JP3799786B2

JP3799786B2 - 電動式ブレーキ装置

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Publication number: JP3799786B2
Application number: JP34166197A
Authority: JP
Inventors: 栄治中村; 健次白井; 康徳 ▲吉▼野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-12-11
Filing date: 1997-12-11
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2017-12-11
Also published as: JPH11171006A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動式ブレーキ装置に係り、特に、バッテリから供給される電力を用いて制動力を発生する車載用の電動式ブレーキ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば特開平４ー１０８０５８号に開示される如く、バッテリから供給される電力を用いて制動力を発生するブレーキ装置が知られている。上記従来の装置は、超音波モータを動力源として作動する電動式キャリパを備えている。電動式キャリパは、超音波モータの作動状態に応じた力でディスクロータを把持する。上記の装置によれば、超音波モータを適当に駆動することで、適当な制動力を発生させることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の装置において、運転者の要求する制動力を得るためには、その制動力の変動に応じて超音波モータを速やかに駆動することが必要である。超音波モータの駆動には電力消費が伴う。従って、バッテリが消耗しており、超音波モータに対して十分な電力が供給できない状況下では、運転者の要求する制動力が変化した後、その変化が現実に制動力に現れるまでに遅延が生じ易くなる。このため、上記従来の装置は、バッテリの消耗状態にその制動力特性が影響され易いという課題を有していた。
【０００４】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、バッテリの消耗状態に影響されることなく、常にほぼ一定の制動力特性を発揮する電動式ブレーキ装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、請求項１に記載する如く、電気的に駆動されることにより制動力を発生するブレーキアクチュエータを備える電動式ブレーキ装置において、
前記ブレーキアクチュエータに電力を供給するバッテリと、
前記バッテリの消耗状態を検出する消耗状態検出手段と、
前記バッテリについて所定の消耗状態が検出された場合に、車両の運動エネルギを所定値以下に制限する運動エネルギ制限手段と、
を備える電動式ブレーキ装置により達成される。
【０００６】
本発明において、ブレーキアクチュエータは、バッテリから電力の供給を受けて制動力を発生する。従って、バッテリが消耗している場合は制動力の立ち上がりが緩やかになり易い。このような状況下では、車両が大きな運動エネルギを伴って走行しているほど制動特性に大きな変化が現れ易い。換言すると、バッテリが消耗している場合であっても、車両の運動エネルギが小さい場合は、制動特性に大きな変化は生じ難い。
【０００７】
本発明においては、バッテリの消耗が検出されると、車両の運動エネルギが所定値以下に制限される。このため、電動式ブレーキ装置は、バッテリが消耗している場合であっても、バッテリが消耗していない場合と同等の制動力特性を実現する。
尚、本発明において、車両の運動エネルギを制限する手法には、車速を制限する手法や、内燃機関等の駆動源の運転領域を制限する手法が含まれると共に、車速や運転領域のガード値を車両の重量に応じて修正する手法が含まれる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１実施例の電動式ブレーキ装置のシステム構成図を示す。本実施例の電動式ブレーキ装置は、電子制御ユニット１０（以下、ＥＣＵ１０と称す）を備えている。ＥＣＵ１０は、車両の制動力および駆動力を制御する装置である。
