber through which the push rod passes can also be called the "push rod chamber". The pressure circuit of the brake system connected to such a chamber can also be called the "push rod circuit".
ブレーキ駆動装置は、好ましくは電気駆動モータであり、電気駆動モータは一般に回転運動を発生させ、スピンドル駆動装置を介して回転運動を直線運動に変換する。 The brake drive is preferably an electric drive motor, which typically generates rotary motion and converts it to linear motion via a spindle drive.
制御装置は、上位の制御器またはペダルからブレーキ要求を受け、圧力センサによって記録された実際の圧力を考慮して、ブレーキ駆動のための特に適切な制御信号を生成する一種の制御器である。ブレーキ要求は、(電子的な)制動信号の形式で提供することができる。 The control device is a type of controller that receives a brake request from a higher-level controller or pedal and generates a specifically suitable control signal for the brake actuation, taking into account the actual pressure recorded by the pressure sensor. The brake request can be provided in the form of an (electronic) braking signal.
ブレーキ力発生器は、圧力センサが1ms[ミリ秒]未満、好ましくは0.2ms未満、特に好ましくは0.1ms未満の時間分解能を有する場合に特に有利である。 The brake force generator is particularly advantageous if the pressure sensor has a time resolution of less than 1 ms [millisecond], preferably less than 0.2 ms, particularly preferably less than 0.1 ms.
極めて微細な時間分解能を有するこのような圧力センサを用いて、制御装置によって特に迅速な調整が可能である。制御装置は、好ましくは、圧力センサからの対応する信号を、対応して高速で処理することもできるように構成する。 Using such a pressure sensor with a very fine time resolution, particularly rapid adjustments are possible by the control device. The control device is preferably configured so that it can also process the corresponding signals from the pressure sensor at a correspondingly rapid rate.
ブレーキ力発生器が少なくとも2つのチャンバを有し、それぞれのチャンバに少なくとも1つの圧力センサを配置している場合にも有利である。 It is also advantageous if the brake force generator has at least two chambers and at least one pressure sensor is arranged in each chamber.
別の有利な実施形態では、ブレーキ力発生器は少なくとも2つのチャンバを有し、これらのチャンバのうち1つのチャンバにのみ圧力センサを配置している。 In another advantageous embodiment, the brake force generator has at least two chambers and the pressure sensor is located in only one of these chambers.
2つ以上のチャンバのために1つの圧力センサしか設けられていない場合、チャンバは、チャンバ間で圧力補正を行い、1つの圧力センサのみによって検出した値を使用して、両方のチャンバを表す圧力信号を得ることができるように、互いに接続されていることが好ましい。 When only one pressure sensor is provided for two or more chambers, the chambers are preferably connected to each other so that pressure compensation can be performed between the chambers and a pressure signal representative of both chambers can be obtained using the value detected by only one pressure sensor.
自動車のブレーキシステムのためのブレーキ圧を自動的に生成するためのブレーキ力発生器を作動する方法は、
a)ブレーキ要求を受けるステップ、
b)プランジャシステムの少なくとも1つのチャンバ内の圧力を監視する少なくとも1つの圧力センサから実際の圧力を受けるステップ、
c)ブレーキ要求および実際の圧力を考慮して、ブレーキ力発生器のブレーキ駆動装置を制御するための制御信号を計算するステップ、および
d)チャンバ内のブレーキ圧を調整するためにブレーキ駆動装置に制御信号を出力するステップ、
を含む。
A method of operating a brake force generator for automatically generating brake pressure for a braking system of a motor vehicle, comprising:
a) receiving a braking request;
b) receiving an actual pressure from at least one pressure sensor monitoring the pressure in at least one chamber of the plunger system;
c) calculating a control signal for controlling a brake actuator of the brake force generator taking into account the brake demand and the actual pressure; and d) outputting a control signal to the brake actuator for regulating the brake pressure in the chamber.
Includes.
