JP4711704B2 - Electric brake device - Google Patents
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Description
本発明は、電動モ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電動ブレーキ装置に関する。 The present invention relates to an electric brake device that generates a braking force by pressing a friction member that moves forward and backward by an electric motor against a rotating member that rotates together with a wheel.
ドライバーがブレーキペダルを踏んだ踏力を踏力センサで電気信号に変換し、この電気信号で駆動されるモータのような電動アクチュエータの回転をボールねじ機構で推力に変換し、ボールねじ機構に接続されたパッドをディスクロータに押し付けることで車輪を制動する、いわゆるBBW(ブレーキ・バイ・ワイヤ)式のブレーキ装置が、下記特許文献1により公知である。
ところでディスクブレーキ装置のパッドを電動アクチュエータが発生する推力でディスクロータに押し付けて制動力を発生させた後、電動アクチュエータの推力を解除すると、パッドがディスクロータから受ける反力で押し戻されるため、電動アクチュエータが逆方向に駆動されて回生電力を発生することになる。しかしながら上記従来のものは、この回生電力を有効に利用せずに無駄に捨てていた。 By the way, the disc brake device pad is pressed against the disc rotor with the thrust generated by the electric actuator to generate a braking force, and then when the thrust of the electric actuator is released, the pad is pushed back by the reaction force received from the disc rotor. Is driven in the reverse direction to generate regenerative power. However, the above-mentioned conventional ones are wasted without using this regenerative power effectively.
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、電動ブレーキ装置の電動モータが発生する回生電力を有効に利用することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to effectively use regenerative power generated by an electric motor of an electric brake device.
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電動ブレーキ装置において、電動モータを駆動する主電源と、補助電源としてのコンデンサと、電動モータ、主電源およびコンデンサの接続状態を切り換えるためのスイッチとを有し、前記スイッチは、ブレーキ作動時に主電源からの電力で電動モータを駆動する第1の制御形態と、ブレーキ解除時に電動モータの回生電力でコンデンサを充電する第2の制御形態と、ブレーキ作動時に主電源と電動モータとを非接続状態としてコンデンサからの電力のみで電動モータを低電圧で駆動する第3の制御形態とを切換え可能であることを特徴とする電動ブレーキ装置が提案される。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, in an electric brake device that generates a braking force by pressing a friction member that moves forward and backward with an electric motor against a rotating member that rotates together with the wheel, the electric motor A main power source for driving the motor, a capacitor as an auxiliary power source, and a switch for switching the connection state between the electric motor and the main power source and the capacitor. The switch uses electric power from the main power source when the brake is operated. a first control mode for driving the power from the capacitor as a non-connected state and a second control mode, the main power source and the electric motor during braking to charge the capacitor with the regenerative electric power of the electric dynamic motor when the brake is released electric braking apparatus is proposed to the third control mode and wherein the available der Rukoto switched to drive the electric motor with a low voltage only.
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、前記スイッチは、ブレーキ作動時に主電源およびコンデンサを電動モータに対して直列に接続して電動モータを高電圧で駆動する第4の制御形態に切換え可能であることを特徴とする電動ブレーキ装置が提案される。
が提案される。
According to the second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, the switch connects the main power source and the capacitor in series with the electric motor when the brake is operated , so that the electric motor can be operated at a high voltage. An electric brake device characterized in that it can be switched to a fourth control mode for driving is proposed.
Is proposed.
更に請求項3に記載された発明によれば、請求項1または請求項2の構成に加えて、前記スイッチは、前記第2の制御形態では、主電源を電動モータから切り離すことを特徴とする電動ブレーキ装置が提案される。Furthermore, according to the invention described in
尚、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。
The
請求項1の構成によれば、電動モータで前進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電動ブレーキ装置において、第1の制御形態では、ブレーキ作動時に主電源からの電力で電動モータを駆動し、第2の制御形態では、ブレーキ解除時に摩擦部材が回転部材から受ける反力で電動モータを逆回転させて、電動モータが発生する回生電力で補助電源としてのコンデンサを充電し、第3の制御形態では、ブレーキ作動時に主電源と電動モータとを非接続状態としてコンデンサからの電力のみで電動モータを低電圧で駆動するので、前記回生電力を有効に利用して電動ブレーキ装置の消費電力を節減することができる。 According to the first aspect, the friction member to move forward by an electric motor electric braking apparatus which generates a braking force in pressure contact with the rotary member which rotates together with the wheel, in the first control mode, mainly during braking power In the second control mode , the electric motor is reversely rotated by the reaction force received by the friction member from the rotating member when the brake is released, and the regenerative electric power generated by the electric motor is used as an auxiliary power source . In the third control mode, the main power source and the electric motor are disconnected from each other and the electric motor is driven at a low voltage only by the electric power from the capacitor in the third control mode. Therefore, the regenerative power is effectively used. As a result, the power consumption of the electric brake device can be reduced.
