JP5173150B2 - 車両のブレーキ装置およびその操作方法 - Google Patents

Description

本発明は、各ディスク・ブレーキがブレーキ・ディスク並びにくさび状ブレーキ・シューを含み、ブレーキ・シューは、ブレーキ・キャリパ内において、ブレーキ・ディスクの周方向に向かって傾斜されている面上に可動に支持され、これにより、ブレーキ・ディスクの周方向に向けられた、ブレーキ・シューの供給運動がブレーキ・ディスクに圧着運動を与え、およびブレーキ・シューがそれぞれ電気機械式アクチュエータにより移動される、左側および右側の自己増幅型電気機械式ディスク・ブレーキを含むブレーキ装置、およびかかるブレーキ装置の操作方法に関するものである。

自己増幅型ディスク・ブレーキにおいては、このような電気作動ブレーキ装置の操作力を所定の値に設定するために２つの異なる付属部品が存在する。

ドイツ特許公開第１９７４２９２０号に、電気操作ブレーキの締付けおよび解放においてアクチュエータ電流およびアクチュエータ・ストロークの２つの異なる関係に基づく方法が開示されている。この方法においては、ブレーキの締付けおよび解放の間の同じアクチュエータ・ストロークにおけるアクチュエータ電流の測定に基づき、装置内に存在するヒステリシスが推測される。次に、この知見が、追加センサなしに運転中に発生する操作力および効率を決定することに使用される。

国際特許公開第２００３−０１１６６８号は、例えばドイツ特許第１９７４２９２０号がリアルタイム性に欠けているような欠点がパラメータ識別法により排除されることを開示している。

ドイツ特許公開第１０１５１９５０号は、アクチュエータ電流およびアクチュエータ・ストロークから、ブレーキ・パッドとブレーキ・ディスクとの間の摩擦係数および電気式自己増幅ブレーキ装置の摩擦トルクがトルク・センサなしに決定可能である方法を開示している。したがって、制御により、正常なブレーキ作動において車両車軸の（左側および右側の）両方のブレーキが同じ強さでブレーキ作動することが保証可能である。

ドイツ特許公開第１０２０１５５５号から、自己増幅型ブレーキ装置において操作力および操作ストロークを測定することにより、ブレーキ・パッドとブレーキ・ディスクとの間の摩擦係数が推測可能であることが既知である。

上記の２つの方法グループは、当該ブレーキ装置においては原理的にきわめて大きなパラメータ変動が得られるので、精度および達成可能な最大制御性に関して共通の欠点を有している。

本発明の課題は、パッド／ディスク間の摩擦係数の正確な決定なしに、ないしは１つの車軸における摩擦トルクの決定なしに、右側および左側車輪を同じブレーキ・トルクで制動することにある。

本発明によれば、各ディスク・ブレーキがブレーキ・ディスクとくさび状ブレーキ・シューとを含み、くさび状ブレーキ・シューが、ブレーキ・キャリパ内において、ブレーキ・ディスクの周方向に向かって傾斜されている面上に可動に支持され、これにより、ブレーキ・ディスクの周方向に向けられた、ブレーキ・シューの供給運動がブレーキ・ディスクに圧着運動を与え、且つブレーキ・シューがそれぞれ電気機械式アクチュエータにより移動される、左側および右側の自己増幅型電気機械式ディスク・ブレーキの装置の操作方法において、一方のブレーキ・シューの供給力が、他方のブレーキ・シューの供給力から、作動状態の関数としての補正値を考慮して決定される。

ここで、左側および右側ディスク・ブレーキとは２つのブレーキの任意の装置と理解され、左側および右側への区別は理解を容易にするためのものである。例えば、ブレーキは相前後して配置されていてもまたは異なる車軸に配置されていてもよい。

また、本発明によれば、各ディスク・ブレーキがブレーキ・ディスクとくさび状ブレーキ・シューとを含み、くさび状ブレーキ・シューが、ブレーキ・キャリパ内において、ブレーキ・ディスクの周方向に向かって傾斜されている面上に可動に支持され、これにより、ブレーキ・ディスクの周方向に向けられた、ブレーキ・シューの供給運動がブレーキ・ディスクに圧着運動を与え、且つブレーキ・シューがそれぞれ電気機械式アクチュエータにより移動される、少なくとも１つの左側および右側の自己増幅型電気機械式ディスク・ブレーキを含む車両のブレーキ装置は、一方のブレーキ・シューの供給力を、他方のブレーキ・シューの供給力から、作動状態の関数としての補正値を考慮して決定可能な手段を含む。

