JP2006307994A - ディスクブレーキ及びディスクブレーキの熱倒れ量算出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度検出センサを用いることなく、ディスクロータの熱歪み量を算出し、ディスクロータの肉厚変動の発生を抑制してジャダーの発生を抑制する。
【解決手段】 ＣＰＵ１７は回転数センサ４４の検出結果（ディスクロータ１１の回転速度）と、ブレーキパッド１２による制動トルクに係る状態量（推力センサ３８により検出されるピストン推力及びディスクロータ１１の摺動面の摩擦係数等）とに基づき、ディスクロータ１１内の伝熱状態を記述する熱容量モデルによる熱微分方程式により、ディスクロータ１１のディスク部２６及びハット部２５の各温度θ_１，θ_２を算出し、各温度θ_１，θ_２に応じてディスクロータ１１の熱倒れ量δを算出する。ＣＰＵ１７は熱倒れ量δに応じて、制動時以外の状態でディスクロータ１１と一対のブレーキパッド１２，１２とが接触しないための距離を設定し、設定した距離に応じて電動モータ１５を駆動制御する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ディスクブレーキ及びディスクブレーキの熱倒れ量算出方法に関する。

従来、例えば電動ディスクブレーキの空転時にロータの温度を検出するとともに、熱倒れ、ロータの肉厚変動を抑制するディスクブレーキが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−３６６５７号公報

ところで、上記従来技術の一例に係るディスクブレーキにおいては、ロータ温度を検出するために温度検出センサを設ける必要があり、温度検出センサや配線の装着に煩雑な手間がかかると共に、温度検出センサの配置位置が車輪周辺となることで、振動や、ディスクブレーキの高温の排熱によって温度検出センサに異常が発生してしまう可能性が高くなるという問題がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、温度検出センサを用いることなく、ディスクロータの熱歪み量を算出し、ディスクロータの肉厚変動の発生を抑制してジャダーの発生を抑制することが可能なディスクブレーキ及びディスクブレーキの熱倒れ量算出方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明のディスクブレーキは、ディスク部とハット部とからなるディスクロータにブレーキパッドを押圧して制動力を発生させるべく、電動アクチュエータ（例えば、実施の形態での電動モータ１５）の駆動により前記ブレーキパッドを移動させるディスクブレーキであって、前記ディスク部と前記ハット部との各温度（例えば、実施の形態での各温度θ_１，θ_２）を算出し、当該ディスク部及びハット部の各温度から前記ディスクロータの熱倒れ量（例えば、実施の形態での熱倒れ量δ）を算出する算出手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０２）と、前記算出手段により算出された前記熱倒れ量に応じた移動量で前記ディスクロータから前記ブレーキパッドを離間させる制御手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０４）とを備えることを特徴としている。

上記のディスクブレーキによれば、ディスクロータのディスク部およびハット部の各温度を検出する温度センサを設ける必要無しに、各温度をいわばリアルタイムで算出することができ、これらの算出結果に応じてディスクロータの熱倒れ量を精度良く算出することができる。これにより、算出した熱倒れ量に応じて、制動時以外の状態でディスクロータとブレーキパッドとが接触しないように設定することができ、ジャダーやブレーキパッドの偏摩耗等が生じることを防止することができる。

さらに、請求項２に記載の本発明のディスクブレーキでは、前記算出手段は、前記ディスク部と前記ハット部との各温度を、前記ディスクロータの回転数（例えば、実施の形態でのディスクロータ１１の回転速度）と前記ブレーキパッドによる制動トルク（例えば、実施の形態でのブレーキパッド１２による制動トルクに係る状態量）とに基づいて算出することを特徴としている。

上記のディスクブレーキによれば、制動時にブレーキパッドがディスク部に接触して発生する熱エネルギーのうちディスク部に流入する熱流束は、ディスクロータの回転速度を検出する回転数センサから出力されるディスクロータの回転数と、ディスク部に押圧されるブレーキパッドの推力およびディスク部の摺動面の摩擦係数に応じたブレーキパッドによる制動トルクとに基づいて精度良く算出することができ、この熱流束に基づきディスクロータのディスク部およびハット部の各温度を精度良く算出することができる。

