JP2005140165A

JP2005140165A - 電動式制動装置

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Publication number: JP2005140165A
Application number: JP2003374608A
Authority: JP
Inventors: Tsugufumi Fujimoto; 嗣史藤本
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2003-11-04
Filing date: 2003-11-04
Publication date: 2005-06-02

Abstract

【課題】直流電源から電動アクチュエータへの電力供給が不足又は停止しても、所定時間であれば制動力を得ることができ、直流電源からの電力供給が不足又は停止することを運転者に警告し、前記所定時間を長くすることができる電動式制動装置の提供。
【解決手段】直流電源３及び電動アクチュエータに並列に接続されたキャパシタ１４ａ，１４ｂを備えるようにした。また、キャパシタ１４ａ，１４ｂを複数備え、電動アクチュエータに接続されるキャパシタ１４ａ，１４ｂを、検出した放電電荷量を基準にして切り替えるようにした。また、直流電源３からキャパシタ１４ａ，１４ｂへの充電電荷量を検出し、検出結果が所定の電荷量未満であれば、警告灯５にて警告するようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動アクチュエータが発生する動力により回転体に圧接部を圧接し、回転体及び圧接部間の摩擦抵抗により回転体の回転を制動する電動式制動装置に関する。

近年の車両には、例えば、直流電源から電力の供給を受けるモータと、該モータが発生する回転力を、ブレーキロータ（回転体）にブレーキパッド（圧接部）を圧接する圧接力に変換する減速歯車機構とを備える電動アクチュエータを有し、ブレーキロータ及びブレーキパッド間の摩擦抵抗によりブレーキロータの回転を制動する電動式制動装置を装備するものがある。

このような電動式制動装置は、モータを駆動制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）と、該ＥＣＵに接続され、所定の制動操作、例えばブレーキペダルの操作がなされたときに制動信号を出力し、前記制動操作がなされないときに制動解除信号を出力する操作スイッチとを備えている（例えば、特許文献１参照。）。

このような構成により、例えば、ブレーキペダルを操作すれば、操作スイッチから出力された制動信号がＥＣＵに入力され、直流電源から電力の供給を受けるモータがＥＣＵの駆動制御のもとで駆動される。モータが発生する回転力は、減速歯車機構によりブレーキパッドをブレーキロータに圧接する圧接力に変換され、ブレーキパッドが圧接されたブレーキロータの回転が制動されることにより、車両が備える車輪の回転が制動される。
特開２００２−２２５７０１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された電動式制動装置は、ブレーキパッドをブレーキロータに圧接する圧接力を、モータが発生する回転力を変換することにより得ている。このため、例えば、直流電源の不具合によりモータへの電力供給が不足又は停止した場合には、ブレーキパッドを圧接する圧接力が十分に得られず、ブレーキロータの制動に支障をきたす虞があるという問題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、電力を蓄える部分を備えることにより、直流電源から電動アクチュエータへの電力供給が不足又は停止しても、電力を蓄える部分に蓄えられた電力により電動アクチュエータを作動させて制動力を得ることが可能な電動式制動装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、電力を蓄える部分を複数備え、電動アクチュエータに接続される電力を蓄える部分を切り替えることにより、直流電源から電動アクチュエータへの電力供給が不足又は停止した後の動作可能時間を長くすることができる電動式制動装置を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、直流電源から供給される電力が所定の電力未満のときに警告する手段を備えることにより、直流電源から電動アクチュエータへの電力供給が不足又は停止することを運転者に警告し、例えば、車両を路肩に停車させる等の危険回避行動をとるように促すことが可能な電動式制動装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る電動式制動装置は、車輪と共に回転する回転体と、直流電源から電力の供給を受けて前記回転体に圧接部を圧接する電動アクチュエータとを備え、前記回転体及び圧接部間の摩擦抵抗により前記回転体の回転を制動する電動式制動装置において、前記直流電源及び電動アクチュエータに並列に接続されたキャパシタを備えることを特徴とする。

