以下、本発明に係る車両の電動制動装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
<本発明に係る車両の電動制動装置の全体構成>
図1に示すように、この電動制動装置を備える車両には、制動操作部材BP、電子制御ユニットECU、制動手段(ブレーキアクチュエータ)BRK、及び、蓄電池BATが備えられている。
制動操作部材(例えば、ブレーキペダル)BPは、運転者が車両を減速するために操作する部材であって、その操作量に基づいて、制動手段(ブレーキアクチュエータ)BRKが、車輪WHLの制動トルクを調整し、車輪WHLに制動力が発生される。
制動操作部材BPには、制動操作量取得手段BPAが設けられる。制動操作量取得手段BPAによって、運転者による制動操作部材BPの操作量(制動操作量)Bpaが取得(検出)される。制動操作量取得手段BPAとして、マスタシリンダ(図示せず)の圧力を検出するセンサ(圧力センサ)、制動操作部材BPの操作力、及び/又は、変位量を検出するセンサ(ブレーキペダル踏力センサ、ブレーキペダルストロークセンサ)が採用される。従って、制動操作量Bpaは、マスタシリンダ圧、ブレーキペダル踏力、及び、ブレーキペダルストロークのうちの少なくとも何れか1つに基づいて演算される。制動操作量Bpaは、電子制御ユニットECUに入力される。なお、制動操作量Bpaは、他の電子制御ユニット(例えば、操舵制御の電子制御ユニット、パワートレイン制御の電子制御ユニット)にて演算、又は、取得され、その演算値(信号)が通信バスを介して、ECUに送信され得る。
電子制御ユニットECUは、その内部に制動手段BRKを制御するための制御手段(制御アルゴリズム)CTLがプログラムされており、CTLに基づいてBRKを制御する。蓄電池(バッテリ)BATは、BRK、ECU等に電力を供給する電源である。
〔制御手段CTL〕
制御手段CTLは、目標押圧力演算ブロックFBT、指示通電量演算ブロックIST、押圧力フィードバック制御ブロックIPT、引き戻し制御ブロックHMC、及び、通電量調整演算ブロックIMTにて構成される。制御手段(制御プログラム)CTLは、電子制御ユニットECU内にプログラムされている。
目標押圧力演算ブロックFBTでは、制動操作量Bpa、及び、予め設定された目標押圧力演算特性(演算マップ)CHfbに基づいて、各車輪WHLの目標押圧力Fbtが演算される。Fbtは、電動制動手段BRKにおいて、摩擦部材(ブレーキパッド)MSBが回転部材(ブレーキディスク)KTBを押す力である押圧力の目標値である。
指示通電量演算ブロックISTでは、予め設定された指示通電量の演算特性(演算マップ)CHs1、CHs2、及び、目標押圧力Fbtに基づいて、指示通電量Istが演算される。Istは、電動制動手段BRKの電気モータMTRを駆動し、目標押圧力Fbtを達成するための、電気モータMTRへの通電量の目標値である。Istの演算マップは、電動制動手段BRKのヒステリシスを考慮して、2つの特性CHs1、CHs2で構成される。特性CHs1は押圧力を増加する場合に対応し、特性CHs2は押圧力を減少する場合に対応する。そのため、特性CHs2に比較して、特性CHs1は相対的に大きい指示通電量Istを出力するように設定されている。
ここで、通電量とは、電気モータMTRの出力トルクを制御するための状態量(変数)である。電気モータMTRは電流に概ね比例するトルクを出力するため、通電量の目標値として電気モータMTRの電流目標値が用いられ得る。また、電気モータMTRへの供給電圧を増加すれば、結果として電流が増加されるため、目標通電量として供給電圧値が用いられ得る。さらに、パルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)におけるデューティ比によって供給電圧値が調整され得るため、このデューティ比が通電量として用いられ得る。
押圧力フィードバック制御ブロックIPTでは、目標押圧力(目標値)Fbt、及び、実押圧力(実際値)Fbaに基づいて、押圧力フィードバック通電量Iptが演算される。指示通電量Istは目標押圧力Fbtに相当する値として演算されるが、電動制動手段BRKの効率変動により目標押圧力Fbtと実押圧力Fbaとの間に誤差(定常的な誤差)が生じる場合がある。押圧力フィードバック通電量Iptは、目標押圧力Fbtと実押圧力Fbaとの偏差(押圧力偏差)ΔFb、及び、予め設定された演算特性(演算マップ)CHpに基づいて演算され、上記の誤差を減少するように決定される。なお、実押圧力Fbaは、後述する押圧力取得手段FBAによって取得(検出)され、ECUに設けられるアナログ・デジタル変換手段ADHを介して、IPTに入力される。
引き戻し制御ブロックHMCでは、制動操作量Bpaに基づいて、ねじの引き戻し作動が行われるための目標通電量(引き戻し通電量)Ihtが演算される。ここで、ねじの引き戻し作動は、ねじ部材NJBにおける「当接状態(台形ねじの場合はフランクの接触状態であり、ボールねじの場合はボールと溝との接触状態である)」を調整するものである。引き戻し制御ブロックHMCでは、制動操作が行われていない場合(即ち、Bpa=0である状態のとき)に、電気モータMTRの逆転によって、引き戻し作動が行われる。引き戻し通電量Ihtとして、引き戻し制御の継続中は、予め設定された通電量(所定値)iht1が目標値として演算される。そして、引き戻し制御の終了が判定された場合に、引き戻し通電量Ihtはゼロとされる。引き戻し制御ブロックHMCの詳細については後述する。
通電量調整演算ブロックIMTでは、電気モータMTRへの最終的な目標値である目標通電量Imtが演算される。引き戻し通電量(引き戻し制御の目標値)Ihtが演算されていない場合には、指示通電量Istが押圧力フィードバック通電量Iptによって調整され、目標通電量Imtが演算される。具体的には、通電量調整演算ブロックIMTでは、Iht=0であるときに、指示通電量Istに対してフィードバック通電量Iptを加えて、これが最終的な目標通電量Imtとして演算される。また、引き戻し通電量Ihtが演算される場合(Iht≠0)には、Ihtが目標通電量Imtとして演算される。そして、目標通電量Imtの符号(値の正負)に基づいて電気モータMTRの回転方向(押圧力が増加する正転方向、又は、押圧力が減少する逆転方向)が決定され、目標通電量Imtの大きさに基づいて電気モータMTRの出力(回転動力)が制御される。
〔制動手段(ブレーキアクチュエータ)BRK〕
制動手段BRKは、ブレーキキャリパ(浮動型キャリパ)CPR、回転部材(例えば、ブレーキディスク)KTB、摩擦部材(例えば、ブレーキパッド)MSB、電気モータ(ブラシモータ、又は、ブラシレスモータ)MTR、駆動手段(電気モータMTRの駆動回路)DRV、減速機GSK、入力部材INP、シャフト部材SFT、ねじ部材NJB、押圧部材(ブレーキピストン)PSN、キー部材KYA、位置検出手段MKA、通電量取得手段IMA、及び、押圧力取得手段FBAにて構成されている。
電気モータMTRの出力(回転動力)は、減速機GSKを介して、入力部材INPに伝達される。入力部材INPの回転動力は、自在継手機構(図示せず)を介して、シャフト部材SFTに伝達される。シャフト部材SFTの回転動力(トルク)は、回転・直動変換機構であるねじ部材NJBによって、直線動力(推力)に変換され、押圧部材PSNに伝達される。そして、押圧部材(ブレーキピストン)PSNが、回転部材(ブレーキディスク)KTBに向かって前進・後退される。これにより、摩擦部材(ブレーキパッド)MSBが、回転部材KTBを押す力(押圧力)Fbaが調整される。回転部材KTBは車輪WHLに固定されているため、摩擦部材MSBと回転部材KTBとの間に摩擦力が発生し、車輪WHLに制動力が調整される。
ブレーキキャリパCPRは、浮動型キャリパであり、2つの摩擦部材(ブレーキパッド)MSBを介して、回転部材(ブレーキディスク)KTBを挟み込むように構成される。キャリパCPR内で、押圧部材PSNがスライドされ、回転部材KTBに向けて前進又は後退される。キャリパCPRには、キー溝KYMが、シャフト部材SFTの回転軸(シャフト軸)方向に延びるように形成される。
押圧部材(ブレーキピストン)PSNは、回転部材KTBに摩擦部材MSBを押し付けて摩擦力を発生させる。キー部材KYAが、押圧部材PSNに固定される。キー部材KYAが、キー溝KYMに嵌合されることによって、押圧部材PSNは、シャフト軸まわりの回転運動は制限されるが、シャフト軸方向(キー溝KYMの長手方向)の直線運動は許容される。