さらに、請求項３に記載の本発明のディスクブレーキの熱倒れ量算出方法は、ディスク部とハット部とからなるディスクロータにブレーキパッドを押圧して制動力を発生させるべく、電動アクチュエータの駆動により前記ブレーキパッドを移動させるディスクブレーキの熱倒れ量算出方法であって、前記ディスクロータの回転数と前記ブレーキパッドによる制動トルクとに基づいて前記ディスク部と前記ハット部との各温度を算出し、前記ディスク部の温度と前記ハット部の温度との差から前記ディスクロータの熱倒れ量を算出することを特徴としている。

上記のディスクブレーキの熱倒れ量算出方法によれば、制動時にブレーキパッドがディスク部に接触して発生する熱エネルギーのうちディスク部に流入する熱流束は、ディスクロータの回転数とブレーキパッドによる制動トルクとに基づいて精度良く算出することができ、さらに、この熱流束に基づきディスクロータのディスク部およびハット部の各温度をいわばリアルタイムで算出することができ、これらの算出結果に応じてディスクロータの熱倒れ量を精度良く算出することができる。これにより、算出した熱倒れ量に応じて、制動時以外の状態でディスクロータとブレーキパッドとが接触しないように設定することができ、ジャダーやブレーキパッドの偏摩耗等が生じることを防止することができる。

以上説明したように、請求項１及び２に記載の本発明のディスクブレーキによれば、ディスクロータのディスク部およびハット部の各温度を検出する温度センサを設ける必要無しに、各温度をいわばリアルタイムで算出することができ、これらの算出結果に応じてディスクロータの熱倒れ量を精度良く算出することができる。
また、請求項３に記載の本発明のディスクブレーキの熱倒れ量算出方法によれば、ディスクロータの回転数とブレーキパッドによる制動トルクとに基づき、ディスクロータのディスク部およびハット部の各温度をいわばリアルタイムで算出することができ、これらの算出結果に応じてディスクロータの熱倒れ量を精度良く算出することができる。

以下、本発明の一実施形態に係るディスクブレーキ及びディスクブレーキの熱倒れ量算出方法について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態によるディスクブレーキ１０は、例えば図１および図２に示すように、車両の図示せぬ車輪とともに回転するディスクロータ１１と、ディスクロータ１１の軸線方向の両側からディスクロータ１１を挟み込むようにして配置されると共にディスクロータ１１に接触可能な一対のブレーキパッド１２，１２と、車両の非回転の取付部１３に固定されると共に一対のブレーキパッド１２，１２をディスクロータ１１の軸線方向に移動可能に支持し、これら一対のブレーキパッド１２，１２を介して制動トルクが入力されるキャリア１４と、キャリア１４にディスクロータ１１の軸線方向に移動可能に支持されると共に、内蔵された電動モータ１５の回転により一対のブレーキパッド１２，１２をディスクロータ１１の軸線方向の両側から挟持してディスクロータ１１に押圧して車両に制動力を発生させる電動キャリパ１６と、電動キャリパ１６の電動モータ１５を制御するＣＰＵ（中央演算装置）１７とを備えて構成されている。

ディスクロータ１１は、例えばストレートフィンタイプのベンチレーテッドロータであって、図示しない車輪に対して同軸に連結されている。このディスクロータ１１では、例えば円板状のインナーディスク部（図示略）とアウターディスク部（図示略）との互いに対向する面同士を接続する複数のリブ（図示略）が放熱フィンとして軸心から径方向に沿って放射状に列設され、周方向で隣り合う放熱フィン同士の間にはディスクロータ１１の内周部と外周部とを連通する通風路が形成されている。これにより、ディスクロータ１１の回転時には各通風路を経て内周部から外周部へと空気が流通して冷却作用を奏するようになっている。

