JP4446111B2 - 電動ブレーキ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータのトルクによって制動力を発生させる電動ブレーキ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動ブレーキ装置としては、モータの回転を直線運動に変換して直動部材（ピストン）に伝達し、該ピストンを推進してブレーキパッドをディスクロータに押圧して制動力を発生するものがある。このような電動ブレーキ装置において、従来、制動力を制御するには、下記のように種々の方法、手段が採用されていた。
（１）モータの電流値変化によりモータトルクの変化を検知し、ブレーキパッドとディスクロータとが接触したときの電流値を基準値として、必要押圧力に対して予め設定された基準値からの増加量分の電流をモータに通電する。
（２）ブレーキパッドとディスクロータとの接触を検知したときのモータの回転位置を基準として、必要押圧力に対して予め設定された回転量だけモータを回転させる（例えば、特開２０００−１４５８４３号公報）。
（３）ブレーキパッドをディスクロータに押圧するピストンに加わる反力を検出し、ピストンを後退端まで後退させたときの押圧力を基準値として、目標押圧力が得られるようにモータの回転を制御する（例えば、特開２０００−２１３５７５号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記（１）または（２）の方法、手段によれば、ブレーキパッドとディスクロータとが接触したときのモータの電流基準値の設定、またはモータの基準位置の設定は、毎制動開始時のみであるため、一連の制動作動中における温度変化による熱膨張や機構部の潤滑状態による機械効率の変化等に対する補正が必要となり、この際、前記した温度や潤滑状態が毎制動時とも全く同じ変化を示すとは限らない上、製品間のばらつきもあることから、補正精度の向上には限界があり、いま一つ制御精度に劣る、という問題があった。
一方、上記（３）の方法、手段によれば、押圧力を直接的に検出するので、上記（１）および（２）おける問題点は解消されるものの、押圧力検出装置としてのロードセル、圧電センサ、半導体荷重センサ、磁わい式力センサ等をピストンに組込まなければならず、部品点数の増加や装置の複雑大型化が避けられない、という問題があった。
本発明は、上記した技術的背景に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、モータの電流基準値や基準位置の設定に頼ることなくかつ特別のセンサ部品を用いることなく高精度に制動力を制御できる電動ブレーキ装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、モータの回転を直線運動に変換して直動部材に伝達し、該直動部材を推進してブレーキパッドをディスクロータに押付けて制動力を発生する電動ブレーキ装置において、前記直動部材の全体または一部を、例えばピエゾ抵抗効果を有する材料から形成して、押圧力検出部として構成し、該直動部材自体をセンサ部品として機能させるようにしたことを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜３は、本発明の一つの実施の形態としての電動ブレーキ装置を示したものである。これらの図において、１は、ディスクロータＤより内側に位置する車両の非回転部（ナックル等）に固定されたキャリア、２は、キャリア１にディスクロータＤの軸方向へ浮動可能に支持されたキャリパ、３，４は、ディスクロータＤの両側に配置された一対のブレーキパッドであり、ブレーキパッド３，４はディスクロータＤの軸方向に移動可能にキャリア１に支持されている。キャリパ２は、先端側に爪部５ａを有する爪部材５と、この爪部材５の基端側にボルト（図示略）により結合された環状の基体６と、この基体６にボルト７により共に結合されたリング状支持板８およびモータケース９とからなる組立型のキャリパ本体１０を備えている。
【０００６】
キャリパ２はまた、車両内側のブレーキパッド３の背面に当接可能なピストン（直動部材）１１と、モータ１２と、このモータ１２の回転を直線運動に変換して前記ピストン１１に伝えるボールランプ機構（回転−直動変換機構）１３と、モータ１２の回転を減速して前記ボールランプ機構１３に伝える差動減速機構１４とを備えている。
【０００７】
