JP4555083B2 - 電気機械式駐車ブレーキを操作する方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気機械式アクチュエータによって操作可能なブレーキにおける電気機械式駐車ブレーキ装置を操作するための方法に関し、更に詳しくはアクチュエータが電動機と、この電動機の後に接続配置された、回転運動を並進運動に変換するための減速装置とを備え、電気機械式駐車ブレーキがロック解除方向へのアクチュエータの回転運動を阻止しかつ更なる締付けによって初めて再びロック解除可能であるロック機構として形成されている、方法に係る。

このような電気機械式に操作可能なブレーキは特許文献１によって知られている。公知のブレーキの電気機械式駐車ブレーキ装置は、電磁石によって操作可能な係止爪を備えている。この係止爪は電動機のロータに固定された歯付きリムに係合可能である。しかし、上記の特許文献１は駐車ブレーキ装置の制御について示唆していない。公知のブレーキは締付け力を測定するためのセンサを備えていない。従って、締付け力は他のデータから推定しなければならない。
国際出願第９９／４５２９２号パンフレット

そこで、本発明の課題は、締付け力センサを使用しないで、すべての運転状態で確実な駐車ブレーキ機能を保証する、電気機械式駐車ブレーキ装置を操作するための方法を提供することである。

この課題は本発明に従い、駐車ブレーキ装置の作動中、アクチュエータ位置を検出すると同時に、駐車ブレーキングに対応するブレーキの締付け力を加えるために必要な電動機のトルクの平均値を求めて記憶し、補正係数ｋη≧１を掛けたこのトルクを加えるように、電動機を後の時点で制御し、加えた締付け力を維持または増大させることによって解決される。

本発明による方法の他の有利な特徴は従属請求項２〜１２から明らかである。

添付の図を参照した実施の形態の次の記載において本発明による方法を詳しく説明する。

図１に示した本発明による電気機械式に操作可能なブレーキ（このブレーキに本発明の方法が適用可能であり、このブレーキはフローティングキャリパ式ディスクブレーキとして形成されている）は、電気機械式アクチュエータと、概略的に示したブレーキキャリパを備えている。このブレーキキャリパは図示していない固定されたホルダー内に摺動可能に支承されている。対の摩擦パッド４，５は、ブレーキディスク６の左側の側面と右側の側面に向くようにブレーキキャリパ内に配置されている。

以下、図において右側に示した摩擦パッド４を第１の摩擦パッドと呼び、５で示した他の摩擦パッドを第２の摩擦パッドと呼ぶ。第１の摩擦パッド４が一方の操作要素７を用いて操作ユニットによってブレーキディスク６に直接作用可能であるのに対し、第２の摩擦パッド５は構造体の操作時にブレーキキャリパによって加えられる反力の作用によって、ブレーキディスク６の反対側の側面に押しつけられる。図示していない固定手段を用いてブレーキキャリパに取付けられたアクチュエータは、モジュラー構造であり、実質的に、独立して取扱い操作可能な３つのアセンブリまたはモジュール、すなわち駆動ユニット１と、第１の摩擦パッド４を操作する第１の減速装置２と、駆動ユニット１と第１の減速装置２の間に作用的に連結配置された第２の減速装置３とからなっている。

前述の駆動ユニット１は電動機１０を備えている。この電動機は図示した例では、永久磁石で励磁され電子的に整流するモータとして形成されている。このモータのステータ９はモータケーシング８内に動かないように配置され、そのロータ１１はリング状の支持体１３によって形成されている。この支持体は複数の永久磁石セグメント１４を支持している。電動機１０と前述の操作要素７との間には、第１の減速装置２が作用的に配置されている。この第１の減速装置は図示例ではボールねじ装置１６〜２１として形成されている。このボールねじ装置は前述のブレーキキャリパと一体に形成可能である減速装置ケーシング１５に支承されている。その際、このボールねじ装置はねじ付きナット１６とねじ付きスピンドル１７とからなっている。この場合、ねじ付きナット１６とねじ付きスピンドル１７の間には、多数のボール１８が配置されている。このボールはねじ付きスピンドル１７の回転運動時に循環し、ねじ付きナット１６を軸方向移動すなわち並進運動させる。その際、ねじ付きナット１６は好ましくは前述の操作要素７を形成している。第２の減速装置３を介して電動機１０によって駆動されるねじ付きスピンドル１７は好ましくは３つの部分によって形成され、前述のボール１８によってねじ付きナット１６に係合する管状の第１のスピンドル部分１９と、リング状の第２のスピンドル部分２０と、第３のスピンドル部分２１とからなっている。

