JP2018184095A - 異常判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】摩耗警告音を発生させることなくブレーキライニングが摩耗した異常状態を判定する技術を提供する。【解決手段】Ｓ１１０では、各タイヤのブレーキ温度、車速、ブレーキ信号のオンオフおよび制動時間を取得する。Ｓ１２０では、タイヤ毎に、単位時間当たりのブレーキ温度の変化ΔＴｎを算出する。Ｓ１３０では、ブレーキ制動中であるか否かを判断する。ブレーキ制動中であれば、Ｓ１４０にて、車速および制動時間に基づき、制御テーブルを用いて変化上限値ＴＨを設定する。Ｓ１５０では、タイヤ毎に、ΔＴｎ＞ＴＨであるか否かを判断する。いずれか一つのタイヤでもΔＴｎ＞ＴＨであれば、ブレーキライニング５３が許容量を超えて摩耗した異常状態であるとして、Ｓ１６０に移行する。Ｓ１６０では、異常状態が検出されたことを、警告装置４および表示デバイス３４を介して報知する。【選択図】図５

Description

本開示は、ドラムブレーキにおいてライニングの摩耗を検出する技術に関する。

特許文献１には、トラック、バス、トレーラ等の大型車両で使用されるドラムブレーキにおいて、ブレーキライニングの摩耗をドライバーに通知する技術がとして、ブレーキシューにおけるブレーキライニングの取り付け面に凸部を形成することが開示されている。つまり、ブレーキライニングが許容量を超えて摩耗すると、凸部がブレーキドラムに当接して摩耗警告音が発生するため、この摩耗警告音によって、ブレーキライニングの交換時期をドライバーに通知することができる。

実開平０５−０２５０４１号公報

しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、トレーラのような大型車両については、ドライバーとブレーキの距離が離れているため、摩耗警告音が発生していても、ドライバーが気付かない場合があるという課題が見出された。また、発明者は、凸部をブレーキドラムに当接させることは、ブレーキドラムの損傷にも繋がるという課題も見出した。

本開示は、摩耗警告音を発生させることなくブレーキライニングが摩耗した異常状態を判定する技術を提供することにある。

本開示の異常判定装置は、温度検出部（２）と、判定部（３３）と、報知部（４，３４）とを備える。
温度検出部は、車軸と連動するブレーキドラム（５１）にブレーキライニング（５３）を押し付けることで制動力を生じさせるドラムブレーキ（５）の温度を検出する。判定部は、ドラムブレーキを作動させたときに温度検出部にて検出される温度であるブレーキ温度の単位時間当たりの変化が、予め設定された変化上限値を超えているか否かを判定する。報知部は、判定部にてブレーキ温度の単位時間当たりの変化が変化上限値を超えていると判断された場合に、異常の発生を報知する。なお、変化上限値は、ブレーキライニングの摩耗が予め設定された許容量以内であるときに、温度検出部にて検出され得るブレーキ温度の単位時間当たりの変化の上限値である。

このような構成によれば、ブレーキドラムから摩耗警告音を発生させることなく、即ち、ドラムブレーキを損傷させることなく、ブレーキライニングが摩耗した異常状態をドライバーに認識させることができる。また、ブレーキライニングの状態を、ブレーキライニングを直接目視することで確認する必要がないため、長距離運転中や長い下り坂を走行中等にブレーキライニングの摩耗が生じた場合でも、リアルタイムに異常状態を検出し、ドライバーに警告することができる。これにより、今までドライバーが知ることが困難であったライニング交換時期を、ドライバーに知らせることができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

異常判定システムの全体構成およびシステムを構成する各部の配置を示すブロック図である。 ドラムブレーキの構成を示す説明図である。 温度検出部の取り付け位置を示す説明図である。 判定装置の構成を示すブロック図である。 異常判定処理のフローチャートである。 変化上限値テーブルの内容を例示する説明図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．全体構成］
異常判定装置１は、トラック、バス等の自動車や、自動車に牽引されるトレーラ等の被牽引車両に搭載することができる。異常判定装置１は、車両が有する各車軸の両端に設けられたドラムブレーキの異常を判定する。ここでは、ドラムブレーキの異常として、ライニングが許容量を超えて摩耗した異常状態であるか否かを少なくとも判定する。以下、異常判定装置１をトレーラに適用した例について説明する。

