JP4941830B2 - 電動ディスクブレーキ - Google Patents

Description

本発明は、電動モータによっ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させる電動ディスクブレーキに関するものである。

電動ディスクブレーキとしては、例えば、電動モータのロータの回転運動をボールねじ機構、ボールランプ機構等の回転−直動変換機構を用いてピストンの直線運動に変換し、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ものが知られている。電動ディスクブレーキは、運転者によるブレーキペダルの踏力（又は変位量）をセンサによって検出し、制御装置によって、この検出値に基づいて電動モータの回転を制御することより、所望の制動力を発生させることができる。

この種の電動ディスクブレーキでは、適宜、ピストンの推力又は電動モータの回転位置に基づいて制動力を制御することによって制御精度を高めることができる。また、非制動状態においては、特許文献１に示される電動ディスクブレーキのように、非制動時に、定期的に電動モータを動作させてブレーキパッドをディスクロータに接触させることにより、パッド接触位置を検出し，パッドクリアランス量を更新している。
特開２００４−１２４９５０号公報

しかしながら、上記特許文献１に示される電動ディスクブレーキでは、パッド熱膨張量をリアルタイムに計測できないため、パッドクリアランス量は大きくなりがちとなり、次回制動時の応答性の低下が問題となる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、パッド熱膨張の影響を受けることなく、パッドクリアランス量を良好に調整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。

請求項１に係る発明は、電動モータと、該電動モータの回転を直線運動に変換する回転−直動変換機構と、前記電動モータを制御する制御手段と、を有し、該回転−直動変換機構によって押圧部材を介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させる電動ディスクブレーキにおいて、前記制御手段は、前記ブレーキパッドの残量を検出するブレーキパッド残量検出手段と、前記ブレーキパッドの温度及び熱膨張量の対応関係を、前記ブレーキパッドの残量毎に示す複数のブレーキパッド温度−ブレーキパッド熱膨張量特性を記憶する記憶手段と、を有し、前記複数のブレーキパッド温度−ブレーキパッド熱膨張量特性のうち前記ブレーキパッド残量検出手段で検出された前記ブレーキパッドの残量に対応するブレーキパッド温度−ブレーキパッド熱膨張量特性を用いることによりパッド熱膨張に起因する調整量を演算し、該調整量に基づき前記電動モータを制御してパッドクリアランス量を調整することを特徴とする。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電動ディスクブレーキにおいて、前記制御手段は、前記電動モータの非動作時間を計測する電動モータ非動作時間計測手段を有し、前記制御手段は、前記電動モータ非動作時間計測手段が計測した前記電動モータの非動作時間が予め定めた電動モータ非動作時間しきい値を超える場合は、前記パッドクリアランス量の調整を回避することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の電動ディスクブレーキにおいて、前記パッドクリアランス量の調整は、前記ディスクロータ及び前記ブレーキパッド間の長さに相当するパッドクリアランス量が所望値になるように行うことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれかに記載の電動ディスクブレーキにおいて、前記調整量の演算は所定周期で行われ、前記パッドクリアランス量の調整は、前記所定周期における前回調整量と今回調整量との差がなくなるまで行うことを特徴とする。

請求項１に係る電動ディスクブレーキによれば、ブレーキパッドの温度と前記ブレーキパッドの残量とによりパッド熱膨張に起因する調整量を演算し、該調整量に基づき前記電動モータを制御してパッドクリアランス量を調整するので、パッドクリアランス量の調整を、制動に伴うブレーキパッドの熱膨張の影響によらずに良好に果すことができる。
また、予め記憶されるブレーキパッド温度−ブレーキパッド熱膨張量特性に対してブレーキパッドの温度を照らしてブレーキパッドの熱膨張量ひいては調整量を演算しており、パッドクリアランス量の調整を精度高く行うことができる。
請求項２に係る電動ディスクブレーキによれば、電動モータ非動作時間計測手段が計測した電動モータの非動作時間が予め定めた電動モータ非動作時間しきい値を超える場合は、パッドクリアランス量の調整を回避するので、パッドクリアランス量の調整を、パッドクリアランス量の調整が必要とされる制動停止直後範囲のみで行うようにすることができ、この分、不要な調整制御処理を行わなくて済み、パッドクリアランス量の調整の効率向上を図ることができる。