請求項2の構成によれば、第4の制御形態では、ブレーキ作動時に主電源およびコンデンサを電動モータに対して直列に接続して電動モータを高電圧で駆動可能であるので、主電源の電圧をコンデンサの電圧で昇圧して電動モータの起動性能を高めることができる。
According to the configuration of
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。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below based on examples of the present invention shown in the accompanying drawings.
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は電動モータの駆動回路図である。 1 to 6 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view of an electric brake having a function of an electric stop brake, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG. 1 is a sectional view taken along line 3-3 in FIG. 1, FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation when the electric stop brake is operated, FIG. 5 is an explanatory diagram of an operation when the electric stop brake is forcibly released, and FIG. 6 is a drive circuit diagram of the electric motor. It is.
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。
As shown in FIGS. 1 to 3, the electric brake that can also be used as an electric stop brake includes a
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。
The electric motor M housed in the
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。
A planetary gear mechanism P is arranged inside the
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。
The planetary gear mechanism P includes three elements: a
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。
The electric brake includes a ratchet mechanism R for causing it to function as an electric stop brake. The ratchet mechanism R has a
図6に示すように、電動モータMを駆動する主電源Eのマイナス端子はラインaを介して接地部Gに接続され、プラス端子はラインbを介して電動モータMの一方の端子に接続され、電動モータMの他方の端子はラインcを介して接地部Gに接続される。ラインbには、主電源Eからの電力で電動モータMを駆動・停止するための第1スイッチS1が配置される。 As shown in FIG. 6, the minus terminal of the main power source E that drives the electric motor M is connected to the grounding part G via the line a, and the plus terminal is connected to one terminal of the electric motor M via the line b. The other terminal of the electric motor M is connected to the grounding part G through the line c. In the line b, a first switch S1 for driving / stopping the electric motor M with electric power from the main power source E is arranged.
第1スイッチS1よりも電動モータM側のラインbと接地部Gとの間のラインdに、第2スイッチS2と、補助電源としてのコンデンサCと、第4スイッチS4とが直列に配置される。そして主電源および第1スイッチS1間のラインbと、コンデンサCおよび第4スイッチS4間のラインdとを接続するラインeに、第3スイッチS3が配置される。 A second switch S2, a capacitor C as an auxiliary power source, and a fourth switch S4 are arranged in series on a line d between the line b on the electric motor M side of the first switch S1 and the ground portion G. . A third switch S3 is arranged on a line e connecting the line b between the main power source and the first switch S1 and the line d between the capacitor C and the fourth switch S4.
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。 Next, the operation of the embodiment of the present invention having the above configuration will be described.
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、ドライバーのブレーキ操作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。
When the electric brake is used as a service brake, when the electric motor M is driven forward in accordance with the driver's brake operation, the rotation of the
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。
When the electric brake is used as an electric stop brake, when the driver turns on the parking switch, the electric motor M rotates forward and the
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。
When energization of the electric motor M is stopped in this state, the
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。
When the driver turns off the parking switch, the electric motor M is driven in the forward rotation direction for a moment, and the
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。
Now, if the electric motor M fails during the operation of the electric stop brake, the ratchet mechanism R cannot be disengaged, the electric stop brake remains operated, and the vehicle cannot run. In such a case, as shown in FIG. 5, by manually rotating the
次に、図6に基づいて、電動モータMの駆動制御および回生制御について説明する。 Next, drive control and regenerative control of the electric motor M will be described with reference to FIG.
電動ブレーキを作動させる通常時の第1の制御形態では、第1スイッチS1のみをオンすると、主電源Eから供給される電力で電動モータMが正転駆動される。 In the normal first control mode in which the electric brake is operated, when only the first switch S1 is turned on, the electric motor M is driven forward by the electric power supplied from the main power source E.
