JP2009019690A - Temperature presumption apparatus of friction material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両の各車輪に装着されているブレーキ装置の摩擦材の温度を推定する摩擦材の温度推定装置に関する。 The present invention relates to a friction material temperature estimation device that estimates the temperature of a friction material of a brake device mounted on each wheel of a vehicle.
非ブレーキ操作時に、ブレーキ力によるトラクション制御(BTCS)を実行可能な車両では、BTCSの実行によりブレーキ摩擦材の温度が過度に上昇すると、ブレーキ操作による通常のブレーキ時に車輪ブレーキの効きが悪くなる等の不具合が生じるため、従来、BTCSの実行頻度の実行頻度が頻繁になったときにBTCSの実行を禁止したり、また、ブレーキ液圧の測定、若しくはポンプモータ又はバルブの動作によりブレーキ液圧を推定して、ブレーキ液圧により温度を推定し、推定温度が設定温度以上になったときに、BTCSの実行を禁止したりすることが行われてきた。 In vehicles that can perform traction control (BTCS) by brake force during non-brake operation, if the temperature of the brake friction material rises excessively due to execution of BTCS, the effectiveness of wheel brakes will deteriorate during normal braking by brake operation, etc. In the past, when the execution frequency of the BTCS is frequent, the execution of the BTCS is prohibited, or the brake fluid pressure is reduced by measuring the brake fluid pressure or operating the pump motor or the valve. It has been estimated that the temperature is estimated from the brake fluid pressure, and the execution of BTCS is prohibited when the estimated temperature is equal to or higher than the set temperature.
摩擦材の温度推定に係る先行技術としては、特許文献1,2,3がある。
As prior art relating to temperature estimation of the friction material, there are
特許文献1には、車輪のホイール速度からブレーキ液圧を推定し、ブレーキ液圧及び車両のホイール速度に基づいてブレーキ装置の温度を推定することが記載されている。
特許文献2には、ペダルスイッチがONのとき、制動初速及び制動終速に基づき、BTCSの実行中のとき、ブレーキ液圧に基づき、摩擦材の上昇温度を推定することが記載されている。 Patent Document 2 describes that when the pedal switch is ON, the temperature rise of the friction material is estimated based on the brake initial speed and the brake end speed, and based on the brake fluid pressure when BTCS is being executed.
特許文献3には、車輪のホイール速度及びブレーキ液圧から摩擦材の上昇温度を推定することが記載されている。
しかしながら、BTCSの頻度によってBTCSの実行可否を判断するものでは、通常のブレーキ液圧が大して増圧されておらず、摩擦材の温度も大して上昇していないのにBTCSの実行が禁止されてしまう。また、ブレーキ液圧により、摩擦材の温度を推定する方法では、摩擦材の摩擦による放熱が考慮されておらず、ブレーキ液圧は増圧されているものの、摩擦材が大して摩擦しておらず(例えば、車輪の停止状態)温度が低下しない場合でも温度低下を算出すること、また、ブレーキ装置の周辺の環境温度を使用して温度上昇を算出していないことから、ブレーキ装置からの放熱が十分考慮されておらず、温度上昇が過大に算出されて、余裕を以ってBTCSの実行を禁止してしまうという問題点があった。特許文献1〜3は、ブレーキ液圧により、摩擦材の温度を推定する方法であることから、上記問題点があった。
However, in the case of determining whether or not BTCS can be executed based on the frequency of BTCS, execution of BTCS is prohibited even though the normal brake fluid pressure is not increased and the temperature of the friction material is not increased. . Moreover, in the method of estimating the temperature of the friction material by the brake fluid pressure, the heat release due to friction of the friction material is not taken into consideration, and although the brake fluid pressure is increased, the friction material is not greatly rubbed. (For example, when the wheel is stopped) Since the temperature drop is calculated even when the temperature does not drop, and the temperature rise is not calculated using the ambient temperature around the brake device, the heat released from the brake device There is a problem that the temperature rise is excessively calculated and the execution of the BTCS is prohibited with a margin because the temperature is not sufficiently considered. Since
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ブレーキ液圧に基づいて摩擦材の温度上昇を推定するのではなく、ブレーキトルク及び車輪の角速度に基づく摩擦材の発熱エネルギー及びブレーキ装置の周辺の環境温度に基づいて摩擦材の温度を推定する摩擦材の温度推定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and does not estimate the temperature rise of the friction material based on the brake fluid pressure, but the heat generation energy of the friction material and the brake device based on the brake torque and the angular velocity of the wheel. An object of the present invention is to provide a friction material temperature estimation device that estimates the temperature of a friction material based on the ambient temperature around the friction material.
