JP5920373B2

JP5920373B2 - ディスクブレーキ振動推定装置

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Publication number: JP5920373B2
Application number: JP2014024916A
Authority: JP
Inventors: 浩平新谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-02-12
Filing date: 2014-02-12
Publication date: 2016-05-18
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Description

本発明は、ディスクブレーキ振動推定装置に関する。

ディスクブレーキは、液圧シリンダの液圧によりパッドを回転するディスクロータに接触させて、制動力を発生する。ディスクブレーキでは、回転するディスクロータにパッドが接触することで振動が発生し、回転するディスクロータとパッドが共振することでいわゆるブレーキ鳴きが発生する。ここで、ブレーキ鳴きの振動モードとして、面外振動モードと面内振動モードとがある。面外振動モードは、ディスクロータのパッドが接触する接触面（摩擦面）が回転軸と同じ方向、すなわち面外方向に振幅するモードである。面内振動モードは、ディスクロータの接触面（摩擦面）がディスクロータの周方向、すなわち面内方向に振動するモードである。

例えば、特許文献１に示すように、面内振動モードにおけるディスクブレーキの振動を推定する数理モデルが提案されている。このような数理モデルを用いれば、ディスクブレーキに対応する有限個の要素で構成されるディスクブレーキモデルを作成して、シミュレーションにより、面内振動モードにおけるブレーキ鳴き（ディスクロータの面内方向に起因するブレーキ鳴き）の推定を行うことができる。従って、ブレーキ鳴きを抑制したディスクブレーキを設計することも可能となる。

国際公開第２０１３／０８４３６３号

ところで、数理モデルは、ディスクロータの周方向（面内方向）に発生する面内バネ値によって面内方向の振動を励起するモデルである。面内バネ値は、ディスクロータおよびパッドの表面粗さに起因するせん断方向の抵抗をバネでモデル化したものである。面内バネ値は、実測で測定することが困難であり、推定方法も確立されていない。従って、上記数理モデルを用いた面内方向におけるディスクブレーキの振動の推定は、精度の向上が要望されている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、面内バネ値を精度よく推定することで、面内方向におけるディスクブレーキの振動の推定を精度よく行うことができるディスクブレーキ振動推定装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、回転するディスクロータにパッドを接触させることで制動力を発生するディスクブレーキの前記ディスクロータと前記パッドの接触時における振動を、有限個の要素で構成された少なくとも前記ディスクロータに対応するディスクロータモデルおよび前記パッドに対応するパッドモデルに基づいて推定するディスクブレーキ振動推定装置であって、前記ディスクロータの面内方向に発生する面内方向起振力を決定するための面内バネ値を算出する面内バネ値算出手段と、前記算出された面内バネ値に基づいて面内方向における前記ディスクブレーキの振動を推定する振動推定手段と、を有し、前記面内バネ値算出手段は、前記ディスクロータモデルに対して前記パッドモデルが接触する接触面を構成する節点で発生するモーメントを前記接触面の全体で積分した値が、前記回転するディスクロータに前記パッドを接触させた状態で計測された前記パッド全体の実モーメントと釣り合うことを条件として、前記接触面における面内方向の摩擦係数と、前記接触面における面外方向の摩擦係数と、前記ディスクロータの面外方向に発生する面外方向起振力を求めるための面外バネ値と、前記実モーメントと、に基づいて前記面内バネ値を算出する、ことを特徴とする。

また、上記ディスクブレーキの振動推定装置において、前記面内バネ値算出手段は、前記節点を直交座標系から自然座標系に座標変換した状態で、前記面内バネ値を算出することが好ましい。

また、上記ディスクブレーキの振動推定装置において、前記面内バネ値算出手段は、下記の数式１に基づいて面内バネ値を算出することが好ましい。
Ｋ_ｃｐｒは前記面内バネ値、Ｋ_ｐｒは前記面外バネ値、Ｍは前記実モーメント、ｄｅｔＪはヤコビアン、μ_ｘは前記接触面における面内方向の摩擦係数、μ_ｚは前記接触面における面外方向の摩擦係数、α_ζは、面内方向における変位の大きさに基づく値であり、α_ξは面外方向における変位の大きさに基づく値であり、βは面内振動モードの次数である。

