JP6030990B2 - 電動ブレーキシステム - Google Patents

Description

本発明は、電動ブレーキシステムに関する。

電動ブレーキシステムは、主に車両のパーキングブレーキに利用されており、ブレーキの作動、解除は電動モータを用いて行われる。電動パーキングブレーキは、電動モータを出力させ、ケーブルを引くことで作動する。パーキングブレーキは、ブレーキ制御の確実性、安全性が重要視されるため、電動パーキングブレーキを正常に作動させるために、様々な対策が取られている（例えば特許文献１を参照）。

特開２００８−１２８３８９号

特許文献１では荷重センサを用いることによって、ケーブルの伸びによる引き力低下を検出し、ケーブルにかかる引き荷重が常に一定となるようにケーブルを更に引く電動パーキングブレーキを開示している。ところが、ケーブルにかかる引き荷重が常に一定になるように加えたとしても、電動パーキングブレーキを作動させるうちに、ブレーキの利きが悪くなるという現象が生じる。

この現象について本発明者が鋭意研究を行ったところ、ブレーキを作動させるたびにケーブルが永久変形し、この永久変形量に応じてケーブルの荷重伝達効率が低下することを見出した。すなわち、ケーブルが伸びた分の引き力低下を補償するだけでは足りず、ケーブルの荷重伝達効率の低下を考慮する必要があることを発見した。また、研究を重ねることでケーブルの永久変形量とケーブルの荷重伝達効率には、相関関係が存在することがわかった。

ここで、使用の度にブレーキの利きが悪くなるという現象を生じさせない方法の一つとして、ケーブルに加える引き荷重を、ケーブルが十分に永久変形したときの引き荷重に予め設定しておくことが考えられる。しかしながら、この方法では、ケーブルが十分に永久変形する前では過剰なエネルギーが消費されてしまい、またケーブルの耐久性が低くなってしまうといった問題がある。

そこで、本発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、ブレーキの利きを確保し、かつ、エネルギー効率の高い電動ブレーキシステムを提供することを目的とする。

本発明に係る電動ブレーキシステムは、ブレーキに接続されるケーブルと、ケーブルを引っ張る電動モータと、電動モータを駆動制御してケーブルに引き荷重を加える制御部と、を備えており、制御部は、ケーブルの永久変形量に基づいたケーブルの荷重伝達効率の減少分を補償した荷重をケーブルに加える電動ブレーキシステムである。

本発明に係る電動ブレーキシステムでは、ブレーキが作動する場合、ケーブルの永久変形量に基づいてケーブルの荷重伝達効率の減少分を補償した荷重を電動モータが出力するよう、制御部が電動モータの駆動制御を行う。これにより、ケーブルの荷重伝達効率が減少したとしても、ブレーキの作動に十分な引き荷重がケーブルに与えられる。すなわち、ブレーキを作動させるたびにブレーキの利きが悪くなるという現象が生じなくなる。さらに、ブレーキが作動する場合に、ケーブルには過剰な引き荷重が与えられることがないため、エネルギー効率良く電動モータを駆動制御することができる。

本発明に係る電動ブレーキシステムでは、制御部は、ケーブルに加えた引き荷重に対するケーブルの引き込み量に基づいて、ケーブルの永久変形量を求めることが好ましい。永久変形したケーブルに対してある引き荷重をかけるとき、電動モータがケーブルを引き込む量は、永久変形していないケーブルよりも多くなる。この引き込み量の変化とケーブルの永久変形量には相関関係がある。従って、この相関関係を利用することで高精度にケーブルの永久変形量を求めることができる。

本発明に係る電動ブレーキシステムでは、制御部が電動モータの動作回数に基づいてケーブルの永久変形量を求めることができる。電動モータの作動回数とケーブルの永久変形量には相関関係があり、ケーブルの引き込み量を実測していない場合でも、ケーブルの永久変形量を簡易的に求めることができる。

本発明により、ブレーキの利きを確保し、かつエネルギー効率が高い電動ブレーキシステムを提供する。

本発明の一実施形態に係る電動ブレーキシステムを有する車両の一部を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る電動ブレーキシステムの動作手順を表すフローチャートである。 作動回数に対するケーブル永久変形量の変化を表すグラフである。 作動回数に対するケーブル効率の変化を表すグラフである。 ケーブル永久変形量に対するケーブル効率の変化を表すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明は以下の内容に限定されない。また、添付図面は実施形態の一例を示したものであり、形態はこれに限定して解釈されるものではない。本発明は、その要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。なお、図面中上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づく。図面の寸法及び比率は図示されたものに限られるものではない。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電動ブレーキシステムを備えた車両の一部を示すブロック図である。

