JP2007204010A

JP2007204010A - ブレーキパッドの摩耗を推定する車輌

Info

Publication number: JP2007204010A
Application number: JP2006028592A
Authority: JP
Inventors: Masaki Matsunaga; 昌樹松永
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-02-06
Filing date: 2006-02-06
Publication date: 2007-08-16

Abstract

【課題】ブレーキパッドに電気的摩耗検知装置等を組み込むことなく、また制動エネルギを介することなく、車輌に搭載されている各種センサと車輌に関する諸元データ等に基づいてブレーキパッドの摩耗を直接的に推定する
【解決手段】ブレーキパッドのクリアランスに基づいてブレーキパッドの摩耗を推定する。ブレーキパッドクリアランスの推定はブレーキ油圧の上昇に伴ってクリアランスが減小するとき各瞬間に於けるクリアランスの減小速度は同瞬間に於けるブレーキ油圧に比例しまたブレーキ油圧の上昇速度が増大したときクリアランスが０になったとして行なう。
【選択図】図３

Description

本発明は、ブレーキパッドにより摩擦制動される車輪を備えた自動車等の車輌に係り、特にブレーキパッドの磨耗を推定することに係わる。

下記の特許文献１には、ブレーキパッドに電気的摩耗検知装置等を組み込むことなく、ブレーキパッドの摩耗を車輌に搭載されている各種センサと車輌に関する諸元データ等に基づいて推定するものとして、車輌制動時の初速度と終速度および路面の高度差に基づいて車輌制動の単位時間毎の制動エネルギを算出し、この算出された制動エネルギとブレーキ諸元データと外気温度データとに基づいて車輌制動の単位時間毎のブレーキパッドの温度上昇を推定し、ブレーキパッドの温度上昇とブレーキパッドの温度別摩耗データと上に算出された制動エネルギとに基づいて車輌制動の単位時間毎のブレーキパッドの摩耗量を推定し、それを積算することによりブレーキパッドの摩耗量が所定の限界に達したときそれを警報することが記載されている。
特開２００５-６７５０８

本発明もまた、ブレーキパッドに電気的摩耗検知装置等を組み込むことなく、車輌に搭載されている各種センサと車輌に関する諸元データ等に基づいてブレーキパッドの摩耗を推定せんとするものであるが、制動エネルギを介することなく、より直接的にブレーキパッドの摩耗を推定することを課題としている。

上記の課題を解決するものとして、本発明は、ブレーキパッドのクリアランスに基づいてブレーキパッドの摩耗を推定するようになっていることを特徴とする車輌を提案するものである。

この場合、推定されたブレーキパッドのクリアランスが所定の値に達したときブレーキパッドの摩耗が許容限界に達したと判断するようになっていてよい。

前記のブレーキパッドクリアランスの推定はブレーキ油圧の上昇に伴って該クリアランスが減小するとき各瞬間に於ける該クリアランスの減小速度は同瞬間に於けるブレーキ油圧に比例しまたブレーキ油圧の上昇速度が増大したとき該クリアランスは０になったとして行われるようになっていてよい。

上記の如く、ブレーキパッドのクリアランスに基づいてブレーキパッドの摩耗を推定すれば、車輌に搭載されている各種センサと車輌に関する諸元データ等に基づいて、制動エネルギを介することなく、ブレーキパッドの摩耗を直接推定することができる。

また、ブレーキパッドの摩耗量が限界に達するとは、通常、ブレーキパッドの摩耗によってブレーキパッドの残留厚みが許容される限界まで減小したということではなく、制動時にブレーキ油圧の上昇に対するブレーキの利きの遅れがクリアランスの増大により許容される限界に達するということである。従って、推定されたブレーキパッドのクリアランスが所定の値に達したときブレーキパッドの摩耗が許容限界に達したと判断するようになっていれば、ブレーキパッドの摩耗の許容限界をブレーキの作動性能の点からより適切に把握することができる。

