JP4432004B2

JP4432004B2 - 電動ディスクブレーキ

Info

Publication number: JP4432004B2
Application number: JP28060699A
Authority: JP
Inventors: 東馬山口
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: JP2001099204A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータの回転力によって制動力を発生させる電動ディスクブレーキ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車等の車両の制動装置として、ブレーキ液を使用せず、電動モータの出力によって制動力を発生させるようにした所謂「ドライブレーキ」装置が知られている。
【０００３】
ドライブレーキ装置としては、例えば特開昭60−206766号公報に開示されているように、電動モータの回転運動をボールねじ機構によってピストンの進退動に変換し、ピストンによってブレーキパッドをディスクロータに押圧させることにより、制動力を発生させるようにした電動ディスクブレーキ装置がある。この種の電動ディスクブレーキ装置は、運転者によるブレーキペダル踏力（または変位量）をセンサによって検出し、コントローラによって、この検出に応じて電動モータの回転を制御して、所望の制動力を得るようにしている。
【０００４】
また、上記のような電動ディスクブレーキ装置においては、各種センサを用いて、各車輪の回転速度、車両速度、車両加速度、操舵角、車両横加速度等の車両状態を検出し、コントローラによってこれらの検出に基づいて電動モータの回転を制御することにより、倍力制御、アンチロック制御、トラクション制御および車両安定化制御等を比較的簡単に組み込むことができる。
【０００５】
この種の電動ディスクブレーキ装置では、制動力およびパッドクリアランス等を制御するために、ブレーキパッドがディスクロータに接触するパッド接触位置を検出する必要がある。制御装置の起動時にパッド接触位置を検出する場合、従来は、モータを回転させ、ピストンを前進させて、実際にブレーキパッドをディスクロータに接触させてパッド接触位置を検出していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のブレーキパッドをディスクロータに接触させてパッド接触位置を検出する電動ディスクブレーキ装置では、次のような問題があった。このような電動ディスクブレーキ装置では、ブレーキパッドがディスクロータに接触した時の負荷の変化をモータの抵抗すなわち電流の変化として検出することによってパッド接触位置を検出している。モータへの電流とモータ位置との関係は、図５に示すようになり、モータへの電流I₀が変化し始めるモータ位置p₀を検出することによってパッド接触点を検出することができる。しかし、ノイズ等の影響によって、電流I₀が変化し始める点を検出することが困難であるため、実際には、パッド接触位置から更に一定量Δｘだけ移動した点p₁における電流I₁を検出し、電流I₁に基づいてパッド接触点のモータ位置p₀を得るようにしている。
【０００７】
ところが、モータに対する負荷とモータ位置との関係を決定するブレーキキャリパの剛性は、温度やパッド摩耗量等によって大きく変化するため、例えばブレーキキャリパの剛性が低下して、モータ位置と電流との関係が図５中破線で示すようになった場合、電流I₁における実際のモータ位置はp₂となり、正確にパッド接触点のモータ位置を得ることができなくなる。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、ブレーキパッドの基準位置を正確に検出することができる電動ディスクブレーキを提供することを目的とする。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記の課題を解決するために、本発明は、ディスクロータの両側に配置される一対のブレーキパッドを押圧するピストンと、コントローラからの制御信号に応答して回転運動する電動モータと、該電動モータの回転運動を直線運動に変換して前記ピストンを進退動させるボールランプ機構と、前記ブレーキパッドの摩耗に応じて前記ピストンを前進させるパッド摩耗補償機構とをキャリパ本体内に備えた電動ディスクブレーキにおいて、
前記ボールランプ機構は、それぞれ傾斜溝が形成される１対のディスクと該ディスクの間に介装されるボールとからなり、
前記コントローラの起動時に前記ピストンを後退させる方向に前記電動モータを回転させて、前記ボールランプ機構を前記１対のディスクの相対回転が規制される終端位置まで移動させることを特徴とする電動ディスクブレーキ。
