JP4502749B2 - 電動駐車ブレーキ装置および電動駐車ブレーキ装置におけるブレーキパッドの実位置推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータの回転運動を駆動力変換機構で直線運動に変換してブレーキパッドを移動させることで車輪を制動する電動駐車ブレーキ装置および電動駐車ブレーキ装置におけるブレーキパッドの実位置推定方法に関する。

車両が停止していて電動ブレーキ装置が非制動状態にあるときに、電動ブレーキ装置のモータに所定の大きさの電流を供給して制動状態に移行させ、制動状態において検出したブレーキパッドの実位置（基準位置）に基づいて、ブレーキパッドがブレーキディスクに接触し始める接触開始位置（０点位置）を算出するものが、下記特許文献１により公知である。
特開２０００−５５０９４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、ブレーキパッドの基準位置を検出する際に、モータに通電して電動ブレーキ装置を非制動状態から制動状態に移行させる必要があり、そのためにモータの作動量が大きくなって基準位置を検出するための時間および電力消費量が増加する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、電動駐車ブレーキ装置の電動モータの消費電力を最小限に抑えながらブレーキパッドの位置を短時間で推定できるようにす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、電動モータと、電動モータの回転運動を直線運動に変換する駆動力変換機構と、駆動力変換機構により移動して車輪を制動するブレーキパッドと、駆動力変換機構を拘束してブレーキパッドの制動解除方向への移動を規制する制動力保持機構と、電動モータに流れる電流を検出する電流センサとを備えた電動駐車ブレーキ装置であって、制動力保持機構の作動中に一時的に電動モータに通電して、ブレーキパッドを制動方向へ移動させる回転方向に電動モータを駆動し、そのとき電流センサにより検出された電流値に基づいてブレーキパッドの実位置を推定することを特徴とする電動駐車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、推定したブレーキパッドの実位置に基づいて、非制動時のブレーキパッドの初期位置を決定することを特徴とする電動駐車ブレーキ装置が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、電動モータと、電動モータの回転運動を直線運動に変換する駆動力変換機構と、駆動力変換機構により移動して車輪を制動するブレーキパッドと、駆動力変換機構を拘束してブレーキパッドの制動解除方向への移動を規制する制動力保持機構と、電動モータに流れる電流を検出する電流センサとを備えた電動駐車ブレーキ装置におけるブレーキパッドの実位置推定方法であって、制動力保持機構の作動中に一時的に電動モータに通電して、ブレーキパッドを制動方向へ移動させる回転方向に電動モータを駆動することにより、前記制動力保持機構による前記駆動力変換機構の拘束を解除すると共に、そのとき電流センサにより検出された電流値に基づいてブレーキパッドの実位置を推定し、次に前記制動力保持機構による前記駆動力変換機構の拘束を再度有効とすることを特徴とする電動駐車ブレーキ装置におけるブレーキパッドの実位置推定方法が提案される。

尚、実施例のラチェット機構Ｒは本発明の制動力保持機構に対応し、実施例のボールねじ機構Ｓは本発明の駆動力変換機構に対応する。

請求項１の構成によれば、電動駐車ブレーキ装置の作動中に一時的に電動モータに通電して、ブレーキパッドを制動方向へ移動させる回転方向に電動モータを駆動し、そのとき電流センサにより検出された電流値に基づいてブレーキパッドの実位置を推定するので、電動駐車ブレーキ装置が非作動状態から作動状態になるまで電動モータに通電してブレーキパッドの実位置を推定する場合に比べて、電動モータの消費電力を最小限に抑えるとともに推定に必要な時間を短縮することができる。

請求項２の構成によれば、非制動時のブレーキパッドの初期位置を、推定したブレーキパッドの実位置に基づいて決定するので、ブレーキパッドを常に一定のパッドクリアランスを有する適切な初期位置に停止させ、高い作動応答性を確保しながらブレーキパッドの引きずりを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の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９は本発明の一実施例を示すもので、図１は電動駐車ブレーキ装置の機能を備えた電動ブレーキ装置の横断面図、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は電動駐車ブレーキの作動時の作用説明図、図５は電動駐車ブレーキの強制作動解除時の作用説明図、図６は電動駐車ブレーキの作動時のタイムチャート、図７は電動駐車ブレーキの強制作動解除時のタイムチャート、図８はブレーキパッドの位置推定の手順を説明するフローチャート、図９はモータ電流とブレーキパッド位置との関係を示すグラフである。

図１〜図３に示すように、電動駐車ブレーキ装置としても使用可能な電動ブレーキ装置は、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に固定されたプラネタリキャリヤを兼ねるラチェットホイール３２と、ラチェットホイール３２の外周を囲むリングギヤ３３と、ラチェットホイール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。ラチェットホイール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。

