JP2007253878A - ブレーキ摩耗推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブレーキ摩耗部材の摩耗量を高精度に推定するブレーキ摩耗推定装置を提供する。
【解決手段】ブレーキ摩耗推定装置１０は、ブレーキ摩耗部材の温度を検出する温度検出手段１３と、制動開始から制動終了までの制動エネルギーの変化量に基づいて、ブレーキ摩耗部材の所定摩耗状態の温度を推定する温度推定手段１４ａと、温度検出手段１３で検出したブレーキ摩耗部材の温度と温度推定手段１４ａで推定したブレーキ摩耗部材の所定摩耗状態の温度とに基づいて、ブレーキ摩耗部材の摩耗量を推定する摩耗量推定手段１４ｂとを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディスクロータやブレーキパッドなどのブレーキ摩耗部材の摩耗推定装置に関するものである。

ブレーキ装置では、制動が行われるごとにブレーキパッドなどのブレーキ摩耗部材が摩耗するので、摩耗量が増加するとそのブレーキ摩耗部材を使用できなくなる。そこで、ブレーキ摩耗部材の摩耗量を推定し、この摩耗量が摩耗限界に達した場合には、運転者に報知する警報装置が知られている。特許文献１には、ブレーキパッドの温度上昇から車両制動単位ごとのブレーキパッドの摩耗量を推定し、この推定した摩耗量を累積した累積摩耗量が摩耗限界に達した場合に摩耗警報を行うブレーキパッドの摩耗警報システムが記載されている。
特開２００５−６７５０８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のブレーキパッドの摩耗警報システムでは、ブレーキパッドの摩耗量を車両制動単位ごとに推定し、累積するので、車両制動単位ごとの推定摩耗量と実際の摩耗量とに誤差があると、累積摩耗量に誤差が累積される。そのため、摩耗判定の精度が低下し、精度よく摩耗警報を行うことができない。

そこで、本発明は、ブレーキ摩耗部材の摩耗量を高精度に推定するブレーキ摩耗推定装置を提供することを目的としている。

本発明のブレーキ摩耗推定装置は、ブレーキ摩耗部材の温度を検出する温度検出手段と、制動開始から制動終了までの制動エネルギーの変化量に基づいて、ブレーキ摩耗部材の所定摩耗状態の温度を推定する温度推定手段と、温度検出手段で検出したブレーキ摩耗部材の温度と温度推定手段で推定したブレーキ摩耗部材の所定摩耗状態の温度とに基づいて、ブレーキ摩耗部材の摩耗量を推定する摩耗量推定手段とを備えている。

このブレーキ摩耗推定装置では、温度検出手段によってブレーキ摩耗部材の温度を実測すると共に、温度推定手段によって制動開始から制動終了までの制動エネルギーの変化量に基づいてブレーキ摩耗部材の所定摩耗状態の温度を推定する。そして、このブレーキ摩耗推定装置では、摩耗量推定手段によって実測したブレーキ摩耗部材の温度と推定したブレーキ摩耗部材の所定摩耗状態の温度とからブレーキ摩耗部材の摩耗量を推定する。ブレーキ摩耗部材が摩耗すると、ブレーキ摩耗部材の熱容量が小さくなり、ブレーキ摩耗部材の温度が高くなることから、実測した温度と推定した所定摩耗状態の温度とからブレーキ摩耗部材の摩耗量を推定することができる。このように、ブレーキ摩耗推定装置では、ブレーキ摩耗部材が摩耗することによって生じる熱容量の差を利用して摩耗量を推定するものであり、所定摩耗状態とは、熱特性が予めわかっているのであれば、未摩耗の状態（例えば、新品の状態）であってもよいし、ある程度摩耗した状態であってもよい。ブレーキ摩耗推定装置では、摩耗量の推定を１回の制動動作で行うことができるので、摩耗量の推定精度が高い。そのため、その高精度な摩耗量を利用することにより、精度よく摩耗警報を行うことができる。

本発明の上記ブレーキ摩耗推定装置では、摩耗量推定手段は、温度検出手段で検出したブレーキ摩耗部材の温度と温度推定手段で推定したブレーキ摩耗部材の所定摩耗状態の温度との温度差に基づいて、ブレーキ摩耗部材の摩耗量を推定してもよいし、あるいは、温度検出手段で検出したブレーキ摩耗部材の温度の変化量と温度推定手段で推定したブレーキ摩耗部材の所定摩耗状態の温度の変化量との差に基づいて、ブレーキ摩耗部材の摩耗量を推定してもよい。

