車輛用制動系統以及摩擦部件磨損檢測方法與流程
2023-06-08 15:37:41
本發明涉及具備以馬達作為驅動源的電動制動裝置的車輛用制動系統，尤其涉及該電動制動裝置所具有的摩擦部件的磨損檢測單元。
背景技術：
在下述專利文獻1中記載有如下的電動制動裝置，其具有：(a)摩擦部件；(b)同車輪一起旋轉的旋轉體；(c)作為動力源的馬達；以及(d)利用該馬達進行前進或後退的被驅動部件，通過由馬達使被驅動部件前進，使摩擦部件與旋轉體接觸從而產生制動力。此外，在該下述專利文獻1中記載有檢測摩擦部件的磨損程度，從而檢測該摩擦部件的磨損的磨損檢測器。
專利文獻1：日本特開2015-187483號公報
技術實現要素：
在上述專利文獻1所記載的系統中，構成為通過將由馬達旋轉角檢測單元檢測的馬達旋轉角與由制動力估算單元估算的制動力的關係同摩擦部件未發生磨損時的關係進行比較，從而估算摩擦材料的磨損量。然而，擔心僅僅依靠摩擦部件的當前的關係與未發生磨損時的關係的比較，無法充分檢測到摩擦部件的磨損。本發明正是鑑於這樣的情況而形成的，其目的在於提供提高檢測摩擦部件的磨損的性能的摩擦部件磨損檢測方法，並且提高具備電動制動裝置與磨損檢測器的車輛用制動系統中的檢測摩擦部件的磨損的性能。
為了解決上述課題，本發明的車輛用制動系統具備：
電動制動裝置，該電動制動裝置具有：(a)摩擦部件；(b)同車輪一起旋轉的旋轉體；(c)作為動力源的馬達；以及(d)利用該馬達進行前進或後退的被驅動部件，所述電動制動裝置通過由所述馬達使所述被驅動部件前進並由該被驅動部件按壓所述摩擦部件，使該摩擦部件與所述旋轉體接觸從而產生制動力；以及
磨損檢測器，該磨損檢測器用於檢測所述摩擦部件的磨損，並具有：(a)數據取得部，該數據取得部取得所述被驅動部件的前進的距離亦即前進量以及所述被驅動部件按壓所述摩擦部件的力亦即按壓力；(b)接觸開始位置檢測部，該接觸開始位置檢測部檢測所述摩擦部件開始與所述旋轉體接觸的所述被驅動部件的位置亦即接觸開始位置；以及(c)摩擦部件剩餘厚度估算部，該摩擦部件剩餘厚度估算部基於由該接觸開始位置檢測部檢測到的接觸開始位置，估算所述摩擦部件的剩餘厚度，
上述車輛用制動系統的特徵在於，
上述磨損檢測器還具有偏磨損檢測部，該偏磨損檢測部通過比較由上述數據取得部取得的前進量與按壓力的關係同假定在上述摩擦部件均勻磨損的狀態下形成由上述摩擦部件剩餘厚度估算部估算的厚度的情況下的前進量與按壓力的關係，來檢測上述摩擦部件不均勻磨損的狀態亦即偏磨損。
另外，本發明的摩擦部件磨損檢測方法具有：
數據取得工序，其中，取得上述被驅動部件的前進的距離亦即前進量以及上述被驅動部件按壓上述摩擦部件的力亦即按壓力；
接觸開始位置檢測工序，其中，檢測上述摩擦部件開始與上述旋轉體接觸的上述被驅動部件的位置亦即接觸開始位置；
摩擦部件剩餘厚度估算工序，其中，基於在上述接觸開始位置檢測工序中檢測到的接觸開始位置，估算上述摩擦部件的剩餘厚度度；以及
偏磨損檢測工序，其中，通過比較在上述數據取得工序中取得的前進量與按壓力的關係同假定在上述摩擦部件均勻磨損的狀態下形成在上述摩擦部件剩餘厚度估算工序中估算的厚度的情況下的前進量與按壓力的關係，來檢測上述摩擦部件不均勻磨損的狀態亦即偏磨損。
根據本發明的車輛用制動系統以及摩擦部件磨損檢測方法，能夠檢測依靠基於接觸開始位置估算的摩擦部件的剩餘厚度無法檢測的摩擦部件的偏磨損，能夠可靠地檢測摩擦部件的磨損。
附圖說明
