JP5085108B2

JP5085108B2 - 電動ディスクブレーキ装置

Info

Publication number: JP5085108B2
Application number: JP2006321607A
Authority: JP
Inventors: 行彦山田; 浩隆及川; 伸二鈴木
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2006-11-29
Filing date: 2006-11-29
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2026-11-29
Also published as: JP2008132906A

Description

本発明は、車両の制動用に用いられる電動ディスクブレーキ装置に関するものである。

バッテリの充電電力や燃料電池の発電電力でトラクションモータを駆動して走行する電動車両において、同様に電力で車輪を制動する電動式ディスクブレーキ装置を採用することが検討されている。このような電動式ディスクブレーキ装置として、車輪とともに回転するディスクにブレーキパッドを押圧する推力機構とこの推力機構を駆動する電動モータとを内包する電動キャリパを有するものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１２４９５０号公報

ところで、ディスクブレーキにおいては、非使用状態が続くとディスクに錆を生じることがあり、このような錆は、通常、制動時にブレーキパッドが接触することで除去されることになる。しかしながら、このような錆が除去されずに進行した場合には、進行が場所により一定せず、ブレーキパッドの接触で錆が除去された後のディスクに肉厚変動を生じてしまう可能性が高くなる。このような肉厚変動は、ジャダー発生の原因になるため、好ましくない。そして、上記のような電動式ディスクブレーキ装置は、トラクションモータの回生制動を補うように制動力を発生させることになるため、走行時においても使用されない可能性があり、非使用状態が長く続く可能性が高くなる。

したがって、本発明は、錆を早期に除去することで、ディスクに生じる肉厚変動を抑制でき、ジャダーの発生を抑制できる電動ディスクブレーキ装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、車輪とともに回転するディスクにブレーキパッドを押圧する推力機構と該推力機構を駆動する電動モータとを内包する電動キャリパと、前記電動モータをブレーキペダルの操作に基づいて制御する制御手段とを有する電動ディスクブレーキ装置であって、前記制御手段は、前記車輪の回転中に前記ブレーキペダルの操作に関係なく前記電動モータにより前記推力機構を介して前記ディスクに前記ブレーキパッドを接触させて錆を落とす錆落とし制御を行い、該錆落とし制御は、車両の走行速度に応じて前記ブレーキパッドへの押圧力が低速領域の押圧力よりも高速領域の押圧力の方が大きくなるように行われることを特徴としている。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記制御手段は、前記錆落とし制御中に前記ブレーキペダルの操作に基づく通常の制動が行われた場合には、この通常の制動で除去されたと推定される錆の量に応じて残りの錆除去の時間を変化させることを特徴としている。

請求項１に係る発明によれば、制御手段が、車輪の回転中にブレーキペダルの操作に関係なく電動モータにより推力機構を介してディスクにブレーキパッドを接触させて錆を落とす錆落とし制御を行うため、ディスクの錆を早期に除去することができる。したがって、ディスクに生じる肉厚変動を抑制でき、ジャダーの発生を抑制できる。

本発明の一実施形態の電動ディスクブレーキ装置を図面を参照しつつ以下に説明する。

図１に示すように、本実施形態の電動ディスクブレーキ装置は、車両の図示略の各車輪に設けられて車輪と一体に回転するディスク１１と、各ディスク１１をそれぞれ摩擦で制動する電動キャリパ１０とを有している。

各電動キャリパ１０は、図２に示すように、ディスク１１の軸線方向における一側にキャリパ本体１２が配置されており、このキャリパ本体１２には、略Ｃ字形に形成されてディスク１１を跨いで反対側へ延びる爪部（推力機構）１３が一体的に結合されている。ディスク１１の軸線方向における両側にそれぞれブレーキパッド１４，１５が設けられている。ブレーキパッド１４，１５は、車体側に固定されるキャリア１６によってディスク１１の軸線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ア１６に伝達するようになっており、また、キャリパ本体１２は、キャリア１６に取り付けられた図示せぬスライドピンによってディスク１１の軸方向に沿って摺動可能に案内されている。

キャリパ本体１２には、略円筒伏のケース１８が結合され、このケース１８内には、電動モータ１９および位置検出器２０が設けられている。一方、キャリパ本体１２の内側には、ボールランプ機構２１および減速機構２２が設けられている。ケース１８の後端部には、カバー２３が取付けられている。

電動モータ１９は、ケース１８の内周部に固定されたステータ２５と、ステータ２５に挿入されて軸受２６，２７によってケース１８に回転可能に支持されたロータ２８とを備えている。位置検出器２０は、ケース１８側に固定されたレゾルバステータ２９およびロータ２８に取付けられたレゾルバロータ３０からなり、これらの相対回転に基づいてロータ２８の回転位置すなわち電動モータ１９のモータ回転位置を検出するものである。

