JP2005133941A

JP2005133941A - ディスクブレーキの制御システム及び方法

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Publication number: JP2005133941A
Application number: JP2004300970A
Authority: JP
Inventors: Martin P Taylor; マーティン・ピー・テイラー; Mark A Norman; マーク・エイ・ノーマン
Original assignee: Meritor Heavy Vehicle Braking Systems UK Ltd
Current assignee: Meritor Heavy Vehicle Braking Systems UK Ltd
Priority date: 2003-10-16
Filing date: 2004-10-15
Publication date: 2005-05-26
Also published as: EP1524449B1; DE602004012815D1; CN1609738A; EP1524449A1; DE602004012815T2; US7152716B2; US20050082122A1; BRPI0404375A; ATE391248T1; GB0324243D0

Abstract

【課題】ブレーキにおいて、重量、動力消費量、及び材料コストを低減すること。
【解決手段】ディスクブレーキ調節機構用の制御システムであって、コントローラと、調節機構と作用可能に接続し、ブレーキが作動されていないとき、ロータと摩擦ライニングとの間の所定のランニングクリアランスを維持し得るように摩擦ライニングをディスクブレーキロータに向けて且つディスクブレーキロータから離れるように駆動する電気調節モータとを備え、制御システムがブレーキ変位量測定手段を更に備え、コントローラが、ロータとの接触によって摩擦ライニングに所定の荷重が加えられたときのブレーキ変位量を決定し得るようにプログラム化され、所定の荷重が、電気調節モータ又は調節機構のパラメータから決定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディスクブレーキ、特に、ディスクブレーキの調節機構用の制御システム及び制御方法に関する。

クリアランス減少動作及びブレーキの作動ストロークを監視するセンサからの信号に基づいてブレーキロータに対する摩擦ライニングのランニングクリアランス（ｒｕｎｎｉｎｇｃｌｅａｒａｎｃｅ）を制御するため電気モータを提供することは既に周知である。既知のシステムは、「自動調節装置」として知られる従来のブレーキクリアランス制御装置の機械的作用を模する傾向にある。かかる調節装置において、多少の程度の空動きを有するクラッチが提供され、この場合、自由動作の程度は、許容可能な最大のランニングクリアランスと等価的である。ランニングクリアランス（ｌｉｎｉｎｇｃｌｅａｒａｎｃｅ）がこの許容可能な最大のクリアランス以上となる程に摩擦ライニングが摩擦するならば、ブレーキが作動したとき、自由なランニングクリアランスは「吸収され」、また、余剰なライニングクリアランスに起因する、更なる追加的な自由動作はクラッチを回転させる。回転は、摩擦ライニングが戻るための逆回転防止装置（ｂａｃｋｓｔｏｐ）又は基準位置を動かし、これにより、摩擦ライニングが磨耗するのに伴い、ライニングをブレーキロータに向けて漸進的に前進させる効果がある。摩擦ライニングがロータに接触するとき、システムの増加した荷重によりクラッチは滑り、調節装置の更なる望ましくない調節及び（又は）過荷重を防止する。かかる機械式の自動調節装置は当該技術分野にて周知である。

本発明が対象とする型式のブレーキにおいて、重量、動力消費量（電気か又は空気圧であるかを問わず）、及び材料コストを低減することが重要である。残念なことに、機械型式の自動調節装置を有し又は機械的作用を模する電気式調節装置さえも有する従来のブレーキにおいて、調節装置と関係した機構の強度は極めて大きくなければならない。その理由は、実際のブレーキ調節は、ブレーキを解放する間ではなくて、ブレーキが作動されつつある間でのみ行われるからである。上述した「滑りキャリパ」型のブレーキにおいて、荷重は一側部にのみ直接加えられるのが一般的である。キャリパフレームは、滑ってロータの反体側部に荷重を加える。この荷重は、双方の摩擦ライニングがロータと完全に接触する前に、存在する。このため、調節装置の駆動列は、この荷重を通じて駆動し得なければならない。

