JP2016098900A - ブレーキ圧力分布計測方法及びブレーキ圧力分布計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実際にブレーキが作動する環境と同じ状態の圧力分布を容易に計測することが可能なブレーキ圧力分布計測方法を提供すること。【解決手段】回転体（ディスクロータ２０）上、または回転体の近傍に配置したセンサ（ストレインゲージ６０）によって、回転体が回転運動している状態で、可動部（キャリパー３０）の押圧方向に沿う回転体の形状の微少変位を計測し（Ｓ１２）、計測により得られた回転体の形状の微少変位に基づき、コンピュータによる解析により回転体への圧力分布を算出する（Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７）。【選択図】図２

Description

本発明は、車両に搭載されるブレーキシステムの状況を解析するために利用可能なブレーキ圧力分布計測方法及びブレーキ圧力分布計測装置に関する。

車両等に搭載されるブレーキシステムを開発する場合には、例えばブレーキを構成するディスクロータの面と、摩擦材との間に働く力の分布状況を正しく把握することが重要である。

例えば、車両において、搭載されたブレーキシステムの作動時に発生する音（ブレーキの鳴き）を防止又は抑制することが求められる場合があり、このような鳴きを解析する必要がある。

上記のようなブレーキにおける圧力分布を計測するための既存の技術については、主にディスクロータと摩擦材との間に挟み込んだセンサを用いるものと、摩擦材の内部に設置したセンサを用いるもの（特許文献１）に大別される。

また、本発明と関連のある上記以外の技術として、例えば特許文献２、特許文献３、及び特許文献４が知られている。

特許文献２は、車両用のディスクブレーキにおいて、ロータの肉厚変動に伴う液圧を解析する方法を示している。また、特許文献３は、走査型プローブ顕微鏡や走査型レーザー顕微鏡等のテーブルを微動させる際に用いられる変位拡大機構を示している。また、特許文献４は、電気計測用のプローブや研削工具を含む処理具の先端側を被処理部材の所定位置に正対させて接触させる際に利用可能な変位拡大機構を示している。

米国特許第５９８３７２７号明細書 特開２００８−１９６６７７号公報 特開２０００−２４９２０７号公報 特開２００７−２１８２７９号公報

例えば、ディスクロータと摩擦材との間に挟み込んだセンサを用いたり、特許文献１のように摩擦材の内部に設置したセンサを用いることにより、ディスクロータと、摩擦材との接触面における圧力分布を計測することが可能である。しかしながら、このような技術を採用する場合には次に説明するような課題がある。

特許文献１の場合には、計測用のセンサを設置するために、実際にブレーキが作動する環境とは異なる構成或いは形状の摩擦材（ブレーキパッド）を用いた状態で計測することになる。また、ディスクロータと摩擦材との間に挟み込んだセンサを用いる場合には、ディスクロータと摩擦材との間に計測用のセンサを挟み込むので、ディスクロータと摩擦材との接触面の状況が、実際にブレーキが作動する環境とは異なる状態で計測することになる。したがって、実際にブレーキが作動する環境と同じ状態の圧力分布を計測することができない。

また、上述のような技術を採用する場合には、センサを設置した箇所だけでしか圧力を計測できないので、接触面上の各部における圧力の分布状態を計測するためには、膨大な数のセンサ群を互いに異なる位置に並べて配置しなければならない。しかし、多数のセンサを面積の限られる摩擦材上に、或いは接触面に設置することは極めて困難である。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、実際にブレーキが作動する環境と同じ状態の圧力分布を容易に計測することが可能なブレーキ圧力分布計測方法及びブレーキ圧力分布計測装置を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係るブレーキ圧力分布計測方法は、下記（１）〜（５）を特徴としている。
（１） 回転運動可能な回転体と、前記回転体と対向する位置に配置され前記回転体と接触して押圧可能な可動部と、を含む計測対象となるブレーキシステムにおいて、前記可動部の押圧による前記回転体への圧力分布を計測するためのブレーキ圧力分布計測方法であって、
前記回転体上、または前記回転体の近傍に配置したセンサによって、前記回転体が回転運動している状態で、前記可動部の押圧方向に沿う前記回転体の形状の微少変位を計測し、
前記計測により得られた前記回転体の形状の微少変位に基づき、コンピュータによる解析により前記回転体への圧力分布を算出する、
ことを特徴とするブレーキ圧力分布計測方法。
（２） 上記（１）に記載のブレーキ圧力分布計測方法であって、
前記計測により得られた前記回転体の形状の微少変位に基づき、逆解析により前記回転体への圧力分布を算出する、
ことを特徴とするブレーキ圧力分布計測方法。
（３） 上記（１）または（２）に記載のブレーキ圧力分布計測方法であって、
前記センサを複数用意しておき、
前記回転体の径方向に互いに異なる位置に配置された前記複数のセンサそれぞれによって、前記回転体の形状の微少変位を計測する、
ことを特徴とするブレーキ圧力分布計測方法。
（４） 上記（１）から（３）のいずれか１項に記載のブレーキ圧力分布計測方法であって、
前記回転体の運動方向と直交する厚み方向の変位を拡大する変位拡大機構を用いた前記センサによって、前記回転体の形状の微少変位を計測する、
ことを特徴とするブレーキ圧力分布計測方法。
（５） 上記（４）に記載のブレーキ圧力分布計測方法であって、
前記回転体が、前記回転体の運動方向と直交する厚み方向に空隙を挟んで対向配置された２枚の回転板で構成される場合に、
前記センサを、前記２枚の回転板の間の空隙箇所に配置して計測を実施する、
ことを特徴とするブレーキ圧力分布計測方法。