その際、配置は好ましくは、モータ１０のロータ１１が第２の減速装置３を介して第３のスピンドル部分２１を駆動し、ねじ付きナット１６が第１の摩擦パッド４に支持されるように行われている。

図に示した本発明の実施の形態の場合、必要なモータトルクの低減は、前述の第２の減速装置３を形成する遊星歯車装置３０〜３４の好ましい一体化によって行われる。ロータ１１とねじ付きスピンドル１７の間に作用的に配置された遊星歯車装置は、特にロータ１１に形成された外歯付き範囲２２によって形成された太陽歯車３０と、２つだけを示し参照符号３１と３２を付けた複数の段付き遊星歯車と、内歯歯車３３とによって形成されている。遊星歯車保持器３４に支承された段付き遊星歯車３１，３２は、太陽歯車３０と協働する第１の段部と、内歯歯車３３と協働する第２の段部を備えている。この場合、第１の段部は大径の歯車３１ａ，３２ａによって形成され、第２の段部は小径の歯車３１ｂ，３２ｂによって形成されている。その際、前述の遊星歯車保持器３４は好ましくは、遊星歯車３１，３２の支承個所とねじ付きスピンドル１７の連結個所の間にあるその範囲が小さな軸方向隙間および半径方向隙間と小さな角度ずれを許容し、例えば積層板または折畳みベローとして形成されるように構成されている。内歯歯車３３は遊星歯車装置のケーシングを形成するキャップ２３の内歯付き範囲によって形成されている。

ボールねじ装置の前述のねじ付きナット１６は、鉢形の案内部材１２内で案内または支承されている。案内部材１２内でのねじ付きナット１６の支承は、第１の摩擦パッド４寄りのその範囲において、案内部材１２内に配置された第１のスライドリング２８によって、および摩擦パッド４と反対側のその端範囲において、ねじ付きナット１６上に配置された第２のスライドリング２９によって行われる。

図１から更に判るように、第２のリング状のスピンドル部分２０は、案内部材１２内に配置されたスラスト軸受２６に支持され、第３のスピンドル部分２１はかみ合い連結的な差込み連結によって第２の減速装置３の遊星歯車保持器３４に連結されている。そのために、第３のスピンドル部分２１の端部は例えばトルクス継手または六角部として形成され、遊星歯車保持器３４の対応して形成された穴に挿入されている。その際、かみ合い連結的な差し込み連結部がねじれにくく、半径方向に可撓性を有しそして曲がり得るように遊星歯車保持器３４に連結されていると特に有利である。この連結はキャップ２３内に設けられたラジアル軸受５０の外側リング５１によって行われる。ねじ付きナット１６と案内部材１２の間に挟持された弾性的なシールまたはシールスリーブ２７は、ボールねじ装置の内部への異物の侵入を防止する。

更に、本発明による操作ユニットの申し分のない機能のために、ねじ付きナット６０が摩擦パッド４とは反対側のその端部に、図示していない軸方向の突起を備えている。この突起はそのリセットの際に、第２のスピンドル部分２０の外周に形成されたストッパーと協働する。突起の側面がストッパーに支持されることにより、ねじ付きナット１６のそれ以上のリセットが阻止されるので、両部分１６，２０が締付けられて動かなくなることがない。

ロータ１１の現在の位置を検出するために、詳しく示していない位置認識システム４６が設けられている。位置情報はホールセンサまたは磁気抵抗要素によって検出される。

駐車ブレーキの機能を実現可能にするために、本発明による操作ユニットは、電動機１０のロータ１１と協働してロータのロックを可能にする電気機械的な手段（図２参照）を備えている。図示した実施の形態では、電気機械的な手段は電磁操作可能なフリーホイール機構によって形成されている。このフリーホイール機構は参照符号３５で示され、ロータ１１を支承するラジアル軸受２４と協働する。フリーホイール機構３５に付設された電気的なアクチュエータは機械式フリップフロップのように形成されている。このフリップフロップの状態は短い通電の度に変更される。

特に図２〜４から明らかなように、フリーホイール機構３５の重要な部品は上述のラジアル軸受２４に一体化されている。そのために、ラジアル軸受２４の外側リング３６と内側リング３７は、環状室を画成するように片側が延長している。この環状室は締付け体３８を収容している。この場合、軸受リング３６，３７の延長した範囲の特別な形状によって、軸受リング３６，３７と締付け体３８の間の係合連結が保証される。その際、外側リング３６は好ましくは締付け体３８と協働するその範囲に、半径方向の凹部３９を備えている。この凹部は片側が斜面または傾斜路４０によって画成されている。一方、内側リング３７は成形部４１を備えている。この成形部は締付け体３８の輪郭に一致し、凹部と共に締付け隙間を画成している。締付けローラとしてあるいは球状に形成可能な締付け体３８は、前述の凹部３９の方に、リング状のばね要素４２によって付勢されている。

