JP4495621B2 - 車両用電動ブレーキ装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気アクチュエータで進退する摩擦部材を車輪と共に回転する回転部材に圧接して制動力を発生させる車両用電動ブレーキ装置に関する。

電動アクチュエータでパッドを押圧してディスクロータに摺接させる電気駆動ブレーキ装置が、パッドおよびディスクロータ間に生じるクリアランスをアクセルペダルがオンのときにオフのときよりも増大させることで、非制動時にパッドがロータに接触して起こる引きずり抵抗を低減しながら、制動応答性を向上させるものが、下記特許文献１により公知である。
特開２０００−１８２９３号公報

しかしながら上記特許文献１に記載されたものは、アクセルペダルがオンかオフかによってパッドおよびディスクロータ間のクリアランスを制御しているので、引きずり抵抗が大きくなる高車速時に前記クリアランスを充分に確保することができず、結果として燃費の節減効果が充分に得られないという問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、車両用電動ブレーキ装置の応答性の低下を最小限に抑えながら、回転部材および摩擦部材の接触による引きずり抵抗を最大限に減少させることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、電気アクチュエータで進退する摩擦部材を車輪と共に回転する回転部材に圧接して制動力を発生させる車両用電動ブレーキ装置において、アクセル開度を検出するアクセル開度センサと、車速を検出する車速センサとを備え、前記アクセル開度センサ及び前記車速センサからの信号に基づいて、ブレーキ非作動時における回転部材と摩擦部材とのクリアランスが、前記アクセル開度が大きいときほど広くなり且つ高車速時ほど広くなるように、電気アクチュエータで摩擦部材の位置を制御することを特徴とする電動ブレーキ装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前後輪のうちの後輪のみについて、ブレーキ非作動時における回転部材と摩擦部材とのクリアランスが高車速時ほど広くなるように、電気アクチュエータで摩擦部材の位置を制御することを特徴とする電動ブレーキ装置が提案される。

尚、実施例の電動モータＭは本発明の電気アクチュエータに対応し、実施例のブレーキパッド１４ａ，１４ｂは本発明の摩擦部材に対応し、実施例のブレーキディスク１３は本発明の回転部材に対応する。

請求項１の構成によれば、ブレーキ非作動時に、車輪と共に回転する回転部材と電気アクチュエータで進退する摩擦部材とのクリアランスが高車速時ほど広くなるように制御するので、摩擦部材と回転部材との接触により大きな引きずり抵抗が発生する高車速時に前記接触が発生し難くすることで、燃費の節減効果を高めることができ、一方、低車速時には前記クリアランスが狭くなるように制御するので、ブレーキの応答性の低下を最小限に抑えることができる。その上、アクセル開度が大きいときほど前記クリアランスが増加するよう制御するので、アクセル開度が大きく従ってドライバーが制動操作を行う意思が小さいときには、制動の応答性が問題にならないため、前記クリアランスを大きく設定して摩擦部材を回転部材に接触し難くすることで、その間の引きずり抵抗を低減して燃費の改善に寄与することができ、逆に、アクセル開度が小さく従ってドライバーが制動操作を行う意思が大きいときには、制動の応答性を優先する必要がある関係で、前記クリアランスを小さく設定して多少の引きずり抵抗の増加を容認しながら、制動の応答性を高めることができる。

請求項２の構成によれば、前後輪のうちの後輪のみについて、ブレーキ非作動時における回転部材と摩擦部材とのクリアランスが高車速時ほど広くなるように設定したので、高車速時に前輪に対して後輪の制動開始タイミングを遅らせることで、後輪のロックを抑制して車両挙動の安定を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図６は本発明の一実施例を示すもので、図１は電動停車ブレーキの機能を備えた電動ブレーキの横断面図、図２は図１の２−２線断面図、図３は図１の３−３線断面図、図４は電動停車ブレーキの作動時の作用説明図、図５は電動停車ブレーキの強制作動解除時の作用説明図、図６はクリアランス調整ルーチンのフローチャートである。