請求項３に係る電動ディスクブレーキによれば、制動に伴うブレーキパッドの温度上昇があってもパッドクリアランス量を一定の大きさに調整することができる。
請求項４に係る電動ディスクブレーキによれば、ブレーキパッドの温度変化ひいては残量変化に対応してパッドクリアランス量を調整するので、精度よくパッドクリアランス量を調整できる。

以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２において、本実施形態に係る電動ディスクブレーキ１は、自動車の各車輪に設けられた電動ディスクブレーキ本体２と、運転者によるブレーキペダル３の操作ストロークを検出してブレーキペダル操作量情報として出力するストロークシミュレータ４と、ＥＣＵ５と、ＲＡＭ６と、パッド温度・熱膨張量特性メモリ（以下、メモリという。）７と、を備えている。ＥＣＵ５は、ストロークシミュレータ４、電動モータ８の変位量を検出するレゾルバ９、電動モータ８を流れる電流（以下、モータ出力電流という。）を検出する電流センサ１０、及びブレーキパッド１１の温度を検出する温度センサ３１等の各種センサの検出に基づいて電動ディスクブレーキ本体２に制御電流を供給する。ブレーキパッド１１は一対（適宜、ブレーキパッド１１Ａ，１１Ｂという。）設けられており、温度センサ３１は、ブレーキパッド１１Ａ（ピストン３０側）に埋設されている。
ＲＡＭ６は、キャリパ本体１２の剛性により定められる複数の剛性モデルを記憶する。複数の剛性モデルは、レゾルバ９で検出されるモータ変位量及び電流センサ１０で検出されるモータ出力電流に基づいて選択される。そして、選択された剛性モデルがＥＣＵ５に読取られて実行されることにより、キャリパ本体１２の剛性に応じた制動力制御が行われるようになっている。
メモリ７は、図５に示すように、ブレーキパッド１１Ａの温度及び熱膨張量の対応関係をグラフで表示したブレーキパッド温度−ブレーキパッド熱膨張量特性（以下、パッド温度−パッド熱膨張量特性という。）を、ブレーキパッド１１Ａの残量（以下、パッド残量ともいう。）に対応して複数、記憶している。

電動ディスクブレーキ本体２は、キャリパ浮動型ディスクブレーキであって、車輪と共に回転するディスクロータ１３と、サスペンション部材等の車体側の非回転部分（図示せず）に固定されるキャリア１４と、ディスクロータ１３の両側に配置されてキャリア１４によって支持される前記一対のブレーキパッド１１Ａ、１１Ｂと、ディスクロータ１３を跨ぐように配置されてキャリア１４に対してディスクロータ１３の軸方向に沿って移動可能に支持された前記キャリパ本体１２とを備えている。

キャリパ本体１２には、ディスクロータ１３の一側に対向して開口する貫通穴を有する円筒状のシリンダ部１５及びシリンダ部１５からディスクロータ１３を跨いで反対側へ延びる爪部１６とが一体的に形成されている。キャリパ本体１２のシリンダ部１５内には、ピストンユニット１７及び電動モータユニット１８が設けられている。

ピストンユニット１７は、シリンダ部１５に摺動可能に嵌装される有底円筒状の前記ピストン３０（押圧部材）と、ピストン３０の内部に収容されたボールランプ機構１９（回転−直動変換機構）及び差動減速機構２０と、パッド摩耗補償機構２１とを一体化したものである。ボールランプ機構１９は、回転ディスク２２と直動ディスク２３との間の傾斜溝にボール２４（鋼球）が介装されており、回転ディスク２２と直動ディスク２３とを相対回転させることにより、傾斜溝間でボール２４が転動して、回転ディスク２２と直動ディスク２３とを回転角度に応じて軸方向に相対移動させる。これにより、回転運動を直線運動に変換してピストン３０を進退動させる。

