JP6354494B2 - 車両の摩擦制動装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の摩擦制動装置に関する。

自動車等の車両の摩擦制動装置は、一般に、車輪と共に回転するディスクロータ、ブレーキドラム等の回転部材と、ブレーキパッド、ブレーキシュー等の摩擦部材と、摩擦部材を支持するキャリパ、マウンティングブラケット、アンカー等の支持部材と、摩擦部材を回転部材に対して押圧するピストン等の押圧部材と、少なくとも運転者の制動操作に基づいて押圧部材の押圧を制御する制御手段とを有している。摩擦部材は支持部材に対し相対的に回転部材に近づく方向及びこれより離れる方向へ自由に移動可能であるよう、支持部材により所定のクリアランスをもって収容支持されている。

このような摩擦制動装置の一つとして、例えば下記の特許文献１には、車両の進行方向が逆転した後の制動開始時に摩擦部材が回転部材と共にその回転方向へ支持部材に対し相対的に変位し摩擦部材が支持部材に衝当することに起因して発生する「カッチン」というクロンク音を低減することを目的として、車両の進行方向が逆転する状況が検出されたときには運転者の制動操作がなくても押圧部材により摩擦部材を回転部材に対して押圧することが記載されている。

特開２００６−２９０１０７号公報

特許文献１に記載される摩擦制動装置では、車両の進行方向が逆転する状況が検出されたときには運転者の制動操作がなくても押圧部材により摩擦部材が回転部材に対して押圧されるので、摩擦部材と回転部材との間に摩擦力を作用させて車両の進行方向が逆転した後の回転部材の回転方向へ摩擦部材を支持部材に対し相対的に移動させることができる。これにより、運転者による制動操作が行われた際に摩擦部材が回転部材と共にその回転方向へ支持部材に対し相対的に移動する際の移動距離若しくは移動速度を低減し、摩擦部材が支持部材に対し衝当する際の運動エネルギーを低減することができる。

ところで、車両の進行方向が逆転した後の回転部材の回転方向へ摩擦部材を支持部材に対して相対的に移動させるために必要な押圧力は、通常の摩擦制動において用いられる押圧力に比して非常に小さい。不必要に大きな押圧力で押圧すると、運転者の意図しない制動力が大きくなり、運転者に与える違和感あるいは不快感が大きくなる。特許文献１に記載される摩擦制動装置のように回転部材に対する摩擦部材の押圧力を制御する構成では、押圧力の小さな領域において非常に高精度な押圧力の調整が求められ、構成が複雑になるという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡便な構成でクロンク音を低減し得る摩擦制動装置を提供することである。

本発明に係る車両の摩擦制動装置は、車輪（ＷＨＬ）と共に回転する回転部材（ＫＴＢ）と、摩擦部材（ＭＳＢ）と、前記摩擦部材を支持する支持部材（ＳＩＢ）と、前記摩擦部材を前記回転部材に対して押圧する押圧部材（ＯＡＢ）と、少なくとも運転者の制動操作に基づいて前記押圧部材の押圧を制御する制御手段（ＥＣＵ）と、前記回転部材に対する前記摩擦部材の位置を取得する位置取得手段（ＩＣＨ、ＭＫＡ）と、車両の進行方向を検出する進行方向検出手段（ＳＫＨ）と、を備え、前記制御手段は、前記車両の進行方向が逆転する状況が検出されたときには、運転者の制動操作がなくても前記位置に基づいて前記押圧部材の押圧を制御し、前記摩擦部材を前記回転部材に対して押圧する。

これによれば、摩擦部材と回転部材との間に摩擦力を作用させて、車両の進行方向が逆転した後の回転部材の回転方向へ摩擦部材を支持部材に対して相対的に移動させることができる。したがって、運転者による制動操作が行われた際に摩擦部材が回転部材と共にその回転方向へ支持部材に対して相対的に移動する際の移動距離若しくは移動速度を低減し、摩擦部材が支持部材に対し衝当する際の運動エネルギーを低減することができる。その結果、クロンク音の発生を低減させることができる。また、摩擦制動装置では、押圧力の小さい領域においては、押圧力を制御することに比して、摩擦部材の位置を制御することの方が容易である。本発明は、押圧力ではなく摩擦部材の位置を制御するようにしたため、簡便な構成で容易にクロンク音低減制御を実施することができる。

