(57)【要約】【課題】電源の失陥や故障などに対して制動力の発生が失われるのを防止すると共に、磁気回路の着磁に伴う悪影響を抑制すること。【解決手段】電磁石コイル１６にブリッジ状に接続したスイッチングデバイスＱ１〜Ｑ４を用いて、複数の電源２１、２２の電源電力を選択的に電磁石コイル１６に供給し、互いに方向が異なる電流ｉ１、ｉ２を選択的に流す。複数の電源２１、２２の一方に故障や電圧低下などの異常が発生した場合でも、正常な系統の電源をブレーキＥＣＵ３０で自動選択することにより、必要な制動力を確保できる。電磁石コイル１６に流す電流ｉ１、ｉ２の方向を切り替えることにより、直流磁場の影響による着磁を抑制し、非通電時に制動力が発生するのを防止できる。着磁により発生した永久磁石を消磁することも可能であり、回路各部の診断も容易になる。【選択図】図２
2019119340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部材と、前記固定部材と対向する位置に配置された可動部材と、前記可動部材と前記固定部材との間の空間に充填され、磁場の印加に応じて粘弾性が変化する機能性流体と、前記機能性流体に対して磁場を印加する磁場発生部とを有するブレーキ装置であって、
前記磁場発生部は、
少なくとも１つの電気コイルと、
第１電源部の出力と前記電気コイルとの間に接続され、前記電気コイルの第１方向に向かう電流の通電を制御する第１スイッチ回路と、
第２電源部の出力と前記電気コイルとの間に接続され、前記電気コイルの第２方向に向かう電流の通電を制御する第２スイッチ回路と、
所定の制動指示に従って前記第１スイッチ回路および前記第２スイッチ回路を選択的に制御する電子制御部と、
を備えるブレーキ装置。
【請求項２】
前記第１スイッチ回路は、前記第１電源部の出力と前記電気コイルの第１端子との間の接続を制御する第１スイッチと、前記電気コイルの第２端子と共通の低電位ラインとの接続を制御する第２スイッチとを含み、
前記第２スイッチ回路は、前記第２電源部の出力と前記電気コイルの前記第２端子との間の接続を制御する第３スイッチと、前記電気コイルの前記第１端子と前記低電位ラインとの接続を制御する第４スイッチとを含み、
前記電子制御部は、前記第３スイッチおよび前記第４スイッチが共にオフの時に前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの接続を許容し、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチが共にオフの時に前記第３スイッチおよび前記第４スイッチの接続を許容する、
請求項１に記載のブレーキ装置。
【請求項３】
前記電子制御部は、前記第１スイッチ回路、前記第２スイッチ回路、前記第１電源部、および前記第２電源部の少なくとも一部の状態を監視し、故障又は異常を検知した場合に、前記第１スイッチ回路および前記第２スイッチ回路の選択状態を自動的に切り替える、
請求項１又は請求項２に記載のブレーキ装置。
【請求項４】
前記電子制御部は、所定の条件を満たす場合に、前記第１スイッチ回路および前記第２スイッチ回路を周期的に交互に選択し、前記電気コイルの通電状態を切り替える、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のブレーキ装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のブレーキ装置を複数備え、車両に搭載された複数の車輪の制動状態をそれぞれ独立した前記ブレーキ装置で制御する車載制動システムであって、
前記電子制御部は、前記第１電源部および前記第２電源部のうち選択された電源系統の出力から前記複数の車輪のブレーキ装置に対して、共通の電力を同時に供給する、
車載制動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両などの制動に利用可能なブレーキ装置および車載制動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１はＭＲ流体を用いた車両用のブレーキ装置の技術を示している。すなわち、回転側ディスクと静止側ディスクとを交互に配置すると共に、静止側ディスクの側面に、ＭＲ流体を多孔質部材に含浸させて成るコンポジット材を支持固定する。そして、制動時には、駆動装置により回転側ディスクとコンポジット材との間の隙間をゼロにする。そして、この状態で、印加装置を構成する電磁コイルに電流を通電し、ヨークとして機能するケーシングに磁気回路を形成する。そして、多孔質部材内のＭＲ流体に磁場を印加する事により、ＭＲ流体の見かけ上の粘度を変化させ、回転側ディスクに回転抵抗を付与する。
【０００３】
また、特許文献２の車両制御装置は、電気モータを用いて車両の駆動力を発生すると共に、この電気モータのコイル端子間を短絡する制御を行って制動力を発生させるための技術を示している。また、電気モータの駆動に必要な３相の交流電力を生成するために、ブリッジ状に接続されたスイッチング回路を含むインバータを用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１１６０１４号公報
【特許文献２】特開２０１７−１８４３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば電気モータの駆動を行う場合には、電気モータの励磁コイルに流れる電流の方向や大きさを制御する必要があるので、特許文献２のようにブリッジ状に接続されたスイッチング回路を利用して励磁コイルの通電を制御することになる。一方、特許文献１のようにＭＲ流体を用いたブレーキ装置の制動力は電気コイルが発生する磁界の方向の影響を受けない。したがって、このようなブレーキ装置の場合は、電気コイルの通電方向を切り替える動作は行われない。
