JP2855839B2

JP2855839B2 - 車両用制動装置

Info

Publication number: JP2855839B2
Application number: JP2271379A
Authority: JP
Inventors: 裕彦森川; 友二石川; 正光竹林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1990-10-09
Filing date: 1990-10-09
Publication date: 1999-02-10
Anticipated expiration: 2014-02-10
Also published as: JPH04146866A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、電気エネルギーを用いて車両を制動する車
両用制動装置に関するものである。

〔従来の技術〕車輪の回転を制動する制動装置として、センサにより
検出した検出信号を電気回路が入力し、その検出信号に
基づき、電気回路が制動装置に指令信号を出力指令して
制御装置を作動させるものが知られている。

第６図に示す特開昭62−258844号公報に記載された制
動装置はその一例である。

この制動装置においては、ブレーキペダル101の踏力
をシリンダケース111の油室117を介して検出する踏力セ
ンサ119の出力信号と、始動スイッチ検出センサ502、車
輪速度センサ181、加速度センサ183、圧力センサ503に
よって検出された各出力信号を制御回路331が入力して
おり、この制御回路331は、導線333を介して、マスター
シリンダ201の電歪素子311に制御信号を送信している。

また、制御回路331は、イグニッションSW501がOFF時
に圧力センサ503からの圧力信号に基づきアキュームレ
ータ145の圧力が不足することを確認すると、モータ143
に駆動信号を送信してアキュームレータ145の圧力を所
定値圧以上に増圧して、坂道駐車時の不慮の車両移動を
防止している。

マスターシリンダ201は、制御回路331から出力された
制御信号によって電歪素子311が伸縮して、小ピストン2
91およびスプール276を図中左右方向に移動させる。

この移動によって、マスターシリンダ201内部は、圧
力室271と圧力入力ポート207あるいは圧力開放ポート21
3間が連通・遮断されて圧力室271の体積変化が生じる。

このことより、移動ピストン241が図中左方に移動す
ると、圧力解放ポート213が閉じて、加圧室255の油圧が
増圧されて、ホイルシリンダ161bを介して、車輪に制動
圧が供給される。

また、移動ピストン241が図中右方に移動すると、圧
力解放ポート213が開いて、加圧室255の油圧が減圧され
て、ホイルシリンダ161bを介して車輪の制動圧は減少す
る。

〔発明が解決する課題〕

しかし、この制動装置においては、イグニッションSW
502がOFFになった時に、圧力センサ503によって、アキ
ュームレータ145からマスタシリンダ201へ供給する圧力
が不足している情報を制御回路331が確認し、且つ、そ
の情報に基づき電気モータ143に駆動信号を出力する
と、制御回路から駆動信号を受けた電気モータ143がポ
ンプ141を駆動させて油圧を供給するシステムである
為、バッテリ電圧が不足している状態であると、マスタ
ーシリンダへ201への油圧の供給が不足する恐れがあ
る。

本発明は、以上のことに鑑みてバッテリ電源を要する
ことなく制動力を得ることが可能な制動装置を提供する
ことを課題とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上述した課題を達成するために、ブレーキ
踏み込み操作に要した仕事量を電気エネルギーに変換し
て、該電気エネルギーによって制動装置を作動させるこ
とによって、制動力を得るものであり、上述した課題を
解決するために第１図に示すように、ブレーキベダル12
を有するブレーキ操作手段100と、各輪ごとに設けられ
た車輪制動手段60を有する車両用制動装置において前記ブレーキ操作手段100は、前記ブレーキペダル12
にかかる踏み込み力を電気エネルギーに変換する複数の
圧電素子の積層からなる第１の圧電積層体26を有してお
り、前記車輪制動手段60は、前記電気エネルギーを入力
して制動力に変換する複数の圧電素子の積層からなる第
２の圧電積層体62を備えることを特徴とする。

〔作用〕

上記手段によれば、塔乗者によってブレーキペダル12
の操作が行われた際に、ブレーキ操作手段100の第１の
圧電積層体26によってブレーキペダル12にかかる踏み込
み力が電気エネルギーに変換され、その電気エネルギー
が車輪制動手段60の第２の圧電積層体62に入力されるこ
とで、第２の圧電積層体62は変位して、車輪を制動する
制動力を発生する。

〔実施例〕

以下、本発明を車両の各車輪に適応した場合を例にと
り、図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明の第１実施例の制動装置の全体構成
の概略を示す図である。