【００１０】
このように構成したことにより、コントローラの起動時にピストンを後退させる方向に電動モータを回転させて、ボールランプ機構を終端位置へ移動させることよって、電動モータの初期位置を正確に位置決めすることができ、これに基づいてパッド接触位置を決定することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の電動ディスクブレーキ１は、車輪（図示せず）とともに回転するディスクロータ２の一側（通常は車体に対して内側）にキャリパ本体３が配置されており、キャリパ本体３には、略Ｃ字形に形成されてディスクロータ２を跨いで反対側へ延びる爪部４がボルト（図示せず）によって一体的に結合されている。ディスクロータ２の両側、すなわち、ディスクロータ２とキャリパ本体３との間および爪部４の先端部との間に、それぞれブレーキパッド６，７が設けられている。ブレーキパッド６，７は、車体側に固定されるキャリヤ８によってディスクロータ２の軸方向に沿って移動可能に支持されて、制動トルクをキャリヤ８で受けるようになっており、また、キャリパ本体３は、キャリヤ８に取付けられたスライドピン（図示せず）によってディスクロータ２の軸方向に沿って摺動可能に案内されている。
【００１２】
爪部４の基部に形成された環状のフランジ部10が結合されたキャリパ本体３の略円筒状のケース11内には、電動モータ12および回転検出器13が設けられ、ボールランプユニット14が爪部４の環状のフランジ部10側から電動モータ12のロータ15内に挿入されている。ケース11の後端部には、カバー16がボルト（図示せず）によって取付けられている。
【００１３】
電動モータ12は、ケース11の内周部に固定されたステータ18と、ステータ18の内周部に対向させてケース11に滑り軸受19，20によって回転可能、かつ、軸方向に移動可能に支持されたロータ15とを備えている。回転検出器13は、ケース11にボルト21によって取付けられたレゾルバケース22に固定されたレゾルバステータ23と、レゾルバステータ23に対向させてロータ15に固定されたレゾルバロータ24とを備え、これらの相対回転に基づいてロータ15の回転位置を検出するものである。
【００１４】
カバー16には、電動モータ12および回転検出器13に接続されるコネクタ25およびケーブル26が取付けられており、電動モータ12は、コントローラ（図示せず）からの制御信号（電気信号）に応答してロータ15を所望トルクで所望角度だけ回転させられるようになっている。コネクタ25およびケーブル26は、当該車両のサスペンション装置のアーム、リンク、ナックル、ストラット等の部材との干渉を避けるため、ディスクロータ２の軸方向に対して傾斜されて、その径方向外側へ延ばされている。
【００１５】
ボールランプユニット14は、電動モータ12のロータ15の回転運動を直線運動に変換するボールランプ機構27と、ブレーキパッド６を押圧するピストン28と、これらの間に介装される調整ナット29と、ボールランプ機構27の回転を調整ナット29に伝達するリミッタ機構30（パッド摩耗補償機構）とを備えている。
【００１６】
ボールランプ機構27は、爪部４のフランジ部10に当接し、ピン31によって回転しないように固定された環状の固定ディスク32と、固定ディスク32に対向させて配置された可動ディスク33と、これらの間に介装されたボール34（鋼球）とから構成されている。可動ディスク33には、固定ディスク32に挿通されてケース11の内部まで延びる円筒部35が一体に形成されている。円筒部35は、ロータ15の内周部にスプライン結合されており、これらのスプライン結合部36は、軸方向の摺動性、寸法公差および組付性を考慮して回転方向および径方向に適度な遊びが設けられている。
【００１７】
固定ディスク32および可動ディスク33（一対のディスク）の互いの対向面には、それぞれ円周方向に沿って円弧状に延びる３つのボール溝37，38が形成されている。これらのボール溝37，38は、それぞれ等しい中心角（例えば90°）の範囲で延ばされて等間隔に配置されている。ボール溝37および38は、それぞれ同方向に傾斜されており、ボール溝37，38（傾斜溝）間にボール34が装入されて、固定ディスク32に対する可動ディスク33の回転によって、３つのボール34がボール溝37，38内を転動して、その回転角度に応じて可動ディスク33が固定ディスク32から離間する方向に軸方向に移動するようになっている。
【００１８】