そして、ディスクロータ１１は、央部に有底円筒状の取付部（ハット部）２５を備え、このハット部２５の底部に対し反対側から径方向外側にフランジ状に延出するディスク部２６を有するいわゆるハット型のディスクロータであって、ハット部２５において車輪に固定され、ディスク部２６においてブレーキパッド１２に接触可能とされている。
ブレーキパッド１２は、ディスクロータ１１に接触するライニング２８と、このライニング２８を一側に保持するとともに逆側が電動キャリパ１６で押圧される裏金２９とを有しており、ライニング２８をディスクロータ１１に対向させた状態で裏金２９においてキャリア１４に支持される。

電動キャリパ１６は、ディスクロータ１１の一側に配置されるキャリパ本体３１と、このキャリパ本体３１に一体的に固定されるとともにディスクロータ１１を跨いで反対側へ延びる爪部３２とを有しており、キャリパ本体３１が、キャリア１４に取り付けられたスライドピン３３によってディスクロータ１１の軸方向に沿って摺動可能に案内される。ここで、ディスクロータ１１とキャリパ本体３１との間およびディスクロータ１１と爪部３２の先端部との間に、それぞれブレーキパッド１２が設けられる。

キャリパ本体３１には、電動モータ１５と、電動モータ１５の回転位置を検出する位置検出器３５と、電動モータ１５の回転を直線運動に変換する直線運動変換機構３６（例えば、ボールアンドランプ機構、ボールねじ機構、ローラねじ機構等）と、この直線運動変換機構３６に連結され、電動モータ１５の回転でディスクロータ１１の軸線方向に直線的に往復移動するピストン３７と、ピストン推力を検出する推力センサ３８とが設けられている。

この電動キャリパ１６は、電動モータ１５の正回転でピストン３７をディスクロータ１１に近接する方向に前進させることにより、ピストン３７と爪部３２とで両ブレーキパッド１２，１２を両側から挟持してディスクロータ１１のディスク部２６に接触させて制動力を発生させる一方、電動モータ１５の逆回転でピストン３７をディスクロータ１１から離間する方向に後退させることで、両ブレーキパッド１２，１２の挟持を解除してディスクロータ１１への接触を解除させる。

ＣＰＵ１７には、位置検出器３５および推力センサ３８から出力される各検出信号に加えて、電動モータ１５の通電電流の電流値を検出する電流センサ（図示略）およびブレーキペダル４１の操作量を検出するペダル操作量検出センサ４２および車体速度を検出する車速センサ４３および車輪の回転速度つまりディスクロータ１１の回転速度を検出する回転数センサ４４から出力される各検出信号が入力されている。

そして、ＣＰＵ１７は、ペダル操作量検出センサ４２および車速センサ４３の各検出結果に基づいて所望の制動力を得るためのピストン３７の目標推力を算出する一方、位置検出器３５の検出結果と電動モータ１５の電流値および推力センサ３８の検出結果に基づいて、実際のピストン推力が目標推力となるように電動モータ１５を制御する制動力発生制御を行う。

さらに、このＣＰＵ１７は、制動力発生制御に加えて、回転数センサ４４の検出結果（つまりディスクロータ１１の回転速度）と、ブレーキパッド１２による制動トルクに係る状態量（例えば、推力センサ３８により検出されるピストン推力およびブレーキパッド１２が接触するディスクロータ１１の摺動面の摩擦係数等）とに基づき、ディスクロータ１１のディスク部２６およびハット部２５の各温度θ_１，θ_２を算出し、さらに、各温度θ_１，θ_２に応じてディスクロータ１１の熱倒れ量δを算出する。

なお、ディスクロータ１１の熱倒れは、制動時にディスクロータ１１のハット部２５とディスク部２６との間に温度勾配が生じた際に、相対的に高温状態で熱膨張が増大するディスク部２６に対して、相対的に低温状態のハット部２５での熱膨張の増大が抑制され、ディスク部２６が、いわばすり鉢状に変形して、ディスク部２６がディスクロータ１１の軸直交方向に対して傾く状態である。

