JP2003314598A

JP2003314598A - 車両の制動装置

Info

Publication number: JP2003314598A
Application number: JP2002116268A
Authority: JP
Inventors: Hajime Fukumori; 肇福森
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2002-04-18
Filing date: 2002-04-18
Publication date: 2003-11-06

Abstract

(57)【要約】【課題】実際の車輪周速度を大きく変動させないで、
スリップ率を一定の範囲に保持して、高い路面μを維持
して車両を制動するというアンチロック制御の思想を、
ブレーキ・バイ・ワイヤシステムにおいて達成可能な車
両の制動装置を提供する。【解決手段】ブレーキパッド３に対するブレーキピス
トン１２の変位に基づく押圧力を制御することで、車両
の制動制御及びアンチロック制御を行う車両の制動装置
であって、ブレーキピストン１２を、圧電材料もしくは
磁歪材料の体積変化に伴い発生する油圧により、その軸
方向に変位可能に構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ブレーキパッドに
対するブレーキピストンの変位に基づく押圧力を制御す
ることで、車両の制動制御及びアンチロック制御（以下
「ＡＢＳ」ともいう）を行う車両の制動装置に関し、特
に、ブレーキピストンの構造を改良して制動性能及びア
ンチスキッド性能を向上させる車両の制動装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】車両の制動制御及びアンチロック制御を
行う車両の制動装置において、ＡＢＳの性能を高め、短
い制動距離、制動時間で車両を停止させるためには、制
動中、タイヤと路面間で発生する摩擦係数（以下、「路
面μ」という）を高い状態に維持して、ブレーキの制御
を行うことが効果的である。このため、ＡＢＳを具える
制動装置は、一般的に、以下に示すように制御されてい
る。

【０００３】図３は、縦軸に路面μを横軸にスリップ率
をとって、スリップ率と路面μとの関係を示す概念図で
ある。ここで、スリップ率ρは、車体速度（ｍ/ｓ）を
Ｖ、車輪角速度（ｒａｄ/ｓ）をω、車輪有効半径
（ｍ）をｒとしたとき、式（１）で定義されるものであ
る。 ρ＝（Ｖ−ω・ｒ）/Ｖ（１）

【０００４】ＡＢＳは、スリップ率を、図３に示す第１
のスリップ率Ｓ１と第２のスリップ率Ｓ２との間に維持
してブレーキ装置を制御するものであり、このことによ
り、路面μをμ１以上に保って、制動装置を作動させる
ことができる。この制御を従来どのように行っているか
を以下に示す。

【０００５】図４は、このようなＡＢＳ制御装置を具え
た一般的な制動装置の、油圧回路を示すブロック線図で
ある。このブレーキ装置１００は、車輪１０１を制動す
るブレーキ本体１０２と、運転者がブレーキ操作をする
ためのブレーキペダル１０３と、ブレーキ本体１０２に
油圧を加えて、これを作動させる油圧回路１０４と、車
輪の角速度を検知する車輪速センサ１０６を含むセンサ
からの信号を取りこみ、これらの信号に基づいて、油圧
回路１０４を制御するＡＢＳ制御装置１０５とを具えて
構成されている。

【０００６】油圧回路１０４は、ブレーキペダル１０３
の操作により、元圧を上下するマスタシリンダ１１１
と、マスタシリンダ１１１の油圧に応じて、複数の車輪
１０１のブレーキ本体１０２に油圧を加えるそれぞれの
ホイールシリンダ１１２と、ＡＢＳ制御装置１０５から
の信号に基づいて、マスタシリンダ１１１とホイールシ
リンダ１１２との間の油圧の連通を断接する流入側切替
弁１１３と、ホイールシリンダ１１２の油圧を排出して
圧力を低下させる流出側切替弁１１４と、排出された油
を集めるパン１１６およびこの油を油圧ラインに回収す
る油圧ポンプ１１５とを具えている。

【０００７】ブレーキをかけずに走行しているとき、ブ
レーキペダル１０３は操作されていないのでマスタシリ
ンダの圧力はゼロであり、また、流入側切替弁１１３は
開放し、流出側切替弁１１４は閉止している。したがっ
て、ホイールシリンダ１１２の圧力はゼロであり、ブレ
ーキ本体１０２を作動させないので、車輪１０１はスリ
ップせずに転動していて、式（１）のスリップ率μは、
ほぼゼロである。

