JP6506236B2 - 電動ブレーキ制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両に搭載される電動ブレーキ装置に関するものである。
車両の電動ブレーキ装置には、モータの回転によってピストンを移動させ、ブレーキロータにブレーキパッドを押し付けることにより車輪の回転を制動するものが知られている。このような電動ブレーキ装置においては、電動ブレーキ制御装置が制御する電流によるモータの回転運動をピストンの直線運動に変換する直動変換機構が搭載されている。電動ブレーキ装置が車輪を制動させるとき、ブレーキロータとブレーキパッドの間で摩擦力が生じ、ブレーキロータやブレーキパッドが高温になり、熱膨張することがある。
これらの部材が高温の状態において、電動ブレーキ装置を作動させて長時間停車した場合、高温であった部材が冷却されて熱収縮し、電動ブレーキ装置のクランプ力が減少することがある。これを防ぐため、特許文献1では、ブレーキロータの温度を推定し、算出された温度に基づいて目標クランプ力を設定する電動ブレーキ制御装置が開示されている。また、特許文献2では、ブレーキパッドの温度を一定時間毎に推定し、推定された温度に応じてクランプ力を制御する電動ブレーキ制御装置が開示されている。
特開2015−085869号公報 特開2009−067264号公報
上記のような電動ブレーキ装置においては、車両が長時間停車した状態において、ブレーキパッド等の部材の熱収縮によって電動ブレーキ装置のクランプ力が変化することがある。このような熱収縮は、車輪の制動時に摩擦による熱が発生するブレーキロータおよびブレーキパッドだけではなく、ブレーキロータおよびブレーキパッドの熱が伝わる部材、例えばキャリパでも起こることがある。ブレーキロータおよびブレーキパッドが熱収縮した場合は電動ブレーキ装置のクランプ力が減少し、キャリパが熱収縮した場合は電動ブレーキ装置のクランプ力が増加する。
キャリパの熱収縮は、ブレーキロータおよびブレーキパッドの熱収縮に比べて大きくなることがある。また、電動ブレーキ装置の直動変換機構の逆効率は小さくされており、車両の長時間停止時においては、直動変換機構の入力ギアがEPBロックにより回転不能とされる。これにより、車両の長時間停止時においては、ピストンの位置が保持されているため、キャリパの熱収縮に伴ってクランプ力が増大し、車両が停車状態になったときのクランプ力よりも大きくなる可能性がある。クランプ力が大きくなると、電動ブレーキ装置の直動変換機構のギア同士の接触部分に生じる摩擦力が増加し、電動ブレーキ装置の動作を解除するときにモータを回転させるために必要な電力が大きくなる。電動ブレーキ装置の動作を解除するために必要な電力が電力源に蓄積されている電力を上回った場合、電動ブレーキ装置の制動を解除できなくなる。したがって、車両の停車状態においては、従来のクランプ力の減少に対する対策だけではなく、クランプ力の増加に対する対策が必要である。
本発明の目的は、車両の停車中のクランプ力の変化を監視し、必要以上にクランプ力が増加することのない電動ブレーキ制御装置を提供することである。
上記の課題を解決するために、本発明では、モータの第1回転方向への回転によってピストンをパッドに向かって移動させ、前記パッドをロータに押し付けることにより発生する力であるクランプ力を取得するクランプ力取得部と、前記ロータの停止状態を維持するのに必要な前記クランプ力において、最も小さい値である下限クランプ力を取得する下限クランプ力取得部と、前記ロータの停止状態を維持しつつ、かつ、電力源の電力によって前記ピストンを前記パッドから離れる方向に移動させることが可能な前記クランプ力であって、最も大きい値である上限クランプ力を、前記電力源の状態に基づいて取得する上限クランプ力取得部と、前記クランプ力取得部によって取得される前記クランプ力が、前記下限クランプ力と前記上限クランプ力の間になるように、前記モータを制御するクランプ力制御部と、を備えることを特徴とする電動ブレーキ制御装置が実現される。
上記のように構成したことにより、前記ロータが停止状態になったときから、前記クランプ力が監視され、前記クランプ力が変化した場合は前記モータが制御されて、前記クランプ力が下限クランプ力と上限クランプ力の間に保たれる。これにより、前記クランプ力が前記下限クランプ力を下回ることにより前記ロータが回転可能になること、および、前記クランプ力が前記上限クランプ力を上回ることにより前記ピストンを前記パッドから離れる方向に移動不能になることを防止することができる。
また、前記電動ブレーキ制御装置において、前記クランプ力取得部は、前記モータの前記第1回転方向への回転によって前記パッドが前記ロータに押し付けられたときに、前記パッドから前記ピストンに及ぼされる力を前記クランプ力として検出する荷重センサとすることができる。
上記のように構成したことにより、前記荷重センサによって前記クランプ力が検出される。これにより、例えば、前記ロータや前記パッドの熱膨張量により前記クランプ力を推定する場合に比べて、高い精度で前記クランプ力を検出することができる。
また、前記電動ブレーキ制御装置において、前記荷重センサは、前記パッドを支持するキャリパに支持され、前記パッドから前記ピストンに及ぼされる力は、前記ピストンから直動変換機構を介して前記荷重センサに伝わるものであり、前記直動変換機構は、前記モータによって回転させられる第1部材と、前記第1部材の回転により、前記パッドに近づく方向または前記パッドから離れる方向に移動することにより前記ピストンを移動させる第2部材と、を備えるものとすることができる。
上記のように構成したことにより、前記パッドが前記ロータに押し付けられたとき、前記パッドから前記ピストンに及ぼされる力は、前記ピストンから前記第2部材および前記第1部材を介して前記荷重センサに伝わる。その後、前記荷重センサに伝達された力は、前記キャリパを介して前記パッドに伝わる。すなわち、前記荷重センサは、前記パッドから前記ピストンに及ぼされる力の伝達経路の途中に配置されている。
また、前記電動ブレーキ制御装置において、前記第2部材は、前記電力源から前記モータに電力が供給されていない状態において、前記第1部材に対して相対移動しないものとすることができる。