請求項1記載の発明によれば、車輪を回転可能に支持すると共に、サスペンションによって車体にばね支持される回転支持体と、車輪と共に回転するブレーキ要素と、前記ブレーキ要素に接して前記ブレーキ要素を制動する摩擦材とを備えたブレーキ装置の前記摩擦材の温度推定装置であって、前記サスペンションのばね下の部材の制動時のブレーキトルクによって歪が生じる部位に設けられ、歪検出手段及びサーミスタを有するブレーキトルクセンサと、前記車輪の回転角速度を検出する車輪回転角速度検出手段と、前記ブレーキトルクセンサで検出されたブレーキトルク、前記車輪回転角速度検出手段で検出された車輪回転角速度及び前記サーミスタで検出された温度に基づいて前記摩擦材の温度を推定する摩擦材温度推定手段とを具備したことを特徴とする摩擦材の温度推定装置が提供される。 According to the first aspect of the present invention, the wheel is rotatably supported, the rotation support body is spring-supported by the vehicle body by the suspension, the brake element rotating together with the wheel, and the brake element in contact with the brake element. A friction material temperature estimation device for a brake device including a friction material for braking, wherein the friction material temperature estimation device is provided at a portion where distortion occurs due to brake torque during braking of a member under the spring of the suspension, and a strain detection means and a thermistor are provided. A brake torque sensor, wheel rotation angular velocity detection means for detecting the rotation angular velocity of the wheel, brake torque detected by the brake torque sensor, wheel rotation angular velocity detected by the wheel rotation angular velocity detection means, and detection by the thermistor Friction material temperature estimating means for estimating the temperature of the friction material based on the measured temperature Temperature estimating device of the friction material, characterized in that the is provided.
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明において、前記摩擦材温度推定手段は、前記ブレーキトルクセンサで検出されたブレーキトルク及び前記車輪回転角速度検出手段で検出された前記車輪回転角速度に基づいて、前記摩擦材と前記ブレーキ要素との間の摩擦により生じる発熱エネルギーを算出する発熱エネルギー算出手段と、前記サーミスタで検出された温度及び前記ブレーキ要素の熱量を単位熱量放熱するのに必要な前記ブレーキ要素と大気との温度差である放熱抵抗に基づいて、前記ブレーキ要素が蓄積した熱の前記ブレーキ要素の温度と大気との温度差による大気への放熱エネルギーを算出する放熱エネルギー算出手段と、前記発熱エネルギー及び前記放熱エネルギーに基づいて、前記ブレーキ要素に蓄積される蓄積エネルギーを算出するブレーキ要素蓄積エネルギー算出手段と、前記蓄積エネルギー及び前記ブレーキ要素を1℃上昇させるために必要なエネルギーである前記ブレーキ要素の熱容量に基づいて、前記摩擦材の温度を推定する摩擦材温度算出手段とを具備したことを特徴とする摩擦材の温度推定装置が提供される。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the friction material temperature estimating means includes the brake torque detected by the brake torque sensor and the wheel rotation detected by the wheel rotation angular velocity detecting means. Based on the angular velocity, a heat generation energy calculating means for calculating heat generation energy generated by the friction between the friction material and the brake element, and a unit heat amount radiating the temperature detected by the thermistor and the heat amount of the brake element. Based on a heat radiation resistance that is a necessary temperature difference between the brake element and the atmosphere, a heat radiation energy calculation that calculates heat radiation energy to the atmosphere due to a temperature difference between the temperature of the brake element and the atmosphere of the heat accumulated in the brake element And a stored energy accumulated in the brake element based on the heat generation energy and the heat radiation energy. Brake element accumulated energy calculating means for calculating a rugey, and a friction material for estimating the temperature of the friction material based on the stored energy and a heat capacity of the brake element which is energy necessary for raising the brake element by 1 ° C. There is provided a temperature estimation device for a friction material, characterized by comprising a temperature calculation means.
請求項1記載の発明によると、ブレーキトルク、車輪回転角速度及びブレーキトルクセンサのサーミスタで検出された温度に基づいて摩擦材の温度を推定するので、温度推定を正確に行うことができる。また、摩擦材の偏摩耗や片利きで、車輪のブレーキ液圧が同じであっても、各車輪のブレーキトルクが異なり、各車輪の摩擦温度が異なるような場合でも、各車輪の摩擦温度の推定を正確に行うことができる。更に、サーミスタはブレーキトルクセンサに設けられており、サーミスタによりブレーキ装置の周囲の環境温度が検出されるので、ブレーキ装置からの放熱による冷却分を正確に算出することができ、正確に摩擦材の温度が推定できる。 According to the first aspect of the present invention, since the temperature of the friction material is estimated based on the brake torque, the wheel rotation angular velocity, and the temperature detected by the thermistor of the brake torque sensor, the temperature can be accurately estimated. Even if the brake fluid pressure of the wheels is the same due to uneven wear or unilateral friction material, even if the brake torque of each wheel is different and the friction temperature of each wheel is different, the friction temperature of each wheel is different. Estimation can be performed accurately. Furthermore, the thermistor is provided in the brake torque sensor, and since the ambient temperature around the brake device is detected by the thermistor, the amount of cooling due to heat radiation from the brake device can be accurately calculated, and the friction material is accurately detected. The temperature can be estimated.
