JP2017035993A - Electric brake device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電動ブレーキ装置に関し、ブレーキ力を精度良く制御することができ、また冗長性を高めることができる技術に関する。 The present invention relates to an electric brake device, and more particularly to a technique capable of accurately controlling a braking force and increasing redundancy.
電動モータを用いた電動ブレーキ装置として、以下の技術が提案されている。
１．電動モータでブレーキ力を制御する電動ブレーキ装置（特許文献１）。
２．モータ電流を用いて制動力を制御する電動ブレーキシステム（特許文献２）。
３．摩擦パッドの押圧力を検出するセンサを設けたディスクブレーキ（特許文献３）。
The following techniques have been proposed as an electric brake device using an electric motor.
1. An electric brake device that controls a braking force with an electric motor (Patent Document 1).
2. An electric brake system that uses a motor current to control a braking force (Patent Document 2).
3. A disc brake provided with a sensor for detecting a pressing force of a friction pad (Patent Document 3).
特許文献１，２のような電動ブレーキ装置において、ブレーキ力を精度良く制御するために、ブレーキ力の推定が課題となる。
特許文献２において、モータ電流により制動力を制御する機能を持つ電動ブレーキシステムが提案されている。しかしながら、モータ電流とモータトルクを相関付ける上で、トルクリプルや温度変化、モータ固体差による電流・トルク特性変動が誤差として発生する。このため、モータ電流による正確な制動力の推定および制御は困難な場合がある。
特許文献３において、摩擦パッドの押圧力を検出するセンサの異常時の冗長機能として、あるいは電動ブレーキのコスト削減要求の対策として、前記センサに代表されるブレーキ力センサを用いない制御法が求められる場合がある。
In the electric brake devices such as
In
この発明の目的は、ブレーキ力を精度良く制御することができ、またセンサの異常時等において冗長性を高めることができる電動ブレーキ装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an electric brake device that can control a braking force with high accuracy and can increase redundancy when a sensor is abnormal.
この発明の電動ブレーキ装置ＤＢは、ブレーキロータ８と、このブレーキロータ８に接触させる摩擦部材９と、この摩擦部材９を前記ブレーキロータ８に接触させる摩擦部材操作手段６と、この摩擦部材操作手段６を駆動する電動モータ４と、この電動モータ４の回転角度，角速度，および角加速度の少なくともいずれか一つを推定する回転推定手段と、前記電動モータ４によりブレーキ力を制御する制御装置２とを備える電動ブレーキ装置において、
前記制御装置２は、
前記ブレーキ力を制御するとき、前記電動モータ４のトルク発生に寄与する電流を一時的に零にする電流遮断機能部２０と、
この電流遮断機能部２０で前記電動モータ４の電流を一時的に零にしているとき、前記回転推定手段で推定された前記回転角度，角速度，および角加速度の少なくともいずれか一つと前記ブレーキ力との定められた関係に基づいて、前記ブレーキ力の推定値である推定ブレーキ力を求めるブレーキ力推定手段１９（１９Ａ）と、
を有することを特徴とする。
前記「一時的に」とは、例えば、数ミリ秒〜数十ミリ秒程度の瞬間的な時間を表す。
前記「零」とは、モータ電流を遮断した電流「零」だけでなく、例えば、モータ電流が零に近い状態で推移している場合や、モータ電流が正から負または負から正に推移する概ね零の状態も含む。前記モータ電流が「零に近い状態」、前記「概ね零の状態」は、例えば、運転者に違和感を感じさせず、且つ、推定ブレーキ力を精度良く求めることができる値であり、この値は試験やシミュレーション等の結果により定められる。
前記定められた関係は、試験やシミュレーション等の結果により定められる。
前記トルク発生に寄与する電流とは、例えば、電動モータ４がベクトル制御可能なモータにおいては、前記電流によってトルクが発生する電気角位相における電流値を示し、特にインダクタンス突極比を持たない表面磁石式同期モータ（ＳＰＭ）においてはｑ軸電流を表す。一方、前記に相当しないトルク発生に寄与しない電流とは、前記電流によるトルクが概ね零となる電気角位相における電流値を示し、特にＳＰＭにおいてはｄ軸電流を表す。よって、前記トルク発生に寄与する電流を一時的に零にするとは、例えばＳＰＭにおいては少なくともｑ軸電流を一時的に零とし、ｄ軸電流は零でも印加しても良い。
The electric brake device DB of the present invention includes a
The
When controlling the braking force, a current
When the electric current of the electric motor 4 is temporarily made zero by the current
It is characterized by having.
The term “temporarily” represents an instantaneous time of about several milliseconds to several tens of milliseconds, for example.
The “zero” is not only the current “zero” that cuts off the motor current, but, for example, when the motor current changes in a state close to zero, or the motor current changes from positive to negative or from negative to positive. Including almost zero state. The motor current is “a state close to zero” and the “substantially zero state”, for example, is a value that does not make the driver feel uncomfortable and can accurately calculate the estimated braking force. It is determined by the results of tests and simulations.
The defined relationship is determined by the result of a test or simulation.
