JP2012159134A - 電動ブレーキ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電動ブレーキ装置において、ブレーキパッドの摩耗その他の経時変化に対して所期の制御精度を維持する。
【解決手段】ブレーキペダル5の操作に基づき、コントローラ7により電動モータ19の作動を制御し、減速機構25、ボールランプ機構27及びピストン11を介してブレーキパッド9を推進し、ディスクロータ3に押圧して制動力を発生させる。電動モータ19の回転位置とピストン11の推力との関係を表す回転位置−推力テーブルに基づき制動力を制御する。電流−推力変換関数により、電動モータ19に流れる電流からピストン11の推定推力を算出する。電動モータ19の所定回転位置における推定推力と回転位置−推力テーブルに基づく基準推力とを比較して、電流−推力変換関数を補正、更新することにより、ブレーキパッド9の摩耗その他の経時変化に対して所期の制御精度を維持する。
【選択図】図1

Description

本発明は、車両の制動に用いられる電動ブレーキ装置に関する。
電動モータを駆動源として車両の制動を行なう電動ブレーキ装置では、特許文献1に示されるように、電動モータを駆動する電流から、電流リプルや電動モータにより作動する機械部分のグリスの粘性を含む摺動抵抗分の電流(粘性・摩擦トルク成分電流)などを除去した直動推力の発生にのみ寄与する電流、いわゆる推力寄与電流を算出し、この推力寄与電流に機械部分の特性やモータ特性によって決まる関数、例えば電流−推力変換関数を乗算することで推力を推定することが行なわれる。このようにして算出した推定推力を用いることにより、推力を直接検出する推力センサを設けることなく、センサレス制御を行うようにしたものがある。
特開2003−106355号公報
上述した従来技術では、推力センサについてセンサレス制御を可能にするが、上記機械部分の経時変化によって、推力の推定値が正確性を欠いてしまうことがある。このような状態が左右輪で発生すると、制動時の車両安定性が低下する虞がある。本発明は、経時変化に対して所期の制御精度を維持するようにした電動ブレーキ装置を提供することを目的とする。
本発明に係る電動ブレーキ装置は、ディスクロータにブレーキパッドを押圧する押圧部材を電動モータにより伝達機構を介して推進するキャリパと、制動指示信号に応じて算出した前記押圧部材の推力指令値に基づいて前記電動モータを制御する制御手段と、前記電動モータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、前記電動モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、を備え、前記制御手段は、前記電動モータに流れる電流と前記押圧部材の推力との関係を規定する電流−推力変換関数に基づき、前記電動モータに流れる電流から前記押圧部材の推力を推定する推力推定手段と、前記推力推定手段によって推定した前記電動モータの所定回転位置における推定推力と、前記電動モータの回転位置と推力との関係に基づく前記所定回転位置における基準推力とを比較し、前記電流−推力変換関数を補正して更新する電流−推力変換関数更新手段と、を有することを特徴とする。
本発明に係る電動ブレーキ装置によれば、キャリパやブレーキパッドの経時変化に対して所期の制御精度を維持することができる。
第1実施形態に係る電動ブレーキ装置の概略構成を示すブロック図である。 第1実施形態に係る電動ブレーキ装置の電動キャリパの縦断面図である。 図1の電動ブレーキ装置のコントローラの概略構成を示すブロック図である。 図3のECUが実行する電流−推力変換関数更新処理を示すフローチャートである。 図4のステップS3のサブルーチンとなるパッド厚さの算出および回転位置−推定推力テーブル作成処理を示すフローチャートである。 図5に示す処理実行時の回転位置及び推定推力の時間的変化を示すタイムチャートである。 パッド全摩耗時の回転位置−推力特性を示すグラフ図である。 