JP2009132332A - 電動モータ制御装置及び電動倍力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化を招くことなく電動モータの適切な回転数及び高いトルクの確保を図ることができる電動モータ制御装置及び電動倍力装置を提供する。
【解決手段】ＣＰＵ２１は、バッテリ電圧Ｖbを看視して、目標速度がバッテリ電圧Ｖbでの無負荷回転数を超えると予測した場合、制御端子３５をＯＮにすることにより、モータドライバ電源ひいてはモータ８に印加される電圧を大きくする（ＤＣ−ＤＣコンバータ出力電圧「Ｖb＋△Ｖ」とされる）ので、作動初期段階で回転数を上昇させることができる。また、作動終期においては、制御端子３５をＯＦＦにすることにより、モータドライバ電源電圧は、バッテリ電圧Ｖbが用いられて、モータ駆動電圧を低くし、高トルク発生を図る。これにより、電動倍力装置のモータ８に要求される、初期時の高速化及び作動周期の高トルク発生の両機能を簡易な構成で達成できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両ブレーキシステムに用いられる電動モータ制御装置及び電動倍力装置に関する。

従来の車両ブレーキシステムの一例として、特許文献１に示される電動倍力装置がある。
特許文献１に示される電動倍力装置は、ブレーキペダルの操作により進退移動する入力部材と、該入力部材に相対移動可能に配置されたアシスト部材と、該アシスト部材を進退移動させる電動モータとを備え、前記ブレーキペダルによる前記入力部材の移動に応じて前記アシスト部材に付与されるアシスト推力によりマスタシリンダ内に倍力されたブレーキ液圧を発生させるようにしている。
ところで、上述した従来技術では、電動モータの駆動電圧ひいては電源電流（電源電圧）等の影響により電動モータの回転数が上限値まで達すると制限を受けることになる。一方、緊急制動を図る際には、電動モータの回転数の増加が要求される。この要求（緊急制動等に際して回転数の増加を図る）に対して、供給電圧を大きくした電源を用意したり、電源にさらにコンデンサを用意したりすることが考えられている。
特開２００７−１１２４２６号公報

しかしながら、電動倍力装置に用いられる電動モータには、作動初期には、動作時間短縮のため高速回転が必要（なお、負荷トルクは小さい）である一方、作動終期には高い制動力を得るため高トルクが必要とされる。このため、上述したように供給電圧を大きくした電源を用意したり、電源にさらにコンデンサを用意したりすることは、装置の大型化を招くことから、その改善が求められているというのが実情であった。これらの問題は、電動倍力装置のみならず、例えば、電動ディスクブレーキ、電動パーキングブレーキ、及び車両姿勢制御用の液圧システム等の電動モータが設けられた車両ブレーキシステムにおいても同様であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、装置の大型化を招くことなく電動モータの適切な回転数及び高いトルクの確保を図ることができる電動モータ制御装置及び電動倍力装置を提供することを目的とする。

本発明は、電源からの電力供給を受けて作動する電動モータを備えた車両ブレーキシステムに用いられて前記電動モータを制御する電動モータ制御装置において、前記電動モータに印加される電圧を昇圧して昇圧電圧を発生する昇圧回路を、前記電動モータに前記昇圧電圧を供給し得るように設け、前記電動モータの回転数と対応する関係にある物理的データの検出結果が、前記電源からの電圧の印加時に前記電動モータの回転数が上限値まで達したことを示す場合、前記昇圧回路が発生した前記昇圧電圧を前記電動モータに供給することを特徴とする。

本発明によれば、装置の大型化を招くことなく電動モータの適切な回転数及び高いトルクの確保を図ることができる。

以下、本発明の一実施の形態に係る電動倍力装置を図１ないし図７に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態係る電動倍力装置（車両ブレーキシステムの一例）について、マスタシリンダ、ブレーキペダル及びＥＣＵ（制御回路、電動モータ制御装置）を含めて模式的に示す断面図である。図２は、図１のＥＣＵを模式的に示すブロック図である。
図３は、図２のＤＣ−ＤＣコンバータを示すブロック図である。図４は、図１の電動モータの駆動電流、電動モータの特性及び電源の電流電圧特性を示し、（ａ）は電動モータの駆動電流を示す図、(ｂ)は電動モータのトルク・回転数特性（ＴＮ特性）を示す図、（ｃ）は、モータドライバ電源の電流電圧特性を示す図である。
図５は、図１の電動倍力装置の負荷特性を示す図である。図６は、図１の電動倍力装置の作用を示すための波形図であり、（ａ）は減速度特性、(ｂ)は液圧特性、（ｃ）はＱ軸電流特性、（ｄ）は回転数特性、(ｅ)は昇圧制御信号発生、（ｆ）はブレーキペダル踏込量を、夫々示す図である。

