JP2023002069A - ブレーキ機構および車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ブレーキの摩擦熱のピークと送風機構の冷却作用のピークのずれを抑制して、ブレーキの制動力が大きくなる場面でも高い冷却性能を実現可能なブレーキ機構及び車両を提供する。
【解決手段】本開示によるブレーキ機構は、車輪に取り付けられて当該車輪と同調して回転する制動用回転部材と、前記制動用回転部材の回転に基づいて冷却風を送風する送風機構と、前記制動用回転部材に対して前記送風機構を摺動接続させて、前記制動用回転部材の回転量が減衰したときに前記送風機構による送風量の低下を遅延させる動力伝達機構と、を含む。
【選択図】 図１

Description

本開示は、ブレーキ機構および当該ブレーキ機構を備える車両に関する。

近年ではＳＵＶをはじめとした比較的重量の大きい車種も市場に投入されており、自動車における制動性の向上に対する要求は益々厳しくなっている。こうした制動性の向上のためにはブレーキの放熱性を改善することも重要であり、例えば通風機能を備えたベンチレーテッド型ディスクロータを用いることなどが行われている。

かようなブレーキシステムにおける放熱性の改善に関しては、下記特許文献に示されるようにブレーキ作用で生じる制動熱を放熱させる機構が提案されている。
例えば特許文献１においては、ホイールハブ３が回転を始めると、これと一体のディスクロータ５が回転し、これにより内歯１２と噛合する３個の遊星歯車１７を回転させることで冷却ファンを駆動させる機構が提案されている。この冷却ファンの旋回風がディスクロータ５の空気孔１１の内部や外周部５ａの外面を通ることによって、ブレーキ作用で制動熱を帯びた外周部５ａや摩擦パッド１０或いはキャリパ８などを冷却することが開示されている。

特開平１－２０４８４３号公報 実開平２－２９３３６号公報 特開平８－２０３１９号公報

上述した特許文献に限らず現在の技術では市場のニーズを適切に満たしているとは言えず以下に述べる課題が存在する。
例えば上記した各特許文献では、ディスクロータ内部のフィン形状を変更して新たな放熱部品をディスクロータに固着する形態や、遊星歯車を介してディスクロータの回転を利用して冷却ファンを駆動させる形態などに留まっている。

すなわち上記した各特許文献で提案されるブレーキ冷却機構は、ディスクロータの回転数に依存しており、ブレーキをかけ始めるとディスクロータの回転数は直ちに減少してしまう。このようにブレーキの開始に伴ってディスクロータへの冷却性能は比較的早期に減少してしまう。換言すれば、各特許文献で提案される冷却（送風）機構では、ブレーキ作用による摩擦熱でディスクロータなどの温度が最大となる場面では冷却性能が不足してしまうことになる。

このように上述した特許文献を含む従来のブレーキ冷却機構では、ブレーキ作用によって生じる摩擦熱のピークと冷却（送風）機構による冷却作用のピークとがずれてしまっており、ブレーキ機構の効率的な冷却に関して未だに改善の余地が大きいと言える。

本開示は、上記した課題を一例に鑑みて為されたものであり、ブレーキの摩擦熱のピークと冷却（送風）機構の冷却作用のピークのずれを抑制して、ブレーキの制動力が大きくなる場面でも相対的に高い冷却性能を実現可能なブレーキ機構及び車両を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本開示の一形態におけるブレーキ機構は、車輪に取り付けられて当該車輪と同調して回転する制動用回転部材と、前記制動用回転部材の回転に基づいて冷却風を送風する送風機構と、前記制動用回転部材に対して前記送風機構を摺動接続させて、前記制動用回転部材の回転量が減衰したときに前記送風機構による送風量の低下を遅延させる動力伝達機構と、を含む。

本開示によれば、ブレーキの摩擦熱のピークと冷却（送風）機構の冷却作用のピークのずれを抑制して、ブレーキの制動力が大きくなる場面でも相対的に高い冷却性能を実現できる。

第１実施形態におけるブレーキ機構を備えた車両を示す模式図である。 第１実施形態におけるブレーキ機構の構造を示す模式図である。 ブレーキ開始後のディスクロータにおける温度変化とブレーキ機構の冷却性能の関係を説明するグラフである。 第１実施形態におけるブレーキ機構の冷却作用を説明するための模式図である。 従来構造と本開示の構造とを比較した場合における、ディスクロータの温度変化とブレーキ機構の冷却性能との関係を説明するグラフである。 第２実施形態におけるブレーキ機構の構造を示す模式図である。 第３実施形態におけるブレーキ機構の構造を示す模式図である。 第４実施形態におけるブレーキ機構の構造を示す模式図である。

