JP6276133B2 - 電動パーキングブレーキ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、パーキングブレーキの作動及び解除を電動モータで行なう電動パーキングブレーキ装置に関する。
特許文献1には、パーキングブレーキ機構を備えたディスクブレーキが開示されている。このパーキングブレーキ機構は、ボールアンドランプ機構とねじ機構とを有し、電動モータの回転によってボールアンドランプ機構とねじ機構とでピストンを制動位置に移動させ、ねじ機構によってピストンを制動位置に保持する。
また、特許文献2には、作動及び解除を電動モータとケーブルにて行なう電動パーキングブレーキが開示されている。この特許文献2では、ブレーキの作動状態において、ブレーキ作動終了前に電動モータの回転数を低下させるようにしている。電動モータは、PWM(Pulse Width Modulation)制御で駆動しており、回転数を駆動パルスのデューティ比で制御する。PWM制御は、オン/オフ制御に比べてモータの回転数を低下させることができるため、減速機構の作動音を低減する有効な手段となる。
特開2012−229798号公報 特開2012−101749号公報
ところで、パーキングブレーキ機構では、ブレーキの踏み量やパッドの厚みによりピストンのストローク量が変化するため、パーキングブレーキを解除する際に、電動モータの回転を直線方向の運動に変換する回転直動機構のトルク抜けを検出する必要がある。
しかしながら、PWM制御では、電動モータが目標トルクになるように短い時間間隔で電流制御を行うため、駆動電流がステップ状に大きく低下するような変化が発生しない。このため、回転直動機構のトルク抜けを検出することができず、パーキングブレーキを解除できないまま車両を動かしてしまうと、後輪引き摺りを起こす可能性がある。
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、パーキングブレーキを解除する際に、後輪引き摺りの可能性を低減できる電動パーキングブレーキ装置を提供することにある。
本発明の電動パーキングブレーキ装置は、電動モータの回転を直線方向の運動に変換する回転直動機構により、パーキングブレーキを制動状態に保持し、且つ該回転直動機構により解除する電動パーキングブレーキ装置であって、前記パーキングブレーキを解除する場合に、前記電動モータをPWM制御で駆動し、前記PWM制御の開始から所定時間経過したらオン/オフ制御による駆動に変更する、ことを特徴とする。
また、本発明の電動パーキングブレーキ装置は、ブレーキパッドをロータに押し付けるピストンと、電動モータの回転を直線方向の運動に変換して前記ピストンを推進し、ブレーキパッドをロータに押し付けて制動位置に保持させる伝達機構と、前記ブレーキパッドのリリース開始後に、前記電動モータの回転に対して前記ピストンの作動を一時的に停止するボールアンドランプ機構と、前記電動モータを駆動制御する駆動制御装置と、を備え、前記駆動制御装置は、前記ブレーキパッドのリリースを開始するときに、前記電動モータをPWM制御によって駆動し、前記PWM制御の開始から所定時間経過したらオン/オフ制御に変更して駆動する、ことを特徴とする
本発明によれば、パーキングブレーキを解除する場合に、電動モータをPWM制御し、制御開始から所定時間経過したらオン/オフ制御に変更することで、電動モータを駆動する駆動電流がステップ状に低下し、回転直動機構のトルク抜けを検出できる。
また、電動モータを駆動する駆動電流がステップ状に低下することで、ブレーキパッドのロータへの押し付け力の低下を検出できる。
したがって、パーキングブレーキの解除が検出しやすく、後輪引き摺りの可能性を低減できる。
本発明の実施形態に係る電動パーキングブレーキ装置が適用されるディスクブレーキを示す断面構成図である。 図1に示したディスクブレーキに採用されたボールアンドランプ機構の回転直動ランプの斜視図である。 図1に示したディスクブレーキに採用されたピストン、ねじ機構及びボールアンドランプ機構等の分解斜視図である。 図1に示したディスクブレーキにおけるパーキングブレーキの作用を段階的に示した断面図である。 図1に示したディスクブレーキにおけるパーキングブレーキの作用を段階的に示した断面図である。 図1に示したディスクブレーキにおけるパーキングブレーキの作用を段階的に示した断面図である。 図1に示したディスクブレーキにおけるパーキングブレーキの作用を段階的に示した断面図である。 図1に示したディスクブレーキにおけるパーキングブレーキの作用を段階的に示した断面図である。 図1に示したディスクブレーキにおけるパーキングブレーキの作用を段階的に示した断面図である。 本発明の実施形態に係る電動パーキングブレーキ装置における、パーキングブレーキを解除する際の電動モータの第1の制御動作を示すフローチャートである。 パーキングブレーキを解除する際に、電動モータをオン/オフ制御で駆動する場合のタイミングチャートである。 パーキングブレーキを解除する際に、電動モータをPWM制御で駆動する場合のタイミングチャートである。 図10に示した第1の制御動作におけるリリース電流波形、トルク波形及びモータ回転数を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態に係る電動パーキングブレーキ装置における、パーキングブレーキを解除する際の電動モータの第2の制御動作を示すフローチャートである。 図14に示した第1の制御動作におけるリリース電流波形、トルク波形及びモータ回転数を示すタイミングチャートである。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
まず、本発明が適用されるディスクブレーキの構成と、パーキングブレーキの作用について、図1乃至図9に基づいて説明する。次に、当該ディスクブレーキにおける電動モータの第1の制御動作について図10乃至図13、第2の制御動作について図14及び図15により詳しく説明する。
[ディスクブレーキの構成]