車両10の運転席と軸16によってブレーキペダル12が回
転可能に固定されており、ブレーキペダル12は、軸18に
よってバー14と連結されている。さらに、ブレーキペダ
ル12の軸18付近には、スプリング20が車両10と連結され
ており、ブレーキペダル12を図中右方向（踏力解除方
向）へ付勢している。

バー14の他端側には平板状のプレート22が形成されて
いる。

プレート22は、絶縁物からなるケース24の内部に配設
されており、ケース24の内部の電歪積層体26b、26dに当
接している。

ケース24は、内部が25aと25bに仕切られており、内部
25aに電歪積層体26aと26cが、内部25bに電歪積層体26b
と26dが絶縁体28を挟んで各々直列に収納されている。

各電歪積層体26（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）は、複数枚の圧電
セラミックの薄板を電極を挟んで積層したものであり、
一方向に分極している。

電歪積層体26（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）は、ブレーキペダル
12から踏力を受けることにより、結晶歪を起こし、正電
荷と負電荷の分極が生じて、電荷が放電されると、縮小
するもので、各電歪積層体26（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）に発生
した各電荷は、電線によって、回路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄへ各
々供給される（ブレーキ操作手段100）。

また、電歪積層体26（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）は、電極間に
電荷が与えられることで伸張する。

なお、電歪積層体26は、車輪制動機構60に備えられた
電歪積層体62（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）に蓄積された電荷が供
給され、また、後述するようにブレーキペダル12の踏力
が解除された時、アーススイッチ32が、プレート22によ
ってバネ36の弾性力に抗じて図中右方向に移動して、ON
状態となりアース34と電歪積層体26（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）
が接続されて、ダイオード38を介して電荷が供給される
ことにより伸長する。

なお、回路Ａは、右後輪（不図示）に設置された後述
する後輪制動機構60に接続されており、回路Ｂ、回路
Ｃ、回路Ｄも右前輪、左後輪、左前輪に各々同様に接続
されるもので、ここでは、回路Ａを例にとって説明を行
い、回路Ｂ、Ｃ、Ｄの構成については省略する。

電歪積層体26aは、電線42、44によってスイッチ回路
１、３のスイッチS1、S3の端子ａに接続されており、以
下の通常ブレーキ手段或いは異常時のブレーキ手段の何
れかを構成する。

アンチロックブレーキシステムを作動させる通常ブレ
ーキ手段では、スイッチS1、S3および後述するスイッチ
回路２、４のスイッチS2、S4は、制御回路40から通電さ
れる直流駆動電流によって、スイッチS1、S2、S3、S4に
配置されたコイルを励磁されており、各スイッチS1ない
しS4は図中左方向の各端子ａに接続されている。

ゆえに、電線42と電線48、電線44と電線49が接続さ
れ、後述する踏力によって発生した電荷が制御回路40に
入力される。

制御回路40は、車輪制動機構60の電歪積層体62に高電
圧を印加する圧電素子駆動回路41と、車輪制動機構60に
設置されたバッテリ50と、車速センサ51と、車輪速度を
検出する車輪速度センサ52と、スイッチ回路１、２、
３、４に接続されている。

制御回路40は内部に（図示は省略する）後述するアン
チロックブレーキを作動を行うCPU、ROM、RAM等を備え
る第１のマイクロコンピーュタと、第１のマイクロコン
ピュータの異常を監視する第２のマイクロコンピュータ
と、電歪積層体26aから出力された電荷の移動量を検出
してマイクロコンピュータに出力する電荷検出回路と、
車速センサ51および車輪速度センサ52の出力信号の波形
を整形する波形整形回路と、スイッチ回路１、２、３、
４に直流励磁電流を出力する励磁電流出力回路などを備
えている。

なお、電荷検出回路は、アース（不図示）に接地され
ており、電歪積層体26aの電荷が不足する時アースによ
って電荷が電歪積層体26aへ供給される。

圧電素子駆動回路41は、図示は省略するが、バッテリ
50の電圧を入力して、高電圧電源に変換する高電圧電源
回路と、車輪制動手段60の電歪積層体62に高電圧を印加
する高電圧印加回路を備えており、高電圧印加回路は、
電線45Aと電線45および電線43Aと電線43によって電歪積
層体62に導通している。

以上の構成からなる通常ブレーキ手段は、ブレーキダ
ル12の操作によってプレート22が図中左方向に移動する
と、電荷が電歪積層体26aによって発生して、電線48、4
9を経て、制御回路40の電荷検出回路に移動する。

