JP2007100946A - 車両制動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両制動時に生じる摩耗粉がホイールディスクの外面に付着すると汚れの原因となる。
【解決手段】車両制動装置は、車輪とともに回転するディスクロータ１４の表面にブレーキパッド１８を摺接させて制動力を発生させる制動手段と、制動手段の近傍に配置され、ディスクロータ１４の表面とブレーキパッド１８との摺接により生じディスクロータ１４の回転方向へ飛散する帯電した摩耗粉に向けて、霧状の水または摩耗粉と逆極性のイオンを噴射して摩耗粉を除電する除電装置２２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両を制動するための車両制動装置に関する。

ディスクブレーキによる車両制動時に、車輪とともに回転するディスクロータの摩擦面に摩耗部材を摺接させると、摩耗部材が摩耗して摩耗粉が発生する。このとき、摩耗粉は摩擦により帯電する。帯電した摩耗粉の一部は、ホイールディスクの内側からホイールディスクに形成された開口部を通じて外側に向かう空気流に乗って開口部からホイールディスクの外側へ飛散する。ホイールディスクの外側の面は、空気との摩擦により帯電している。ここで、ホイールディスクが摩耗粉とは逆の極性に帯電した場合、ホイールディスクの外側へ飛散した摩耗粉の一部は、ホイールディスクの外側の面に静電気により付着する。これはホイールディスク表面の汚れの原因となる。特許文献１には、このような摩耗粉の付着による汚れを防止するために、マウンティングに摩耗粉除去装置を取り付けて、帯電した摩耗粉を静電気的に吸引して除去する技術、および摩耗粉が磁性体である場合には磁気的に摩耗粉を吸引除去する技術が開示されている。
特開２００４−１７６７３７号公報

しかしながら、上記特許文献１のように、摩耗粉を静電気的または磁気的に吸引して除去する場合、摩耗粉を吸着させる面に付着した摩耗粉の量が多くなると吸引の効果が低下する。

本発明は上述の事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、摩耗粉の付着に起因するホイールディスクの汚れを抑制することにある。

本発明の一態様は、車両制動装置に関する。この車両制動装置は、車輪とともに回転する摩擦面に摩耗部材を摺接させて制動力を発生させる制動手段と、制動手段の近傍に配置され、摩擦面と摩耗部材との摺接により生じ摩擦面の回転方向へ飛散する帯電した摩耗粉に向けて、霧状の水または摩耗粉と逆極性のイオンを噴射して摩耗粉を除電する除電手段と、を備える。

摩擦面と摩耗部材との摺接により乗じた摩耗粉は、摩擦面の回転方向へ向かう空気流に乗り、摩擦面の回転方向へ飛散する。そこで、除電手段は、この摩耗粉に向けて霧状の水または摩耗粉と逆極性のイオンを噴射するようにした。これによって、霧状の水が噴射される場合、帯電した摩耗粉に水分が付着することにより、電気抵抗が低下して空気中に静電気が逃げたり、摩耗粉に帯電した電荷が空気中に含まれる逆極性の電荷と結合したりして、帯電が中和される。また、摩耗粉との逆極性のイオンが噴射される場合にも、逆の極性の電荷同士が結合して摩耗粉の帯電が中和される。この結果、摩耗粉が、ホイールの開口部から外部へ飛散した場合、摩耗粉は中和により除電されているので、静電気によるホイールディスクの外側の面への付着が抑制される。これによって、ホイールディスクの汚れを抑制できる。

この車両制動装置は、車速を測定する車速測定手段と、車速測定手段により測定された車速が閾値を超えているとき、除電手段を作動させる制御手段と、をさらに備えてもよい。発生する摩耗粉の量は、摩擦面の回転速度が高いほど、つまり車輪の回転速度が高いほど多くなる。摩擦面の回転速度が低い場合は発生する摩耗粉の量は少なく、ホイールディスクの外側に飛散してホイールディスクの表面に付着する摩耗粉の量も少ない。そこで、車速が閾値を超えて摩耗粉の量が増加する結果、ホイールディスク表面に付着する摩耗粉の量が多くなるとき、制御手段が除電手段を作動させるようにした。これによって、作動が不要なときに除電手段が作動することを抑制でき、消費電力を軽減できる。

