JP2008523334A - 油圧式車両ブレーキを動作させるための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

この発明は、ブレーキ筐体（１）を備えた油圧式車両ブレーキを動作させるための方法であって、ブレーキ筐体内では、ブレーキ作用を実現するためのブレーキディスクと連結して、作用することができる、移動可能な形に配置されたブレーキピストン（６）によって、油圧用動作圧力室（７）が境界を画定され、駐車ブレーキ機器が、ブレーキピストンに作用するとともに、ブレーキピストンがブレーキディスクと連結して、作用する状態において、ロック機器を用いてロックすることが可能であり、このロック機器は、少なくともコイル（２５）、ヨーク（２６）及び電機子（２３）を備えた電磁式アクチュエータ（３）を用いて操作することが可能である動力伝達部品（２）によって作動され、電機子の動きに応じた、コイルのインダクタンスの変化を検出することによって、電機子と連結された動力伝達部品の位置を検出する方法に関する。この発明は、動力伝達部品の位置の検出を、その結果が周囲の温度に依存しない形で実行するものと規定する。

Description

この発明は、ブレーキ筐体を備えた油圧式車両ブレーキを動作させるための方法であって、ブレーキ筐体内では、ブレーキ作用を実現するためのブレーキディスクと連結して、作用することができる、移動可能な形に配置されたブレーキピストンによって、油圧用動作圧力室が境界を画定され、駐車ブレーキ機器が、ブレーキピストンに作用するとともに、ブレーキピストンがブレーキディスクと連結して、作用する状態において、ロック機器を用いてロックすることが可能であり、ロック機器は、少なくともコイル、ヨーク及び電機子を備えた電磁式アクチュエータを用いて操作することが可能である動力伝達部品によって作動され、電機子の動きに応じた、コイルのインダクタンスの変化を検出することによって、電機子と連結された動力伝達部品の位置を検出する方法に関する。更に、この発明は、油圧式車両ブレーキを動作させるための装置に関する。

このような油圧式車両ブレーキは、例えば、特許文献１により周知である。動力伝達部品又は動力伝達部品と連結された電機子の位置を求めるために、電機子の動きに応じた、コイルのインダクタンスの変化を検出している。しかしながら、この周知の方法は、不正確である。
ドイツ特許公開第１０２００４０６２８１０号明細書

以上のことから、この発明の課題は、冒頭で述べた方法を一層改善して、より高い精度を実現することである。

この課題は、この発明にもとづき、動力伝達部品の位置の検出を、その結果が周囲の温度に依存しない形で実行することによって解決される。

この発明による方法の有利な改善構成は、位置の検出を、その結果がコイル及び／又はヨークの温度、並びに電機子の温度に依存しない形で実行するものと規定する。

この場合、次の工程により、位置の検出を実行するものと規定する。
（ｉ）コイルの電気抵抗を検出する工程、
（ii）検出した電気抵抗を所定の値と比較して、コイル、ヨーク及び電機子の温度を求める工程、
（iii ）ヨークと電機子の磁気抵抗を検出する工程、
（iv）ヨークと電機子での渦電流を検出する工程、
（ｖ）コイルに方形波の電圧信号を供給して、コイルを通って流れる電流を測定する工程。

この発明による方法の別の特に有利な実施形態は、コイルを通って流れる電流を測定する際に、ヨークと電機子での温度に依存した渦電流成分を考慮し、それに応じて測定結果を補正するものと規定する。渦電流成分が電流測定に影響を与えるので、渦電流成分を考慮して測定結果を補正することは、特に有利である。

コイルの電気抵抗の所定の値は、校正によって算出される。この場合、油圧式車両ブレーキの使用開始前に、及び／又は使用している間での規則的な間隔で校正を行うものと規定する。

更に、この課題は、この発明にもとづき、動力伝達部品の位置の検出を、その結果が周囲の温度、コイル及び／又はヨークの温度、並びに電機子の温度に依存しない形で実行する手段を配備することによって解決される。

