以下、本発明の実施形態に係る車両の電動制動装置について図面を参照しつつ説明する。
<本発明の実施形態に係る車両の電動制動装置の全体構成>
図1は、この電動制動装置の全体構成図である。
この電動制動装置を備える車両には、制動操作部材BP、操作量取得手段BPA、加速操作部材AP、加速操作量取得手段APA、駐車ブレーキ用スイッチMSW、車輪速度取得手段VWA、車速取得手段VXA、電子制御ユニットECU、電力源BAT,ALT、制動手段(ブレーキアクチュエータ)BRK、回転部材KTB、及び、摩擦部材MSBが備えられる。
≪制動操作部材BP、制動操作量取得手段BPA、及び、制動操作量Bpa≫
制動操作部材(例えば、ブレーキペダル)BPは、運転者が車両を減速するために操作する部材である。制動操作部材BPの操作に応じて、制動手段BRKによって、車輪WHLの制動トルクが調整される。その結果として、車輪WHLに制動力が発生され、走行中の車両が減速される。
制動操作部材BPには、制動操作量取得手段BPAが設けられる。制動操作量取得手段BPAによって、運転者による制動操作部材BPの操作量(制動操作量)Bpaが取得(検出)される。
制動操作量取得手段BPAとして、マスタシリンダの圧力を検出するセンサ(圧力センサ)、制動操作部材BPの操作力を検出するセンサ(ブレーキペダル踏力センサ)、及び、BPの変位量を検出するセンサ(ブレーキペダルストロークセンサ)のうちで、少なくとも1つが採用される。従って、制動操作量Bpaは、マスタシリンダ圧、ブレーキペダル踏力、及び、ブレーキペダルストロークのうちの少なくとも何れか1つに基づいて演算される。検出された制動操作量Bpaは、電子制御ユニットECU(具体的には、ECUに設けられる中央演算処理装置CPU)に入力される。
≪加速操作部材AP、加速操作量取得手段APA、及び、加速操作量Apa≫
加速操作部材(例えば、アクセルペダル)APは、運転者が車両を加速するために操作する部材である。加速操作部材APには、加速操作量取得手段APAが設けられる。加速操作量取得手段APAは、運転者による加速操作部材APの操作量(加速操作量)Apaを取得(検出)する。加速操作量取得手段APAとして、エンジンのスロットル開度を検出するセンサ(スロットル開度センサ)、加速操作部材APの操作力、及び/又は、変位量を検出するセンサ(アクセルペダル踏力センサ、アクセルペダルストロークセンサ)が採用される。したがって、加速操作量Apaは、スロットル開度、アクセルペダル踏力、及び、アクセルペダルストロークのうちの少なくとも何れか1つに基づいて演算される。
≪駐車ブレーキ用スイッチMSW、及び、指示信号Msw≫
駐車ブレーキ用スイッチ(単に、スイッチともいう)MSWは、運転者によって操作されるマニュアルスイッチであり、スイッチMSWのオン/オフ(ON/OFF)の信号Mswを出力する。運転者は、車両の停止状態を維持する駐車ブレーキの作動又は解除を、スイッチMSWの操作によって指示する。即ち、信号Mswは、駐車ブレーキの指示信号である。例えば、指示信号Mswのオン(ON)状態で駐車ブレーキの作動が指示され、Mswのオフ(OFF)状態で駐車ブレーキの解除が指示される。
≪車速取得手段VXA、車速Vxa、車輪速度取得手段VWA、及び、車輪速度Vwa≫
車速取得手段VXAは、車両の速度(車速)Vxaを取得(検出)する。車速Vxaは、車輪速度取得手段VWAの検出信号(車輪速度)Vwa、及び、公知の方法に基づいて演算され得る。例えば、各車輪の回転速度Vwaのうちで最速のものが車両速度Vxaとして演算され得る。
制動操作量Bpa、加速操作量Apa、車両速度Vxa、及び、指示信号Mswは、電子制御ユニットECUに入力される。なお、Bpa、Apa、Vxa、及び、Mswは他の電子制御ユニットにて演算、又は、取得され、その演算値(信号)が通信バスを介して、ECUに送信され得る。
≪電子制御ユニットECU≫
電子制御ユニットECUは、プロセッサCPUbを含む電気回路(プリント基板)を備え、車体BDYに固定される。ここで、「プロセッサ」は、演算処理を実行する電子回路であって、「CPU(Central Processing Unit、中央演算処理装置)」であり、「プリント基板」は、集積回路、抵抗器、コンデンサ等の電子部品がその表面に固定され、電子部品間が配線で接続されることによって電子回路を構成する板状部品である。
電子制御ユニットECUのプロセッサCPUb内には、目標押圧力演算ブロックFBT、及び、駐車ブレーキ要否判定ブロックFPKがプログラムされる。目標押圧力演算ブロックFBTでは、Bpaに基づいて、目標押圧力Fbtが演算される。駐車ブレーキ要否判定ブロックFPKでは、Msw等に基づいて、駐車ブレーキの要否が判定される。具体的には、駐車ブレーキの作動、或いは、解除を指示するための信号FLpkが決定される。ここで、信号FLpkは、制御フラグであり、「FLpk=0」が駐車ブレーキの不要状態、「FLpk=1」が駐車ブレーキの必要状態を表す。指示信号FLpkは、信号線SGLを経由して、駆動回路DRVに送信される。また、電子制御ユニットECUを経由して、BAT等から電気モータMTRを駆動するための電力が駆動回路DRVに供給される。
≪目標押圧力演算ブロックFBT、及び、目標押圧力Fba≫
目標押圧力演算ブロックFBTの詳細について説明する。FBTは、制御アルゴリズムであり、ECU内のプロセッサCPUbにプログラムされる。FBTは、所謂、通常ブレーキ機能における目標値Fbtを演算するための制御アルゴリズムである。
目標押圧力演算ブロックFBTでは、摩擦部材(ブレーキパッド)MSBが回転部材(ブレーキディスク)KTBを押す力(押圧力)に関する目標押圧力(目標信号)Fbtが演算される。具体的には、Fbtは、制動操作量Bpa、及び、予め設定された演算マップCHfbに基づいて演算される。そして、Fbtは、信号線SGLを介して、車輪WHL側に固定される駆動回路DRVに送信される。
≪駐車ブレーキ要否判定ブロックFPK、及び、指示信号FLpk≫
駐車ブレーキ要否判定ブロックFPKの詳細について説明する。駐車ブレーキ要否判定ブロックFPKでは、車両の停止状態を維持する駐車ブレーキ(パーキングブレーキともいう)が必要であるか、否かが判定される。即ち、FPKでは、駐車ブレーキの作動、又は、駐車ブレーキの解除の判定が実行され、判定結果FLpkが演算される。信号FLpkは、駐車ブレーキの要否を表す制御フラグである。例えば、FLpkは、「0(不要判定結果)」、又は、「1(必要判定結果)」で表現される。
駐車ブレーキ要否判定ブロックFPKには、運転者のスイッチ操作に基づくマニュアルモードと、車両速度等に基づく自動モードとが存在する。
駐車ブレーキ要否判定ブロックFPKには、スイッチ信号Msw、車両速度Vxa、及び、加速操作量Apaが入力される。そして、FPKからは、駐車ブレーキ用の制御フラグFLpkが出力される。具体的には、「駐車ブレーキが不要であること(不要判定)」が判定されている場合には、指示信号として、FLpk=0が出力される。また、「駐車ブレーキが必要であること(必要判定)」が判定されている場合には、指示信号として、FLpk=1が出力される。制御フラグ(指示信号)FLpkは、通信線SGLを介して、駆動回路DRVに送信される。
駐車ブレーキ要否判定ブロックFPKのマニュアルモードでは、運転者によって操作される、駐車ブレーキ用のマニュアルスイッチMSWの操作信号Mswに基づいて、駐車ブレーキの要否が判定される。例えば、スイッチMSWのオフ状態によって、「駐車ブレーキの不要状態(FLpk=0)」が選択され、MSWのオン状態によって、「駐車ブレーキの必要状態(FLpk=1)」が選択される。
駐車ブレーキ要否判定ブロックFPKの自動モードでは、運転者のスイッチMSWの操作には依らず、加速操作部材(アクセルペダル)APの操作に連動して、自動で駐車ブレーキの要否(作動又は解除)が判定される。具体的には、自動モードでは、車両速度Vxa、及び、加速操作量Apaに基づいて、駐車ブレーキの要否が決定される。
例えば、車両の走行中(Vxa>0)には、駐車ブレーキの不要状態(FLpk=0)が判定されている。車両が停止した(即ち、Vxaがゼロになった)時点で、駐車ブレーキの必要状態が判定され、制御フラグFLpkが、「0」から「1」に切り替えられる。また、運転者が加速操作部材APを操作し、加速操作量Apaが所定値ap1を超過する時点で、駐車ブレーキの不要状態が判定され、制御フラグFLpkが、「1」から「0」に切り替えられる。
≪蓄電池BAT、及び、発電機ALT≫
蓄電池(バッテリ)BAT、及び、発電機(オルタネータ)ALTは、電子制御ユニットECU、駆動回路DRV、及び、電気モータMTRに電力を供給する。蓄電池BAT、及び、発電機ALTを総称して電力源と称呼する。
電力源BAT,ALTは、車体BDY側に固定される。蓄電池BATの蓄電量が減少した場合には、オルタネータALTによって、BATが充電される。電力源BAT,ALTからの電力(電流)が、電力線PWLを経由して、駆動回路DRV(最終的には、電気モータMTR)に供給される。
≪制動手段BRK、摩擦部材MSB、及び、回転部材KTB≫
制動手段(ブレーキアクチュエータ)BRKは、車輪WHLに設けられ、車輪WHLに制動トルクを与え、制動力を発生させる。車両は、走行中に、BRKによって減速される(通常ブレーキとして機能する)。また、車両の停止中には、その停止状態を維持する駐車ブレーキとして機能する。
電動制動手段BRKとして、所謂、ディスク型制動装置(ディスクブレーキ)の構成が例示されているが、この場合、摩擦部材MSBはブレーキパッドであり、回転部材KTBはブレーキディスクである。制動手段BRKは、ドラム型制動装置(ドラムブレーキ)であってもよい。ドラムブレーキの場合、摩擦部材MSBはブレーキシューであり、回転部材KTBはブレーキドラムである。
制動手段BRKの詳細について説明する。制動手段BRKは、ブレーキキャリパCRP、押圧部材PSN、電気モータMTR、位置取得手段MKA、減速機GSK、シャフト部材SFT、ねじ部材NJB、押圧力取得手段FBA、駆動回路DRV、コネクタCNC、及び、駐車ブレーキ用ロック機構LOKにて構成される。
(ブレーキキャリパCRP、及び、押圧部材PSN)
ブレーキキャリパ(単に、キャリパともいう)CRPとして、浮動型キャリパが採用され得る。キャリパCRPは、2つの摩擦部材(ブレーキパッド)MSBを介して、回転部材(ブレーキディスク)KTBを挟み込むように構成される。
キャリパCRPは、その一部が箱型構造にて構成される。具体的には、キャリパCRPは、内部に空間(スペース)をもち、ここに各種部材(駆動回路DRV等)が収納される。キャリパCRPの箱型構造を有する部分が、ケース部材CASと称呼される。即ち、ケース部材CASは、キャリパCRPの一部であって、その内部が空洞になっている。キャリパCRPとCASとの関係においては、両者が一体として形成された構造、又は、別々に形成されたものが組み合わされた構造が採用され得る。
キャリパCRPの内部にて、押圧部材(ブレーキピストン)PSNが、回転部材KTBに対して移動(前進、又は、後退)される。押圧部材PSNの移動によって、摩擦部材MSBが回転部材KTBに押し付けられて摩擦力が発生する。例えば、PSNは円筒形状をもち、中心軸Jpsをもつ。従って、PSNは、軸Jpsの方向に移動される。