図1及び図3に示すように、ディスクブレーキ1には、車両の回転部に取り付けられたディスクロータDを挟んで軸方向両側に配置された一対のインナブレーキパッド2及びアウタブレーキパッド3と、キャリパ4とが設けられている。本ディスクブレーキ1は、キャリパ浮動型として構成されている。なお、一対のインナブレーキパッド2及びアウタブレーキパッド3と、キャリパ4とは、車両のナックル等の非回転部に固定されたキャリア5にディスクロータDの軸方向へ移動可能に支持されている。
キャリパ4の主体であるキャリパ本体6は、車両内側のインナブレーキパッド2に対向する基端側に配置されるシリンダ部7と、車両外側のアウタブレーキパッド3に対向する先端側に配置される爪部8とを有している。シリンダ部7には、インナブレーキパッド2側が開口部7Aとなり、その反対側が孔部9Aを有する底壁9により閉じられた有底のシリンダ10が形成されている。このシリンダ10は、開口部7A側の内周部にピストンシール11が介装されている。
ピストン12は、底部12Aと円筒部12Bとなる有底のカップ状に形成される。該ピストン12は、その底部12Aがインナブレーキパッド2に対向するようにシリンダ10内に収められている。ピストン12は、ピストンシール11に接触した状態で軸方向に移動可能にシリンダ10に内装されている。このピストン12とシリンダ10の底壁9との間は、液圧室13としてピストンシール11により画成されている。この液圧室13には、シリンダ部7に設けた図示しないポートを通じて、マスタシリンダや液圧制御ユニット等の図示しない液圧源から液圧が供給されるようになっている。ピストン12は、インナブレーキパッド2に対向する底面の外周側に凹部14が設けられている。この凹部14は、インナブレーキパッド2の背面に形成されている凸部15が係合しており、この係合によってピストン12がシリンダ10、ひいてはキャリパ本体6に対して回り止めされている。また、ピストン12の底部12Aとシリンダ10との間には、シリンダ10内への異物の進入を防ぐダストブーツ16が介装されている。
キャリパ本体6のシリンダ10の底壁9側には、気密的にハウジング35が取り付けられている。該ハウジング35の一端開口には、気密的にカバー39が取り付けられている。これらハウジング35とシリンダ10は、シール51によって気密性が保持されている。また、ハウジング35とカバー39は、シール40によって気密性が保持されている。ハウジング35には、キャリパ本体6と並ぶように、モータ(電動モータ)38がシール50を介して密閉的に取り付けられている。なお、本例では、モータ38をハウジング35の外側に配置したが、モータ38を覆うようにハウジング35を形成し、ハウジング35内にモータ38を収容してもよい。この場合、シール50が不要となり、組み付け工数の低減を図ることができる。
キャリパ本体6には、ピストン12を推進して制動位置に保持させるパーキングブレーキ機構であるピストン保持機構34と、モータ38による回転を増力する減速機構としての平歯多段減速機構37及び遊星歯車減速機構36が備えられている。上記ピストン保持機構34、平歯多段減速機構37及び遊星歯車減速機構36は、モータ38の回転運動をピストン12に伝達する伝達機構20として機能するもので、ハウジング35内に収納されている。
ピストン保持機構34は、平歯多段減速機構37及び遊星歯車減速機構36からの回転運動、すなわちモータ38の回転を直線方向の運動(以下、便宜上「直動」と称する)に変換し、ピストン12に推力を付与してピストン12を移動させるボールアンドランプ機構28と、該ボールアンドランプ機構28の作動によりピストン12を押圧する押圧部材の一部となるプッシュロッド53と、シリンダ10の底壁9とプッシュロッド53との間、言い換えれば、ボールアンドランプ機構28とピストン12との間に配置され、ピストン12を制動位置で保持する推力保持機構としてのねじ機構52とが備えられる。上記ピストン保持機構34、平歯多段減速機構37、遊星歯車減速機構36、ピストン12、ボールアンドランプ機構28及びねじ機構52等は、モータ38の回転を直線方向の運動に変換する回転直動機構として機能する。
なお、ピストン12を推進する回転力を得るために、モータ38による回転を増力する減速機構としての平歯多段減速機構37及び遊星歯車減速機構36を設けているが、これらは必ずしも設ける必要はない。モータ38がピストン12を推進するための回転力を出力できるものであれば、いずれか一方、または両方の減速機構は省略することが可能である。
平歯多段減速機構37は、ピニオンギヤ42と、第1減速歯車43と、第2減速歯車44とを含んで構成される。ピニオンギヤ42は、筒状に形成され、モータ38の回転軸38Aに圧入固定される孔部42Aと、外周に形成される歯車42Bとを有している。第1減速歯車43は、ピニオンギヤ42の歯車42Bに噛合する大径の大歯車43Aと、大歯車43Aから軸方向に延出して形成される小径の小歯車43Bとが一体的に形成されている。この第1減速歯車43は、一端がハウジング35に支持されると共に他端がカバー39に支持されたシャフト62により回転可能に支持される。第2減速歯車44は、第1減速歯車43の小歯車43Bに噛合する大径の大歯車44Aと、大歯車44Aから軸方向に延出して形成される小径のサンギヤ44Bとが一体形成されている。サンギヤ44Bは後述する遊星歯車減速機構36の一部を構成している。この第2減速歯車44は、カバー39に支持されたシャフト63により回転可能に支持される。
遊星歯車減速機構36は、サンギヤ44Bと、複数個(本例では3個)のプラネタリギヤ45と、インターナルギヤ46と、キャリア48とを有する。プラネタリギヤ45は、第2減速歯車44のサンギヤ44Bに噛合される歯車45Aと、キャリア48から立設されるピン47を挿通する孔部45Bとを有している。3個のプラネタリギヤ45は、キャリア48の円周上に等間隔に配置される。
