JP6023047B2 - エアディスクブレーキ用電子ストロークセンサ - Google Patents

Description

本出願は、２０１０年６月１８日出願の米国仮特許出願第６１／３５６，３２５号の利益を主張する。

本発明は車両用ブレーキ用の電子ストロークセンサに関する。さらに特に、本発明はヘビーデューティートラックに搭載されるエアディスクブレーキの電子ストロークの監視部品に関する。

ヘビーデューティートラックと旅客バスとによる移動距離数は毎年著しく増加している。ガソリン価格が高騰してきたことにより、運転される乗用車のサイズが小さくなってきているため、制御ロスを回避するような各機会をトラック等のドライバーにもたらすために、これらのヘビーデューティー車両のブレーキアクチュエータとブレーキシステムの適正な操作性を確保する必要性が増加して来ている。その結果、工業用トラックにおいて広く使用されているドラムブレーキに搭載されるブレーキアクチュエータのストロークを監視するための各種のシステムが開発されてきている。

しかしながら、例えばバス等のようなヘビーデューティー旅客用車両では、エアディスクブレーキがより一般的になってきている。今のところ、エアディスクブレーキに搭載するための実用的なブレーキ監視システムは開発されていない。

エアドラムブレーキに採用されるブレーキ監視システムは、ブレーキアクチュエータのチャンバー内から突出するプッシュロッドのストローク長さを監視することで管理されている。ユーザーは、その監視によってブレーキアクチュエータが、正常に動作しているか、オーバーストローク状態にあるか、懸垂されあるいは引きずった状態のブレーキ状態にあるかを判定することができる。ブレーキアクチュエータのプッシュロッドはドラムブレーキの差動装置に固定的に取り付けられているので、プッシュロッドのストロークを監視することによってこれらの状態を監視することが可能になる。懸垂状態あるいは引きずり状態ブレーキの場合、ドラムブレーキの作動装置は、車両のドライバーによってブレーキペダルが解放された際に、プッシュロッドが不作動位置に戻るのを妨げるような作動位置において移動不能となる。

しかしながら、エアディスクブレーキのアクチュエータは、ディスクブレーキを操作させるキャリパーのレバーアームに固定的に取り付けられていない。そのため、懸垂あるいは引きずったブレーキ状態が生じた場合には、レバーアームはプッシュロッドから分離し、ディスクブレーキではドラムブレーキに搭載される監視システムのタイプは全く機能しないことになる。プッシュロッドのストロークを監視する電子センサはプッシュロッドが不動作位置に戻ったことを検知し、ブレーキが正常に作動しているものと誤って検知する。そのため、エアディスクブレーキのオーバーストローク状態と懸垂ブレーキ状態とを認識し、かつ判別することができる車両ブレーキの監視部品の開発が必要になってきている。

エアディスクブレーキのための車両ブレーキ監視部品は、そのチャンバ内部から突出するプッシュロッドを有するブレーキアクチュエータを含む。前記プッシュロッドは、その伸長した位置において前記ディスクブレーキを制動位置に移動することで、または引き込まれた位置において前記ブレーキディスクを解放することで、キャリパーのレバーアームを解放可能に動作する。前記プッシュロッドはプッシュロッドシャフトと、該プッシュロッドシャフトとの関係において入れ子状に付勢される当接部材とを含む。前記キャリパー内の前記レバーアームは、該当接部材の付勢力に抗することで、入れ子状に付勢される前記当接部材を支持する。前記センサは、前記当接部材の直近に組み込まれた部品と一体化されている。前記センサは、前記レバーアームと前記プッシュロッドシャフトに関する前記当接部材の移動を検知する。

前記センサは、前記ブレーキアクチュエータの状態を識別できる前記当接部材の長さに沿う発信の相違を検知する前記当接部材の近傍に位置する。たとえば、前記センサは、前記ブレーキが正常な状態で動作しているか、懸垂ブレーキ状態になっているか、オーバーストローク状態になっているか、あるいは調整不能の状態になっているかを検知する。上述のように、エアディスクブレーキにおけるこれらのすべての状態を検知するという従来の試みはうまくいっていなかった。特に、以前の監視装置では、エアディスクブレーキのプッシュロッドとレバーアームとの分離のため、懸垂ブレーキ状態を認識することはできなかった。この分離の結果、レバーアームが動作状態において移動不能となり、また車両ドライバーはブレーキアクチュエータ内にプッシュロッドが引き込まれるように、ブレーキペダルを解放してしまう。本発明の入れ子状の形状は、前記レバーアームが動作位置で移動不能となった際に検知する監視を可能にする。

