負圧推定装置
【課題】コストアップを招くことなく倍力装置内の負圧を推定することができる負圧推定装置を提供すること。
【解決手段】本発明による負圧推定装置１は、ブレーキペダル２０のペダルストローク量ＳＴを検出するペダルストローク量検出手段２ａと、ペダルストローク量ＳＴに基づいて倍力装置３内の変圧室１３内の体積Ｖｈを算出する体積算出手段２ｂと、体積Ｖｈに基づいて倍力装置３内の定圧室１４内の圧力Ｐｔを算出して、圧力Ｐｔと大気圧Ｐａに基づいて倍力装置３内の負圧を算出する負圧算出手段２ｃを含む、ことを特徴とする。
【解決手段】本発明による負圧推定装置１は、ブレーキペダル２０のペダルストローク量ＳＴを検出するペダルストローク量検出手段２ａと、ペダルストローク量ＳＴに基づいて倍力装置３内の変圧室１３内の体積Ｖｈを算出する体積算出手段２ｂと、体積Ｖｈに基づいて倍力装置３内の定圧室１４内の圧力Ｐｔを算出して、圧力Ｐｔと大気圧Ｐａに基づいて倍力装置３内の負圧を算出する負圧算出手段２ｃを含む、ことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレーキペダルのペダルストローク量に基づいて、エンジンの生成した負圧を利用してマスターシリンダ圧を発生させる倍力装置において、倍力装置内の負圧を推定する負圧推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から車両においては、エンジンのインテークマニホールドにおいて生成された負圧を付勢力として利用してマスターシリンダの基礎油圧から操作油圧すなわちマスターシリンダ圧を発生する倍力装置すなわちブースタを用いることが行われている。このブースタにおいては、ブレーキペダルのペダルストローク量に基づいて、負圧を利用してマスターシリンダ圧を生成している。このマスターシリンダ圧を供給油圧としてホイールシリンダに供給することにより、車両の制動が行われている。
【０００３】
近年における車両においては、燃費性能を向上させることを目的として、車両の停止期間中においてはなるべくエンジンを停止させること、すなわち、所謂アイドリングストップが推奨されている。このような近年の車両においては、エンジンが停止される期間が増大することから、ブースタ内の負圧を定常的に維持することが困難となり、マスターシリンダ圧を生成するにあたっての付勢力を十分に保持することが困難となる事態を招くことも考えられる。ブースタ内の負圧を維持できない状況が発生すると、エンジンを停止することが推奨される期間においてもエンジンを始動させること、あるいは、エンジンの替わりに負圧を生成する例えばバキュームポンプを駆動させる等の適宜の負圧維持のための処置を講じる必要が生じる。
【０００４】
上述したようないずれの処置を講じる場合においても、ブースタ内の負圧が維持できない状況を検出することが必要となり、負圧が維持できないことを検出するためには、ブースタ内の負圧を検出する必要が生じるが、ブースタ内に圧力センサを設けることは部品点数の増加を招きコストアップを招くという不都合を生じる。このため、ブースタ内の負圧を他のパラメータに基づいて推定することが考えられ、この推定を実現する手法は例えば特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１７１５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されている手法のように、ブレーキペダルの踏力やマスターシリンダ圧からブースタ内の負圧を推定するために、ブレーキペダルに圧力センサを設けることやマスターシリンダ自体又はマスターシリンダ近傍の油圧配管に圧力センサを設けることが必要となり、これによっても部品点数の増加を招きコストアップを招くという問題がやはり生じる。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑み、コストアップを招くことなくブースタすなわち倍力装置内の負圧を推定することができる負圧推定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の問題を解決するため、本発明による負圧推定装置は、
ブレーキペダルのペダルストローク量を検出するペダルストローク量検出手段と、
前記ペダルストローク量に基づいて倍力装置内の変圧室内の体積を算出する体積算出手段と、
前記体積に基づいて前記倍力装置内の定圧室内の圧力を算出して、前記圧力と大気圧に基づいて前記倍力装置内の負圧を算出する負圧算出手段を含む、
ことを特徴とする。
【０００９】
なお、前記倍力装置はピストン及びロッドとシリンダから構成されるブースタであって、前記ピストンの前記ブレーキペダル側に画成される変圧室と、前記ピストンの前記ブレーキペダルと反対側に画成される定圧室とを含み、前記ピストンは前記ブレーキペダルのペダルストローク量に応じてストロークされる。
【００１０】
前記シリンダの前記ブレーキペダル側には前記変圧室と大気とを開閉自在に連通する大気圧バルブと、前記変圧室とエンジンのインテークマニホールドを開閉自在に連通する真空バルブが設けられており、前記ロッドが備えて前記大気圧バルブ及び前記真空バルブの一部をなすプランジャにより、制動時には前記大気圧バルブは開とされ、前記真空バルブは閉とされる。非制動時には、前記プランジャにより前記大気圧バルブは閉とされ、前記真空バルブは開とされる。
【００１１】
前記定圧室は前記エンジンのインテークマニホールドと配管により連通され、前記配管の中途には、前記定圧室から前記インテークマニホールド側に向けてのみ気体を通流する逆止弁が設けられる。ここで、前記気体は典型的には空気である。
【００１２】
前記定圧室内の圧力が前記インテークマニホールド内の圧力よりも高い場合には、前記逆止弁の作用に基づき、前記定圧室内の気体は前記インテークマニホールド内に流れこみ、前記定圧室内の圧力は徐々に低下して、最終的に前記インテークマニホールド内の圧力に等しくなる。逆に、前記定圧室内の圧力が前記インテークマニホールド内の圧力よりも低い場合には、前記逆止弁の作用により前記インテークマニホールド内から前記定圧室に向けて気体は流れこむことがなく、前記定圧室内の圧力は変化しない。
【００１３】
前記ブレーキペダルが運転者により踏み込まれていない非制動状態においては、前記ブレーキペダルを踏み込み開始位置に戻す戻しバネの作用により、前記ピストンは前記シリンダの前記ブレーキペダル側に押し付けられて、前記プランジャにより前記変圧室と大気とは前記大気圧バルブが閉となることにより遮断されて、前記変圧室に大気圧は流入されない。
【００１４】
前記ブレーキペダルが運転者により踏み込まれて制動状態となった場合においては、前記ブレーキペダルのペダルストローク量と前記変圧室の体積とは、一意かつ線形の関係にあり、前記ペダルストローク量の増加に比例して、前記変圧室の体積は増加する。つまり、前記ペダルストローク量の増加に伴い、前記ロッド及び前記プランジャが前記ブレーキペダルと反対側に移動されて、前記大気圧バルブは開とされるとともに前記真空バルブは閉とされ、前記変圧室と大気とが遮断されなくなり連通されて、前記変圧室に大気圧が流入される。
【００１５】
前記変圧室に大気圧が流入されると、前記変圧室に前記大気圧バルブを介して大気圧が流入している過渡的な状況においては、前記変圧室に流入する気体は、大気圧、気温等の条件により流量がばらつくこととなるが、過渡的な状況が経過した後の安定状態すなわち定常状態においては、前記変圧室の圧力は大気圧に等しくなる。
【００１６】
ここで、前記定圧室の圧力が前記インテークマニホールド内の圧力つまり負圧により低下していることから、前記定圧室の圧力が前記変圧室の圧力よりも低くなり、この圧力差に基づいて、前記ピストンには付勢力すなわちアシスト力が発生して、この付勢力に基づいて前記マスターシリンダ圧が生成される。
【００１７】
ここで、前記倍力装置の前記シリンダ内の体積から前記ピストンと前記ピストンを支持するロッドの体積を減じた全体体積は、前記変圧室の体積と前記定圧室の体積の和に等しい。加えて、前記定常状態においては、前記変圧室の体積の全てが前記大気圧となる。これらの知見を考慮すると、前記定圧室の体積は、前記全体体積から前記変圧室の体積を減じた体積となる。
【００１８】
運転者が前記ブレーキペダルを踏み込む操作を停止して、前記ブレーキペダルが前記戻しバネにより戻されて制動状態から非制動状態に移行した場合には、前記ピストンは前記ブレーキペダル側に戻されて、前記ロッドも前記ブレーキペダル側に戻されて、これに伴い、前記プランジャが前記大気圧バルブを閉として前記真空バルブを開として、前記変圧室と前記定圧室とが連通されて、前記定圧室に前記変圧室の大気圧が流入されて、前記定圧室内の圧力が上昇される。