次に本開示によるブレーキ機構および車両を実施するための好適な実施形態について説明する。また、以下で詳述する以外の構成については、例えば上記した特許文献を含む公知の車両構造やブレーキシステムを適宜補完してもよい。

［第１実施形態］
＜車両２００＞
図１は、本実施形態に係る車両２００を模式的に示した図である。
なお以下では車両２００の一例として４つのタイヤを具備する四輪車を例示するが、本実施形態の車両２００は、このような四輪車に限られず例えばオートバイなどの公知の二輪車としても適用が可能である。
同図に示した車両２００は、一例として、車両の駆動トルクを生成する公知の駆動力源（不図示）から出力される駆動トルクを左前輪、右前輪、左後輪及び右後輪（以下、特に区別を要しない場合には「車輪」と総称する）に伝達する四輪駆動車として構成されている。
この駆動力源は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関であってもよく、駆動用モータであってもよく、内燃機関及び駆動用モータをともに備えていてもよい。

本実施形態の車両２００は、例えば前輪駆動用モータ及び後輪駆動用モータの二つの駆動用モータを備えた電気自動車であってもよく、それぞれの車輪に対応する駆動用モータを備えた電気自動車であってもよい。また、車両２００が電気自動車やハイブリッド電気自動車の場合、車両には駆動用モータへ供給される電力を蓄積する二次電池やバッテリに充電される電力を発電するモータや燃料電池等の発電機が搭載される。
なお本実施形態の車両２００は四輪駆動車を例示したが、車両２００としては前輪駆動車又は後輪駆動車であってもよい。

車両２００は、車両２００の運転制御に用いられる機器として、上記した駆動力源の他、それぞれ公知の電動ステアリング装置及びブレーキシステムを備えている。駆動力源は、図示しない変速機や前輪差動機構及び後輪差動機構を介して前輪駆動軸及び後輪駆動軸に伝達される駆動トルクを出力する。かような駆動力源や変速機の駆動は、一つ又は複数の電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を含んで構成された車両制御装置により制御される。

また、上記したブレーキシステムは、それぞれ前後左右の駆動輪に制動力を付与する。特に本実施形態におけるブレーキシステムは、例えば油圧式のブレーキ機構として構成され、それぞれのブレーキ機構に供給する油圧が上記した車両制御装置により制御されることで所定の制動力を発生させる。
以下、本実施形態に係るブレーキ機構について詳述する。

＜ブレーキ機構１００＞
本実施形態におけるブレーキ機構１００は、図２に示すように、二輪車あるいは四輪車としての車両２００の車輪に組み込まれて制動力を発揮する機構であって、制動用回転部材１０、送風機構２０及び動力伝達機構３０を含んで構成されている。これによりブレーキ機構１００は、上記した車両制御装置による制御の下で、タイヤが装着されたホイール１２の回転を停止することが可能となっている。なお図２に示すように、ホイール１２は、それぞれ公知のスタッド１３及びナット１４を介してハブ１１に取り付けられていてもよい。

制動用回転部材１０は、車両２００の車輪（具体的にはハブ１１）に取り付けられて当該車輪と同調して回転する部材である。図２に示すように、本実施形態における制動用回転部材１０は、ディスクブレーキを構成する円盤状のディスクロータが例示できる。なお、後述するとおり、本開示における制動用回転部材１０は、上記したディスクブレーキシステムのディスクロータに限られず、例えばドラムブレーキシステムにおけるブレーキドラムやインホイールモーターのローター、流体摩擦を用いたブレーキのハウジングなどであってもよい。

送風機構２０は、前記した制動用回転部材１０の回転に基づいて冷却風を送風する機能を有して構成されている。本実施形態における送風機構２０は、例えば遠心ファンやシロッコファンなどの公知の送風ファンが適用できる。そして図２から理解されるとおり、送風機構２０は、後述する動力伝達機構３０を介して制動用回転部材１０と接続されている。