調整ナット29は、円筒部39a およびその一端部の外側に形成されたフランジ部39b からなり、円筒部39a が可動ディスク33の円筒部35に挿通され、滑り軸受40によって回転可能に支持され、フランジ部39b が可動ディスク33の一端部に当接してスラスト軸受41によって回転可能に支持されている。調整ナット29の円筒部39a は、ケース11内のロータ15の内部まで延ばされ、その先端部外周にリミッタ機構30が装着されている。
【００１９】
リミッタ機構30は、調整ナット29の円筒部39a の先端部外周にリミッタ42およびスプリングホルダ43が回転可能に外嵌され、これらがコイルスプリング44によって互いに連結されている。リミッタ42とスプリングホルダ43とは、所定の範囲で相対回転できるように互いに係合され、コイルスプリング44によって回転方向に対して所定のセット荷重が付与されており、リミッタ42をスプリングホルダ43に対して、コイルスプリング44のセット荷重に抗して時計回り（図１の左方から見て時計回り、以下同じ）に回転できるようになっている。リミッタ42に形成された係合凹部45が可動ディスク33の円筒部35の端部に形成された係合凸部46に係合されており、リミッタ42は、円筒部35に対して所定の範囲で相対回転できるようになっている。また、調整ナット29の円筒部の先端部外周には、クラッチスプリング47（コイルスプリング）が巻装され、その一端部がスプリングホルダ43に結合されており、クラッチスプリング47は、捩じりによる拡径および縮径によって一方向クラッチとして作用し、スプリングホルダ43の時計回りの回転のみを調整ナット29の円筒部39a に伝達するようになっている。
【００２０】
ピストン28は、調整ナット29の内周部に形成されたねじ部48（パッド摩耗補償機構）に螺合されて、調整ナット29がピストン28に対して時計回りに回転するとブレーキパッド６側へ向かって前進するようになっている。調整ナット29の円筒部39a 内には、一端がナット49によってレゾルバケース22に固定された回り止めロッド50が挿入され、回り止めロッド50の他端側は、ピストン28に軸方向に摺動可能に挿入され、かつ、回転を規制するように係合されている。ピストン28の後端部には、回り止めキャップ28b が取付けられて、回り止めロッド50とピストン28との相対回転を規制するとともに軸方の相対移動を可能としている。回り止めロッド50の中間部に形成されたフランジ部51と調整ナット29の円筒部39a 内に形成されたフランジ部52との間に、複数の皿ばね53が介装されており、そのばね力によって調整ナット29が図１中の右方へ付勢されている。そして、ナット49によって回り止めロッド50の軸方向位置を移動させることにより、調整ナット29への付勢力（皿ばね53のセット荷重）を調整できるようになっている。
【００２１】
ボールランプ機構27の固定ディスク32、可動ディスク33および調整ナット29には、これらのフランジ部の外周を覆うように略円筒状のケース54が取付けられている。ケース54は、テーパ状の先端部の内側にフランジ部55が形成され、円筒状の後端部の内側に切欠を有する係合爪56が形成されている。そして、固定ディスク32を係合爪56に係合させ、フランジ部55と調整ナット29のフランジ部39b との間にウェーブワッシャ57が介装されて、固定ディスク32、可動ディスク33およびボール34を一体的に保持し、ウェーブワッシャ57の弾性によって、可動ディスクおよび調整ナット29の軸方向の移動を許容するとともに、調整ナットの回転に対して適度な抵抗を付与するようになっている。フランジ部55に取付けられたピストンブーツ58の先端部が、調整ナット29に装着されたピストン28の先端外周部に結合されている。ケース54の円筒部は、爪部４に嵌合され、その間がＯリング59によってシールされている。
【００２２】
次に電動ディスクブレーキ１の通常の作動について説明する。
制動時には、コントローラ（図示せず）からの信号に応じて電動モータ12のロータ15が所定のトルクで時計回りに回転すると、スプライン結合部を36を介してボールランプ機構27の可動ディスク33が回転し、ボール34がボール溝37，38に沿って転動して可動ディスク33を軸方向に沿ってブレーキパッド６側へ前進させる。この推力がスラスト軸受41を介して調整ナット29に伝達され、さらに、ねじ部48を介してピストン28に伝達されて、一方のブレーキパッド６をディスクロータ２に押圧させ、その反力によってキャリパ本体３がキャリヤ８のスライドピンに沿って移動して、爪部４が他方のブレーキパッド７をディスクロータ２に押圧させ、電動モータ12のトルクに応じて制動力が発生する。
【００２３】
制動解除時には、電動モータ12を逆回転させ、可動ディスク33を反時計回りに元の位置まで回転させると、皿ばね53のばね力によって可動ディスク33、調整ナット29およびピストン28が後退し、キャリパ本体３がキャリヤ８のスライドピンに沿って移動して、ディスクロータ２からブレーキパッド６，７が離間して制動が解除される。