また、本発明に係る車両の摩擦制動装置は、電動モータ（ＭＴＲ）と、前記電動モータの回転運動を前記押圧部材の直線運動に変換する直動変換部材（ＨＫＢ）と、前記電動モータの回転運動を減速して前記直動変換部材に伝達する伝達部材（ＤＴＢ）と、を備え、前記位置取得手段は、前記電動モータ、前記伝達部材、及び、前記直動変換部材のうち少なくとも一つの回転角度を検出し、検出した回転角度に基づいて前記位置を取得する。

一般的に電動の摩擦制動装置においては、電動モータの回転運動はギア等の減速機構によって減速されて直動変換部材に伝達されるため、摩擦部材の位置を直接取得することに比して、回転角度を取得して摩擦部材の変位量を演算することの方が容易に高精度に実施できる。そのため、上記構成によれば、回転部材に対する摩擦部材の位置を高精度に取得及び制御できる。

また、本発明に係る車両の摩擦制動装置は、前記回転部材に対する前記摩擦部材の位置の時間変化量である移動速度を取得する速度取得手段を備え、前記制御手段は、前記位置に加えて前記移動速度に基づいて前記押圧部材の押圧を制御する。これによれば、運転者の意図しない制動力の大きさ及び変化速度が小さく設定され得るため、運転者に与える違和感あるいは不快感を低減することができる。

また、本発明に係る車両の摩擦制動装置は、前記押圧部材が前記摩擦部材を前記回転部材に対して押圧する力である押圧力を取得する押圧力取得手段（ＦＢＡ）を備え、前記制御手段は、前記押圧力に基づいて前記摩擦部材と前記回転部材とが接触し始める基準位置を決定し、前記基準位置に基づいて前記位置の目標値である目標位置（ｔｇ１）を演算する。これにより、摩擦部材が摩耗して厚さが減少した場合においても、クロンク音を低減する効果が確実に得られる位置に目標位置を設定することができる。

本発明の第１実施形態に係る摩擦制動装置の概略構成図である。 第１実施形態に係る摩擦制動装置において実行されるクロンク音低減制御のフローチャートである。 回転部材に対する摩擦部材の位置と押圧力との関係を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る摩擦制動装置の概略構成図である。 第２実施形態に係る摩擦制動装置におけるクロンク音低減制御の動作の一例を示すタイムチャートである。

以下、本発明に係る車両の摩擦制動装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

＜第１実施形態＞
図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る摩擦制動装置ついて説明する。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る。電子制御ユニットＥＣＵは、その内部に格納された制御プログラムに基づいて液圧ユニットＨＤＵに押圧指示Ｏａｓを出力して制御する制御手段である。電子制御ユニットＥＣＵには、制動操作量Ｂｐａ、進行方向信号Ｓｋｈ、及び、位置信号Ｉｃｈが入力される。なお、Ｂｐａ、Ｓｋｈ、及び、Ｉｃｈは他の電子制御ユニットにて演算、又は、取得され、通信バスを介してその演算値（信号）を受信してもよい。

制動操作量取得手段ＢＰＡは、運転者による制動操作部材ＢＰの操作量（制動操作量）Ｂｐａを取得する。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）が採用され得る。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。

進行方向検出手段ＳＫＨは、車両の進行方向を検出する。進行方向検出手段ＳＫＨとして、車輪ＷＨＬの回転速度を検出する車輪速センサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、車両の変速機（図示せず）のシフトポジションを検出するシフトポジションセンサが採用され得る。進行方向信号Ｓｋｈは、車輪速センサ、加速度センサ、及び、シフトポジションセンサのうちの少なくとも何れか１つの検出結果に基づいて演算される。