図１において、１は、自動車のブレーキシステム（車両ブレーキシステム）に設けられた電動倍力装置を示す。電動倍力装置１は、ブレーキペダル２の操作により自動車の運転席前壁３に保持されたケース４に摺動案内されて進退移動する入力部材５（インプットロッド）を有している。電動倍力装置１には、プライマリピストン６ａ及びセカンダリピストン６ｂからなるピストン６を有し、入力部材５及び電動倍力装置１に備えられた電動モータ（以下、モータ８という。）により加圧されるタンデム型のマスタシリンダ９が接続されている。
電動倍力装置１は、入力部材５の前進動に伴って、マスタシリンダ９のピストン６〔プライマリピストン６ａ及びセカンダリピストン６ｂ〕を押圧するようにしている。プライマリピストン６ａは入力部材５に相対移動可能に配置されている。本実施形態では、プライマリピストン６ａがアシスト部材を構成している。

自動車ブレーキシステム（車両ブレーキシステム）の一例である電動倍力装置１は以下に示すような負荷特性を有する。
即ち、
(1)ブレーキ液圧を使うマスタシリンダ９を用い、このマスタシリンダ９は、非制動時にリザーバタンク１０のブレーキ液を配管系に供給するための連通路を設けており、図５に示すような制動開始時に連通路を閉じるための無効ストロークδを有する。
(2)電動倍力装置に関連してブレーキ装置としてディスクブレーキ１１が用いられ、ディスクブレーキ１１では、ディスクロータ(図示省略)が車輪の上下荷重および横荷重の変動により面外に振れるが、このときでもブレーキパッド(図示省略)がディスクロータ１２に接触しないように、キャリパ１３はロールバック量と呼ばれる量だけ余分に戻る。制動初期に図５中RBで示した液圧を発生しないストロークが存在する。また、ブレーキパッドは樹脂製で非線形に変形し、特に面圧の低い(減速度の小さい)領域の弾性係数が小さい。
(3)配管中に高圧ゴムホース、ABSユニットおよびキャリパ各部のシールリングなど、剛性の低い部分があり、低圧部分の消費液量が多い。
図５ではブレーキ液圧１０MPa(通常のシステムでは減速度１G程度の急ブレーキに相当する)に達するストロークを1として、ストロークを正規化して表示したが、正規化ストロークが0．5に達しても液圧は僅かで、O．7以降急速に立ち上がる。

電動倍力装置１は、さらに、前記モータ８と、モータ８のロータ(図示省略)に連結されて、モータ８の回転を図１左右方向の直動に変換してプライマリピストン６ａに力（アシスト力）を付与し得るねじ機構１５と、電動倍力装置１内の各制御対象（モータ８を含む）及びＡＢＳユニット１７の制御を行うモータ制御装置（以下、ＥＣＵという。）１８と、を備えている。本実施形態ではＥＣＵ１８が電動モータ制御装置を構成する。ねじ機構１５は、モータ８のロータ(図示省略)に連結された雄ねじ部１５ａと、この雄ねじ部１５ａに螺合するナット部１５ｂとからなり、ナット部１５ｂがプライマリピストン６ａに固定されている。
モータ８は、表面磁石形で３相（Ｙ結線）のＤＣブラシレス（ＤＣＢＬ）モータからなり、ＰＷＭ駆動されるようになっている。ねじ機構１５のナット部１５ｂ及び入力部材５との間には、両者の相対変位を検出する相対変位センサ１９が介在されている。
マスタシリンダ９は、ブレーキペダル２の操作力及び又はモータ８のアシスト力に応じた液圧をマスタシリンダ９に発生させ、この液圧に応じた大きさの制動力を、ＡＢＳユニット１７を介して四輪に対応して設けられたブレーキ装置（ディスクブレーキ１１）に発生させるようにしている。

ＥＣＵ１８は、図２に示すように、５Ｖ電源回路２０、ＣＰＵ２１（制御回路）、モータドライバ２２、モータ電流センサ２３、絶縁形ＤＣ−ＤＣコンバータ（以下、ＤＣ−ＤＣコンバータという。）２４（昇圧回路）およびダイオード２５を有している。５Ｖ電源回路２０、ＣＰＵ２１、モータドライバ２２、モータ電流センサ２３、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４は、バッテリ２６からのバッテリ電圧Ｖbの電力の供給を受けて動作する。そして、ＥＣＵ１８は、ブレーキペダル２の踏み込みに応じて、モータ８を制御するが、具体的にはＣＰＵ２１で入力部材５の踏み込み量を検出し、モータドライバ２２を介して、モータ８の回転を制御する。