欧州特許明細書第ＥＰ０９９５９２３号（メリトール・オートモーティブ（ＭｅｒｉｔｏｒＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅ）インコーポレーテッド）からブレーキが作動したとき及びランニングクリアランスが狭くなったときを決定するためディスクブレーキの作動軸（「ｏｐ−ｓｈａｆｔ」）の入力端に配置された圧力センサを使用することも既知である。ランニングクリアランスが狭くなったときの作動軸の位置を測定し、ブレーキを解放したとき、電気モータ駆動の調節機構が摩擦ライニングが戻り得るように基準位置を動かし、摩擦ライニングが磨耗するに伴い一定のランニングクリアランスを維持することができる。

本発明は、従来の技術の問題点を解決し、又は少なくとも緩和しようとするものである。

本発明の１つの特徴は、ディスクブレーキ調節機構用の制御システムであって、コントローラと、調節装機構と作用可能に接続し、ブレーキが作動されていないとき、ロータと摩擦ライニングとの間の所定のランニングクリアランスを維持し得るように摩擦ライニングをディスクブレーキロータに向けて且つディスクブレーキロータから離れるように駆動する電気調節モータとを備え、制御システムがブレーキ変位量測定手段を更に備え、コントローラが、ロータとの接触によって摩擦ライニングに所定の荷重が加えられたときのブレーキ変位量を決定し得るようにプログラム化され、所定の荷重が電気調節モータ又は調節機構のパラメータから決定され、ブレーキを解放する間のブレーキの変位量を測定し得るようにプログラム化された制御システムを提供する。

本発明の別の特徴は、ブレーキアクチュエータと、摩擦ライニングと、ロータと、ブレーキ変位量センサと、コントローラと、電気調節モータを含む調節機構とを備えるブレーキにおいて摩擦ライニングにて所定の荷重が加えられるときのブレーキの変位量を決定する方法であって、ブレーキを解放する間、ロータと摩擦ライニングとの間に作用する力がある間にモータの駆動装置に信号を送るステップと、摩擦ライニングに所定の荷重が加えられたかどうかを決定すべくモータ又は調節機構のパラメータを監視するステップと、荷重が加えられたときのブレーキの変位量を決定するステップとを備える方法を提供する。

本発明の更なる特徴は、ディスクブレーキ調節機構用の制御システムであって、コントローラと、調節機構と作用可能に接続し、ブレーキが作動されていないとき、ロータと摩擦ライニングとの間の所定のランニングクリアランスを維持し得るように摩擦ライニングをディスクブレーキロータに向けて且つディスクブレーキロータから離れるように駆動する電気調節モータとを備え、制御システムがブレーキ変位量測定手段を更に備え、コントローラが、ロータとの接触によって摩擦ライニングに所定の荷重が加えられたときのブレーキ変位量を決定し得るようにプログラム化され、所定の荷重が電気調節モータ又は調節機構のパラメータから決定され、ロータの回転を遅らせ得るようにブレーキを作動させるべく作用可能な別個のアクチュエータを更に備える制御システムを提供する。

本発明は、添付図面を参照しつつ、単に一例としてのみ以下に更に説明する。

図１のブレーキ８は、ブレーキが掛けられる乗物（図示せず）の車軸に取り付けられた円板又はロータ１２を跨ぐキャリパハウジング１０を備える型式のものである。ブレーキは、空気シリンダ（図３の１５）のような入力アクチュエータの機械的動きによって作動される。かかるアクチュエータは、ブレーキ作動の分野にて周知である。アクチュエータは、ブレーキ８の作動軸すなわち「作動軸（ｏｐ−ｓｈａｆｔ）」１４の外端と協働する。作動軸１４の内端は、内側ハウジング部分１６の下端に取り付けられた軸受に担持されている。作動軸１４の内端は、作動軸の回転軸線に対し偏心状に配置された空所を有しており、該空所は、回転時、反力がころ２０に伝導されるようにする。一方、ころ２０は、加えられた荷重を１対の隔てられた内側タペット部材２２に伝導する。これらの内側タペット部材２２は、関係する外側タペット部材２４と係合するようにねじ込まれ、該外側タペット部材２４は、入力荷重をアクチュエータから内側ブレーキライニング２６の後部に付与し、これにより、内側摩擦ライニング２６の摩擦材料を加圧して円板１２と摩擦係合させる。