上記ピストン１１は、大径の本体部１５と小径の軸部１６とを連設してなっており、その本体部１５が車両内側のブレーキパッド３に近接して配置されている。ピストン１１の軸部１６の中心には角形穴１６ａ（図２）が設けられており、この角形穴１６ａには、モータケース９の端板１７にナット１８を用いて基端部が固定された支持ロッド１９の先端部が摺動可能に挿入されている。すなわち、ピストン１１は、支持ロッド１９に摺動可能にかつ回転不能に支持されている。また、ピストン１１の軸部１６の外周面にはねじ部１６ｂが設けられている。このねじ部１６ｂは、ピストン１１と前記ボールランプ機構１３との結合に用いられるもので、これについては後にさらに述べる。なお、ピストン１１の本体部１５とキャリパ本体１０の爪部材５との間には、モータ１２、ボールランプ機構１３等を含む機構部を外部から遮蔽するゴム製のカバー２０が張設されている。
【０００８】
上記ピストン１１は、圧力が加わると内部抵抗が変化するピエゾ抵抗効果を有するセラミック感圧素子の焼結体からなっており、その外表面は絶縁効果を有するコーティング層（図示略）により被覆されている。また、このピストン１１の内部には一対の電極２１が埋設されている。各電極２１は、平板状をなし、ここでは、ピストン１１の中心部すなわち反力を受けた際に引張歪が生じる部分に、軸と平行に延ばして配置されている。各電極２１はまた、それぞれの一端部を前記角形穴１６ａ内に露出させる状態で配置されており、この露出する端部には、前記支持ロッド１９に貫設した通路１９ａ（図２、４）内を延ばしたケーブル線（信号線）２２の一端部が接続されている。ケーブル線２２の他端部は、前記通路１９ａから前記端板１７の後方へ引出され、モータケース９に取付けたコネクタ２３を介して図示しない電気抵抗値検出装置に接続されるようになっている。
【０００９】
上記モータ１２は、モータケース９に嵌合固定されたステータ２４と、ステータ２４内に配置された中空ロータ２５とを備え、ロータ２５は、モータケース９および前記支持板８に軸受２６、２７によって回動可能に支持されている。このモータ１２のステータ２４には、前記コネクタ２３から信号線（図示略）が取り回されており、モータ１２の作動すなわちロータ２５の回転は、該信号線を通じて図示しないコントローラから送出される制御信号により制御されるようになっている。
【００１０】
上記回転−直動変換機構としてのボールランプ機構１３は、キャリパ本体１０の環状基体６の内周部にクロスローラ軸受３０を介して回動可能に支持されたリング状第１ディスク３１とピストン１０の軸部１６に前記ねじ部１６ｂを介して螺合されたリング状第２ディスク３２と、両ディスク３１と３２との間に介装されたボール３３とを備えている。ボール３３は、第１ディスク３１および第２ディスク３２の対向面に、それぞれ円周方向に沿って円弧状に形成された３つのボール溝３４と３５との間に装入されている。ボール溝３４、３５は、それぞれ同方向に傾斜して、等しい中心角（例えば90°）の範囲で等間隔に配置されており、いま、第１ディスク３１が第２ディスク３２に対して、図１の右方向から見て時計回りに回転するとき、第２ディスク３２が同図の左方向へ前進（直線移動）する。この時、第２ディスク３２と前記ピストン１１の軸部１６との間の螺合部（ねじ部１６ｂ）にはかなりの抵抗があり、これにより第２ディスク３２は回転しないで前進し、これに応じてピストン１１が前進（推進）して、車両内側のブレーキパッド３をディスクロータＤに押圧する。
【００１１】
一方、第２ディスク３２の、ピストン１１の軸部１６に螺合された部分にはモータケース９の端板１７側へ大きく延長する延長筒部３６が連設されており、この延長筒部３６内には、前記支持ロッド１９に一端が係止され、該延長筒部３６を介して常時は第２ディスク３２を第１ディスク３１側へ付勢する皿ばね３７が配設されている。これにより、ボールランプ機構１３のボール３３は２つのディスク３１と３２との間に強圧され、第１ディスク３１が第２ディスク３２に対して、図１の右方向から見て反時計回りに回転するとき、第２ディスク３２が同図の右方向へ後退し、ピストン１１がブレーキパッド４から離間するようになる。なお、第２ディスク３２の延長筒部３６の周りには、ブレーキパッド４の摩耗にピストン１１を追従させるリミッタ機構３８が配設されている。
【００１２】
上記差動減速機構１４は、モータ１２のロータ２５の、ディスクロータＤ側への延長端部に形成された偏心軸４０、この偏心軸４０に軸受４１を介して回動可能に嵌装された偏心板４２、この偏心板４２と前記キャリパ本体１０の支持板８との間に介装されたオルダム機構４３および偏心板４２と前記ボールランプ機構１３の第１ディスク３１との間に介装されたサイクロイドボール減速機構４４からなっている。偏心板４２は、前記オルダム機構４３の作動により偏心軸４０の回転に応じて自転せずに公転運動をし、一方、この偏心板４２の公転運動に応じてサイクロイドボール減速機構４４が作動して、ボールランプ機構１３の第１ディスク３１がロータ２５と一定の回転比で回転するようになる。