前記電流センサ２３の検出結果によりモータ８の相電流が判り、モータ８に内蔵された回転角度検出器(図示せず)の信号から電気角をもとめ、現在のＱ軸電流つまり出力トルクを算出し、目標トルクとの差をＰＷＭ信号に変換/増幅してモータドライバ２２へ出力する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２４は、図３に示すように絶縁トランス３０、出力電圧検出アンプ３１、出力電流センサ３２、コンバータ制御回路３３、及びスイッチング素子３４を含んで構成され、コンバータ制御回路３３は制御端子３５がＯＮ／ＯＦＦ信号の入力を受けることによりＯＮ／ＯＦＦ制御される。ＤＣ−ＤＣコンバータ２４は、ＯＮ制御されるときは、バッテリ２６の電圧（バッテリ電圧）Ｖbで動作し、一定電圧（以下、昇圧分電圧という。）△Ｖ、望ましくは６〜１２Ｖをバッテリ電圧Ｖbに加算して（昇圧して）、ＯＦＦ制御されるときは、スイッチングロスも発生せずに出力（ダイオード２５を介したモータドライバ２２への出力）を遮断する。

モータドライバ２２にはバッテリ電圧ＶbとＤＣ−ＤＣコンバータ２４の出力電圧（以下、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力電圧という）「Ｖb＋△Ｖ」〔請求項１の昇圧電圧に相当する。モータドライバ電源電圧に相当する。〕を低電圧損失のダイオード２５のＯＲ接続で供給する。このため、モータドライバ２２には、制御端子３５がＯＮ信号の入力を受ける（以下、このことを、適宜、制御端子３５がＯＮするという。）ときはＤＣ−ＤＣコンバータ出力電圧「Ｖb＋△Ｖ」〔昇圧電圧〕が供給され（換言すれば、モータドライバ電源電圧ＶｓがＤＣ−ＤＣコンバータ出力電圧「Ｖb＋△Ｖ」となり）、ＯＦＦ信号の入力を受ける（以下、このことを、適宜、制御端子３５がＯＦＦするという。）ときはバッテリ電圧Ｖbが供給される（換言すれば、モータドライバ電源電圧Ｖｓがバッテリ電圧Ｖbとなる）。
以下、便宜上、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力電圧「Ｖb＋△Ｖ」に相当するモータドライバ電源電圧Ｖｓを昇圧時モータドライバ電源電圧Ｖｓ’という。また、バッテリ電圧Ｖbに相当するモータドライバ電源電圧Ｖｓを非昇圧時モータドライバ電源電圧Ｖｓという。
なお、ダイオード２５があることから、バッテリ電圧Ｖｂからはダイオード２５の順方向に電圧（0.5〜0.7Ｖ)が降下するが、この電圧降下については、説明が煩雑になることを回避するために、便宜上、無視して説明する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２４の出力電流制限値Ｉlimはモータ８最大出力時の電源電流「0.81×Ｉqmax」の１／３程度に設定する。出力電流制限値Ｉlimをこのように設定するのは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４内の絶縁トランス３０およびスイッチング素子３４の小形化と損失の低減のためである。例えば、出力電力で略算すると、本実施形態では、出力電流制限値Ｉlimについて上述したように設定したことにより、昇圧分電圧△Ｖは、０Ｖから２４Ｖに昇圧するのに比べ、このように昇圧される電圧（２４Ｖ）の約１／２である電圧＝１２Ｖとすればよい。さらに出力電流Ｉlimを「０.8１×Ｉqmax」の１／３にすることにより、出力電力は１／６になり、絶縁トランス３０の大きさ、およびスイッチング素子３４の電流容量も１／６と大幅に小さくできる。このような効果があることにより、本実施形態では、出力電流制限値Ｉlimについて上述したように設定した。

ブレーキシステムではブレーキ装置に供給するブレーキ液の液圧を高圧状態で数分以上保持することがあり、極力、モータの発熱およびモータドライバ発熱を低減することが望まれる。上述したようにモータの発熱およびモータドライバ発熱を低減することは、モータ小形化、回路小形化の面からも要望されている。
この要望に応えるべく、本実施形態では、モータ８として、上述したように表面磁石形のDCブラシレス(DCBL)モータを用い、モータ８をＰＷＭ駆動する方式を採用している。