円板１２と内側ブレーキライニング２６との間のこの摩擦係合を通じて反力が発生され、この反力は、タペット２２、２４、ころ２０及び内側ハウジング部分１６により支持された作動軸１４を通じて送り返される。内側ハウジング部分１６は、架橋ボルト３０、３２により外側ハウジング部分２８に固定される。このように、作動軸１４の動きによって発生されて付与される力は、最終的に、反力手段により外側ハウジング部分２８に伝導される一方、該外側ハウジング部分２８は、外側摩擦ライニング３４を加圧して円板すなわちディスク１２と摩擦係合させる。このため、円板１２は、作動軸１４が動いたとき、内側摩擦ライニング２６と外側摩擦ライニング３４との間で締め付けられ、付与された入力動作の制御に基づいて乗物にブレーキを掛けるブレーキ力を発生させる。

図１に示すように、ブレーキは、また、単に一例として、多段遊星ギアボックスとして本明細書に示した減速ギアボックス４２を介して入れ子式タペット組立体の一部を駆動し得るようにされた電気モータ４０も有しており、伸縮自在すなわち入れ子式タペット組立体は、回転時、モータの回転方向に従ってタペット組立体の全長を長くし又は短くする作用を果たす。かかる伸長又は収縮は、ブレーキ掛け部材の休止位置、従って、摩擦ライニングとブレーキロータ円板との間にて利用可能なクリアランスを調節することになる。モータ４０、ギアボックス４２及びタペット部材２２、２４は共にブレーキの調節機構を構成する。

調節時に動くタペット組立体の一部により駆動されるロータリエンコーダ４４も示されている。エンコーダは、電子制御装置（ＥＣＵ）８０にて処理し得るようにされた信号を発生させ、ここで、エンコーダからの出力は、保存して調節機構の合計位置、従って合計移動量の測定値を提供し、この出力は、摩擦ライニングの実際の磨耗状態に比例する。

以下により詳細に説明するように、ブレーキが解放されたと決定されたならば、ＥＣＵ８０は、その得られたクリアランスのデータを使用してクリアランスの調節が必要かどうかを決定する。かかる調節が必要であるならば、次に、モータ４０は新たな位置まで駆動される。図２から理解し得るように、モータの出力はサイクロイドギアボックス組立体４２を通じて内側タペット部材２２と関係した歯車形状体４８に駆動する。内側タペット部材２２は、回転しないように保持された外側タペット部材２４とねじで係合する。内側タペット部材が回転すると、タペット組立体の全体が伸長し又は収縮する。摩擦の程度が２つのねじ付き部材の間にて大幅に減少するから、上述した効果を発生させるためタペット組立体を駆動するのに必要なトルクは、タペット組立体が何ら実質的な軸方向荷重を受けないとき、実質的に小さくなることを理解すべきである。調節動作を生じさせるのに必要なトルクがブレーキを掛けたときのトルクに比して実質的に小さいことに鑑みれば、ギアボックス及びタペット駆動装置は、この場合、実質的により軽量な材料にて製造することができる。

図４には、制御システムの電気構成要素が概略図的に示されている。システムの心臓部は、ロータリエンコーダ４４及び作動軸ストロークセンサ８２から、また、第二の実施の形態の方法において、空気圧力センサ８４（破線で図示）から信号を受け取るＥＣＵ８０であることが明らかである。一方、ＥＣＵ８０は、モータ４０を駆動する信号を送り、また、流れる電流の量に関してモータ又はモータ駆動回路の何れかから信号を受け取ることができる。ストロークセンサは、任意の適宜な接触型又は非接触型センサとすることができる。