第１発明においては、直流電源が供給する電力は、キャパシタに蓄えられつつ電動アクチュエータに供給される。直流電源から電動アクチュエータへの電力供給が不足又は停止した場合でも、キャパシタに蓄えられた電力により電動アクチュエータが作動する。

第２発明に係る電動式制動装置は、車輪と共に回転する回転体と、直流電源から電力の供給を受けて前記回転体に圧接部を圧接する電動アクチュエータとを備え、前記回転体及び圧接部間の摩擦抵抗により前記回転体の回転を制動する電動式制動装置において、前記直流電源と並列に接続された複数のキャパシタと、該キャパシタの内の一のキャパシタを前記電動アクチュエータに選択的に接続するスイッチ回路と、前記一のキャパシタから前記電動アクチュエータへの放電電荷量を検出する検出手段と、該検出手段が検出した放電電荷量が所定の電荷量以上か否かを判断する判断手段と、該判断手段が否と判断したとき、前記スイッチ回路の接続を前記一のキャパシタから他のキャパシタに切り替える切替手段とを備えることを特徴とする。

第２発明においては、検出手段が、キャパシタから電動アクチュエータへの放電電荷量を検出し、検出された放電電荷量は、判断手段により所定の電荷量以上か否かが判断される。検出された放電電荷量が所定の電荷量未満と判断された場合、電動アクチュエータに接続されるキャパシタが、切替手段により他のキャパシタに切り替えられる。

第３発明に係る電動式制動装置は、第１発明又は第２発明において、前記直流電源から前記キャパシタへの充電電荷量を検出する検出手段と、該検出手段が検出した充電電荷量が所定の電荷量以上か否かを判断する判断手段と、該判断手段が否と判断したとき、警告を発する警告手段とを備えることを特徴とする。

第３発明においては、検出手段が、直流電源からキャパシタへの充電電荷量を検出し、検出された充電電荷量は、判断手段により所定の電荷量以上か否かが判断される。検出された充電電荷量が所定の電荷量未満と判断された場合、警告手段が警告を発する。

第１発明に係る電動式制動装置においては、直流電源から電動アクチュエータへの電力供給が不足又は停止しても、キャパシタに蓄えられた電力により電動アクチュエータが作動でき、ブレーキロータの回転を制動する制動力を得ることができる。

また、第２発明に係る電動式制動装置においては、電動アクチュエータに接続されるキャパシタを、放電電荷量を基準にして他のキャパシタに切り替えることができるから、直流電源から電動アクチュエータへの電力供給が不足又は停止した場合に、電動アクチュエータを作動させて制動力を得ることが可能な時間を長くすることができる。

さらに、第３発明に係る電動式制動装置においては、直流電源から電動アクチュエータへの電力供給が不足又は停止した場合、警告手段が警告を発するから、キャパシタに蓄えられた電力が残存している間に、例えば、車両を路肩に停車させる等の危険回避行動をとるように車両の運転者に促すことができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。

実施の形態１
図１は、本発明に係る電動式制動装置の実施の形態１の直流電源及びモータ周りの電気回路を示すブロック図である。

図において１はＥＣＵ（Electronic Control Unit）であり、ＥＣＵ１には、直流電源３、作動スイッチ４、警告灯５及びモータ６が接続されており、モータ６が発生する回転力は、減速歯車機構７で変換されてブレーキ本体８に伝達される。また、ＥＣＵ１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０、インタフェース回路１１ａ，１１ｂ、モータ駆動回路１２、抵抗１３ａ、電流センサ１３、ダイオード１５ａ、キャパシタ１４ａ及び電圧センサ３０を備えている。

直流電源３は、例えば、バッテリにより構成され、この直流電源３には、モータ駆動回路１２が接続されている。モータ駆動回路１２は、直流電源３の正極側端子及び接地端子の間にパワートランジスタ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを用いてブリッジ回路を構成したものであり、パワートランジスタ１２ａ，１２ｃが直列に接続され、パワートランジスタ１２ｂ，１２ｄが直列に接続されている。パワートランジスタ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄには、夫々逆方向にフライホイールダイオード１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈが並列接続されている。直流電源３の正極側端子及び前記ブリッジ回路の間には、電流検出用の抵抗１３ａが直列接続されている。抵抗１３ａの両端電圧は、電流センサ１３に与えられ、電流センサ１３の検出結果は、フィードバック信号としてＣＰＵ１０に与えられる。

