JP6538177B2 - パーキングブレーキを作動させる方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、変位可能な調節部材と電動モータとを備えるアクチュエータを有するパーキングブレーキを作動させる方法に関するものであり、電動モータは調節部材とその変位のために作用接続されており、電動モータは所定の運動ストロークだけ調節部材を変位させるために制御され、電動モータの制御のために調節部材の実際運動ストロークが監視される。

さらに本発明は、上に述べたパーキングブレーキを作動させる装置に関する。

冒頭に述べた種類の方法および装置は従来技術から知られている。自動車は現在、特別にコンパクトに自動車へ、特に自動車のホイールブレーキへ組み込むことができるパーキングブレーキをしばしば装備している。そのために、たとえばホイールブレーキのブレーキキャリパに電動モータと調節部材とを備えるアクチュエータを配置し、ホイールブレーキをその本来の操作に関わりなく、特にホイールブレーキの油圧式の操作に関わりなく操作できるようにすることが知られる。そのために、たとえばブレーキキャリパに電動モータを配置し、この電動モータが伝動装置を介して、ブレーキパッドまたは調節部材としてのブレーキピストンに作用することが知られる。電動モータの操作によって、自動車のホイールと回転不能に結合されたブレーキディスクの方向へとブレーキピストンが変位し、その際に電動モータにより調節トルクが生成され、これが伝動装置を介して調節部材に及ぼされて、所望のクランプ力ないしブレーキ力をホイールブレーキで実現する。この場合、調節部材の所定の運動ストロークによってクランプ力を実現することが知られている。このとき所定の運動ストロークの実現は、パーキングブレーキを締結するときにも解除するときにも意義がある。実際の運動ストロークの知見のもとで、たとえばパーキングブレーキの解除ストロークないし開放ストロークを高い精度で調整することができ、それにより、ブレーキシューが確実にブレーキディスクから外れるようになる。通常、運動ストロークを決定するために、電動モータの回転数を監視する回転数センサが設けられるか、または電動モータが時間制御式に作動し、もしくは、調節部材の運動ストロークが運動ストロークセンサによって直接検出される。

請求項１の構成要件を有する本発明の方法は、回転数センサやストロークセンサを省略することができ、それにもかかわらず、どのような作動条件のもとでも調節部材の運動ストロークを確実に実現し、ないしは遵守することができるという利点を有する。このとき、たとえばアクチュエータの摩擦抵抗や摩耗現象に関わりなく、所望の運動ストロークが調整されることも実現される。そのために本発明によると、調節部材の実際運動ストロークが、電動モータのモータ電流および／またはモータ電圧に依存してその操作時に決定されることが意図される。すなわちモータ電流および／またはモータ電圧が検出され、これに依存して調節部材の実際運動ストロークが判定される。それにより、調節部材の位置ないし運動ストロークを、追加のセンサなしで簡単な仕方により判定することが可能である。通常、電動モータのモータ電流とモータ電圧はその制御時にもともと検出されるので、本発明による方法の実施のために追加のセンサは必要ない。

さらに、モータ電流とモータ電圧から電動モータの回転数信号が判定され、これに依存して実際運動ストロークが決定されることが意図されるのが好ましい。モータ電流とモータ電圧の知見のもとで、電動モータの回転数を算出することができる。そしてそれにより、伝動装置の伝達比の知見のもとで、調節部材の実際運動ストロークを簡単な仕方で決定ないし判定することができる。

さらに、実際運動ストロークを決定するために回転数信号が積分されることが意図されるのが好ましい。すなわち、回転数信号がストローク信号をなすように積分される。このとき特に、モータ電流およびモータ電圧が検出されるデューティーサイクルを通じて回転数信号が積分されることが意図される。このときデューティーサイクルは、特に、好ましくはパルス幅変調式に制御される電動モータの動作周波数および制御に相当する。