【００１９】
このとき、前記インテークマニホールド内の圧力が前記定圧室内の圧力より低い場合には、前記逆止弁の作用に基づいて、前記定圧室内の圧力は前記インテークマニホールド内の圧力となる。
【００２０】
また、前記インテークマニホールド内の圧力が前記定圧室内の圧力より高い場合には、単位制御周期前後の前記変圧室の体積変化と体積と大気圧と前記全体体積と、前記単位制御周期前の前記定圧室の体積に基づいて、算出することができる。
【００２１】
この知見に基づいて、前記体積算出手段によりまず、前記ペダルストローク量に基づいて倍力装置内の変圧室内の体積を算出して、前記負圧算出手段は、前記体積に基づいて前記倍力装置内の定圧室内の圧力を算出して、前記圧力と大気圧に基づいて前記倍力装置内の負圧を算出する。
【００２２】
なお、前記定圧室内の前記単位制御周期後の圧力は、前記単位制御周期前の前記定圧室内の体積と圧力の積に前記体積変化に大気圧を乗じた値を加えた値を、前記単位制御周期後の前記定圧室内の体積で除した値となる。
【００２３】
前記負圧推定装置によれば、前記ペダルストローク量に基づいて前記倍力装置内の負圧を推定することができる。また、前記ブレーキペダルの踏力や前記マスターシリンダ圧に較べて、前記ペダルストローク量は現在の車両においてはより一般的に検出されているパラメータであるため、一般的に検出されることが多い既存のパラメータを利用して、比較的軽微な制御変更により前記負圧を推定することができる。つまり、実質的なコストアップを招くことなく負圧を推定することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の負圧推定装置によれば、コストアップを招くことなく倍力装置内の負圧を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る負圧推定装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明に係る負圧推定装置の一実施形態の一部を示す模式図である。
【図３】本発明に係る負圧推定装置の一実施形態の一部を示す模式図である。
【図４】本発明に係る負圧推定制御の制御内容を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る負圧推定制御の制御に用いられる記号の内容を示す模式図である。
【図６】本発明に係る負圧推定制御の制御内容を示すフローチャートである。
【図７】本発明に係る負圧推定制御の制御内容において用いられるマップである。
【図８】本発明に係る負圧推定制御の制御内容を示すフローチャートである。
【図９】本発明に係る負圧推定制御の制御内容において用いられるマップである。
【図１０】本発明に係る負圧推定制御の制御内容において用いられるマップである。
【図１１】本発明に係る負圧推定制御の制御内容において用いられるマップである。
【図１２】本発明に係る負圧推定制御の制御内容を示すフローチャートである。
【図１３】本発明に係る負圧推定制御の制御内容において用いられるマップである。
【図１４】本発明に係る負圧推定制御の制御内容において用いられるマップである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１は、本発明に係る負圧推定装置の一実施形態を示す模式図である。図２は、本発明に係る負圧推定装置の一実施形態の一部を示す模式図である。図３は、本発明に係る負圧推定装置の一実施形態の一部を示す模式図である。
【００２８】
図１に示すように負圧推定装置１は、ブレーキＥＣＵ２（Electronic Control Unit）と、ブースタ３と、ストロークセンサ４と、チェック弁５と、インテークマニホールド６を備えて構成される。インテークマニホールド６はエンジン７の吸気系統を構成し、エンジン７はエンジンＥＣＵ８により制御され、エンジンＥＣＵ８は図示しない圧力センサによりインテークマニホールド６内の圧力Ｐｉを検出している。ブレーキＥＣＵ２と、エンジンＥＣＵ８とはＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信規格により相互に接続される。
【００２９】
ブレーキＥＣＵ２は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびそれらを接続するデータバスと入出力インターフェースから構成され、ＲＯＭに格納されたプログラムに従い、ＣＰＵが所定の処理を行うものであり、以下に述べる処理を行うペダルストローク量検出手段２ａと、体積算出手段２ｂと、負圧算出手段２ｃを構成するものである。
【００３０】
ブースタ３は、図２に示すように、ピストン９及びロッド１０とシリンダ１１とプランジャ１２から構成されて、ピストン９の図２中右側に位置するブレーキペダル２０側に画成される変圧室１３と、ピストン９のブレーキペダル２０と反対側に画成される定圧室１４とを含み、ピストン９はブレーキペダル２０のペダルストローク量ＳＴに応じて図２中左右方向にストロークされる。
【００３１】
運転者がブレーキペダル２０を踏み込んだ場合には、ピストン９、ロッド１０及びプランジャ１２は図２中左側に移動し、運転者がブレーキペダル２０の踏み込みを解除した場合には、ピストン９、ロッド１０及びプランジャ１２は図示しない戻しバネの作用に基づいて、図２中右側に移動する。
【００３２】
エンジンＥＣＵ８は例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびそれらを接続するデータバスと入出力インターフェースから構成され、ＲＯＭに格納されたプログラムに従い、ＣＰＵが所定の処理を行うものであり、エンジン７のスロットル弁１５のスロットル開度、バルブタイミング、燃料噴射量等を制御して、主にエンジン７の回転数の制御を行い、インテークマニホールド６内の圧力Ｐｉを含むデータフレームをブレーキＥＣＵ２に送信して、ブレーキＥＣＵ２は圧力Ｐｉを取得する。
【００３３】
シリンダ１１のブレーキペダル２０側にはプランジャ１２を収納する収納室１６が設けられ、収納室１６には変圧室１３と大気とを開閉自在に連通する大気圧バルブ１７と、変圧室１３とエンジン７のインテークマニホールド６を開閉自在に連通する負圧バルブ１８が設けられており、ペダルストローク量ＳＴに応じてプランジャ１２が収納室１６内を移動することにより、図２に示すように制動時にはプランジャ１２は収納室１６内を左側に移動して大気圧バルブ１７を開とし、負圧バルブ１８を閉とする。非制動時には、図３に示すように、プランジャ１２は収納室１６内を右側に移動して、大気圧バルブ１７は閉とされ、負圧バルブ１８は開とされる。
【００３４】
図２及び図３に示すように、定圧室１４はエンジン７のインテークマニホールド６とは二股状の配管１９の分岐側の一方により連通され、さらに、負圧バルブ１８とインテークマニホールド６とは二股状の配管１９の分岐側の他方により連通されて、配管１９の合流側の中途には、図１に示すように定圧室１４からインテークマニホールド６側に向けてのみ気体を通流するチェック弁５が設けられる。チェック弁５は逆止弁を構成する。
【００３５】
定圧室１４内の圧力がインテークマニホールド６内の圧力よりも高い場合には、定圧室１４内の気体はチェック弁５を通過してインテークマニホールド６内に流れこみ、定圧室１４内の圧力は徐々に低下して、最終的にインテークマニホールド６内の圧力に等しくなる。逆に、定圧室１４内の圧力がインテークマニホールド６内の圧力よりも低い場合には、チェック弁５の逆止弁作用によりインテークマニホールド６内から定圧室１４に向けて気体は流れず、定圧室１４内の圧力は変化しない。
【００３６】
図１に示すブレーキペダル２０が運転者により踏み込まれていない非制動状態においては、ブレーキペダル２０を踏み込み開始位置に戻す図示しない戻しバネの作用により、ブースタ３内のピストン９はシリンダ１１のブレーキペダル２０側に押し付けられて、プランジャ１２により変圧室１３と大気とは大気圧バルブ１７が閉となることにより遮断されて、変圧室１３に大気圧の気体は流入されない。
【００３７】
ブレーキペダル２０が運転者により踏み込まれて制動状態となった場合においては、ブレーキペダル２０のペダルストローク量ＳＴと変圧室１３の体積とは、一意かつ線形の関係を有しており、図２に示すように、プランジャ１２がブレーキペダル２０と反対側に移動されて、大気圧バルブ１７は開とされ負圧バルブ１８は閉とされ、変圧室１３と大気とが遮断されなくなり連通されて、変圧室１３に大気圧が流入される。