従来技術とは異なり、パラメータ評価ないしは力評価という上記の面倒な作業はなくなる。ブレーキ・パッド／ブレーキ・ディスク間の摩擦係数の正確な決定（ブレーキ・トルクの再構成）は必要ではない。加えられる操作力の補正により、右側／左側のブレーキ・トルクを同じ値に保持することが可能である。即ち、これはブレーキ・トルクの再構成のための一種の「代替法」であり、ブレーキの機械構造は同じままであり、法線力センサは必要ではない。代替態様として、ここに開示された本発明による方法はブレーキ・トルクの再構成のための補足方法またはバックアップ方法であってもよい。制御の実行は、従来の方法よりも少ない計算量を必要とするにすぎない。

本発明による変更態様において、補正値が、摩擦係数と、ブレーキ・シューの、ディスクにおけるブレーキ・パッドの作用位置と実際位置との間の変位との間の関係から決定される係数であるように設計されている。この場合、特に、摩擦係数とブレーキ・シューの変位との間に線形関係が成立してもよく、ここで、線形関係は左側および右側に対して等しいことが好ましい。

代替態様として、摩擦係数とブレーキ・シューの変位との間の線形関係が特性曲線群から求められてもよく、この場合、特性曲線群は左側および右側に対して同じであることが好ましい。代替態様として、異なる特性曲線群が使用されてもよい。

本発明による方法の変更態様において、摩擦係数とブレーキ・シューの変位との間の関係式による線形関係が、リアルタイムで制御装置により決定されるように設計されている。関係式はほぼ近似する任意の近似式で示されてもよい。

変位はアクチュエータの電気入力変数から決定されることが好ましく、代替態様として、変位センサにより決定されてもよい。電気入力変数は、例えば、ブレーキ・ディスクにブレーキ・シューが作用してからの電動機ロータの回転数等であってもよい。

ブレーキ・シューの供給力がアクチュエータの電機子電流から決定されることが好ましいが、力センサによって決定されてもよい。

自己増幅型摩擦ブレーキは、ここでは例としてディスク・ブレーキ１０として形成されているか、代替態様としてドラム・ブレーキが設けられていてもよい。ディスク・ブレーキ１０はブレーキ・キャリパ１２を含み、ブレーキ・キャリパ１２はいわゆる浮動キャリパとして形成され、即ち、ブレーキ・キャリパ１２は、ブレーキ・ディスク１４に対して横方向に移動する。ブレーキ・キャリパ１２が横方向に移動可能であることが、図において、記号として示されている支持面１６によって表わされている。

ブレーキ・キャリパ１２内に、定置摩擦ブレーキ・パッド１８がブレーキ・ディスク１４の片側に、および可動摩擦ブレーキ・パッド２０がディスク・ブレーキ１４の反対側に配置されている。ブレーキ力を発生するために、可動摩擦ブレーキ・パッド２０は、以下に説明されるくさび機構により、ブレーキ・ディスク１４の片側に圧着可能である。可動摩擦ブレーキ・パッド２０のブレーキ・ディスク１４への圧着により、それ自身既知のように、ブレーキ・キャリパ１２は、ブレーキ・ディスク１４に対して横方向に移動され且つ定置摩擦ブレーキ・パッド１８をブレーキ・ディスク１４の反対側に圧着させ、ブレーキ・ディスク１４はこれにより制動される。

可動摩擦ブレーキ・パッド２０をブレーキ・ディスク１４に圧着させるために、摩擦ブレーキ（ディスク・ブレーキ）１０は、ブレーキ・シュー２２ａとして、ブレーキ・ディスク１４に平行に移動可能なくさび要素を有し、ブレーキ・シュー（くさび要素）２２ａは、可動摩擦ブレーキ・パッド２０の、ブレーキ・ディスク１４とは反対側の背側に配置され、且つくさび角αをなしてブレーキ・キャリパ１２の斜面またはランプに可動に支持されている。斜面またはランプは、ブレーキ・シュー２２ａのための支持面２４を形成し、支持面２４はブレーキ・ディスク１４に対してくさび角αをなして配置されている。くさび角αは支持角とも呼ばれる。ブレーキ・シュー２２ａおよび支持面２４は、くさび空間として示されている、支持面２４とブレーキ・ディスク１４との間の中間空間が、ブレーキ・ディスク１４の回転方向（２６で示されている）に狭くなるように配置されている。くさび要素２２ａのブレーキ・ディスク回転方向２６への移動により、可動摩擦ブレーキ・パッド２０はブレーキ・ディスク１４に圧着される。ブレーキ・キャリパ１２を介して、上記のように、定置摩擦ブレーキ・パッド１８がブレーキ・ディスク１４の反対側に圧着され且つブレーキ・ディスク１４は制動される。摩擦ブレーキ１０を解放するためには、ブレーキ・シュー２２ａが、反対方向即ちくさび隙間を広げる方向に移動される。