【０００６】
一方、特許文献１のようなブレーキ装置の場合には、制動力を発生するために電源電力を必要とする。しかし、車両用のブレーキ装置の場合には、車載バッテリ等から供給される電源電力が何らかの故障や不具合によって途絶える可能性を考慮しなければならない。すなわち、電源電力の供給が停止しても、ブレーキ装置が制動力を発生できなくなるという事態を防がなければならない。
【０００７】
また、特許文献１のようなブレーキ装置の場合には、電気コイルが発生する磁場の影響により、磁気回路のヨーク等が着磁する可能性がある。そして、ヨーク等が着磁すると電気コイルに通電しない状態であっても、着磁により生成された永久磁石の磁気の影響により、回転側と静止側との間でＭＲ流体が引きずりを起こすことになる。つまり、ブレーキをオフにしても制動力を完全に解除することができない状態になる。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電源の失陥や故障などに対して制動力の発生が失われるのを防止すると共に、磁気回路の着磁に伴う悪影響を抑制することが可能なブレーキ装置および車載制動システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した目的を達成するために、本発明に係るブレーキ装置及び車載制動システムは、下記（１）〜（５）を特徴としている。
（１）  固定部材と、前記固定部材と対向する位置に配置された可動部材と、前記可動部材と前記固定部材との間の空間に充填され、磁場の印加に応じて粘弾性が変化する機能性流体と、前記機能性流体に対して磁場を印加する磁場発生部とを有するブレーキ装置であって、
前記磁場発生部は、
少なくとも１つの電気コイルと、
第１電源部の出力と前記電気コイルとの間に接続され、前記電気コイルの第１方向に向かう電流の通電を制御する第１スイッチ回路と、
第２電源部の出力と前記電気コイルとの間に接続され、前記電気コイルの第２方向に向かう電流の通電を制御する第２スイッチ回路と、
所定の制動指示に従って前記第１スイッチ回路および前記第２スイッチ回路を選択的に制御する電子制御部と、
を備えることを特徴とするブレーキ装置。
【００１０】
上記（１）の構成のブレーキ装置によれば、例えば第１電源部が故障したりその出力電圧が異常に低下した場合や、第１スイッチ回路が故障した場合に、第２電源部の出力する電源電力を利用して電気コイルに通電できるので、必要な制動力を確保できる。また、第２電源部が故障したりその出力電圧が異常に低下した場合や、第２スイッチ回路が故障した場合でも、第１電源部の出力する電源電力を利用して電気コイルに通電できるので、必要な制動力を確保できる。また、電子制御部が前記第１スイッチ回路および第２スイッチ回路を選択的に切り替えることで、電気コイルに異なる方向に電流が流れ、磁界の方向も変化する。そのため、磁気回路が磁化するのを抑制することが可能であり、消磁機能を持たせることも可能になる。
【００１１】
（２）  前記第１スイッチ回路は、前記第１電源部の出力と前記電気コイルの第１端子との間の接続を制御する第１スイッチと、前記電気コイルの第２端子と共通の低電位ラインとの接続を制御する第２スイッチとを含み、
前記第２スイッチ回路は、前記第２電源部の出力と前記電気コイルの前記第２端子との間の接続を制御する第３スイッチと、前記電気コイルの前記第１端子と前記低電位ラインとの接続を制御する第４スイッチとを含み、
前記電子制御部は、前記第３スイッチおよび前記第４スイッチが共にオフの時に前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの接続を許容し、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチが共にオフの時に前記第３スイッチおよび前記第４スイッチの接続を許容する、
ことを特徴とする上記（１）に記載のブレーキ装置。
【００１２】
上記（２）の構成のブレーキ装置によれば、第１スイッチおよび第２スイッチを共にオンにすることにより、電気コイルの第１端子から第２端子に向かう方向に電流を流すことができる。また、第３スイッチおよび第４スイッチを共にオンにすることにより、電気コイルの第２端子から第１端子に向かう方向に電流を流すことができる。また、電子制御部の制御により、第１電源部および第２電源部の各出力と、低電位ラインとの間の短絡を阻止できる。
【００１３】
（３）  前記電子制御部は、前記第１スイッチ回路、前記第２スイッチ回路、前記第１電源部、および前記第２電源部の少なくとも一部の状態を監視し、故障又は異常を検知した場合に、前記第１スイッチ回路および前記第２スイッチ回路の選択状態を自動的に切り替える、
ことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のブレーキ装置。
【００１４】
上記（３）の構成のブレーキ装置によれば、第１スイッチ回路、第２スイッチ回路、第１電源部、および第２電源部のいずれかに故障や異常が発生した場合であっても、電子制御部が第１スイッチ回路および第２スイッチ回路の選択状態を自動的に切り替えるので、正常な回路を利用して制動力を確保できる。
【００１５】
（４）  前記電子制御部は、所定の条件を満たす場合に、前記第１スイッチ回路および前記第２スイッチ回路を周期的に交互に選択し、前記電気コイルの通電状態を切り替える、
ことを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のブレーキ装置。
【００１６】