キャリア48は、円板状に形成され、その中心に多角形柱48Aがインナパッド2側に突設される。該キャリア48の多角形柱48Aは、後述するボールアンドランプ機構28の回転ランプ29の円柱部29Bに設けた多角形孔29Cと嵌合することで、キャリア48と回転ランプ29とで互いに回転トルクを伝達できるようになっている。キャリア48の外周側には複数のピン用孔48Bが形成されている。該各ピン用孔48Bに、各プラネタリギヤ45を回転可能に支持するピン47が圧入固定されている。該キャリア48及び各プラネタリギヤ45は、ハウジング35の壁面35Aと、インターナルギヤ46の第2減速歯車44側に一体的に設けた環状壁部46Bとにより軸方向の移動が規制されている。また、キャリア48には、その中心に挿通孔48Cが形成される。該挿通孔48Cには、カバー39に支持され、第2減速歯車44を回転自在に支持するシャフト63が圧入固定されている。なお、本例では、キャリア48に設けた多角形柱48Aにより相対的な回転を規制しているが、スプラインやキー等回転トルクを伝達できる機械要素を採用してもよい。
インターナルギヤ46は、各プラネタリギヤ45の歯車45Aがそれぞれ噛合する内歯46Aと、この内歯46Aから連続して第2減速歯車44側に一体的に設けられてプラネタリギヤ45の軸方向の移動を規制する環状壁部46Bとから形成されている。該インターナルギヤ46は、ハウジング35内に圧入固定されるようになっている。
ねじ機構52は、ピストン12を制動位置で保持する推力保持機構として構成され、後述する回転直動ランプ31の円筒部31Bの外周に螺合する、スクリュ部材としてのベースナット33と、プッシュロッド53に螺合する、当接部材としてのナット55とを備えている。
プッシュロッド53は、ツバ部53Aと螺合部53Cとが一体的に形成されて構成される。該ツバ部53Aは、スラストベアリング56を介して、ボールアンドランプ機構28の回転直動ランプ31に軸方向に対向配置される。ツバ部53Aと後述するリテーナ26との間には、コイルばね27が介装されている。コイルばね27は、プッシュロッド53を常時スラストベアリング56側、すなわち、シリンダ部7の底壁9側へ付勢している。また、コイルばね27は、プッシュロッド53を介して後述のボールアンドランプ機構28の回転直動ランプ31をシリンダ部7の定壁9側へ付勢している。上記プッシュロッド53には、そのツバ部53Aの外周面に周方向に沿って凸部53Bが複数設けられている。凸部53Bは、後述するリテーナ26の縮径部26Bに、周方向に沿って複数設けられる縦長溝部26Eにそれぞれ嵌合するようになっている。この凸部53Bと縦長溝部26Eとの嵌合により、プッシュロッド53は、縦長溝部26Eの軸方向長さの範囲で軸方向に移動可能であるが、リテーナ26に対して回転方向への移動が規制されている。
ナット55は、貫通孔である孔部55Aを有して一端側に円筒部55Bと他端側にフランジ部54とが一体的に形成されて、軸方向断面でT字状、外観視でキノコ状に構成される。孔部55Aのうち円筒部55Bに該当する位置には、プッシュロッド53の螺合部53Cと螺合する、当接部材ねじ部としての螺合部55Cが形成されている。
フランジ部54の外周端には、凸部54Aが周方向に間隔を置いて複数形成される。これら各凸部54Aは、ピストン12の円筒部12Bの内周面に軸方向に延び周方向に間隔を置いて複数形成された平面部12Cに当接するようになっている。この当接により、ナット55は、ピストン12に対して軸方向には移動可能であるが、回転方向への移動が規制されている。ナット55のフランジ部54の先端面には、傾斜面54Bが形成されている。該傾斜面54Bは、ピストン12の底部12Aの内側に形成された傾斜面12Dと当接可能になっている。ナット55のフランジ部54の傾斜面54Bがピストン12の傾斜面12Dに当接することで、モータ38からの回転力が、ねじ機構52であるプッシュロッド53、ナット55及びフランジ部54を介してピストン12に伝達されるようになっている。これにより、ピストン12が前進するようになっている。上記ナット55のフランジ部54の凸部54A及び傾斜面54Bには溝部54C(図3参照)、54Dが複数形成されている。これら溝部54C、54Dは、ピストン12の底部12Aとフランジ部54とにより囲まれた空間を液圧室13に連通させ、ブレーキ液の流通を可能として、上記空間のエア抜き性を確保するようにしている。
プッシュロッド53とナット55との螺合部53C、55Cは、ピストン12からの回転直動ランプ31への軸方向荷重によってはナット55が回転しないように、その逆効率が0以下になるように、すなわち、不可逆性が大きなねじに設定されている。本例においては、プッシュロッド53と当接部材であるナット55とから押圧部材が構成されている。
ボールアンドランプ機構28は、入力部材としての回転ランプ29と、従動部材としての回転直動ランプ31と、回転ランプ29と回転直動ランプ31との間に介装されるボール32とを備えている。本例において、回転直動ランプ31は、スクリュ部材としてのベースナット33と上述したねじ機構29としての機能も有している。
回転ランプ29は、円板状の回転プレート29Aと、該回転プレート29Aの略中心から一体的に延びる円柱部29Bとからなり、軸方向断面T字状に形成される。該円柱部29Bは、ベースナット33の底壁33Aに設けた挿通孔33D及びシリンダ10の底壁9に設けた孔部9Aに挿通されている。該円柱部29Bの先端には、キャリア48に設けた多角形柱48Aが嵌合する多角形孔29Cが形成されている。また、回転プレート29Aの円柱部29B側と反対側の面には、周方向に沿って所定の傾斜角を有して円弧状に延びるとともに径方向において円弧状断面を有する複数、本例においては3つのボール溝29Dが形成されている。
また、回転プレート29Aは、ベースナット33の底壁33Aに対して、スラストベアリング30を介して回転自在に支持されている。シリンダ10の底壁9の孔部9Aと回転ランプ29の円柱部29Bの外周面との間にはシール61が設けられ、液圧室13の液密性が保持されている。上記回転ランプ29の円柱部29Bの先端部には止め輪64が装着されており、回転ランプ29のキャリパ本体6に対するインナ及びアウタブレーキパッド2、3側への移動、すなわち、ロータ軸方向への移動が規制されている。そして、上記のような回転ランプ29の規制によって、ベースナット33は、キャリパ本体6に対してロータ軸方向に移動しないようになっている。したがって、ベースナット33に形成された雌ねじ部33Cもキャリパ本体6に対してロータ軸方向に移動しないようになっている。