ブレーキが作動されるとき、ブレーキパッドはブレーキ油圧により押されてクリアランスを減小させつつ移動するが、その間、各瞬間に於けるブレーキパッドの移動速度、即ちクリアランスの減小速度、は、同瞬間に於けるブレーキ油圧に比例すると考えられる。またクリアランスが残っている間はブレーキ油圧によるブレーキパッドの駆動に対しブレーキパッドが呈する抵抗はブレーキパッド戻しばねの弾性抵抗に過ぎないが、クリアランスが０になると、それ以上のブレーキ油圧によるブレーキパッドの駆動に対しブレーキパッドの変位がブレーキディスクにより阻止されるので、ブレーキ油圧の上昇速度はクリアランスが０となった時点より増大すると考えられる。従って、クリアランスの推定は、ブレーキ油圧の上昇に伴って該クリアランスが減小するとき、各瞬間に於ける該クリアランスの減小速度を同瞬間に於けるブレーキ油圧に比例するとし、またブレーキ油圧の上昇速度が増大した時点にてクリアランスが０となったと判断してクリアランスを推定することができる。

図１は、本発明による車輌の制動装置の油圧回路の構成を一つの実施の形態について示す概略図である。

図１に示す油圧回路１０に於いて、１２はブレーキペダルであり、運転者によるブレーキペダル踏み込み操作に応じてマスタシリンダ１４よりブレーキオイルが圧送されるようになっている。ブレーキペダル１２とマスタシリンダ１４との間にはドライストロークシミュレータ１６が設けられている。

マスタシリンダ１４は第一のマスタシリンダ室１４Ａと第二のマスタシリンダ室１４Ｂとを有し、これらのマスタシリンダ室にはそれぞれ左前輪用のブレーキ油圧供給導管１８Ｌおよび右前輪用のブレーキ油圧供給導管１８Ｒの一端が接続されている。ブレーキ油圧供給導管１８Ｌおよび１８Ｒの他端にはそれぞれ左前輪および右前輪に制動力を付与するホイールシリンダ２０ＦＬおよび２０ＦＲが接続されている。

ブレーキ油圧供給導管１８Ｌおよび１８Ｒの途中にはそれぞれ常開型の電磁開閉弁２２Ｌおよび２２Ｒが設けられ、それぞれマスタシリンダ室１４Ａおよびマスタシリンダ室１４Ｂと左前輪および右前輪のホイールシリンダ２０ＦＬおよび２０ＦＲとの連通を制御するようになっている。尚、図示の油圧回路では、ブレーキペダルの踏み込みにより制動されるのは左前輪と右前輪であり、左後輪および右後輪のホイールシリンダ２０ＲＬおよび２０ＲＲは後述のオイルポンプを油圧源とする自動油圧制御系を経て油圧を供給されるようになっている。マスタシリンダ室１４Ａと電磁開閉弁２２Ｌの間のブレーキ油圧供給導管１８Ｌには常閉型の電磁開閉弁２４を介してウェットストロークシミュレータ２６が接続されている。

マスタシリンダ１４にはリザーバ２８が接続されており、リザーバ２８には油供給導管３０の一端が接続されており、その他端には電動機３２により駆動されるオイルポンプ３４が接続されている。オイルポンプ３４の吐出側に接続された油圧供給導管３６には高圧の油圧を蓄圧するアキュムレータ３８が接続されている。リザーバ２８、オイルポンプ３４、アキュムレータ３８は後述の如くマイクロコンピュータにより制御されてホイールシリンダ２０ＦＬ、２０ＦＲ、２０ＲＬ、２０ＲＲに油圧を供給する油圧源を構成している。尚、図には示されていないが、オイルポンプ３４の吐出側の油圧供給導管３６と吸入側の油供給導管３０とを接続する導管が設けられ、該導管の途中にはアキュムレータ３８内の圧力が基準値を越えた場合に開弁しオイルポンプ３４の吐出側より吸入側へオイルを戻すリリーフ弁が設けられている。