より詳しくは、偏心板４２側のサイクロイド溝の基準円の直径をｄ、第１ディスク３１側のサイクロイド溝の基準円の直径をＤとすると、ボールランプ機構１３の第１ディスク３１はロータ２５と一定の回転比Ｎ｛＝（Ｄ−ｄ）/Ｄ｝をもって回転する。この場合、第１ディスク３１が一回転するときのロータ２５の回転数が減速比α(＝１/Ｎ)となる。そして、ロータ２５が、ある角度θだけ回転すると、第１ディスク２１の回転角θ_A はθ/αとなり、ボールランプ機構１３のボール溝３４、３５の傾斜（リード）をＬとすると、第２ディスク３２はδ｛＝(Ｌ/360)×(θ/α)｝だけ前進することになる。
【００１３】
以下、上記のように構成した電動ブレーキ装置の作用について説明する。
ブレーキペダルの踏込み等により制動力を必要とする場合は、図示しないコントローラからの指令でモータ１２のロータ２５が時計回りに回転し、これと一体に偏心軸４０が回転し、偏心板４２が、オルダム機構４３により自転せずに公転運動をする。そして、この偏心板４２の公転運動により、サイクロイドボール減速機構４４が作動し、ボールランプ機構１３の第１ディスク３１がロータ２５と一定の回転比をもって回転する。一方、第２ディスク３２は、ピストン１１の軸部１６に対する螺合部の抵抗により回転が規制されているので、前記第１ディスク３１の回転に応じて前進する。
そして、上記ボールランプ機構１３の第２ディスク３２が前進する結果、ピストン１１が推進して、車両内側のブレーキパッド３をディスクロータＤの一面に押圧し、その反力によってキャリパ２がキャリア１に対して移動し、爪部材５の爪部５ａが車両外側のブレーキパッド４をディスクロータＤの他面に押圧し、これによりモータ１２のトルクに応じた制動力が発生する。
【００１４】
しかして、ブレーキパッド３、４をディスクロータＤに押圧した際の反力によりピストン１１に歪が発生し、ピストン１１の抵抗値が変化する。この時発生する制動力とディスクロータＤを押圧する押圧力（必要押圧力）との間には、図５に示すような比例関係が、押圧力とピストン１１に発生する抵抗値との間には、図６に示すような逆比例関係があり、したがって、制動力と抵抗値とは、前記した両図の合成から図７に示すような関係となる。前記コントローラには、この図７に示す制動力と抵抗値との関係が予め記憶され、また、ピストン１１に発生する抵抗値の変化は、ケーブル線２２を介して図示を略す抵抗値検出装置により監視されており、コントローラは、抵抗値検出装置からの信号に基づいて所望の抵抗値が得られるようにモータ１２を制御し、この結果、例えばブレーキペダル踏込量に応じた所定の制動力が得られるようになる。
なお、ブレーキペダルの入力が解除されると、押圧力が発生していない時の抵抗値となるまでモータ１２が逆回転し、皿ばね３７の付勢力により第２ディスク３２およびピストン１１が一体的に後退して、ブレーキパッド３、４がディスクロータＤから離間し、制動が解除される。
【００１５】
図８は、上記コントローラによる制御の内容をより具体的に示したもので、ブレーキペダルの踏込み有りの判断で（ステップＳ１）、ブレーキペダルの踏込量が検出され（ステップＳ２）、この踏込量に見合った制動力とこの制動力に見合った抵抗値とが計算される（ステップＳ３、Ｓ４）。そして、モータ１２の制御すなわち回転が開始され（ステップＳ５）、このモータ１２の回転が上記差動減速機構１４およびボールランプ機構１３を介してピストン１１に伝達され、ピストン１１が推進して制動が開始される。この制動開始によりピストン１１の抵抗値が変化し、その抵抗値の変化が前記抵抗値検出装置により検出される（ステップＳ６）。ステップＳ７においては前記検出した抵抗値と目標抵抗値とを比較し、目標抵抗値になったら、ステップＳ８に処理を移してモータ制御をそのまま継続し、一定トルクを維持する。一方、ステップＳ７において目標抵抗値になっていないと判断した場合は、処理をステップＳ５に戻し、モータ１２に供給する電流を調整してモータ制御を継続する。その後、ステップＳ９においてブレーキペダルのさらなる踏込みがあるか否かが判断され、ブレーキペダルの踏込み有りの場合はステップＳ５に処理を戻してその後の処理を繰返し、一方、ステップＳ９においてブレーキペダルの踏込みがない場合は、ブレーキペダルの入力解除と判断し、ステップＳ１０に処理を移してモータ１２を逆回転させ、ステップＳ１１で押圧力ゼロ時の抵抗値となったことが判断された段階で、一連の制御を停止する。
【００１６】
ここで、上記ピストン１１は、ピエゾ抵抗効果を有するセラミック感圧素子の焼結体からなって、その全体が抵抗体として構成されているので、ピストン１１の抵抗値変化を検出するための電極２１は、以下に記すようにピストン１１の任意の部位に設けることができる。
図９および１０は、ピストン１１の軸部１６の基部側すなわち反力を受けた際に圧縮歪が生じる部分に、軸方向に離間して一対の小片電極２１´を配置した実施形態を示したものである。この場合は、同図に示すように各小片電極２１´をリード板５１、５２の一端に予め接合して、リード板５１、５２と共にピストン１１に埋設するようにしてもよい。このように小片電極２１´を配置した場合は、ピストン１１に集中的に生じる歪を受けて効率よく抵抗値変化を検出できる。また、リード板５１、５２を用いることで、電極形状を単純化することができる。
