WO2014088001A1 - 電動パーキングブレーキ装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an electric parking brake device using an electric brake.
- the brake device includes an electric brake 1 and parking means 2.
- the electric brake 1 has a configuration in which an electric motor 3 and a linear motion mechanism 4 are connected via a speed reduction mechanism 5, and a brake pad 6 a attached to the linear motion mechanism 4 is rotated to the brake rotor 7 by the rotation of the motor 3. Press to brake.
- the parking means 2 includes an engaging member 8 and a solenoid 9, and operates the plunger 10 of the solenoid 9 to engage the engaging member 8 provided at the tip of the plunger 10 with the speed reduction mechanism 5. It is configured to lock it.
- the inductance L changes according to the displacement of the plunger, which is a magnetic body that moves in the solenoid. Therefore, the displacement of the plunger can be detected by detecting the inductance L. Thus, the displacement of the plunger can be detected without providing a sensor, and the position can be calculated from the detected displacement.
- an AC voltage is applied to the solenoid for detection.
- the solenoid is a DC solenoid, it does not function as a solenoid even when an AC voltage is applied. Therefore, in the DC solenoid, for example, if the control is performed such that the displacement is detected by time division by switching between a direct current and an alternating voltage, the displacement can be detected while the solenoid is functioning.
- an object of the present invention is to be able to detect the position or displacement of the plunger without providing a sensor. At that time, the loss is reduced and the mounting space is also reduced.
- the electric motor and the linear motion mechanism are connected via a speed reduction mechanism, and an electric brake that brakes by pressing a friction member attached to the linear motion mechanism against the brake rotor by the rotation of the motor.
- an electric parking brake device that engages and locks the engaging member with the deceleration mechanism by the operation of a solenoid plunger, and outputs an oscillation output of a required frequency to the solenoid input of the parking means.
- the configuration is provided with superimposing oscillating means and processing means for estimating the position or displacement of the plunger of the solenoid from the change in the detected values at both ends of the solenoid coil.
- the impedance of the coil changes when the positional relationship between the coil and the plunger inside the coil changes.
- the oscillation output is superimposed on the direct current and the change in the detection value at both ends of the solenoid coil (for example, the change in the self-resonance point) is detected, the oscillation output does not require a large amount of power, has little loss, and is installed Space is not required.
- a capacitor is connected to the solenoid coil to form a resonance circuit.
- the detection value for the oscillation output of the required frequency superimposed on the input of the solenoid changes with the change (movement), so that the position or displacement of the plunger can be changed from the change of the detection value without providing a separate sensor. Can be estimated.
- the oscillation frequency of the oscillation means is set higher than the frequency at which the solenoid is turned on / off.
- the protruding amount of the engaging member is estimated from the difference between the plunger position estimated when the solenoid is on and the plunger position estimated when the solenoid is off.
- the engagement state of the engagement member can be determined from the protrusion amount of the engagement member, so that the operation state of the parking brake can be detected without providing a sensor.
- a measurement current that does not cause displacement of the plunger is input to the solenoid coil, and the temperature of the solenoid coil is calculated based on the measured value at that time.
- a configuration in which the estimated position of the plunger is calibrated based on the coil temperature can be employed.
- the resistance value of the coil is calculated from the measured voltage at that time. . Then, the internal temperature of the coil after energization is estimated from the resistance value using a resistance method using the temperature coefficient of copper, etc. Calibrate the estimated position.
- the position of the plunger is detected at regular intervals shorter than the solenoid operation cycle, and the separation state of the engaging member from the speed reduction mechanism is sequentially detected. By doing so, safety is ensured by always confirming the engaged state due to the malfunction of the parking means from the separated state.
- the position of the plunger is detected at a constant cycle shorter than the operation cycle of the solenoid, and the engagement state between the engagement member and the speed reduction mechanism is sequentially detected.
- safety security is ensured by always confirming the engagement state of an engagement member and a deceleration mechanism.
- an automobile equipped with the electric parking brake device can be provided.
- a configuration is adopted in which a lateral acceleration sensor for detecting lateral acceleration is provided in the vehicle, and the position of the solenoid plunger of the electric parking brake device is estimated based on the value detected by the lateral acceleration sensor. can do.
- the position of the plunger of the solenoid is estimated according to the detection output of the sensor. This corrects the error due to impact.
- the present invention is configured as described above, so that it is possible to prevent an accident due to a malfunction of the solenoid. In this case, the size and cost can be reduced by detecting the displacement without providing a separate sensor.
- Cross-sectional view of the embodiment 1 is a longitudinal sectional view of the linear motion mechanism of FIG. 2 is a longitudinal sectional view Sectional view of the solenoid of FIG.
- the electric parking brake device of this embodiment includes an electric disc brake 1 for an automobile and a parking means 2 using a solenoid 9.
- the electric disc brake has a structure in which a motor 3 and a linear motion mechanism 4 are connected via a speed reduction mechanism 5 and a brake pad 6 a mounted on the linear motion mechanism 4 is pressed against the brake rotor 7.
- the motor 3 employs a direct current motor so that the reversible operation of the motor 3 can be easily performed only by reversing the polarity of the power source.
- the linear motion mechanism 4 includes an outer ring member 11, a bearing member 12, and a carrier 13, and is accommodated in a cylindrical housing 14.
- a base plate 15 is provided at one end of the cylindrical housing 14 so as to extend outward in the radial direction, and the cover 16 covers the outer surface of the base plate 15 and the opening of one end of the housing 14. It has a structure that is called.
- the motor 3 is attached to the base plate 15, and the rotation of the motor 3 is transmitted to the rotary shaft 17 by the speed reduction mechanism 5 incorporated in the cover 16.
- a caliber body 18 is integrally attached to the other end of the housing 14 as shown in FIG.
- the caliber body 18 is provided with a fixed brake pad 6b and a movable brake pad 6a on both sides of the brake rotor 7 in which a part of the outer peripheral portion is disposed, and the movable brake pad 6a is connected to the other end of the outer ring member 11. And integrated structure.
- the outer ring member 11 is incorporated as a slide member, is prevented from rotating, and is movable in the axial direction along the inner diameter surface of the housing 14. Further, as shown in FIG. 2, a spiral protrusion 19 having a V-shaped section and a spiral shape is provided on the inner diameter surface thereof.
- the bearing member 12 is a disk-shaped member having a boss portion at the center, and is incorporated on one end side of the outer ring member 11 in the axial direction.
- a pair of rolling bearings 20 are incorporated in the boss portion at the center of the bearing member 12 with a space therebetween, and the rotating shaft 17 disposed on the axis of the outer ring member 11 by the rolling bearing 20 is provided. It is supported rotatably.
- the built-in bearing member 12 is prevented from moving toward the cover 16 that covers the open end of the housing 14 by a stopper ring 21 attached to the inner peripheral surface of the housing 14.
- the carrier 13 includes a pair of disks 13 a and 13 b facing each other in the axial direction, a plurality of interval adjusting members 13 c and a plurality of roller shafts 13 d.
- a planetary roller 13e is rotatably supported on the plurality of roller shafts 13d, and is incorporated inside the outer ring member 11 so as to be rotatable about the rotation shaft. That is, the carrier 13 is provided with a plurality of interval adjusting members 13c spaced from each other on the outer peripheral portion of one disk 13a toward the other disc 13b in the circumferential direction, and on the end surface of the interval adjusting member 13c.
- a pair of opposing disks 13a and 13b are connected by tightening a screw to be screwed.
- the inner disk 13b positioned on the bearing member 12 side is rotatable by a slide bearing 22 built in between the rotating shaft 17 and is movable in the axial direction. It is supported.
- the outer side disk 13a has a shaft insertion hole 23 formed of a stepped hole at the center, and the slide bearing 24 fitted in the shaft insertion hole 23 is rotatably supported by the rotation shaft 17.
- the rotating shaft 17 is fitted with a metal washer 25 that receives a thrust load adjacent to the outer end face of the slide bearing 24, and the washer 25 is a retaining ring 26 attached to the shaft end of the rotating shaft 17. It has been retained by.
- Each of the plurality of roller shafts 13d is supported by a shaft end portion inserted into a shaft insertion hole 27 formed of a long hole formed in a pair of discs so as to be movable in the radial direction. It is urged
- a planetary roller 13e is rotatably supported on each of the plurality of roller shafts 13d.
- each of the planetary rollers 13e is arranged between the outer diameter surface of the rotating shaft 17 and the inner diameter surface of the outer ring member 11, and as described above, the inner diameter surface of the outer ring member 11 is incorporated.
- the roller shaft 13d incorporated therebetween is pressed against the outer diameter surface of the rotating shaft 17 by an elastic ring 28 stretched over the shaft end portion so as to be in elastic contact. Therefore, when the rotating shaft 17 rotates, the rotating shaft 17 rotates by contact friction with the outer diameter surface of the rotating shaft 17.
- a plurality of spiral grooves 29 having a V-shaped cross section are formed on the outer diameter surface of the planetary roller 13e at equal intervals in the axial direction.