圖1為表示作為本發明的實施例的車輛用制動系統的圖(局部剖視圖：圖2中的a-a剖面)。
圖2為圖1所示的電動制動裝置的主視圖。
圖3為表示摩擦部件未磨損的狀態與磨損後的狀態下的前進量與按壓力的關係的圖。
圖4為表示電動制動裝置中在摩擦部件發生偏磨損的狀況的簡圖。
圖5為表示在摩擦部件發生了偏磨損的情況下的前進量與按壓力的關係的圖。
圖6為表示由司職圖1的車輛用制動系統的控制的制動電子控制單元執行的磨損檢測處理程序的流程圖的圖。
圖7為表示由圖6所示的磨損檢測處理程序執行的偏磨損檢測處理子程序的流程圖。
具體實施方式
以下，作為用於實施本發明的方式，參照附圖對本發明的一實施例進行詳細說明。此外，本發明並不局限於下述的實施例，可以基於本領域技術人員的知識以實施各種變更或改進後的種種方式來實施。
「制動系統的結構」
作為本發明的實施例的車輛用制動系統構成為包括與四個車輪中的兩個前輪分別對應設置的圖1及圖2所示的盤式制動裝置10。此外，設置於各前輪的盤式制動裝置10僅作為行車制動器動作，雖然省略了圖示，不過與兩個後輪對應的制動裝置為電動式的鼓式制動器，作為駐車制動器和行車制動器雙方動作。設置於各前輪的盤式制動器10利用同車輪一體旋轉的圓盤轉子12與設置在不同車輪一起旋轉的車輛的一部分(省略圖示的轉向節)一對制動片14、16的摩擦而產生制動力。此外，盤式制動裝置10構成為包括：上述圓盤轉子12以及一對制動片14、16、設置於轉向節並且將一對制動片14、16保持為能夠相對於圓盤轉子12接近或離開的安裝託架18(以下，有時簡稱為安裝件18)、以及由該安裝件18支承的制動鉗20。
安裝件18以跨過圓盤轉子12的周緣部的狀態由兩根螺栓30固定於轉向節。由該安裝件18保持的一對制動片14、16在基體32固定有摩擦材料34，在該基體32且在圓盤轉子12的周向的兩側的端部分別形成凸部36。另一方面，在安裝件18，在位於圓盤轉子12的內側(車寬方向的車身中央側)的部分與位於外側(車輪側)的部分分別形成有一對凹部38。此外，該安裝件18以在一對凹部38中分別嵌入基體32的一對凸部36的狀態保持制動片14、16。通過這樣的結構，一對制動片14、16以各自的摩擦材料34與圓盤轉子12對置且能夠相當於圓盤轉子12接近或離開的方式被保持於安裝件18。
在上述安裝件18，如圖2所示，以跨過圓盤轉子12以及一對制動片14、16的狀態支承有制動鉗20。制動鉗20構成為包括：制動鉗主體50、作為被驅動部件的活塞52以及使該活塞52前進或後退的馬達54。制動鉗主體具有收納活塞52以及馬達54的殼體部56、從該殼體部56伸出的臂部58。在制動鉗主體50，以沿圓盤轉子12的旋轉軸線方向(以下，有時簡稱為「旋轉軸線方向」)延伸的狀態固定有一對滑動銷(slidepin)60。制動鉗20通過該一對滑動銷60被插入至形成於安裝件18的一對滑動孔62而以制動鉗主體50能夠沿旋轉軸線方向移動的狀態被支承。制動鉗20在由安裝件18支承的狀態下，使活塞52接近被保持於圓盤轉子12的內側的制動片14並且使臂部58的前端接近保持於圓盤轉子12的制動片16的狀態。
馬達54構成為包括：在制動鉗主體50的殼體部56的內表面固定配置的多個線圈70、被可旋轉地保持於殼體部56的中空狀的馬達軸72、以與線圈70相向的方式被固定配設於馬達軸72的外周的永久磁鐵74。馬達54是線圈70作為定子發揮功能、永久磁鐵74作為轉子發揮功能的馬達，被形成為三相dc無刷馬達。此外，在殼體部56內設置有用於檢測馬達軸72的旋轉角度、即馬達54的旋轉角度θ的旋轉角傳感器76。