ボールランプ機構２１は、環状の第１ディスク３２および第２ディスク３３と、これらの間に介装された複数のボール（鋼球）３４とから構成されている。第１ディスク３２は、軸受３５によってキャリパ本体１２に回転可能に支持され、ロータ２８内に挿入される円筒部３６が一体的に形成されている。第２ディスク３３には、円筒部３６よりも小径の円筒状のスリーブ３７が一体的に形成され、このスリーブ３７が円筒部３６内に挿通されている。

ボールランプ機構２１の第１ディスク３２および第２ディスク３３の対向面には、それぞれ円周方向に沿って延びる円弧状の例えば３つのボール溝３８，３９が形成されている。これらのボール溝３８，３９は、等しい中心角（例えば９０゜）の範囲に延ばされて、同じ方向に傾斜されている。そして、第１ディスク３２および第２ディスク３３に形成されたボール溝３８，３９間にボール３４が装入され、第１ディスク３２および第２ディスク３３の相対回転によって、ボール溝３８，３９内をボール３４が転動することにより、第１ディスク３２と第２ディスク３３とが軸方向に相対変位するようになっている。このとき、第１ディスク３２が第２ディスク３３に対して反時計回りに回転したとき、これらが離間する方向に変位する。

第２ディスク３３とブレーキパッド１４との間には、ピストン（推力機構）４０が設けられている。ピストン４０は、外周にネジ部４１を形成した円筒部材４２ａを有している。円筒部材４２ａは、第２ディスク３３のスリーブ３７内に挿入され、その内周に形成されたネジ部４３に螺合されている。円筒部材４２ａには、ケース１８にブラケット４４を介して取付けられた軸４５の図示せぬ二面取部が嵌合されて、その回転が規制されている。また、ピストン４０は、円筒部材４２ａの軸４５に対し反対側に回転が規制された状態で連結される略円板状の押圧部材４２ｂを有している。そして、円筒部材４２ａと押圧部材４２ｂとの間に、ピストン４０が受けるピストン推力を検出する推力センサ（推力検出手段）４６が設けられている。

ピストン４０の円筒部材４２のネジ部４１と、第２ディスク３３のスリーブ３７のネジ部４３とで不可逆ねじを形成しており、ピストン４０は、その軸方向に力が作用しても移動することはないが、第２ディスク３３を反時計回りに回転させることにより、ディスク１１側へ移動するようになっている。

軸４５の外周部および第２ディスク３３のスリーブ３７の内周部にそれぞれ形成されたバネ受４７，４８間に弾性部材４９が介装され、そのばね力によって第２ディスク３３がボール３４を第１ディスク３２との間で挟みつけるように付勢されている。軸４５は、調整ネジ５０およびロックナット５１によってブラケット４４に取付けられている。

第２ディスク３３のスリーブ３７の先端外周部には、円筒状のスプリングホルダ６７が取付けられている。スプリングホルダ６７の一端部が、第１ディスク３２の円筒部３６の先端部に係合して、これらの相対回転を一定範囲に制限している。スプリングホルダ６７の周りには、コイルスプリング６９が巻装され、コイルスプリング６９は、所定のセット荷重をもって捻られて、その一端部がスプリングホルダ６７に結合され、他端部が第１ディスク３２の円筒部３６に結合されている（結合部は図示略）。

次に、上記構成の電動キャリパ１０の基本作動について次に説明する。

非制動状態では、ボールランプ機構２１のボール３４がボール溝３８，３９の最も深い端部にあり、第１ディスク３２と第２ディスク３３とが最も近い位置にある。コントローラ１００は、制動力を発生させる際に、電動モータ１９のロータ２８を時計回りに回転させる。すると、ローラ２８の回転トルクが減速機構２２で増幅されて第１ディスク３２に伝達される。

第１ディスク３２の回転力は、コイルスプリング６９を介して第２ディスク３３に伝達される。ピストン４０がブレーキパッド１４，１５を押圧する前は、ピストン４０に軸方向の荷重が殆ど作用せず、ピストン４０と第２ディスク３３との間のネジ部４１，４３に生じる抵抗が小さいので、コイルスプリング６９のセット荷重によって第２ディスク３３が第１ディスク３２と一体に回転し、第２ディスク３３とピストン４０との間に相対回転が生じて、ネジ部４１，４３の作用によってピストン４０がディスク１１側ヘ前進する。なお、これにより、ネジ部４１，４３は電動モータ１９の回転運動をピストン４０の直線運動に変換する変換機構部を構成している。