請求項2記載の発明によると、摩擦材と摩擦材が圧接するブレーキ要素の温度は等しいと仮定し、ブレーキ要素の熱の蓄積及び放熱に関わる等価回路に基づいて、摩擦材の温度を推定するので、容易かつ正確に摩擦材の温度が推定できる。 According to the second aspect of the present invention, it is assumed that the temperature of the brake element at which the friction material and the friction material are pressed against each other is equal, and the temperature of the friction material is estimated based on an equivalent circuit related to heat accumulation and heat dissipation of the brake element. Therefore, the temperature of the friction material can be estimated easily and accurately.
図1は本発明の実施形態に係る車両のブレーキ系及び駆動系を示す概略構成図である。図1に示すように、車体2は、エンジン4、スロットル弁駆動装置5、自動変速機6、ECU8、ブレーキ液圧制御装置10、ブレーキペダル12、マスタシリンダ14、左前輪16FL、右前輪16FR、左後輪16RL、右後輪16RR、左前輪ブレーキ装置(ブレーキと略す)18FL、右前輪ブレーキ18FR、左後輪ブレーキ18RL、右後輪ブレーキ18RR、左前輪ブレーキトルクセンサ20FL、右前輪ブレーキトルクセンサ20FR、左後輪ブレーキトルクセンサ20RL、右後輪ブレーキトルクセンサ20RR、左前輪サーミスタ22FL、右前輪サーミスタ22FR、左後輪サーミスタ22RL、右後輪サーミスタ22RR、左前輪速度センサ24FL、右前輪速度センサ24FR、左後輪速度センサ24RL及び右後輪速度センサ24RRを備える。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a brake system and a drive system of a vehicle according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the vehicle body 2 includes an
エンジン4及び自動変速機6は、駆動輪である左前輪16FL及び右前輪16FRを駆動するために車体2の前部に搭載される。ECU8は、非ブレーキ操作時に、左右前輪ブレーキ18FL,18FRのうち過剰スリップを生じそうになった前輪に対応する前輪ブレーキでブレーキ力を発揮させるBTCSを実行すべくブレーキ液圧制御装置10を制御する。また、ブレーキ操作時に各車輪ブレーキ18FL、18FR、18RL、18RRのうちロック状態に陥りそうになった車輪に対応する車輪ブレーキのブレーキ圧を調節するABSを実行すべくブレーキ液圧制御装置10を制御する。また、非ブレーキ操作時に前輪で過剰スリップを生じそうになったとき、エンジン4の出力を調整してエンジン出力によるトラクション制御(ETCS)を実行するべくスロットトル弁駆動装置5を制御する。更に、後述するブレーキ18FL、18FR、18RL、18RRの摩擦材の温度を推定し、その推定温度に基づいてBTCS及びETCSの制御比率を変更する。
The
タンデム型のマスタシリンダ14の第1及び第2出力ポート14A,14Bからはブレーキペダル12の踏み込み量に応じたブレーキ液圧が出力され、両出力ポート14A,14Bはブレーキ液圧制御装置10に接続されている。ブレーキ液圧制御装置10はECU8の指示に基づいて、出力ポート14A,14Bから出力されるブレーキ液圧を調整して、ブレーキ18FL、18FR、18RL、18RRに供給して、ブレーキ18FL、18FR、18RL、18RRを作動せしめる。
Brake fluid pressure corresponding to the depression amount of the
ブレーキ18FL、18FR、18RL、18RRは、ブレーキ液圧制御装置10から供給されるブレーキ液圧に従って、ブレーキ力を発揮する。
The brakes 18FL, 18FR, 18RL, 18RR exert braking force according to the brake fluid pressure supplied from the brake fluid
ブレーキトルクセンサ20FL、20FR、20RL、20RRは、図示しないサスペンションのばね下の部材の制動時のブレーキトルクによって歪が生じる部位に設けられ、ブレーキ18FL、18FR、18RL、18RRの作動により発生したブレーキトルクを検出するブレーキトルクセンサである。 The brake torque sensors 20FL, 20FR, 20RL, and 20RR are provided at portions where distortion is caused by braking torque of a member under the spring of the suspension (not shown), and the brake torque generated by the operation of the brakes 18FL, 18FR, 18RL, and 18RR. Is a brake torque sensor for detecting
サーミスタ22FL、22FR、22RL、22RRは、熱的保護の観点からブレーキ18FL〜18RRの発熱を遮断し、冷却され易い箇所に設けられ、ブレーキ18FL〜18RRの摩擦材の周囲の環境温度を検出するとともに、ブレーキトルクセンサ20FL〜20RRの歪み検出手段としての歪ゲージの温度依存性を補償してブレーキトルクセンサ20FL〜20RRの出力補正を行うために、ブレーキトルクセンサ20FL、20FR、20RL、20RRに搭載されている。 Thermistors 22FL, 22FR, 22RL, and 22RR are provided at locations where heat generation of the brakes 18FL to 18RR is interrupted and easily cooled from the viewpoint of thermal protection, and the ambient temperature around the friction material of the brakes 18FL to 18RR is detected. The brake torque sensors 20FL, 20FR, 20RL, and 20RR are mounted on the brake torque sensors 20FL, 20FR, 20RR, and 20RR to compensate for the temperature dependence of the strain gauges as strain detection means of the brake torque sensors 20FL to 20RR and correct the output of the brake torque sensors 20FL to 20RR. ing.
