(57)【要約】【課題】応答性が良く、車輪速度に対して適切な制動力制御が行え、かつ油圧機器や配管系が不要で構成の簡素化が図れる電動ブレーキシステムを提供する。【解決手段】作動部１８は、車輪１に設けられたブレーキ輪１６およびこれに摩擦接触可能なブレーキ片１７を有する。駆動部１９は、電動モータ２０の回転出力をボールねじ２３で往復直線運動に変換してブレーキ片１７に制動力として伝えるものとする。操作部３２は、ブレーキペダル等の操作部材３１の操作に従い、電動モータ２０を制御するものとする。操作部材３１の操作による制動時に車輪１の回転速度に応じて電動モータ２０による制動力を調整することで車輪１の回転ロックを防止するアンチロック制御手段３５を設ける。車輪１の回転検出器３６には、磁気エンコーダ３７を有するものを用いる。【選択図】        図１
2004255962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪に設けられたブレーキ輪、およびこのブレーキ輪に摩擦接触可能なブレーキ片を有する作動部と、電動モータの回転出力をボールねじで往復直線運動に変換して上記ブレーキ片に制動力として伝える駆動部と、操作部材の操作に従い上記電動モータを制御する操作部と、上記車輪を支持する車輪用軸受の回転側部材に設けられて円周方向に交互に磁極を有する磁気エンコーダ、およびこの磁気エンコーダに対向して設置されて上記磁極を検出するセンサからなる回転検出器と、上記操作部材の操作による制動時に、上記回転検出器で検出された車輪回転速度に応じて上記電動モータによる制動力を調整することで上記車輪の回転ロックを防止するアンチロック制御手段とを備えた電動ブレーキシステム。
【請求項２】
請求項１において、車両の４つ以上設けられる各車輪に対して、上記作動部および駆動部をそれぞれ設け、上記アンチロック制御手段は、各車輪に対して個別に制御を行うものとした電動ブレーキシステム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電動ブレーキシステムに使用される車輪用軸受であって、内輪と外輪の間に複列の転動体が介在し、これら内輪および外輪のうちの回転側輪に、円周方向に交互に磁極を有する磁気エンコーダが設けられた車輪用軸受。
【請求項４】
請求項３において、上記磁気エンコーダが、上記内輪と外輪間の軸受空間の端部を密封するシールに設けられている車輪用軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両に用いられる電動ブレーキシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の駆動源は、石油等を燃料として消費する内燃機関から、内燃機関と電動モータとを搭載して運転条件に応じて使い分けるハイブリット形式や、電動モータのみを用いるものへと移行する傾向にある。
また、自動車に用いられるブレーキ装置として、従来の油圧式に代わって、ブレーキ片を電動モータで駆動する電動ブレーキが提案されて来ている。その中で、ブレーキ片の直線往復動作を電動モータで行わせるにつき、回転を往復直線運動に変換する機構としてボールねじを用いたものも種々提案されている（例えば特許文献１）。