図１に示すように、トレーラ１０は、トラクタヘッド１１の後方に連結して牽引されるものである。トレーラ１０は、両端にタイヤが取り付けられた３本の車軸を有する。また、各車軸の両端には、それぞれドラムブレーキ５が設けられている。

［１−１．ドラムブレーキ］
ドラムブレーキ５は、図２に示すように、ブレーキドラム５１、ブレーキシュー５２、ブレーキライニング５３、Ｓカム５４、リターンスプリング５５を備える。

ブレーキドラム５１は、底面が除去された円筒状の部材である。ドラムは、車軸に連結されタイヤと共に回転するように構成されている。
ブレーキシュー５２は、円弧状に形成された部位を有する部材である。ブレーキシュー５２は、一つのドラムブレーキ５に二つ設けられる。一対のブレーキシュー５２は、円弧状の部位が、ドラムの内周壁と一定の隙間をあけて対向する位置に配置され、それぞれの一端が、アンカピンによって回動自在に軸支されている。以下では、ブレーキシュー５２において、アンカピンによって軸支されている端部とは反対側の端部を開放端という。

ブレーキライニング５３は、ブレーキシュー５２の円弧状に形成された部位、即ち、ブレーキシュー５２のブレーキドラム５１との対向面に取り付けられる。ブレーキライニング５３は、ブレーキシュー５２によって、ブレーキドラム５１の内周壁に押し付けられることによって制動力を発生させる。ブレーキライニング５３は、各ブレーキシュー５２に対して２枚ずつ取り付けられる。ここでは、同じブレーキシュー５２に取り付けられる二つのブレーキライニング５３は、両者の間にブレーキシュー５２が露出する部位（以下、露出部位５２１）が形成されるように、数ｍｍ〜十数ｍｍ程度離して配置される。

Ｓカム５４は、一対のブレーキシュー５２の開放端にそれぞれ接触する回動自在に取り付けられたＳ字状の部材である。そして、ブレーキペダルが踏み込まれると、アクチュエータ５４１が、一対のブレーキシュー５２の開放端間を広げる方向、即ち、ブレーキライニング５３をブレーキドラム５１に押し付ける方向に、Ｓカム５４を回動させる。その結果、ブレーキライニング５３とブレーキドラム５１との間で発生する摩擦力によって制動が行われる。

リターンスプリング５５は、一対のブレーキシュー５２の開放端の間に接続される。そして、ブレーキペダルの踏み込みが解除されると、アクチュエータ５４１が、一対のブレーキシュー５２の開放端の間を狭める方向に、Ｓカム５４を回動させる。その結果、リターンスプリング５５の付勢力により、ブレーキライニング５３は、ブレーキドラム５１とは隙間をおいた位置に保持されることで制動が解除される。ここではＳカム５４を用いた例を示したが、Ｓカム５４、トレーラで採用されることが多く、トラックでは、Ｓカム５４の代わりにウエッチが採用されることが多い。

［１−２．異常判定装置］
図１に戻り、トレーラ１０は、複数の温度検出部２と、判定部３と、警告装置４と、車載機器群６とを備え、これらが、異常判定装置１を構成する。

温度検出部２は、トレーラ１０が有する複数のドラムブレーキ５のそれぞれに設けられている。温度検出部２は、図３に示すように、ブレーキドラム５１とブレーキシュー５２との間に配置される。ここでは、温度検出部２は、ブレーキシュー５２の露出部位５２１に取り付けられ、ブレーキシュー５２の温度を検出することによって、ドラムブレーキ５の温度を検出する。温度検出部２は、一つのドラムブレーキ５が有する一対のブレーキシュー５２のうちの一方に取り付けられる。但し、一対のブレーキシュー５２の両方に取り付けられていてもよい。温度検出部２は、周囲の温度によって抵抗値が変化する熱電対を含む周知の温度センサである。

温度検出部２は、その厚さがブレーキライニング５３より薄く形成されている。つまり、ブレーキライニング５３が摩耗していない状態では、ブレーキドラム５１と接することがないが、摩耗によりブレーキライニング５３の厚さが温度検出部２の厚さと同程度以下になると、ブレーキドラム５１と接触して温度検出部２は破壊されてしまう可能性がある。温度検出部２が破壊されることがないブレーキライニング５３の摩耗量の上限値を、以下では摩耗の許容量という。

図１に戻り、警告装置４は、トレーラ１０の前端、即ち、トラクタヘッド１１との境界付近で、トラクタヘッド１１に乗車中のドライバーがサイドミラーを介して視認することが可能な位置に設置されている。