【０００８】運転者がブレーキペダル１０３を踏んで、
ブレーキをかけると、マスタシリンダ１１１の圧力が上
昇する。このとき、流入側切替弁１１３は開放し、流出
側切替弁１１４は閉止したまま保持されているので、マ
スタシリンダ１１１連通するホイールシリンダ１１２の
圧力も上昇し、その結果ブレーキ本体１０２を作動させ
る。ブレーキ本体１０２が作動すると、車輪１０１が滑
り始めスリップ率が上昇してゆく。

【０００９】図３において、このスリップ率がＳ２に達
すると、ＡＢＳ制御装置１０５は、流入側切替弁１１３
を閉止すると同時に、流出側切替弁１１４を開放し、ホ
イールシリンダ１１２の油圧を下げ、ブレーキ本体１０
２の作動を停止する。このとき、油圧ポンプ１１５は、
流出側切替弁１１４に連動して、パン１１６からの油を
油圧ラインに回収する。

【００１０】ブレーキ本体１０２の作動の停止に伴っ
て、スリップ率は低下し、これが図３のＳ１に戻ると、
再び、流入側切替弁１１３を開放するとともに流出側切
替弁１１４を閉止して、ホイールシリンダ１１２を昇圧
し、ブレーキ本体１０２を再作動させる。このように、
ＡＢＳ制御装置１０５を具える従来の制動装置１００
は、一旦、ＡＢＳ制御装置１０５が機能し始めると、ス
リップ率をＳ１とＳ２の間の値を往復させて、路面μを
μ１以上に維持して、制動距離の短いブレーキ作動を行
わせことを狙って設計されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このブ
レーキ装置１００を詳細に調査したところ、以下に述べ
る問題があることが判明した。図５は、実際に１８００
ｃｃクラスの車両を８０ｋｍ/ｈのスピードで走行さ
せ、駆動を停止し、ブレーキをかける実験を行った際
の、車体速度Ｖ、車輪周速度Ｚ、流入側切替弁の一次側
圧力Ｐ１およびホイールシリンダの圧力Ｐ２を、制動後
の経過時間ｔを横軸にとって示したグラフである。な
お、車輪周速度Ｚは車輪角速度ωと車輪有効半径ｒとを
掛け合わせたものである。また、圧力Ｐ１とＰ２はそれ
ぞれ、図４の点、Ｘ１、Ｘ２で検出した圧力である。

【００１２】図５に示すように、車体速度Ｖは一定の割
合で低下しているものの、車輪周速度Ｚは大きく変動し
ながら低下している。高い路面μを保持させながら車両
を制動するためには、スリップ率を一定の範囲に保つ必
要があることは前述した通りであるが、この一定のスリ
ップ率を達成させる理想の車輪周速度を、本実験の場合
に当てはめて計算した。それを図４に直線Ｚ０で示し
た。図５から明らかなように、実際の車輪周速度Ｚはこ
の理想直線Ｚ０と時々交わりながら大きく上下しながら
低下していることが分かる。車輪周速度Ｚが理想直線Ｚ
０から大きく外れる部分では、低い路面μで制動を働か
せていることを意味し、この部分で無駄に制動時間を費
やしていることが分かった。

【００１３】また、上述した油圧により制動制御及びア
ンチロック制御を行う従来の車両の制動装置では、油が
連通する経路を造る必要上構成が大掛かりとなり高価と
なる問題があった。これらの油圧を使用することで発生
する問題を解消する技術として、近年になって、油圧で
はなくブレーキペダルの踏力に応じた電気信号により、
ブレーキキャリバーのアクチュエータを駆動することで
制動制御を行うブレーキ・バイ・ワイヤシステムが考え
られている。このブレーキ・バイ・ワイヤシステムでも
ＡＢＳを備えることが油圧の場合よりも簡単にできる
が、やはりその場合でも、上述したＡＢＳの問題が発生
していた。また、ブレーキ・バイ・ワイヤシステムにお
いて最適なＡＢＳの構造も未だ提案されていなかった。

【００１４】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、実際の車輪周速度を大きく変動させな
いで、スリップ率を一定の範囲に保持して、高い路面μ
を維持して車両を制動するというアンチロック制御の思
想を、ブレーキ・バイ・ワイヤシステムにおいて達成可
能な車両の制動装置を提供することを目的とするもので
ある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明はなされたものであり、その要旨構成ならび
に作用を以下に示す。