此外，馬達軸72在內周面形成有內螺紋。另一方面，活塞52在軸部80的外周面形成有外螺紋。而且，形成該馬達軸72的內螺紋與活塞52的外螺紋經由多個滾珠螺合的結構。利用該馬達軸72與活塞52構成滾珠絲槓機構，當馬達軸72旋轉後，使活塞52沿軸線方向(圓盤轉子12的旋轉軸線方向)移動。具體而言，當使馬達54正向旋轉的情況下，使活塞52朝向制動片14(圖1中的右側)前進，當使馬達54反向旋轉的情況下，使活塞52後退從而從制動片14離開。
此外，在活塞52形成有檢測加載於活塞52的力的軸力傳感器90。也就是，利用該軸力傳感器90，能夠檢測活塞52按壓制動片14的力亦即按壓力f。
本車輛用制動系統通過作為控制裝置的制動電子控制單元100(以下，有時稱為「ecu100」)進行盤式制動裝置10的控制。ecu100以具備cpu、rom、ram等的計算機為主體構成，經由驅動電路102連接馬達54等。另外，在制動ecu100連接上述的旋轉角傳感器76、軸力傳感器90，並且連接制動開關110、制動操作量傳感器112、檢測流過馬達54的電流的電流傳感器114等。此外，制動開關110檢測可供駕駛員操作的制動操作部件116是處於操作狀態還是處於非操作狀態。制動操作量傳感器112檢測制動操作部件116的操作行程。
「盤式制動裝置的動作」
對於如上構成的盤式制動裝置10的動作進行簡單說明。當由駕駛員進行了使制動操作部件116前進的操作後，為了產生制動力，基於ecu100的指令向馬達54供給電流。然後，當馬達54沿正向旋轉後，使活塞52前進，將制動片14按壓於圓盤轉子12。另外，使制動鉗主體50相對於活塞52向後退方向相對移動，通過臂部58將制動片16按壓於圓盤轉子12。也就是圓盤轉子12將會被一對制動片14、16夾在其中。然後，在車輪上加載與一對制動片14、16按壓在圓盤轉子12的力相應的制動力，從而抑制車輪的旋轉。此外，該制動力的控制通過如下步驟進行：基於由制動操作量傳感器112檢測到的制動操作部件116的操作行程等，決定活塞52按壓制動片14的力的目標亦即目標按壓力，並且控制向馬達54供給的電流，以使軸力傳感器90所檢測到的檢測值接近目標按壓力。
另一方面，當由駕駛員進行了使制動操作部件116後退的操作後，為了減小制動力，減小向馬達54供給的電流，減小活塞52的按壓力。也就是，允許活塞52的後退，允許制動片14、16從圓盤轉子12離開。
此外，在馬達54的控制中，使用制動力開始增加的活塞52的位置亦即0點位置，換言之，使用制動片14、16開始與圓盤轉子12接觸的活塞52的位置亦即接觸開始位置。例如，當制動操作開始時，為了避免產生制動力產生的遲滯，進行使活塞52返回至0點位置之類的控制。
「制動片的磨損檢測」
在本制動系統中，進行各制動裝置10的檢查處理，詳細而言，進行制動片14、16的磨損檢測處理。以下，對於該制動片14、16的磨損檢測處理進行詳細說明。
(a)磨損程度檢測處理
首先，本制動系統對一對制動片14、16的磨損程度進行檢查，當磨損程度大於既定的狀態的情況下，發出警告。具體而言，在本制動系統中，每當進行制動操作時，檢測到當前時刻的0點位置(0點位置檢測工序)。此外，0點位置的檢測方法例如可以採用日本專利第4191871號公報所記載的方法等多種方法，因此此處省略詳細的說明。