本発明の好ましい発展例では、積分は電動モータのモータ定数および／またはモータ抵抗に依存して行われることが意図される。各々の電動モータの動作挙動は、そのモータ定数とモータ抵抗とに依存して決まる。これらの値の知見のもとで、検出されたモータ電圧と検出されたモータ電流から、電動モータの非常に正確な回転数信号を判定することが可能である。第１の実施形態では、算出されたモータ定数と算出されたモータ抵抗が本方法の基礎に置かれることが意図される。このとき算出されるモータ抵抗と算出されるモータ定数は、特に、電動モータの設計データから明らかとなる。別の実施形態ではこれに代えて、モータ定数とモータ抵抗が電動モータの使用開始時にいったん判定され、次いで、その後の利用のために不揮発性メモリに保存されることが意図される。

別の実施形態では、電動モータがスイッチオンされるたびにモータ定数とモータ抵抗が判定されることが意図されるのが特別に好ましい。電動モータがスイッチオンされたときのモータ定数とモータ抵抗の判定は以前の他の文献にすでに記載されているので、ここではその点に関して詳しくは立ち入らない。重要なのは、上述したパラメータが電動モータのスイッチオンのとき常に判定され、それにより、パーキングブレーキの解除プロセスまたは締結プロセスのたびにパラメータがあらためて判定され、それにより、積分が常に最新のパラメータ値に依存して実行され、それに伴って非常に正確な実際運動ストロークの決定が保証されることである。

さらに、回転数信号がまず積分され、次いで、判定されたモータ定数および判定されたモータ抵抗により修正されることが意図されるのが好ましい。それにより、回転数信号の積分がすでに電動モータの使用開始をもって、すなわち判定されるモータ定数および判定されるモータ抵抗の知見よりもすでに前に、開始されることが保証される。モータ定数とモータ抵抗を成功裏に判定できたときに初めて、これらが積分の修正のために援用される。実際運動ストロークの算出ないし決定は、たとえば直近に判定されたモータ定数およびモータ抵抗の値に基づいて開始することができる。まず、不揮発性メモリに当初から保存されているモータ定数およびモータ抵抗の値に基づいて、算出を開始することも可能である。最新の操作プロセスでモータ定数とモータ抵抗が判定されるとただちに、当初選択されたパラメータ値が最新に判定されたパラメータ値で置き換えられて、本方法が続行される。

請求項７の構成要件を有する本発明の装置は、用途に即した使用時に本発明の方法を実施するために構成される、特別にセットアップされた制御装置を有することを特徴とする。それにより、すでに上に挙げた利点がもたらされる。その他の利点や構成要件は、上記の記述ならびに特許請求の範囲から明らかとなる。

次に、図面を参照しながら本発明について詳しく説明する。図面は次のものを示す。

パーキングブレーキの一実施例を示す簡略化した断面図である。 パーキングブレーキの電動モータを示す簡略化した等価回路図である。

図１は、ここには詳しくは図示しない自動車のブレーキシステムのホイールブレーキ装置１を簡略化した断面図で示している。自動車は少なくとも２つのホイールに付属するそれぞれ相応のホイールブレーキ装置１を有するのが好都合である。このホイールブレーキ装置１はディスクブレーキとして構成されており、そのために、ブレーキパッド３を担持するブレーキキャリパ２を有しており、これらのブレーキパッドの間で、自動車のホイールと回転不能に結合されたブレーキディスク４をクランプ可能ないし応力負荷可能である。そのためにブレーキキャリパ２には、ブレーキディスク４を必要なときにブレーキパッド３の間で固定的にクランプするために油圧操作可能なブレーキピストン６を有するアクチュエータ５が付属している。クランプ固定により、ブレーキディスク４とブレーキパッド３との間で摩擦接合式の結合が生成され、これが各ホイールにブレーキトルクを及ぼすことが実現される。