電磁操作装置がフリーホイール機構３５の操作の役目を果たす。この電磁操作装置は図示した例では参照符号４３を付けてある。操作装置４３は実質的に、双安定性電磁石４４と突棒４５とからなっている。この突棒は電磁石４４のアーマチュアと協働し、電磁石４４を作動させる際に締付け体３８を半径方向に移動させる。突棒４５は管状のガイド４７内を案内される。このガイドは軸受外側リング３６を収容する、モータケーシング８内に配置されたリング状の収容部材４８に成形されている。

駐車ブレーキ装置３５を作動させる際に、機能が次のような順序で生じる。この機能の順序を図５に関連して詳細に説明する。

先ず最初に、電動機１０を適当に制御することによって、電気機械式ブレーキが必要な締付け力レベルＦ_parkまで締付けられる（掛けられる）。ブレーキが“暖められた”状態にあり、それによって駐車ブレーキ装置の作動が特性Ｆ＝ｆ（ψ）に従って行われると仮定する。調節すべき締付け力Ｆ_parkは、ψ_parkで示したアクチュエータ位置またはロータ位置のときに達成される。上記の座標ψ_park，Ｆ_parkによって定めた点Ａで、駐車ブレーキ装置３５がロックされる。同時に、電動機１０に供給される電流を測定することによって、電動機１０によって加えられるトルクの平均値Ｍ_parkが求められる。この平均値は装置の効率＝１に相当する。その際、平均値は好ましくは下側の限界値がチェックされる。トルク平均値がこの下側限界値を下回ると、トルク（ひいては締付け力）がこの限界値まで高められる。トルク平均値が限界値を上回ると、制御によって調節された締付け力が維持される。ブレーキを締付けるトルク平均値は、非揮発性メモリ（EEPROM）に記憶される。続いて、図示していない制御装置またはコントローラでトルク平均値Ｍ_parkに補正係数ｋη＞１が掛けられ、従って大きなトルク値Ｍ_1parkがセットされる。この場合、効率に依存するヒステリシス特性曲線の上昇部分が考慮されるかまたは用いられるという仮定の下で、大きなトルク値Ｍ_1parkから大きな締付け力Ｆ₁が生じる。特性曲線Ｆ＝ｆ（ψ）上のロック点Ａ₁がこの締付け力に相当する。変更されたアクチュエータ位置ψ_1parkが上記の締付け力増大の方向へのアクチュエータの付加的な制御に相当する。

ブレーキを掛ける（締付ける）と、ロータ１１または軸受内側リング３７がフリーホイール機構３５の締付け方向と反対方向に、すなわち図において右側に動かされる。駐車ブレーキの操作の際締付け体３８が電磁石４４の作動によって成形部４１の方に移動させられると、締付け体は前述の傾斜路４０上を転動して先細の締付け隙間内に達する。電動機１０に供給される電流が減少すると、掛けられたブレーキのばね力がロータ１１または軸受内側リング３７を締付け方向に回転させようとする。それによって、駐車ブレーキ装置は確実にロックされる。駐車ブレーキのロック位置は図４に示してある。

短時間後（この間まだブレーキは再び掛けられていない）の駐車ブレーキ装置の解除のために、前に定められたトルク値Ｍ_1parkよりもかなり大きなトルク値Ｍ_loes＝ｋ_loes×ｋη×Ｍ_parkを設定することによって、電動機１０は所定の時間にわたってブレーキを更に掛けなければならず、そして突棒４５を上方に動かすために電磁石４４を再度１回操作しなければならない。それによって負荷解除された締付け体３８がそれを付勢するばね要素４２の力によって軸受外側リング３６の凹部３９内に押し込まれ、ロータ１１は両方向に自由に回転可能である。駐車ブレーキ装置の解除は代替的に、電動機の最大トルクＭ_maxが加えられるように、電動機を予め定めた時間にわたって作動させることによっても達成可能である。