The current that contributes to torque generation, for example, in a motor that can be vector controlled by the electric motor 4, indicates a current value in an electrical angle phase in which torque is generated by the current, and in particular a surface magnet that does not have an inductance salient pole ratio. In a synchronous motor (SPM), it represents a q-axis current. On the other hand, the current that does not contribute to torque generation that does not correspond to the above indicates a current value in an electrical angle phase at which the torque due to the current is substantially zero, and in particular in SPM, a d-axis current. Therefore, to temporarily make the current contributing to the torque generation zero, for example, in SPM, at least the q-axis current may be temporarily zero, and the d-axis current may be zero or applied.
この構成によると、電流遮断機能部２０は、電動モータ４によりブレーキ力を制御するとき、電動モータ４のトルク発生に寄与する電流を一時的に零にする。ブレーキ力推定手段１９（１９Ａ）は、電流遮断機能部２０でモータ電流を一時的に零にしているとき、推定された前記回転角度，角速度，および角加速度の少なくともいずれか一つと前記ブレーキ力との定められた関係に基づいて、推定ブレーキ力を求める。前述のように、電流遮断機能部２０でモータ電流を意図的に零にすることで、前記回転角度を微分等して得られる角加速度にアクチュエータ慣性を乗じて得られる反力トルクの運動方程式を適用して、推定ブレーキ力を精度良く求めることができる。つまりモータ電流を零にしているため、モータトルク特性変動の影響を受けずに推定ブレーキ力を精度良く求め得る。前記運動方程式を適用して推定ブレーキ力を求める場合、従来のモータ電流とモータトルクとの関係からブレーキ力を推定する技術に対して、トルクリプル等に起因する誤差の影響を排除できて推定ブレーキ力を精度良く求めることが可能となる。またモータ電流を零にすることで前記運動方程式をそのまま適用できるため、推定ブレーキ力の演算が容易に行える。
According to this configuration, the current
換言すれば、ブレーキ力推定手段１９（１９Ａ）は、電流遮断機能部２０の機能が実行されている際の電動モータ角度，角速度，および角加速度の少なくともいずれか一つを用いて導出される摩擦部材９の押圧力の反力による負荷に基づいて、ブレーキ力を推定する。電動モータ４によりブレーキ力を制御するとき、電動モータ４を増速させる状態から減速させる状態への推移、ないしはその逆が必然的に生じる。前記のモータ電流を一時的に零とする処理をこの状態において実施すれば、比較的違和感や応答劣化を発生させることなく、ブレーキ力を推定することが可能となる。したがって、モータトルク特性変動の影響を受けずにブレーキ力を精度良く推定することが可能となる。これによりブレーキ力を検出するセンサが不要となる。あるいは、ブレーキ力センサを使用するシステムのセンサ異常時の冗長性を高めることができる。
In other words, the brake force estimation means 19 (19A) is friction derived using at least one of the electric motor angle, angular velocity, and angular acceleration when the function of the current
前記制御装置２は、前記推定ブレーキ力を目標ブレーキ力に追従制御するものであり、この追従制御するときの、前記電動モータ４の駆動トルクの向きが反転するときにおいて、前記ブレーキ力推定手段１９（１９Ａ）により前記推定ブレーキ力を求めるものとしても良い。
推定ブレーキ力を目標ブレーキ力に追従制御するとき、電動モータ４の駆動トルクの向きが反転するとき、モータ電流が必然的に零となる。このようにモータ電流が必然的に零となる状態を捉えて推定ブレーキ力を求めることで、違和感や応答劣化を発生させることなく推定ブレーキ力を求めることができる。
The
When the estimated brake force is controlled to follow the target brake force, when the direction of the drive torque of the electric motor 4 is reversed, the motor current inevitably becomes zero. In this way, by obtaining a state where the motor current inevitably becomes zero and obtaining the estimated braking force, the estimated braking force can be obtained without causing a sense of incongruity or deterioration in response.
前記制御装置２は、前記推定ブレーキ力を目標ブレーキ力に追従制御するものであり、前記目標ブレーキ力の変化量の絶対値が定められた値以下であるときに、前記ブレーキ力推定手段１９（１９Ａ）により前記推定ブレーキ力を求めるものとしても良い。
前記定められた値は、試験やシミュレーションの結果により定められる。
この構成によると、モータ電流が比較的零に近い状態において、目標ブレーキ力の変化量の絶対値が定められた値以下で推移している状況であれば、制御への影響を低減することができる。
The
The predetermined value is determined by the result of a test or simulation.
According to this configuration, when the motor current is relatively close to zero, the influence on the control can be reduced if the absolute value of the amount of change in the target brake force is changing below a predetermined value. it can.
前記電動モータ４がｄ軸電流およびｑ軸電流の制御により駆動されるブラシレスＤＣモータであり、前記制御装置２は、前記電流遮断機能部２０で前記電動モータ４のトルク発生に寄与する電流を一時に零にするとき、前記電動モータ４のトルク発生に寄与せずかつ界磁磁束を弱める電流を印加するものとしても良い。
これにより、電動モータ４のコギングトルクや鉄損の影響が低減され、より正確なブレーキ力の推定を行うことができる。
The electric motor 4 is a brushless DC motor that is driven by controlling the d-axis current and the q-axis current, and the
Thereby, the influence of the cogging torque and iron loss of the electric motor 4 is reduced, and the braking force can be estimated more accurately.