制御回路40は、電荷検出回路によって検出した電荷の
移動量より、第１のマイクロコンピュータのCPUに予め
記憶された電圧と制動力マップから電歪積層体62に与え
る制動力（指令電圧）の値を算出し、記憶する。

なお、この指令電圧の値は、指令電圧の値をマップに
よって算出する際に、ブレーキペダル12が初期の状態か
ら踏む動作が行われたか否かを検出して、初期の動作で
なければ前回の算出した指令電圧の値に積算されるもの
であり、圧電素子駆動回路41によって高電圧に変換され
て電歪積層体62に出力され、車輪の制動が行われる。

第１のマイクロコンピュータは、常時、車輪速度セン
サ52によって車輪の回転数を監視しており、車輪の制動
によって、車輪の回転数が所定値以上減少した場合は、
車輪がロックしたと判断して、指令電圧の値を所定値β
だけ演算して、指令電圧の値を補正して出力する。

なお、所定値βは第１のマイクロコンピュータのCPU
に予め記憶された車輪回転数，車速と電圧マップによ
り、車速センサ51、車輪速度センサ52が検出した車輪回
転数と高速の値に応じて所定値βの値の大きさを設定す
るものである。

以上の制御によって、アンチロックブレーキシステム
の作動が行われる。

次に、第１のマイクロコンピューが異常の際または、
バッテリ50の電圧が異常の際は、第２のマイクロコンピ
ュータによって異常が検知され、スイッチ回路１、２、
３、４への直流励磁電流の通電を中止する。

ゆえに、各スイッチ回路１ないし４のスイッチS1、S
2、S3、S4は、図中右方向（端子ｂ）に移動して、電線4
2、44はスイッチS1、S3を介して、電線43、45と連通す
ると共に、スイッチS2、S4はアースに接続される。

このことより、電歪積層体26aと電歪積層体62が直接
連通した状態の非常時のブレーキ回路が構成される。

なお、電歪積層体62は、電歪積層体26と同様に圧電セ
ラミックの薄板を電極を挟んで積層して、一方向に分極
してため、正の電圧を加えることで伸張し、負の電圧を
加えることで収縮する。

この為、ブレーキ操作手段100によって、ブレーキペ
ダル12およびプレート22が図中左方向に移動すると、電
歪積層体26aによって電荷が発生する。

分極されて発生した電荷は、電線42、43を介して車輪
制動機構60の電歪積層体62へ移動して、電歪積層体62の
各々の電極に蓄電されて電極間に高電圧を発生させる。

ゆえに、電歪積層体62が瞬時に伸張して、制動力を発
生させる。

次に、ブレーキペダル12が、図中左方向に移動した状
態が維持されると、プレート22によって電歪積層体26a
も同様に収縮された状態が維持される。

ゆえに、電歪積層体26aの収縮時に移動した電荷は、
電歪積層体62に保存されており、電歪積層体26aは、伸
張した状態を維持し、制動力を確保する。

次に、踏力が弱められ、ブレーキペダル12が図中左方
向から右方向に移動すると、プレート22は、電歪積層体
26aへの押圧を解除して図中右方向に移動する。

この為、電歪積層体26aは、電荷を電歪積層体60より
吸収して、伸張する。

また、電歪積層体60は、電歪積層体26aにより、電荷
が吸収されたことにより、吸収された電荷の量に応じて
収縮する。

なお、異常時のブレーキ回路は、ブレーキペダル12の
操作が行われ、電歪積層体26aと電歪積層体60間で、電
荷の移動が繰り替えされるとエネルギー損失が生じ、電
歪積層体26a、60の伸縮する距離に誤差が生じるため、
ブレーキペダル12の踏力が解除された時、電歪積層体26
a、電歪積層体62に電荷を与えて伸張させる手段を備え
ている。

即ち、伸張させる手段とは、ブレーキペダル12の踏力
が解除されると、アーススイッチ32が、プレート22によ
ってバネ36の弾性力に抗じて図中右方向に移動して、ON
状態となりアース34と電歪積層体26（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）
がダイオード38を介して接続されて、電歪積層体26（a
b、ｃ、ｄ）へ電荷を供給するものである。

第２図は、車輪の制動機構の一実施例を示す図であ
る。

車軸66には、ブレーキディスク68が、ハブナット70に
よって車軸66と一体に回転可能なアクスルハブ72に取り
付けられている。さらに車軸66には、ベアリング（不図
示）を介して、ブレーキハウジング74が取り付けられて
いる。