オイルポンプ３４の吐出側の油圧供給導管３６は、常閉型の電磁開閉弁４０ＦＬ，４０ＦＲと導管４２ＦＬ，４２ＦＲとブレーキ油圧供給導管１８Ｌ，１８Ｒの常開型電磁開閉弁２２Ｌ，２２Ｒより下流側の部分を経て左前輪および右前輪のホイールシリンダ２０ＦＬ，２０ＦＲに接続されており、また常閉型の電磁開閉弁４０ＲＬ，４０ＲＲと導管４４ＲＬ，４４ＲＲを経て左後輪および右後輪のホイールシリンダ２０ＲＬ，２０ＲＲに接続されている。一方、ホイールシリンダ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲは、常閉型の電磁開閉弁４６ＦＬ，４６ＦＲ，４６ＲＬ，４６ＲＲを経て戻り導管４８に接続されており、オイルポンプ３４の吸入側およびリザーバ２８へ向けてオイルを排出できるようになっている。

従って、ホイールシリンダ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲの各々は、電磁開閉弁４６ＦＬ，４６ＦＲ，４６ＲＬ，４６ＲＲが閉じられていて、電磁開閉弁４０ＦＬ，４０ＦＲ，４０ＲＬ，４０ＲＲが開かれるとき昇圧され、逆に電磁開閉弁４０ＦＬ，４０ＦＲ，４０ＲＬ，４０ＲＲが閉じられていて、電磁開閉弁４６ＦＬ，４６ＦＲ，４６ＲＬ，４６ＲＲが開かれるとき減圧される。車輌の通常運行時に運転者のブレーキペダルの踏込みに応じて車輌が制動されるときには、電磁開閉弁４０ＦＬ，４０ＦＲ，４０ＲＬ，４０ＲＲおよび４６ＦＬ，４６ＦＲ，４６ＲＬ，４６ＲＲはいずれも閉じられており、電磁開閉弁２２Ｌ，２２Ｒが開いていて、車輌は運転者によるブレーキペダルの踏み込み応じて左右の前輪にて制動される。そして、車輌がアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）や車輌走行安定制御システム（ＶＳＣ）等の作動により個別に自動的に制動されるとき、電磁開閉弁２２Ｌ，２２Ｒが閉じられ、各車輪についての電磁開閉弁４０ＦＬ，４０ＦＲ，４０ＲＬ，４０ＲＲおよび４６ＦＬ，４６ＦＲ，４６ＲＬ，４６ＲＲがマイクロコンピュータの制御の下に開閉される。但し、これらの事項はすべてこの技術の分野に於いては公知である。

ホイールシリンダ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲの各々は、それに油圧が供給されると、ブレーキパッドにて内張りされたブレーキシュー５０ＦＬ，５０ＦＲ，５０ＲＬ，５０ＲＲをブレーキディスク５２ＦＬ，５２ＦＲ，５２ＲＬ，５２ＲＲに対し押し付け、対応する車輪を制動する。ホイールシリンダ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲの各々に於ける作動油圧（ブレーキ油圧）は、油圧センサ５４ＦＬ，５４ＦＲ，５４ＲＬ，５４ＲＲにより検出されるようになっている。尚、油圧センサとしては、他にマスタシリンダ室１４Ａおよび１４Ｂにて加圧された油圧を検出する油圧センサ５６Ｌ，５６Ｒおよびオイルポンプ３４の吐出圧を検出する油圧センサ５８が設けられている。また６０はブレーキペダルの踏込みストロークを検出するストロークセンサである。

図２は、図１の制動油圧回路に対する制御系を示すブロック図である。図示のマイクロコンピュータ６２は、図１の制動油圧回路の制御を行うためだけでなく、種々のセンサより信号供給され、上記のＡＢＳやＶＳＣを含む車輌の種々のコンピュータ制御を行うために設けられているものであるが、図１の制動油圧回路の制御に関しては、上記の油圧センサ５４ＦＬ〜５４ＲＲ、５６Ｌ，５６Ｒ、５８やストロークセンサ６０からの信号の他に、ＡＢＳやＶＳＣ制御のための情報として車速センサ６４、ヨーレートセンサ６６、横加速度センサ６８．車輪速センサ７０ＦＬ〜７０ＲＲ等よりそれぞれの情報を示す信号が供給され、駆動回路７２を経て電動機３２のオンオフおよび電磁開閉弁２２Ｌ，２２Ｒ、４０ＦＬ〜４０ＲＲ、４６ＦＬ〜４６ＲＲの開閉を制御するようになっている。