この発明の電動ブレーキ装置は、ブレーキロータと、このブレーキロータに接触させる摩擦部材と、この摩擦部材を前記ブレーキロータに接触させる摩擦部材操作手段と、この摩擦部材操作手段を駆動する電動モータと、この電動モータの回転角度，角速度，および角加速度の少なくともいずれか一つを推定する回転推定手段と、前記電動モータによりブレーキ力を制御する制御装置とを備える電動ブレーキ装置において、前記制御装置は、前記ブレーキ力を制御するとき、前記電動モータのトルク発生に寄与する電流を一時的に零にする電流遮断機能部と、この電流遮断機能部で前記電動モータの電流を一時的に零にしているとき、前記回転推定手段で推定された前記回転角度，角速度，および角加速度の少なくともいずれか一つと前記ブレーキ力との定められた関係に基づいて、前記ブレーキ力の推定値である推定ブレーキ力を求めるブレーキ力推定手段とを有する。このため、ブレーキ力を精度良く制御することができ、またセンサの異常時等において冗長性を高めることができる。 The electric brake device according to the present invention includes a brake rotor, a friction member that is brought into contact with the brake rotor, friction member operation means that makes the friction member contact the brake rotor, an electric motor that drives the friction member operation means, In the electric brake device comprising: a rotation estimation unit that estimates at least one of a rotation angle, an angular velocity, and an angular acceleration of the electric motor; and a control device that controls a braking force by the electric motor, the control device includes: When controlling the braking force, a current interrupt function unit that temporarily reduces the current that contributes to torque generation of the electric motor, and the current of the electric motor is temporarily set to zero by the current interrupt function unit. And at least one of the rotation angle, angular velocity, and angular acceleration estimated by the rotation estimation means and the block. Based on a defined relationship between a rk force, and a braking force estimating means for obtaining an estimated braking force said an estimate of the braking force. For this reason, the braking force can be controlled with high accuracy, and the redundancy can be increased when the sensor is abnormal.
この発明の実施形態に係る電動ブレーキ装置を図１ないし図７と共に説明する。
図１に示すように、電動ブレーキ装置ＤＢは、電動ブレーキアクチュエータ１と、制御装置２とを有する。先ず、電動ブレーキアクチュエータ１について説明する。
電動ブレーキアクチュエータ１は、電動モータ４と、この電動モータ４の回転を減速する減速機構５と、摩擦部材操作手段である直動機構６と、駐車ブレーキであるパーキングブレーキ機構７と、ブレーキロータ８と、摩擦部材９とを有する。電動モータ４、減速機構５、および直動機構６は、例えば、図示外のハウジング等に組込まれる。なおブレーキロータ８は、ディスク型であっても、ドラム型であっても良い。摩擦部材９は、ブレーキパッドまたはブレーキシュー等からなる。直動機構６は、ボールねじ機構や遊星ローラねじ機構などの送りねじ機構からなる。
An electric brake device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the electric brake device DB includes an
The
電動モータ４は、例えば、励磁コイル（図示せず）、モータ角度センサ (図２)、および、永久磁石（図示せず）を有するロータ（図示せず）を備えた、トルク密度の高いブラシレスＤＣモータを用いることが好ましい。減速機構５は、電動モータ４の回転を、回転軸１０に固定された三次歯車１１に減速して伝える機構であり、一次歯車１２、中間歯車１３、および三次歯車１１を含む。この例では、減速機構５は、電動モータ４のロータ軸４ａに取り付けられた一次歯車１２の回転を、中間歯車１３により減速して、回転軸１０の端部に固定された三次歯車１１に伝達可能としている。
The electric motor 4 includes, for example, an excitation coil (not shown), a motor angle sensor (not shown), and a rotor (not shown) having a permanent magnet (not shown) and a high torque density brushless DC. It is preferable to use a motor. The
直動機構６は、減速機構５で出力される回転運動を送りねじ機構により直動部１４の直線運動に変換して、ブレーキロータ８に対して摩擦部材９を当接離隔させる機構である。直動部１４は、回り止めされ且つ軸方向Ａ１に移動自在に支持されている。直動部１４のアウトボード側端に摩擦部材９が設けられる。電動モータ４の回転を減速機構５を介して直動機構６に伝達することで、回転運動が直線運動に変換され、それが摩擦部材９の押圧力に変換されることによりブレーキ力を発生させる。なお、アウトボード側とは電動ブレーキ装置ＤＢを車両に搭載した状態で、車両の車幅方向外側をアウトボード側といい、車両の車幅方向中央側をインボード側という。
The
パーキングブレーキ機構７は、ロック部材１５とアクチュエータ１６とを有する。中間歯車１３のアウトボード側端面には、複数の係止孔（図示せず）が円周方向一定間隔おきに形成される。これら係止孔のいずれか一つにロック部材１５が係止可能に構成される。アクチュエータ１６として例えばソレノイドが適用される。アクチュエータ１６によりロック部材（ソレノイドピン）１５を進出させて中間歯車１３に形成された前記係止孔に嵌まり込ませることで係止し、中間歯車１３の回転を禁止することで、パーキングロック状態にする。ロック部材１５をアクチュエータ１６に退避させて前記係止孔から離脱させることで中間歯車１３の回転を許容し、アンロック状態にする。
The
制御装置２等について説明する。
図２に示すように、制御装置２に、電源装置３と、制御装置２の上位制御手段である上位ＥＣＵ１７とが接続されている。上位ＥＣＵ１７として、例えば、車両全般を制御する電気制御ユニットが適用される。また上位ＥＣＵ１７は、各電動ブレーキ装置ＤＢの統合制御機能を有する。上位ＥＣＵ１７から例えばブレーキ力等の目標値指令（目標ブレーキ力）が、制御装置２の制御演算器１８に入力される。