図５及び図６を参照すると、制御システムの作動方法がこれら図面のフローチャートに示されている。この方法は、次のようにして作用する。
ブレーキの作動はステップ１００にて開始し、システムは、ステップ１０２にて所定の間隔で作動軸のストロークセンサ８２の出力を監視することにより開始する。ステップ１０４にて、ＥＣＵ８０は、ストロークセンサ８２からの信号がブレーキが作動されたことを示す限界値に達したかどうかを決定する。限界値に達したならば、ステップ１０６にて、ＥＣＵは、モータ４０に対しブレーキタペットを長くするように信号を送る。次に、ＥＣＵ８０は、所定の間隔にてモータ１４０を通って流れる電流の監視を開始し、ステップ１１０にて、いつ電流が所定の限界値以上に増大したか（モータの失速を示す）を感知する。この状態となったならば、次に、ＥＣＵ８０は、モータの駆動装置に停止するよう信号を送り、このため、モータ４０は、最早、タペットの長さを長くしようとはしない。ステップ１１４において、ＥＣＵは、ストロークセンサの出力を記憶装置「ＳＳＯＮ」に記憶し、ステップ１１６にて、ＳＳＯＮからストロークセンサの零オフセット値「ＳＳＦ」（すなわち、作動軸１４が解放された休止位置にあるときのストロークセンサの測定値）を減ずる。次に、この値は、記憶装置「ＳＳＣ」に記憶させる。ステップ１１８にて、次に、記憶させた公称クリアランス値「ＳＳＮ」（すなわち、ブレーキが解除されたときのライニングに対するディスクの所望のクリアランス値）から値ＳＳＣを減じ、クリアランスを望ましい公称クリアランスに戻すのに必要な調節量に等しくする。この値は、ステップシーケンスが１２０にて停止する前に、記憶装置「ＳＳＡ」に記憶させる。

次に、図６を参照すると、ステップのシーケンスは、ブレーキが動作されたステップ１２２にて開始する。この場合にも、ＥＣＵ８０は、ステップ１２４において、所定の間隔にてストロークセンサ８２を監視し且つ、ストロークセンサ８２が所定の信号を提供することに応答してブレーキが解除されたかどうかを決定する。この状態が生じたならば、ＥＣＵ８０は、モータ４０の駆動装置に対し信号を送り、タペットの長さを長くするようにステップ１２８にて開始し、ＳＳＡに等しい値だけタペットが伸びる迄ロータリエンコーダ４４を介してタペットの伸びを監視し、そのとき、ＥＣＵ８０は、モータの駆動装置に対し停止するよう信号を送り、ステップ１３６にて調節サイクルは停止する。

図７には、ブレーキを解放する間に必要とされる調節量の測定及びタペットの長さを長くすることの双方が行われる、本発明の第二の実施の形態に従った制御システム及び調節方法が示されている。

シーケンスはステップ１３８にて開始し且つ、ステップ１４０にて所定の間隔でストロークセンサの出力を監視することにより始まる。ブレーキが解除されたときを決定するため、ＥＣＵ８０は、ステップ１４４にて空気圧力センサ８４を使用して空気圧アクチュエータ１５内の空気圧力を監視し、また、ステップ１４６にて、空気圧力が所定の割合で所定の程度以下に降下したならば、ブレーキが解除されつつあると決定する。ステップ１４８にて、ＥＣＵ８０は、モータ４０に対しタペットを短くするよう信号を送る。しかし、この時点にて、モータのトルクは、タペットを通って摩擦ライニングに達する力により生じた摩擦力を上廻るのに不十分であり、モータ４０を失速させる。ＥＣＵ８０は、ステップ１５０にて所定の間隔でモータ電流を監視し、ＥＣＵは、モータを通る電流がモータ４０のトルクがタペットを駆動するのに十分であることを示す所定の限界値まで減少したときを決定することができる。モータの駆動装置が始動する時点にて、ＥＣＵは、記憶装置に記憶される値ＳＳＣを与えるため、ステップ１５６にてＳＳＯＦＦからＳＳＦ（すなわち、作動軸１４が解放された休止位置にあるときのストロークセンサの測定値）を減ずる前に、ステップ１５４にて記憶装置ＳＳＯＦＦにストロークセンサの出力を記憶させる。