押圧部材PSNの移動は、電気モータMTRの動力によって行われる。具体的には、電気モータMTRの出力(モータ軸まわりの回転動力)が、減速機GSKを介して、シャフト部材SFTに伝達される。そして、シャフト部材SFTの回転動力(シャフト軸まわりのトルク)が、動力変換部材NJBによって、直線動力(押圧部材の軸方向の推力)に変換され、押圧部材PSNに伝達される。その結果、押圧部材PSNが、回転部材KTBに対して移動(前進又は後退)される。ここで、PSNの中心軸Jpsと、SFTの回転軸とは一致する。
押圧部材PSNの移動によって、摩擦部材MSBが、回転部材KTBを押す力(押圧力)が調整される。回転部材KTBは車輪WHLに固定されているので、摩擦部材MSBと回転部材KTBとの間に摩擦力が発生し、車輪WHLの制動力が調整される。
(電気モータMTR)
電気モータMTRは、押圧部材PSNを駆動(移動)するための動力源である。例えば、電気モータMTRとして、ブラシ付モータ、又は、ブレシレスモータが採用され得る。電気モータMTRの回転方向において、正転方向が、摩擦部材MSBが回転部材KTBに近づいていく方向(押圧力が増加し、制動トルクが増加する方向)に相当し、逆転方向が、摩擦部材MSBが回転部材KTBから離れていく方向(押圧力が減少し、制動トルクが減少する方向)に相当する。電気モータMTRへの電力は、電力線PWL、及び、コネクタCNCを介して供給される。
(位置取得手段MKA、及び、実際の位置Mka)
位置取得手段(例えば、回転角センサ)MKAは、電気モータMTRのロータ(回転子)の位置(例えば、回転角)Mkaを取得(検出)する。例えば、位置取得手段MKAは、電気モータMTRの内部であって、回転子、及び、整流子と同軸に設けられる。即ち、MKAは、電気モータMTRの回転軸Jmt上に設けられる。検出された位置(回転角)Mkaは、駆動回路DRV(具体的には、駆動回路DRV内のプロセッサCPUw)に入力される。
(減速機GSK、シャフト部材SFT、及び、ねじ部材NJB)
減速機GSK、シャフト部材SFT、及び、ねじ部材NJBは、電気モータMTRの動力を押圧部材PSNに伝達するための動力伝達機構である。減速機GSKは、電気モータMTRの動力において、回転速度を減じて、シャフト部材SFTに出力する。電気モータMTRの回転出力(トルク)が、減速機GSKの減速比に応じて増加され、シャフト部材SFTの回転力(トルク)が得られる。例えば、GSKは、歯車伝達機構にて構成される。また、ベルト、チェーン等の巻き掛け伝達機構、或いは、摩擦伝達機構が採用され得る。
シャフト部材SFTは、回転軸部材であって、減速機GSKから伝達された回転動力をねじ部材NJBに伝達する。ねじ部材NJBは、シャフト部材SFTの回転動力を、直線動力に変換する動力変換機構(回転・直動変換部材)である。例えば、NJBとして、滑りねじ(台形ねじ等)、又は、転がりねじ(ボールねじ等)が採用され得る。
(押圧力取得手段FBA、及び、実際の押圧力Fba)
押圧力取得手段(例えば、押圧力センサ)FBAは、押圧部材PSNが摩擦部材MSBを押す力(押圧力)Fbaを取得(検出)する。検出された実際の押圧力Fbaは、駆動回路DRV(具体的には、DRV内のCPUw)に入力される。例えば、押圧力取得手段FBAは、シャフト部材SFTとキャリパCRPとの間に設けられる。即ち、シャフト部材SFTの回転軸上に設けられ、キャリパCRPに固定される。
(駆動回路DRV)
駆動回路(電気回路)DRVは、電気モータMTR、及び、ソレノイドアクチュエータ(単に、ソレノイドともいう)SOLを駆動する電気回路(プリント基板)である。駆動回路DRVは、ケース部材CASの内部に配置(固定)される。駆動回路DRVには、プロセッサ(演算処理装置)CPUw、ブリッジ回路HBR等が設けられる。CPUwには、制御手段CTL(制御アルゴリズム)がプログラムされている。
駆動回路DRVによって、目標押圧力Fbtに基づいて、電気モータMTRが駆動され、その出力が制御され、通常ブレーキ機能が発揮される。また、駆動回路DRVによって、指示信号(制御フラグ)FLpkに基づいて、電気モータMTR、及び、ソレノイドSOLが制御され、駐車ブレーキ機能が発揮される。Fbt、及び、FLpkは、信号線SGL、及び、コネクタCNCを介して、ECU内のCPUbから、駆動回路DRV内のCPUwに送信される。
(コネクタCNC)
コネクタ(Connector)CNCは、金属製の端子(ターミナル)が樹脂等の絶縁体で固定されたもので、部品間、又は、配線(ケーブル)と部品との間を接続し、電力、及び/又は、信号を相互にやり取りする。具体的には、コネクタCNCは、電力線PWL、及び、信号線SGLのうちで少なくとも一方を中継するように、車輪WHL側のCAS(キャリパCRPの一部)に設けられる。コネクタCNCは、駆動回路DRV上に固定され得る。コネクタCNCが、給電(PWLを中継)、及び、送信(SGLを中継)の共用とされるが、夫々が別個に設けられ得る。
(駐車ブレーキ機構(ロック機構)LOK)
駐車ブレーキ機構(ロック機構ともいう)LOKは、車両の停止状態を維持するブレーキ機能(所謂、駐車ブレーキ)のため、電気モータMTRが、逆転方向に回転しないようにロックされる。この結果、押圧部材PSNが回転部材KTBに対して離れる方向に移動することが拘束され、摩擦部材MSBによる回転部材KTBの押圧状態が維持される。ここで、ロック機構LOKは、電気モータMTRと減速機GSKとの間に(即ち、電気モータMTRと同軸に)設けられ得る。
ロック機構LOKは、ラチェット歯車(つめ歯車ともいう)RCH、つめ部材(掛けつめともいう)TSU、及び、ソレノイドアクチュエータ(単に、ソレノイドともいう)SOLにて構成される。ラチェット歯車RCHは、入力部材INPに、INPと同軸で固定される。ラチェット歯車RCHは、一般的な歯車(例えば、平歯車)とは異なり、歯が方向性をもつ。ソレノイドSOLによって、つめ部材TSUが、ラチェット歯車RCHの方向に押され、つめ部材TSUがラチェット歯車RCHに向けて移動される。そして、つめ部材TSUがラチェット歯車RCHに咬み合わされることによって、押圧部材PSNの動きが拘束され、駐車ブレーキとして機能する。ここで、ソレノイドSOLとつめ部材TSUとは、別個の部材であり、互いに分離されている。
<駐車ブレーキ用ロック機構LOKの配置>
図2は、制動手段BRKの軸構成、及び、駐車ブレーキ機構(ロック機構)LOKの配置を説明するための部分断面図である。
制動手段BRKでは、少なくとも2つの異なる回転軸(Jin、Jsf等)をもつ、所謂、多軸の構成が採用される。即ち、BRKの入力部位(電気モータMTR、INP等の軸)と出力部位(PSN、NJB、SFT等の軸)とが、並べて配置される。ここで、減速機GSKにおける入力軸Jinと出力軸Jsfとが平行である。
多軸構成が採用される場合の入力部材INP、減速機GSK、及び、シャフト部材SFTの関係について説明する。入力部材INPの動力の回転速度が、減速機GSKによって減じられ、シャフト部材SFTに出力される。このとき、シャフト部材SFTの出力動力として、GSKの減速比に比例した回転力(トルク)が得られる。
例えば、減速機GSKには、2段の減速機が採用され得る。具体的には、第1段の減速が第1小径歯車SK1と第1大径歯車DK1との組によって行われ、第2段の減速が第2小径歯車SK2と第2大径歯車DK2との組によって行われる。
第1小径歯車SK1は、入力部材INPに固定され、INPと一体となって、回転軸Jin回りに回転される。第1大径歯車DK1は、中間軸部材CHUに固定され、CHUと一体となって、回転軸Jch回りに回転される。SK1(INP)の軸受け、及び、DK1(CHU)の軸受けは、キャリパCRPに固定されている。そして、SK1とDK1とは、互いの歯が咬み合っている。第1大径歯車DK1のピッチ円直径は、第1小径歯車SK1のピッチ円直径よりも大きく、第1大径歯車DK1の歯数は、第1小径歯車SK1の歯数よりも多い。即ち、第1小径歯車SK1の動力が減速されて、第1大径歯車DK1から出力される。
第2小径歯車SK2は中間軸部材CHUに固定され、CHUと一体となって、回転軸Jch回りに回転される。第2大径歯車DK2は、シャフト部材SFTに固定され、SFTと一体となって、回転軸Jsf回りに回転される。SK2(CHU)の軸受け、及び、DK2(SFT)の軸受けは、キャリパCRPに固定されている。そして、SK2とDK2とは、互いの歯がかみ合っている。第2大径歯車DK2のピッチ円直径は、第2小径歯車SK2のピッチ円直径よりも大きく、第2大径歯車DK2の歯数は、第2小径歯車SK2の歯数よりも多い。即ち、第2小径歯車SK2の動力が減速されて、第2大径歯車DK2から出力される。
以上の構成によって、入力部材INPから伝達される回転動力は、第1小径歯車SK1から減速機GSKに入力され、2段で減速されて、第2大径歯車DK2からシャフト部材SFTに出力される。減速機GSKとして、1段の減速機が用いられ得る。この場合、入力部材INPからの動力は、第1小径歯車SK1に入力され、SK1及びDK1によって減速されて、シャフト部材SFTから出力される。多軸構成のため、BRKは軸方向(PSNのJps方向)に短縮され、レイアウトの自由度が増加され得る。また、減速機GSKの減速比が相対的に大きく設定されるとともに、JinとJsfとの軸間距離が短縮され得る。
電気モータMTRと、入力部材INPとの間にオルダム継手OLDが設けられ得る。即ち、電気モータMTRの出力部MOTは、オルダム継手OLDを介して、入力部材INPに接続される。ここで、オルダム継手OLDは、ディスクの突起(キー)とスライダの溝(キー溝)との嵌合が滑ることによって、動力を伝達する継手である。オルダム継手OLDによって、電気モータMTRの回転軸(モータ軸ともいう)Jmtと、入力部材INPの回転軸(入力軸ともいう)Jinとの偏心が吸収されて、電気モータMTRの回転動力(回転運動)が、INPに伝達される。
ロック機構LOKのラチェット歯車RCHが、入力部材INPに固定される。即ち、ラチェット歯車RCHは、オルダム継手OLDに対して、電気モータMTRの側とは反対側に設けられる。入力部材INPの伝達トルクは、減速機GSKによって増加されておらず、電気モータMTRの出力トルクに等しい。ラチェット歯車RCHが入力部材INPに固定されることで、ラチェット歯車RCHに作用する力が相対的に小さくでき、ロック機構LOKが小型化(例えば、ラチェット歯車RCHの小径化、RCHの歯幅の低減、ソレノイドSOLの低出力化)され得る。また、オルダム継手OLDにトルクが繰り返し負荷される場合、嵌合部(キー、及び、キー溝)が磨耗し、バックラッシュ(回転運動方向における機械要素間の接触面の隙間)の増加が生じ得る。ラチェット歯車RCHが入力部材INPに設けられる(OLDに対してMTRとは反対側に、RCHが固定される)ことによって、OLDの摩耗等によって生じる押圧力の減少(駐車ブレーキの緩み)が回避され得る。
<駆動回路DRV>
図3は、駆動回路DRV、及び、DRV内にプログラムされている制御手段CTLの詳細を説明するための機能ブロック図である。図3は、電気モータMTRとして、ブラシ付モータ(単に、ブラシモータともいう)が採用される場合の駆動回路DRVの例である。
≪電力線PWL、及び、信号線SGL≫
電力線PWLは、電力源BAT,ALTから、電気モータMTR、及び、ソレノイドSOLに、電力を供給するための電気経路である。ケース部材CASに設けられるコネクタCNCによって、電力線PWLは中継される。電力線PWLとして、2本の電線がねじり合わされて形成されるツイストペアケーブル(Twisted Pair Cable)が採用され得る。