本発明に係るディスクブレーキ振動推定装置は、面内方向におけるディスクブレーキの振動を精度良く推定することができるという効果を奏する。

図１は、本実施形態に係るディスクブレーキ振動推定装置の構成例を示す図である。図２は、面圧振動モデルを示す図である。図３は、座標変換の説明図である。図４は、パッド全体のモーメントの説明図である。図５は、面圧と圧縮変位との関係を示す図である。図６は、自然座標系における変位グラフを示す図である。図７は、自然座標系における変位グラフを示す図である。図８は、本実施形態に係るディスクブレーキ振動推定装置による振動推定方法のフローチャートを示す図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

本実施形態に係るディスクブレーキ振動推定装置は、有限要素法に基づいた数値解析装置であり、ディスクブレーキに対応する有限個の要素で構成されたディスクブレーキモデル（ディスクロータに対応するディスクロータモデルおよびパッドに対応するパッドモデルを含む）に基づいて、少なくとも面内方向におけるディスクブレーキの振動を推定、およびディスクブレーキの振動がブレーキ鳴きのレベルであるか否かの鳴き判定行うものである。図１は、本実施形態に係るディスクブレーキ振動推定装置の構成例を示す図である。

ディスクブレーキ振動推定装置１は、ディスクブレーキ１００を対象として、回転するディスクロータ１０４にパッド１０２，１０３を接触させることで制動力を発生する際に、ディスクロータ１０４とパッド１０２，１０３の接触時における振動、本実施形態では面内振動モードにおけるディスクブレーキ１００の振動の推定と、ディスクブレーキ１００の振動がブレーキ鳴きのレベルであるか否かの鳴き判定を行うものであり、処理手段である処理部３と記憶部２とを含んで構成されている。ディスクブレーキ振動推定装置１には、入出力装置４が接続されており、ここに備えられた入力手段４１は、各設定値の入力や、記憶部２および処理部３に指令、例えば処理部３にディスクブレーキ振動推定方法を実行させる指令などを与えるものである。ここで、入力手段４１には、キーボード、マウス、マイク等の入力デバイスを使用することができる。なお、ディスクブレーキ振動推定装置１が各設定値を取得する方法は、入力手段４１のみならず、例えば、予め入力物理量が記憶部２に記憶されている、あるいは有線・無線を介して外部記憶手段に記憶されている各設定値を図示しない入出力インターフェース・通信インターフェースを介して取得しても良い。

ここで、ディスクブレーキ１００は、キャリパー１０１に取り付けられたパッド１０２，１０３がディスクロータ１０４を挟んでディスクロータ１０４の回転軸方向において対向して配置されている。キャリパー１０１内には、図示しない液圧シリンダが設けられており、液圧シリンダが発生する押圧力によりパッド１０２，１０３間の距離が縮まり、図示しない車輪と一体回転するディスクロータ１０４に、パッド１０２，１０３がそれぞれ接触することで摩擦力が発生する。発生した摩擦力は、キャリパー１０１に対してディスクロータ１０４の回転方向と反対方向に作用することで、図示しない車両を減速する制動力となる。つまり、ディスクブレーキ１００は、制動力を発生するものである。なお、１０５は、マウンティングブラケットであり、キャリパー１０１、パッド１０２，１０３をディスクロータ１０４に対して回転軸方向に移動可能に支持するものである。また、１０６は、ディスクロータ１０４が固定されるハブである。

記憶部２には、ディスクブレーキ１００の振動の推定を実現するディスクブレーキ振動推定方法が組み込まれたディスクブレーキ振動推定プログラムが格納されている。ここで、記憶部２は、ハードディスク装置等の固定ディスク装置、フレキシブルディスク、光磁気ディスク装置、またはフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ等のような読み出しのみが可能な記憶媒体）や、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ等のストレージ手段、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。

ここで、上記ディスクブレーキ振動推定プログラムは、必ずしも単一的に構成されるものに限られず、コンピュータシステムにすでに記憶されているプログラム、例えばＯＳ（Operating System）に代表される別個のプログラムと協働してその機能を達成するものであっても良い。また、図１に示す処理部３の機能を実現するためのディスクブレーキ振動推定プログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶して、この記録媒体に記録されたディスクブレーキ振動推定プログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより本実施形態に係るディスクブレーキ振動推定方法を実行しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器などのハードウェアを含むものとする。

