JP2007245823A

JP2007245823A - Ｂｂｗ式ブレーキ装置

Info

Publication number: JP2007245823A
Application number: JP2006069560A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Matsushita; 悟史松下; Kunimichi Hatano; 邦道波多野
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-03-14
Filing date: 2006-03-14
Publication date: 2007-09-27
Also published as: DE102007010893A1; US20070216218A1

Abstract

【課題】ＢＢＷ式ブレーキ装置のアクチュエータの電動モータの体格を大型化することなく、必要時にその回転数を高めて作動応答性を向上させる。
【解決手段】電気信号に基づいて電動モータ２２を駆動源とするモータシリンダ１９Ｆ，１９Ｒを作動させて車輪を制動するＢＢＷ式ブレーキ装置において、モータシリンダ１９Ｆ，１９Ｒの作動初期に電動モータ２２を弱め界磁制御して回転数を高めるので、モータシリンダ１９Ｆ，１９Ｒを作動させる電気信号が出力されてから実際に制動力が発生するまでのタイムラグを減少させて作動応答性を高めることができる。そして実際に制動力が発生した後には、弱め界磁制御を解除して充分なトルクで必要な制動力を確保することができるので、特別に体格の大きい電動モータ２２を用いる必要がなくなり、電動モータ２２の小型化と作動応答性の向上とを両立させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、運転者によるブレーキ操作子の操作量に応じた電気信号を出力し、前記電気信号に基づいて電動モータを駆動源とするアクチュエータを作動させて車輪を制動するＢＢＷ式ブレーキ装置に関する。

ブレーキ液圧を発生する動力液圧源（モータシリンダ）が作動可能な正常時には、運転者がブレーキペダルを踏むことでブレーキ液圧を発生するマスタシリンダと車輪を制動する液圧ブレーキ（ホイールシリンダ）との連通をマスタシリンダカット弁（踏力遮断弁）で遮断した状態で、動力液圧源が発生するブレーキ液圧で液圧ブレーキを作動させ、また動力液圧源が作動不能になる異常時には、マスタシリンダカット弁を開弁してマスタシリンダが発生するブレーキ液圧で液圧ブレーキを作動させ、かつ前記正常時にマスタシリンダが発生するブレーキ液圧をストロークシミュレータで吸収してブレーキペダルのストロークを可能にする、いわゆるＢＢＷ（ブレーキ・バイ・ワイヤ）式ブレーキ装置が、下記特許文献１により公知である。
特開２０００−１２７８０５号公報

ところで、かかるＢＢＷ式ブレーキ装置のモータシリンダの駆動源として用いられる電動モータの単体特性は設計時に決定され、定格回転数を高く設定すると定格トルクが低くなり、定格トルクを高く設定すると定格回転数が低くなることが知られている。

モータシリンダ用の電動モータの特性を決定する場合に、その定格トルクを高く設定すると所定の制動力を発生させるための減速機の減速比を小さくできるので、必要なモータ電流を小さくして発熱を抑えることが可能となるが、巻線の巻き数を多くする必要があるので電動モータの体格が大型化する問題がある。また回転数が低くなるためにモータシリンダの作動応答性が低下するという問題も発生する。

一方、電動モータの定格トルクを低く設定すると、巻線の巻き数を少なくできるので電動モータの体格を小型化することができ、また回転数が高くなるためにモータシリンダの作動応答性を向上させることができるが、大きなトルクを発生させようとすると大きなモータ電流が必要になって発熱が増加する問題がある。そこでモータ電流を小さくするために減速機の減速比を大きくすることが考えられるが、そのようにするとモータシリンダの体格が大きくなって車両への搭載性が低下する問題が発生する。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ＢＢＷ式ブレーキ装置のアクチュエータの電動モータの体格を大型化することなく、必要時にその回転数を高めて作動応答性を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、運転者によるブレーキ操作子の操作量に応じた電気信号を出力し、前記電気信号に基づいて電動モータを駆動源とするアクチュエータを作動させて車輪を制動するＢＢＷ式ブレーキ装置において、前記アクチュエータの作動初期に前記電動モータを弱め界磁制御することを特徴とするＢＢＷ式ブレーキ装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記作動初期は、前記電動モータが作動を開始してからディスクブレーキ装置のブレーキパッドがブレーキディスクに接触するまでの間であることを特徴とするＢＢＷ式ブレーキ装置が提案される。