- the pitch of the spiral groove 29 is the same as the pitch of the spiral protrusion 19 provided on the outer ring member 11 described above, and is screwed into the spiral protrusion 19.
- a plurality of circumferential grooves may be formed at equal intervals in the axial direction at the same pitch as the spiral protrusions 19.
- a washer 30 and a thrust bearing 31 are incorporated between the planetary roller 13e and the axially facing portion of the inner disk 13b of the carrier 13. Further, an annular thrust plate 32 is incorporated between the carrier 13 and the bearing member 12 in the axial direction, and a thrust bearing 33 is incorporated between the thrust plate 32 and the bearing member 12.
- the reduction mechanism 5 sequentially reduces the rotation of the input gear attached to the rotor shaft of the motor 3 in the order of a primary reduction gear train G1, a secondary reduction gear train G2, and a tertiary reduction gear train G3.
- the rotation is transmitted to the output gear 35 attached to the wheel end of the rotation shaft 17 to rotate the rotation shaft 17.
- the deceleration mechanism 5 is provided with parking means 2 that can lock and unlock the rotor shaft of the motor 3.
- the parking means 2 is composed of a lock pin that is an engaging member 8 and a solenoid 9 for driving the pin.
- the pin driving solenoid 9 is a push type actuator in which a return spring 36 is built in a linear solenoid (DC: DC), and is locked as an engaging member 8 at the tip of the plunger 10. It has a structure with pins. Therefore, when the solenoid 9 is energized, a turn-on current flows through the coil 37 and the plunger 10 is attracted. As a result, the lock pin 8 at the tip projects from the solenoid 9 (bobbin) against the return spring 36. When the energization is stopped, the plunger 10 is pulled by the spring 36, and the lock pin 8 at the tip of the plunger 10 is accommodated in the solenoid 9 (bobbin).
- the solenoid 9 is accommodated in a protective cover 40 in which a pin hole 39 for slidably supporting the lock pin 8 is formed in the front plate 38, and is supported by the base plate 15 as shown in FIG. Between the three.
- the solenoid 9 is disposed between the housing 14 and the motor 3 so that the lock pin 8 at the tip of the plunger 10 can advance and retreat with respect to the intermediate gear 41 on the output side of the secondary reduction gear train G2. It has become.
- the intermediate gear 41 has a plurality of locking holes 42 provided on the side surface at equal intervals in the same circle, and a lock pin with respect to the locking holes 42. 8 is advanced and retracted by the solenoid 9.
- the intermediate gear 41 is locked by the engagement of the lock pin 8 with the locking hole 42.
- the plunger 10 is provided with the lock pin as the engagement member 8 at the tip of the plunger 10.
- the plunger 10 and the lock pin 8 may be integrated into the engagement member 8. Further, it is obvious that the plunger 10 itself may be used as the engaging member 8.
- this electric parking brake device is provided with solenoid displacement detecting means 50.
- the solenoid displacement detecting means 50 is a drive circuit for the solenoid 9 of the parking brake device in which the solenoid 9 and the switch means (here, NPN transistor) 51 are connected in series and connected to the power source 52. 53, a resonance circuit capacitor 54, a displacement detection device 55, a current detection means 56, and a control device 57 are provided.
- the solenoid 9 is composed of the coil 37 and the plunger 10 inserted through the coil 37 as described above.
- the power source 52 includes a DC power source 58 and an oscillating means 59, and supplies an output in which a frequency component for position detection is superimposed on DC.
- the level of the frequency component is preferably sufficiently smaller than the direct current component, and the frequency is preferably sufficiently higher than the operating frequency of the solenoid. By doing so, the influence of the frequency component for position detection is prevented from affecting the operation of the solenoid 9.
- the switch means 51 is a transistor switch circuit for driving the solenoid 9, and uses a grounded emitter circuit in which an NPN transistor is provided between the solenoid 9 and the ground.
- an NPN transistor is shown here, a PNP transistor can also be used. In that case, the PNP transistor is disposed between the power supply 52 and the solenoid 9.
- FET including MOS type
- the current detection means 56 is composed of, for example, a current detection resistor inserted between the emitter of the transistor of the switch means 51 and the ground, and detects a current flowing in the coil 37 of the solenoid 9 from a potential difference generated by the resistor.
- a current detection resistor is used for the current detection means 56, but the present invention is not limited to this. Besides this, it is also possible to use CT or the like.
- the control device 57 is a microcontroller such as an ECU (Engine Control Unit) and includes peripheral circuits such as an A / D converter, an input / output circuit, and a timer circuit.
- the detection output of the current detection means 56 is connected to the input of the control device 57.
- the output of the control device 57 is connected to the transistor of the switch means 51 so as to form a current control loop. For this reason, the opening and closing of the switch means 51 can be controlled based on the output of the current detection means.
- the solenoid 9 can be directly driven by a constant voltage source such as a vehicle battery.
- a parking switch (not shown) and an ECU (other ECU not shown) are connected to the input of the control device 57, and the operation of the parking brake is controlled based on the input from the parking switch and the ECU. To do. Further, a displacement detection device 55 is connected to the input of the control device 57, and the operation state of the plunger 10 of the solenoid 9 is estimated as will be described later.
- the resonance circuit capacitor 54 is connected in parallel with the coil 37 of the solenoid 9 to form a resonance circuit (parallel resonance circuit).
- the parallel resonance circuit By adopting the parallel resonance circuit in this way, the current is canceled out by the phase difference between the coil 37 and the resonance circuit capacitor 54 so that the resonance current does not flow outside the resonance circuit. It is also possible to omit the capacitor 54 by designing the stray capacitance of the coil 37 of the solenoid 9 to function as a resonance capacitor.
- the displacement detector 55 includes a filter circuit and a rectifier circuit (detection), and is connected to both ends of the solenoid 9.
- the filter circuit is a band-pass filter having the resonance frequency as a center frequency for noise suppression.
- the rectifier circuit includes a smoothing circuit, and rectifies and smoothes the filter output to output the resonance output as a DC voltage level.
- an amplifier circuit may be provided in the displacement detection device.
- the resonance output can be output as a DC voltage level instead of the smoothing circuit.
- FIGS. 7A and 7B This configuration is configured as described above.
- an alternating current signal is superimposed as shown in FIGS. 7A and 7B when the solenoid 9 is turned on and off from the power source. Current is supplied.
- the superimposed alternating current component supplies the resonance frequency formed by the solenoid 9 and the resonance circuit capacitor 54 as a frequency component for position detection.
- FIG. 6 since the displacement detection device 55 is connected in front of the switch means 51, an AC signal is input to the displacement detection device 55 even when the switch means 51 is off. Yes.
- the resonance frequency ⁇ 0 is set based on the inductance when the plunger 10 of the solenoid 9 is pulled by the return spring 36 and is outside the coil (bobbin) 37 (outermost point).
- the supply current on which the resonance frequency ⁇ 0 is superimposed is supplied to the solenoid 9 via the switch means 51 by the control device 57.
- the solenoid is operated by the direct current component of the current, and attracts the plunger 10 into the coil 37 against the return spring 36.
- the resonance circuit formed by the solenoid 9 and the resonance circuit capacitor 54 has, for example, a resonance frequency characteristic as shown by f1 in FIG.
- the inductance of the coil 37 changes.
- the resonance frequency ⁇ 0 of the resonance circuit changes.
- the resonance frequency characteristic moves from ( ⁇ ) to ( ⁇ ). Therefore, the gain at the resonance point ⁇ 0 detected by the displacement detection device 55 decreases, for example, from A to B.
- the predetermined frequency to be superimposed is such that a large amount of gain change can be obtained using the resonance frequency ⁇ 0 , but is not limited to this frequency. If the predetermined frequency is within a band exhibiting resonance, as apparent from FIG. 8, a gain difference is generated by the movement of the plunger 10, so a frequency other than the resonance frequency ⁇ 0 may be used. At this time, the frequency of the AC component to be superimposed is set to a sufficiently high frequency that the solenoid 6 is not affected by the operation with respect to the frequency at which the solenoid 9 repeats on / off.
- the position of the plunger 10 can be estimated in this way, the position of the plunger 10 estimated when the solenoid 9 is on (the switch means 51 is on) and the solenoid 9 are off (the switch means 51 is off). If the estimated position of the plunger 10 is stored and the difference is calculated, the amount of movement of the plunger 10 (the amount of protrusion of the lock pin 8) can be estimated. Therefore, if the movement amount of the plunger 10 can be estimated, the engagement state of the lock pin 8 at the tip of the plunger 10 can be determined from the estimated value. Thus, the engagement state of the lock pin 8 can be estimated from the position or displacement of the plunger 10 without providing a sensor. For this reason, a sensor installation space is not required.
- the first embodiment relates to the temperature rise of the solenoid 9 in addition to the above-described effects, and describes that the accuracy in estimating the position and displacement of the plunger 10 can be improved by compensating for the decrease in the magnetic field due to the temperature rise.