【００３８】
変圧室１３に大気圧の気体が流入されると、変圧室１３に大気圧バルブ１７を介して大気圧が流入している過渡的な状況においては、変圧室１３に流入する気体は、大気圧、気温等の条件により流量がばらつくこととなるが、安定状態すなわち定常状態においては、変圧室１３の圧力は大気圧に等しくなる。ここで、定圧室１４の圧力がインテークマニホールド６内の圧力つまり負圧により低下していることから、定圧室１４の圧力が変圧室１３の圧力よりも低くなり、この圧力差に基づいて、ピストン９には付勢力すなわちアシスト力が発生して、この付勢力に基づいて図１に示すマスターシリンダ２１においてマスターシリンダ圧が生成される。
【００３９】
ここで、ブースタ３のシリンダ１１内の体積からピストン９とロッド１０の体積を減じた全体体積Ｖは、変圧室１３の体積Ｖｈと定圧室１４の体積Ｖｃの和に等しいこととなり、定常状態においては、変圧室１３の体積Ｖｈの全てが大気圧となることを考慮すると、定圧室１４の体積は、全体体積Ｖから変圧室１３の体積Ｖｈを減じた体積Ｖ−Ｖｈとなる。
【００４０】
運転者がブレーキペダル２０を踏み込む操作を停止して、ブレーキペダル２０が戻しバネにより戻されて制動状態から非制動状態に移行した場合には、図２に示すように、ピストン９はブレーキペダル２０側に戻されて、プランジャ１２が大気圧バルブ１７を閉として負圧バルブ１８を開として、変圧室１３と定圧室１４とが配管１９の分岐部分を介して連通されて、定圧室１４に変圧室１３の大気圧の気体が流入されて、定圧室１４内の圧力が上昇される。
【００４１】
このとき、インテークマニホールド６内の圧力Ｐｉが定圧室１４内の圧力Ｐｔより低い場合には、定圧室１４内の圧力Ｐｔはインテークマニホールド６内の圧力Ｐｉとなる。また、インテークマニホールド６内の圧力Ｐｉが定圧室１４内の圧力より高い場合には、単位制御周期前後の変圧室１３の体積変化ΔＶｈと体積Ｖｈ（ｎ−１）、Ｖｈ（ｎ）と大気圧Ｐａと全体体積Ｖと、単位制御周期前の定圧室１４の体積Ｖ−Ｖｈ（ｎ）に基づいて、算出することができる。
【００４２】
定圧室１４内の単位制御周期後の圧力Ｐｔ（ｎ）は、単位制御周期前の定圧室１４内の体積Ｖ−Ｖｈ（ｎ−１）と圧力Ｐｔ（ｎ−１）の積に体積変化ΔＶｈに大気圧Ｐａを乗じた値を加えた値を、単位制御周期後の定圧室１４内の体積Ｖ−Ｖｈ（ｎ）で除した値となる。つまり、Ｐｔ（ｎ）＝（（Ｖ−Ｖｈ（ｎ−１）・Ｐｔ（ｎ−１）＋ΔＶｈ・Ｐａ）／（Ｖ−Ｖｈ（ｎ））、ΔＶｈ＝Ｖｈ（ｎ−１）−Ｖｈ（ｎ）となる。
【００４３】
ブレーキＥＣＵ２のペダルストローク量検出手段２ａは、ブレーキペダル２０のペダルストローク量ＳＴをストロークセンサ４の出力結果に基づいて検出する。ブレーキＥＣＵ２の体積算出手段２ｂは、ペダルストローク量ＳＴに基づいてブースタ３内の変圧室１３内の体積Ｖｈを算出する。ブレーキＥＣＵ２の負圧算出手段２ｃは、ブースタ３内の変圧室１３内の体積Ｖｈに基づいてブースタ３内の定圧室１４内の圧力Ｐｔを算出して、算出した圧力Ｐｔと大気圧Ｐａに基づいてブースタ３内の負圧ＰＢＶ＝Ｐａ−Ｐｔを算出する。
【００４４】
なお、大気圧Ｐａについては、例えば特開平８−１２２１９１号公報に記載されているように、エンジンＥＣＵ８が、エンジン７のクランク軸一回転あたりの吸入空気重量を図示しないエアフローメータ等の適宜の手段を用いて検出して、検出された吸入空気重量とエンジン７を標準大気状態で同一のスロットル弁開度と回転数で回転した場合の吸入空気重量に基づいて、予め定めたマップにより大気圧Ｐａを演算して、演算された大気圧Ｐａを含むデータフレームをＣＡＮによりブレーキＥＣＵ２に送信して、ブレーキＥＣＵ２がこのデータフレームから大気圧Ｐａを取得するものとする。
【００４５】
以下、本実施例１の負圧推定装置１の制御内容を、フローチャートとマップを用いて説明する。図４は、本発明による負圧推定装置１の制御内容を示すフローチャートであり、図５は、本発明による負圧推定装置１の制御内容に用いられる物理量を整理して示す模式図である。図６は本発明による負圧推定制御１の制御内容を示すフローチャートであり、図７は、本発明による負圧推定制御１の制御に用いられるマップである。
【００４６】
図４に示すステップＳ１において、ブレーキＥＣＵ２の負圧算出手段２ｃは、定圧室１４の圧力Ｐｔを大気圧Ｐａとする初期設定を行い、ステップＳ２にすすんで、周回スタートポイントを経て、ステップＳ３にすすみ、ステップＳ３において、ブレーキＥＣＵ２は内部の制御フラグの内容から、車両を制動中であるか否かを判定し、肯定である場合には、図４中ａとｂとの間に位置するステップＳ４により、定圧室１４内の圧力Ｐｔを推定するロジックを実行し、ステップＳ３において否定である場合には、ステップＳ４をとばして、ステップＳ５にすすむ。
【００４７】
ステップＳ５において、ブレーキＥＣＵ２の負圧算出手段２ｃは、定圧室１４内の圧力Ｐｔがインテークマニホールド６内の圧力Ｐｉより大きいか否かを判定し、肯定である場合には、ステップＳ６にすすんで、負圧算出手段２ｃは、圧力Ｐｔを圧力Ｐｉとして、否定である場合には、ステップＳ６をとばして、ステップＳ７にすすみ、ブースタ３内の負圧ＰＢＶ＝Ｐａ−Ｐｔを算出する。ステップＳ７を終了した後は、再度ステップＳ２の周回スタートポイントに戻り、ステップＳ２からステップＳ７の処理は継続して単位制御周期毎に実行される。
【００４８】
なお、本発明の負圧推定装置１が用いる物理量の記号について、図５に整理して示す。図５中Ｐｔは定圧室１４内の圧力の値であり、Ｐｉはインテークマニホールド６内の圧力のセンサ値である。Ｐａは大気圧の推定値であり、Ｖはブースタ３の全体体積であり、Ｖｈは変圧室１３の体積であり、ＰＢＶはブースタ３の定圧室１４内の負圧である。なお、Ｐｉは推定値であってもよく、Ｐａはセンサ値であってもよい。
【００４９】
図４に示したステップＳ４の詳細な処理内容を、図６に示すフローチャートに基づいて説明する。図４に示すステップＳ８において、ブレーキＥＣＵ２のペダルストローク量検出手段２ａは、単位制御周期前つまり前回値のストローク量ＳＴ（ｎ−１）を別のＲＡＭに退避させて、今回値のストローク量ＳＴ（ｎ）をストロークセンサ４により検出して、ステップＳ９にすすむ。
【００５０】
ステップＳ９において、ブレーキＥＣＵ２の体積算出手段２ｂは、変圧室１３の体積変化の量ΔＶｈを主に算出する。より具体的には、体積算出手段２ｂは、前回値の変圧室１３の体積Ｖｈ（ｎ−１）を、実験又はシミュレーションにより求められた図７に示すグラフ１により定義される関数Ｖｈ＝Ｆ（ＳＴ）を用いて算出する。
【００５１】
さらに、体積算出手段２ｂは、今回値のストローク量ＳＴ（ｎ）と図７に示すグラフにより定義される関数Ｆを用いて、今回値の変圧室１３の体積Ｖｈ（ｎ）を算出し、体積変化ΔＶｈ＝Ｖｈ（ｎ−１）−Ｖｈ（ｎ）の式より算出する。
【００５２】
なお、ここで念のためΔＶｈに不感帯を設けることとしてもよい。不感帯幅をＶｆとすると、ΔＶｈの絶対値がＶｆより小さくなる場合には、Ｖｈ（ｎ−１）の値は、体積算出手段２ｂにより今周回では更新しないこととする。
【００５３】
つづいて、ステップＳ１０において、体積変化ΔＶｈがゼロより大きいか否かを、体積算出手段２ｂが判定し、肯定である場合にはステップＳ１１にすすみ、否定である場合には、ステップＳ１２にすすむ。
【００５４】
ステップＳ１１において、ブレーキＥＣＵ２の負圧算出手段２ｃは、制動時から非制動時に移行するブレーキ緩め方向における定圧室１４内の圧力Ｐｔ（ｎ）を、ΔＶｈの体積変化分が、変圧室１３から配管１９を介して定圧室１４内に流れ込むと考えて、Ｐｔ（ｎ）＝（Ｖ−Ｖｈ（ｎ−１）・Ｐｔ（ｎ−１）＋ΔＶｈ・Ｐａ）／（Ｖ−Ｖｈ（ｎ））の式から求める。
【００５５】
なお、完全に非制動時に移行した後は、変圧室１３の体積Ｖｈはゼロとなるため、定圧室１４内の圧力はＰｔ（ｎ）＝（Ｖ−Ｖｈ（ｎ−１）・Ｐｔ（ｎ−１）＋ΔＶｈ・Ｐａ）／（Ｖ）と表されることとなる。
【００５６】
ステップＳ１２においては、非制動時から制動時に移行する場合でありブレーキを掛ける方向であって、緩める側においては、変圧室１３から定圧室１４へ気体が流れ込むが、ブレーキを掛ける側において気体は変圧室１３から定圧室１４へは流れず、定圧室１４内の体積変化ΔＶｈ分の圧力変化のみであることを考慮して、負圧算出手段２ｃは、Ｐｔ（ｎ）＝Ｖｈ（ｎ−１）・Ｐｔ（ｎ−１）／Ｖｈ（ｎ）を算出する。
【００５７】