上記（１）または（２）の構成のブレーキ圧力分布計測方法によれば、センサは回転体の形状の微少変位を検出するものであるため、回転体と可動部との接触面から離れた位置に配置することができる。したがって、計測時に可動部に配置される摩擦材の構造及び形状については、実際にブレーキが作動する環境と同じものを使うことができる。また、計測時の接触面の状態についても、実際にブレーキが作動する環境と同じ状態にすることができる。これにより高精度の圧力分布計測が可能になる。また、回転体が運動している状態で計測を行うので、運動方向の圧力分布を単一のセンサだけで検出できる。
上記（３）の構成のブレーキ圧力分布計測方法によれば、回転運動方向の圧力分布だけでなく、径方向の圧力分布も計測できるので、接触面における二次元の圧力分布を把握可能になり、より利用価値の高いデータが得られる。
上記（４）の構成のブレーキ圧力分布計測方法によれば、回転体の剛性が高く、可動部の押圧による回転体の変位が微少である場合でも、変位拡大機構が拡大した変位をセンサに伝達するので、高感度で変位の検出が可能になる。
上記（５）の構成のブレーキ圧力分布計測方法によれば、可動部と回転体との接触面の状況に影響を及ぼさない状態でセンサ及び変位拡大機構を配置することができる。したがって、より精密な計測が可能になる。

前述した目的を達成するために、本発明に係るブレーキ圧力分布計測装置は、下記（６）〜（９）を特徴としている。
（６） 回転運動可能な回転体と、前記回転体と対向する位置に配置され前記回転体と接触して押圧可能な可動部と、を含む計測対象となるブレーキシステムにおいて、前記可動部の押圧による前記回転体への圧力分布を計測するためのブレーキ圧力分布計測装置であって、
前記回転体上、または前記回転体の近傍に配置したセンサと、
前記回転体が運動している状態で、前記可動部の押圧方向に沿う前記回転体の形状の微少変位を表すデータを、前記センサの出力に基づき取得するデータ計測部と、
前記データ計測部が取得した前記回転体の形状の微小変位を表すデータに基づき、逆解析により前記回転体への圧力分布のデータを算出する圧力分布算出部と、
を備えたことを特徴とするブレーキ圧力分布計測装置。
（７） 上記（６）に記載のブレーキ圧力分布計測装置であって、
前記センサは、前記回転体の径方向に互いに異なる位置に複数配置され、
前記データ計測部は、前記回転体の形状の微少変位を表すデータを、複数の前記センサの出力に基づき取得する、
ことを特徴とするブレーキ圧力分布計測装置。
（８） 上記（６）または（７）に記載のブレーキ圧力分布計測装置であって、
前記センサは、前記回転体の運動方向と直交する厚み方向の変位を拡大する変位拡大機構を用いたものである、
ことを特徴とするブレーキ圧力分布計測方法。
（９） 上記（８）に記載のブレーキ圧力分布計測方法であって、
前記回転体が、前記回転体の運動方向と直交する厚み方向に空隙を挟んで対向配置された２枚の回転板で構成され、
前記センサが、前記２枚の回転板の間の空隙箇所に配置される、
ことを特徴とするブレーキ圧力分布計測装置。

上記（６）の構成のブレーキ圧力分布計測装置によれば、前記センサは前記回転体の微少変位を検出するものであるため、前記回転体と前記可動部との接触面から離れた位置に配置することができる。したがって、計測時に前記可動部に配置される摩擦材の構造及び形状については、実際にブレーキが作動する環境と同じものを使うことができる。また、計測時の接触面の状態についても、実際にブレーキが作動する環境と同じ状態にすることができる。これにより高精度の圧力分布計測が可能になる。また、前記回転体が運動している状態で計測を行うので、運動方向の圧力分布を単一のセンサだけで検出できる。
上記（７）の構成のブレーキ圧力分布計測装置によれば、回転運動方向の圧力分布だけでなく、径方向の圧力分布も計測できるので、接触面における二次元の圧力分布を把握可能になり、より利用価値の高いデータが得られる。
上記（８）の構成のブレーキ圧力分布計測装置によれば、回転体の剛性が高く、可動部の押圧による回転体の変位が微少である場合でも、変位拡大機構が拡大した変位をセンサに伝達するので、高感度で変位の検出が可能になる。
上記（９）の構成のブレーキ圧力分布計測装置によれば、可動部と回転体との接触面の状況に影響を及ぼさない状態でセンサ及び変位拡大機構を配置することができる。したがって、より精密な計測が可能になる。