差動減速機構２０は、ボールランプ機構１９と、電動モータユニット１８の電動モータ８との間に介装され、電動モータ８のロータ２５の回転を所定の減速比で減速してボールランプ機構１９の回転ディスク２２に伝達する。パッド摩耗補償機構２１は、ブレーキパッド１１Ａ、１１Ｂの摩耗（ディスクロータ１３との接触位置の変化）に対して、調整スクリュー２６を前進させて、ボールランプ機構１９（ひいてはピストン３０）を追従させるものである。

電動モータユニット１８には、電動モータ８及びレゾルバ９（位置検出手段）が組込まれている。電動モータ８のステータ２７のコイルへの通電によって、ロータ２５を回転させ、差動減速機構２０を介してボールランプ機構１９を駆動し、このとき、レゾルバ９によってロータ２５の回転位置を検出する。

この電動ディスクブレーキでは次のように制動力発生及びパッド摩耗の補償が行われる。
すなわち、ストロークシミュレータ４によって検出した運転者によるブレーキペダル３の操作に基づいて、ＥＣＵ５によって電動モータ８に制御電流を供給してロータ２５を回転させる。ロータ２５の回転は、差動減速機構２０によって所定の減速比で減速され、ボールランプ機構１９によって直線運動に変換されてピストン３０を前進させる。ピストン３０の前進によって、一方のブレーキパッド１１Ａがディスクロータ１３に押圧され、その反力によってキャリパ本体１２が移動して、爪部１６が他方のブレーキパッド１１Ｂをディスクロータ１３に押圧して制動力を発生させる。また、制動動作後、運転者がブレーキペダルを放すと、ブレーキパッド１１Ａ，１１Ｂは初期位置まで戻るようになっている。
ブレーキパッド１１Ａ，１１Ｂの摩耗に対しては、パッド摩耗補償機構２１の調整スクリュー２６が前進してボールランプ機構１９を摩耗に追従させることによって補償する。

また、ＥＣＵ５によって、車速センサ６等の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、操舵角及び車両横加速度等の車両状態を検出し、これらの検出に基づいて電動モータ８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、トラクション制御及び車両安定化制御等を実行することができる。

また、ＥＣＵ５は、パッド接触位置設定動作（パッドクリアランス量の設定）を図３に示すように行うと共に、後述する図４及び図５を参照して説明するようにして、パッドクリアランス量の調整（更新）を行う。
すなわち、図３において、ステップＳ１で制動中であるか否かを判定する。ステップＳ１で制動中でない（ＮＯ）と判定された場合、電動モータ８を前進させ（ステップＳ２）、この時のモータ出力電流値Ｉｍを計測する（ステップＳ３）。ステップＳ３に続いて、モータ出力電流値Ｉｍが予め定めた閾値Ｉ０より大きいか否かを判定する（ステップＳ４）。

ステップＳ４において、モータ出力電流値Ｉｍが閾値Ｉ０以下である（ＮＯ）と判定された場合、ステップＳ２に戻る。
ステップＳ４において、モータ出力電流値Ｉｍが閾値Ｉ０より大きい（ＹＥＳ）と判定された場合、電動モータ８の動作を停止して（ステップＳ５)、電動モータ８の現在位置をパッド接触位置Ｐ０と設定し（ステップＳ６) 、ステップＳ７に進む。ステップＳ７において、電動モータ８を所定量だけ後進して、パッドクリアランス量の設定（パッド接触位置設定動作）を終了する。
ステップＳ１で、制動中であると判定されると、再度ステップＳ１の処理を実行する。