また、本発明の上記ブレーキ摩耗推定装置では、温度推定手段は、ブレーキ摩耗部材の所定摩耗状態の重量に基づいて、ブレーキ摩耗部材の所定摩耗状態の温度を推定してもよい。

また、本発明の上記ブレーキ摩耗推定装置では、制動開始および制動終了を検出するブレーキセンサと、車両速度を検出する車速センサとを備えており、温度推定手段は、制動開始時の車両速度と制動終了時の車両速度とに基づいて制動エネルギーの変化量を推定してもよい。

また、本発明の上記ブレーキ摩耗推定装置では、ブレーキ摩耗部材の一例はディスクロータである。なお、ブレーキ摩耗部材としては、この他にブレーキパッドなどであってもよい。

本発明によれば、ブレーキ摩耗部材の摩耗量を高精度に推定することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。本実施形態では、車両のディスクブレーキにおけるディスクロータの摩耗量が摩耗限界に達したか否かを判定し、ディスクロータの摩耗量が摩耗限界に達した場合に摩耗警報を行うブレーキ摩耗警報装置について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るブレーキ摩耗推定装置を備えるブレーキ摩耗警報装置を示す図である。図１に示すブレーキ摩耗警報装置１は、ブレーキ摩耗推定装置１０と警報装置２０とから構成されている。

ブレーキ摩耗推定装置１０は、車両の各車輪のディスクブレーキにおけるディスクロータの摩耗量を推定し、推定した摩耗量が摩耗限界に達した場合に警報信号を警報装置２０へ送信する。そのために、ブレーキ摩耗推定装置１０は、車速センサ１１、ブレーキセンサ１２、温度センサ１３およびＥＣＵ（Electronic Control Unit）１４を備えている。なお、本実施形態では、車速センサ１１が特許請求の範囲に記載の車速センサに相当し、ブレーキセンサ１２が特許請求の範囲に記載のブレーキセンサに相当し、温度センサ１３が特許請求の範囲に記載の温度検出手段に相当する。

車速センサ１１は、車両速度を検出するセンサである。例えば、車速センサ１１は、車輪の回転速度を検出することによって車両速度を検出する。車速センサ１１では、検出した車両速度を車速信号としてＥＣＵ１４へ送信する。

ブレーキセンサ１２は、ブレーキペダルのＯＮ／ＯＦＦを検出するセンサである。ブレーキセンサ１２では、検出したブレーキペダルのＯＮ／ＯＦＦを制動信号としてＥＣＵ１４へ送信する。なお、ブレーキペダルのＯＦＦ状態からＯＮを検出したときが制動開始タイミングであり、ブレーキペダルのＯＮ状態からＯＦＦを検出したときが制動終了タイミングである。この制動開始タイミングから制動終了タイミングまでが１回の制動動作である。

温度センサ１３は、各車輪のディスクブレーキにそれぞれ設けられており、ディスクロータの温度を検出するセンサである。温度センサ１３では、検出したディスクロータの温度を温度信号としてＥＣＵ１４へ送信する。

ＥＣＵ１４は、演算を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）などから構成されている。このような構成により、ＥＣＵ１４には、温度推定部１４ａおよび摩耗量推定部１４ｂが構築されている。なお、本実施形態では、温度推定部１４ａが特許請求の範囲に記載の温度推定手段に相当し、摩耗量推定部１４ｂが特許請求の範囲に記載の摩耗量推定手段に相当する。

温度推定部１４ａでは、車両およびディスクロータに関する情報を予め記憶しており、これらの情報に基づいて各車輪のディスクロータの所定摩耗状態の温度Ｔｃを推定する。本実施形態では、温度推定部１４ａはディスクロータの未摩耗状態（例えば、新品の状態）の温度Ｔｃを推定する。車両およびディスクロータに関する情報とは、車両重量ＷＴ、車両の前後輪の制動力配分ｙ、摩耗していない状態のディスクロータ摺動部重量Ｗｂｉ、およびディスクロータの比熱ｃなどである。また、温度推定部１４ａには、重力加速度ｇや熱の仕事当量Ｊなどの推定に必要な定数も記憶されている。