The
As shown in FIG. 2, the
電源装置３は、電動ブレーキ装置ＤＢにおける電動モータ４および制御装置２にそれぞれ電力を供給する。
制御装置２は、制御演算器１８、ブレーキ力推定手段であるブレーキ力推定器１９、電流遮断機能部である電流遮断器２０、およびモータドライバ２１等を有する。制御演算器１８は、目標モータ角度生成手段１８ａと、目標モータ角度補正部１８ｂとを有する。
The
The
目標モータ角度生成手段１８ａは、上位ＥＣＵ１７から与えられる目標ブレーキ力から目標モータ角度を生成する。目標モータ角度補正部１８ｂは、モータ角度センサ２２から与えられる現在のモータ角度と、ブレーキ力推定器１９で推定される推定ブレーキ力とから目標モータ角度の補正量を導出し、前記目標モータ角度を目標角度補正量で補正する。制御演算器１８は、この補正した目標モータ角度となるように電動モータ４を制御する。制御演算器１８およびブレーキ力推定器１９は、例えば、マイクロコンピュータ等のプロセッサ、またはＦＰＧＡ，ＡＳＩＣ，ＤＳＰ等のハードウェアモジュールで実装しても良く、前記のうち同一の半導体内に実装しても良い。
The target motor angle generation means 18 a generates a target motor angle from the target brake force given from the
電流遮断器２０は、ブレーキ力を制御するとき、電動モータ４のトルク発生に寄与する電流を概ね零にするものである。この電流遮断器２０は、例えば、一時的に電流を零にする電流制御を用いて前記半導体の機能として実装することが好ましい。その場合、例えば、表面磁石式ブラシレスＤＣモータにおいて、ｑ軸電流を零とする際に、ｄ軸電流によって磁界を弱めることで、コギングトルクの影響を低減する処理を用いても良い。電流遮断器２０は、上記の他に、モータ動力線や電源装置等を物理的に切り離すスイッチを備えることでも実現できる。
The
モータドライバ２１は、電源装置３の直流電力を電動モータ４の駆動に用いる三相の交流電力に変換する。このモータドライバ２１は、例えば、ＭＯＳＦＥＴのようなスイッチ素子を用いたハーフブリッジ回路等を構成しても良い。またモータドライバ２１は、前記スイッチ素子を瞬時に駆動するようなプリドライバを含んでも良い。
The
前記モータ角度センサ２２として、例えば、レゾルバや磁気エンコーダ等のようなセンサを電動モータ４に搭載しても良い。上位ＥＣＵ１７は、例えば、四輪車両において「ＶＣＵ」としても良く、電源装置３は１２Ｖバッテリ等の低圧電源としても良い。
なお図２の電動ブレーキシステムは、本提案を示すうえでの最小構成を示すものであり、例えば、図示外の補助電源や、その他冗長回路等の構成を同時に備えても良い。
For example, a sensor such as a resolver or a magnetic encoder may be mounted on the electric motor 4 as the
The electric brake system shown in FIG. 2 shows a minimum configuration for presenting the present proposal. For example, an auxiliary power supply (not shown) and other configurations such as a redundant circuit may be provided at the same time.
図３は、この電動ブレーキ装置ＤＢ（図２）のブレーキ力推定器１９の構成例を示す図である。このブレーキ力推定器１９は、角加速度演算部２３、アクチュエータ慣性項２４、相関関数設定手段２５、角速度演算部２６、回転方向判定器２７、および関数選択手段２８等を有する。同図において、θは電動モータ４（図２）の回転角度（「モータ角度」と称す）、τＦは反力トルク、Ｆは推定ブレーキ力、Ｊはこの電動ブレーキアクチュエータ１（図２）のアクチュエータ慣性、ｆｐ，ｆｎはそれぞれ正効率・逆効率における反力トルクと推定ブレーキ力との相関関数を示す。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the
このブレーキ力推定器１９は、電流遮断器２０（図２）でモータ電流を一時的に零にしているとき、モータ角度センサ２２で検出されたモータ角度θを、角加速度演算部２３で微分して角加速度を算出し、アクチュエータ慣性Ｊから反力トルクτＦを算出する。また回転方向判定器２７は、角速度演算部２６で演算されたモータ角速度の向きを判定する。この判定されたモータ角速度の向きから、関数選択手段２８は正効率、逆効率いずれかの相関関数を用いるかを選択する。この関数選択手段２８で選択されたいずれかの相関関数に基づいて、ブレーキ力に相当する摩擦部材９（図１）の押圧力を推定する。モータ角度センサ２２、角速度演算部２６、および角加速度演算部２３が、回転推定手段に相当する。
The
ここで図４は、この電動ブレーキ装置ＤＢ（図１）における摩擦部材９（図１）の押圧力の反力トルクと、ブレーキ力との関係を示す図である。以後図１，２，３も適宜参照しつつ説明する。主に電動ブレーキアクチュエータ１（図１）に作用する摩擦力によって、電動モータ４（図１）の回転方向の変化に対する摩擦抗力の向きが変化することから、図４のようなヒステリシス特性が生じる。このヒステリシス特性は、電動モータ４（図１）のブレーキ力が増加する方向に回転させるときの正効率に基づく反力負荷（反力トルク）と、電動モータ４（図１）のブレーキ力が減少する方向に回転させるときの逆効率に基づく反力負荷（反力トルク）とを有する。 Here, FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the reaction force torque of the pressing force of the friction member 9 (FIG. 1) and the braking force in the electric brake device DB (FIG. 1). Hereinafter, description will be made with reference to FIGS. Since the direction of the frictional drag with respect to the change in the rotation direction of the electric motor 4 (FIG. 1) is changed mainly by the frictional force acting on the electric brake actuator 1 (FIG. 1), the hysteresis characteristic as shown in FIG. 4 occurs. This hysteresis characteristic is such that the reaction force load (reaction force torque) based on the positive efficiency when the electric motor 4 (FIG. 1) is rotated in the increasing direction and the braking force of the electric motor 4 (FIG. 1) are reduced. Reaction force load (reaction force torque) based on reverse efficiency when rotating in the direction of rotation.
