JP4200796B2

JP4200796B2 - ブレーキノイズ検出装置

Info

Publication number: JP4200796B2
Application number: JP2003079685A
Authority: JP
Inventors: 雅彦神谷; 博資近藤; 伸佐々木; 大三大庭
Original assignee: Advics Co Ltd
Current assignee: Advics Co Ltd
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2023-03-24
Also published as: US6898976B2; JP2004286141A; US20040187581A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブレーキノイズ検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ブレーキ鳴きなどのブレーキノイズの発生を検出するものとして、ブレーキトルクまたはキャリパ押し付け力の少なくとも一方の変動周波数を検出し、この変動周波数が車輪速度と比例しているときにジャダーが発生していると判定するものがあった。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２８３１９３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来技術では、ブレーキトルクやキャリパ押し付け力を検出するために、キャリパ内にブレーキ荷重を検出する荷重センサおよびブレーキトルクを検出するトルクセンサを特別に設ける必要があり、装置が複雑かつ高価になるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みて、振動センサなどの専用のセンサを必要とすることなく、簡易な構成でブレーキノイズを検出することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、車輪（６ａ〜６ｄ）の回転速度に応じた信号を出力する車輪速センサ（７ａ〜７ｄ）と、前記車輪速センサの出力信号に基づき前記車輪の回転速度を算出する車輪速度演算手段（３）と、前記算出された車輪の回転速度信号を高速フーリエ変換して前記車輪の回転速度の周波数スペクトルを演算する周波数演算手段（３）と、前記周波数演算手段により演算された振動周波数１ｋＨｚ〜６ｋＨｚに対応する変動スペクトルゲインの最大値が所定値以上のときブレーキノイズが発生していると判定するノイズ検出手段（３）と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、車輪速センサの出力信号に基づき算出された車輪の回転速度信号を高速フーリエ変換して車輪の回転速度の周波数スペクトルを演算し、この演算された振動周波数１ｋＨｚ〜６ｋＨｚに対応する変動スペクトルゲインの最大値が所定値以上のときに、ブレーキノイズが発生していると判定するので、特別なセンサを要することなく、通常のブレーキ装置に備えられた車輪速センサを用いて、簡易にブレーキノイズを検出することができる。
【０００８】
また、請求項２に記載のように、前記車輪速センサの出力信号としては前記車輪の回転速度に応じた周期の交流信号を用いることができる。
また、前記車輪速センサは、請求項３に記載のように、前記車輪と一体的に回転する回転体（６０、１１、２３）の外周面上または回転面（１８）上の少なくともいずれか一方に該回転体の円周方向に等間隔で配置された複数の被検出体（６１、１７、１９、２４）よりなる被検出部と、該被検出部と対向かつ離間して配置された検出部（７０、１５、１６、２２）とを備え、該検出部は前記被検出部と検出部との相対移動速度に応じた信号を出力するように構成することができる。
【０００９】
すなわち、被検出体は通常のブレーキ装置と同様、回転体の外周面上に配置することも可能であるとともに、回転体の回転面上にも配置することが可能である。特に回転面上に被検出体を配置し、これに応じて検出部を被検出体に対向する、回転面に垂直に配置する場合には、制動中にブレーキ鳴きなどのブレーキノイズの発生に伴う回転体の面振れを検出できるので、より確実にブレーキノイズを検出することができる。