- the solenoid 9 uses a copper wire for the coil 37. This copper wire has a DC resistance, and the DC resistance has a positive temperature coefficient. Therefore, when the DC resistance of the coil 37 increases due to the temperature rise (including the ambient temperature), the excitation current decreases and the magnetomotive force decreases.
- control since the current control loop is used to drive the solenoid 9 in FIG. 6, control is performed so as to supply a constant current even if the temperature changes.
- the resistance ratio and current ratio at each temperature of the copper wire is, for example, the attraction force of the coil at 100 ° C. It is said that it changes greatly to about 56% of the 20 ° C coil. For this reason, since an error may occur in the control, the estimation accuracy is improved by calibrating based on the temperature of the coil 37 when the position of the plunger 10 is calculated and estimated.
- the control device 57 sends a measurement current to the solenoid 9 to measure the voltage, and calculates the resistance value of the coil 37 from the measurement result of the current and voltage.
- the temperature is calculated from the resistance value.
- the position of the plunger 10 is estimated by taking into account the decrease in the magnetic field based on the temperature.
- the A / D conversion input of the control device 57 is connected to the terminal of the solenoid 9 to measure the voltage.
- the control device 57 drives the transistor of the switch means 51 in a non-saturated manner and inputs a measurement current (a current value at which the plunger 10 of the solenoid 9 does not cause a displacement) to the coil 37.
- the estimated position of the plunger 10 during the parking brake operation is calibrated by predicting a decrease in magnetomotive force from the amount of decrease in the current. By doing so, the accuracy in estimating the position of the plunger 10 can be improved. Therefore, since the malfunction of the plunger 10 can be detected by improving the accuracy, an accident due to the malfunction can be prevented in advance.
- the state of the parking brake device is periodically checked (checked) to improve safety. That is, the position of the plunger 10 of the solenoid 9 is estimated and confirmed when the parking brake device is off and when the parking brake device is operating.
- the case where the parking brake device is off is when the service brake (foot brake) is being operated by operating the brake pedal, and the lock pin 8 engages the intermediate gear 41 so that the operation of the service brake is not hindered. It is confirmed whether or not it is separated from the hole 42. Therefore, this confirmation is always performed by estimating the position of the plunger 10 of the solenoid 9 sequentially at regular intervals shorter than the operation period of the solenoid 9 using the method of the embodiment and the first example. By doing so, malfunction of the plunger 10 can be detected. In this embodiment, as shown in FIG. 6, it is estimated and confirmed that the plunger 10 is in a position pulled out from the coil 37 (bobbin) by the return spring 36. And when the lock pin 8 is not separated, safety is ensured by alerting
- the service brake is released during parking or stopping, and it is confirmed whether or not the lock pin 8 is fitted in the locking hole 43 of the intermediate gear 41.
- This confirmation is also always performed by estimating the position of the plunger 10 of the solenoid 9 sequentially at regular intervals shorter than the operation cycle of the solenoid 9 by using the method of the embodiment and Example 1. And it confirms by estimating the position of the plunger 10 of the solenoid 9. FIG. By doing so, malfunction of the plunger 10 can be detected. In this form, it is estimated and confirmed that the plunger 10 is in a position attracted into the coil 37 (bobbin) against the return spring 36.
- the third embodiment estimates the position of the plunger 10 when a lateral force is applied to the vehicle body, that is, a parallel force is applied to the axle connecting the left and right wheels, in addition to the above-described effects. It is for compensation.
- the plunger 10 of the solenoid 9 is provided at right angles to the brake rotor 7 attached to the axle and in parallel with the axle, as shown in FIG. Therefore, when a lateral force is applied to the vehicle body, a force is applied to the plunger 10 in the forward / backward direction, which may cause an error in the estimated position.
- an acceleration sensor 61 for detecting a lateral acceleration is provided in the vehicle.
- a table in which compensation values for lateral acceleration are set in advance may be prepared to compensate for the estimated position.