【００１６】請求項１に記載の車両の制動装置は、ブレ
ーキパッドに対するブレーキピストンの変位に基づく押
圧力を制御することで、車両の制動制御及びアンチロッ
ク制御を行う車両の制動装置であって、ブレーキピスト
ンを、圧電材料もしくは磁歪材料の体積変化に伴い発生
する油圧により、その軸方向に変位可能に構成したこと
を特徴とするものである。

【００１７】この車両の制動装置によれば、従来ブレー
キペダルから各車輪まで連結されていた油圧管路におけ
る油圧の応答性の遅さに起因して制動時に発生していた
ブレーキピストンを駆動するホイールシリンダ圧力の過
減圧・過増圧を、応答性の良好な圧電材料もしくは磁歪
材料の体積変化に伴い発生する油圧により、ブレーキピ
ストンをその軸方向に変位可能にすることで、アンチロ
ック制御を備えた制動装置をブレーキ・バイ・ワイヤシ
ステムにおいて好適に達成することができる。

【００１８】請求項２に記載の車両の制動装置は、圧電
材料もしくは磁歪材料で囲まれた駆動室を基材に固定
し、駆動室よりも径の小さい通路を駆動室に連続して設
けるとともに、先端にブレーキピストンを配置した押圧
室を通路に対し摺動自在に配置したことを特徴とする。

【００１９】本例では、圧電材料もしくは磁歪材料で囲
まれた駆動室を基材に固定し、駆動室よりも径の小さい
通路を駆動室に連続して設けるとともに、先端にブレー
キピストンを配置した押圧室を通路に対し摺動自在に配
置したことで、油圧をさらに効果的に利用することがで
き、ブレーキピストンの軸方向の変位をより効率的に達
成することができる。また、システム容積を小さくする
ことができる。

【００２０】請求項３に記載の車両の制動装置は、車両
のアンチロック制御を、車輪が所定の第１のすべり率以
上のロック状態となったときは、圧電材料に印加する電
圧を弱くするか磁歪材料に与える磁界の強さを弱めると
ともに、車輪が所定の第１のすべり率よりも小さい第２
のすべり率未満のロック解除状態となったときは、圧電
材料に印加するで何つを強くするか磁歪材料に与える磁
界の強さを強めることで、ブレーキピストンを変位させ
て行うを特徴とする。

【００２１】本例では、アンチロック制御時の圧電材料
及び磁歪材料の膨張・収縮による変位を、圧電材料に印
加する電圧の大きさを変化させることで、または、磁歪
材料を励磁するコイルの磁界の強さを変化させること
で、簡単に実行することができる。また、アンチロック
制御は、従来と同様に、すべり率による車輪のロック状
態に基づき行うことができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図１に基づいて説明する。図１は車両のキャリバ内
に組み込んだ本発明の車両の制動装置の一例の構成を示
す図である。図１に示す例において、１は図示しない踏
力センサからの信号に基づき後述する圧電材料へ供給す
る電力及び磁歪材料の励磁力を制御する電子制御装置
（ＥＵＣ）、２はブレーキキャリバ、３は２個のブレー
キパッド、４は２個のブレーキパッド３間に配置された
ロータである。

【００２３】本発明の車両の制動装置の特徴は、ブレー
キピストンを、圧電材料もしくは磁歪材料の体積変化に
伴い発生する油圧により、その軸方向に変位可能に構成
した点である。すなわち、図１に示す例では、ブレーキ
キャリバ２に設けた油を充填するための空間１１に対
し、空間１１のブレーキパッド３側に、ブレーキピスト
ン１２をブレーキキャリバ２の内周面に対し液密かつ摺
動可能に設けている。また、空間１１のブレーキピスト
ン１２を設けた側と反対側に、内部に圧電材料からなる
底部１３を有する封止部材１４をシール１５を介して液
密に固定している。また、ブレーキピストン１２の先端
には、ブレーキピストン１２がブレーキパッド３を押し
付ける圧力を求めるための圧力センサ５が設けられてい
る。

【００２４】底部１３を構成する圧電材料の種類は、底
部１３の大きさと空間１１内に充填する油量との関係に
基づきブレーキピストン１２を変位に応じて適宜決定す
ることができる。例えば、従来から知られているニオブ
酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ポリフッ
化ビニリデン、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等を上
記要望に応じて使用することができる。