【００１１】
電動式ブレーキ装置は、また、車両の各輪と共に回転するディスクロータ１２，１４，１６，１８を備えている。ディスクロータ１２，１４，１６，１８の近傍には、電動キャリパ２０，２２，２４，２６が配設されている。電動キャリパ２０，２２，２４，２６は、それぞれ、ディスクロータ１２，１４，１６，１８の両面に配設されるブレーキパッド（図示せず）、および、それらのブレーキパッドをディスクロータ１２，１４，１６，１８の表面に向けて押圧する力（以下、この力をロータ挟持力と称す）を発生するブレーキモータ２８，３０，３２，３４を備えている。
【００１２】
ブレーキモータ２８，３０，３２，３４には、駆動回路３６，３８，４０，４２が接続されている。駆動回路３６，３８，４０，４２は、ＥＣＵ１０から供給される指令信号に応じた電力をブレーキモータ２８，３０，３２，３４に供給する回路である。各ブレーキモータ２８，３０，３２，３４は、駆動回路３６，３８，４０，４２から供給される電力に応じたロータ挟持力を発生する。
【００１３】
駆動回路３６，３８，４０，４２には、リレーユニット４４が接続されている。更に、リレーユニット４４には、主バッテリ４６、補助バッテリ４８およびＥＣＵ１０が接続されている。リレーユニット４４は、主バッテリ４６と駆動回路３６，３８，４０，４２とを導通させる第１状態と、補助バッテリ４８と駆動回路３６，３８，４０，４２とを導通させる第２状態とを選択的に実現するデバイスである。
【００１４】
リレーユニット４４は、ＥＣＵ１０から駆動信号が供給されていない場合に上記の第１状態を実現し、ＥＣＵ１０から駆動信号が供給されることにより上記の第２状態を実現する。従って、ブレーキモータ２８，３０，３２，３４は、ＥＣＵ１０からリレーユニット４４に駆動信号が供給されていない場合は主バッテリ４６を電力供給源として駆動され、また、ＥＣＵ１０からリレーユニット４４に駆動信号が供給されている場合は、補助バッテリ４８を電力供給源として駆動される。
【００１５】
ＥＣＵ１０には、主バッテリ４６の正極端子が接続されている。主バッテリ４６の正極端子には、主バッテリ４６の充電状態、すなわち、消耗状態に応じた電圧が発生する。ＥＣＵ１０は、主バッテリ４６の出力端子電圧に基づいて主バッテリ４６の消耗状態を検出する。
ＥＣＵ１０には、ストロークセンサ５０が接続されている。ストロークセンサ５０は、ブレーキペダル５２の踏み込み量に応じた電気信号を出力する。ＥＣＵ１０は、ストロークセンサ５０の出力信号に基づいて運転者が要求する制動力の大きさ（以下、その値を目標制動力と称す）を求める。
【００１６】
ＥＣＵ１０には、車速センサ５４が接続されている。車速センサ５４は、車速ＳＰＤに応じた周期で所定のパルス信号を出力する。ＥＣＵ１０は、車速センサ５４の出力信号に基づいて車速ＳＰＤを検出する。
また、ＥＣＵ１０には、電子スロットル５６が接続されている。電子スロットル５６は、バルブボディ５８を備えている。バルブボディ５８は、吸気管６０の内部に配設されている。電子スロットル５６は、ＥＣＵ１０から供給される指令信号に応じてバルブボディ５８の開度を変化させる。電子スロットル５６によれば、内燃機関（図示せず）の吸入空気量を電気的に制御することができる。
【００１７】
上述の如く、本実施例の電動式ブレーキ装置において、各ブレーキモータ２８，３０，３２，３４は、通常時には主バッテリ４６を電力供給源として駆動される。従って、主バッテリ４６に消耗が生ずると、各ブレーキモータ２８，３０，３２，３４の応答性が悪化することがある。本実施例の電動式ブレーキ装置は、主バッテリ４６にそのような消耗が認められる場合に、車両の運動エネルギを所定値以下に制限する点、および、各ブレーキモータ２８，３０，３２，３４の電力供給源を主バッテリ４６から補助バッテリ４８に変更する点に特徴を有している。
【００１８】
以下、上記の特徴的機能を実現するために実行される処理の内容、および、上記の特徴的機能により実現される効果について説明する。