処理部３は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリとＣＰＵ（Central Processing Unit）とにより構成されている。ディスクブレーキ１００の振動を推定する際には、ディスクブレーキ振動推定装置１が取得した各設定値に基づいて、処理部３が上記ディスクブレーキ振動推定プログラムを処理部３の図示しないメモリに読み込んで演算を行う。なお、処理部３は、適宜演算途中の数値を記憶部２に格納し、格納した数値を適宜記憶部２から取り出して演算を行う。また、処理部３は、上記ディスクブレーキ振動推定プログラムの替わりに専用のハードウェアにより実現されるものであっても良い。処理部３が演算することで作成されたディスクブレーキ１００の振動の推定結果やブレーキ鳴きの判定結果などは、入出力装置４の表示手段４２により表示される。ここで、表示手段４２には、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）や有機ＥＬディスプレイ等を使用することができる。また、ディスクブレーキ１００の振動の推定結果やブレーキ鳴きの判定結果などは、図示しないプリンタに出力することができる。また、記憶部２は、処理部３内に設けられていても良いし、他の装置（例えば、データベースサーバ）内に設けられていても良い。また、入出力装置４を備えた図示しない端末装置から、ディスクブレーキ振動推定装置１に有線、無線のいずれかの方法でアクセスすることができる構成であっても良い。

処理部３は、機能概念的に、面内バネ値算出部３１と、振動推定部３２と、鳴き判定部３３とを含んで構成されている。

面内バネ算出部３１は、面内バネ値算出手段であり、ディスクロータ１０４の面内方向に発生する面内方向起振力を求めるための面内バネ値Ｋ_ｃｐｒを算出するものである。本実施形態における面内バネ算出部３１は、ディスクロータ１０４に対応するディスクロータモデル１０４´に対してパッド１０２，１０３に対応するパッドモデル１０２´，１０３´が接触する接触面Ｘを構成する節点ｓで発生するモーメントＭ_ｓを接触面Ｘの全体で積分した値が、実際に回転するディスクロータ１０４にパッド１０２，１０３を接触させた状態で計測されたパッド全体の実モーメントＭと釣り合うことを条件とし、さらに節点ｓを直交座標系から自然座標系に座標変換した下記の数式２（算出式）に基づいて面内バネ値Ｋ_ｃｐｒを算出する。

Ｋ_ｃｐｒは面内バネ値、Ｋ_ｐｒは面外バネ値、Ｍは実モーメント、ｄｅｔＪはヤコビアン、μ_ｘは接触面における面内方向の摩擦係数、μ_ｚは接触面における面外方向の摩擦係数、α_ζは、面内方向における変位の大きさに基づく値であり、α_ξは面外方向における変位の大きさに基づく値であり、βは面内振動モードの次数である。ここで、α_ζは、ディスクロータ１０４の周方向、面内振動モデルではディスクブレーキモデル１０４´の接線方向であるｘ方向における変位の大きさに基づいて決定される値である。α_ξは、ディスクロータ１０４の軸方向、面内振動モデルではディスクブレーキモデル１０４´の法線方向（軸方向）であるｚ方向における変位の大きさに基づいて決定される値である。α_ζ，α_ξは、実際に回転するディスクロータ１０４にパッド１０２，１０３を接触させる実験的事実に基づいた値であり、通常は１である。

ここで、上記数式２の導き方について説明する。図２は、面圧振動モデルを示す図である。図３は、座標変換の説明図である。図４は、パッド全体のモーメントの説明図である。図５は、面圧と圧縮変位との関係を示す図である。図６は、自然座標系における変位グラフを示す図である。図７は、自然座標系における変位グラフを示す図である。

