JP2000033862A - 車輪ブレ―キの制御方法および装置 - Google Patents

車輪ブレ―キの制御方法および装置

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JP2000033862A
JP2000033862A JP11164784A JP16478499A JP2000033862A JP 2000033862 A JP2000033862 A JP 2000033862A JP 11164784 A JP11164784 A JP 11164784A JP 16478499 A JP16478499 A JP 16478499A JP 2000033862 A JP2000033862 A JP 2000033862A
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stroke
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signal
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Hans Heckmann
ハンス・ヘックマン
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 車輪ブレーキの解放が特定され、特に車輪ブ
レーキにおける所定の空隙を設定可能にする。 【解決手段】 電気操作式設定装置を備える車輪ブレー
キの制御方法および装置において、特に空隙設定が、ブ
レーキライニングの変位ストロークに対する尺度を示す
ストローク信号に対するブレーキ力信号ないしブレーキ
トルク信号の変化傾向の関数として行われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は車輪ブレーキの制御
方法および装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】車輪ブレーキの制御において、いくつか
の使用例においては、ブレーキライニングがブレーキデ
ィスクまたはブレーキドラムから離れる時点を知ること
が重要である。これは例えば空隙設定に関して適用され
る。他の使用例は、車輪ブレーキの制御において、ブレ
ーキの解放時に車両の車輪ブレーキがほぼ同時に確実に
解放されるように設計されている。以下に好ましい使用
分野として空隙設定の問題点を説明する。
【0003】車輪ブレーキにおける空隙の設定は、常に
存在するブレーキライニング摩耗並びに例えばブレーキ
温度のような周囲条件の変化を考慮することが望まし
い。これは、特に自動車における電気機械駆動式車輪ブ
レーキ装置に対して適用され、この場合、車輪ブレーキ
は電気機械式ブレーキ設定装置を操作することにより操
作される。自動車用電気機械駆動式車輪ブレーキは例え
ば国際特許出願第94/24453号またはドイツ特許
公開第19526645号から既知であり、この場合、
締付力は電動機により発生される。電気操作式ブレーキ
装置においては、ブレーキが作動されていないすべての
運転点において必要な空隙(ブレーキライニングとブレ
ーキディスクとの間の隙間)が保持されるべきである。
空隙が小さすぎると、ブレーキが作動されていないとき
においても例えばブレーキディスク衝突が発生した場合
に、ブレーキディスクとブレーキライニングとの間の摩
擦損失を発生させる。常に存在するブレーキライニング
摩耗が補償されない場合、きわめて大きな空隙が発生す
るであろう。これによりブレーキ過程の動特性が低下す
ることになる。その理由は、ブレーキ過程を開始した
後、ブレーキディスクにブレーキ作用が本来発生する前
にまず電動機が空隙の分だけ回転しなければならないか
らである。さらに、車両車軸の両方の車輪における空隙
がほぼ等しく設定されるようにすべきである。空隙が異
なる場合、ブレーキ過程の間に車両車軸の両方の車輪ブ
レーキの応答特性が異なることになる。この場合、空隙
の小さい車輪においては空隙の大きい車輪においてより
も早くブレーキ作用が行われることを考慮しなければな
らない。したがって、空隙は、自動車のブレーキ過程に
おいて乗り心地および安全性に対しきわめて大きい影響
を有している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】したがって、それによ
り車輪ブレーキの解放が特定され、特に車輪ブレーキに
おける所定の空隙を設定可能な方法および装置を提供す
