パーキングブレーキ付き電動ブレーキユニット
Electro-mechanical Brake Unit with Parking Brake
1. はじめに
近年，ブレーキ関連技術の中で，電動アクチュエー タによってパーキングブレーキを動作させるEPB1） (Electric Parking Brake)，およびモータなどによっ て車両の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収 する回生ブレーキが普及しつつある． EPBは，油圧ブレーキキャリパに専用の電動アク チュエータを搭載するタイプと，従来のパーキングブ レーキ機構のワイヤを電動アクチュエータで牽引する タイプの2種類が市販されている．EPBには，坂道発 進補助など自動制御による利便性の向上，パーキング ブレーキレバーのスイッチ化による車内空間の有効活 用などのメリットがある． 回生ブレーキは，制動時に車両の運動エネルギーを 電気エネルギーとして回収し，車両の燃費（電費）改 善に貢献する技術であり，ハイブリッド車や電気自動 車などモータを駆動源として走行する車両を中心に普 及してきた．また最近では，オルタネータなどによっ て車両の運動エネルギーを回収し補機などの電源とし て利用するエンジン車両も市販されている．回生ブレ
The new brake technology such as regenerative braking and Electric Parking Brake (EPB) has been spreading in order to meet the demands to improve the fuel economy and convenience of vehicles. It needs to utilize Electro-mechanical Brake (EMB) which is the final form for the further advanced features of brake.
NTNhas developed the EMB unit which has parking brake function.
車両の低燃費化や利便性向上などの要求に応えるため，回生ブレーキや電動パーキングブレ ーキ（EPB）などの新しいブレーキ関連技術が普及してきている．今後，ブレーキの更な る高機能化を達成するためには，その最終形態である電動ブレーキの実用化が必要となる． NTNでは，パーキングブレーキ機能を有する電動ブレーキユニットを開発した．
山 崎 達 也*
Tatsuya YAMASAKI村 松 誠*
Makoto MURAMATSU増 田 唯**
Yui MASUDA ーキを使って効率良くエネルギーを回収するために は，制動時に摩擦力によって制動力を得るサービスブ レーキとの協調制御技術が重要であり，市販車両は電 動の油圧アクチュエータを用いてサービスブレーキを 制御している2）～5）．しかし，現行の油圧システムは， 環境負荷の高いブレーキオイルを使用しているだけで なく，応答性が不足するため運動エネルギーを最大限 回収することが難しい．この課題を解決する手段とし て，モータの回転運動により機械的にブレーキピスト ンを制御しサービスブレーキを操作する電動ブレーキ (EMB，Electro-mechanical Brake）があり，各ブ レーキメーカで開発が進められている． NTNでは，これまでに独自の直動機構を用いた小 型・軽量な電動ブレーキ用アクチュエータを開発し， 提案してきた6）～9）．今回，パーキングブレーキ機能 を新たに追加すると共に，内部設計を見直すことで更 に小型化および性能向上を図った電動ブレーキユニッ トを開発した．本稿では，改良したアクチュエータの 構造およびユニットの特性について紹介する．キャリパ
モータ 歯車部
直動機構 上面
Top view Isometric view斜め上面
背面
Back view Side view側面
図1 電動ブレーキユニット外観 EMB unit
2. パーキングブレーキ付き電動ブレーキ
ユニットの構造