動力伝達機構３０は、前記した制動用回転部材１０に対して送風機構２０を摺動接続させる機能を有して構成されている。そして本実施形態における動力伝達機構３０は、制動用回転部材１０の回転量が減衰したときに送風機構２０による送風量の低下を遅延させることが可能となっている。

ここで本実施形態において「摺動接続」とは、例えばベンチレーテッドディスクによって発生する風の助力も受けながら、接続される部材同士が所定の摩擦力をもって滑り動くことを許容する接続状態を言う。かような本実施形態における動力伝達機構３０の具体例としては、一例として、制動用回転部材１０よりも車輪の軸側に設けられたベアリングや流体クラッチなどが例示できる。

これにより、例えば制動用回転部材１０が回転を開始した場合には、上記摩擦力の作用によってこの回転動作が遅延して送風機構２０に伝達される。換言すれば、制動用回転部材１０が回転を開始した当初については送風機構２０の回転数は未だ制動用回転部材１０の回転数と一致していないが、時間の経過とともに徐々に制動用回転部材１０と送風機構２０の回転数がほぼ一致する状態に至ることとなる。

他方で、例えば車両２００が安定走行する状態から車輪にブレーキが作用して制動用回転部材１０の回転数が減少した当初については、この制動用回転部材１０と摺動接続された送風機構２０の回転数は直ちに減少せず、時間の経過とともに徐々に制動用回転部材１０の回転数に追随していくこととなる。このように送風機構２０の回転数は、所定の遅延量をもって制動用回転部材１０の回転数に追従することになる。

なお、この所定の遅延量をどの程度とするかは、例えば燃費や運動性能など車両２００に求められるニーズに基づいて上記した摩擦力の値を適宜設計することで決定すればよい。例えばブレーキ時に送風機構２０による送風を出来るだけ維持したい場合には、送風機構２０の回転数が制動用回転部材１０の回転数に対して緩やかに追随していくように上記した摩擦力を比較的小さく設定すればよい。

また、この所定の遅延量に関する調整の態様としては、上記した摩擦力の調整の他、例えば送風機構２０の一例としてのファンの重量や、このファンにおけるフィンのサイズやフィン数によっても調整することができる。より具体的に例えばファンの重量を増加させると、上記した追随の度合いをより緩やかにできる。また、フィンのサイズやフィン数を増加させると、瞬間的な風量を増加させつつ制動用回転部材１０との持続時間を減少させることができる。

なお本実施形態では動力伝達機構３０の具体例としてベアリングを用いる例を継続して説明するが、本実施形態の動力伝達機構３０としては、上記に代えて例えば公知のワンウェイクラッチを用いてもよい。

図２に示すように、本実施形態における送風機構２０は、上記した動力伝達機構３０を介して、車輪のハブ１１に取り付けられることが好ましい。より具体的には、本実施形態では車輪のハブ１１には動力伝達機構３０としてのベアリングが設けられ、このベアリングに送風機構２０としてのファンが取り付けられている。

従って車両２００が移動して車輪が回転すると、この車輪の回転がベアリングの摺動抵抗を介してファンに伝達することになる。これにより、例えば制動用回転部材１０がベンチレーテッドディスクの場合にはその通風孔を通って径方向へ冷却風をより効率的に通過させることが可能となっている。

なお本実施形態では、図２に示すように送風機構２０及び動力伝達機構３０は車輪のハブ１１に取り付けられる態様であったが、本開示はこの形態に限定されない。換言すれば、車輪の回転に送風機構２０が追従可能な限りにおいて送風機構２０及び動力伝達機構３０の取り付け態様は特に制限されず、例えば車輪のハブ１１と連結される制動用回転部材１０やホイール１２などに取り付ける態様であってもよい。

すなわち、本実施形態の送風機構２０は、動力伝達機構３０を介して、前記した車輪のハブと制動用回転部材の少なくとも一方に接続されていてもよい。
また、図２では単一の送風機構２０を示しているが、本実施形態の送風機構２０は一箇所のみに配置される形態に限定されず、例えばハブ１１の複数箇所に送風機構２０がそれぞれ取り付けられる態様であってもよい。

＜ブレーキ機構１００の作用＞
次に図３～図５も参照しつつ、本実施形態におけるブレーキ機構１００による制動用回転部材１０の冷却作用について説明する。
車両２００が移動すると車輪が回転し、この車輪の回転に追従して送風機構２０が回転する。一方で、車両２００がブレーキ機構１００の作用によって減速すると、車輪の回転数の減少に追従して遅延しながら送風機構２０の回転数も減少することになる。