既に上述したように、ステップa)におけるブレーキ要求は、好ましくは、上位のユニット(上位の制御器および/またはブレーキペダル)が受ける。実際の圧力は、ステップb)において、既に上述した圧力センサが受ける。 As already mentioned above, the brake request in step a) is preferably received by a higher-level unit (higher-level controller and/or brake pedal). The actual pressure is received in step b) by the pressure sensor already mentioned above.
この方法は、ステップb)で、実際の圧力に加えて、経時的な実際の圧力の勾配も受けるまたは決定する場合には特に有利である。 The method is particularly advantageous if in step b) in addition to the actual pressure, the gradient of the actual pressure over time is also received or determined.
そのような実際の圧力の勾配は、制御器(および必要に応じて制御器の上流側のユニット)において実際の圧力の経時変化から計算することができる。 Such an actual pressure gradient can be calculated from the change in actual pressure over time in the controller (and in units upstream of the controller, if necessary).
この方法は、ステップc)において、経時的な実際の圧力の勾配のための上限が設定されるように制御信号を計算する場合にも特に有利である。 This method is also particularly advantageous if, in step c), the control signal is calculated such that an upper limit is set for the gradient of the actual pressure over time.
このような上限値の設定は、特に技術的な理由を有する。なぜならば、通常、ブレーキ駆動装置のための制御装置によって、許容レベルを超える実際の圧力の変化を引き起こすように制御信号を設定することは意味をなさないからである。 The setting of such an upper limit has a particularly technical reason, since it would normally not make sense for the control device for the brake drive to set the control signal in such a way that it would cause a change in the actual pressure that exceeds an acceptable level.
さらに、この方法は、計算した制御信号をステップc)において、実際の圧力の上限が設定されるように計算する場合にも特に有利である。 Furthermore, this method is particularly advantageous if the calculated control signal is calculated in step c) such that an upper limit for the actual pressure is set.
閾値を超える実際の圧力は必然的に車輪ブレーキの遮断をもたらすので、通常、可能ではないか、または有意義ではない。好ましくは、システムは、この種の実際の圧力が全く要求されないように、すなわち、このような実際の圧力を要求することができる制御信号がステップc)で決定されないように設計している。 An actual pressure exceeding a threshold value is usually not possible or meaningful, since it would necessarily result in the disconnection of the wheel brakes. Preferably, the system is designed so that such an actual pressure is not requested at all, i.e. no control signal that could request such an actual pressure is determined in step c).
この方法は、好ましくは、上述のようなブレーキ力発生器を使用して実施する。 The method is preferably carried out using a brake force generator as described above.
ここで、特に好ましくは、上記ブレーキ力発生器を有するブレーキシステムも示す。 Here, particularly preferably, a brake system having the above-mentioned brake force generator is also shown.
ここで説明したブレーキ力発生器、このブレーキ力発生器によって可能な制御策およびこれに対応して設定されたブレーキシステムは、サンプリング頻度の大きい圧力センサによって、ESPからのデータとは無関係に臨界荷重変化を認識し、さらなる圧力変動を防ぐために電気機械アクチュエータを圧力に基づいて調整することを可能にする。これにより、ハードウェアに負荷を与える大きな振動を回避することができ、ABSシステムのための圧力調整をより調和的に行うことができる。これにより、制動距離への悪影響を防止することができる。 The brake force generator described here, the control strategies possible with this brake force generator and the correspondingly configured brake system allow the pressure sensor with a high sampling frequency to recognize critical load changes independently of the data from the ESP and to adjust the electromechanical actuator based on the pressure to prevent further pressure fluctuations. This allows to avoid large vibrations that would be stressful on the hardware and allows for a more coordinated pressure adjustment for the ABS system. This prevents negative effects on the stopping distance.