電気モータMTRとして、ブラシ付モータ、或いは、ブラシレスモータが採用される。電気モータMTRの回転方向において、正転方向が、摩擦部材MSBが回転部材KTBに近づいていく方向(押圧力が増加し、制動トルクが増加する方向)に相当し、逆転方向が、摩擦部材MSBが回転部材KTBから離れていく方向(押圧力が減少し、制動トルクが減少する方向)に相当する。電気モータMTRの出力は、制御手段CTLにて演算される目標通電量Imtに基づいて決定される。具体的には、目標通電量Imtの符号が正符号である場合(Imt>0)には、電気モータMTRが正転方向に駆動され、Imtの符号が負符号である場合(Imt<0)には、電気モータMTRが逆転方向に駆動される。また、目標通電量Imtの大きさ(絶対値)に基づいて電気モータMTRの回転動力が決定される。即ち、目標通電量Imtの絶対値が大きいほど電気モータMTRの出力トルクが大きく、目標通電量Imtの絶対値が小さいほど出力トルクは小さい。
位置取得手段(例えば、角度センサ)MKAは、電気モータMTRのロータ(回転子)の位置(例えば、回転角)Mkaを検出する。位置取得手段MKAは、電気モータMTRの内部に設けられる。
駆動手段(電気モータMTRを駆動するための電気回路)DRVにて、目標通電量(目標値)Imtに基づき電気モータMTRへの通電量(最終的には電流値)が制御される。具体的には、駆動手段DRVには、複数のスイッチング素子(パワートランジスタであって、例えば、MOS-FET、IGBT)が用いられたブリッジ回路が構成される。電気モータの目標通電量Imtに基づいて、それらの素子が駆動され、電気モータMTRの出力が制御される。具体的には、スイッチング素子の通電/非通電の状態が切り替えられることによって、電気モータMTRの回転方向と出力トルクとが調整される。
通電量取得手段(例えば、電流センサ)IMAは、電気モータMTRへの実際の通電量(例えば、実際に電気モータMTRに流れる電流)Imaを取得(検出)する。通電量取得手段IMAは、電気モータの駆動回路DRVの内部に設けられる。
減速機GSKは、電気モータMTRの動力において、その回転速度を減じて、入力部材INPに出力する。即ち、電気モータMTRの回転出力(トルク)が、減速機GSKの減速比に応じて増加され、入力部材INPの回転力(トルク)が得られる。例えば、減速機GSKは、小径歯車SKH、及び、大径歯車DKHにて構成される。減速機GSKとして、歯車伝達機構のみならず、ベルト、チェーン等の巻き掛け伝達機構、或いは、摩擦伝達機構が採用され得る。
入力部材INPは、減速機GSKの出力軸(例えば、DKHの回転軸)に固定される。入力部材INPは、シャフト部材SFTに回転動力を伝達する。入力部材INPとシャフト部材SFTとの間には、自在継手UNV(ユニバーサルジョイント)が設けられる。自在継手UNVは、2つの軸間の相対的な角度を吸収して、動力を伝達する。浮動型キャリパCPRの撓み、摩擦部材MSBの偏摩耗等によってシャフト部材SFTの揺動(首振り)が生じ、2つの軸(SFTの軸Jsf、INPの軸Jin)には偏心(軸ズレ)が生じ得るが、自在継手UNVは、この軸ズレを吸収する。
シャフト部材SFTは、回転軸部材であって、入力部材INPから伝達された回転動力をねじ部材NJBに伝達する。シャフト部材SFTの一方の端部に、自在継手機構UNVが構成され、他方の端部にねじ部材(回転・直動変換機構)NJBが設けられる。
ねじ部材NJBにて、シャフト部材SFTの回転動力が、直線動力に変換される。ねじ部材NJBは、所謂、回転・直動変換機構である。ねじ部材NJBは、ナット部材NUT、及び、ボルト部材BLTにて構成される。ねじ部材NJBが台形ねじ(「滑り」によって動力伝達が行われる滑りねじ)にて構成される場合、ナット部材NUTには、めねじ(内側ねじ)MNJが設けられ、ボルト部材BLTには、おねじ(外側ねじ)ONJが設けられる。そして、ナット部材NUTのめねじMNJと、ボルト部材BLTのおねじONJとが螺合される。シャフト部材SFTから伝達された回転動力(トルク)は、ねじ部材NJB(互いに螺合するおねじONJとめねじMNJ)を介して、押圧部材PSNの直線動力(推力)として伝達される。また、ねじ部材NJBには、滑りねじに代えて、「転がり」によって動力伝達が行われる転がりねじ(ボールねじ等)が採用され得る。この場合、ナット部材NUT、及び、ボルト部材BLTにはねじ溝(ボール溝)が設けられ、そこにボール(鋼球)がはめ合わされることによって、回転・直動変換機構として作動される。
押圧力取得手段FBAにて、押圧部材PSNが摩擦部材MSBを押す力(押圧力)Fbaの反力(反作用)が取得(検出)される。押圧力取得手段FBAは、入力部材INPとキャリパCPRとの間に設けられる。具体的には、押圧力取得手段FBAはキャリパCRPに固定され、押圧部材PSNが摩擦部材MSBから受ける力が押圧力Fbaとして取得される。押圧力Fbaは、アナログ信号として検出され、電子制御ユニットECUに設けられているアナログ・デジタル変換手段ADHを介してデジタル信号に変換されて電子制御ユニットECUに入力される。
<制動手段BRKの第1の実施形態>
次に、図2を参照しながら、制動手段(ブレーキアクチュエータ)BRKの第1の実施形態について説明する。この図2は、図1に対応する。図2において、電気モータMTR、減速機GSK、押圧部材(ブレーキピストン)CPR等は、図1と同一であるため、これらの記載が省略されている。
入力部材INPは、減速機GSKの出力軸(例えば、大径歯車DKHの回転軸)に固定される。入力部材INPは、自在継手UNVを介して、シャフト部材SFTと当接する。具体的には、入力部材INPの端部(GSKに固定される部位とは反対側)に、球面(例えば、凹状球面)が形成され、この端部が自在継手UNVの一部として機能し得る。
押圧力取得手段FBAは、キャリパCPRに固定され、押圧部材PSNが摩擦部材MSBを押す力(押圧力)Fbaの反力(反作用)を取得(検出)する。押圧力取得手段FBAは、入力部材INPに設けられ、Fba(アナログ信号)を出力する。
自在継手UNVが、入力部材INPとシャフト部材SFTとの間に設けられる。具体的には、入力部材INPとシャフト部材SFTとの間に球面部材(半径rqの凹型球面を有する部材)QMBが設けられるとともに、シャフト部材SFTの端面が球面形状(半径rqの凸球面形状)とされる。シャフト部材SFTと球面部材QMBとが摺動することによって、自在継手UNVとして機能する。自在継手UNVは、入力部材INPの軸Jinと、シャフト部材SFTの軸Jsfとの間の偏心(軸ズレ)を吸収して動力伝達を行う。なお、上記の軸ズレは、浮動型キャリパCPRの撓み、及び、摩擦部材MSBの偏摩耗に因る。
押圧部材PSNは、キャリパCPR内にて、PSNの軸方向(Jsp方向、即ち、SFTの軸方向Jsf)に摺動し、摩擦部材MSBを回転部材KTBに押し付ける。キー部材KYAとキー溝KYMとによって、押圧部材PSNの動きは、キャリパCPRに対する回転運動が制限されて、シャフト軸方向(キー溝KYMの長手方向)に行われる。自在継手UNVによって、Jin及びJsfの偏心が吸収されるため、シャフト部材SFTの軸(シャフト軸)Jsfと、押圧部材PSNの軸(押圧軸)Jpsとは同軸である。
押圧部材PSNは、カップ形状を有する。具体的には、押圧部材PSNは、円筒形(シリンダ形)であり、軸方向(Jps方向)において、一方が閉じられ、他方が開いている形状を有する。押圧部材PSNの内側(内周側)には、第1筒部(内壁)Et1が形成される。第1筒部Et1は、その面が直線で構成され(即ち、面が直線の集合体で形成され、母線をもって構成され)、滑らかである。ここで、直線の移動によって曲面が描かれるときに、各位置における直線が曲面の母線である。
押圧部材PSNの一方の端部は、密閉壁(隔壁)Mp1が設けられて、第1筒部Et1が閉め切られる(塞がれる)。押圧部材PSNの他方の端部(密閉壁Mp1の反対側)は、開口部(PSNの一部位)Kk1とされ、第1筒部Et1は、開いた状態となっている。
押圧部材PSN(具体的には、密閉壁Mp1)には、おねじONJを有するボルト部材BLTが固定される。第1筒部(PSNの内壁)Et1、密閉壁(PSNの隔壁)Mp1、キャップ部材(蓋)CAP、及び、第2筒部(SFTの外壁)Et2にて仕切られる貯蔵室Hchが形成される。貯蔵室Hchの内部には、気体が混入されることなく、潤滑剤GRSが充填される。貯蔵室Hchからの潤滑剤GRSの出入りが発生する箇所は、ねじ部材NJB(特に、ねじの隙間)、及び、キャップ部材CAP(特に、Et1、Et2との隙間)に限定される。