この発明による装置の特に有利な実施構成は、次の工程により、当該の手段を実行するものと規定する。
（ｉ）コイルの電気抵抗を検出する工程、
（ii）検出した電気抵抗を所定の値と比較して、コイル、ヨーク及び電機子の温度を求める工程、
（iii）ヨークと電機子の磁気抵抗を検出する工程、
（iv）ヨークと電機子での渦電流を検出する工程、
（ｖ）コイルに方形波の電圧信号を供給して、コイルを通って流れる電流を測定する工程。

以下において、添付図面と関連した実施例にもとづき、この発明を詳しく説明する。

図１に図示した油圧式車両ブレーキは、図示されていないブレーキディスクの外周と同じく図示されていない二つのブレーキライニングを包み込んむブレーキ筐体１を有する。ブレーキ筐体１は、その内側に、ブレーキピストン６を軸方向に移動可能な形で収容するブレーキシリンダー５を形成している。ブレーキシリンダー５とブレーキピストン６の間に形成された動作圧力室７には、油圧ポート８によりブレーキ液を供給することができ、その結果ブレーキ圧が増大して、ブレーキピストン６を軸方向にブレーキディスクの方に移動させる。そうすることによって、ブレーキピストン６の側のブレーキライニングが、ブレーキディスクに対して押されるとともに、その反作用として、ブレーキ筐体１が、逆方向に動かされ、それにより他方のブレーキライニングもブレーキディスクに対して押されることとなる。

更に、図１から分かる通り、動作蓄圧器１０が、ブレーキ筐体１のブレーキピストン６と逆側に配置されている。動作蓄圧器１０は、基本的に、油圧蓄圧室９と、蓄圧室９の境界を画定する蓄圧ピストン１１と、図示した例では、一群の皿ばねとして実現され、蓄圧ピストン１１を支えるばね部品１２とから構成されている。動作蓄圧器１０に蓄積されたエネルギーは、以下において、更に詳しく説明する通り、駐車ブレーキプロセスの間にブレーキピストン６に作用する。そうすることによって、ブレーキライニングに作用するクランプ力を、ブレーキ筐体１の領域内における熱により生じる長さの変化とほぼ無関係とすることが達成される。

駐車ブレーキ機能を実現するために必要なロック機器は、図１に図示されている実現形態では、スピンドル式伝動機構又はねじ山付きナットとスピンドルの構造１４により形成されている。ここで述べるねじ山付きナットとスピンドルの構造１４は、戻り止めされていないナットを用いて互いに連結された、ねじ山付きナット１５とスピンドル１６から構成される。この場合、ねじ山付きナット１５は、ブレーキピストン６と固く連結される一方、スピンドル１６は、そのブレーキピストン６と逆側の端部に、有利には、円錐形の第一の摩擦面１７を有し、その摩擦面は、蓄圧ピストン１１内で捩れない形に配置された第二の摩擦面１８と衝合及び離間させることが可能である。そのために、蓄圧ピストン１１の円筒形の段付き窪み１３内に係止されるとともに、それを貫通して突き出て、スピンドル１６用の中心支持体２１を形成する動力伝達部品２が配備されている。以下において、更に詳しく説明する通り、動力伝達部品２が蓄圧ピストン１１に対して相対的に動くことにより、中心支持体２１の機能が減じられて、両方の摩擦面１７，１８が互いに衝合することとなる。更に、ブレーキ筐体１を支えるばね１９が、軸方向支持体２０を間に接続して、スピンドル１６を第二の摩擦面１８又は中心支持体２１の方向に付勢している。