本発明部品のさらなる利益は、キャリパーに改造を加えることなく、従来のブレーキキャリパーにおいて、それを用いることができることにある。エアディスクブレーキを監視するという従来の試みは、レバーアームが動作位置で移動不能になるか否かを識別する試みにおいて、ブレーキキャリパーの回動が必要である。アクチュエータのプッシュロッドの直近にセンサ容器を備えることにより、本発明部品は引きずりブレーキ状態を検知するのに、エアディスクブレーキのキャリパーを改造することの必要性を取り除けた。

本開示の他の特徴及び利点は、添付の図面と併せて説明された以下の詳細な説明を読むことにより容易に評価され、またより理解されるであろう。

図１は、本発明のブレーキ監視部品の横断面を示している。 図２Ａは、本発明のプッシュロッドの第１実施例を示している。 図２Ｂは、本発明のプッシュロッドの他の実施例を示している。 図３は、本発明のプッシュロッドの伸長した概要を示している。 図４は、正常動作状態における伸長位置のブレーキアクチュエータを示している。 図５は、オーバーストローク状態における伸長位置のブレーキアクチュエータを示している。 図６は、懸垂あるいは引きずり状態にある本発明のブレーキアクチュエータを示している。

ブレーキアクチュエータは、図１において、符号１０でその全体が示されている。ブレーキアクチュエータ１０は、以下において詳細に説明されるように、このブレーキアクチュエータが正常な状態で、あるいは故障状態で動作しているかを判定するためのブレーキ監視部品１２を含んでいる。ブレーキアクチュエータ１０は供給チャンバ１６内に配置されたプッシュロッド１４を含んでいる。なお、供給チャンバ１６は所定の車両ブレーキシステムのために必要とされている２次チャンバあるいはパワースプリングチャンバ（図示せず）、と各種その他ブレーキ作動体の構成も合わせて使用され得ることは、当業者にとって容易に理解されるべきである。

供給チャンバ１６は、上部ハウジング部材２０と下部ハウジング部材２２との間に支持されたダイアフラム１８を含む。その結果、供給チャンバ１６はダイアフラム１８によって、加圧側２４（図４に最もよく示されている）と、リターンスプリング２８を収容する戻り側２６とに分割される。加圧されたエアは圧力エアポート３０を通じて供給チャンバ１６の加圧側２４に入り、圧力センサ３２によってその圧力が監視される。圧力センサ３２は供給チャンバ１６に隣接して示されているが、発明者らは、この圧力センサ３２は車両のペダルバルブ（ブレーキペダル）に位置するように企図している。各実施形態が、車両ドライバーによってブレーキペダルに加えられている圧力を認識するためにブレーキペダル位置に配置された、独立した圧力センサ（図示せず）も含むことは、当該分野において通常の技術を有する者にとって理解されるべきことである。ドライバーがブレーキペダルを作動した際、加圧されたエアは公知の方法によって、プッシュロッド１４を供給チャンバ１６から外側に伸長させるようにプッシュロッド１４に対してダイアフラム１８を付勢するように圧力エアポート３０を通過する。

車両のドライバーがブレーキペダルを押下すると、上述したように、加圧されたエアは、プッシュロッド１４を供給チャンバ１６から外側に押し出すように、圧力エアポート３０を通過して供給チャンバ１６の加圧側２４に流入する。キャリパー３６内に配置されたレバーアーム３４は、外方に向けて伸長する時プッシュロッド１４によって回動し、公知の方法で車両のブレーキ（図示せず）を作動させる。車両のドライバーがブレーキペダルから圧力を取り除くと、エアは供給チャンバ１６の加圧側２４から排気され、リターンスプリング２８が、プッシュロッド１４を、レバーアーム３４が不動作位置に戻ることを許容するように、供給チャンバ１６の内方に向かって付勢する。上述のキャリパー３６は通常の方法で動作することは当業者において、理解されるべきである。