ブレーキハウジング74の内部には、電歪積層体62が車
軸方向に伸縮するように配設されている。電歪積層体62
は、円筒状の絶縁ケース63内に電歪積層体26と同様に圧
電セラミックの薄板を電極を挟んで積層されている。

絶縁ケース63の両端は、絶縁物からなる押圧板76a、7
6bが覆っており、絶縁ケース63と摺動可能に設置されて
いる。

押圧板76a、76bの外側には、突部78a78bが突出してお
り、アーム80a、80bに当接している。

アーム80a、80bは、車軸側端部の回転軸82a、82bがブ
レーキハウジング74に回転可能に固定されており、アー
ム80a、80bが車軸方向に直角に維持されるようにアーム
の他端間にコイルスプリング84が設置されている。

アームの他端の外側には、突出部85a、85bが形成され
ており、キャリパー86aとキャリパー86bに当接してい
る。

キャリパー86aは、ブレーキディスク68とアーム80a間
のブレーキハウジング74に形成された溝88aを摺動可能
に置かれており、ブレーキディスク68側のキャリパー86
a側には、ブレーキパッド90aが取り付けられている。

一方、Ｃ字状に形成されたキャリパー86bの一端は、
ブレーキディスク68を介してキャリパー86aに対向して
おり、ブレーキパッド90bが取り付けられている。ま
た、キャリパー86bの他端は、アーム80b側のブレーキハ
ウジング74に形成された溝88bを摺動可能に置かれてお
いる。

ブレーキパッド90a、ブレーキパッド90bとブレーキデ
ィスク68の間には、所定の空間が置かれており、この所
定の空間が零になった後に制動力が発生する。

踏力と制動力の関係は、所定の空間の設定と、電歪積
層体62が伸張した際に、突部78a、78bがアーム80a、80b
を押圧する位置の設定と、電歪積層体26aおよび電歪積
層体60の大きさの設定と、ブレーキペダル12の軸18の設
定によって決定される。

第３図は、第１実施例の異常時のブレーキ回路Ｂ、Ｄ
（後輪側）の電線42、43間及び電線44、45間に電気回路
を接続することで、ブレーキ特性を変化させる応用例の
概略図である。

また、第４図（Ｉ），（II），（III）は、第３図に
接続する電気回路であり、各図を用いて、ブレーキ特性
を変化させる方法を説明する。

なお、回路Ｂ、Ｄは同じ構成であるため、以降の説明
は、回路Ｄの説明は省略する。また、前述したブレーキ
回路Ａと重複する構成の説明は省略する。

第４図（Ｉ）は電線42、43間にツェナーダイオード92
aを設置して、ブレーキペダル12のストローク量S1と電
歪積層体62bの伸張量S2の関係を設定する手段である。

ブレーキペダル12を図中左方向に踏み込むことによ
り、電歪積層体26より電荷が電線42側からツェナーダイ
オード92a方向に移動する。

少量の電荷が移動する時、即ち、ツェナーダイオード
92a間の電圧が低い状態では、ツェナーダイオード92aの
電荷は、通過しにくい為、前述の回路Ａの特性と比較す
ると、電歪積層体62bの伸張量S2は、低くなる。

電荷の移動が或る一定量を越えると、即ちツェナーダ
イオード92a間の電圧が高い状態では、ツェナーダイオ
ード92aになだれ現象が生じて大量の電荷が移動を開始
するため、電歪積層体62bの伸張量S2は、電気回路を使
用しない時の特性に近い値となり、ブレーキペダル12
のストローク量S1と電歪積層体62bの伸張量S2の関係を
示す第５図のＩの特性曲線が得られる。

第４図（II）は電線42、43間にコンデンサC1とアース
を直列で接続したもので分岐して、ブレーキペダル12の
ストローク量S1と電歪積層体62bの伸張量S2の関係を設
定する手段である。

電荷が、電線42から電線43側へ移動すると電荷は、電
線43から、電歪積層体62bへ移動して、一部がコンデン
サC1に帯電される。

電荷は、徐々にコンデンサの電極に帯電される為、電
歪積層体62bの伸張量S2は電気回路を使用しない時の特
性より比較的小さくなり、第５図のIIの特性曲線が得
られる。