以上述べた制御内容により実現される本実施例１の負圧推定装置１によれば、以下のような作用効果を得ることができる。すなわち、ペダルストローク量ＳＴに基づいてブースタ３内の負圧ＰＢＶを推定することができるため、ブレーキペダル２０の踏力やマスターシリンダ圧に較べてより一般的に用いられ検出も容易なパラメータであるペダルストロを用いることができ、既存のパラメータにより比較的軽微な制御内容の変更により負圧を推定することができる。これにより、実質的なコストアップを招くことなく負圧ＰＢＶを推定することができる。
【００５８】
なお、負圧ＰＢＶの推定は、ブレーキペダル２０に作用する踏力と、マスターシリンダ２１のマスターシリンダ圧に基づいて行うこともできる。以下に踏力とマスターシリンダ圧を用いた負圧ＰＢＶの推定に関する制御内容について述べる。なお、以下の制御内容においては、図１においては図示しないが、ブレーキペダル２０に踏力検出用の圧力センサが設けられ、マスターシリンダ２１の油圧配管の近傍にマスターシリンダ圧を検出する圧力センサが設けられて、双方の検出結果はブレーキＥＣＵ２の入出力インターフェースに接続されるものとする。
【００５９】
図８は、本発明による負圧推定装置１の制御内容を示すフローチャートであり、図９〜１１は本発明による負圧推定制御１の制御に用いられるマップである。
【００６０】
図８のステップＳ１３に示すように、ブレーキＥＣＵ２は、踏力ＦＢＰと、マスターシリンダ圧ＰＭＣを検出して、ステップＳ１４にすすむ。ステップＳ１４において、ブレーキＥＣＵ２は、踏力ＦＢＰとマスターシリンダ圧ＰＭＣと、実験又はシミュレーションにより求められる図９に示すグラフ２により定義される、踏力とマスターシリンダ圧とのサーボ線Ｓと負圧により定まる助勢限界線ＡＬとに基づいて、検出されたＦＢＰとＰＭＣのグラフ２上の位置が、サーボ線Ｓ上か助勢限界線ＡＬ上かを判定し、サーボ線上にある場合にはステップＳ１５にすすみ、助勢限界線ＡＬ上にある場合には、ステップＳ１６にすすむ。
【００６１】
なお、図９において、原点近傍から正の傾きにより右肩上がりに傾斜している線がサーボ線Ｓであり、サーボ線Ｓ上のほぼ等間隔の三点からそれぞれサーボ線Ｓよりも緩い傾斜により傾斜している線が助勢限界線ＡＬである。助勢限界線ＡＬは、ブースタ３の有する負圧により上下し、例えば負圧が大きいほど助勢限界線ＡＬはマスターシリンダ圧ＰＭＣが大きい方向にシフトする。
【００６２】
ステップＳ１５において、ブレーキＥＣＵ２の体積算出手段２ｂは、これも、実験又はシミュレーションにより求められる図１０に示すグラフ３により定義される、踏力と変圧室１３の体積の関数Ｖｈ＝Ｈ（ＰＭＣ）により、変圧室１３の前回値の体積Ｖｈ（ｎ−１）＝Ｈ（ＰＭＣ（ｎ−１））を算出し、今回値の体積Ｖｈ（ｎ）＝Ｈ（ＰＭＣ（ｎ））を算出し、体積変化ΔＶ＝Ｖｈ（ｎ−１）−Ｖｈ（ｎ）を算出する。
【００６３】
ここでも、図６のステップＳ９と同様に、念のためΔＶｈに不感帯を設けることとしてもよい。不感帯幅をＶｆとすると、ΔＶｈの絶対値がＶｆより小さくなる場合には、Ｖｈ（ｎ−１）の値は、体積算出手段２ｂにより今周回では更新しないこととする。
【００６４】
ステップＳ１６において、ブレーキＥＣＵ２の体積算出手段２ｂは、死点負圧ＤＶＢを一度セットした後、セットした後のマスターシリンダ圧ＰＭＣを記憶する。さらに、次回の周回以降で、死点負圧ＤＶＢがこのマスターシリンダ圧ＰＭＣを上回っていたら、死点負圧ＤＶＢの更新は行わない。さらに、死点負圧ＤＶＢがこのマスターシリンダ圧ＰＭＣを下回って、再度、助勢限界の判定をしたら、この時点でＰＭＣ＿ＭＥＭ、ＤＶＢを更新する。
【００６５】
ここで、ＰＭＣ＿ＭＥＭ＝ＰＭＣ
ＤＶＢ＝Ｊ（ＰＭＣ）とする。
【００６６】
なお、関数Ｊは実験又はシミュレーションで求めた図１１のグラフ４に示す助勢限界負圧つまり死点負圧ＤＶＢとマスターシリンダ圧ＰＭＣとの関係を示す。
【００６７】
Ｐｔ＝Ｐａ−ＤＶＢとして以降の計算のつじつまあわせを行う。
【００６８】
ステップＳ１５が終了した後は、図６のｃに戻り、ステップＳ１６が終了した後は、図６のｄに戻る。
【００６９】
以上述べた手法によっても定圧室１４内の圧力Ｐｔを、ブレーキＥＣＵ２の負圧算出手段２ｃが算出することができる。
【００７０】
上述した実施例１においては、ブースタ３内部に負圧を検出する圧力センサを用いることは行わなかったが、ブースタ３に負圧を検出する圧力センサを設けるコスト上の余裕がある場合には、ブースタ３の定圧室１４内に圧力センサを設けて、負圧を検出する圧力センサの異常発生検出を、本発明の負圧推定装置１により判定することができる。以下それについての実施例２について述べる。
【実施例２】
【００７１】
図１２は、本発明による負圧推定装置１の制御内容を示すフローチャートであり、図１３〜１４は本発明による負圧推定装置１の制御に用いられるマップである。
【００７２】
なお、実施例１と共通する構成要素については同一の符号を付し、重複する説明は割愛する。
【００７３】
なお、図１３に示すように、ブースタ３の定圧室１４内に設けられた図１においては図示しない圧力センサの検出した圧力と、センサ値ばらつき範囲とは実線で示す設計中央に対して、設計公差を有しており、設計公差は耐久性、温度特性等を含む。
【００７４】
図１４に示すように、推定圧力と圧力推定誤差の関係は、元となる圧力センサの公差及び介在する部品のばらつき等により発生する。
【００７５】
図１２のステップＳ１７に示すように、ブレーキＥＣＵ２は、シリンダ１１内の定圧室１４内の圧力の推定値のばらつき誤差範囲を例えば±αとして、このときの推定値をＰＶ＿ＥＳＴとすると、真値は、ＰＶ＿ＳＮＳ±２α内に存在することを把握する。
【００７６】
ステップＳ１８において、ブレーキＥＣＵ２は、センサ値の設計公差を±βとし、このときのセンサ値をＰＶ＿ＳＮＳとすると、真値はＰＶ＿ＳＮＳ±２β以内にあることを把握する。
【００７７】
さらに、ステップＳ１９において、ステップＳ１７で求めたＰＶ＿ＥＳＴ±２αと、ＰＶ＿ＳＮＳ±２βが例えば二次元座標上で交わっているか否かを判定し、肯定であれば、ステップＳ２０においてＥＲＲ＿ＣＯＴ＝０とし、否定であれば、ステップＳ２１にすすみ、ＥＲＲ＿ＣＮＴ＝＋として、つづいて、ステップＳ２２において、ＥＲＲ＿ＣＮＴがＮ回未満であるか否かを判定し、否定であれば、ＳＴＡＲＴに戻り、肯定であれば、ステップＳ２３にすすみ、ブレーキＥＣＵ２はセンサ異常を検出する。
【００７８】
なお、上述した図１２のフローチャートにおいて、運転者の動作等により推定ばらつきαを状態により可変としても良い。このことは、例えば、制動中においては、ブースタ３の作動により非制動中よりも推定誤差が大きくなる等の理由によるものである。
【００７９】
以上述べた本実施例２の負圧推定装置１によれば、固着、レンジずれのみでなく、センサの設計公差ずれすなわちゲイン異常を、センサを増加させることなく、インテークマニホールド６内の圧力Ｐｉ、大気圧Ｐａとペダルストローク量に基づいた推定値と、実際の検出値とを比較して検出することができ、定圧室１４内の圧力センサの故障検出精度を向上させることができる。
【００８０】
以上本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明は上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形および置換を加えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、倍力装置内の負圧推定装置に関するものであり、コストアップを招くことなく倍力装置内の負圧を推定することができるとともに、既存のパラメータを有効活用することにより、負圧維持処置の要否を正確に判定して、必要な場合のみにエンジンを駆動させることができるので、エネルギー効率の低下と燃費の悪化を招くことを防止することができる。このため、本発明は、乗用車、トラック、バス等の様々な車両に適用して有益なものである。
【符号の説明】
【００８２】
１ 負圧推定装置
２ ブレーキＥＣＵ
２ａ ペダルストローク量検出手段
２ｂ 体積算出手段
２ｃ 負圧算出手段
３ ブースタ
４ ストロークセンサ
５ チェック弁
６ インテークマニホールド
７ エンジン
８ エンジンＥＣＵ
９ ピストン
１０ ロッド
１１ シリンダ
１２ プランジャ
１３ 変圧室
１４ 定圧室
１５ スロットル弁
１６ 収納室
１７ 大気圧バルブ
１８ 負圧バルブ
１９ 配管
２０ ブレーキペダル