ることが本発明の課題である。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題は、車輪ブレー
キの制御のための操作信号が形成されかつ設定装置に出
力され、前記車輪ブレーキにおけるブレーキ力Fまたは
ブレーキトルクMが決定される電気操作式設定装置を備
える車輪ブレーキの制御方法において、さらにブレーキ
ライニングによる変位ストロークxに対する尺度が決定
され、かつ前記車輪ブレーキの制御がストロークに対す
る力信号およびトルク信号の変化傾向に基づいて行われ
ることを特徴とする本発明の車輪ブレーキの制御方法に
より解決される。
【0006】上記課題はまた、電気操作式設定装置と、
車輪ブレーキの制御のための操作信号を形成しかつ前記
設定装置に出力する制御ユニットと、これらの車輪ブレ
ーキにおけるブレーキ力FないしブレーキトルクMを決
定する各車輪の力センサないしトルクセンサとを備える
車輪ブレーキの制御装置において、ブレーキライニング
による変位ストロークxに対する尺度を決定する各車輪
のストロークセンサであって、ストロークに対する力信
号およびトルク信号の変化傾向に基づいて車輪ブレーキ
を制御する制御ユニットの制御手段を有するストローク
センサを備えることを特徴とする本発明の車輪ブレーキ
の制御装置により解決される。
【0007】
【発明の実施の形態】以下に本発明を図面に示す実施形
態により詳細に説明する。図1は、車輪対の例における
ブレーキの電気機械式締付装置を備えたブレーキ装置の
全体ブロック回路図を示す。この車輪対は、車両の1つ
の軸にまたは対角位置に配置されていてもよい。この場
合、符号10により車両のブレーキペダルが示されてい
る。ドライバのブレーキ希望は、センサ装置12を介し
て角度測定、ストローク測定および/または力測定によ
り測定されかつライン14を介して電子式制御装置16
に供給される。有利な実施形態においては、この制御装
置は分散形に分割された制御ユニットから構成されてい
る。センサ装置12並びに電子式制御装置16の少なく
とも一部が冗長に構成されている。電子式制御装置16
は、出力ライン18および20を介して例えばパルス幅
変調電圧信号によりHブリッジ最終段を使用して電動機
22および24を操作する。有利な実施形態において
は、整流式直流モータが使用される。電動機はブレーキ
設定装置26および28の一部である。このモータの回
転運動は、下流側に設けられた伝動段58および60に
おいてブレーキライニング30および32を移動させる
変位運動に変換される。ブレーキライニングは、ブレー
キキャリパ34および36内で案内されかつ車輪1およ
び2のブレーキディスク38および40に作用する。好
ましい実施形態においては同時に電気操作式ばね力ブレ
ーキが設けられ、このばね力ブレーキによりブレーキ設
定装置をその時点の位置に固定することができ、これに
より電動機を電流が流れない状態に切り換えることがで
きる。このときブレーキ設定装置の位置はエネルギーを
消費することなく保持される。
【0008】各車輪において力センサまたはトルクセン
サ42および44が使用され、これらのセンサの信号は
測定ライン46および48を介して電子式制御装置16
に供給される。ある実施形態においては、これらのセン
サによりブレーキ過程における設定装置の軸方向支持力
が測定され、したがってこの軸方向支持力はブレーキデ
ィスクに作用する法線力に対する尺度を形成する。この
変更形態は以下において力測定と呼ばれる。したがっ
て、ブレーキ力とはブレーキシューがブレーキディスク
ないしブレーキドラムに押し付けられる力と理解され
る。他の変更形態においては、ブレーキライニングの接
線方向支持力が測定され、これによりブレーキディスク
内に発生する摩擦力ないしその摩擦トルクに対する尺度
を形成する。この測定並びに直接トルクセンサの使用は
以下においてトルク測定と呼ばれる。さらにセンサ50
および52を介して車輪速度が、測定され、かつ入力ラ
イン54および56を介して制御装置16に伝送され
る。さらに角度センサ62および64が設けられ、これ
らの角度センサの信号はライン66および68を介して
制御装置16に供給される。好ましい実施形態において
は、これらの角度センサはホールセンサであり、ホール
センサは例えばブレーキ設定装置の電動機の回転を測定
しかつ1回転ごとに多数のパルスを発生し、これらのパ
ルスの数が移動した角度したがって移動したストローク
に対する尺度である。他の実施形態においては、ストロ