上記（４）の構成のブレーキ装置によれば、第１スイッチ回路および第２スイッチ回路を周期的に交互に選択することにより、電気コイルが発生する磁界の方向が周期的に切り替わる。これにより、第１スイッチ回路および第２スイッチ回路の両方の異常検出が可能になる。また、第１電源部および第２電源部の出力の異常検出も可能になる。更に、発生する磁界の方向が周期的に切り替わるので、磁気回路の着磁が生じにくくなる。
【００１７】
（５）  上記（１）乃至（４）のいずれかのブレーキ装置を複数備え、車両に搭載された複数の車輪の制動状態をそれぞれ独立した前記ブレーキ装置で制御する車載制動システムであって、
前記電子制御部は、前記第１電源部および前記第２電源部のうち選択された電源系統の出力から前記複数の車輪のブレーキ装置に対して、共通の電力を同時に供給する、
ことを特徴とする車載制動システム。
【００１８】
上記（５）の構成の車載制動システムによれば、第１電源部および第２電源部の出力する電源電圧が互いに異なる場合であっても、複数の車輪のブレーキ装置に対して共通の電力を同時に供給するので、複数の車輪に加わる制動トルクに偏りが生じない。したがって、車両の安定した制動動作が可能になる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のブレーキ装置および車載制動システムによれば、電源の失陥や故障などに対して制動力の発生が失われるのを防止すると共に、磁気回路の着磁に伴う悪影響を抑制することが可能になる。
【００２０】
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１（ａ）および図１（ｂ）は、ＭＲ流体を用いた制動機構の動作原理に関連する主要な構成要素を表す縦断面図であって、それぞれ互いに異なる方向に電流を流した状態を表す。
【図２】図２は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示した制動機構の電磁石コイルを制御する電子回路の構成例を示すブロック図である。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は、車両に搭載した４つの制動機構を制御するシステムの主要な構成要素を表すブロック図であって、それぞれ互いに異なる方向に電流を流した状態を表す。
【図４】図４は、４つの制動機構を制御するシステムの動作例−１を表すフローチャートである。
【図５】図５は、４つの制動機構を制御するシステムの動作例−２を表すフローチャートである。
【図６】図６は、４つの制動機構を制御するシステムの動作例−３を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。
【００２３】
＜基本的な構造および動作原理＞
ＭＲ流体を用いた制動機構１０の動作原理に関連する主要な構成要素を図１（ａ）および図１（ｂ）に示す。図１（ａ）および図１（ｂ）は、それぞれ互いに異なる方向に電流を流した状態を表している。
【００２４】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示した制動機構１０は、例えば車両の各車輪の回転に対して制動をかけるために利用できる。制動機構１０の回転体１２は、例えば車両の各車輪と連結されるディスクロータ１２ａを有し、車輪と共に回動する。固定部材１１は、回転体１２の外側を囲むように円環状に形成され、板状の電磁石ヨーク１１ａを有している。この電磁石ヨーク１１ａと、ディスクロータ１２ａとが面で対向しており、これらの面の間に間隙が形成されている。固定部材１１は、例えば車体に固定される。なお、図１（ａ）および図１（ｂ）は、図示しない回転軸に対して上半分の断面を示している。
【００２５】
電磁石ヨーク１１ａとディスクロータ１２ａの間の間隙を含む空間１３に、ＭＲ流体（Magneto Rheological Fluid）１４が充填されている。このＭＲ流体１４は、例えば油などの液体中に、鉄粉のような強磁性体粒子が多数分散した状態で存在しているものである。強磁性体粒子の粒径は、数［μｍ］程度である。空間１３は、図示しないハウジングの内部に形成され、ＭＲ流体１４を密閉した状態に維持できる。
【００２６】
鉄などの強磁性体で構成される電磁石コア１５は、例えば固定部材１１と一体に形成される。電磁石コア１５の外側に電磁石コイル（電気コイル）１６が巻回されている。電磁石コイル１６に順方向に電流を流すと、図１（ａ）に示す方向の磁界１７Ｆが発生する。この磁界１７Ｆは、電磁石コア１５、電磁石ヨーク１１ａ、ＭＲ流体１４、およびディスクロータ１２ａを含む磁気回路を通過するような磁路を形成する。また、電磁石コイル１６に逆方向に電流を流すと、図１（ｂ）に示す方向の磁界１７Ｒが発生する。磁界１７Ｒも、電磁石コア１５、電磁石ヨーク１１ａ、ＭＲ流体１４、およびディスクロータ１２ａを含む磁気回路を通過するような磁路を形成する。
【００２７】
したがって、図１（ａ）又は図１（ｂ）の状態においては、電磁石ヨーク１１ａ、ディスクロータ１２ａの対向面間の間隙に存在しているＭＲ流体１４に対して、比較的強い磁場を与えることができる。
【００２８】
外側から磁場を印加しない状態では、ＭＲ流体１４内の各強磁性体粒子は分散した状態で存在している。したがって、この状態ではディスクロータ１２ａの回転動作に対して制動力は発生しない。
【００２９】
一方、図１（ａ）又は図１（ｂ）のように外側から磁場を印加すると、ＭＲ流体１４内の各強磁性体粒子が互いに引きつけ合って鎖状のクラスター構造を形成し半固体化する。すなわち、ディスクロータ１２ａと固定部材１１の電磁石ヨーク１１ａとの間が、鎖状のクラスター構造を介して連結される。そして、ディスクロータ１２ａの回転に伴って、ディスクロータ１２ａが固定部材１１に対して相対移動する際に、鎖状のクラスター構造が剪断する。また、剪断する直前に応力が発生し、この応力が固定部材１１とディスクロータ１２ａとの間の摺動抵抗、すなわち回転に対する制動力１８として作用する。