そして、ＣＰＵ１７は、算出した熱倒れ量δに応じて、制動時以外の状態でディスクロータ１１と一対のブレーキパッド１２，１２とが接触しないようにして、ディスクロータ１１と一対のブレーキパッド１２，１２との間に確保すべき所望の距離を設定し、この距離を確保するようにして電動モータ１５を駆動制御する。

本実施の形態によるディスクブレーキ１０は上記構成を備えており、次に、このディスクブレーキ１０の動作、特に、ディスクブレーキ１０の熱倒れ量算出方法について添付図面を参照しながら説明する。
まず、図３に示すステップＳ０１においては、例えばブレーキパッドの押圧力つまりピストン３７のピストン推力を検出する推力センサ３８から出力される検出信号に基づき、車両の走行状態が制動動作の実行による減速状態か否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０２に進む。
そして、ステップＳ０２においては、例えば下記数式（１），（２）に示すディスクロータ１１内の伝熱状態を記述する熱容量モデルによる熱微分方程式により、ディスクロータ１１のディスク部２６およびハット部２５の各温度θ_１，θ_２を算出する。

この熱容量モデルでは、例えば図４に示すように、ディスク部２６を第１の熱容量体とし、ハット部２５を第２の熱容量体とし、ディスクロータ１１の摺動面から厚さ方向に所定深さｄの領域の質量をディスク部質量ｍ_１とし、ディスクロータ１１の摺動面上の適宜の位置（例えば、有効径部２６ａ）の温度を温度θ_１とし、ディスクロータ１１のディスク部２６よりも内周側の領域の質量をハット部質量ｍ_２とし、ハット部２５の適宜の位置（例えば、屈曲部２５ａ）の温度を温度θ_２とする。そして、ディスク部２６とハット部２５との間には、ディスク部２６およびハット部２５の各寸法に係る状態量（例えば、断面積等）により算出可能な伝熱抵抗ｋを設ける。

そして、制動時にブレーキパッド１２がディスク部２６に接触して発生する熱エネルギーのうちディスク部２６に流入する熱流束Ｑ_ｉｎは、例えば、回転数センサ４４により検出されるディスクロータ１１の回転速度と、ブレーキパッド１２による制動トルクに係る状態量（例えば、推力センサ３８により検出されるピストン推力およびブレーキパッド１２が接触するディスクロータ１１の摺動面の摩擦係数等）とに基づき算出される。

また、熱伝達によるディスクロータ１１からの放熱は、ディスク部２６の放熱フィンおよび他の部材と、ハット部２５とにおいて発生すると仮定し、各放熱量Ｑ_ｆｉｎ，Ｑ_{ｏｔｈｅｒ}，Ｑ_ｈａｔは、例えば下記数式（３）に示すように記述される。
なお、下記数式（３）において、例えば、各放熱面積Ｓ_{（ｆｉｎ，ｏｔｈｅｒ，ｈａｔ）}は予め設定された所定値であって、各熱伝達率ｈ_{（ｆｉｎ，ｏｔｈｅｒ，ｈａｔ）}は回転数センサ４４により検出されるディスクロータ１１の回転速度に応じて変化する所定の変数であって、例えばディスクロータ１１の回転速度を変数とする所定の関数あるいはディスクロータ１１の回転速度の適宜の値と各熱伝達率ｈ_{（ｆｉｎ，ｏｔｈｅｒ，ｈａｔ）}の値との対応関係を示すマップ等により算出され、各熱伝達率補正係数ｃ_{（ｆｉｎ，ｏｔｈｅｒ，ｈａｔ）}は予め設定された所定値であって、冷却風温度θ_ａｉｒは所定値（例えば、雰囲気温度等）である。

そして、予め、メモリに格納された数値解法プログラムを使用して、各温度θ_１，θ_２について上記数式（１），（２）の連立微分方程式を逐一解くことにより、リアルタイムに各温度θ_１，θ_２が得られる。