如圖3所示，制動片14、16的磨損量越大，0點位置越向前方側偏移。因此，在本制動系統中，得以基於制動片14、16未磨損的狀態下的0點位置亦即初始0點位置與當前時刻的0點位置亦即現0點位置之差估算制動片14、16的剩餘的厚度t(摩擦部件剩餘厚度估算工序)。然後，當該制動片14、16的剩餘厚度t比閾值厚度t0小的情況下，發出警告。
(b)偏磨損檢測處理
接著，例如當發生圖4(a)所示的、制動片14的一對凸部36中的一方粘連在安裝件18的凹部38之類的缺陷，或者發生圖4(c)所示的、滑動銷60的一方無法在滑動孔62中滑動的缺陷時，存在制動片14、16相對於圓盤轉子12傾斜，制動片14、16未被均勻地磨損而發生不均勻磨損的情況。
當制動片14、16發生不均勻磨損亦即偏磨損的情況下，制動片14、16在制動片14、16的剩餘厚度較大的部位最先與圓盤轉子12接觸，並且相對於圓盤轉子12的接觸面積從圖4(a)所示的狀態向圖4(b)所示的狀態、或者從圖4(c)所示的狀態向圖4(d)所示的狀態逐漸增加。因此，即使檢測上述的0點位置，也會檢測到制動片14、16的剩餘的厚度的最大部分的厚度，因此擔心儘管其他部分的剩餘厚度較小也無法檢測到。
因此，在本車輛用制動系統中，進行制動片14、16是否發生偏磨損的判定，當發生偏磨損的情況下，發出警告。以下，對於檢測該制動片14、16的偏磨損的處理進行詳細說明。
在制動片14、16的偏磨損檢測處理中，首先基於旋轉角傳感器76的檢測結果，取得活塞52的前進量st，詳細而言，取得活塞52相對於制動鉗主體50的位置，並且取得由軸力傳感器90檢測到的實際按壓力fr(數據取得工序)。然後，通過比較該取得的前進量st與實際按壓力fr的關係(圖5中的實線)同假定在制動片14、16發生均勻磨損的狀態下形成剩餘厚度t的情況下的前進量st與估算按壓力fe的關係(圖5中的單點劃線)，來進行制動片14、16的偏磨損的檢測處理。
當制動片14、16發生偏磨損的情況下，制動片14、16如上所述，伴隨著活塞52從0點位置的前進，相對於圓盤轉子12的接觸面積逐漸增加。也就是，如圖5所示，伴隨著活塞52從0點位置前進，實際按壓力fr與估算按壓力fe相比逐漸上升。也就是，相對於前進量st的變化的實際按壓力fr的變化亦即實際變化斜度，伴隨著活塞52從0點位置的前進而增加，不過該實際變化斜度比相對於前進量st的變化的估算按壓力fe的變化亦即估算變化斜度小。在本制動系統中，當實際變化斜度伴隨著活塞52從0點位置的前進而增加時，且當處於該實際變化斜度小於估算變化斜度的狀況的情況下，判定為存在制動片14、16中的至少一方發生偏磨損的可能性。
在本制動系統中，以前進量st與估算按壓力fe的關係為基礎，考慮制動片14、16的熱膨脹和傳感器類的誤差等，確定允許範圍。詳細而言，確定圖5中虛線所示的上限線lmax和下限線lmin。然後，相對於所取得的前進量st，當所取得的實際按壓力fr小於下限線lmin時，估算為處於實際變化斜度小於估算變化斜度的狀況下，判定為存在制動片14、16中的至少一方發生偏磨損的可能性。
此外，是否處於實際變化斜度小於估算變化斜度的狀況下的判定並不局限於上述方法，例如，還可以採用如下的方法：基於當前取得的前進量以及實際按壓力與之前取得的前進量與實際按壓力取得實際變化斜度，當該取得的實際變化斜度小於以估算變化斜度為基礎設定的閾值的情況下，判定為存在制動片14、16中的至少一方發生偏磨損的可能性。
