JP2007276725A - Brake device for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車輪の回転力を利用して摩擦部材を制動部材に押圧し車輪の回転を抑制するように構成された車両用ブレーキ装置に関するものである。 The present invention relates to a vehicle brake device configured to suppress the rotation of a wheel by pressing a friction member against a braking member using the rotational force of the wheel.
従来、一般的な液圧駆動のディスクブレーキにおいて、ディスクブレーキのシリンダにブレーキ液を供給する装置として、従前のマスタシリンダや電動ポンプに代わって、ディスクロータ及びディスクブレーキ本体に近接してピストンポンプを設置し、車輪の回転力をピストンポンプの駆動力に変換し、シリンダ液圧を介して、ディスクブレーキピストンの摩擦材に対する押圧力として、制動力を付与するというブレーキ作動により、駆動源のエネルギーを節約することが提案されている。 Conventionally, in a general hydraulic drive disc brake, as a device for supplying brake fluid to a disc brake cylinder, a piston pump is used in the vicinity of the disc rotor and disc brake body instead of the conventional master cylinder and electric pump. Installed, converted the rotational force of the wheel into the driving force of the piston pump, and applied the braking force as a pressing force against the friction material of the disc brake piston via the cylinder hydraulic pressure, thereby reducing the energy of the driving source It has been proposed to save.
例えば、特許文献2では、ディスクロータの側面に更に一枚のディスクを設け、ディスクロータと同軸上に、独立して回転可能に支持しておき、これらの二枚のディスクに対し、電流値に応じて押付力を制御可能な電磁クラッチによって断続するように構成されたものが開示されている。追加されたディスクの外周面は、円周に沿って半径が変化するカムになっており、このカム面に前述のピストンポンプのピストン後端部が当接しているため、ディスクの回転に伴いピストンポンプが作動して液圧を発生させるように構成されている。
For example, in
なお、電磁クラッチの電流値を適当に調整することによりクラッチの摩擦力が設定され、これにより外周カムディスクの回転トルクとそれに関連したピストンポンプのピストン推進力が設定されるので、シリンダ液圧、ひいては制動力を調整することができる。
しかしながら、特許文献2においては、車輪の回転力を駆動エネルギーとして制動力を発生させているが、力の伝達経路がディスクロータから摩擦部材、追加されたディスクの外周面で構成されるカム面、ピストンポンプ、油圧、キャリパ内のピストンというような順となる機械的手段で力の伝達が行われるため、車輪の回転からはブレーキ作動に必要な分のエネルギーを回収しているだけであり、足りないエネルギーを適切に補ったり、ブレーキ作動に必要な分を超えるエネルギーを回収することができない。
However, in
仮に、上記のような伝達機構に加えて蓄圧器などを設け、一時的にエネルギーを蓄えておくとしても、構造が複雑化、大型化し、足回りへの搭載が困難となる。その上、蓄えたエネルギーも結局ブレーキ作動用としての用途しかないが、既にブレーキ作動用のエネルギーが車輪の回転力から得ていることから、その利用価値はほとんどない。 Even if a pressure accumulator or the like is provided in addition to the transmission mechanism as described above to temporarily store energy, the structure becomes complicated and large, and mounting on the undercarriage becomes difficult. In addition, the stored energy can only be used for brake operation after all, but since the energy for brake operation has already been obtained from the rotational force of the wheel, there is almost no utility value.
本発明は上記点に鑑みて、足りないエネルギーを適切に補うこと、もしくは、ブレーキ作動に必要な分を超えるエネルギーを回収することが可能な車両用ブレーキ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a vehicular brake device that can appropriately compensate for insufficient energy, or can recover energy exceeding the amount necessary for brake operation.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、電動モータ(6)に電力供給を行うための電源装置(120)と電動モータ(6)の接続形態を電源装置(120)から電動モータ(6)への電力供給を行う接続形態と電源装置(120)から電動モータ(6)への電力供給を行わない接続形態に制御するモータ制御装置(110)と、モータ制御装置(110)に対して少なくともブレーキ操作に対応する制動力目標値を示す電気信号を出力するブレーキ制御装置(100)と、を備えていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the connection form of the power supply device (120) and the electric motor (6) for supplying power to the electric motor (6) is changed from the power supply device (120) to the electric motor. A motor control device (110) for controlling the connection configuration for supplying power to the motor (6), the connection configuration for not supplying power from the power supply device (120) to the electric motor (6), and the motor control device (110). And a brake control device (100) for outputting an electric signal indicating a braking force target value corresponding to at least a brake operation.