この車両制動装置は、車体に付着した水分を検出する水分検出手段と、水分検出手段により水分が検出されたとき、除電手段の作動を停止させる制御手段と、をさらに備えてもよい。例えば、雨天時のように湿度が高いときには、帯電した摩耗粉は空気中に含まれる水分より除電される。そこで、水分検出手段が、例えば雨天時に車体に付着した水分を検出したときには、除電手段の作動を停止させるようにした。これによって、除電手段を作動させる頻度を減少させることにより、消費電力を軽減できる。

この車両制動装置は、開口部が形成されたホイールディスクの内面側に配置され、ホイールディスクの外側から開口部を通じて内面側に入り込む光の照度を測定する照度測定手段と、照度測定手段により測定された照度が閾値を超えているとき、除電手段を作動させる制御手段と、をさらに備えてもよい。
一般に、開口部を通じてホイールディスクの外側へ飛散する摩耗粉の量は、開口部の面積が広いほど多いといえる。そこで、開口部の面積が広いほど、ホイールディスクの外側から入り込む光の量は多いため、ホイールディスクの内面側における照度を測定することで、開口部の面積の大小を推測できるという考えに基づいて、照度測定手段により測定された照度が閾値を超えているとき、除電手段を作動させることとした。つまり、除電手段は、開口部の面積がある程度広いと推測されたときに作動する。これによって、ホイールディスクの外側の面に付着する摩耗粉の量が少ないときは除電手段は作動せず、消費電力を軽減できる。

本発明の車両制動装置によれば、摩耗粉の付着に起因するホイールディスクの汚れを抑制できる。

本実施の形態では、ディスクブレーキにより車両を制動する場合について説明する。具体的には、ディスクブレーキにより制動するときに、ディスクロータとブレーキパッドとの摩擦によって生じる帯電した摩耗粉に向けて、除電装置が霧状の水（以下「水ミスト」と表記する）を噴射し、摩耗粉を除電する。このとき、除電装置は、作動させる必要があると判定された場合に作動する。

図１は、ディスクブレーキ１０を車両内側から見たときの正面図である。ディスクブレーキ１０は、ホイールディスク１２、ディスクロータ１４、キャリパ１６、ブレーキパッド１８、除電装置２２を含む。ハブ１１は、図示しない車両の車軸に固定されている。ホイールディスク１２は、図示しないハブボルトによりハブ１１に固定されている。図１に示すように、ホイールディスク１２は複数の開口部１３を有する。ディスクロータ１４は円環状の部材であり、車軸と同心に配置される。車両の前進走行時、ディスクロータ１４は図中の矢印Ａの方向へ回転するものとする。

キャリパ１６は、ディスクロータ１４の軸方向に摺動可能な状態で図示しないマウンティングにより支持されている。キャリパ１６の内側には、ディスクロータ１４の車両外側または車両内側の面の一部にそれぞれ押しつけられてその摩擦力によってディスクロータ１４を制動する一組のブレーキパッド１８が配置される。図１には、一組のブレーキパッド１８のうち、車両内側に配置されたブレーキパッド１８が点線で示されている。

除電装置２２は、キャリパ１６におけるディスクロータ１４の回転前方側に固定される。このように、除電装置２２を回転前方側に配置することにより、車両前進走行時に発生する摩耗粉を効果的に除電できる。除電装置２２は、水ミストを噴射するための複数のノズル２４を有しており、ノズル２４は、図１に示すように、ノズル２４の噴射口がディスクロータ１４の外周に向くように配置されている。複数のノズル２４は、除電装置２２においてディスクロータ１４の軸方向に並んで配置されているものとする。同図には、複数のノズル２４のうち、最も車両内側に近い位置に配置されるノズル２４が示されている。除電装置２２の配置される位置はキャリパ１６には限られず、例えば、バッキングプレートやナックルに配置されてもよい。つまり、除電装置２２は、摩耗粉に水ミストを適量噴霧できるようにブレーキパッド１８の回転前方向の近傍に固定されていればよい。