本発明のブレーキ圧力分布計測方法及びブレーキ圧力分布計測装置によれば、センサは回転体の微少変位を検出するものであるため、回転体と可動部との接触面から離れた位置に配置することができる。このため、実際にブレーキが作動する環境と同じ状態の圧力分布を容易に計測することが可能になる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、本発明の実施形態のブレーキ圧力分布計測装置の構成例を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施形態のブレーキ圧力分布計測装置における代表的な処理手順を示すフローチャートである。 図３（Ａ）は変位拡大機構を示す縦断面図、図３（Ｂ）はストレインゲージを装着した状態の変位拡大機構を示す縦断面図である。 図４は、代表的な通常型のブレーキパッドの外観を示す斜視図である。 図５は、通常型のブレーキパッドを用いた時の計測結果の具体例を示すグラフである。 図６は、点荷重応答計測用のブレーキパッドを用いた時の計測結果の具体例を示すグラフである。 図７は、計測結果に基づき算出されるＬ−ｃｕｒｖｅ特性の具体例を示すグラフである。 図８は、計測結果に基づき算出される圧力分布特性の具体例を示すグラフである。 図９は、変位拡大機構及びストレインゲージを装着したディスクロータの外観を示す斜視図である。 図１０は、図９の一部分を拡大した状態を示す拡大図である。 図１１は、本発明の実施形態のブレーキ圧力分布計測装置における処理手順の変形例を示すフローチャートである。

本発明のブレーキ圧力分布計測方法及びブレーキ圧力分布計測装置に関する具体的な実施の形態について、各図を参照しながら以下に説明する。

＜システムの構成例＞
本発明の実施形態におけるブレーキ圧力分布計測装置１０の構成例を図１に示す。このブレーキ圧力分布計測装置１０は、図１に示したような回転可能なディスクロータ２０とキャリパー３０とを含むディスクブレーキ装置を計測対象としている。勿論、例えばドラム式のブレーキ装置を計測対象とすることも可能である。

キャリパー３０は、ディスクロータ２０と対向する位置に配置されており、油圧制御により動く可動部（図示しないピストン）を備えている。すなわち、キャリパー３０の可動部を動かすことにより、ブレーキパッド（図４に示す３１Ａ）をディスクロータ２０の表面に押圧し、これらの接触面に生じる摩擦力により、ディスクロータ２０の回転に制動をかけることができる。

このディスクブレーキ装置を車両に搭載する際には、ディスクロータ２０の中央開口部２０ａの近傍で、車輪の回転軸と連結される。また、図１に示したブレーキ圧力分布計測装置１０を用いて計測を行う場合にも、ディスクロータ２０は、実際の車両の車輪の回転軸と連結されるか、或いは試験用の特別な回転軸と連結され、回転可能な状態で使用される。

図１に示したブレーキ圧力分布計測装置１０は、ディスクロータ２０、及びキャリパー３０の他に、油圧ゲージ４０、変位拡大機構５０、ストレインゲージ６０、データロガー７０、演算部８０、増幅器９０、及び光学エンコーダ９５を備えている。

油圧ゲージ４０は、キャリパー３０の可動部のピストンに加わる油圧を検出するためのセンサである。尚、油圧ゲージ４０は必要不可欠ではなく、油圧ゲージ４０がなくてもブレーキ圧力分布を計測可能である。

ストレインゲージ６０は、ディスクロータ２０の押圧面における厚み方向の微少変位を計測するために設けられた薄板状の歪みセンサであり、金属箔や半導体（シリコン：Ｓｉ）により構成されている。

変位拡大機構５０は、ディスクロータ２０に発生する微小変位を拡大してストレインゲージ６０に伝達する機能を有している。すなわち、キャリパー３０の押圧によって生じるディスクロータ２０の変位は極めて小さいので、この微小変位を高感度で検出できるように、ディスクロータ２０とストレインゲージ６０との間に変位拡大機構５０を配置してある。

増幅器（Strain Amplifier）９０は、ストレインゲージ６０が出力する電気信号を増幅し、増幅後の信号を出力する。

光学エンコーダ９５は、ディスクロータ２０の外周と対向する位置に、光軸をディスクロータ２０側に向けて固定された反射型の光学センサであり、ディスクロータ２０の回転位置、すなわち回転角度に対応する電気信号を出力する。

データロガー７０は、計測の際に得られたデータを自動的に記録する装置である。すなわち、図１の構成においては、油圧ゲージ４０が出力する油圧のデータと、ストレインゲージ６０の出力を増幅器９０で増幅した出力のデータと、光学エンコーダ９５が出力する回転位置（角度）のデータとを時系列データとして同時に記録する。