このような車両用ブレーキ装置によれば、電源装置(120)からの電力供給が必要なときには、電源装置(120)から電動モータ(6)への電力供給を行う接続形態に制御できると共に、電力供給が必要ないときには、電源装置(120)から電動モータ(6)への電力供給を行わない接続形態に制御することができるため、エネルギーが足りないときにその足りないエネルギーを適切に補うことが可能となる。 According to such a vehicle brake device, when it is necessary to supply power from the power supply device (120), the power supply device (120) can be controlled to be connected to the electric motor (6) and connected to the electric motor (6). When supply is not necessary, the power supply device (120) can be controlled to a connection form that does not supply power to the electric motor (6), so that when the energy is insufficient, the insufficient energy can be appropriately compensated. It becomes possible.
例えば、請求項2に示されるように、モータ制御装置(110)は、電動モータ(6)の駆動を制御するモータ駆動装置(111)と、電源装置(120)と電動モータ(6)の接続形態を制御する電源接続制御装置(112)とを有した構成とされる。
For example, as shown in
また、請求項3に示すように、モータ制御装置(110)にて、前記電源装置(120)から前記電動モータ(6)への電力供給を行わない接続形態として、前記電源装置(120)が前記電動モータ(6)から電力回収を行う接続形態に制御するれば、車輪(1)の回転力に基づいて電動モータ(6)での発電を行うことにより制動力を発生させることができると共に、制動力目標値を超える発電量があったときに、余剰の電力を回収することが可能となる。
Further, as shown in
すなわち、請求項6に示すように、電源装置(120)に蓄電器(Batt)を備えておき、電源装置(120)と電動モータ(6)の接続形態が電力供給を行う接続形態とされたときには該蓄電器(Batt)から電動モータ(6)への電力供給を行い、電源装置(120)と電動モータ(6)の接続形態が電力回収を行う接続形態とされたときには電動モータ(6)の発電に基づいて蓄電器(Batt)への充電を行えるようにすることができる。 That is, as shown in claim 6, when the power supply device (120) is provided with a battery (Batt), and the connection configuration between the power supply device (120) and the electric motor (6) is a connection configuration for supplying power. Electric power is supplied from the battery (Batt) to the electric motor (6), and when the connection form of the power supply device (120) and the electric motor (6) is a connection form for collecting power, the electric power generation of the electric motor (6) Based on the above, it is possible to charge the battery (Batt).
また、請求項4に記載の発明では、モータ制御装置(110)は、電動モータ(6)での発電量と制動力目標値に示される制動力を発生させるために必要な電力とを比較し、発電量が制動力を発生させるために必要な電力を超えているか否かを判定する判定部(111a)を有し、この判定部(111a)にて発電量が制動力を発生させるために必要な電力を超えていると判定したときには電源装置(120)と電動モータ(6)の接続形態を電力供給を行わない接続形態とし、超えていないと判定したときには電源装置(120)と電動モータ(6)の接続形態を電力供給を行う接続形態とするように構成されていることを特徴としている。 In the fourth aspect of the invention, the motor control device (110) compares the amount of power generated by the electric motor (6) with the electric power required to generate the braking force indicated by the braking force target value. The determination unit (111a) determines whether or not the power generation amount exceeds the power necessary for generating the braking force, and the determination unit (111a) uses the power generation amount to generate the braking force. When it is determined that the necessary power is exceeded, the connection form of the power supply device (120) and the electric motor (6) is set to a connection form in which power supply is not performed, and when it is determined that the required power is not exceeded, the power supply device (120) and the electric motor The connection form of (6) is configured to be a connection form for supplying power.
このように、判定部(111a)にて、電動モータ(6)での発電量と制動力目標値に示される制動力を発生させるために必要な電力とを比較し、発電量が制動力を発生させるために必要な電力を超えているか否かを判定する。そして、この判定部(111a)での判定結果に基づいて、電源装置(120)と電動モータ(6)の接続形態を電力供給を行う接続形態とするか、電力回収を行う接続形態とするかを決定することができる。 In this way, the determination unit (111a) compares the power generation amount of the electric motor (6) with the power necessary to generate the braking force indicated by the braking force target value. It is determined whether or not the power necessary to generate the power is exceeded. And based on the determination result in this determination part (111a), whether the connection form of a power supply device (120) and an electric motor (6) is a connection form which supplies electric power, or is a connection form which collects electric power. Can be determined.
例えば、請求項5に示すように、判定部(111a)は、電動モータ(6)での発電量に対応する信号として、電動モータ(6)の回転数に対応する検出信号を出力するモータ回転数センサ(61)もしくは車輪(6)の回転数に対応する検出信号を出力する車輪速度センサからの検出信号を受け取り、受け取った検出信号に基づいて電動モータ(6)での発電量を認識することができる。
For example, as shown in
なお、上記各手段の括弧内の符号は、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る。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.