信号線SGLは、ECU(CPUb)から駆動回路DRV(CPUw)に、電気モータMTR、及び、ソレノイドSOLを制御するための信号Fbt、FLpkを伝達(送信)する信号伝達経路である。信号線SGLとして、シリアル通信バスが採用され得る。シリアル通信バスは、1つの通信経路内で、直列的に1ビットずつデータ送信される通信方法である。例えば、シリアル通信バスとして、CAN(Controller Area Network)バスが採用され得る。
電力線PWL、及び、信号線SGLは、コネクタCNCによって中継される。ここで、コネクタCNCは、キャリパCRPの一部であるケース部材CASの表面に設けられる。電力線PWL、及び、信号線SGLを総称して、配線(ハーネス)と称呼する。
≪駆動回路DRV≫
駆動回路DRVは、電気モータMTR、及び、ソレノイドSOLを駆動するための電気回路(プリント基板)である。具体的には、駆動回路DRVは、目標押圧力Fbtに基づいて、電気モータMTRへの通電状態を調整し、通常ブレーキ機能を発揮させる。また、駆動回路DRVは、指示信号FLpkに基づいて、電気モータMTR、及び、ソレノイドSOLへの通電状態を調整し、駐車ブレーキ機能を発揮させる。駆動回路DRVは、ブリッジ回路HBR、HBR用通電量取得手段(第1通電量取得手段)IMA、スイッチング素子SS、ソレノイドSOL用通電量取得手段(第2通電量取得手段)ISA、及び、制御手段CTLにて構成される。駆動回路DRVは、キャリパCRPの一部であるケース部材CASの内部に収納され、固定されている。
(ブリッジ回路HBR)
ブリッジ回路は、双方向の電源を必要とすることなく、単一の電源で電気モータへの通電方向が変更され、電気モータの回転方向(正転方向、又は、逆転方向)が制御され得る回路である。ブリッジ回路HBRは、スイッチング素子S1乃至S4によって構成される。スイッチング素子S1乃至S4は、電気回路の一部をオン(通電)/オフ(非通電)できる素子である。スイッチング素子S1〜S4は、制御手段CTL(スイッチング制御ブロックSWTからの信号)によって駆動され、夫々のスイッチング素子の通電/非通電の状態が切り替えられることによって、電気モータMTRの回転方向と出力トルクとが調整される。例えば、スイッチング素子として、MOS−FET、IGBTが用いられる。
電気モータMTRが正転方向に駆動される場合には、S1及びS4が通電状態(オン状態)にされ、S2及びS3が非通電状態(オフ状態)にされる。即ち、制動トルクが増加される、電気モータMTRの正転駆動では、電流が、「S1→電気モータMTR(BLC/CMT)→S4」の順で流される。逆に、電気モータMTRが逆転方向に駆動される場合には、S1及びS4が非通電状態(オフ状態)にされ、S2及びS3が通電状態(オン状態)にされる。即ち、制動トルクが減少される、電気モータMTRの逆転駆動では、電流が、「S2→電気モータMTR(BLC/CMT)→S3」の順で、正転駆動とは逆方向に流される。
ブラシ付モータに代えて、ブラシレスモータが採用される場合、ブリッジ回路HBRは、6つのスイッチング素子によって構成される。ブラシ付モータの場合と同様に、デューティ比Dutに基づいて、スイッチング素子の通電状態/非通電状態が制御される。ブラシレスモータでは、位置取得手段MKAによって、電気モータMTRのロータ位置(回転角)Mkaが取得される。そして、実際の位置Mkaに基づいて、3相ブリッジ回路を構成する6つのスイッチング素子が制御される。スイッチング素子によって、ブリッジ回路のU相、V相、及びW相のコイル通電量の方向(即ち、励磁方向)が順次切り替えられて、電気モータMTRが駆動される。ブラシレスモータの回転方向(正転、或いは、逆転方向)は、ロータと励磁する位置との関係によって決定される。
(第1通電量取得手段(電気モータMTR用)IMA)
電気モータ用の通電量取得手段(例えば、電流センサ)IMAが、ブリッジ回路HBRに設けられる。通電量取得手段IMAは、電気モータMTRの通電量(実際値)Imaを取得する。例えば、モータ電流センサIMAによって、Imaとして、実際に電気モータMTRに流れる電流値が検出され得る。
(スイッチング素子SS)
スイッチング素子SSは、ソレノイドSOLへの通電状態を制御する。具体的には、スイッチング素子SSは、電気回路の一部をオン(通電)/オフ(非通電)できる素子であり、制御手段CTL(ソレノイド制御ブロックSCTからの信号)によって駆動され、スイッチング素子SSの通電/非通電の状態が切り替えられる。これによって、ソレノイドSOLの吸引力の発生/解除が切り替えられる。例えば、スイッチング素子SSとして、MOS−FET、IGBT、又は、リレーが用いられ得る。
(第2通電量取得手段(ソレノイドSOL用)ISA)
・ ソレノイド用の通電量取得手段(例えば、電流センサ)ISAが設けられる。通電量取得手段ISAは、ソレノイドSOLの通電量(実際値)Isaを取得する。例えば、ソレノイド電流センサISAによって、Isaとして、実際にソレノイドSOLに流れる電流値が検出され得る。
≪制御手段CTL≫
制御手段CTLは、目標押圧力(目標値)Fbtに基づいて、電気モータMTRへの通電状態(最終的には電流の大きさと方向)を調整し、電気モータMTRの出力と回転方向を制御する。また、制御手段CTLは、駐車ブレーキの要否判定結果FLpkに基づいて、電気モータMTR、及び、ソレノイドSOLへの通電状態を調整し、ロック機構LOKの咬み合い作動を制御する。制御手段CTLは、制御アルゴリズムであり、駆動回路DRV内のプロセッサCPUwにプログラムされる。
制御手段CTLは、指示通電量演算ブロックIST、押圧力フィードバック制御ブロックIBT、通電量調整演算ブロックIMT、パルス幅変調ブロックPWM、スイッチング制御ブロックSWT、駐車ブレーキ制御ブロックIPK、及び、ソレノイド制御ブロックSCTにて構成される。
制御手段CTLには、通常ブレーキ、及び、駐車ブレーキの2つの機能を発揮させるための制御が存在する。CTLでは、2つの機能のうちで何れか一方が、通電量調整演算ブロックIMT内の選択手段SNTによって選ばれる。このため、2つの機能が同時に作動されることはない。具体的には、運転者による制動操作部材BPの操作がある場合には通常ブレーキ機能が選択され、その操作がない場合には駐車ブレーキ機能が選択される。
〔通常ブレーキ機能〕
先ず、通常ブレーキに係る機能ブロックについて説明する。ここで、通常ブレーキは、走行中の車両の減速、車両停止状態の維持等、運転者の制動操作部材BPの操作に応じたブレーキ機能である。通常ブレーキ機能は、指示通電量演算ブロックIST、押圧力フィードバック制御ブロックIBT、通電量調整演算ブロックIMT、パルス幅変調ブロックPWM、及び、スイッチング制御ブロックSWTにて構成される。
(指示通電量演算ブロックIST)
指示通電量演算ブロックISTは、制動操作量Bpaに基づいて決定された目標押圧力Fbt、及び、予め設定された演算特性(演算マップ)CHs1、CHs2に基づいて、指示通電量Istを演算する。指示通電量Istは、目標押圧力Fbtが達成されるための、電気モータMTRへの通電量の目標値である。指示通電量Istの演算マップは、制動手段BRKのヒステリシスを考慮して、2つの特性CHs1、CHs2で構成されている。
通電量とは、電気モータMTRの出力トルクを制御するための状態量(変数)である。電気モータMTRは電流に概ね比例するトルクを出力するため、通電量の目標値として電気モータMTRの電流目標値が用いられ得る。また、電気モータMTRへの供給電圧を増加すれば、結果として電流が増加されるため、目標通電量として供給電圧値が用いられ得る。さらに、パルス幅変調におけるデューティ比によって供給電圧値が調整され得るため、このデューティ比が通電量として用いられ得る。
(押圧力フィードバック制御ブロックIBT)
押圧力フィードバック制御ブロックIBTは、目標押圧力(目標値)Fbt、及び、実押圧力(実際値)Fbaに基づいて、押圧力フィードバック通電量Ibtを演算する。押圧力フィードバック通電量Ibtは、目標押圧力Fbtと実押圧力Fbaとの偏差(押圧力偏差)ΔFb、及び、予め設定される演算特性(演算マップ)CHbに基づいて演算される。指示通電量Istは目標押圧力Fbtに相当する値として演算されるが、制動手段BRKの効率変動により目標押圧力Fbtと実押圧力Fbaとの間に誤差が生じる場合がある。そこで、Istが、上記の誤差を減少するように決定される。
(通電量調整演算ブロックIMT)
通電量調整演算ブロックIMTは、電気モータMTRへの最終的な目標値である目標通電量Imtを演算する。通常ブレーキの場合、通電量調整演算ブロックIMTでは、指示通電量Istが押圧力フィードバック通電量Ibtによって調整され、目標通電量Imtが演算される。具体的には、指示通電量Istに対して、フィードバック通電量Ibtが加えられて、目標通電量Imsが演算される。そして、通電量調整演算ブロックIMT内の選択手段SNTにて、目標通電量Imsが最終的な目標通電量Imtとして選択され、出力される。
目標通電量Imtの符号(値の正負)に基づいて電気モータMTRの回転方向が決定され、目標通電量Imtの大きさに基づいて電気モータMTRの出力(回転動力)が制御される。具体的には、目標通電量Imtの符号が正符号である場合(Imt>0)には、電気モータMTRが正転方向(押圧力の増加方向)に駆動され、Imtの符号が負符号である場合(Imt<0)には、電気モータMTRが逆転方向(押圧力の減少方向)に駆動される。また、目標通電量Imtの絶対値が大きいほど電気モータMTRの出力トルクが大きくなるように制御され、Imtの絶対値が小さいほど出力トルクが小さくなるように制御される。
(パルス幅変調ブロックPWM)
パルス幅変調ブロックPWMは、目標通電量Imtに基づいて、パルス幅変調(PWM、Pulse Width Modulation)を行うための指示値(目標値)を演算する。具体的には、パルス幅変調ブロックPWMは、目標通電量Imt、及び、予め設定される特性(演算マップ)に基づいて、パルス幅のデューティ比Dut(周期的なパルス波において、その周期に対するパルス幅(オン状態)の割合)を決定する。併せて、パルス幅変調ブロックPWMは、目標通電量Imtの符号(正符号、或いは、負符号)に基づいて、電気モータMTRの回転方向を決定する。例えば、電気モータMTRの回転方向は、正転方向が正(プラス)の値、逆転方向が負(マイナス)の値として設定される。入力電圧(電源電圧)、及び、デューティ比Dutによって最終的な出力電圧が決まるため、PWMでは、電気モータMTRの回転方向と、電気モータMTRへの通電量(即ち、電気モータMTRの出力)が決定される。
さらに、パルス幅変調ブロックPWMでは、所謂、電流フィードバック制御が実行され得る。この場合、通電量取得手段IMAの検出値(例えば、実際の電流値)Imaが、パルス幅変調ブロックPWMに入力される。そして、目標通電量Imtと、実際の通電量Imaとの偏差ΔImに基づいて、デューティ比Dutが修正(微調整)される。この電流フィードバック制御によって、高精度なモータ制御が達成され得る。
(スイッチング制御ブロックSWT)