図１では、油圧式車両ブレーキは、駐車ブレーキを解除した状態で図示されている。駐車ブレーキをロックするために、先ずは、詳しく規定していない圧力発生器によって、動作圧力室７内と蓄圧室９内の両方で油圧を増大させる。そのために、有利には、ノーマルクローズ（ＳＧ）型の弁２４として構成された、電気的に開閉可能な弁を開いた切換位置に動かさなければならない。動作圧力室７内での圧力増大に対する反応として、ブレーキピストン６は、図面で左に移動する一方、蓄圧ピストン１１は、付勢されるばね部品１２の力の作用に対抗して図面で右に移動される。このプロセスの際に、ばね部品１２が圧縮される。この場合、動力伝達部品２上に形成されたカラー部４が、段付き窪み１３の小さな直径と大きな直径間の移行部上で支えられることによって、蓄圧ピストン１１が、動力伝達部品２を一緒に動かす。蓄圧ピストン１１とそのため動力伝達部品２は、前述した蓄圧室９内の圧力増大によって、動力伝達部品２と動力を伝達する形で連結された電機子プレート２３が電磁式アクチュエータ３と当接するまで、図１で右に移動される。このプロセスの際に、スピンドル１６は、ばね１９の力の作用のために、更に中心支持体２１の方に寄って行き、そのことによって、両方の摩擦面１７，１８が衝合することができなくなる。

次に、電磁式アクチュエータ３に電流が流されると、それによって、前述した当接位置に有る電機子プレート２３が、電磁式アクチュエータ３によってロックされる。それに続く動作圧力室７内と蓄圧室９内での圧力減少により、ブレーキピストン６は、図面で右に動く一方、蓄圧ピストン１１は、左に動く。動力伝達部品２がロックされていることによって、動力伝達部品２と蓄圧ピストン１１間の相対的な動きが可能となり、そのことによって、スピンドル１６に対する中心支持体２１の機能が減じられて、両方の摩擦面１７，１８が互いに衝合することとなる。既に述べた付勢されているばね部品１２は、蓄圧ピストン１１と、衝合している摩擦面１７，１８のためにブロックされているスピンドル１６と、ねじ山付きナット１５とそのためブレーキピストン６とを図面で左に、或いは図示されていないブレーキディスクに対抗して押圧する。それによって、車両ブレーキは、クランプされた状態でロックされることとなる。次に、もはや電磁式アクチュエータ３には電流を流さず、そしてもはや電機子プレート２３又は動力伝達部品２をロックしないようにする。弁２４が、電流を流されていない状態に切り換えられ、そのため閉じられる。即ち、油圧式車両ブレーキは、クランプされた状態でロックを維持するために、電気エネルギーも油圧も必要とぜず、そのことは、有利であると看做すことができる。

ロックを解除するために、又もや動作圧力室７内で油圧を増大させるとともに、ＳＧ弁２４を相応に作動させた後に蓄圧室９内でも油圧を増大させる。油圧は、又もやブレーキピストン６を図１で左に、蓄圧ピストン１１を右に移動させる。しかし、蓄圧ピストン１１が負荷をかけられていない場合、その油圧は、駐車ブレーキのロックを解除するのに十分である。段付き窪み１３の小さな直径と大きな直径間の移行部に動力伝達部品２を当接させている別のばね部品２２が、動力伝達部品２をスピンドル１６の方向に押圧して、蓄圧ピストン１１が相応に負荷をかけられていない場合には、衝合している摩擦面１７，１８を離間させる。次に、動力伝達部品２は、再びスピンドル１６用の中心支持体２１を形成することとなる。

図１から分かる通り、前述した別のばね部品２２は、更に、動作圧力室７だけが圧力を加えられるブレーキ動作時では、動力伝達部品２が別のばね部品２２により動作圧力室７内の油圧の力の作用に対抗して付勢されているので、動力伝達部品が動かされないような役割を果たす。蓄圧ピストン１１は、蓄圧ピストン１１の動作圧力室７側の有効直径がブレーキピストン６の有効直径よりも小さいので、ブレーキ動作時には、同様に動かされない。更に、構造により決まる付勢力を生成するばね部品１２は、動作圧力室７内の印加圧力に対抗して作用し、そのことは、ブレーキ動作時に、同じく蓄圧ピストン１１の動きを阻止することとなる。