上記のように構成したことにより、前記モータへの電力供給が停止し、前記第1部材が回転しないときは、前記ピストンの位置が保持される。このように、前記モータへの電力供給を停止した状態において、前記キャリパが熱収縮した場合、前記キャリパから前記荷重センサを介して前記第1部材に及ぼされる力が増加する。このとき、前記第2部材が前記第1部材に対して相対移動しないため、前記キャリパの収縮分だけ前記クランプ力が増加する。この前記クランプ力の増加を前記荷重センサで検出することにより、前記クランプ力の増加を抑制できるのである。
前記クランプ力が増加すると、前記第1部材と前記第2部材の間に発生する摩擦力が増加し、前記第1部材が回転しにくくなる。前記クランプ力が増加した状態で、前記モータに電流を供給し、前記第1回転部材を回転させて前記第2部材を前記パッドから離れる方向に移動させるとき、前記第1部材を回転させるために必要な電力が前記電力源に蓄積されていない場合は、前記第1部材を回転させることができなくなる可能性がある。このような事態になることを未然に防止するために、前記クランプ力の増加を抑制するのである。
また、前記電動ブレーキ制御装置において、前記上限クランプ力取得部は、前記電力源が蓄積する電力量に基づいて前記上限クランプ力を取得するものとすることができる。
上記のように構成したことにより、前記電力源が蓄積する電力量から、現在の電力量で前記第1部材を回転可能な前記上限クランプ力を決定する。これにより、電力量の不足により前記第1部材を回転させて前記ピストンを前記パッドから離す方向に移動させられなくなることを防止する。
また、前記電動ブレーキ制御装置において、前記上限クランプ力取得部は、前記電力源が蓄積する電力量が大きいときは、小さいときに比べて、大きな前記上限クランプ力を取得するものとすることができる。
上記のように構成したことにより、前記上限クランプ力は、前記電力源が蓄積する電力量に比例して大きくなる。そのため、前記電力源の電力量を検出することで、前記上限クランプ量を推定できる。
前記ロータの停止状態において、前記クランプ力を前記下限クランプ力および前記上限クランプ力の間になるように前記クランプ力を制御することにより、前記ロータの停止状態の維持が不能になること、および、前記ピストンの前記パッドから離れる方向への移動が不能になることを防止することができる。
第1実施形態の電動ブレーキ制御装置が適応されたブレーキシステムの全体構成を示す模式図である。 第1実施形態の電動ブレーキ装置の断面図である。 第1実施形態の電動ブレーキ制御装置がパーキングブレーキ動作開始時に実行する処理を示す図である。 第1実施形態の電動ブレーキ装置のパーキングブレーキ動作時のクランプ力の変化を示す図である。 第1実施形態の電動ブレーキ装置の電圧源の電圧と上限クランプ力の関係を示す図である。 第1実施形態の電動ブレーキ制御装置が図3に示す処理の終了後に実行する処理を示す図である。
以下、本発明を実施するための形態について図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の第1実施形態の電動ブレーキ制御装置22が適応された電動ブレーキシステム2の全体構成を示す模式図である。
図1に示すように、電動ブレーキシステム2は、図示しないブレーキペダル、ストロークセンサ10、ブレーキスイッチ12、パーキングブレーキスイッチ14、車輪速センサ16、Gセンサ18、バッテリ20、電動ブレーキ制御装置22、キャパシタ32、および電動ブレーキ装置24を備える。車輪速センサ16および電動ブレーキ装置24は、車両の各車輪に設けられる。車両の右前輪、左前輪、右後輪、および左後輪には、電動ブレーキ装置24FR、24FL、24RR、24RLがそれぞれ設けられている。電動ブレーキ装置24FR、24FL、24RR、24RLの各々は、同様の構成であるため、ここでは電動ブレーキ装置24FRについて説明する。
ストロークセンサ10は、ブレーキペダルの操作量を検出するものである。ブレーキスイッチ12は、乗員によるサービスブレーキ操作を検知するものであり、サービスブレーキ操作を検出したときにON信号を出力する。パーキングブレーキスイッチ14は、乗員によるパーキングブレーキ操作を検知するものであり、パーキングブレーキ操作を検出したときにON信号を出力する。車輪速センサ16は、車両の各車輪に取り付けられ、車輪の回転速度を検出する。Gセンサ18は、加速度センサであり、前後方向、左右方向、上下方向の3方向における加速度を検出することにより、車両の傾きを検出する。
バッテリ20は、電動ブレーキシステム2の電力源であり、電動ブレーキ制御装置22および電動ブレーキ装置24に接続されている。バッテリ20の電圧は、電動ブレーキ制御装置22によって検知される。キャパシタ32は、電動ブレーキ装置24FRの補助電力源であり、電動ブレーキ制御装置22および電動ブレーキ装置24に接続されている。キャパシタ32の電圧は電動ブレーキ制御装置22によって検出される。
電動ブレーキ制御装置22は、CPU、ROM、EEPROM、RAM、通信インターフェース等を備え、ROMに記録されたプログラムがCPUに実行されることにより、各種制御を行なう。電動ブレーキ制御装置22は、駆動回路30を介して、電動ブレーキ装置24の後述のモータ46に電流を供給する。モータ46に供給された電流およびモータ46の回転角は、電流検出部58およびレゾルバ70によって検出される。
電動ブレーキ制御装置22には、ストロークセンサ10、ブレーキスイッチ12、パーキングブレーキスイッチ14、車輪速センサ16、Gセンサ18、バッテリ20、駆動回路30、キャパシタ32、レゾルバ70、荷重センサ56、電流検出部58、およびソレノイド94が接続されている。駆動回路30、キャパシタ32、レゾルバ70、荷重センサ56、電流検出部58、およびソレノイド94についての説明は後述する。
図2は、電動ブレーキ装置24FRを、水平面に沿って切断したときの断面図である。図2において、車両の進行方向を基準として電動ブレーキ装置24FRの前後方向を規定し、車両の車幅方向に対応させて電動ブレーキ装置24FRの左右方向を規定する。