本実施形態では、面内振動モデルとしてディスクロータ１０４とパッド１０２，１０３との接触面、すなわち、図２に示すように、ｘ，ｙ，ｚの直交座標系においてディスクブレーキモデル１０４´とパッドモデル１０２´，１０３´との接触面Ｘにおける節点ｓに対して、面内バネ値Ｋ_ｃｐｒおよび面外バネ値Ｋ_ｐｒを設定したものを使用する。なお、面内振動モデルにおいては、ディスクブレーキ１００の径方向、すなわちｙ方向における変形はないもと仮定する。また、同図において、Ｒはディスクロータ１０４の回転方向である。

面内バネ値Ｋ_ｃｐｒは、ディスクロータ１０４の周方向、面内振動モデルではディスクブレーキモデル１０４´の接線方向であるｘ方向に伸縮する面内バネのバネ定数である。つまり、面内バネ値Ｋ_ｃｐｒに、節点ｓにおけるｘ方向の変位ｕ_ｘを乗算すると、ディスクロータ１０４の面内方向に発生する面内方向起振力Ｆ_ｃｐｒが決定される。面内方向起振力Ｆ_ｃｐｒは、節点ｓに作用するｘ方向における力の１つである。一方、面外バネ値Ｋ_ｐｒは、ディスクロータ１０４の軸方向、面内振動モデルではディスクブレーキモデル１０４´の軸方向であるｚ方向に伸縮する面内バネのバネ定数である。つまり、面外バネ値Ｋ_ｐｒに、節点ｓにおけるｚ方向の変位ｕ_ｚを乗算すると、ディスクロータ１０４の面外方向に発生する面外方向起振力Ｆ_ｐｒが決定される。面外方向起振力Ｆ_ｐｒは、節点ｓに作用するｚ方向における力の１つである。

面内振動モデルにおいて節点ｓに作用するｘ方向の力ｆ_ｘおよびｚ方向の力ｆ_ｚは、それぞれ下記の数式３，４となる。なお、μ_ｘ，μ_ｚは、ディスクロータ１０４およびパッド１０２，１０３の緒元、例えば、寸法、質量、材料、慣性モーメント、縦弾性係数、せん断弾性係数などから求めることができる。

次に、節点ｓで発生するモーメントＭ_ｓは、下記の数式５となる。

ここで、節点ｓで発生するモーメントＭ_ｓを接触面Ｘの全体で積分した値、すなわちモーメント積分値は、パッドモデル１０２´，１０３´が回転するディスクロータモデル１０４´に接触することで、パッドモデル１０２´，１０３´全体に発生するモーメントである。節点モーメント積分値と、実際に回転するディスクロータ１０４にパッド１０２，１０３を接触させた状態におけるパッド１０２，１０３全体の実モーメントとは、同じであると推定することができる。つまり、仮定で求められた値と、実測によって得られた値が同じ値であると推定することができる。従って、節点モーメント積分値と実モーメントＭとが釣り合う条件とすると、上記数式５と実モーメントＭとの釣り合い式は下記の数式６となり、数式６を展開すると下記の数式７となる。

実モーメントＭは、実際に回転するディスクロータ１０４にパッド１０２，１０３を接触させた状態において直接計測できる場合に、その計測値を用い、計測が困難である場合に、実際に回転するディスクロータ１０４にパッド１０２，１０３を接触させた状態に計測された実モーメントＭの変化に対応して変化する実モーメントＭとは異なる計測値から求めることとなる。例えば、実際に回転するディスクロータ１０４にパッド１０２，１０３を接触させた状態において、ディスクロータ１０４に作用するトルク変動に基づいて、実モーメントＭを計測値から求める。つまり、実モーメントＭは、実際に回転するディスクロータ１０４にパッド１０２，１０３を接触させる実験的事実に基づいた値である。

次に、節点ｓを直交座標系から自然座標系に座標変換した状態における上記釣り合い式を求める。上記数式６，７では、パッドモデル１０２´，１０３´とディスクロータモデル１０４´との接触面Ｘの面積分、すなわち接触面Ｘにおける節点ｓの数分の計算が必要となる。また、パッド１０２，１０３の形状が変化すると、節点ｓの数も変化するため、パッド１０２，１０３の形状に拘わらず、面内バネ値Ｋ_ｃｐｒを求めることが好ましい。そこで、図３に示すように、直交座標系のｘ−ｙ平面におけるパッドモデル１０２´，１０３´のディスクロータモデル１０４´との接触面Ｘにおける微少領域ｄｓ（節点ｓ）をヤコビアン（ヤコビ行列）により、自然座標系のξ-η平面（−１≦ξ≦１、−１≦η≦１）に座標変換する。従って、節点ｓを直交座標系であるｘ-ｙ-ｚ座標系から自然座標系であるξ-η-ζ座標系に座標変換する。具体的には、上記の数式７に下記の数式８を代入して、下記の数式９を求める。