ねじ部材NJBは、シャフト部材SFTの回転動力を、押圧部材PSNの直線動力に変換する(即ち、回転・直動変換機構である)。ねじ部材NJBは、ボルト部材BLT、及び、ナット部材NUTにて構成されている。ボルト部材BLTは、押圧部材PSNの密閉壁Mp1に固定される。ボルト部材BLTには、おねじ(外側ねじ)ONJが形成されている。ナット部材NUTは、シャフト部材SFTに固定される。ナット部材NUTには、めねじ(内側ねじ)MNJが形成され、めねじMNJとおねじONJとが螺合される。ねじ部材NJBには、潤滑剤GRSが塗布される。具体的には、おねじONJとめねじMNJとの隙間に、気体が可能な限り除かれて、潤滑剤GRSが充填されている。
シャフト部材SFTは、入力部材INPの回転動力をねじ部材NJBに伝達する。入力部材INPに当接するシャフト部材SFTの端部には球面(例えば、凸状球面)が設けられ、球面部材QMBと摺動可能にて当接し、自在継手UNVの一部として機能する。
シャフト部材SFTは、入力部材INPに当接する部位とは反対側に、第1筒部Et1よりも小径のカップ形状を有する。シャフト部材SFTのカップ形状において、外側に第2筒部Et2、内側に第3筒部Et3が形成される。第2筒部Et2は、その面が直線で構成され(即ち、母線をもって構成され)、滑らかである。第3筒部Et3の一方の端部は、密閉壁Mp3が設けられてEt3が閉め切られる。第3筒部Et3の他方の端部(密閉壁Mp3の反対側)は、開口部(SFTの一部位)Kk3とされ、Et3は開いた状態となっている。
シャフト部材SFTは、押圧部材PSNの第1筒部Et1(例えば、円筒形状をもつPSN内周部)の内側に挿入される。このため、押圧部材PSNの第1筒部Et1と、シャフト部材SFTの第2筒部Et2(例えば、円筒形状をもつSFT外周部)とがオーバラップ部(重なり合う部分)Ovpをもつ。第3筒部Et3には、めねじMNJを有するナット部材NUTが固定される。第3筒部Et3(例えば、円筒形状をもつSFT内周部)、密閉壁(SFTの隔壁)Mp3、及び、ナット部材NUTにて仕切られる密閉室Hmp(外部とは隔離され、閉じられた空間)が形成される。密閉室Hmpの内部には、気体が混入されることなく(気体が可能な限り取り除かれて)、潤滑剤GRSが充填されている。密閉室からの潤滑剤の出入りが発生する箇所は、ねじ部材NJB(特に、ねじの隙間)に限られる。
キャップ部材CAPは、潤滑剤GRSが貯蔵室Hch(例えば、位置Pb3)から外部位置Pb4に流出することを防止するとともに、気体(空気)が、外部位置Pb4から貯蔵室Hch(例えば、位置Pb3)に流入することを防止するための蓋(キャップ)である。具体的には、キャップ部材CAPは、中央に穴をもつ円盤形状であり、その外周部にて第1筒部Et1と摺接し、その内周部にて第2筒部Et2と摺接する。キャップ部材CAPは、押圧部材PSN、及び、シャフト部材SFTに対して軸方向への相対移動(軸に平行な方向の直線移動であって、Jps方向、及び、Jsf方向への移動)が可能である。また、押圧部材PSN、及び、シャフト部材SFTのうちで少なくとも一方に対して、軸まわりに相対回転(軸まわりの回転運動であって、Jpsまわり、及び、Jsfまわりのうちの少なくとも1つの軸まわりの相対回転移動)が可能である。ここで、押圧部材PSNの軸Jpsと、シャフト部材SFTの軸Jsfとは同じである。
ねじ部材NJBの効率低下は、潤滑剤GRSの枯渇(グリス切れ)に因るところが大である。具体的には、潤滑剤GRSの枯渇は、潤滑剤GRSによって潤滑されている界面に気体(空気)が入り込むことによって生じ得る。このため、ねじ部材NJB内、及び、その周辺部に潤滑剤GRSが充填され、気体(例えば、空気)が存在する部位(気体部)から、これらの部位が遠ざけられる(隔離される)ことによって、ねじ部材NJBの潤滑状態が良好に維持され得る。
ねじ部材NJBの一方の端部(位置Pb1)には密閉室Hmpが形成され、この内部には、潤滑剤GRSが満充填されている。即ち、ねじ部材NJBの一方端に、壁で区画された行き止まりのチャンバ(密閉室)Hmpが設けられ、この内部の気体があり得る範囲で取り除かれた上で、潤滑剤GRSによって満たされている。このため、ねじ部材NJBの一方端の位置Pb1から気体が流入することはない。ねじ部材NJBの他方の端部(位置Pb2)には貯蔵室Hchが形成され、この内部にも潤滑剤GRSが満充填されている。即ち、Hch内においても、できる限り気体が取り除かれて、GRSが満たされている。気体が貯蔵室Hchへ流入する経路は、開口部Kk1からであるが、該経路はキャップ部材CAPによって蓋がされており(塞がれており)、この部位からの気体の流入が抑制される。例えば、特許文献3に記載されるシールでは、摺接面形状(ボール溝でシール)が直線にて形成されていないため、シール効果が十分とはいえない。これに対し、この第1実施形態では、キャップ部材CAPが摺接する第1筒部Et1、及び、第2筒部Et2は、その摺接面(摺動面)の形状が直線(直線の集合体)にて形成される。従って、気体の流入、潤滑剤GRSの流出が効果的に防止され得る。
更に、押圧部材PSN、及び、シャフト部材SFTにおいては、直径が異なる大小のカップ形状を有する2つの円筒形の部材が、夫々の開口部Kk1、Kk3で互いに向き合って、重なり合うように構成されている。従って、少なくともオーバラップ部分Ovp(PSNの内部空間)に亘って、貯蔵室Hch(潤滑剤GRSが充填されているチャンバ)が形成されている。即ち、ねじ部材NJBの端部Pb2から、気体が存在する部分Pb4に到る近傍部位に亘って、潤滑剤GRSが存在する。このオーバラップ構造によって、BRK全体の軸方向長さが伸ばされることなく、ねじ部材NJB(位置Pb2)から位置Pb4までの気体が通る道のりが十分に確保され得る。ねじ部材NJBに対して、潤滑剤GRSが充填されている区間が長く設定されることによって、気体部(位置Pb4)と隔離されるため、ねじ部材NJBへの気体流入が効果的に抑制され得る。
おねじONJ、及び、めねじMNJのねじ形状において、ねじの隙間(山頂隙間、及び、フランク隙間)が潤滑剤GRSの流路となり得る。押圧部材PSNの移動(回転部材に対する前進、或いは、後退)によって、密閉室Hmpには体積変化が生じる。具体的には、押圧部材PSNが回転部材KTBに向けて前進する場合(押圧力Fbaが増加し、制動トルクが増加する場合)には、密閉室Hmpの体積は、ボルト部材BLTが前進する分だけ増加する。逆に、押圧部材PSNが回転部材KTBから後退する場合(押圧力Fbaが減少し、制動トルクが減少する場合)には、密閉室Hmpの体積は、ボルト部材BLTが後退する分だけ減少する。ねじ部材NJB、及び、密閉室Hmpには、潤滑剤GRSが満充填されている(即ち、気体が混入されていない)ため、この体積変化は、潤滑剤GRSが、ねじ部材NJBの隙間を通って貯蔵室Hchに移動することで吸収され得る。また、この潤滑剤GRSの移動によってねじ部材NJB内の潤滑剤GRSが更新されて、潤滑状態が適正に維持され得る。
自在継手UNVは、押圧部材PSNとシャフト部材SFTとの間に設けられ得る。しかしながら、この構成が採用された場合には、第1筒部Et1(押圧部材PSNの一部であり、内周部分)と、第2筒部Et2(シャフト部材SFTの一部であり、外周部分)との平行度合が不十分であるため、キャップ部材CAPが傾き、キャップ部材CAPの軸方向の動きが阻害され得る。これに対し、この第1実施形態では、入力部材INPとシャフト部材SFTとの間に自在継手UNVが設けられるため、第1筒部Et1と第2筒部Et2との平行度合が維持され、キャップ部材CAPの円滑な摺動が確保され得る。
<ねじ部材NJBとして台形ねじが採用される場合についての説明>
次に、図3を参照しながら、ねじ部材NJB(特に、ねじの形状)について説明する。ねじ部材NJBは、台形ねじであり、ナット部材NUTに形成されるめねじMNJと、ボルト部材BLTに形成されるおねじONJとで構成される。
めねじ(内側ねじ)MNJの形状は、めねじの山部Ymnと、めねじの谷部(溝部)Tmnとで構成される。具体的には、めねじの山頂Scm、めねじのフランクFmn、及び、めねじの谷底Tzmにて構成される。同様に、おねじ(外側ねじ)ONJの形状は、おねじの山部Yonと、おねじの谷部(溝部)Tonとで構成される。具体的には、おねじの山頂Sco、おねじのフランクFon、及び、おねじの谷底Tzoにて構成される。ここで、山頂Scm、Scoは、ねじの山部の頂で平坦な部分であり、谷底Tzm、Tzoは、ねじの谷部の底で平坦な部分である。そして、フランクFmn、Fonは、山頂Scm、Scoと、谷底Tzm、Tzoとを連絡する面である。Fmn、Fonは、ねじの回転軸線を含む断面形では直線になっている。めねじMNJのフランクFmnと、おねじONJのフランクFonとの圧接によって動力の伝達が行われる。