本実施形態では、モータ８が有する磁石(図示省略)について、Fe-Nd-Bを用いて構成し、これによりトルク定数Ｋtを大きくしている。また、モータ８について表面磁石構造にし、これによりコイルインダクタンス（Ｌ）を小さくして電流の立ち上がりを早くするようにしている。さらに、モータ８のステータ(図示省略)について、体積を大きくするように設定し、これによりコイル抵抗を下げるようにしている。さらに、モータドライバ２２では低ＯＮ抵抗のMOSFETをＰＷＭ駆動することによりスイッチングロス以外を極小にするようにしている。

モータ８は、上述したようにＹ結線された３相のＤＣブラシレスモータが用いられている。モータ８のＵＶＷ各相に、図４(a)のように電気角(ロータが8極の場合は機械角9０°が電気角３６０°に相当する)で１２０°ずらした電流が流れるようにモータ８は制御される。
モータ８のＵＶＷ各相電流がＩ〔Arms〕のとき、駆動力になる直流成分（Ｑ軸電流）Ｉqは、
Ｉq＝（√３）×Ｉ
であり、駆動トルクＴはトルク定数Ｋt〔Nm/A〕を使って、
Ｔ＝Ｋt×Ｉq
で表される。

また、モータドライバ２２電源の電圧（以下、モータドライバ電源電圧という。）Ｖsのとき線間電圧Ｖmは、
最大電圧Ｖmmax＝（Ｖs/２）×{√(３/２)}〔Vrms〕
で制限され、無負荷回転数Ｎmaxは誘起電圧定数Ｋe〔V/(１/s)〕を使って、
Ｎmax＝(Ｖs/Ｋe)×(１/√３)×{１/(２π)}×６０〔rpm〕
で表される。なお、トルク定数Ｋtと誘起電圧定数Ｋeは物理的には同じであるが、使い分けるのが一般的であり、本明細書でも、一般的な例に沿って使い分けて記載する。

図４(b)はモータ８の動作可能範囲を示す図で、粗いハツチングの領域がＤＣ‐ＤＣコンバータ２４（昇圧回路）を作動させない（昇圧電圧を得ない）場合〔ＤＣ‐ＤＣコンバータ２４がＯＦＦ制御する場合〕の動作可能範囲を示し、細かいハツチングの領域がＤＣ‐ＤＣコンバータ２４を作動させる（昇圧電圧を得る）場合〔ＤＣ‐ＤＣコンバータ２４がＯＮ制御する場合〕の動作可能範囲を示している。図４(b)において横軸はトルクであるが、ここでは、トルクに対応するＱ軸電流Ｉqを用いて表示している。縦軸はモータ８の回転数である。

図４(b)において、点○、△、及び▽をつなぐ線分４０は、制御端子３５がＯＦＦでモータドライバ２２にバッテリ電圧Ｖb（最大電圧Ｖmmax）が供給された際の、モータ８の回転数Ｎ（rpm）を示す線分である。点○は、モータ８の最大出力を示す特性点である。また、点▽は、モータ８の駆動電圧がＶmmaxでモータ８の電流がIq（Ｑ軸電流）のときに作動可能な最大回転数（非昇圧時最大回転数）Nmaxを示す特性点である。この線分４０から判るように、モータ電流 Iq（出力トルク）が増加するとモータ８の回転数Ｎは直線的に低下する。この回転数の低下は、モータ電流×コイル抵抗の電圧損失に起因して生じる。
そして、出力トルク（ひいてはＱ軸電流Iq）が０のときの回転数が非昇圧時最大回転数Nmaxであり、この回転数は無負荷回転数（以下、適宜、非昇圧時無負荷回転数Nmaxともいう。）に相当する。

前記モータ回転数Ｎは、次式で表される。
Ｎ＝{(Ｎmax−Ｖs)/Ｋe}×(１/√３)×{１/(２π)}×６０〔rpm〕

図４(b)において、点□、◎、及び◇をつなぐ線分４１は、制御端子３５がＯＮしてモータドライバ２２にＤＣ−ＤＣコンバータ出力電圧「Ｖb＋△Ｖ」〔昇圧電圧〕が供給された際の、モータ回転数（適宜、昇圧時モータ回転数という。）Ｎ’（rpm）を示す線分である。
昇圧時モータ回転数Ｎ’に対して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４が作動されずに、モータ８にバッテリ電圧Ｖbが供給された際のモータ回転数Ｎを、以下、適宜、非昇圧時モータ回転数Ｎともいう。
点◇は、モータ電圧がＶmmax’でモータ電流がIq（Ｑ軸電流）のときに作動可能な最大回転数（昇圧時最大回転数）Nmax’を示す特性点である。この線分４１から判るように、モータ電流 Iq（出力トルク）が増加すると、前記非昇圧時モータ回転数Ｎの場合と同様に、モータ回転数Ｎ’は直線的に低下する。
そして、出力トルク（ひいてはＱ軸電流Iq）が０のときの回転数が昇圧時最大回転数Nmax’であり、この回転数は無負荷回転数（以下、適宜、昇圧時無負荷回転数Nmax’ともいう。）に相当する。