回転方向判定器２７（図３）がモータ角速度の向きが正であると判定すると、関数選択手段２８（図３）は、図４のブレーキ力が増加する方向に回転させるときの正効率の相関関数を用いるように選択する。回転方向判定器２７（図３）がモータ角速度の向きが負であると判定すると、関数選択手段２８（図３）は、図４のブレーキ力が減少する方向に回転させるときの逆効率の相関関数を用いるように選択する。 If the rotational direction determiner 27 (FIG. 3) determines that the direction of the motor angular velocity is positive, the function selection means 28 (FIG. 3) correlates the positive efficiency when rotating in the direction in which the braking force in FIG. 4 increases. Choose to use a function. If the rotation direction determiner 27 (FIG. 3) determines that the direction of the motor angular velocity is negative, the function selection means 28 (FIG. 3) correlates the reverse efficiency when rotating in the direction in which the braking force in FIG. 4 decreases. Choose to use a function.
図５は、この電動ブレーキ装置ＤＢ（図１）の動作例を示す図である。
図５（ａ）は、目標値（目標ブレーキ力）に対するブレーキ力の推移を示し、図５（ｂ）は、図５（ａ）のブレーキ力制御を実施する際のモータ電流の推移の一例を示す。図５（ｂ）において、モータ電流が零になっている状態において、電動ブレーキアクチュエータ１（図２）の運動方程式は以下の等式が成り立つ。
FIG. 5 is a diagram showing an operation example of the electric brake device DB (FIG. 1).
Fig.5 (a) shows transition of the braking force with respect to target value (target braking force), FIG.5 (b) shows an example of transition of the motor current at the time of implementing the braking force control of Fig.5 (a). Show. In FIG. 5B, in the state where the motor current is zero, the equation of motion of the electric brake actuator 1 (FIG. 2) holds the following equation.
この式（１）において、θはモータ角度、Ｊはこの電動ブレーキアクチュエータ１（図２）のアクチュエータ慣性、τＦは摩擦部材の押圧力の反力トルクを示す。なお前記モータ電流とは、電動モータ４（図２）のトルク発生に寄与する電流を示し、具体例として、電動モータ４（図１）に表面磁石式ブラシレスＤＣモータを用いる場合は、ｑ軸電流を示す。基本的にアクチュエータ慣性は、温度や経年等の条件変化によって大きく変動することは無い。このため、式（１）に基づいて反力トルクτＦが求まれば、摩擦部材９（図１）の押圧力と反力トルクとの相関に基づいて、ブレーキ力に相当する摩擦部材９（図１）の押圧力を推定する（推定ブレーキ力を求める）ことができる。 In this equation (1), θ represents the motor angle, J represents the actuator inertia of the electric brake actuator 1 (FIG. 2), and τ F represents the reaction torque of the pressing force of the friction member. The motor current indicates a current that contributes to torque generation of the electric motor 4 (FIG. 2). As a specific example, when a surface magnet type brushless DC motor is used for the electric motor 4 (FIG. 1), a q-axis current is used. Indicates. Basically, the actuator inertia does not fluctuate greatly due to changes in conditions such as temperature and aging. For this reason, if the reaction force torque τ F is obtained based on the equation (1), the friction member 9 (corresponding to the braking force) (based on the correlation between the pressing force of the friction member 9 (FIG. 1) and the reaction force torque). 1) can be estimated (estimated braking force is obtained).
図５（ａ）に示すように、ブレーキ力が所定の目標値に接近する際、電動モータ４（図１）を増速させる状態から減速させる状態への推移、ないしはその逆が必然的に生じる。電流遮断器２０（図２）が、図５（ｂ）に示すように、前述のモータ電流を零とする処理をこの状態において実施すれば、比較的違和感や応答劣化を発生させることなく、ブレーキ力推定器２０（図２）により推定ブレーキ力を求めることが可能となる。 As shown in FIG. 5A, when the braking force approaches a predetermined target value, a transition from a state of increasing the speed of the electric motor 4 (FIG. 1) to a state of decreasing the speed or vice versa inevitably occurs. . If the current breaker 20 (FIG. 2) performs the above-described process for reducing the motor current to zero as shown in FIG. 5 (b) in this state, the brake circuit is braked without causing a relatively uncomfortable feeling or response deterioration. The estimated brake force can be obtained by the force estimator 20 (FIG. 2).