図３は、図１に示す如き油圧回路と共に作動するブレーキシュー５０ＦＬ〜５０ＲＲに設けられたブレーキパッドの摩耗を、本発明により車輌に搭載されている各種センサと車輌に関する諸元データ等に基づいて推定する要領の一例を示すフローチャートである。かかるフローチャートに沿った制御は、車輌の運行中、数１０〜数１００ミリセカンドの周期にて繰り返されてよい。

車輌の運転開始に伴って制御が開始されると、ステップ１０にて車輪を特定するインデックスｉが制御開始時に０にリセットされた状態から始まって１だけ増分される。インデックスｉは、例えば、車輌が四輪車であるとして、ｉ＝１，２，３，４がそれぞれ左前輪、右前輪、左後輪、右後輪を指すものとされてよい。

次いで、制御はステップ２０へ進み、ｉが４より大きいか否かが判断される。答がノーである間、即ち、制御がステップ１０を通って循環するたびにｉが１ずつ増分されてｉ＝１，２，３，４と変化する間は、制御はステップ３０へ進むが、ｉが５になると、四輪車ではｉ＝５に対応する車輪はないので，ステップに２０の答がイエスのときには，制御はステップ４０へ進み，ｉを０にリセットした後、制御はステップ１０へ戻る。

ステップ３０に於いては、フラグＦが１であるか否かが判断される。フラグＦもまた制御開始時に０にセットされ、また制御が後述のステップ１９０に至ったとき０にリセットされるものであり、制御開始後、最初に制御がステップ３０に至ったときには答はノーである。このとき、即ち、フラグＦが０のときには、制御はステップ５０へ進み、ｉ輪のブレーキ油圧Ｐiが０であるか否かが判断される。Ｐiはｉ＝１，２，３，４のそれぞれについて図１の油圧センサ５４ＦＬ，５４ＦＲ，５４ＲＬ，５４ＲＲにより検出された油圧であってよい。制御開始後、最初に制御がこのステップ５０に至ったときには、ＰiはＰ1であり、即ち、ｉ＝１，２，３，４が左前輪、右前輪、左後輪、右後輪を指すとされているときには、油圧センサ５４ＦＬにより検出された左前輪のブレーキ油圧である。左前輪が制動されていない限り、ステップ５０の答はイエスであり、制御はステップ６０へ進み、フラグＦが１にセットされる。

次いで、制御はステップ７０へ進み、Ｐiが或る小さな油圧値ΔＰ以上であるか否かが判断される。ΔＰの大きさが適当な大きさに設定されれば、ステップ５０の答がイエスであって、制御がステップ６０を経てステップ７０に至ったときには、ステップ７０の答は必ずノーとなる。従って、このとき制御はステップ３０の前に戻る。そして、その後、制御がステップ３０へ進むと、今や答はイエスであるので、制御はステップ５０および６０をバイパスしてステップ７０へ進む。こうして、まずｉ車輪について、ブレーキ油圧がほぼ０の状態が続く間、制御はステップ３０と７０を通って循環しつつ待機する。そして、ｉ輪に対する制動が開始され，ＰiがΔＰ以上になると、制御はステップ８０へ進む。

ここで、このフローチャートを巡る各回のフローに於いて検出されたＰiの値をＰ(n)として記憶するメモリと、それに対し１回前のフローに於けるＰiの値をＰ(n-1)として記憶するメモリと、更にそれに対し１回前のフローに於けるＰiの値をＰ(n-2)として記憶するメモリと、更にそれに対し１回前のフローに於けるＰiの値をＰ(n-3)として記憶するメモリと、更にそれに対し１回前のフローに於けるＰiの値をＰ(n-4)として記憶するメモリとが用意されているとして、ステップ８０に於いては、Ｐi(n-3)のメモリ値がＰi(n-4)のメモリへ移転される。但し、このフローチャートを巡る制御フローが３回目以上、即ち、ｎ＞２でなければＰi(n-3)は未だ検出されていないので、そのようなフローの初期にはＰi(n-3)の値としては適当な初期値が使用されればよい。以下同様である。