尚、実施の形態のブレーキペダル１１は本発明のブレーキ操作子に対応し、実施の形態のモータシリンダ１９Ｆ，１９Ｒは本発明のアクチュエータに対応する。

請求項１の構成によれば、電気信号に基づいて電動モータを駆動源とするアクチュエータを作動させて車輪を制動するＢＢＷ式ブレーキ装置において、アクチュエータの作動初期に電動モータを弱め界磁制御して回転数を高めるので、アクチュエータを作動させる電気信号が出力されてから実際に制動力が発生するまでのタイムラグを減少させて作動応答性を高めることができる。そしてアクチュエータの作動により実際に制動力が発生した後には、弱め界磁制御を解除して充分なトルクで必要な制動力を確保することができるので、特別に体格の大きい電動モータを用いる必要がなくなり、電動モータの小型化と作動応答性の向上とを両立させることができる。

また請求項２の構成によれば、アクチュエータの電動モータが作動を開始してからディスクブレーキ装置のブレーキパッドがブレーキディスクに接触するまでの間に該電動モータを弱め界磁制御するので、ブレーキパッドおよびブレーキディスク間のパッドクリアランスが消滅するまでの間だけ電動モータの回転数を高めて作動応答性を向上させ、前記パッドクリアランスが消滅した後は弱め界磁制御を解除して充分なトルクで必要な制動力を確保することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１〜図６は本発明の実施の形態を示すもので、図１はＢＢＷ式ブレーキ装置の正常時の液圧系統図、図２は図１に対応する異常時の液圧系統図、図３はディスクブレーキ装置の構造を示す図、図４は電動モータの制御系のブロック図、図５はホイールシリンダのピストンストロークに対するピストン反力の関係を示すグラフ、図６はモータシリンダのピストンストロークからｄ軸電流指令値を検索するマップを示す図である。

図１に示すように、タンデム型のマスタシリンダ１０は、運転者がブレーキペダル１１を踏む踏力に応じたブレーキ液圧を出力する第１、第２出力ポート１２ａ，１２ｂを備えており、第１出力ポート１２ａは例えば左前輪および右後輪のディスクブレーキ装置１３，１４に接続されるとともに、第２出力ポート１２ｂは例えば右前輪および左後輪のディスクブレーキ装置に接続される。図１には、第１出力ポート１２ａに連なる一方のブレーキ系統だけが図示されており、第２出力ポート１２ｂに連なる他方のブレーキ系統は図示されていないが、一方および他方のブレーキ系統の構造は実質的に同一である。以下、第１出力ポート１２ａに連なる一方のブレーキ系統について説明する。

マスタシリンダ１０の第１出力ポート１２ａと前輪のディスクブレーキ装置１３のホイールシリンダ１５とが液路１７ａ〜１７ｆで接続されるとともに、液路１７ｃ，１７ｄ間から分岐する液路１７ｇ〜１７ｊが後輪のディスクブレーキ装置１４のホイールシリンダ１６に接続される。

液路１７ｂ，１７ｃ間に常開型電磁弁である踏力遮断弁１８が配置され、液路１７ｄ，１７ｅ間に前輪のモータシリンダ１９Ｆが配置される。モータシリンダ１９Ｆは、液路１７ｄ，１７ｅ間に配置されたシリンダ２０を備えており、そのシリンダ２０に摺動自在に嵌合するピストン２１は電動モータ２２により減速機構２３を介して駆動されるもので、ピストン２１の前面に形成された液室２４にブレーキ液圧を発生させることができる。

同様に、液路１７ｈ，１７ｉ間に後輪のモータシリンダ１９Ｒが配置される。モータシリンダ１９Ｒは、液路１７ｈ，１７ｉ間に配置されたシリンダ２０を備えており、そのシリンダ２０に摺動自在に嵌合するピストン２１は電動モータ２２により減速機構２３を介して駆動されるもので、ピストン２１の前面に形成された液室２４にブレーキ液圧を発生させることができる。