電動ブレーキ装置は、それを電動駐車ブレーキ装置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は前記ラチェットホイール３２と、中央部を支点ピン４１で揺動自在に枢支され、ラチェットホイール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。

電動モータＭおよびソレノイド４４の作動を制御する電子制御ユニットＵには、電動モータＭのモータ出力軸１９の回転位置、つまり一方のブレーキパッド１４ａの位置を検出するロータリエンコーダ５１からの信号と、電動モータＭに流れる電流を検出する電流センサ５２からの信号と、ドライバーにより操作されるパーキングスイッチ５３からの信号とが入力される。

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。

電動ブレーキ装置をサービスブレーキとして使用するときには、電動モータＭを正転駆動するとモータ出力軸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…およびラチェットホイール３２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。

次に、電動ブレーキ装置を電動駐車ブレーキ装置として使用するときの作用を、図６および図７のタイムチャートを参照して説明する。

図６のタイムチャートにおいて、ドライバーがパーキングスイッチ５３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がラチェットホイール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、ラチェットホイール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がラチェットホイール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駐車ブレーキは作動状態に保持される。

図７のタイムチャートにおいて、ドライバーがパーキングスイッチ５３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、ラチェットホイール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がラチェットホイール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、ラチェットホイール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、電動駐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。

電動駐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駐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をラチェットホイール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、電動駐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、電子制御ユニットＵにより実行されるブレーキパッド１４ａの位置推定を、図８のフローチャートに基づいて説明する。

先ず、ステップＳ１でドライバーによりブレーキペダルが踏まれていないことを確認する。これは、ブレーキペダルが踏まれると電動ブレーキ装置がサービスブレーキとして作動してしまい、ブレーキパッド１４ａの位置推定ができなくなるからである。前記ステップＳ１でブレーキペダルが踏まれておらず、ステップＳ２で電動ブレーキ装置が駐車ブレーキとして作動しているとき、ステップＳ３で電動モータＭに一時的に通電し、ブレーキパッドを制動方向へ移動させる正転方向に駆動して、ラチェットホイール３２を図４の制動方向に僅かに回転させることで、ラチェットポール４２のラチェット爪４２ａをラチェットホイール３２のラチェット歯３２ａ…から離脱させ、捩じりコイルばね４３の弾発力でラチェットポール４２を図３の位置に回転させてラチェットホイール３２の拘束を解除し、ステップＳ４でそのときの電動モータＭの電流値を電流センサ５２により検出する。

図９は電動モータＭの電流値とブレーキパッド１４ａの位置との関係を示すグラフであって、電動ブレーキ装置が作動してブレーキパッド１４ａ，１４ｂがブレーキディスク１３に押し付けられているとき、電動モータＭの電流値（つまり電動モータＭの出力トルク）に対するブレーキパッド１４ａの位置の関係は予め知られている。従って、前記ステップＳ４で検出された電動モータＭの電流値がＩａであれば、そのときのブレーキパッド１４ａの実位置Ｐａをロータリエンコーダ５１の出力として読み取ることができる。

図９における符号Ｐｂはブレーキパッド１４ａがブレーキディスク１３に接触を開始する接触開始位置であり、符号Ｐｃは前記位置ＰｂからパッドクリアランスＬｂ分だけブレーキパッド１４ａを戻した位置（ブレーキパッド１４ａの初期位置）である。従って、上述のようにしてブレーキパッド１４ａの実位置Ｐａが推定されると、図９のグラフから実位置Ｐａおよび接触開始位置Ｐｂまでの距離Ｌａを知ることができ、この距離Ｌａに予め設定したパッドクリアランスＬｂを加算することで、ブレーキパッド１４ａの初期位置Ｐｃを知ることができる。

電動モータＭのモータ出力軸１９の回転角とブレーキパッド１４ａの位置との間には、プラネタリギヤ機構Ｐの減速比およびボールねじ機構Ｓのピッチにより決まる一定の関係があるため、実位置Ｐａに対応するロータリエンコーダ５１の出力から、初期位置Ｐｃに対応するロータリエンコーダ５１の出力を算出することができる。

このようにして、ステップＳ５でブレーキパッド１４ａの初期位置Ｐｃが推定され、電子制御ユニットＵ内の不揮発メモリに記憶されると、ステップＳ６でラチェット機構Ｒを作動させて電動ブレーキ装置を作動状態にロックし、ステップＳ７で電動モータＭへの通電をＯＦＦする。

そしてステップＳ８で駐車ブレーキが解除されたとき、ステップＳ９で電動モータＭを逆転させ、ロータリエンコーダ５１の出力を監視しながらブレーキパッド１４ａを電子制御ユニットＵに記憶された初期位置Ｐｃに戻すことで、ブレーキパッド１４ａを常に一定のパッドクリアランスＬｂを有する適切な初期位置Ｐｃに停止させることができる。従って、ステップＳ１０で電動ブレーキ装置をサービスブレーキとして作動させる際に、電動ブレーキ装置の高い作動応答性を確保しながら、ブレーキパッド１４ａ，１４ｂの引きずりを防止することができる。