電磁式アクチュエータ３のコイル２５は、電機子プレート２３の位置を検出するためのセンサー機能を果たし、車両ブレーキをロックすることができるか否かを検知することが可能である。更に、特に、電機子プレート２３が電磁式アクチュエータ３と当接していることは、圧力室７，９内での駐車ブレーキプロセスを実行するための圧力増大を停止させるための、詳しくは規定していない圧力発生器に対する信号となる。電機子プレートの位置を確実に検出するために、電機子プレートの動きによって生じる、電磁式アクチュエータ３のコイル２５のインダクタンスの変化を求める。それは、コイル２５にパルス状の電圧を印加することによって行われる。同時に、コイル２５を通って流れる電流の推移が検出される。この電流の推移により、電機子プレート２３の位置とそのため動力伝達部品２の位置を推定することができる。電機子プレート２３の位置が変化すると、コイル２５を通って流れる電流の推移も変化する。コイル２５のインダクタンスの変化は、特に、電機子プレート２３と電磁式アクチュエータ３の継鉄２６間の隙間の大きさに依存する。

前述した電機子プレート２３又は電機子プレート２３と連結された動力伝達部品２の位置を検出するための方法の精度が不正確であるため、この発明の課題は、前述した方法を一層改善して、より高い精度を実現することである。この場合、基本的な考えは、磁気抵抗がコイル２５のインダクタンスに影響を与えるということである。以下に述べる方法では、渦電流を温度に応じた形で考慮し、そうすることによって、精度の向上を達成している。

以下においては、電流上昇の測定によって電機子プレートの間隔を検出するとの測定原理を詳しく説明する。電機子プレート２３の移動によって、空隙が拡がり、ヨーク２６と電機子２３から構成される磁気回路の磁気抵抗が増大する。磁気抵抗の増大は、インダクタンスを低減させることとなる。この変化を測定するものである。

各コイルに関して、簡単に次式が成り立つ。

インダクタンスＬは、ＵとＲが既知で一定である場合、好適な時点ｔで電流を個々に測定することによって検出することができる。ｔに関する様々な値でのグラフ図面が、図２に図示されている。

渦電流は、電気導体が膨張する時に発生し、磁界が変化した結果である。コイル２５の磁界は、磁石構造と電機子プレート２３内に集束されている。磁界は、電流に比例する。磁界の変化は、電流の変化に比例する。渦電流は、磁界の変化に比例し、渦電流の磁界は、渦電流に比例する。

更に、渦電流の磁界の符号は、その原因、即ち、コイル２５の磁界と逆向きである。磁気回路２３，２６内の渦電流は、コイル２５内の電流と対抗する形に作用する。その結果、開始時の電流上昇は、純粋な指数関数よりも大きくなる。
次式が成り立つ。

それから次式が得られ、

その結果、磁気回路内に誘導される電圧は、次式の通りとなる。

渦電流は、磁気回路内に誘導された電圧の結果であり、Ｎ_Eisen ＝１及びＩ_ind ＝Ｕ_ind ／Ｒ_el.Eisenとして、次の通りとなる。

誘導される渦電流は、又もや、次の通り磁界を発生させる。

コイルの磁界と渦電流の磁界を加えると、次の通りとなる。

ｅを底とする本来の指数関数であることが分かる。これは、ＴとそのためＲ_Magnetischに依存する。

この式には、Ｒ_Magnetisch以外、既知の変量しか含まれていない。異なる磁気抵抗に関するグラフ図面が、図３に図示されている。

温度の影響が無い場合における、異なる磁気抵抗での時間的な推移Ｉ（ｔ）に対する渦電流の作用は、後で詳しく取り上げる。渦電流は、電流の見かけ上のオフセットとして現れる。そのことは、実験では観察することができない。即ち、モデル化のための構成要素が欠如している。このモデルは、理想的なインダクタンスを直列抵抗として接続することにより補完することができる。それは、磁気回路２３，２６内に集束されない、従って、渦電流も生じさせない漏れ磁界及び空隙の磁界を表している。しかし、このモデルは、十分に大きな時間間隔ｔ１に対して成り立ち、その場合時間に関する電流推移の偏差が任意に小さくなる。