ディスクロータ１４とブレーキパッド１８との摩擦により生じた摩耗粉は、ディスクロータ１４の回転方向への空気流に乗って、ディスクロータ１４の回転方向へ飛散する。ノズル２４を上述したような方向に向けて配置させておくことにより、摩耗粉に水ミストを噴射できる。また、除電装置２２は、キャリパ１６、つまり、ブレーキパッド１８の近傍に固定されており、摩耗粉が広範囲に飛散しないうちに水ミストを摩耗粉に噴射するので、より多くの摩耗粉を除電できる。
なお、ノズル２４がディスクロータ１４とホイールディスク１２の間に形成される空間に飛散している摩耗粉に指向するように除電装置２２を配置してもよい。これによっても、摩耗粉を除電できる。なお、除電装置２２の電源は必ずしも別に設ける必要はなく、例えば、車載バッテリや、回生ブレーキ機構を備える車両においては、その電源を用いてもよい。

図２は、除電装置２２の作動制御を説明するための制御ブロック図である。除電装置２２の作動制御は、制御部３８により実行される。図２に示すように、制御部３８は、レインセンサ３０、車速センサ３２、照度センサ３６およびブレーキストロークセンサ３７と接続される。レインセンサ３０は、雨天であることを検出するためのセンサであり、車体に付着した水分を検出し、その検出結果を制御部３８に出力する。レインセンサ３０は、例えばフロントガラスの車体内側の面に配置される。ここで、レインセンサ３０は、発光ダイオードから発せされる赤外線によりフロントガラスに付着した雨滴を検出する既知のセンサであるものとする。本実施の形態では、レインセンサ３０を用いるが、これに代えて、ワイパ作動スイッチがオンであるか否かにより、雨天であることを検出してもよい。一般に、ドライバは雨天時にはワイパを作動させるので、これによっても、雨天であることを検出できる。

車速センサ３２は、走行中の車両の車速を測定し、その測定結果を制御部３８に出力する。照度センサ３６は、ホイールディスク１２の外側から複数の開口部１３を通じて内面側に入り込む光の照度を測定し、その測定結果を制御部３８に出力する。照度センサ３６は、例えば、フォトメータやライトコントロールセンサであり、ホイールディスク１２の内側、例えばキャリパ１６における開口部１３を通じて入り込む光の照度を測定できる位置に固定して配置される。ブレーキストロークセンサ３７は、ブレーキペダルに設けられており、ブレーキペダルの踏込を検出する。つまり、ブレーキストロークセンサ３７の検出結果により、ドライバによるブレーキ操作がされたか否かが判定される。

制御部３８は、レインセンサ３０、車速センサ３２、照度センサ３６およびブレーキストロークセンサ３７の検出結果または測定結果に応じて除電装置２２の作動制御を実行する。制御部３８は、閾値保持部４０、判定部４２および作動部４４を含む。閾値保持部４０は、除電装置２２を作動させるか否かの判定の基準となる車速および照度の閾値を保持する。判定部４２は、車速センサ３２により測定された車速および照度センサ３６により測定された照度をそれぞれ、閾値保持部４０に保持される閾値と比較し、その結果を作動部４４に出力する。また、判定部４２は、レインセンサ３０の検出結果に基づいて雨天でないか否か、およびブレーキストロークセンサ３７の検出結果に基づいてドライバによりブレーキ操作がなされたか否かを判定する。作動部４４は、判定部４２の判定結果に基づいて除電装置２２の作動制御を実行する。ここで、レインセンサ３０、車速センサ３２、照度センサ３６、ブレーキストロークセンサ３７、制御部３８およびディスクブレーキ１０は、車両制動装置として機能する。

