(57)【要約】【課題】ブレーキパッド摩耗の誤判定をする可能性を低減する。【解決手段】制動用ブレーキパッド１４は、ディスクロータ１８と接触して車輪に制動力を発生する。振動発生用ブレーキパッド１６は、制動用ブレーキパッド１４と車輪半径方向に隣接して配置され、制動用ブレーキパッド１４の摩耗限界厚さと略等しい厚さを有する。ディスクロータ１８は、振動発生用ブレーキパッド１６と対向する部分に周方向のうねりが形成されている。マイク２８は、振動発生用ブレーキパッド１６とディスクロータ１８との接触音を集音する。摩耗判定部３４は、車輪の回転周波数とディスクロータ１８のうねりの山の数に基づき、振動発生用ブレーキパッド１６とディスクロータ１８とが接触したときに発生する接触音の周波数を推定し、この周波数を有する音が所定のしきい値以上の音圧であるか否かを判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスクロータと接触して車輪に制動力を発生する制動用ブレーキパッドと、
前記制動用ブレーキパッドと車輪半径方向に隣接して配置され、前記制動用ブレーキパッドの摩耗限界厚さと略等しい厚さを有する振動発生用ブレーキパッドと、
前記振動発生用ブレーキパッドと対向する部分に周方向のうねりが形成されているディスクロータと、
前記振動発生用ブレーキパッドと前記ディスクロータとの接触音を集音するマイクと、
前記マイクで集音された音に対して周波数解析を実行する音解析部と、
車輪の回転周波数と前記ディスクロータのうねりの山の数とに基づき、前記振動発生用ブレーキパッドと前記ディスクロータが接触したときに発生する接触音の周波数を推定し、該周波数を有する音が所定のしきい値以上の音圧であるか否かを判定する摩耗判定部と、
前記判定が肯定的であるとき、前記制動用ブレーキパッドの摩耗を知らせる警報部と、
を備えることを特徴とするディスクブレーキのブレーキパッド摩耗検出装置。
【請求項２】
前記摩耗判定部は、車両が制動中のときに前記判定を実施することを特徴とする請求項１に記載のブレーキパッド摩耗検出装置。
【請求項３】
前記ディスクロータのうねりの山の数が複数であることを特徴とする請求項１または２に記載のブレーキパッド摩耗検出装置。
【請求項４】
人間の可聴域下限値以下の周波数を有する接触音を発生させるように、前記ディスクロータのうねりの山の数が設定されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のブレーキパッド摩耗検出装置。
【請求項５】
前記振動発生用ブレーキパッドが、前記制動用ブレーキパッドの材料よりも柔らかい材料で形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のブレーキパッド摩耗検出装置。
【請求項６】
ブレーキドラムの内周面と接触して車輪に制動力を発生する制動用ライニングと、
前記制動用ライニングと車軸方向に隣接して配置され、前記制動用ライニングの摩耗限界厚さと略等しい厚さを有する振動発生用ライニングと、
前記振動発生用ライニングと対向する部分に周方向のうねりが形成されているブレーキドラムと、
前記振動発生用ライニングと前記ブレーキドラムとの接触音を集音するマイクと、
前記マイクで集音された音に対して周波数解析を実行する音解析部と、
車輪の回転周波数と前記ブレーキドラムのうねりの山の数とに基づき、前記振動発生用ライニングと前記ブレーキドラムが接触したときに発生する接触音の周波数を推定し、該周波数を有する音が所定のしきい値以上の音圧であるか否かを判定する摩耗判定部と、
前記判定が肯定的であるとき、前記制動用ライニングの摩耗を知らせる警報部と、
を備えることを特徴とするドラムブレーキのライニング摩耗検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のブレーキ装置に関し、より詳細にはブレーキパッドの摩耗を検出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両のディスクブレーキ装置では、鋼板製の裏金に貼着されたパッドをディスクロータの両側に配置し、制動時にはブレーキパッドをディスクロータの両側面に押し付けることで、制動力を発揮している。ブレーキパッドは車両の制動のたびに摩耗する。車両の適切な制動力を確保するためには、摩耗限度まで摩耗したブレーキパッドは速やかに交換する必要がある。
【０００３】