上記方法および上記ブレーキ力発生器を用いて、ESPシステムからのデータとは無関係に、臨界荷重変化を早期に検出することが可能である。電気機械式アクチュエータの圧力に基づいた調整によって、ハードウェアに負荷を加える大きな振動振幅を回避し、より良好なABS圧力制御を保証する。 Using the method and the brake force generator described above, it is possible to detect critical load changes early, independent of data from the ESP system. Pressure-based regulation of the electromechanical actuator avoids large vibration amplitudes that would load the hardware and ensures better ABS pressure control.
上記ブレーキ力発生器、上記方法および上記ブレーキシステムは、高度に自動化されたブレーキシステムまたは純粋に自律的なブレーキシステムに特に適している。このようなブレーキシステムは、好ましくは、完全にユーザによるブレーキペダルの操作なしで済む。しかしながら、上記ブレーキ力発生器および上記方法は、「バイワイヤ」方式によって接続されたブレーキペダル、すなわち、ユーザによって操作されるが、ペダルからブレーキ力発生器への電子的な「バイワイヤ」方式の信号伝送を行うブレーキシステムによって操作することもできる。ブレーキ力発生器、方法、および制動システムは、手動または従来の(例えば、ブレーキペダルを介した)操作を可能にする制動システムの一部でもよい。圧力発生器、方法、およびブレーキシステムは、特に、高度に自動化されたまたは自律的な運転にも適している。 The brake force generator, the method and the braking system are particularly suitable for highly automated or purely autonomous braking systems. Such braking systems preferably completely eliminate the need for user operation of the brake pedal. However, the brake force generator and the method can also be operated by a brake pedal connected in a "by-wire" manner, i.e. a braking system operated by the user but with electronic "by-wire" signal transmission from the pedal to the brake force generator. The brake force generator, the method and the braking system may be part of a braking system allowing manual or conventional (e.g. via the brake pedal) operation. The pressure generator, the method and the braking system are particularly suitable for highly automated or even autonomous driving.
圧力センサを有する上述のブレーキ力発生器および上述の方法は、特にESPシステムまたはABSシステムからのデータとは無関係に、制動時のブレーキ圧力と実際の圧力とがずれている時点で、油圧システムの臨界(および不都合な)負荷変化を検出するために使用することができる。ESPシステムまたはABSシステムからのデータは、主に、ブレーキの効果、すなわち、ESPシステムの場合には、通常、車両の正または負の加速度(例えば、ヨーレート)、またはABSシステムの場合には、車両の車輪のロックを考慮する。制御をさらに加速するために、さらなる加速が必要な場合には、ずれをより早期に検出するために、利用可能な最近の測定値から圧力勾配を外挿することができる。このことは、上記方法の範囲内で達成することもできる。 The above-mentioned brake force generator with pressure sensor and the above-mentioned method can be used to detect critical (and undesirable) load changes in the hydraulic system, at the point in time when the brake pressure at braking deviates from the actual pressure, especially independently of data from the ESP or ABS system. The data from the ESP or ABS system mainly take into account the effect of the brakes, i.e. in the case of an ESP system, usually the positive or negative acceleration of the vehicle (e.g. yaw rate), or in the case of an ABS system, the locking of the wheels of the vehicle. If further acceleration is required to further accelerate the control, the pressure gradient can be extrapolated from the most recent measurements available in order to detect the deviation earlier. This can also be achieved within the scope of the above-mentioned method.
ここで説明したブレーキ力発生器およびここで説明した方法は、ABS制御の場合に生じるような増大した要求に特に適している。ここで、(油圧システム全体の)ブレーキシステムの剛性は、弁の切換によって急激に増大し、プランジャシステムチャンバ内の圧力ピークもしくは目標圧力からの極めて急速な著しいずれをもたらし、これは、圧力センサによって迅速に検出する。 The brake force generator described herein and the method described herein are particularly suitable for increased demands such as those occurring in the case of ABS control, where the stiffness of the brake system (of the entire hydraulic system) increases suddenly due to valve switching, resulting in pressure peaks in the plunger system chambers or very rapid and significant deviations from the target pressure, which are quickly detected by the pressure sensor.