【００２５】図１に示す構造の本発明の車両の制動装置
では、ＥＵＣ１から供給される電圧の大きさに応じて、
圧電材料が膨張・収縮する。そのため、底部１３が膨張
・収縮することとなり、底部１３が膨張したときは空間
１１内の油にかかる圧力が増大し、それによりブレーキ
ピストン１２のブレーキパッド３に対する押圧力が増大
するとともに、底部１３が収縮したときは空間１１内の
油にかかる圧力が減少し、それによりブレーキピストン
１２のブレーキパッド３に対する押圧力が減少する。こ
れにより、制動制御及びアンチロック制御を行うことが
できる。

【００２６】図２は車両のキャリバ内に組み込んだ本発
明の車両の制動装置の他の例の構成を示す図である。図
２に示す例において、図１に示す例と同一の部材には同
一の符号を付し、その説明を省略する。図２に示す例に
おいて、図１に示す例と異なる点は、底部１３を磁歪材
料で構成するとともに、封止部材１４内に磁歪材料を励
磁するためのコイルからなる磁気発生部１６を設けた点
と、空間１１を、封止部材１４で画成された駆動室２１
と、ブレーキピストン１２で画成された押圧室２２と、
駆動室２１と押圧室２２とを接続する径の小さい通路２
３とから構成した点である。そして、押圧室２２を構成
するブレーキピストン１２の端部を通路２３に対し図示
しないシール材を介して摺動自在に構成している。

【００２７】図２に示す例において、底部１３を構成す
る磁歪材料については、磁界の強さに応じて寸法変化
（ジュール効果）が発生する従来から知られているいず
れの材料をも使用することができる。例えば、ランタノ
イド元素Ｒと鉄属元素Ｔ（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ‥‥）で構
成されるラーベス型の立方晶材料を使用することがで
き、具体的な一例としてはＴｂ_０．３Ｄｙ_０．７Ｆｅ_２
を好適に使用することができる。

【００２８】図２に示す構造の本発明の車両制動装置で
は、ＥＵＣ１から磁気発生部１６に供給される電流の大
きさに応じて発生する磁界により、磁歪材料が膨張・収
縮する。そのため、底部１３が膨張・収縮することとな
り、図１に示す例と同様にブレーキピストン１２をその
軸方向に変位させることができる。なお、図２に示す例
では、駆動室２１、押圧室２２、通路２３からなる空間
１１の容量を図１に示す例に比べて少なく構成すること
ができる。そのため、応答性をより高めることができ
る。

【００２９】上述した構成の図１及び図２に示す本発明
の車両の制動装置における制御動作は、以下の通りであ
る。運転者がブレーキを踏むと、そのストロークと速度
その他路面の状況などから目標制動力をＥＵＣ１が算出
する。ブレーキピストン１２を変位させて、これに見合
った荷重をブレーキパッド３に与えるために、実際にブ
レーキピストン１２がブレーキパッド３を押し付ける圧
力を圧力センサ５により求め、この求めた押圧力に基づ
くＥＵＣ１の制御のもと、底部１３を形成する圧電材料
への電圧印加または磁歪材料への励磁を行う。この際の
制動力制御は、目標制動力以下の時は圧電材料への印加
電圧を高くするとともに磁歪材料への励磁を強くするこ
とで行い、目標制動力を超えている時は圧電材料への印
加電圧を低くするとともに磁歪材料への励磁を弱くする
ことで行っている。これによりブレーキピストン１２は
変位してブレーキパッド３に対し押し付け力を発生し、
ブレーキパッド３間にロータ４を挟み込み制動力を発生
させる。

【００３０】この制動力によりタイヤがロックしそうに
なると、アンチロック制御を行う。本発明におけるアン
チロック制御は、ブレーキピストン１２の変位を制御す
ることで、タイヤが所定の第１のすべり率以上のロック
状態となったときは、圧電材料への印加電圧を低くする
か磁気発生部１６に供給する電流の強さを低くすること
により磁歪材料に与える磁界の強さを弱めるとともに、
タイヤが所定の第１のすべり率よりも小さい第２のすべ
り率未満のロック解除状態となったときは、圧電材料へ
の印加電圧を高くするか磁気発生部１６に供給する電流
の強さを強くすることで磁歪材料に与える磁界の強さを
強める。これにより、ブレーキ筆トン１１の変位を細か
く制御してタイヤロックを防止する。また、圧電材料は
印加される電圧の大きさに対して膨張量が変化し、磁歪
材料は励磁する磁界の大きさに対して膨張量が変化する
ので、その制御はＯＮ／ＯＦＦではなく、ともにリニア
に制御可能である。