２１ マスターシリンダ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレーキペダルのペダルストローク量に基づいて、エンジンの生成した負圧を利用してマスターシリンダ圧を発生させる倍力装置において、倍力装置内の負圧を推定する負圧推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から車両においては、エンジンのインテークマニホールドにおいて生成された負圧を付勢力として利用してマスターシリンダの基礎油圧から操作油圧すなわちマスターシリンダ圧を発生する倍力装置すなわちブースタを用いることが行われている。このブースタにおいては、ブレーキペダルのペダルストローク量に基づいて、負圧を利用してマスターシリンダ圧を生成している。このマスターシリンダ圧を供給油圧としてホイールシリンダに供給することにより、車両の制動が行われている。
【０００３】
近年における車両においては、燃費性能を向上させることを目的として、車両の停止期間中においてはなるべくエンジンを停止させること、すなわち、所謂アイドリングストップが推奨されている。このような近年の車両においては、エンジンが停止される期間が増大することから、ブースタ内の負圧を定常的に維持することが困難となり、マスターシリンダ圧を生成するにあたっての付勢力を十分に保持することが困難となる事態を招くことも考えられる。ブースタ内の負圧を維持できない状況が発生すると、エンジンを停止することが推奨される期間においてもエンジンを始動させること、あるいは、エンジンの替わりに負圧を生成する例えばバキュームポンプを駆動させる等の適宜の負圧維持のための処置を講じる必要が生じる。
【０００４】
上述したようないずれの処置を講じる場合においても、ブースタ内の負圧が維持できない状況を検出することが必要となり、負圧が維持できないことを検出するためには、ブースタ内の負圧を検出する必要が生じるが、ブースタ内に圧力センサを設けることは部品点数の増加を招きコストアップを招くという不都合を生じる。このため、ブースタ内の負圧を他のパラメータに基づいて推定することが考えられ、この推定を実現する手法は例えば特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１７１５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されている手法のように、ブレーキペダルの踏力やマスターシリンダ圧からブースタ内の負圧を推定するために、ブレーキペダルに圧力センサを設けることやマスターシリンダ自体又はマスターシリンダ近傍の油圧配管に圧力センサを設けることが必要となり、これによっても部品点数の増加を招きコストアップを招くという問題がやはり生じる。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑み、コストアップを招くことなくブースタすなわち倍力装置内の負圧を推定することができる負圧推定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の問題を解決するため、本発明による負圧推定装置は、
ブレーキペダルのペダルストローク量を検出するペダルストローク量検出手段と、
前記ペダルストローク量に基づいて倍力装置内の変圧室内の体積を算出する体積算出手段と、
前記体積に基づいて前記倍力装置内の定圧室内の圧力を算出して、前記圧力と大気圧に基づいて前記倍力装置内の負圧を算出する負圧算出手段を含む、
ことを特徴とする。
【０００９】
なお、前記倍力装置はピストン及びロッドとシリンダから構成されるブースタであって、前記ピストンの前記ブレーキペダル側に画成される変圧室と、前記ピストンの前記ブレーキペダルと反対側に画成される定圧室とを含み、前記ピストンは前記ブレーキペダルのペダルストローク量に応じてストロークされる。
【００１０】
前記シリンダの前記ブレーキペダル側には前記変圧室と大気とを開閉自在に連通する大気圧バルブと、前記変圧室とエンジンのインテークマニホールドを開閉自在に連通する真空バルブが設けられており、前記ロッドが備えて前記大気圧バルブ及び前記真空バルブの一部をなすプランジャにより、制動時には前記大気圧バルブは開とされ、前記真空バルブは閉とされる。非制動時には、前記プランジャにより前記大気圧バルブは閉とされ、前記真空バルブは開とされる。
【００１１】
前記定圧室は前記エンジンのインテークマニホールドと配管により連通され、前記配管の中途には、前記定圧室から前記インテークマニホールド側に向けてのみ気体を通流する逆止弁が設けられる。ここで、前記気体は典型的には空気である。
【００１２】
前記定圧室内の圧力が前記インテークマニホールド内の圧力よりも高い場合には、前記逆止弁の作用に基づき、前記定圧室内の気体は前記インテークマニホールド内に流れこみ、前記定圧室内の圧力は徐々に低下して、最終的に前記インテークマニホールド内の圧力に等しくなる。逆に、前記定圧室内の圧力が前記インテークマニホールド内の圧力よりも低い場合には、前記逆止弁の作用により前記インテークマニホールド内から前記定圧室に向けて気体は流れこむことがなく、前記定圧室内の圧力は変化しない。
【００１３】
前記ブレーキペダルが運転者により踏み込まれていない非制動状態においては、前記ブレーキペダルを踏み込み開始位置に戻す戻しバネの作用により、前記ピストンは前記シリンダの前記ブレーキペダル側に押し付けられて、前記プランジャにより前記変圧室と大気とは前記大気圧バルブが閉となることにより遮断されて、前記変圧室に大気圧は流入されない。
【００１４】
前記ブレーキペダルが運転者により踏み込まれて制動状態となった場合においては、前記ブレーキペダルのペダルストローク量と前記変圧室の体積とは、一意かつ線形の関係にあり、前記ペダルストローク量の増加に比例して、前記変圧室の体積は増加する。つまり、前記ペダルストローク量の増加に伴い、前記ロッド及び前記プランジャが前記ブレーキペダルと反対側に移動されて、前記大気圧バルブは開とされるとともに前記真空バルブは閉とされ、前記変圧室と大気とが遮断されなくなり連通されて、前記変圧室に大気圧が流入される。
【００１５】
前記変圧室に大気圧が流入されると、前記変圧室に前記大気圧バルブを介して大気圧が流入している過渡的な状況においては、前記変圧室に流入する気体は、大気圧、気温等の条件により流量がばらつくこととなるが、過渡的な状況が経過した後の安定状態すなわち定常状態においては、前記変圧室の圧力は大気圧に等しくなる。
【００１６】
ここで、前記定圧室の圧力が前記インテークマニホールド内の圧力つまり負圧により低下していることから、前記定圧室の圧力が前記変圧室の圧力よりも低くなり、この圧力差に基づいて、前記ピストンには付勢力すなわちアシスト力が発生して、この付勢力に基づいて前記マスターシリンダ圧が生成される。
【００１７】
ここで、前記倍力装置の前記シリンダ内の体積から前記ピストンと前記ピストンを支持するロッドの体積を減じた全体体積は、前記変圧室の体積と前記定圧室の体積の和に等しい。加えて、前記定常状態においては、前記変圧室の体積の全てが前記大気圧となる。これらの知見を考慮すると、前記定圧室の体積は、前記全体体積から前記変圧室の体積を減じた体積となる。
【００１８】
運転者が前記ブレーキペダルを踏み込む操作を停止して、前記ブレーキペダルが前記戻しバネにより戻されて制動状態から非制動状態に移行した場合には、前記ピストンは前記ブレーキペダル側に戻されて、前記ロッドも前記ブレーキペダル側に戻されて、これに伴い、前記プランジャが前記大気圧バルブを閉として前記真空バルブを開として、前記変圧室と前記定圧室とが連通されて、前記定圧室に前記変圧室の大気圧が流入されて、前記定圧室内の圧力が上昇される。
【００１９】
このとき、前記インテークマニホールド内の圧力が前記定圧室内の圧力より低い場合には、前記逆止弁の作用に基づいて、前記定圧室内の圧力は前記インテークマニホールド内の圧力となる。
【００２０】
また、前記インテークマニホールド内の圧力が前記定圧室内の圧力より高い場合には、単位制御周期前後の前記変圧室の体積変化と体積と大気圧と前記全体体積と、前記単位制御周期前の前記定圧室の体積に基づいて、算出することができる。
【００２１】
この知見に基づいて、前記体積算出手段によりまず、前記ペダルストローク量に基づいて倍力装置内の変圧室内の体積を算出して、前記負圧算出手段は、前記体積に基づいて前記倍力装置内の定圧室内の圧力を算出して、前記圧力と大気圧に基づいて前記倍力装置内の負圧を算出する。
【００２２】
なお、前記定圧室内の前記単位制御周期後の圧力は、前記単位制御周期前の前記定圧室内の体積と圧力の積に前記体積変化に大気圧を乗じた値を加えた値を、前記単位制御周期後の前記定圧室内の体積で除した値となる。
【００２３】