スイッチング制御ブロックSWTは、デューティ比(目標値)Dutに基づいて、ブリッジ回路HBRを構成するスイッチング素子(S1〜S4)に駆動信号を出力する。この駆動信号は、各スイッチング素子が、通電状態とされるか、非通電状態とされるか、を指示する。具体的には、デューティ比Dutに基づいて、電気モータMTRが正転方向に駆動される場合には、S1及びS4が通電状態(オン状態)、且つ、S2及びS3が非通電状態(オフ状態)にされるとともに、Dutに対応する通電時間(通電周期)で、S1及びS4の通電/非通電の状態が切替られる。同様に、電気モータMTRが逆転方向に駆動される場合には、S1及びS4が非通電状態(オフ状態)、且つ、S2及びS3が通電状態(オン状態)に制御され、S2及びS3の通電状態(オン/オフの切替周期)が、デューティ比Dutに基づいて調整される。そして、Dutが大きいほど、単位時間当りの通電時間が長くされ、より大きな電流が電気モータMTRに流される。
〔駐車ブレーキ機能〕
次に、駐車ブレーキに係る機能ブロックについて説明する。駐車ブレーキでは、運転者が制動操作部材BPを操作していない場合に車両の停止状態が維持される。駐車ブレーキには、駐車ブレーキの非作動状態から作動状態に切り替えられる「開始作動」、及び、作動状態から非作動状態に遷移する「解除作動」の2つの作動が存在する。開始、及び、解除は、指示信号FLpkの変化(0→1、又は、1→0)に基づいて決定される。駐車ブレーキ機能は、駐車ブレーキ制御ブロックIPK、通電量調整演算ブロックIMT、パルス幅変調ブロックPWM、スイッチング制御ブロックSWT、及び、ソレノイド制御ブロックSCTにて構成される。
(駐車ブレーキ制御ブロックIPK)
駐車ブレーキ制御ブロックIPKでは、駐車ブレーキの要否を表す制御フラグFLpk、押圧力(実際値)Fba、及び、電気モータMTRの回転角(実際値)Mkaに基づいて、駐車ブレーキ用目標通電量Ipk、及び、ソレノイド用通電指示信号FLsが演算される。
駐車ブレーキ制御ブロックIPKでは、駐車ブレーキの作動開始指令(判定結果FLpkにおける「0」から「1」への切り替え)を受けて、電気モータMTRを制御するための駐車ブレーキ用目標通電量Ipk、及び、ソレノイドSOLへの通電を指示するソレノイド指示信号FLsが出力される。ここで、Ipkは、駐車ブレーキ制御における電気モータMTRの通電量の目標値であって、予め設定された特性に従って決定される。また、信号FLsは、制御フラグであって、「FLs=0」がソレノイドSOLへの非通電、「FLs=1」がソレノイドSOLへの通電を指示する。
(通電量調整演算ブロックIMT、パルス幅変調ブロックPWM、及び、スイッチング制御ブロックSWT)
通電量調整演算ブロックIMTでは、通常ブレーキ用の目標通電量Imsと、駐車ブレーキ用の目標通電量Ipkとが調整される。通電量調整演算ブロックIMTには、選択手段SNTが設けられ、Ims及びIpkのうちで、何れか一方が選択され、最終的な目標通電量Imtが出力される。具体的には、選択手段SNTによって、通常ブレーキ用目標値Imsと駐車ブレーキ用目標値Ipkとのうちで、大きい方の値が、最終目標値Imtとして選択される。選択手段SNTによって、通常ブレーキの目標通電量Imsと、駐車ブレーキの目標通電量Ipkとの干渉が抑制され得る。パルス幅変調ブロックPWM、及び、スイッチング制御ブロックSWTは、上述するものと同じであるため、説明を省略する。
(ソレノイド制御ブロックSCT)
ソレノイド制御ブロックSCTでは、ソレノイド駆動指令信号(制御フラグ)FLsに基づいて、スイッチング素子SSの通電、非通電を切り替えるための駆動信号が決定される。具体的には、「FLs=0」に基づいて、スイッチング素子SSが非通電状態とされる駆動信号が出力される。また、「FLs=1」に基づいて、スイッチング素子SSが通電状態とされる駆動信号が出力される。
≪電気モータMTR、及び、回転角取得手段MKA≫
電気モータMTRとして、ブラシ付モータ(ブラシモータともいう)が採用される。ブラシモータでは、電機子(巻線による電磁石)に流れる電流が、機械的整流子(コミュテータ)CMT、及び、ブラシBLCによって、回転位相に応じて切り替えられる。ブラシモータでは、固定子(ステータ)側が永久磁石で、回転子(ロータ)側が巻線回路(電磁石)で構成される。そして、巻線回路(回転子)に電力が供給されるように、ブラシBLCが整流子CMTに当接されている。ブラシBLCは、ばね(弾性体)によって、整流子CMTに押し付けられ、整流子CMTが回転することにより電流が転流される。
電気モータMTRには、ロータの回転角(実際値)Mkaを取得(検出)する回転角取得手段MKAが設けられる。MKAは電気モータMTRと同軸に設けられ、回転角MkaをプロセッサCPUwに送信する。例えば、MKAからは、Mkaがデジタル値として出力される。
電気モータMTRとして、ブラシ付モータに代えて、ブラシレスモータが採用され得る。ブラシレスモータでは、ブラシ付モータの機械式整流子CMTに代えて、電子回路によって電流の転流が行われる。ブラシレスモータでは、回転子(ロータ)が永久磁石に、固定子(ステータ)が巻線回路(電磁石)とされる構造で、ロータの回転位置Mkaが検出され、Mkaに合わせてスイッチング素子が切り替えられることによって、供給電流が転流される。
≪押圧力取得手段FBA、及び、アナログ・デジタル変換手段ADH≫
押圧力取得手段FBAは、押圧部材PSNが摩擦部材MSBを押す力(押圧力)Fbaを取得(検出)する。具体的には、押圧力取得手段FBAでは、歪みゲージのように、力を受けた場合に生じる変位(即ち、歪み)に起因する電気的変化(例えば、電圧変化)に基づいて押圧力Fbaが検出される。
押圧力取得手段FBAは、ねじ部材NJBとキャリパCRPとの間に設けられる。例えば、押圧力取得手段FBAはキャリパCRPに固定され、押圧部材PSNが摩擦部材MSBから受ける反力(反作用)が押圧力Fbaとして取得される。
押圧力(実際値)Fbaは、アナログ・デジタル変換手段(AD変換手段)ADHを介して、プロセッサCPUwに送信される。例えば、FBAの検出信号は、アナログ値であるが、アナログ・デジタル変換手段ADHによってデジタル値に変換されて、制御手段CTLに入力される。このとき、変換手段ADHのビット数によって、押圧力Fbaの分解能(最下位ビット、LSB:Least Significant Bit)が決定される。
≪ロック機構LOK(ソレノイドSOL、ラチェット歯車RCH、及び、つめ部材TSU)≫
キャリパCRPには、電気モータMTR及びソレノイドSOLへの通電が停止されても、押圧力Fba(摩擦部材MSBが回転部材KTBを押す力)が維持されるように、駐車ブレーキ用ロック機構LOKが設けられる。ロック機構LOKは、ソレノイドSOL、つめ部材TSU、及び、ラチェット歯車RCHにて構成される。
ラチェット歯車RCHは、キャリパCRPに回転可能な状態で支持されている。ソレノイドSOLは、キャリパCRPに固定され、その先端部(プッシュバー)で、つめ部材TSUをラチェット歯車RCHに向けて押し付ける。つめ部材TSUがラチェット歯車RCHに咬み合わされることによって、ラチェット歯車RCHの回転運動が拘束される。これによって、押圧部材PSNの移動が制限され、制動手段BRKへの通電が停止されても、押圧力Fbaが保持され、駐車ブレーキ機能が発揮される。
<駐車ブレーキ用ロック機構LOK>
図4は、駐車ブレーキ用ロック機構(単に、ロック機構という)LOKの詳細を説明するための概略図である。ロック機構LOKは、ラチェット機構(つめブレーキ)として構成され、一方向の回転(矢印Fwdで示す方向であって、押圧力が増加する方向)を許容するが、他方向の回転(矢印Rvsで示す方向であって、押圧力が減少する方向)を拘束する。図4(a)は、駐車ブレーキが解除されている状態を示し、図4(b)は、駐車ブレーキが作動している状態を示している。ロック機構LOKは、ソレノイドSOL、つめ部材TSU、ガイド部材GID、ラチェット歯車RCH、及び、弾性部材SPRにて構成される。
ソレノイドSOLは、キャリパCRPに固定される。ロック機構LOKが解除状態から作動状態に遷移する場合、ソレノイドSOLへの通電によって、ソレノイドSOLの一部であるプッシュバーPBRによって、つめ部材TSUがラチェット歯車RCHに向けて押圧される。具体的には、プッシュバーPBRの中心軸Jpbに平行であって、ラチェット歯車RCHの回転軸Jrcに近づく方向(咬み合い方向)Dtsに、つめ部材TSUがソレノイドSOLから力を受ける。つめ部材TSUは、キャリパCRPに固定されるガイド部材GIDによって位置決めされ、咬み合い方向Dts、及び、その反対方向(解除方向)Dtrの動きに限って許容されている。ここで、咬み合い方向Dts、及び、解除方向Dtrが、総称して「第1直線方向」と称呼される。即ち、ガイド部材GIDによって、第1直線方向に対して傾いた方向のつめ部材TSUの動きが防止される。つめ部材TSUが、ラチェット歯車RCHと咬み合うことによって、駐車ブレーキ機能が発揮される。つめ部材TSUは、或る支点回りに回転移動されるのではなく、ソレノイドSOLによって直線移動されて、ラチェット歯車RCHに咬み合わされる。なお、ラチェット歯車RCHは、キャリパCRPに対して回転可能な状態で、支持されている。
≪ソレノイドアクチュエータSOL≫
ソレノイドアクチュエータ(単に、ソレノイドともいう)SOLは、電気エネルギを機械的な直線運動に変換する電磁機能部材である。ソレノイドSOLは、コイルCOL、固定鉄芯(ベースともいう)BAS、可動鉄芯(プランジャともいう)PLN、プッシュバーPBR、ハウジングHSG、及び、エアギャップスペーサAGSにて構成される。
コイルCOL、及び、ベースBASは、ハウジングHSGの内に収められ、ここに固定されている。ハウジングHSGは、キャリパCRPに固定される。即ち、ソレノイドSOLは、キャリパCRPに固定される。
コイルCOLは、ボビン、銅線、リード線、及び、外装テープで構成され、銅線(導線)に電流が流されることによって磁界を発生する。通電によって、コイルCOLに磁界が発生されると、固定鉄芯(ベース)BASには、磁束が通り、BASが可動鉄芯(プランジャ)PLNを吸引する。そして、通電している間は、プランジャPLNはベースBASに常に吸引されるが、通電が遮断されると、この吸引力は消滅される。ここで、プランジャPLNは、磁性体であり、往復運動するソレノイドSOLの機構部品である。
プッシュバーPBRが、プランジャPLNに固定される。従って、プランジャPLNとプッシュバーPBRとは一体であり、PLNの吸引動作に応じて、PBRがつめ部材TSUを押す動作が行われる。 プランジャPLNとベースBASとの間には、エアギャップスペーサAGSが組み込まれ得る。エアギャップスペーサAGSによって、ソレノイドSOLへの通電が停止され、プランジャPLNの位置が復帰するとき残留磁気の影響が減少され得る。
≪つめ部材TSU≫
つめ部材TSUは、一方の端部に突起部(つめ)Tmeが設けられる。この突起部分Tmeが、ラチェット歯車RCHと咬み合わされる。ここで、つめ部材TSUとラチェット歯車RCHとが咬み合わされる場合に、TSUの突起部(つめ)Tmeと、RCHの歯との接触面が、接触部(咬み合い部)Stmと称呼される。つめ部材TSUの他方の端部は、プッシュバーPBRに当接されている。ソレノイドSOLへの通電が行われると、つめ部材TSUはプッシュバーPBRに押されて、ラチェット歯車RCHに向かう方向(咬み合い方向)Dtsに移動される。ここで、プッシュバーPBRの中心軸Jpbとつめ部材TSUの中心軸Jtsは一致しており、咬み合い方向Dtsは、TSUの中心軸Jts(即ち、PBRの中心軸Jpb)と平行であって、ラチェット歯車RCHの回転軸Jrcに近づく方向である。