車載機器群６は、車両の挙動を表す信号（以下、挙動信号）を検出または伝送する機器である。車載機器群６が提供する挙動信号には、ブレーキ信号および車速が少なくとも含まれている。車速は、トラクタヘッド１１のタイヤに設けられた車速センサから得られる情報を用いて求める以外に、車両に搭載されたＧＰＳ受信機や加速度センサから得られる情報を用いて求めるようにしてもよい。ＧＰＳは、グローバルポジショニングシステムの略語である。

判定部３は、トレーラ１０下部の作業し易い場所に設置された制御ボックス内に設置される。判定部３は、図４に示すように、複数のＡＤ変換部３１、情報取得部３２、演算部 ３３、表示デバイス３４を備える。

複数のＡＤ変換部３１は、複数の温度検出部２のそれぞれに対応づけて設けられている。ＡＤ変換部３１は、対応づけられた温度検出部２からの検出信号をデジタルデータに変換して演算部３３に供給する。

情報取得部３２は、車載機器群６からブレーキ信号や車速を取得して演算部３３に供給する。
表示デバイス３４は、液晶パネルを含み、各タイヤの異常を判定した結果を、その異常が発生した部位と共に表示するように構成されている。

演算部３３は、ＣＰＵ３３１と、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ（以下、メモリ３３２）と、を有する周知のマイクロコンピュータを中心に構成される。演算部３３の各種機能は、ＣＰＵ３３１が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ３３２が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。なお、演算部３３を構成するマイクロコンピュータの数は１つでも複数でもよい。

演算部３３は、ＣＰＵ３３１がプログラムを実行することにより、複数のＡＤ変換部３１および情報取得部３２から得られる情報に従ってブレーキの異常を判定し、判定結果を警告装置４や表示デバイス３４を介して報知する異常判定処理を少なくとも実行する。演算部３３の機能を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部の要素について、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現してもよい。例えば、上記機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路は多数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現してもよい。

［２．処理］
次に、演算部３３が実行する異常判定処理について、図５のフローチャートを用いて説明する。本処理は、予め設定された間隔Ｃ（例えば、１００ｍｓ）で周期的に実行される。本処理が実行される周期を処理サイクルという。

本処理が起動すると、演算部３３は、Ｓ１１０にて、複数のＡＤ変換部３１および情報取得部３２を介して各種情報を取得する。取得する情報には、各タイヤのブレーキ温度、車速、ブレーキ信号のオンオフおよびブレーキ信号がオンである場合はその継続時間（以下、制動時間）が含まれる。

Ｓ１２０では、タイヤ毎に、ブレーキ温度の変化ΔＴ_ｎを算出する。具体的には、今回の処理サイクルで取得したブレーキ温度をＴ_ｎ、前回の処理サイクルで取得したブレーキ温度をＴ_ｎ−１として、ブレーキ温度の変化ΔＴ_ｎを（１）式によって求める。ｎは、処理サイクルを識別するパラメータである。

ΔＴ_ｎ＝（Ｔ_ｎ−Ｔ_ｎ−１） （１）
つまり、ΔＴ_ｎは、処理サイクルの間隔Ｃを単位時間として、単位時間当たりのブレーキ温度の変化、即ち、ブレーキ温度の変化率、あるいはブレーキ温度の変化を表すグラフの傾きを表している。なお、ブレーキライニング５３とブレーキドラム５１との摩擦で生じた摩擦熱は、ブレーキライニング５３が薄いほど、ブレーキシュー５２、ひいては温度検出部２に伝わり易くなる。従って、ブレーキ温度の変化ΔＴ_ｎは、ブレーキライニング５３の摩耗が進行するに従って大きな値となる。

Ｓ１３０では、ブレーキ制動中であるか否かを判断する。ブレーキ制動中であるか否かは、Ｓ１１０にて取得したブレーキ信号に従って判断する。ブレーキ信号がオンであればブレーキ制動中であると判断してＳ１４０に移行する。ブレーキ信号がオフであればブレーキ制動中ではないと判断してＳ１５０に移行する。