摩擦ブレーキ１０は電気機械式に操作可能であり、摩擦ブレーキ１０は操作装置としてアクチュエータ２９（図１において破線の楕円として示されている）を有し、アクチュエータ２９は電動機２８および回転／変位変換伝動装置３０を含む。電動機２８と回転／変位変換伝動装置３０との中間に、図示されていない減速伝動装置が設けられていてもよい。回転／変位変換伝動装置３０は、ねじ伝動装置、例えばスピンドル駆動装置を含み、且つ以下においては簡単にスピンドル駆動装置３０として示される。電動機２８を用いた回転駆動により、スピンドル駆動装置３０はブレーキ・シュー２２ａをブレーキ・ディスク１４に平行に移動させ、しかも電動機２８の回転方向の関数として、ブレーキ・ディスク１４の回転方向２６にまたはそれとは反対方向に移動させる。圧着力の測定に力センサ３６またはトルク・センサ３８が使用されてもよい。電動機２８のトルクおよび後方に配置されているスピンドル駆動装置の勾配から圧着力が推測可能である。代替態様として、トルクないしは圧着力を決定するために電動機の電機子電流ＩＡが使用されてもよく、この場合には、力センサ３６およびトルク・センサ３８は省略可能である。電子式の制御装置３２はくさび要素２２ａの変位ｘを目標値に制御する。制御装置３２は、ブレーキ・ディスク１４から摩擦ブレーキ・パッド２０に加えられた摩擦力によるくさび要素２２ａの自己運動を阻止し且つ場合により発生するスピンドル駆動装置３０の遊びを補償する。図１において、変位ｘだけ移動されたブレーキ・シュー２２ａが破線で示されている。変位ｘは、変位センサ４０により直接測定されても、または電動機２８の運転データから決定されてもよい。例えば、電動機２８のモータ回転角からスピンドル駆動装置３０の勾配を介して変位ｘを推測することが可能である。

図１に、他方の摩擦ブレーキ３４が摩擦ブレーキ１０と同じにまたは鏡像で表わされ、摩擦ブレーキ３４もまた摩擦ブレーキ１０に基づいて示されている全ての構成要素を同じにまたは鏡像構造で含んでいる。したがって、図を見やすくするために、図においては、ブレーキ・シューに対する符号２２ｂ以外の全ての符号は省略されている。摩擦ブレーキ３４もまた同様に制御装置３２に接続されている。摩擦ブレーキ１０および３４は、例えば１つの車軸の左側および右側ブレーキであってもよい。簡単にするために、いままでは１つの摩擦ブレーキのみが符号により説明されてきた。区別をより容易にするために、これらは左側ブレーキおよび右側ブレーキとして示される。

ブレーキ・ディスク１４の回転方向２６に移動するブレーキ・シュー２２ａにより、摩擦ブレーキ１０は自己増幅を有している。摩擦ブレーキ１０が操作されたとき、回転しているブレーキ・ディスク１４は、ブレーキ・ディスク１４に圧着された可動摩擦ブレーキ・パッド２０に回転方向２６の摩擦力を与える。この摩擦力はブレーキ・シュー２２ａに伝達される。摩擦力は、くさび隙間が狭くなる方向に作用し且つ支持面２４におけるくさび要素２２ａの支持により、摩擦ブレーキ・パッド２０のブレーキ・ディスク１４への圧着力を上昇させる。

このようなブレーキ装置が、１つの車軸に複数の車輪を有する車両、例えば４輪トラックに使用された場合、全てのブレーキ装置の場合と同様に、ブレーキ・トルク、したがってブレーキ力が、左側と右側とで異なっているという問題が発生することがある。ここで、はじめに、右側／左側の両方のパッドは同じように摩耗するという仮定から出発されるものとする。即ち、全体剛性は、パッドの摩耗と共に両側で同じに変化する。出発点は、はじめに右側／左側においては、同じＦ_ａｐｐである。

ブレーキくさびが右側／左側で同じ変位ｘを形成し、変位ｘがブレーキ・パッドのブレーキ・ディスクへの作用位置から測定された場合、同じ摩擦係数が存在する。変位ｘ_{ｒｅｃｈｔｓ}／ｘ_{ｌｉｎｋｓ}が異なっている場合、異なる摩擦係数が存在する。