昇圧時最大回転数（昇圧時無負荷回転数）Nmax’は、非昇圧時無負荷回転数Nmaxに対して、
Nmax’＝Nmax×Ｖｓ’／Ｖｓ
Ｖｓ’：昇圧時モータドライバ電源電圧
Ｖｓ：非昇圧時モータドライバ電源電圧（＝バッテリ電圧Ｖb）
の関係式で示される。
Ｖmmax’に対応した回転数を示す線分、即ち、点□、◎、及び◇をつなぐ線分４１ は、Ｖmmaxに対応した回転数を示す線分、即ち、点○、△、及び▽をつなぐ線分４０と平行になる。

そして、モータドライバ電源電圧Ｖsによりモータ電圧の最大電圧Ｖmmaxが決まると、モータ８の回転数は無負荷回転数Ｎmaxで制限され、トルク(Ｑ軸電流Ｉq)が増大するに従い、相電流×コイル抵抗分だけ実効モータ電圧が低下し、これに伴い作動可能な速度範囲が漸減する。また、モータ８およびモータドライバ２２には瞬時最大電流の制限があり、Ｑ軸電流は、最大Ｑ軸電流Ｉqmaxで制限される。
モータ８は発熱の影響を受けることから、モータ８が連続して発生できるトルク(モータ電流)は最大Ｑ軸電流Ｉqmaxの１／２から１／３程度であるのが普通であり、このことを考慮して、本実施形態では、最大液圧発生時のトルクが上記トルク〔最大Ｑ軸電流Ｉqmaxの１／２から１／３程度に対応するトルク〕以下であるように設計されている。

図４(c)は、同図(b)の各点△、○、□、◇、▽、◎、●のときの電源電圧（モータドライバ電源電圧Ｖｓ）、電源電流（モータドライバ電源電流Ｉｓ）について、夫々縦軸及び横軸にとって描いた図である。図４(c)において、モータ８がモータ最大出力〔点○。図４(b)の点○に対応する〕を発生しているときに、図４(c)の点○に対応する横軸に記載したように、モータ８には、最大電流Ｉqmaxの約8０%のモータドライバ電源電流Ｉｓが流れる。
また、無負荷で最大回転数〔点▽。図４(b)の点▽に対応する〕のとき、モータドライバ電源電流Ｉｓは小さい。また最大トルク発生時でも回転数０でその場で保持している〔点●。図４(b)の点●に対応する〕とき、モータドライバ電源電流ＩｓはＰＷＭ駆動の効果でモータドライバ電源電流Ｉｓは小さい。このときの電源電流×バッテリ電圧のエネルギは全てモータコイルの抵抗発熟で消費され、モータ発生動力はOである。

以上説明した駆動系で前述の負荷特性を持つブレーキシステムで急ブレーキを踏んだときの動作波形を図６で説明する。図６で実線の波形がＤＣ−ＤＣコンバータ２４（昇圧回路）の制御端子３５がＯＦＦの場合の動作波形で、点線の波形がＤＣ−ＤＣコンバータ２４（昇圧回路）の制御端子３５がＯＮの場合の動作波形である。
本実施形態では、回転数を把握し、この回転数が所定値以上の場合にＤＣ−ＤＣコンバータ２４（昇圧回路）の制御端子３５をＯＮにし、これにより、モータドライバ電源電圧を大きくし、図６（d）に点線で示すように回転数を多くするようにしている。この説明に先立って、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４（昇圧回路）の制御端子３５がＯＦＦである場合（即ち、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４（昇圧回路）がＯＮ制御しない場合、ひいてはＤＣ−ＤＣコンバータ２４を備えていない場合）の動作〔実線〕について、説明する。

