CN101365893B

CN101365893B - 电动制动装置

Info

Publication number: CN101365893B
Application number: CN2006800525249A
Authority: CN
Inventors: 横山笃; 川原义成; 仓垣智
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2006-02-08
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2026-02-08
Also published as: EP1985884A1; JPWO2007091337A1; JP5022915B2; US20090218179A1; EP1985884B1; EP1985884A4; WO2007091337A1; US8430213B2; CN101365893A

Abstract

一种电动制动装置，具有：盘形转子，其与车轮一起旋转；致动器，其使用电动马达使活塞在所述盘形转子的轴线方向直线运动；驱动控制装置，其驱动控制所述致动器；制动衬垫，其被所述活塞所按压，对所述盘形转子提供旋转方向的摩擦阻力；制动开始位置检测机构，其检测在所述盘形转子与所述制动衬垫接触时的、作为所述活塞的位置的制动开始位置，所述驱动控制装置，将由所述制动开始位置检测机构所检测的制动开始位置作为最大制动开始位置进行存储，在所述制动开始位置向按压增加方向变化时，更新所述最大制动开始位置的存储值。从而提供可以高精度地推定制动衬垫的温度、确保足够的制动力和响应性的电动制动装置。

Description

电动制动装置

技术领域

本发明涉及汽车的制动装置，特别是涉及使用电动马达(motor)产生制动力的电动制动装置。

背景技术

以往，开发了一种电动制动装置，其按照制动踏板的踏入量驱动电动马达旋转，使用该电动马达的旋转力矩产生制动力。例如，特开2001-32868号中所提出的电动制动装置，其具备具有电动马达的致动器(actuator)，按照制动踏板的踏入量，将制动衬垫(pad)按压在盘形转子(disc rotor)上，对车轮提供制动力。

上述以往例子中的电动制动装置，以制动结束时由推力传感器所检测出的推力被解除时的制动衬垫位置为制动开始位置，在制动解除时，控制制动转子与制动衬垫之间的间隙(以下，称为衬垫间隙)，以使制动衬垫距离该制动开始位置为规定大小，在产生制动力时，按照推力传感器的检测推力控制活塞推力。

在制动解除时，为了避免随着盘形转子的热变形所产生的盘形转子与制动衬垫之间的接触(制动器的拖拽)，根据由传感器检测出盘形转子温度或制动衬垫的温度(以下称为衬垫温度)，或根据以车速、外部气体温度、制动状态为基础所计算出的盘形转子的热能的累计值来推定盘形转子的温度，按照盘形转子的热变形量使制动衬垫与盘形转子分离。

如上述以往的例子，在电动制动装置中，衬垫间隙或推力随着刹车盘(brake disc)和制动衬垫温度的变化而变化。如果处于制动解除过程中，由于随着制动衬垫的冷却所产生的热收缩扩大了衬垫间隙，增加了到制动开始为止的无用时间。另外，在制动过程中，如果制动衬垫的温度上升，制动衬垫的硬度(刚性)降低，则由于增加了用于产生规定的制动力的马达旋转量，所以制动力产生的响应性恶化。另外，如果制动衬垫的温度变化，则制动衬垫和盘形转子之间的摩擦系数变化，因此即使以相同的推力按压制动衬垫有时车辆的减速度也不同。另外，在停车制动过程中如果制动衬垫温度降低，热收缩，则有可能减少推力，因此为了补偿该推力，需要预先设置以较大的制动力进行制动的停车制动器。促进了消耗电力的增加和机构部件的消耗。针对随着这些制动衬垫的温度变化所引起的衬垫间隙和推力的变化，为了确保足够的制动力和响应性，需要正确地把握制动衬垫的温度，按照温度变化和热膨胀调整制动力控制。

但是，在由上述以往技术的温度传感器所进行的温度检测中，导致构造的复杂化和致动器的大型化。进而在作为消耗部件的盘形转子和制动衬垫中安装温度传感器时，存在不仅增加制造成本而且增加维修成本的问题。