つめ部材TSUにおいて、プッシュバーPBRと接する部位(上記の他方端部)が、凹型形状にされ得る。そして、プッシュバーPBRとつめ部材TSUの凹部(窪み)とが、隙間Spbをもって嵌め合わされる。ここで、隙間Spbは、相対的に大きく設定される。この凹部は、つめ部材TSUとプッシュバーPBRとの相対的な位置決めをするものではなく、ソレノイドSOL、及び、つめ部材TSUがキャリパCRPに組み付けられた場合に、プッシュバーPBRとつめ部材TSUとの当接状態を確実にするものである。
つめ部材TSUの突起形状(つめ形状)において、すくい角αが設けられる。ここで、すくい角αは、つめ部材TSUのつめTmeの接触部(咬み合い面)Stmと、咬み合い方向Dts(第1直線方向)とのなす角度である。すくい角αによって、つめ部材TSU(即ち、つめTme)の接触面Stmが、ラチェット歯車RCHの回転軸Jrcに近接するほど、つめ部材TSUの中心軸Jtsを含み、且つ、ラチェット歯車RCHの回転軸Jrcと平行である平面(中心面)Mtsから離れるように傾けられる。換言すれば、つめ部材TSUの接触面(咬み合い面)Stmは、第1直線方向に対して、押圧部材PSNの押圧力が減少するときにラチェット歯車RCHが回転する方向(Rvs方向)に傾斜される。また、TSUの咬み合い面(平面)Stmは、第1直線方向に対して、つめ部材TSUがラチェット歯車RCHの回転軸Jrcから遠ざかる方向に向けて傾斜している、ともいえる。つめ部材TSUとラチェット歯車RCHとが咬み合わされている状態で、つめ部材TSUは、接触部Stmでラチェット歯車RCHから力を受けるが、すくい角αによって、この力の分力が咬み合い方向Dtsに作用する。このため、ソレノイドSOLへの通電が停止された後でも、つめ部材TSUとラチェット歯車RCHとの確実な咬み合い状態が維持され得る。
≪ガイド部材GID≫
ガイド部材GIDは、キャリパCRPに固定され、ラチェット歯車RCHに対するつめ部材TSUの移動をガイドする(即ち、案内面として機能する)。具体的には、ガイド部材GIDは、つめ部材TSUを取り囲むように形成され、つめ部材TSUとガイド部材GIDとは、相対的に狭い隙間Sgdをもって摺接される。ここで、隙間Sgdは、隙間Spbよりも小さく設定される(Sgd<Spb)。つめ部材TSUは、咬み合い方向Dts、及び、その反対方向(解除方向)Dtrに限って(即ち、第1直線方向に制限されて)、摺動が許容される。ラチェット歯車RCHがキャリパCRPに位置決めされるとともに、つめ部材TSUがガイド部材GIDによって位置決めされるため、ガイド部材GIDによって、ラチェット歯車RCHとつめ部材TSUとの相対位置が高精度に決定される。これに反して、プッシュバーPBRとつめ部材TSUとは、緩く嵌め合わされ、これらの間では相対的な位置精度が要求されない。
ガイド部材GIDの(ガイド面の)形状において、つめ部材TSUの突起部(つめ)Tmeが存在する側(前面側)の咬み合い方向Dtsの長さLftよりも、前面側とは反対側(背面側)の咬み合い方向Dtsの長さLbkの方が、大きく(長く)設定され得る。つめ部材TSUとラチェット歯車RCHとが咬み合わされている状態では、つめ部材TSUはラチェット歯車RCHから力を受け、曲げモーメントが作用する。背面側寸法Lbkが相対的に長く設定されることによって、つめ部材TSUの屈曲変形が抑制され得る。この結果、つめ部材TSUの十分な曲げ強度が確保されるとともに、つめ部材TSUの円滑な動きが維持され得る。
≪ラチェット歯車RCH≫
ラチェット歯車RCHは、入力部材INPに固定され、INPと一体となって回転する。ラチェット歯車RCHには、一般的な歯車とは異なり、方向性をもつ歯(のこぎり状の歯)が形成される。この「のこ歯」形状によって、ラチェット歯車RCHの回転軸Jrc回りの回転運動に対する方向性が生じる。具体的には、電気モータMTRの正転方向に対応する動き(PSNがKTBに近づき、Fbaが増加し、制動トルクが増加する方向の動き)Fwdは許容されるが、電気モータMTRの逆転方向に対応する動き(PSNがKTBから離れ、Fbaが減少し、制動トルクが減少する方向の動き)Rvsが拘束(ロック)される。
ラチェット歯車RCHの歯形状において、すくい角αをもつつめ部材TSUと咬み合うように傾き角βが設けられる。傾き角βは、ラチェット歯車RCHの先端部(歯先)Phsと回転軸Jrcとで構成される平面Mhs、及び、咬み合い部分(接触面)Stmのなす角度である。ここで、平面Mhsは、ラチェット歯車RCHを軸方向に、2つに分割する平面であるため、「分割面」と称呼される。傾き角βによって、ラチェット歯車RCHにおける接触面Stmは、ラチェット歯車RCHの回転軸Jrcに近づくにつれて、分割面Mhsから離れる方向に傾けられる。換言すれば、つめ部材TSUとラチェット歯車RCHとが咬み合う状態において、ラチェット歯車RCHの接触面(咬み合い面)Stmは、第1直線方向に対して、押圧部材PSNの押圧力が減少するときにラチェット歯車RCHが回転する方向(Rvs方向)に傾斜される。また、咬み合い状態において、RCHの咬み合い面(平面)Stmは、第1直線方向に対して、つめ部材TSUがラチェット歯車RCHの回転軸Jrcに近づく方向に向けて傾斜している、ともいえる。咬み合い部Stmが、Dts方向と平行で回転軸Jrcを含む平面上に存在する場合には、傾き角βはすくい角αに一致する。しかし、ラチェット歯車RCHがRvs方向に回転する際において接触部Stmが移動する方向に、プシュバーPBRの中心軸Jpb(即ち、つめ部材TSUの中心軸Jts)がオフセットして設定されると、傾き角βは、すくい角αよりも小さくなる。
ラチェット歯車RCHとつめ部材TSUとが咬み合わされると、押圧部材PSN(即ち、摩擦部材MSB)が回転部材KTBから離れる方向に相当する入力部材INPの回転(Rvs方向)がロックされる。即ち、電気モータMTRの逆転が制限される。
≪弾性部材SPR≫
弾性部材(例えば、復帰スプリング)SPRが、圧縮された状態で、ガイド部材GID(即ち、キャリパCRP)とつめ部材TSUとの間に設けられる。従って、弾性部材SPRは、ガイド部材GID(キャリパCRP)に対して、咬み合い方向Dtsとは反対方向(解除方向)Dtrに、常時、つめ部材TSUを押圧する。ソレノイドSOLに通電されることによってプランジャPLNがソレノイドSOL内に引き込まれ、プッシュバーPBRがつめ部材TSUを咬み合い方向Dtsに押圧する。即ち、ソレノイドSOLの可動部材PBRがつめ部材TSUに及ぼす咬み合い方向Dtsの咬合力が発生される。弾性部材SPRによる押し付け力(ばね力であって、TSUを解除方向Dtrに押す力である解除力)よりもソレノイドSOLの吸引力(咬合力)が大きくなると、つめ部材TSUが位置Pkmに移動され、つめ部材TSUとラチェット歯車RCHとが咬み合わされる。しかし、ソレノイドSOLへの通電が停止されると、プランジャPLNの吸引力(保持力)が失われ、弾性部材SPRによって、つめ部材TSU及びプッシュバーPBR(プランジャPLN)が位置Pkjにまで戻される。ここで、位置Pkmはつめ部材TSUとラチェット歯車RCHとが咬み合わされる位置(咬み合い位置)であり、位置Pkjはつめ部材TSUとラチェット歯車RCHとが咬み合わされない位置(解除位置)である。
〔つめ部材TSUとラチェット歯車RCHとの咬み合い状態への遷移〕
以上、ロック機構LOKの各部材の概要について説明した。次に、図4(a)(b)を参照して、つめ部材TSUとラチェット歯車RCHとが、咬み合っていない状態から咬み合う状態に移り変わる場合について説明する。
図4(a)は、ソレノイドSOLへの通電が行われておらず、つめ部材TSUとラチェット歯車RCHとが咬み合っていない場合を示す。ここで、つめ部材TSUは、弾性部材SPRの弾性力によってソレノイドSOL(又は、キャリパCRP)に押し付けられている。このつめ部材TSUの位置が、解除位置Pkjと称呼される。
電気モータMTRに通電が行われて、電気モータMTRが正転方向Fwdに駆動され、これに伴い、押圧力Fbaが増加される。そして、Fbaが所定値に到達した後に、ソレノイドSOL(即ち、コイルCOL)への通電が開始される。この通電によって、プランジャPLNがベースBASに吸引され、咬み合い方向DtsにプランジャPLNが引き寄せられる。ソレノイドSOLの吸引力(即ち、PBRがTSUを押す力である咬合力)が弾性部材SPRの弾性力(即ち、TSUとRCHとの咬み合いを解除する力である解除力)よりも大きくなることによって、プランジャPLNに固定されているプッシュバーPBRが、つめ部材TSUをDts方向(直線方向)に移動させる。このとき、つめ部材TSUの移動は、ガイド部材GIDによって案内され、上記の直線方向に対してズレを生じさせる(傾かせる)ような移動が抑制される。
つめ部材TSUがラチェット歯車RCHに接触した状態で、電気モータMTRが逆転方向Rvsに駆動される。この結果、図4(b)に示すように、つめ部材TSUがラチェット歯車RCHに確実に咬み合わされる。この咬み合い状態が確認された後に、ソレノイドSOLへの通電が停止されるとともに、電気モータMTRへの通電も停止される。
つめ部材TSUにはすくい角αが設けられ、これに対応するようにラチェット歯車RCHには傾き角βが設けられる。つめ部材TSU(特に、接触部Stm)には、キャリパCRP、摩擦部材MSB等の剛性によってラチェット歯車RCHからの力(接線力)が作用する。すくい角αによる接線力の分力は、咬み合い方向Dtsに作用するため、通電停止後の咬み合い状態が、確実に維持され得る。
接触部Stm(つめ部材TSUと咬み合っている歯の先端部(歯先)Phs)が、Dts方向に平行で、RCHの回転軸Jrcを通る面上にある場合には、すくい角α(第1直線方向とStmとのなす角度)と傾き角β(JrcからPhsに到る平面と、Stmとのなす角度)は一致する。即ち、ラチェット歯車RCHの回転軸Jrcを通る面と、歯先Phsとの間の長さ(オフセット距離)Losがゼロである場合には、α=βの関係にある。しかし、オフセット距離Losの増加に従って、傾き角βは小さくなる。具体的には、回転軸Jrcから、上記の歯先Phsに到る平面と、Dts方向とのなす角をθとすると、α=β+θの関係が成立する。
〔つめ部材TSUとラチェット歯車RCHとの解除状態(咬み合っていない状態)への遷移〕
図4(b)に示すように、電気モータMTR、及び、ソレノイドSOLへの通電が行われていない状態でも、つめ部材TSUとラチェット歯車RCHとが咬み合わされる状態が維持される。この咬み合い状態を解除するために、電気モータMTRへの通電が行われる。このとき、ソレノイドSOLへの通電は停止されたままである。
電気モータMTRが駆動されて、正転方向Fwdに回転されると、つめ部材TSUは、咬み合わされていたラチェット歯車RCHの歯を乗り越える。このとき、弾性部材(圧縮ばね)SPRの弾性力(ばね力)によって、つめ部材TSUはラチェット歯車RCHから離れる方向(解除方向)Dtrに移動される。この結果、つめ部材TSUとラチェット歯車RCHとの咬み合い状態が解消され、図4(a)に示す状態に戻る。
<つめ部材TSUとラチェット歯車RCHとの咬み合い作動>
〔各部名称の説明、及び、定義〕
先ず、図5を参照して、つめ部材TSU、及び、ラチェット歯車RCHの各部位の名称について説明する。ここで、ラチェット歯車RCHの外形は円弧で形成されるが、説明を分かり易くするため、便宜的に直線形状として表現している。