そして図３に示すように、例えば相対的に弱いブレーキ作用が連続するような場合（Ｃａｓｅ１）では、時間の経過と共に制動用回転部材１０（ディスクロータ）の温度α１（図３の実線）は上昇する。また、このディスクロータの温度α１が上昇することに伴って、ディスクロータの冷却性能α２（図３の破線）は時間の経過と共に減少することになる。

一方で、例えばアップダウンが続く道路を走行する場合や突発的な急ブレーキを使用して走行する場合（Ｃａｓｅ２）では、ディスクロータとブレーキパッドとの間で発生する大きな摩擦力によって強い発熱を伴うことから、上記したＣａｓｅ１に比してディスクロータの温度上昇率やディスクロータの冷却性能の減少率が急峻となる。

このようにブレーキ作用に伴うディスクロータの温度上昇と冷却性能とは反比例する関係にあると言える。そして上記した特許文献を含む従来技術では、車輪における回転数の変化率と冷却ファンにおける回転数の変化率とが実質的に同じであるため、ブレーキ作用を強くすればするほどディスクロータにする冷却性能は低下してしまう。

これに対して本実施形態によるブレーキ機構１００では、制動用回転部材１０に対して動力伝達機構３０を介して送風機構２０が摺動接続されている。そのため、本実施形態によるブレーキ機構１００では、車輪における回転数の変化率と冷却ファンにおける回転数の変化率は同じではなく上記した遅延量を有して追従する関係となっている。

従って図４から理解されるとおり、安定走行時（図４（ａ）の状態）からブレーキ開始後の所定期間（図４（ｂ）の状態）において、車輪の回転が減衰又は減速を開始した時には制動用回転部材（ディスクロータ）１０の回転数Ｒｄは送風機構（ファン）２０の回転数Ｒｆより小さくなる。そして、さらにブレーキ機構１００によるブレーキング動作が継続されると、タイヤの回転が停止して停車状態（図４（ｃ）の状態）となる。

一方で車両２００の始動後において、車輪の回転が増速を開始する所定期間（図４（ｄ）の状態）では、制動用回転部材１０の回転数Ｒｄは、送風機構２０の回転数Ｒｆ以上となる。そして車両２００が始動して安定走行となった場合には、図４（ａ）に示す状態に遷移する。

従って図５に示すように、本実施形態のブレーキ機構１００によれば、上記した特許文献を含む従来技術に比して、例えば上記したＣａｓｅ２では、ディスクロータの温度上昇率やディスクロータの冷却性能の減少率を低下させることが可能となる。

以上説明した本実施形態におけるブレーキ機構１００によれば、ブレーキの摩擦熱のピークと冷却（送風）機構の冷却作用のピークのずれを抑制して、ブレーキの制動力が大きくなる場面でも高い冷却性能を実現することができる。

［第２実施形態］
＜ブレーキ機構１１０＞
上記した第１実施形態のブレーキ機構１００においては、送風機構２０は、動力伝達機構３０を介して車輪のハブ１１に取り付けられていた。これに対して本実施形態におけるブレーキ機構１１０では、送風機構２０は、動力伝達機構３０を介して制動用回転部材１０に取り付けられていてもよい。従って、既述の実施形態で説明した構成については、同一の参照番号を付すとともに適宜その説明は省略する。

すなわち、図６に示すように、本実施形態のブレーキ機構１１０においては、制動用回転部材１０としてのディスクロータの外周面（回転軸から最も離間した端面）に、上記した動力伝達機構３０を介して送風機構２０が取り付けられていてもよい。このような形態によっても、例えば制動用回転部材１０がベンチレーテッドディスクの場合にはその通風孔を通って径方向へ冷却風をより効率的に通過させることが可能となっている。

なお同図に示すように、ブレーキ機構１１０のうちダストカバーＤＣは、上記した送風機構２０の側面を覆うように径方向内側まで延長されていてもよい。これにより、例えば車輪の回転に追従して送風機構２０によって発生する冷却風を、車輪の軸方向内側から外側に向けて効率的に流すことが可能となる。