図３は、制御部３８による除電装置２２の作動制御の過程を示すフローチャートである。以下で説明するルーチンは、車両運転中に一定の時間間隔、例えば、１秒の間隔で実行される。
判定部４２は、ドライバによりブレーキ操作がなされているか否かを判定する（Ｓ１０）。具体的には、ブレーキストロークセンサ３７によりブレーキペダルの踏込が検出されたとき、判定部４２はドライバによるブレーキ操作がなされたと判定する。ここで、ブレーキストロークセンサ３７に代えてブレーキの油圧を検出するブレーキ油圧センサを設け、検出されたブレーキ油圧が閾値を超えたとき、ブレーキ操作がなされたと判定されてもよい。また、ブレーキストロークセンサ３７を用いずに、ストップランプがオンになったことが検出されたとき、ブレーキ操作がなされたと判定されてもよい。このように、ブレーキ操作の有無を判定することにより、ブレーキ操作がなされていないにもかかわらず除電装置２２が作動されることを回避して、消費電力を軽減できる。

Ｓ１０においてブレーキ操作がなされていると判定されたとき（Ｓ１０のＹ）、判定部４２は、ホイールディスク１２に形成された開口部１３の面積が広いか否かを判定する（Ｓ１２）。ここで、開口部１３の大小について説明するためのホイールディスク１２の正面図を図４（ａ）および図４（ｂ）に示す。ここで、図４（ａ）は、開口部１３の面積が広いと判定されるホイールディスク１２の一例を示す正面図であり、図４（ｂ）は、開口部１３の面積が狭いと判定されるホイールディスク１２の一例を示す正面図である。図４（ａ）に示すホイールディスク１２（ａ）には、６個の開口部１３（ａ）が設けられており、各開口部１３（ａ）の面積は図に示すように広い。図４（ｂ）に示すホイールディスク１２（ｂ）には、１６個の開口部１３（ｂ）が設けられおり、各開口部１３（ｂ）の面積は図に示すように狭い。

Ｓ１２において、具体的には、照度センサ３６により測定された照度が閾値保持部４０に保持されている閾値を超えているとき、開口部１３の面積が広いと判定される。開口部１３の面積が狭い場合、ホイールディスク１２の外側へ飛散する摩耗粉の量は少ないため、ホイールディスク１２の外側の面に付着する摩耗粉の量も少ない。このような場合には、除電装置２２を作動させる必要性に乏しい。従って、このように開口部１３の面積の大小を判定することにより、開口部１３の面積が狭い場合に除電装置２２が作動されることを回避し、消費電力の軽減を図ることができる。一方、Ｓ１０においてブレーキ操作がなされていないと判定されたとき（Ｓ１０のＮ）、除電装置２２は作動せず、すでに作動している場合には作動が停止される（Ｓ２０）。

Ｓ１２において開口部１３の面積が広いと判定されたとき（Ｓ１２のＹ）、判定部４２は、雨天でないか否かを判定する（Ｓ１４）。具体的には、レインセンサ３０により水分が検出されたとき、判定部４２により雨天であると判定される。雨天においては空気中の湿度が高く、摩耗粉は空気中の水分によって除電されるため、除電装置２２を作動させる必要がない。このように、雨天でないか否かを判定することにより、雨天時に除電装置２２が作動されることを回避し、消費電力の軽減を図ることができる。一方、Ｓ１２において開口部１３の面積が広くないと判定されたとき（Ｓ１２のＮ）、除電装置２２は作動せず、すでに作動している場合は作動が停止される（Ｓ２０）。