図２Ａを参照するに、プッシュロッド１４は、プッシュロッドシャフト４０に外接する当接部材３８を備えている。この当接部材３８には、キャリパー３６のレバーアーム３４に当接する端部４１が形成されている。プッシュロッドシャフト４０は、当接部材３８によって形成された筒状開口４２内に収容されている。調整シム４４は筒状開口４２の基部４６に配置され、プッシュロッドシャフト４０のシャフト止め４８と基部４６との間に挟在している。以下でより明らかにされるように、調整シム４４は、当接部材３８の端部４１とレバーアーム３４との間の寸法上の正確性を得るために、プッシュロッド１４の長さを調整するために複数の厚さのものが用意されている。

プッシュロッドシャフト４０には細長開口５０が形成され、その細長開口にはスプリング形状をなして示されている付勢部材５２が収容されている。付勢部材５２は細長開口５０の下底部５３と端部壁５４との間で圧縮状態にある。これにより、付勢部材５２が、プッシュロッド１４が効率的に伸長されるように、プッシュロッドシャフト４０から当接部材３８が入れ子式に伸長する付勢力を提供する。

プッシュロッドシャフト４０には、筒状開口４２位置の内壁６０に固定的に取り付けられた保持部材５８をその中に収容する、外接溝５６が形成されている。保持部材５８は溝５６の区域内をプッシュロッドシャフト４０で規定された軸線方向にスライドする。ストッパ６２は、保持部材５８が接触した際に、付勢部材５２が当接部材３８をプッシュロッドシャフト４０から分離させるのを防ぐ。ストッパ６２はプッシュロッドシャフト４０のノッチ６３（図３）に収容されるバネクリップあるいはそれと同等物の形状をなす。

センサ要素６４は供給チャンバ１６とキャリパー３６の間に挟在している。センサ６６はセンサ要素６４内に配置され、当接部材３８への検出経路をもたらし、センサ要素６４内の開口６８を通じて収容されている。センサ６６は制御部、又は中央制御ユニット７２と通信線７０を通じて通信される。センサ６６は発明者らは、その態様として、光学センサ、磁気センサ、機械的センサ、あるいは無線周波数強化センサ等を企図している。しかしながら、以下の記載は明瞭化のために、光学センサ、さらに赤外線センサを意図して行う。実施形態では、赤外線信号の発信と、反射された赤外線入力の受信の両方が可能であるオプテック社の赤外線光学センサＯＰＢ７３３ＴＲセンサを用いる。しかし、上述したどのセンサも動作可能であることは、当該分野における当業者において、理解されるべきである。図２Aにもっともよく示されたように、当接部材３８には非反射表面７４、半反射表面７６、全反射表面７８が形成されている。

図１にもっともよく示されたように、シールブート８０は上端においてプッシュロッドシャフト４０に、下端においてセンサ要素６４に密着されている。これにより、当接部材３８と、その非反射表面７４、半反射表面７６、全反射表面７８は、供給チャンバ１６に侵入することが知られている周囲の汚染から防護される。２次シール８２はキャリパー３６に対してセンサ要素６４を密着させ、レバーアーム３４は周囲の汚染から防護されるように、キャリパー内に完全に閉じ込められる。これにより、当接部材３８とセンサ６６とは、光学センサ６６と反射表面７４，７６，７８とが汚染するのを防止するように、完全に周囲から防護される。

他の実施例が図２Ｂに示されており、図２Ａに開示された要素と共通の要素には同一番号が付されている。この他の実施例では、他の当接部材８４とリニアセンサ８６とを利用している。他の当接部材８４は変化する反射表面を有する、他の反射被膜８８を含む。当接部材の第１端部９０は、当接部材の第２端部９２よりさらに反射するが、当接部材両端間で反射度は穏やかに遷移する。センサは当接部材８４の位置を判定するために反射量の変化を検知し、その結果によりレバーアーム３４が以下の説明において、より明確にされる。

ブレーキ監視のシーケンスがここに明らかにされる。以下のように発明者によって企図されている。センサ６６は当接部材３８に向けて赤外線信号を発信する赤外線センサの形態をとり、当接部材３８はその赤外線信号をセンサ６６に向けて反射するための、上述したように変化する反射度を備えている。そしてセンサ６６は、通信線７０を介して反射度が制御部７２に伝達される。当該分野の当業者において、光電デジタルレーザーや通常のレーザーや、これらと同等品からなるの他の光学センサを使うことができることが理解されるべきである。