摩耗したブレーキパッドを検出する技術として、主に二種類の技術が知られている。一つは、ブレーキパッドの裏金に、先端がパッドの摩耗限界厚さの面まで突出する板ばねを固定しておき、パッドが摩耗限界に達すると、板ばねの先端がディスクロータと接触して可聴音を発生する音声式のものである。ブレーキパッドが摩耗すると板ばねとロータとの接触により音が発生するので、ドライバーはパッドの摩耗を検知することができる。もう一つは、裏金にハーネスを通したセンサを設けておき、パッドが摩耗限界に達するとディスクロータがハーネスと接触してハーネスを切断する。この断線を検知し、車室内の警告灯を点灯させる電気式のものである。
【０００４】
上記手法にはいずれも欠点がある。音声式の場合、車両の窓が閉じられていたり、エアコンやオーディオを作動させているときにはドライバーが音を感知できないおそれがある。さらに、ブレーキ鳴きとの聞き分けが困難である。電気式ではこのような問題はないが、各車輪のブレーキ部に配線する必要があり、コストが高くなってしまう。
【０００５】
特許文献１には、音声式の欠点を解決するものとして、タイヤハウスの内側面に固定されたマイクロフォンが拾った音を、板ばねの振動音のみを通過させるバンドパスフィルタに通した後に増幅器を介して警報機を作動させ、運転者にパッドの交換時期を知らせるライニング摩耗警報装置を開示している。
【特許文献１】特開昭５９−４００２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１において、板ばねの振動音と略等しいノイズが走行中の車両から発生している場合、バンドパスフィルタを通したとしてもパッドの摩耗を誤判定してしまう可能性がある。
【０００７】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、摩耗の誤判定をする可能性が少ないブレーキパッド摩耗検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある態様は、ディスクブレーキのブレーキパッド摩耗検出装置である。この装置は、ディスクロータと接触して車輪に制動力を発生する制動用ブレーキパッドと、前記制動用ブレーキパッドと車輪半径方向に隣接して配置され、前記制動用ブレーキパッドの摩耗限界厚さと略等しい厚さを有する振動発生用ブレーキパッドと、前記振動発生用ブレーキパッドと対向する部分に周方向のうねりが形成されているディスクロータと、前記振動発生用ブレーキパッドと前記ディスクロータとの接触音を集音するマイクと、前記マイクで集音された音に対して周波数解析を実行する音解析部と、車輪の回転周波数と前記ディスクロータのうねりの山の数とに基づき、前記振動発生用ブレーキパッドと前記ディスクロータが接触したときに発生する接触音の周波数を推定し、該周波数を有する音が所定のしきい値以上の音圧であるか否かを判定する摩耗判定部と、前記判定が肯定的であるとき、前記制動用ブレーキパッドの摩耗を知らせる警報部と、を備える。
【０００９】
この態様によると、制動用ブレーキパッドの摩耗時に車速に応じて異なる周波数の振動音を発生させ、集音側で車速に応じた周波数を対象として摩耗を判定するので、走行中の車両で発生する他のノイズにより誤判定をする可能性を低減できる。
【００１０】
前記摩耗判定部は、車両が制動中のときに前記判定を実施してもよい。車両の制動時以外に発生する音については摩耗判定をしないことから、誤判定の可能性が一層小さくなる。
【００１１】
前記ディスクロータのうねりの山の数が複数であってもよい。うねりの山の数が多いほど、振動がドライバーに感知されにくいため好ましい。
【００１２】
人間の可聴域下限値以下の周波数を有する接触音を発生させるように、前記ディスクロータのうねりの山の数が設定されていてもよい。車両が正常な状態で走行しているときには車両から人間の可聴域外の低周波の音が発生することはないので、振動発生用ブレーキパッドとディスクロータとの接触により発生する音と、車両の走行中に発生する他のノイズとを区別し易くなる。
【００１３】
前記振動発生用ブレーキパッドが、前記制動用ブレーキパッドの材料よりも柔らかい材料で形成されていてもよい。制動用ブレーキパッドを振動発生用ブレーキパッドよりも固くしておくことで、制動用ブレーキパッドが摩耗限界厚さに到達した後でも制動用ブレーキパッドの方がディスクロータの回転面と接触し易くなり、所要の制動力を確保できる。
【００１４】