急ブレーキ操作が行われると、ペダル踏込量〔図６(f)〕は、ほぼ瞬時に最大液圧〔図６(b)右側の平坦な部分〕の大きさに対応したストロークに達する。止まっていたモータ８の回転子（ロータ）を加速するためＱ軸電流Ｉｑ〔図６(c)〕はdＩ/dt≒Ｖs/Ｌの変化割合でＩqmax(図４(b)の●点付近)まで上昇し、回転数Ｎ〔図６(d)〕が図４(b)の○点に達するまでＩqmaxが保持されるが、無負荷で軽量のロータのみを加速するため、短時間に図４(b)の▽点付近に到達しＮmaxより若干小さい定常速度に到達する。

その後、ストロークが増加するに従って徐々に液圧が上昇し、それに伴ってＱ軸電流が上昇し、回転数が低下する。液圧が目標液圧(最高液圧。図６(b)右側の平坦な部分)に達すると、回転数は０になり、Ｑ軸電流は液圧に対応した値に保たれる。
図６に示される経緯（動作特性）から最高液圧に達する時間を短縮するには、Ｉqmaxを増しても達成することができず、Ｎmaxを大きくすることにより効果があることが判る。減速比を小さくすることも時間短縮になるが、液圧保持時のＱ軸電流がモータ８の発熱で制限されているので、減速比は下げられない。また、誘起電圧定数Ｋeを小さくすればＮmaxが大きくできるが、Ｋtを下げることと同義なので、やはりＱ軸電流が増加してしまう。可変減速機構を設けて低付加時には減速比を下げることは有効であるが、複雑な変速機構を設けるより、電源電圧を昇圧してＮmaxを大きくする方が小形で安価とすることが可能である。

本実施形態では、上記事情を勘案して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４（昇圧回路）を備え、かつ、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４を利用して、回転数の増加が必要とされる際に、回転数の増加を行うようにモータ８に供給される電圧を大きくするようにしている。
ここで、図６の点線の波形、すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４（昇圧回路）の制御端子３５がＯＮの場合について、説明する。

図６において、制御回路１０内のＣＰＵ２１はブレーキペダル２の踏み込み速度が所定値以上で速度（回転数）不足が予測（この予測は、バッテリ電圧の監視により得られるバッテリ電圧を予め目標速度に対応して設定された電圧しきい値と対比して行い、前記バッテリ電圧が電圧しきい値より小さい場合に速度不足であると予測する。）されたら、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４の昇圧動作を開始する。
制動初期にはモータ８の回転子（ロータ）の慣性を加速するために図６(c)に示すように電流Ｉqmaxの通電が必要であるが、電流の立ち上げには高電圧は不要なので、回転数が上昇して誘起電圧による速度制限の影響が生じるまでは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４（昇圧回路）から昇圧電圧（高電圧）をモータ８に供給する。倍力装置のピストン前進、マスタシリンダ９からブレーキ装置のキャリパヘのブレーキ液供給に伴い、モータ８負荷が増加し、(b)に示した所定液圧（負荷設定値）に到達したら、ＣＰＵ２１は、（ｅ）に示すように、制御信号をＯＦＦし、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４の動作を停止する。
低負荷トルク域を高速で通過することにより、(b)の目標液圧、いいかえると(a)の目標減速度に短時間で到達することができる。

図７(a)に、昇圧回路の利用なし（昇圧電圧のモータ８への供給がない）の場合の動作軌跡、図７(b)に、昇圧回路の利用（昇圧電圧のモータ８への供給がある）の場合の動作軌跡を示す。
図７(a)に示すように、昇圧回路の利用なし（昇圧電圧のモータ８への供給がない）の場合には、最大速度はＶbでの無負荷回転数Ｎmaxより若干下った速度で制限される。これに対して、図７(b)に示すように、昇圧回路の利用（昇圧電圧のモータ８への供給がある）の場合には、非昇圧時無負荷回転数Ｎmax付近から昇圧時無負荷回転数Ｎmax'付近に大幅に増大する。図６(d)からこの昇圧時無負荷回転数Ｎmax'付近の高速回転時間がかなり長く、目標減速度到達までの時間が大幅に短縮できることが判る。