くさび変位ｘ_{ｒｅｃｈｔｓ}／ｘ_{ｌｉｎｋｓ}は、係数Ｆ_{ａｐｐ，ｒｅｃｈｔｓ}／Ｆ_{ａｐｐ，ｌｉｎｋｓ}により補正される。補正の目的は、右側／左側車輪において同じブレーキ・トルクを有することである。

これから次式が得られ、

したがって、次式が得られる。

関数関係μ_{ｌｉｎｋｓ}＝ｆ（ｘ_{ｌｉｎｋｓ}）並びにμ_{ｒｅｃｈｔｓ}＝ｆ（ｘ_{ｒｅｃｈｔｓ}）は、特性曲線群としてメモリ内に記憶されていても、または近似関数として数式から決定されてもよい。例として、μとｘとの間に線形関係がある場合、次式が成立する。

１つの車軸におけるブレーキ・トルクの絶対値は重要ではない。ブレーキ・トルクの補正は制御器としてのドライバにより行われる。

図２は、本発明による方法の流れ図を示す。本方法においては、例として、目標値としてＦ_{ａｐｐ，ｌｉｎｋｓ}が示され、この値にＦ_{ａｐｐ，ｒｅｃｈｔｓ}が追従される。例えば、左側ブレーキに付属されている電動機２８の電機子電流ＩＡを介して、ステップ１００において、圧着力Ｆ_{ａｐｐ，ｌｉｎｋｓ}が決定される。他のステップ１０１において、くさび変位ｘ_{ｒｅｃｈｔｓ}およびｘ_{ｌｉｎｋｓ}が、例えば電動機２８の回転角を介してまたは変位センサ４０により決定される。両方の値から、ステップ１０２において、商ｆ（ｘ_{ｌｉｎｋｓ}）／ｆ（ｘ_{ｒｅｃｈｔｓ}）が、簡単な場合には上記のようにｘ_{ｒｅｃｈｔｓ}／ｘ_{ｌｉｎｋｓ}として形成され、次にステップ１０３において、Ｆ_{ａｐｐ，ｌｉｎｋｓ}がこの商と乗算され、且つＦ_{ａｐｐ，ｒｅｃｈｔｓ}＝Ｆ_{ａｐｐ，ｌｉｎｋｓ}・（ｘ_{ｌｉｎｋｓ}／ｘ_{ｒｅｃｈｔｓ}）が得られる。ステップ１０４において、Ｆ_{ａｐｐ，ｒｅｃｈｔｓ}はこの値に制御される。商ｆ（ｘ_{ｌｉｎｋｓ}）／ｆ（ｘ_{ｒｅｃｈｔｓ}）の決定は、ステップ１０２において、特性曲線群から、記憶されている値を求めることによっても実行可能である。

自己増幅型摩擦ブレーキの略示図である。 本発明による方法の流れ図である。

符号の説明

１０、３４ ディスク・ブレーキ（摩擦ブレーキ）
１２ ブレーキ・キャリパ
１４ ブレーキ・ディスク
１６、２４ 支持面
１８ 定置摩擦ブレーキ・パッド
２０ 可動摩擦ブレーキ・パッド
２２ａ、２２ｂ ブレーキ・シュー（くさび要素）
２６ 回転方向
２８ 電動機
２９ アクチュエータ
３０ 回転／変位変換伝動装置（スピンドル駆動装置）
３２ 制御装置
３６ 力センサ
３８ トルク・センサ
４０ 変位センサ
ＩＡ 電機子電流
ｘ 変位
α くさび角

Claims (9)