回転直動ランプ31は、図2にも示されるように、円板状の回転直動プレート31Aと、該回転直動プレート31Aの外周端から立設される円筒部31Bとからなる有底円筒状に形成されている。回転直動プレート31Aの、回転ランプ29の回転プレート29Aとの対向面には、周方向に沿って所定の傾斜角を有して円弧状に延びるとともに径方向において円弧状断面を有する複数、本例においては3つのボール溝31Dが形成されている。また、円筒部31Bの外周面には、ベースナット33の円筒部33Bの内周面に設けた雌ねじ部33Cと螺合する雄ねじ部31Cが形成されている。
ベースナット33は、底壁33Aと、該底壁33Aの外周端から立設される円筒部33Bとからなる有底筒状に形成されている。該円筒部33Bの内周面には、回転直動ランプ31の円筒部31Bの外周面に設けた雄ねじ部31Cと螺合する雌ねじ部33Cが形成される。ベースナット33の底壁33Aの略中心には回転ランプ29の円柱部29Bが挿通される挿通孔33Dが形成されている。そして、ベースナット33は、その円筒部33B内に回転直動ランプ31及び回転ランプ29の回転プレート29Aを収容するようにして、その底壁33Aの挿通孔33Dに回転ランプ29の円柱部29Bが挿通されている。また、ベースナット33は、底壁33Aがシリンダ10の底壁9と回転ランプ29の回転プレート29Aとの間に配置されたスラストベアリング30とスラストベアリング58との間に挟持されている。
これにより、ベースナット33は、スラストベアリング58及びスラストワッシャ57を介して、シリンダ10の底壁9に対して回転可能に支持されるようになっている。しかしながら、ベースナット33は、その外周に設けた複数の凸部33E(図3参照)がリテーナ26に設けた凹部26G(図3参照)と嵌合することでリテーナ26に対する相対的な回転移動が規制されている。また、リテーナ26の大径部26Aの後端部には、複数のツメ部26F(図3参照)が形成されており、該リテーナ26内の所定位置にベースナット33を組み付けた後、各ツメ部26Fをリテーナ26の中心方向へ折り込むことで、ベースナット33の第2減速歯車44側への移動が規制されるようになっている。
なお、回転直動ランプ31の円筒部31Bの雄ねじ部31C及びベースナット33の円筒部33Bに設けた雌ねじ部33Cは、回転ランプ29を一方向に回転させて、回転ランプ29及び回転直動ランプ31の対向するボール溝29D、31D間のボール32の転動作用により回転直動ランプ31が回転ランプ29から離間する場合、回転直動ランプ31が回転ランプ29と同方向に回転したときに、回転直動ランプ31がベースナット33から離間するように形成されている。
ボール32は、転動部材としての鋼球からなり、本例においては3つ設けられている。ボール32は、回転ランプ29の回転プレート29Aの各ボール溝29Dと、回転直動ランプ31の回転直動プレート31Aの各ボール溝31Dとの間にそれぞれ1つずつ介装されている。そして、回転ランプ29に回転トルクを加えると、ボール溝29Dと31Dの間をボール32が転動するようになっている。ここで、ボール32が転動すると、回転直動ランプ31は、ベースナット33と螺合しているため、ベースナット33がシリンダ10に対して回転していないときには、ベースナット33に対して回転しながら軸方向に推進するようになっている。
このとき、回転直動ランプ31は、ボール32の転動により発生する回転直動ランプ31の回転トルクと、回転直動ランプ31とベースナット33との螺合部である雄ねじ部31C及び雌ねじ部33Cの回転抵抗トルクとが釣り合うまで、軸方向に推進されるようになっている。また、回転直動ランプ31とベースナット33との螺合部分である雄ねじ部31C及び雌ねじ部33Cは、ピストン12からの回転直動ランプ31への軸方向荷重によってはベースナット33が回転しない、すなわち、雄ねじ部31C及び雌ねじ部33Cの逆効率が0以下になるように、言い換えれば、不可逆性が大きなねじに設定されている。なお、ボール溝29D、31Dは、周方向に沿った傾斜の途中に窪みを付けたり、傾斜を途中で変化させて構成するようにしても良い。
リテーナ26は、全体が略筒形状で構成され、シリンダ10の底壁9側に位置する大径部26Aと、この大径部26Aからシリンダ10の開口7A方向に向けて縮径する縮径部26Bと、この縮径部26Bからシリンダ10の開口7A方向に向けて延出する小径部26Cとから構成されている。大径部26Aの先端部(図1中右側)には、中心側に部分的に折り込まれてベースナット33を係止する複数のツメ部26F(図3参照)が形成されている。また、リテーナ26の縮径部26Bには、周方向に沿って複数設けた縦長溝部26Eが形成され、プッシュロッド53のツバ部53Aに設けた複数の対応する凸部53Bが嵌合されている。この嵌合によって、プッシュロッド53は、リテーナ26に対して回り止めされるとともに、縦長溝部26Eをリテーナ26に対して軸方向に移動可能となっている。
また、リテーナ26の小径部26Cの外周には、一方向クラッチ部材としてのスプリングクラッチ65のコイル部65Aが巻き付けられている。このスプリングクラッチ65は、リテーナ26が一方向へ回転するときには回転トルクを付与するが、他方向へ回転するときに回転トルクを殆ど付与しないようになっている。ここでは、ナット55がボールアンドランプ機構28の方向へ移動するときの回転方向に対して回転抵抗トルクを付与するようにしている。
上記スプリングクラッチ65の回転抵抗トルクの大きさは、回転直動ランプ31とベースナット33とが軸方向で互いに近接する際、コイルばね27の付勢力によって発生する回転直動ランプ31とベースナット33との螺合部31C、33Cの回転抵抗トルクよりも大きいものとなっている。また、スプリングクラッチ65の先端側(図1中左側)には、リング部65Bが形成されており、ナット55の各凸部54Aと同様に、ピストン12の平面部12Cと当接している。これにより、スプリングクラッチ65は、ピストン12に対して軸方向の移動は可能であるが、回転方向への移動が規制されるようになっている。本例においては、回転直動ランプ31の雄ねじ部31C、ベースナット33、リテーナ26、プッシュロッド53、及びナット55によって、ねじ機構が構成されている。