車輪速度センサ24FL、24FR、24RL、24RRは、車輪16FL、16FR、16RL、16RR側に装着された回転型の磁気エンコーダに対向し、図3中の軸受72の近傍のナックルに固定され、車輪16FL、16FR、16RL、16RRの回転速度を検出するセンサであり、ハイ/ローのいずれかと、断線検知が可能であればよいので、通過電流によりハイ/ローを判定する電源ライン及び信号ラインからなる2線式となっている。
Wheel speed sensors 24FL, 24FR, 24RL, and 24RR face the rotary magnetic encoder mounted on the wheels 16FL, 16FR, 16RL, and 16RR, and are fixed to a knuckle near the
後述するように、ブレーキトルクセンサ20FL、20FR、20RL、20RR及び車輪速度センサ24FL、24FR、24RL、24RRとECU8との間の接続を共通の5芯同軸ケーブルにより接続する。センサ20FL、20FR、20RL、20RR、24FL、24FR、24RL、24RRとECU8との間の配線は、サスペンションの動作や振動、温度といった厳しい条件に適合したものでなければならず、配線をセンサ毎に別々に設けたのでは、コストアップに繋がるが、1個の5芯同軸ケーブルとすることにより、コストダウン及び配線の省スペース化が図れる。尚、共通に使用する配線は、後述するように、例えば、電源ラインである。 As will be described later, the brake torque sensors 20FL, 20FR, 20RL, 20RR and the wheel speed sensors 24FL, 24FR, 24RL, 24RR and the ECU 8 are connected by a common 5-core coaxial cable. The wiring between the sensors 20FL, 20FR, 20RL, 20RR, 24FL, 24FR, 24RL, 24RR and the ECU 8 must be adapted to strict conditions such as suspension operation, vibration, and temperature. Providing them separately leads to an increase in cost, but the cost can be reduced and wiring space can be saved by using one 5-core coaxial cable. In addition, the wiring used in common is, for example, a power supply line as described later.
図2〜5は、ブレーキ18FL、18FR、18RL、18RRを説明するための図である。尚、車輪16FL、16FR、16RL、16RRについて、ブレーキ18FL、18FR、18RL、18RRは同一構造であるので符号を18と記載し、各車輪16FL、16FR、16RL、16RRの区別はしない。 2 to 5 are diagrams for explaining the brakes 18FL, 18FR, 18RL, and 18RR. Since the brakes 18FL, 18FR, 18RL, and 18RR have the same structure with respect to the wheels 16FL, 16FR, 16RL, and 16RR, the reference numeral is denoted as 18, and the wheels 16FL, 16FR, 16RL, and 16RR are not distinguished.
図2及び図3に示すように、摩擦要素としてのブレーキディスク(ロータ)52は、車輪16に固定されており、車輪16とともに回転する。ナックル54は、車輪支持体であり、車輪16を回転可能に支持するとともに、図示しないばね及びサスペンションリンクを介して車体2に連結されている。キャリパブラケット58は、ボルト40,42によりナックル54に取り付けられており、ブレーキディスク52の回入側及び回出側の両側でブレーキディスク52の軸方向両側に配置される一対の摩擦パッド(摩擦材)68,70を支持している。
As shown in FIGS. 2 and 3, the brake disk (rotor) 52 as a friction element is fixed to the wheel 16 and rotates together with the wheel 16. The
キャリパブラケット58には、2本のボルトによりブレーキキャリパ56に固定されたた2本のスライドピンが摺動可能に嵌合されており、ブレーキディスク52の軸線と平行な方向に進退して摩擦パッド68,70をブレーキディスク52に向けて押し付けるピストン(押動部材)62を備える。
Two slide pins fixed to the
ブレーキキャリパ56はホイールシリンダ60を一体的に有しており、ホイールシリンダ60内にはピストン62が嵌合されている。ピストン室64には、液圧供給口66を介して液圧制御装置10からの液圧が供給される。
The
ブレーキディスク52は、ハブ53に連結されている。液圧供給口66を介して液圧制御装置10からの液圧がピストン室64に供給されると、ピストン62が図3において左方向に押し出されて摩擦パッド68がブレーキディスク52に押し付けられる。
The
ピストン62が摩擦パッド68をブレーキディスク52に押し付けた反力でブレーキキャリパ56が右方向に移動し、反対側の摩擦パッド70もブレーキディスク52に押し付けられ、ブレーキディスク52の回転を制動する。
The