Ｓ１４０では、変化上限値ＴＨを設定する。変化上限値ＴＨは、正常であるとみなすことができるブレーキ温度の変化の上限値である。変化上限値ＴＨは、Ｓ１１０にて取得した車速および制動時間に基づき、メモリ３３２に記憶されている制御テーブルを用いて設定する。制御テーブルは、図６に示すように、制動開始時の車速と制動時間の組み合わせで定義される制動パターン毎に、変化上限値ＴＨを対応付けたものである。制動パターンは、ブレーキライニング５３とブレーキドラム５１との間に生じる摩擦の程度を定量的に示している。変化上限値ＴＨは、摩擦の程度が大きいほど大きな値となるように設定される。摩擦の程度は、車速が高いほど、また、制動時間が長いほど大きくなる。制御テーブルは、ブレーキライニング５３が新品である状態の時、あるいはブレーキライニング５３が許容量まで摩耗した状態の時のブレーキ温度の変化ΔＴの実測値等に基づいて、予め設定されたものを用いる。

Ｓ１５０では、タイヤ毎に、Ｓ１２０で求めたブレーキ温度の変化ΔＴ_ｎが、Ｓ１４０で設定された変化上限値ＴＨより大きいか否かを判断する。いずれか一つのタイヤでもΔＴｎ＞ＴＨであると判定された場合、ブレーキライニング５３が許容量を超えて摩耗した異常状態であるとして、Ｓ１６０に移行する。すべてのタイヤがΔＴｎ≦ＴＨであると反転された場合、ブレーキライニング５３の摩耗は許容範囲内にある正常状態であるとして、本処理を終了する。

Ｓ１６０では、異常状態が検出されたことを、警告装置４および表示デバイス３４を介して報知する報知処理を行って、本処理を終了する。具体的には、警告装置４を作動させると共に、表示デバイス３４に、異常が検出された部位や異常の内容について表示する。これら報知処理により設定された警告装置４や表示デバイス３４の表示状態は、判定部３に設けられた図示しないリセットスイッチが操作されるまで保持される。

［３．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（３ａ）異常判定装置１では、ブレーキ制動による単位時間当たりのブレーキ温度の変化ΔＴを検出し、変化上限値ＴＨと比較して、著しく温度上昇が早くなった場合に、ブレーキライニング５３の摩耗が許容量を超えた異常状態であると判定している。また、異常状態であると判定した場合、警告装置４による報知を行うと共に、表示デバイス３４に異常の発生位置等を表示する。

従って、異常判定装置１によれば、ブレーキドラム５１から摩耗警告音を発生させることなく、即ち、ドラムブレーキ５を損傷させることなく、ブレーキライニング５３が摩耗した異常状態をドライバーに認識させることができる。

（３ｂ）異常判定装置１では、ブレーキライニング５３の状態を、ブレーキライニング５３を目視することで直接確認する必要がなく、しかも、警告装置４は、サイドミラーを介して視認できる位置に配置されている。このため、長距離運転中や長い下り坂を走行中等にブレーキライニングの摩耗が生じた場合でも、リアルタイムに異常状態を検出し、ドライバーに警告することができる。これにより、今までドライバーが知ることが困難であったライニング交換時期を、ドライバーに知らせることができる。

（３ｃ）異常判定装置１では、警告装置４だけでなく、異常状態の内容に関する情報を表示デバイス３４に表示させている。従って、表示デバイス３４を確認することで、異常状態の詳細を容易に把握できるため、メンテナンス性を向上させることができる。例えば、大型車両は軸数（ひいてはタイヤ数）が多くブレーキ数も多いが、表示デバイス３４を確認することで、どのブレーキが故障しているかを、速やかに特定することができる。

（３ｄ）異常判定装置１では、挙動情報から特定される制動パターンに従って変化上限値ＴＨを可変設定するため、車両の挙動に関わらず異常状態を精度よく検出することができる。

（３ｅ）異常判定装置１では、また、表示デバイスには、異常の検出部位や異常の内容が表示されるため、整備が必要な箇所や整備の内容を簡単に特定することができ、メンテナンス性を向上させることができる。

［４．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（３ａ）上記実施形態では、温度検出部２がブレーキシュー５２の露出部位５２１に取り付けられているが、これに限定されるものではない。例えば、温度検出部２は、ブレーキライニング５３に埋め込まれていてもよい。また、温度検出部２は、ブレーキドラム５１側に設けられていてもよい。但し、この場合、ブレーキ温度を無線にて送受信する必要があり、例えば、既存のＴＰＭＳ装置を用いてもよい。ＴＰＭＳは、タイヤ空気圧監視システム、即ち、Tire Pressure Monitoring Systemの略語である。