【００１０】
なお、請求項４に記載のように、前記被検出部には５００個ないし１０００個の前記被検出体をそれぞれ等間隔に設けることができる。この被検出体の個数は、ブレーキノイズが発生しやすい低車速時において、車輪速センサの出力信号がブレーキノイズの周波数と略等しい周波数帯域となるよう設定することにより、ブレーキノイズに相当する周波数信号を精度よく抽出することができる。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、前記回転体はブレーキディスク（２３）であり、前記検出部は前記ブレーキディスクに押し付けられるブレーキピストン（２１）を備えるブレーキキャリパ（２０）に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、車輪速センサは、制動中におけるブレーキディスクの回転に伴い、キャリパケースとブレーキディスクとの間の変位変動も測定できるので、キャリパのブレーキノイズ発生時のキャリパ振動を、振動センサを用いることなく検出することができる。
【００１４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明のブレーキノイズ検出装置に係る第１実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、第１実施形態の概略構成図である。
【００１６】
図１に示すように、第１実施形態は運転者によって操作されるブレーキペダル１と、ブレーキペダル１の踏み込み状態としてペダル踏力の検出を行う踏力センサ２と、踏力センサ２からの検出信号が入力されるコンピュータにより構成される電子制御装置（以下、ＥＣＵという）３と、ＥＣＵ３により制御される駆動装置４と、各車輪６ａ〜６ｄ毎に設けられ、駆動装置４によって駆動されることで各車輪６ａ〜６ｄに制動力を発生させるブレーキ駆動用アクチュエータ（制動力発生部）５ａ〜５ｄとを備えている。
【００１７】
ブレーキ駆動用アクチュエータ５ａ〜５ｄは、例えばモータ及びこのモータによって駆動されるディスクブレーキもしくはドラムブレーキ等で構成され、ＥＣＵ３により制御される駆動装置４がモータへの通電量の調整を調整することにより制動力の調整が行えるように構成されている。そして、ＥＣＵ３の指示により駆動装置４より指示電流が流されると、ブレーキ駆動用アクチュエータ５ａ〜５ｄは指示電流に比例した制動力を発生させるようになっている。
【００１８】
あるいは、ブレーキ駆動用アクチュエータ５ａ〜５ｄは、液圧ブレーキによるホイールシリンダで構成することも可能である。この場合は、駆動装置４は、ブレーキペダル１の踏み込みよりマスタシリンダ圧を発生するマスタシリンダ（図示せず）、マスタシリンダ圧を各ホイールシリンダに導く管路系統、およびＡＢＳ制御を行うＮ／Ｏ弁、Ｎ／Ｃ弁等を備えるアクチュエータとすることができ、ＥＣＵ３はこれらソレノイドへの制御信号を発生するものとすることも可能である。
【００１９】
また、各輪６ａ〜６ｄには、その回転に応じた信号を発生する車輪速センサ７ａ〜７ｄが備えられ、車輪速センサ７ａ〜７ｄはＥＣＵ３と接続されている。
【００２０】
車輪速センサ７ａ〜７ｄを、図２に１輪（６ａ）のみについて示す。車輪速センサ７ａは、各輪の回転体としてのブレーキディスクロータ６０の外周面上に周方向に等間隔に、所定数（５００ないし１０００）の数が配列されている被検出体としての鋼などの磁性体による凹凸形状の歯６１と、この歯６１の列に離間して対向するように配置されている検出部としての電磁ピックアップ７０とからなる。
【００２１】
なお、電磁ピックアップ７０は、周知のように、鋼などで形成された歯６１との相対位置変化に伴い検出部内のコイル（図示せず）に鎖交する磁束が変化することにより交流信号を発生するものである。したがって、車輪速センサ７ａ〜７ｄの出力信号は、図３の出力波形図に示すように、電磁ピックアップの性質上、被検出体である歯６１の移動速度、すなわちブレーキディスクロータ６０の回転速度に応じて、周波数および振幅が大きくなる。図３では、Ａｎ１およびＡｎ２はそれぞれ低回転速度および高回転速度における出力波形を示している。図４は、この出力信号の振幅Ａｎが回転速度ｎすなわち車輪速度Ｖと比例関係にあることを示している。