另一方面，根据在上述以往技术的热能收支而进行的温度推定方法中，热能的收支不仅受到外部气体的温度或行驶风的影响，而且还受到自然风和路面温度等影响，因此难以正确推定衬垫温度。特别是在电动制动装置的电源切断后被长时间放置的情况下，扩大了推定误差，更加难以准确把握热能的收支。因此，根据热能收支而进行的温度推定方法，难以高精度地推定在所有环境下的衬垫温度。

发明内容

因此，本发明是着眼于上述问题而提出的，其目的在于，提供一种不使用温度传感器而高精度地推定制动衬垫的温度，即使在制动衬垫的温度变化的状况下，也能够确保足够的制动力和响应性。

上述目的通过以下方案而实现。驱动控制装置将由制动开始位置检测机构所检测的制动开始位置作为最大制动开始位置存储，在制动开始位置沿按压增加方向变化时，或由衬垫更换检测机构检测到制动衬垫被更换时，更新最大制动开始位置的值。由此，通过比较最大制动开始位置与高温时的制动开始位置或衬垫更换后的制动开始位置可以推定制动衬垫的热膨胀量和磨损量，提供一种即使在制动衬垫的温度变化的状况下，也能够确保足够的制动力和响应性的电动制动装置。

此时，驱动控制装置，将由制动开始位置检测机构所检测到的制动开始位置作为当前制动开始位置，以比最大制动开始位置短的期间进行更新，基于最大制动开始位置和当前制动开始位置之差，计算制动衬垫的热膨胀量即可。由此，在每次检测制动开始位置时可以高精度地检测制动衬垫的热膨胀量，如果实施与热膨胀量对应的制动力控制，则即使在制动衬垫的温度变化的状况下，也能够提供一种可确保足够制动力和响应性的电动制动装置。

另外，驱动控制装置，将制动衬垫的磨耗初期或制动衬垫的更换时的制动开始位置作为初始制动开始位置进行存储，基于最大制动开始位置和初始制动开始位置之差，计算制动衬垫的磨耗量即可。由此可以在每次更新最大制动开始位置时可以检测制动衬垫的磨耗量，即使在制动衬垫的磨耗量变化的状况下如果实施与磨耗量对应的制动力控制，则可以提供一种能确保足够的制动力和响应性的电动制动装置。

另外，驱动控制装置，基于最大制动开始位置和当前制动开始位置之差、或最大制动开始位置和初始制动开始位置之差，变化活塞的推力或活塞位置即可。由此，即使在由制动衬垫的温度和磨耗量的变化而使活塞推力或制动衬垫摩擦系数变化的状况下，也可以提供一种可确保足够的制动力和响应性的电动制动装置。

另外，驱动控制装置，基于制动衬垫的热膨胀量或磨耗量变化停车制动结构的保持动作开始时的推力即可。由此，在停车制动器设定之后，即使在制动衬垫的温度或磨耗量变化的状况下，也可以提供一种可确保必要的且足够的停车制动的制动力的电动制动装置。

另外，驱动控制装置，基于最大制动开始位置改变停车制动机构的保持动作开始时的活塞位置即可。由此，即使在停车制动器设定后制动衬垫的温度或磨耗量变化的状况下，也可以提供一种可确保必需的且足够的停车制动的制动力的电动制动装置。

附图说明

图1是表示本发明的流程图的图。

图2是表示本发明的实施方式的图。

图3是表示本发明的制动开始位置的图。

图4是表示本发明的制动开始位置的图。

图5是表示本发明的停车制动状态的图。

图6是表示本发明的状态推定的图。

图7是表示本发明的推定控制中的校正动作的图。

具体实施方式

图1表示本发明的制动装置的实施方式。

制动装置由制动踏板1、用于检测制动踏板的踏入量的踏板传感器2、运转状态检测装置3、计算制动力的车辆运转控制装置4、电力供给源5、作为电动的制动力发生机构的致动器6、在驱动致动器6的同时进行信号的发送接收的驱动控制装置7、制动钳(caliper)8构成。