図２は、上記の機能を実現すべくＥＣＵ１０が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図２に示すルーチンは、所定時間毎に繰り返し起動される定時割り込みルーチンである。図２に示すルーチンが起動されると、先ずステップ１００の処理が実行される。
【００１９】
ステップ１００では、主バッテリ４６の正極端子電圧Ｖ_BATTが所定の最小電圧Ｖ_MIN以下であるか否かが判別される。最小電圧Ｖ_MINは、ブレーキモータ２８，３０，３２，３４を通常の応答性を伴って作動させるために必要な最も小さな正極端子電圧である。従って、Ｖ_BATT≦Ｖ_MINが成立しないと判別される場合は、主バッテリ４６を電力供給源としてブレーキモータ２８，３０，３２，３４を適正に駆動できると判断すること、すなわち、主バッテリ４６に消耗が生じていないと判断することができる。この場合、次にステップ１０２の処理が実行される。
【００２０】
ステップ１０２では、リレーユニット４４を第１状態とする処理が実行される。本ステップ１０２の処理が実行されると、主バッテリ４６と駆動回路３６，３８，４０，４２とが導通する状態が形成される。
ステップ１０４では、車速制限フラグＸＧＵＡＲＤをオフ状態とする処理が実行される。車速制限フラグＸＧＵＡＲＤは、車速を制限する必要性がある場合、より具体的には、主バッテリ４６に消耗が生じている場合にオン状態とされるフラグである。本実施例において、車速制限フラグＸＧＵＡＲＤの状態は、電子スロットル５８の制御内容に反映される。本ステップ１０４で車速制限フラグＸＧＵＡＲＤがオフ状態とされると、ＥＣＵ１０は、車速にガードを設けることなく電子スロットル５６の制御を行う。
【００２１】
ステップ１０６では、車両に制動要求が生じているか否かが判別される。本ステップ１０６では、ストロークセンサ５０の出力信号に基づいてブレーキペダル５２が踏み込まれていると判断される場合に、制動要求が生じていると判別される。上記の判別の結果、制動要求が生じていないと判別される場合は、以後、何ら処理が進められることなく今回のルーチンが終了される。一方、制動要求が生じていると判別される場合は、次にステップ１０８の処理が実行される。
【００２２】
ステップ１０８では、ストロークセンサ５０の出力信号に基づいて目標制動力、すなわち、運転者によって要求されている制動力が演算される。
ステップ１１０では、各輪の制動力の総和が目標制動力となるように、かつ、各輪の所定の比率で制動力が生ずるようにブレーキモータ２８，３０，３２，３４が駆動される。本ステップ１１０の処理が終了すると、今回のルーチンが終了される。
【００２３】
上記の処理によれば、主バッテリ４６に消耗が生じていない場合は、主バッテリ４６を電力供給源としてブレーキモータ２８，３０，３２，３４を駆動することにより、運転者が要求する制動力を発生されることができる。この場合、主バッテリからブレーキモータ２８，３０，３２，３４に十分な電力を供給することができるため、車両において応答性に優れた制動力特性を実現することができる。
【００２４】
本ルーチンにおいて、上記ステップ１００で、Ｖ_BATT≦Ｖ_MINが成立すると判別される場合は、主バッテリ４６に所定の消耗が生じている、より具体的には、主バッテリ４６が、ブレーキモータ２８，３０，３２，３４に十分な電力を供給できない程度に消耗していると判断することができる。この場合、次にステップ１１２の処理が実行される。
【００２５】
ステップ１１２では、リレーユニット４４を第２状態とする処理が実行される。本ステップ１１２の処理が実行されると、主バッテリ４６に代えて、補助バッテリ４８が駆動回路３６，３８，４０，４２に導通する状態が実現される。
ステップ１１４では、車速ＳＰＤが所定値α以上であるか否かが判別される。車両を速やかに停車させるために必要な電力は、車速ＳＰＤが高速であるほど多量となる。所定値αは、補助バッテリ４８を電力供給源としてブレーキモータ２８，３０，３２，３４を駆動することで車両を速やかに停車させることのできる車速ＳＰＤの上限値である。
【００２６】