本発明の別の態様は、ドラムブレーキのライニング摩耗検出装置である。この装置は、ブレーキドラムの内周面と接触して車輪に制動力を発生する制動用ライニングと、前記制動用ライニングと車軸方向に隣接して配置され、前記制動用ライニングの摩耗限界厚さと略等しい厚さを有する振動発生用ライニングと、前記振動発生用ライニングと対向する部分に周方向のうねりが形成されているブレーキドラムと、前記振動発生用ライニングと前記ブレーキドラムとの接触音を集音するマイクと、前記マイクで集音された音に対して周波数解析を実行する音解析部と、車輪の回転周波数と前記ブレーキドラムのうねりの山の数とに基づき、前記振動発生用ライニングと前記ブレーキドラムが接触したときに発生する接触音の周波数を推定し、該周波数を有する音が所定のしきい値以上の音圧であるか否かを判定する摩耗判定部と、前記判定が肯定的であるとき、前記制動用ライニングの摩耗を知らせる警報部と、を備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、摩耗の誤判定をする可能性が少ないブレーキパッド摩耗検出装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係るブレーキパッド摩耗検出装置１００を示す。図示しない車両の各輪に設置されるディスクブレーキ１０が断面図で示されている。ディスクブレーキ１０は、車両の非回転部材に固定されたマウンティング（図示せず）と、マウンティングに対し摺動自在に支持されるキャリパ２２とを備えている。キャリパ２２の内部には、ピストン２０が配置される。キャリパ２２はコの字状に形成され、車輪とともに同軸に回転するディスクロータ１８を挟んで配置される。ディスクロータ１８の両側には、制動用ブレーキパッド１４が対向して配設される。制動用ブレーキパッド１４のディスクロータ１８に対向していない側には、裏金１２がそれぞれ貼着される。裏金１２は、マウンティングによってディスクロータ１８の軸方向に摺動可能に支持されている。
【００１７】
図中左側にある裏金１２の背部には、キャリパ２２のピストン２０が配設されている。ドライバーによりブレーキペダル（図示せず）が踏まれると、ピストン２０が作動して裏金１２を図中右方向に押し、左側の制動用ブレーキパッド１４がディスクロータ１８の左側面に押圧される。また、ピストン２０の作動に応じてキャリパ２２が図中左側に移動し、キャリパ２２のピストン２０とは反対側にある爪部が移動して右側の裏金１２を押す。すると、右側の制動用ブレーキパッド１４がディスクロータ１８の右側面に押圧される。このようにして左右の制動用ブレーキパッド１４によってディスクロータ１８が両側から挟着され、車輪に制動力が発生する。
【００１８】
後で詳細に説明するように、本実施形態では、制動用ブレーキパッド１４の他に、振動発生用ブレーキパッド１６が左右の裏金に設けられている。振動発生用ブレーキパッド１６は、制動用ブレーキパッド１４と車輪半径方向に隣接して配置され、制動用ブレーキパッド１４の摩耗限界厚さと略等しい厚みを有している。制動用ブレーキパッド１４が摩耗して摩耗限界厚さに達すると、振動発生用ブレーキパッド１６がディスクロータ１８の回転面と接触し、特定の周波数の振動音を発生する。この振動音は、人間の可聴周波数域の下限値以下の周波数となるように調整されている。したがって、振動発生用ブレーキパッド１６とディスクロータ１８との接触による音は、ドライバーや車両周囲の人間に聞こえることはない。
【００１９】
図２は、図１のディスクロータ１８、裏金１２、制動用ブレーキパッド１４および振動発生用ブレーキパッド１６を拡大して示す。ディスクロータ１８の外周部には、制動用ブレーキパッド１４と接触しない非接触部Ａがディスクの両面に形成されている。そして、この非接触部Ａに対向して振動発生用ブレーキパッド１６が配置されている。上述したように、振動発生用ブレーキパッド１６の厚さは、制動用ブレーキパッド１４の摩耗限界厚さと略等しい。したがって、制動用ブレーキパッド１４が摩耗限界厚さまで摩耗すると、振動発生用ブレーキパッド１６とディスクロータ１８の非接触部Ａとが接触するようになる。なお、非接触部Ａはディスクロータ１８の内周側に形成されていてもよい。
【００２０】
ディスクロータ１８の非接触部Ａの回転面には、周方向のうねりが形成されている。このうねりと振動発生用ブレーキパッド１６とが接触することで、低周波数の振動音が発生する。
【００２１】
図３は、ディスクロータの非接触部Ａに形成されたうねりの厚み変化の一例である。この例では、ディスクロータ一回転中に五つの山が形成されている。山の数はロータ一回転中に一つでもよいが、山の数が多いほど、振動がドライバーに感知されにくいため好ましい。但し、山の数を多くした場合、車速が大きくなったときにディスクロータと振動発生用ブレーキパッドとの接触による振動音の周波数が可聴域内に入ってきてしまう。したがって、車両が法定速度上限値で走行中にも振動音の周波数が可聴域下限値以下になるように、山の数を決定することが好ましい。
【００２２】
ディスクロータ１８の厚さ変化は、キャリパ２２内のピストン２０とブレーキ経路とを介してブレーキペダル（図示せず）に脈動として伝わる可能性がある。したがって、図３中に示すディスクロータの厚さ変化量Ｄは、ドライバーがペダルの脈動を感じない程度の大きさとすることが好ましい。但し、ブレーキがバイワイヤ制御されている場合はこの限りでない。
【００２３】