温度推定部１４ａでは、車速センサ１１からの車速信号とブレーキセンサ１２からの制動信号とに基づいて、制動開始タイミングのときの車両速度Ｖ１を検出すると共に、制動終了タイミングのときの車両速度Ｖ２を検出する。また、温度推定部１４ａでは、車輪ごとに温度センサ１３からの温度信号とブレーキセンサ１２からの制動信号とに基づいて、制動開始タイミングのときのディスクロータの制動開始温度Ｔ０を検出する。

温度推定部１４ａでは、制動開始時の車両速度Ｖ１、制動終了時の車両速度Ｖ２、車両重量ＷＴ、車両の制動力配分ｙ、重力加速度ｇおよび熱の仕事当量Ｊに基づき、下式（１）を用いて、車輪ごとにディスクロータで発生する熱量Ｑを算出する。この熱量Ｑは、ディスクロータにおける制動開始から制動終了までの１回の制動動作における制動エネルギーの変化量に相当する。

温度推定部１４ａでは、算出した熱量Ｑ、摩耗していない状態のディスクロータ摺動部重量Ｗｂｉおよびディスクロータの比熱ｃに基づき、下式（２）を用いて、車輪ごとに、１回の制動動作におけるディスクロータの未摩耗状態の温度上昇量Δθを算出する。

温度推定部１４ａでは、未摩耗状態の温度上昇量Δθおよびディスクロータの制動開始温度Ｔ０に基づき、下式（３）を用いて、車輪ごとに、制動終了時のディスクロータの未摩耗状態の温度Ｔｃを算出する。

摩耗量推定部１４ｂでは、車輪ごとに、温度センサ１３からの温度信号とブレーキセンサ１２からの制動信号とに基づいて、制動終了時の実際のディスクロータの現在温度Ｔｍを検出する。摩耗量推定部１４ｂでは、下式（４）を用いて、車輪ごとに、制動終了時のディスクロータの現在温度Ｔｍと温度推定部１４ａによって推定した制動終了時のディスクロータの未摩耗状態の温度Ｔｃとの温度差ΔＴを算出する。

摩耗量推定部１４ｂでは、車輪ごとに、温度差ΔＴが摩耗温度閾値以上であるか否かを判定する。図２は、車両の走行距離と温度差ΔＴとの関係を示す図である。走行距離の増加に従って制動動作の回数が増加するので、走行距離の増加に従ってディスクロータの摩耗量が増加する。摩耗量の増加に従ってディスクロータ摺動部重量Ｗｂｉは小さくなるので、摩耗量の増加に従ってディスクロータの熱容量は小さくなる。そのため、１回の制動動作におけるディスクロータの温度上昇が大きくなり、制動終了時のディスクロータの温度Ｔｍが高くなる。したがって、走行距離の増加に従って、ディスクロータの摩耗量が増加し、温度差ΔＴが大きくなる。このように、温度差ΔＴは、ディスクロータの摩耗量に応じた値となる。そこで、走行距離に応じた摩耗限界を実験やシミュレーションなどによって求め、その摩耗限界に応じた温度差ΔＴ（すなわち、ディスクロータの摩耗量）の摩耗温度閾値を予め設定しておく。

なお、摩耗限界（摩耗温度閾値）とは、ディスクロータの摩耗によって十分な制動が得られなくなる限界であり、摩耗量が摩耗限界に達するとディスクロータの交換が必要である。

このように、摩耗量推定部１４ｂでは、温度差ΔＴが摩耗温度閾値以上であるか否かを判定することによって、ディスクロータの摩耗量が摩耗限界に達したか否かを判定することができる。摩耗量推定部１４ｂでは、４輪のうちの何れか一つのディスクロータの温度差ΔＴが摩耗温度閾値以上であると判定した場合に、警報の出力を示す警報信号を警報装置２０へ送信する。なお、警報信号は、警報の出力を示す信号だけでなく、摩耗限界に達した車輪を示す信号であってもよい。

警報装置２０は、ＥＣＵ１４から警報信号を受信すると、警報を出力する。例えば、警報装置２０は、車両のインナーパネル部に設けられた警報ランプを点灯することによって警報を出力する。