前記負圧推定装置によれば、前記ペダルストローク量に基づいて前記倍力装置内の負圧を推定することができる。また、前記ブレーキペダルの踏力や前記マスターシリンダ圧に較べて、前記ペダルストローク量は現在の車両においてはより一般的に検出されているパラメータであるため、一般的に検出されることが多い既存のパラメータを利用して、比較的軽微な制御変更により前記負圧を推定することができる。つまり、実質的なコストアップを招くことなく負圧を推定することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の負圧推定装置によれば、コストアップを招くことなく倍力装置内の負圧を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る負圧推定装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明に係る負圧推定装置の一実施形態の一部を示す模式図である。
【図３】本発明に係る負圧推定装置の一実施形態の一部を示す模式図である。
【図４】本発明に係る負圧推定制御の制御内容を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る負圧推定制御の制御に用いられる記号の内容を示す模式図である。
【図６】本発明に係る負圧推定制御の制御内容を示すフローチャートである。
【図７】本発明に係る負圧推定制御の制御内容において用いられるマップである。
【図８】本発明に係る負圧推定制御の制御内容を示すフローチャートである。
【図９】本発明に係る負圧推定制御の制御内容において用いられるマップである。
【図１０】本発明に係る負圧推定制御の制御内容において用いられるマップである。
【図１１】本発明に係る負圧推定制御の制御内容において用いられるマップである。
【図１２】本発明に係る負圧推定制御の制御内容を示すフローチャートである。
【図１３】本発明に係る負圧推定制御の制御内容において用いられるマップである。
【図１４】本発明に係る負圧推定制御の制御内容において用いられるマップである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１は、本発明に係る負圧推定装置の一実施形態を示す模式図である。図２は、本発明に係る負圧推定装置の一実施形態の一部を示す模式図である。図３は、本発明に係る負圧推定装置の一実施形態の一部を示す模式図である。
【００２８】
図１に示すように負圧推定装置１は、ブレーキＥＣＵ２（Electronic Control Unit）と、ブースタ３と、ストロークセンサ４と、チェック弁５と、インテークマニホールド６を備えて構成される。インテークマニホールド６はエンジン７の吸気系統を構成し、エンジン７はエンジンＥＣＵ８により制御され、エンジンＥＣＵ８は図示しない圧力センサによりインテークマニホールド６内の圧力Ｐｉを検出している。ブレーキＥＣＵ２と、エンジンＥＣＵ８とはＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信規格により相互に接続される。
【００２９】
ブレーキＥＣＵ２は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびそれらを接続するデータバスと入出力インターフェースから構成され、ＲＯＭに格納されたプログラムに従い、ＣＰＵが所定の処理を行うものであり、以下に述べる処理を行うペダルストローク量検出手段２ａと、体積算出手段２ｂと、負圧算出手段２ｃを構成するものである。
【００３０】
ブースタ３は、図２に示すように、ピストン９及びロッド１０とシリンダ１１とプランジャ１２から構成されて、ピストン９の図２中右側に位置するブレーキペダル２０側に画成される変圧室１３と、ピストン９のブレーキペダル２０と反対側に画成される定圧室１４とを含み、ピストン９はブレーキペダル２０のペダルストローク量ＳＴに応じて図２中左右方向にストロークされる。
【００３１】
運転者がブレーキペダル２０を踏み込んだ場合には、ピストン９、ロッド１０及びプランジャ１２は図２中左側に移動し、運転者がブレーキペダル２０の踏み込みを解除した場合には、ピストン９、ロッド１０及びプランジャ１２は図示しない戻しバネの作用に基づいて、図２中右側に移動する。
【００３２】
エンジンＥＣＵ８は例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびそれらを接続するデータバスと入出力インターフェースから構成され、ＲＯＭに格納されたプログラムに従い、ＣＰＵが所定の処理を行うものであり、エンジン７のスロットル弁１５のスロットル開度、バルブタイミング、燃料噴射量等を制御して、主にエンジン７の回転数の制御を行い、インテークマニホールド６内の圧力Ｐｉを含むデータフレームをブレーキＥＣＵ２に送信して、ブレーキＥＣＵ２は圧力Ｐｉを取得する。
【００３３】
シリンダ１１のブレーキペダル２０側にはプランジャ１２を収納する収納室１６が設けられ、収納室１６には変圧室１３と大気とを開閉自在に連通する大気圧バルブ１７と、変圧室１３とエンジン７のインテークマニホールド６を開閉自在に連通する負圧バルブ１８が設けられており、ペダルストローク量ＳＴに応じてプランジャ１２が収納室１６内を移動することにより、図２に示すように制動時にはプランジャ１２は収納室１６内を左側に移動して大気圧バルブ１７を開とし、負圧バルブ１８を閉とする。非制動時には、図３に示すように、プランジャ１２は収納室１６内を右側に移動して、大気圧バルブ１７は閉とされ、負圧バルブ１８は開とされる。
【００３４】
図２及び図３に示すように、定圧室１４はエンジン７のインテークマニホールド６とは二股状の配管１９の分岐側の一方により連通され、さらに、負圧バルブ１８とインテークマニホールド６とは二股状の配管１９の分岐側の他方により連通されて、配管１９の合流側の中途には、図１に示すように定圧室１４からインテークマニホールド６側に向けてのみ気体を通流するチェック弁５が設けられる。チェック弁５は逆止弁を構成する。
【００３５】
定圧室１４内の圧力がインテークマニホールド６内の圧力よりも高い場合には、定圧室１４内の気体はチェック弁５を通過してインテークマニホールド６内に流れこみ、定圧室１４内の圧力は徐々に低下して、最終的にインテークマニホールド６内の圧力に等しくなる。逆に、定圧室１４内の圧力がインテークマニホールド６内の圧力よりも低い場合には、チェック弁５の逆止弁作用によりインテークマニホールド６内から定圧室１４に向けて気体は流れず、定圧室１４内の圧力は変化しない。
【００３６】
図１に示すブレーキペダル２０が運転者により踏み込まれていない非制動状態においては、ブレーキペダル２０を踏み込み開始位置に戻す図示しない戻しバネの作用により、ブースタ３内のピストン９はシリンダ１１のブレーキペダル２０側に押し付けられて、プランジャ１２により変圧室１３と大気とは大気圧バルブ１７が閉となることにより遮断されて、変圧室１３に大気圧の気体は流入されない。
【００３７】
ブレーキペダル２０が運転者により踏み込まれて制動状態となった場合においては、ブレーキペダル２０のペダルストローク量ＳＴと変圧室１３の体積とは、一意かつ線形の関係を有しており、図２に示すように、プランジャ１２がブレーキペダル２０と反対側に移動されて、大気圧バルブ１７は開とされ負圧バルブ１８は閉とされ、変圧室１３と大気とが遮断されなくなり連通されて、変圧室１３に大気圧が流入される。
【００３８】
変圧室１３に大気圧の気体が流入されると、変圧室１３に大気圧バルブ１７を介して大気圧が流入している過渡的な状況においては、変圧室１３に流入する気体は、大気圧、気温等の条件により流量がばらつくこととなるが、安定状態すなわち定常状態においては、変圧室１３の圧力は大気圧に等しくなる。ここで、定圧室１４の圧力がインテークマニホールド６内の圧力つまり負圧により低下していることから、定圧室１４の圧力が変圧室１３の圧力よりも低くなり、この圧力差に基づいて、ピストン９には付勢力すなわちアシスト力が発生して、この付勢力に基づいて図１に示すマスターシリンダ２１においてマスターシリンダ圧が生成される。
【００３９】
ここで、ブースタ３のシリンダ１１内の体積からピストン９とロッド１０の体積を減じた全体体積Ｖは、変圧室１３の体積Ｖｈと定圧室１４の体積Ｖｃの和に等しいこととなり、定常状態においては、変圧室１３の体積Ｖｈの全てが大気圧となることを考慮すると、定圧室１４の体積は、全体体積Ｖから変圧室１３の体積Ｖｈを減じた体積Ｖ−Ｖｈとなる。
【００４０】
運転者がブレーキペダル２０を踏み込む操作を停止して、ブレーキペダル２０が戻しバネにより戻されて制動状態から非制動状態に移行した場合には、図２に示すように、ピストン９はブレーキペダル２０側に戻されて、プランジャ１２が大気圧バルブ１７を閉として負圧バルブ１８を開として、変圧室１３と定圧室１４とが配管１９の分岐部分を介して連通されて、定圧室１４に変圧室１３の大気圧の気体が流入されて、定圧室１４内の圧力が上昇される。