めねじMNJとおねじONJとが螺合され(Ymn及びTonと、Tmn及びYonとがかみ合い)、めねじMNJがおねじONJを押し付けている状態(図中では、矢印の方向に、めねじMNJがおねじONJを押圧している状態)が図示されている。ここで、めねじMNJ及びおねじONJにおいて、力が作用している側(荷重を受ける側)のフランクを、圧力側フランク(Pressure Flank)と称呼し、圧力側フランクの反対側のフランクであって、力が作用していない側のフランクを、遊び側フランク(Clearance Flank)と称呼する。
遊び側フランクにおいて、めねじMNJの遊び側フランクと、おねじONJの遊び側フランクとの隙間(ピッチ線上の距離)が、フランク隙間Cfkと称呼される。ピッチ線Pchは、ねじの有効径を定義するために用いる仮想的な円筒の母線(Generatrix)である。即ち、おねじ山の幅Wyoと、めねじ山の幅Wymとが等しくなる円筒の母線であるとともに、おねじ谷幅(おねじ溝の幅)Wtoと、めねじ谷幅(めねじ溝の幅)Wtmとが等しくなる円筒の母線ともいえる。
ねじ隙間が密閉室Hmpと貯蔵室Hchとの間の、潤滑剤GRSの移動経路とされる。ねじ隙間は、ねじの断面形状において、a-b-c-d-e-f-g-hで示される部分にて表され、めねじMNJの山頂隙間Csm、おねじONJの山頂隙間Cso、及び、フランク隙間Cfkにて形成される。ここで、めねじMNJの山頂隙間(おねじの谷底隙間でもある)Csmは、めねじの山頂Scmと、おねじの谷底Tzoとの隙間である。具体的には、互いに同心にはまり合うめねじMNJとおねじONJとの断面形状(ねじの回転軸Jps、Jsfを含む断面)において、めねじの山頂(ねじ山の両側のフランクを連絡する面)を連ねる直線と、おねじの谷底(ねじ溝の両側のフランクを連絡する面)を連ねる直線との間の隙間である。同様に、おねじONJの山頂隙間(めねじの谷底隙間でもある)Csoは、おねじの山頂Scoと、めねじの谷底Tzmとの隙間である。具体的には、互いに同心にはまり合うめねじMNJとおねじONJとの断面形状(ねじの回転軸Jps、Jsfを含む断面)において、めねじの谷底を連ねる直線と、おねじの山頂を連ねる直線との間の隙間である。そして、フランク隙間Cfkは、めねじMNJのフランクFmnと、おねじONJのフランクFonとの隙間である。
押圧部材PSNの動き(移動)によって、密閉室Hmpの体積変化が発生する。即ち、押圧力Fbaが増加される場合は密閉室Hmpの体積が増加し、Fbaが減少される場合はHmpの体積は減少する。密閉室Hmpには、潤滑剤GRSが満たされているため、この体積変化は、潤滑剤GRSがねじ隙間を通って移動することによって吸収される。換言すれば、密閉室Hmpの体積が減少する場合には、密閉室Hmp内の潤滑剤GRSがねじ部材NJBに排出される。逆に、密閉室Hmpの体積が増加する場合には、潤滑剤GRSがねじ部材NJBから密閉室Hmp内に吸引される。この潤滑剤GRSの移動によって、ねじ部材NJB内の潤滑剤GRSが更新されて、潤滑状態が適正に維持され得る。
ねじ隙間(山頂隙間Csm、Cso、及び、フランク隙間Cfk)が潤滑剤GRSの流路となる場合、潤滑剤GRSの流動抵抗(粘性抵抗)が制動手段BRKの効率に影響を及ぼす。従って、ねじ隙間の断面積が潤滑剤GRSの粘度に基づいて設定される。そして、無負荷の状態(押圧力がゼロの状態)において、潤滑剤GRSの流動に必要な電気モータMTRの回転動力(即ち、潤滑剤GRS移動に起因するトルク損失)が所定値以下となるように、ねじ隙間の断面積が決定され得る。ここで、ねじ隙間の断面積は、ねじの回転軸(Jps、Jsf)を含む断面におけるCsm、Cso、及び、Cfkの総面積であって、上記の(a)乃至(h)にて囲まれた部分の面積である。
電気モータMTRの回転動力を押圧力に変換する部位は、ねじのフランクであるため、潤滑剤GRSの移動はフランク隙間に対して行われることが望ましい。ねじ部材NJBのねじ形状において、少なくともフランク隙間Cfkが潤滑剤GRSの流路となるように、ねじのピッチ線Pchにおいて、ねじ溝(ねじの谷)の幅Wtm、Wtoが、ねじ山の幅Wym、Wyoよりも大きく(広く)設定される。この隙間(フランク隙間Cfk)を介して、密閉室Hmpと貯蔵室Hchとの間で、潤滑剤GRSが移動される。ねじが螺合する場合にはある程度のバックラッシュが必要であるが、フランク隙間Cfkは、ねじ規格にて定められる標準バックラッシュよりも大きい値に設定され得る。また、フランク隙間Cfk(線分bcと線分fgとの距離)は、めねじMNJの山頂隙間Csm(線分cdと線分efとの距離)、及び、おねじONJの山頂隙間Cso(線分abと線分ghとの距離)のうちの少なくとも何れか一方よりも大きく(広く)なるように設定される。
<台形ねじにおけるフランクの当接状態の遷移についての説明>
図4を参照して、先ず、引き戻し作動における、ねじの当接状態(フランクの当接状態)、及び、当接状態の変化と、それによって生じる潤滑剤(グリス)の移動について説明する。潤滑剤の移動は、ねじ部材の全体で生じる現象であるが、簡潔に説明するため、以下では、範囲Xで示すねじの1ピッチ分に相当する潤滑剤(グリス)GRSの移動を代表例に、模式化して説明する。
図4は、図2に対応している。即ち、めねじ部MNJをもつナット部材NUTがシャフト部材SFTに固定され、おねじ部ONJをもつボルト部材BLTが押圧部材PSNに固定されている。電気モータMTRが逆転されて、(a)、(b)、(c)の順に、ねじの当接状態が遷移していく。ねじ部材NJBには、潤滑剤(グリス)GRSが移動可能なように、山頂隙間Csm、Cso、及び、フランク隙間Cfk(第1フランク隙間Cfk1、第2フランク隙間Cfk2)が設けられている。台形ねじの場合、ねじの当接状態とは、めねじMNJとおねじONJとの相互の位置関係によって発生するフランクの接触状態である。
図4(a)に示すように、未だ、摩擦部材MSBが回転部材KTBを押圧している場合には、押圧力Fbaは減少中ではあるが、押圧部材PSNが摩擦部材MSBからFbaを受けている。このとき、おねじONJは、めねじMNJによって矢印で示す方向に押されている。この当接状態が、「押圧当接状態」と称呼される。押圧当接状態では、めねじの第1フランクFmn1、及び、おねじの第1フランクFon1が当接している(即ち、Fmn1及びFon1が圧力側フランクである)。一方、めねじの第2フランクFmn2、及び、おねじの第2フランクFon2は非接触の状態であり、これらの間には隙間Cfk2が存在している(即ち、Fmn2及びFon2が遊び側フランクとなっている)。潤滑剤GRSは、山頂隙間Csm、Cso、及び、フランク隙間Cfk2に充填されている。
電気モータMTRが逆転され、ねじが更に引き戻されると、図4(b)に示すように、圧力側フランクであった第1フランクFmn1、Fon1が離れ始め、押圧部材PSNには押圧力Fbaが作用しないフリーな状態となる。この当接状態が、「自由当接状態」と称呼される。また、「押圧当接状態」から「自由当接状態」に切り替わる瞬間の状態が、「当接解除」と称呼される。
自由当接状態では、全てのフランクが接触していない。ねじの当接状態が、押圧当接状態から、当接解除を経て、自由当接状態へ遷移する場合、押圧当接状態で遊び側フランクであった、めねじの第2フランクFmn2、及び、おねじの第2フランクFon2の隙間(第2フランク隙間)Cfk2が狭められることによって、おねじの山頂隙間Csoに存在していた潤滑剤GRSが、他のフランク隙間(Fmn1及びFon1の隙間である第1フランク隙間Cfk1)に押し出される。具体的には、矢印(m)、(n)、及び、(p)で示されるように、ピッチ線Pch上部のグリスGfk2uによって、おねじの山頂隙間のグリスGsoが押し出され、Gsoが第1フランク隙間(Fmn1及びFon1の隙間)Cfk1に流入される。同様に、矢印(i)、(j)、及び、(k)で示されるように、ピッチ線Pch下部のグリスGfk2sによって、めねじの山頂隙間のグリスGsmが押し出され、Gsmが第1フランク隙間Cfk1に移動される。
図4(c)は、めねじの第2フランクFmn2(めねじMNJにおいて、第1フランクFmn1の反対側のフランク)、及び、おねじの第2フランクFon2(おねじONJにおいて、第1フランクFon1の反対側のフランク)が接触して、圧力側フランクとなり、押圧部材PSN(おねじ部ONJ)が矢印の方向に引き戻される状態を表している。この当接状態が、「引き戻し当接状態」と称呼される。ねじの当接状態において、「押圧当接状態」から「引き戻し当接状態」に遷移することが、「当接切り替え」と称呼される。即ち、当接切り替えとは、一方側のフランク(第1フランクFmn1、Fon1)が当接していた状態(押圧当接)から、当接していたフランクが離れ(当接解除)、さらに他方側のフランク(第2フランクFmn2、Fon2)が当接する状態(引き戻し当接)に切り替わることである。引き戻し当接状態では、第2フランクFmn2、Fon2が当接されるため、第2フランク隙間Cfk2にあったグリスGfk2(=Gfk2u+Gfk2s)に相当する量のグリスGRSが、山頂隙間Csm(ScmとTzoとの隙間)、Cso(ScoとTzmとの隙間)から、第1フランク隙間(Fmn1とFon1との隙間)Cfk1に移動される。