駐車ブレーキ装置が点Ａでロックされ、アクチュエータ位置ψ_parkが変化しないでブレーキが冷えることにより、調節された締付け力がＦ_2parkで示す値まで弱められる場合にも、上記と同様なことが起こる。この値には、特性曲線Ｆ_T＝ｆ（ψ）上の点Ａ₂によって示す運転状態が対応している。この特性曲線はブレーキの冷えた状態のために有効であり、前述の特性曲線が温度に依存して移動することによって生じる。前述の値Ｆ₁まで必要な締付け力を増大させるために必要な、電動機１０のもう一度の作動は、座標ψ′_parkによって示してある。

本発明の範囲内では勿論、請求される方法の多数の変形が考えられる。例えば、駐車ブレーキ装置を最初に作動させた後で、前もって定めた時間内に、場合によってアクチュエータ温度差に依存して、方法を繰り返すことができる。その際、アクチュエータ温度差は好ましくは、駐車ブレーキ装置の最初の作動のときまたはブレーキの最後の再締付けのときのアクチュエータ温度と、例えばアクチュエータ温度モデルによって推定される現在のアクチュエータ温度との差に等しい。前述の補正係数ｋηはアクチュエータ効率または車両の測定または推定された傾斜位置に依存する。更に、駐車ブレーキの解除中に、ブレーキの必要な締付けが行われた後で、新しいアクチュエータのアクチュエータ位置−締付け力−特性曲線を推定することができる。

本発明による方法が適用可能である、電気機械式操作ユニットを備えた電気機械的に操作可能なブレーキの実施の形態の軸方向断面図である。 図１のブレーキで使用される駐車ブレーキ装置の実施の形態を示す図である。 図２の駐車ブレーキ装置の静止位置を破断して示す図である。 図２の駐車ブレーキ装置の操作位置を破断して示す図である。 本発明による方法の経過をグラフで示す図である。

Claims (11)

1. 電気機械式アクチュエータによって操作可能なブレーキにおける電気機械式駐車ブレーキ装置を操作するための方法であって、アクチュエータが電動機と、この電動機の後に接続配置された、回転運動を並進運動に変換するための減速装置とを備え、電気機械式駐車ブレーキがロック解除方向へのアクチュエータの回転運動を阻止しかつ更なる締付けによって初めて再びロック解除可能であるロック機構として形成されている、上記方法において、駐車ブレーキ装置の作動中、アクチュエータ位置（ψ）を検出すると同時に、駐車ブレーキングに対応するブレーキの締付け力を加えるために必要な電動機のトルク（Ｍｐａｒｋ）の平均値を求めて記憶し、補正係数ｋη≧１を掛けたこのトルク（Ｍｐａｒｋ）を加えるように、電動機を後の時点で制御し、加えた締付け力を維持または増大させ、かつ、
   求められたトルク平均値（Ｍｐａｒｋ）がその下限値を監視され、この下限値を下回ると、この下限値にセットされることを特徴とする方法。
2. トルク（Ｍｐａｒｋ）が電動機（１０）に供給される電流を測定することによって求められることを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 電動機（１０）が駐車ブレーキ装置を最初に作動させた後前もって定められた時間内に、補正係数ｋη≧１を掛けたトルク（Ｍｐａｒｋ）を加えるように制御されることを特徴とする、請求項１および２記載の方法。
4. 電動機（１０）がアクチュエータ温度差に依存して、補正係数ｋη≧１を掛けたトルク（Ｍｐａｒｋ）を加えるように制御されることを特徴とする、請求項１および２記載の方法。
5. アクチュエータ温度差が、駐車ブレーキ装置を最初に作動させたときまたは補正係数ｋη≧１を掛けたトルク（Ｍｐａｒｋ）を加えるために電動機（１０）を最後に制御したときのアクチュエータ温度と、現在のアクチュエータ温度との差に等しいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
6. アクチュエータ温度がアクチュエータ温度モデルによって推定されることを特徴とする、請求項４または５記載の方法。
7. 補正係数ｋηがアクチュエータ効率に依存することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法。
8. 補正係数ｋηが測定または推定された車両の傾斜に依存することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載の方法。
9. 駐車ブレーキ装置を解除するために、トルク設定値Ｍｌｏｅｓ＝ｋｌｏｅｓ×ｋη×Ｍｐａｒｋを満足するように、電動機が予め定めた時間にわたって制御されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載の方法。
10. 駐車ブレーキ装置を解除するために、最大トルク設定値Ｍｌｏｅｓ＝Ｍｍａｘを加えるように、電動機が予め定めた時間にわたって制御されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載の方法。
11. 駐車ブレーキ装置の解除の間、アクチュエータの新しいアクチュエータ位置−締付け力−特性曲線が推定されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つに記載の方法。

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