液路１７ａ，１７ｂ間から分岐する液路１７ｋ〜１７ｎの下流端に接続されたストロークシミュレータ２５は、シリンダ２６にスプリング２７で付勢されたピストン２８を摺動自在に嵌合させたもので、ピストン２８の反スプリング２７側に形成された液室２９が液路１７ｎに連通する。液路１７ｍ，１７ｎ間には、常閉型電磁弁である反力許可弁３０が配置される。また液路１７ｇ，１７ｈ間から分岐する液路１７ｏ，１７ｐがマスタシリンダ１０のリザーバ３１に連通しており、その液路１７ｏ，１７ｐ間に常閉型電磁弁である大気弁３２が配置される。

踏力遮断弁１８、反力許可弁３０、大気弁３２およびモータシリンダ１９Ｆ，１９Ｒの電動モータ２２，２２の作動を制御する不図示の電子制御ユニットには、マスタシリンダ１０が発生するブレーキ液圧を検出する液圧センサＳａと、前輪のディスクブレーキ装置１３に伝達されるブレーキ液圧を検出する液圧センサＳｂと、後輪のディスクブレーキ装置１４に伝達されるブレーキ液圧を検出する液圧センサＳｃとが接続される。

図３に示すように、前輪のディスクブレーキ装置１３および後輪のディスクブレーキ装置１４のホイールシリンダ１５，１６は、車体に左右移動自在にフローティング支持されたブレーキキャリパ３３と、車輪と共に回転するブレーキディスク３４を挟むようにブレーキキャリパ３３に相互に接近・離間可能に支持された一対のブレーキパッド３５，３５と、ブレーキキャリパ３３に形成されたシリンダ孔３６に摺動自在に嵌合するピストン３７と、ピストン３７の背部に形成された液室３８とを備えており、ホイールシリンダ１５，１６の不作動時にはブレーキディスク３４およびブレーキパッド３５，３５間にパッドクリアランスαが存在する。

図４に示すように、永久磁石同期モータ（ブラシレスＤＣモータやＡＣサーボモータ）よりなる電動モータ２２の作動を制御する電子制御ユニットの電動モータ制御部は、電流指令値演算部４１と、レゾルバ４２と、回転角度演算部４３と、微分器４４と、ｕ相電流センサ４５と、ｗ相電流センサ４６と、Ａ／Ｄ変換器４７と、３相／２相変換器４８と、電流制御器４９と、２相／３相変換器５０と、ＰＷＭ制御部５１と、インバータ５２とを備える。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

図１に示す正常時には、電子制御ユニットからの指令で踏力遮断弁１８、反力許可弁３０および大気弁３２のソレノイドが励磁され、踏力遮断弁１８が閉弁してマスタシリンダ１０およびディスクブレーキ装置１３，１４間の連通を遮断し、反力許可弁３０が開弁してマスタシリンダ１０およびストロークシミュレータ２５間を連通させ、かつ大気弁３２が開弁する。この状態で運転者がブレーキペダル１１を踏み込んでマスタシリンダ１０がブレーキ液圧を発生すると、踏力遮断弁１８で閉塞された液路１７ｋのブレーキ液圧を液圧センサＳａが検出する。電子制御ユニットは、液圧センサＳａが検出したブレーキ液圧に応じた液圧を液路１７ｆ，１７ｊに発生させるべく、前輪および後輪のモータシリンダ１９Ｆ，１９Ｒを作動させる。

その結果、前輪のモータシリンダ１９Ｆの電動モータ２２の駆動力が減速機構２３を介してピストン２１に伝達され、シリンダ２０の液室２４に発生したブレーキ液圧が液路１７ｅ，１７ｆを介してディスクブレーキ装置１３のホイールシリンダ１５に伝達されて前輪が制動される。このとき、液路１７ｆのブレーキ液圧を液圧センサＳｂで検出し、そのブレーキ液圧が液路１７ｋの液圧センサＳａで検出したブレーキ液圧に応じた値になるように電動モータ２２の作動がフィードバック制御される。