モータ38には、該モータ38を駆動制御する駆動制御装置であるECU70が接続されている。ECU70には、パーキングブレーキの作動及び解除を指示すべく操作されるパーキングスイッチ71が接続されている。なお、ECU70には、ボタンやレバーによる手動のスイッチ操作だけでなく、図示しない車両側からの信号、例えばCAN(Controller Area Network)からの情報に基づき、パーキングスイッチ71の操作によらずに作動させることもできる。
次に、上述したディスクブレーキ1の作用を説明する。
[通常の液圧ブレーキとしての作用]
まず、ブレーキペダルの操作による通常の液圧ブレーキとしてのディスクブレーキ1の制動時における作用を説明する。運転者によりブレーキペダルが踏み込まれると、ブレーキペダルの踏力に応じた液圧がマスタシリンダから液圧回路(ともに図示しない)を経てキャリパ4内の液圧室13に供給される。これにより、ピストン12がピストンシール11を弾性変形させながら非制動時の原位置から前進(図1の左方向に移動)してインナブレーキパッド2をディスクロータDに押し付ける。そしてキャリパ本体6は、ピストン12の押圧力の反力によりキャリア5に対して図1における右方向に移動して、爪部8に取り付けられたアウタブレーキパッド3をディスクロータDに押し付ける。この結果、ディスクロータDが一対のインナ及びアウタブレーキパッド2、3により挟みつけられて摩擦力が発生し、ひいては、車両の制動力が発生することになる。
そして、運転者がブレーキペダルを解放すると、マスタシリンダからの液圧の供給が途絶えて液圧室13内の液圧が低下する。これにより、ピストン12は、ピストンシール11の弾性変形の復元力によって原位置まで後退して制動力が解除される。ちなみに、インナ及びアウタブレーキパッド2、3の摩耗に伴いピストン12の移動量が増大してピストンシール11の弾性変形の限界を越えると、ピストン12とピストンシール11との間に滑りが生じる。この滑りによってキャリパ本体6に対するピストン12の原位置が移動して、パッドクリアランスが一定に調整されるようになっている。
[パーキングブレーキの作用]
次に、車両の停止状態を維持するためのパーキングブレーキとしての作用を図4に基づいて図1も参照しながら説明する。図1及び図4は、パーキングブレーキが解除されている状態を示している。この状態からパーキングスイッチ71が操作されてパーキングブレーキを作動させる時には、ECU70によってモータ38が駆動されて、平歯多段減速機構37を介して遊星歯車減速機構36のサンギヤ44Bが回転する。このサンギヤ44Bの回転により、各プラネタリギヤ45を介してキャリア48が回転する。キャリア48の回転力は、回転ランプ29に伝達される。
ここで、ボールアンドランプ機構28の回転直動ランプ31は、プッシュロッド53を介して伝達されるコイルばね27の付勢力のため、キャリパ本体6に対して前進(図1中左方向へ移動)するために、ある一定以上の推力、ひいては回転トルクT1が必要となっている。これに対して、一対のインナ及びアウタブレーキパッド2、3とディスクロータDとが当接しておらず、ピストン12からディスクロータDへの押圧力が発生していない状態では、プッシュロッド53を回転させるための必要回転トルクT2が、回転直動ランプ31を前進させるための必要回転トルクT1よりも十分小さくなっている。また、パーキングブレーキを作動させる時には、スプリングクラッチ65による回転抵抗トルクT3も付与されない。
このため、キャリア48から回転ランプ29への回転力の伝達初期においては、回転直動ランプ31が前進しないので、図5に示すように、回転ランプ29と回転直動ランプ31とが共回りし始める。その回転力は、機械損失分を除いた殆どが回転直動ランプ31とベースナット33との螺合部31C、33Cからリテーナ26及びプッシュロッド53を介してねじ機構52に伝達される。したがって、機械効率が良い状態でねじ機構52が作動することになる。すなわち、キャリア48は、その回転力により回転ランプ29、回転直動ランプ31、ベースナット33、リテーナ26及びプッシュロッド53を共に一体となって回転させる。このプッシュロッド53の回転によりナット55が前進(図1中左方向へ移動)して、ナット55のフランジ部54の傾斜面54Bがピストン12の傾斜面12Dに当接して、傾斜面12Dを押圧することでピストン12が前進することになる。
さらにモータ38が駆動されて、ねじ機構52の作用によりピストン12によるディスクロータDへの押圧力が発生し始めると、今度は、その押圧力に伴う軸力によってプッシュロッド53とナット55との螺合部で発生する回転抵抗が増大して、ナット55を前進させるための必要回転トルクT2が増大していく。そして、必要回転トルクT2は、ボールアンドランプ機構28を作動、すなわち回転直動ランプ31を前進させるための必要回転トルクT1よりも大きくなる。この結果、プッシュロッド53の回転が停止して、プッシュロッド53と相対的な回転が規制されるリテーナ26を介してベースナット33の回転が停止する。すると、図6に示すように、回転直動ランプ31が回転しながら軸方向に前進することで、ねじ機構52、すなわちプッシュロッド53及びナット55を介してピストン12が前進し、ピストン12のディスクロータDへの押圧力が増大する。
このとき、回転直動ランプ31には、回転ランプ29からの回転トルクの付与により、ボール溝31Dで発生する推力と、ベースナット33との螺合によって発生する推力の合計が付与される。また、このとき、プッシュロッド53は、コイルばね27の付勢力に抗して前進するようになっている。なお、本例では、最初に、ねじ機構52が作動することによりナット53が前進することでピストン12を前進させてディスクロータDへの押圧力を得るので、ねじ機構52の作動により一対のインナ及びアウタブレーキパッド2、3の経時的な摩耗によって変化するピストン12に対するナット53の原位置を調整することができる。
ここで、ボールアンドランプ機構28のリードL(回転ランプ29が1回転するときの回転直動ランプ31の進み量)は、次の式で表される。
L=Lscrew×LB&R/(Lscrew+LB&R
但し、Lscrewは、回転直動ランプ31とベースナット33との螺合部31C、33Cのリードで、LB&Rは、各ボール溝29D、31Dでのリードである。例えば、Lscrew=3mm、LB&R=3mmとすると、L=1.5mmとなり、リードを小さくして増力比(回転トルクに対する推力)を上げることができる。