図2に示すように、電動ブレーキ装置24は、キャリパ26、ブレーキパッド28、駆動回路30、ピストン駆動装置34、および制御基板36を備える。キャリパ26には、左右方向に平行な軸を有する円筒状部材であるスライダ38が設けられている。スライダ38の各々の内周部には、車体側に支持された1対のガイドピン40がそれぞれ挿入されている。1対のガイドピン40は左右方向に平行であり、スライダ38は、1対のガイドピン40の外周面に対して摺動可能に形成されている。つまり、キャリパ26は、車体に対して左右方向に移動可能に取り付けられている。ブレーキパッド28は、キャリパ26に保持され、車輪とともに回転するブレーキロータ42を左右方向から挟み込む。
駆動回路30は、電動ブレーキ制御装置22から送信される指令に従って後述のモータ46に電流を供給し、モータ46を駆動させる。
ピストン駆動装置34は、ハウジング44、モータ46、減速歯車48、直動変換機構50、ピストン52、ブレーキロック機構54、および荷重センサ56を備える。ハウジング44は、キャリパ26の内周部に固定されている。モータ46は、ハウジング44の内周部に配置される。モータ46は、ハウジング44の内周面に周方向に配列された複数のコイル60と、複数のコイル60の内側に設けられた回転子62を含む。回転子62は、円筒状部材であり、回転子62の中心軸である軸線Lが、左右方向に平行になるように配置されている。
回転子62は、後述の支持部78に固定されたベアリング64によって、ハウジング44に対して回転可能に支持されている。回転子62の外周面の左端部には、複数の平歯66が形成され、回転子62の外周面の複数の平歯66よりも右側には、複数のコイル60に対向する複数の磁石68が周方向に配列されている。モータ46においては、回転子62と磁石68がロータとして機能するため、回転子62が軸線L周りに回転する。回転子62の回転角は、ハウジング44の内周面に固定されたレゾルバ70によって検出される。
減速歯車48は、回転子62の回転を減速してフランジ部82に伝達する。減速歯車48は、回転子62の複数の平歯66に噛合する平歯が形成された歯車部と、歯車部の中央部を貫通する回転軸とを備える。歯車部は回転軸周りに回転可能に形成され、回転軸は、後述のフランジ部82の右の側面に固定されている。減速歯車48の歯車部が複数の平歯66と噛合しているため、減速歯車48は、回転子62の回転に伴って回転させられる。このとき、減速歯車48は、自転しつつ回転子62の外周部に沿って公転し、回転子62の回転を減速してフランジ部82に伝達する。減速歯車48の歯車部の歯数は、複数の平歯66の数よりも少なくなるように設定されている。そのため、減速歯車48と回転子62の間の減速比が大きくなり、モータ46に低トルクの小型モータを採用することができる。
直動変換機構50は、モータ46の回転運動をピストン52の直線運動に変換するものである。直動変換機構50は、モータ46の回転子62の内周部に設けられ、出力筒72、入力軸74、および複数の遊星ローラ76を含む。
出力筒72は、軸が軸線Lに一致するように回転子62の内周部に設けられている。出力筒72の外周面が支持部78に支持されることにより、出力筒72はハウジング44に対して左右方向に摺動可能に支持されている。支持部78は、中央部が円環状に形成され、外周部が左右方向に平行に延出してハウジング44の内周面に固定されている。支持部78の内周部と出力筒72の間は、シール部材によってシールされている。出力筒72の右端部の内周部には、ピストン52が嵌め込まれており、出力筒72とピストン52は一体的に移動する。そのため、ピストン52は、ハウジング44に対して左右方向に移動可能である。ピストン52が右方に移動するときは、ピストン52はブレーキパッド28に近づき、ピストン52が左方に移動するときは、ピストン52はブレーキパッド28から遠ざかる。
入力軸74は、出力筒72の内周部に配置されており、スラスト軸受79によって、ハウジング44に対して軸線L周りに回転可能に支持されている。入力軸74は、回転軸が軸線Lと一致するように配置され、出力筒72の内部に配置される軸部80と、軸部80の左端に固定されるフランジ部82を備える。フランジ部82は、外周面に複数ののこ歯84が形成されたラチェット歯車である。フランジ部82の右の側面には減速歯車48の回転軸が固定されており、減速歯車48の公転に伴って、フランジ部82が回転するように構成されている。
入力軸74と出力筒72の間には、複数の遊星ローラ76が配置される。複数の遊星ローラ76は、出力筒72によって支持される図示しないキャリアによって、自転可能に保持されている。
出力筒72の内周部、入力軸74の外周部、複数の遊星ローラ76の外周部には、それぞれ出力ネジ部86、入力ネジ部88、遊星ネジ部90が形成されている。出力ネジ部86、入力ネジ部88、および遊星ネジ部90は、互いに螺合してネジ状歯車機構92を形成している。本実施形態のネジ状歯車機構92は、出力ネジ部86と遊星ネジ部90との間におけるネジ条数比およびネジ有効径比が等しく、入力ネジ部88と遊星ネジ部90との間におけるネジ条数比およびネジ有効径比が異なるように構成されている。そのため、出力筒72と複数の遊星ローラ76が、入力軸74に対して軸線方向に相対移動する。
このとき、複数の遊星ローラ76は、出力筒72に対して軸線方向に相対移動しない。したがって、モータ46の回転に伴って入力軸74が回転すると、出力筒72および遊星ローラ76が入力軸74に対して軸線方向に相対移動し、ピストン52が移動させられる。なお、直動変換機構50の詳細は、特許登録第4186969号公報に記載されている。
ブレーキロック機構54は、ピストン52をブレーキパッド28に向かって移動させた状態で、ピストン52の移動を禁止するものである。ブレーキロック機構54は、ソレノイド94およびロックピン96を備える。ソレノイド94は、キャリパ26に固定され、図1に示すように電動ブレーキ制御装置22に接続している。ソレノイド94は、電動ブレーキ制御装置22から供給される電流によって、可動鉄芯に取り付けられたロックピン96を移動させる。ロックピン96は、先端がフランジ部82の複数ののこ歯84に対応する形状に形成されたラチェット爪である。ロックピン96は、ハウジング44を貫通し、フランジ部82に向かって突出している。