【００２２】
ところで、この歯６１の歯数は、車輪速センサ７ａ〜７ｄの出力信号として、たとえば、直径７００ｍｍのタイヤで、ブレーキ鳴きの発生しやすい車速域にある時速２０ｋｍで走行するとき、歯数１０００で周波数２．５３ｋＨｚ、歯数５００で周波数１．２６ｋＨｚの交流信号となることから、この歯数の範囲で適宜選択される。この車輪速センサ７ａ〜７ｄの出力信号の周波数帯は、ブレーキ鳴きの振動周波数とされる１ｋＨｚ〜５ないし６ｋＨｚと等しいオーダーの周波数帯であり、車輪速センサ７ａ〜７ｄの出力信号からブレーキ鳴きに相当する信号を精度よく抽出できる。
【００２３】
次に、本第１実施形態のＥＣＵ３が実行するブレーキ鳴き検出の処理手順について、図５のフローチャートに基づき説明する。
【００２４】
ステップＳ１００で、各車輪速センサ７ａ〜７ｄの出力信号を取り込む。次のステップＳ１０２で、この車輪速センサ７ａ〜７ｄの出力である交流信号（図３）を波形整形して２値のパルス信号に変換するとともに、所定のサンプリング周期毎にそのパルス間隔の平均値を算出し、その算出した平均値の逆数から車輪速度Ｖを演算する。この演算された車輪速度Ｖは、図６に示す時間線図のようになる。すなわち、ブレーキ鳴きが発生していない場合には、短い時間間隔内では車輪速度Ｖはほぼ一定（図中Ｖ０）となるが、ブレーキ鳴きが発生すると、車輪回転にブレーキ鳴きの周波数に対応した回転変動（図中Ｖ１）が発生する。
【００２５】
ステップＳ１０４で、図６に示す車輪速度ＶをＦＦＴ（高速フーリエ変換）演算して、図７に示すような車輪速度Ｖの周波数スペクトルＰを演算する。この周波数スペクトルＰには、図７のＶ１で示すようにブレーキ鳴きに応じたブレーキディスクロータ６０の回転変動に対応する周波数ｆ１でゲインのピークが現れる。したがって、ステップＳ１０６で、周波数スペクトルＰのゲインが所定値Ｔｈ以上となったら、ブレーキ鳴きなどのブレーキノイズが発生していると判定することができる。一方、ブレーキ鳴きが発生していない場合は、図７のＶ０で示すようにゲインのピークが現れないのでステップＳ１００へ戻る。
【００２６】
なお、ステップＳ１０４の処理がノイズ周波数抽出手段に相当し、ステップＳ１０６の処理がノイズ検出手段に相当する。
【００２７】
ブレーキ鳴きが発生している場合は、ステップＳ１０８で鳴き防止のブレーキ制御を行う。具体的にはＥＣＵ３からの制御信号により、駆動装置４がブレーキ鳴きが発生している車輪の制動力の増加／減少を繰り返すなどの、周知の鳴き防止のためのブレーキ制御を行う。
【００２８】
（第２実施形態）
つぎに、本発明の第２実施形態について説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態とは、ノイズ周波数抽出手段に相当する処理が異なるのみであり、図１に示す概略構成は同じである。以下、異なる部分を中心に、図８のフローチャートに基づき説明する。
【００２９】
ステップＳ２００では、第１実施形態と同様、車輪速センサ７ａ〜７ｄの出力信号を取り込む。次に、ステップＳ２０２で、車輪速センサ７ａ〜７ｄの交流信号を直接、ＦＦＴ演算する。
【００３０】
ブレーキ鳴きが発生しているときの車輪速センサ７ａ〜７ｄの出力信号には、ほぼ一定の車速に対応する周波数ｆ０と、ブレーキ鳴きの発生に伴う回転変動（速度の増加および減少）に対応する、例えば２つの周波数ｆ１、ｆ２（ｆ１＜ｆ０＜ｆ２）が含まれる。したがって、このセンサ信号をＦＦＴ演算した結果、周波数スペクトルＰには３つのピークが現れる。
【００３１】
そこで、ステップＳ２０４で、周波数スペクトルＰから一定車速における車輪速度に対応する周波数ｆ０のピーク（周波数成分）を除去し、続くステップＳ２０６で回転変動に対応する周波数ｆ１、ｆ２のゲインが所定の閾値以上であれば、ブレーキ鳴きが発生していると判定できる。
【００３２】
本第２実施形態では、ステップＳ２０２およびステップＳ２０４がノイズ周波数抽出手段に相当し、ステップＳ２０６がノイズ検出手段に相当する。
【００３３】
ブレーキ鳴きが発生している場合は、上記第１実施形態と同様、ステップＳ２０８で鳴き防止のブレーキ制御を行う。
【００３４】