そして、ECU70は、一対のインナ及びアウタブレーキパッド2、3からディスクロータDへの押圧力が所定値に到達するまで、例えば、モータ38の電流値が所定値に達するまでモータ38を駆動する。その後、ECU70は、ディスクロータDへの押圧力が所定値に到達すると、モータ38への通電を停止する。すると、ボールアンドランプ機構28は、回転ランプ29の回転が停止するので、各ボール溝29D、31D間のボール32の転動作用による回転直動ランプ31への推力付与がなくなる。回転直動ランプ31には、ディスクロータDへの押圧力の反力がピストン12及びねじ機構52を介して作用するが、回転直動ランプ31はベースナット33との間で逆作動しない雄ねじ部31C及び雌ねじ部33Cで螺合されているので、回転直動ランプ31は回転せずに停止状態が維持されて、ピストン12が制動位置に保持される。これにより制動力の保持がなされてパーキングブレーキの作動が完了する。
次に、パーキングブレーキを解除する際には、パーキングスイッチ71のパーキング解除操作に基づいて、ECU70は、モータ38を、ピストン12を戻す、すなわちピストン12をディスクロータDから離間させることになる回転方向で駆動する。このパーキングブレーキを解除する際のモータ38の制御については、後述する[電動モータの第1の制御動作]及び[電動モータの第2の制御動作]で詳しく説明する。これにより、平歯多段減速機構37及び遊星歯車減速機構36がピストン12を戻す方向へ作動する。このとき、回転ランプ29には、軸力が作用していないため、ボール32が回転ランプ29及び回転直動ランプ31の各ボール溝29D、31D間における初期位置(ボールアンドランプ機構28の初期位置)に戻るまで、回転ランプ29は、回転直動ランプ31へ回転トルクを伝達することはできない。したがって、解除初期段階では、回転ランプ29だけが回転することになる。
次に、図7(B)に示すように、回転ランプ29が回転して、ボール32が回転ランプ29及び回転直動ランプ31の各ボール溝29D、31D間における初期位置に戻ると、図8に示すように、回転ランプ29は、ボール32を介して回転直動ランプ31へ回転トルクを伝達し始める。この解除中期段階では、ディスクロータDへの押圧力の反力がナット55に付与されているため、回転ランプ29は、回転直動ランプ31を回転させることができないようになっている。このように、ボールアンドランプ機構28は、インナブレーキパッド2のリリース(Release)制御の開始後に、モータ38の回転に対してピストン12の作動を一時的に停止させる。
すなわち、大径の回転直動ランプ31とベースナット33との螺合部である雄ねじ部31Cと雌ねじ部33Cとを相対回転させる必要回転トルクT4は、プッシュロッド53とナット55との螺合部53C、55Cを回転させるために必要な回転トルクT5とスプリングクラッチ65による回転抵抗トルクT3との合計必要回転トルクT5+T3よりも小さくなっている。このため、回転ランプ29の回転によって、回転直動ランプ31、リテーナ26及びプッシュロッド53は、一体となってスプリングクラッチ65の付勢力に抗して回転する。これによって、プッシュロッド53とナット55とが相対回転してナット55はピストン12から離間する方向に後退する。
そして、ナット55の後退によってディスクロータDへのピストン12の押圧力が減少し、回転直動ランプ31の雄ねじ部31Cとベースナット33の雌ねじ部33Cを相対回転させる必要回転トルクT4がスプリングクラッチ65の回転抵抗トルクT3よりも小さくなる。これにより、リテーナ26の回転が停止し、図9に示すように、回転直動ランプ31は、回転ランプ29と共にベースナット33に対して回転しながら後退して、初期位置に戻り、パーキングブレーキの解除が完了する。ここで、ECU70は、ピストン12からナット55が適度に離間したナット55の初期位置(アプライ制御の初期位置)となるように解除のためのモータ38の駆動時間やモータ38へのモータ電流に基づいてモータ38を停止させるように制御している。
なお、本例では、ボール32を介して回転ランプ29から回転直動ランプ31へ回転トルクを伝達した。しかし、これに限ることなく、ボール32を介さずに、回転ランプ29及び回転直動ランプ31が図4(B)に示す位置となったときに係合するような突起を回転ランプ29及び回転直動ランプ31それぞれに形成するようにしてもよい。これら突起により回転ランプ29が直接回転直動ランプ31を回転するようになり、ボール32や各ボール溝29D、31Dの耐久性が向上する。
[電動モータの第1の制御動作]
次に、パーキングブレーキを解除する際のモータ38の第1の制御動作について、図10のフローチャートにより説明する。上述したように、パーキングスイッチ71のパーキング解除操作に基づいて、ECU70は、モータ38を、ピストン12をディスクロータDから離間させるように駆動する。これによって、ディスクロータDに押し付けられていたインナパッド2の締め付けが解除される。
この際、モータ38により、インナパッド2に対して、図10のフローチャートに示すようなリリース制御を行う。まず、モータ38を、ECU70によりPWM制御で駆動を開始する(ステップS1)。続くステップS2では、所定時間(一定時間)が経過したか否かを判定し、所定時間が経過するまでPWM制御で駆動する。所定時間が経過すると、ECU70により、モータ38をPWM制御からオン/オフ制御に切り替えて(変更して)駆動する(ステップS3)。
次のステップS4では、モータ38の駆動電流の変化によりディスクロータDへのインナブレーキパッド2の押し付け力の低下、換言すれば回転直動機構のトルク抜けの検出を行う(ステップS5)。トルク抜けを検出すると、この情報をECU70に供給し、ECU70でパーキングブレーキが解除されたことを認識する(ステップS6)。そして、ステップS3の切り替えから所定時間、オン/オフ制御を実行してリリース動作を終了する(ステップS7、S8)。これによって、ディスクロータDからインナ及びアウタブレーキパッド2、3が離れ、パーキングブレーキが解除される。