- the oscillation means 59 is described. That is, the oscillation means 59 is provided in the power source 52 in the embodiment and Examples 1 to 3, but is not limited to this.
- the function of the oscillating means 59 can be performed by a control device 57 that is a microcontroller.
- the control device 57 performs switching (non-saturation) by controlling the opening degree of the switch means 51 so that the solenoid input of the parking means has a required frequency as shown in FIGS.
- the oscillation output is superimposed. In this way, if the control device 57 also serves as the oscillating means 59, a loss for separately driving the oscillating means 59 does not occur.
- the installation space can be reduced and the cost can be reduced.
- the frequency component can be applied so as to include the oscillation means 59 in the current feedback system, a stable operation can be expected even if it is directly driven by a voltage source such as an automobile battery.
- the oscillating means 59 is controlled by being directly connected to the base circuit of the switch means 51, for example, as indicated by reference numeral 59a in FIG. Obviously, it may be provided on a circuit other than the control device 57.
- the pin driving solenoid 9 uses a push-type actuator, but the invention is not limited to this. It is also possible to use a pull type actuator by devising a circuit.
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Abstract
電動パーキングブレーキ装置において、センサを設けることなくプランジャーの位置あるいは変位を検出する際の電力損失を少なく、搭載スペースも小さくする。ソレノイド(9)のコイル(37)に共振用コンデンサ(54)を接続して共振回路を形成し、その共振回路を形成したソレノイド(9)に共振周波数を重畳した駆動電流を入力する。こうすることで、コイル(37)内部のプランジャー(10)の位置が変化すると、コイル(37)のインダクタンスが変わり、共振周波数が移動する。その変化から、センサを設けることなくプランジャー(10)の位置あるいは変位を検出するため、設置スペースを要しない。このように発振出力を重畳して、ソレノイド(9)の両端の検出値の変化(共振点の変化)を検出するため、大きな電力を必要とせず、損失も少ない。
Description
この発明は、電動ブレーキを用いた電動パーキングブレーキ装置に関するものである。
電動ブレーキを用いた電動パーキング装置として、特許文献1の電動式ディスクブレーキ装置がある。
このブレーキ装置は、ソレノイドを使用した自動車用のパーキングブレーキ機構を提案している。
次に、このブレーキ装置の機構部分については、本願の電動パーキングブレーキ装置とほぼ同じ構成となっているため、本願の実施形態を示す図1を用いて説明する。
このブレーキ装置は、ソレノイドを使用した自動車用のパーキングブレーキ機構を提案している。
次に、このブレーキ装置の機構部分については、本願の電動パーキングブレーキ装置とほぼ同じ構成となっているため、本願の実施形態を示す図1を用いて説明する。
図1に示すように、ブレーキ装置は、電動ブレーキ1とパーキング手段2とで構成されている。
電動ブレーキ1は、電動モータ3と直動機構4が減速機構5を介して接続された構成となっており、前記モータ3の回転によって直動機構4に装着したブレーキパッド6aをブレーキロータ7へ押し付けて制動する。
一方、パーキング手段2は、係合部材8とソレノイド9とからなり、ソレノイド9のプランジャー10を作動して、プランジャー10の先端に設けられた係合部材8を前記減速機構5に係合させてロックする構成となっている。
電動ブレーキ1は、電動モータ3と直動機構4が減速機構5を介して接続された構成となっており、前記モータ3の回転によって直動機構4に装着したブレーキパッド6aをブレーキロータ7へ押し付けて制動する。
一方、パーキング手段2は、係合部材8とソレノイド9とからなり、ソレノイド9のプランジャー10を作動して、プランジャー10の先端に設けられた係合部材8を前記減速機構5に係合させてロックする構成となっている。
ところで、このように、自動車用のサービスブレーキ(フットブレーキ)とパーキングブレーキを一体化したものでは、次のような問題がある。
例えば、パーキング手段2を解除した際、係合部材8が減速機構5から離反する前にモータ3が作動すると、作動したモータ3によるブレーキトルクで、係合部材8や係合部材8を取り付けたプランジャー10と一緒にソレノイド9まで破損してしまう。逆に、パーキングブレーキを作動した際に、プランジャー10が所定の位置に達していないと係合力が不足し、パーキングブレーキが働かない。そのため、プランジャー10の位置あるいは変位の検出は必須である。
例えば、パーキング手段2を解除した際、係合部材8が減速機構5から離反する前にモータ3が作動すると、作動したモータ3によるブレーキトルクで、係合部材8や係合部材8を取り付けたプランジャー10と一緒にソレノイド9まで破損してしまう。逆に、パーキングブレーキを作動した際に、プランジャー10が所定の位置に達していないと係合力が不足し、パーキングブレーキが働かない。そのため、プランジャー10の位置あるいは変位の検出は必須である。
このような問題を解決する一つの方法として、ソレノイド9のコイル37と同軸上に2次コイルを配置して、プランジャー10の位置を検出する方法が考えられる。
しかし、上記のように別途センサを設ける方法では、2次コイルをソレノイドのコイルと同軸上の限られた場所に配置する必要があるため、設置スペースの確保が必要になる問題や、配線系統の取り回しが複雑化するなどの問題が考えられる。
また、センサを付加したことで、部品数が増加するため、故障のリスクも増加する。
また、センサを付加したことで、部品数が増加するため、故障のリスクも増加する。
この問題を解決する方法として、例えば、ソレノイドへ交流電圧を印加し、プランジャーの変位によって生じるインダクタンスの変化を検出することが考えられる。
すなわち、ソレノイドは、交流電源eを接続すると、
e=(r+jωL)×i
である。ここで、交流電源を出力抵抗r≪|jωL|とすれば、
e=ωLi(i:交流電源の定電流)
したがって、
L=e/ωi=e/2πfi
となり、インダクタンスLを検出できる。
このとき、ソレノイドのインダクタンスLは、鎖交する磁束数に比例する。そのため、インダクタンスLは、ソレノイドの中を移動する磁性体であるプランジャーの変位に応じて変化する。よって、インダクタンスLを検出することでプランジャーの変位が検出できる。このように、センサを設けることなくプランジャーの変位を検出したり、検出した変位から位置を算出したりできる。
すなわち、ソレノイドは、交流電源eを接続すると、
e=(r+jωL)×i
である。ここで、交流電源を出力抵抗r≪|jωL|とすれば、
e=ωLi(i:交流電源の定電流)
したがって、
L=e/ωi=e/2πfi
となり、インダクタンスLを検出できる。
このとき、ソレノイドのインダクタンスLは、鎖交する磁束数に比例する。そのため、インダクタンスLは、ソレノイドの中を移動する磁性体であるプランジャーの変位に応じて変化する。よって、インダクタンスLを検出することでプランジャーの変位が検出できる。このように、センサを設けることなくプランジャーの変位を検出したり、検出した変位から位置を算出したりできる。
ところで、上記の方法では、検出のためにソレノイドへ交流電圧を印加する。ところが、ソレノイドがDCソレノイドの場合、交流電圧を印加してもソレノイドとして機能しない。
そのため、DCソレノイドでは、例えば、直流電流と交流電圧を切り替えて、時分割により変位を検出するという制御を行えば、ソレノイドを機能させながら、変位を検出できる。
そのため、DCソレノイドでは、例えば、直流電流と交流電圧を切り替えて、時分割により変位を検出するという制御を行えば、ソレノイドを機能させながら、変位を検出できる。
しかしながら、上記の方法では、時分割により、直流電流と交流電圧を切り替えてソレノイドに供給するため、短時間での切り換えが難しい。また、切り換えによるノイズの発生も考えられる。
さらに、交流電圧を供給する電圧源は、検出に適した振幅と周波数を備えた交流電圧を出力しなければならないので、変換に伴う損失が発生する問題もある。特に、車両の場合は、バッテリーで駆動することになるので、これらの損失を少なくしたい問題がある。
しかも、このように損失が発生すると、損失を放熱するためのヒートシンクも備えなければならず、交流電圧源の回路を搭載するためのスペースも必要になる。
さらに、交流電圧を供給する電圧源は、検出に適した振幅と周波数を備えた交流電圧を出力しなければならないので、変換に伴う損失が発生する問題もある。特に、車両の場合は、バッテリーで駆動することになるので、これらの損失を少なくしたい問題がある。
しかも、このように損失が発生すると、損失を放熱するためのヒートシンクも備えなければならず、交流電圧源の回路を搭載するためのスペースも必要になる。
そこで、この発明の課題は、センサを設けることなく、プランジャーの位置あるいは変位を検出できるようにすることである。そして、その際、損失を少なく、搭載スペースも小さくすることである。