同様に、後輪のモータシリンダ１９Ｒの電動モータ２２の駆動力が減速機構２３を介してピストン２１に伝達され、シリンダ２０の液室２４に発生したブレーキ液圧が液路１７ｉ，１７ｊを介してディスクブレーキ装置１４のホイールシリンダ１６に伝達されて後輪が制動される。このとき、液路１７ｊのブレーキ液圧を液圧センサＳｃで検出し、そのブレーキ液圧が液路１７ｋの液圧センサＳａで検出したブレーキ液圧に応じた値になるように電動モータ２２の作動がフィードバック制御される。

尚、シリンダ２０内のピストン２１が電動モータ２２によって僅かに前進すると、液室２４と液路１７ｄ（あるいは液路１７ｈ）との連通が絶たれるため、シリンダ２０が発生したブレーキ液圧が液路１７ｏ，１７ｐ間に設けた大気弁３２を介してリザーバ３１に逃げる虞はない。

ところで、上述した正常時には、電源の失陥のような異常状態が発生しない限り踏力遮断弁１８は閉弁状態に保持されるため、従来はディスクブレーキ装置１３，１４のブレーキパッドが摩耗してシリンダ２０，２０およびディスクブレーキ装置１３，１４間の液路１７ｅ，１７ｆあるいは液路１７ｉ，１７ｊの容積が増加しても、その分のブレーキ液をリザーバ３１から補給することができず、しかもホイールシリンダ１５，１６の引きずりを低減することができないという問題が発生する可能性がある。

しかしながら、シリンダ２０，２０内でピストン２１，２１が後退すると、液室２４，２４が開弁した大気弁３２を介してリザーバ３１に連通するため、ディスクブレーキ装置１３，１４のブレーキパッドの摩耗により不足するブレーキ液をリザーバ３１から補給するとともに、制動力の解放時におけるホイールシリンダ１５，１６の引きずりを低減することができる。

また正常時に運転者がブレーキペダル１１を踏んでマスタシリンダ１０がブレーキ液圧を発生すると、そのブレーキ液圧がストロークシミュレータ２５の液室２９に伝達されてピストン２８がスプリング２７の弾発力に抗して移動することで、ブレーキペダル１１の踏込みに対する反力を発生させることができる。これにより、実際には電動モータ２２，２２の駆動力でディスクブレーキ装置１３，１４を作動させているにも関わらず、運転者の踏力でディスクブレーキ装置１３，１４を作動させているのと同等の操作フィーリングを得ることができる。

一方、バッテリ外れ等により電源が失陥したような異常時には、図２に示すように踏力遮断弁１８が開弁してマスタシリンダ１０およびディスクブレーキ装置１３，１４間が連通し、反力許可弁３０が閉弁してマスタシリンダ１０およびストロークシミュレータ２５間の連通が遮断され、かつ大気弁３２が閉弁してマスタシリンダ１０およびリザーバ３１間の連通が遮断される。その結果、運転者がブレーキペダル１１を踏み込んでマスタシリンダ１０が発生したブレーキ液圧は、開弁した踏力遮断弁１８およびモータシリンダ１９Ｆを介して前輪のディスクブレーキ装置１３のホイールシリンダ１５に伝達され、また開弁した踏力遮断弁１８およびモータシリンダ１９Ｒを介して後輪のディスクブレーキ装置１４のホイールシリンダ１６に伝達され、前輪および後輪が制動される。

これと同時に、反力許可弁３０の閉弁によりストロークシミュレータ２５とマスタシリンダ１０との連通が遮断されるため、ストロークシミュレータ２５は機能を停止する。その結果、ブレーキペダル１１のストロークが不必要に増加して運転者に違和感を与えるのを防止することができ、しかもマスタシリンダ１０が発生したブレーキ液圧はストロークシミュレータ２５に吸収されることなくホイールシリンダ１５，１６に伝達され、高い応答性で制動力を発生させることができる。

しかして、電源が失陥して踏力遮断弁１８、反力許可弁３０、大気弁３２およびモータシリンダ１９Ｆ，１９Ｒが作動不能になっても、運転者がブレーキペダル１１を踏んでマスタシリンダ１０が発生したブレーキ液圧で前輪および後輪のホイールシリンダ１５，１６を支障なく作動させることができ、これにより異常時に前輪および後輪を制動して車両をより安全に停止させることができる。