【００３０】
また、磁場の印加が継続している状況では、剪断した鎖状のクラスター構造は、すぐに近傍の断片（強磁性体粒子の集合）と結合し、新たな鎖状のクラスター構造を形成する。この鎖状のクラスター構造が、ディスクロータ１２ａの回転に伴って再び剪断し、これに伴って応力が発生する。上記のような動作の連続的な繰り返しにより、制動力１８の発生が継続する。なお、この制動力１８による運動エネルギーの変化分は、ＭＲ流体１４の熱エネルギーに変換される。
【００３１】
つまり、電磁石コイル１６に通電すると、ＭＲ流体１４の働きにより制動機構１０が制動力１８を発生する状態になる。また、制動力１８の大きさは磁界１７Ｆ、１７Ｒの向きの違いとは無関係であるので、図１（ａ）の状態と図１（ｂ）の状態とで制動力１８の違いは生じない。勿論、磁界１７Ｆ、又は１７Ｒの大きさが変化すれば、制動力１８も変化する。
【００３２】
一方、図１（ａ）又は図１（ｂ）に示したように直流の磁界１７Ｆ、１７Ｒを発生した状態を長く維持したり、大きな直流磁場を印加すると、この磁気回路に含まれる電磁石ヨーク１１ａなどに磁化が発生して永久磁石が形成される可能性がある。このような永久磁石が形成されると、電磁石コイル１６が非通電の状態であっても、ＭＲ流体１４に磁場が印加された状態が維持されることになり、電磁石ヨーク１１ａとディスクロータ１２ａとの間で、ＭＲ流体１４内の強磁性体粒子の集合が引きずられながら移動する状態になる。つまり、ブレーキを完全に解除することができない。そのため、電磁石ヨーク１１ａなどの磁化を抑制したり、消磁したり、永久磁石の悪影響を低減することが必要になる。
【００３３】
また、図１（ａ）、図１（ｂ）に示した制動機構１０で制動力１８を発生するためには、電磁石コイル１６に通電する必要があるので、電源の確保が不可欠である。しかし、制動機構１０に電力を供給する車載バッテリなどの電源に故障が発生する可能性があるし、電源の出力電圧が異常に低下する状況も考えられる。したがって、電源に故障などが発生した場合であっても、制動機構１０の制動力１８を確保できることが重要になる。
【００３４】
＜電子回路の構成例＞
図１（ａ）および図１（ｂ）に示した制動機構１０の電磁石コイル１６を制御する電子回路の構成例を図２に示す。
【００３５】
図２に示した電子回路は、電磁石コイル１６の両端１６ａ、１６ｂにＨブリッジ状に接続された４個のスイッチングデバイスＱ１〜Ｑ４と、電流検出部２３と、ブレーキＥＣＵ（電子制御ユニット）３０とを備えている。
【００３６】
また、この電子回路は電源として車両に搭載されたメインバッテリ２１およびサブバッテリ（予備電源）２２を使用する。メインバッテリ２１およびサブバッテリ２２の出力電圧については、１２［Ｖ］、２４［Ｖ］、あるいは４８［Ｖ］等の電圧を使用することが想定される。また、メインバッテリ２１の電圧とサブバッテリ２２の電圧とが必ずしも同じである必要はない。
【００３７】
スイッチングデバイスＱ１〜Ｑ４の各々は、ＭＯＳ型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であり、電磁石コイル１６の通電のオンオフ、および電流ｉ１、ｉ２の方向を切り替えるために利用される。電流検出部２３は、例えば抵抗器により構成され、電流ｉ１、ｉ２の大きさを検出するために利用される。
【００３８】
スイッチングデバイスＱ１は、高電位側の端子（ソース）が第１電源ライン２４を介してメインバッテリ２１の正極出力端子と接続され、低電位側の端子（ドレイン）が電磁石コイル１６の一方の端子１６ａと接続されている。また、スイッチングデバイスＱ４は、高電位側の端子（ドレイン）が電磁石コイル１６の一方の端子１６ａおよびスイッチングデバイスＱ１のドレインと接続され、低電位側の端子（ソース）が共通線２６と接続されている。
【００３９】
スイッチングデバイスＱ３は、高電位側の端子（ソース）が第２電源ライン２５を介してサブバッテリ２２の正極出力端子と接続され、低電位側の端子（ドレイン）が電磁石コイル１６の他方の端子１６ｂと接続されている。また、スイッチングデバイスＱ２は、高電位側の端子（ドレイン）が電磁石コイル１６の他方の端子１６ｂおよびスイッチングデバイスＱ３のドレインと接続され、低電位側の端子（ソース）が共通線２６と接続されている。
【００４０】
メインバッテリ２１およびサブバッテリ２２の負極出力端子は、それぞれアースライン２７と接続されている。また、共通線２６とアースライン２７との間に電流検出部２３が接続されている。
【００４１】
ブレーキＥＣＵ３０は、２値信号である制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４をスイッチングデバイスＱ１〜Ｑ４の各制御端子（ゲート）に印加することにより、スイッチングデバイスＱ１〜Ｑ４を個別にオンオフ制御することができる。
【００４２】
例えば、スイッチングデバイスＱ３およびＱ４がオフの状態で、スイッチングデバイスＱ１およびＱ２をオンに制御すると、電磁石コイル１６に電流ｉ１を流すことができる。すなわち、メインバッテリ２１の正極出力端子から、第１電源ライン２４、スイッチングデバイスＱ１、端子１６ａ、電磁石コイル１６、端子１６ｂ、スイッチングデバイスＱ２、共通線２６、電流検出部２３、アースライン２７、およびメインバッテリ２１の負極出力端子を通る電流経路が形成され、順方向の電流ｉ１が電磁石コイル１６に流れる。
【００４３】