従って、上記ステップ１１４でＳＰＤ≧αが成立すると判別される場合は、補助バッテリ４８を電力供給源として速やかに車両を停車させるためには車速ＳＰＤが過剰であると判断することができる。この場合、次にステップ１１６の処理が実行される。一方、上記ステップ１１４でＳＰＤ≧αが成立しないと判別される場合は、補助バッテリ４８を電力供給源として速やかに車両を停車させ得る環境が整っていると判断できる。この場合、ステップ１１６がジャンプされ、次にステップ１１８の処理が実行される。
【００２７】
ステップ１１６では、車速ＳＰＤが所定値αに低下するまで所定の減速制御が実行される。減速制御は、変速機を電気的にシフトダウンしてエンジンブレーキを働かせること、ブレーキモータ２８，３０，３２，３４を適当に駆動して制動力を発生させること、等により実現される。
ステップ１１８では、車速制限フラグＸＧＵＡＲＤがオン状態とされる。上述の如く、本実施例において、車速制限フラグＸＧＵＡＲＤは、電子スロットル５６の制御に反映される。すなわち、本ステップ１１８の処理により車速制限フラグＸＧＵＡＲＤがオン状態とされると、以後、ＥＣＵ１０は運転者のアクセル操作に関わらず、車速ＳＰＤが所定値α以下に制限されるように電子スロットル５６を制御する。従って、ＸＧＵＡＲＤ＝ＯＮが成立する間は、常に、補助バッテリ４８を電力供給源としつつ車両を速やかに停車させ得る環境が維持される。本ステップ１１８の処理が終了すると、以後、上述したステップ１０６〜１１０の処理が実行される。
【００２８】
上記の処理によれば、主バッテリ４６が消耗している場合に、主バッテリ４６に代えて補助バッテリ４８を電力供給源とすることができると共に、補助バッテリ４８を電力供給源としつつ優れた応答性の下に車両を停車させ得る環境を維持することができる。このため、本実施例の電動式ブレーキ装置によれば、主バッテリ４６の消耗状態に関わらず、常に応答性に優れた制動力特性を実現することができる。
【００２９】
尚、上記の実施例においては、電動キャリパ２０，２２，２４，２６が前記請求項１記載の「ブレーキアクチュエータ」に、主バッテリ４６が特許請求の範囲に記載の「バッテリ」にそれぞれ相当していると共に、ＥＣＵ１０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載の「消耗状態検出手段」が、上記ステップ１１４、１１６および１１８の処理を実行し、かつ、車速制限フラグＸＧＵＡＲＤがオン状態である場合に車速をα以下に制限することにより特許請求の範囲に記載の「運動エネルギ制限手段」がそれぞれ実現されている。
【００３１】
ところで、上記の実施例においては、主バッテリ４６の消耗状態を、主バッテリ４６の正極端子電圧Ｖ_BATTに基づいて検知することとしているが、主バッテリ４６の消耗状態を検知する手法はこれに限定されるものではなく、例えば、主バッテリ４６から流出する電流量、および、主バッテリ４６に流入する電流量を検出し、主バッテリ４６の消耗状態をそれらの検出値に基づいて検知することとしても良い。
【００３２】
また、上記の実施例においては、車速制限フラグＸＧＵＡＲＤがオン状態である場合に、車速ＳＰＤが所定値αを超えないように電子スロットル５６を制御することで車両の運動エネルギが適当に制限することとしているが、車両の運動エネルギを制限する手法は上記の手法に限定されるものではない。すなわち、車両の運動エネルギは、例えば、内燃機関の出力が、所定値αの車速ＳＰＤを得るために必要とされる所定の出力以下に制限されるように電子スロットル５６を制御することによっても適切に制限することができる。
【００３３】
また、上記の実施例においては、車速ＳＰＤのガード値である所定値αを固定値としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、所定値αは、車両の重量Ｍに応じて変化させることとしてもよい。所定値αを車両の重量Ｍに応じて適当に変化させることによれば、車両の運動エネルギ（Ｍ・ＳＰＤ²／２）を正確に一定値以下に制限することが可能となる。従って、かかる手法によれば、主バッテリ４６が所定の消耗状態である場合に、車両の重量Ｍの変動に影響されることなく、常に、適正な制動特性を確保し得る環境を維持することができる。
【００３４】