致动器6，由壳体9、马达11、作为将马达11固定到壳体9的固定部的定子12、作为马达11的旋转部的马达转子13、将马达转子13的旋转变换为直线运动的螺丝部14、支撑马达转子13的轴承15、根据马达转子13的旋转动力得到推力的活塞16、通过将螺线管的柱塞(plunger)插入马达转子13的槽中而在机械上固定马达转子13和活塞16的位置的停车制动机构20、接受活塞16的推力并夹着盘形转子22的两个制动衬垫21构成。

致动器6和制动衬垫21固定在浮动式的制动钳8上。制动钳8，相对于与悬架或转向的动作联动的车轴固定部，在马达11的轴方向(画面的左右方向)上可滑动地被支撑。在两个制动衬垫21之间，配置与轮胎一起转动的盘形转子22。通过活塞16的推力在制动衬垫21和盘形转子22中产生摩擦力，通过轮胎传递到路面，成为各个车轮的制动力。

在致动器6中，设置用于检测马达11的旋转角的旋转角度传感器31和用于检测活塞16的推力，按照制动力的变化而改变信号值的推力传感器32。旋转角度传感器31，例如为霍尔元件、编码器、分解器(resolver)等。推力传感器32，例如为应变仪(strain gauge)等负载单元。从这些传感器所输出的模拟信号通过将各个传感器和驱动控制装置7连接的信号线41而被发送到驱动控制装置7。

电力供给源5和驱动控制装置7用电力线42连接，供给用于对驱动控制装置7和马达11进行驱动的电力。车辆运动控制装置4和驱动控制装置7用信号线41连接。由信号线41将车辆控制装置4的信号输送到驱动控制装置7的同时，还将设置在驱动控制装置中的多个传感器的信息输送到车辆运动控制装置4。

以下，对具有上述构成的制动装置的动作进行说明。

踏板传感器2输出与制动踏板1的踏入量对应的电信号。运转状态检测装置3检测例如车辆的速度、车辆的加速度、车辆的旋转角速度、驾驶者的油门踏板的踏入量、发动机的节气门(throttle)开度、转向装置的舵角、与前方行驶车辆之间的车间距离或相对速度、有无障碍物、道路倾斜度等，将与各个运转状态对应的电信号发送到车辆运动控制装置4。从驱动控制装置7将马达旋转角度、活塞推力等致动器信息发送到车辆运动控制装置4。

车辆运动控制装置4，基于来自踏板传感器2、运转状态检测装置3、驱动控制装置7的信号计算各个车辆的制动力要求值，并变换为目标活塞推力。车辆运动控制装置4，将与该目标活塞推力的大小对应的信号输送到驱动控制装置7。在车辆运转控制装置4要求制动力的情况下，驱动控制装置7控制马达11，以使推力传感器32的传感器信号值为目标活塞推力。在将活塞16向衬垫侧(图2的右方向)前进的方向(正转方向)使马达转子13旋转时，推力增加。另外，将活塞16向后退方向(逆转方向)使马达转子13旋转时，减少推力。在制动衬垫21和盘形转子22之间产生空气间隙(clearance)时，活塞推力为零，解除制动力。

在从车辆运动控制装置4发出停车制动要求信号的情况下，在推力传感器32的传感器信号值达到规定的活塞推力值之前，由驱动控制装置7控制马达11，在达到规定的活塞推力之后，由停车制动机构20在机械上锁止马达转子13的旋转。由停车制动机构20保持制动力之后，即使切断对马达11的通电也可以保持制动力。

在制动力要求的值为零的情况下，即没有活塞推力发生要求的制动力解除时，驱动控制装置7控制马达11，以使活塞推力为零。为了防止制动衬垫21和盘形转子22接触，产生衬垫拖拽，在制动衬垫21和盘形转子22之间设置规定量的间隙。在衬垫间隙的位置控制中，以制动衬垫21和盘形转子22接触的位置即制动开始位置为基准控制马达11，以使盘形转子22分离规定量。

如图3所示，制动开始位置X0，是在从制动力发生时、或解除时，作为从活塞推力F为规定的阈值Fth的活塞位置中减去规定量ΔXα后的位置而求得的。制动开始位置X0也可以使用每次检测动作的检测值，也可为基于过去多次的检测值的平均值等多个检测值计算出的值。