引き戻し当接状態に切り替えられた後に、さらに電気モータMTRが逆方向に回転されると、ねじ部材NJBは、螺合可能な限界位置にまで引き戻される。ねじ部材NJBは、この限界位置で、ストッパによって、それ以上の引き戻しの動きが制限される。
第1フランクFmn1、Fon1は、押圧力Fbaが増加される場合に圧力側フランクとなるため、制動トルクが増加される場合に動力伝達を行うフランクFmn1、Fon1に対して、新しい潤滑剤GRSが供給される(即ち、潤滑剤GRSの更新が行われる)。これによって、ねじ部材NJBの潤滑状態が適切に維持され、BRKの効率が確保され得る。なお、第1フランクFmn1、Fon1への潤滑剤GRSの供給は、自由当接状態となる時点で開始され、引き戻し当接状態に遷移した時点で完了される。このため、第1フランクFmn1、Fon1への潤滑剤(グリス)の更新は、少なくとも自由当接状態となること(第1フランクFmn1、Fon1が離れること)が条件とされ得る。
フランクの当接状態が遷移されることによって、山頂隙間Cms、Cosに蓄えられている潤滑剤GRSがフランク隙間Cfk(Cfk1、Cfk2)に流入され、Cfk内の潤滑剤GRSが更新される。この潤滑剤GRSの移動によって、ねじ部材NJBの潤滑状態が維持・向上され得る。ねじの1ピッチにおいて、「フランク隙間(ピッチ線Pchからめねじ山頂Scmまでのフランク隙間)Cfksにて形成される断面積(断面積a5-a6-a7-a8)が、めねじMNJの山頂隙間Csmにて形成される断面積(断面積b5-b6-b7-b8)よりも大きくなること」、及び、「フランク隙間(ピッチ線Pchからおねじ山頂Scoまでのフランク隙間)Cfkuにて形成される断面積(断面積a1-a2-a3-a4)が、おねじONJの山頂隙間Csoにて形成される断面積(断面積b1-b2-b3-b4)よりも大きくなること」、のうちで少なくとも何れか一方が満足されるように、ねじ部材NJBのねじ形状が設定され得る。即ち、フランク隙間に蓄えられる潤滑剤Gfk2s、Gfk2uの量が、めねじ、及び、おねじのうちの少なくとも一方の山頂隙間に蓄えられる潤滑剤Gsm、Gsoの量よりも多い。このため、一方側のフランク(押圧力上昇時の遊び側フランクで、第2フランクFmn2、Fon2)の隙間が狭められることにともなって、山頂隙間に蓄えられるグリスが、他のフランク(押圧力上昇時の圧力側フランクで、第1フランクFmn1、Fon1)の隙間に、確実に押し出される。この結果、ねじ部材NJBの潤滑状態が確保され、ブレーキアクチュエータBRKの効率が維持され得る。
さらに、引き戻し当接状態になった瞬間の位置から、限界位置(ねじの螺合可能な限界)に向けて引き戻されることによって、螺合部分の外部から、螺合部分に潤滑剤が取り込まれる。この限界位置に向けた、ねじの引き戻し作動によっても、ねじ部材NJBの潤滑状態が向上され得る。
<引き戻し制御ブロックの実施形態>
次に、図5の機能ブロック図を参照しながら、引き戻し制御ブロックHMC(図1を参照)の実施形態について説明する。
引き戻し制御ブロックHMCでは、加速操作量Apa、制動操作量Bpa、変速シフト位置Spa、車両速度Vxa、電気モータMTRの回転角Mka、及び、押圧力Fbaに基づいて、ねじ部材NJBの引き戻し動作を実行するための目標通電量(引き戻し通電量)Ihtが演算される。ここで、引き戻し動作とは、ねじの螺合範囲内で押圧部材PSNが回転部材KTBから離れる方向に移動されることであって、この動作によって、ねじ部材NJBの潤滑状態が更新され得る。引き戻し通電量Ihtは、フランクの当接切り替えを含む引き戻し動作のための電気モータMTRへの通電量の目標値である。
加速操作量Apaは、運転者による加速操作部材(アクセルペダル)APの操作量である。APには加速操作量取得手段APAが備えられる。APAによって、Apaが取得(検出)される。例えば、加速操作量取得手段(ストロークセンサ)APAによって、加速操作部材APのストローク(変位)が、加速操作量Apaとして検出される。
制動操作量Bpaは、運転者による制動操作部材(ブレーキペダル)BPの操作量である。BPには制動操作量取得手段BPAが備えられる。制動操作量取得手段BPAとして、マスタシリンダ(図示せず)の圧力を検出するセンサ(圧力センサ)、制動操作部材BPの操作力、及び/又は、変位量を検出するセンサ(ブレーキペダル踏力センサ、ブレーキペダルストロークセンサ)が採用される。これらのうちで少なくとも1つが利用されて、運転者による制動操作部材BPの操作量(制動操作量)Bpaが取得(検出)される。
変速シフト位置Spaは、変速シフト部材(シフトレバー)SPの位置である。例えば、駐車位置(Pレンジ)、前進位置(Dレンジ)、又は、後退位置(Rレンジ)である。各々のシフト位置Spaが、変速シフト位置取得手段SPAによって取得(検出)される。
車両速度Vxaは、車両速度取得手段VXAによって取得(検出)される。各車輪WHLに車輪速度取得手段VWAが設けられ、VWAによって取得される車輪速度(回転速度)Vwaに基づいて車両速度Vxaが演算され得る。
電気モータMTRのロータ(回転子)の位置(例えば、回転角)Mkaは、回転角取得手段(例えば、角度センサ)MKAによって、デジタル値(例えば、パルス)として取得(検出)される。回転角取得手段MKAは、電気モータMTRの内部に設けられる。
押圧力Fbaは、押圧力取得手段FBAによって取得(検出)される。押圧力取得手段FBAは、入力部材INPとキャリパCPRとの間に設けられる。具体的には、押圧力取得手段FBAはキャリパCRPに固定され、押圧部材PSNが摩擦部材MSBから受ける力が押圧力Fbaとして取得される。即ち、押圧部材PSNが摩擦部材MSBを押す力(押圧力)Fbaの反力(反作用)が取得(検出)される。押圧力(アナログ値)Fbaは、アナログ・デジタル変換手段ADHを介して、デジタル値に変換されて後に、電子制御ユニットECUに入力される。
引き戻し制御ブロックHMCは、回転角変化量演算ブロックMKH、押圧力変化量演算ブロックFBH、剛性値演算ブロックGCP、及び、引き戻し通電量演算ブロックIHTにて構成される。
回転角変化量演算ブロックMKHでは、電気モータの回転角Mkaが減少する場合に(MTRが逆転されるときに)、Mkaに基づいて回転角変化量Mkhが演算される。具体的には、Mkaの過去値mka[k]が記憶され、Mkaの現在値mka[g]と比較され、その偏差が回転角変化量Mkhとして演算される。即ち、Mkh=mka[k]−mka[g] に従って、回転角変化量Mkhが演算される。ここで、過去値mka[k]は、現在値mka[g]よりも所定時間(所定値)th0だけ以前の値である。即ち、演算周期において、過去値mka[k]から現在値mka[g]までは、所定周期(固定値)が経過している。
圧力変化量演算ブロックFBHでは、電気モータの回転角Mkaが減少する場合に(即ち、MTRが逆転されるときに)、Fbaに基づいて押圧力変化量Fbhが演算される。具体的には、各演算周期において、Mkaの過去値mak[k]に対応したFbaの過去値fba[k]と、Mkaの現在値mka[g]に対応したFbaの現在値fba[g]とが比較され、その偏差が押圧力変化量Fbhとして演算される。即ち、Fbh=fba[k]−fba[g] に従って、押圧力変化量Fbhが演算される。
剛性値演算ブロックGCPでは、回転角変化量Mkh、及び、押圧力変化量Fbhに基づいて剛性値Gcpが演算される。具体的には、回転角の変化量Mkhに対する押圧力の変化量Fbhが、剛性値Gcp(=Fbh/Mkh)として演算される。剛性値Gcpは、キャリパCPR、及び、摩擦部材MSBの直列ばねのばね定数に相当する値である。このため、押圧力変化量(例えば、押圧力の時間変化量)Fbhが、回転角変化量(例えば、回転角の時間変化量)Mkhによって除算されて、剛性値Gcpが演算される。