ロックピン96は、ソレノイド94に電流が供給されていないときは、図示しないバネによってフランジ部82に向かう方向に付勢され、ロックピン96の先端が複数ののこ歯84に係合している。これにより、フランジ部82の回転、すなわち、ピストン52のブレーキパッド28から離れる方向への移動が禁止される。ロックピン96は、ソレノイド94に電流が供給されると、フランジ部82から遠ざかる方向に移動させられ、複数ののこ歯84からロックピン96の先端が離間した状態となる。すなわち、ソレノイド94への電流の供給によって、フランジ部82が回転可能となる。
よって、ロックピン96がフランジ部82と係合し、モータ46に電流が供給されていない状態においては、ブレーキパッド28からピストン52に力が及ぼされても出力筒72および遊星ローラ76が入力軸74に対して相対移動しない。したがって、このとき、ピストン52も移動させられることはない。
荷重センサ56は、ハウジング44の左端の内面に設けられる。荷重センサ56の一部は、スラスト軸受79とハウジング44の間に位置するように配置されている。ピストン52の移動によってブレーキパッド28がブレーキロータ42に押し付けられたとき、ブレーキパッド28からピストン52に及ぼされる力は、出力筒72、遊星ローラ76、入力軸74およびスラスト軸受79を介して、荷重センサ56に伝達される。したがって、ブレーキパッド28がブレーキロータ42に押し付けられているときの荷重センサ56の値に基づいて、電動ブレーキ装置24のクランプ力を検出することができる。荷重センサ56には、例えば、スラスト軸受79からハウジング44の左端の内面に力が及ぼされたときのハウジング44の左端の内面の変形量を、荷重として検出するひずみゲージが挙げられる。荷重センサ56が出力した信号は、電動ブレーキ制御装置22に入力される。
制御基板36は、キャリパ26の左端部に固定されており、駆動回路30および電流検出部58を支持している。駆動回路30は、電動ブレーキ制御装置22からモータ46に対して出力される信号を受信し、その信号に基づいて電流をモータ46に供給する。電流検出部58は、駆動回路30からモータ46に供給される電流値を検出し、検出信号を電動ブレーキ制御装置22に出力する。
<電動ブレーキ装置24のサービスブレーキ動作>
乗員によりブレーキペダルが踏込まれると、ブレーキスイッチ12が、電動ブレーキ制御装置22にON信号を出力する。まず、ソレノイド94に電流を供給し、ロックピン96とフランジ部82の係合を解除する。つぎに、ストロークセンサ10が検出したブレーキペダルの操作量に従って、電動ブレーキ制御装置22が駆動回路30を介してモータ46に電流を供給する。これにより、モータ46が駆動され、ピストン52をブレーキパッド28に近づける方向に移動させるときの回転方向である第1回転方向に回転子62を回転させる。回転子62の第1回転方向への回転に伴って減速歯車48が回転し、減速歯車48は、回転子62の回転を減速してフランジ部82に伝達する。
フランジ部82の回転に伴って入力軸74が回転すると、ネジ状歯車機構92によって、複数の遊星ローラ76と出力筒72がブレーキパッド28に向かって移動する。ピストン52は、出力筒72と一体的にブレーキパッド28に向かって移動し、ブレーキパッド28に押し付けられる。ピストン52の軸力がブレーキパッド28に及ぼされることにより、ブレーキパッド28がブレーキロータ42に向かって移動し、ブレーキパッド28がブレーキロータ42を押圧したとき、車輪の回転が制動される。
その後、ブレーキペダルが戻されると、ブレーキスイッチ12が電動ブレーキ制御装置22にOFF信号を出力する。つぎに、電動ブレーキ制御装置22によってモータ46が駆動させられ、回転子62が第1回転方向と反対方向である第2回転方向に回転させられる。回転子62の回転は、減速歯車48により減速されてフランジ部82に伝達され、入力軸74が反対方向に回転する。これにより、遊星ローラ76と出力筒72がブレーキパッド28から遠ざかる方向に移動し、ピストン52がブレーキパッド28から引き離される。このとき、ブレーキパッド28もブレーキロータ42から引き離され、車輪の回転の制動が解除される。
<電動ブレーキ装置24のパーキングブレーキ動作>
乗員によりパーキングブレーキ操作が行なわれると、パーキングブレーキスイッチ14が、電動ブレーキ制御装置22にON信号を出力する。つぎに、電動ブレーキ制御装置22は、ブレーキロータ42の停止状態を維持するために必要な目標クランプ力を算出する。つづいて、電動ブレーキ制御装置22は、モータ46を第1回転方向に回転させて、算出された目標クランプ力を発生するのに必要な目標位置までピストン52をブレーキパッド28に向かって移動させる。電動ブレーキ制御装置22は、ピストン52を目標位置まで移動させた後、ソレノイド94への電流供給を停止し、ロックピン96をフランジ部82に係合させる。これにより、ピストン52がハウジング44に対して相対移動しないように固定される。
乗員のパーキングブレーキ解除操作が行なわれると、パーキングブレーキスイッチ14が電動ブレーキ制御装置22にOFF信号を出力する。つぎに、電動ブレーキ制御装置22が、ソレノイド94に電流を供給し、ロックピン96とフランジ部82の係合を解除する。つづいて、電動ブレーキ制御装置22は、モータ46に電流を供給し、第2回転方向に回転させる。これにより、ピストン52がブレーキパッド28から離れる方向に移動させられ、ブレーキパッド28がブレーキロータ42から引き離され、車輪の制動が解除される。