そして、ピストン４０が一方のブレーキパッド１４に接触してこれをディスク１１ヘ押圧させ、その反力によってキャリパ本体１２がキャリア１６のスライドピンに沿って移動して、爪部１３が他方のブレーキパッド１５をディスク１１に押圧させる。

両ブレーキパッド１４，１５がディスク１１に押圧された後は、その反力によってピストン４０に軸方向の大きな荷重が作用するため、ネジ部４１，４３の抵抗が増大してコイルスプリング６９のセット荷重を超えて、第２ディスク３３が回転を停止させることになり、その結果、コイルスプリング６９が撓んでボールランプ機構２１の第１ディスク３２および第２ディスク３３間に相対回転が生じる。これにより、ボール３４がボール溝３８，３９内を転動して第２ディスク３３およびピストン４０を一体に前進（すなわち直線運動）させ、ピストン４０によってブレーキパッド１４，１５をディスク１１にさらに押付ける。なお、これにより、ボールランプ機構２１も電動モータ１９の回転運動をピストン４０の直線運動に変換する変換機構部を構成している。

電動モータ１９、位置検出器２０および推力センサ４６は、キャリパ本体１２の爪部１３とは反対に一体的に設けられた図１に示すモータＥＣＵ１００に通信可能に接続されている。

各電動キャリパ１０のモータＥＣＵ１００は、車内通信ネットワークであるＣＡＮを介して共通のメインＥＣＵ（制御手段、錆発生量推定手段）１０１に通信可能に接続されており、また、各電動キャリパ１０のモータＥＣＵ１００には、バッテリ１０２から通電可能なモータドライバ１０３が接続されている。そして、メインＥＣＵ１０１からの指令によってモータＥＣＵ１００が電動モータ１９を位置検出器２０および推力センサ４６の検出結果に基づいて制御することになる。

メインＥＣＵ１０１には、運転者に操作されるブレーキペダル１０５に操作反力を発生させるとともにブレーキペダル１０５の操作量を検出するストロークシミュレータ１０６と、各車輪の速度を検出する車輪速センサ１０７と、車両の位置情報を検出するＧＰＳ１０８と、気温を検出する温度センサ１０９と、湿度を検出する湿度センサ１１０とが接続されている。

メインＥＣＵ１０１は、ストロークシミュレータ１０６の検出結果すなわちブレーキペダル１０５の操作量と、車輪速センサ１０７の検出結果等とから、各電動キャリパ１０で発生させるピストン推力を算出して、各電動キャリパ１０のモータＥＣＵ１００に送信し、各モータＥＣＵ１００は、位置検出器２０の検出結果すなわち電動モータ１９の回転位置に対応する実際のピストン位置と、電動モータ１９の電流値と、推力センサ４６の検出結果すなわち実際のピストン推力とに基づいて電動モータ１９を制御することで、ピストン推力が目標推力となるように制御を行う。

また、メインＥＣＵ１０１は、後述する錆落とし制御を行うために、温度センサ１０９で検出される気温データと、湿度センサ１１０で検出される湿度データとを記憶する。

次に、錆落とし制御の制御内容について図３のフローチャートにしたがって説明する。なお、このフローチャートに示される制御は、車両のイグニッションスイッチがＯＮされる毎に実行される処理である。

メインＥＣＵ１０１は、イグニッションスイッチがＯＮされた後の車両の発進を車輪速センサ１０７の出力から判断し（ステップＳ１）、車両の発進を検知すると、記憶されている前回制動が行われた時刻である制動時刻を読み出し、この制動時刻と現在の時刻とから非制動時間を算出するとともに、この非制動時間中に温度センサ１０９および湿度センサ１１０で計測していた気温および湿度を読み出す（ステップＳ２）。

次に、メインＥＣＵ１０１は、錆発生の可能性の有無を判定し（ステップＳ３）、ステップＳ３で錆発生の可能性ありと判定すると、その錆の発生量を推定する（ステップＳ４）。

このとき、錆の発生は非制動時間は勿論、非制動時間だけでなく環境にも左右されるため、ステップＳ２で読み出した非制動時間中の気温と湿度との関係から、ステップＳ３では、錆が発生すると予測される錆発生予測時間を算出し、非制動時間がこの錆発生予測時間を経過していたら、錆発生の可能性ありと判定する一方、非制動時間が錆発生予測時間を経過していなければ、錆発生の可能性なしと判定する。ここで、図４に示すように、錆の発生速度は非制動時間の初期は高くその後は低下する傾向にあり、このような傾向のまま気温が高くなるほど（気温Ａ＜気温Ｂ＜気温Ｃ）、錆び発生速度が高くなる傾向がある。また、図５に示すように、錆の発生量は、当然のことながら非制動時間の経過と共に増えることになるが、このような傾向のまま気温が高くなるほど（気温Ａ＜気温Ｂ＜気温Ｃ）、錆発生量が多くなる傾向がある。また、湿度についても同様の特性がある。このため、メインＥＣＵは、温度違いおよび湿度違いで、非制動時間と錆発生量との関係のマップを持っており、ステップＳ４において、非制動時間、気温データ（例えば平均値）、湿度データ（例えば平均値）から、錆発生量を推定する。また、ＧＰＳ１０８の位置情報からナビゲーションシステムの地図情報と照らし合わせて、海の近くであるか否か等の位置情報を条件として加えることで錆発生の推定精度を向上できる。