図１より、本発明の一実施形態に係る電動ブレーキシステムの構成を説明する。電動ブレーキシステムは少なくともパーキングブレーキ１、電動モータ２、ケーブル３、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）と略記する）４、センサ５、ブレーキ操作部６を有している。パーキングブレーキ１はケーブル３を介して電動モータ２に接続されている。ＥＣＵ４には、電動モータ２、センサ５、ブレーキ操作部６が電気的に接続されている。

パーキングブレーキ１は、接続されるケーブル３にかかる引き荷重に基づいてブレーキの作動もしくは解除が制御される。ブレーキの作動はパーキングブレーキ１がプロペラシャフト１２をロックすることで行われ、停車時にアクセルやブレーキが踏まれていない時でも、車両が動き出すことを防止できる。なお電動ブレーキシステムは、車両の発進加速を検知し自動的にパーキングブレーキ１を解除できる。これにより、パーキングブレーキ１をかけたまま車両が発進するのを防ぐことができる。

なお図示はしていないが、パーキングブレーキ１は、車両の左右後輪又は左右前輪のホイール部に各々設けられたブレーキ（ディスクブレーキ、ドラムブレーキ、あるいはその両方）が制御される構造であってもよい。

電動モータ２は、ＥＣＵ４からの指示によって駆動が制御され、ケーブル３を引っ張る、または緩めるよう駆動する。例えば電動モータ２が正転駆動することでケーブル３を引っ張り、また、電動モータ２が逆転駆動することでケーブル３を緩ませる。これによって、パーキングブレーキ１が作動または解除される。

ケーブル３は、電動モータ２が出力した引き荷重をパーキングブレーキ１に伝達する。ケーブル３にはブレーキの作動に伴い高い引き荷重がかかるため、使用により伸長していってしまう。このケーブル３が伸長し、戻らなくなった（塑性変形した）量を永久変形量という。後述するように、永久変形量が多いほど、電動モータ２がケーブル３に出力する引き荷重と、ケーブル３が実際に伝達する引き荷重の比率（荷重伝達効率、またはケーブル効率ともいう）が小さくなっていく。そして、電動ブレーキシステムの使用に伴いケーブル３の永久変形量が増加していくことで、パーキングブレーキ１の利きが悪くなってしまう。そのため、ケーブル３は使用に伴う永久変形量が少なく、引っ張りなどの耐久性が高い材質や形状にて形成されることが好ましい。

センサ５は、ケーブル３に加えた引き荷重に対するケーブル３の引き込み量（移動量ともいう）を検出し、検出結果をＥＣＵ４に出力する。ケーブル３の引き込み量の検出方法は、カウンタなど公知の方法を用いればよい。なお、図１ではセンサ５はケーブル３の状態を直接検出しているが、これに限定はされない。例えば、電動モータ２の動作と連動するように設置してもよいし、電動モータ２に組み込んでもよい。また、センサ５とケーブル３については、センサ５がケーブル３の状態を検出できるように構成されていればよく、必ずしも物理的あるいは機能的に接続することを要しない。

ブレーキ操作部６は、電動ブレーキシステムを作動または解除を行う指示をＥＣＵ４に与えるために用いられる。スイッチ形式、ハンドリリース形式、またはフットリリース形式があるがどれを用いてもよい。図１において、ブレーキ操作部６は運転席１３と助手席１４の間に設置されているが、特に限定されない。

ＥＣＵ４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを主体として構成される。ブレーキ操作部６などの出力を受け、ＣＰＵによるプログラムの実行を通じて、電動モータ２の駆動制御を行う制御部として機能する。ＥＣＵ４はブレーキ操作部６からの指示に基づき、電動モータ２が出力する荷重を決定する。この際、ケーブル３の永久変形量に基づいて、荷重伝達効率の減少分を補償した荷重を求める。そして、補償した荷重を出力させるように電動モータ２の駆動制御をする。

ここで、ケーブルの永久変形量と、ケーブル効率（荷重伝達効率）の関係性について説明する。

本発明者は、本発明に想到するのに際して、ブレーキの作動回数に対するケーブルの永久変形量及びケーブルの荷重伝達効率の変化を求める実験を行った。その結果を図３及び図４に示す。

図３はブレーキの作動回数に対するケーブル永久変形量の変化を表すグラフの一例が示されている。図３より、ブレーキを作動する回数の増加に伴って、ケーブルの永久変形量が増加していくことがわかる。また、図４はブレーキの作動回数に対するケーブル効率の変化を表すグラフの一例が示されている。図４より、ブレーキを作動する回数の増加に伴って、ケーブル効率が減少していくことがわかる。