また、例えば、摩擦部材９（図１）の押圧力の推定が所定時間行われなかった場合などにおいて、図２に示すように、電流遮断器２０は一時的にモータ電流を零として、ブレーキ力推定器１９により推定ブレーキ力を求めても良い。この場合、ブレーキ力が減少する電動ブレーキアクチュエータ１の減圧時であれば、推定ブレーキ力を目標ブレーキ力に追従制御するブレーキ力制御に比較的支障をきたさずに実施することが可能である。またモータ電流が比較的零に近い状態で推移している状況であれば、さらにブレーキ力制御への影響を低減できる。但し、推定ブレーキ力の推定精度を向上させるために、ブレーキ力が増加する電動ブレーキアクチュエータ１の増圧時に推定ブレーキ力を求めてブレーキ力制御を実施しても良い。図５（ｂ）では、電動モータ４（図１）の駆動トルクの向きが反転する近傍状況および前記押圧力の推定が所定時間行われなかった場合（点線丸印内）において、推定ブレーキ力を求めている。
Further, for example, when the estimation of the pressing force of the friction member 9 (FIG. 1) has not been performed for a predetermined time, the
電動モータ４が、ｄ軸電流およびｑ軸電流の制御により駆動されるブラシレスＤＣモータである場合、電流遮断器２０でモータ電流を零とする処理を実行する際、電動モータ４のトルクに寄与せずかつ磁束を弱める電流を印加しても良い。電動モータ４が特に表面磁石式ブラシレスＤＣモータである場合、制御演算器１８は、ｑ軸電流を零とした上でｄ軸電流を印加すれば良い。これによって、電動モータ４のコギングトルクや鉄損の影響が低減され、より正確なブレーキ力推定を行うことができる。
When the electric motor 4 is a brushless DC motor driven by control of the d-axis current and the q-axis current, the
図６は、この電動ブレーキ装置ＤＢ（図１）のモータ角度とブレーキ力との関係を示す図である。
同図６の関係は、電動ブレーキアクチュエータ１（図２）の剛性や、減速機構５（図２）の減速比、等価リード等に基づいて決定される。理想状態においては、本図６の特性に従えば、モータ角度の制御によってブレーキ力が制御できる。
しかしながら、実際には、摩擦部材９（図１）の摩耗状況、電動ブレーキ装置各部の温度変化、等によって本図６の関係は変化する場合がある。また、例えば、ねじ機構に代表される、回転部（図示せず）と直動部１４を持つ直動機構６（図１）において、直動部１４の回転により回転運動と直進運動の相関にずれが生じる場合がある。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the motor angle and the braking force of the electric brake device DB (FIG. 1).
The relationship in FIG. 6 is determined based on the rigidity of the electric brake actuator 1 (FIG. 2), the reduction ratio of the speed reduction mechanism 5 (FIG. 2), the equivalent lead, and the like. In the ideal state, the braking force can be controlled by controlling the motor angle according to the characteristics shown in FIG.
However, in practice, the relationship of FIG. 6 may change depending on the wear state of the friction member 9 (FIG. 1), the temperature change of each part of the electric brake device, and the like. Further, for example, in a linear motion mechanism 6 (FIG. 1) represented by a screw mechanism and having a rotating portion (not shown) and a
上記のように誤差を生じる場合において、制御演算器１８（図２）は、例えば、本図６の関係に基づく結果つまり現在のモータ角度と、図５に示すブレーキ力の推定結果つまりブレーキ力推定器１９（図２）で推定した推定ブレーキ力との誤差を記憶し、本図６の関係に対してバイアスを持つ目標モータ角度とすることで、制御装置２（図２）は、誤差を是正したブレーキ力制御が可能となる。このとき、ブレーキ力推定を実施する推定頻度が多いほど推定精度は向上し、この推定精度の向上は、モータ電流が零となることによる制御性の悪化や演算負荷の増加に対しトレードオフの関係となる。 In the case where an error occurs as described above, the control computing unit 18 (FIG. 2), for example, obtains the result based on the relationship of FIG. 6, that is, the current motor angle, and the estimation result of the braking force shown in FIG. The control device 2 (FIG. 2) corrects the error by storing the error from the estimated braking force estimated by the controller 19 (FIG. 2) and setting the target motor angle having a bias with respect to the relationship of FIG. Brake force control is possible. At this time, the estimation accuracy improves as the estimation frequency for executing the braking force estimation increases, and this improvement in the estimation accuracy has a trade-off relationship with deterioration of controllability and increase in calculation load due to the motor current becoming zero. It becomes.
図７は、この電動ブレーキ装置ＤＢ（図１）のブレーキ力制御を実行するフローチャートである。
本処理開始後、回転方向判定器２７（図３）により、電動モータ４（図２）の駆動トルクの向きが反転したか否かを判定する（ステップＳ１）。駆動トルクの向きが反転していないとき（ステップＳ１：ｎｏ）、制御演算器１８（図２）は時間を計時するカウンタを加算し（ステップＳ２）、カウンタが所定値を超過したか否かを判定する（ステップＳ３）。前記所定値は、例えば、試験やシミュレーション等の結果により定められる。
FIG. 7 is a flowchart for executing the braking force control of the electric brake device DB (FIG. 1).