次に図面を参照して圧力発生器、ブレーキシステム、および方法をより詳細に説明する。図面は、好ましい例示的な実施形態のみを示しており、本開示は、この好ましい例示的な実施形態に限定されないことを指摘しておく。 The pressure generator, braking system, and method will now be described in more detail with reference to the drawings. It should be noted that the drawings show only preferred exemplary embodiments, and that the present disclosure is not limited to these preferred exemplary embodiments.
図1、図2および図3は、異なるブレーキシステム31を示しており、これらのブレーキシステムは、共通の構成要素を有する範囲についてはここで一緒に説明する。個々の図に示すブレーキシステム31の間の相違点はそれぞれの場合に指摘する。
Figures 1, 2 and 3 show
ブレーキシステム31はそれぞれブレーキ力発生器12、13を有し、これらのブレーキ力発生器は初期ブレーキ力を発生させるための役割を果たし、これらのブレーキ力発生器を介してブレーキプロセスを最終的にトリガすることができる。初期ブレーキ力は圧力として油圧ラインに供給し、個々の車輪ブレーキ9に伝達する。このために必要とされる油圧液は、ブレーキシステム31のための油圧液のリザーバを保持する流体供給容器11から供給される。
The
ここに示すブレーキシステム31を備える従来の自動車では、4つの車輪ブレーキ9(それぞれの車輪に対して1つの車輪ブレーキ9)が設けられており、これらの車輪ブレーキはそれぞれ対で油圧ユニット22に接続されており、好ましくは対角線方向に対向する車輪の車輪ブレーキ9が1つの油圧ユニット22に接続されている。油圧ユニット22はそれぞれ、車輪ブレーキ9に流れる油圧流体を制御することができる高圧切換弁26と、油圧流体を車輪ブレーキ9から流出させることができる圧力制御弁27とを含む。高圧切換弁26およびポンプ29により、車輪ブレーキ9の圧力を上昇させることができる。圧力制御弁27により、車輪ブレーキ9の圧力を調整し、再び下降させることができる。油圧ユニット22と車輪ブレーキ9との間には、個々の車輪ブレーキ9のための制御可能な入口弁24および出口弁25がそれぞれ配置されている。入口弁24を用いて、個々の車輪ブレーキ9における圧力を個別に制限し、システム圧力まで再び増大させることができる。出口弁25により、個々の車輪ブレーキ9の圧力を個々に減少させることができる。入口弁24および出口弁25は、例えば、ESP操作またはABS操作のために個々の車輪ブレーキ9を個別に制御すること可能にする。油圧ユニット22は、車輪ブレーキ9から吐出された油圧液を一時的に貯留可能な低圧アキュムレータ23をそれぞれ備えている。低圧アキュムレータ23からの油圧液は、ポンプ駆動装置30によって駆動されるポンプ29によって再び加圧し、次いで、車輪ブレーキ9でブレーキ圧を形成するために油圧ユニット22に再び供給することができる。
In a conventional motor vehicle with the
図1に示す実施形態は、手動ブレーキ力発生器12を備えた従来のブレーキシステム31を概略的に示す。ブレーキ圧は、ここでは例としてプランジャシステム14のチャンバ15内に示したブレーキペダル16によって生成される。ブレーキ要求1(これは、特定のブレーキ力の設定を意味する)は、ブレーキペダルに直接に作用する。
The embodiment shown in FIG. 1 shows a schematic representation of a