(第1実施形態)
図1に、本発明の第1実施形態にかかる車両用ブレーキ装置の一部を示した部分断面模式図を示す。本実施形態の車両用ブレーキ装置は、図1に示すように、車両のホイール1内に設けられるディスクブレーキ装置により構成されている。この図に示されるように、車両のサスペンションを構成するナックル2に、車両外方に開口する円筒部2aが形成されており、この円筒部2a内に、ベアリング3を介して回転可能にハブ4が支持されている。このハブ4は本発明の回転部材を構成するもので、ホイール1がディスクロータ10を介してボルト・ナット11によって固定されており、ホイール1とナックル2との間の空間にディスクロータ10が介装された形態となっている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a partial cross-sectional schematic view showing a part of the vehicle brake device according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the vehicle brake device of the present embodiment is constituted by a disc brake device provided in a
ディスクロータ10は本発明の制動部材を構成するもので、筒体部を有し、その外周面に、ホイール1の回転軸と平行に摺動ピン12が固定されており、この摺動ピン12に対し、二枚の環状部材13、14がホイール1の回転軸と平行に摺動自在に支持されている。而して、ハブ4、ディスクロータ10及びホイール1は一体となって、ナックル2ひいては車両本体に対し、車両の速度に応じた回転速度で、回転運動を行うように構成されている。
The
一方、ハブ4に関し、ホイール1と反対側の端部4aの外周面には螺子溝が形成されており、ナックル2の円筒部2aの内孔にベアリング3が装着された後、ベアリング3の内側に筒体部4bが嵌合するようにハブ4が挿入されると、ハブ4の端部4aはベアリング3から延出する。このハブ4の端部4aに環状部材20が装着された後に、ナット21が螺子溝に螺合されて固定される。環状部材20は車輪速度検出手段を構成するもので、その外周面には外歯が形成されている。
On the other hand, with respect to the hub 4, screw grooves are formed on the outer peripheral surface of the end portion 4 a opposite to the
環状部材20の開口端部の内側には一方向クラッチ手段たるワンウェイクラッチ30の外輪が固定されており、ワンウェイクラッチ30の内輪は、差動変速手段たる遊星歯車変速機構5の構成要素であり入力部であるリングギア50の円筒部51に固定されている。ワンウェイクラッチ30は、車両が前進するときには環状部材20からリングギア50に回転力を伝達するが、車両が停止している場合及び後退する場合には空転し、リングギア50に回転力を伝達させないように構成されている。なお、ワンウェイクラッチ30に代えて、電磁クラッチ手段(図示せず)を設け、電気信号によって断続してワンウェイクラッチ30と同様に機能させることとしてもよい。
An outer ring of a one-
また、リングギア50は他の円筒部52を有し、この円筒部52にて、ワンウェイクラッチ40を介してナックル2に支持されている。このワンウェイクラッチ40は、車両が前進するときには空転し、車両が停止している場合及び後退する場合には回転が阻止されるように構成されている。遊星歯車変速機構5は(もう一つの入力部である)サンギア53に固定された入力軸61と、出力部であるリングギア56を備えており、入力軸61は電動モータ6のロータ(図示せず)に連結され、リングギア56は運動変換機構7を構成するラック・アンド・ピニオン機構のピニオン71に連結されている。尚、ベアリング23、24は、入力軸61及びリングギア56を夫々回転可能に支持するために設けられている。リングギア50、56とサンギア53との間には、大径部54aと小径部54bを有するキャリア54が(本実施形態では3個)介装されており、これらのキャリア54は連結部材55に回転可能に支持されている。そして、キャリア54の大径部54aはリングギア50の円筒部52に形成された内歯とサンギア53に噛合し、小径部54bは出力側のリングギア56に形成された内歯に噛合している。
The
図3及び図4は遊星歯車変速機構5を構成する歯車間の関係を模式的に示すもので、図1に示す各歯車(ギア)に対応する符号を付している。図3において、寸法Aはサンギア53の半径、寸法Bはキャリア54の大径部54aの半径、寸法Cはキャリア54の小径部54bの半径、寸法Dはリングギア50の円筒部52に形成された内歯の半径、そして寸法Eはリングギア56の内歯の半径であり、夫々の歯数に比例する。
3 and 4 schematically show the relationship between the gears constituting the planetary
図1及び図2に示すように、ラック72はピニオン71との噛合部と反対側の端部にて、連結ピン73を介して楔部材74に連結されている。楔部材74には、その中心軸に対して両側に、相互に所定の角度で傾斜したテーパ面が形成されており、夫々のテーパ面が、ころ部材75、76を介してピストン部材8とナックル2の空洞部2bの内面との間に挟持されるように、楔部材74が配置されている。ころ部材75、76は図2に示すように複数のころがケース内に収容されたもので、楔部材74が円滑に移動し得るように構成されている。而して、上記のラック・アンド・ピニオン機構によって電動モータ6の回転運動が直線運動に変換されると、楔部材74は図1の下方に駆動される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ピストン部材8は、有底筒体81、82の開口部が対向するように重合して成り、両者間に圧縮スプリング83が介装され、有底筒体81、82が相互に離隔する方向に付勢されている。有底筒体81の内面は開口端方向に拡径されたテーパ面が形成されており、このテーパ面と有底筒体82の外周面との間にボール84及び圧縮スプリング85が収容され、有底筒体81の開口端にストッパ86が固定されている。これにより、有底筒体81、82は一体となって前進し、図1の左方向に移動すると共に、有底筒体82が有底筒体81に対して相対的に前進し得るように構成されている。
The piston member 8 is superposed so that the openings of the bottomed