従来の油圧式のブレーキ装置では、制動時のタイヤロックを防止して確実な制動を図るため、制動時に車輪の回転に応じて油圧を調整するアンチロックブレーキシステムが多く使用されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２５７１６５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンチロックブレーキシステムは、油圧式のブレーキに適用したものであり、油圧を調整することで制動力を調整するため、応答性が悪い。このため車輪回転の検出に対して制動力を調整するときの応答性の向上が求められている。また、油圧式のブレーキのため、油圧ポンプ等の油圧機器、その駆動用モータ、および油圧配管が必要になり、自動車の簡素化、軽量化の妨げにもなる。油圧系の簡素化のため、車両の全体で２系統または１系統の油圧経路とされているが、油圧ポンプやその駆動用モータの故障は、同じ油圧系統内の各車輪に影響する。アンチロック制御についても、同じ油圧系統の車輪については同じ制御となる。そのため、曲線路走行時等に異なるようになる４輪個別の車輪回転速度に応じた制御は行えない。
従来の電動ブレーキの提案は、いずれもブレーキの機構部分の提案であり、その制御については提案されていない。
【０００５】
この発明の目的は、応答性が良くて、車輪速度に対して適切な制動力制御が行え、かつ油圧機器や配管系が不要で構成の簡素化が図れる電動ブレーキシステムを提供することである。
この発明の他の目的は、曲線経路等の走行時に異なる回転速度となる各車輪に対して、適切なアンロック制御が行えるものとすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の電動ブレーキシステムは、車輪に設けられたブレーキ輪、およびこのブレーキ輪に摩擦接触可能なブレーキ片を有する作動部と、電動モータの回転出力をボールねじで往復直線運動に変換して上記ブレーキ片に制動力として伝える駆動部と、操作部材の操作に従い上記電動モータを制御する操作部と、上記車輪を支持する車輪用軸受の回転側部材に設けられて円周方向に交互に磁極を有する磁気エンコーダ、およびこの磁気エンコーダに対向して設置されて上記磁極を検出するセンサからなる回転検出器と、上記操作部材の操作による制動時に、上記回転検出器で検出された車輪回転速度に応じて上記電動モータによる制動力を調整することで上記車輪の回転ロックを防止するアンチロック制御手段とを備えたものである。
この構成によると、操作部材を制動操作すると、操作部の制御に従い、電動モータが駆動され、その回転がボールねじを介してブレーキ片の直線往復動作に変換され、制動が行われる。このとき、アンチロック制御手段は、回転検出器で検出される車輪の回転速度に応じて上記電動モータによる制動力を調整することで上記車輪の回転ロックを防止する。このように、電動ブレーキシステムにおいてアンチロック制御手段を設けたため、車輪の回転検出に対して応答性良く制動力の調整が行え、適切な制動力調整による確実な制動が行われる。また、駆動源に電動モータを用いるため、油圧機器や配管系が不要で、車輪回りなどの構成が簡素化される。さらに、電動モータの回転を往復直線運動に変換する機構としてボールねじを用いるため、電動モータの出力を高効率で伝達でき、かつ回転運動に対して直線運動が短い動作となって増力されることになり、小出力のモータで大きな制動力を得ることができる。車輪の回転速度を検出する回転検出器は、被検出体として磁界を発生する磁気エンコーダを用いたため、アクティブ型の検出器となり、感度が良い。そのため、電動ブレーキシステムの応答性の良好な制動特性と相まって、より一層適切な制動力調整による確実な制動が行われる。
【０００７】
この発明において、車両の４つ以上設けられる各車輪に対して、上記作動部および駆動部をそれぞれ設け、上記アンチロック制御手段は、各車輪に対して個別に制御を行うものとしても良い。
アンチロック制御手段を、各車輪に対して個別に制御を行うものとした場合、電動モータおよびボールねじを用いた駆動部の応答性に優れた特性を効果的に生かし、曲線経路等の走行時に異なる回転速度となる各車輪に対して、適切なアンロック制御による一層確実な制動が行える。
【０００８】