また、スイッチングデバイスＱ１およびＱ２がオフの状態で、スイッチングデバイスＱ３およびＱ４をオンに制御すると、電磁石コイル１６に電流ｉ２を流すことができる。すなわち、サブバッテリ２２の正極出力端子から、第２電源ライン２５、スイッチングデバイスＱ３、端子１６ｂ、電磁石コイル１６、端子１６ａ、スイッチングデバイスＱ４、共通線２６、電流検出部２３、アースライン２７、およびサブバッテリ２２の負極出力端子を通る電流経路が形成され、逆方向の電流ｉ２が電磁石コイル１６に流れる。
【００４４】
なお、もしもスイッチングデバイスＱ１、Ｑ４が同時にオンになると、第１電源ライン２４とアースライン２７の間が短絡して大電流が流れるので、このような状況が生じないように制御する必要がある。同様に、スイッチングデバイスＱ３、Ｑ２が同時にオンになるような状況も生じないように制御する必要がある。
【００４５】
図２に示したブレーキＥＣＵ３０の各入力端子には、電流検知信号ＳＧ５、第１監視信号ＳＧ６、第２監視信号ＳＧ７、および制動指示信号ＳＧ８がそれぞれ印加される。電流検知信号ＳＧ５は、電流検出部２３が検出する電流ｉ１又はｉ２の電流値を表す信号である。第１監視信号ＳＧ６は、メインバッテリ２１の故障や電圧異常を監視するための信号である。例えば、第１電源ライン２４とアースライン２７との間の電位差を監視することにより、メインバッテリ２１の故障や電圧異常を検知できる。第２監視信号ＳＧ７は、サブバッテリ２２の故障や電圧異常を監視するための信号である。例えば、第２電源ライン２５とアースライン２７との間の電位差を監視することにより、サブバッテリ２２の故障や電圧異常を検知できる。制動指示信号ＳＧ８は、車両におけるブレーキペダルのオンオフや踏み込み量を表す信号である。
【００４６】
ブレーキＥＣＵ３０は、予め組み込まれたプログラムに従い、電流検知信号ＳＧ５、第１監視信号ＳＧ６、第２監視信号ＳＧ７、および制動指示信号ＳＧ８を監視しながら、状況に応じて適切な制御信号ＳＧ１〜ＳＧ４を出力することにより、制動機構１０のブレーキ制御を行うことができる。
【００４７】
また、一般的な自動車の場合には４つの車輪のそれぞれに独立した４つの制動機構１０が装備されるので、自動車に搭載するブレーキＥＣＵ３０は、４つの制動機構１０を同時に制御できるように構成される。
【００４８】
＜車載システムの構成例＞
車両に搭載した４つの制動機構を制御するシステムの主要な構成要素を図３（ａ）および図３（ｂ）に示す。図３（ａ）および図３（ｂ）は、それぞれ互いに異なる方向に電流を流した状態を表す。
【００４９】
図３（ａ）および図３（ｂ）に示した車載制動システムは、４つの独立した制動機構１０ＦＬ、１０ＦＲ、１０ＲＬ、および１０ＲＲを備えている。すなわち、制動機構１０ＦＬ、１０ＦＲ、１０ＲＬ、および１０ＲＲは、それぞれ自動車の左前輪、右前輪、左後輪、および右後輪に連結されている。また、電磁石コイル１６ＦＬ、１６ＦＲ、１６ＲＬ、および１６ＲＲが、それぞれ制動機構１０ＦＬ、１０ＦＲ、１０ＲＬ、および１０ＲＲに備わっている。
【００５０】
また、４つの制動機構１０ＦＬ、１０ＦＲ、１０ＲＬ、および１０ＲＲのいずれについても、スイッチングデバイスＱ１の高電位側端子は第１電源ライン２４を介してメインバッテリ２１と接続され、スイッチングデバイスＱ３の高電位側端子は第２電源ライン２５を介してサブバッテリ２２と接続されている。また、図３（ａ）および図３（ｂ）には示されていないが、図２と同様に、各スイッチングデバイスＱ２およびＱ４の低電位側端子は、共通線２６および電流検出部２３を介してアースライン２７と接続されている。
【００５１】
そして、この車載制動システムを制御するブレーキＥＣＵ３０は、この自動車に制動をかける際に、図３（ａ）又は図３（ｂ）に示す状態に制御する。
【００５２】
図３（ａ）の状態では、４つの制動機構１０ＦＬ、１０ＦＲ、１０ＲＬ、および１０ＲＲのいずれについても、スイッチングデバイスＱ３およびＱ４がオフ、スイッチングデバイスＱ１およびＱ２がオンになる。つまり、メインバッテリ２１の電力により、スイッチングデバイスＱ１、電磁石コイル１６、スイッチングデバイスＱ２を通過する経路で電流ｉ１が流れる。したがって、電磁石コイル１６ＦＬ、１６ＦＲ、１６ＲＬ、および１６ＲＲの電流ｉ１によって発生する磁界１７Ｆ（図１（ａ）参照）により、制動機構１０ＦＬ、１０ＦＲ、１０ＲＬ、および１０ＲＲのそれぞれに制動力１８が発生する。
【００５３】
図３（ｂ）の状態では、４つの制動機構１０ＦＬ、１０ＦＲ、１０ＲＬ、および１０ＲＲのいずれについても、スイッチングデバイスＱ１およびＱ２がオフ、スイッチングデバイスＱ３およびＱ４がオンになる。つまり、サブバッテリ２２の電力により、スイッチングデバイスＱ３、電磁石コイル１６、スイッチングデバイスＱ４を通過する経路で電流ｉ２が流れる。したがって、電磁石コイル１６ＦＬ、１６ＦＲ、１６ＲＬ、および１６ＲＲの電流ｉ２によって発生する磁界１７Ｒ（図１（ｂ）参照）により、制動機構１０ＦＬ、１０ＦＲ、１０ＲＬ、および１０ＲＲのそれぞれに制動力１８が発生する。
【００５４】
図３（ａ）のように制御する場合には、４つの制動機構１０ＦＬ、１０ＦＲ、１０ＲＬ、および１０ＲＲに対して共通のメインバッテリ２１から電源電力が供給されるので、４系統のスイッチングデバイスＱ１とＱ２を同時にオンオフすることにより、同じ電流ｉ１を各系統に流すことができる。また、図３（ｂ）のように制御する場合には、４つの制動機構１０ＦＬ、１０ＦＲ、１０ＲＬ、および１０ＲＲに対して共通のサブバッテリ２２から電源電力が供給されるので、４系統のスイッチングデバイスＱ３とＱ４を同時にオンオフすることにより、同じ電流ｉ２を各系統に流すことができる。
【００５５】