上記の構成になるピストン部材8は、楔部材74の図1の下方への移動に応じて、ころ部材75、76を介して付与される推進力によって前進し、第1の摩擦部材91が車輪の回転軸と平行に外側(ホイール1側)に押圧されるように構成されている。本実施形態の摩擦部材は、夫々裏板91p、92p、93pに固着された第1の摩擦部材91、第2の摩擦部材92及び第3の摩擦部材93で構成されており、これらの裏板91p、92p、93pを貫通する支持ピン95によって摺動自在に支持されると共に、この支持ピン95によってアーム部材94がナックル2に固定されている。而して、第1の摩擦部材91に対する推進力は、環状部材13、第2の摩擦部材92、環状部材14、第3の摩擦部材93、そしてアーム部材94の順に伝達される。このとき、環状部材13、14は、ディスクロータ10に対し車輪の回転軸と平行に摺動可能に支持されており、所謂フローティング方式が構成されているので、第1〜第3の摩擦部材91、92、93によって均等な力で押圧される。また、第1〜第3の摩擦部材91、92、93が磨耗すると、そのままでは各々と環状部材13、14との間隙が大きくなることになるが、本実施形態では、ピストン部材8が前述のように構成されており、摩擦部材が磨耗して薄くなるに従い、有底筒体82が有底筒体81に対して相対的に前進するので、各部材が密着した状態に維持される。
The piston member 8 configured as described above moves forward by the propulsive force applied via the
また、本実施形態の車両用ブレーキ装置には、ブレーキ制御装置100とモータ制御装置110および電源装置120が備えられている。
Further, the vehicle brake device of the present embodiment includes a
ブレーキ制御装置100は、図示しないブレーキペダルなどブレーキ操作装置に備えられた操作量センサ(例えば踏力センサやストロークセンサ)からの操作量信号や車輪速度センサ等のような車両状態検出用のセンサの出力に基づき、各車輪に発生させる制動力目標値を算出し、それを示すデータ(電気信号)をモータ制御装置110に出力するものである。
The
モータ制御装置110は、ブレーキ制御装置100からの制動力目標値の指示に基づき、各車輪に備えられた各車両用ブレーキ装置の電動モータ6が車輪の回転力に基づいて自ら発電した電力もしくは電源装置120から供給される電力を調整し、電動モータ6に流す電流を制動力目標値に見合った適正値に調整する役割を果たす。
The
また、このモータ制御装置110は、ブレーキ制御装置100から送られてくる制動力目標値と電動モータ6自身の発電量を比較し、そのときの発電量で制動力目標値を満足できるか否かの判定を行い、モータ制御装置110と電源装置120との接続状態の切替を行う機能を備えている。
The
電源装置120は、電動モータ6に対して電力供給を行うためのものであり、例えば車両におけるバッテリなどが該当する。
The
図5は、電動モータ6とモータ制御装置110および電源装置120の具体的な構成例を示した回路模式図である。
FIG. 5 is a circuit schematic diagram showing a specific configuration example of the electric motor 6, the
この図に示されるように、電動モータ6は発電電圧Vmを発生させ、内部抵抗Rを有したものとして現される。電動モータ6にはモータ回転数に応じた検出信号を出力するモータ回転数センサ61が備えられている。モータ回転数は、電動モータ6自身での発電量を示すものであるため、このモータ回転数センサ61の検出信号によりその発電量が示されることになる。なお、モータ回転数センサ61は、例えば電動モータ6にブラシレスモータが使用される場合には回転子の回転位置を確認するために元々備えられているため、それを用いることもできる。
As shown in this figure, the electric motor 6 generates a generated voltage Vm and is expressed as having an internal resistance R. The electric motor 6 is provided with a motor
モータ制御装置110は、例えば、モータ駆動装置111および電源接続制御装置112を有した構成として表される。
The
モータ駆動装置111は、例えばブレーキ制御装置100から送られてくる制動力目標値のデータに基づくPWM制御等によって電動モータ6の回転数を制御するものである。このモータ駆動装置111は、電動モータ6に備えられるモータ回転数センサ61の検出信号とブレーキ制御装置100から送られてくる制動力目標値のデータを受け取り、これらから必要とされる制動力と電動モータ6自身の発電量を比較し、電動モータ6に対して電力供給を行う必要があるか、それとも電動モータ6の発電量が必要とされる制動力を上回っていて電力回収を行うことが可能であるかの判定を行う判定部111aが備えられている。この判定部111aにて、電動モータ6に対して電力供給を行う必要があると判定した場合には、必要な制動力を実現するために必要とされる電量から電動モータ6が自ら発電した電力分を差し引いた分の不足分の電力を電源装置120から供給してもらえるように、電源接続制御装置112を制御して電源装置120からの電力供給が受けられる状態にすると共に、PWM制御等を実行することによってその不足分の電力を電動モータ6に供給する。
The
電源接続制御装置112は、モータ駆動装置111と電源装置120との接続状態を制御するためのもので、例えば、図5中に示したように、電源ラインの接続を制御するスイッチ112aおよびGNDラインの接続を制御するスイッチ112bにて構成されている。そして、モータ駆動装置111からの制御信号に基づいて、スイッチ112a、112bのON/OFFが制御されることで、モータ駆動装置111と電源装置120との接続・非接続が制御できるようになっている。
The power
また、電源接続制御装置112には、DC−DC変換装置112cと、このDC−DC変換装置112cとモータ駆動装置112aに繋がる電源ラインの間の接続のON/OFFを制御するためのスイッチ112dおよびDC−DC変換装置112cと電源装置120に繋がる電源ラインの間の接続のON/OFFを制御するためのスイッチ112eが備えられている。DC−DC変換装置112cは、電動モータ6での発電量が必要な制動力を発生させるために用いられる電力を超えるような場合に、その余剰の電力を電源装置120の充電の為に用いるべく、電動モータ6のプラス端子側の電圧に基づいて充電電圧を形成し、その充電電圧を電源装置120に印加するものである。