【００２４】
次に、ブレーキパッド６，７の摩耗の補償について説明する。ブレーキパッド６，７の摩耗がない場合、または、後述する摩耗の調整が行われた後には、制動時に、ロータ15の回転によってピストン28が非制動位置から所定のパッドクリアランス分だけ前進してブレーキパッド６，７がディスクロータ２に当接する制動開始位置（パッド接触位置）へ移動すると、可動ディスク33の円筒部35の係合凸部46とリミッタ42の係合凹部45とが所定の範囲内で相対回転する。さらに、ブレーキパッド６，７をディスクロータ２に押圧させながら可動ディスク33が回転すると、係合凸部46がリミッタ42を時計回りに回転させ、その回転力がコイルスプリング44およびクラッチスプリング47を介して調整ナット29に伝達されるが、ピストン28がブレーキパッド５を押圧しており、ピストン28と調整ナット29との間のねじ部48に大きな摩擦力が生じているため、コイルスプリング44が撓んで調整ナット29は回転しない。
【００２５】
その後、制動解除時に、可動ディスク33の逆回転によってピストン28が所定のパッドクリアランス分だけ後退する際、係合凸部46が係合凹部45の一端部に当接してリミッタ62およびスプリングホルダ43を反時計回りに回転させるが、クラッチスプリング47が拡径して空転するため、ピストン28は回転しない。このようにして、パッドの摩耗は調整されず、一定のパッドクリアランスが維持される。
【００２６】
ブレーキパッド６，７が摩耗した場合には、制動時に、ロータ15の時計回りの回転によってブレーキパッド６，７が非制動位置から上記所定のパッドクリアランスの分だけ移動し、係合凸部46と係合凹部45とが所定の範囲内で相対回転しても、摩耗分によってブレーキパッド６，７はディスクロータ２に当接しない。ロータ15がさらに回転すると、可動ディスク33および調整ナット29がディスクロータ２側へ前進してピストン28がブレーキパッド６，７をディスクロータ２に当接させる。このとき、係合凸部46がリミッタ42を時計回りに回転させ、その回転力がコイルスプリング44およびクラッチスプリング47を介して調整ナット29に伝達されるが、ピストン28がブレーキパッド６，７を押圧しておらず、ピストン28と調整ナット29との間のねじ部48に大きな摩擦力が生じていないため、調整ナット29が時計回りに回転してピストン28をブレーキパッド６，７側へさらに前進させてパッドの摩耗を調整する。そして、ブレーキパッド６，７がディスクロータ２を押圧すると、ピストン28と調整ナット29との間のねじ部48に大きな摩擦力が生じ、コイルスプリング44に撓みが生じて調整ナット29の回転が停止する。
【００２７】
その後、制動解除時に、ロータ15の反時計回りの回転よってピストン28が所定のパッドクリアランス分だけ後退すると、係合凸部46が係合凹部45の一端部に当接してリミッタ42を反時計回りに回転させるが、クラッチスプリング47が拡径して空転するため、調整ナット29は回転しない。このようにして、ブレーキパッド６，７の摩耗に対して、制動および制動解除の動作毎に、ピストン28を調整ナット29からブレーキパッド６，７側へ適宜前進させ、これを繰り返すことにより、ブレーキパッド６，７の摩耗調整を自動的に行うことができる。
【００２８】
次に、電動ディスクブレーキ１の制御システム起動時等において、ブレーキパッド６，７がディスクロータに接触するパッド接触位置を検出する方法について図２ないし図６を参照して説明する。
【００２９】
図６のフローチャートに沿って説明する。まず、ステップ▲１▼で、パッド接触位置（初期位置）の検出が必要かどうかを判定する。通常は、制御システムの起動時に初期設定としてパッド接触位置を検出する必要がある。
【００３０】
パッド接触位置の検出が必要な場合、ステップ▲２▼で、ピストン28を後退させる方向に電動モータ12のロータ15を回転させ、図２に示すように任意の位置にあるボールランプ機構27の可動ディスク33を回転させて、図３に示すようにボール34が固定ディスク32および可動ディスク33のそれぞれの溝37，38の端部に当接して可動ディスク33の一方への回転が規制される終端位置へ移動させる。
【００３１】
ステップ▲３▼でボールランプ機構27がその終端位置へ移動したことを判定する。ボールランプ機構27の終端位置は、終端位置において、電動モータ12の負荷が増大して、その電気抵抗が増大するので、モータへの電流をモニタすることよって検出することができる。例えば、図５に示すように、終端位置p_eにおいて、負荷の増大によって電動モータ12の抵抗すなわち電流が増大するので、増大後の所定の電流I₂の検出をもって終端位置を検出することができる。あるいは、電動モータ12の回転開始後、所定時間の経過をもって終端位置を検出するようにしてもよい。このようにして、ボールランプ機構27の終端位置を容易に検出することができる。