如图4所示，驱动控制装置7存储检测时期不同的三种制动开始位置(当前制动开始位置X0crnt、初始制动开始位置X0init、最大制动开始位置X0max)，根据这些制动开始位置，求得制动衬垫21的磨耗量ΔXwear(以下，简单地称为磨耗量)、热膨胀量ΔXthrm(以下，简单地称为热膨胀量)。

当前制动开始位置，在每次由检测动作求得制动开始位置时被更新。即，当前制动开始位置，以最短的周期被更新，表示距当前最近的时期检测出的制动开始位置。

最大制动开始位置，仅在重新检测出的制动开始位置比此时已存储的最大制动开始位置大(磨耗进展方向为正)时，或制动衬垫21被更换时被更新。即最大制动开始位置，表示特定的制动衬垫21的磨耗进行过程中检测位置最大时的制动开始位置。另外制动衬垫21温度越低越收缩，厚度变薄，增加了制动开始位置。外部气体温度(大致在-40℃～+40℃)与制动后的衬垫温度(+100℃以上)相比温度低。如果是在车辆起动时等衬垫温度与外部气体温度几乎相等的状态下，检测制动开始位置，则最大制动开始位置反映制动衬垫21的磨耗的进行，且检测低温时的制动开始位置。

初始制动开始位置中存储了安装了制动衬垫21之后的制动开始位置。例如，产品的生产时，或在制动衬垫更换的更换动作时更新存储值。此时，由于衬垫温度与外部气体温度几乎相等，所以初始制动开始位置在制动衬垫21的磨耗进行的初始状态下，为温度与外部气体温度几乎相等时的制动开始位置。

驱动控制装置7，根据检测时期的不同的三种制动开始位置推定制动衬垫21的磨耗量和热膨胀量。磨耗量根据初始制动开始位置和最大制动开始位置之差求得。初始制动开始位置和最大制动开始位置均为外部气体温度时的制动开始位置，检测时的衬垫温度之差对衬垫厚度差的影响很小。因此，初始制动开始位置和最大制动开始位置之差与制动衬垫21的磨耗量相等。热膨胀量根据当前制动开始位置和最大制动开始位置之差求得。与最大制动开始位置相比，制动控制后的当前制动开始位置有时衬垫温度上升，厚度增加。衬垫磨耗进展速度与热膨胀量的变化相比格外地慢，因此当前制动开始位置和最大制动开始位置之差由制动衬垫21的热膨胀而生成。

最大制动开始位置的更新时的外部气体温度与制动时的外部气体温度相差比较大时，根据最大制动开始位置和当前制动开始位置之差推定的衬垫的热膨胀量不正正确地表示以制动时的外部气体温度为基准的热膨胀量。此时，如果判断最大制动开始位置在何种外部气体温度下进行更新，则通过按照更新时的外部气体温度校正最大制动开始位置和当前制动开始位置之差，可以更准确地推定以制动时的外部气体温度为基准的热膨胀量。例如，在最大制动开始位置的更新时，更新后的值与更新前的值相比，在大于规定值以上的情况下，推定为在与上一次的更新相比更低的外部气体温度下被更新。另外，在当前制动开始位置的更新时，最大制动开始位置和当前制动开始位置之差为规定值以上的状态持续规定次数以上的情况下，推定为最大制动开始位置在低外部气体温度下被更新。另外，更新时的外部气体温度也可以由外部气体温度传感器直接检测。这样，如果能判断最大制动开始位置在何种外部气体温度下被更新，则按照更新时的外部气体温度补偿最大制动开始位置和当前制动开始位置之差，可以更准确地求得以制动时的外部气体温度为基准的衬垫的热膨胀量。

这样，不是根据热能收支来进行推定，而是根据在不同时刻检测的制动开始位置的比较来求得制动衬垫21的热膨胀量，由此不受外界的状态或电源切断后的放置时间的影响，可以高精度地求得衬垫的热膨胀量。