つめ部材TSUは、ガイド部材GIDに案内されるため、その中心軸Jts方向の動きに限って許容される。ここで、つめ部材TSUがラチェット歯車RCHの回転軸Jrcに近づく方向(即ち、ソレノイドSOLから離れる方向)が、「咬み合い方向Dts(Dts方向ともいう)」と称呼される。逆に、回転軸Jrcから離れる方向(即ち、ソレノイドSOLに近づく方向)が、「解除方向Dtr(Dtr方向ともいう)」と称呼される。なお、咬み合い方向Dtsと、解除方向Dtrとは、互いに対抗する方向(逆向き)である。従って、ソレノイドSOL(特に、プッシュバーPBR)がつめ部材TSUに及ぼすDts方向の咬合力と、弾性部材SPRがつめ部材TSUに及ぼすDtr方向の解除力とは、互いに対抗する。
つめ部材TSUのつめTmeの先端部分が、「つめ先Pts」と称呼される。また、ラチェット歯車RCHの歯の先端部分が「歯先(Addendum)Phs」と称呼される。そして、歯先Phsを通り、ラチェット歯車RCHの回転軸Jrcと同心の面が「歯先面Htp」と称呼される。また、ラチェット歯車RCHの歯の根元が「歯底(Dedendum)」と称呼され、この歯底を通り、ラチェット歯車RCHの回転軸と同心の面が「歯底面Hbm」と称呼される。
つめ部材TSUとラチェット歯車RCHとが咬み合わされる状態において、TSUとRCHとの当接部分が「接触部Stm」と称呼される。例えば、接触部Stmにおいて、TSUとRCHとは、夫々の面(例えば、平面)で接触される(面接触によって咬み合わされる)。即ち、TSUのつめ先Ptsから、つめ部材TSUと咬み合っているRCHの歯先Phsまでが接触部(咬み合い面)Stmである。さらに、接触部(接触面)Stmと、ラチェット歯車RCHに対するつめ部材TSUの移動方向(直線移動)Dts、Dtrとの間の角度が、「すくい角α」と称呼される。
ラチェット歯車RCHの歯は方向性をもつが、傾斜が緩やかな方の斜面が「第1斜面Hs1」、傾斜が急な方の斜面が「第2斜面Hs2」と称呼される。歯先Phsと回転軸Jrcとで形成される平面(分割面)Mhsに対する第2斜面Hs2の角度が、傾き角βと称呼される。すくい角α、傾き角β、及び、咬み合い方向Dtsに平行であって回転軸Jrcを通過する面から接触部Stmまでの距離(オフセット距離Los)の間には、所定の幾何的関係が存在する。ここで、つめ部材TSUにおけるラチェット歯車RCHとの咬み合い面(接触部)Stmは、第1直線方向に対して、「押圧部材PSNの押圧力が減少するときにラチェット歯車RCHが回転する方向(Rvs方向)」に傾斜している(図5では、第1直線方向が時計回り方向に回転され、これと平行になるように傾けられる)。即ち、TSUのTmeの咬み合い面Stmは、ラチェット歯車RCHの回転軸Jrcに近づくほど、TSUの中心軸Jtsを含みRCHの回転軸Jrcと平行な平面(TSUの中心面)Mtsから離れるように傾けられる。また、つめ部材TSUとラチェット歯車RCHとが咬み合った状態において、ラチェット歯車RCHにおけるつめ部材TSUとの咬み合い面Stm(第2斜面Hs2における接触部)は、第1直線方向に対して、「押圧部材PSNの押圧力が減少するときにラチェット歯車RCHが回転する方向(Rvs方向)」に傾斜している(図5では、TSUのStmと同様に、RCHのStmは、第1直線方向が時計回り方向に回転され、これと平行になるように傾けられる)。即ち、RCHのHs2の咬み合い面Stmは、ラチェット歯車RCHの回転軸Jrcに近づくほど、RCHの回転軸Jrcを歯先Phs方向に延長して構成される平面(RCHの分割面)Mhsから離れるように傾けられる。
ラチェット歯車RCHの歯のピッチは、「距離Lpc」で表される。歯先面Htpと歯底面Hbmとの距離が、「歯の高さ(歯高)Hrc」である。第2斜面Hs2と歯底面Hbmとの交線が、「隅部Psm」と称呼される。隅部Psmから、第1斜面Hs1と歯底面Hbmとの交線までの距離が、「歯の厚さ(歯厚)Lrc」である。歯先面Phsと隅部Psmとの距離が、「距離Lbt」で表される。ここで、歯先Phsは、歯先面Htpと第2斜面Hs2との交線である。また、距離Lbtは、つめ部材TSUとラチェット歯車RCHとが面で咬み合うように、傾き角βに対応する変位(距離)である。ここで、傾き角βは、RCHの接触部Stmの歯先PhsからRCHの回転軸Jrcに到る平面(分割面)Mhsと、第2斜面Hs2との間の角度である。
ラチェット歯車RCHの移動方向(回転方向)において、電気モータMTRの正転方向に対応する方向(即ち、押圧力が増加する方向で、通電方向がS1→MTR→S4)が、RCHの正転方向Fwd(Fwd方向ともいう)と称呼される。逆に、電気モータMTRの逆転方向に対応する方向(即ち、押圧力が減少する方向で、通電方向がS2→MTR→S3)が、ラチェット歯車RCHの逆転方向Rvs(Rvs方向ともいう)と称呼される。なお、Fwd方向とRvs方向とは、互いに対抗する方向(逆向き)である。つめ部材TSUの接触部Stmにおいて、Rvs方向の長さ(距離)が、「つめ厚さLts」と称呼される。具体的には、接触部Stmにおいて歯先Phsとの接触点から、つめ部材TSUの中心軸Jtsに対して直角方向のつめ部材TSUの寸法が、つめ厚さLtsである。
〔咬み合い開始作動〕
図6を参照して、つめ部材TSUとラチェット歯車RCHとの咬み合いが開始される作動(ロック機構LOKの咬み合い開始作動)について説明する。咬み合い開始作動は、駐車ブレーキの開始に相当する。状態〔J1〕〜〔J3〕は、つめ部材TSUとラチェット歯車RCHとの相対的な位置関係を、順を追って図示するものである。図5と同様に、ラチェット歯車RCHの外形は円弧で形成されるが、便宜的に直線形状として表現している。
状態〔J1〕は、ソレノイドSOLへの通電が開始されて、つめ部材TSUのつめTmeの先端部(つめ先)Ptsが、ラチェット歯車RCHの歯先面Htpに接触した状態を示している。この状態で、電気モータMTRへの通電が減少されることによって、ラチェット歯車RCHはRvs方向に移動される(白抜き矢印で示す移動)。このとき、つめ部材TSUは、ソレノイドSOLによって、Dts方向に押し付けられている。
さらに、ラチェット歯車RCHがRvs方向に動かされていくと、状態〔J2〕で示すように、つめ部材TSUは、歯底面Hbmに向け、第1斜面(斜度が小さい方の斜面)Hs1に沿って摺動する。最終的に、状態〔J3〕にて示すように、つめ部材TSUがラチェット歯車RCHと接触部Stmで咬み合わされる。この後、ソレノイドSOL、及び、電気モータMTRへの通電がゼロとされても、この状態〔J3〕が維持され、駐車ブレーキとして機能する。
ソレノイドSOLへの通電開始の状態で、つめ先Ptsがラチェット歯車RCHと接触する部位は変化する。しかし、咬み合せに必要とされるラチェット歯車RCHの移動距離は、ラチェット歯車RCHの1歯分である。具体的には、咬み合せに要する距離の最大値は、歯厚Lpcと距離Lbtとを加算した値(Lpc+Lbt)である。
ラチェット歯車RCHに対するつめ部材TSUの咬み合い方向Dtsの相対位置が所定の限界位置を超えないように、つめ部材TSUの咬み合い方向Dtsへの移動を制限するストッパ機構が設けられ得る。例えば、ストッパ機構は、長手方向を有するつめ部材TSUの側面に形成された段差部と、この段差部と係合するガイド部材GIDの一部とによって構成される(図4を参照)。ストッパ機構によって、つめ部材TSUとラチェット歯車RCHとが咬み合う状態において、つめ部材TSUの先端部(つめ先)Ptsとラチェット歯車RCHの歯底部Hbmとの間に隙間が形成されるため、つめ先Ptsの変形、磨耗等が抑制され得る。
〔咬み合い解除作動〕
図7を参照して、つめ部材TSUとラチェット歯車RCHとの咬み合いが解除される作動(ロック機構LOKの咬み合い解除作動)について説明する。咬み合い解除作動は、駐車ブレーキの解除に相当する。状態〔J4〕〜〔J5〕は、つめ部材TSUとラチェット歯車RCHとの相対的な位置関係を、順を追って図示するものである。状態〔J4〕は、図6の状態〔J3〕に対応している。図5と同様に、ラチェット歯車RCHの外形が、直線形状として表現されている。
電気モータMTR、及び、ソレノイドSOLへの通電が停止されている状態で、駐車ブレーキの解除が指示される状況を示している。状態〔J4〕にて示すように、ソレノイドSOLへの通電が停止されたまま、電気モータMTRが正転駆動される。これによって、ラチェット歯車RCHはFwd方向に移動される(白抜き矢印で示す移動)。つめ部材TSUは、弾性部材SPRによってDtr方向の力を、常に受けているため、状態〔J5〕で示すように、第2斜面(斜度が大きい方の斜面)Hs2を摺動してラチェット歯車RCHから離れる方向に移動する。つめ先Ptsが歯先Phsと離れると、弾性部材SPRによって、つめ部材TSUはストッパ(ソレノイドSOLのHSG、又は、キャリパCRP)に当接するまで戻され、駐車ブレーキの解除作動は終了される。
〔咬み合い開始の時系列作動〕
図8の時系列線図を参照して、ロック機構LOKの咬み合い開始作動、及び、その解除作動についての第1の実施態様を説明する。図8(a)が、解除状態から咬み合い状態に遷移する咬み合い開始作動を示す。また、図8(b)が、咬み合い状態から、その状態が解消される咬み合い解除作動を示す。なお、時系列線図において、値の大小関係、及び、増加/減少を表現する際に、値の符号を考慮すると、それらが煩雑になる。このため、以下の説明では、値の大小・増減は、値の大きさ(絶対値)に基づいて表現される。
先ず、図8(a)を参照して、ロック機構LOKの咬み合い開始作動について説明する。走行中の車両が減速されて、時点t0にて停止し、車両速度Vxaがゼロになる。その後、時点t1にて、運転者が駐車スイッチMSWを操作し、操作信号Mswが「0(オフ状態)」から「1(オン状態)」に切り替えられる。同時に、Mswの遷移に基づいて、駐車ブレーキの要否信号FLpkが、「0(不要判定)」から「1(必要判定)」に切り替えられる。駐車ブレーキ制御ブロックIPKにて、FLpk、及び、予め設定される特性に基づいて、駐車ブレーキ用目標通電量Ipkが、増加勾配(時間に対する変化量)ki1で、電気モータMTRの正転に対応する通電方向(即ち、ラチェット歯車RCHのFwd方向)に増加される。通電量調整演算ブロックIMTにて、駐車ブレーキ用目標通電量Ipkが目標通電量Imtとして選択され、出力される。これに応じて、押圧力Fba、及び、回転角Mkaが、夫々、時間勾配kf1、km1で増加される。
押圧力Fbaが所定値fb1に達する時点t2にて、目標通電量Imtが一定値im1にされて、押圧力Fba、及び、回転角Mkaが一定に維持される。ここで、所定値fb1は、駐車ブレーキに必要な押圧力であり、予め設定される所定値である。また、所定値fb1は、道路の傾きに基づいて決定され得る。例えば、値fb1は、道路が水平である場合よりも、車両の前後方向に道路が傾斜している場合の方が大きい値に設定される。道路の傾斜は、前後加速度取得手段(例えば、前後加速度センサ)によって取得(検出)され得る。
目標通電量Imt(従って、Fba、Mka)が一定にされる時点t2から所定時間tx1を経過する時点t3にて、ソレノイドSOLの駆動信号FLsが「0(非通電指示)」から「1(通電指示)」に切り替えられる。ソレノイド制御ブロックSCTにて、FLsに基づいて、時点t3からソレノイドSOLへの通電が開始される。ソレノイドSOLへの通電によって、つめ部材TSUがラチェット歯車RCHに向けて(Dts方向に)移動される。そして、つめ部材TSUの先端部(つめ先)Ptsが、ラチェット歯車RCHの歯と接触される。
時点t3から所定時間tx2を経過する時点t4にて、目標通電量Imtがゼロに向けて減少される。さらに、電気モータMTRの逆転に対応する通電方向(ラチェット歯車RCHのRvs方向)に、目標通電量Imtの増加(通電量の符合を考慮すると減少)が開始される。併せて、時点t4における回転角Mkaの値(記憶値)mk1が記憶される。