通常の操作において、ブレーキが解放された時（図１に示されている）、光学センサは当接部材３８の非反射表面に向けて光信号を発信するが、当接部材３８からは反射信号は受信されない。圧力センサ３２によって示されたようにブレーキ作用圧は約２ｐｓｉ以下である。この結果、車両ドライバーには動作故障無しの信号が送られる。

ここで、図４を参照すると、ドライバーによってペダルに加えられた圧力はレバーアーム３４を駆動するために供給チャンバ１６の圧力側２４をエアが満たすように作用する。プッシュロッド１４はダイアフラム１８によって供給チャンバ１６から外方に向けて力がかかっているため、センサ６６は当接部材３８の半反射表面７６の直近に位置する。圧力センサ３２は、センサ６６が半反射表面からの反射を検知する間、ブレーキアクチュエータ１０の通常の動作を示す約２ｐｓｉ以上のエア圧を表示する。発明者らは、センサ６６から発光される光の約３０％を半反射表面が反射するように企図している。通常の作動状態において、レバーアーム３４が付勢部材５２の付勢力に拮抗するため、付勢部材５２は完全に圧縮された状態が保持されていることに注目すべきである。

図５は、故障状態が生じたことを、制御部７２がドライバーに知らせるようなオーバーストローク状態を示している。オーバーストローク状態において、プッシュロッド１４は、通常の伸長長さ以上が供給チャンバ１６の外方に向けて伸長し、その結果センサ６６は全反射表面７８に対して光を発し、全反射状態を検知する。圧力センサ３２によって検知されるブレーキ圧は、約２ｐｓｉ以上である。この結果、センサ６６は、制御部がオーバーストローク状態をドライバーに知らせるのに、通常の作用圧によって制御部に全反射状態を伝える。

図６は引きずりブレーキ状態を示している。引きずりブレーキ状態は、車両がロードスピードで移動する場合と、そうでない場合のいずれの時においても、制御部７２によって認識される。引きずりブレーキ状態では、エア圧は、リターンスプリング２８が供給チャンバ１６内にプッシュロッド１４を引き込むように、供給チャンバ１６の加圧側から解放されている。しかしながら、その状態では、ブレーキが引きずり状態にあるため、レバーアーム３４は当接部材３８と分離した作動位置に保持されている。レバーアーム３４は、もはや付勢部材の付勢力に拮抗せず、付勢部材５２は当接部材３８をプッシュロッドシャフト４０から伸長させる。この結果、センサ６６は、正常に機能するブレーキに典型的であるように、非反射表面７４に向けて光が発光されるのと反対に、その状態では当接部材３８の半反射表面７６に向けて発光される。圧縮エアは供給チャンバ１６の加圧側２４から排気されてしまっているため、ブレーキ作用圧は、その状態では２ｐｓｉ以下の値を示す。センサ６６によって検知されるような半反射表面７６と約２ｐｓｉ以下の低エア圧値との組み合わせは、制御部７２に引きずりあるいは懸垂ブレーキ状態を示させる。

エア圧が１２ｐｓｉ以上の値を示すようにドライバーによってブレーキペダルが押下されたときに、センサ６６が非反射表面７４を検知すると、他の故障状態が表示される。この例では、制御部からの信号はドライバーにアクチュエータが動作していない状態を示す。

本開示は図示される方法において述べられた。使用された術語は制限のためでなく、説明のための語としての性質を有することを意図させたものであることを理解するべきである。

明らかに、本開示の多くの改変や変形が上述の教示に照らして可能である。たとえば、したがって、添付の特許請求の範囲内で、本開示は具体的に記述されたもの以外でも実施することができる。

Claims (27)