The power
このため、スイッチ112d、112eのON/OFFの状態も判定部111aからの制御信号に基づいて、スイッチ112a、112bのON/OFFの状態と逆の状態に制御される。したがって、判定部111aにて電動モータ6に対して電力供給を行う必要があると判定されたときにはスイッチ112d、112eがOFFされて電源装置120からの電力供給が行える接続形態とされ、電動モータ6の発電量が必要とされる制動力を上回っていて電力回収を行うことが可能であるかと判定されたときにはスイッチ112d、112eがONされて電源装置120での電力回収が行える接続形態とされる。
For this reason, the ON / OFF states of the
電源装置120は、電圧Vbを発生させるバッテリBattで構成されている。なお、車両に搭載される電源装置120では、バッテリBattへの電力供給を行うオルタネータ130や他の電装品140がバッテリBattに接続されているため、バッテリBattのプラス端子に接続される電源ラインとマイナス端子に接続されるGNDラインにモータ制御装置110が接続されるようにしている。
The
次に、上記の構成になる車両用ブレーキ装置の作動に関し、車両が走行している状態で、ブレーキ操作が行われた場合について説明する。車両走行時には、車両の速度に応じた回転速度で車輪が回転しており、車輪(ホイール、ハブ等)の回転はワンウェイクラッチ30を介して遊星歯車変速機構5の入力部であるリングギア50に伝達される。このとき遊星歯車変速機構5の特性として、下記の表1に示すような関係で二つの入力軸と一つの出力軸の回転数が互いに拘束されている。
従って、ブレーキ操作が行われないときは、出力軸の回転数{A・(B−C)/(2・B・E)・(Rm−1)+1}が0になるような回転数Rmで電動モータ6が回転していれば、車輪の回転力は出力軸には伝わらずブレーキは効いていない状態となる。この状態をトルクという観点で表すと、三つの軸は下記の表2に示すような関係で互いのトルクの比率が決まっているため、モータ側入力軸のトルクを0にすれば出力軸のトルクも0になり、ブレーキは効いていない状態になる。つまり、電動モータ6に流れる電流を遮断し、発生トルクを0にすれば、車輪の回転速度は全て電動モータ6を回転させる方向に向けられ、ブレーキ側の出力にはトルクも回転も生じない状態になる。
次に、前述の状態でブレーキ操作が行われると、その操作量に応じた制動力を発生させるために、ブレーキ制御装置100からの制動力目標値の指示に基づき電動モータ6に電流が供給される。このとき供給される電流の量は次のように計算される。すなわち、制動力目標値に基づきピストン部材8に対する推進力を演算し、これを発生するラック72の引張力に基づき出力軸のトルクを演算し、このトルクを発生するためのモータ側入力軸トルクを上記の表2から求め、これに応じて電動モータ6に流す電流を設定するというものである。
Next, when a brake operation is performed in the above-described state, a current is supplied to the electric motor 6 based on an instruction of a braking force target value from the
但し、この場合、回転している車輪側から得られる仕事率W(トルク×回転速度)は、制動力を付与するのに必要な仕事率W’よりも十分に大きく、電動モータ6自体は仕事をする必要がない。通常の使用条件においては、車輪から入力される回転速度は十分に大きいため、ブレーキ側の出力軸を十分な作動速度で回転させた上で上記表1の関係から得られる回転速度で電動モータ6を逆回転(制動力を付与する側とは逆方向に回転)させる。このように強制的に逆方向に回転駆動された電動モータ6は、内部に逆起電力が発生し、この逆起電力によって、制動力を付与する側に電流が供給され、トルクを発生させることになる。この逆起電力により発生した電流に対し、モータ駆動装置100にてPWM制御が行われ、適切な電流値に調整される。
However, in this case, the work rate W (torque × rotation speed) obtained from the rotating wheel side is sufficiently larger than the work rate W ′ necessary for applying the braking force, and the electric motor 6 itself is There is no need to do. Under normal conditions of use, the rotational speed input from the wheel is sufficiently high, and therefore the electric motor 6 is rotated at the rotational speed obtained from the relationship shown in Table 1 above after rotating the output shaft on the brake side at a sufficient operating speed. Is rotated in the reverse direction (rotated in the direction opposite to the side to which the braking force is applied). The electric motor 6 thus forcibly rotated in the reverse direction generates a counter electromotive force inside, and current is supplied to the side to which the braking force is applied by the counter electromotive force to generate torque. become. The
具体的には、判定部111aにて、電動モータ6に備えられるモータ回転数センサ61の検出信号とブレーキ制御装置100から送られてくる制動力目標値のデータを受け取り、これらから必要とされる制動力と電動モータ6自身の発電量とを比較し、電動モータ6に対して電力供給を行う必要があるか、それとも電動モータ6の発電量が必要とされる制動力を上回っていて電力回収を行うことが可能であるかの判定を行う。