そして、メインＥＣＵ１０１は、ステップＳ４で推定された錆の発生量に応じて錆落とし制御におけるディスク１１にブレーキパッド１４，１５を接触させる錆除去時間（錆落とし制御によって錆を除去する時間）を変更する（ステップＳ５）。つまり、錆の発生量が多いと予測される場合には錆除去時間を長く設定し、錆の発生量が少ないと予測される場合には錆除去時間を短く設定する。

次に、メインＥＣＵ１０１は、ストロークシミュレータ１０６で検出されるブレーキペダル１０５の操作に関係なく、ステップＳ５で設定した錆除去時間だけディスク１１にブレーキパッド１４，１５を接触させる錆除去動作を行うように電動モータ１９を制御する（ステップＳ６）。この錆除去動作時には、車両に実質的に制動力が発生しない程度の押圧力でディスク１１にブレーキパッド１４，１５を押圧する。このとき、車両の走行速度に応じて押圧力を変える。つまり、低速領域での走行中は押圧力を弱くし、高速領域での走行中は押圧力を強くする。また、錆落とし制御の実行中に、ブレーキペダル１０５が操作されて通常の制動を行う場合には、この通常の制動で除去されたと推定される錆の量に応じて、残りの錆除去時間を短縮する。

そして、メインＥＣＵ１０１は、すべての車輪の錆除去動作が完了したか否かを判定し（ステップＳ７）、完了したと判定したら、錆落とし制御を終了する。

以上に述べた本実施形態の電動ディスクブレーキ装置によれば、メインＥＣＵ１０１が、車輪の回転中にブレーキペダル１０５の操作に関係なく電動モータ１９によりディスク１１にブレーキパッド１４，１５を接触させて錆を落とす錆落とし制御を行うため、ディスク１１の錆を早期に除去することができる。したがって、ディスク１１に生じる肉厚変動を抑制でき、ジャダーの発生を抑制できる。

また、メインＥＣＵ１０１が錆の発生量を時間、温度および湿度から推定し、推定された錆の発生量に応じて、錆落とし制御におけるディスク１１にブレーキパッド１４，１５を接触させる錆除去時間を変化させるため、錆落とし制御の精度を向上できる。

本発明の一実施形態の電動ディスクブレーキ装置を示す全体構成図である。本発明の一実施形態の電動ディスクブレーキ装置を示す電動キャリパおよびディスクを断面とした構成図である。本発明の一実施形態の電動ディスクブレーキ装置における錆落とし制御の制御内容を示すフローチャートである。非制動時間とディスクの錆発生速度との関係を示す特性線図である。非制動時間とディスクの錆発生量との関係を示す特性線図である。

符号の説明

１０電動キャリパ
１１ディスク
１３爪部（推力機構）
１４，１５ブレーキパッド
１９電動モータ
４０ピストン（推力機構）
１０１メインＥＣＵ（制御手段，錆発生量推定手段）
１０５ブレーキペダル

Claims

車輪とともに回転するディスクにブレーキパッドを押圧する推力機構と該推力機構を駆動する電動モータとを内包する電動キャリパと、前記電動モータをブレーキペダルの操作に基づいて制御する制御手段とを有する電動ディスクブレーキ装置であって、
前記制御手段は、前記車輪の回転中に前記ブレーキペダルの操作に関係なく前記電動モータにより前記推力機構を介して前記ディスクに前記ブレーキパッドを接触させて錆を落とす錆落とし制御を行い、該錆落とし制御は、車両の走行速度に応じて前記ブレーキパッドへの押圧力が低速領域の押圧力よりも高速領域の押圧力の方が大きくなるように行われることを特徴とする電動ディスクブレーキ装置。
前記制御手段は、前記錆落とし制御中に前記ブレーキペダルの操作に基づく通常の制動が行われた場合には、この通常の制動で除去されたと推定される錆の量に応じて残りの錆除去の時間を変化させることを特徴とする請求項１記載の電動ディスクブレーキ装置。