電動ブレーキ装置を解除する回生時の第2の制御形態では、第2スイッチS2および第4スイッチS4のみをオンすると、ブレーキパッド14a,14bがブレーキディスク13から受ける反力で電動モータMが逆転駆動されてジェネレータとして機能し、発生した回生電力でコンデンサCが充電される。
In the second control mode at the time of regeneration to release the electric braking apparatus, is turned on only the second switch S2 and the fourth switch S4, the
このようにしてコンデンサCが充電された状態で、電動モータMを低電圧で駆動する第3の制御形態では、第2スイッチS2および第4スイッチS4のみをオンすると、コンデンサCが放電する電力で電動モータMが正転駆動されて電動ブレーキが通常時よりも小さい制動力を発生する。 In the third control mode in which the electric motor M is driven at a low voltage while the capacitor C is charged in this way, when only the second switch S2 and the fourth switch S4 are turned on, the electric power that the capacitor C discharges is used. The electric motor M is driven to rotate forward, and the electric brake generates a braking force smaller than normal.
またコンデンサCが充電された状態で、電動モータを高電圧で駆動する昇圧時の第4の制御形態では、第2スイッチS2および第3スイッチS3のみをオンすると、主電源Eの電圧およびコンデンサCの電圧を加算した電圧で電動モータMが正転駆動され、電動ブレーキの応答性が通常時よりも良くなる。 Further , in the fourth control mode at the time of boosting in which the electric motor is driven at a high voltage with the capacitor C charged, when only the second switch S2 and the third switch S3 are turned on, the voltage of the main power supply E and the capacitor C The electric motor M is normally driven at a voltage obtained by adding these voltages, and the response of the electric brake is improved compared to the normal time.
以上のように、電動ブレーキを解除する際に電動モータMが発生する回生電力をコンデンサCに充電して種々の態様で再利用するので、電動ブレーキの消費電力を削減したり制動力の大きさを調整することができる。 As described above, the regenerative electric power generated by the electric motor M when releasing the electric brake is charged in the capacitor C and reused in various modes, so that the power consumption of the electric brake can be reduced or the magnitude of the braking force can be reduced. Can be adjusted.
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。 The embodiments of the present invention have been described above, but various design changes can be made without departing from the scope of the present invention.
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。 For example, although the electric brake of the embodiment also uses the service brake as a parking brake, the present invention can also be applied to a dedicated service brake.
C コンデンサ(補助電源)
E 主電源
M 電動モータ
S1,S2,S3,S4 スイッチ
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)
C capacitor (auxiliary power supply)
E Main power supply M Electric motor
S1, S2, S3, S4 switch 13 Brake disc (rotary member)
14a Brake pad (friction member)
14b Brake pad (friction member)
Claims (3)
電動モータ(M)を駆動する主電源(E)と、補助電源としてのコンデンサ(C)と、電動モータ(M)、主電源(E)およびコンデンサ(C)の接続状態を切り換えるためのスイッチ(S1,S2,S3,S4)とを有し、
前記スイッチ(S1,S2,S3,S4)は、ブレーキ作動時に主電源(E)からの電力で電動モータ(M)を駆動する第1の制御形態と、ブレーキ解除時に電動モータ(M)の回生電力でコンデンサ(C)を充電する第2の制御形態と、ブレーキ作動時に主電源(E)と電動モータ(M)とを非接続状態としてコンデンサ(C)からの電力のみで電動モータ(M)を低電圧で駆動する第3の制御形態とを切換え可能であることを特徴とする電動ブレーキ装置。 In the electric brake device that generates a braking force by pressing the friction member (14a, 14b) that moves forward and backward by the electric motor (M) against the rotating member (13) that rotates together with the wheel,
A main power source (E) for driving the electric motor (M), a capacitor (C) as an auxiliary power source, and a switch for switching the connection state of the electric motor (M), the main power source (E) and the capacitor (C) ( S1, S2, S3, S4)
Said switch (S1, S2, S3, S4 ) , the first control mode and, in the electrostatic movement motor when the brake is released to drive the electric motor (M) at a power from the main power supply during brake actuation (E) (M ) and a second control mode for charging the capacitor (C) in the regenerative power of the electric motor only the power from the capacitor (C) as a non-connected state the main power supply and (E) an electric motor (M) during braking electric brake apparatus according to claim available der Rukoto switching between third control mode for driving the (M) at a low voltage.
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