タペットを調節すべき合計量を与えるため、記憶させた公称のクリアランス値ＳＳＮ（例えば、０．２５ｍｍ）からＳＳＣを減ずる。その結果は記憶装置ＳＳＡに記憶され、且つ、ブレーキを正確なランニングクリアランスに戻すためタペット部材２２、２４を伸長させなければならない量に等しい。これを行うためには、ＥＣＵ８０は、モータ４０に対し、タペットの長さを長くし始めるよう駆動すべく信号を送り、且つ、ＥＣＵがタペットが量ＳＳＡだけ伸長したと決定する迄、所定の間隔にてロータリエンコーダ４４の位置を監視する。タペット２２、２４がこの量だけ伸長したならば、ＥＣＵは、モータに対し駆動を停止するように信号を送り、調節手順はステップ１６８にて停止する。

この調節方法の１つの有利な効果は、ブレーキロータ及び摩擦ライニング２６、３４が加熱され、従って膨張されるときであるブレーキ作動サイクルの終了時に、ストロークセンサ出力ＳＳＯＮ及びＳＳＯＦＦが測定されることである。このため、ロータ１２及びライニング２６、３４が低温であるときに測定された値に基づいて「過剰調節」する危険は生ぜず、ブレーキクリアランスは、高温であるとき、ブレーキに対し正確に設定される。

モータ電流を測定することの代替策として、タペットが摩擦ライニングと非接触状態となる時点は、駆動モータ４０、歯車４６又は内側タペット部材２２の回転から直接的に又は間接的に決定することができることを理解すべきである。

ＥＣＵは、調節を間欠的に（例えば、１０回ブレーキを作動する毎に）のみ行うようにプログラム化することができる。調節が必要であると決定される度毎にクリアランスを完全に補正することに代えて、ＥＣＵは、ブレーキを作動する毎に一定の増分量だけ駆動するようにモータに対し信号を送り、１回以上のブレーキ作動の後にのみ、正確な調節が実現されるようにプログラム化することができる。

タペットで駆動される磨耗センサ又はエンコーダ４４からの出力は、摩擦ライニングの磨耗状態を示す信号を提供し得るように記録し又は保存することができる。
磨耗センサ４４からの信号がライニングの交換が必要であると決定するならば、次に、警報又はその他の表示を発することができる。次に、電気又は電子スイッチ（図示せず）を使用することを介して、ブレーキの調節解除又はブレーキ作動部材の退却が引き起こされる。作動したならば、システムは、ブレーキを「開放する」すなわち静止させることを許容し得るように乗物が正確な状態にあるかどうかを決定する。この状態が満足されたならば、次に、電気モータ４０を励起させ、ブレーキ作動部材をブレーキロータ１２から退却させる。ブレーキが最早、正確な調節状態にないため、ＥＣＵ８０に対し調節が必要とされることを示し得るように、フラグ（ｆｌａｇ）を設定する。

ブレーキを再度組み立てた後、調節外れ状態のフラグは認識され、また、ブレーキは再度調節される。
摺動キャリパ型でない、このブレーキの他の形態に対し同一の原理を適用することが可能であることも理解すべきである。本発明は、電気モータが空気アクチュエータに置換する電子機械式ブレーキに適用することもできる。この型式のブレーキにおいて、電気モータは、ブレーキ力を供給すると共に、また、正確なランニングクリアランスを維持し得るように調節することもできる。

本発明に従ったブレーキの１つの実施の形態を示す部分断面平面図である。モータ及びギアボックスの取り付け状態を示す、図１の拡大詳細図である。図１の線３−３に沿った断面図である。制御システムの電子構成要素を示す概略線図である。本発明の１つの実施の形態に従った調節方法を示すフローチャートである。本発明の別の実施の形態に従った調節方法を示すフローチャートである。本発明の別の実施の形態に従った調節方法を示すフローチャートである。

符号の説明

８ブレーキ１０キャリパハウジング
１２ロータ／円板１４「作動軸（ｏｐ−ｓｈａｆｔ）」
１５空気シリンダ１６内側ハウジング部分
２０ころ２２内側タペット部材
２４外側タペット部材
２６内側ブレーキライニング／内側摩擦ライニング
２８外側ハウジング部分３０、３２架橋ボルト
３４外側摩擦ライニング４０電気モータ
４２減速ギアボックス／サイクロイドギアボックス組立体
４４ロータリエンコーダ４８歯車形状体
８０電子制御装置（ＥＣＵ）８２ストロークセンサ
８４空気圧力センサ