図2に示す実施形態は、自動的に、または自動化されて作動されるブレーキシステム31を概略的に示しており、このシステムでは、ブレーキ力は、自動ブレーキ力発生器13を用いて形成される。この自動ブレーキ力発生器13は、同様に、ブレーキ圧を形成するために、少なくとも1つのチャンバ15、好ましくは複数のチャンバ15(特に好ましくは2つのチャンバ15)を備えるプランジャシステム14を有する。しかしながら、ブレーキ圧はブレーキペダル16を用いてではなく、制御信号33によって制御されるブレーキ駆動装置17を用いて生成する。ここで説明する実施形態によれば、ブレーキ駆動装置17を図1に示したブレーキペダル16と同様に制御した場合に一般的であるように、制御信号33はブレーキ要求1に直接に対応するのではなく、制御信号33は、特別な制御装置19またはより高いレベルのシステムによって生成する。ブレーキ要求1は、まず制御装置19に伝送する。制御装置19は制御信号33を生成するためにこのブレーキ要求1に加えて、自動ブレーキ力発生器13のプランジャシステム14のチャンバ15内の圧力を記録する圧力センサ18が決定する実際の圧力2も受け取る。図3に示すブレーキシステム31は、特に、ブレーキペダルからブレーキシステム31へのいかなる手動介入ももはや行わず、むしろブレーキ要求1は信号として「のみ」伝送し、機械的には伝送されない、完全に自動化したまたは完全に自律的な車両で使用するために構成している。図2に示したブレーキシステムは、1つのチャンバ15しか存在しないという点で典型的ではない。ここで、冗長さを得るために、さらなるブレーキ力発生器を有しない自動車の場合には、一般に2つのチャンバ15を有するプランジャシステム14が必要とされる。
2 shows a schematic representation of an automatically or
図3は、図1に示すような手動ブレーキ力発生器12と、図2に示すような自動ブレーキ力発生器13との両方を組み合わせた複合ブレーキシステム31を示す。両方のブレーキ力発生器12、13は、それぞれ接続弁28を介して油圧ユニット22に接続することができ、また油圧ユニット22から分離することができる。これにより、手動ブレーキ力発生器12によってブレーキ力を発生させることが望ましいのか、または自動ブレーキ力発生装置13によってブレーキ力を発生させることが望ましいのかを決定することができる。このようなブレーキシステム31を有する自動車のユーザに対して、ブレーキ力をシミュレートするために使用できるブレーキ圧シミュレータ21を、さらに一例としてここに示している。このようなブレーキ圧シミュレータ21は、ブレーキペダル16に接続することができ、ブレーキ圧が信号として「のみ」伝達されるのでブレーキペダルと生成されたブレーキ圧との間に直接の機械的相互作用がない場合には、ユーザに現実的なブレーキ感覚を与える役割を果たす。
Figure 3 shows a combined
本発明の実施形態は、特に高度に自動化した、または自律的な車両のための、運転者による機械的および/または油圧的介入を伴わない油圧的に閉じた複数回路のブレーキシステム、および対応する作動方法を提供し、油圧回路に直列に配置して使用する圧力発生器が、油圧ユニットを介して車両の全ての車輪ブレーキに作用する。 Embodiments of the present invention provide a hydraulically closed multi-circuit brake system without mechanical and/or hydraulic intervention by the driver, particularly for highly automated or autonomous vehicles, and a corresponding actuation method, in which a pressure generator is used in series in the hydraulic circuit, acting on all wheel brakes of the vehicle via a hydraulic unit.