図4に示すように、キャリパブラケット58の内側連結部58cのブレーキディスク52の半径方向外側側面には凹部58dが形成されており、この凹部58dに一対のボルト74,76によりセンサプレート78が固定されている。センサプレート78には、歪ゲージ80が貼付されているとともに、サーミスタ22が搭載されている。ブレーキトルクセンサ20は、歪ゲージ80及びその出力を増幅するアンプ82を有する。
As shown in FIG. 4, a
車両前進時にブレーキがかけられた場合には、摩擦パッド68,70がブレーキディスク52を圧接しながら、ブレーキディスク52が回転するため、摩擦パッド68,70がブレーキディスク52に引き摺られてブレーキディスク52の回転方向に移動し、キャリパブラケット58のブレーキ荷重受け部58bに圧接する。
When the brake is applied when the vehicle moves forward, the
キャリパブラケット58はネジ穴にボルト40,42を螺合することによりナックル54に固定されているため、内側連結部58cのブレーキディスク52の半径方向外側側面に固定されたセンサプレート78には引張荷重が発生し、この引張荷重によりセンサプレート78には引張方向の変形が生じる。この変形は、歪ゲージ80で検出され、アンプ82で歪ゲージ80の出力を増幅することにより、センサプレート78の歪量に基づいてブレーキトルクが検出される。
Since the
車両後退時にブレーキがかけられた場合には、ブレーキディスク52は前進時と反対方向に回転するため、摩擦パッド68,70がブレーキディスク52に引き摺られてブレーキディスク52の回転方向に移動し、キャリパブラケット58のブレーキ荷重受け部58aに圧接する。よって、車両の後退時にも、ブレーキディスク52の半径方向外側の内側連結部58cには引張荷重が発生する。この引張荷重により、センサプレート78は引張方の変形を受け、歪ゲージ80によりこの変形量が検出される。車両前進後及び車両後退時でともに引っ張り荷重がかかることから、ブレーキトルクセンサ20の特性は、図5に示すように、ブレーキトルク=0を軸として線対称となる。
When the brake is applied at the time of reverse of the vehicle, the
図7(a)に示すように、ブレーキトルクセンサ20は、歪により抵抗が変化する歪ゲージ80によりブリッジ接続されており、電源端子20aは歪を抵抗の変化として検出する歪ゲージ80の接続部80aに接続される。グラウンド端子20bは、歪ゲージ80の接続部80bに接続される。接続部80c,80dはアンプ82の入力端子に接続されて、接続部80c,80d間の電圧は、アンプ82で増幅され、出力端子20cから増幅された電気信号が出力される。一方、サーミスタ22の出力端子22aからは温度に対応する電気信号が出力される。
As shown in FIG. 7A, the
車輪速度センサ24は、並列に接続された磁束の流れ方向に応じて出力を変化させて車輪速度に応じた信号を出力するホールIC84及びコンデンサ86からなり、電源端子24aはコンデンサ86の正極及びホールIC84に接続され、信号出力端子24bは、ホールIC84の信号端子及びコンデンサ86の負極に接続されている。
The
図6に示すように、ブレーキトルクセンサ20及び車輪速度センサ24は、共通の5芯同軸ケーブル90によりECU8と接続されている。5芯同軸ケーブル90の電源ライン90aは、ナックル54に支持される軸受72の付近で、分岐して、ブレーキトルクセンサ20の電源端子20aを通して、ブレーキトルクセンサ20の歪ゲージ80に接続され、また、車輪速度センサ24の電源端子24aを通して、ホールIC84の電源端子及びコンデンサ86の正極にそれぞれ接続される。
As shown in FIG. 6, the
5芯同軸ケーブル90のグラウンドライン90bは、軸受72付近で、分配され、グラウンド端子20bを通して、ブレーキトルクセンサ20の歪ゲージ80の接続部80bに接続される。ブレーキトルクセンサ20の信号出力端子20c及びサーミスタ22の信号出力端子22aは、出力信号ライン90c及び90eを通して、5芯同軸ケーブル90に収容されて、ECU8に接続される。
The
車輪速度センサ24の信号出力端子24bは、出力信号ライン90dを通して、5芯同軸ケーブル90に収容されて、ECU8に設けられた抵抗87を通してグラウンドに接続される。
The
図8は、図2における断面方向が図3に示す断面図の断面方向と直交する方向の断面図であり、図9は図8中の車輪速度センサ24を含む要部断面図である。車輪速度センサ24は、車輪側に配置され、図9(b)に示すNSの磁極を円周方向に多極形成したリング状のエンコーダ73に車軸75の軸方向で対向し、図9(a)に示すように軸受72の近傍のナックル54にネジ止めにより固定されている。一方、ブレーキトルクセンサ20は、軸受72の付近に配置されたキャリパブラケット58に設けられている。
8 is a cross-sectional view in which the cross-sectional direction in FIG. 2 is orthogonal to the cross-sectional direction of the cross-sectional view shown in FIG. 3, and FIG. 9 is a cross-sectional view of the main part including the
そのため、ブレーキトルクセンサ20及び車輪速度センサ24がお互い近接して配置され、軸受72の付近で5芯同軸ケーブル90を分岐すれば、分岐ケーブル長を短くすることができるとともに、ブレーキトルクセンサ20と車輪速度センサ24の相互の位置に影響されることなく、5芯同軸ケーブル90を最適な配置とすることができる。また、5芯同軸ケーブル90を共用して使用することから、コストダウンを図ることができる。