上記の課題を解決するため、この発明では、電動モータと直動機構が減速機構を介して接続され、前記モータの回転によって直動機構に装着した摩擦部材をブレーキロータに押し付けて制動する電動ブレーキと、前記減速機構に係合部材をソレノイドのプランジャーの作動により係合させてロックするパーキング手段とで構成される電動パーキングブレーキ装置に、前記パーキング手段のソレノイドの入力に所要周波数の発振出力を重畳する発振手段と、ソレノイドコイルの両端の検出値の変化からソレノイドのプランジャーの位置あるいは変位を推定する処理手段を備えた構成を採用したのである。
このような構成を採用することにより、ソレノイドは、コイルとコイル内部のプランジャーの位置関係が変化すると、コイルのインピーダンスが変化する。このとき、コイルのインピーダンスは、XL=r+jωL(L:コイルのインダクタンス)で表される。そのため、ソレノイドの入力に所要周波数の発振出力を重畳し、ソレノイドコイルの両端の検出値の変化(例えば、自己共振点の変化)を検出すれば、センサを設けることなくプランジャーの位置あるいは変位を推定することができる。
このように発振出力を重畳するので、直流電流と交流電圧の切り換えや切り換えによるノイズの問題を生じない。また、直流に発振出力を重畳して、ソレノイドコイルの両端の検出値の変化(例えば、自己共振点の変化)を検出するため、発振出力には大きな電力を必要とせず、損失も少なく、設置スペースも要しない。
このように発振出力を重畳するので、直流電流と交流電圧の切り換えや切り換えによるノイズの問題を生じない。また、直流に発振出力を重畳して、ソレノイドコイルの両端の検出値の変化(例えば、自己共振点の変化)を検出するため、発振出力には大きな電力を必要とせず、損失も少なく、設置スペースも要しない。
このとき、上記ソレノイドのコイルに、共振回路を形成するためのコンデンサを接続した構成を採用することができる。
このような構成を採用することにより、ソレノイドのコイルにコンデンサを接続して共振回路を形成することで、コイル内部のプランジャーの位置が変化すると、コイルのインダクタンスが変わり、共振周波数が変化(移動)する。そのため、その変化(移動)に伴って、ソレノイドの入力に重畳した所要周波数の発振出力に対する検出値が変わるため、その検出値の変化から、センサを別段設けることなく、プランジャーの位置あるいは変位を推定することができる。
このとき、上記発振手段の発振周波数を、ソレノイドをオン・オフする周波数に対して高く設定するという構成を採用することができる。
このような構成を採用することにより、発振周波数をソレノイドが応答できる周波数より高く設定することで、発振手段の出力がソレノイドの動作に影響を受けないようにできる。
また、このとき、上記ソレノイドがオンのとき推定したプランジャーの位置とオフのときに推定したプランジャーの位置の差から係合部材の突出量を推定するという構成を採用することができる。
このような構成を採用することにより、係合部材の突出量から係合部材の係合具合を判定できるので、パーキングブレーキの作動状態がセンサを設けることなく検出できる。
また、このとき、上記パーキング手段の作動前に、ソレノイドのコイルへプランジャーが変位を生じない測定用電流を入力し、そのときの測定値に基づいてソレノイドのコイルの温度を算出し、その算出した前記コイルの温度に基づいてプランジャーの推定位置を校正するという構成を採用することができる。
このような構成を採用することにより、ソレノイドのコイルに、プランジャーが変位を生じない程度の微小な測定用電流を入力することよって、例えば、そのときの測定電圧からコイルの抵抗値を算出する。そして、その抵抗値から、銅の温度係数を利用した抵抗法などを用いて通電後のコイルの内部温度を推定し、この温度上昇によるコイルの吸引力・保持力の低下を加味してプランジャーの推定位置を校正する。
また、このとき、上記モータが作動して直動機構が動作中に、一定時間ごとにプランジャーの位置を算出し、係合部材の減速機構からの離反状態の維持を確認するという構成を採用することができる。
このような構成を採用することにより、ソレノイドの作動周期より短い一定時間ごとに、プランジャーの位置を検出して、係合部材の減速機構からの離反状態を逐次検出する。こうすることで、前記離反状態からパーキング手段の誤動作による係合状態を常に確認することで、安全性を担保する。
上記ソレノイドが動作してパーキング手段が作動中に、一定時間ごとにプランジャーの位置を算出し、係合部材の減速機構との係合状態の維持を確認するという構成を採用することができる。
このような構成を採用することにより、ソレノイドの作動周期より短い一定の周期でプランジャーの位置を検出して、係合部材と減速機構との係合状態を逐次検出する。こうすることで、係合部材と減速機構との係合状態を常に確認することで、安全性を担保する。
また、このとき、上記電動パーキングブレーキ装置を搭載した自動車を提供できる。
また、このとき、上記自動車に横方向の加速度を検出する横加速度センサを設け、前記横加速度センサの検出した値に基づいて電動パーキングブレーキ装置のソレノイドのプランジャーの位置を推定するという構成を採用することができる。
このような構成を採用することにより、横加速度センサが横方向からの衝撃(例えば、衝突など)を受けたことを検出すると、前記センサの検出出力に応じてソレノイドのプランジャーの位置を推定することにより衝撃による誤差を修正する。
この発明は、上記のように構成したことにより、ソレノイドの動作不良による事故を未然に防止することができる。また、その際、別途センサを設けることなく変位の検出を行うことで、サイズ、コストの低減が実現できる。
以下、この発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
この形態の電動パーキングブレーキ装置は、図1に示すように、自動車用の電動式ディスクブレーキ1と、ソレノイド9を用いたパーキング手段2とで構成されている。
この形態の電動パーキングブレーキ装置は、図1に示すように、自動車用の電動式ディスクブレーキ1と、ソレノイド9を用いたパーキング手段2とで構成されている。
電動式ディスクブレーキは、モータ3と直動機構4が減速機構5を介して接続され、前記直動機構4に装着したブレーキパッド6aをブレーキロータ7に押し付ける構造となっている。
モータ3は、ここでは、直流モータを採用しており、モータ3の可逆運転が電源の極性を反転させるだけで簡単にできるようにしてある。
直動機構4は、図2に示すように、外輪部材11と軸受部材12及びキャリア13で構成され、円筒状のハウジング14に収容されている。また、円筒状のハウジング14の一端には、図1に示すように、径方向外方に向けてベースプレート15が設けられ、そのベースプレート15の外側面及びハウジング14の一端の開口がカバー16によって被われる構造となっている。さらに、ベースプレート15にはモータ3が取り付けられ、モータ3の回転は、前記カバー16内に組み込まれた減速機構5によって回転軸17に伝達されるようになっている。
一方、ハウジング14の他端部には、図1に示すように、キャリバボディ18が一体に取り付けられている。このキャリバボディ18は、外周部の一部が配置されたブレーキロータ7の両側に、固定ブレーキパッド6bと可動ブレーキパッド6aを設け、その可動ブレーキパッド6aを外輪部材11の他端部に連結して一体化した構造となっている。
一方、ハウジング14の他端部には、図1に示すように、キャリバボディ18が一体に取り付けられている。このキャリバボディ18は、外周部の一部が配置されたブレーキロータ7の両側に、固定ブレーキパッド6bと可動ブレーキパッド6aを設け、その可動ブレーキパッド6aを外輪部材11の他端部に連結して一体化した構造となっている。
外輪部材11は、スライド部材として組み込まれたもので、回り止めされてハウジング14の内径面に沿って軸方向へ移動自在となっている。また、その内径面には、図2に示すように、断面がV字形で螺旋状の突条19が設けられている。
軸受部材12は、中央部にボス部を設けた円盤状の部材で、先の外輪部材11の軸方向の一端側に組み込まれている。また、この軸受部材12の中央部のボス部内には、一対の転がり軸受20が間隔を置いて組み込まれており、その転がり軸受20によって外輪部材11の軸心上に配置された回転軸17を回動自在に支持する。この組み込まれた軸受部材12は、ハウジング14の内周面に取り付けたストッパリング21により、ハウジング14の開口端を覆うカバー16側への移動が防止されている。
キャリア13は、図2、図3に示すように、軸方向で対向する一対のディスク13a、13bと複数の間隔調整部材13c及び複数のローラ軸13dで構成されている。複数のローラ軸13dには、遊星ローラ13eが回動自在に支持されており、外輪部材11の内側に回転軸を中心にして回転可能に組み込まれている。
すなわち、キャリア13は、一方のディスク13aの片面外周部に他方のディスク13bに向けて複数の間隔調整部材13cが周方向に間隔を置いて設けられたもので、その間隔調整部材13cの端面にねじ込まれるネジの締め付けによって対向する一対のディスク13a、13bを連結したものである。
この一対のディスク13a、13bのうち、軸受部材12側に位置するインナー側ディスク13bは、回転軸17との間に組み込まれたすべり軸受22によって回動自在に、かつ、軸方向へ移動自在に支持されている。
一方、アウター側ディスク13aは、中心部に段付き孔からなる軸挿入孔23が形成され、その軸挿入孔23内に嵌合されたすべり軸受24は、回転軸17によって回動自在に支持されている。この回転軸17には、すべり軸受24のアウター側端面に隣接してスラスト荷重を受ける金属ワッシャ25が嵌合されており、そのワッシャ25は回転軸17の軸端部に取り付けられた止め輪26によって抜け止めされている。
すなわち、キャリア13は、一方のディスク13aの片面外周部に他方のディスク13bに向けて複数の間隔調整部材13cが周方向に間隔を置いて設けられたもので、その間隔調整部材13cの端面にねじ込まれるネジの締め付けによって対向する一対のディスク13a、13bを連結したものである。
この一対のディスク13a、13bのうち、軸受部材12側に位置するインナー側ディスク13bは、回転軸17との間に組み込まれたすべり軸受22によって回動自在に、かつ、軸方向へ移動自在に支持されている。
一方、アウター側ディスク13aは、中心部に段付き孔からなる軸挿入孔23が形成され、その軸挿入孔23内に嵌合されたすべり軸受24は、回転軸17によって回動自在に支持されている。この回転軸17には、すべり軸受24のアウター側端面に隣接してスラスト荷重を受ける金属ワッシャ25が嵌合されており、そのワッシャ25は回転軸17の軸端部に取り付けられた止め輪26によって抜け止めされている。