ＣＰＵ１０には、インタフェース回路１１ｂを介して作動スイッチ４の出力が入力される。作動スイッチ４は、所定の制動操作、例えば、車両のブレーキペダルを踏む操作に応じて制動信号を出力し、前記制動操作がなされない場合には、制動解除信号を出力する。ＣＰＵ１０は、直流電源３に接続されたモータ駆動回路１２を、作動スイッチ４の出力に応じて制御して駆動電流をモータ６に供給し、モータ６を駆動制御する。

図２は、モータ６、減速歯車機構７及びブレーキ本体８の概略構成を示す模式図である。

モータ６の出力軸には、ウォーム７０が同軸に連結され、ウォーム７０は、伝動軸７２の一端部に固着されたウォームホイール７１に噛合している。伝動軸７２の他端部には、ピニオン７３が設けられ、ピニオン７３は、ラック軸７４のラック歯に噛合している。これらのウォーム７０、ウォームホイール７１、伝動軸７２、ピニオン７３及びラック軸７４は、減速歯車機構７の構成部品であり、モータ６及び減速歯車機構７は、電動アクチュエータ９の構成部品である。
ラック軸７４の一端部には、ブレーキパッド（圧接部）８０が固着され、ブレーキパッド８０のラック軸７４側の反対側には、車両が備える車輪と共に回転するブレーキロータ（回転体）８１が配設されている。ブレーキロータ８１のブレーキパッド８０側の反対側には、固定されたブレーキパッド８２が配設されている。これらのブレーキロータ８１及びブレーキパッド８０，８２は、ブレーキ本体８の構成部品である。

このような構成により、作動スイッチ４からＣＰＵ１０に制動信号が入力された場合には、ＣＰＵ１０は、モータ６を正回転させるべく、パワートランジスタ１２ｄをオンすると共に、パワートランジスタ１２ａをスイッチングして駆動電流をモータ６に供給する。駆動電流の供給を受けたモータ６が発生させる回転力は、減速歯車機構７を介することによりブレーキパッド８０をブレーキロータ８１に圧接する圧接力に変換される。ブレーキロータ８１にブレーキパッド８０が圧接された場合、ブレーキロータ８１は、ブレーキパッド８０，８２間に挾持されることとなり、ブレーキパッド８０，８２との間の摩擦抵抗により回転が制動される。

また、作動スイッチ４からＣＰＵ１０に制動解除信号が入力された場合には、ＣＰＵ１０は、モータ６を逆回転させるべく、パワートランジスタ１２ｃをオンすると共に、パワートランジスタ１２ｂをスイッチングして駆動電流をモータ６に供給する。駆動電流の供給を受けたモータ６が発生させる回転力は、減速歯車機構７を介することによりブレーキパッド８０をブレーキロータ８１から離反させる離反力に変換される。ブレーキロータ８１からブレーキパッド８０が離反されることによりブレーキロータ８１とブレーキパッド８０，８２との摩擦抵抗が消滅し、ブレーキロータ８１の回転を制動する制動力も消滅する。

前述した直流電源３とモータ駆動回路１２との間には、キャパシタ１４ａが並列に接続されている。キャパシタ１４ａは、例えば、コンデンサ等により構成されるが、コンデンサに限定されず、直流電源３の電力を蓄えることが可能なものであればよい。直流電源３とキャパシタ１４ａとの間には、キャパシタ１４ａに蓄えられた電力が直流電源３側に逆流するのを防止するためのダイオード１５ａがアノードを直流電源３の正極端子側として直列に接続されている。キャパシタ１４ａの両端には、電圧センサ３０が接続され、電圧センサ３０は、直流電源３からキャパシタ１４ａへの充電電荷量を検出（等価的に電圧として検出）する検出手段であり、検出結果をＣＰＵ１０に出力する。また、ＣＰＵ１０には、警告手段としての警告灯５がインタフェース回路１１ａを介して接続されている。