なお、振動発生用ブレーキパッド１６の材料は、制動用ブレーキパッド１４の材料よりも柔らかい特性を有していることが好ましい。制動用ブレーキパッド１４が摩耗限界厚さまで達した後、振動発生用ブレーキパッド１６のみがディスクロータ１８と接触すると、制動力が不足してしまう。制動用ブレーキパッド１４を振動発生用ブレーキパッド１６よりも固くしておくことで、制動用ブレーキパッド１４が摩耗限界厚さに到達した後でも制動用ブレーキパッド１４の方がディスクロータ１８の回転面と接触し易くなり、所要の制動力を確保できる。
【００２４】
図１に戻り、ディスクロータと振動発生用ブレーキパッドとの接触により発生した音は、車体に設置されたマイク２８で集音され、処理部３０に入力される。
【００２５】
処理部３０は、音解析部３２、摩耗判定部３４、警告表示部３６を含む。これら機能ブロックは、ハードウェア的にはコンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現される。これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００２６】
音解析部３２は、マイク２８で集音された音に対し、周知の手法により周波数解析を実行する。周波数解析によって得られた周波数毎の音圧レベルが摩耗判定部３４に入力される。
【００２７】
通常、車両が正常な状態で走行しているときには、車両から人間の可聴域外の低周波の音が発生することはないので、マイク２８で集音された音に周波数解析を施すことによって、振動発生用ブレーキパッドとディスクロータとの接触により発生する音と、車両の走行中に発生する他の音とを明確に区別することができる。
【００２８】
摩耗判定部３４は、車輪速センサ４０から車輪の回転周波数を、音解析部３２から周波数毎の音圧レベルを受け取り、次式に当てはまる周波数Ｆの音圧レベルが所定のしきい値Ｔに達しているか否かを判定する。
Ｃ・Ｒ−ｄ≦Ｆ≦Ｃ・Ｒ＋ｄ      （１）
但し、Ｃはディスクロータに形成されている一回転当りのうねりの数、Ｒは車輪速センサで検出される車輪の回転周波数［Ｈｚ］、Ｆは音解析部から出力される周波数［Ｈｚ］、ｄは許容誤差である。また、しきい値Ｔは、一例として、車両が通常速度（例えば、３０〜８０ｋｍ／ｈ）で走行中に、振動発生用ブレーキパッド１６とディスクロータ１８とが接触するときに発生する音圧レベルの平均値よりも若干小さな値に設定される。
【００２９】
式（１）を満足する周波数Ｆの音圧レベルがしきい値Ｔ以上である場合、摩耗判定部３４は、振動発生用ブレーキパッド１６とディスクロータ１８とが接触しており、したがって制動用ブレーキパッド１４が摩耗限界厚さまで摩耗したと判定する。
【００３０】
なお、摩耗判定部３４は、ブレーキペダルセンサ４２の出力に基づき、ドライバーが制動操作している間のみ上述の判定を実行するようにしてもよい。こうすると、車両の制動時以外に発生する音については摩耗判定をしないことから、誤判定の可能性が一層小さくなる。
【００３１】
警告表示部３６は、摩耗判定部３４によって制動用ブレーキパッド１４が摩耗限界厚さまで摩耗したと判定されたとき、車室内のメータ部等に配置された警告灯３８を点灯させる。このように、振動発生用ブレーキパッド１６とディスクロータ１８との接触音をドライバーに聞かせるのではなく、摩耗判定の結果を警告灯で表示することによって、ドライバーの聞き逃しを防止することができる。なお、警告表示部３６は、警告灯の代わりに警告メッセージ等を図示しないスピーカを通じて車室内に流してもよい。
【００３２】
なお、マイク２８は、車体に一つ設けるだけでよい。マイクを設置する場所は特に制限がなく、ディスクロータからの音が拾える限り、車室内やエンジンルーム内などに設置してもよい。しかしながら、車両の前後部に一つずつマイクを設置したり、または各輪のホイールまたはタイヤハウス近傍に一つずつマイクを設置したりしてもよい。
【００３３】
図４は、摩耗判定部３４で実行される処理のフローチャートである。
まず、摩耗判定部３４は、車輪速センサ４０の出力に基づき、車速が所定の上下限値範囲内にあるか否かを判定する（Ｓ１２）。この判定は、車速が低すぎる場合は振動発生用ブレーキパッドからの振動音の発生時間が短く摩耗判定が難しいこと、および車速が高すぎる場合は振動発生用ブレーキパッドからの振動音が可聴域内に入ってくる可能性があるという理由から、摩耗判定部による誤判定を防止するために実行される。しかしながら、Ｓ１２の判定は実行しなくてもよい。
【００３４】
車速が上下限値範囲外である場合は（Ｓ１２のＮ）、このフローを終了する。車速が上下限値範囲内である場合（Ｓ１２のＹ）、摩耗判定部３４は、ブレーキペダルセンサ４２の出力に基づき、ドライバーが制動操作中であるか否かを判定する（Ｓ１４）。制動操作中でない場合は（Ｓ１４のＮ）、このフローを終了する。制動操作中の場合（Ｓ１４のＹ）、音解析部３２から周波数解析の結果を受け取り（Ｓ１６）、上述の式（１）を利用した摩耗判定を実施する（Ｓ１８）。