温度の影響に関して、次の電流に対する式が得られる。

それに対応して、次の磁気抵抗に対する式が得られる。

しかし、Ｒ_Magnetisch、Ｒ_el.Eisen及びＲ_el.Spuleは、温度に依存する変量である。コイル２５の温度は、工場における既知の温度での校正及び始動過程又は動作の開始時におけるＩ_Max 測定によって計測することが可能である。その場合、磁気回路２３，２６内でも同じ温度が生じていると仮定しなければならない。構成部品は非常に狭い空間内に有るので、そのことが成り立つものとする。電気抵抗に関して相対的に簡単な関係が成り立つのに対して、磁気抵抗の温度依存性に関しては、従来粗い近似でしか表すことができず、使用する温度範囲において、温度依存性が無いものと仮定されていた。コイルの電気抵抗に関して、次の式が成り立つ。

Ｒ_el.Spule＝ｆ（Ｔ）＝Ｒ（２５°Ｃ）・（１＋α・ΔＴ）

銅に関して、αは、０．００３９ １／Ｋである。最低温度は、実際には−４０°Ｃであり、最高温度は＋１４０°Ｃである。また、最小抵抗は、標準値の７４．６５％であり、最大抵抗は、１４４．４８％である。

鋼鉄に関して、αは、０．００４８ １／Ｋである。最小抵抗は、標準値の６８．８０％であり、最大抵抗は、１５５．２％である。

Ｒ_Magnetischに関して、先ずは温度依存性が無いと、少なくとも低い温度での依存性が非常に小さいものと仮定する。

その場合、次の式が成り立つ。

ここで、Ｒ_el.Spuleは、ｔ＝１００ｍｓからｔ→∞に関して、例えば、１．８Ｖの電圧時に電流を測定することによって、直接測定される。また、工場での校正は、鉄成分の仮定した温度に対する影響、即ち、Ｒ_el.Eisen＝ｆ（ΔＴ）＝ｆ（Ｉ（ｔ＝１００ｍｓ，Ｕ₀ ＝１．８Ｖ，Ｔ））の計算に対する影響しか及ぼさない。パラメータを測定に適合させた後に理論的な式を適用したグラフが、図４に図示されている。図４のｘ軸には、ｔ１＝０．００２秒の時点に測定した電流をプロットしている。温度に応じて、曲線の中の一つを選定すると、ｙ軸で磁気抵抗を読み取ることができる。

ここで、パラメータを見い出すための同じ実験室での測定から、関数ｓ＝ｆ（Ｒ_Magnetisch）を演算することができ、そのグラフ図面が、図５に図示されている。

この多項式を用いて、ここでは何と温度補償した形で計算することができる各Ｒ_Magnetischを、電機子プレート２３とヨーク２６間の空隙に対応する間隔ｓに変換することができる（図６参照）。

Ｔ０＝２５°Ｃでのコイル２５のオーム抵抗は、工場で検出することができる。診断機能によって、修理工場でも、ブレーキキャリパを交換する際に、この測定を行うことが可能である。検出サイクルの開始前にコイル２５のオーム抵抗を測定することによって、コイル２５の温度とそのため磁気回路２３，２６の温度も検出することができる。温度を用いて、有効な特性曲線を算出することができる、即ち、電流、温度、動作時間、電圧及び測定結果間の一義的な関係が得られる。

この方法の決定的な利点は、工場内で各検出前に既知の温度でコイル２５のオーム抵抗を測定することによって、温度補償を行っていることである。そうすることによって、電機子の絶対的な位置を測定することが、初めて可能となる。別の利点は、この解決策の数学的な整合性であり、数学的な近似手法を不要とすることである。更に別の利点は、温度に応じた形で渦電流を考慮していることであり、そのことは、精度を向上させることとなる。

この発明による方法を用いることができる油圧式車両ブレーキの軸方向の断面図 電磁式アクチュエータのコイルで測定された電流の時間グラフ 磁気回路の異なる磁気抵抗に対する、電磁式アクチュエータの磁気回路で発生する渦電流の時間グラフ 異なる温度に対する、コイルで測定された電流と磁気回路の磁気抵抗との対比グラフ 磁気抵抗と、電磁式アクチュエータのコイルと電機子間の空隙との対比グラフ 異なる温度でのコイルで測定された電流と図５による空隙との対比グラフ