以下に、警告灯５を点灯させる処理手順を、図３に示すフローチャートに基づいて説明する。

先ず、ＣＰＵ１０は、キャパシタ１４ａの両端の電圧についての検出結果を電圧センサ３０から取り込む（Ｓ１）。

次に、ＣＰＵ１０は、電圧センサ３０の検出結果が、所定値、例えば、十分な制動力が確保できるモータ６の出力を得ることが可能な電圧値以上か否かを判断する（Ｓ２）。

判断手段として機能するＣＰＵ１０は、Ｓ２における判断の結果、否と判断した場合（Ｓ２：ＮＯ）、つまり、検出結果が所定値未満の場合、インタフェース回路１１ａに警告信号を出力する（Ｓ３）。警告信号は、インタフェース回路１１ａにて変換され、警告灯５を点灯させる（Ｓ４）。

警告灯５を点灯した後、ＣＰＵ１０は、Ｓ１に戻り、Ｓ２において電圧センサ３０の検出結果が所定値未満の場合には、前述したようにＳ１からＳ４の処理を繰り返し行い、警告灯５を点灯し続ける。

Ｓ２における判断の結果、電圧センサ３０の検出結果が所定値以上と判断された場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１０は、警告信号の出力を停止し（Ｓ５）、警告灯５が消灯され（Ｓ６）、一連の処理手順が終了する。

なお、ＣＰＵ１０は、前述した一連の処理手順が終了した後、所定の時間が経過したときに、Ｓ１からの処理手順を再開する。また、Ｓ５において、ＣＰＵ１０が警告信号を出力していない場合には、Ｓ５及びＳ６の処理手順を行うことなく一連の処理手順を終了する。

以上の構成及び処理手順により、実施の形態１の電動式制動装置は、直流電源３の電力がキャパシタ１４ａに蓄えられるから、直流電源３が故障し、直流電源３から電動アクチュエータ９のモータ６への電力供給が不足又は停止した場合でも、キャパシタ１４ａに蓄えられた電力により電動アクチュエータ９を作動させることができ、ブレーキロータ８１の回転を制動する制動力を得ることができる。

また、電圧センサ３０によりキャパシタ１４ａの両端の電圧を検出し、ＣＰＵ１０にて電圧センサ３０の検出結果と所定値とを比較判断し、検出結果が所定値未満の場合には、ＣＰＵ１０が警告信号を出力して警告灯５を点灯させるから、直流電源３から電動アクチュエータ９のモータ６への電力供給が不足又は停止することを運転者に警告し、キャパシタ１４ａに蓄えられた電力により電動アクチュエータ９が作動することができる間に、車両を路肩に停車させる等の危険回避行動をとるように促すことができる。

実施の形態２
図４は、本発明に係る電動式制動装置の実施の形態２の直流電源及びモータ周りの電気回路を示すブロック図である。

図において２はＥＣＵであり、ＥＣＵ２は、キャパシタ１４ａ，１４ｂ、電圧センサ３０、ダイオード１５ａ，１５ｂ、スイッチ回路１６及びＣＰＵ１０を備えている。

キャパシタ１４ａ，１４ｂは、夫々直流電源３と並列に接続され、キャパシタ１４ａの両端には、電圧センサ３０が接続されている。電圧センサ３０は、直流電源３からキャパシタ１４ａ，１４ｂへの充電電荷量を検出（等価的に電圧として検出）する検出手段であると共に、キャパシタ１４ａから電動アクチュエータ９のモータ６への放電電荷量を検出（等価的に電圧として検出）する検出手段であり、検出結果をＣＰＵ１０に出力する。

直流電源３とキャパシタ１４ａとの間には、キャパシタ１４ａに蓄えられた電力が直流電源３側に逆流するのを防止するためのダイオード１５ａがアノードを直流電源３の正極端子側として直列に接続されている。また、直流電源３とキャパシタ１４ｂとの間にも、同様にダイオード１５ｂが接続されている。