回転部材ＫＴＢは、例えばディスクロータであり、車輪ＷＨＬと共に回転する。支持部材ＳＩＢは、例えばキャリパ及びマンティングブラケットで構成される。摩擦部材ＭＳＢは、例えばブレーキパッドであり、回転部材ＫＴＢに近づく方向及びこれより離れる方向へ自由に移動可能であるよう、支持部材ＳＩＢにより支持される。押圧部材ＯＡＢは、例えばブレーキピストンであり、液圧ユニットＨＤＵからホイールシリンダＷＨＣに供給される液圧に応じて摩擦部材ＭＳＢを回転部材ＫＴＢに対して押圧する。また、位置取得手段ＩＣＨは、回転部材ＫＴＢに対する摩擦部材ＭＳＢの位置を取得する。位置取得手段ＩＣＨとして、各種の変位センサの他、ホイールシリンダＷＨＣに供給されるブレーキ液の流量を検出する流量センサが採用され得る。位置信号Ｉｃｈは、変位センサ、及び、流量センサのうちの少なくとも何れか１つの出力に基づいて演算される。

運転者によって制動操作部材ＢＰが操作されると、電子制御ユニットＥＣＵは、制動操作量Ｂｐａに基づいて各車輪のホイールシリンダＷＨＣに供給される液圧を制御する。これにより、押圧部材ＯＡＢが前進し、摩擦部材ＭＳＢが回転部材ＫＴＢに向かって押圧される。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に制動力が発生する。

第１実施形態に係る摩擦制動装置において電子制御ユニットＥＣＵは、進行方向検出手段ＳＫＨからの進行方向信号Ｓｋｈに基づいて、運転者の制動操作がなくても押圧部材ＯＡＢを押圧制御するクロンク音低減制御を実行する。以下では、第１実施形態に係る摩擦制動装置において電子制御ユニットＥＣＵが実行するクロンク音低減制御について、図２を参照して説明する。図２のクロンク音低減制御は所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０において、電子制御ユニットＥＣＵは、制動操作量Ｂｐａを取得する。ステップＳ２０において、電子制御ユニットＥＣＵは、取得した制動操作量Ｂｐａに基づいて、運転者による制動操作の有無を判断する。例えば、電子制御ユニットＥＣＵは、制動操作量Ｂｐａが予め定められた閾値を越えている場合には、運転者による制動操作があると判断する。電子制御ユニットＥＣＵは、制動操作がない場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）にはステップＳ３０に進み、制動操作がある場合（Ｓ２０：ＮＯ）はステップＳ１０に戻る。したがって、ステップＳ３０以降の制御（クロンク音低減制御における位置制御）は、制動操作がない場合に限って実行される。また、ステップＳ３０以降の制御を行っている間に、制動操作量Ｂｐａが予め定められた閾値を越えた場合は、制動操作量Ｂｐａに応じた押圧力を発生させる制御に移行する。

ステップＳ３０において、電子制御ユニットＥＣＵは、進行方向信号Ｓｋｈを読み込む。ステップＳ４０において、電子制御ユニットＥＣＵは、読み込んだ進行方向信号Ｓｋｈに基づいて、車両の進行方向が逆転するか否か（あるいは、逆転したか否か）を判断する。車両の進行方向の逆転がない場合（Ｓ４０：ＮＯ）、電子制御ユニットＥＣＵはステップＳ３０に戻り、進行方向の逆転があるまで待機する。

車両の進行方向の逆転があると（Ｓ４０：ＹＥＳ）、電子制御ユニットＥＣＵは、ステップＳ５０において、摩擦部材ＭＳＢの目標位置ｔｇ１を演算する。摩擦部材ＭＳＢの目標位置ｔｇ１は、少なくとも車両の進行方向が逆転した後の回転部材ＫＴＢの回転方向へ摩擦部材ＭＳＢを支持部材ＳＩＢに対して相対的に移動させるに足る摩擦力が発生する位置に設定され得る。また、過大な摩擦力が発生して車両の減速度が大きくなることで、運転者に不快感を与えることがない位置に設定されることが好ましい。