Specifically, the
そして、判定部111aにて、電動モータ6に対して電力供給を行う必要があると判定した場合には、必要な制動力を実現するために必要とされる電力から電動モータ6が自ら発電した電力分を差し引いた分の不足分の電力を電源装置120から供給してもらえるように、電源接続制御装置112を制御して電源装置120からの電力供給が受けられる状態にすると共に、PWM制御等を実行することによってその不足分の電力を電動モータ6に供給する。このとき、判定部111aは、スイッチ112a、112bをONする制御信号を送ると共に、スイッチ112d、112eをOFFする制御信号を送ることで、DC−DC変換装置112cが電源ラインを切り離し、電源装置120からの電力供給が行える接続形態とする。
And when it determines with the
逆に、判定部111aにて、電動モータ6に対して電力供給を行う必要がないと判定した場合には、DC−DC変換装置112cを介して、電動モータ6で発電された発電量のうち制動力を発生させるために必要な電力を除いた電力が電源装置120の充電に利用される。このとき、判定部111aは、スイッチ112a、112bをOFFする制御信号を送ると共に、スイッチ112d、112eをONする制御信号を送ることで、DC−DC変換装置112cを電源ラインに接続し、電源装置120での電力回収が行える接続形態とする。
Conversely, if the
以上のように、車輪の回転に伴い電動モータ6内に生じた電力を用いてトルクを発生させ得るように構成されているため、他の電源等からの電力供給を極力必要としないで制動力を発生させることができ、ひいては、電源等の異常により電力の供給が絶たれたような緊急事態においても、十分な制動力を確保することができる。また、エネルギーが足りないときにその足りないエネルギーを適切に補うことができると共に、電動モータ6の発電量が制動力を発生させるために必要な電力を超えている場合には、その余剰の電力を電源装置120の充電に用いて電力回収を行うことが可能となる。
As described above, since the torque can be generated using the electric power generated in the electric motor 6 with the rotation of the wheel, the braking force is not required as much as possible from the supply of power from another power source or the like. As a result, a sufficient braking force can be ensured even in an emergency situation in which the power supply is cut off due to an abnormality in the power source or the like. Further, when the energy is insufficient, the insufficient energy can be appropriately compensated, and when the power generation amount of the electric motor 6 exceeds the power necessary for generating the braking force, the surplus power Can be used for charging the
次に、車両が停止状態にある場合、又は後退走行している場合について説明する。この場合には、車輪の回転軸と全く切り離された、通常の、電動モータ6のみによるブレーキ作動と同等になる。先ず、車両が停止している場合には、遊星歯車変速機構5の入力部であるリングギア50に回転力が伝達されない。車両が後退するときにも、環状部材20が回転してもワンウェイクラッチ30が空転するのでリングギア50には回転力が伝達されない。一方、ワンウェイクラッチ40により、リングギア50はそれ自体がフリーになった場合にブレーキを解除してしまう側への回転が規制されており、実質的に遊星歯車変速機構5は、リングギア50が固定され、モータ側入力軸とブレーキ側出力軸の二つの回転軸を有する不思議歯車減速機として機能し、上記表2の関係でトルクを伝達することになる。この場合は車輪からのエネルギーを利用することはできず、ブレーキに必要なエネルギーは、全て電動モータ6によって発生させることになるが、停止状態や後退時におけるブレーキ使用エネルギーの割合は小さいので、省エネ効果が損なわれる程ではない。
Next, a case where the vehicle is stopped or traveling backward will be described. In this case, it is equivalent to a normal brake operation only by the electric motor 6 separated from the rotating shaft of the wheel. First, when the vehicle is stopped, the rotational force is not transmitted to the
而して、本実施形態によれば、ブレーキ作動に必要なエネルギーの大幅な低減が可能となる。例えば車速10km/h以上では全て車輪の回転エネルギーだけでブレーキ作動が行われ、その車速以下でも殆ど車輪の回転エネルギーによってブレーキ作動が可能となる。 Thus, according to the present embodiment, it is possible to significantly reduce the energy required for brake operation. For example, when the vehicle speed is 10 km / h or higher, the brake operation is performed only with the rotational energy of the wheel, and the brake operation is possible almost with the rotational energy of the wheel even at the vehicle speed or lower.