另外，即使制動片14、16發生偏磨損，如果圖4(b)、圖4(d)所示，成為制動片14、16的全面與圓盤轉子12接觸的狀態，則成為克服制動片14、16的彈力使活塞52前進的狀態，因此實際變化斜度接近制動片14、16的彈性係數，不再增加。不過，如果制動片14、16的磨損加劇，則此時的實際變化斜度將變得大於估算變化斜度。在本制動系統中，當伴隨著活塞52的前進實際變化斜度不再增加時，且當處於此時的實際變化斜度大於估算變化斜度的狀況的情況下，判定為存在制動片14、16中的至少一方發生偏磨損的可能性。
在本制動系統中，相對於所取得的前進量st，當所取得的實際按壓力fr大於上限線lmax時，估算為處於實際變化斜度大於估算變化斜度的狀況下，判定為存在制動片14、16中的至少一方發生偏磨損的可能性。
此外，是否處於實際變化斜度大於估算變化斜度的狀況下的判定並不局限於上述方法，例如，還可以採用如下的方法：基於當前取得的前進量以及實際按壓力與之前取得的前進量與實際按壓力繼續取得實際變化斜度，當實際變化斜度幾乎無變化的情況下，且當此時的實際變化斜度大於以估算變化斜度為基礎設定的閾值的情況下，判定為存在制動片14、16中的至少一方發生偏磨損的可能性。
進而，本制動系統構成為當滿足下述情況中的任意一方的情況下，判定為存在制動片14、16發生偏磨損的可能性，即：(i)當實際變化斜度伴隨著活塞52的從0點位置的前進而增加時，且處於該實際變化斜度小於估算變化斜度的狀況的情況；(ii)當實際變化斜度不再伴隨著活塞52的前進而增加時，且處於此時的實際變化斜度大於估算變化斜度的狀況的情況。不過本制動系統也可以構成為在滿足上述(i)以及(ii)雙方的情況下，判定為存在制動片14、16發生偏磨損的可能性。
「控制程序」
上述的制動片14、16的磨損檢測處理，通過執行圖6中表示流程圖的磨損檢測處理程序來進行。該程序在制動開關110成為接通狀態後被執行。在該程序中，首先在步驟1(以下，省略「步驟」轉而記為「s」)，進行當前時刻的0點位置的檢測。接著，基於制動操作的次數判斷是否需要進行磨損檢測處理。具體而言，在s2中，計數值n被累計，並在隨後的s3中進行該計數值n是否為閾值n0以上的判定。也就是，當前次的、磨損檢測處理被進行後的制動操作次數達到閾值n0以上的情況下，進行s4以後的磨損檢測處理。此外，s3的判定也可以基於前次以後的行駛距離、經過時間、車輛的啟動次數等來進行，還可以基於加載於制動裝置10的負載的大小等來進行。
關於磨損檢測處理，首先在s4中，將計數值n復位，在s5中基於在s1中檢測到的現0點位置與制動片14、16未磨損時的0點位置亦即初始0點位置，估算制動片14、16的剩餘厚度t。然後，當在s6中該剩餘厚度t小於閾值厚度t0的情況下，制動片14、16的磨損加劇，因此在s9中發出警報。
當在s6中剩餘厚度t在閾值厚度t0以上且不需要發出警告的情況下，在s7中進行檢測制動片14、16的偏磨損的處理。該偏磨損的處理通過執行圖7中表示流程圖的偏磨損檢測處理子程序來進行。在該子程序中，首先在s12中，依據由旋轉角傳感器76檢測到的馬達旋轉角θ取得活塞52的前進量st，在s13中，依據軸力傳感器90的檢測結果取得活塞52實際按壓制動片14的力亦即實際按壓力fr。接著在s14中，基於在s12中取得的前進量st、在磨損檢測處理程序中取得的現0點位置和制動片14、16的剩餘厚度t，取得以估算按壓力fe為基礎確定的上限值以及下限值。此外，在rom中存儲有各種映射數據，利用該映射數據求出上限值以及下限值。具體而言，首先基於剩餘厚度t，取得假定製動片14、16發生均勻磨損的狀態下形成剩餘厚度t的情況下的相對於前進量st的變化的估算按壓力fe的變化亦即估算變化斜度。然後，作為假定製動片14、16發生均勻磨損的狀態下形成剩餘厚度t的情況下的前進量st與估算按壓力fe的關係，得出從現0點位置起以估算變化斜率延伸的直線，確定相對於在s12中取得的前進量st的估算按壓力fe。對於該估算按壓力fe確定上限值和下限值，取得該上限值和下限值。