次に、モータシリンダ１９Ｆ，１９Ｒの電動モータ２２の一般的な制御手法を、図４に基づいて説明する。

液圧回路に設けられた３個の液圧センサＳａ，Ｓｂと，Ｓｃ（図１参照）の出力に基づいて、電流指令値演算部４１に電動モータ２２のトルク指令値が入力される。電流指令値演算部４１は電動モータ２２のｑ軸成分の電流指令値Ｉｑ^*とｄ軸成分の電流指令値Ｉｄ^*とを算出するが、その際にｑ軸成分の電流指令値Ｉｑ^*は前記トルク指令値に比例するように出力され、また後から詳述するように、ｄ軸成分の電流指令値Ｉｄ^*は電動モータ２２の作動初期を除いて基本的に０とされる。

電動モータ２２に設けたレゾルバ４２に接続された回転角度演算部４３は電動モータ２２の回転角度θを演算し、微分器４４はその回転角度θを時間微分して電動モータ２２の回転角速度ωを演算する。これらの回転角度θおよび回転角速度ωは電流指令値演算部４１に入力され、ｑ軸成分の電流指令値Ｉｑ^*の演算に用いられる。

電動モータ２２は、ｑ軸成分の電流指令値Ｉｑ^*およびｄ軸成分の電流指令値Ｉｄ^*に対して、実際のモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ（本実施の形態では、そのうちＩｕ，Ｉｗのみ）を検出することでフィードバック制御される。即ち、ｕ相電流センサ４５およびｗ相電流センサ４６で検出した電動モータ２２のｕ相電流Ｉｕおよびｗ相電流Ｉｗは、Ａ／Ｄ変換器４７でアナログ値からデジタル値に変換された後に、ベクトル制御のために３相／２相変換器４８に入力され、そこで電動モータ２２の回転角度θを用いてｑ軸成分の実電流Ｉｑおよびｄ軸成分の実電流Ｉｄに変換される。電流制御器４９は、ｑ軸成分の電流指令値Ｉｑ^*および実電流Ｉｑの偏差と、ｄ軸成分の電流指令値Ｉｄ^*および実電流Ｉｄの偏差とを０に収束させるべく比例・積分制御により演算を行い、ｑ軸成分の電圧指令値Ｖｑ^*およびｄ軸成分の電圧指令値Ｖｄ^*を出力する。

電動モータ２２には３相の電流を供給する必要があるので、２相／３相変換器５０においてｑ軸成分の電圧指令値Ｖｑ^*およびｄ軸成分の電圧指令値Ｖｄ^*を、ｕ相電圧電圧指令値Ｖｕ^*、ｕ相電圧電圧指令値Ｖｖ^*およびｕ相電圧電圧指令値Ｖｗ^*に変換する。ＰＷＭ制御部５１はｕ相、ｖ相、Ｗ相電圧電圧指令値Ｖｕ^*，Ｖｖ^*，Ｖｗ^*に基づいてＰＷＭ制御信号を出力し、インバータ５２がｑ軸成分の電流指令値Ｉｑ^*および実電流Ｉｑの偏差と、ｄ軸成分の電流指令値Ｉｄ^*および実電流Ｉｄの偏差とが０に収束するように、電動モータ２２にｕ相、ｖ相、Ｗ相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを供給する。

以上が電動モータ２２の一般的なベクトル制御の内容であるが、次にモータシリンダ１９Ｆ，１９Ｒの作動開始時の電動モータ２２の制御について説明する。

図５に示すように、運転者がブレーキペダル１１を踏んでモータシリンダ１９Ｆ，１９Ｒが作動し、モータシリンダ１９Ｆ，１９Ｒが発生したブレーキ液圧でディスクブレーキ装置１３，１４が作動するとき、ブレーキパッド３５，３５がブレーキディスク３４に接触するまでの領域Ａと、ブレーキパッド３５，３５がブレーキディスク３４に接触した後の領域Ｂとで電動モータ２２の制御が異なっている。即ち、前記領域Ａ，Ｂはパッドクリアランスα（図３参照）に応じて決まるもので、領域Ａはホイールシリンダ１５，１６のピストン３７のストロークが増加しても、パッドクリアランスαが存在するために反力が殆ど増加しない領域であり、領域Ｂはパッドクリアランスαが既に消滅しているために、ピストン３７のストロークが増加すると反力が急激に増加する領域である。