Therefore, if the
図10は、ECU8の摩擦パッド68,70の温度を推定する機能ブロック図であり、摩擦材温度推定手段は、発熱エネルギー算出手段100、放熱エネルギー算出手段102、ロータ蓄積エネルギー算出手段104及びパッド温度算出手段106を具備する。本実施形態では、各車輪16FL、16FR、16RL、16RRについて、摩擦パッド68,70の温度を推定するが、処理内容は同一であるので、車輪16FL、16FR、16RL、16RR毎の説明を省略する。
FIG. 10 is a functional block diagram for estimating the temperature of the
図11は、放熱等価回路図である。この放熱等価回路では、摩擦パッド68,70はブレーキディスク(ロータ)52に接しており、摩擦パッド68,70とロータ52との間の摩擦により発熱することから、摩擦パッド68,70の温度はロータ52の温度に等しいと仮定している。
FIG. 11 is a heat dissipation equivalent circuit diagram. In this heat radiation equivalent circuit, the
発熱エネルギー算出手段100は、電流源に対応する発熱源が摩擦パッド68,70とロータ52との間の摩擦であることから、発熱エネルギー[W]を式(1)により算出する。
Since the heat generation source corresponding to the current source is the friction between the
発熱エネルギー=ω×Mb ・・・ (1)
ωは車輪速度センサ24から検出された車輪速度より角速度算出手段により算出される車輪角速度[rad/s]である。車輪速度をv(m/sec)とすると、ω=v/r(rは車輪16の半径)である。また、Mbは、ブレーキトルクセンサ20より検出され、サーミスタ22が検出した温度に基づき補正されたブレーキトルク[N・m]である。
Heat generation energy = ω × Mb (1)
ω is a wheel angular velocity [rad / s] calculated by the angular velocity calculating means from the wheel speed detected from the
サンプリング時間tsに発生した発熱エネルギーEbrk[J]を式(2)より算出する。サンプリング時間tsは、摩擦パッド68,70の温度を推定する周期である。
The heat generation energy Ebrk [J] generated at the sampling time ts is calculated from the equation (2). The sampling time ts is a period for estimating the temperature of the
Ebrk=ω×Mb×ts ・・・ (2)
ロータ52に蓄積された熱エネルギーがロータ52から周囲の大気中に放熱することにより、ロータ52に蓄積される熱エネルギーが減少して、ロータ52の温度が低下する。ロータ52からの放熱には、対流による放熱と輻射による放熱が含まれる。輻射による放熱は、ロータ52の温度と周囲の温度との温度差によって決まり、他のパラメータには依存しない。また、対流による放熱は、車体2が移動することにより、ロータ52への通風量が変化し、車速が大きくなると、通風量が増加して、ロータ52から周囲への放熱量が増加する。即ち、車速によりロータ52から周囲への放熱量が変化する。
Ebrk = ω × Mb × ts (2)
The heat energy accumulated in the
従って、ロータ52からの放熱量は、車速の関数となる。車輪16のスリップがないと仮定すると、車速及び車輪回転速度は等しくなり、ロータ52からの放熱量は、車輪回転速度の関数となる。
Accordingly, the amount of heat released from the
各車輪回転速度におけるロータ52の放熱熱抵抗を計算や実験により算出しておき、車輪回転速度と、輻射による放熱を含めた放熱熱抵抗[°C/W]との関係をメモリ等に記憶しておく。尚、ロータ52の放熱熱抵抗はロータ52が1Wの熱量を放熱するために必要とされるロータ52と周囲との温度差である。
The heat radiation heat resistance of the
放熱エネルギー算出手段102は、1秒当たりのロータ52からの放熱量を式(3)より算出する。
The heat radiation energy calculating means 102 calculates the heat radiation amount from the
ロータ52からの放熱量[W]=(Tp(n−1)−Ta(n−1))/θrot
・・・ (3)
但し、Tp(n−1)は現在時刻nより1サンプリング周期ts前のサンプリング時刻(n−1)において算出されたロータ52の温度であり、Ta(n−1)は時刻(n−1)における周囲の温度であり、サーミスタ22により時刻(n−1)において検出された温度Tsに等しいものとする。θrot[°C/W]は、対流による放熱と輻射による放熱とを合わせたロータ52の放熱熱抵抗でありメモリに記憶されている。このメモリに記憶された放熱熱抵抗は、車輪速度による通風量に応じたものが格納されている。
Heat release from rotor 52 [W] = (Tp (n−1) −Ta (n−1)) / θrot
(3)
However, Tp (n-1) is the temperature of the
そして、サンプリング時間tsにおけるロータ52からの放熱エネルギーEout[J]を式(4)より算出する。
And the thermal radiation energy Eout [J] from the