一方、ステップS5で、トルク抜けが検出されない場合には、オン/オフ制御への切り替えから所定時間経過するまで、オン/オフ制御による駆動電流の変化によりトルク抜けの検出を行う(ステップS9、S4、S5)。所定時間が経過してもトルク抜けが検出されない場合には、パーキングブレーキが解除されていないため、ECU70は車両の発進を禁止する処理を行い、運転者に警告ランプや警告ブザー等で報知し(ステップS10)、リリース制御を終了する。
図11乃至図13はそれぞれ、上記リリース制御中において、モータ38をオン/オフ制御で駆動する場合、PWM制御で駆動する場合、及び本実施形態の場合(初期段階はモータ38をPWM制御で駆動し、所定時間経過したらオン/オフ制御による駆動へ変更する第1の制御動作)を対比し、リリース電流波形、トルク波形及びモータ回転数をそれぞれ示している。図11に示すように、モータ38をオン/オフ制御で駆動すると、リリース電流の初期には、モータ38が停止状態から起動するため突入電流が流れる。そして、モータ38は起動(時刻t0)から少し遅れた時刻t0’に回転を始める。時刻t1、t2間にモータ38の駆動電流がステップ状に低下、すなわち所定値以上急激に低下するのを検出することで、ディスクロータDへのインナブレーキパッド2の押し付け力の低下、換言すれば回転直動機構のトルク抜けを検出する。その後、所定時間経過した時刻t3にモータの駆動を停止する。しかし、時刻t2、t3間のモータ回転数が比較的高い(h1)ことで、減速機構の作動音は大きくなる。
また、図12に示すように、モータ38をPWM制御で駆動すると、制動力解除に必要な目標トルクTmになるようにフィードバックによる電流制御が行われるため、リリース電流は、時刻t0から小刻みに目標トルクTmに近づくように徐々に変化する。このため、時刻t1、t2間のトルク波形に急激な変化があるにも拘わらず、リリース電流波形にステップ状に低下する変化が起こらない。これは、駆動電流が急激に低下する前に、目標トルクTmに近づくようにフィードバックで戻してしまうからである。一方、モータ回転数は、オン/オフ制御に比べて低くなる(h2<h1)ので、減速機構の作動音は小さくなる。
これに対し、図13に示すように、モータ38を初期段階ではPWM制御で駆動し、所定時間(Δt1)経過した時刻t1に、オン/オフ制御へ変更して(切り替えて)駆動することで、メカ機構による電流特性が出てくるので、リリース電流波形に、駆動電流がステップ状に下がる期間(時刻t2、t3間)が生ずる。この所定時間Δt1は、ブレーキパッドであるインナブレーキパッド2のリリース制御開始後にモータ38の回転に対してピストン12の作動が一時的に停止している間の時間、または、ピストン12の作動が開始されるまでの時間として設定され、一例を挙げると100msec程度である。この電流値のステップ状の降下を検出することで、ディスクロータDへのインナブレーキパッド2の押し付け力の低下、換言すれば回転直動機構のトルク抜けを検出できる。そして、時刻t4にリリース制御を終了する。
したがって、本第1の制御動作によれば、回転直動機構のトルク抜けをモータ38の駆動電流の変化で検出できるので、パーキングブレーキが解除されたことが検出しやすく、後輪引き摺りの可能性を低減できる。
[電動モータの第2の制御動作]
図14は、パーキングブレーキを解除する際のモータ38の第2の制御動作を示すフローチャートである。インナパッド2のリリース制御を開始すると、モータ38をECU70によりPWM制御で駆動を開始する(ステップS1)。続くステップS2では、所定時間(一定時間)が経過したか否かを判定し、所定時間が経過するまでPWM制御によるモータ38の駆動を行う。所定時間が経過すると、ECU70により、モータ38をPWM制御からオン/オフ制御に切り替えて(変更して)駆動する(ステップS3)。
次のステップS4では、モータ38の駆動電流の変化によりディスクロータDへのインナブレーキパッド2の押し付け力の低下、換言すれば回転直動機構のトルク抜けの検出を行う(ステップS5)。トルク抜けを検出すると、この情報をECU70に供給し、ECU70でパーキングブレーキが解除されたことを認識する(ステップS6)。そして、オン/オフ制御への切り替えから所定時間、モータ38のオン/オフ制御を実行した後(ステップS7、S8)、PWM制御に切り替える(ステップS11)。この切り替えから所定時間、PWM制御を実行し(ステップS11、S12)、リリース動作を終了する。これによって、ディスクロータDからインナ及びアウタブレーキパッド2、3が離れ、パーキングブレーキが解除される。
一方、ステップS5で、トルク抜けが検出されなかった場合には、オン/オフ制御への切り替えから所定時間が経過したか否かを判定し(ステップS9)、所定時間が経過するまで、オン/オフ制御による駆動電流の変化によりトルク抜けの検出を行う(ステップS9、S4、S5)。オン/オフ制御への切り替えから所定時間が経過してもトルク抜けが検出されない場合には、パーキングブレーキが解除されていないため、ECU70は車両の発進を禁止する処理を行い、運転者に警告ランプや警告ブザー等で報知し(ステップS10)、リリース制御を終了する。
図15は、リリース制御中における第2の制御動作のリリース電流波形、トルク波形及びモータ回転数を示している。モータ38を初期段階ではPWM制御で駆動し、所定時間(Δt1)経過した時刻t1にオン/オフ駆動へ変更して(切り替えて)駆動すると、リリース電流波形に、駆動電流がステップ状に下がる期間(時刻t2、t3間)が生ずる。この所定時間Δt1は、一例を挙げると100msec程度である。この電流値のステップ状の降下を検出することで、ディスクロータDへのインナブレーキパッド2の押し付け力の低下、換言すれば回転直動機構のトルク抜けを検出できる。トルク抜けを検出した後の時刻t3に、再びPWM制御に切り替えて駆動する。そして、時刻t4までの所定時間PWM制御を実行し、リリース制御を終了する。
本第2の制御動作によれば、回転直動機構のトルク抜けをモータ38の駆動電流の変化で検出できるので、パーキングブレーキが解除されたことが検出しやすく、後輪引き摺りの可能性を低減できる。さらに、トルク抜けの検出後にPWM制御に切り替えることで、モータ38の回転数を低下(h2)させて減速機構の作動音、例えばギアが摺り合うときの音を低減できる。よって、トルク抜けの検出により後輪引き摺りの可能性を低減しつつ、減速機構の作動音低減を実現できる。