図5における回転位置−推定推力テーブル作成処理を説明するためのグラフ図である。 機械的な0点を原点とした場合のパッド厚さによる回転位置−推力特性の変動を示すグラフ図である。 基準推力及びそれぞれの回転位置−推力特性における基準回転位置を原点とした場合のパッド厚さに応じた回転位置−推力特性を示すグラフ図である。 パッド厚さに応じた回転位置−基準推力特性を示すグラフ図である。 パッド交換時の剛性係数の算出例を示すグラフ図である。 複数点で比較してパッド交換時の剛性係数を算出する例を示すグラフ図である。 剛性係数関数の決定について説明するためのグラフ図である。 図4のステップS6のサブルーチンとなる電流−推力変換関数の補正処理を示すフローチャートである。 回転位置−推定推力テーブルと回転位置−基準推力特性とを示すグラフ図である。 回転位置−推定推力テーブルと回転位置−基準推力特性とを複数点で比較したグラフ図である。 第2実施形態に係る電動ブレーキ装置のコントローラの概略構成を示すブロック図である。
[第1実施形態]
以下、第1実施形態に係る電動ブレーキ装置を図面に基づいて説明する。本実施形態に係る電動ブレーキ装置の全体構成を図1のブロック図に示す。図1に示すように、本実施形態に係る電動ブレーキ装置1は、車両である自動車の前後左右の各車輪に設けられた電動キャリパ2(1つのみ図示する)と、ブレーキペダル5に連結されてブレーキペダル5のストロークを可能にして適度な操作力を付与するストロークシミュレータ6と、ストロークシミュレータ6に組込まれてブレーキペダル5の操作情報(例えばストローク、操作力)を検出する操作センサ6Aと、車速、車両加速等の車両状態を検出する各種センサからの入力信号に基づいて電動キャリパ2に制御信号を供給するコントローラ7(制御手段)と、これらを含む車載機器に電力を供給するバッテリ等の電源(図示せず)とを備えている。コントローラ7と、電動キャリパ2及び上述の各種センサとは、車載ネットワーク及び電気信号線によって相互接続され、制御信号及び検出信号を相互に授受することができるようになっている。操作センサ6Aとしては、例えばブレーキペダル5のストロークを検出するストロークセンサ、踏力を検出する踏力センサを用いることができる。また、操作センサ6Aは、必ずしもストロークシミュレータ6に組込まれ定る必要はなく、ストロークシミュレータ6とは別に、例えばブレーキペダル5に組み付けツようにしても良い。
電動キャリパ2の構成について主に図2を参照して説明する。図2に示すように、電動キャリパ2(キャリパ)は、キャリパ浮動型ディスクブレーキであって、車輪と共に回転するディスクロータ3と、サスペンション部材等の車体側の非回転部分(図示せず)に固定されるキャリア12と、ディスクロータ3の両側に配置されてキャリア12によって支持される一対のブレーキパッド9と、ディスクロータ3を跨ぐように配置されてキャリア12に対してディスクロータ3の軸方向に沿って移動可能に支持されたキャリパ本体4とを備えている。
キャリパ本体4には、ディスクロータ3の一側に対向して開口する貫通穴を有する円筒状のシリンダ部15及びシリンダ部15からディスクロータ3を跨いで反対側へ延びる爪部16が一体的に形成されている。キャリパ本体4のシリンダ部15内には、ピストンユニット17及びモータユニット18が設けられている。
ピストンユニット17は、シリンダ部15に摺動可能に嵌装される有底円筒状のピストン11(押圧部材)と、ピストン11の内部に収容されたボール・ランプ機構27(回転−直動変換機構)及び差動減速機構25と、パッド摩耗補償機構22とを一体化したものである。ボール・ランプ機構27は、回転ディスク27Aと直動ディスク27Bとの間の傾斜溝にボール27C(鋼球)が介装されており、回転ディスク27Aと直動ディスク27Bとを相対回転させることにより、傾斜溝間でボール27Cが転動して、回転ディスク27Aと直動ディスク27Bとを回転角度に応じて軸方向に相対移動させる。これにより、回転運動を直線運動に変換する。なお、本実施形態においては、回転−直動変換機構をボール・ランプ機構27としているが、ボールネジ機構やローラランプ機構、精密ローラネジ機構等としてもよい。