クランプ力は、ブレーキパッド28がブレーキロータ42に押し付けられることにより、ブレーキロータ42に及ぼされる力である。すなわち、ブレーキロータ42の左右両側にあるブレーキパッド28からブレーキロータ42に対して及ぼされる、ブレーキロータ42の回転を拘束する力ということもできる。クランプ力は、ブレーキパッド28およびピストン52を介して直動変換機構50に伝達され、荷重センサ56によって検出される。目標クランプ力は、外力によりブレーキロータ42が回転しないようにするために十分な力である基本クランプ力に、必要に応じて電動ブレーキ装置24の熱膨張に対する補正量を付加して算出される。
基本クランプ力は、Gセンサ18によって検知された停車路面の傾きから算出される。例えば、停車路面の傾きが大きいときは、傾きが小さいときに比べて大きなクランプ力が必要となるため、基本クランプ力は大きくされる。
以下、電動ブレーキ装置24の熱膨張に対する補正量の求め方について説明する。ブレーキパッド28がブレーキロータ42に押し付けられたとき、ブレーキパッド28とブレーキロータ42の間には、摩擦力によって熱が発生する。これにより、ブレーキパッド28、ブレーキロータ42、および周辺の部材が高温になり、ブレーキパッド28、ブレーキロータ42およびキャリパ26等において熱膨張が発生する。ブレーキパッド28が熱膨張した状態でパーキングブレーキ動作を行うと、その後外気によって冷却されたブレーキパッド28が熱収縮し、クランプ力が低下することがある。したがって、クランプ力が低下してもブレーキロータ42の停止状態を維持できるように、予めブレーキパッド28の熱膨張に対する補正量を基本クランプ力に付加しておく必要がある。ブレーキパッド28の熱膨張量が大きいときは、熱収縮によるクランプ力の低下も大きくなるため、熱膨張量が小さいときに比べてブレーキパッド28の熱膨張に対する補正量が大きくされる。
以下、ブレーキパッド28の熱膨張量の推定方法について説明する。ブレーキパッド28の熱膨張量は、(i)ブレーキパッド28の推定温度および(ii)ピストン52の制動開始位置と制動終了位置の変化に基づいて算出することができる。
(i)ブレーキパッド28の温度推定
ブレーキパッド28がブレーキロータ42を押圧する仕事により発生した熱は、ブレーキパッド28に蓄熱されるか、ブレーキロータ42等から大気中に放熱される。ブレーキパッド28の温度は、通常走行中の制動時および非制動時における電動ブレーキ装置24の発熱量と放熱量の差から推定される。ブレーキパッド28の温度推定処理は、所定期間毎に繰り返し実行されている。電動ブレーキ装置24における発熱量はモータ46の所定期間内の平均通電電流に比例し、放熱量は、車輪の所定期間内の平均速度に比例する。
電動ブレーキ制御装置22は、所定の期間内のモータ46の通電電流および車輪の速度を電流検出部58および車輪速センサ16の信号に基づいてそれぞれ取得し、平均通電電流と平均速度を算出する。つぎに、電動ブレーキ制御装置22は、発熱量と放熱量を算出し、算出された発熱量と放熱量の差をとって、ブレーキパッド28の現在の温度TPを推定する。ブレーキパッド28の温度推定処理が繰り返される度に、現在の温度TPは更新されている。電動ブレーキ制御装置22は、パーキングブレーキ操作を検出すると、ブレーキパッド28の最新の推定温度TPcとブレーキパッド28の熱膨張率からブレーキパッド28の熱膨張量を算出する。
(ii)ピストン52の制動開始位置および制動終了位置検出
ピストン52の制動開始位置は、ブレーキパッド28がブレーキロータ42に押し付けられることにより、クランプ力が発生するときのピストン52の位置である。車両走行中に制動操作が多数回行なわれることにより、ブレーキパッド28は磨耗し、ブレーキパッド28がブレーキロータ42に当接するまでの移動距離が大きくなる。この移動距離の増大を検出するために、ピストン52の制動開始位置を検出するのである。ブレーキパッド28がブレーキロータ42に当接する位置は、荷重センサ56の値が所定値を超えたか否かによって検出される。ピストン52の制動開始位置および制動終了位置の検出処理は、通常走行中のブレーキ操作毎に実行される。通常走行中のブレーキ制動開始時において、電動ブレーキ制御装置22は、モータ46に電流を供給し、ピストン52を初期位置からブレーキパッド28に向かって移動させ、荷重センサ56の値が閾値を超えたときまでのピストン52の移動距離Sから制動開始位置PSを決定する。
なお、電動ブレーキ制御装置22は、初期位置から最も離れた制動開始位置PSである最大制動開始位置PSmaxを記憶しており、制動開始位置PSと最大制動開始位置PSmaxを比較し、どちらの値を採用するかを判断する。制動開始位置PSが最大制動開始位置PSmaxよりも小さい場合は最大制動開始位置PSmaxが採用され、大きい場合は制動開始位置PSが採用され、この値が最大制動開始位置PSmaxとして再度記憶される。
つぎに、通常走行中のブレーキ制動終了時において、電動ブレーキ制御装置22は、ピストン52をブレーキパッド28から引き離す方向に移動させ、荷重センサ56の値が閾値を下回ったときから初期位置までのピストン52の移動距離Sから制動終了位置PEを決定する。制動終了位置PEは、制動終了位置検出処理が行われる毎に更新される。最大制動開始位置PSmaxと制動終了位置PEの差ΔPは、ブレーキパッド28の熱膨張によるものである。電動ブレーキ制御装置22は、パーキングブレーキ操作を検知すると、最大制動開始位置PSmaxと最新の制動終了位置PEcの差ΔPcを参照して熱膨張量を算出する。
図3は、電動ブレーキ制御装置22によって実行されるパーキングブレーキ処理を示すフローチャートである。電動ブレーキ制御装置22は、乗員によるパーキングブレーキ操作を検出した後、フローによる処理を開始する。ステップ1(以下、「S1」と略称する。他のステップについても同様とする。)において、電動ブレーキ制御装置22は、Gセンサ18の信号に基づく車両の傾きから、基本クランプ力を算出する。つぎに、S3において、電動ブレーキ制御装置22は、上述のブレーキパッド28の温度推定を実行し、ブレーキパッド28の熱膨張量を算出する。
つづいて、S5において、電動ブレーキ制御装置22は、ピストン52の制動開始位置および制動終了位置検出を実行し、ブレーキパッド28の熱膨張量を算出する。S7において、電動ブレーキ制御装置22は、S3およびS5で算出された熱膨張量を比較し、熱膨張量が大きい値を示す方の結果を採用して、熱膨張に対するクランプ力の補正量を算出する。