図2および図3に示すブレーキ駆動装置17は、一般にモータである。モータ電流およびモータ回転速度は、このモータを制御するための関連する変数である。特に非常ブレーキを操作する場合には、ブレーキ駆動装置17は極めて高い動力特性を有している必要がある。このことは、ブレーキ駆動装置17はブレーキ力要求に極めて迅速に反応できる状態にある必要があることを意味する。したがって、圧力センサ18からの実際の圧力2に関する圧力センサ信号は、好ましくは高頻度で読み込み、制御装置19において高頻度で評価する。
The
図4は、上述のブレーキ力発生器および上述の作動方法が関連する通常発生する状況を示す。この図では、通常、ユーザ(または自律/自動運転のためのシステム)によって設定されるブレーキ要求1を、時間軸4に対して圧力軸3にプロットしている。(例えば、所定の閾値によって定めている)第1のずれ34まで、ブレーキ要求1に正確に追従する実際の圧力2も示している。この閾値から、実際圧力2は、通常、ブレーキ圧1に対して過度に上昇する。
Figure 4 shows a typically occurring situation involving the above-mentioned brake force generator and the above-mentioned operating method. In this figure, the
この現象には、図5に示す制御策によって対応する。図5の上部には、ブレーキ要求1を設定するABSコントローラ35を含むブレーキ圧設定部20を示しており、通常、ブレーキ圧モデル圧力40(電子モデルによって決定する理想的なブレーキ圧)を設定し、このブレーキ圧モデル圧力40からブレーキ要求1を決定する。この制動要求1は、図の下部に示す制御装置19に伝送する。制御装置19は、ここに同様に概略的に示すブレーキ駆動装置17を制御する役割を果たす。制御装置の核となる要素は、加算部39であり、加算部では、制御装置19がブレーキ駆動装置17を制御するために使用することができる制御差41を決定するために、圧力センサ18によって測定した実際圧力2とブレーキ要求1とを互いに加算(もしくは互いに減算)することができる。制御装置19は、(ブレーキ駆動装置17の現在位置をチェックするための)サブモジュールである位置制御装置36と、(ブレーキ駆動装置17の現在の速度をチェックするための)速度チェック装置37と、(ブレーキ駆動装置17に供給される現在の駆動電流をチェックするための)電流チェック装置38とを備えることが好ましい。これらの3つのユニットはそれぞれ制動駆動装置17から(さらなる)入力変数を受け取ることができ、これにより実際圧力2が制動要求1にできるだけ正確に追従するように駆動装置17の理想的な制御を達成する。
This phenomenon is countered by the control strategy shown in FIG. 5. The upper part of FIG. 5 shows a brake
通常の部分ブレーキの場合、圧力センサ値(圧力センサ18が測定する実際圧力2)は、公称運転者ブレーキ要求(図4に示すずれ35の前の波形)に追従する。
During normal partial braking, the pressure sensor value (
図6は、ABS制御を行う場合に上述したブレーキ力発生器と上述した方法とによって生じる状況を示している。図6に示す例は、ESP制御の場合にも当てはまる。 Figure 6 shows the situation that arises with the above-described braking force generator and the above-described method when performing ABS control. The example shown in Figure 6 also applies to the case of ESP control.
図6は、ここで述べた方法とここで述べたブレーキ力発生器を用いて、ABS操作時の制御変数である目標圧力43の決定を示す。図6には、説明したブレーキ力発生器を有するABSブレーキプロセスの3つのフェーズA、B、およびCを例示している。フェーズAの開始時に圧力を監視し、圧力センサによって測定した実際圧力2がブレーキ要求に対応する。このことは、図の上部に時間軸4に対する圧力軸3にプロットしている。
Figure 6 illustrates the determination of the
フェーズAからフェーズBへの移行時もしくはこの移行の直前の時点で、上述の制御装置は、上述の圧力センサによってずれ34を検出する。このようなずれ34は、例えば、ブレーキシステムの吸気弁、排気弁、高圧切換弁、または圧力調整弁によって引き起こされる場合がある。このような弁を閉じることにより油圧システムの剛性が急激に変化する。
At or immediately before the transition from phase A to phase B, the control device detects a
この時点から、車輪ブレーキが高いブレーキ力を加える傾向が特に生じ、車輪はロックする傾向がある。ESPまたはABS制御器における制動特性を監視するための通常のセンサは、自動車の加速特性またはブレーキの制動作用に対して既に制動の効果が生じている場合に初めて信号を供給する、という事実に基づいている。このことは、ESPもしくはABSのための制御器が、フェーズBからフェーズCへの移行時にようやく使用可能な信号を受信する理由である。この時点からようやく、ESP制御ループもしくはABS制御ループを閉じる。なぜならば、ABSおよびESPは、ここで説明した制御装置と比較しても、ここで述べた方法と比較してもはるかに緩やかに応答するからである。フェーズBにおいて、実際圧力は、運転者のブレーキ要求にしたがって、所定の(最大)勾配でさらに増加する。しかしながら、これは、定められた(例えば、最大180barの)上限までしか起こらない。所定の(最大)勾配および定められた上限は、ここで説明した方法のための制御装置に永続的に格納されている。 From this point on, the wheel brakes tend to apply particularly high braking forces and the wheels tend to lock. This is based on the fact that the usual sensors for monitoring the braking characteristics in the ESP or ABS controller only provide a signal if a braking effect has already occurred on the acceleration characteristics of the vehicle or the braking action of the brakes. This is why the controller for the ESP or ABS only receives a usable signal at the transition from phase B to phase C. Only from this point on does it close the ESP or ABS control loop, because ABS and ESP respond much more slowly compared to the control device described here and also compared to the method described here. In phase B, the actual pressure is further increased with a predefined (maximum) gradient according to the driver's braking demand. However, this only occurs up to a defined upper limit (for example up to 180 bar). The predefined (maximum) gradient and the predefined upper limit are permanently stored in the control device for the method described here.