演算部８０は、データロガー７０が記録したデータに基づいて所定の演算を行い、ディスクロータ２０の円周方向に対する圧力の分布状態を表すデータを算出する。演算の具体的な内容については後で詳細に説明する。

＜変位拡大機構５０及びストレインゲージ６０の詳細な説明＞
＜変位拡大機構５０の構成例＞
図１のブレーキ圧力分布計測装置１０に用いた変位拡大機構５０の縦断面の構成を図３（Ａ）に示す。尚、この変位拡大機構５０は、コンプライアントメカニズム（材料自身の変形のみで機構が成立する）を形成している。

図３（Ａ）に示すように、変位拡大機構５０は、上側ベース部５１、第１レバー５２、第２レバー５３、下側ベース部５４、連結部５５〜連結部５８、及びセンサ装着部５９を備えている。連結部５５〜連結部５８のそれぞれは、小さく形成された弾性ヒンジを構成しており、僅かに変形することが可能である。

変位拡大機構５０の第１レバー５２は、図３（Ａ）中の右端近傍が連結部５５を介して上側ベース部５１の下端と連結されている。また、第１レバー５２の右端よりも少し左にずれた位置の下端が連結部５６を介して下側ベース部５４の上端と連結されている。更に、第１レバー５２の左端近傍が、連結部５７を介して第２レバー５３の右端近傍と連結されている。

また、第２レバー５３は、図３（Ａ）中の右端近傍が連結部５７を介して第１レバー５２と連結されている。また、第２レバー５３の右端よりも少し左にずれた位置の上端が、連結部５８を介して上側ベース部５１の下端と連結されている。更に、第２レバー５３の左端近傍がセンサ装着部５９と連結されている。センサ装着部５９は、薄板状の梁であり、上端が上側ベース部５１と連結され、下端が第２レバー５３と連結されている。

＜変位拡大機構５０の動作＞
図３（Ａ）の変位拡大機構５０にストレインゲージ６０を装着した状態を図３（Ｂ）に示す。

図３（Ｂ）に示すように、変位拡大機構５０の第１レバー５２は、連結部５５を力点５５Ａ、連結部５６を第１支点５６Ａ、連結部５７を作用点とするテコとして構成されている。また、変位拡大機構５０の第２レバー５３は、連結部５７を力点、連結部５８を第２支点５８Ａ、センサ装着部５９との連結部を作用点とするテコとして構成されている。

ストレインゲージ６０は、図３（Ｂ）のようにセンサ装着部５９の表面に貼り付けて装着してある。

図１に示すブレーキ圧力分布計測装置１０の構成においては、キャリパー３０及びブレーキパッドによるディスクロータ２０の面の加圧によってディスクロータ２０に変位が生じると、図３（Ｂ）に示す変位５１Ａのように、上側ベース部５１を上側から押し下げる方向の力が変位拡大機構５０に加わる。

したがって、第１レバー５２の力点５５Ａに下向きの力が加わり、第１レバー５２に傾きが生じ、連結部５７が持ち上げられる。ここで、第１支点５６Ａ−力点５５Ａの距離に比べて、第１支点５６Ａ−連結部（作用点）５７の距離が大きいので、連結部５７には増幅された大きな変位が発生する。

また、第２レバー５３の力点である連結部５７が持ち上がる方向に変位するので、第２レバー５３にも傾きが生じ、第２レバー５３の作用点である左端に連結されているセンサ装着部５９の下端が引き下げられる。ここで、第２支点５８Ａ−連結部５７の距離に比べて、第２支点５８Ａ−センサ装着部５９の距離が大きいので、センサ装着部５９には更に増幅された大きな変位が発生する。

つまり、ディスクロータ２０で発生した変位５１Ａは、第１レバー５２及び第２レバー５３により２段階に増幅され、その出力によりセンサ装着部５９の下端が変位するため、ストレインゲージ６０に歪みが発生する。したがって、変位５１Ａをストレインゲージ６０で検出することができる。

ディスクロータ２０は剛性を有しているので、加圧によってディスクロータ２０に発生する変位はごく微量である。しかし、変位拡大機構５０で変位５１Ａを拡大してストレインゲージ６０に伝達することにより、高感度で変位を検出することが可能になる。

図３（Ａ）、（Ｂ）に示した変位拡大機構５０については、単純な有限要素法を用いた解析を行った結果、ストレインゲージ６０で検出される歪みが、約６０倍に拡大されると推定できる結果が得られた。

＜変位拡大機構５０の具体的な配置例＞
図３（Ｂ）の変位拡大機構５０及びストレインゲージ６０を装着したディスクロータ２０の外観を図９に示す。また、図９の一部分を拡大した状態を図１０に示す。