S9において、電動ブレーキ制御装置22は、S1で算出された基本クランプ量に、S7で算出されたブレーキパッド28の熱膨張に対する補正量を付加して、目標クランプ力を算出する。S11において、電動ブレーキ制御装置22は、モータ46を第1回転方向に回転させ、荷重センサ56の値がS9で算出された目標クランプ力と同じ大きさとなるまで、ピストン52をブレーキパッド28に向かって移動させる。つづいて、S13において、電動ブレーキ制御装置22は、ソレノイド94への電流の供給を停止し、ロックピン96をフランジ部82に係止させる。これにより、ピストン52の位置が固定され、パーキングブレーキが動作した状態となる。その後、S15において、電動ブレーキ制御装置22は、電動ブレーキ装置24への電流の供給を停止する。
上述のパーキングブレーキの動作状態では、電動ブレーキ装置24を構成する部材の熱収縮によって、時間の経過とともにクランプ力が変化することがある。パーキングブレーキの動作開始時に、電動ブレーキ装置24の構成部材が高温になっていることがあり、熱膨張していた場合、電動ブレーキ装置24の構成部材は、時間の経過とともに放熱して温度が下がり、熱収縮する。このとき、熱収縮する部材によって、クランプ力が低下あるいは上昇する。このクランプ力の変化を予測することは困難であるため、電動ブレーキ制御装置22によってクランプ力の変化を監視する必要がある。
図4は、パーキングブレーキの動作開始時からのキャリパ温度TC、ブレーキロータ温度TR、およびクランプ力Fの変化を示す図である。図4の横軸は時間の経過を示し、左縦軸はクランプ力の大きさを示し、右縦軸は温度を示す。
ブレーキロータ温度TRは、放熱によって、パーキングブレーキのロック時(時点O)の後から徐々に低下し、時間tにおいて一定になる。キャリパ26は、ブレーキロータ42とブレーキパッド28の摩擦による熱が伝わる速度が遅い。そのため、キャリパ温度TCは、ブレーキロータ42よりも遅れて上昇する。キャリパ温度TCは、熱の伝導により上昇した後、放熱によって低下していき、時間tにおいて一定になる。
クランプ力Fは、パーキングブレーキ動作開始時から時間tまでの間、ブレーキロータ温度TRの低下によるブレーキロータ42の熱収縮、およびキャリパ温度TCの上昇によるキャリパ26の熱膨張に伴って低下する。キャリパ温度TCは、ブレーキロータ42の熱がキャリパ26に移ることにより上昇するため、ブレーキロータ42よりも遅れて上昇する。時間tを過ぎると、ブレーキロータ温度TRおよびキャリパ温度TCはいずれも低下し、ブレーキロータ42およびキャリパ26は熱収縮する。
このとき、ブレーキロータ42の熱収縮量よりもキャリパ26の熱収縮量が大きいため、ピストン52に及ぼされる力は大きくなるが、ロックピン96によるロック状態であるため、出力筒72と遊星ローラ76は入力軸74に対して相対移動しない。したがって、クランプ力Fは、キャリパ26の熱収縮に伴って上昇する。その後、クランプ力Fは、時間tにおいてパーキングブレーキ動作開始時のクランプ力Fと同じ値になる。時間tを経過した後もキャリパ26の熱収縮は続いているため、クランプ力Fは増加し続け、時間tにおいて一定となる。時間tにおけるクランプ力Fは、パーキングブレーキ動作開始時のクランプ力Fよりも大きくなっている。
クランプ力が大きくなると、出力筒72と遊星ローラ76は入力軸74に対して相対移動しないため、直動変換機構50のネジ状歯車機構92のネジ部同士が接している部分の摩擦力が大きくなる。摩擦力は入力軸74を回転させるときの抵抗となるため、摩擦力が大きくなると、ピストン52をブレーキパッド28から引き離す方向に移動させようとしたときに、入力軸74を回転させるために必要な力が大きくなる。そのため、モータ46に供給される電流も大きくする必要があるが、モータ46に供給できる電流の大きさは、バッテリ20およびキャパシタ32の電圧に依存している。したがって、クランプ力が大きくなると、パーキングブレーキの動作を解除できなくなる可能性がある。
電動ブレーキ制御装置22は、クランプ力Fの図4に示す特性を考慮し、パーキングブレーキの動作開始からキャリパ温度TCおよびブレーキロータ温度TRが一定になる時間tまでの間、クランプ力監視制御処理を行なう。つまり、電動ブレーキ制御装置22は、クランプ力を監視しつつ、クランプ力が下限クランプ力Aから上限クランプ力Bまでの間になるように制御する。
下限クランプ力Aは、パーキングブレーキが動作し、ブレーキロータ42が停止した状態を維持するために必要な最小のクランプ力である。クランプ力が下限クランプ力Aを下回ると、ブレーキロータ42の停止状態が維持できずに回転可能な状態になることがある。
下限クランプ力Aは、Gセンサ18の信号により取得された車両の停車路面の勾配αを用いて、式1から算出される。式1においては、g:重力加速度、MGVW:定積、R:タイヤ静荷重半径、BEF:ブレーキ効力、C:ピストン面積、r:制動有効半径が定数として用いられる。
式1

Figure 0006506236


つぎに、上限クランプ力Bの算出方法について説明する。図5は、バッテリ20の電圧と、その電圧によって発生する力によってパーキングブレーキの動作が解除可能なクランプ力の大きさの関係を示す図である。バッテリ20およびキャパシタ32は、いずれも図5に示すような特性を有し、それぞれの特性図が電動ブレーキ制御装置22に予め記憶されている。上限クランプ力Bは、バッテリ20の電圧によって発生できるモータ46を第2回転方向に回転させる力の最大値となるように設定される。第2回転方向は、ピストン52をブレーキパッド28から離れる方向に移動させるときのモータ46の回転方向である。したがって、上限クランプ力Bは、バッテリ20の電圧に比例する。電動ブレーキ制御装置22は、バッテリ20の電圧を取得し、図5に示す特性図を参照してバッテリ20の電圧に対する上限クランプ力Bを決定する。キャパシタ32の電圧に対する上限クランプ力Bも同様に決定され、上限クランプ力Bと比較して大きい方の値が上限クランプ力Bとして採用される。