【００３１】上述した制動動作において、制動力を発生
するための荷重の計算に用いるパラメータとしては、車
体速、車輪速、減速度、路面μ、天候（雨滴）、車間距
離、ブレーキトルク、外気温、舵角、ヨーレート、横Ｇ
があり、それらを適宜考慮して計算する。

【００３２】前述の、従来のブレーキ装置を搭載した１
８００ｃｃクラスの車両の実験を比較例とし、従来のブ
レーキ装置の代わりに、本発明に係る図１及び図２に示
す実施形態の制動装置を搭載した車両を、比較例と同様
の条件８０ｋｍ/ｈのスピードで走行させ、駆動を停止
し、ブレーキをかける実験を行った。求めた制動距離を
指数で表し比較するとともに、本発明の図１及び図２の
制動装置におけるシステム容積を指数で表し比較した。
結果を示す以下の表１からわかるように、本発明例はい
ずれも従来例と比べて制動距離が短くなった。また、図
２の構成の方が図１に示す構成よりもシステム容積が小
さくなり、コンパクトに構成できることがわかった。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、応答性の良好な圧電材料もしくは磁歪材料の
体積変化に伴い発生する油圧により、ブレーキピストン
をその軸方向に変位可能に構成している。そのため、こ
れらの大変位と小変位を組み合わせて制動制御を行って
いるため、制動力の制御精度が向上し、車両の制動距離
を短縮することができる。また、４輪各別に本発明の制
動装置を設け制動制御をした場合は、旋回中の車両挙動
の安定化を図ることができる。さらに、アンチロック制
御のためにＡＢＳモータや油圧系統を使用しないため、
ＡＢＳモータによる異音発生を解消できるとともに、油
圧脈動によるブレーキペダルへのキックバックを減少す
ることができる。さらにまた、ブレーキ・バイ・ワイヤ
化に伴い、制御系統をシンプルに構成できるとともに、
制動装置の小型化、簡素化、安価化を達成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】車両のキャリバ内に組み込んだ本発明の車両
の制動装置の一例の構成を示す図である。

【図２】車両のキャリバ内に組み込んだ本発明の車両
の制動装置の他の例の構成を示す図である。

【図３】スリップ率と路面μとの関係を示す概念図で
ある。

【図４】従来のブレーキ装置の油圧回路を示すブロッ
ク線図である。

【図５】従来のブレーキ装置による制動時の、車体速
度と車輪周速度の変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１電子制御装置（ＥＵＣ）２ブレーキキャリバ３ブレーキパッド４ロータ５圧力センサ１１空間１２ブレーキピストン１３底部１４封止部材１５シール１６磁気発生部２１駆動室２２押圧室２３通路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ブレーキパッドに対するブレーキピスト
ンの変位に基づく押圧力を制御することで、車両の制動
制御及びアンチロック制御を行う車両の制動装置であっ
て、ブレーキピストンを、圧電材料もしくは磁歪材料の
体積変化に伴い発生する油圧により、その軸方向に変位
可能に構成したことを特徴とする車両の制動装置。
【請求項２】圧電材料もしくは磁歪材料で囲まれた駆
動室を基材に固定し、駆動室よりも径の小さい通路を駆
動室に連続して設けるとともに、先端にブレーキピスト
ンを配置した押圧室を通路に対し摺動自在に配置した請
求項１記載の車両の制動装置。
【請求項３】車両のアンチロック制御を、車輪が所定
の第１のすべり率以上のロック状態となったときは、圧
電材料に印加する電圧を弱くするか磁歪材料に与える磁
界の強さを弱めるとともに、車輪が所定の第１のすべり
率よりも小さい第２のすべり率未満のロック解除状態と
なったときは、圧電材料に印加するで何つを強くするか
磁歪材料に与える磁界の強さを強めることで、ブレーキ
ピストンを変位させて行う請求項１または２記載の車両
の制動装置。