さらに消費電力と発熱を低減するために、ＣＰＵ２１でＤＣ−ＤＣコンバータ２４の動作時間を制限する。通常は制御端子３５をＯＦＦにしておく。ＣＰＵ２１にはブレーキペダル２の踏み込み量を検出する機能があるので、時間差分により踏み込み速度、すなわち駆動モータ８の回転すべき目標速度が算出できる。
そして、上述したように、ＣＰＵ２１は、バッテリ電圧Ｖbを看視して、目標速度がバッテリ電圧Ｖbでの無負荷回転数を超えると予測した場合、制御端子３５をＯＮにする。
モータ８にはロータ慣性があるので、短時間とはいえ無負荷回転数近くまで加速する時間があり、制御端子３５のＯＮ時点からの昇圧開始で十分間に合う。また、ＣＰＵ２１にはモータ８の回転角を検出する機能もあるので、時間差分により現在の回転速度を算出でき、Ｑ軸電流から加速に要したトルクを減算することにより、負荷トルクも算出できる。負荷トルクが小さいのに現在の回転速度が目標速度に達しなかったら、制御端子３５をＯＮにする。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２４には電流制限機能があるので、ブレーキ液圧が目標液圧に到達するまで、制御端子３５をＯＮしたままでも動作上の支障はないが、目標速度がバッテリ電圧Ｖbでの無負荷回転数−負荷トルク以下になるか、電流がＩ１imを越えたら昇圧は不要なので制御端子３５をＯＦＦにする。これにより１回の急ブレーキでのＤＣ−ＤＣコンバータ２４の動作時間は所定値（例えば約O.２秒）以下の短時間に抑えることができ、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４（昇圧回路）の損失低減、および発熱防止が達成できるので、さらに小形化が可能である。

上述したように、目標速度がバッテリ電圧Ｖbでの無負荷回転数を超えると予測した場合、制御端子３５をＯＮにすることにより、モータドライバ電源ひいてはモータ８に印加される電圧を大きくする（ＤＣ−ＤＣコンバータ出力電圧「Ｖb＋△Ｖ」とされる）ので、作動初期段階で回転数を上昇させることができる。また、作動終期においては、制御端子３５をＯＦＦにすることにより、モータドライバ電源電圧は、バッテリ電圧Ｖbが用いられて、モータ駆動電圧を低くし、高トルク発生を図るようにしている。このようにＤＣ−ＤＣコンバータ２４を設けて、作動初期段階でモータ８に対して大きな電圧を供給して回転数の上昇を行い、作動終期においては、制御端子３５をＯＦＦにすることにより、モータドライバ電源電圧は、バッテリ電圧が用いられて、モータ駆動電圧を低くし、高トルク発生を図るようにしている。これにより、電動倍力装置のモータ８に要求される、初期時の高速化及び作動周期の高トルク発生の両機能を簡易な構成で達成できる。

上記実施の形態では、コンバータ制御回路３３を内蔵した絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ２４を用いた場合を例にしたが、同等の機能をＣＰＵ２１に持たせることも容易であり、このように構成することにより回路規模を縮小できる。
また、上記実施形態では、モータ８の回転数と対応する関係にある物理的データがバッテリ電圧Ｖbである場合を例にしたが、これに代えて、モータ電流センサ２３の検出値を用いてもよい。

上記動作説明ではプレーキ液圧が所定値に到達したときに昇圧動作を停止することとしたが、目標液圧に到達したとき、あるいはブースタピストン変位が目標位置に到達したときに動作を停止するように制御してもよい。この場合、短時間の増加なので損失増加も少ない。
さらに図４（ｂ）に最大電圧Ｖmmax、Ｖmmax’に夫々対応する非昇圧時モータ回転数Ｎ、昇圧時モータ回転数Ｎ’を示す線分４０，４１が記載されているが、この線分４０，４１から明らかなように、電源電圧を昇圧すると、回転数Ｎ、Ｎ’がＶmmax、Ｖmmax’に比例して増加すること、ひいてはバッテリ電圧Ｖbが低下するとほぼ比例して回転数が低下する、すなわち、回転数は、バッテリ電圧Ｖb（ひいてはモータドライバ２２電源電圧）の影響を大きく受ける。そして、バッテリ電圧Ｖbの低下、即ち回転数の低下は目標減速度までの到達時間を大幅に延ばしてしまう。これに対して、ＣＰＵ２１でバッテリ電圧Ｖbを監視して、バッテリ電圧Ｖbが所定電圧（例えば１２Ｖ）以下に下がったときは無条件に昇圧動作を開始することにより、上述した目標減速度までの到達時間の大幅延期という悪影響を防止するようにしてもよい。この場合、高液圧保持の電流を流し続けることは、熱容量的には難しいことを考慮して停車したら昇圧を停止して、保持液圧を下げるような工夫をすることが望ましい。