第４図（III）は、電線42、43間にツェナーダイオー
ド92bとコンデンサC2とアースを直列に接続したもので
分岐して、ブレーキペダル12のストローク量S1と電歪積
層体62bの伸張量S2の関係を設定する手段である。

電荷の移動量がある一定量となる迄、即ち電線42、43
とツェナーダイオード92b間の電位差がある一定の値と
なる迄は、なだれ効果は生じない為、電歪積層体62bの
伸張量S2は、回路Ａの特性とほぼ同じになり、電荷の移
動量がある一定量を越えるとアース側に電荷が流れ込み
電歪積層体62bの伸張量S2は、電気回路を使用しない時
の特性より比較的小さくなる。

以上のことより、前輪と後輪の制御特性を自由に設定
することが可能となる。

また、ブレーキペダル操作に要する踏力を電否積層体
によって電気エネルギーに変換する（ブレーキ操作手
段）と共に、その電気エネギーを車輪制動機構（車輪制
動手段）の電歪積層体に通電することで、油圧式ブレー
キより、さらに速い応答の制動特性を得ることが可能と
なる。

さらには、ブレーキペダル操作に要する踏力を電歪積
層体によって電気エネルギーに変換する（ブレーキ操作
手段）と共に、その電気エネギーを車輪制動機構（車輪
制動手段）の電歪積層体に通電することで、油圧式ブレ
ーキに設けられるオイルリザーバが不要となりエンジン
ルームのスペース削減が図れると共に、オイル補充作業
が不要となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、搭乗者によってプレーキペダルの操
作が行われた際に、ブレーキ操作手段の第１の圧電積層
体によって、ブレーキペダルにかかる踏み込み力が電気
エネルギーに変換され、その電気エネルギーが、車輪制
動手段の第２の圧電積層体に入力されると共に、その入
力された電気エネルギーによって、第２の圧電積層体が
伸長することで車輪を制動する制動力を発生させること
が可能になる。つまり電気エネルギーが車輪制動手段を
動作させるための動力としてそのまま用いられている。
したがって、バッテリからの電力供給を要せずとも、搭
乗者のブレーキペダル操作に要した仕事量によって車輪
の回転を制動させることが可能となる。また、ブレーキ
ペダルの踏み込み力に応じた電気エネルギーを発生させ
るために格別の制御装置および演算が不要であり、制動
装置の構造の複雑化、および制御の複雑化を抑制するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例の制動装置の全体構成の
概略を示す図である。第２図は、車輪の制動機構の一実施例を示す図である。第３図は、第１実施例の異常時のブレーキ回路のブレー
キ特性を変化させる応用例の概略図である。第４図の（Ｉ），（II），（III）は、第３図に接続す
る電気回路図である。第５図は、第４図の（Ｉ），（II），（III）を異常時
のブレーキ回路に用いた際の電歪積層体の関係を示す図
である。第６図は、従来技術を示す。符号の説明 1,2,3,4:スイッチ回路 S1,S2,S3,S4:スイッチ 10:車両、12:ブレーキペダル 22:プレート、24:ケース 25a,25b:内部、32:アーススイッチ 34:アース、38:ダイオード 40:制御回路、41:圧電素子駆動回路 50:バッテリ、52:車輪速度センサ 60:車輪制動機構、62:電歪積層体 63:絶縁ケース 66:車軸 68:ブレーキディスク 70:ハブナット、74:ハウジング 76a,76b:押圧板 78a,78b:突部 80a,80b:アーム 82a,82b:回転軸 84:コイルスプリング 85a,85b:突出部 86a,86b:キャリパー 88a,88b:溝 90a,90b:ブレーキパッド 92a,92b:ツェナーダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０２Ｎ 2/00 Ｈ０２Ｎ 2/00 Ｂ (56)参考文献特開昭63−266227（ＪＰ，Ａ) 特開平２−57731（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−148555（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−197733（ＪＰ，Ｕ) 実開平１−68517（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B60T 13/66,1/06,7/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ブレーキペダルを有するブレーキ操作手段
と、各輪ごとに設けられた車輪制動手段を有する車両用
制動装置において、前記ブレーキ操作手段は、前記ブレーキペダルにかかる
踏み込み力を電気エネルギーに変換する複数の圧電素子
の積層からなる第１の圧電積層体を有しており、前記車輪制動手段は、前記電気エネルギーを入力して制
動力に変換する複数の圧電素子の積層からなる第２の圧
電積層体を備えることを特徴とする車両用制動装置。