ーク測定または角度測定のための他のセンサ(例えば誘
導センサ、ポテンショメータ等)が使用される。
【0009】電子式制御装置16において測定されたブ
レーキ希望からあらかじめプログラミングされた特性曲
線に対応して個々の車輪ブレーキまたは車輪ブレーキグ
ループに対する目標値が決定される。これらの目標値は
例えば車輪または車輪対に設定すべきブレーキトルクま
たはブレーキ力に対応し、それらの値は特に車両の車軸
荷重分配の関数である。場合により個々の車輪ごとに決
定された目標値から、センサ42および44において測
定されたブレーキ力ないしブレーキトルクの実際値との
比較により制御偏差が決定され、制御偏差は例えば時間
離散的PID制御装置の形の制御アルゴリズムに供給さ
れる。この制御装置の設定値は電動機の操作のために使
用され、この場合、対応操作信号がライン18および2
0を介して出力される。ブレーキ過程の終了時に、設定
すべきブレーキ力ないしブレーキトルクに対するガイド
値がそれぞれ0にセットされる。これは空隙(エアーギ
ャップ)設定の開始時点であり、この場合、空隙設定の
終了後設定位置がばね力ブレーキの操作により固定され
る。
【0010】以下に説明する解決策により、ストローク
信号ないし角度信号を用いたブレーキディスクの空隙の
設定は力信号またはトルク信号に基づいて行われる。こ
の場合、ストロークないし角度に対するブレーキ力ない
しブレーキトルクの変化傾向が決定される。この変化傾
向が0の場合、ブレーキライニングはもはやブレーキデ
ィスクに当接していない。この時点において、ストロー
ク測定ないし角度測定のゼロ点ないしオフセット値およ
び力センサないしトルクセンサのゼロ点ないしオフセッ
ト値が決定される。この値は、空隙をストローク制御な
いし角度制御によりゼロ点から計算された所定の目標空
隙に設定するための出発点である。
【0011】これを理解するために、以下に図2の
(A)ないし(D)により力センサないしトルクセンサ
を使用した場合の問題点を示すことにする。この場合、
ブレーキ力FないしブレーキトルクMはそれぞれブレー
キライニングのストロークxに対して示されている。
【0012】図2の(A)に示した状況はブレーキ作動
の開始時の状況に対応する。ブレーキ力はゼロ点(力
0、ストローク0)からストロークの増加と共に増大す
る。同様にトルク信号のストロークに対する関係が図2
の(C)に示されている。
【0013】強いブレーキ作動の後にディスクは加熱さ
れかつ熱膨張によりディスクの厚さが厚くなる。したが
って、図2の(B)に示すようにゼロ点シフトdxが発
生する。新たなストロークゼロ点は、ブレーキライニン
グがブレーキディスクから離れるために必要となるスト
ロークを示す。それに対応して力センサも加熱され、こ
の結果同様に図2の(B)に示すように対応するゼロ点
シフトdFが発生する。
【0014】同様のことがトルクセンサに対しても適用
する。問題点は力センサの場合と同じであるが、車輪の
停止中トルクセンサは完全に誤った信号を供給すること
により問題点はさらに大きくなる。上記のようにトルク
センサにおいてもまたシフトが発生し、このシフトが図
2の(D)においてdxおよびdM3により示されてい
る。車輪が停止しようとするとき機械的ヒステリシスに
基づきブレーキシュー内に残留トルクdM1が存在する
場合、この残留トルクdM1が誤ってdM3として示さ
れる。車両が斜面上にあるときも同様のことが発生す
る。この場合、センサは、ブレーキシュー内にヒステリ
シスの残留トルクdM1があるにもかかわらず斜面降下
力dM2を示す。
【0015】さらに、力センサのみならずトルクセンサ
もまた正確な再現可能特性曲線を有していないことがあ
り、このことが同様にゼロ点シフトを発生させる。特に
前進走行および逆進走行において、ゼロ点に大きな差が
発生する。これは例えば、力センサ信号に基づきブレー
キ作動の後にゼロ点がもはや達成されずかつ車輪ブレー
キ内に残留力が発生し、この残留力が加熱および摩耗を
発生させるように作用することがある。
【0016】この関係に基づいて、空隙を正確に設定す
るために、残留力を明らかにかつ確実に除去するための
追加信号が使用される。追加信号としてストローク信号
ないし角度信号が、例えば設定装置の電動機の角度をホ
ールセンサまたはその他のセンサにより測定することに
より使用される。この場合、一方でブレーキライニング
の変位ストロークを測定し、他方で電動機のロータの回
転角度測定から対応する信号を決定することができる。
好ましい実施態様においては、ホールセンサによりこの