ここで、実際に回転するディスクロータ１０４にパッド１０２，１０３を接触させた状態では、パッド１０２，１０３に、面内振動モードの次数に対応した曲げ発生していることが実験的事実として、発明者によって解明された。例えば、図４に示すように、面内振動モードが１次、すなわち面内１次モードでは、パッド１０２，１０３に１次曲げが発生している。この実験的事実より、面内方向におけるディスクブレーキ１００の振動は、パッド１０２，１０３のそれぞれの１次曲げが同相で同期することで、ディスクロータ１０４の面内方向に摩擦力を発生させることに起因し、ディスクロータ１０４の面内方向における振幅を増幅すると考えられている。

接触面の変位はパッド１０２，１０３の曲げに対応したものとすることができるので、自然座標系における接触面Ｘの変位はパッドモデル１０２´，１０３´の曲げモードに対応したものとすることができる。節点ｓの接線方向（ｘ方向）における変位ｕ_ｘは、自然座標系でのξ方向における変位ｕ_ξとなり、図５に示すように、ｓｉｎ波となり、下記の数式１０となる。接触面Ｘのｘ方向における範囲は、同図に示すように、自然座標系のξ方向の−１≦ξ≦１となる。節点ｓの法線方向（ｚ方向）における変位ｕ_ｚは、自然座標系でのζ方向における変位ｕ_ζとなり、図６に示すように、ｃｏｓ波となり、下記の数式１１となる。接触面Ｘのｚ方向における範囲は、自然座標系のζ方向の−１≦ζ≦１となる。

上記の数式１０，１１を上記数式９に代入して下記の数式１２を求める。

次に、以下の関係式、数式１３、数式１４、数式１５を用いて、上記の数式１２から下記の数式１６を求める。

次に、上記数式１６を面内バネ値Ｋ_ｃｐｒについて解くと、上記数式２となる。ここで、面外バネ値Ｋ_ｐｒは、実験的事実に基づいた値である。具体的には、パッドモデル１０２´，１０３´の接触面と同材質の摩擦材を用いた圧縮試験により、図７に示すように、圧縮変位と面圧（圧力）との関係のグラフＡを得て、グラフＡの傾きを面外バネ値Ｋ_ｐｒとする。

振動推定部３２は、面内バネ算出部３１により算出された面内バネ値Ｋ_ｃｐｒおよび自励振動現象に基づいた数理モデルとに基づいて、ディスクブレーキ１００の振動を推定する。本実施形態では、一例として、面内バネ値Ｋ_ｃｐｒおよび下記の数式１７に基づいて、ディスクブレーキ１００の振動を推定する。

[Ｍ]はディスクブレーキ１００の質量行列、[Ｋ]はディスクブレーキ１００の剛性行列、ｕはディスクブレーキ１００の変位ベクトル、μはディスクロータ１０４とパッド１０２，１０３との間の摩擦係数、Ｋ_ｃｐｒは面内バネ値（面内方向の接触剛性）、Ｋ_ｐｒは面外バネ値（面外方向の接触剛性）である。

鳴き判定部３３は、上記振動推定部３２によりディスクブレーキ１００の振動を推定したのち、本実施形態では、推定開始から所定時間後の変位に基づいて、面内方向におけるディスクブレーキ１００の鳴きを判定する。鳴き判定部３３は、一例として、推定開始から所定時間ｔ_０経過後の判定対象となるディスクロータモデル１０４´における所定節点ｓの変位ｘが基準値ｕ_ｍａｘ以上であるか否かを判定し、基準値ｕ_ｍａｘ以上である場合に面内方向におけるディスクブレーキ１００の鳴きが発生すると判定する。