以下，参照图1所示的流程图，对推定热膨胀量和磨耗量的方法进行说明。在S1中判断作为制动开始位置的检测基准值的阈值Fth是否大于活塞推力。自当前时刻t的推力传感器值F[t]和之前的计算步骤的推力传感器值[t-1]中分别减去阈值Fth后并使其相乘，如果小于零则判断为大于阈值。如果大于阈值则进入S2，如果不是则暂时结束该处理，在下一次的计算步骤中再进行同样的处理。在S2中，计算暂时的制动开始位置X0tmp。求得当前时刻t的活塞位置X[t]和之前的计算步骤的活塞位置X[t-1]的平均值，作为减去规定变位ΔXα后的暂定的制动开始位置X0tmp。在S3中，将暂定的制动开始位置X0tmp更新为当前制动开始位置X0crnt。在S4中，判断暂定的制动开始位置X0tmp是否比最大制动开始位置X0max大，或是否是衬垫安装之后。如果为是则进入S5，如果为否则进入S9。在S5中，将暂定的制动开始位置X0tmp更新为最大制动开始位置X0max。在S6中，判断为是否是衬垫安装之后。如果为是则进入S7，如果为否则进行下一S8。在S7中，将暂定的制动开始位置X0tmp更新为初始制动开始位置X0init。在S8中，求得初始制动开始位置X0init和最大制动开始位置X0max之差作为磨耗量ΔXwear，进入S9。在S9中，求得当前制动开始位置X0crnt和最大制动开始位置X0max之差作为热膨胀量ΔXthrm，进入下一计算步骤。

如果能推定热膨胀量，则可以实现假想为由于热收缩引起制动力减少的停车制动动作。在热膨胀量大时，通过设定在比必要的保持制动力大的活塞推力，可以确保对于热收缩后的制动力的减少所需要的制动力。例如，如图5所示，当前制动开始位置与最大制动开始位置不同，认为是制动衬垫21热膨胀的情况下，在点(a)保持制动力时，在衬垫温度降低后，保持制动力下降到点(b)，不能确保必要的制动力。但是可以基于当前制动开始位置和最大制动开始位置之差推定热膨胀量。预测制动衬垫21的热收缩，如果在点(c)保持制动力，则热收缩后由于变化为点(d)，所以可以确保必要保持制动力以上的制动力。进而，在热膨胀量小时，可以设定在如点(d)所示弱的活塞推力，由此不必以需要以上的制动力设置停车制动，降低消耗电力，减少对机构的负担。作为停车制动动作的控制对象认为是保持制动力，但是也可以是所保持的活塞位置作为控制对象。此时，与热膨胀或热收缩无关，通过以最大制动开始位置为基准设置活塞位置，可以确保点(d)的保持制动力。

驱动控制装置7，根据制动衬垫21的热膨胀量和磨耗量来推定制动衬垫21的温度、摩擦系数、刚性特性(对活塞变位的活塞推力的特性)。驱动控制装置7，预先存储热膨胀量、磨耗量、衬垫温度的关系，根据热膨胀量、磨耗量推定衬垫温度。例如，根据理论上或实验的方法存储第6图-(A)所示的特性，由此可以推定衬垫温度。如果衬垫磨耗进展则由于衬垫厚度减少，所以对于某个温度变化的热膨胀量将变得比较小。另外，制动衬垫21的摩擦系数主要根据衬垫温度而变化，但是如第6图-(B)所示，通过预先存储温度和摩擦系数的关系可以推定制动衬垫21的摩擦系数。制动衬垫21的摩擦系数根据材料而变化复杂，因此要通过实验求得特性变化。另外，制动衬垫21的刚性特性主要根据衬垫温度和磨耗量而变化，所以如第6图-(C)所示，通过预先存储衬垫温度、磨耗量和刚性特性的关系，可以推定制动衬垫21的刚性特性，图中的(a)和(b)为磨耗量小时的刚性特性，(a)为低温时的刚性特性，(b)为高温时的刚性特性。高温时制动衬垫21变得柔软，缓和活塞推力对活塞位置的增加。图中的(c)和(d)是磨耗量大时的刚性特性，(c)是低温时的刚性特性，(d)是高温时的刚性特性。磨耗量大时由于变形的制动衬垫的量也变小，所以活塞推力对于活塞位置的增加变得急剧，刚性特性对于温度变化的变化变小。这样，作为温度和磨耗量的函数通过预先存储制动衬垫21的刚性特性可以推定刚性特性。