引き戻し通電量演算ブロックIHTでは、電気モータの回転角Mka、剛性値Gcp、加速操作量Apa、制動操作量Bpa、シフト位置Spa、及び、車両速度Vxaに基づいて、引き戻し通電量Ihtが演算される。引き戻し通電量Ihtは、ねじ部材NJBの引き戻し作動を行うための電気モータMTRの目標値である。なお、加速操作量Apa、制動操作量Bpa、変速シフト位置Spa、及び、車両速度Vxaのうちで少なくとも1つが省略され得る。Ihtは、制動操作量Bpaが増加する場合(即ち、Mkaが正回転中で、Fbaが増加しているとき)、或いは、制動操作量Bpaが所定操作量bpa0以上の場合(即ち、Mkaが所定値mka0以上、又は、Fbaが所定値fba0以上のとき)には演算されない(Iht=0が出力される)。そして、制動操作量Bpaが減少されて(即ち、Mkaが逆転中で、Fbaが減少されて)、所定操作量bpa0未満(即ち、Mkaが所定値mka0未満、又は、Fbaが所定値fba0未満)となる時点で、引き戻し通電量Ihtが演算される。
引き戻し通電量演算ブロックIHTには、当接切り替えパタン(第1パタン)PT1、及び、限界引き戻しパタン(第2パタン)PT2の2種類の動作パタンが備えられる。第1、第2パタンPT1及びPT2では、ねじ部材NJBの引き戻す量(即ち、ねじが引き戻され位置)が夫々異なる。ねじ部材の引き戻し量には、潤滑効果と制動トルク応答性とのトレードオフが存在する。引き戻し量が大きいほど、螺合領域の外部から潤滑剤が持ち込まれるため、ねじ部材NJBの潤滑剤の補充・更新効果は大きい。一方、引き戻し量が小さいほど、PSNとMSBとの隙間が狭いため、制動トルクの応答性が高い。従って、引き戻し動作のパタンPT1、PT2は、加速操作量Apa、変速シフト位置Spa、及び、車両速度Vxaのうちの少なくとも何れか1つに基づいて、適切に選択され得る。
加速操作量Apaが所定操作量(予め設定される所定値)ap1未満の場合(Apa<ap1)には、当接切り替えパタンPT1が選択され、Apaがap1以上の場合(Apa≧ap1)には、限界引き戻しパタンPT2が選択される。加速操作量Apaが小さい場合(即ち、車両が緩やかに加速されている、又は、概ね一定速度で走行している場合)には、運転者による急制動に備えて、第1パタンPT1が選択され得る。一方、加速操作量Apaが大きい場合(即ち、車両が急加速されている場合)には、急制動される蓋然性が低いため、第2パタンPT2が選択され得る。
変速機のシフト位置(セレクタの操作位置)Spaが駐車位置(Pレンジ)以外を指示する場合(前進位置(Dレンジ)、又は、後退位置(Rレンジ))には、当接切り替えパタンPT1が選択され、Spaが駐車位置を指示する場合には、限界引き戻しパタンPT2が選択される。シフト位置SpaがPレンジを示す場合には、車両は確実に停止しているため、第2パタンPT2が選択される。
車両速度Vxaが所定速度(予め設定される所定値)vx1以上の場合(Vxa≧vx1)には、当接切り替えパタンが選択され、Vxaがvx1未満の場合(Vxa<vx1)には、限界引き戻しパタンPT2が選択される。車両速度Vxaが大きい場合には、運転者による急制動に備えて、引き戻し量が小さい第1パタンPT1が選択される。一方、車両速度Vxaが小さい場合には、制動トルクの立ち上がりが制動距離には然程影響しないため、引き戻し量が大きい第2パタンPT2が選択される。
ねじ部材NJBの引き戻し量が異なる2つの引き戻しパタンPT1、PT2のうちから、何れか1つが、車両の走行状態(Apa、Spa、Vxa)に応じて決定される。このため、ねじ部材NJBの潤滑性能と、制動トルクの応答性が両立され得る。PT1及びPT2の何れの場合も、引き戻し通電量Ihtは、Mka(又は、Fba)が減少されるときに、Bpaが所定値bpa0未満、Fbaが所定値fba0未満、及び、Mkaが所定値mka0未満の3つの条件のうちで少なくとも1つが満足される場合に、引き戻し通電量Ihtの出力が開始される。Ihtは、電気モータMTRが逆転運動を継続するために必要な通電量の目標値であって、例えば、予め設定された所定値(固定値)iht1に決定され得る。
当接切り替えパタン(第1パタン)PT1が選択された場合には、剛性値Gcpが所定値gcpx(後述するgcp0に相当する値)未満の状態が、Mkaにおいて所定回転角(所定値)mkyに亘って継続されるまで、Ihtが出力され続ける。具体的には、Gcp<gcpxの条件が満足された時点からMkaの変化がカウントされ始める。Gcp<gcpxの継続が、Mkaの変化においてmky未満の場合には、Ihtの演算は継続される(終了されない)。そして、再度、Gcp<gcpxの条件が満足された時点からMkaの変化が演算され始める。Gcp<gcpxが満足される状態が、Mkaの変化において所定値mkyに亘って継続された時点で、Ihtが停止される(即ち、Iht=0とされ、MTRの逆転が終了される)。その後、MTRの位置がスタンバイ位置(予め設定された非制動時の待機位置)にまで戻される。ここで、待機位置mk0は、微少摩擦(引き摺り)が発生しないように、MSBとKTBとが予め設定された所定隙間をもつ状態に対応する位置である。
所定回転角(所定値)mkyは、当接隙間相当値(所定値)mkf、及び、誤差補償値(所定値)mkxに基づいて決定される。例えば、所定値mkyは、mkfにmkxが加えられて決定され得る(即ち、mky=mkf+mkx)。ここで、当接隙間相当値mkfは、ねじ部材NJBの当接状態を切り替えるための所定値であって、ねじの当接部の隙間(例えば、フランク隙間)に相当する値である。また、誤差補償値mkxは、電気モータMTRからねじ部材NJBに到るまでの機械要素の隙間(例えば、GSKのバックラッシュ、継手のガタ)、及び、押圧力Fbaの検出分解能(アナログ・デジタル変換に起因するLSB)を補償するための所定値である。当接隙間相当値mkf、及び、誤差補償値mkxは、制動手段BRKの設計段階で決定される諸元値であるため、値mkyは予め設定されている所定値(固定値)である。
限界引き戻しパタン(第2パタン)PT2が選択された場合には、電気モータの回転角Mkaに基づいて、ねじ部材NJBが限界位置mkeの近傍まで引き戻される。限界位置(Mkaにおける値mke)は、ねじ部材NJBの螺合部において、最も押圧部材PSNが回転部材KTBから離れ得る位置である。値mkeはBRKの諸元上で予め設定されている所定値(固定値)である。電気モータ回転角Mkaが限界位置(所定値mke)に一致した時点で、引き戻し通電量Ihtは、停止され、ゼロとされる。その後、電気モータの位置Mkaは待機位置mk0(MSBとKTBとが予め設定された所定隙間をもって引き摺りが生じない状態に対応する電気モータの位置)にまで戻される。
なお、制動手段BRKの設計上、限界位置mkeを超えて、ねじが引き戻されないようにストッパ(螺合端部でねじ部材NJBの回転を制限する部材)が設けられ得る。この場合、ねじの動作がストッパによって制限されるまで、電気モータMTRが逆転されればよいため、限界引き戻しパタンPT2においては、電気モータの位置(回転角)Mkaは必ずしも必要とはされない(必須の構成要素ではない)。
当接切り替えパタンPT1では、Mkaの所定回転角mkyに亘って、剛性値Gcpの低下が維持された場合に、引き戻し通電量Ihtが終了されるため、制動手段BRKの構成要素のガタ、及び、押圧力Fbaの検出分解能に起因する誤差影響が補償され、当接部の切り替えが確実に行われ得る。ねじの当接部(例えば、フランク)が切り替えられることによって潤滑剤GRSが移動し、動力伝達が行われるねじの当接部の潤滑剤GRSが更新され得る。限界引き戻しパタンPT2が実行されれば、必然的に当接切り替えが行われるため、同様の効果が得られる。さらに、PT2では、ねじ部材NJBのかみ合う範囲を超えて潤滑剤GRSが補充されるため、より一層の潤滑向上の効果が得られる。ねじの引き戻し量が大きい場合、制動トルクの応答性が懸念され得るが、車両状態(Vxa等)に基づいて、引き戻し量の異なる第1パタンPT1と、第2パタンPT2とが使い分けられるため、潤滑効果と制動トルク応答性とが両立され得る。
<ねじの当接状態とモータ回転角、押圧力との関係についての説明>
次に、図6を参照しながら、ねじの当接状態とモータ回転角Mka、及び、押圧力Fbaとの関係について説明する。CPRは浮動型(フローティング)キャリパであり、Mkaに対するFbaの関係(実線にて示される特性CHcp)は、キャリパCPR、及び、摩擦部材MSBの「直列ばね」としてのばね定数(剛性)に相当する。回転角Mkaの変化量(回転角変化量)Mkhに対する押圧力Fbaの変化量(押圧力変化量)Fbhが、剛性値Gcpとして演算される。Mkaが徐々に減少されていくときに(即ち、PSNがKTBから離れる方向に移動され、Fbaが徐々に減少されていく場合に)、剛性値Gcpが値gcp0となった点が、圧力側の当接部(例えば、圧力側フランク)が離れ(即ち、当接が解除され)、自由当接状態となる点として推定され得る。この点が、MSBとKTBとの接触が解除される点であり、基準位置(ゼロ点位置)とされる。