さらにホイールブレーキ装置１は、組み込まれたパーキングブレーキ７を装備している。そのためにホイールブレーキ装置１は、電動モータ９、伝動装置１０、および調節部材１１により形成されるアクチュエータ８を有している。電動モータ９の従動軸が伝動装置１０と作用接続されている。そのために従動軸は、駆動スピンドル１２に沿って移動可能な調節部材１１の雌ねじと協同作用する雄ねじを有する駆動スピンドル１２と回転不能に結合されている。電動モータ９を制御することで駆動スピンドル１２が回転運動し、それによって調節部材１１が駆動スピンドル１２に沿って軸方向へ変位する。このとき調節部材１１は解放位置から、調節部材１１がブレーキピストン６をブレーキディスク４に向かって押圧し、それによってブレーキディスク４をブレーキパッド３の間でクランプ固定ないしクランプ締結するクランプ締結位置へと変位可能である。このとき調節部材１１はブレーキピストンと同軸に、ブレーキピストン６の内部に配置される。伝動装置１０により、パーキングブレーキ７は特にセルフロック式に構成されており、それにより、パーキングブレーキをクランプ締結するために電動モータ９が操作されると、電動モータ９があらためて制御されるだけでパーキングブレーキを再び解除することができ、それは、電動モータ９の駆動軸が反対向きの方向へ駆動され、それによって調節部材１１がクランプ締結位置から解放位置へ戻るように動くことによる。

パーキングブレーキ７を解除するために、電動モータ９は、ブレーキパッド３とブレーキディスク４の間のエアクリアランスが調整されるように調節部材１１がクランプ締結位置から解放位置へと変位するように、制御されるのが好都合である。エアクリアランスとは、ここではブレーキパッド３とブレーキディスク４の間の間隔を意味するものとし、これは、ブレーキディスク４が自由に回転することができ、ブレーキパッド３とブレーキディスク４の摩耗が回避されることを保証する。正確なエアクリアランスが調整されることを保証するために、ブレーキシステムないしパーキングブレーキ７に付属する制御装置によって実施される、以下に説明する方法が意図される。この方法により、調節部材１１の実際運動ストロークが判定され、場合により目標運動ストロークと比較されて、調節部材１１の位置およびそれに伴うブレーキディスク４との間隔を作動時に検出でき、そのために、たとえばホールセンサや回転数センサのような別個の運動ストロークセンサを設ける必要がない。

そのために、電動モータ９の測定されたモータ電流および測定されたモータ電圧と、修正値とから得られる積分された回転数信号に依存して、調節部材１１の実際ブレーキストロークが決定されることが意図される。電動モータ９のスイッチオンプロセス中に、モータ電流とモータ電圧が検出されて評価される。特に、検出された電流値と電圧値に依存して、モータ抵抗Ｒ_Ｍとモータ定数Ｋ_Ｍが決定される。そしてこれらのモータパラメータを用いて、電流値と電圧値により回転数信号が算出され、これがストローク信号をなすように積分される。モータ定数とモータ抵抗のモータパラメータは開放プロセスの過程で初めて算出されるので、積分は基本パラメータによって開始される。この基本パラメータは、たとえばパーキングブレーキ７の設計データをベースとして算出することができ、または、パーキングブレーキ７の製造時もしくは初回の使用開始時に検出して保存することができる。そして積分は、積分が開始され、次いで上に挙げたモータパラメータであるモータ抵抗とモータ定数の最新値が利用できるようになるとただちに、これらによって積分が修正されるように行われる。

図２はこれに関して電動モータ９の等価回路図を示している。電動モータ９がスイッチ投入されるとスイッチオンピークが生じ、これに依存してモータ抵抗ＲＭおよびモータ定数ＫＭが決定される。電動モータ９の電機子の質量慣性ＪとインダクタンスＩ＿Ｍは既知であると前提しており、Ｉ_Ｌは負荷の無い状態での電動モータ９の無負荷電流である。