如果能够推定制动衬垫21的温度，则可以实现与衬垫的摩擦系数变化对应的推力控制。以衬垫温度所引起的摩擦系数的变化不影响车辆的减速度的方式，预先设定活塞推力对于目标值的校正增益。在摩擦系数小的衬垫温度时，将活塞推力设定得大，在摩擦系数大的衬垫温度时，将活塞推力设定得小，由此可以抑制由于衬垫温度变化所引起的车辆的减速度变动。如第7图-(A)所示，在活塞推力控制的控制目标中乘以摩擦系数对于温度具有相反的大小关系的校正系数，进行活塞推力的校正。在第7图-(B)中，表示制动控制开始时检测到衬垫温度低时的时间响应。本例，在活塞到达制动开始位置之前，衬垫温度的推定值为T1，但是在时刻t1假想为衬垫温度低于T2的状况。在制动解除时确保衬垫间隙，在时刻t1开始制动控制。在时刻t2更新制动开始位置时，衬垫温度的推定值更新为比T1低的T2。如果衬垫温度的推定值为保持T1不变，为图中(a)那样的时间响应性，但是由于衬垫温度的推定值更新为T2，所以变换为图中的(b)那样的时间响应性。在为温度T2时，由于制动衬垫21的摩擦系数低，所以为比温度T1的校正增益G1大的校正增益G2。因此，活塞推力的上升斜率增大，收敛值也变为比温度T1时的F1大的F2。

另外，如果能够推定衬垫的热膨胀量和衬垫温度，则可以推定衬垫的刚性，可以不用推力传感器可以实现活塞推力控制。如第6图-(C)所示，制动衬垫21如果温度高则刚性降低，如果温度低则刚性提高。如果预先存储如第6图-(C)所示的、活塞推力对于活塞位置的变化，则可以求得与活塞推力的要求值对应的活塞位置，不使用推力传感器对活塞的变位进行反馈控制，由此可以实现活塞推力控制。

Claims

1.一种电动制动装置，具有：盘形转子，其与车轮一起旋转；致动器，其使用电动马达使活塞在所述盘形转子的轴线方向直线运动；驱动控制装置，其驱动控制所述致动器；制动衬垫，其被所述活塞所按压，并对所述盘形转子提供旋转方向的摩擦阻力；和制动开始位置检测机构，其在所述盘形转子与所述制动衬垫相接触时，检测所述活塞的位置即制动开始位置，其特征在于，

所述驱动控制装置，将由所述制动开始位置检测机构所检测出的制动开始位置作为最大制动开始位置进行存储，在所述制动开始位置向按压增加方向变化时，更新所述最大制动开始位置的存储值，

所述驱动控制装置，将由所述制动开始位置检测机构所检测出的制动开始位置作为当前制动开始位置，在比所述最大制动开始位置短的期间进行更新，基于所述最大制动开始位置和所述当前制动开始位置之差，计算所述制动衬垫的热膨胀量。

2.根据权利要求1所述的电动制动装置，其特征在于，

所述驱动控制装置，将所述制动衬垫安装时的制动开始位置作为初始制动开始位置进行存储，基于所述最大制动开始位置和所述初始制动开始位置之差，计算所述制动衬垫的磨耗量。

3.根据权利要求1所述的电动制动装置，其特征在于，

所述驱动控制装置，基于所述最大制动开始位置和所述当前制动开始位置之差、或所述最大制动开始位置与所述初始制动开始位置之差，改变所述活塞的推力或活塞位置。

4.根据权利要求1所述的电动制动装置，其特征在于，

所述致动器具备在机械上保持所述活塞的位置的停车制动机构，所述驱动控制装置，基于所述制动衬垫的热膨胀量来改变所述停车制动机构保持所述活塞的位置时的所述活塞的推力。

5.根据权利要求1所述的电动制动装置，其特征在于，

所述致动器具备在机械上保持所述活塞的位置的停车制动机构，所述驱动控制装置，基于所述最大制动开始位置改变停车制动机构保持所述活塞的位置时的所述活塞的位置。