現実的には、値gcp0は、摩擦部材MSBの状態によって変化する。例えば、MSBが比較的新しくて厚みがある場合にはgcp0は相対的に小さい値であり、MSBの摩耗に従ってgcp0は増加する。しかしながら、MSBの摩耗状態が偏っている(即ち、偏摩耗する)場合、値gcp0は、新品の状態よりも低下する。剛性値Gcpに基づいて、ねじ部材NJBの当接状態が推定され得るが、実際値(真値)gcp0に対して誤差を見込んだ値gcpxが、推定しきい値として用いられる。例えば、所定値(固定値)gcpxとしては、基準位置での剛性値の下限(許容され得る最も小さい値)が実験的に求められて、この値が採用され得る。
当接部の隙間(例えば、フランク隙間であって、当接部における軸方向の隙間長さ)に対応する所定の回転角mkfだけ、回転角Mkaがゼロ点位置(基準位置)から戻された点(値mkc)で、ねじ部材NJBが押圧時とは異なる当接部が接触し、PSN(この場合、BLT)が限界位置mkeに向けて戻され始める。即ち、Mkaにおける位置mkcは、当接部(例えば、台形ねじにおけるフランク)の切り替えが完了された位置に相当する。ねじの引き戻し作動が終了されると、電気モータMTRは待機位置mk0にまで戻される(回転角Mkaが位置mk0に向けて、電気モータMTRが正転駆動される)。待機位置mk0は、MSBとKTBとが僅かな隙間をもつ位置であって、所謂「MSBの引き摺り」が抑制され得る位置である。
ねじ部材NJBの当接状態が、剛性値Gcpに基づいて推測され得るが、確実に当接部が切り替えられるためには、制動手段(ブレーキアクチュエータ)BRKを構成する機械要素のガタ(電気モータMTR、乃至、ねじ部材NJBに到るまでの構成要素における隙間、バックラッシュ等)、及び、検出信号(特に、押圧力Fba)の分解能(解像度)が考慮される必要がある。
機械要素のガタは、例えば、減速機GSKのバックラッシュ(例えば、小径歯車SKHと大径歯車DKHとの間のバックラッシュ)、MTRとGSKとの間に設けられる軸継手(例えば、オルダム継手)の隙間である。押圧力Fbaが減少されていく場合、PSNがMSBから押される力と、MTRが発生する力の関係で、徐々に回転角Mkaが減少していく。電気モータMTR等には摩擦損失(例えば、値fbmに相当)が存在するため、引き戻し動作においては、この摩擦損失が補償されて、引き戻しが行われる。このとき、MTRは引き戻し方向に駆動される必要があるが、上記の機械要素のガタによって、動力伝達のための当接状態が切り替わる。例えば、GSKでは、当接する歯面が切り替わる。この切り替わりによって、破線で示す特性CHcqのように、「Mkaは変化するが、Fbaが変化しない」状態が生じ得る。即ち、機械要素のガタ(隙間)に起因して、変位mkmに亘って、Mkaに無効変位(無効回転角)が発生し得る。従って、当接切り替えパタンPT1においては、この無効変位mkmが考慮される必要がある。
さらに、ねじ部材NJBの当接状態が、回転角変化量Mkh、及び、押圧力変化量Fbhに基づいて推定されるが、これら変化量演算の基となる状態量(特に、Fba)の分解能(LSB)が考慮される必要がある。具体的には、FBAでは、歪みゲージのように、歪み(力を受けた場合に生じる変位)に起因する電気的変化(例えば、電圧変化)に基づいてFbaが検出されるが、この信号は、アナログ値であり、電子制御ユニットECUに入力される際に、アナログ・デジタル変換手段(AD変換手段)ADHによってデジタル値に変換される。このとき、変換手段ADHのビット数によって、Fbaの分解能(最下位ビット、LSB:Least Significant Bit)が決定される。剛性値Gcpの特性CHcpは、下に凸の特性をもち、回転角Mkaが減少される際に、押圧力Fbaの減少幅(即ち、押圧力変化量Fbh)は、対応する回転角Mkaの減少幅(即ち、回転角変化量Mkh)よりも僅かである。押圧力変化量Fbhが上記の分解能に埋もれる(Fbh<LSB)場合には、剛性値Gcpはゼロに演算される。従って、当接切り替えパタンPT1においては、この押圧力Fbaの分解能が、上記の無効変位に併せて、考慮される必要がある。
当接切り替えパタンPT1において、剛性値Gcpと所定値gcpx(値gcp0に相当するしきい値)との単なる比較によって引き戻し通電量Ihtが終了される場合、上記の無効変位(回転角)、又は、分解能の影響によって、ねじの当接状態の切り替えが完了される前に(或いは、押圧当接の状態である場合に)、Ihtが終了されることが懸念され得る。このため、当接切り替えパタンPT1の判定条件では、「剛性値Gcpが所定値gcpx未満」の条件に、「この状態が電気モータの回転角Mkaの変位において所定回転角mkyに亘って継続される」ことが付け加えられる。この結果、ねじ部材NJBの当接部の切り替えが確実に行われ得る。
なお、所定値mkyは、所定値mkm、及び、所定値mkfが考慮された値である。具体的には、上記の誤差補償値mkxは、機械要素の隙間(例えば、GSKのバックラッシュ、継手のガタ)に相当する回転角mkm、及び、押圧力Fbaの検出分解能に相当する回転角のうちで大きい方の値であって、設計段階、又は、実験的に求められ得る。所定回転角mkyは、当接隙間相当値mkfに、誤差補償値mkxが加えられて決定され得る。
<引き戻し制御の作動>
次に、図7に示される押圧力Fba、電気モータの回転角Mka、剛性値Gcp、及び、引き戻し通電量Ihtの時系列線図(時間の経過にともなう状態量の変化図)を参照して、当接切り替えパタンPT1の作動の一例について説明する。
電気モータの回転角Mka、及び、押圧力Fbaは、徐々に(例えば、電気モータの一定回転速度dMkaをもって)減少される。押圧力取得手段FBAでは、歪み(力に対する変位)に起因する電気的変化に基づいて押圧力Fbaが検出される。Fbaの検出信号はアナログ値であり、変換手段ADHを介して、デジタル値に変換されて、ECUに入力される。このため、押圧力Fbaは、ADHのビット数による分解能(LSB:最下位ビット)の影響を受ける。この結果、制動操作量Bpaが減少されて、電気モータの回転角Mkaが減少される場合に、押圧力Fbaは階段状に減少していく。
Mkaの変化量(回転角変化量)Mkh、及び、Mkhに対応するFbaの変化量(押圧力変化量)Fbhが演算される。さらに、Mkhに対するFbhが、剛性値Gcpとして演算される。
押圧力Fbaが、しきい値(所定値)fba0未満となる時点t0にて、引き戻し通電量Ihtが、ゼロ(制御停止)から所定値iht1(負の値)に演算され、電気モータMTRが逆転される。時点t1にて、剛性値Gcpは剛性しきい値gcpx未満となるが、引き戻し通電量Ihtは、直ちには終了されない。時点t2にて、Gcp<gcpxの状態が解消されるが、時点t1からt2までの回転角Mkaが所定回転角mkyを超えていないため、Ihtは所定値iht1に継続して出力される。
時点t3にて、再度、剛性値Gcpが剛性しきい値gcpx未満となる。この状態が、電気モータの回転角において所定回転角mkyに亘って継続された時点t5にて、Ihtがゼロとされ、引き戻し制御が終了される。この後、電気モータMTRは、Mkaが待機位置(図6の位置mk0)に戻るように制御される。
押圧力Fbaは、回転角Mkaに対して、下に凸の特性(図6の特性CHcp)をもつため、Fbaの減少幅(即ち、変化量Fbh)は、対応するMkaの減少幅(即ち、変化量Mkh)よりも僅かである。電気モータが一定の回転速度で逆転される場合には、時系列線図において、Fbaは下に凸の形状となる。このため、押圧力Fbaの変化量Fbhは、Fbaの検出分解能(LSB)に対して相対的に小さくなっていく。この分解能の影響で、剛性値Gcpは実際の値(真値)よりも小さく演算される。押圧力変化量Fbhが、Fbaの分解能よりも小さくなった場合には、剛性値Gcpはゼロに演算される。
時点t1にて「Gcp<gcpx」の条件が満足されるが、この時点では、ねじ部材NJBは、未だ押圧当接の状態にある。このため、ここで引き戻し制御が終了されると、ねじ部材NJBの潤滑状態が適切に更新されない。従って、引き戻し制御(第1パタンPT1)の終了条件では、「Gcpが所定値gcpx未満」の条件に加えて、「この状態がMkaの変位において所定回転角mkyに亘って継続される」ことが設定される。ここで、電気モータの回転角Mkaにおける所定回転角mkyは、当接隙間相当値(変位)mkfと誤差補償値(変位)mkxとの合計値である。変位mkfは、当接部隙間(フランク隙間)に相当する値であり、NJBの諸元にて予め設定される値(所定値であって固定値)である。変位mkxは、上記の無効変位mkm、及び、ゼロ点位置の剛性値gcp0と押圧力Fbaの分解能との関係で決まる変位の分解能(具体的には、押圧力Fbaの分解能を剛性値gcp0で除した値)のうちで大きい方の値に基づいて決定される。無効変位mkm、剛性値gcp0、及び、押圧力分解能は、予め決定されている諸元値であるため、mkxは予め設定された所定値(固定値)である。予め設定される所定回転角mky(=mkf+mkx)は、機械要素のガタ(無効回転角)、検出信号の分解能、及び、ねじの当接隙間が考慮された値であり、「Gcp<gcpx」の条件が、「電気モータの回転角Mkaでの所定変位mkyに亘って継続される」ことが、当接切り替えパタン終了の判定条件とされる。