この発明の車輪用軸受は、この発明の上記いずれかの構成の電動ブレーキシステムに使用される車輪用軸受であって、内輪と外輪の間に複列の転動体が介在し、これら内輪および外輪のうちの回転側輪に、円周方向に交互に磁極を有する磁気エンコーダが設けられたものである。上記磁気エンコーダは、これに対向するセンサとで回転検出器を構成するものである。上記センサは、この車輪用軸受における固定側輪に設置しても良く、またこの車輪用軸受を設置する懸架装置に設置しても良い。上記磁気エンコーダは、上記内輪と外輪間の軸受空間の端部を密封するシールに設けられたものであっても良い。
この構成の車輪用軸受によると、回転検出用の被検出体として、磁界を発生する磁気エンコーダを用いたため、アクティブ型の検出器となり、感度が良い。そのため、電動ブレーキシステムの応答性の良好な制動特性と相まって、より一層適切な制動力調整による確実な制動が行われる。上記磁気エンコーダを上記シールに設けられたものとした場合は、コンパクト化や、部品点数および組立工数の削減が図れる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図４と共に説明する。この電動ブレーキシステムは、自動車の車輪１を制動するシステムであり、車輪１は車輪用軸受２に回転自在に支持されている。車輪１は、リム３の外周にタイヤ４を設けたものである。車輪用軸受２は、内輪５と外輪６の間に複列の転動体７を介在させたものであり、内外輪５，６間の軸受空間の両端がシール８で密封されている。外輪６は車体（図示せず）に懸架装置９を介して設置され、内輪５に車輪１が取付けられる。車輪用軸受２は各種の形式のものが採用できるが、この例ではいわゆる第３世代のものとされ、外輪６は外周にフランジ６ａを有し、フランジ６ａでボルト１０により懸架装置９に固定されている。内輪５は、車輪取付フランジ５ａを有し、車輪取付フランジ５ａに車輪１のリム３がブレーキ１５のブレーキ輪１６と共にボルト・ナット１３で取付けられている。内輪５は、ハブ輪５Ａと単列内輪５Ｂとでなり、これらハブ輪５Ａおよび単列内輪５Ｂに各列の転走面が形成されている。ハブ輪５Ａに上記車輪取付フランジ５ａが設けられている。車輪１が駆動輪の場合、内輪５には等速ジョイント１４が連結され、等速ジョイント１４および内輪５を介して車輪１の駆動が行われる。
【００１０】
ブレーキ１５は、車輪１に設けられた上記ブレーキ輪１６およびこのブレーキ輪１６に摩擦接触可能なブレーキ片１７を有する作動部１８と、ブレーキ片１７を動作させる駆動部１９とを有し、駆動部１９に駆動源として電動モータ２０を用いた電動ブレーキとされている。ブレーキ輪１６はブレーキディスクからなる。ブレーキ片１７はパッドからなり、ブレーキ輪１６を挟み付けるように一対のブレーキ片１７が設けられている。片方のブレーキパッド１７は、ブレーキフレーム２１に固定され、もう片方のブレーキパッド１７は、ブレーキフレーム２１に直線的に進退自在に設置された進退部材２２に取付けられている。進退部材２２の進退可能方向はブレーキ輪１６に対面する方向である。進退部材２２は、ブレーキフレーム２１に対して回り止めされている。
【００１１】
ブレーキ１６の駆動部１９は、上記電動モータ２０と、この電動モータ２０の回転出力を往復直線運動に変換してブレーキ片１７に制動力として伝えるボールねじ２３とを有し、電動モータ２０の出力は減速伝達機構２８を介してボールねじ２３に伝達される。ボールねじ２３は、ねじ軸２４が軸受２７を介してブレーキフレーム２１に回転のみ自在に支持され、ナット２５が上記進退部材２２に固定されている。進退部材２２とナット２５とは、互いに一体の部材であっても良い。
【００１２】