次に、ディスクブレーキ振動推定装置１によるディスクブレーキ振動推定方法について説明する。図８は、本実施形態に係るディスクブレーキ振動推定装置による振動推定方法のフローチャートを示す図である。

まず、本実施形態では、有限要素法（ＦＥＭ）に基づく有限要素モデルをキャリパー１０１、パッド１０２，１０３、ディスクロータ１０４、マウンティングブラケット１０５、ハブ１０６ごとに作成し、これらを組み合わせることで、ディスクブレーキモデル１００´を生成する（図１参照）。なお、ディスクブレーキモデル１００´は、予め生成されていても良い。この場合、ディスクブレーキ振動推定装置１は、予め生成されたディスクブレーキモデル１００´を取得しても良い。

次に、図８に示すように、処理部３の面内ばね値算出部３１は、面内振動モードの決定を行う（ステップＳＴ１）。ここでは、面内ばね値算出部３１は、実験的事実に基づいて設定されている値（Ｋ_ｐｒ，Ｍ，α_ζ，α_ξなど）、対象とする面内振動モードの次数β、ディスクブレーキ１００の緒元から設定される値（μ_ｘ，、μ_ｚなど）を予め取得しておき、これらの値と、上記の数式２に基づいて面内バネ値Ｋ_ｃｐｒを算出する。

次に、処理部３の振動推定部３２は、面内ばね値算出部３１により算出された面内バネ値Ｋ_ｃｐｒに基づいて、面内方向におけるディスクブレーキの振動を推定する（ステップＳＴ２）。ここでは、振動推定部３２は、面内バネ値Ｋ_ｃｐｒおよび上記の数式１７に基づいて、節点ｓでの面内方向における振動を推定する。

次に、鳴き判定部３３は、面内方向におけるディスクブレーキ１００の鳴きを判定する（ステップＳＴ４）。ここでは、鳴き判定部３３は、例えば上記数式１７による計算が面内１次モード（β＝１）に対するものである場合は、面内１次モード、すなわちディスクロータ１０４の周方向に１８０度ごとに節（節に対して９０度のところが腹となる）を持っているブレーキ鳴きが発生したか否かを判定する。本実施形態では、上記振動推定部３２による計算の開始、すなわち推定開始から所定時間ｔ_０経過後の判定対象となるディスクロータ１０４のモデルにおける所定節点ｓの変位ｕが基準値ｕ_ｍａｘ以上であるか否かを判定し、基準値ｕ_ｍａｘ以上である場合に面内１次モードにおけるディスクブレーキ１００の鳴きが発生すると判定する。従って、振動推定部３２による面内方向におけるディスクブレーキ１００の振動を推定した結果、ディスクブレーキ１００に面内方向におけるブレーキ鳴きが発生するのか否かを面内方向におけるディスクブレーキ１００の振動を推定することで容易に判断することができる。ここで、基準値ｕ_ｍａｘは、推定対象とするディスクブレーキ１００を構成する各要素の形状、寸法、材料、パッド１０２，１０３とディスクロータ１０４との接触時における面圧の大きさ、求めようとする面内振動モードなどに応じて変化するものである。

以上のように、本実施形態に係るディスクブレーキ振動推定装置１では、接触面Ｘを構成する節点ｓで発生するモーメントＭ_ｓを接触面Ｘの全体で積分した値が、実モーメントＭと釣り合うことを条件に、摩擦係数μ_ｘ，μ_ｙと、面外バネ値Ｋ_ｐｒと、実モーメントＭとに基づいて、上記の数式２により面内バネ値Ｋ_ｃｐｒを算出する。つまり、本実施形態では、実測することが困難であり、仮定で求められた値のみで算出することが困難であった面内バネ値Ｋ_ｃｐｒの算出を、仮定で求められた値および実測によって得られた値の両方を用いて行う。従って、実測することが困難であり、仮定で求められた値のみで算出することが困難である面内バネ値Ｋ_ｃｐｒを精度よく推定することができる。これにより、精度よく推定された面内バネ値Ｋ_ｃｐｒに基づいて面内方向におけるディスクブレーキ１００の振動を推定するので、精度よく推定することができる。