図９に示したディスクロータ２０は、円形の２枚のディスク板２１及び２２を、空隙２３が形成されるように厚み方向に一定の間隔を空けた状態で対向させて固定してある。ディスク板２１及び２２の間は支持部２４で支持されている。ディスク板２１、２２の間の空隙２３は、制動時にディスクロータ２０に発生する熱を効率よく放熱するために設けてある。

図９及び図１０に示すように、図１のブレーキ圧力分布計測装置１０においては、ストレインゲージ６０を内蔵した変位拡大機構５０を、ディスクロータ２０の外周近傍の空隙２３の１箇所に固定してある。また、図１０のように変位拡大機構５０の上側ベース部５１の上端面はディスク板２２の下端面（空隙側の面）と当接し、下側ベース部５４の下端面はディスク板２１の上端面（空隙側の面）と当接する状態で固定してある。

したがって、図９、図１０に示したディスクロータ２０の面がキャリパー３０及びブレーキパッドにより加圧されて変位が生じると、図３（Ｂ）に示した変位５１Ａに対応する力が変位拡大機構５０に加わり、この変位が拡大されてストレインゲージ６０に伝達される。

＜圧力分布計測の原理説明＞
ブレーキパッドの圧力によるディスクロータ２０の変形は微少であるので、ディスクロータ２０は弾性体として扱う。すなわち、ブレーキパッドの圧力とそれによるディスクロータ２０の微少変形との関係を表す観測方程式を、以下に示すように線形関係でモデル化する。

｛ｙ｝＝［Ｈ］｛ｘ｝ ・・・（１）
但し、
｛ｙ｝：ロータ回転角に対してストレインゲージ６０の出力を並べたベクトル
｛ｘ｝：パッド面の圧力分布を離散化したベクトル
［Ｈ］：離散化した点荷重応答関数を行成分とするテプリッツ行列

上記の点荷重応答関数については、予め制動時に集中荷重が加わるようにした特別なブレーキパッドを用いて計測を行うことにより、実験的に求めることができる。図１に示したブレーキ圧力分布計測装置１０において、ブレーキ圧力分布を算出するための問題は、上記第（１）式において、既知の［Ｈ］及び｛ｙ｝から、｛ｘ｝を求める問題に帰着される。

上記第（１）式の解を求める手順は、チコノフ（Tychonoff）の方法を適用すれば、以下に示す汎関数Ｊを最小にするベクトル｛ｘ｝を求める問題となる。
Ｊ＝｜Ｈｘ−ｙ｜^２＋α｜ｘ｜^２ ・・・（２）
すなわち、上記第（２）式の解は、次の第（３）式で表される。
｛ｘ｝＝（［Ｈ］^ｔ［Ｈ］＋α［Ｉ］）^−１［Ｈ］^ｔ｛ｙ｝ ・・・（３）
但し、
ｔ：転置行列
α：正則化パラメータ
［Ｉ］：単位行列

つまり、上記第（３）式を用いてベクトル｛ｘ｝を算出することにより、ディスクロータ２０上のブレーキ圧力分布を得ることができる。

＜実際の計測手順＞
図１に示したブレーキ圧力分布計測装置１０を使用して計測を実施する場合における代表的な処理手順を図２に示す。図２の処理手順について以下に説明する。

ステップＳ１１では、計測対象のブレーキシステムのキャリパー３０に、「通常型のブレーキパッド」を手作業で装着する。「通常型のブレーキパッド」とは、ブレーキシステムを実際の車両上で使用する場合に用いる一般的なブレーキパッドのことであり、実際の車両における制動性能を重視して設計されている。通常型のブレーキパッド３１Ａの外観の具体例を図４に示す。尚、予め「通常型のブレーキパッド」が装着されている場合にはＳ１１の作業は不要である。

ステップＳ１２では、キャリパー３０内のピストンを駆動してブレーキパッドをディスクロータ２０に押圧しながら、ディスクロータ２０を一定速度で回転して計測を実施する。そして、油圧ゲージ４０の出力する油圧と、ストレインゲージ６０の検出した変位（増幅器９０の出力）ＳＧ０１と、光学エンコーダ９５の検出した回転角度とを、互いに関連付けて同時にデータロガー７０で計測データログＤＢ１上に記録する。

Ｓ１２で記録される変位ＳＧ０１のデータ群は、前記第（１）式に示したベクトル｛ｙ｝に相当する。Ｓ１２で記録されるデータの具体例を図５に示す。図５において、横軸は回転位置（location[角度(degree)]）を表し、左側の縦軸は変位ＳＧ０１（Strain Gauge Output [V]）を表し、右側の縦軸は油圧ゲージ４０の出力ＰＯ（Pressure Output [MPa]）を表す。図５に示すように、回転位置が３６０度移動する毎に、ブレーキパッドの加圧に相当する同じ位置で変位ＳＧ０１にピークが現れる状態が観測される。

ステップＳ１３では、計測対象のブレーキシステムのキャリパー３０に、「通常型のブレーキパッド」の代わりに、「点荷重計測用パッド」を手作業で装着する。「点荷重計測用パッド」は、計測のために特別に用意したパッド（図示せず）であり、制動性能は考慮しておらず、単に、ピストンの押圧による荷重が１点に集中的に加わるような構造を有している。