次に、図１を参照して、ブレーキ摩耗警報装置の動作を説明する。

車速センサ１１では、車輪の回転速度を検出して車速信号をＥＣＵ１４へ送信する。ブレーキセンサ１２では、ブレーキペダルのＯＮ／ＯＦＦを検出して制御信号をＥＣＵ１４へ送信する。各温度センサ１３では、ディスクブレーキにおけるディスクロータの温度を検出して温度信号をＥＣＵ１４へ送信する。

車両を制動するために運転者がブレーキペダルを踏み込んだとき、ＥＣＵ１４では、車速センサ１１からの車速とブレーキセンサ１２からのＯＮ／ＯＦＦ情報とにより、制動開始時の車両速度Ｖ１を検出する。また、ＥＣＵ１４では、温度センサ１３からの温度とブレーキセンサ１２からのＯＮ／ＯＦＦ情報とにより、車輪ごとに、制動開始時のディスクロータの制動開始温度Ｔ０を検出する。

その後、車両の制動を終了するために運転者がブレーキペダルを戻したとき、ＥＣＵ１４では、車速センサ１１からの車速とブレーキセンサ１２からのＯＮ／ＯＦＦ情報とにより、制動終了時の車両速度Ｖ２を検出する。また、ＥＣＵ１４では、温度センサ１３からの温度とブレーキセンサ１２からのＯＮ／ＯＦＦ情報とにより、車輪ごとに、制動終了時のディスクロータの現在温度Ｔｍを検出する。

そして、ＥＣＵ１４では、上記（１）〜（３）式により、制動開始時の車両速度Ｖ１、制動終了時の車両速度Ｖ２、車両重量ＷＴ、車両の制動力配分ｙ、重力加速度ｇ、熱の仕事当量Ｊ、摩耗していない状態のディスクロータ摺動部重量Ｗｂｉ、ディスクロータの比熱ｃおよび各ディスクロータの制動開始温度Ｔ０に基づき、車輪ごとに、制動終了時のディスクロータの未摩耗状態の温度Ｔｃを算出する。

次いで、ＥＣＵ１４では、上記（４）式により、車輪ごとに、制動終了時のディスクロータの現在温度Ｔｍと推定した制動終了時のディスクロータの未摩耗状態の温度Ｔｃとの温度差ΔＴを算出する。そして、ＥＣＵ１４では、車輪ごとに、温度差ΔＴが摩耗温度閾値以上であるか否かを判定する。ＥＣＵ１４では、全ての車輪のディスクロータの温度差ΔＴが摩耗温度閾値未満であると判断した場合、全てのディスクロータの摩耗量が摩耗限界に達していないと判断し、警報信号を送信しない。一方、ＥＣＵ１４では、車輪のうちの何れか一つのディスクロータの温度差ΔＴが摩耗温度閾値以上であると判定した場合に、ディスクロータの摩耗量が摩耗限界に達したと判断し、警報信号を警報装置２０へ送信する。すると、警報装置２０は、警報を出力し、運転者にディスクロータの交換を促す。

このブレーキ摩耗推定装置１０では、１回の制動動作における制動開始から制動終了までの車両速度の変化量から制動エネルギーの変化量（熱量Ｑ）を推定し、その変化量から制動終了時のディスクロータの未摩耗状態の温度Ｔｃを推定することにより、実際の摩耗状態での温度Ｔｍと推定した未摩耗状態の温度Ｔｃとの温度差ΔＴを求め、その温度差ΔＴからディスクロータの摩耗量を推定することができる。この摩耗量の推定は、過去の制動動作時の摩耗量を累積することなく、１回の制動動作で行うことができる。したがって、このブレーキ摩耗推定装置１０によれば、摩耗量を高精度に推定することができ、摩耗判定の精度を向上することができる。故に、このブレーキ摩耗警報装置１によれば、摩耗警報を精度よく行うことができる。その結果、最適なタイミングでディスクロータの交換が可能となる。

なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。

本実施形態ではディスクブレーキにおけるディスクロータの摩耗を推定するブレーキ摩耗推定装置を例示したが、ドラム式ブレーキにおけるドラムの摩耗を推定するブレーキ摩耗推定装置にも適用可能である。また、ブレーキパッドの摩耗を推定するブレーキ摩耗推定装置にも適用可能である。