角度が測定されかつ次式によりブレーキライニングの変
位ストロークが計算される。
【0017】
【数1】x=S*PHI/(I*2*3.14) ここで、Sは設定装置のスピンドルのピッチを、Iは設
定装置の伝動装置の変速比を、PHIはモータのロータ
の測定された角度を、xはブレーキシューないしブレー
キライニングの求めるストロークを示す。
【0018】この場合、ストロークセンサに対してもそ
の他のセンサに対するのと同様なことが適用されること
が問題である。ストロークセンサは同様にエラーがない
わけではなく、温度ドリフトまたはエラーパルスにより
ブレーキ作動の後にエラーを有する信号を供給すること
がある。これは、このセンサ信号もまたそのゼロ点から
出発し、したがって空隙の設定がこの信号のみに基づく
だけでは必ずしも正確ではないことを意味する。
【0019】図2の(E)において測定された力Fない
し測定されたストロークx′が実際ストロークxに対し
て目盛られているが、この図2の(E)により、信号が
ドリフトを有しているにもかかわらず、残留力を制御に
より除去しかつ正確な空隙を設定することを可能にする
方法が示されている。
【0020】図2の(E)に強いブレーキ作動を行った
のちの状況が示されている。これは、センサが図示のよ
うにそのゼロ点からドリフトにより離れていること、す
なわちストロークセンサがオフセットx′0を示し、力
センサがオフセットdFを示すことから出発している。
この場合の特徴的な状況は、ブレーキシューがディスク
から離れたときに力センサはゼロ点においてその信号を
もはや変化させないことである。同様のことが回転して
いる車輪におけるトルクセンサに対しても当てはまる。
したがって、ブレーキライニングがディスクから離れた
ときストロークに対する力の変化は0であり、すなわち
商dF/dx′=0である。この商の変化傾向がモニタ
リングされかつこの変化傾向が0となったときにゼロ点
が推定される。この場合、ゼロ点の検出のために力セン
サの絶対値が主な働きをするのではなく、その相対変化
のみが主な働きをしていることは有利である。商が0と
なった場合、この時点でストロークセンサのオフセット
x′0が検出される。ストローク測定はこの測定された
オフセット値に基づいて再補正され、したがってブレー
キライニングは所定の空隙に移行することができる。こ
の場合、空隙はゼロ点からのブレーキディスクの所定の
ストロークにより与えられる。上記の過程は、車輪ブレ
ーキの温度が周囲温度と平衡に達するまで短い時間間隔
で頻繁に反復されなければならない。このとき空隙は、
残留力が完全に除去されかつブレーキライニング摩耗が
補償されるように設定される。この場合、好ましい実施
態様においては、空隙の設定は電動機の位置制御ないし
角度制御の範囲内で行われる。
【0021】同様の方法はトルク測定に関しても選択さ
れる。しかしながらこの場合、トルクセンサは車輪が回
転しているときにのみ信号を発生することを考慮すべき
である。したがって、一般に最も好ましくない場合から
出発しなければならず、すなわち車輪が水平面内に停止
している間ブレーキキャリパ内の最大残留トルクが摩擦
により保持されたままである場合から出発しなければな
らない。したがって、この方法においてトルク測定に関
して、ブレーキシューがまずストロークセンサにより所
定のゼロ点に移行される。これは正確ではなく、したが
って僅かな残留トルクが保持されたままであることがあ
る。空隙の正しい設定は、車輪が回転しているときに行
われかつ上記の方法に対応して行われる。
【0022】空隙を正確に設定するために、ブレーキ過
程の範囲外で上記の方法によりゼロ点を決定するために
ブレーキライニングが設定過程の範囲内で場合により複
数回短時間当接される。
【0023】この方法がコンピュータプログラムの範囲
内で行われ、コンピュータプログラムの基本構成が図3
の流れ図により示されている。図3に示したプログラム
は、ブレーキ作動がドライバにより希望されたブレーキ
作動であれ、ゼロ点決定のためにスタートされた特定の
ブレーキライニングの当接によるものであれ、各ブレー
キ過程の終了時に行われる。第1のステップ100にお
いて、各車輪i(i=1,2,3,4)に対して存在す
る値すなわち測定された力Fiないし測定されたトルク
Mi、測定された角度PHIi並びにそれぞれの回転速
度niが読み込まれる。その後ステップ102におい
て、上記の公式によりそれぞれの角度信号PHIiから
ストロークxi′が計算される。それに続くステップ1