ステップＳ１４では、キャリパー３０内のピストンを駆動してブレーキパッドをディスクロータ２０に押圧しながら、ディスクロータ２０を一定速度で回転し、計測を実施する。そして、油圧ゲージ４０の出力する油圧と、ストレインゲージ６０の検出した変位（増幅器９０の出力）ＳＧ０２と、光学エンコーダ９５の検出した回転角度とを、互いに関連付けて同時にデータロガー７０で計測データログＤＢ１上に記録する。

Ｓ１４で記録される変位ＳＧ０２のデータ群は、前記第（１）式に示したテプリッツ行列［Ｈ］に相当し、離散化した点荷重応答関数を行成分として含んでいる。Ｓ１４で記録されるデータの具体例を図６に示す。図６において、横軸は回転位置（location[角度(degree)]）を表し、縦軸は変位ＳＧ０２（Strain Gauge Output [V]）を表す。図６に示すように、点荷重を加えた回転位置で、変位ＳＧ０２にきれいなピークが現れる分布状態が観測される。

尚、Ｓ１３及びＳ１４の処理を実施した後で、Ｓ１１及びＳ１２の処理を実施するように手順を変更しても良い。

ステップＳ１５では、Ｓ１２で得られたＳＧ０１の計測データ（｛ｙ｝）と、Ｓ１４で得られたＳＧ０２の計測データ（［Ｈ］）とに基づき、「Ｌ−ｃｕｒｖｅ法」を適用し、Ｌ−ｃｕｒｖｅ特性を表すデータを得る。計測結果に基づきＳ１５で算出されるＬ−ｃｕｒｖｅ特性の具体例を図７に示す。

ステップＳ１６では、Ｓ１５で取得したＬ−ｃｕｒｖｅ特性を表すデータに基づき、前記第（２）式及び第（３）式中の正則化パラメータαを決定する。例えば、図７に示したＬ−ｃｕｒｖｅ特性が得られた場合には、（α＝５０）程度に定めるのが望ましいと考えられる。尚、正則化パラメータαについては、ブレーキシステムの設計者がＬ−ｃｕｒｖｅ特性のデータを見ながら決めることが想定されるが、所定の条件を識別することにより、Ｌ−ｃｕｒｖｅ特性のデータから正則化パラメータαをプログラムなどで自動的に決定することも可能である。

ステップＳ１７では、計測により得られたＳＧ０１の計測データ（｛ｙ｝）と、ＳＧ０２の計測データ（［Ｈ］）と、正則化パラメータαとを用いて、チコノフの方法を適用することにより、ディスクロータ２０上の圧力分布を算出する。つまり、前記第（３）式に、ＳＧ０１の計測データに相当する｛ｙ｝と、ＳＧ０２の計測データに相当する［Ｈ］と、決定した正則化パラメータαとを代入し、前記第（３）式の計算を実施することにより、パッド面の圧力分布を離散化したベクトル｛ｘ｝を求める。

ＳＧ０１、ＳＧ０２の計測結果に基づき、Ｓ１７で算出される圧力分布特性の具体例を図８に示す。図８に示す曲線中の２つのピークは、キャリパー３０の２つのピストンの位置に対応し、圧力分布として妥当な結果が得られている。

尚、図１に示したブレーキ圧力分布計測装置１０において、演算部８０は、図２中の各ステップＳ１５、Ｓ１６、Ｓ１７の処理を実行する。実際の演算部８０については、例えば一般的なコンピュータと、このコンピュータ上で実行可能なＳ１５、Ｓ１６、Ｓ１７の処理を含むプログラムとで構成することができる。

＜ブレーキ圧力分布計測装置１０の利点＞
上述のブレーキ圧力分布計測装置１０においては、ディスクロータ２０に生じた変位から、逆解析によりブレーキパッドの接触面における圧力分布を正しく算出することができる。したがって、従来のようにブレーキパッドにセンサを内蔵したり、ブレーキパッドとディスクロータとの接触面にセンサを挟み込む必要はなくなり、実際にブレーキが作動する環境と同じ条件で計測を実施することができる。しかも、単一のセンサ（ストレインゲージ６０）を用いるだけで、円周方向の圧力分布を計測できる。

尚、上述の実施形態では、逆解析の手法としてチコノフ（Tychonoff）の方法を適用したものを説明したが、本発明はこの方法に限られるものではない。よく知られた各種の逆解析の手法を適用することができる。

＜変形例の説明＞
＜処理手順の変形＞
本発明の実施形態のブレーキ圧力分布計測装置１０における処理手順の変形例を図１１に示す。すなわち、図２に示した処理手順を変形した内容を図１１に示してある。また、図１１において図２と対応するステップは同じ番号を付けて示してある。