（３ｂ）上記実施形態では、温度検出部２がドラムブレーキ５の一部と接触するように配置され、摩擦によって発熱するドラムブレーキ５そのものの温度を検出しているが、これに限定されるものではない。例えば、発熱するドラムブレーキ５の影響を受けて温度変化が検出される部位の温度、即ち、ドラムブレーキ５の周辺温度を検出するようにしてもよい。

（３ｃ）上記実施形態では、温度検出部２として熱電対を含む温度センサを用い、処理サイクルでのブレーキ温度の温度差からΔＴ_ｎを求めているが、これに限定されるものではない。例えば、温度検出部２として、作動温度の異なる一対のサーモスタットを用い、これら一対のサーモスタットの作動温度、および作動タイミングの差からΔＴ_ｎを求めてもよい。

（３ｄ）上記実施形態では、変化上限値ＴＨの設定に用いる制御テーブルとして、予め設定されたものを用いているが、これに限定されるものではない。例えば、ブレーキライニング５３の取り付け後又は取り替え後に、予め設定された一定期間の間に計測されるブレーキ温度に基づいて、制御テーブルを制動パターン毎に設定更新するように構成してもよい。

（３ｅ）上記実施形態では、判定部３は、温度検出部２が検出するブレーキ温度に基づいて、ブレーキライニング５３の異常状態を検出しているが、これに限定されるものではない。ブレーキライニング５３の異常状態に加えて、例えば、ブレーキの引き摺り等を検出するように構成してもよい。つまり、ブレーキの引き摺り等を検出する既存の装置と、温度検出部２を共用してもよい。

（３ｆ）上記実施形態では、異常の報知を、警告装置４や表示デバイス３４を用いて行っているが、これに限定されるものではない。例えば、スピーカ等を用いて聴覚的に、異常の報知を行うように構成してもよい。また、スマートフォン等を用いて、警告や修理等に必要な情報を通知するように構成してもよい。

（３ｇ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

（３ｈ）上述した異常判定装置１の他、当該異常判定装置１を構成要素とするシステム、当該異常判定装置１としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、ブレーキライニングの摩耗判定方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１…異常判定装置、２…温度検出部、３…判定部、４…警告装置、５…ドラムブレーキ、６…車載機器群、１０…トレーラ、１１…トラクタヘッド、３１…ＡＤ変換部、３２…情報取得部、３３…演算部、３４…表示デバイス、５１…ブレーキドラム、５２…ブレーキシュー、５３…ブレーキライニング、５４…Ｓカム、５５…リターンスプリング、３３１…ＣＰＵ、３３２…メモリ、５２１…露出部位、５４１…アクチュエータ。

Claims (5)

1. 車軸と連動するブレーキドラム（５１）にブレーキライニング（５３）を押し付けることで制動力を生じさせるドラムブレーキ（５）の温度を検出するように構成された温度検出部（２）と、
   前記ドラムブレーキを作動させたときに前記温度検出部にて検出される温度であるブレーキ温度の単位時間当たりの変化が、予め設定された変化上限値を超えているか否かを判定するように構成された判定部（３３）と、
   前記判定部にて前記ブレーキ温度の単位時間当たりの変化が前記変化上限値を超えていると判断された場合に、異常の発生を報知するように構成された報知部（４，３４）と、
   を備え、
   前記変化上限値は、前記ブレーキライニングの摩耗が予め設定された許容量以内であるときに、前記温度検出部にて検出され得る前記ブレーキ温度の単位時間当たりの変化の上限値である、
   異常判定装置。
2. 請求項１に記載の異常判定装置であって、
   車速または制動時間のすくなくとも一方を含む挙動情報を取得する情報取得部（３２）を更に備え、
   前記変化上限値は、前記挙動情報を用いて定義される制動パターン毎に設定されるように構成されている、異常判定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の異常判定装置であって、
   前記変化上限値は、前記ブレーキライニングの取り付け後又は取り替え後に、予め設定された一定期間の間、前記ブレーキ温度を計測することで設定されるように構成されている、摩耗検出装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の異常判定装置であって、
   前記温度検出部は、前記ブレーキ温度からブレーキの引き摺りを検出する装置と共用するように構成されている、異常判定装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の異常判定装置であって、
   前記温度検出部は、前記ブレーキライニングが取り付けられるブレーキシュー（５２）と前記ブレーキドラムの間に配置されている、異常判定装置。