なお、オン/オフ制御で所定時間、トルク抜けが検出できない場合に、ECU70で車両の発進を禁止し、運転者に報知してリリース制御を終了するようにしたが、トルク抜けを検出した場合と同様にPWM制御に切り替え、所定時間PWM制御を実行してからリリース制御を終了するようにしても良い。
上述したように、図1乃至図9に示した構成のディスクブレーキ1では、パーキングブレーキのようなピストン12を推進して制動位置に保持させるときに、一対のインナ及びアウタブレーキパッド2、3からディスクロータDへ押圧力を付加するのに際して、機械効率が低い回転直動ランプ31の螺合部31Cとベースナット33の螺合部33Cとを含むねじ機構52と、機械効率の高いボールアンドランプ機構28とを組み合わせることにより、ピストン保持機構34の良好な作動効率を確保しながら、ディスクロータDへの押圧力を保持することができる。これにより、ラチェット機構と比してその構成を簡素化することができ、ディスクブレーキ1の製造効率を向上させることができる。
また、ピストン12には、回転直動ランプ31とベースナット33との螺合部分である雄ねじ部31C及び雌ねじ部33Cからの押圧力だけでなく、ボールアンドランプ機構28からの押圧力も作用するため、モータ38を小型化しても所望の制動力を得ることができる。さらに、モータ38を小型化(低トルク化)することで、平歯多段減速機構37及び遊星歯車減速機構36に付与されるトルクも低く抑えることができるので、作動音や寿命の点で有利となる。
加えて、ボールアンドランプ機構28よりも回転直動変換効率のよいプッシュロッド53とナット55とを含むねじ機構52を用いていることにより、パーキングブレーキを作動させる際の応答性が向上している。
なお、減速機構として平歯多段減速機構37及び遊星歯車減速機構36を採用したが、サイクロイド減速機や波動減速機等、他の公知な減速機構を採用してもよい。また、ボールアンドランプ機構28の転動体としてボール32を採用したが、耐荷重性に優れる円筒部材を用いたローラアンドランプ機構を採用してもよい。
また、ディスクロータDへの押圧力の解除時、リテーナ26に回転抵抗トルクを付与する部材としてスプリングクラッチ65を用いたが、公知のハンドブレーキ付きディスクブレーキキャリパのように、リテーナ26にツバ部を設け、ワッシャ等を介して止め輪でシリンダ10との軸方向移動を規制するように構成してもよい。ここで、止め輪の組み付け後、コイルばね27が縮まるように設計すれば、コイルばね27による付勢力がツバ部、ワッシャ及び止め輪に加わることになるため、この部位で回転抵抗トルクを発生することができる。
さらに、車両の停止状態を維持するための作用の一例である、パーキングブレーキを例に、ピストン保持機構34の作動を説明したが、パーキングブレーキ以外の場合、例えば、坂道での車両の発進を補助するためのヒルスタートアシストやヒルダウンアシスト、アクセルオフで停車状態にあるときのオートストップ時等の場合に、パーキングブレーキ機構であるピストン保持機構34を作動させるようにしてもよい。
さらにまた、電動パーキングブレーキ機構を備えたディスクブレーキに適用する例について説明したが、本発明は、上記図1乃至図9に示した構成のディスクブレーキに限定されるものではなく、電動モータの回転を直線方向の運動に変換する回転直動機構により、パーキングブレーキを制動状態に保持し、且つ該回転直動機構により解除する電動パーキングブレーキ装置であれば、他の様々な構成にも適用可能である。
1…ディスクブレーキ、2…インナブレーキパッド(ブレーキパッド)、3…アウタブレーキパッド、D…ディスクロータ(ロータ)、12…ピストン、20…伝達機構、28…ボールアンドランプ機構、34…ピストン保持機構(パーキングブレーキ機構)、36…遊星歯車減速機構(減速機構)、37…平歯多段減速機構(減速機構)、38…モータ(電動モータ)、52…ねじ機構、70…ECU(駆動制御装置)

Claims (5)

  1. 電動モータの回転を直線方向の運動に変換する回転直動機構により、パーキングブレーキを制動状態に保持し、且つ該回転直動機構により解除する電動パーキングブレーキ装置であって、
    前記パーキングブレーキを解除する場合に、前記電動モータをPWM制御で駆動し、前記PWM制御の開始から所定時間経過したらオン/オフ制御による駆動に変更する、ことを特徴とする電動パーキングブレーキ装置。
  2. ブレーキパッドをロータに押し付けるピストンと、
    電動モータの回転を直線方向の運動に変換して前記ピストンを推進し、ブレーキパッドをロータに押し付けて制動位置に保持させる伝達機構と、
    前記ブレーキパッドのリリース開始後に、前記電動モータの回転に対して前記ピストンの作動を一時的に停止するボールアンドランプ機構と、
    前記電動モータを駆動制御する駆動制御装置と、を備え、
    前記駆動制御装置は、前記ブレーキパッドのリリースを開始するときに、前記電動モータをPWM制御によって駆動し、前記PWM制御の開始から所定時間経過したらオン/オフ制御に変更して駆動する、
    ことを特徴とする電動パーキングブレーキ装置。
  3. 前記所定時間は、前記ブレーキパッドのリリース制御開始後に前記電動モータの回転に対して前記ピストンの作動が一時的に停止している間の時間、または、前記ピストンの作動が開始されるまでの時間である、ことを特徴とする請求項2に記載の電動パーキングブレーキ装置。
  4. 前記電動モータのオン/オフ制御における駆動電流の所定値以上の変化に基づいて、前記ロータへのブレーキパッドの押し付け力の低下を検出する、ことを特徴とする請求項2または3に記載の電動パーキングブレーキ装置。
  5. 前記ロータへの前記ブレーキパッドの押し付け力の低下を検出してから、所定時間、前記電動モータのPWM制御を行い、前記ロータから前記ブレーキパッドを離すことを特徴とする請求項4に記載の電動パーキングブレーキ装置。
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