以上説明したように、本実施形態の車両用ブレーキ装置によれば、車輪の回転力に基づいて電動モータ6での発電を行うことにより制動力を発生させることができると共に、エネルギーが足りないときにその足りないエネルギーを適切に補うことができ、さらに、制動力目標値を超える発電量があったときに、余剰の電力を回収することが可能となる。したがって、車両のブレーキ作動用エネルギーを大幅に低減することが可能になるだけでなく、ブレーキ操作状況によっては運動エネルギーを電力として回収することができ、ハイブリッド車や電気自動車のような車両全体におよぶ大規模な変更を伴うことなく、回生ブレーキという極めて有効な環境対応技術を可能にすることができる。 As described above, according to the vehicle brake device of the present embodiment, the braking force can be generated by generating power with the electric motor 6 based on the rotational force of the wheels, and the energy is insufficient. It is possible to appropriately compensate for the insufficient energy, and to recover surplus power when there is a power generation amount exceeding the braking force target value. Therefore, not only can the brake operation energy of the vehicle be significantly reduced, but also kinetic energy can be recovered as electric power depending on the brake operation situation, and the entire vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle is covered. It is possible to enable a very effective environmental technology called regenerative braking without large-scale changes.
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本本実施形態の車両用ブレーキ装置は、第1実施形態に対してモータ制御装置110の構成を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、ここでは異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. The vehicle brake device according to the present embodiment is obtained by changing the configuration of the
図6は、本実施形態の車両用ブレーキ装置に備えられる電動モータとモータ制御装置110および電源装置120の具体的な構成例を示した回路模式図である。
FIG. 6 is a circuit schematic diagram illustrating a specific configuration example of the electric motor, the
この図に示されるように、本実施形態のモータ制御装置110のうち電源接続制御装置112は、第1実施形態(図5参照)に示したDC−DC変換装置112cやスイッチ112d、112eを無くした構成とされている。つまり、判定部111aにて電動モータ6に対して電力供給を行う必要があると判定されたときにはスイッチ112a、112bがONされて電源装置120からの電力供給が行える接続形態とされ、電動モータ6に対して電力供給を行う必要がないと判定されたときにはスイッチ112a、112bがOFFされて電力供給が行われない接続形態とされる。
As shown in this figure, the power
このような構成とされていても、エネルギーが不足しているときにそのエネルギーを適切に補充することが可能である。 Even if it is set as such a structure, when energy is insufficient, it is possible to replenish the energy appropriately.
(他の実施形態)
上記実施形態では、モータ制御装置110をモータ駆動装置111と電源接続制御装置112という別々の要素を備えた構成とし、判定部111aをモータ駆動装置111に内蔵させるような形態として説明したが、判定部111aはブレーキ制御装置110内のどこに配置されていても良く、電源接続制御装置112内もしくはモータ駆動装置111や電源接続装置112とは別の構成として備えられていても良い。
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the
また、上記実施形態では、電動モータ6の回転数を得るためにモータ回転数センサの検出信号を用いたが、電動モータ6の回転数は車輪回転数に比例しているため、車輪速度センサの検出信号を代わりに用いても良い。このような車輪速度センサは、ABS制御装置などが搭載された車両に一般的に搭載されているため、モータ回転検出のためのみに新たにセンサを追加しなくても済ませることができる。 In the above embodiment, the detection signal of the motor rotation speed sensor is used to obtain the rotation speed of the electric motor 6. However, since the rotation speed of the electric motor 6 is proportional to the wheel rotation speed, A detection signal may be used instead. Since such a wheel speed sensor is generally mounted in a vehicle on which an ABS control device or the like is mounted, it is not necessary to add a new sensor only for motor rotation detection.