ステップＳ６０において、電子制御ユニットＥＣＵは、液圧ユニットＨＤＵに押圧指示Ｏａｓを出力する。これにより、液圧ユニットＨＤＵからホイールシリンダＷＨＣに液圧が供給され、押圧部材ＯＡＢが前進する。そして、電子制御ユニットＥＣＵは、ステップＳ７０において、回転部材ＫＴＢに対する摩擦部材ＭＳＢの位置Ｉｃｈを取得し、ステップＳ８０において、位置Ｉｃｈが目標位置ｔｇ１と等しいか否かを判断する。位置Ｉｃｈが目標位置ｔｇ１と等しくない場合（Ｓ８０：ＮＯ）、電子制御ユニットＥＣＵはステップＳ６０に戻り、位置Ｉｃｈが目標位置ｔｇ１と等しくなるまで押圧指示を継続する。

位置Ｉｃｈが目標位置ｔｇ１と等しくなると（Ｓ８０：ＹＥＳ）、電子制御ユニットＥＣＵは、押圧指示の開始時点から所定時間Ｔ１が経過するまで押圧指示を継続する（Ｓ９０：ＮＯ）。所定時間Ｔ１は、少なくとも車両の進行方向が逆転した後の回転部材ＫＴＢの回転方向へ摩擦部材ＭＳＢを支持部材ＳＩＢに対して相対的に移動させるに足る予め定められた固定の時間とされ得る。また、所定時間Ｔ１を車両の移動距離、車両の速度、車両の減速度の少なくとも一つに応じて可変させてもよい。所定時間Ｔ１が経過すると（Ｓ９０：ＹＥＳ）、電子制御ユニットＥＣＵは、ステップＳ１００において、押圧指示を解除し、クロンク音低減制御を終了する。

以上説明したように、第１実施形態に係る摩擦制動装置では、車両の進行方向が逆転する状況が検出されたときには、運転者の制動操作がなくても、電子制御ユニットＥＣＵによって、回転部材ＫＴＢに対する摩擦部材ＭＳＢの位置を制御するクロンク音低減制御が実行される。クロンク音低減制御によって、摩擦部材ＭＳＢと回転部材ＫＴＢとの間に摩擦力が作用して車両の進行方向が逆転した後の回転部材ＫＴＢの回転方向へ摩擦部材ＭＳＢを支持部材ＳＩＢに対して相対的に移動させることができる位置に、摩擦部材ＭＳＢの位置が制御される。これにより、摩擦部材ＭＳＢと回転部材ＫＴＢとの間に摩擦力を作用させて、車両の進行方向が逆転した後の回転部材ＫＴＢの回転方向へ摩擦部材ＭＳＢを支持部材ＳＩＢに対して相対的に移動させることができる。したがって、運転者による制動操作が行われた際に摩擦部材ＭＳＢが回転部材ＫＴＢと共にその回転方向へ支持部材ＳＩＢに対して相対的に移動する際の移動距離若しくは移動速度を低減し、摩擦部材ＭＳＢが支持部材ＳＩＢに対し衝当する際の運動エネルギーを低減することができる。その結果、クロンク音の発生を低減させることができる。

また、摩擦制動装置において、回転部材ＫＴＢに対する摩擦部材ＭＳＢの位置と押圧力との関係は、図３に示すように「下に凸」の形状（点Ａにおける値α＜点Ｂにおける値β）を有する。このことに起因して、押圧力の小さい領域においては、押圧力を制御することに比して、摩擦部材ＭＳＢの位置を制御することの方が容易である。第１実施形態に係る摩擦制動装置では、押圧力ではなく摩擦部材ＭＳＢの位置を制御するようにしたため、簡便な構成で容易にクロンク音低減制御を実施することができる。

＜第２実施形態＞
図４を参照して、本発明の第２実施形態に係る摩擦制動装置ついて説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