したがって、図３（ａ）および図３（ｂ）のいずれの状態においても、４つの制動機構１０ＦＬ、１０ＦＲ、１０ＲＬ、および１０ＲＲに発生する制動力１８は同じ大きさになる。そのため、メインバッテリ２１とサブバッテリ２２の出力電圧が異なる場合であっても、４輪の自動車に安定した状態で制動をかけることが可能になる。なお、更に安定した自動車の制動を可能にするために、４輪の制動力のバランスを適宜調整することも可能である。例えば、電流ｉ１、ｉ２の通電時間の長さを４輪でそれぞれ調整すれば、それぞれの制動力１８の大きさのバランスを変えることができる。
【００５６】
＜車載システムの動作例−１＞
４つの制動機構を制御するシステムの動作例−１を図４に示す。例えば、図２に示したブレーキＥＣＵ３０が、図３（ａ）および図３（ｂ）に示した４つの制動機構１０ＦＬ、１０ＦＲ、１０ＲＬ、および１０ＲＲを制御する場合に、図４の動作に相当する制御を実施する。図４の動作について以下に説明する。
【００５７】
ブレーキＥＣＵ３０は、最初に各制動機構１０の電磁石コイル１６に対する通電方向を選択する（Ｓ１１）。例えば、初期状態では、メインバッテリ２１が供給する電源電力により順方向の電流ｉ１を４つの電磁石コイル１６ＦＬ、ＦＲ１６、１６ＲＬ、および１６ＲＲのそれぞれに流す状態（図３（ａ）参照）を選択する。
【００５８】
ブレーキＥＣＵ３０は、制動指示信号ＳＧ８を監視することにより「制動指示あり」を検知すると、Ｓ１２からＳ１３に進み、現在の選択状態に応じて電磁石コイル１６に対する通電制御を実施する。例えば初期状態ではＳ１１で順方向の電流ｉ１を選択しているので、Ｓ１３ではスイッチングデバイスＱ３、Ｑ４がオフの状態で、スイッチングデバイスＱ１、Ｑ２をオンに制御する。４つの系統全てに対して同じ制御を実施する。この制御により、例えば図３（ａ）のように各系統に電流ｉ１が流れる状態になる。
【００５９】
ブレーキＥＣＵ３０は、各系統の電磁石コイル１６に通電している状態で、電流検知信号ＳＧ５を監視することにより、電流値を系統毎に検出する（Ｓ１４）。更に、検出した電流値を例えば事前に定めた閾値と比較することにより、系統毎に電流値の異常の有無を識別する（Ｓ１５）。
【００６０】
そして、４系統の少なくとも１つで電流値の異常を検知した場合には、Ｓ１５からＳ１６に進む。その場合、ブレーキＥＣＵ３０は４系統全ての通電方向の切替を実施する。例えば、初期状態で順方向の電流ｉ１を選択している状態で異常を検知した場合は、逆方向の電流ｉ２を選択するように切り替える。その結果、これ以降のＳ１３で通電制御を実施する際に、スイッチングデバイスＱ１、Ｑ２をオフにして、スイッチングデバイスＱ３、Ｑ４をオンにするので、図３（ｂ）のように逆方向の電流ｉ２が各系統の電磁石コイル１６に流れる。
【００６１】
例えば、ブレーキＥＣＵ３０が順方向の電流ｉ１を選択している状態で、メインバッテリ２１が故障したり、４系統のいずれかにおいてスイッチングデバイスＱ１又はＱ２が故障したような場合は、電流値の異常がＳ１５で検知されるので、各系統の通電方向をＳ１６で切り替える。また、ブレーキＥＣＵ３０が逆方向の電流ｉ２を選択している状態で、サブバッテリ２２が故障したり、４系統のいずれかにおいてスイッチングデバイスＱ３又はＱ４が故障したような場合は、電流値の異常がＳ１５で検知されるので、各系統の通電方向をＳ１６で切り替える。つまり、故障が発生していない正常な系統の回路を選択するように、ブレーキＥＣＵ３０が制御する。これにより、電源系統の失陥や回路の故障の場合でも、車両が減速又は停止するために必要な制動力を確保できる。
【００６２】
一方、ブレーキＥＣＵ３０は制動指示が解除されたことを検知すると、Ｓ１２からＳ１７に進み、各系統の電磁石コイル１６の通電を停止する。すなわち、スイッチングデバイスＱ１〜Ｑ４を全てオフに制御する。これにより４輪の全ての制動力が解除される。
【００６３】
また、制動指示が解除された後で一定時間が経過した場合には、ブレーキＥＣＵ３０はＳ１８からＳ１９の処理に進む。そして、消磁制御を実施する。すなわち、電磁石コイル１６に直流の電流ｉ１又はｉ２を流す状態を継続すると、これにより発生する磁界１７Ｆ、又は１７Ｒの影響で電磁石ヨーク１１ａ等が磁化して永久磁石が形成される可能性がある。その場合、Ｓ１７等で電磁石コイル１６の通電を停止しても制動機構１０の制動力１８を完全に解除できない状態になる。そこで、形成された永久磁石を消滅させるために、図４の例ではＳ１９で消磁制御を実施する。
【００６４】
具体的には、スイッチングデバイスＱ１〜Ｑ４をオンオフ制御して、互いに方向が異なる電流ｉ１、ｉ２を交互に電磁石コイル１６に流して、サイン波等の波形の交流磁場を形成する。また、この交流磁場が大きい状態から小さい状態に徐々に減衰するように制御する。また、図２の回路構成の場合には電流ｉ１、ｉ２の振幅は変更できないので、電流ｉ１、ｉ２の通電のオンオフに用いるパルス幅を調整することにより、発生する交流磁場の大きさを調整する。
【００６５】
なお、Ｓ１５で電流値の異常を検知した場合には、故障の発生を図示しないランプ表示などにより車両の運転者等に報知することが想定される。これにより、車両をディーラーなどに持ち込んで早期に故障箇所を修理することが可能になる。また、このような故障の場合でも、制動機能が確保されているので、車両を運転してディーラーまで移動することができる。
【００６６】
＜車載システムの動作例−２＞
４つの制動機構を制御するシステムの動作例−２を図５に示す。例えば、図２に示したブレーキＥＣＵ３０が、図３（ａ）および図３（ｂ）に示した４つの制動機構１０ＦＬ、１０ＦＲ、１０ＲＬ、および１０ＲＲを制御する場合に、図５の動作に相当する制御を実施する。また、図５に示した動作例は、図４に示した動作の変形例である。図５に示した動作の中で図４と異なる箇所の内容について以下に説明する。