04において変化傾向dFi/dx′iないしdMi/
dx′iが計算される。これは力、トルクないしストロ
ークのそれぞれ相前後する2つの値を考慮して行われ
る。ステップ106において、ステップ104において
計算された変化傾向が(ある公差を考慮して)0である
か否かが検査される。これが0でない場合、プログラム
はステップ100から反復されかつ次の実行に対する変
化傾向が決定される。変化傾向が0であることをステッ
プ106が与えた場合、トルクセンサを使用した場合は
ステップ108において、回転速度niがそれ以下では
車輪の停止が推定される回転速度n0より大きいか否か
が検査される。これが否定の場合、ステップ110によ
り位置制御の範囲内で空隙に対する所定の値Δx′LS
に基づき並びに場合により記憶されている所定のオフセ
ット値x′0に基づいて空隙が設定される。車輪が回転
している場合ないし力センサが使用される場合、ステッ
プ112において、ステップ106による変化傾向が0
となったときに存在する測定されたストロークx′が角
度センサのオフセット値x′0として記憶される。その
後ステップ110により、空隙が上記のように新たに決
定された値x′0を考慮して設定される。ステップ11
0の後プログラムは、終了されかつ次のブレーキ作動に
おいてないし次のゼロ点決定のためのテスト変位におい
てスタートされる。
【0024】テスト変位は、まずブレーキライニングが
当接され、次に正確なゼロ点を決定するためにブレーキ
が解放されることにより形成される。上記のように、こ
のようなテスト変位は、温度が平衡に達するまですなわ
ち特に決定されたオフセット値がもはやほとんど変化し
なくなるまで短い時間間隔で反復される。
【0025】このようにして以下に記載の利点を有する
空隙の正確な設定が行われる。電気機械式ブレーキにお
いて使用されるほかに、この方法は他のブレーキ装置例
えば対応するセンサを備えた電気油圧式または電気空圧
式ブレーキ装置においても空隙の設定のために使用する
ことができる。
【0026】
【発明の効果】上記に記載の解決策により、車輪ブレー
キが解放された時点、すなわちブレーキライニングがデ
ィスクないしドラムから離れた時点を、車輪ブレーキに
おいて使用されるセンサがドリフトを有するときにおい
ても正確かつ簡単に特定することができる。
【0027】この解決策は、ブレーキ作動を終了した後
に空隙の所定の設定を可能にすることは特に有利であ
る。この場合、空隙の設定のために使用されるセンサ信
号におけるドリフト現象が考慮される。これにより、温
度の影響等の結果としての例えばブレーキ力センサ、ブ
レーキトルクセンサおよび/または角度センサのような
使用されるセンサのゼロ点シフトが解消され、この場
合、それぞれのゼロ点シフトとは無関係に常に同じ空隙
を設定することができる。
【0028】空隙を決定するためにブレーキ力センサま
たはブレーキトルクセンサの絶対値ではなくこのような
センサの相対値が使用されることは特に有利である。こ
れから角度センサのオフセットが決定され、このオフセ
ット信号により最適空隙が設定される。
【0029】車輪ブレーキの温度が周囲温度と平衡に達
するまで、オフセット決定が短い時間間隔で反復された
とききわめて正確な空隙設定が達成される。したがっ
て、有利な実施態様においては、ブレーキ過程以外にお
いても空隙設定のためにブレーキライニングが短時間当
接されかつ再び引き離される。
【0030】1回転につき複数のパルスを出力するホー
ルセンサによる、電気機械式ブレーキ設定装置の範囲内
の角度の測定例えば電動機の回転角の測定またはブレー
キ設定装置の伝動段の出力の回転角の測定は、特にコス
トがかからないのできわめて有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】車輪対の例におけるブレーキの電気機械式締付
装置を備えたブレーキ装置の全体ブロック回路図であ
る。
【図2】(A)ないし(D)は種々の条件下でのブレー
キ力信号ないしブレーキトルク信号の特性線図並びに
(E)は本発明による解決策の有利な作用を示した線図
である。
【図3】好ましい実施態様において本発明による解決策
を実行する計算プログラムを示した流れ図である。
【符号の説明】
10 ブレーキペダル 12 センサ装置(ブレーキペダル操作角) 16 制御装置 22,24 電動機 26,28 ブレーキ設定装置 30,32 ブレーキライニング 34,36 ブレーキキャリパ 38,40 ブレーキディスク 42,44 力センサ(トルクセンサ) 50,52 車輪速度センサ 58,60 伝動段 62,64 角度センサ