図３、図４の要素をそれぞれ抽出して表現したものが図５である。図５はブレーキ作動回数が同じ回数においての、ケーブル永久変形量に対するケーブル効率（荷重伝達効率）の変化を表すグラフである。これより、ケーブルの永久変形量が増加していく一方、ケーブル効率が減少していくという相関関係があることがわかる。

また、ケーブルの永久変形量の求め方として、例えばケーブルの引き込み量に対する永久変形量の変化特性を基にして求める第１の方法と、ブレーキの作動回数を用いて求める第２の方法が挙げられる。

第１の方法は、例えば、電動モータがケーブルに対して引き荷重を出力した時に、引き込まれるケーブルの長さ（ケーブルの引き込み量）をセンサにて検知していく方法がある。センサによって検知されたケーブルの引き込み量の変化量から、ケーブルの永久変形量が求められる。

また、第２の方法は、前述の図３が示している、ブレーキの作動回数とケーブルの永久変形量の関係性を用いる。すなわち、この関係性を用いて、検出されたブレーキの作動回数に応じたケーブルの永久変形量が求められる。

なお、ケーブルの引き込み量に対する永久変形量の変化特性は、ケーブルの材質や形状によって決まってくるため、予めＥＣＵ内のＲＯＭやＲＡＭに記憶させることが好ましい。また、ケーブルの引き込み量のデータとは、ケーブルにかかる引き荷重に対して引き込まれた量（長さ）である。ケーブルが引き込まれる量のデータを更新していくことで、適時正確な永久変形量を得ることができる。

第１の方法にて、ケーブルの引き込み量のデータは、電動ブレーキシステムの作動毎に記憶してもよいし、そうでなくてもよい。図３に示すようにブレーキの作動毎に変動するケーブルの永久変形量はごく微量なので、一定の作動回数毎にデータを記憶する構成としてもよい。第２の方法でも同様に、一定の作動回数毎にケーブルの永久変形量を検出する構成としてもよい。

ＥＣＵ４は、センサ５からの出力を検出し、この検出データをＥＣＵ４内のＲＯＭやＲＡＭに記憶する。勿論、ＥＣＵ４は電動ブレーキシステムの制御のみに用いるのではなく、それ以外の制御（エンジン１１の制御や変速機の制御など）を行ってもよい。上述した制御を、図１に示すように単一のＥＣＵ４にて行ってもよいし、２以上のＥＣＵを用いて行ってもよい。また、ＥＣＵ４のＲＯＭやＲＡＭにパーキングブレーキ１や電動モータ２の動作回数などを記憶するように設計されていてもよい。

次に、本発明の一実施形態に係る電動ブレーキシステムの作動に関してのＥＣＵ４の制御処理の一例について、図２のフローチャートを用いて説明する。

まず、ＥＣＵ４はブレーキ操作部６からパーキングブレーキ１を作動する指示を受信する（Ｓ１）。上記指示の受信に基づいて、電動モータ２がケーブル３に出力すべき引き荷重を決定する（Ｓ２）。次に、記憶しているデータからケーブル３の永久変形量を求め、求めた永久変形量に基づいた荷重伝達効率の減少分を補償する引き荷重を決定する（Ｓ３）。そして、ＥＣＵ４は、電動モータ２に補償した引き荷重を出力するように指示を行う（Ｓ４）。

Ｓ１において、ＥＣＵはブレーキ操作部からの指示の受信時に、同時にブレーキを利かせる具合を受信してもよい。平面上の停車と斜面上の停車では、求められるブレーキの利かせ具合が異なる。よって、電動モータが出力する引き荷重を適宜調整するため、ブレーキを利かせる具合を受信することが好ましい。

なお、Ｓ１の指示はブレーキ操作部からの指示のみに限定されない。例えばエンジンをオフにした時やイグニッションキーを車外へ持ち出した時などにも、パーキングブレーキを作動する指示がＥＣＵに出力されてもよい。これにより、運転者が車両を停車後、パーキングブレーキをかけるのを忘れた時でも、自動的にブレーキをかけることができる。

また、Ｓ２の時点で電動モータは一度ケーブルに決定した引き荷重をかけてもよい。この場合、Ｓ３で求めた補償する分の引き荷重を改めてＳ４にてケーブルにかければよい。

次に、Ｓ３で行われるケーブルの永久変形量に基づいた荷重伝達効率の減少分を補償した引き荷重の求め方について説明する。ケーブルの永久変形量については、上述の方法を用いることによって求める。