図１１に示した変形例においては、図２のステップＳ１３、Ｓ１４により得られる変位ＳＧ０２のデータを、事前に計測してデータベースＤＢ２上に保存してある場合を想定している。したがって、図２のステップＳ１３、Ｓ１４は図１１の手順では省略されている。そして、図１１の各ステップＳ１５、Ｓ１７では、計測データログＤＢ１上の変位ＳＧ０１のデータと、データベースＤＢ２上の変位ＳＧ０２のデータとを用いて計算処理を行っている。

＜圧力の二次元分布の計測＞
複数組の変位拡大機構及びストレインゲージを径方向の異なる位置に配置して、各々のストレインゲージの位置で変位を計測することにより、円周方向の圧力分布だけでなく、径方向の圧力分布も計測することができる。これにより、ディスクロータ２０上の二次元のブレーキ圧力分布を把握することができる。

＜その他の変形の可能性＞
図１に示したブレーキ圧力分布計測装置１０においては、回転体であるディスクロータ２０が回転動作を行う場合を想定しているが、例えば計測対象が往復運動を行う運動体の場合であっても、上記と同様に計測することが可能である。また、本発明は、ブレーキシステムに限らず、様々な運動体について圧力分布を計測する適用可能である。

ここで、上述した本発明に係るブレーキ圧力分布計測方法及びブレーキ圧力分布計測装置の実施形態の特徴をそれぞれ以下［１］〜［９］に簡潔に纏めて列記する。
［１］ 回転運動可能な回転体（ディスクロータ２０）と、前記回転体と対向する位置に配置され前記回転体と接触して押圧可能な可動部（キャリパー３０）と、を含む計測対象となるブレーキシステムにおいて、前記可動部の押圧による前記回転体への圧力分布を計測するためのブレーキ圧力分布計測方法であって、
前記回転体上、または前記回転体の近傍に配置したセンサ（ストレインゲージ６０）によって、前記回転体が回転運動している状態で、前記可動部の押圧方向に沿う前記回転体の形状の微少変位を計測し（Ｓ１２）、
前記計測により得られた前記回転体の形状の微少変位に基づき、コンピュータによる解析により前記回転体への圧力分布を算出する（Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７）、
ことを特徴とするブレーキ圧力分布計測方法。
［２］ 上記［１］に記載のブレーキ圧力分布計測方法であって、
前記計測により得られた前記回転体の形状の微少変位に基づき、逆解析により前記回転体への圧力分布を算出する、
ことを特徴とするブレーキ圧力分布計測方法。
［３］ 上記［１］または［２］に記載のブレーキ圧力分布計測方法であって、
前記センサを複数用意しておき、
前記回転体の径方向に互いに異なる位置に配置された前記複数のセンサそれぞれによって、前記回転体の形状の微少変位を計測する、
ことを特徴とするブレーキ圧力分布計測方法。
［４］ 上記［１］から［３］のいずれか１項に記載のブレーキ圧力分布計測方法であって、
前記回転体の運動方向と直交する厚み方向の変位を拡大する変位拡大機構（５０）を用いた前記センサによって、前記回転体の形状の微少変位を計測する、
ことを特徴とするブレーキ圧力分布計測方法。
［５］ 上記［４］に記載のブレーキ圧力分布計測方法であって、
前記回転体が、前記回転体の運動方向と直交する厚み方向に空隙を挟んで対向配置された２枚の回転板（ディスク板２１、２２）で構成される場合に、
前記センサを、前記２枚の回転板の間の空隙箇所に配置して計測を実施する、
ことを特徴とするブレーキ圧力分布計測方法。
［６］ 回転運動可能な回転体（ディスクロータ２０）と、前記回転体と対向する位置に配置され前記回転体と接触して押圧可能な可動部（キャリパー３０）と、を含む計測対象となるブレーキシステムにおいて、前記可動部の押圧による前記回転体への圧力分布を計測するためのブレーキ圧力分布計測装置であって、
前記回転体上、または前記回転体の近傍に配置したセンサ（ストレインゲージ６０）と、
前記回転体が運動している状態で、前記可動部の押圧方向に沿う前記回転体の形状の微少変位を表すデータを、前記センサの出力に基づき取得するデータ計測部（データロガー７０）と、
前記データ計測部が取得した前記回転体の形状の微小変位を表すデータに基づき、逆解析により前記回転体への圧力分布のデータを算出する圧力分布算出部（演算部８０）と、
を備えたことを特徴とするブレーキ圧力分布計測装置。
［７］ 上記［６］に記載のブレーキ圧力分布計測装置であって、
前記センサは、前記回転体の径方向に互いに異なる位置に複数配置され、
前記データ計測部は、前記回転体の形状の微少変位を表すデータを、複数の前記センサの出力に基づき取得する、
ことを特徴とするブレーキ圧力分布計測装置。
［８］ 上記［６］または［７］に記載のブレーキ圧力分布計測装置であって、
前記センサは、前記回転体の運動方向と直交する厚み方向の変位を拡大する変位拡大機構（５０）を用いたものである、
ことを特徴とするブレーキ圧力分布計測方法。
［９］ 上記［８］に記載のブレーキ圧力分布計測方法であって、
前記回転体が、前記回転体の運動方向と直交する厚み方向に空隙を挟んで対向配置された２枚の回転板（ディスク板２１、２２）で構成され、
前記センサが、前記２枚の回転板の間の空隙箇所に配置される、
ことを特徴とするブレーキ圧力分布計測装置。