また、複数のローラ軸13dは、それぞれ、一対のディスクに形成された長孔からなる軸挿入孔27内に軸端部が挿入されて径方向に移動自在に支持されたもので、そのローラ軸13dを巻き込むようにして架け渡された弾性リング28によって径方向に向けて付勢されている。この複数のローラ軸13dのそれぞれには、遊星ローラ13eが回動自在に支持されている。
遊星ローラ13eは、図3に示すように、それぞれ、回転軸17の外径面と外輪部材11の内径面間に配置され組み込まれる構成となっており、先述したとおり、外輪部材11の内径面間に組み込まれたローラ軸13dは、軸端部に掛け渡された弾性リング28によって回転軸17の外径面に押し付けられて弾性接触するようになっている。そのため、上記回転軸17が回転すると、その回転軸17の外径面に対する接触摩擦によって回転するようになっている。
また、遊星ローラ13eの外径面には、図2に示すように、断面V字状で複数の螺旋溝29が軸方向に等間隔に形成されている。この螺旋溝29のピッチは、先述した外輪部材11に設けられた螺旋突条19のピッチと同一となっており、その螺旋突条19に螺合している。なお、螺旋溝29に替えて、複数の円周溝を螺旋突条19と同一ピッチで軸方向に等間隔に形成してもよい。
また、遊星ローラ13eの外径面には、図2に示すように、断面V字状で複数の螺旋溝29が軸方向に等間隔に形成されている。この螺旋溝29のピッチは、先述した外輪部材11に設けられた螺旋突条19のピッチと同一となっており、その螺旋突条19に螺合している。なお、螺旋溝29に替えて、複数の円周溝を螺旋突条19と同一ピッチで軸方向に等間隔に形成してもよい。
これらの遊星ローラ13eとキャリア13のインナー側ディスク13bの軸方向の対向部間には、図2のように、ワッシャ30およびスラスト軸受31が組み込まれている。さらに、キャリア13と軸受部材12の軸方向の対向部間には、環状のスラスト板32が組み込まれ、そのスラスト板32と軸受部材12間にスラスト軸受33が組み込まれている。
外輪部材11のハウジング14の他端部の開口から外部に位置する他端の開口は、シールカバー34の取り付けにより閉塞され、内部に異物が侵入するのを防止するようになっている。
減速機構5は、図1に示すように、モータ3のロータ軸に取り付けられた入力ギヤの回転を一次減速ギヤ列G1→二次減速ギヤ列G2→三次減速ギヤ列G3により、順次減速して回転軸17の輪端部に取り付けられた出力ギヤ35へ伝達し、回転軸17を回転させる。
この減速機構5に、モータ3のロータ軸をロック及びアンロック可能なパーキング手段2が設けられている。
この減速機構5に、モータ3のロータ軸をロック及びアンロック可能なパーキング手段2が設けられている。
パーキング手段2は、係合部材8であるロックピンとピン駆動用のソレノイド9とで構成されている。ピン駆動用のソレノイド9は、図4に示すように、リニアソレノイド(DC:直流)にリターンスプリング36を内蔵してプッシュ型としたアクチュエータで、プランジャー10の先端に、係合部材8としてロックピンを装着した構造となっている。
そのため、ソレノイド9に通電すると、コイル37にターンオン電流が流れて、プランジャー10は吸引される。
その結果、リターンスプリング36に抗して先端のロックピン8がソレノイド9(ボビン)から突出する。また、通電を停止すると、プランジャー10はスプリング36に引っ張られて、プランジャー10先端のロックピン8はソレノイド9(ボビン)に収容される。
そのため、ソレノイド9に通電すると、コイル37にターンオン電流が流れて、プランジャー10は吸引される。
その結果、リターンスプリング36に抗して先端のロックピン8がソレノイド9(ボビン)から突出する。また、通電を停止すると、プランジャー10はスプリング36に引っ張られて、プランジャー10先端のロックピン8はソレノイド9(ボビン)に収容される。
このソレノイド9は、フロントプレート38にロックピン8をスライド自在に支持するピン孔39が形成された保護カバー40に収容されていて、図1のように、ベースプレート15に支持されてハウジング14とモータ3間に配置されている。
このように、ソレノイド9は、ハウジング14とモータ3間に配置することで、プランジャー10の先端のロックピン8が、二次減速ギヤ列G2の出力側の中間ギヤ41に対して進退可能になっている。
この中間ギヤ41は、図5(a)に示すように、側面に複数の係止孔42が等間隔で同一円状に設けられたもので、その複数の係止孔42に対してロックピン8をソレノイド9で進退させるのである。そして、図5(b)に示すように、係止孔42に対するロックピン8の係合によって、中間ギヤ41をロックする構造としている。
なお、この形態では、プランジャー10の先端に係合部材8としてロックピンを設けたものについて述べたが、プランジャー10とロックピン8は一体にして係合部材8としても良い。また、プランジャー10自体を係合部材8として使用しても良いことは明らかである。
この中間ギヤ41は、図5(a)に示すように、側面に複数の係止孔42が等間隔で同一円状に設けられたもので、その複数の係止孔42に対してロックピン8をソレノイド9で進退させるのである。そして、図5(b)に示すように、係止孔42に対するロックピン8の係合によって、中間ギヤ41をロックする構造としている。
なお、この形態では、プランジャー10の先端に係合部材8としてロックピンを設けたものについて述べたが、プランジャー10とロックピン8は一体にして係合部材8としても良い。また、プランジャー10自体を係合部材8として使用しても良いことは明らかである。
この電動パーキングブレーキ装置には、図6に示すように、ソレノイド変位検出手段50が設けられている。
ソレノイド変位検出手段50は、図6の模式図に示すように、ソレノイド9とスイッチ手段(ここでは、NPNトランジスタ)51を直列に接続して電源52と接続したパーキングブレーキ装置のソレノイド9の駆動回路53に、共振回路用コンデンサ54と変位検出装置55および電流検出手段56と制御装置57を設けた構成になっている。
ソレノイド変位検出手段50は、図6の模式図に示すように、ソレノイド9とスイッチ手段(ここでは、NPNトランジスタ)51を直列に接続して電源52と接続したパーキングブレーキ装置のソレノイド9の駆動回路53に、共振回路用コンデンサ54と変位検出装置55および電流検出手段56と制御装置57を設けた構成になっている。
ここで、ソレノイド9は、先述のように、コイル37とコイル37に挿通されたプランジャー10とからなるものである。
また、電源52は、図6のように、直流電源58と発振手段59とで構成され、直流に位置検出用の周波数成分を重畳した出力を供給する。このとき、周波数成分のレベルは直流成分と比較して十分小さく、かつ、周波数はソレノイドの動作周波数と比較して十分に高くすることが好ましい。こうすることで、位置検出用の周波数成分の影響がソレノイド9の動作に及ばないようにしている。
また、電源52は、図6のように、直流電源58と発振手段59とで構成され、直流に位置検出用の周波数成分を重畳した出力を供給する。このとき、周波数成分のレベルは直流成分と比較して十分小さく、かつ、周波数はソレノイドの動作周波数と比較して十分に高くすることが好ましい。こうすることで、位置検出用の周波数成分の影響がソレノイド9の動作に及ばないようにしている。
スイッチ手段51は、ソレノイド9駆動用のトランジスタスイッチ回路で、ソレノイド9とグランド間にNPNトランジスタを設けたエミッタ接地回路を使用している。なお、ここでは、NPNトランジスタを使用した例を示しているが、PNPトランジスタを使用することもできる。その場合、PNPトランジスタは、電源52とソレノイド9間に配置する。また、トランジスタに換えて、FET(MOS型含む)を使うことも可能である。
電流検出手段56は、例えば、前記スイッチ手段51のトランジスタのエミッタとグランド間に挿入された電流検出用抵抗器からなり、その抵抗器によって生じる電位差からソレノイド9のコイル37に流れる電流を検出する。ここでは、電流検出手段56に電流検出用の抵抗器を使用したが、これに限定されるものではない。これ以外にCTなども使用することは可能である。
制御装置57は、ECU(Engine Control Unit)などのマイクロコントローラで、A/D変換器、入出力回路、タイマ回路などの周辺回路を備えたものである。この制御装置57の入力には、電流検出手段56の検出出力が接続されている。一方、制御装置57の出力は、スイッチ手段51のトランジスタと接続されており、電流制御ループを形成するようになっている。このため、前記スイッチ手段51の開閉を電流検出手段の出力に基づいて制御することができる。また、車両のバッテリーのような定電圧源でもソレノイド9を直接駆動することができるのである。
この制御装置57の入力には、パーキングスイッチ(図示せず)、ECU(図示していない他のECU)、が接続されており、パーキングスイッチ、ECUからの入力に基づいてパーキングブレーキの動作を制御する。
さらに、制御装置57の入力には、変位検出装置55が接続されており、後述するように、ソレノイド9のプランジャー10の動作状態を推定するようになっている。
この制御装置57の入力には、パーキングスイッチ(図示せず)、ECU(図示していない他のECU)、が接続されており、パーキングスイッチ、ECUからの入力に基づいてパーキングブレーキの動作を制御する。
さらに、制御装置57の入力には、変位検出装置55が接続されており、後述するように、ソレノイド9のプランジャー10の動作状態を推定するようになっている。
共振回路用コンデンサ54は、図6のように、ソレノイド9のコイル37と並列に接続して共振回路(並列共振回路)を形成する。このように並列共振回路を採用したことでコイル37と共振回路用コンデンサ54の位相差により電流を打ち消しあって共振回路の外へ共振電流が流れないようにしてある。
なお、ソレノイド9のコイル37の浮遊容量が共振用コンデンサとして機能するように設計して、前記コンデンサ54を省略することも考えられる。
なお、ソレノイド9のコイル37の浮遊容量が共振用コンデンサとして機能するように設計して、前記コンデンサ54を省略することも考えられる。
変位検出装置55は、フィルタ回路と整流回路(検波)とで構成されており、ソレノイド9の両端に接続されている。フィルタ回路は、前記共振周波数を中心周波数とするバンドバスフィルタでノイズ対策のためである。
整流回路は、平滑回路を備えたもので、フィルタ出力を整流して平滑することで、共振出力を直流電圧のレベルとして出力する。このとき、検出感度を向上させるために変位検出装置に増幅回路を設けることもできる。
また、ピークホールド回路を設けて、一定周期でリセットを行うことで、平滑回路に替えて、共振出力を直流電圧のレベルとして出力するようにもできる。
整流回路は、平滑回路を備えたもので、フィルタ出力を整流して平滑することで、共振出力を直流電圧のレベルとして出力する。このとき、検出感度を向上させるために変位検出装置に増幅回路を設けることもできる。