また、面内バネ値Ｋ_ｃｐｒの算出は、節点ｓを直交座標系から自然座標系に座標変換した状態で行うので、パッド１０２´，１０３´の形状を考慮することなく面内バネ値Ｋ_ｃｐｒを算出することができる。また、接触面における変位は、パッド１０２，１０３の曲げに対応したものである。このことから、パッド１０２，１０３の曲げという実験的事実によって求めることができた接触面Ｘにおける変位の関係性（上記数式８，９）に基づいて面内バネ値Ｋ_ｃｐｒを算出することができる。これらにより、面内バネ値Ｋ_ｃｐｒの算出を上記の数式２のように、陽的表現の式とすることができ、接触面Ｘにおける節点ｓの数分の計算が不要となり、面内バネ値Ｋ_ｃｐｒを算出するための付加を大幅に低減することができる。

なお、上記実施形態では、鳴き判定部３３が推定開始から所定時間後の変位に基づいて、面内方向におけるディスクブレーキ１００の鳴きを判定するが、本発明はこれに限定されるものではなく、変位に起因する値に基づいて鳴きを判定しても良い。例えば、鳴き判定部３３は、上記振動推定部３２による計算の開始、すなわち推定開始から所定時間ｔ_０経過後の判定対象となるディスクロータ１０４のモデルにおける所定節点の変位ｕのノルムが基準値ｕ_ｍａｘ以上であるか否かを判定し、基準値ｕ_ｍａｘ以上である場合に、面内方向におけるディスクブレーキ１００の鳴きが発生すると判定してもよい。

また、本実施形態に係るディスクブレーキ振動推定装置は、ディスクブレーキ１００の設計に用いることもできる。ディスクブレーキ１００の設計では、上記ディスクブレーキ振動推定装置１において推定された面内方向におけるディスクブレーキ１００の振動を抑制するように、ディスクブレーキ１００の各部品を設計することとなる。

１ディスクブレーキ振動推定装置
２記憶部
３処理部
３１面内バネ値算出部
３２振動推定部
３３鳴き判定部
４入出力装置

Claims

回転するディスクロータにパッドを接触させることで制動力を発生するディスクブレーキの前記ディスクロータと前記パッドの接触時における振動を、有限個の要素で構成された少なくとも前記ディスクロータに対応するディスクロータモデルおよび前記パッドに対応するパッドモデルに基づいて推定するディスクブレーキ振動推定装置であって、
前記ディスクロータの面内方向に発生する面内方向起振力を決定するための面内バネ値を算出する面内バネ値算出手段と、
前記算出された面内バネ値に基づいて面内方向における前記ディスクブレーキの振動を推定する振動推定手段と、
を有し、
前記面内バネ値算出手段は、
前記ディスクロータモデルに対して前記パッドモデルが接触する接触面を構成する節点で発生するモーメントを前記接触面の全体で積分した値が、前記回転するディスクロータに前記パッドを接触させた状態で計測された前記パッド全体の実モーメントと釣り合うことを条件として、
前記接触面における面内方向の摩擦係数と、前記接触面における面外方向の摩擦係数と、前記ディスクロータの面外方向に発生する面外方向起振力を求めるための面外バネ値と、前記実モーメントと、に基づいて前記面内バネ値を算出する、
ことを特徴とするディスクブレーキ振動推定装置。
前記面内バネ値算出手段は、
前記節点を直交座標系から自然座標系に座標変換した状態で、前記面内バネ値を算出する請求項１に記載のディスクブレーキ振動推定装置。
前記面内バネ値算出手段は、
下記の数式１に基づいて面内バネ値を算出する請求項２に記載のディスクブレーキ振動推定装置。
Ｋ_ｃｐｒは前記面内バネ値、Ｋ_ｐｒは前記面外バネ値、Ｍは前記実モーメント、ｄｅｔＪはヤコビアン、μ_ｘは前記接触面における面内方向の摩擦係数、μ_ｚは前記接触面における面外方向の摩擦係数、α_ζは、面内方向における変位の大きさに基づく値であり、α_ξは面外方向における変位の大きさに基づく値であり、βは面内振動モードの次数である。