【００４１】
このとき、インテークマニホールド６内の圧力Ｐｉが定圧室１４内の圧力Ｐｔより低い場合には、定圧室１４内の圧力Ｐｔはインテークマニホールド６内の圧力Ｐｉとなる。また、インテークマニホールド６内の圧力Ｐｉが定圧室１４内の圧力より高い場合には、単位制御周期前後の変圧室１３の体積変化ΔＶｈと体積Ｖｈ（ｎ−１）、Ｖｈ（ｎ）と大気圧Ｐａと全体体積Ｖと、単位制御周期前の定圧室１４の体積Ｖ−Ｖｈ（ｎ）に基づいて、算出することができる。
【００４２】
定圧室１４内の単位制御周期後の圧力Ｐｔ（ｎ）は、単位制御周期前の定圧室１４内の体積Ｖ−Ｖｈ（ｎ−１）と圧力Ｐｔ（ｎ−１）の積に体積変化ΔＶｈに大気圧Ｐａを乗じた値を加えた値を、単位制御周期後の定圧室１４内の体積Ｖ−Ｖｈ（ｎ）で除した値となる。つまり、Ｐｔ（ｎ）＝（（Ｖ−Ｖｈ（ｎ−１）・Ｐｔ（ｎ−１）＋ΔＶｈ・Ｐａ）／（Ｖ−Ｖｈ（ｎ））、ΔＶｈ＝Ｖｈ（ｎ−１）−Ｖｈ（ｎ）となる。
【００４３】
ブレーキＥＣＵ２のペダルストローク量検出手段２ａは、ブレーキペダル２０のペダルストローク量ＳＴをストロークセンサ４の出力結果に基づいて検出する。ブレーキＥＣＵ２の体積算出手段２ｂは、ペダルストローク量ＳＴに基づいてブースタ３内の変圧室１３内の体積Ｖｈを算出する。ブレーキＥＣＵ２の負圧算出手段２ｃは、ブースタ３内の変圧室１３内の体積Ｖｈに基づいてブースタ３内の定圧室１４内の圧力Ｐｔを算出して、算出した圧力Ｐｔと大気圧Ｐａに基づいてブースタ３内の負圧ＰＢＶ＝Ｐａ−Ｐｔを算出する。
【００４４】
なお、大気圧Ｐａについては、例えば特開平８−１２２１９１号公報に記載されているように、エンジンＥＣＵ８が、エンジン７のクランク軸一回転あたりの吸入空気重量を図示しないエアフローメータ等の適宜の手段を用いて検出して、検出された吸入空気重量とエンジン７を標準大気状態で同一のスロットル弁開度と回転数で回転した場合の吸入空気重量に基づいて、予め定めたマップにより大気圧Ｐａを演算して、演算された大気圧Ｐａを含むデータフレームをＣＡＮによりブレーキＥＣＵ２に送信して、ブレーキＥＣＵ２がこのデータフレームから大気圧Ｐａを取得するものとする。
【００４５】
以下、本実施例１の負圧推定装置１の制御内容を、フローチャートとマップを用いて説明する。図４は、本発明による負圧推定装置１の制御内容を示すフローチャートであり、図５は、本発明による負圧推定装置１の制御内容に用いられる物理量を整理して示す模式図である。図６は本発明による負圧推定制御１の制御内容を示すフローチャートであり、図７は、本発明による負圧推定制御１の制御に用いられるマップである。
【００４６】
図４に示すステップＳ１において、ブレーキＥＣＵ２の負圧算出手段２ｃは、定圧室１４の圧力Ｐｔを大気圧Ｐａとする初期設定を行い、ステップＳ２にすすんで、周回スタートポイントを経て、ステップＳ３にすすみ、ステップＳ３において、ブレーキＥＣＵ２は内部の制御フラグの内容から、車両を制動中であるか否かを判定し、肯定である場合には、図４中ａとｂとの間に位置するステップＳ４により、定圧室１４内の圧力Ｐｔを推定するロジックを実行し、ステップＳ３において否定である場合には、ステップＳ４をとばして、ステップＳ５にすすむ。
【００４７】
ステップＳ５において、ブレーキＥＣＵ２の負圧算出手段２ｃは、定圧室１４内の圧力Ｐｔがインテークマニホールド６内の圧力Ｐｉより大きいか否かを判定し、肯定である場合には、ステップＳ６にすすんで、負圧算出手段２ｃは、圧力Ｐｔを圧力Ｐｉとして、否定である場合には、ステップＳ６をとばして、ステップＳ７にすすみ、ブースタ３内の負圧ＰＢＶ＝Ｐａ−Ｐｔを算出する。ステップＳ７を終了した後は、再度ステップＳ２の周回スタートポイントに戻り、ステップＳ２からステップＳ７の処理は継続して単位制御周期毎に実行される。
【００４８】
なお、本発明の負圧推定装置１が用いる物理量の記号について、図５に整理して示す。図５中Ｐｔは定圧室１４内の圧力の値であり、Ｐｉはインテークマニホールド６内の圧力のセンサ値である。Ｐａは大気圧の推定値であり、Ｖはブースタ３の全体体積であり、Ｖｈは変圧室１３の体積であり、ＰＢＶはブースタ３の定圧室１４内の負圧である。なお、Ｐｉは推定値であってもよく、Ｐａはセンサ値であってもよい。
【００４９】
図４に示したステップＳ４の詳細な処理内容を、図６に示すフローチャートに基づいて説明する。図４に示すステップＳ８において、ブレーキＥＣＵ２のペダルストローク量検出手段２ａは、単位制御周期前つまり前回値のストローク量ＳＴ（ｎ−１）を別のＲＡＭに退避させて、今回値のストローク量ＳＴ（ｎ）をストロークセンサ４により検出して、ステップＳ９にすすむ。
【００５０】
ステップＳ９において、ブレーキＥＣＵ２の体積算出手段２ｂは、変圧室１３の体積変化の量ΔＶｈを主に算出する。より具体的には、体積算出手段２ｂは、前回値の変圧室１３の体積Ｖｈ（ｎ−１）を、実験又はシミュレーションにより求められた図７に示すグラフ１により定義される関数Ｖｈ＝Ｆ（ＳＴ）を用いて算出する。
【００５１】
さらに、体積算出手段２ｂは、今回値のストローク量ＳＴ（ｎ）と図７に示すグラフにより定義される関数Ｆを用いて、今回値の変圧室１３の体積Ｖｈ（ｎ）を算出し、体積変化ΔＶｈ＝Ｖｈ（ｎ−１）−Ｖｈ（ｎ）の式より算出する。
【００５２】
なお、ここで念のためΔＶｈに不感帯を設けることとしてもよい。不感帯幅をＶｆとすると、ΔＶｈの絶対値がＶｆより小さくなる場合には、Ｖｈ（ｎ−１）の値は、体積算出手段２ｂにより今周回では更新しないこととする。
【００５３】
つづいて、ステップＳ１０において、体積変化ΔＶｈがゼロより大きいか否かを、体積算出手段２ｂが判定し、肯定である場合にはステップＳ１１にすすみ、否定である場合には、ステップＳ１２にすすむ。
【００５４】
ステップＳ１１において、ブレーキＥＣＵ２の負圧算出手段２ｃは、制動時から非制動時に移行するブレーキ緩め方向における定圧室１４内の圧力Ｐｔ（ｎ）を、ΔＶｈの体積変化分が、変圧室１３から配管１９を介して定圧室１４内に流れ込むと考えて、Ｐｔ（ｎ）＝（Ｖ−Ｖｈ（ｎ−１）・Ｐｔ（ｎ−１）＋ΔＶｈ・Ｐａ）／（Ｖ−Ｖｈ（ｎ））の式から求める。
【００５５】
なお、完全に非制動時に移行した後は、変圧室１３の体積Ｖｈはゼロとなるため、定圧室１４内の圧力はＰｔ（ｎ）＝（Ｖ−Ｖｈ（ｎ−１）・Ｐｔ（ｎ−１）＋ΔＶｈ・Ｐａ）／（Ｖ）と表されることとなる。
【００５６】
ステップＳ１２においては、非制動時から制動時に移行する場合でありブレーキを掛ける方向であって、緩める側においては、変圧室１３から定圧室１４へ気体が流れ込むが、ブレーキを掛ける側において気体は変圧室１３から定圧室１４へは流れず、定圧室１４内の体積変化ΔＶｈ分の圧力変化のみであることを考慮して、負圧算出手段２ｃは、Ｐｔ（ｎ）＝Ｖｈ（ｎ−１）・Ｐｔ（ｎ−１）／Ｖｈ（ｎ）を算出する。
【００５７】
以上述べた制御内容により実現される本実施例１の負圧推定装置１によれば、以下のような作用効果を得ることができる。すなわち、ペダルストローク量ＳＴに基づいてブースタ３内の負圧ＰＢＶを推定することができるため、ブレーキペダル２０の踏力やマスターシリンダ圧に較べてより一般的に用いられ検出も容易なパラメータであるペダルストロを用いることができ、既存のパラメータにより比較的軽微な制御内容の変更により負圧を推定することができる。これにより、実質的なコストアップを招くことなく負圧ＰＢＶを推定することができる。
【００５８】
なお、負圧ＰＢＶの推定は、ブレーキペダル２０に作用する踏力と、マスターシリンダ２１のマスターシリンダ圧に基づいて行うこともできる。以下に踏力とマスターシリンダ圧を用いた負圧ＰＢＶの推定に関する制御内容について述べる。なお、以下の制御内容においては、図１においては図示しないが、ブレーキペダル２０に踏力検出用の圧力センサが設けられ、マスターシリンダ２１の油圧配管の近傍にマスターシリンダ圧を検出する圧力センサが設けられて、双方の検出結果はブレーキＥＣＵ２の入出力インターフェースに接続されるものとする。
【００５９】
図８は、本発明による負圧推定装置１の制御内容を示すフローチャートであり、図９〜１１は本発明による負圧推定制御１の制御に用いられるマップである。
【００６０】