スイッチ回路１６は、複数のキャパシタ１４ａ，１４ｂの内の一のキャパシタ（図４においてはキャパシタ１４ａ）を選択的にモータ駆動回路１２と接続する回路であり、ＣＰＵ１０は、スイッチ回路１６の接続を、前記一のキャパシタから他のキャパシタ（図４においてはキャパシタ１４ｂ）に切り替える切替手段である。

以下に、スイッチ回路１６の切り替えを行う処理手順を、図５に示したフローチャートに基づき説明する。

先ず、ＣＰＵ１０は、キャパシタ１４ａの両端の電圧についての検出結果を電圧センサ３０から取り込む（Ｓ１０）。

次に、ＣＰＵ１０は、電圧センサ３０の検出結果が、所定値、例えば、十分な制動力が確保できるモータ６の出力を得ることが可能な電圧値以上か否かを判断する（Ｓ１１）。

判断手段として機能するＣＰＵ１０は、Ｓ１１における判断の結果、否と判断した場合（Ｓ１１：ＮＯ）、つまり、検出結果が所定値未満の場合、ＣＰＵ１０は、スイッチ回路１６に切替信号を出力する（Ｓ１２）。

切替信号が入力されたスイッチ回路１６は、モータ駆動回路１２に接続されるキャパシタをキャパシタ１４ａからキャパシタ１４ｂに切り替え（Ｓ１３）、一連の処理手順が終了する。

なお、Ｓ１１において電圧センサ３０の検出結果が所定値以上と判断された場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１０は、Ｓ１０に戻って再度電圧センサ３０から検出結果を取り込み、検出結果が所定値未満と判断されるまで、Ｓ１０からＳ１１の処理手順を繰り返す。

以上の構成及び処理手順により、実施の形態２の電動式制動装置は、直流電源３から電動アクチュエータ９のモータ６への電力供給が不足又は停止した場合でも、キャパシタ１４ａに蓄えられた電力により電動アクチュエータ９を作動させることができ、ブレーキロータ８１の回転を制動する制動力を得ることができる。また、キャパシタ１４ａの電力が不足した場合には、スイッチ回路１６によりキャパシタ１４ｂに切り替えられるから、更にキャパシタ１４ｂに蓄えられた電力により電動アクチュエータ９を作動させることができ、ブレーキロータ８１の回転を制動する制動力を得ることが可能な時間を長くすることができる。

その他の構成及び作用は、前述した実施の形態１と同様のため、同様の構成については同じ参照符号を付し、その構成の詳細な説明及び作用の説明を省略する。

以上、本発明に係る電動式制動装置について、実施の形態に示した構成に基づいて説明したが、本発明に係る電動式制動装置は、前述した実施の形態に示した構成に限らず、本発明の趣旨に逸脱しない範囲にて一部の構成を削除又は変更することも可能である。

例えば、実施の形態１に示した電動式制動装置の構成から、電圧センサ３０及び警告灯５を削除し、直流電源３と電動アクチュエータ９との間で並列に接続されたキャパシタ１４ａを備えることを特徴とする電動式制動装置としてもよい。

また、実施の形態２に示した電動式制動装置の構成から、警告灯５を削除し、複数のキャパシタ１４ａ，１４ｂ、スイッチ回路１６及び電圧センサ３０を備え、電動アクチュエータ９に接続されるキャパシタを、放電電荷量を基準にキャパシタ１４ａからキャパシタ１４ｂに切り替えることを特徴とする電動式制動装置としてもよい。

さらに、以上の実施の形態では、警告灯５を警告手段としたが、警告手段は、警告灯５に限らず、例えば、ブザー又はアラーム等の他の警告手段でもよく、運転者に注意を促すものであればよい。

さらにまた、以上の実施の形態では、電動アクチュエータ９の動力源をモータ６としたが、電動アクチュエータ９の動力源は、モータ６に限らず、例えば、ソレノイド等の電力により動力を発生させるものであればよい。