フェーズBからフェーズCへの移行時点からブレーキ圧の典型的な繰り返し変動が生じる。この変動は、ESP制御器またはABS制御器による制御作用によって引き起こされる。対応する目標圧力43と、ESP制御ユニットもしくはABS制御ユニットによって設定されたブレーキ圧モデル圧力とを、図6の中央部分に時間軸4に対してプロットしている。図6の下部には、制動によって設定されるピストン位置を示しており、このピストンの位置は、プランジャシステム内のチャンバの容積を設定するか、もしくは容積に影響を及ぼす。
From the transition from phase B to phase C, typical repetitive fluctuations in the brake pressure occur. These fluctuations are caused by control actions by the ESP or ABS controller. The
Claims (8)
油圧液を収容し、加圧するための少なくとも1つのチャンバ(15)を有するプランジャシステム(14)と、
プランジャシステム(14)の少なくとも1つのチャンバ(15)の容積を変化させ、これにより圧力上昇を引き起こすように構成されたブレーキ駆動装置(17)と、
少なくとも1つのチャンバ(15)に配置しており、少なくとも1つのチャンバ(15)内の圧力上昇を測定し、圧力値信号を送出するための少なくとも1つの圧力センサ(18)と、
電子ブレーキ要求(1)に応答して、および圧力センサ(18)が測定した実際圧力(2)に応答して、圧力を上昇させるようにブレーキ駆動装置(17)を制御するように構成した制御装置(19)と、
を備えるブレーキ力発生器(13)において、
制御装置(19)は、ブレーキ駆動装置(17)を制御するために、
a)電子ブレーキ要求(1)を受けるステップと、
b)プランジャシステム(14)の少なくとも1つのチャンバ(15)内の圧力を監視する少なくとも1つの圧力センサ(18)から実際圧力(2)を受けるステップであって、実際圧力(2)に加えて、経時的な実際の実際圧力(2)の勾配も受けるまたは測定するステップと、
c)電子ブレーキ要求(1)および実際圧力(2)を考慮して、ブレーキ力発生器(13)のブレーキ駆動装置(17)を制御するための制御信号(33)を計算するステップであって、経時的な実際圧力(2)の勾配のための上限が設定されるように制御信号(33)を計算するステップと、
d)チャンバ(15)内のブレーキ圧を調整するためにブレーキ駆動装置(17)に制御信号を出力するステップと、
を実行する、
ブレーキ力発生器(13)。 A brake force generator (13) for automatically generating hydraulic brake pressure for a braking system (31) of a motor vehicle, comprising :
a plunger system (14) having at least one chamber (15) for containing and pressurizing hydraulic fluid;
a brake actuator (17) configured to change the volume of at least one chamber (15) of the plunger system (14), thereby causing a pressure increase;
at least one pressure sensor (18) arranged in the at least one chamber (15) for measuring a pressure rise in the at least one chamber (15) and for delivering a pressure value signal;
a control device (19) configured to control the brake actuator (17) to increase pressure in response to an electronic brake request (1) and in response to an actual pressure (2) measured by a pressure sensor (18);
In a braking force generator (13) comprising:
The control device (19) controls the brake driving device (17),
a) receiving an electronic brake request (1);
b) receiving an actual pressure (2) from at least one pressure sensor (18) monitoring the pressure in at least one chamber (15) of the plunger system (14), where in addition to the actual pressure (2) also a gradient of the actual actual pressure (2) over time is received or measured;
c) calculating a control signal (33) for controlling the brake actuator (17) of the brake force generator (13) taking into account the electronic brake demand (1) and the actual pressure (2), the control signal (33) being calculated such that an upper limit is set for the gradient of the actual pressure (2) over time;
d) outputting a control signal to a brake driver (17) to regulate the brake pressure in the chamber (15);
Execute
Brake force generator (13) .