図１〜図３に示すように、電動停車ブレーキとしても使用可能な電動ブレーキは、ナックル等に図１の左右方向に移動自在に支持されたブレーキキャリパ１１を備えており、ブレーキキャリパ１１に図示せぬガイド手段で相互に接近・離反可能に支持された一対のバックプレート１２ａ，１２ｂの対向面に、車輪に固定されたブレーキディスク１３の両側面に当接可能なブレーキパッド１４ａ，１４ｂが設けられる。ブレーキキャリパ１１の本体部１１ａにはブレーキピストン１５が進退自在に支持されており、ブレーキピストン１５で一方のバックプレート１２ａの背面を押圧することで、その反力でブレーキキャリパ１１が図１の右方向に移動し、ブレーキキャリパ１１の本体部１１ａに架橋部１１ｂを介して接続された腕部１１ｃが他方のバックプレート１２ｂの背面を押圧することで、両ブレーキパッド１４ａ，１４ｂがブレーキディスク１３の両側面に当接して制動力を発生する。ブレーキピストン１５とブレーキキャリパ１１との間に防塵ブーツ１６が装着される。

ブレーキキャリパ１１の本体部１１ａに収納される電動モータＭは、本体部１１ａの内面に固定された複数のステータコイル１７…と、ステータコイル１７…の内部に軸線Ｌまわりに回転可能にボールベアリング１８で支持された円筒状のモータ出力軸１９と、モータ出力軸１９の外周面にステータコイル１７…の内周面に対向するように固定された複数の永久磁石２０…とを備える。モータ出力軸１９の内部に円筒状の雌ねじ部材２１が一対のボールベアリング２２，２３で相対回転自在に支持されており、ブレーキピストン１５の背面から軸線Ｌ上に一体に延びる雄ねじ部材２４との間に複数のボール２５…が配置される。これらの雌ねじ部材２１、雄ねじ部材２４およびボール２５…はボールねじ機構Ｓを構成する。

ブレーキキャリパ１１の本体部１１ａの内部に、電動モータＭおよびボールねじ機構Ｓを接続するようにプラネタリギヤ機構Ｐが配置される。軸線Ｌ上に配置されたプラネタリギヤ機構Ｐは、モータ出力軸１９に固定されたサンギヤ３１と、ボールねじ機構Ｓの雌ねじ部材２１に固定されたラチェットホイールを兼ねるプラネタリキャリヤ３２と、プラネタリキャリヤ３２の外周を囲むリングギヤ３３と、プラネタリキャリヤ３２にピニオンシャフト３４…を介して支持され、サンギヤ３１およびリングギヤ３３に同時に噛合する複数のピニオン３５…とを備える。プラネタリキャリヤ３２と本体部１１ａの内面との間には、ブレーキピストン１５がブレーキディスク１３から受ける制動反力を支持するためのスラストベアリング３６が配置される。

プラネタリギヤ機構Ｐはサンギヤ３１、プラネタリキャリヤ３２（ラチェットホイール）およびリングギヤ３３の三つの要素を備えており、その入力要素を構成するサンギヤ３１がモータ出力軸１９に固定され、その出力要素を構成するプラネタリキャリヤ３２が連結軸３７を介してボールねじ機構Ｓの雌ねじ部材２１に固定され、その固定要素を構成するリングギヤ３３がブレーキキャリパ１１の本体部１１ａに固定される。このとき、サンギヤ３１は軸線Ｌ上に配置された連結軸３７の外周に相対回転自在に支持される。

電動ブレーキは、それを電動停車ブレーキとして機能させるためのラチェット機構Ｒを備える。ラチェット機構Ｒは前記プラネタリキャリヤ３２（ラチェットホイール）と、中央部を支点ピン４１で揺動自在に枢支され、プラネタリキャリヤ３２のラチェット歯３２ａ…に係合可能なラチェット爪４２ａを一端部に有するラチェットポール４２と、ラチェット爪４２ａがラチェット歯３２ａ…から離脱する方向にラチェットポール４２を付勢する捩じりコイルばね４３と、ラチェットポール４２の一端側を押圧してラチェット爪４２ａをラチェット歯３２ａ…に係合させるソレノイド４４と、ラチェットポール４２の他端側を押圧可能なボルト４５とを備える。