Ｓ１４において雨天ではないと判定されたとき（Ｓ１４のＹ）、判定部４２は車速が閾値を超えているか否かを判定する（Ｓ１６）。具体的には、車速センサ３２により測定された車速が、閾値保持部４０により保持されている閾値を超えているかが判定される。ブレーキパッド１８の摩耗量は車速が高いほど多く、発生する摩耗粉の量は多い。つまり、車速が低い場合は、摩耗粉の量は少ないのでホイールディスク１２の外側に付着する量も少ないので、除電装置２２を作動させる必要性に乏しい。このように、車速の高低を判定することにより、車速が低いときに除電装置２２が作動することを回避して、消費電力の軽減を図ることができる。一方、Ｓ１４において雨天であると判定されたとき（Ｓ１４のＮ）、除電装置２２は作動せず、すでに作動している場合には作動が停止される（Ｓ２０）。

Ｓ１６において車速が閾値を超えていると判定されたとき（Ｓ１６のＹ）、作動部４４は、除電装置２２を作動させる（Ｓ１８）。除電装置２２が作動されると、除電装置２２から水ミストが摩耗粉に向けて噴射されて帯電した摩耗粉に水分が付着し、摩耗粉は静電気的に中和される。これによって、ホイールディスク１２の外側へ飛散した摩耗粉がホイールディスク１２の外面に静電気によって付着することを抑制できる。この結果、ホイールディスク１２の摩耗粉による汚れを抑制できる。一方、Ｓ１６において、車速が閾値以下であると判定されたとき（Ｓ１６のＮ）、除電装置２２は作動せず、すでに作動している場合は作動が停止される（Ｓ２０）。

Ｓ１６において、車速についての判定に加えて、車両が前後のいずれの方向に走行しているか判定してもよい。この場合、一般に、車両が後進する場合における車速は低いので、車両が後進してるときには、作動部４４は除電装置２２を作動させず、すでに作動している場合は作動を停止させる。具体的には、トランスミッションのシフトポジションを検出し、その検出の結果、判定部４２により車両が後進していると判定されたときに、作動部４４により除電装置２２の作動が停止される。

本実施の形態では、このように、Ｓ１０〜Ｓ１６による判定の結果に基づいて、除電装置２２を作動させる必要があると判定された場合に作動部４４は作動制御を実行する。これにより、消費電力を軽減し、除電装置の寿命を伸ばすことが可能となる。
なお、図３のフローチャートにおけるＳ１０〜Ｓ１６の順序はこれに限られず、これらのステップの順序は入れ換えられてもよい。

上述したように、摩耗粉を吸引して除去することによりホイールディスクの汚れを抑制するような従来の装置では、吸着面に付着する摩耗粉の量が多くなると吸引の効果が低下するので、汚れ抑制の能力が低下する。本実施の形態では、摩耗粉を除電してホイールディスク１２の汚れを抑制する。つまり、摩耗粉を吸引することはないので、摩耗粉が吸着面に吸着されることに起因する汚れ抑制の能力低下という問題は起こらない。

本実施の形態では、水ミストおよび摩耗粉は、車両の走行に起因してホイールの内側に発生する空気流に乗って飛散するので、水ミストを摩耗粉に向けて送風する必要がない。つまり、本実施の形態によれば、送風装置を設ける必要がなく、その分の消費電力の軽減および省スペース化が可能となる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。例えば、以下のような変形例が考えられる。

本実施の形態では、除電装置２２は水ミストを噴射する装置であるとして説明したが、変形例として、帯電した摩耗粉と逆極性のイオンを噴射する装置であってもよい。これによれば、逆極性のイオンを噴射された摩耗粉は静電気的に中和されるので、摩耗粉の静電気による付着に起因するホイールディスク１２の外側の面の汚れを抑制できる。例えば、ディスクロータ１４とブレーキパッド１８の摩擦により摩耗粉がマイナスに帯電し、ホイールディスク１２の外側の面が空気との摩擦によりプラスに帯電するとき、除電装置２２としてプラスイオンを噴射するイオン発生装置を用いる。このイオン発生装置は、直流式および交流式のいずれでもよい。具体的には、直流のイオン発生装置である場合には、例えば、プラスイオンをコロナ放電する極をホイールの内側に配置する。
中和された摩耗粉にさらにプラスイオンが結合して摩耗粉がプラスに帯電した場合であっても、ホイールディスク１２の外面と摩耗粉は同極性であるので反発し合い、摩耗粉の付着によりホイールディスク１２が汚れることはない。
なお、このとき、発生したマイナスイオンを車室内に導入することにより、乗員にリラクゼーション効果をもたらすことができる。