前記圧力センサ(18)が、1ms[ミリ秒]未満の時間分解能を有する、ブレーキ力発生器(13)。 A braking force generator (13) according to claim 1,
A brake force generator (13), wherein the pressure sensor (18) has a time resolution of less than 1 ms [millisecond] .
前記圧力センサ(18)が、0.2ms未満の時間分解能を有する、ブレーキ力発生器(13)。 A braking force generator (13) according to claim 2 ,
A brake force generator (13), wherein the pressure sensor (18) has a time resolution of less than 0.2 ms.
少なくとも2つのチャンバ(15)を備え、それぞれのチャンバ(15)に少なくとも1つの圧力センサ(18)を配置した、ブレーキ力発生器(13)。 A braking force generator (13) according to any one of claims 1 to 3 ,
A brake force generator (13) comprising at least two chambers (15) with at least one pressure sensor (18) disposed in each chamber (15).
少なくとも2つのチャンバ(15)を有し、1つのチャンバ(15)にのみ圧力センサ(18)を配置した、ブレーキ力発生器(13)。 A braking force generator (13) according to any one of claims 1 to 3 ,
A brake force generator (13) having at least two chambers (15), with a pressure sensor (18) disposed in only one of the chambers (15).
a)電子ブレーキ要求(1)を受けるステップと、
b)プランジャシステム(14)の少なくとも1つのチャンバ(15)内の圧力を監視する少なくとも1つの圧力センサ(18)から実際圧力(2)を受けるステップであって、実際圧力(2)に加えて、経時的な実際の実際圧力(2)の勾配も受けるまたは測定するステップと、
c)電子ブレーキ要求(1)および実際圧力(2)を考慮して、ブレーキ力発生器(13)のブレーキ駆動装置(17)を制御するための制御信号(33)を計算するステップであって、経時的な実際圧力(2)の勾配のための上限が設定されるように制御信号(33)を計算するステップと、
d)チャンバ(15)内のブレーキ圧を調整するためにブレーキ駆動装置(17)に制御信号を出力するステップと、
を含む方法。 1. A method of operating a brake force generator (13) for automatically generating brake pressure for a braking system (31) of a motor vehicle, comprising the steps of:
a) receiving an electronic brake request (1);
b) receiving an actual pressure (2) from at least one pressure sensor (18) monitoring the pressure in at least one chamber (15) of the plunger system (14) , where in addition to the actual pressure (2) also a gradient of the actual actual pressure (2) over time is received or measured ;
c) calculating a control signal (33) for controlling the brake actuator (17) of the brake force generator (13) taking into account the electronic brake demand (1) and the actual pressure (2), the control signal (33) being calculated such that an upper limit is set for the gradient of the actual pressure (2) over time;
d) outputting a control signal to a brake driver (17) to regulate the brake pressure in the chamber (15);
The method includes:
ステップc)において、実際圧力(2)の上限が設定されるように制御信号(33)を計算する、方法。 A method for operating a brake force generator (13) according to claim 6, comprising the steps of :
In step c), the control signal (33) is calculated such that an upper limit for the actual pressure (2) is set.
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