図１に戻り、電子制御ユニットＵはブレーキペダル踏力センサＳａ、車速センサＳｂおよびアクセル開度センサＳｃからの信号に基づいて、電動モータＭの作動を制御する。

次に、上記構成を備えた本発明の実施例の作用を説明する。

電動ブレーキをサービスブレーキとして使用するときには、ブレーキペダル踏力センサＳａの出力に応じて電動モータＭを正転駆動すると、ロータ出力軸１９の回転がプラネタリギヤ機構Ｐのサンギヤ３１に入力され、リングギヤ３３が回転不能に固定されていることから、サンギヤ３１の回転がピニオン３５…、プラネタリキャリヤ３２および連結軸３７を介してボールねじ機構Ｓの雌ねじ部材２１に伝達される。雌ねじ部材２１が回転すると、それにボール２５…を介して係合する雄ねじ部材２１がブレーキピストン１５と共に前進し、ブレーキピストン１５がブレーキパッド１４ａ，１４ｂをブレーキディスク１３に当接させて制動力を発生する。また電動モータＭを逆転駆動するとブレーキピストン１５が後退し、ブレーキパッド１４ａ，１４ｂがブレーキディスク１３から離間して制動力が解除される。

電動ブレーキを電動停車ブレーキとして使用するときには、ドライバーがパーキングスイッチをＯＮすると、電動モータＭが正転してブレーキピストン１５が前進することで、前述したサービスブレーキの場合と同様の作用で制動力を発生する。所定の制動力が発生するとソレノイド４４が通電され、図４に示すように、ソレノイド４４に押圧されたラチェットポール４２が捩じりコイルばね４３の弾発力に抗して支点ピン４１まわりに反時計方向に揺動することで、ラチェットポール４２のラチェット爪４２ａがプラネタリキャリヤ３２のラチェット歯３２ａ…に係合する。

この状態で電動モータＭへの通電を停止すると、ブレーキディスク１３から受ける反力でブレーキパッド１４ａ，１４ｂが後退し、プラネタリキャリヤ３２が制動解除方向に回転しようとすることで、ラチェットポール４２のラチェット爪４２ａがプラネタリキャリヤ３２のラチェット歯３２ａ…に強く噛み合い、ソレノイド４４への通電を解除しても電動停車ブレーキは作動状態に保持される。

ドライバーがパーキングスイッチをＯＦＦすると、電動モータＭが一瞬だけ正転方向に駆動され、プラネタリキャリヤ３２が制動方向に僅かに回転する。その結果、ラチェットポール４２のラチェット爪４２ａがプラネタリキャリヤ３２のラチェット歯３２ａ…から離脱し、捩じりコイルばね４３の弾発力でラチェットポール４２が図３の位置へと時計方向に回転することで、プラネタリキャリヤ３２の拘束が解除される。すると、ブレーキディスク１３から受ける反力でブレーキパッド１４ａ，１４ｂが自動的に後退し、電動停車ブレーキの作動が解除される。このとき、ブレーキパッド１４ａ，１４ｂがブレーキディスク１３から受ける反力を補助するために、電動モータＭを逆転させても良い。

さて、電動停車ブレーキの作動中に電動モータＭがフェイルすると、ラチェット機構Ｒを係合解除できなくなって電動停車ブレーキが作動したままとなり、車両が走行できなくなる事態が発生する。このような場合に、図５に示すように、手動でボルト４５を回転させることでラチェットポール４２を押圧して支点ピン４１まわりに時計方向に揺動させ、ラチェットポール４２のラチェット爪４２ａをプラネタリキャリヤ３２のラチェット歯３２ａ…から強制的に離脱させることができる。これにより、電源の失陥を含む電動モータＭの作動不能時に、電動停車ブレーキの作動を解除できなくなる事態を回避することができる。

次に、図６に基づいて、電動ブレーキの非制動時におけるクリアランス制御について説明する。ここでいうクリアランスとは、ブレーキパッド１４ａ，１４ｂとブレーキディスク１３との間のクリアランスＬｆ，Ｌｒ（図１参照）を指すものとする。

図６のフローチャートのステップＳ１で電動ブレーキが非作動のとき、ステップＳ２でアクセル開度センサＳｂからアクセル開度Ａｐを読み込み、ステップＳ３で車速センサＳｃから車速Ｖｖを読み込む。ステップＳ４で車速Ｖｖが閾値Ｖｔｈを超えている場合には、ステップＳ５で前輪の電動ブレーキのクリアランスＬｆおよび後輪の電動ブレーキのクリアランスＬｒを、αをアクセル開度係数、βを車速係数として、それぞれ、
Ｌｆ＝α×Ａｐ
Ｌｒ＝α×Ａｐ＋β×Ｖｖ
により算出する。