また、上記実施形態では、モータ制御装置110を通じて電動モータ6への電力供給を行ったり、電動モータ6で発電した電力の回収を行うべく、電源装置120に対して蓄電器として機能するバッテリBattを備える例を挙げたが、例えばブレーキ制御用のキャパシタ等のような専用蓄電装置を適用しても良い。
Moreover, in the said embodiment, in order to supply the electric power to the electric motor 6 through the
1…ホイール、2…ナックル、3…ベアリング、4…ハブ、5…遊星歯車変速機構、6…電動モータ、7…運動変換機構、8…ピストン部材、10…ディスクロータ、13、14…環状部材、20…環状部材、30、40…ワンウェイクラッチ、50、56…リングギア、60…摩擦負荷手段、74…楔部材、91〜93…第1〜第3の摩擦部材、100…ブレーキ制御装置、110…モータ制御装置、111…モータ駆動装置、111a…判定部、112…電源接続制御装置、112a、112b、112d、112e…スイッチ、112c…DC−DCコンバータ、120…電源装置。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
該制動部材(10)に対し当接可能に前記車両に支持した摩擦部材(91〜93)と、
前記車輪(1)に固定されて一体的に回転する回転部材(4)と、
電気信号に応じて出力トルク又は回転速度を調整し得る電動モータ(6)と、
相対的に回転可能な三つ以上の構成要素を有し、そのうちの二つの構成要素の運動が決まれば残りの構成要素の運動も決まるように構成して成る差動変速手段(5)と、
回転運動を直進運動に変換して前記摩擦部材(91〜93)を前記制動部材(10)に当接する方向に駆動する運動変換手段(7、8)とを備え、
前記差動変速手段(5)の構成要素のうちの一つを前記回転部材(4)の回転運動と連動するように構成すると共に、前記差動変速手段(5)の構成要素のうちの他の一つを前記電動モータ(6)の回転運動と連動するように構成し、且つ前記差動変速手段(5)の残りの構成要素のうちの少なくとも一つを前記運動変換手段(7、8)と連動するように構成することにより、前記車輪(1)の回転力にて前記電動モータ(6)での発電を行い、該電動モータ(6)で発電した電力に基づき前記運動変換手段(7、8)を介して前記摩擦部材(91〜93)を前記制動部材(10)に押圧させて前記車輪(1)の回転を抑制する車両用ブレーキ装置であって、
前記電動モータ(6)に電力供給を行うための電源装置(120)と前記電動モータ(6)の接続形態を前記電源装置(120)から前記電動モータ(6)への電力供給を行う接続形態と前記電源装置(120)から前記電動モータ(6)への電力供給を行わない接続形態に制御するモータ制御装置(110)と、
前記モータ制御装置(110)に対して少なくともブレーキ操作に対応する制動力目標値を示す電気信号を出力するブレーキ制御装置(100)と、を備えていることを特徴とする車両用ブレーキ装置。 A braking member (10) that rotates integrally with the wheel (1) relative to the vehicle;
Friction members (91 to 93) supported on the vehicle so as to be able to come into contact with the braking member (10);
A rotating member (4) fixed to the wheel (1) and integrally rotating;
An electric motor (6) capable of adjusting an output torque or a rotation speed in accordance with an electric signal;
Differential transmission means (5) having three or more components that are relatively rotatable and configured such that if the movement of two of the components is determined, the movement of the remaining components is also determined;
A motion conversion means (7, 8) for converting the rotational motion into a straight motion and driving the friction members (91-93) in a direction in contact with the braking member (10);
One of the components of the differential transmission means (5) is configured to be interlocked with the rotational movement of the rotating member (4), and the other of the components of the differential transmission means (5). Is configured to be interlocked with the rotational motion of the electric motor (6), and at least one of the remaining components of the differential transmission means (5) is the motion conversion means (7, 8). ), The electric power is generated by the electric motor (6) with the rotational force of the wheel (1), and the motion conversion means ( A brake device for a vehicle that suppresses rotation of the wheel (1) by pressing the friction member (91 to 93) against the braking member (10) via 7, 7),
A connection form for supplying power from the power supply apparatus (120) to the electric motor (6) is connected to a power supply apparatus (120) for supplying electric power to the electric motor (6). And a motor control device (110) that controls the power supply device (120) so as not to supply power to the electric motor (6).
A vehicle brake device comprising: a brake control device (100) that outputs an electric signal indicating a braking force target value corresponding to at least a brake operation to the motor control device (110).
The power supply device (120) includes a battery (Batt). When the connection form of the power supply apparatus (120) and the electric motor (6) is the connection form for supplying the power, the battery (Batt) ) To the electric motor (6), and when the connection form of the power supply device (120) and the electric motor (6) is the connection form for collecting the power, the electric motor (6) The vehicle brake device according to any one of claims 1 to 5, wherein the battery (Batt) is charged based on power generation.
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