ボールねじ２３は、ねじ軸２４およびナット２５と、これらねじ軸２４の外周面およびナット２５の内周面に対向して形成されたねじ溝間に介在する複数のボール２６とを有する。ナット２５には、ねじ軸２４とナット２５の間に介在したボール２６を無端の経路で循環させる循環手段（図示せず）を有している。循環手段は、リターンチューブやガイドプレートを用いた外部循環形式のものであっても、エンドキャップや駒を用いた内部循環形式のものであっても良い。また、このボールねじ２３は、短い距離を往復動作させるものであるため、上記循環手段を有しない形式のもの、例えばねじ軸２４とナット２５間の複数のボール２６をリテナ（図示せず）で保持したリテナ式のものであっても良い。
【００１３】
減速伝達機構２８は、電動モータ２０の回転をボールねじ２３のねじ軸２４に減速して伝える機構であり、ギヤ列で構成されている。減速伝達機構２８は、この例では、モータ２０の出力軸に設けられたギヤ２９、およびねじ軸２４に設けられて上記ギヤ２９に噛み合うギヤ３０からなる。減速伝達機構２８は、この他に、例えばウォームおよびウォームホイル（図示せず）からなるものとしても良い。
【００１４】
この電動ブレーキシステムは、上記作動部１８および駆動部１９で構成されるブレーキ１５と、ブレーキペダル等の操作部材３１の操作に従い上記電動モータ２０を制御する操作部３２とを有し、操作部３２にアンチロック制御手段３５が設けられている。操作部３２は、上記操作部材３１と、この操作部材３１の動作量および動作方向を検出可能なセンサ３４と、このセンサ３４の検出信号に応答してモータ２０を制御する制御装置３３とでなり、この制御装置３３に上記アンチロック制御手段３５が設けられている。制御装置３３は、モータ制御信号を生成する手段およびそのモータ制御信号によりモータ電流を制御可能なモータ駆動回路（いずれも図示せず）を有している。
【００１５】
アンチロック制御手段３５は、操作部材３１の操作による制動時に、車輪１の回転に応じて電動モータ２０による制動力を調整することで、車輪１の回転ロックを防止する手段である。アンチロック制御手段３５は、上記制動時に、回転検出器３６によって車輪１の回転速度を検出し、検出速度から車輪１の回転ロックまたはその兆候が検出されると、電動モータ２０の駆動電流を低下させ、または一時的に逆回転出力を発生するなどして、制動力、つまりブレーキ片１７の締め付け力を調整する処理を行う。
回転検出器３６は、車輪用軸受２の回転側部材である内輪５に設けられた環状の磁気エンコーダ３７、およびこの磁気エンコーダ３７に対向して設置されたセンサ３８からなる。センサ３８は、例えばホール素子等からなる。センサ３８の取付箇所は、車輪用軸受２における外輪６等の固定側の部材、またはこの固定側の部材を取付けた懸架装置９とされる。
【００１６】
図２，図３に拡大して示すように、磁気エンコーダ３７は、金属製のリング状の芯金３９と、この芯金３９の表面に設けられた多極磁石４０とでなる。芯金３９は、円筒部３９ａおよび立板部３９ｂとでなり、断面がＬ字状とされている。多極磁石４０は、周方向に多極に磁化され交互に磁極Ｎ，Ｓが形成された部材であり、磁気ディスクからなる。磁極Ｎ，Ｓは、ピッチ円直径ＰＣＤにおいて、所定のピッチｐとなるように形成されている。多極磁石４０は、上記ピッチｐが例えば１．５ｍｍ以下とされ、またピッチ相互差が±３％という精度のものが用いられる。これにより、精度の高い回転検出が行える。ピッチ相互差は、多極磁石４０から所定距離だけ離れた位置で検出される各磁極間の距離の差を目標ピッチに対する割合で示した値である。多極磁石４０は、ゴム磁石、プラスチック磁石、または焼結磁石とされる。
磁気エンコーダ３７は、回転検出専用に設けられたものであっても良いが、この実施形態では、磁気エンコーダ３７は車輪用軸受２のシール８の構成部品とされている。シール８は、磁気エンコーダ３７の芯金３９と、この芯金３９に対向する外輪側シール部材４１とでなり、芯金３９はスリンガとなる。外輪側シール部材４１は、環状の芯金４２に弾性体４３を設けたものであり、弾性体４３に芯金３９と摺接する複数のリップ４３ａが設けられている。
【００１７】