また、ピークホールド回路を設けて、一定周期でリセットを行うことで、平滑回路に替えて、共振出力を直流電圧のレベルとして出力するようにもできる。
この形態は、上記のように構成されており、本願のパーキングブレーキ装置では、電源からソレノイド9のオン、オフ時に、図7の(a)、(b)に示すように、交流信号を重畳した電流が供給される。
ここで、重畳される交流成分は、ソレノイド9と共振回路用コンデンサ54で形成される共振周波数を位置検出用の周波数成分として供給する。また、ここでは、図6に示すように、スイッチ手段51の手前に変位検出装置55を接続しているため、変位検出装置55には、スイッチ手段51がオフの場合でも交流信号が入力されている。そのため、例えば、ソレノイド9のプランジャー10がリターンスプリング36に引っ張られてコイル(ボビン)37の外(最外点)にあるときのインダクタンスを基準として共振周波数ω0を設定している。
このような共振周波数ω0を重畳した供給電流は、制御装置57によってスイッチ手段51を介してソレノイド9へ供給される。すると、ソレノイドは、電流の直流成分によって作動し、リターンスプリング36に抗してプランジャー10をコイル37内へ吸引する。
このとき、ソレノイド9と共振回路用コンデンサ54で形成される共振回路は、例えば、図8のf1のような共振周波数特性を有している。
そのため、プランジャー10が移動して、プランジャー10のコイル37に対する位置関係が変化すると、コイル37のインダクタンスが変化する。その結果、コイル37のインダクタンスが変化して共振回路の共振周波数ω0が変わる。例えば、プランジャー10がコイル37(ボビン)内に収容されるとインダクタンスは増加するため、共振周波数は、ω0→ω0´のように低下する。すると、図8のように、共振周波数特性は(α)から(β)のように移動することになる。
そのため、変位検出装置55で検出していた共振点ω0のゲインは、例えば、AからBのように低下する。
このように、プランジャー10が移動すると、ゲインが変わるため、ゲインの変化からプランジャー10の移動量を算出することができる。
ここで、重畳される交流成分は、ソレノイド9と共振回路用コンデンサ54で形成される共振周波数を位置検出用の周波数成分として供給する。また、ここでは、図6に示すように、スイッチ手段51の手前に変位検出装置55を接続しているため、変位検出装置55には、スイッチ手段51がオフの場合でも交流信号が入力されている。そのため、例えば、ソレノイド9のプランジャー10がリターンスプリング36に引っ張られてコイル(ボビン)37の外(最外点)にあるときのインダクタンスを基準として共振周波数ω0を設定している。
このような共振周波数ω0を重畳した供給電流は、制御装置57によってスイッチ手段51を介してソレノイド9へ供給される。すると、ソレノイドは、電流の直流成分によって作動し、リターンスプリング36に抗してプランジャー10をコイル37内へ吸引する。
このとき、ソレノイド9と共振回路用コンデンサ54で形成される共振回路は、例えば、図8のf1のような共振周波数特性を有している。
そのため、プランジャー10が移動して、プランジャー10のコイル37に対する位置関係が変化すると、コイル37のインダクタンスが変化する。その結果、コイル37のインダクタンスが変化して共振回路の共振周波数ω0が変わる。例えば、プランジャー10がコイル37(ボビン)内に収容されるとインダクタンスは増加するため、共振周波数は、ω0→ω0´のように低下する。すると、図8のように、共振周波数特性は(α)から(β)のように移動することになる。
そのため、変位検出装置55で検出していた共振点ω0のゲインは、例えば、AからBのように低下する。
このように、プランジャー10が移動すると、ゲインが変わるため、ゲインの変化からプランジャー10の移動量を算出することができる。
ここで、この形態では、重畳する所定周波数は、共振周波数ω0を用いてゲインの変化量が大きく得られるようにしたが、この周波数に限定されるものではない。所定周波数は、共振を呈する帯域内であれば、図8から明らかなように、プランジャー10の移動によってゲインの差が出るので、共振周波数ω0以外の周波数でもかまわない。
このとき、重畳する交流成分の周波数は、ソレノイド9がオン・オフを繰り返す周波数に対してソレノイド6が動作に影響を受けない十分に高い周波数に設定する。
このとき、重畳する交流成分の周波数は、ソレノイド9がオン・オフを繰り返す周波数に対してソレノイド6が動作に影響を受けない十分に高い周波数に設定する。
このように、プランジャー10の位置を推定することができるので、ソレノイド9がオン(スイッチ手段51がオン)のとき推定したプランジャー10の位置とソレノイド9がオフ(スイッチ手段51がオフ)のとき推定したプランジャー10の位置とを記憶してその差を算出すれば、プランジャー10の移動量(ロックピン8の突出量)が推定できる。
したがって、プランジャー10の移動量が推定できれば、その推定値からプランジャー10先端のロックピン8の係合状態が判定できる。このように、センサを設けることなくプランジャー10の位置あるいは変位からロックピン8の係合状態を推定できる。このため、センサ設置スペースを要しない。
なお、係合状態が不良の場合は、例えば、警報を発するなどにより報知すれば、ソレノイド9の動作不良による事故を未然に防止できる。
また、このように発振出力を重畳するので、直流電流と交流電圧を切り換える場合のようなノイズの問題を生じない。さらに、直流電流に発振出力を重畳して、ソレノイドコイルの両端の検出値の変化(共振点の変化)を検出するため、発振出力には大きな電力を必要とせず、損失も少ない。
したがって、プランジャー10の移動量が推定できれば、その推定値からプランジャー10先端のロックピン8の係合状態が判定できる。このように、センサを設けることなくプランジャー10の位置あるいは変位からロックピン8の係合状態を推定できる。このため、センサ設置スペースを要しない。
なお、係合状態が不良の場合は、例えば、警報を発するなどにより報知すれば、ソレノイド9の動作不良による事故を未然に防止できる。
また、このように発振出力を重畳するので、直流電流と交流電圧を切り換える場合のようなノイズの問題を生じない。さらに、直流電流に発振出力を重畳して、ソレノイドコイルの両端の検出値の変化(共振点の変化)を検出するため、発振出力には大きな電力を必要とせず、損失も少ない。
この実施例1は、上記作用効果に加えて、ソレノイド9の温度上昇に関するもので、温度上昇による磁界の減少を補償してプランジャー10の位置や変位を推定する際の精度を向上できることについて述べる。
すなわち、ソレノイド9は、コイル37に銅線を使用している。この銅線には直流抵抗があって、その直流抵抗はプラスの温度係数を有している。したがって、温度の上昇(周囲温度も含む)でコイル37の直流抵抗が増加すると、励磁電流が減少し、起磁力が低下する。
ここで、図6のものでは、ソレノイド9の駆動に電流制御ループを使用しているため、温度が変化しても一定の電流を供給するように制御する。
しかしながら、一般に、コイル37の直流抵抗と温度係数の関係は、20℃を1として正規化した場合、銅線の各温度における抵抗比と電流比は、例えば、100℃のコイルの吸引力は、20℃のコイルの56%程度と大きく変化すると言われている。このため、制御に誤差を生じる場合も考えられるため、プランジャー10の位置を算出して推定する際に、コイル37の温度を基に校正することで、推定精度を向上させるのである。
すなわち、ソレノイド9は、コイル37に銅線を使用している。この銅線には直流抵抗があって、その直流抵抗はプラスの温度係数を有している。したがって、温度の上昇(周囲温度も含む)でコイル37の直流抵抗が増加すると、励磁電流が減少し、起磁力が低下する。
ここで、図6のものでは、ソレノイド9の駆動に電流制御ループを使用しているため、温度が変化しても一定の電流を供給するように制御する。
しかしながら、一般に、コイル37の直流抵抗と温度係数の関係は、20℃を1として正規化した場合、銅線の各温度における抵抗比と電流比は、例えば、100℃のコイルの吸引力は、20℃のコイルの56%程度と大きく変化すると言われている。このため、制御に誤差を生じる場合も考えられるため、プランジャー10の位置を算出して推定する際に、コイル37の温度を基に校正することで、推定精度を向上させるのである。
そこで、実施例1では、パーキングブレーキ動作の前に、制御装置57がソレノイド9に測定用の電流を流して電圧を測定し、その電流と電圧の測定結果からコイル37の抵抗値を算出し、その抵抗値から温度を算出する。そして、その温度に基づき磁界の減少を加味してプランジャー10の位置の推定を行うのである。
そのための構成として、例えば、図6の破線60で示すように、制御装置57のA/D変換入力をソレノイド9の端子に接続して電圧を測定する。また、制御装置57は、スイッチ手段51のトランジスタを非飽和で駆動して、コイル37に測定用電流(ソレノイド9のプランジャー10が変位を生じない電流値)を入力するものとする。
そのための構成として、例えば、図6の破線60で示すように、制御装置57のA/D変換入力をソレノイド9の端子に接続して電圧を測定する。また、制御装置57は、スイッチ手段51のトランジスタを非飽和で駆動して、コイル37に測定用電流(ソレノイド9のプランジャー10が変位を生じない電流値)を入力するものとする。
このように構成される実施例1のパーキングブレーキ装置では、例えば、銅の抵抗温度係数を使用した周知の抵抗法により、コイル37の温度を検出する。
すなわち、抵抗法計算式は、
R2/R1=(234.5+t1)/(234.5+t2)
となり、上式から通電後の温度t2は、
t2=R2/R1(234.5+t1)-234.5
となる。
ここで、
t1:通電前の温度(周囲温度)(℃)、t2:通電後の温度(℃)、
R1:通電前の抵抗(常温値)(Ω)、R2:通電後の抵抗(Ω)
である。
このようにすれば、コイル37の温度が推定できるので、この推定した温度に基づいてコイル37に流れる電流の減少量が算出できる。このため、前記電流の減少量から起磁力の低下を予想してパーキングブレーキ動作時のプランジャー10の推定位置を校正する。こうすることで、プランジャー10の位置を推定する際の精度を向上させることができる。
よって、精度を向上することにより、プランジャー10動作不良を検出できるので、動作不良に依る事故を未然に防止できる。
すなわち、抵抗法計算式は、
R2/R1=(234.5+t1)/(234.5+t2)
となり、上式から通電後の温度t2は、
t2=R2/R1(234.5+t1)-234.5
となる。
ここで、
t1:通電前の温度(周囲温度)(℃)、t2:通電後の温度(℃)、
R1:通電前の抵抗(常温値)(Ω)、R2:通電後の抵抗(Ω)
である。
このようにすれば、コイル37の温度が推定できるので、この推定した温度に基づいてコイル37に流れる電流の減少量が算出できる。このため、前記電流の減少量から起磁力の低下を予想してパーキングブレーキ動作時のプランジャー10の推定位置を校正する。こうすることで、プランジャー10の位置を推定する際の精度を向上させることができる。