また、本実施の形態では、ＥＣＵ５は、ブレーキパッド１１が磨耗した際の制動解除後に、ブレーキパッド１１とディスクロータ１３との間に所定のパッドクリアランスＨ０が確保されるようにピストン３０を位置決めして次の制動作動に待機させるようにしている。さらに、ＥＣＵ５は、ボールランプ機構１９のボール２４の戻り位置に対する制動力を発生するときのピストン位置をピストン制動位置データとして求め、該ピストン制動位置データから予め定められるパッドクリアランス値（所定のパッドクリアランス）を減算してパッド磨耗量を得、制動に伴う摩耗量検出毎にパッド残量を演算により求めている。この際、制動作動に伴い前記パッド磨耗量が得られる毎に、該パッド磨耗量をパッド累計摩耗量に加えて、新たなパッド累計摩耗量とし、これに応じたパッド残量を求めるようにしている。このパッド残量は、ブレーキパッドの熱膨張量ひいてはブレーキパッドの厚さの算出のために、図５のパッド残量に対応するパッド温度−パッド熱膨張量特性の選択に用いられている。

次に、本実施形態が実施するパッドクリアランス量の調整（更新）処理について、図４及び図５を参照して説明する。
本実施形態では、上述したようにして制動動作が行われ、ブレーキパッド１１が図４（Ａ）に示すように、所定の位置（制動前の規定された位置）に戻った後（例えば直後）、温度センサ３１によってブレーキパッド温度Ｔが検出される。
一方、上述したようにして〔段落「００１９」参照〕、ブレーキパッド１１の摩耗量検出に対応してパッド残量が検出される。そして、メモリ７に記憶されているパッド残量毎の複数のパッド温度−パッド熱膨張量特性のうち、ブレーキパッド温度Ｔを検出した際のパッド残量に対応するパッド温度−パッド熱膨張量特性が選択される。この選択されたパッド温度−パッド熱膨張量特性において、ブレーキパッド温度Ｔに対応するパッド熱膨張量ΔＨが算出される。

上述したようにパッド熱膨張量ΔＨを求めているが、このようにパッド熱膨張量ΔＨ分の熱膨張が生じたことは、図４（Ｂ）に示すように、ブレーキパッド１１Ａとディスクロータ１３の間隔が、制動動作前の量よりもパッド熱膨張量ΔＨ分だけ狭まっていることを意味している。このようにブレーキパッド１１Ａとディスクロータ１３の間隔が狭まっていることは、良好な制動力を確保する上で望ましくないため、これに対処するべく、本実施形態では、電動モータ８を動作させることによって、図４（Ｃ）に示すように、ピストン３０の位置をパッド熱膨張量ΔＨに相当する長さ寸法だけ後退させる〔図４（Ｃ）左方向に移動させる〕。図４（Ｃ）に示すように、ピストン３０の位置をパッド熱膨張量ΔＨに相当する長さ寸法だけ後退させることにより、制動に伴うブレーキパッド１１の熱膨張の影響によらずパッドクリアランス量を一定に保つことができ、これにより、非制動時の引きずりを防止することができる。

また、制動動作の間隔が長くなる等して、ブレーキパッド１１Ａの温度が低下し、ブレーキパッド１１Ａ厚が変化した（厚さ寸法が短くなった）場合、上述した場合と同様にしてブレーキパッド１１Ａの温度を計測すること及びパッド残量を検出することによって、パッド残量に対応するパッド温度−パッド熱膨張量特性を用いて、ブレーキパッド温度Ｔに対応するブレーキパッド１１Ａの厚さが算出される。そして、この場合、図４（Ｄ）に示すように、パッドクリアランス量が適正なものとなるようにピストン３１の位置を前進させる〔図４（Ｄ）右方向に移動させる〕。
上述した処理を行うことにより、制動動作後にブレーキパッド１１をディスクロータ１３に接触させることなく、次回制動時の応答性を確保するのに適切なパッドクリアランス量を保つことができる。

上記実施の形態では、図５に示されるように、ブレーキパッド１１Ａの温度からのブレーキパッド１１Ａの熱膨張量（パッドの熱膨張量）の算出を、予め設定したパッド残量毎のパッド温度−パッド熱膨張量特性を用いて行う場合を例にしたが、パッドの熱膨張量は、パッド温度、パッド残量、材質により変化することを考慮し、ブレーキパッド１１Ａの材質を考慮した特性データを用意し、算出精度の向上を図るようにしてもよい。
また、図５に示されるパッド残量毎のパッド温度−パッド熱膨張量特性に代えて、当該内容を例えば、次式（１）のように数式化して、この数式を記憶しておき、パッドの熱膨張量の算出に用いてもよい。