求めたケーブルの永久変形量に基づいて、ケーブルの荷重伝達効率の減少分を補償した引き荷重を決定する。前述に説明したように、図５よりケーブルの永久変形量が大きくなっていくほどケーブル効率が低下していくという相関関係があることがわかる。この関係性を基にして、ケーブルの永久変形量に基づいた荷重伝達効率の減少分を補償した引き荷重を決定する。

詳述すると、まず電動ブレーキシステムに用いるケーブルの永久変形量とケーブル効率との関係を予め求めておき、それぞれＥＣＵ内に記憶しておく。この記憶していたデータはテーブル化しており、求めた永久変形量とテーブルを照合することによって、ケーブルの永久変形後の荷重伝達効率を求める。この求めた荷重伝達効率と初期値の差分をとることによって、荷重伝達効率の減少分を求められる。この求めた荷重伝達効率の減少分と、Ｓ２にて決定した電動モータが出力する引き荷重とを掛け合わせることで補償すべき分の引き荷重が求められる。これをＳ２にて決定した引き荷重に足し合わせることで、ケーブルの永久変形量に基づいた荷重伝達効率の減少分を補償した引き荷重を算出する。この引き荷重を出力するように電動モータを制御することで、ケーブルの荷重伝達効率が減少している場合であっても、ケーブルから実際に伝達される引き荷重は常に一定になる。そのため、パーキングブレーキの利きが悪くなるといった現象が生じなくなる。

ケーブルの永久変形量及びケーブル効率は、ケーブルの材質や形状によって異なるので、電動ブレーキシステムに用いるケーブル毎にその相関関係を求めておき、ＥＣＵ内に予め記憶しておくのが好ましい。なお、ケーブルの永久変形量及び荷重伝達効率がＥＣＵ内に記憶される形式は、上述のテーブル式に限定されない。

上述の補償処理をＳ３にて行わないと、ケーブル３が永久変形する、すなわちケーブル３の荷重伝達効率が減少することで、実際に伝達される引き荷重は初期設定値よりも低くなってしまう。この場合、従来のようにケーブルが永久変形した分の引き力低下を補償する対策をしたとしても、それでもなお使用によりブレーキの利きが悪くなる。これは、ケーブル３が永久変形した時にケーブル３の荷重伝達効率も減少しているため、補償すべき引き荷重が十分ではなかったからである。これによって、使用に伴いパーキングブレーキ１が想定した利き具合よりも緩く利くことになり、ブレーキの利きが悪くなるという現象が生じる。

この現象を防ぐために、ケーブルに加える引き荷重を、ケーブルの荷重伝達効率が十分に減少したときの引き荷重に予め設定し、ブレーキを作動するという対策が考えられる。この方法により、上述の現象が生じなくなると思われるが、ケーブルの荷重伝達効率が十分に減少する前では過剰なエネルギーが消費されてしまうため、エネルギー効率が悪くなってしまう。また、ケーブルの荷重伝達効率が十分に減少する前では過剰な引き荷重がかかるため、ケーブルの劣化が促進されてしまう懸念もある。

そこで上述の補償処理をＳ３にて行うことで、ケーブル３の荷重伝達効率が減少している場合であっても、ケーブル３から実際に伝達される引き荷重は常に一定になる。そのため、パーキングブレーキ１の利きが悪くなるといった現象が生じなくなる。また、電動モータ２が補償する引き荷重は、適宜最適な値に補償されるので、過剰な引き荷重をケーブル３に出力することがなくなる。従って、無駄なエネルギーの必要がない、エネルギー効率のよい電動ブレーキシステムが達成できる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、図１は電動ブレーキシステムのシステム構成の一例に過ぎず、異なるシステム構成を採用してもよい。また、補償した引き荷重の算出方法も上述の方法は一例に過ぎず、異なる算出方法を採用してもよい。

１…パーキングブレーキ、２…電動モータ、３…ケーブル、４…ＥＣＵ（電気制御ユニット）、５…センサ、６…ブレーキ操作部、１１…エンジン、１２…プロペラシャフト、１３…運転席、１４…助手席。

Claims (3)

1. ブレーキに接続されるケーブルと、
   前記ケーブルを引っ張る電動モータと、
   前記電動モータを駆動制御して前記ケーブルに引き荷重を加える制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記ケーブルの永久変形量に基づいた前記ケーブルの荷重伝達効率の減少分を補償した荷重を前記ケーブルに加える、
   電動ブレーキシステム。
2. 前記制御部は、前記ケーブルに加えた引き荷重に対する前記ケーブルの引き込み量に基づいて、前記ケーブルの永久変形量を求める、
   請求項１に記載の電動ブレーキシステム。
3. 前記制御部は、前記電動モータの動作回数に基づいて、前記ケーブルの永久変形量を求める、請求項１に記載の電動ブレーキシステム。

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