図４に示すように、ブレーキ１５は車両の各車輪１に対して設けられている。同図のような４輪の自動車では、４輪の全てにブレーキ１５が設けられている。操作部３２は、各車輪１のブレーキ１５に対して一つが共通して設けられる。回転検出器３６は、各車輪１に対して設けられている。アンチロック制御手段３５は、図では一つで代表して示しているが、例えば各車輪１に対して個別に設けられて、対応する回転検出器３６の回転検出信号から対応する車輪１のブレーキ１５の制動力を緩めるものとされる。アンチロック制御手段３５は、この他に、車両一台について一つ設けられて、全ての車輪１の回転検出器３６の検出信号が入力されるものとし、いずれか一つの車輪１について回転ロックまたはその兆候があるときに全てのブレーキ１５に対して制動力を緩める制御を行うものとしても良い。
【００１８】
上記構成の電動ブレーキシステムによると、操作部材３１を制動操作すると、操作部３２の制御により、図１に示す電動モータ２０が駆動され、その回転がボールねじ２３を介してブレーキ片１７の直線往復動作に変換され、ブレーキ片１７でブレーキ輪１６を挟み付けることで制動が行われる。このとき、アンチロック制御手段３５は、車輪１の回転速度に応じて電動モータ２０による制動力を調整することで、車輪１の回転ロックを防止する。
【００１９】
このように、電動ブレーキシステムにおいてアンチロック制御手段３５を設けたため、車輪１の回転検出に対して応答性良く制動力の調整が行える。そのため適切な制動力調整によって車輪ロック防止を行いながら、車輪ロック防止のための無駄な制動力低下のない確実な制動が行われる。また、ブレーキ１５は、駆動源に電動モータ２０を用いるため、油圧ポンプ等の油圧機器および油圧配管が不要であり、構成が簡素化される。このため、４輪個別の制動力付与が行えて、電動モータ２０の故障等による制動力付与系の故障時に、一つの車輪１に対する制動不良が発生しても、残り３つの車輪１の制動が行え、安全性が向上する。またアンチロック制御についても４輪個別に行えて、曲線路走行時や蛇行時の経路内側の車輪１と外側の車輪１との回転速度差などにも対応でき、より適切な制御が行える。
さらに、この電動ブレーキシステムは、電動モータ２０の回転を往復直線運動に変換する機構としてボールねじ２３を用いるため、このボールねじ２３の持つ特性により、電動モータ２０の出力を高効率で伝達でき、かつ回転運動に対して直線運動が短い運動となって増力されることになり、小出力のモータ２０で大きな制動力を得ることができる。減速伝達機構２８を用いた場合は、モータ２０がより一層小出力のもので済む。
また、車輪１の回転速度を検出する回転検出器３６は、被検出体として磁界を発生する磁気エンコーダ３７を用いたため、アクティブ型の検出器となり、感度が良い。そのため、電動ブレーキシステムの応答性の良好な制動特性と相まって、より一層適切な制動力調整による確実な制動が行われる。
【００２０】
なお、上記実施形態では、ボールねじ２３はねじ軸２４を電動モータ２０で回転させるようにしたが、図５に示すように、ボールねじ２３は、ナット２５を電動モータ２０Ａで回転させるようにしても良い。同図の例において、ねじ軸２４は進退部材２２Ａに一体に結合され、ブレーキフレーム２１に進退部材２２Ａと共に進退のみ自在に支持されている。ナット２５は軸受２７Ａを介してブレーキフレーム２１に回転のみ自在に支持され、ナット２５の外周に電動モータ２０Ａの永久磁石等からなるロータ２０Ａａが設けられている。電動モータ２０Ａは、ブレーキフレーム２１に設置されたコイル等のステータ２０Ａｂと上記ロータ２０Ａａとで構成される。
この構成の場合、電動モータ２０Ａのロータ２０Ａａをボールねじ２３のナット２５に結合したため、モータ回転を減速してボールねじ２３に伝達することはできないが、コンパクトで簡素な構成になる。この実施形態におけるその他の構成，効果は、図１〜図４に示す第１の実施形態と同じである。