ΔＨ（ｎ）＝α・（ブレーキパッド温度）β＋γ … （１）
ただし、α、β、γは任意の整数。ｎはブレーキパッド残量に対応した整数。

上記例では、非制動中にブレーキパッド１１Ａの温度から適切なパッドクリアランス量の調整を行う場合を例にした。ところで、パッド熱膨張が発生するのは、制動直後であると考えられる。このことを考慮して、パッドクリアランス量の調整を効率よく行うことが考えられる。このように効率よくパッドクリアランス量の調整を行うように構成した例（第２実施形態）を図６に基づき、図５を参照して説明する。

図６において、この第２実施形態の電動ディスクブレーキでは、ブレーキシステムがＯＮ（オン）であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１で、ブレーキシステムがＯＮである（ＹＥＳ）と判定すると、制動中であるか否かが判定される（ステップＳ２２）。
ステップＳ２で制動中でない（ＮＯ）と判定された場合、電動モータ８の動作指令値が変化したか否かが判定される（ステップＳ２３）。
ステップＳ２３において電動モータ８の動作指令値が変化していない（ＮＯ）と判定されると、ステップＳ２４に進み、また、電動モータ８の動作指令値が変化した（ＹＥＳ）と判定されると、ステップＳ２５に進む。

ステップＳ２４において、電動モータ非動作時間（以下、モータ非動作時間という。）Ｔの計測を行い、ステップＳ２６に進む。ステップＳ２５において、モータ非動作時間Ｔをリセット（ゼロリセット）する。本実施形態ではステップＳ２４が電動モータ非動作時間計測手段を構成している。
ステップＳ２６において、モータ非動作時間Ｔが予め設定したモータ非動作時間しきい値Ｔ０を超えているか否かを判定する。ステップＳ２６で、モータ非動作時間Ｔが予め設定したモータ非動作時間しきい値Ｔ０を超えている（ＹＥＳ）と判定すると、ステップＳ２１に戻る。モータ非動作時間しきい値Ｔ０は、ブレーキパッド１１及びブレーキパッド１１周辺の空間の放熱特性に基づいて決定する。
ステップＳ２６で、モータ非動作時間Ｔがモータ非動作時間しきい値Ｔ０以下である（ＮＯ）と判定すると、パッド熱膨張量前回値ΔＨ’をパッド熱膨張量現在値（単に、パッド熱膨張量ともいう。）ΔＨに更新する（ステップＳ２７）。

ステップＳ２７に続いて、パッド温度の計測（ステップＳ２８）及びパッド熱膨張量の算出（ステップＳ２９）を順次行い、第１実施形態（図４及び図５参照）の場合と同様にしてパッド熱膨張量ΔＨを求める。ステップＳ２９に続いて、パッド熱膨張量現在値ΔＨとパッド熱膨張量前回値ΔＨ’とが異なっているか、それとも異なっていないか（ΔＨ≠ΔＨ’？）を判定する（ステップＳ３０）。ステップＳ３０において、パッド熱膨張量現在値ΔＨとパッド熱膨張量前回値ΔＨ’とが同等である（ＮＯ）と判定した場合、ステップＳ２１に戻る。ステップＳ３０において、パッド熱膨張量現在値ΔＨとパッド熱膨張量前回値ΔＨ’とが異なっている（ＹＥＳ）と判定した場合、電動モータ８を動作させることにより、パッドクリアランス量を、ΔＨ−ΔＨ’だけ調整して（ステップＳ３１）、ステップＳ２１に戻る。ステップＳ２１において、ブレーキシステムがＯＦＦ（オフ）である（ＮＯ）と判定された場合、パッドクリアランス量の更新処理を終了する。