After the start of this process, it is determined whether or not the direction of the driving torque of the electric motor 4 (FIG. 2) is reversed by the rotation direction determiner 27 (FIG. 3) (step S1). When the direction of the driving torque is not reversed (step S1: no), the control arithmetic unit 18 (FIG. 2) adds a counter for measuring time (step S2), and determines whether or not the counter exceeds a predetermined value. Determine (step S3). The predetermined value is determined, for example, by a result of a test or simulation.
カウンタが所定値を超過したと判定されると（ステップＳ３：ｙｅｓ）、ステップＳ７に移行する。カウンタが所定値を超過していないと判定されると（ステップＳ３：ｎｏ）、制御演算器１８（図２）は、上位ＥＣＵ１７（図２）より与えられた目標ブレーキ力から、この目標ブレーキ力に対応する目標モータ角度を取得する（ステップＳ４）。制御演算器１８（図２）は、この目標モータ角度を、ステップＳ１１にて導出した目標角度補正量θOｆｓで補正する（ステップＳ５）。制御演算器１８（図２）は、この補正した目標モータ角度となるように電動モータ４（図２）を制御する（ステップＳ６）。その後本処理を終了する。 If it is determined that the counter exceeds the predetermined value (step S3: yes), the process proceeds to step S7. When it is determined that the counter does not exceed the predetermined value (step S3: no), the control computing unit 18 (FIG. 2) uses the target brake force from the target brake force given by the host ECU 17 (FIG. 2). The target motor angle corresponding to is acquired (step S4). The control calculator 18 (FIG. 2) corrects the target motor angle with the target angle correction amount θ Ofs derived in step S11 (step S5). The control calculator 18 (FIG. 2) controls the electric motor 4 (FIG. 2) so that the corrected target motor angle is obtained (step S6). Thereafter, this process is terminated.
電動モータ４（図２）の駆動トルクの向きが反転したと判定されると（ステップＳ１：ｙｅｓ）、制御演算器１８（図２）は目標モータ電流を零にし（ステップＳ７）、電流制御を実施する（ステップＳ８）。次に、電流遮断器２０（図２）によりモータ電流を概ね零にすると（ステップＳ９：ｙｅｓ）、ブレーキ力推定器１９（図２）により推定ブレーキ力を求める（ステップＳ１０）。その後、制御演算器１８（図２）は、モータ角度センサ２２（図２）から与えられる現在のモータ角度と、ブレーキ力推定器１９（図２）で推定されるブレーキ力の推定結果とから、目標角度補正量θＤｆｓを導出する（ステップＳ１１）。その後本処理を終了する。 If it is determined that the direction of the drive torque of the electric motor 4 (FIG. 2) has been reversed (step S1: yes), the control calculator 18 (FIG. 2) sets the target motor current to zero (step S7) and performs current control. Implement (step S8). Next, when the motor current is made substantially zero by the current breaker 20 (FIG. 2) (step S9: yes), the estimated brake force is obtained by the brake force estimator 19 (FIG. 2) (step S10). Thereafter, the control calculator 18 (FIG. 2) calculates the current motor angle given from the motor angle sensor 22 (FIG. 2) and the brake force estimation result estimated by the brake force estimator 19 (FIG. 2), A target angle correction amount θ Dfs is derived (step S11). Thereafter, this process is terminated.
以上説明した電動ブレーキ装置ＤＢによると、ブレーキ力推定器１９は、電流遮断器２０の機能が実行されている際のモータ角度、角速度、および角加速度を用いて導出される摩擦部材９の押圧力の反力による負荷に基づいて、ブレーキ力を推定する。電流遮断機能部２０でモータ電流を意図的に零にすることで、前記回転角度を微分等して得られる角加速度にアクチュエータ慣性を乗じて得られる反力トルクの運動方程式を適用して、推定ブレーキ力を精度良く求めることができる。つまりモータ電流を零にしているため、モータトルク特性変動の影響を受けずに推定ブレーキ力を精度良く求め得る。モータ電流を零にすることで前記運動方程式をそのまま適用できるため、推定ブレーキ力の演算が容易に行える。
電動モータ４によりブレーキ力を制御するとき、電動モータ４を増速させる状態から減速させる状態への推移、ないしはその逆が必然的に生じる。前記のモータ電流を零とする処理をこの状態において実施すれば、比較的違和感や応答劣化を発生させることなく、ブレーキ力を推定することが可能となる。したがって、モータトルク特性変動の影響を受けずにブレーキ力を精度良く推定することが可能となる。これによりブレーキ力を検出するセンサが不要となる。あるいは、ブレーキ力センサを使用するシステムのセンサ異常時の冗長性を高めることができる。
According to the electric brake device DB described above, the
When the braking force is controlled by the electric motor 4, a transition from a state in which the electric motor 4 is accelerated to a state in which the electric motor 4 is decelerated or vice versa inevitably occurs. If the process of setting the motor current to zero is performed in this state, it is possible to estimate the braking force without causing a relatively uncomfortable feeling or response deterioration. Therefore, it is possible to accurately estimate the braking force without being affected by fluctuations in motor torque characteristics. This eliminates the need for a sensor that detects the braking force. Or the redundancy at the time of sensor abnormality of the system which uses a brake force sensor can be improved.