Eout=(Tp(n−1)−Ta(n−1))×ts/θrot ・・・ (4)
ロータ蓄積エネルギー算出手段104、ブレーキ18が非作動状態であり、摩擦パッド68,70の周囲の環境温度に等しい状態、例えば、イグニッションスイッチがONされたときから、現在までにロータ52に蓄積されるエネルギーErot(n)[J]を式(5)より算出する。
Eout = (Tp (n−1) −Ta (n−1)) × ts / θrot (4)
The rotor accumulated energy calculation means 104 and the brake 18 are in an inoperative state, and are accumulated in the
Erot(n)=Erot(n−1)+Ebrk−Eout ・・・ (5)
ロータ52に熱エネルギーが蓄積されると、ロータ52は蓄積エネルギーErot[n]及び熱容量MASSrot[J/K]に従って、温度が上昇する。ロータ52の熱容量MASSrotは、ロータ52を1K上昇させるのに必要な熱エネルギーであり、ロータ52の容積や比熱等によって決まる。
Erot (n) = Erot (n−1) + Ebrk−Eout (5)
When thermal energy is stored in the
パッド温度算出手段106は、摩擦パッド68,70の現在の温度Tp(n)を式(6)より算出する。
The pad temperature calculation means 106 calculates the current temperature Tp (n) of the
Tp(n)=Erot(n)/MASSrot+Ta(1) ・・・ (6)
Erot[n]/MASSrotは、ロータ52の蓄積エネルギーErot(n)によるErot=0であるときから現在までのロータ52の上昇温度である。また、Ta(1)は、Erot=0のときのロータ52の温度、即ち、摩擦パッド68,70の初期温度であり、摩擦パッド68,70が周囲の温度に等しい状態、例えば、イグニッションスイッチがONされた時点のサーミスタ22が検出した摩擦パッド68,70の温度Tsである。
Tp (n) = Erot (n) / MASSrot + Ta (1) (6)
Erot [n] / MASSrot is the temperature rise of the
図12は摩擦パッド68,70の温度推定方法を示すフローチャートである。以下、この図面を参照して、摩擦パッド68,70の温度推定方法の説明をする。ステップS2で、摩擦パッド68,70が周囲の温度に等しい状態、例えば、イグニッションスイッチがONされたか否かを判定する。肯定判定ならば、ステップS4に進み、否定判定ならば、ステップS6に進む。
FIG. 12 is a flowchart showing a method for estimating the temperature of the
ステップS4で、パッド温度Tp及びパッド初期温度Tp(1)にサーミスタ22が示す温度Tsを代入し、ロータ蓄積エネルギーErotに零を代入して初期値を設定する。ステップS6で、タイマ起動済みであるか否かを判定する。肯定判定ならば、ステップS8に進み、否定判定ならば、ステップS12に進む。
In step S4, the temperature Ts indicated by the
ステップS8でタイマ起動する。タイマ起動周期はサンプリング時間tsである。ステップS10で、外気温Taにサーミスタ22が検出した温度Tsを代入して外気温をセーブする。ステップS12でタイマタイムアウトしたか否かを判定する。肯定判定ならば、ステップS14に進み、否定判定ならば、終了する。
In step S8, a timer is started. The timer activation period is the sampling time ts. In step S10, the outside air temperature is saved by substituting the temperature Ts detected by the
ステップS14で、ts時間におけるロータ52の発熱エネルギーEbrk=ω×Mb×tsを算出する。ω及びMbは式(1)中のものと同じである。
In step S14, the heat generation energy Ebrk = ω × Mb × ts of the
ステップS16で、サンプリング時間tsにおけるロータ52の放熱エネルギーEout=(Tp−Ta)×ts/θrotを算出する。Tpは1サンプリング時間ts前のロータ52の算出温度である。θrotは、式(4)中のものと同じである。これにより、ブレーキ18が非作動状態でロータ52が発熱していない間のみならず、ブレーキ18が作動状態でロータ52が発熱している間にも、ロータ52から周囲への放熱が算出される。
In step S16, the heat radiation energy Eout = (Tp−Ta) × ts / θrot of the
ステップS18で、ロータ蓄積エネルギーErot=Erot+Ebrk−Eoutを算出する。ステップS20で、パッド温度Tp=Erot/MASSrot+Tp(1)を算出する。MASSrotは、式(6)中のものと同じである。上記ステップS2〜20は、一定周期で繰り返し実行される。 In step S18, the rotor accumulated energy Erot = Erot + Ebrk−Eout is calculated. In step S20, pad temperature Tp = Erot / MASSrot + Tp (1) is calculated. MASSrot is the same as that in equation (6). Steps S2 to S20 are repeatedly executed at a constant cycle.