また、上記の実施例においては、電動式ブレーキ装置が、主バッテリ４６および補助バッテリ４８を専用バッテリとして備えているが、これらのバッテリは、必ずしも電動式ブレーキ装置に専用のバッテリとする必要はなく、主バッテリ４６および補助バッテリ４８の一方若しくは双方を、車両に搭載される通常のバッテリや電気自動車に搭載される電気自動車用のバッテリで構成することとしても良い。
【００３５】
更に、上記の実施例においては、主バッテリ４６に消耗が認められる場合に、電力供給源を主バッテリ４６から補助バッテリ４８に切り換える処理と、車両の運動エネルギを所定値以下に制限する処理との双方を実行することとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、主バッテリ４６に消耗が認められる場合に、それらの処理の一方のみを実行することとしてもよい。
【００３６】
次に、図３を参照して本発明の第２実施例について説明する。
図３は、本発明の第２実施例の電動式ブレーキ装置のシステム構成図を示す。本実施例の電動式ブレーキ装置は、通常時には２つのバッテリを並行して使用し、一方のバッテリに消耗が認められる場合に、他方のバッテリを全ての車輪の電力供給源とする点に特徴を有している。尚、図３において、上記図２に示す構成部分と同一の部分には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００３７】
本実施例の電動式ブレーキ装置は、前輪用バッテリ１２０を備えている。前輪用バッテリ１２０は、前輪側の駆動回路３６，３８に直接的に接続されていると共に、リレーユニット１２２を介して後輪側の駆動回路４０，４２に間接的に接続されている。また、本実施例の電動式ブレーキ装置は、後輪用バッテリ１２４を備えている。後輪用バッテリ１２４は、後輪側の駆動回路４０，４２に直接的に接続されていると共に、リレーユニット１２６を介して前輪側の駆動回路３６，３８に間接的に接続されている。
【００３８】
リレーユニット１２２は、前輪側バッテリ１２０と後輪側の駆動回路４０，４２とを遮断状態とする第１状態と、それらを導通状態とする第２状態とを実現するデバイスである。一方、リレーユニット１２６は、後輪側バッテリ１２４と前輪側の駆動回路３６，３８とを遮断状態とする第１状態と、それらを導通状態とする第２状態とを実現するデバイスである。
【００３９】
リレーユニット１２２，１２６は、それぞれ、ＥＣＵ１０から駆動信号が供給されていない場合に上記の第１状態を実現し、ＥＣＵ１０から駆動信号が供給されることにより上記の第２状態を実現する。従って、前輪側のブレーキモータ２８，３０、および、後輪側のブレーキモータ３２，３４は、通常時にはそれぞれ前輪側バッテリ１２０または後輪側バッテリ１２４から電力の供給を受ける。
【００４０】
そして、前輪側のブレーキモータ２８，３０は、ＥＣＵ１０からリレーユニット１２６に駆動信号が供給されている場合は、前輪側バッテリ１２０に加えて後輪側バッテリ１２４からも電力の供給を受ける。同様に、後輪側のブレーキモータ３２，３４は、ＥＣＵ１０からリレーユニット１２２に駆動信号が供給されている場合は、後輪側バッテリ１２４に加えて前輪側バッテリ１２０からも電力の供給を受ける。
【００４１】
ＥＣＵ１０には、前輪側バッテリ１２０の正極端子、および、後輪側バッテリ１２４の正極端子が接続されている。それらの正極端子には、前輪側バッテリ１２０または後輪側バッテリ１２４の消耗状態に応じた電圧が発生する。ＥＣＵ１０は、それらの出力端子電圧に基づいて、前輪側バッテリ１２０の消耗状態、および、後輪側バッテリ１２４の消耗状態を検知する。
【００４２】
本実施例において、ＥＣＵ１０は、前輪側バッテリ１２０について所定の消耗状態、すなわち、前輪側のブレーキモータ３６，３８を適正に駆動する上で不適切な消耗状態が認められると、リレーユニット１２６を第１状態（遮断状態）から第２状態（導通状態）に切り換える。また、ＥＣＵ１０は、後輪側バッテリ１２４について同様の消耗状態が認められると、リレーユニット１２２を第１状態（遮断状態）から第２状態（導通状態）に切り換える。
【００４３】