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車輪ブレーキの制御のための操作信号が
    形成されかつ設定装置に出力され、前記車輪ブレーキに
    おけるブレーキ力FまたはブレーキトルクMが決定され
    る電気操作式設定装置(26,28)を備える車輪ブレ
    ーキの制御方法において、 さらにブレーキライニングによる変位ストロークxに対
    する尺度が決定され、かつ前記車輪ブレーキの制御がス
    トロークに対する力信号およびトルク信号の変化傾向に
    基づいて行われることを特徴とする車輪ブレーキの制御
    方法。
  2. 【請求項2】 車輪ブレーキの空隙の設定がストローク
    に対する力信号およびトルク信号の変化傾向を考慮して
    それに基づいて行われることを特徴とする請求項1記載
    の方法。
  3. 【請求項3】 力信号ないしトルク信号の変化とストロ
    ーク信号の変化との商が形成され、この場合、この商が
    ほぼゼロのときに空隙に対するゼロ点が検出されること
    を特徴とする請求項1または2記載の方法。
  4. 【請求項4】 空隙設定が、決定されたゼロ点を考慮し
    てストロークに基づいて行われることを特徴とする請求
    項1ないし3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 【請求項5】 トルクセンサを使用する場合、ゼロ点の
    決定が回転中の車輪においてのみ行われることを特徴と
    する請求項1ないし4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 【請求項6】 車輪ブレーキの温度が周囲温度とほぼ平
    衡に達するまで、ゼロ点の決定方法が短い時間間隔で反
    復されることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか
    一項に記載の方法。
  7. 【請求項7】 トルクセンサを使用する場合、空隙の設
    定においてまず最も不利な場合から出発し、すなわち空
    隙の設定がまず測定されたストロークの関数として行わ
    れ、一方でそれに続いてゼロ点決定が行われることを特
    徴とする請求項1ないし6のいずれか一項に記載の方
    法。
  8. 【請求項8】 ストロークが電動機のロータの測定され
    た角度から導かれることを特徴とする請求項1ないし7
    のいずれか一項に記載の方法。
  9. 【請求項9】 ストロークがホールセンサにより電動機
    において測定された変位角度から決定されることを特徴
    とする請求項1ないし8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 【請求項10】 ゼロ点は、ブレーキシューないしブレ
    ーキライニングがブレーキディスクないしブレーキドラ
    ムから離れる時点であることを特徴とする請求項1ない
    し9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 【請求項11】 空隙が、位置制御の範囲内で測定され
    た信号および所定の空隙ストローク並びに決定されたオ
    フセット値に基づいて形成されることを特徴とする請求
    項1ないし10のいずれか一項に記載の方法。
  12. 【請求項12】 電気操作式設定装置(26,28)
    と、車輪ブレーキの制御のための操作信号を形成しかつ
    前記設定装置(26,28)に出力する制御ユニット
    (16)と、これらの車輪ブレーキにおけるブレーキ力
    FないしブレーキトルクMを決定する各車輪の力センサ
    ないしトルクセンサ(42,44)とを備える車輪ブレ
    ーキの制御装置において、 ブレーキライニングによる変位ストロークxに対する尺
    度を決定する各車輪のストロークセンサ(62,64)
    であって、ストロークに対する力信号ないしトルク信号
    の変化傾向に基づいて車輪ブレーキを制御する制御ユニ
    ット(16)の制御手段を有するストロークセンサ(6
    2,64)を備えることを特徴とする車輪ブレーキの制
    御装置。
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