ステップＳ０３においては、各温度θ_１，θ_２に応じてディスクロータ１１の熱倒れ量δを算出する。ここでは、例えば図５に示すように、ディスク部２６の温度θ_１に所定の相関係数αを乗算して得た値に比べて、各温度θ_１，θ_２の差（θ_１−θ_２）に所定の相関係数βを乗算して得た値の方が、熱倒れ量δの実測値（例えば、図５においては、ディスクロータ１１を所定減速度で繰り返し制動した際の実測値）をより精度良く再現することができることから、算出した各温度θ_１，θ_２の差（θ_１−θ_２）に、予め設定した相関係数βを乗算して熱倒れ量δを算出する。

そして、ステップＳ０４においては、算出した熱倒れ量δに応じて、制動後にディスクロータ１１と一対のブレーキパッド１２，１２とが接触しないようにして、ディスクロータ１１と一対のブレーキパッド１２，１２との間に確保すべき所望の距離を設定し、この距離を確保するようにして電動モータ１５を駆動制御し、一連の処理を終了する。

上述したように、本実施の形態によるディスクブレーキ１０によれば、ディスクロータ１１のディスク部２６およびハット部２５の各温度θ_１，θ_２を検出する温度センサを設ける必要無しに、制動時の各温度θ_１，θ_２をいわばリアルタイムで算出することができ、これらの算出結果に応じてディスクロータ１１の熱倒れ量δを精度良く算出することができる。これにより、算出した熱倒れ量δに応じて、制動後にディスクロータ１１と一対のブレーキパッド１２，１２とが接触しないように設定することができ、ジャダーやブレーキパッド１２の偏摩耗等が生じることを防止することができる。

なお、上述した実施の形態においては、ブレーキパッド１２による制動トルクに係る状態量を、推力センサ３８により検出されるピストン推力およびブレーキパッド１２が接触するディスクロータ１１の摺動面の摩擦係数に基づき算出するとしたが、これに限定されず、例えば制動時の電動モータ１５の推力と、電動モータ１５のロータの磁極位置を検出する回転角センサの検出結果とから算出してもよい。

本発明の一実施形態のディスクブレーキを概略的に示す側面図である。 本発明の一実施形態のディスクブレーキの電動キャリパ等を示す斜視図である。 本発明の一実施形態のディスクブレーキの動作、特に、ディスクブレーキの熱倒れ量算出方法の処理を示すフローチャートである。 ディスクロータの熱容量モデルを示す図である。 熱倒れ量δの一例を示すグラフ図である。

符号の説明

１０ ディスクブレーキ
１１ ディスクロータ
１２ ブレーキパッド
２５ ハット部
２６ ディスク部
ステップＳ０２ 算出手段
ステップＳ０４ 制御手段

Claims (3)

1. ディスク部とハット部とからなるディスクロータにブレーキパッドを押圧して制動力を発生させるべく、電動アクチュエータの駆動により前記ブレーキパッドを移動させるディスクブレーキであって、
   前記ディスク部と前記ハット部との各温度を算出し、当該ディスク部及びハット部の各温度から前記ディスクロータの熱倒れ量を算出する算出手段と、
   前記算出手段により算出された前記熱倒れ量に応じた移動量で前記ディスクロータから前記ブレーキパッドを離間させる制御手段と
   を備えることを特徴とするディスクブレーキ。
2. 前記算出手段は、前記ディスク部と前記ハット部との各温度を、前記ディスクロータの回転数と前記ブレーキパッドによる制動トルクとに基づいて算出することを特徴とする請求項１に記載のディスクブレーキ。
3. ディスク部とハット部とからなるディスクロータにブレーキパッドを押圧して制動力を発生させるべく、電動アクチュエータの駆動により前記ブレーキパッドを移動させるディスクブレーキの熱倒れ量算出方法であって、
   前記ディスクロータの回転数と前記ブレーキパッドによる制動トルクとに基づいて前記ディスク部と前記ハット部との各温度を算出し、前記ディスク部の温度と前記ハット部の温度との差から前記ディスクロータの熱倒れ量を算出することを特徴とするディスクブレーキの熱倒れ量算出方法。
   
   

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