【００２１】
また、上記各実施形態は、車輪用軸受２に第３世代のものを用いたが、車輪用軸受２は、世代形式を問わずに適用でき、また内輪回転と外輪回転のいずれの形式の軸受であって良い。例えば、図６に示す第２世代のものや、図７に示すような第１世代のものであっても良い。図６の例は、外輪回転のものであって、外輪６に車輪取付フランジ６ｂが設けられている。内輪５は一対の分割内輪５Ｃで構成されている。内輪回転の車輪用軸受２では、磁気エンコーダは外輪６に取付けられる。図７の車輪用軸受２は、外輪にフランジを有しないものである。内輪５は、一対の分割内輪５Ｃで構成され、ハブ輪５Ｄに取付けられている。この他に、図示は省略するが、車輪用軸受は第４世代のもの、すなわち内輪と等速ジョイント外輪とが一体化されたものであっても良い。
さらに、上記各実施形態は、ブレーキ１５にディスク型のものを用いたが、ブレーキ１５の作動部１８は、ブレーキ輪１６がドラムであって、ブレーキ片１７がシューとされたドラムブレーキ型のものであっても良い。
【００２２】
【発明の効果】
この発明の電動ブレーキシステムは、車輪に設けられたブレーキ輪、およびこのブレーキ輪に摩擦接触可能なブレーキ片を有する作動部と、電動モータの回転出力をボールねじで往復直線運動に変換して上記ブレーキ片に制動力として伝える駆動部と、操作部材の操作に従い上記電動モータを制御する操作部と、上記車輪を支持する車輪用軸受の回転側部材に設けられて円周方向に交互に磁極を有する磁気エンコーダ、およびこの磁気エンコーダに対向して設置されて上記磁極を検出するセンサからなる回転検出器と、上記操作部材の操作による制動時に、上記回転検出器で検出された車輪回転速度に応じて上記電動モータによる制動力を調整することで上記車輪の回転ロックを防止するアンチロック制御手段とを備えたものであるため、応答性が良くて車輪速度に対して適切な制動力制御が行え、また油圧機器や配管系が不要で車輪回りなどの構成の簡素化が図れるという効果が得られる。
この発明の車輪用軸受は、回転検出用の被検出体として磁気エンコーダを用いたため、感度が良く、この発明の電動ブレーキシステムに用いた場合に、その応答性の良好な制動特性と相まって、適切な制動力調整による確実な制動が行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態における電動ブレーキシステムの断面図と制御系のブロック図とを組み合わせて示す説明図である。
【図２】同電動ブレーキシステムに用いた回転検出器およびこの回転検出器を組み込んだシールの断面図である。
【図３】その磁気エンコーダを正面側から示す説明図である。
【図４】同電動ブレーキシステムの車両全体の構成を平面図で示す説明図である。
【図５】この発明の第２の実施形態における電動ブレーキシステムの断面図と制御系のブロック図とを組み合わせて示す説明図である。
【図６】車輪用軸受の変形例の断面図である。
【図７】車輪用軸受の他の変形例の断面図である。
【符号の説明】
１…車輪
２…車輪用軸受
１５…ブレーキ
１６…ブレーキ輪
１７…ブレーキ片
１８…作動部
１９…駆動部
２０，２０Ａ…電動モータ
２３…ボールねじ
２４…ねじ軸
２５…ナット
２８…減速伝達機構
３１…操作部材
３２…操作部
３５…アンチロック制御手段
３６…回転検出器
３７…磁気エンコーダ
３８…センサ
【図１】
2004255962.tif 000003
【図２】
2004255962.tif 000004
【図３】
2004255962.tif 000005
【図４】
2004255962.tif 000006
【図５】
2004255962.tif 000007
【図６】
2004255962.tif 000008
【図７】
2004255962.tif 000009