また前記ステップＳ４で車速Ｖｖが閾値Ｖｔｈ以下である場合には、ステップＳ６で前輪の電動ブレーキのクリアランスＬｆおよび後輪の電動ブレーキのクリアランスＬｒを、それぞれ、
Ｌｆ＝α×Ａｐ
Ｌｒ＝α×Ａｐ
により算出する。

そしてステップＳ７で電子制御ユニットＵは前記クリアランスＬｆ，Ｌｒが発生するように電動モータＭの作動を制御する。

その結果、車速の大小に関わらず、アクセル開度Ａｐが大きいほどクリアランスＬｆ，Ｌｒが増加することになる。アクセル開度Ａｐが大きいということはドライバーが制動操作を行う意思が小さいということで、そのときには制動の応答性が問題にならないため、クリアランスＬｆ，Ｌｒを大きく設定してブレーキパッド１４ａ，１４ｂがブレーキディスク１３に接触し難くすることで、ブレーキの引きずり抵抗を低減して燃費の改善に寄与することができる。逆に、アクセル開度Ａｐが小さいか、あるいはゼロということはドライバーが制動操作を行う意思が大きいということで、そのときには制動の応答性を優先する必要があるため、クリアランスＬｆ，Ｌｒを小さく設定して多少の引きずり抵抗の増加を容認しながら、制動の応答性を高めることができる。

また高車速時には、後輪の電動ブレーキに限り、アクセル開度Ａｐに依存する項（α×Ａｐ）に車速Ｖｖに依存する項（β×Ｖｖ）を加算してクリアランスＬｒを算出している（ステップＳ５参照）。その結果、ドライバーがブレーキペダルを踏み込んだときに、先ずクリアランスＬｆが小さい前輪の電動ブレーキが作動し、クリアランスＬｒが車速Ｖｖに依存する項（β×Ｖｖ）の分だけ大きい後輪の電動ブレーキが遅れて作動する。このように、高車速時に前輪に対して後輪の制動開始タイミングを遅らせることで、緊急制動時の後輪のロックを抑制して車両挙動の安定を図ることができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例の電動ブレーキはサービスブレーキを駐車ブレーキに兼用しているが、本発明は専用のサービスブレーキに対しても適用することができる。

電動停車ブレーキの機能を備えた電動ブレーキの横断面図 図１の２−２線断面図 図１の３−３線断面図 電動停車ブレーキの作動時の作用説明図 電動停車ブレーキの強制作動解除時の作用説明図 クリアランス調整ルーチンのフローチャート

Ｌｆ クリアランス
Ｌｒ クリアランス
Ｍ 電動モータ（電気アクチュエータ） １３ ブレーキディスク（回転部材）
１４ａ ブレーキパッド（摩擦部材）
１４ｂ ブレーキパッド（摩擦部材）

Claims (2)

1. 電気アクチュエータ（Ｍ）で進退する摩擦部材（１４ａ，１４ｂ）を車輪と共に回転する回転部材（１３）に圧接して制動力を発生させる車両用電動ブレーキ装置において、
   アクセル開度（Ａｐ）を検出するアクセル開度センサ（Ｓｂ）と、
   車速（Ｖｖ）を検出する車速センサ（Ｓｃ）とを備え、
   前記アクセル開度センサ（Ｓｂ）及び前記車速センサ（Ｓｃ）からの信号に基づいて、ブレーキ非作動時における回転部材（１３）と摩擦部材（１４ａ，１４ｂ）とのクリアランス（Ｌｆ，Ｌｒ）が、前記アクセル開度（Ａｐ）が大きいときほど広くなり且つ高車速時ほど広くなるように、電気アクチュエータ（Ｍ）で摩擦部材（１４ａ，１４ｂ）の位置を制御することを特徴とする車両用電動ブレーキ装置。
2. 前後輪のうちの後輪のみについて、ブレーキ非作動時における回転部材（１３）と摩擦部材（１４ａ，１４ｂ）とのクリアランス（Ｌｆ，Ｌｒ）が高車速時ほど広くなるように、電気アクチュエータ（Ｍ）で摩擦部材（１４ａ，１４ｂ）の位置を制御することを特徴とする、請求項１に記載の車両用電動ブレーキ装置。

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