【００６７】
図５の動作においては、ブレーキＥＣＵ３０がスイッチングデバイスＱ１〜Ｑ４、メインバッテリ２１、サブバッテリ２２の故障などを診断するために特別な「診断モード」を有する場合を想定している。例えば何らかのスイッチ操作を検知した時や、特定の条件を満たす時に、通常モードから「診断モード」に遷移することが想定される。
【００６８】
Ｓ１４で検出した電流値が異常でない場合には、ブレーキＥＣＵ３０はＳ１５ＢからＳ２１の処理に進み、「診断モード」か否かを識別する。また、「診断モード」である場合にはＳ２１からＳ２２に進み、一定時間が経過したか否かを識別する。そして、「診断モード」において一定時間が経過する毎にＳ２３に進み、４系統全ての通電方向の切替を実施する。また、Ｓ２３は一定時間毎に周期的に実行されるので、ブレーキＥＣＵ３０は順方向の電流ｉ１と、逆方向の電流ｉ２との切替を交互に実施する。
【００６９】
順方向の電流ｉ１と、逆方向の電流ｉ２との切替を交互に実施することにより、ブレーキ制御に関連する全ての系統の故障診断が可能になる。例えば、順方向の電流ｉ１を流す状態において、メインバッテリ２１、スイッチングデバイスＱ１およびＱ２の全てが正常であれば、電流検出部２３が検出する電流値が正常になるので、電流検出部２３が検出した電流値に基づいて、メインバッテリ２１、スイッチングデバイスＱ１およびＱ２の故障の有無を検出することが可能になる。
【００７０】
また、逆方向の電流ｉ２を流す状態において、サブバッテリ２２、スイッチングデバイスＱ３およびＱ４の全てが正常であれば、電流検出部２３が検出する電流値が正常になるので、電流検出部２３が検出した電流値に基づいて、サブバッテリ２２、スイッチングデバイスＱ３およびＱ４の故障の有無を検出することが可能になる。
【００７１】
また、順方向の電流ｉ１と、逆方向の電流ｉ２との切替を交互に実施することにより、電磁石コイル１６に交流電流が流れ、磁界１７Ｆ、１７Ｒの方向が周期的に切り替わるので、電磁石ヨーク１１ａ等が着磁するのを抑制できる。
【００７２】
＜車載システムの動作例−３＞
４つの制動機構を制御するシステムの動作例−３を図６に示す。例えば、図２に示したブレーキＥＣＵ３０が、図３（ａ）および図３（ｂ）に示した４つの制動機構１０ＦＬ、１０ＦＲ、１０ＲＬ、および１０ＲＲを制御する場合に、図６の動作に相当する制御を実施する。また、図６に示した動作例は、図５に示した動作の変形例である。図６に示した動作の中で図５と異なる箇所の内容について以下に説明する。
【００７３】
Ｓ１４で検出した電流値が異常でない場合には、ブレーキＥＣＵ３０はＳ１５ＢからＳ３１の処理に進み、各系統の電源の診断を実施する。すなわち、第１監視信号ＳＧ６および第２監視信号ＳＧ７の状態に基づいて、メインバッテリ２１およびサブバッテリ２２の各々の故障や電圧異常の有無を識別する。メインバッテリ２１又はサブバッテリ２２の故障や電圧異常を検知した場合はＳ３２からＳ１６に進み、メインバッテリ２１およびサブバッテリ２２が共に正常であればＳ２１に進む。
【００７４】
なお、各制動機構１０の電磁石コイル１６については、１本の導線を電磁石コア１５の周囲に巻回することで構成できるが、２本又はそれ以上の導線を電磁石コア１５に巻き付けて電磁石コイル１６を構成してもよい。
【００７５】
また、図２に示した回路においては、Ｈブリッジ状に接続した４個のスイッチングデバイスＱ１〜Ｑ４を用いて電磁石コイル１６の通電を制御しているが、例えばパーキングブレーキのように応答速度の問題が生じにくい用途では、代わりにリレーなどを用いても良い。
【００７６】
また、図２に示した回路においては、電源としてメインバッテリ２１およびサブバッテリ２２の２系統を利用しているが、更に別系統の電源を追加して、複数の電源のいずれかの電力を選択的に利用できるように回路を構成してもよい。また、冗長性は低下するが、電源としてメインバッテリ２１およびサブバッテリ２２の２系統を利用する代わりに、１つのバッテリを第１電源ライン２４、第２電源ライン２５に共通に用いてもよい。この場合、スイッチングデバイスＱ１〜Ｑ４のいずれか１つに故障が発生したとしても、電磁石コイル１６の電流ｉ１、ｉ２の向きを切り替えることにより、制動力を確保できる。
【００７７】
＜ブレーキ装置および車載制動システムの利点＞
図２に示したブレーキ装置においては、メインバッテリ２１およびサブバッテリ２２の一方が出力する電源電力を、スイッチングデバイスＱ１〜Ｑ４の制御により選択的に電磁石コイル１６に供給し、発生した磁界１７Ｆ、１７Ｒにより制動力１８を生成している。したがって、メインバッテリ２１およびサブバッテリ２２のいずれか一方に故障が発生したり電圧が異常に低下したような場合であっても、電源の選択を切り替えることにより、車両の減速や停止のために必要な制動力１８を確実に確保できる。しかも、ＭＲ流体１４を利用して制動力１８を発生しているので、電気モータのような可動部が存在せず、耐久性が高く、信頼性が向上する。
【００７８】
また、図３（ａ）、図３（ｂ）に示した車載制動システムの場合には、４輪の制動機構の電磁石コイル１６ＦＬ、１６ＦＲ、１６ＲＬ、１６ＲＲに、共通の電源（メインバッテリ２１又はサブバッテリ２２）から同時に電力を供給するので、４輪に加わる制動力１８を同じにすることが容易であり、車両が安定した状態を維持するように制動をかけることが可能になる。
【００７９】
一方、図１（ａ）、図１（ｂ）のような制動機構１０はＭＲ流体１４を利用して制動力１８を発生する構造であるため、電気コイルが発生する直流磁界により電磁石ヨーク１１ａ等が着磁して、非通電の時でも制動力を完全に解除できなくなる可能性がある。しかし、図２に示したブレーキ装置においては、電磁石コイル１６の電流ｉ１、ｉ２の方向を切り替えて、発生する磁界１７Ｆ、１７Ｒの方向を切り替えることができる。これにより、着磁を抑制できる。