1. 各ディスク・ブレーキ（１０、３４）がブレーキ・ディスク（１４）とくさび状ブレーキ・シュー（２２ａ、２２ｂ）とを含み、くさび状ブレーキ・シュー（２２ａ、２２ｂ）が、ブレーキ・キャリパ（１２）内において、ブレーキ・ディスク（１４）の或る１つの半径方向において周縁部に向かって傾斜されている面上に可動に支持され、これにより、ブレーキ・ディスクの前記或る１つの半径方向に向けられた、ブレーキ・シュー（２２ａ、２２ｂ）の供給運動がブレーキ・ディスク（１４）に圧着運動を与え、且つブレーキ・シュー（２２ａ、２２ｂ）がそれぞれ電気機械式アクチュエータ（２９）により移動される、左側および右側の自己増幅型電気機械式ディスク・ブレーキ（１０、３４）を含むブレーキ装置の操作方法において、
   一方のブレーキ・シューとそれに対応するブレーキ・ディスクとの間との摩擦係数μ _１ は、一方のブレーキ・シューの前記或る１つの半径方向における変位、即ち当該対応のブレーキ・ディスクにおけるブレーキ・パッドの作用位置と実際位置との間の前記或る１つの半径方向における変位ｘ _１ の関数、即ち、μ _１ ＝ｆ _１ （ｘ _１ ）であり、他方のブレーキ・シューとそれに対応するブレーキ・ディスクとの間との摩擦係数μ _２ は、他方のブレーキ・シューの前記或る１つの半径方向における変位、即ち当該対応のブレーキ・ディスクにおけるブレーキ・パッドの作用位置と実際位置との間の前記或る１つの半径方向における変位ｘ _２ の関数、即ち、μ _２ ＝ｆ _２ （ｘ _２ ）であり、一方のブレーキ・シューの供給力Ｆ _ａｐｐ１ が、他方のブレーキ・シューの供給力Ｆ _ａｐｐ２ とｆ _２ （ｘ _２ ）／ｆ _１ （ｘ _１ ）との積から求められること、
   を特徴とする左側および右側の自己増幅型電気機械式ディスク・ブレーキを含むブレーキ装置の操作方法。
2. 摩擦係数（μ _１ 、μ _２ ）とブレーキ・シューの変位（ｘ _１ 、ｘ _２ ）との間に線形関係（μ＝ｋｘ）が成立することを特徴とする請求項１に記載の操作方法。
3. 線形関係ｋが、左側および右側に対して等しいことを特徴とする請求項２に記載の操作方法。
4. 摩擦係数（μ _１ 、μ _２ ）とブレーキ・シューの変位（ｘ _１ 、ｘ _２ ）との間の線形関係（μ＝ｋｘ）が特性曲線群から求められることを特徴とする請求項１に記載の操作方法。
5. 前記特性曲線群が左側および右側に対して同じであることを特徴とする請求項４に記載の操作方法。
6. 摩擦係数（μ _１ 、μ _２ ）とブレーキ・シューの変位（ｘ _１ 、ｘ _２ ）との間の関係式による線形関係（μ＝ｋｘ）がリアルタイムで制御装置により決定されることを特徴とする請求項１に記載の操作方法。
7. 前記ブレーキ・シューの変位が前記アクチュエータの電気入力変数から決定されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の操作方法。
8. 前記供給力が、前記アクチュエータの電機子電流から決定されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の操作方法。
9. 各ディスク・ブレーキ（１０、３４）がブレーキ・ディスク（１４）とくさび状ブレーキ・シュー（２２ａ、２２ｂ）とを含み、くさび状ブレーキ・シュー（２２ａ、２２ｂ）が、ブレーキ・キャリパ（１２）内において、ブレーキ・ディスク（１４）の或る１つの半径方向において周縁部に向かって傾斜されている面上に可動に支持され、これにより、ブレーキ・ディスクの前記或る１つの半径方向に向けられた、ブレーキ・シュー（２２ａ、２２ｂ）の供給運動がブレーキ・ディスク（１４）に圧着運動を与え、且つブレーキ・シュー（２２ａ、２２ｂ）がそれぞれ電気機械式アクチュエータ（２９）により移動される、少なくとも１つの左側および右側の自己増幅型電気機械式ディスク・ブレーキ（１０、３４）を含む車両のブレーキ装置において、
   一方のブレーキ・シューとそれに対応するブレーキ・ディスクとの間との摩擦係数μ _１ は、一方のブレーキ・シューの前記或る１つの半径方向における変位、即ち当該対応のブレーキ・ディスクにおけるブレーキ・パッドの作用位置と実際位置との間の前記或る１つの半径方向における変位ｘ _１ の関数、即ち、μ _１ ＝ｆ _１ （ｘ _１ ）であり、他方のブレーキ・シューとそれに対応するブレーキ・ディスクとの間との摩擦係数μ _２ は、他方のブレーキ・シューの前記或る１つの半径方向における変位、即ち当該対応のブレーキ・ディスクにおけるブレーキ・パッドの作用位置と実際位置との間の前記或る１つの半径方向における変位ｘ _２ の関数、即ち、μ _２ ＝ｆ _２ （ｘ _２ ）であり、一方のブレーキ・シューの供給力Ｆ _ａｐｐ１ が、他方のブレーキ・シューの供給力Ｆ _ａｐｐ２ とｆ _２ （ｘ _２ ）／ｆ _１ （ｘ _１ ）との積から求める手段（３２、３６、３８、ＩＡ）を含むこと、
   を特徴とする車両のブレーキ装置。

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