1. ブレーキアクチュエータと圧力センサとセンサとを備えるエアディスクブレーキのための車両ブレーキ監視部品であって、
   前記ブレーキアクチュエータは、当該ブレーキアクチュエータのチャンバ内から突出するプッシュロッドを含み、当該プッシュロッドがキャリパーのレバーアームを解放可能に動作させることにより、当該プッシュロッドが伸長した位置にあるときには前記ディスクブレーキを制動位置に移動させ、当該プッシュロッドが引き込まれた位置にあるときには前記ディスクブレーキを前記制動位置から解放し、
   前記プッシュロッドは、プッシュロッドシャフトと当該プッシュロッドシャフトに対して入れ子状をなして付勢される当接部材とを含み、通常の作動状態において前記キャリパーのレバーアームが前記当接部材に当接することにより、前記当接部材の付勢力に抗し、
   前記圧力センサは、ブレーキペダルの作動状態からエア作用圧を検知し、
   前記センサは、前記当接部材の近傍で前記部品に一体化され、懸垂ブレーキおよびオーバーストローク状態を含む前記ブレーキアクチュエータの作動状態を判定するために前記当接部材上に配置された印の移動を検知することで、前記レバーアームと前記プッシュロッドシャフトとに対しての前記当接部材の伸長状態を検知し、その検知は前記ブレーキペダルの作動による前記エア作用圧の検知と相互に独立するようになされ、検知された前記印の移動と前記エア作用圧とを組み合わせることで、前記ブレーキアクチュエータの作動状態を判定する、
   エアディスクブレーキのための車両ブレーキ監視部品。
2. 前記センサは、光学センサ、磁気センサ、機械的センサ、あるいは無線周波数強化センサのうちの少なくとも一つからなる、請求項１に記載の監視部品。
3. 前記プッシュロッドの当接部材は、前記センサによって検知可能な信号手段を含む、請求項１に記載の監視部品。
4. 前記センサは、前記ブレーキアクチュエータと前記キャリパーとの間に位置するセンサ容器内に配置された、請求項１に記載の監視部品。
5. 前記センサは、前記信号手段における変化量を検知することで前記当接部材の移動を検知する、請求項１に記載の監視部品。
6. 前記信号手段における変化量は、前記信号手段によって生じた信号の度合いの変化が区分可能な信号特徴部、あるいは前記信号手段によって生じた信号の度合いの変化が遷移している信号特徴部を含む、請求項５に記載の監視部品。
7. 前記区分可能な信号特徴部は、検知可能な表面、半検知可能な表面、及び非検知表面を含む、請求項５に記載の監視部品。
8. 前記当接部材は、前記プッシュロッドシャフトに外接するスリーブを含み、付勢部材によって入れ子状をなす方向に、前記プッシュロッドシャフトが付勢されている、請求項１記載の監視部品。
9. 前記センサが前記プッシュロッドシャフトと前記当接部材との間の分離を検知することにより、懸垂ブレーキ状態を識別する、請求項１記載の監視部品。
10. エアディスクブレーキのレバーアームに力を作用させるためのプッシュロッドを動作させる空力チャンバを有するエアディスクブレーキシステムのブレーキアクチュエータのストロークを監視する方法であって、前記プッシュロッドがプッシュロッドシャフトと、当該プッシュロッドシャフトに対して入れ子状をなして配置される当接部材とを含むところの方法であって、当該方法は、
    前記プッシュロッド上に配置された識別可能な手段の変化を検知することにより、前記プッシュロッドの伸長量を検知し、それにより前記プッシュロッドの正常状態とオーバーストローク状態とを判別する工程と、
    前記識別可能な手段の変化を検知することで前記プッシュロッドシャフトに対しての前記当接部材の入れ子状の伸長長さを測定することにより、前記エアディスクブレーキのプッシュロッドとレバーアームとの間の当接を検知して、それにより懸垂ブレーキ状態を識別する工程と、
    を備える方法。
11. 前記プッシュロッドの伸長長さを検知する工程は、高圧段階の間、プッシュロッドの超過した伸長長さを検知することをさらに含み、それにより、通常のフリーブレーキ状態を超えたフリーブレーキ状態が認識される、請求項１０記載の監視方法。
12. 前記プッシュロッドの伸長長さを検知する工程は、前記当接部材上に配置された、複数の顕著な、識別可能な手段間の遷移を検知することをさらに含む、請求項１０記載の監視方法。
13. 前記プッシュロッドの伸長長さを検知する工程は、前記識別可能な手段の線形遷移を検知することをさらに含む、請求項１０記載の監視方法。
14. 前記プッシュロッドの伸長長さと、前記プッシュロッドと前記レバーアームとの接触とを検知する工程は、光学センサ、磁気センサ、機械的センサ、あるいは高周波強化センサを備えることをさらに含む、請求項１０記載の監視方法。
15. 前記プッシュロッドの伸長長さと、前記プッシュロッドと前記レバーアームとの接触とを検知する工程は、前記当接部材の反射度の変化を検知することをさらに含む、請求項１０記載の監視方法。
16. 前記プッシュロッドの伸長長さと、前記プッシュロッドと前記レバーアームとの接触とを検知する工程は、前記識別可能な手段に向けて光学信号を発信し、反射信号を光学センサで受信することをさらに含む、請求項１０記載の監視方法。
17. 前記識別可能な手段に向けて光学信号を発信し、反射信号を光学センサで受信する工程は、赤外線信号を発信することをさらに含む、請求項１６記載の監視方法。
18. 前記プッシュロッドの伸長長さと、前記プッシュロッドと前記レバーアームとの接触とを検知可能なセンサを有するセンサ容器を備える工程を、さらに含む、請求項１０記載の監視方法。
19. 前記懸垂ブレーキ状態を識別する工程は、低圧段階の間、前記プッシュロッドシャフトに対しての前記当接部材の入れ子状の伸長長さを測定することにより前記エアディスクブレーキのプッシュロッドとレバーアームとの間の当接を検知することをさらに含む、請求項１０記載の監視方法。
20. ブレーキアクチュエータと圧力センサと光学センサとを備えるエアディスクブレーキのための車両ブレーキ監視部品であって、
    前記ブレーキアクチュエータは、当該ブレーキアクチュエータのチャンバからスライド可能に突出するプッシュロッドを有し、当該プッシュロッドが前記エアブレーキのレバーアームを動作させることにより、当該プッシュロッドが伸長した位置にあるときには前記車両ブレーキを動作位置に移動させ、当該プッシュロッドが引き込まれた位置にあるときには前記ブレーキが引き込まれた位置に移動することを許容し、
    前記プッシュロッドは、前記エアブレーキの前記レバーアームに当接するために、プッシュロッドシャフトと当該プッシュロッドシャフトに対して入れ子状の偏りをなす当接部材とを備え、
    前記圧力センサは、ブレーキペダルの作動状態からエア作用圧を検知し、
    前記光学センサは、前記当接部材に光信号を発信し、前記当接部材からの反射量の変化を検知し、検知した前記反射量の変化から前記当接部材の位置を制御部に信号伝達するとともに、前記制御部がオーバーストローク状態と懸垂状態とを含む、前記ブレーキアクチュエータの複数の作動状態のどの状態にあるかを識別し、それらの状態は前記当接部材の伸長した位置に従属し、また前記エア作用圧は前記当接部材から検知された前記反射量と相互に独立して得られ、検知された前記反射量と前記エア作用圧とを組み合わせることで、前記ブレーキアクチュエータの作動状態を判定する、
    エアディスクブレーキのための車両ブレーキ監視部品。
    