また推定ブレーキ力を目標ブレーキ力に追従制御するとき、電動モータ４の駆動トルクの向きが反転するときには、モータ電流が必然的に零となる。このようにモータ電流が必然的に零となる状況近傍を捉えて推定ブレーキ力を求めることで、違和感や応答劣化を発生させることなく推定ブレーキ力を求めることができる。 When the estimated braking force is controlled to follow the target braking force, the motor current is inevitably zero when the direction of the driving torque of the electric motor 4 is reversed. As described above, the estimated braking force can be obtained without generating a sense of incongruity or deterioration in response by obtaining the estimated braking force by capturing the vicinity of the situation where the motor current is inevitably zero.
他の実施形態について説明する。
以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
Another embodiment will be described.
In the following description, the same reference numerals are assigned to the portions corresponding to the matters described in the preceding forms in each embodiment, and overlapping descriptions are omitted. When only a part of the configuration is described, the other parts of the configuration are the same as those described in advance unless otherwise specified. The same effect is obtained from the same configuration. Not only the combination of the parts specifically described in each embodiment, but also the embodiments can be partially combined as long as the combination does not hinder.
図８は、ブレーキ力推定器１９Ａについて、状態推定オブザーバによる構成例を示す。このブレーキ力推定器１９Ａでは、定められた運動方程式２９に基づく推定結果と、モータ角度の実測結果との差分に、所定のオブザーバゲイン３０を乗算して反力トルクτＦを補正して推定ブレーキ力Ｆを求めている。なおこの例では、モータ角度センサ２２および角速度演算部２６が、回転推定手段に相当する。
FIG. 8 shows a configuration example of the
この場合、図３のブレーキ力推定器１９と比較して、推定ブレーキ力の演算に微分演算を用いないことで、耐ノイズ性の向上および離散化の際の条件緩和が可能となる。その他、前述の実施形態と同様に、モータトルク特性変動の影響を受けずにブレーキ力を精度良く推定し得る。
In this case, as compared with the
センサは、モータ角度センサ２２の他、摩擦部材９の押圧力を直接測定する荷重センサや、電動モータ４の温度を検出する温度センサ等を設けても良い。前記荷重センサを設けた場合、荷重センサの正常時には、この荷重センサを用いて推定ブレーキ力を検出し得る。荷重センサの異常時には、本実施形態のブレーキ力推定器１９（１９Ａ）を含む制御装置２により推定ブレーキ力を求め得る。荷重センサが正常か異常かは、例えば、図６に示したモータ角度とブレーキ力との関係から閾値判断により判断し得る。
In addition to the
電動モータ４は、ブラシＤＣモータや誘導モータを用いても良い。
直動機構６は、ボールランプ等の機構を用いても良い。
減速機構５は、平行歯車や遊星歯車を用いても良い。
この電動ブレーキ装置ＤＢを搭載した車両は、駆動輪をモータで駆動する電気自動車であっても良いし、前後輪の一方をエンジンで駆動し、他方をモータで駆動するハイブリッド自動車あっても良い。また車両に、エンジンのみで駆動輪を駆動するエンジン車を適用しても良い。
The electric motor 4 may be a brush DC motor or an induction motor.
The
The
The vehicle equipped with this electric brake device DB may be an electric vehicle in which driving wheels are driven by a motor, or a hybrid vehicle in which one of front and rear wheels is driven by an engine and the other is driven by a motor. Further, an engine vehicle that drives a drive wheel only by an engine may be applied to the vehicle.
以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 As mentioned above, although the form for implementing this invention based on embodiment was demonstrated, embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
２…制御装置
４…電動モータ
６…直動機構（摩擦部材操作手段）
８…ブレーキロータ
９…摩擦部材
１９，１９Ａ…ブレーキ力推定器（ブレーキ力推定手段）
２０…電流遮断器（電流遮断機能部）
ＤＢ…電動ブレーキ装置
2 ... Control device 4 ...
8 ...
20 ... Current breaker (current breaker function part)
DB ... Electric brake device
Claims (5)
前記制御装置は、
前記ブレーキ力を制御するとき、前記電動モータのトルク発生に寄与する電流を一時的に零にする電流遮断機能部と、
この電流遮断機能部で前記電動モータの電流を一時的に零にしているとき、前記回転推定手段で推定された前記回転角度，角速度，および角加速度の少なくともいずれか一つと前記ブレーキ力との定められた関係に基づいて、前記ブレーキ力の推定値である推定ブレーキ力を求めるブレーキ力推定手段と、
を有することを特徴とする電動ブレーキ装置。 Brake rotor, friction member to be brought into contact with the brake rotor, friction member operating means for bringing the friction member into contact with the brake rotor, an electric motor for driving the friction member operating means, a rotation angle and an angular velocity of the electric motor , And rotation estimation means for estimating at least one of angular acceleration, and an electric brake device comprising a control device for controlling a brake force by the electric motor,
The controller is
When controlling the braking force, a current interrupt function unit that temporarily zeroes the current contributing to torque generation of the electric motor;
When the electric current of the electric motor is temporarily made zero by the current interrupt function unit, at least one of the rotation angle, the angular velocity, and the angular acceleration estimated by the rotation estimation unit and the braking force are determined. A braking force estimation means for obtaining an estimated braking force that is an estimated value of the braking force based on the given relationship;
An electric brake device comprising:
5. The electric brake device according to claim 1, wherein the electric motor is a brushless DC motor driven by control of a d-axis current and a q-axis current, and the control device An electric brake device that applies a current that does not contribute to the torque generation of the electric motor and weakens the field magnetic flux when the current that contributes to the torque generation of the electric motor is temporarily reduced to zero by the cutoff function unit.
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