図１１および１２は、ピストン１１の本体部１５の半径方向中間部分すなわち反力を受けた際に圧縮歪が生じる部分に、半径方向に離間して上記同様の一対の小片電極２１´を配置した実施形態を示したものである。この場合も、各小片電極２１´をリード板５３、５４の一端に予め接合して、リード板５３、５４と共にピストン１１に埋設するようにしている。この場合も、上記図９および１０に示したものと同様の作用効果を奏する。
図１３および１４は、ピストン１１の本体部１５の半径方向中間部分すなわち反力を受けた際に圧縮歪が生じる部分に、軸中心に対して点対称となるように小片電極２１´を配置した実施形態を示したものである。この場合は、各小片電極２１´をリード板５５、５６の両端に予め接合して、リード板５５、５６と共にピストン１１に埋設するようにしている。このように環状電極２１"を配置した場合は、ピストン１１に加わる反力が偏荷重となって歪が一様に発生しない場合でも、確実に抵抗値変化を検出できる。
図１５および１６は、ピストン１１の本体部１５に一対の環状電極２１"を同心に配置した実施形態を示したものである。この場合は、各環状電極２１"をリード板５７、５８に予め接合し、リード板５７、５８と共にピストン１１に埋設するようにしている。このように環状電極２１"を配置した場合は、ピストン１１に加わる反力が偏荷重となって歪が一様に発生しない場合でも、より確実に抵抗値変化を検出できる。
なお、上記各実施の形態においては、ピストン１１を押圧部検出部として構成したが、ピストン１１に代えて、例えばブレーキパッド３、４の裏金やシム、あるいはボールランプ機構１３を構成する第２ディスク３２を押圧部検出部として構成してもよい。
【００１７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る電動ブレーキ装置によれば、モータの電流基準値や基準位置の設定に頼ることなくかつ特別のセンサ部品を用いることなく高精度に制動力を制御でき、その利用価値は大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態としての電動ブレーキ装置の全体構造を示す断面図である。
【図２】本電動ブレーキ装置を構成する押圧部検出部の構造を示す断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視線に沿う断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ矢視線に沿う断面図である。
【図５】制動力とディスクロータを押圧する押圧力との相関を示すグラフである。
【図６】押圧力とピストンに発生する抵抗値との相関を示すグラフである。
【図７】図５と図６とを合成したもので、制動力とピストンに発生する抵抗値との相関を示すグラフである。
【図８】本電動ブレーキ装置による制動力制御の流れを示すフロー図である。
【図９】本電動ブレーキ装置を構成する押圧力検出部の他の実施形態を示す断面図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ矢視線に沿う断面図である。
【図１１】本電動ブレーキ装置を構成する押圧力検出部の、さらに他の実施形態を示す断面図である。
【図１２】図１１のＡ−Ａ矢視線に沿う断面図である。
【図１３】本電動ブレーキ装置を構成する押圧力検出部の、さらに他の実施形態を示す断面図である。
【図１４】図１３のＡ−Ａ矢視線に沿う断面図である。
【図１５】本電動ブレーキ装置を構成する押圧力検出部の、さらに他の実施形態を示す断面図である。
【図１６】図１５のＡ−Ａ矢視線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１ キャリア、 ２ キャリパ
３、４ ブレーキパッド
Ｄ ディスクロータ
１１ ピストン（直動部材）
１２ モータ
１３ ボールランプ機構（回転−直動変換機構）
１４ 差動減速機構
２１ 電極、 ２１´ 小片電極、 ２１" 環状電極
２２ ケーブル線
５１，５２、５３，５４、５５，５６、５７，５８ リード板

Claims (2)

1. モータの回転を直線運動に変換して直動部材に伝達し、該直動部材を推進してブレーキパッドをディスクロータに押圧して制動力を発生する電動ブレーキ装置において、前記直動部材の全体または一部を押圧力検出部として構成したことを特徴とする電動ブレーキ装置。
2. 直動部材の全体または一部を、ピエゾ抵抗効果を有する材料から形成したことを特徴とする請求項１に電動ブレーキ装置。

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