Claims

ディスクブレーキ調節機構用の制御システムにおいて、コントローラと、調節機構と作用可能に接続し、ブレーキが作動されていないとき、ロータと摩擦ライニングとの間の所定のランニングクリアランスを維持し得るように摩擦ライニングをディスクブレーキロータに向けて且つディスクブレーキロータから離れるように駆動する電気調節モータとを備え、制御システムがブレーキ変位量測定手段を更に備え、コントローラが、ロータとの接触によって摩擦ライニングに所定の荷重が加えられたときのブレーキ変位量を決定し得るようにプログラム化され、所定の荷重が電気調節モータ又は調節機構のパラメータから決定され、ブレーキを解放する間のブレーキの変位量を測定し得るようにプログラム化された制御システム。
請求項１に記載のシステムにおいて、ブレーキ変位量測定手段が、ブレーキの作動軸の変位量を測定するストロークセンサである、システム。
請求項１又は請求項２に記載のシステムにおいて、パラメータがモータ電流である、システム。
請求項１又は請求項２に記載のシステムにおいて、パラメータがモータの回転又は調節機構の回転である、システム。
請求項１ないし請求項４の何れかに記載のシステムにおいて、ブレーキを解放するのを開始するときを決定する解放センサを更に備える、システム。
請求項１ないし請求項５の何れかに記載のシステムにおいて、ブレーキが解放されたならば、モータに対しランニングクリアランスを調節するよう信号を送るようにプログラム化された、システム。
請求項６に記載のシステムにおいて、モータにより付与された調節量を監視する調節機構の測定手段を更に備える、システム。
請求項１ないし請求項７の何れかに記載のシステムにおいて、１以下の所定ブレーキ作動の比に基づいて調節が為されるようにプログラム化された、システム。
請求項１ないし請求項８の何れかに記載のシステムを内蔵するブレーキ。
ブレーキアクチュエータと、摩擦ライニングと、ロータと、ブレーキ変位量センサと、コントローラと、電気調節モータを含む調節機構とを備えるブレーキにおいて摩擦ライニングに対し所定の荷重が加えられときのブレーキの変位量を決定する方法において、
ｉ）、ブレーキを解放する間、ロータと摩擦ライニングとの間に作用する力がある間にモータの駆動装置に信号を送るステップと、
ｉｉ）摩擦ライニングに所定の荷重が加えられたかどうかを決定するためモータ又は調節機構のパラメータを監視するステップと、
ｉｉｉ）荷重が加えられたときのブレーキ変位量を決定するステップとを備える、方法。
請求項１０に記載の方法において、所定の荷重におけるブレーキ変位量を休止又は無荷重状態におけるブレーキ変位量と比較してロータと摩擦ライニングとの間にて所定のランニングクリアランスを実現するのに必要なブレーキ調節量を決定するステップを更に備える、方法。
請求項１１に記載の方法において、調節機構を調節して所定のランニングクリアランスを回復するようモータに対し信号を送るステップを更に備える、方法。
ディスクブレーキ調節機構用の制御システムにおいて、コントローラと、調節機構と作用可能に接続し、ブレーキが作動されていないとき、ロータと摩擦ライニングとの間の所定のランニングクリアランスを維持し得るように摩擦ライニングをディスクブレーキロータに向けて且つディスクブレーキロータから離れるように駆動する電気調節モータとを備え、制御システムがブレーキ変位量測定手段を更に備え、コントローラが、ロータとの接触によって摩擦ライニングに所定の荷重が加えられたときのブレーキ変位量を決定し得るようにプログラム化され、所定の荷重が電気調節モータ又は調節機構のパラメータから決定され、ロータの回転を遅らせ得るようにブレーキを作動させるべく作用可能な別個のアクチュエータを更に備える、制御システム。
請求項１３に記載の制御システムにおいて、別個のアクチュエータが空気シリンダである、制御システム。