時点t4にて、目標通電量Imtは、電気モータMTRの正転方向に対応する通電量im1から、速やかにゼロにされる。そして、時点t4から時点t6まで、目標通電量Imtは、増加勾配(時間に対する変化量)ki2で、電気モータMTRの逆転駆動に対応する通電方向に、緩やかに(徐々に)増加される。具体的には、予め設定される時間勾配ki2(<0)にて、電気モータMTRの逆転に対応する所定通電量im2(<0)にまで、目標通電量Imtの大きさがゼロから増加される(通電量の符合を考慮すると、ゼロから減少される)。ここで、時間勾配ki2の大きさ(絶対値)は、時間勾配ki1の大きさよりも小さい。
時点t4から時点t6まで(所定時間tx3に亘って)、記憶値mk1(時点t4における回転角Mkaの値)からの変化量(変位)Hm1が、所定値hm1未満である場合に、ソレノイドSOL、及び、電気モータMTRへの通電が、時点t6にて停止される。即ち、時点t6にて、駐車ブレーキの咬み合い開始作動が終了される。ここで、所定値hm1は、「ラチェット歯車RCHの1ピッチ(隣り合う2つの歯の間隔)に相当する変位Lpcに、つめ部材TSUと咬み合うためのラチェット歯車RCHの歯の傾き角βに相当する変位Lbtを加えた値(Lpc+Lbt)」よりも大きく、且つ、「ラチェット歯車RCHの2ピッチに相当する変位(2×Lpc)」よりも小さい値に設定される。即ち、しきい値hm1には、「(Lpc+Lbt)<hm1<(2×Lpc)」の関係が存在する。
時点t3までは、ソレノイドSOLの吸引力は作用せず、つめ部材TSUの先端部Ptsは、弾性部材SPRによって、ソレノイドSOLのハウジングHSG(又は、キャリパCRP)に押し付けられている。このため、つめ部材TSUの位置Ptsは、解除位置Pkjにある(図4(a)を参照)。時点t3にて、ソレノイドSOLへの通電が開始されると、SPRの弾性力よりもSOLの吸引力が大となり(即ち、SPRがTSUに及ぼすDtr方向の解除力よりも、PBRがTSUに及ぼすDts方向の咬合力の方が大きくなり)、ラチェット歯車RCHの歯に接触するまで、つめ先PtsはDts方向に移動される。時点t3〜t4までの状態が、図6〔J1〕の状態に相当する。時点t4〜時点t5までの遷移が、図6の状態〔J2〕を経て、最終的に状態〔J3〕に到る遷移に相当する。時点t5にて、状態〔J3〕に示すように、つめ部材TSUとラチェット歯車RCHとが完全に咬み合わされ、つめ先Ptsは咬み合い位置Pkmに移動される。従って、時点t5以降は、ソレノイドSOL、及び、電気モータMTRへの通電がゼロにされても、つめ先Ptsは咬み合い位置Pkmに維持される。
〔咬み合い解除の時系列作動〕
次に、図8(b)を参照して、ロック機構LOKの咬み合い解除作動について説明する。駐車ブレーキが作動している状況で、運転者による駐車スイッチMSWの操作によって、その作動が解除される場合について説明する。
車両の停止状態が維持されている(即ち、Vxa=0)。時点t7にて、運転者が駐車スイッチMSWを操作し、操作信号Mswが「1(オン状態)」から「0(オフ状態)」に切り替えられる。同時に、Mswの遷移に基づいて、駐車ブレーキの要否信号FLpkが、「1(必要判定)」から「0(不要判定)」に切り替えられる。IPKにて、FLpk、及び、予め設定される特性に基づいて、Ipkが、電気モータMTRの正転に対応する通電方向(即ち、ラチェット歯車RCHのFwd方向)に増加される。IMTにて、Ipkが目標通電量Imtとして選択され、出力される。このとき、ソレノイドSOLの駆動信号FLsは、「0」に維持され、ソレノイドSOLへの通電は行われない。
つめ部材TSUとラチェット歯車RCHとの咬み合いによって、Fba、Mkaは、値fb2、mk2に維持されている。時点t7での回転角Mkaの値mk2が記憶される。目標通電量Imtの増加開始の初期段階(時点t7〜t8)ではFba、Mkaは増加されない(一定である)。そして、押圧力Fbaが値fb2を超過して増加されると、つめ部材TSUがラチェット歯車RCHのHs2を滑り始める。さらに、電気モータMTRの正転駆動する通電方向(即ち、Fwd方向)に目標通電量Imtが増加され、押圧力Fbaが増加されると、つめ部材TSUがラチェット歯車RCHから外れ、弾性部材SPRによって、つめ先Ptsは解除位置Pkjにまで戻される。
回転角Mkaが一定の状態(t7での記憶値mk2)からの変化量(変位)Hm1が、所定値hm2を超過した時点t9にて、目標通電量Imtはゼロに戻される。これに応じて、Fba、Mkaはゼロに向けて減少する。ここで、所定値hm2は、歯先面Phsと隅部Psmと間の距離Lbtよりも大きい値である。
<咬み合い開始作動の第2の実施態様>
図9の時系列線図を参照して、咬み合い開始作動の他の実施態様(第2、第3の実施態様)について説明する。第1の実施態様の時点t1から時点t2までの押圧力Fba、回転角Mka等の変化(図8(a)を参照)において、第2、第3の実施態様は相違する。以下、相違点について説明する。なお、図8と同じ符号のものは、同一機能、同一の数値である。また、時刻Tにおいて、夫々が対応している番号は、同様の作動が行われる時点を意味する。即ち、図8(a)のt1〜t6の各時点の作動は、図9(a)のa1〜a6の各時点の作動、及び、図9(b)のb1〜b6の各時点の作動に、夫々対応している。例えば、時点t1、a1、及び、b1は、駐車ブレーキの開始作動において、信号FLpkが「0」から「1」に切り替えられる時点である。
駐車ブレーキの開始作動において、坂路等で駐車ブレーキが操作された場合に、車両のずり下がりが回避されるよう迅速な動作が要求される。反面、この迅速な動作に起因して、ラチェット歯車RCHとつめ部材TSUとの咬み合せが、不十分となる場合も生じ得る。特に、電気モータMTRが高速回転されている場合、MTRの回転速度を急減少することは困難である。このため、Fba、Mkaの増加勾配(時間経過に応じた変化量)が減少するように、電気モータMTRへの目標通電量Imtが調整される。
先ず、図9(a)を参照して、第2の実施態様について説明する。時点a1にて、操作信号Mswが「0(オフ状態)」から「1(オン状態)」に切り替えられることによって、駐車ブレーキの要否信号FLpkが、「0(不要)」から「1(必要)」に切り替えられる。この時点a1にて、駐車ブレーキ制御の目標通電量Ipkが、最終的な目標通電量Imtとして選択される。Imtは、予め設定される特性(Ipk演算特性)によって、作動開始初期は、押圧力Fba、及び、回転角Mkaが急速に上昇され、その後、Fba、Mkaの増加の程度が緩和されるように制御される。
具体的には、目標通電量Imtが、時点a1〜a7までは、増加勾配(時間変化量)ki1にて増加される。その後、増加勾配がki1よりも小さい値ki5に減少され、Imtが増加される。この結果、押圧力Fba、回転角Mkaは、作動開始初期(時点a1〜a7)には、増加勾配kf1、km1にて増加される。その後(時点a7〜a2)、Fba、Mkaの増加勾配(時間に対する変化量)が、kf1、km1からkf5(値kf1よりも小さい所定値)、km5(値km1よりも小さい所定値)に減少される。
押圧力Fbaが所定値fb1に達する時点a2にて、目標通電量Imtが一定値im1にされて、押圧力Fba、及び、回転角Mkaが一定に維持される。ここで、所定値fb1は、駐車ブレーキに必要とされる、予め設定された所定値である。Fba、Mkaが一定にされる時点a2から所定時間tx1を経過する時点a3にて、ソレノイドSOLへの通電が開始される。時点a3から所定時間tx2を経過する時点a4にて、目標通電量Imtの減少が開始され、Rvs方向(MTRの逆転方向)への通電量が増加される。さらに、時点a4での回転角Mkaの値mk1が記憶される。
時点a4から時点a6まで(所定時間tx3に亘って)、記憶値mk1(時点a4における回転角Mkaの値)からの変化量(変位)Hm1が、所定値hm1未満である場合に、ソレノイドSOL、及び、電気モータMTRへの通電が、時点a6にて停止され、駐車ブレーキの咬み合い開始作動が終了される。ここで、所定値hm1は、「ラチェット歯車RCHの1ピッチ(隣り合う2つの歯の間隔)に相当する変位Lpcに、つめ部材TSUと咬み合うためのラチェット歯車RCHの歯の傾き角βに相当する変位Lbtを加えた値(Lpc+Lbt)」よりも大きく、且つ、「ラチェット歯車RCHの2ピッチに相当する変位(2×Lpc)」よりも小さい値に設定されている。
第2の実施態様では、駐車ブレーキの作動開始時に、押圧力(実際値)Fba、及び、MTRの回転角(実際値)Mkaの増加勾配が相対的に大きい値kf1、km1に設定され得る。即ち、Fba、Mkaが素速く立ち上がる。その後、Fba、Mkaの増加勾配が相対的に小さい値kf5(<kf1)、km5(<km1)に設定され得る。従って、MTRの回転速度が減少される。このため、駐車ブレーキに必要とされる押圧力(所定値fb1)にまで、迅速に到達し得るとともに、MTRの回転速度が緩やかにされるので、確実なLOKの咬み合せ作動が行われ得る。
次に、第3の実施態様について説明する。第2の実施態様では、Imt、Fba、及び、Mkaの増加過程において、2つの異なる増加勾配が設定されるが、第3の実施態様では、増加勾配が徐々に変化(減少)される点で相違する。以下、相違する点について説明する。
Imtは、予め設定される特性(Ipk演算特性)によって、作動開始初期(時点b1の直後)は、押圧力Fba、及び、回転角Mkaが急速に上昇し、その後、Fba、Mkaの増加の程度が、徐々に緩和されるように決定される。具体的には、Imtは、時間経過に伴って勾配(時間変化量)kixが減少する特性に基づいて決定され得る。このとき、制動手段BRKの非線形な剛性特性(Fbaが増加するに伴って、BRKの剛性が徐々に大きくなる特性)が考慮され得る。即ち、Imtの勾配変化kixに相当する値に比較して、Fba、Mkaの増加勾配kfx、kmxは、より顕著に変化され得る。従って、増加勾配の変化一定でImtが増加される場合であっても、Fba、Mkaの勾配変化(時間に対する変化量)kfx、kmxが時間経過に伴って減少するように、Fba、Mkaが増加され得る。
駐車ブレーキの作動開始時に、押圧力(実際値)Fba、及び、MTRの回転角(実際値)Mkaの勾配変化kfx、kmxが時間Tの経過に伴って減少するように、Imt(即ち、Ipk)が増加される。即ち、押圧力Fba、及び、回転角Mkaは、作動開始初期には急速に上昇し、その後、緩やかに増加される。このため、駐車ブレーキに必要とされる押圧力(所定値fb1)に素速く到達できるとともに、LOKの咬み合せにおいては、MTRの回転速度が低下されているので、確実な咬み合せ作動が行われ得る。なお、前記のIpk演算特性に、BRK剛性(CRP及びMSBの剛性)の非線形特性が考慮される場合には、Fba、Mkaの勾配変化kfx、kmxは、Imtの勾配変化kixに相当する値に比較して、より顕著になり得るため、勾配変化が一定で、Imtが増加される場合であっても、Fba、Mkaの勾配変化(時間に対する変化量)kfx、kmxが時間経過に伴って減少するように増加され得る。
<咬み合い開始作動の第4の実施態様>
図10の時系列線図を参照して、咬み合い開始作動の第4の実施態様について説明する。第1の実施態様の時点t2から時点t4までの押圧力Fba、回転角Mka等の変化(図8(a)を参照)において、第4の実施態様は相違する。ここで、図10において、図8と同じ符号のものは、同一機能、同一の数値である。また、時刻Tにおいて、夫々が対応している番号は、同様の作動が行われる時点を意味する。即ち、図8(a)のt1〜t6の各時点の作動は、図10のc1〜c6の各時点の作動に対応している。