また、以上の実施の形態では、キャパシタ１４ａ，１４ｂを２個としたが、キャパシタ１４ａ，１４ｂは、２個に限らず、３個以上としてもよく、複数のキャパシタをスイッチ回路１６及び切替手段で切り替えるようにしてあればよい。キャパシタの数を多くする程、直流電源３から電動アクチュエータ９への電力供給が不足又は停止した後の電動アクチュエータ９の動作可能時間を長くすることができ、ブレーキロータ８１の回転を制動する制動力を得ることができる時間も長くすることができる。

さらに、以上の実施の形態では、直流電源３からキャパシタ１４ａ，１４ｂへの充電電荷量を検出する検出手段として、電圧センサ３０を用いたが、検出手段は、電圧センサ３０に限らず、例えば、電流センサ等を用いてもよく、直流電源３からキャパシタ１４ａ，１４ｂへの充電電荷量が検出（等価的に検出）できるものであればよい。

さらにまた、以上の実施の形態では、キャパシタ１４ａから電動アクチュエータ９への放電電荷量を検出する検出手段として電圧センサ３０を用いたが、検出手段は、電圧センサ３０に限らず、例えば、電流センサ等を用いてもよく、キャパシタ１４ａから電動アクチュエータ９への放電電荷量が検出（等価的に検出）できるものであればよい。

また、以上の実施の形態では、所定の制動操作、例えば、ブレーキペダルを踏む操作に応じて作動スイッチ４が制動信号をＣＰＵ１０に出力するようにしたが、パーキングブレーキの操作に応じて作動スイッチ４が制動信号を出力するようにしてもよい。

さらに、以上の実施の形態では、ブレーキ本体８を、ブレーキロータ８１及びブレーキパッド８０，８２を備える、所謂ディスクブレーキとしたが、本発明に係る電動式制動装置は、ディスクブレーキに限らず、ブレーキドラム及びブレーキシューを備えるドラムブレーキにも適用可能である。

本発明に係る電動式制動装置の実施の形態の直流電源及びモータ周りの電気回路を示すブロック図である。モータ、減速歯車機構及びブレーキ本体の概略構成を示す模式図である。警告灯を点灯させる処理手順を示すフローチャートである。本発明に係る電動式制動装置の実施の形態の直流電源及びモータ周りの電気回路を示すブロック図である。スイッチ回路の切り替えを行う処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

３直流電源
５警告灯（警告手段）
９電動アクチュエータ
１０ＣＰＵ（判断手段、切替手段）
１４ａ，１４ｂキャパシタ
３０電圧センサ（検出手段）
１６スイッチ回路
８０ブレーキパッド（圧接部）
８１ブレーキロータ（回転体）

Claims

車輪と共に回転する回転体と、直流電源から電力の供給を受けて前記回転体に圧接部を圧接する電動アクチュエータとを備え、前記回転体及び圧接部間の摩擦抵抗により前記回転体の回転を制動する電動式制動装置において、
前記直流電源及び電動アクチュエータに並列に接続されたキャパシタを備えることを特徴とする電動式制動装置。
車輪と共に回転する回転体と、直流電源から電力の供給を受けて前記回転体に圧接部を圧接する電動アクチュエータとを備え、前記回転体及び圧接部間の摩擦抵抗により前記回転体の回転を制動する電動式制動装置において、
前記直流電源と並列に接続された複数のキャパシタと、
該キャパシタの内の一のキャパシタを前記電動アクチュエータに選択的に接続するスイッチ回路と、
前記一のキャパシタから前記電動アクチュエータへの放電電荷量を検出する検出手段と、
該検出手段が検出した放電電荷量が所定の電荷量以上か否かを判断する判断手段と、
該判断手段が否と判断したとき、前記スイッチ回路の接続を前記一のキャパシタから他のキャパシタに切り替える切替手段と
を備えることを特徴とする電動式制動装置。
前記直流電源から前記キャパシタへの充電電荷量を検出する検出手段と、
該検出手段が検出した充電電荷量が所定の電荷量以上か否かを判断する判断手段と、
該判断手段が否と判断したとき、警告を発する警告手段と
を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動式制動装置。