このように、摩擦パッド68,70の温度をブレーキ液圧ではなく、ブレーキトルクセンサ20が検出したブレーキトルク及びサーミスタ22が検出した外気温に基づいて推定するので、摩擦パッド温度を精度良く推定することができる。
Thus, since the temperature of the
また、摩擦パッドの偏摩耗や片利きで各車輪のブレーキトルクが異なり、各車輪の摩擦温度が異なるような場合でも、各車輪の摩擦温度の正確に行うことができる。更に、サーミスタ22はブレーキトルクセンサ20に設けられており、サーミスタ22によりブレーキ20の周囲の環境温度が検出できるので、ブレーキ20からの放熱による冷却分を正確に算出することができ、正確に摩擦パッド68,70の温度が推定できる。
Further, even when the friction torque of each wheel is different due to uneven wear or one-sided friction pad, and the friction temperature of each wheel is different, the friction temperature of each wheel can be accurately measured. Further, the
初期値Tp(1)は、摩擦パッド68,70が外気温に等しいと予測される時点でそのときの外気温で更新しても良い。例えば、高速道路の走行中のように、ブレーキ力が一定時間以上発揮されていない場合には、ロータ52に蓄積されたエネルギーErotが周囲に放熱されて、ロータ52の冷却により、ロータ52の温度が外気温に等しくなる。
The initial value Tp (1) may be updated with the outside air temperature at that time when the
このように、初期値Tp(1)を摩擦パッド68,70が外気温に等しいと予測される時点で適宜更新することにより、温度推定の累積誤差が小さくなり、より温度推定の精度を向上させることができる。
As described above, by appropriately updating the initial value Tp (1) when the
本実施形態では、ブレーキがディスクブレーキの場合について説明したが、ドラムブレーキの場合も、ブレーキ要素としてブレーキドラムとすれば、図8に示した等価回路及び式(1)〜(6)が成り立ち、ブレーキドラムの場合にブレーキシューに貼付された摩擦材の温度推定をブレーキディスクの場合と同様に行うことができる。 In the present embodiment, the case where the brake is a disc brake has been described, but in the case of a drum brake as well, if the brake drum is used as a brake element, the equivalent circuit and equations (1) to (6) shown in FIG. In the case of the brake drum, the temperature of the friction material attached to the brake shoe can be estimated in the same manner as in the case of the brake disc.
本実施形態によれば、ブレーキトルクセンサ20及び車輪速度センサ24とECU8との接続を、電源ラインを共用して1本の5芯同軸ケーブル90により接続したので、5芯同軸ケーブル90を最適な配置とすることができる。また、5芯同軸ケーブル90を共用して使用することから、コストダウンを図ることができるとともに、組み立て、メンテナンス時の工数削減を図ることができる。
According to the present embodiment, since the connection between the
8 ECU
10 ブレーキ液圧制御装置
16FL、16FR、16RL、16RR 車輪
18FL、18FR、18RL、18RR ブレーキ
20FL、20FR、20RL、20RR ブレーキトルクセンサ
22FL、22FR、22RL、22RR サーミスタ
24FL、24FR、24RL、24RR 車輪速度センサ
90 5芯同軸ケーブル
54 ナックル
68,70 摩擦材
100 発熱エネルギー算出手段
102 放熱エネルギー算出手段
104 メータ蓄積エネルギー算出手段
106 パッド温度算出手段
8 ECU
10 Brake fluid pressure control device 16FL, 16FR, 16RL, 16RR Wheel 18FL, 18FR, 18RL, 18RR Brake 20FL, 20FR, 20RL, 20RR Brake torque sensor 22FL, 22FR, 22RL, 22RR Thermistor 24FL, 24FR, 24RL, 24RR
Claims (2)
前記サスペンションのばね下の部材の制動時のブレーキトルクによって歪が生じる部位に設けられ、歪検出手段及びサーミスタを有するブレーキトルクセンサと、
前記車輪の回転角速度を検出する車輪回転角速度検出手段と、
前記ブレーキトルクセンサで検出されたブレーキトルク、前記車輪回転角速度検出手段で検出された車輪回転角速度及び前記サーミスタで検出された温度に基づいて前記摩擦材の温度を推定する摩擦材温度推定手段と、
を具備したことを特徴とする摩擦材の温度推定装置。 A brake device comprising: a rotation support body that rotatably supports a wheel and is spring-supported by a vehicle body by a suspension; a brake element that rotates together with the wheel; and a friction material that contacts the brake element and brakes the brake element. A temperature estimation device for the friction material,
A brake torque sensor provided at a site where distortion occurs due to brake torque during braking of the unsprung member of the suspension, and having a strain detection means and a thermistor;
Wheel rotation angular velocity detection means for detecting the rotation angular velocity of the wheel;
Friction material temperature estimation means for estimating the temperature of the friction material based on the brake torque detected by the brake torque sensor, the wheel rotation angular speed detected by the wheel rotation angular speed detection means, and the temperature detected by the thermistor;
An apparatus for estimating the temperature of a friction material.
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