以上説明した第２実施形態のブレーキ機構１１０によっても、上記した第１実施形態と同様に、制動用回転部材１０の周囲において冷却風を径方向の内側から外側へより効率的に通過させることが可能となっている。

［第３実施形態］
＜ブレーキ機構１２０＞
図７に示すように、本実施形態のブレーキ機構１２０においては、制動用回転部材１０としてのディスクロータがベンチレーテッドディスクではなくソリッドタイプのディスクロータとなっていてもよい。

かようなソリッドタイプのディスクロータも本開示における制動用回転部材１０として適用が可能となっている。なお、送風機構２０は、動力伝達機構３０を介して車輪のハブに取り付けられているが、動力伝達機構３０を介して制動用回転部材１０の外周面や側面（例えばダストカバーＤＣとは反対側の面）に取り付けられていてもよい。

以上説明した第３実施形態のブレーキ機構１２０によっても、上記した各実施形態と同様に、制動用回転部材１０の周囲において冷却風を径方向の内側から外側へより効率的に通過させることが可能となっている。

また、本実施形態のブレーキ機構１２０におけるダストカバーＤＣは、送風機構２０によって送風される冷却風のガイド機能を有していてもよい。従って同図から理解されるとおり、例えばダストカバーＤＣのうち径方向外側の外周縁が制動用回転部材１０の外周面に沿うように折り曲げられていてもよい。これにより、例えば車輪の回転に追従して送風機構２０によって発生する冷却風を、車輪の軸方向内側からホイール１２側などに向けて効率的に流すことが可能となる。

［第４実施形態］
＜ブレーキ機構１３０＞
上記した各実施形態では、円盤状のディスクロータを用いたディスクブレーキシステムが適用されていた。これに対して本実施形態では、ドラム状のブレーキドラムを用いたドラムブレーキシステムが適用されている。すなわち本開示のブレーキ機構は、ディスクブレーキシステムに限られずドラムブレーキシステムに対しても適用が可能となっている。

すなわち図８に示すように、本実施形態のブレーキ機構１３０においては、制動用回転部材１０としてブレーキドラムが車輪のハブ１１に取り付けられた構成となっていてもよい。また、本実施形態のブレーキ機構１３０においては、このブレーキドラムに対して動力伝達機構３０を介して送風機構２０が取り付けられていてもよい。

なお本実施形態では、送風機構２０が動力伝達機構３０を介して制動用回転部材１０の側面側（ホイール１２と対向する面）に配置されているが、本開示はこの形態に限られない。すなわち、本実施形態の送風機構２０は、動力伝達機構３０を介して制動用回転部材１０の外周面側（本例ではブレーキドラムのうち最外周面）に配置される形態であってもよい。

以上説明した第４実施形態のブレーキ機構１３０によっても、上記した各実施形態と同様に、制動用回転部材１０の周囲において冷却風を径方向の内側から外側へより効率的に通過させることが可能となっている。

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されない。当業者であれば上記した実施形態に対して更なる修正を試みることは明らかであり、これらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

１００～１３０ ブレーキ機構
１０ 制動用回転部材
２０ 送風機構
３０ 動力伝達機構
ＤＣ ダストカバー
２００ 車両

Claims (5)

1. 車輪に取り付けられて当該車輪と同調して回転する制動用回転部材と、
   前記制動用回転部材の回転に基づいて冷却風を送風する送風機構と、
   前記制動用回転部材に対して前記送風機構を摺動接続させて、前記制動用回転部材の回転量が減衰したときに前記送風機構による送風量の低下を遅延させる動力伝達機構と、
   を含む、
   ブレーキ機構。
2. 前記車輪の回転が減速を開始した時には前記制動用回転部材の回転数は前記送風機構の回転数より小さくなる一方で、前記車輪の回転が増速を開始した時には前記制動用回転部材の回転数は前記送風機構の回転数以上となる、
   請求項１に記載のブレーキ機構。
3. 前記動力伝達機構は、前記制動用回転部材よりも前記車輪の軸側に設けられたベアリング又はワンウェイクラッチである、請求項１又は２に記載のブレーキ機構。
4. 前記送風機構は、前記動力伝達機構を介して、前記車輪のハブと前記制動用回転部材の少なくとも一方に接続されてなる、
   請求項１～３のいずれか一項に記載のブレーキ機構。
5. 請求項１～４のいずれか一項に記載のブレーキ機構を備えた車両。

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