（他の実施形態）
次に、上記第１および第２実施形態とは、車輪速センサの配置方法が異なる第３および第４実施形態について説明する。
【００３５】
図９は、第３実施形態の車輪速センサの配置を示す断面図であり、１つの車輪軸８の上半分のみ示している。ブレーキディスク１０を備えたハブシャフト９はベアリング１４を介してアクスルキャリア１３に軸支されている。ハブシャフト９の軸端には被検出部としての歯車（ロータ）１１がナット１２により固定され、図示しないタイヤと一体的に回転する。
【００３６】
歯車１１の外周面には被検出体としての第１の歯１７が所定数（５００ないし１０００個）等間隔で周方向に形成されているとともに、歯車１１の回転面（図中、紙面右側）１８上に第２の歯１９が同様に所定数（５００ないし１０００個）等間隔で周方向に形成されている。
【００３７】
第１の歯１７に対向、離間して第１の検出部１５がアクスルキャリア１３に固着されるとともに、第２の歯１９に対向、離間して第２の車輪速センサ１６がアクスルキャリア１３に固着されている。これら第１および第２の検出部１５、１６はともに電磁ピックアップであり、それぞれＥＣＵ３に接続されている。
【００３８】
ＥＣＵ３は、上記第１および第２の実施形態と同様、ノイズ周波数抽出手段として、各車輪のそれぞれの車輪速センサ１５または１６が出力する交流信号からブレーキノイズに相当する周波数成分を抽出し、この抽出した周波数成分が所定値以上のときブレーキノイズが発生していると判定することができる。
【００３９】
ところで、ブレーキ鳴きが発生しているとき、ブレーキディスク１０や歯車１１などのブレーキロータには、このブレーキ鳴きに応じて、上述のように回転速度の変動が発生するとともに、回転面の面振れも同時に発生している。
【００４０】
そこで、本第３実施形態において、第２の検出部１６が検出する歯車（ロータ）１１の回転面１８上に配置した被検出体である第２の歯１９の回転による信号は、第１の検出部１５と同様の、ロータ１１の回転速度に応じた、すなわち、一定車速（タイヤの回転速度）に応じた周波数ｆ０にブレーキ鳴きに応じて変動する歯車の回転変動に応じた周波数ｆ１、ｆ２等が重畳した交流信号を出力する。さらに、第２の検出部１６が出力する信号は、ブレーキ鳴きの発生に伴うロータ１１の回転変動に、ロータ１１の面振れに応じた変動信号が重畳したものとなっている。これは、回転面１８の面振れにより回転面１８と第２の検出部１６との相対距離が変動し、この距離変動に応じて第２の検出部１６の出力電圧が比較的大きく変動することによるもので、この面振れに応じた変動周波数もブレーキ鳴きに相当する周波数に等しい。
【００４１】
このように、本第３実施形態では、第２の検出部１６によりロータ１１の面振れに応じた信号を検出するので、ブレーキ鳴きなどのブレーキノイズを確実に検出することができる。
【００４２】
次に、第４実施形態について説明する。図１０は、第４実施形態の車輪速センサの配置を示す図であり、ブレーキディスク２３とブレーキキャリパ２０のみの平面図である。ブレーキディスク２３の回転面上の所定半径の位置に被検出体としての歯２４が所定数（５００ないし１０００個）等間隔で形成されている。
【００４３】
一方、ブレーキキャリパ２０内には、摩擦材（図示せず）をブレーキディスク２３に押し付けるブレーキピストン２１とは干渉しない位置に、電磁ピックアップである検出部２２が備えられている。この検出部２２は、歯２４と対向、離間して配置されており、ブレーキディスク２３の回転に応じた交流信号をＥＣＵ３へ出力する。
【００４４】
周知のように、ブレーキキャリパ２０には、制動中にブレーキ鳴きが発生するとブレーキディスク２３および摩擦材やブレーキピストン（図示せず）などとともに連成自励振動が発生する。
【００４５】
したがって、本第４実施形態においては、ブレーキキャリパ２０内に配置した検出部２２が、ブレーキディスク２３の回転速度を検出するだけでなく、ブレーキディスク２３上の歯２４とブレーキキャリパ２０との相対距離変動をも検出できるので、ブレーキ鳴きに伴うブレーキキャリパ２０の振動（相対変位変動）を直接検出することができる。たとえば、鳴き発生の一例としてブレーキディスク２３は振動せず、ブレーキキャリパ２０のみが振動するような場合でも、本第４実施形態の検出部２２によりブレーキキャリパ２０の振動を検出することができる。