図８のステップＳ１３に示すように、ブレーキＥＣＵ２は、踏力ＦＢＰと、マスターシリンダ圧ＰＭＣを検出して、ステップＳ１４にすすむ。ステップＳ１４において、ブレーキＥＣＵ２は、踏力ＦＢＰとマスターシリンダ圧ＰＭＣと、実験又はシミュレーションにより求められる図９に示すグラフ２により定義される、踏力とマスターシリンダ圧とのサーボ線Ｓと負圧により定まる助勢限界線ＡＬとに基づいて、検出されたＦＢＰとＰＭＣのグラフ２上の位置が、サーボ線Ｓ上か助勢限界線ＡＬ上かを判定し、サーボ線上にある場合にはステップＳ１５にすすみ、助勢限界線ＡＬ上にある場合には、ステップＳ１６にすすむ。
【００６１】
なお、図９において、原点近傍から正の傾きにより右肩上がりに傾斜している線がサーボ線Ｓであり、サーボ線Ｓ上のほぼ等間隔の三点からそれぞれサーボ線Ｓよりも緩い傾斜により傾斜している線が助勢限界線ＡＬである。助勢限界線ＡＬは、ブースタ３の有する負圧により上下し、例えば負圧が大きいほど助勢限界線ＡＬはマスターシリンダ圧ＰＭＣが大きい方向にシフトする。
【００６２】
ステップＳ１５において、ブレーキＥＣＵ２の体積算出手段２ｂは、これも、実験又はシミュレーションにより求められる図１０に示すグラフ３により定義される、踏力と変圧室１３の体積の関数Ｖｈ＝Ｈ（ＰＭＣ）により、変圧室１３の前回値の体積Ｖｈ（ｎ−１）＝Ｈ（ＰＭＣ（ｎ−１））を算出し、今回値の体積Ｖｈ（ｎ）＝Ｈ（ＰＭＣ（ｎ））を算出し、体積変化ΔＶ＝Ｖｈ（ｎ−１）−Ｖｈ（ｎ）を算出する。
【００６３】
ここでも、図６のステップＳ９と同様に、念のためΔＶｈに不感帯を設けることとしてもよい。不感帯幅をＶｆとすると、ΔＶｈの絶対値がＶｆより小さくなる場合には、Ｖｈ（ｎ−１）の値は、体積算出手段２ｂにより今周回では更新しないこととする。
【００６４】
ステップＳ１６において、ブレーキＥＣＵ２の体積算出手段２ｂは、死点負圧ＤＶＢを一度セットした後、セットした後のマスターシリンダ圧ＰＭＣを記憶する。さらに、次回の周回以降で、死点負圧ＤＶＢがこのマスターシリンダ圧ＰＭＣを上回っていたら、死点負圧ＤＶＢの更新は行わない。さらに、死点負圧ＤＶＢがこのマスターシリンダ圧ＰＭＣを下回って、再度、助勢限界の判定をしたら、この時点でＰＭＣ＿ＭＥＭ、ＤＶＢを更新する。
【００６５】
ここで、ＰＭＣ＿ＭＥＭ＝ＰＭＣ
ＤＶＢ＝Ｊ（ＰＭＣ）とする。
【００６６】
なお、関数Ｊは実験又はシミュレーションで求めた図１１のグラフ４に示す助勢限界負圧つまり死点負圧ＤＶＢとマスターシリンダ圧ＰＭＣとの関係を示す。
【００６７】
Ｐｔ＝Ｐａ−ＤＶＢとして以降の計算のつじつまあわせを行う。
【００６８】
ステップＳ１５が終了した後は、図６のｃに戻り、ステップＳ１６が終了した後は、図６のｄに戻る。
【００６９】
以上述べた手法によっても定圧室１４内の圧力Ｐｔを、ブレーキＥＣＵ２の負圧算出手段２ｃが算出することができる。
【００７０】
上述した実施例１においては、ブースタ３内部に負圧を検出する圧力センサを用いることは行わなかったが、ブースタ３に負圧を検出する圧力センサを設けるコスト上の余裕がある場合には、ブースタ３の定圧室１４内に圧力センサを設けて、負圧を検出する圧力センサの異常発生検出を、本発明の負圧推定装置１により判定することができる。以下それについての実施例２について述べる。
【実施例２】
【００７１】
図１２は、本発明による負圧推定装置１の制御内容を示すフローチャートであり、図１３〜１４は本発明による負圧推定装置１の制御に用いられるマップである。
【００７２】
なお、実施例１と共通する構成要素については同一の符号を付し、重複する説明は割愛する。
【００７３】
なお、図１３に示すように、ブースタ３の定圧室１４内に設けられた図１においては図示しない圧力センサの検出した圧力と、センサ値ばらつき範囲とは実線で示す設計中央に対して、設計公差を有しており、設計公差は耐久性、温度特性等を含む。
【００７４】
図１４に示すように、推定圧力と圧力推定誤差の関係は、元となる圧力センサの公差及び介在する部品のばらつき等により発生する。
【００７５】
図１２のステップＳ１７に示すように、ブレーキＥＣＵ２は、シリンダ１１内の定圧室１４内の圧力の推定値のばらつき誤差範囲を例えば±αとして、このときの推定値をＰＶ＿ＥＳＴとすると、真値は、ＰＶ＿ＳＮＳ±２α内に存在することを把握する。
【００７６】
ステップＳ１８において、ブレーキＥＣＵ２は、センサ値の設計公差を±βとし、このときのセンサ値をＰＶ＿ＳＮＳとすると、真値はＰＶ＿ＳＮＳ±２β以内にあることを把握する。
【００７７】
さらに、ステップＳ１９において、ステップＳ１７で求めたＰＶ＿ＥＳＴ±２αと、ＰＶ＿ＳＮＳ±２βが例えば二次元座標上で交わっているか否かを判定し、肯定であれば、ステップＳ２０においてＥＲＲ＿ＣＯＴ＝０とし、否定であれば、ステップＳ２１にすすみ、ＥＲＲ＿ＣＮＴ＝＋として、つづいて、ステップＳ２２において、ＥＲＲ＿ＣＮＴがＮ回未満であるか否かを判定し、否定であれば、ＳＴＡＲＴに戻り、肯定であれば、ステップＳ２３にすすみ、ブレーキＥＣＵ２はセンサ異常を検出する。
【００７８】
なお、上述した図１２のフローチャートにおいて、運転者の動作等により推定ばらつきαを状態により可変としても良い。このことは、例えば、制動中においては、ブースタ３の作動により非制動中よりも推定誤差が大きくなる等の理由によるものである。
【００７９】
以上述べた本実施例２の負圧推定装置１によれば、固着、レンジずれのみでなく、センサの設計公差ずれすなわちゲイン異常を、センサを増加させることなく、インテークマニホールド６内の圧力Ｐｉ、大気圧Ｐａとペダルストローク量に基づいた推定値と、実際の検出値とを比較して検出することができ、定圧室１４内の圧力センサの故障検出精度を向上させることができる。
【００８０】
以上本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明は上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形および置換を加えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、倍力装置内の負圧推定装置に関するものであり、コストアップを招くことなく倍力装置内の負圧を推定することができるとともに、既存のパラメータを有効活用することにより、負圧維持処置の要否を正確に判定して、必要な場合のみにエンジンを駆動させることができるので、エネルギー効率の低下と燃費の悪化を招くことを防止することができる。このため、本発明は、乗用車、トラック、バス等の様々な車両に適用して有益なものである。
【符号の説明】
【００８２】
１ 負圧推定装置
２ ブレーキＥＣＵ
２ａ ペダルストローク量検出手段
２ｂ 体積算出手段
２ｃ 負圧算出手段
３ ブースタ
４ ストロークセンサ
５ チェック弁
６ インテークマニホールド
７ エンジン
８ エンジンＥＣＵ
９ ピストン
１０ ロッド
１１ シリンダ
１２ プランジャ
１３ 変圧室
１４ 定圧室
１５ スロットル弁
１６ 収納室
１７ 大気圧バルブ
１８ 負圧バルブ
１９ 配管
２０ ブレーキペダル
２１ マスターシリンダ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレーキペダルのペダルストローク量を検出するペダルストローク量検出手段と、前記ペダルストローク量に基づいて倍力装置内の変圧室内の体積を算出する体積算出手段と、前記体積に基づいて前記倍力装置内の定圧室内の圧力を算出して、前記圧力と大気圧に基づいて前記倍力装置内の負圧を算出する負圧算出手段を含む、ことを特徴とする負圧推定装置。
【請求項１】
ブレーキペダルのペダルストローク量を検出するペダルストローク量検出手段と、前記ペダルストローク量に基づいて倍力装置内の変圧室内の体積を算出する体積算出手段と、前記体積に基づいて前記倍力装置内の定圧室内の圧力を算出して、前記圧力と大気圧に基づいて前記倍力装置内の負圧を算出する負圧算出手段を含む、ことを特徴とする負圧推定装置。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１】
【図６】
【図１２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１】
【図６】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２２８５５６（Ｐ２０１０−２２８５５６Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７７３３９（Ｐ２００９−７７３３９）
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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