次いで、制御はステップ９０へ進み、Ｐi(n-2)のメモリ値がＰi(n-3)へ移転される。

次いで、制御はステップ１００へ進み、Ｐi(n-1)のメモリ値がＰi(n-2)へ移転される。

次いで、制御はステップ１１０へ進み、Ｐi(n)のメモリ値がＰi(n-1)へ移転される。

次いで、制御はステップ１２０へ進み、Ｐi(n-3)のメモリ値とＰi(n-4)メモリ値の差ΔＰifが算出され、更に制御はステップ１３０へ進み、現在のフローに於いて新たに検出されたＰiの値がＰi(n)に記憶されると共に、Ｐi(n)の値とＰi(n-1)のメモリ値の差ΔＰirが算出される。従って、ΔＰifはこのフローチャートを巡る制御フローの３回前のフローに於けるＰiの値と４回前のフローに於けるＰiの値の差であり、ΔＰirはこのフローチャートを巡る今回の制御フローに於けるＰiの値と１回前のフローに於けるＰiの値の差である。ΔＰifとΔＰirの間に１回分のフローが残されているので、ΔＰifとΔＰirの境界に干渉が生ずることはない。

次いで、制御はステップ１４０へ進み、現在のフローに於けるＰiの値Ｐi(n)と下記のステップ１５０にてリセットされたタイマの計測時間ｔの積に所定の係数Ｋiを掛けた値がＣiとして積算される。これは、Ｐiの上昇によりｉ輪のブレーキシューが駆動され、そのブレーキパッドをブレーキディスクへ向けて移動させるとき、各瞬間に於けるブレーキパッドの移動速度、即ちクリアランスの減小速度、は、同瞬間に於けるブレーキ油圧Ｐiに比例すると考えられるので、Ｐiの値に、以下に記述するタイマにより計測された制御がステップ７０〜１６０を循環するときの各回の循環に要した時間ｔを掛け、それに適当な比例定数Ｋiを掛ければ、各循環当りのブレーキパッドの微小変位が求まり、それを積算してその間に於けるブレーキパッドの移動量を算出するものである。

次いで、ステップ１５０に於いて、上述の制御がステップ７０〜１６０を循環するときの各回の循環に要した時間ｔを計測したタイマが次回のフローの時間計測のためにリセットされる。このタイマは図２に示すマイクロコンピュータ６２内に組み込まれ、上記の微小時間ｔを計測するものである。

次いで、制御はステップ１６０へ進み、ステップ１３０にて算出されたΔＰirがステップ１２０にて算出されたΔＰifより或る適当な偏差δＰ以上に大きいか否かが判断される。これは、クリアランスが残っている間はブレーキ油圧によるブレーキパッドの駆動に対しブレーキパッドが呈する抵抗はブレーキパッド戻しばねの弾性抵抗に過ぎないが、クリアランスが０になると、それ以上のブレーキ油圧によるブレーキパッドの駆動に対しブレーキパッドの変位がブレーキディスクにより阻止されるので、ブレーキ油圧の上昇速度はクリアランスが０となった時点以降に於いてそれまでに観測されていた上昇速度よりも増大すると考えられることを考慮し、偏差δＰの大きさを適当に設定しておくことにより、クリアランスが０となった時点を検出することである。答がノーである間、制御はステップ７０の前に戻り、ステップ７０〜１６０が繰り返される。

クリアランスが０となり、そのことがステップ１６０の答がイエスとなることによって検出されると、制御はステップ１７０へ進む。ステップ１７０に於いては、上に積算により算出されたブレーキパッドの移動量Ｃiがある所定の限界値Ｃiaより大きいか否かが判断される。Ｃiaは、Ｃiとして算出されたブレーキパッドのクリアランスがこれ以上となったときには、ブレーキパッドの摩耗が許容限界値に達したと判定するための限界値である。ステップ１７０の答がイエスであれば、制御はステップ１８０へ進み、ｉ輪のブレーキパッドが摩耗の限界に達したことを知らせる警報がオンとされる。ステップ１７０の答がノーであれば、ステップ１８０はバイパスされる。