また、本実施形態では、制動開始から制動終了までの制動エネルギーの変化量（熱量Ｑ）を、制動開始時の車両速度Ｖ１、制動終了時の車両速度Ｖ２および車両重量ＷＴに基づく運動エネルギーのみで算出したが、この運動エネルギーと制動開始から制動終了までの車両位置の高低差に基づいて算出した位置エネルギーとの和から制動エネルギーの変化量を求めてもよい。この形態によれば、推定した摩耗量の精度を更に向上することができ、摩耗判定の精度を更に向上することが可能となる。

また、本実施形態では、制動エネルギーの変化量（熱量Ｑ）、制動終了時の未摩耗状態の温度上昇量Δθおよび制動終了時の未摩耗状態の温度Ｔｃを演算によって求めたが、実験やシミュレーションなどによって予め設定されたマップによって求めてもよい。

また、本実施形態では、温度推定部１４ａはディスクロータの未摩耗状態の温度Ｔｃを推定したが、本発明では、ブレーキ摩耗部材が摩耗することによって生じる熱容量の差を利用して摩耗量を推定することを特徴としており、熱特性が予めわかっているある程度摩耗した状態のディスクロータの温度を推定してもよい。

また、本実施形態では、摩耗量推定部１４ｂは、制動終了時のディスクロータの現在温度Ｔｍと温度推定部１４ａによって推定した制動終了時のディスクロータの所定摩耗状態の温度Ｔｃとの温度差ΔＴに基づいて、ディスクロータの摩耗量が摩耗限界に達したか否かを判定したが、実測したディスクロータの温度の変化量と推定したディスクロータの所定摩耗状態の温度の変化量との差に基づいて、ディスクロータの摩耗量が摩耗限界に達したか否かを判定してもよい。

また、本実施形態の警報装置２０では警報ランプを点灯したが、他に警報音、ディスプレイによる文字やシンボル表示など、警報出力の手法としては様々な手法が考えられる。

また、本発明を、警報出力などを行うことなく、単にブレーキ摩耗部材の摩耗量を推定する装置に適用してもよい。

本発明の実施形態に係るブレーキ摩耗推定装置を備えるブレーキ摩耗警報装置を示す図である。 車両の走行距離と温度差ΔＴとの関係を示す図である。

符号の説明

１…ブレーキ摩耗警報装置、１０…ブレーキ摩耗推定装置、１１…車速センサ、１２…ブレーキセンサ、１３…温度センサ、１４…ＥＣＵ、１４ａ…温度推定部、１４ｂ…摩耗量推定部、２０…警報装置

Claims (6)

1. ブレーキ摩耗部材の温度を検出する温度検出手段と、
   制動開始から制動終了までの制動エネルギーの変化量に基づいて、前記ブレーキ摩耗部材の所定摩耗状態の温度を推定する温度推定手段と、
   前記温度検出手段で検出したブレーキ摩耗部材の温度と前記温度推定手段で推定したブレーキ摩耗部材の所定摩耗状態の温度とに基づいて、前記ブレーキ摩耗部材の摩耗量を推定する摩耗量推定手段と
   を備えることを特徴とするブレーキ摩耗推定装置。
2. 前記摩耗量推定手段は、前記温度検出手段で検出したブレーキ摩耗部材の温度と前記温度推定手段で推定したブレーキ摩耗部材の所定摩耗状態の温度との温度差に基づいて、前記ブレーキ摩耗部材の摩耗量を推定することを特徴とする請求項１に記載のブレーキ摩耗推定装置。
3. 前記摩耗量推定手段は、前記温度検出手段で検出したブレーキ摩耗部材の温度の変化量と前記温度推定手段で推定したブレーキ摩耗部材の所定摩耗状態の温度の変化量との差に基づいて、前記ブレーキ摩耗部材の摩耗量を推定することを特徴とする請求項１に記載のブレーキ摩耗推定装置。
4. 前記温度推定手段は、前記ブレーキ摩耗部材の所定摩耗状態の重量に基づいて、前記ブレーキ摩耗部材の所定摩耗状態の温度を推定することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のブレーキ摩耗推定装置。
5. 制動開始および制動終了を検出するブレーキセンサと、
   車両速度を検出する車速センサと
   を備え、
   前記温度推定手段は、制動開始時の車両速度と制動終了時の車両速度とに基づいて、制動開始から制動終了までの制動エネルギーの変化量を推定することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のブレーキ摩耗推定装置。
6. 前記ブレーキ摩耗部材はディスクロータであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のブレーキ摩耗推定装置。
   
   

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