接著，在s15中，判定實際按壓力fr是否為下限值以下，在s16中，判定實際按壓力fr是否為上限值以上。當實際按壓力fr為下限值以下的情況下，或者實際按壓力fr為上限值以上的情況下，由於存在制動片14、16發生偏磨損的可能性，因此在s17中，將偏磨損標誌fl的標誌值形成為1。另一方面，當實際按壓力fr不為下限值以下並且不為上限值以上的情況下，判斷為不存在偏磨損的可能性。在該情況下，將重複s12～s16的處理直至制動操作結束。此外，當在未檢測到制動片14、16的偏磨損的狀態下制動操作結束、制動開關110斷開的情況下，在s18中，將偏磨損標誌fl的標誌值形成為0。至此，偏磨損檢測處理子程序結束。
當偏磨損檢測處理子程序結束後，在磨損檢測處理程序s8中，確認偏磨損標誌fl的標誌值。當標誌值為1，在制動片14、16上存在偏磨損的可能性的情況下，在s9中發出警報，結束磨損檢測處理程序的一次的執行。另外，在標誌值為0的情況下，跳過s9，結束磨損檢測處理程序的一次的執行。
「控制裝置的功能結構」
執行上述的控制的ecu100可以認為具有執行上述的各種處理的各種功能部。詳細而言，如圖1所示，構成為包括：(a)數據取得部(150)，其取得活塞52的前進的距離亦即前進量st以及活塞52按壓制動片14、16的力亦即按壓力fr；(b)作為接觸開始位置檢測部的0點位置檢測部152，其檢測制動片14、16開始與圓盤轉子12接觸的活塞52的位置亦即0點位置(接觸開始位置)；(c)摩擦部件剩餘厚度估算部154，其基於由該0點位置檢測部152檢測到的0點位置，估算制動片14、16的剩餘厚度t；(d)偏磨損檢測部156，其通過比較由數據取得部150取得的前進量st與按壓力fr的關係同假定製動片14、16在均勻磨損的狀態下形成由摩擦部件剩餘厚度估算部154估算的剩餘厚度t的情況下的前進量st與按壓力fe的關係，檢測制動片14、16不均勻磨損的狀態亦即偏磨損。
此外，在本車輛用制動系統的ecu100中，數據取得部150構成為包括執行偏磨損檢測處理子程序的s12、s13的處理的部分，0點位置檢測部152構成為包括執行磨損檢測處理程序的s1的處理的部分，摩擦部件剩餘厚度估算部154構成為包括執行磨損檢測處理程序的s5的處理的部分。另外，偏磨損檢測部156構成為包括執行偏磨損檢測處理子程序的s14以後的處理的部分。
其中，附圖標記說明如下：
10：盤式制動裝置(電動制動裝置)；12：圓盤轉子(旋轉體)；14、16：制動片(摩擦部件)；20：制動鉗；30：螺栓；50：制動鉗主體；52：活塞(被驅動部件)；54：馬達；60：滑動銷；76：旋轉角傳感器；90：軸力傳感器；100：制動電子控制單元(ecu)；110：制動開關；112：制動操作量傳感器；114：電流傳感器；116：制動操作部件；150：數據取得部；152：0點位置檢測部(接觸開始位置檢測部)；154：摩擦部件剩餘厚度估算部；156：偏磨損檢測部。