１０ ブレーキ圧力分布計測装置
２０ ディスクロータ
２０ａ 中央開口部
２１，２２ ディスク板
２３ 空隙
２４ 支持部
３０ キャリパー
３１Ａ ブレーキパッド（通常型）
４０ 油圧ゲージ
５０ 変位拡大機構
５１ 上側ベース部
５２ 第１レバー
５３ 第２レバー
５４ 下側ベース部
５５，５６，５７，５８ 連結部
５９ センサ装着部
５１Ａ 変位
５５Ａ 力点
５６Ａ 第１支点
５８Ａ 第２支点
６０ ストレインゲージ
７０ データロガー
８０ 演算部
９０ 増幅器
９５ 光学エンコーダ

Claims (9)

1. 回転運動可能な回転体と、前記回転体と対向する位置に配置され前記回転体と接触して押圧可能な可動部と、を含む計測対象となるブレーキシステムにおいて、前記可動部の押圧による前記回転体への圧力分布を計測するためのブレーキ圧力分布計測方法であって、
   前記回転体上、または前記回転体の近傍に配置したセンサによって、前記回転体が回転運動している状態で、前記可動部の押圧方向に沿う前記回転体の形状の微少変位を計測し、
   前記計測により得られた前記回転体の形状の微少変位に基づき、コンピュータによる解析により前記回転体への圧力分布を算出する、
   ことを特徴とするブレーキ圧力分布計測方法。
2. 請求項１に記載のブレーキ圧力分布計測方法であって、
   前記計測により得られた前記回転体の形状の微少変位に基づき、逆解析により前記回転体への圧力分布を算出する、
   ことを特徴とするブレーキ圧力分布計測方法。
3. 請求項１または２に記載のブレーキ圧力分布計測方法であって、
   前記センサを複数用意しておき、
   前記回転体の径方向に互いに異なる位置に配置された前記複数のセンサそれぞれによって、前記回転体の形状の微少変位を計測する、
   ことを特徴とするブレーキ圧力分布計測方法。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のブレーキ圧力分布計測方法であって、
   前記回転体の運動方向と直交する厚み方向の変位を拡大する変位拡大機構を用いた前記センサによって、前記回転体の形状の微少変位を計測する、
   ことを特徴とするブレーキ圧力分布計測方法。
5. 請求項４に記載のブレーキ圧力分布計測方法であって、
   前記回転体が、前記回転体の運動方向と直交する厚み方向に空隙を挟んで対向配置された２枚の回転板で構成される場合に、
   前記センサを、前記２枚の回転板の間の空隙箇所に配置して計測を実施する、
   ことを特徴とするブレーキ圧力分布計測方法。
6. 回転運動可能な回転体と、前記回転体と対向する位置に配置され前記回転体と接触して押圧可能な可動部と、を含む計測対象となるブレーキシステムにおいて、前記可動部の押圧による前記回転体への圧力分布を計測するためのブレーキ圧力分布計測装置であって、
   前記回転体上、または前記回転体の近傍に配置したセンサと、
   前記回転体が運動している状態で、前記可動部の押圧方向に沿う前記回転体の形状の微少変位を表すデータを、前記センサの出力に基づき取得するデータ計測部と、
   前記データ計測部が取得した前記回転体の形状の微小変位を表すデータに基づき、逆解析により前記回転体への圧力分布のデータを算出する圧力分布算出部と、
   を備えたことを特徴とするブレーキ圧力分布計測装置。
7. 請求項６に記載のブレーキ圧力分布計測装置であって、
   前記センサは、前記回転体の径方向に互いに異なる位置に複数配置され、
   前記データ計測部は、前記回転体の形状の微少変位を表すデータを、複数の前記センサの出力に基づき取得する、
   ことを特徴とするブレーキ圧力分布計測装置。
8. 請求項６または７に記載のブレーキ圧力分布計測装置であって、
   前記センサは、前記回転体の運動方向と直交する厚み方向の変位を拡大する変位拡大機構を用いたものである、
   ことを特徴とするブレーキ圧力分布計測方法。
9. 請求項８に記載のブレーキ圧力分布計測方法であって、
   前記回転体が、前記回転体の運動方向と直交する厚み方向に空隙を挟んで対向配置された２枚の回転板で構成され、
   前記センサが、前記２枚の回転板の間の空隙箇所に配置される、
   ことを特徴とするブレーキ圧力分布計測装置。

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