2. 1 電動ブレーキユニット 1500ccクラスの車両の後輪用として開発した電 動ブレーキユニットの外観を図1に，内部構造を図2 に示す．併せて，ユニットおよび使用するモータの仕 様を表1および2に示す． 本ユニットは直動機構とモータを並列に配置し，そ の間のトルク伝達には平行軸歯車を用いている．モー タによって発生したトルクは歯車を介して直動機構に 伝達され，パッドをディスクに押し付ける荷重（以下， 押圧力）に変換される．ユニット全体を小型化するた パーキングブレーキ付き電動ブレーキユニット め，直動機構にはNTNが独自に考案した遊星ローラね じ機構6）を採用した．本機構は，単体での荷重変換率 （入力トルクに対し出力される押圧力の比率）が高い ため，歯車列に必要な減速比が小さくでき，ユニット 全体の小型化が可能である． 今回，各要素の設計見直しを行うことで，アクチュ エータの占有体積を従来品（2011年開発品）に対し 約30%削減し，後述するように応答性も改善した． 更に，新たな機能としてパーキングブレーキ機構を歯 車部に追加した．これにより，車両として別途パーキ ングブレーキを設ける必要がなくなり，組付性やコス ト面での改善が期待できる．パーキングブレーキ機構 については，次節にて詳細に説明する． *05_03 13/11/01 10:37 ページ 22. 2 パーキングブレーキ機構 図3にパーキングブレーキ機構の概略構造を示す． パーキングブレーキ機構は，中間歯車に設けた係止穴 とモータハウジング内に固定されたソレノイドおよび ロックピンで構成される．パーキングブレーキの制御 フローを，図4を用いて以下に説明する． <パーキングブレーキ制御フロー> 【(a)作動】 ①モータにより，押圧力を規定値まで付加する． ②ソレノイドを駆動し，ロックピンを前進させる． ③モータへの電力供給を停止する．パッドからの反力に より，押圧力が減少する方向へ中間歯車が回転する． ④ロックピンと係止穴が係合し，中間歯車の押圧力減 少方向への回転が規制される．ソレノイドへの電力 を遮断し，動作完了． 【(b)解除】 ①モータを押圧力増加方向へ駆動する． ②ロックピンに作用していた摩擦力が解放され，中間 歯車とロックピンの係合状態が解放される． ③ソレノイド内のリターンスプリングにより，ロック 断面 Z-Z（パーキングブレーキ機構） SECTION Z-Z 断面 X-X SECTION X-X 断面 Y-Y SECTION Y-Y Y Y Z Z X X ソレノイド 出力歯車 直動機構 中間歯車 （背面にパーキング ブレーキ機構を配置） 中間歯車 ロックピン 入力歯車 キャリパ ブレーキパッド ブレーキディスク モータ モータ 84.5mm 107mm 62mm 図2 電動ブレーキユニット概略図 Schematic of EMB unit
仕 様 項 目 備 考 サービスブレーキ押圧力 パーキングブレーキ押圧力 アクチュエータサイズ 重量（パッド，マウントを除く） 12kN以上 9.3kN以上 107×62×84.5 2.8kg 油圧ブレーキ（シリンダ径φ33），液圧14MPa相当 パッドμ=0.15，勾配20%相当保持可 従来(2011年開発品)比 -30%（占有体積） 従来(2011年開発品)比 -0.4kg 表１ 電動ブレーキユニット仕様（1500ccクラス後輪用） Specification of EMB unit
仕 様 項 目 形 式 サ イ ズ 電源電圧 最大出力 DCブラシレス φ46×52 12V 140W 表2 モータ仕様 Specification of motor
ソレノイド 出力歯車 直動機構 キャリパ 中間歯車 ロックピン 入力歯車 ブレーキディスク モータ 図3 パーキングブレーキ機構概略 Schematic of parking brake
PCD 断面 中間歯車 ロックピン ①作動指令 ON， モータ駆動 ③モータ電力供給停止 ④ロックピン係合，動作完了 ④解除完了 ②ソレノイド駆動 ①解除指令 ON， モータ駆動 ③ロックピン後退 (a)作動 (b)解除 ②係合解除 係止穴 図4 パーキングブレーキ制御フロー Control-flow of parking brake
パーキングブレーキ付き電動ブレーキユニット
3. 2 パーキングブレーキ 図6に，サービスブレーキの押圧力指令0kN（クリ アランス0.1mm）の状態で，パーキングブレーキを 作動（解除）させた場合の押圧力の変化を示す． パーキングブレーキを作動させる場合，前節で説明 したように一定以上の押圧力が発生した状態でソレノ イドを駆動しロックピンを前進させる．その状態で押 圧力を減少させ，中間歯車側面に設けた係止穴とロッ クピンの位相が一致したところで中間歯車がロックさ れる（図中A）．パーキングブレーキを解除する場合 には，ロックピンに作用している摩擦力を解放するた め，モータで一旦押圧力を上昇させ（図中B），その 後押圧力を解除する．パーキングブレーキの作動，解 除共に，指令から0.3秒以内で動作が完了している． また，サービスブレーキが動作中（ブレーキペダルを 踏んでいる状態）も，同様に約0.3秒以内で動作が完 了することを確認した．
3. 応答性