<ねじ部材NJBとしてボールねじが採用される場合の実施形態>
以上では、ねじ部材NJBとして、台形ねじが採用される場合について説明した。これに対し、図8に示すように、ねじ部材NJBとして、ボールねじが採用され得る。ボールねじが採用される場合においても、台形ねじの場合と同様に、ボールねじの隙間が潤滑剤(グリス)GRSの流路として機能し得る。具体的には、上述の密閉室Hmpの体積変化に起因する潤滑剤GRSの移動が、ボールねじナット部材NUTb(上記のナット部材NUTに相当)と、ボールねじシャフト部材BLTb(上記のボルト部材BLTに相当)との隙間Cns(Csm、Csoに相当)、NUTbのボール溝MZNとボール(鋼球)BALとの隙間Cmn(Cfkに相当)、及び、BLTbのボール溝MZBとボール(鋼球)BALとの隙間Cms(Cfkに相当)を介して行われる。
また、引き戻し動作によって、台形ねじと同様に、当接部分が切り替えられる。図8(i)は、図4(a)に対応し、押圧部材PSNが摩擦部材MSBを押し付けている状態(押圧当接状態)を示している。ここで、ボールねじナット部材NUTbが電気モータMTRによって回転駆動され、押圧部材PSNに固定されるボールねじシャフト部材BLTbが直線運動される。この場合、矢印の方向に、Ba1部分にてNUTbはBALを押し付け、その力がBa2部分にてBLTbに伝達される。
図8(ii)は、図4(c)に対応し、ねじ部材NJBが引き戻される状態(引き戻し当接状態)を示している。押圧当接状態の場合とは逆方向に、NUTbが、部位Bb1にてボールBALを押し、その力でBALは、部位Bb2にてBLTbを押し付ける。ねじの引き戻し動作の初期には、台形ねじの場合と同様に、ボールBALがボール溝MZN、MZBから反力を受けないフリー状態(自由当接の状態)となる。ねじの引き戻し動作によって、ボール(鋼球)BALと、ボール溝MZN、MZBとの当接状態が徐々に遷移していく。つまり、ボールねじにおいても、台形ねじと同様に、押圧当接状態から、自由当接状態を経て、引き戻し当接状態に遷移する。
台形ねじの場合の作用・効果と同様に、当接状態の遷移(例えば、当接状態の切り替え)によってボールBALとボール溝MZN、MZBと間の潤滑剤(グリス)GRSが移動され、制動トルクが増加される場合の当接部Ba1、Ba2の潤滑状態が刷新される。台形ねじと同様に、当接部Ba1、Ba2への新しい潤滑剤(グリス)の供給は、自由当接状態で始まり、引き戻し当接状態で完了される。従って、少なくとも自由当接状態にされることによって、部位Ba1、Ba2に対して、新しい潤滑剤GRSが供給され得る。
また、限界引き戻しによって、通常の制動作動では使用されていない部分にある潤滑剤GRSが、ねじ部材NJBに移動するため、ねじ部材NJBの潤滑状態が確保され得る。さらに、ボール(鋼球)BALは同一部分に力が作用し続けると疲労が生じ易いが、引き戻し動作によってBALが転動されるため、受圧部位がBAL全体として均一化され、耐久性が向上され得る。
<作用・効果>
以下、本発明の実施形態の作用・効果について説明する。本発明に係わる車両の電動制動装置では、
「車両の車輪WHLに固定された回転部材KTBに摩擦部材MSBを押し付けて押圧力Fbaを発生させる押圧部材PSN」と、
「前記押圧力Fbaを発生させる動力源である電気モータMTR」と、
「前記電気モータMTRの回転運動を前記押圧部材PSNの直線運動に変換するとともに、潤滑剤GRSが存在する隙間Cfk1、Cfk2、Csm、Cso、Cms、Cmnを備えたねじ部材NJB」と、
「前記押圧力Fbaを取得する押圧力取得手段FBA」と、
「前記電気モータMTRの回転角Mkaを取得する回転角取得手段MKA」と、
「前記押圧力Fbaを増加する場合には前記電気モータMTRを一方向に回転させ、前記押圧力Fbaを減少する場合には前記電気モータMTRを他方向に回転させる制御手段CTL」と、を備える。前記制御手段CTLは、前記押圧力Fbaを減少する場合、前記取得された回転角Mkaの変化量Mkhに対する前記取得された押圧力Fbaの変化量Fbhである剛性値Gcpを演算し、前記回転角Mkaが前記他方向に所定回転角mkyだけ変化する間に亘って、前記剛性値Gcpが前記所定値gcpx未満の状態が継続する時点t5まで、前記電気モータMTRを前記他方向に回転させる。
剛性値Gcpが所定値gcpx未満となった時点では、依然、ねじ部材は押圧当接状態であるため、この時点でねじの引き戻し動作が終了されると、ねじ当接部の切り替えが不十分となり得る。上記構成によれば、電気モータの回転角Mkaにおいて所定回転角mkyに亘って、剛性値Gcpが所定値gcpx未満の条件が満足され続ける時点t5まで、ねじの引き戻し動作が継続される(即ち、電気モータが他方向に回転され続ける)。従って、ねじの当接部(例えば、フランク)の切り替え(押圧時の当接部が、異なる当接部に切り替えられること)が確実に行われる。この結果、隙間に貯蔵されている潤滑剤(例えば、グリス)が、当接隙間に移動され、押圧力が増加する際の圧力側当接部に対して潤滑剤が更新されるとともに補充され、ねじ部材NJBの潤滑状態が好適に維持され得る。
本発明の実施形態では、前記所定回転角(mky)は、前記電気モータ(MTR)、乃至、前記ねじ部材(NJB)に到るまでの構成要素(GSK等)の隙間に基づいて設定される。また、本発明の実施形態では、アナログ値をデジタル値に変換する変換手段(ADH)を備え、前記押圧力(Fba)は、前記変換手段(ADH)を介して、前記制御手段(CTL)に入力され、前記所定回転角(mky)は、前記変換手段(ADH)による前記押圧力(Fba)の分解能(LSB)に基づいて設定され得る。
電気モータMTR等には摩擦損失が存在する。この摩擦損失のため、電気モータの回転角Mkaは変化するが、押圧力Fbaが変化しない状態が生じ、剛性値Gcpがゼロに演算され得る(即ち、BRKの構成要素の隙間に起因して、所定回転角mkmに亘って、回転角Mkaに無効変位が発生し得る)。また、押圧力変化量Fbhが、変換手段ADHのビット数によって決まる分解能(最下位ビット、LSB)よりも小さい場合には、剛性値Gcpはゼロに演算される。上記構成によれば、前記所定回転角mkyが、構成要素の隙間に相当する値、及び、変換手段ADHのビット数によって決まる押圧力Fbaの分解能に相当する値のうちで、少なくとも一方に基づいて設定されるため、ねじ部材NJBの当接状態が確実に切り替えられ得る。この結果、潤滑剤GRSが確実に更新され、ねじ部材NJBの潤滑状態が好適に維持され得る。
本発明の実施形態では、前記車両の運転者による加速操作部材(AP)の加速操作量(Apa)を取得する加速操作量取得手段(APA)、前記車両の運転者による変速シフト部材(SP)のシフト位置(Spa)を取得するシフト位置取得手段(SPA)、及び、前記車両の速度(Vxa)を取得する車両速度取得手段(VXA)のうちで少なくとも1つを備え得る。そして、前記制御手段(CTL、HMC)は、前記加速操作量取得手段(APA)、前記シフト位置取得手段(SPA)、及び、前記車両速度取得手段(VXA)のうちの少なくとも1つの取得結果(Apa、Spa、Vxaのうちで少なくとも1つ)に基づいて、前記電気モータ(MTR)を、前記剛性値(Gcp)が前記所定値(gcpx)未満の状態が、前記回転角(Mka)において所定回転角(mky)に亘って継続される時点(t5)まで前記他方向に回転させるか(即ち、当接切り替えパタンPT1)、或いは、前記ねじ部材(NJB)の螺合可能な限界位置(mke)まで前記他方向に回転させるか(即ち、限界引き戻しパタンPT2)を選択(決定)し得る。
ねじ部材NJBの引き戻し量には、潤滑維持効果と制動トルク応答性とのトレードオフが存在する。即ち、ねじの引き戻し量が大きいほど、螺合領域の外部から潤滑剤が持ち込まれ得るため、ねじ部材NJBの潤滑更新の効果は大きい。一方、ねじの引き戻し量が小さいほど、押圧部材PSNと摩擦部材MSBとの隙間が狭いため、制動トルクの応答性が高い。従って、引き戻し制御における当接切り替えパタンPT1と、限界引き戻しパタンPT2とが、加速操作量Apa、変速シフト位置Spa、及び、車両速度Vxaのうちの少なくとも何れか1つに基づいて選択されるため、上記のトレードオフが両立され得る。