    
21. 前記光学センサが赤外線センサからなることにより、赤外線信号を前記当接部材に発信するとともに、前記当接部材からの赤外線信号の反射量を検知するようにした、請求項２０記載の監視部品。
22. 前記当接部材は、前記光学センサが反射の程度が変化する反射するコーティングを含むことにより、前記当接部材の位置を検知できるようにした、請求項２０記載の監視部品。
23. 前記当接部材は、反射表面、非反射表面、及び半反射表面を含むことにより、前記光学センサに対する反射の程度の変化を提供するようにした、請求項２０記載の監視部品。
24. 前記光学センサは、前記ブレーキアクチュエータと前記エアブレーキのハウジングとの間に配置されたセンサ容器内に配置された、請求項２０記載の監視部品。
25. 前記光学センサは、電気的に制御部に接続され、該制御部は正常なブレーキ状態、オーバーストロークブレーキ状態、及び懸垂ブレーキ状態を、前記エア作用圧と前記光学センサから制御部に送られる反射力のレベルとをもとに判定するようにプログラムされた、請求項２０記載の監視部品。
26. 前記当接部材は、前記ブレーキのレバーアームと着脱可能に、請求項２０記載の監視部品。
27. 前記エアブレーキは、エアディスクブレーキからなる、請求項２０記載の監視部品。

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