第1の実施態様では、押圧力Fbaが所定値fb1に達した時点t2の後に、目標通電量Imt、押圧力(実際値)Fba、及び、回転角(実際値)Mkaは、一定に維持されるが、第4の実施態様では、Fbaがfb1に到達した後に、徐々に増加される点で相違する。以下、相違点について説明する。
時点c1にて、駐車ブレーキ用目標通電量Ipkが、増加勾配(時間に対する変化量)ki1で、電気モータMTRの正転に対応する通電方向(即ち、ラチェット歯車RCHのFwd方向)に増加される。駐車ブレーキ用目標通電量Ipkが目標通電量Imtとして選択され、これに応じて、押圧力Fba、及び、回転角Mkaが、夫々、増加勾配kf1、km1で増加される。
押圧力Fbaが所定値fb1に達する時点c2にて、目標通電量Imtの増加勾配が値ki1から値ki4に減少されて、Imtが増加される。ここで、値ki4は、値ki1よりも小さい所定値である。Imtに応じて、時点c1〜c2までは、押圧力Fba、及び、回転角Mkaは、所定の増加勾配kf1、km1にて増加される。そして、Imtの増加勾配の減少に応じて、Fba、Mkaの増加勾配も、値kf1、km1から値kf4(<kf1)、km4(<km1)に減少され、Fba、Mkaは、緩やかに増加される。ロック機構LOKの咬み合せ作動が行われる時点c4には、電気モータMTRは十分に減速されているため、第2、第3の実施態様と同様の効果を奏する。
<ロック機構LOKの咬み合い開始作動における慣性補償制御>
図11を参照して、ロック機構LOKの咬み合い開始作動において、電気モータMTR(特に、ロータ)等の慣性モーメントの影響を補償する慣性補償制御について説明する。
駐車ブレーキの開始作動においては、電気モータMTRが停止状態(回転速度のゼロ状態)から回転運動が加速され、直ちに押圧力Fbaが所定値fb1に到達されることが要求される。即ち、押圧力発生の応答性向上が必要とされる。また、電気モータMTRが高速で回転運動されている状態から、速やかに、減速されることも要求される。このため、駐車ブレーキの作動開始時点t1から時点w1までの間は、MTRのロータ等を加速するために必要な通電量分が付加されるように、駐車ブレーキ用の目標通電量Ipk(最終的には、Imt)が決定される。具体的には、通常制御時の目標通電量Ipk(一点鎖線で示す)に、MTRの加速(加速度が正符号の加速度運動)に必要な通電量Iku(斜線にて示す)が増分されて、作動開始直後のMTRのFwd方向への通電が行われる。また、通常制御時の目標通電量Ipkから、MTRを減速(加速度が負符号の加速度運動)するために必要な通電量Ikd(斜線にて示す)分が減らされて、所定値im1に到達する直前のIpk(即ち、Imt)が決定される。
電気モータMTR(特に、ロータ)を加速度運動させるモーメント(回転力)は、回転角加速度に比例する。従って、MTRの回転角の2階微分値に基づいて、Iku、Ikdが決定される。また、制動手段BRKの剛性は既知であるため、上記のMTRの回転角の2階微分値に代えて、押圧力の2階微分値に基づいて、Iku、Ikdが決定され得る。なお、駐車ブレーキにおいて、その作動は予め設定される特性に基づいて行われるため、目標通電量Ipkの時系列特性は、MTRの慣性影響を補償するように、Iku、Ikdが予め考慮されて決定される。
慣性補償通電量Iku、Ikdに基づいて補正される駐車ブレーキ用目標通電量Ipkによって、電気モータのロータを加速するために要する通電量が、増加/減少されるため、瞬時に押圧力が増加されるとともに、必要な押圧力(im1)にて直ちにMTRが減速される。このため、車両の坂道での後退等が抑制されるとともに、確実なLOKの咬み合い状態が確保され得る。
<車両走行中に駐車スイッチMSWが操作された場合の咬み合い開始作動>
図8(b)を参照して説明したように、駐車ブレーキの作動解除(ラチェット歯車RCHと、つめ部材TSUとの咬み合せの解消)は、電気モータMTRがFwd方向(制動トルクが増加する回転方向)に駆動されることによって行われる。従って、車両が走行している途中に、誤って駐車ブレーキ作動を指示する操作を行い、その後、運転者が操作の誤りに気付いて駐車ブレーキの指示操作を解除した場合には、ロック機構LOKの解除指示を行った直後に、車両の減速度が増加される。運転者は、LOKの解除指示によって車両減速度の減少を期待しているが、この減速度増加が違和感となり得る。
図12の時系列線図を参照して、上記の違和感を解消するための咬み合い開始作動(第5の実際態様)について説明する。第5の実施態様において、時点u2〜u6以降の作動は、第1の実施態様(図8(a)を参照)の時点t2〜時点t6以降の作動と同じであるため、説明は省略される。さらに、図8と同じ符号のものは、同一機能、同一の数値である。
車両が或る速度vx2で走行している途中の時点s1にて、運転者によって駐車スイッチMSWが操作された場面が想定される。時点s1にて、駐車ブレーキの要否信号FLpkが、「0(不要)」から「1(必要)」に切り替えられる。時点s1では、「車速取得手段VXAにて取得されるVxaが所定値vx1よりも大きいこと」に基づいて、車両走行中の駐車ブレーキの開始作動が行われる。ここで、「Vxa>vx0」の条件が肯定される場合が、「車両走行時」と称呼され、「Vxa>vx0」の条件が否定される場合(即ち、Vxa≦vx0のとき)が、「車両停止時」と称呼される。条件「Vxa>vx0」の肯定に基づいて、車両停止時の変化勾配ki1(図8(a)を参照)よりも小さい変化勾配(時間変化量)ki3で、目標通電量Ipk(最終的には、Imt)が増加される。そして、車両停止時の所定値im1(図8(a)を参照)よりも小さい所定値im3まで、目標通電量Ipkが増加される。或いは、押圧力Fbaが車両停止時の所定値fb1(図8(a)を参照)よりも小さい所定値fb3に到達するまで、目標通電量Ipkが増加される。
これに応じて、押圧力Fba、回転角Mkaは、車両走行時には、車両停止時に比較して、小さい値の増加勾配kf3(<kf1)、km3(<km1)で増加される。また、押圧力Fba、回転角Mkaは、車両走行時には、車両停止時に比較して、小さい所定値fb3(<fb1)、mk3(<mk1)にまで増加される。なお、所定値vx0は、ゼロに設定され得る。
車両走行時(Vxa>vx0)の駐車ブレーキ作動によって、時点u1にて車両が停止される(Vxaの所定値vx0以下が判定される)。時点u1にて、車両走行時の駐車ブレーキ開始作動から、車両停止時(Vxa≦vx0)の駐車ブレーキ開始作動に切り替えられる。具体的には、車両走行時の変化勾配(時間変化量)ki3よりも大きい値の変化勾配ki1にて、目標通電量Ipk(最終的には、Imt)が増加される。そして、車両走行時の所定値im3よりも大きい所定値im1まで、目標通電量Ipkが増加される。或いは、押圧力Fbaが車両走行時の所定値fb3よりも大きい所定値fb1に到達するまで、目標通電量Ipkが増加される。
これに応じて、押圧力Fba、回転角Mkaは、車両停止時には、車両走行時に比較して、大きい増加勾配kf1(<kf3)、km1(<km3)で増加される。また、押圧力Fba、回転角Mkaは、車両停止時には、車両走行時に比較して、大きい所定値fb1(<fb3)、mk1(<mk3)にまで増加される。
車両が停止して以降(Vxa≦vx0の状態となって後)の時点u2〜u6の作動は、図8(a)の時点t2〜t6の作動と同一である。従って、ソレノイドSOLへの通電は、車両が停止されて後の時点u3にて開始される。即ち、つめ部材TSUとラチェット歯車RCHとの咬み合いは、車両停止後(例えば、車両速度Vxaがゼロになった後)に行われる。このため、車両走行中に、運転者が駐車ブレーキを作動させた後に解除した場合、その解除作動において、目標通電量Imtが、一旦増加されることなく、直ちに減少される。結果、車両の減速度は増加されることなく、運転者の解除指示に従って、車両減速度は減少される。
例えば、運転者が時点s2によって、MSWが解除される場合が、破線〔C1〕、〔C2〕、及び、〔C3〕にて示される。時点s2にて、駐車ブレーキの要否信号FLpkは、「1(必要)」から「0(不要)」に切り替えられ、〔C2〕に示すように、目標通電量Ipk(即ち、Imt)が増加されることなく、ゼロに向けて直ちに減少される。この結果、押圧力Fbaが増加されることなく減少され、車輪への制動トルク付与が解消される。つめ部材TSUとラチェット歯車RCHとの咬み合いは、車両走行中には行われないため、〔C3〕に示すように、車両減速度が増加されることがない。このため、上記の違和感が抑制され得る。
また、車両走行中の駐車ブレーキの開始作動においては、目標通電量Imt(即ち、Fba、Mka)の少なくとも増加勾配ki3(即ち、kf3、km3)、及び、増加量im3(即ち、fb3、mk3)のうちの1つが、車両停止時のものよりも小さい値に設定され得る。このため、車両走行中に誤ってMSWが操作される場合であっても、急制動が抑制され得る。
制動手段BRKの剛性(ばね定数)の概略値は既知であるため、押圧力Fbaと、MTRの回転角Mkaとは、等価の物理量として考えられ得る。即ち、制動手段BRKの剛性(所定値)に、回転角Mkaを乗じた値が、押圧力Fbaに相当する。従って、Fba、及び、Mkaは、MSBがKTBを押圧する状態を表現するため、これらが総称して、「押圧状態量」と称呼される。換言すれば、Fba、及び、Mkaのうちの少なくとも1つが押圧状態量である。また、Fba、Mkaを取得するFBA、MKAが、「押圧状態量取得手段」と称呼される。
第1、乃至、第5の各実施態様において、押圧力(実際値)Fba、及び、回転角(実際値)Mkaのうちの少なくとも1つに代えて、押圧状態量が採用され得る。また、変化量(変位)Hm1、Hm2に代えて、押圧状態量の変化量が採用され得る。具体的には、押圧力Fbaに代えて、電気モータMTRの回転角Mkaが採用され得る。押圧力Fbaにおいて、値fb1からの変化量Hf1、値fb2からの変化量Hf2が採用され得る。この場合、所定値fb1、fb2、fb3、fb5、fb6、mk1、mk2、mk3、mk5、mk6、hf1、hf2、hm1、及び、hm2は、押圧状態量の所定値に相当する。なお、各実施態様においては、値の大小関係、及び、増加/減少は、値の大きさ(絶対値)に基づいて表現されている。
制動手段BRKが、異なる2つ以上の軸で構成され(多軸構成)、電気モータMTRが配置される軸に回転角取得手段MKAが設けられ、押圧部材PSNが配置される軸に押圧力取得手段FBAが設けられる場合には、目標通電量Imtの増加を調整するための押圧状態量として押圧力Fbaが採用され、ソレノイドSOLへの通電終了を判定するための押圧状態量として電気モータMTRの回転角Mkaが採用されることが好適である。BRKの剛性は、MSBの磨耗に伴って僅かに変化するが、Fbaに基づいて駐車ブレーキとして必要な押圧力(値fb1)が判定されるため、確実な制動トルクが付与され得る。また、MTRの回転軸JmtとPSNの中心軸Jpsとの間には減速機GSKが配置されるため、押圧状態量における解像度(分解能)は、PSNの中心軸Jpsに比較すると、MTRの回転軸Jmtの方が高い。このため、回転角Mkaの変位Hm1に基づいて、TSUとRCHとの咬み合い状態が確認されるため、その判定が確実に実行され得る。