【００４６】
このように、本第４実施形態では、特別な振動センサを要することなく、車輪速センサとしての検出部２２でブレーキキャリパ２０の振動、すなわちブレーキ鳴きの周波数信号をも検出でき、確実にブレーキノイズの発生を判定することができる。
【００４７】
なお、上記各実施形態では、車輪速センサとして、電磁ピックアップを用いた例を示したが、これに限らない。特に、ロータの回転速度信号を検出するには、ホール素子や磁気抵抗素子を用いた速度センサや光学式ピックアップでもよい。
【００４８】
また、上記各実施形態では、ノイズ周波数抽出手段として、車輪速度変動または電磁ピックアップ出力をＦＦＴ演算する例を示したが、これに限らず、ブレーキノイズに相当する周波数帯の信号を抽出するバンドパスフィルタを用いてもよい。
【００４９】
さらに、上記第１実施形態では、ＥＣＵ３における演算により車輪速度Ｖを算出したが、ｆ−Ｖ（周波数−電圧）変換回路などにより車輪速度を電圧信号として取り出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の概略構成図である。
【図２】車輪速センサの概略構成図である。
【図３】車輪速センサの出力波形を示す図である。
【図４】車輪速センサの出力振幅と回転速度との関係を示す図である。
【図５】第１実施形態のＥＣＵ３が実行するブレーキ鳴き検出、防止処理の手順を示すフローチャートである。
【図６】車輪速度の時間波形を示す図である。
【図７】車輪速度の変動をＦＦＴ演算した結果を示す線図である。
【図８】第２実施形態のＥＣＵ３が実行するブレーキ鳴き検出、防止処理の手順を示すフローチャートである。
【図９】第３実施形態の車輪速センサの配置を示す図である。
【図１０】第４実施形態の車輪速センサの配置を示す図である。
【符号の説明】
１…ブレーキペダル、２…踏力センサ、３…電子制御装置、４…駆動装置、
５ａ〜５ｄ…ブレーキ駆動用アクチュエータ、６ａ〜６ｄ…車輪、
７ａ〜７ｄ…車輪速センサ。

Claims

車輪（６ａ〜６ｄ）の回転速度に応じた信号を出力する車輪速センサ（７ａ〜７ｄ）と、
前記車輪速センサの出力信号に基づき前記車輪の回転速度を算出する車輪速度演算手段（３）と、
前記算出された車輪の回転速度信号を高速フーリエ変換して前記車輪の回転速度の周波数スペクトルを演算する周波数演算手段（３）と、
前記周波数演算手段により演算された振動周波数１ｋＨｚ〜６ｋＨｚに対応する変動スペクトルゲインの最大値が所定値以上のときブレーキノイズが発生していると判定するノイズ検出手段（３）と、を備えることを特徴とするブレーキノイズ検出装置。
前記車輪速センサの出力信号は前記車輪の回転速度に応じた周期の交流信号であり、前記周波数演算手段は、前記車輪速センサの出力信号そのものを直接高速フーリエ変換して、前記車輪の振動の周波数スペクトルを演算することを特徴とする請求項１に記載のブレーキノイズ検出装置。
前記車輪速センサは、前記車輪と一体的に回転する回転体（６０、１１、２３）の外周面上または回転面（１８）上の少なくともいずれか一方に該回転体の円周方向に等間隔で配置された複数の被検出体（６１、１７、１９、２４）よりなる被検出部と、該被検出部と対向かつ離間して配置された検出部（７０、１５、１６、２２）とを備え、該検出部は前記被検出部と検出部との距離の変化に応じた交流信号を出力し、前記車輪速度演算手段は前記被検出部と前記検出部との相対移動速度を演算することにより、前記車輪の回転速度を算出することを特徴とする請求項１または２に記載のブレーキノイズ検出装置。
前記被検出部には５００個ないし１０００個の前記被検出体がそれぞれ等間隔に設けられており、前記車輪速度演算手段は前記車輪速センサの出力信号の高周波の変化を検出可能な所定のサンプリング周期で取り込み、前記車輪の回転速度を演算することを特徴とする請求項３に記載のブレーキノイズ検出装置。
前記回転体はブレーキディスク（２３）であり、前記検出部は前記ブレーキディスクに押し付けられるブレーキピストン（２１）を備えるブレーキキャリパ（２０）に配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載のブレーキノイズ検出装置。