Claims (8)

1. ブレーキ筐体（１）を備えた油圧式車両ブレーキを動作させるための方法であって、ブレーキ筐体内では、ブレーキ作用を実現するためのブレーキディスクと連結して、作用することができる、移動可能な形に配置されたブレーキピストン（６）によって、油圧用動作圧力室（７）が境界を画定され、駐車ブレーキ機器が、ブレーキピストン（６）に作用するとともに、ブレーキピストン（６）がブレーキディスクと連結して、作用する状態において、ロック機器を用いてロックすることが可能であり、このロック機器は、少なくともコイル（２５）、ヨーク（２６）及び電機子（２３）を備えた電磁式アクチュエータ（３）を用いて操作することが可能である動力伝達部品（２）によって作動され、電機子の動きに応じた、コイル（２５）のインダクタンスの変化を検出することによって、電機子（２３）と連結された動力伝達部品（２）の位置を検出する方法において、
   動力伝達部品（２）の位置の検出を、その結果が周囲の温度に依存しない形で実行することを特徴とする方法。
2. 当該の位置の検出を、その結果がコイル（２５）及び／又はヨーク（２６）の温度、並びに電機子（２３）の温度に依存しない形で実行することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 当該の位置の検出を、
   （ｉ）コイル（２５）の電気抵抗を検出する工程、
   （ii）検出した電気抵抗を所定の値と比較して、コイル（２５）、ヨーク（２６）及び電機子（２３）の温度を求める工程、
   （iii ）ヨーク（２６）と電機子（２３）の磁気抵抗を検出する工程、
   （iv）ヨーク（２６）と電機子（２３）での渦電流を検出する工程、及び
   （ｖ）コイル（２５）に方形波の電圧信号を供給して、コイル（２５）を通って流れる電流を測定する工程、
   により実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. コイル（２５）を通って流れる電流を測定する際に、ヨーク（２６）と電機子（２３）での温度に依存した渦電流成分を考慮し、それに応じて測定結果を補正することを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 当該のコイル（２５）の電気抵抗の所定の値が、校正によって算出されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
6. 当該の校正が、油圧式車両ブレーキの使用開始前に、及び／又は使用している間での規則的な間隔で行われることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. ブレーキ筐体（１）を備えた油圧式車両ブレーキであって、ブレーキ筐体内では、ブレーキ作用を実現するためのブレーキディスクと連結して、作用することができる、移動可能な形に配置されたブレーキピストン（６）によって、油圧用動作圧力室（７）が境界を画定され、駐車ブレーキ機器が、ブレーキピストン（６）に作用するとともに、ブレーキピストン（６）がブレーキディスクと連結して、作用する状態において、ロック機器を用いてロックすることが可能であり、このロック機器は、少なくともコイル（２５）、ヨーク（２６）及び電機子（２３）を備えた電磁式アクチュエータ（３）を用いて操作することが可能である動力伝達部品（２）によって作動され、電機子の動きに応じた、コイル（２５）のインダクタンスの変化を検出することによって、電機子（２３）と連結された動力伝達部品（２）の位置を検出する油圧式車両ブレーキにおいて、
   動力伝達部品（２）の位置の検出を、その結果が周囲の温度、コイル（２５）及び／又はヨーク（２６）の温度、並びに電機子（２３）の温度に依存しない形で実行する手段が配備されていることを特徴とする油圧式車両ブレーキ。
8. 当該の手段が、
   （ｉ）コイル（２５）の電気抵抗を検出する工程、
   （ii）検出した電気抵抗を所定の値と比較して、コイル（２５）、ヨーク（２６）及び電機子（２３）の温度を求める工程、
   （iii ）ヨーク（２６）と電機子（２３）の磁気抵抗を検出する工程、
   （iv）ヨーク（２６）と電機子（２３）での渦電流を検出する工程、及び
   （ｖ）コイル（２５）に方形波の電圧信号を供給して、コイル（２５）を通って流れる電流を測定する工程、
   を実行することを特徴とする請求項７に記載の油圧式車両ブレーキ。

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