【００３５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ブレーキパッドの摩耗時に、各車輪のディスクブレーキに設けられた振動発生用ブレーキパッドとディスクロータとの接触による音を、車体に設置したマイクで拾う構成としたので、各車輪のブレーキ部に配線をする必要がない。また、車輪速センサで検出した車輪の回転周波数に基づいて、振動発生用ブレーキパッドから発生する振動音の周波数を推定し、その周波数の音圧レベルに基づき摩耗判定を実施するようにした。これにより、振動発生用ブレーキパッド以外から発生する音を接触音と誤判定してしまう可能性を低減できる。また、周波数解析の結果に基づきパッドの摩耗を判定するので、ドライバーの聴覚に頼らずともブレーキパッドの摩耗を検知することができる。さらに、配線に要するコストが少ないことから、比較的低価格の車両にもブレーキパッドの摩耗検出装置を搭載することが可能になる。
【００３６】
図５は、本発明の別の実施形態に係るドラムブレーキのパッド摩耗検出を説明する図である。図５には、ブレーキドラム６０、ブレーキドラムの内周面と接触して制動力を発生する制動用ライニング６４、制動用ライニング６４をブレーキドラムの内周面に押し付けるリム６２、および制動用ライニング６４の摩耗限界厚さと略等しい厚みを有する振動発生用ライニング６６が示されている。図２で示した例と同様に、ブレーキドラムの内周面の一部には、制動用ライニング６４と接触しない非接触部Ｂが形成されている。振動発生用ライニング６６は、この非接触部Ｂに対向して配置される。非接触部Ｂには、ドラム一回転当り一つ以上の山を有するうねりが形成されている。制動用ライニング６４が摩耗限界厚さまで摩耗すると、振動発生用ライニング６６とブレーキドラム６０の非接触部Ｂとが接触し、人間の可聴域下限値以下の周波数を有する振動音を発生する。摩耗判定部による摩耗などの他の構成は、上述のディスクブレーキの例と同様である。
【００３７】
以上、本発明をいくつかの実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態はあくまで例示であり、実施の形態どうしの任意の組合せ、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスの任意の組合せなどの変形例もまた、本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００３８】
本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能である。各図に示す構成は、一例を説明するためのもので、同様な機能を達成できる構成であれば、適宜変更可能である。
【００３９】
実施の形態では、ディスクロータの非接触部にうねりを形成することを述べたが、この代わりに、またはこれに加えて、非接触部に対向する振動発生用ブレーキパッドの接触面にうねりを形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係るブレーキパッド摩耗検出装置を示す図である。
【図２】図１のディスクロータ、裏金、制動用ブレーキパッドおよび振動発生用ブレーキパッドの拡大図である。
【図３】ディスクロータの非接触部Ａに形成されたうねりの厚み変化の一例を示す図である。
【図４】摩耗判定部で実行される処理のフローチャートである。
【図５】本発明の別の実施形態に係るドラムブレーキのパッド摩耗検出を説明する図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  ディスクブレーキ、  １２  裏金、  １４  制動用ブレーキパッド、  １６  振動発生用ブレーキパッド、  １８  ディスクロータ、  ２０  ピストン、  ２２  キャリパ、  ２８  マイク、  ３０  処理部、  ３２  音解析部、  ３４  摩耗判定部、  ３６  警告表示部、  ３８  警告灯、  ４０  車輪速センサ、  ６０  ブレーキドラム、  ６４  制動用ライニング、  ６６  振動発生用ライニング。
【図１】
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【図２】
2009168210.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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