車両によっては、バッテリダウンの対策などのために補助バッテリを搭載し、バッテリ及び補助バッテリを用いた電源二重化システムを採用する場合がある。
このような電源二重化システムを用いて図８に示すように、電動倍力装置１Ａ（第２実施形態）を構成することができる。
第２実施形態に係る電動倍力装置１Ａでは、そのＥＣＵ１８Ａが、図８に示すように、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ２４Ａを使って補助バッテリ２６をバッテリ電圧Ｖbから昇圧するように構成されている。バッテリ２６の正常時は最大約２４Ｖ、バッテリ２６失陥時にも補助バッテリ４５から約１２Ｖを給電することができる。この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４への給電はオルタネータ４６から直接給電する構成にして、バッテリ２６と独立させる構成が望ましい。

上記各実施形態では、ブレーキの電動倍力装置を例にして、電源昇圧の効果、およびＤＣ−ＤＣコンバータ２４（昇圧回路）の小形化、低損失化を図ることについて説明したが、本発明はこれに限らず、電動ディスクブレーキ、電動パーキングブレーキ、および車両姿勢制御用の液圧システムに用いられる昇圧用ポンプなど、他の電動モータを有するブレーキシステムに適用してもよい。

本発明の第１実施形態に係る電動倍力装置について、マスタシリンダ、ブレーキペダル及びＥＣＵを含めて模式的に示す断面図である。 図１のＥＣＵを模式的に示すブロック図である。 図２のＤＣ−ＤＣコンバータを示すブロック図である。 図１の電動モータの駆動電流、電動モータの特性及び電源の電流電圧特性を示し、（ａ）は電動モータの駆動電流を示す図、(ｂ)は電動モータのトルク・回転数特性（ＴＮ特性）を示す図、（ｃ）は、モータドライバ電源の電流電圧特性を示す図である。 図１の電動倍力装置の負荷特性を示す図である。 図１の電動倍力装置の作用を示すための波形図であり、（ａ）は減速度特性、(ｂ)は液圧特性、（ｃ）はＱ軸電流特性、（ｄ）は回転数特性、(ｅ)は昇圧制御信号発生、（ｆ）はブレーキペダル踏込量を、夫々示す図である。 電動モータの回転数及び電流で表示する電動モータの動作軌跡を示し、（ａ）は昇圧回路を作動していない場合、(ｂ)は昇圧回路を作動した場合の動作軌跡を示す図である。 補助バッテリを用いて構成された電動倍力装置のＦＣＵを示す図である。

符号の説明

１、１Ａ…電動倍力装置、２…ブレーキペダル、５…入力部材、６ａ…プライマリピストン（アシスト部材）、８…モータ（電動モータ）、１８…ＥＣＵ（電動モータ制御装置）、２１…ＣＰＵ（制御回路）、２４…ＤＣ−ＤＣコンバータ（昇圧回路）、２６…バッテリ（電源）。

Claims (4)

1. 電源からの電力供給を受けて作動する電動モータを備えた車両ブレーキシステムに用いられて前記電動モータを制御する電動モータ制御装置において、
   前記電動モータに印加される電圧を昇圧して昇圧電圧を発生する昇圧回路を、前記電動モータに前記昇圧電圧を供給し得るように設け、前記電動モータの回転数と対応する関係にある物理的データの検出結果が、前記電源からの電圧の印加時に前記電動モータの回転数が上限値まで達したことを示す場合、前記昇圧回路が発生した前記昇圧電圧を前記電動モータに供給することを特徴とする電動モータ制御装置。
2. 請求項１に記載の電動モータ制御装置において、前記昇圧回路の出力電流を、前記電動モータ駆動の最大電流よりも小さい値の電流に制限することを特徴とする電動モータ制御装置。
3. ブレーキペダルの操作により進退移動する入力部材と、該入力部材に相対移動可能に配置されたアシスト部材と、該アシスト部材を進退移動させる電動モータとを備え、前記ブレーキペダルによる前記入力部材の移動に応じて前記アシスト部材に付与される推力を、電源からの電動モータヘの電流供給を制御して行う電動倍力装置において、
   前記電動モータに印加される電圧を昇圧して昇圧電圧を発生する昇圧回路を、前記電動モータに前記昇圧電圧を供給し得るように設け、前記電動モータの回転数と対応する関係にある物理的データの検出結果が、前記電源からの電圧の印加時に前記電動モータの回転数が上限値まで達したことを示す場合、前記昇圧回路が発生した前記昇圧電圧を前記電動モータに供給させる制御回路を設けたことを特徴とする電動倍力装置。
4. 請求項３に記載の電動倍力装置において、前記昇圧回路の出力電流を、前記電動モータ駆動の最大電流よりも小さい値の電流に制限することを特徴とする電動倍力装置。

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