【００８０】
また、図５に示したステップＳ２２、Ｓ２３で電流ｉ１、ｉ２の方向を周期的に切り替える場合には、より効果的に着磁を抑制できる。更に、図４に示したステップＳ１９のように、電磁石コイル１６で交流磁場を発生させて消磁制御を実施することにより、着磁により発生した永久磁石を消滅させることが可能になる。
【００８１】
また、図５に示したステップＳ２２、Ｓ２３で電流ｉ１、ｉ２の方向を周期的に切り替える場合には、通常使用しない予備の電源系統も含めて回路各部を常時診断することが可能になり、回路およびブレーキ装置の信頼性を高めることができる。
【００８２】
ここで、上述した本発明の実施形態に係るブレーキ装置および車載制動システムの特徴をそれぞれ以下［１］〜［５］に簡潔に纏めて列記する。
［１］  固定部材（１１）と、前記固定部材と対向する位置に配置された可動部材（回転体１２）と、前記可動部材と前記固定部材との間の空間（１３）に充填され、磁場の印加に応じて粘弾性が変化する機能性流体（ＭＲ流体１４）と、前記機能性流体に対して磁場を印加する磁場発生部（電磁石コイル１６）とを有するブレーキ装置であって、
前記磁場発生部は、
少なくとも１つの電気コイル（電磁石コイル１６）と、
第１電源部（メインバッテリ２１）の出力と前記電気コイルとの間に接続され、前記電気コイルの第１方向に向かう電流の通電を制御する第１スイッチ回路（スイッチングデバイスＱ１、Ｑ２）と、
第２電源部（サブバッテリ２２）の出力と前記電気コイルとの間に接続され、前記電気コイルの第２方向に向かう電流の通電を制御する第２スイッチ回路（スイッチングデバイスＱ３、Ｑ４）と、
所定の制動指示に従って前記第１スイッチ回路および前記第２スイッチ回路を選択的に制御する電子制御部（ブレーキＥＣＵ３０）と、
を備えることを特徴とするブレーキ装置。
【００８３】
［２］  前記第１スイッチ回路は、前記第１電源部の出力（第１電源ライン２４）と前記電気コイルの第１端子（１６ａ）との間の接続を制御する第１スイッチ（スイッチングデバイスＱ１）と、前記電気コイルの第２端子（１６ｂ）と共通の低電位ライン（共通線２６）との接続を制御する第２スイッチ（スイッチングデバイスＱ２）とを含み、
前記第２スイッチ回路は、前記第２電源部の出力（第２電源ライン２５）と前記電気コイルの前記第２端子との間の接続を制御する第３スイッチ（スイッチングデバイスＱ３）と、前記電気コイルの前記第１端子と前記低電位ラインとの接続を制御する第４スイッチ（スイッチングデバイスＱ４）とを含み、
前記電子制御部は、前記第３スイッチおよび前記第４スイッチが共にオフの時に前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの接続を許容し、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチが共にオフの時に前記第３スイッチおよび前記第４スイッチの接続を許容する、
ことを特徴とする上記［１］に記載のブレーキ装置。
【００８４】
［３］  前記電子制御部は、前記第１スイッチ回路、前記第２スイッチ回路、前記第１電源部、および前記第２電源部の少なくとも一部の状態を監視し、故障又は異常を検知した場合に、前記第１スイッチ回路および前記第２スイッチ回路の選択状態を自動的に切り替える（Ｓ１３、Ｓ１６）、
ことを特徴とする上記［１］又は［２］に記載のブレーキ装置。
【００８５】
［４］  前記電子制御部は、所定の条件を満たす場合に、前記第１スイッチ回路および前記第２スイッチ回路を周期的に交互に選択し、前記電気コイルの通電状態を切り替える（Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ１３）、
ことを特徴とする上記［１］乃至［３］のいずれかに記載のブレーキ装置。
【００８６】
［５］  上記［１］乃至［４］のいずれかに記載のブレーキ装置を複数備え、車両に搭載された複数の車輪の制動状態をそれぞれ独立した前記ブレーキ装置（制動機構１０ＦＬ、１０ＦＲ、１０ＲＬ、１０ＲＲ）で制御する車載制動システムであって、
前記電子制御部（ブレーキＥＣＵ３０）は、前記第１電源部および前記第２電源部のうち選択された電源系統の出力から前記複数の車輪のブレーキ装置に対して、共通の電力を同時に供給する（図３（ａ）、図３（ｂ）参照）、
ことを特徴とする車載制動システム。
【符号の説明】
【００８７】
１０  制動機構
１１  固定部材
１１ａ  電磁石ヨーク
１２  回転体
１２ａ  ディスクロータ
１３  空間
１４  ＭＲ流体
１５  電磁石コア
１６  電磁石コイル
１７Ｆ，１７Ｒ  磁界
１８  制動力
２１  メインバッテリ
２２  サブバッテリ
２３  電流検出部
２４  第１電源ライン
２５  第２電源ライン
２６  共通線
２７  アースライン
３０  ブレーキＥＣＵ
ｉ１，ｉ２  電流
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４  スイッチングデバイス
ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３，ＳＧ４  制御信号
ＳＧ５  電流検知信号
ＳＧ６  第１監視信号
ＳＧ７  第２監視信号
ＳＧ８  制動指示信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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