第２実施形態の摩擦制動装置は、液圧ユニットＨＤＵとホイールシリンダＷＨＣに代えて、電動モータＭＴＲ、伝達部材ＤＴＢ、直動変換部材ＨＫＢを備える。電子制御ユニットＥＣＵからの押圧指示Ｏａｓに基づいて電気モータＭＴＲが回転する。伝達部材ＤＴＢは、例えば歯車伝達機構であり、電気モータＭＴＲの回転運動を減速して直動変換部材ＨＫＢに伝達する。直動変換部材ＨＫＢは、例えばボルト部材とナット部材とで構成されるねじであり、伝達部材ＤＴＢから伝達される回転運動を押圧部材ＯＡＢの直線運動に変換する。

第２実施形態の摩擦制動装置では、電動モータＭＴＲの回転角度Ｍｋａを検出する位置取得手段ＭＫＡを備える。位置取得手段ＭＫＡは、例えば角度センサであり、電動モータＭＴＲのロータ（回転子）の位置（回転角度）Ｍｋａを検出する。回転角度Ｍｋａに基づいて回転部材ＫＴＢに対する摩擦部材ＭＳＢの位置が演算される。なお、位置取得手段ＭＫＡに代えて、伝達部材ＤＴＢ、又は、直動変換部材ＨＫＢの回転角度を検出する手段を採用することもできる。

また、第２実施形態の摩擦制動装置は、押圧部材ＯＡＢが摩擦部材ＭＳＢを回転部材ＫＴＢに対して押圧する力である押圧力Ｆｂａを取得する押圧力取得手段ＦＢＡを備える。押圧力取得手段ＦＢＡは、例えば歪みゲージであり、押圧部材ＯＡＢが摩擦部材ＭＳＢを押す押圧力Ｆｂａの反力によって生じる変位（歪み）に起因する電圧変化に基づいて押圧力Ｆｂａを取得する。

第２実施形態に係る摩擦制動装置においても、電子制御ユニットＥＣＵは、第１実施形態と同様のクロンク音低減制御を実行する。ここで、第２実施形態において電子制御ユニットＥＣＵは、押圧力取得手段ＦＢＡが取得した押圧力Ｆｂａに基づいて摩擦部材ＭＳＢと回転部材ＫＴＢとが接触し始める基準位置を決定し、その基準位置に基づいて摩擦部材ＭＳＢの目標位置ｔｇ１を演算する。そのため、摩擦部材ＭＳＢが摩耗して厚さが減少した場合においても、クロンク音を低減する効果が確実に得られる位置に目標位置ｔｇ１を設定することができる。

回転部材ＫＴＢに対する摩擦部材ＭＳＢの位置は、電動モータＭＴＲ、伝達部材ＤＴＢ、及び、直動変換部材ＨＫＢのうち少なくとも一つの回転角度を検出することによって取得される。一般的に電動の摩擦制動装置においては、電動モータＭＴＲの回転運動はギア等の減速機構によって減速されて直動変換部材ＨＫＢに伝達されるため、摩擦部材ＭＳＢの位置（変位量）を直接取得することに比して、回転角度Ｍｋａを取得して摩擦部材ＭＳＢの変位量を演算することの方が容易に高精度に実施できる。これより、回転部材ＫＴＢに対する摩擦部材ＭＳＢの位置を高精度に取得及び制御できる。

図５を参照して、第２実施形態に係る摩擦制動装置におけるクロンク音低減制御の動作の一例を説明する。図５の動作が起きる代表的な場面としては、例えば車庫入れなどにおいて、Ｒレンジ（後退ギア）で後退中に制動操作部材ＢＰの操作によって減速し、完全に停止する前に制動操作部材ＢＰの操作が解除されると共にＤレンジ（前進ギア）に切り換えられる場面が挙げられる。