よって、精度を向上することにより、プランジャー10動作不良を検出できるので、動作不良に依る事故を未然に防止できる。
この実施例2は、上記作用効果に加えて、パーキングブレーキ装置の状態を定期的に確認(チェック)して、安全性を向上することについて述べる。
すなわち、パーキングブレーキ装置がオフの場合と、パーキングブレーキ装置が作動中の場合のソレノイド9のプランジャー10の位置を推測して確認する。
すなわち、パーキングブレーキ装置がオフの場合と、パーキングブレーキ装置が作動中の場合のソレノイド9のプランジャー10の位置を推測して確認する。
このパーキングブレーキ装置がオフの場合とは、ブレーキペダルを操作してサービスブレーキ(フットブレーキ)作動中の場合で、サービスブレーキの動作に支障が無いように、ロックピン8が中間ギヤ41の係止孔42から離反しているか否かを確認する。そのため、この確認は、実施形態および実施例1の方法を用いて、ソレノイド9の作動周期よりも短い一定時間ごとに逐次ソレノイド9のプランジャー10の位置を推定することで常時行う。このようにすることで、プランジャー10の動作不良を検出できる。
この形態では、図6のように、プランジャー10がリターンスプリング36によりコイル37(ボビン)から引き出された位置にあることを推定して確認する。そして、ロックピン8が離反していない場合は、例えば、警報を発するなどして故障を報知することで安全性を担保する。
この形態では、図6のように、プランジャー10がリターンスプリング36によりコイル37(ボビン)から引き出された位置にあることを推定して確認する。そして、ロックピン8が離反していない場合は、例えば、警報を発するなどして故障を報知することで安全性を担保する。
一方、パーキングブレーキ装置が作動中とは、駐車や停車中でサービスブレーキが解放されている場合で、ロックピン8が中間ギヤ41の係止孔43に嵌合しているか否かを確認する。この確認も、実施形態および実施例1の方法を用いて、ソレノイド9の作動周期よりも短い一定時間ごとに逐次ソレノイド9のプランジャー10の位置を推定することで常時行う。そして、ソレノイド9のプランジャー10の位置を推定することにより確認する。このようにすることで、プランジャー10の動作不良を検出できる。
この形態では、プランジャー10がリターンスプリング36に抗してコイル37(ボビン)内に吸引された位置にあることを推定して確認する。そして、ロックピン8が中間ギヤ41の係止孔43に嵌合状態でないことが検出された場合は、例えば、警報を発するなどして安全性を担保する。
このように確認することで、動作不良で車が無制動状態となることを防止する。
ちなみに、この確認は、一定の間隔で間歇的に行っているのは、推定処理を間歇的に行うことで、推定処理に対する電力消費を少なくできるからである。
この形態では、プランジャー10がリターンスプリング36に抗してコイル37(ボビン)内に吸引された位置にあることを推定して確認する。そして、ロックピン8が中間ギヤ41の係止孔43に嵌合状態でないことが検出された場合は、例えば、警報を発するなどして安全性を担保する。
このように確認することで、動作不良で車が無制動状態となることを防止する。
ちなみに、この確認は、一定の間隔で間歇的に行っているのは、推定処理を間歇的に行うことで、推定処理に対する電力消費を少なくできるからである。
この実施例3は、上記作用効果に加えて、車体に対して横方向の力、すなわち、左右の車輪を接続する車軸に対して並行な力が加わった場合のプランジャー10の位置の推定を補償するためのものである。
この場合、ソレノイド9のプランジャー10は、図1に示すように、車軸に取り付けられたブレーキロータ7に対して直角に、かつ、車軸と並行に設けられている。そのため、車体に対して横方向の力が加わった場合、プランジャー10には進退方向に力が加わり、推定位置に誤差が生じる恐れがある。
このような問題を解決するため、図6のように、車に横方向の加速度を検出するための加速度センサ61を設けたものである。そして、前記センサ61の検出する横方向の加速度が一定以上の値を検出した場合、つまり、プランジャー10が横方向の力の影響を受ける値に達したときに、その値に応じた補償を行うのである。このとき、この推定の算出には、例えば、横方向の加速度に対する補償値を予め設定したテーブルなどを用意して推定位置に対する補償を行うようにすれば良い。
この場合、ソレノイド9のプランジャー10は、図1に示すように、車軸に取り付けられたブレーキロータ7に対して直角に、かつ、車軸と並行に設けられている。そのため、車体に対して横方向の力が加わった場合、プランジャー10には進退方向に力が加わり、推定位置に誤差が生じる恐れがある。
このような問題を解決するため、図6のように、車に横方向の加速度を検出するための加速度センサ61を設けたものである。そして、前記センサ61の検出する横方向の加速度が一定以上の値を検出した場合、つまり、プランジャー10が横方向の力の影響を受ける値に達したときに、その値に応じた補償を行うのである。このとき、この推定の算出には、例えば、横方向の加速度に対する補償値を予め設定したテーブルなどを用意して推定位置に対する補償を行うようにすれば良い。
この実施例4は、発振手段59について述べたものである。
すなわち、発振手段59は、実施形態及び実施例1~3では電源52に設けたが、これに限定されるものではない。例えば、図9に示すように、発振手段59の機能をマイクロコントローラである制御装置57に行わせることもできる。この場合、制御装置57は、スイッチ手段51の開度を制御してスイッチング(非飽和)することにより、パーキング手段のソレノイドの入力に、図7(a)、(b)のような所要周波数の発振出力を重畳するのである。このように制御装置57が発振手段59を兼ねるようにすれば、発振手段59を別に駆動するための損失が生じない。また、設置スペースの縮小やコストの低減が図れる。さらに、電流フィードバック系に発振手段59を含むようにして周波数成分を印加できるので、例えば、自動車のバッテリーのような電圧源で直接駆動しても安定した動作が期待できる。
また、これ以外に発振手段59は、例えば、図10の符号59aのように、スイッチ手段51のベース回路に直接接続して制御するようにしたり、図10の符号59bのように、電源52や制御装置57以外の回路上に設けたりしても良いことは明らかである。
すなわち、発振手段59は、実施形態及び実施例1~3では電源52に設けたが、これに限定されるものではない。例えば、図9に示すように、発振手段59の機能をマイクロコントローラである制御装置57に行わせることもできる。この場合、制御装置57は、スイッチ手段51の開度を制御してスイッチング(非飽和)することにより、パーキング手段のソレノイドの入力に、図7(a)、(b)のような所要周波数の発振出力を重畳するのである。このように制御装置57が発振手段59を兼ねるようにすれば、発振手段59を別に駆動するための損失が生じない。また、設置スペースの縮小やコストの低減が図れる。さらに、電流フィードバック系に発振手段59を含むようにして周波数成分を印加できるので、例えば、自動車のバッテリーのような電圧源で直接駆動しても安定した動作が期待できる。
また、これ以外に発振手段59は、例えば、図10の符号59aのように、スイッチ手段51のベース回路に直接接続して制御するようにしたり、図10の符号59bのように、電源52や制御装置57以外の回路上に設けたりしても良いことは明らかである。
なお、実施形態及び実施例1~3では、ピン駆動用のソレノイド9は、プッシュ型のアクチュエータを用いたが、これに限定されるものではない。回路を工夫してプル型のアクチュエータを使用することも可能である。
1 電動ブレーキ
2 パーキング手段
3 モータ
4 直動機構
5 減速機構
6 ブレーキパッド
7 ロータ
8 ロックピン
9 ソレノイド
10 プランジャー
37 コイル
50 ソレノイド変位検出手段
52 電源
54 共振回路用コンデンサ
55 変位検出装置
56 電流検出手段
58 直流電源
59 発振手段
61 加速度センサ
2 パーキング手段
3 モータ
4 直動機構
5 減速機構
6 ブレーキパッド
7 ロータ
8 ロックピン
9 ソレノイド
10 プランジャー
37 コイル
50 ソレノイド変位検出手段
52 電源
54 共振回路用コンデンサ
55 変位検出装置
56 電流検出手段
58 直流電源
59 発振手段
61 加速度センサ
Claims (7)
- 電動モータと直動機構が減速機構を介して接続され、前記モータの回転によって直動機構に装着した摩擦部材をブレーキロータに押し付けて制動する電動ブレーキと、前記減速機構に係合部材をソレノイドのプランジャーの作動により係合させてロックするパーキング手段とで構成される電動パーキングブレーキ装置に、
前記パーキング手段のソレノイドの入力に所要周波数の発振出力を重畳する発振手段と、ソレノイドコイルの両端の検出値の変化からソレノイドのプランジャーの位置あるいは変位を推定する処理手段を備えたことを特徴とする電動パーキングブレーキ装置。 - 上記ソレノイドコイルに、共振回路を形成するためのコンデンサを接続したことを特徴とする請求項1に記載の電動パーキングブレーキ装置。
- 上記発振手段の発振周波数を、ソレノイドをオン・オフする周波数に対して高く設定することを特徴とする請求項1または2に記載の電動パーキングブレーキ装置。
- 上記ソレノイドがオンのとき検出したプランジャーの位置とオフのとき検出したプランジャーの位置の差から係合部材の突出量を推定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の電動パーキングブレーキ装置。
- 上記パーキング手段の作動前に、ソレノイドコイルへプランジャーが変位を生じない測定用電流を入力し、そのときの測定値に基づいてコイルの温度を算出し、その算出した前記コイルの温度に基づいて係合部材の推定位置を校正する請求項1乃至4のいずれかに記載の電動パーキングブレーキ装置。
- 上記モータが作動して直動機構が動作中に、一定時間ごとにプランジャーの位置を算出し、その算出位置から、係合部材の減速機構からの離反状態の維持を確認することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の電動パーキングブレーキ装置。
- 上記ソレノイドが動作してパーキング手段が作動中に、一定時間ごとにプランジャーの位置を算出し、その算出位置から、係合部材の減速機構との係合状態の維持を確認することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の電動パーキングブレーキ装置。
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