図6は、電動ブレーキ制御装置22によって実行されるクランプ力制御処理を示すフローチャートである。電動ブレーキ制御装置22は、乗員によりパーキングブレーキ操作が行なわれ、上述の図3に示すフローによる処理の終了後、図6に示すフローによる処理を開始する。S21において、電動ブレーキ制御装置22は、クランプ力Fの監視時間を計測するタイマーをスタートさせる。つぎに、S23において、Gセンサ18の信号に基づいて停車路面の勾配αを算出し、式1を用いて下限クランプ力Aを推定する。つづいて、S25において、電動ブレーキ制御装置22は、バッテリ20およびキャパシタ32の電圧を検出し、図5に示す特性図に基づいてそれぞれの上限クランプ力B、Bを算出する。算出された上限クランプ力B、Bのうち、大きい方の値が上限クランプ力Bとされる。
電動ブレーキ制御装置22は、S27において、荷重センサ56の信号から現在のクランプ力Fを取得する。つぎに、S29において、電動ブレーキ制御装置22は、S27で取得された現在のクランプ力Fが下限クランプ力Aよりも小さいか否かを判断する。現在のクランプ力Fが下限クランプ力Aよりも小さい場合はS31に進み、大きい場合は、後述のS49に進む。S31において、電動ブレーキ制御装置22は、ソレノイド94に電流を供給し、ロックピン96とフランジ部82の係合を解除する。S33において、電動ブレーキ制御装置22は、クランプ力制御開始フラグをONにし、カウンターによるカウントを開始する。カウンターは、モータ46の駆動時間を計測するためのものである。
S35において、電動ブレーキ制御装置22は、荷重センサ56の値を監視しながら、所定量ずつ増加させて電流をモータ46に供給する。これにより、モータ46が第1回転方向に回転させられ、現在のクランプ力Fが下限クランプ力A以上になる位置までピストン52が移動させられる。S37において、電動ブレーキ制御装置22は、カウントを開始してから時間tが経過したか否かを判断する。時間tは、現在のクランプ力Fが下限クランプ力Aと等しくなる位置までピストン52を移動させるのに十分な時間である。時間tが経過した場合はS39に進み、経過していない場合はS37を繰り返す。
S39において、電動ブレーキ制御装置22は、荷重センサ56の信号に基づいて、現在のクランプ力Fが下限クランプ力A以上になったか否かを判断する。現在のクランプ力Fが下限クランプ力A以上になった場合は、S43に進む。現在のクランプ力Fが下限クランプ力Aより小さい場合は、S41に進んで制動力が不足していることを示す警告を出した後、S43に進む。S43において、電動ブレーキ制御装置22は、モータ46およびソレノイド94への電流の供給を停止し、モータ46の駆動を停止させてロックピン96をフランジ部82に係合させる。
電動ブレーキ制御装置22は、S45において、クランプ力制御フラグをOFFにし、制御カウントを終了する。つぎに、S47において、S21で計測を開始したタイマーの時間が時間tを経過し、計測を終了したか否かを判断する。タイマーが終了していない場合はS23に戻り、タイマーが終了した場合はフローによるクランプ力監視制御処理を終了する。
S29において、現在のクランプ力Fが下限クランプ力Aよりも大きいと判断された場合は、S49に進む。S49において、電動ブレーキ制御装置22は、現在のクランプ力Fが、上限クランプ力Bからマージンとして定数γ差し引いた計算値(B−γ)よりも大きいか否かを判断する。現在のクランプ力Fが計算値(B−γ)よりも大きい場合はS51に進み、小さい場合はS47に進む。S51において、電動ブレーキ制御装置22は、ソレノイド94に電流を供給し、ロックピン96をフランジ部82から離す。
S53において、電動ブレーキ制御装置22は、クランプ力制御開始フラグをONにし、カウンターによるカウントを開始する。S55において、電動ブレーキ制御装置22は、荷重センサ56の値を監視しながら、所定量ずつ減少させて電流をモータ46に供給する。これにより、モータ46が第2回転方向に回転させられ、現在のクランプ力Fが上限クランプ力B−γより小さくなる位置までピストン52が移動させられる。
つぎに、S57において、電動ブレーキ制御装置22は、カウントを開始してから時間tが経過したか否かを判断する。時間tが経過した場合はS59に進み、経過していない場合はS57を繰り返す。S59において、電動ブレーキ制御装置22は、現在のクランプ力Fが上限クランプ力B−γよりも小さいか否かを判断する。現在のクランプ力Fが上限クランプ力B−γよりも小さい場合はS63に進み、大きい場合はS61において制動力の解除ができないことを示す警告を出した後、S63に進む。S63において、電動ブレーキ制御装置22は、モータ46およびソレノイド94への電流の供給を停止し、モータ46の駆動を停止させてロックピン96をフランジ部82に係合させる。
電動ブレーキ制御装置22は、S65において、クランプ力制御フラグをOFFにする。つぎに、S47に進み、タイマーが終了していない場合はS23に戻り、タイマーが終了した場合はフローによるクランプ力監視制御処理を終了する。
以上のように、本実施形態においては、パーキングブレーキ動作時は、フランジ部82がロックピン96によって回転不能にされているため、キャリパ26の熱収縮分クランプ力Fが増加する。クランプ力Fが増加すると、遊星ネジ部90と入力ネジ部88の接触部分の摩擦力が増加し、入力軸74を回転させるのに必要な力が増加する。入力軸74を回転させるために必要な力は、電力源がモータ46に供給できる電力に依存する。したがって、クランプ力Fが増加し、入力軸74を回転させるのに必要な力が電力源によって発生させられる力よりも大きくなったとき、パーキングブレーキの動作を解除できなくなる可能性がある。
これを防ぐため、本実施形態において、電動ブレーキ制御装置22が、パーキングブレーキの動作開始からクランプ力が変化しなくなる時間tまでの間クランプ力を監視する。これにより、パーキングブレーキ動作中における電動ブレーキ装置24の熱収縮によるクランプ力の低下だけでなく、クランプ力の上昇を検知することができる。また、クランプ力の監視中、現在のクランプ力Fが下限クランプ力Aを下回ったときはクランプ力Fが増加させられ、上限クランプ力Bを上回る可能性があるときにはクランプ力Fが減少させられる。これにより、ブレーキロータ42が回転しない程度のクランプ力Fを保ちつつ、クランプ力Fが電力源の電圧によって発生可能な力よりも大きくならないように制御することができる。したがって、クランプ力Fの低下によるブレーキロータ42の回転、およびクランプ力Fの上昇によるパーキングブレーキの動作解除が不能となることを防止することができる。