ユニットの重要特性の一つである応答性の評価結果 について説明する．なお，本評価を実施するに当たり， 電動ブレーキユニット専用にインバータを設計，製作 し，ユニット内蔵の荷重センサにて検出する押圧力の フィードバック制御を構築した． 3. 1 サービスブレーキ サービスブレーキの応答性評価結果の一例を図5に 示す．矩形状の押圧力指令（0kN⇔12kN）を与え， 実際の押圧力がどのように追従するか示している．な お，パッドとディスクの初期クリアランスは0mmで ある．昇圧，減圧とも従来品に対し30%程度応答性 が改善している． 0 0 0.1 0.2 0 0.1 0.2 5 10 15 0 5 10 15 (a)昇圧時（初期クリアランス：0mm） (b)減圧時 時間 sec 時間 sec 押 圧 力 kN 押 圧 力 kN 指令 改良品 従来品 指令 改良品 従来品 図5 サービスブレーキ応答性 Response of service brake0-0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 5 10 15 0 5 10 15 時間 sec 時間 sec 押 圧 力 kN 押 圧 力 パ ー キ ン グ ブ レ ー キ 指 令 パ ー キ ン グ ブ レ ー キ 指 令 kN パーキングブレーキ指令 押圧力 パーキングブレーキ指令 押圧力 作動 作動 解除 解除
4. おわりに
本稿では，パーキングブレーキ機能を有し1500cc クラスの後輪用として適用可能な小型の電動ブレーキ ユニットについて紹介した．本ユニットは，内部設計 を見直すことで，従来品に対し小型化と性能向上を果 たしている． ブレーキの性能向上は車両の燃費だけでなく安全性 改善の面でも効果があり10）～13），今後電動ブレーキに 対する期待も高まってくると予想する．引き続き，ユ ニットや制御技術を改良し，電動ブレーキの実用化に 向け開発を進める． 参考文献 01）野口裕，竹川学：電動パーキングブレーキシス テムの紹介，スバル技報，No.36(2009)70-72． 02）小畑卓也，大谷行雄，伊藤義徳，後藤進之介， 小池雄一：回生協調対応電動型制御ブレーキア クチュエータの開発，自動車技術会学術講演会 前刷集，No.20115172(2011)． 03）大久保直人，西岡崇，赤峰宏平，波多野邦道： 電動サーボブレーキシステムの開発，HONDA R&D Technical Review，Vol.25，No.1(2013)47-51．
04）青木康史，鈴木健二，中野博士，野尻欣主：ハ イブリッド車用油圧サーボブレーキシステムの 開発，HONDA R&D Technical Review， Vol.18，No.2(2006)60-66．
05）Christain von Albrichsfeld， Jurgen Karner：Brake System for Hybrid and Electric Vehicle，SAE Paper，2009-01-1217(2009)． 06）山崎，江口，牧野：電動ブレーキユニットの開 発，NTN TECHNICAL REVIEW， 75(2007)53-61． 執筆者近影 山崎 達也 EVモジュール事業本部 シャシーシステム技術部 村松 誠 EVモジュール事業本部 シャシーシステム技術部 増田 唯 EVモジュール事業本部 制御システム技術部 パーキングブレーキ付き電動ブレーキユニット 07）山崎，江口，牧野：電動ブレーキ用アクチュエ ータ，NTN TECHNICAL REVIEW， 77(2009)40-44．
08）Tatsuya Yamasaki：Linear Motion Actuator for Electromechanical Brake， World Tribology Congress 2009
Extended-Abstract，No.90745(2009)． 09）山崎：電動ブレーキ用アクチュエータの開発， 月刊トライボロジー，285(2011)34-36． 10）足立智彦：スタビリティコントロールシステム (ESC)に関する動向，自動車技術，Vol.60， No.12(2006) 28-33． 11）成波，波多野忠，廣瀬敏也：緊急時のブレーキ アシスト装置の効果評価について，自動車技術 会学術講演会前刷集，No.20065894(2006)． 12）小西康夫，服部雅仁，杉沢雅和，西井理治：ア クティブブレーキ制御用油圧ブースタの開発， 自動車技術会学術講演会前刷集， No.9739075(1997)． 13）田中博久，児玉博之，松崎善樹，坪内薫：ブレ ーキにおける革新的な技術，自動車技術， Vol59，No.1(2005)69-74． *05_03 13/11/01 10:37 ページ 6