時間ｔ１において、進行方向信号Ｓｋｈに基づいて車両の進行方向の逆転が検出されると、電子制御ユニットＥＣＵは、回転部材ＫＴＢに対する摩擦部材ＭＳＢの位置が目標位置ｔｇ１に近づくよう押圧指示Ｏａｓを出力する。目標位置ｔｇ１に到達すると、電子制御ユニットＥＣＵは、押圧指示の開始時点から所定時間Ｔ１が経過するまで押圧指示を継続する。時間ｔ２において、所定時間Ｔ１が経過すると、電子制御ユニットＥＣＵは、押圧指示を解除し、クロンク音低減制御を終了する。

クロンク音低減制御は、運転者の制動操作がなくても実施されるため、運転者の意図しない制動力を生ずる。運転者に与える違和感あるいは不快感を小さくするためには、運転者の意図しない制動力の大きさ及び変化速度が小さく設定されることが望ましい。電子制御ユニットＥＣＵは、回転部材ＫＴＢに対する摩擦部材ＭＳＢの位置の微分値を移動速度として取得し、位置制御開始速度ａ１及び位置制御終了速度ａ２がそれぞれ予め定められた速度目標値になるように制御する。これらの速度目標値は、運転者に違和感を与えない速度に設定されることが好ましい。これらの速度目標値は、予め定められた固定の速度目標値とされ得るが、車両の移動距離、車両の速度、車両の減速度の少なくとも一つに応じて可変させてもよい。本実施形態によれば、クロンク音低減制御が実施される際は、回転部材ＫＴＢに対する摩擦部材ＭＳＢの位置及び移動速度が制御されるため、運転者に与える違和感あるいは不快感を低減することができる。

ＢＰＡ…制動操作量取得手段、ＤＴＢ…伝達部材、ＥＣＵ…電子制御ユニット、ＦＢＡ…押圧力取得手段、ＨＤＵ…液圧ユニット、ＨＫＢ…直動変換部材、ＩＣＨ…位置取得手段、ＫＴＢ…回転部材、ＭＫＡ…位置取得手段、ＭＳＢ…摩擦部材、ＭＴＲ…電動モータ、ＯＡＢ…押圧部材、ＳＩＢ…支持部材、ＳＫＨ…進行方向検出手段、ＷＨＣ…ホイールシリンダ、ＷＨＬ…車輪

Claims (4)

1. 車輪と共に回転する回転部材と、
   摩擦部材と、
   前記摩擦部材を支持する支持部材と、
   前記摩擦部材を前記回転部材に対して押圧する押圧部材と、
   少なくとも運転者の制動操作に基づいて前記押圧部材の押圧を制御する制御手段と、
   前記回転部材に対する前記摩擦部材の位置を取得する位置取得手段と、
   車両の進行方向を検出する進行方向検出手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記車両の進行方向が逆転する状況が検出されたときには、運転者の制動操作がなくても前記位置に基づいて前記押圧部材の押圧を制御し、前記摩擦部材を前記回転部材に対して押圧することを特徴とする車両の摩擦制動装置。
2. 請求項１に記載の車両の摩擦制動装置において、
   電動モータと、
   前記電動モータの回転運動を前記押圧部材の直線運動に変換する直動変換部材と、
   前記電動モータの回転運動を減速して前記直動変換部材に伝達する伝達部材と、
   を備え、
   前記位置取得手段は、
   前記電動モータ、前記伝達部材、及び、前記直動変換部材のうち少なくとも一つの回転角度を検出し、検出した回転角度に基づいて前記位置を取得することを特徴とする車両の摩擦制動装置。
3. 請求項１又は２に記載の車両の摩擦制動装置において、
   前記回転部材に対する前記摩擦部材の位置の時間変化量である移動速度を取得する速度取得手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記位置に加えて前記移動速度に基づいて前記押圧部材の押圧を制御することを特徴とする車両の摩擦制動装置。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の車両の摩擦制動装置において、
   前記押圧部材が前記摩擦部材を前記回転部材に対して押圧する力である押圧力を取得する押圧力取得手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記押圧力に基づいて前記摩擦部材と前記回転部材とが接触し始める基準位置を決定し、
   前記基準位置に基づいて前記位置の目標値である目標位置を演算することを特徴とする車両の摩擦制動装置。