本実施の形態では、照度センサによりホイールディスク１２に形成された開口部１３の面積の大小を推測し、面積が広いと推測される場合に除電装置を作動させた。変形例として、ホイールディスク１２の材質に応じて除電装置を作動させるか否かを判断してもよい。この場合、ホイールディスク１２の材質を検出するホイール材質センサを設け、所定の材質のホイールディスク１２であるときに作動部４４が除電装置２２を作動させる。

例えば、ホイールディスク１２の材質としてアルミニウムやスチールなどが挙げられる。一般に、スチールホイールディスク（以下「スチールホイール」とも表記する）の開口部は、アルミホイールディスク（以下「アルミホイール」とも表記する）の開口部より面積が小さく、その開口部から外側へ飛散する摩耗粉の量は少ない。このような場合には、除電装置２２を作動させる必要性は乏しい。従って、アルミホイールである場合に除電装置２２を作動させればよい。このとき、材質センサとして磁石を付けた振り子またはばね、および振り子またはばねの変位を検出する変位計をホイールディスク１２の内側に配置する。磁石は、ホイールディスク１２には磁力によって引き寄せされ、変位計は振り子またはばねの変位を検出するが、アルミホイールには磁石は引き寄せられず、変位計は振り子またはばねの変位を検出しない。作動部４４は、変位計により振り子またはばねの変位が検出されたときは、除電装置を作動させない。

ディスクブレーキを車両内側から見たときの正面図である。 除電装置の作動制御を説明するための制御ブロック図である。 制御部による除電装置の作動制御の過程を示すフローチャートである。 図４（ａ）は、開口部の面積が広いと判定されるホイールディスクの一例の正面図である。図４（ｂ）は、開口部の面積が狭いと判定されるホイールディスクの一例の正面図である。

符号の説明

１０ ディスクブレーキ、 １１ ハブ、 １２ ホイールディスク、 １３ 開口部、 １４ ディスクロータ、 １６ キャリパ、 １８ ブレーキパッド、 ２２ 除電装置、 ２４ ノズル、 ３０ レインセンサ、 ３２ 車速センサ、 ３６ 照度センサ、 ３７ ブレーキストロークセンサ、 ３８ 制御部、 ４０ 閾値保持部、 ４２ 判定部、 ４４ 作動部。

Claims (4)

1. 車輪とともに回転する摩擦面に摩耗部材を摺接させて制動力を発生させる制動手段と、
   前記制動手段の近傍に配置され、前記摩擦面と前記摩耗部材との摺接により生じ前記摩擦面の回転方向へ飛散する帯電した摩耗粉に向けて、霧状の水または前記摩耗粉と逆極性のイオンを噴射して前記摩耗粉を除電する除電手段と、
   を備えることを特徴とする車両制動装置。
2. 車速を測定する車速測定手段と、
   前記車速測定手段により測定された車速が閾値を超えているとき、前記除電手段を作動させる制御手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の車両制動装置。
3. 車体に付着した水分を検出する水分検出手段と、
   前記水分検出手段により水分が検出されたとき、前記除電手段の作動を停止させる制御手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の車両制動装置。
4. 開口部が形成されたホイールディスクの内面側に配置され、ホイールディスクの外側から前記開口部を通じて内面側に入り込む光の照度を測定する照度測定手段と、
   前記照度測定手段により測定された照度が閾値を超えているとき、前記除電手段を作動させる制御手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の車両制動装置。

Images