ホイールシリンダ１５，１６とモータシリンダ１９Ｆ，１９Ｒとは液路１７ｅ，１７ｆあるいは液路１７ｉ，１７ｊで接続されているため、ホイールシリンダ１５，１６のピストン３７のストロークは、モータシリンダ１９Ｆ，１９Ｒのピストン２１のストロークに比例する。よって、モータシリンダ１９Ｆ，１９Ｒのピストン２１のストロークに応じて電動モータ２２の作動が制御される。

図６のマップに示すように、ホイールシリンダ１５，１６のパッドクリアランスαが存在する領域Ａでは、電動モータ２２のｄ軸方向の電流指令値Ｉｄ^*を負の方向に大きくし、いわゆる弱め界磁制御を行うことで電動モータ２２の回転数を増加させ、ホイールシリンダ１５，１６のピストン３７のパッドクリアランスαが消滅する領域Ｂでは、電動モータ２２のｄ軸方向の電流指令値Ｉｄ^*を０あるいは殆ど０にして電動モータ２２のトルクを増加させる。具体的には、図６のマップから検索されたｄ軸方向の電流指令値Ｉｄ^*を図４のブロック図の電流制御器４９に入力することで、電動モータ２２の作動初期の上記弱め界磁制御が達成される。

以上のように、モータシリンダ１９Ｆ，１９Ｒが作動を開始してからホイールシリンダ１５，１６のブレーキパッド３５，３５がブレーキディスク３４に接触するまでの間だけ該電動モータ２２を弱め界磁制御して回転数を高めるので、モータシリンダ１９Ｆ，１９Ｒを作動させる電気信号が出力されてから実際に制動力が発生するまでのタイムラグを減少させて作動応答性を高めるとともに、その後に弱め界磁制御を解除して充分なトルクで必要な制動力を確保することができるので、特別に体格の大きい電動モータ２２を用いる必要がなくなり、電動モータ２２の小型化と作動応答性の向上とを両立させることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、本発明のアクチュエータは、電動モータ２２の駆動力でブレーキ液圧を発生してホイールシリンダ１５，１６を作動させるものに限定されず、電動モータ２２でブレーキ液圧を介さずに直接ブレーキパッド３５，３５を作動させるものでも良い。

ＢＢＷ式ブレーキ装置の正常時の液圧系統図図１に対応する異常時の液圧系統図ディスクブレーキ装置の構造を示す図電動モータの制御系のブロック図ホイールシリンダのピストンストロークに対するピストン反力の関係を示すグラフモータシリンダのピストンストロークからｄ軸電流指令値を検索するマップを示す図

符号の説明

１１ブレーキペダル（ブレーキ操作子）
１３ディスクブレーキ装置
１４ディスクブレーキ装置
１９Ｆモータシリンダ（アクチュエータ）
１９Ｒモータシリンダ（アクチュエータ）
２２電動モータ
３４ブレーキディスク
３５ブレーキパッド

Claims

運転者によるブレーキ操作子（１１）の操作量に応じた電気信号を出力し、前記電気信号に基づいて電動モータ（２２）を駆動源とするアクチュエータ（１９Ｆ，１９Ｒ）を作動させて車輪を制動するＢＢＷ式ブレーキ装置において、
前記アクチュエータ（１９Ｆ，１９Ｒ）の作動初期に前記電動モータ（２２）を弱め界磁制御することを特徴とするＢＢＷ式ブレーキ装置。
前記作動初期は、前記電動モータ（２２）が作動を開始してからディスクブレーキ装置（１３，１４）のブレーキパッド（３５）がブレーキディスク（３４）に接触するまでの間であることを特徴とする、請求項１に記載のＢＢＷ式ブレーキ装置。