本実施形態では、上述したようにパッド温度の計測（ステップＳ２８）に基づいて、パッド熱膨張量の算出（ステップＳ２９）を行って、パッドクリアランス量を調整（ステップＳ３１）しており、ブレーキパッド１１Ａの温度変化に対応したパッドクリアランス量の制御が可能になり、制動直後の引きずりを防止すると共に、次回制動時における良好な応答性を確保することができる。

さらに、ブレーキパッド１１Ａの熱膨張量の変化は、制動直後において顕著となるため、モータ非動作時間しきい値Ｔ０を設定することにより、制動動作がある時間間隔以上行われない場合における、パッド温度の計測及びパッド熱膨張量の計算処理を省くことが可能になる。
なお、上記第２実施形態ではモータ非動作時間Ｔとモータ非動作時間しきい値Ｔ０とを比較することによりパッド熱膨張量の計算処理の一部省略を行う場合を例にしたが、これに代えて、パッド熱膨張量の計算処理の一部省略を行う上で、パッド温度センサ３１により計測される温度と、これに対応して定めた温度しきい値とを用いように構成してもよい。

本発明の第１実施形態に係る電動ディスクブレーキの縦断面図である。 図１の電動ディスクブレーキの概略構成を示すブロック図である。 図１の電動ディスクブレーキにおけるパッド接触位置設定（パッドクリアランス量の設定）を示すフローチャートである。 図１の電動ディスクブレーキにおけるパッドクリアランス量の更新処理を説明するための図であり、（Ａ）はブレーキパッドが所定の位置（制動前の規定された位置）に戻った後の状態を示し、（Ｂ）はパッド熱膨張量ΔＨ分の熱膨張が生じたときの状態を示し、（Ｃ）はピストン位置をパッド熱膨張量ΔＨに相当する長さ寸法だけ後退させる状態を示し、（Ｄ）はブレーキパッドの温度が低下した場合におけるパッドクリアランス量の調整を示す図である。 パッド残量に対応するパッド温度−パッド熱膨張量特性を示す図である。 本発明の第２実施形態を説明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、５…ＥＣＵ（制御手段）、８…電動モータ、１１Ａ、１１Ｂ…ブレーキパッド、１３…ディスクロータ、１９…ボールランプ機構（回転−直動変換機構）、３０…ピストン（押圧部材）、３１…温度センサ。

Claims (4)

1. 電動モータと、該電動モータの回転を直線運動に変換する回転−直動変換機構と、前記電動モータを制御する制御手段と、を有し、該回転−直動変換機構によって押圧部材を介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させる電動ディスクブレーキにおいて、
   前記制御手段は、
   前記ブレーキパッドの残量を検出するブレーキパッド残量検出手段と、
   前記ブレーキパッドの温度及び熱膨張量の対応関係を、前記ブレーキパッドの残量毎に示す複数のブレーキパッド温度−ブレーキパッド熱膨張量特性を記憶する記憶手段と、を有し、
   前記複数のブレーキパッド温度−ブレーキパッド熱膨張量特性のうち前記ブレーキパッド残量検出手段で検出された前記ブレーキパッドの残量に対応するブレーキパッド温度−ブレーキパッド熱膨張量特性を用いることによりパッド熱膨張に起因する調整量を演算し、該調整量に基づき前記電動モータを制御してパッドクリアランス量を調整することを特徴とする電動ディスクブレーキ。
2. 前記制御手段は、
   前記電動モータの非動作時間を計測する電動モータ非動作時間計測手段を有し、
   前記制御手段は、前記電動モータ非動作時間計測手段が計測した前記電動モータの非動作時間が予め定めた電動モータ非動作時間しきい値を超える場合は、前記パッドクリアランス量の調整を回避することを特徴とする請求項１に記載の電動ディスクブレーキ。
3. 前記パッドクリアランス量の調整は、前記ディスクロータ及び前記ブレーキパッド間の長さに相当するパッドクリアランス量が所望値になるように行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動ディスクブレーキ。
4. 前記調整量の演算は所定周期で行われ、前記パッドクリアランス量の調整は、前記所定周期における前回調整量と今回調整量との差がなくなるまで行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電動ディスクブレーキ。

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