以上のように、ブレーキパッド１４ａの実位置Ｐａを推定する際に、ひいてはブレーキパッド１４ａの初期位置Ｐｃを推定する際に、電動モータＭに一時的に電流を供給して電流値Ｉａを検出するだけで良いため、電動モータＭの電力消費量を最小限に抑えるとともに、推定のための時間を短縮することができる。

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、実施例では電動ブレーキ装置（サービスブレーキ）を電動駐車ブレーキ装置に兼用しているが、本発明はサービスブレーキとして使用しない専用の電動駐車ブレーキ装置に対しても適用することができる。

また制動力保持機構は実施例のラチェット機構Ｒに限定されず、他の適宜の機構を採用することができる。

また駆動力変換機構は実施例のボールねじ機構Ｓに限定されず、他の適宜の機構を採用することができる。

また実施例ではブレーキパッド１４ａの位置を電動モータＭのモータ出力軸１９に設けたロータリエンコーダ５１で間接的に検出しているが、非接触式のセンサ等でブレーキパッド１４ａの位置を直接検出しても良い。

電動駐車ブレーキ装置の機能を備えた電動ブレーキ装置の横断面図 図１の２−２線断面図 図１の３−３線断面図 電動駐車ブレーキの作動時の作用説明図 電動駐車ブレーキの強制作動解除時の作用説明図 電動駐車ブレーキの作動時のタイムチャート 電動駐車ブレーキの強制作動解除時のタイムチャート ブレーキパッドの位置推定の手順を説明するフローチャート モータ電流とブレーキパッド位置との関係を示すグラフ

１４ａ ブレーキパッド
５２ 電流センサ
Ｉａ 電流値
Ｍ 電動モータ
Ｐａ 実位置
Ｐｃ 初期位置
Ｒ ラチェット機構（制動力保持機構）
Ｓ ボールねじ機構（駆動力変換機構）

Claims (3)

1. 電動モータ（Ｍ）と、
   電動モータ（Ｍ）の回転運動を直線運動に変換する駆動力変換機構（Ｓ）と、
   駆動力変換機構（Ｓ）により移動して車輪を制動するブレーキパッド（１４ａ）と、
   駆動力変換機構（Ｓ）を拘束してブレーキパッド（１４ａ）の制動解除方向への移動を規制する制動力保持機構（Ｒ）と、
   電動モータ（Ｍ）に流れる電流を検出する電流センサ（５２）と、
   を備えた電動駐車ブレーキ装置であって、
   制動力保持機構（Ｒ）の作動中に一時的に電動モータ（Ｍ）に通電して、ブレーキパッド（１４ａ）を制動方向へ移動させる回転方向に電動モータ（Ｍ）を駆動し、そのとき電流センサ（５２）により検出された電流値（Ｉａ）に基づいてブレーキパッド（１４ａ）の実位置（Ｐａ）を推定することを特徴とする電動駐車ブレーキ装置。
2. 推定したブレーキパッド（１４ａ）の実位置（Ｐａ）に基づいて、非制動時のブレーキパッド（１４ａ）の初期位置（Ｐｃ）を決定することを特徴とする、請求項１に記載の電動駐車ブレーキ装置。
3. 電動モータ（Ｍ）と、
   電動モータ（Ｍ）の回転運動を直線運動に変換する駆動力変換機構（Ｓ）と、
   駆動力変換機構（Ｓ）により移動して車輪を制動するブレーキパッド（１４ａ）と、
   駆動力変換機構（Ｓ）を拘束してブレーキパッド（１４ａ）の制動解除方向への移動を規制する制動力保持機構（Ｒ）と、
   電動モータ（Ｍ）に流れる電流を検出する電流センサ（５２）と、
   を備えた電動駐車ブレーキ装置におけるブレーキパッドの実位置推定方法であって、
   制動力保持機構（Ｒ）の作動中に一時的に電動モータ（Ｍ）に通電して、ブレーキパッド（１４ａ）を制動方向へ移動させる回転方向に電動モータ（Ｍ）を駆動することにより、前記制動力保持機構（Ｒ）による前記駆動力変換機構（Ｓ）の拘束を解除すると共に、そのとき電流センサ（５２）により検出された電流値（Ｉａ）に基づいてブレーキパッド（１４ａ）の実位置（Ｐａ）を推定し、次に前記制動力保持機構（Ｒ）による前記駆動力変換機構（Ｓ）の拘束を再度有効とすることを特徴とする電動駐車ブレーキ装置におけるブレーキパッドの実位置推定方法。

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