【００３２】
終端位置が検出されたら、ステップ▲４▼で電動モータ12を停止させる。ボールランプ機構27を終端位置に移動させることにより、電動モータ12のロータ15の初期位置を正確に設定することができ、また、ボールランプ機構27の溝37，38とボール37と位置ずれを修正することができる。
【００３３】
次に、ステップ▲５▼で、ボールランプ機構27の終端位置に基づいて、ブレーキパッド６，７がディスクロータ２に接触するパッド接触位置に対応するモータ位置を求める。ボールランプ機構27の可動ディスク33とブレーキパッド６，７の摩擦面との距離は、パッド摩耗補償機構によって常に一定に調整されているので、ボールランプ機構27の終端位置に基づいてパッド接触位置を容易に決定することができる。
【００３４】
そして、ステップ▲６▼で、ステップ▲５▼において決定したパッド接触位置に基づいて、ディスクロータ２とブレーキパッド６，７との間に所定のパッドクリアランスが得られるように、電動モータ12を回転させてピストン28を前進させる。
【００３５】
このようにして、電動モータ12を逆回転させてボールランプ機構27を終端位置に移動させることにより、パッド接触位置を容易に決定することができ、ブレーキパッド６，７を正確に位置決めすることができる。ボールランプ機構27の終端位置は、温度変化やブレーキパッド６，７の摩耗によるブレーキキャリパの剛性の変化による影響を受けにくいので、常に正確にパッド接触位置を決定することができる。
【００３６】
また、図４に示すように、ボールランプ機構27の終端位置付近において、溝37，38を深くしてランプ角度を大きくすることにより、終端付近で電動モータ12のトルクをゼロにしても、可動ディスク33に対する反力によってボール34が溝37，38の端部に移動するので、ボールランプ機構27を終端位置へ移動させることができる。このようにした場合、終端位置付近のランプ角度が大きくなっているので、無負荷の終端位置から起動する際の応答性を向上させることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の電動ディスクブレーキによれば、コントローラの起動時に前記ピストンを後退させる方向に前記電動モータを回転させて、ボールランプ機構を終端位置へ移動させることよって、電動モータの初期位置を正確に位置決めすることができ、これに基づいてパッド接触位置決定することができる。ボールランプ機構の終端位置は、温度変化やブレーキパッドの摩耗によるブレーキキャリパの剛性の変化による影響を受けにくいので、常に正確にパッド接触位置を決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の電動ディスクブレーキの縦断面図である。
【図２】図１の装置の通常作動状態のボールランプ機構を示す概念図である。
【図３】図１の装置の終端位置にあるボールランプ機構を示す概念図である。
【図４】図１の装置のボールランプ機構において終端部付近のランプ角度を増大した変形例を示す概念図である。
【図５】図１の装置のボールランプ機構を駆動する電動モータのモータ位置と電流との関係を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るディスクブレーキのパッド接触位置を決定するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１電動ディスクブレーキ
２ディスクロータ
6,7 ブレーキパッド
12 電動モータ
27 ボールランプ機構
28 ピストン
30 リミッタ機構（パッド摩耗補償機構）
48 ねじ部（パッド摩耗補償機構）

Claims

ディスクロータの両側に配置される一対のブレーキパッドを押圧するピストンと、コントローラからの制御信号に応答して回転運動する電動モータと、該電動モータの回転運動を直線運動に変換して前記ピストンを進退動させるボールランプ機構と、前記ブレーキパッドの摩耗に応じて前記ピストンを前進させるパッド摩耗補償機構とをキャリパ本体内に備えた電動ディスクブレーキにおいて、
前記ボールランプ機構は、それぞれ傾斜溝が形成される１対のディスクと該ディスクの間に介装されるボールとからなり、
前記コントローラの起動時に前記ピストンを後退させる方向に前記電動モータを回転させて、前記ボールランプ機構を前記１対のディスクの相対回転が規制される終端位置まで移動させることを特徴とする電動ディスクブレーキ。