調節部材１１の運動ストロークを算出するために、モータ回転数ｎがデューティ―サイクルＴ_ｃｙｃを通じて積分される。電圧平衡について次式が成り立つ：

発電機の電圧ＵＧは記号Ｋ_Ｍで表すことができ、ここでωは角周波数である。したがって、制御装置で測定可能な電流値ｉと電圧値ｕについて、次式がωについて成り立つ：

そして、ストローク信号の形成が部分ストロークＡ_Ｓの単純な積分を通じて行われ、ここでｎは回転数、ｕ（上２重点）は伝動装置１０の伝達比である：

このように、別々に積分されるべき２つの項を通じて運動ストロークを算出することができ、これらが係数ｆ１（Ｋ_Ｍ）およびｆ２（Ｋ_Ｍ，Ｒ_Ｍ）と乗算される：

係数ｆ_ｉおよびｆ_２は、最新に検出されたモータパラメータであるモータ抵抗ＲＭ＿_ｎｅｕおよびモータ定数ＫＭ＿_ｎｅｕによって修正され、基本値ないしデフォルト値として利用されるモータ定数およびモータ抵抗の値はＫＭ＿_ａｉｔないしＲＭ＿_ａｉｔとして計算に取り入られる：

このように、クランプ締結位置から解放位置へと調節部材１１が動くときの運動ストロークｓ、すなわち最終的にパーキングブレーキ７の開放ストロークを、制御全体を通じて算出することができ、ストローク信号の積分はすでに制御の開始時に行われ、その後に新たな、ないしは最新のモータパラメータであるモータ抵抗とモータ定数を利用できるようになるとただちに修正される。

したがって、調節部材１１の実際運動ストロークを電動モータ９の制御時に簡単な仕方で算出することが可能であり、それにより、調節部材１１の運動を検出するための追加のセンサを省略することができる。実際運動ストロークの知見のもとで電動モータ９の制御がコントロールされるのが好都合であり、それにより実際運動ストロークが、特に制御装置により設定される目標運動ストロークと一致するようになる。

７ パーキングブレーキ
８ アクチュエータ
９ 電動モータ
１１ 調節部材
ｉ モータ電流
ｕ モータ電圧
ＫＭ モータ定数
ＲＭ モータ抵抗

Claims (3)

1. 調節部材（１１）と電動モータ（９）とを備えるアクチュエータ（８）を有するパーキングブレーキ（７）を作動させる方法であって、前記電動モータ（９）は前記調節部材（１１）を変位させることが可能なように前記調節部材と接続されており、前記電動モータ（９）は所定の運動ストロークだけ前記調節部材（１１）を変位させるために制御され、前記電動モータ（９）の制御のために前記調節部材（１１）の実際運動ストロークが監視される、そのような方法において、前記調節部材（１１）の前記実際運動ストロークが前記電動モータ（９）のモータ電流（ｉ）および／またはモータ電圧（ｕ）に依存して決定され、
   前記モータ電流（ｉ）と前記モータ電圧（ｕ）から前記電動モータ（９）の回転数信号が判定され、これに依存して前記実際運動ストロークが決定され、
   前記実際運動ストロークを決定するために前記回転数信号が積分され、
   前記積分は前記電動モータ（９）のモータ定数（ＫＭ）および／またはモータ抵抗（ＲＭ）に依存して行われ、
   前記モータ定数（ＫＭ）と前記モータ抵抗（ＲＭ）は前記電動モータ（９）がスイッチオンされたときに判定されることを特徴とする方法。
2. 前記回転数信号がまず積分され、その後、前記判定されたモータ定数（ＫＭ）および前記判定されたモータ抵抗（ＲＭ）により修正されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 変位可能な調節部材（１１）と電動モータ（９）とを備えるアクチュエータ（８）を有する、自動車のパーキングブレーキ（７）を作動させる装置であって、前記電動モータ（９）は前記調節部材（１１）を変位させることが可能なように前記調節部材と接続されている、そのような装置において、用途に即した使用時に請求項１または２に記載の方法を実施するために構成された制御装置を有することを特徴とする装置。

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