第1実施形態におけるバッテリ20およびキャパシタ32の電圧は電力源の状態の一例であり、S27を実行する電動ブレーキ制御装置22はクランプ力取得部の一例である。入力軸74は第1部材の一例であり、出力筒72および遊星ローラ76は第2部材の一例である。第1回転方向はピストン52をブレーキパッド28に近づく方向に移動させるときのモータ46の回転方向であり、第2回転方向はピストン52をブレーキパッド28から離れる方向に移動させるときのモータ46の回転方向である。
S23を実行する電動ブレーキ制御装置22は下限クランプ力取得部の一例であり、S25を実行する電動ブレーキ制御装置22は上限クランプ力取得部の一例である。S29乃至S45およびS49乃至S65を実行する電動ブレーキ制御装置22はクランプ力制御部の一例である。
なお、以上のように本発明の態様について説明したが、本発明の電動ブレーキ制御装置22を含む電動ブレーキシステム2は、前述の態様に限られるものではなく、本発明の要旨から逸脱しない範囲において、種々の変更を行なうことが可能である。
以上のように、本実施形態においては、電動ブレーキ制御装置22が実行するクランプ力の監視制御処理は、パーキングブレーキ動作時に実行されるとしたが、これに限られない。例えば、サービスブレーキ動作によって、ブレーキパッド28がブレーキロータ42に押し付けられた状態で停車しているときに実行されるものであってもよい。
また、本実施形態においては、直動変換機構50に遊星歯車機構を用いたが、これに限られず、例えばスクリューとナットで構成された機構を用いてもよい。
また、本実施形態において、クランプ力の監視制御処理には、ロックピン96をフランジ部82に係止するステップが含まれるとしたが、これに限られない。例えば、入力側(モータ)から出力側(ピストン)を見たときのネジ状歯車機構92の逆効率が0または負の値となるように設計された直動変換機構50を用いるときは、電動ブレーキシステム2からロックピン96に係る構成を削除し、上述のステップを省略したものであってもよい。
また、本実施形態においては、電力源の電圧と上限クランプ力Bの特性図から上限クランプ力Bを算出するとしたが、これに限られず、例えば、電力源の電流値と上限クランプ力Bの特性図から算出してもよい。
2:電動ブレーキシステム 10:ストロークセンサ 12:ブレーキスイッチ 14:パーキングブレーキスイッチ 16:車輪速センサ 18:Gセンサ 20:バッテリ 22:電動ブレーキ制御装置 24:電動ブレーキ装置 26:キャリパ 28:ブレーキパッド 30:駆動回路 32:キャパシタ 34:ピストン駆動装置 36:制御基板 38:スライダ 40:ガイドピン 42:ブレーキロータ 44:ハウジング 46:モータ 48:減速歯車 50:直動変換機構 52:ピストン 54:ブレーキロック機構 56:荷重センサ 58:電流検出部 60:コイル 62:回転子 64:ベアリング 66:平歯 68:磁石 70:レゾルバ 72:出力筒 74:入力軸 76:遊星ローラ 78:支持部 79:スラスト軸受 80:軸部 82:フランジ部 84:のこ歯 86:出力ネジ部 88:入力ネジ部 90:遊星ネジ部 92:ネジ状歯車機構 94:ソレノイド 96:ロックピン

Claims (6)

  1. モータの第1回転方向への回転によってピストンをパッドに向かって移動させて前記パッドをロータに押し付けることにより発生する力であるクランプ力を取得するクランプ力取得部と、
    前記ロータの停止状態を維持するのに必要な前記クランプ力において、最も小さい値である下限クランプ力を取得する下限クランプ力取得部と、
    前記ロータの停止状態を維持しつつ、かつ、電力源の電力によって前記ピストンを前記パッドから離れる方向に移動させることが可能な前記クランプ力であって、最も大きい値である上限クランプ力を、前記電力源の状態に基づいて取得する上限クランプ力取得部と、
    前記クランプ力取得部によって取得される前記クランプ力が、前記下限クランプ力と前記上限クランプ力の間になるように、前記モータを制御するクランプ力制御部と、を備えることを特徴とする電動ブレーキ制御装置。
  2. 前記クランプ力取得部は、前記モータの前記第1回転方向への回転によって前記パッドが前記ロータに押し付けられたときに、前記パッドから前記ピストンに及ぼされる力を前記クランプ力として検出する荷重センサである請求項1に記載の電動ブレーキ制御装置。
  3. 前記荷重センサは、前記パッドを支持するキャリパに支持され、
    前記パッドから前記ピストンに及ぼされる力は、前記ピストンから直動変換機構を介して前記荷重センサに伝わるものであり、
    前記直動変換機構は、前記モータによって回転させられる第1部材と、前記第1部材の回転により、前記パッドに近づく方向または前記パッドから離れる方向に移動することにより前記ピストンを移動させる第2部材と、を備える請求項2に記載の電動ブレーキ制御装置。
  4. 前記第2部材は、前記電力源から前記モータに電力が供給されていない状態において、前記第1部材に対して相対移動しないものである請求項3に記載の電動ブレーキ制御装置。
  5. 前記上限クランプ力取得部は、前記電力源が蓄積する電力量に基づいて前記上限クランプ力を取得するものである請求項1から4のいずれかに記載の電動ブレーキ制御装置。
  6. 前記上限クランプ力取得部は、前記電力源が蓄積する電力量が大きいときは、小さいときに比べて、大きな前記上限クランプ力を取得するものである請求項1から5のいずれかに記載の電動ブレーキ制御装置。
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