上記の処理によれば、前輪側バッテリ１２０に消耗が生じていない場合に、前輪側のブレーキモータ２８，３０を前輪側バッテリ１２０を電力供給源として適正に駆動することができると共に、前輪側バッテリ１２０に消耗が認められる場合に、前輪側のブレーキモータ２８，３０を、消耗の生じていない後輪側バッテリ１２４を電力供給源として適正に駆動することができる。
【００４４】
また、上記の処理によれば、後輪側バッテリ１２４に消耗が生じていない場合に、後輪側のブレーキモータ３２，３４を後輪側バッテリ１２４を電力供給源として適正に駆動することができると共に、後輪側バッテリ１２４に消耗が認められる場合に、後輪側のブレーキモータ３２，３４を、消耗の生じていない前輪側バッテリ１２０を電力供給源として適正に駆動することができる。
【００４５】
このため、本実施例の電動式ブレーキ装置によれば、前輪側バッテリ１２０および後輪側バッテリ１２４の消耗状態に影響されることなく、全ての車輪のブレーキモータ２８，３０，３２，３４を常に優れた応答性の下に駆動することができる。従って、本実施例の電動式ブレーキ装置によれば、車両の走行中に、常に応答性に優れた制動特性を実現することができる。
【００４６】
ところで、上記の実施例においては、前輪側バッテリ１２０または後輪側バッテリ１２４に消耗が認められる場合に、消耗の生じていないバッテリを電力供給源とすることで応答性に優れた制動特性を実現することとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、何れかのバッテリに消耗が認められる場合に、電力供給源を切り換える処理に代えて、または、電力供給源を切り換える処理と共に、車両の運動エネルギを所定値以下に制限する処理を実行することとしてもよい。
【００４７】
また、上記の実施例においては、ブレーキ装置の系統を前輪系統と後輪系統とに分けることとしているが、ブレーキ装置の構成はこれに限定されるものではなく、右前輪と左後輪とで一系統を構成し、左前輪と右後輪とで一系統を構成することとしてもよい。
尚、上記の実施例においては、前輪側バッテリ４６および後輪側バッテリ４８の双方が特許請求の範囲に記載の「バッテリ」に相当していると共に、ＥＣＵ１０が、それらのバッテリの消耗状態を検出することにより特許請求の範囲に記載の「消耗状態検出手段」が、それらのバッテリの少なくとも一方に消耗が認められる場合に車両の運動エネルギを制限する処理を実行することにより特許請求の範囲に記載の「運動エネルギ制限手段」が、それぞれ実現される。
【００４９】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、バッテリの消耗時に車両の運動エネルギを制限することで、バッテリの消耗に伴って車両の制動力特性が著しく悪化するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の電動式ブレーキ装置のシステム構成図である。
【図２】図１に示す電動式ブレーキ装置において実行される制御ルーチンの一例のフローチャートである。
【図３】本発明の第２実施例の電動式ブレーキ装置のシステム構成図である。
【符号の説明】
１０電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１２，１４，１６，１８ディスクロータ
２０，２２，２４，２６電動キャリパ
２８，３０，３２，３４ブレーキモータ
４４；１２２，１２６リレーユニット
４６主バッテリ
４８補助バッテリ
１２０前輪用バッテリ
１２４後輪用バッテリ

Claims

電気的に駆動されることにより制動力を発生するブレーキアクチュエータを備える電動式ブレーキ装置において、
前記ブレーキアクチュエータに電力を供給するバッテリと、
前記バッテリの消耗状態を検出する消耗状態検出手段と、
前記バッテリについて所定の消耗状態が検出された場合に、車両の運動エネルギを所定値以下に制限する運動エネルギ制限手段と、
を備えることを特徴とする電動式ブレーキ装置。
前記運動エネルギ制限手段は、車速を所定値以下に制限する、請求項１に記載の電動式ブレーキ装置。
前記所定値は、車両の重量に応じて変化される、請求項２に記載の電動式ブレーキ装置。