いずれにしても、次いで、制御はステップ１９０へ進み、フラグＦが０にリセットされる。

こうして一つの車輪についてブレーキパッドが摩耗限界に達したか否かの判定が終わると、このフローを通る次回の制御に於いては、次の車輪輪について同様の判断処理が行われる。このとき、上記の通りかかるフローを通る制御が数１０〜数１００ミリセカンドの周期にて繰り返されると、一つの車輪についての判定が終わり、次の車輪についての判断処理が開始されたとき、次の車輪のＰiも前の車輪のＰiとほぼ同様に昇圧されていると、Ｐiは初めから既に０以上の値になっている。しかし、次の車輪についての最初のフロー於いて制御がステップ３０に至ると、フラグＦは既に０にセットされているので、答はノーであり、これより制御はステップ５０へ進み、Ｐiが０であるか否かが判断される。このときＰiが０でなければ、制御はステップ３０の前に戻り、制御はステップ３０と５０を回って循環しつつＰiが一旦０に戻るまで待機する。そして、Ｐiが一旦０に戻った後、即ち、次の車輪については、次の制動の機会に、上に説明した判断処理と同様の判断処理が行われる。

こうして、４輪の全てに付いての判断処理が終わると、ステップ４０にてｉを０にリセットして再び各車輪についての判断処理が同様に続けられる。

以上に於いては本発明を一つの実施の形態について詳細に説明したが、かかる実施の形態について本発明の範囲内にて種々の変更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

本発明による車輌の制動装置の油圧回路の構成を一つの実施の形態について示す概略図。図１の制動油圧回路に対する制御系を示すブロック図。ブレーキパッドの摩耗を本発明により車輌に搭載されている各種センサと車輌に関する諸元データ等に基づいて推定する要領の一例を示すフローチャート。

符号の説明

１０…油圧回路、１２…ブレーキペダル、１４…マスタシリンダ、１４Ａ，１４Ｂ…マスタシリンダ室、１６…ドライストロークシミュレータ、１８Ｌ，１８Ｒ…ブレーキ油圧供給導管、２０ＦＬ〜２０ＲＲ…ホイールシリンダ、２２Ｌ，２２Ｒ…常開型電磁開閉弁、２４…常閉型電磁開閉弁、２６…ウェットストロークシミュレータ、２８…リザーバ、３０…油供給導管、３２…電動機、３４…オイルポンプ、３６…油圧供給導管、３８…アキュムレータ、４０ＦＬ〜４０ＲＲ…常閉型電磁開閉弁、４２ＦＬ，４２…導管、４４ＲＬ，４４ＲＲ…導管、４６ＦＬ〜４６ＲＲ…常閉型電磁開閉弁、４８…戻り導管、５０ＦＬ〜５０ＲＲ…ブレーキシュー、５２ＦＬ〜５２ＲＲ…ブレーキディスク、５４ＦＬ〜５４ＲＲ…油圧センサ、５６Ｌ，５６Ｒ…油圧センサ、５８…油圧センサ、６０…ストロークセンサ、６２…マイクロコンピュータ、６４…車速センサ、６６…ヨーレートセンサ、６８…横加速度センサ、７０ＦＬ〜ＲＲ…車輪速センサ、７２…駆動回路

Claims

ブレーキパッドのクリアランスに基づいてブレーキパッドの摩耗を推定するようになっていることを特徴とする車輌。
推定されたブレーキパッドのクリアランスが所定の値に達したときブレーキパッドの摩耗が許容限界に達したと判断するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の車輌。
前記のブレーキパッドクリアランスの推定はブレーキ油圧の上昇に伴って該クリアランスが減小するとき各瞬間に於ける該クリアランスの減小速度は同瞬間に於けるブレーキ油圧に比例しまたブレーキ油圧の上昇速度が増大したとき該クリアランスは０になったとして行われるようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の車輌。