差動減速機構25は、ボール・ランプ機構27と、モータユニット18の電動モータ19との間に介装され、電動モータ19のロータ19Aの回転を所定の減速比で減速してボール・ランプ機構27の回転ディスク27Aに伝達する。パッド摩耗補償機構22は、ブレーキパッド9の摩耗(ディスクロータ3との接触位置の変化)に対して、調整スクリュ28を前進させて、ボール・ランプ機構27を追従させるものである。
モータユニット18には、電動モータ19及びレゾルバ等の回転位置検出手段である位置センサ21が組込まれている。位置センサ21は、電動モータ19のロータ19Aの回転位置を検出し、検出データをコントローラ7に設けられた後述する位置制御部39、電流補正部43、及び、電流−推力変換関数補正部47へ出力する。また、電流センサ(図2参照)が設けられ、電流センサ23は、電動モータ19に実際に流れる電流を検出し、検出データをコントローラ7に設けられた後述する電流制御部41及び電流補正部43へ出力する電流検出手段である。
このように構成した電動キャリパ2は、次のように作動する。電動モータ19のステータ30のコイルへの通電によって、ロータ19Aが回転し、ロータ19Aの回転は、差動減速機構25によって所定の減速比で減速され、ボール・ランプ機構27によって直線運動に変換されてピストン11を推進する。ピストン11の前進によって、一方のブレーキパッド9がディスクロータ3に押圧され、その反力によってキャリパ本体4が移動して、爪部16が他方のブレーキパッド9をディスクロータ3に押圧して制動力を発生させる。ブレーキパッド9の摩耗に対しては、パッド摩耗補償機構22の調整スクリュ28が前進してボール・ランプ機構27を摩耗に追従させることによって補償する。
次に、コントローラ7について説明する。図1に示すように、コントローラ7は、RAM31(記憶手段)及びECU33を有している。ECU33は、操作センサ6Aからのペダル操作情報の入力を受け、ペダル操作情報が示すペダル操作情報に基づき、電動モータ19の作動を制御して、ピストン11によるブレーキパッド9への押付力の制御を行う。
図3は、コントローラの概略構成を示すブロック図である。RAM31は、回転位置−推力テーブル311と、電流−推力変換関数312、パッド厚さに応じた回転位置−基準推力特性313と、ブレーキパッド9のパッド厚さ314と、パッド全摩耗時回転位置−推力特性315とを有している。本実施形態では、電流−推力変換関数312は、一次関数として記憶されているが、他の関数あるいはテーブルとして記憶してもよい。RAM31にそれぞれ記憶された回転位置−推力テーブル311、パッド厚さに応じた回転位置−基準推力特性313、及び、パッド全摩耗時回転位置−推力特性314は、電動モータ19の回転位置と推力との関係を表す電動キャリパ4の剛性の特性に関係している。
ECU33は、ペダル操作量−推力指令変換部35と、推力指令−モータ回転位置指令変換部37と、位置制御部39と、電流制御部41と、電流補正部43と、補正後電流−推定推力変換部45(推力推定手段)と、回転位置−推力テーブル作成部46と、電流−推力変換関数補正部47(電流−推力変換関数更新手段)と、を含んでいる。
ペダル操作量−推力指令変換部35は、入力されたペダル操作情報を推力指令に変換して、推力指令−モータ回転位置指令変換部37に出力する。推力指令−モータ回転位置指令変換部37は、入力された推力指令をRAM31に記憶された回転位置−推力テーブル311に基づきモータ回転位置指令に変換して位置制御部39に出力する。位置制御部39は、位置センサ21によって検出した電動モータ19の回転位置と、推力指令−モータ回転位置指令変換部37からのモータ回転位置指令との偏差に基づき電流指令を算出して電流制御部41に出力する。位置制御部39による電流指令の算出は、例えばPID制御やオブザーバを用いて行うことができる。電流制御部41は、電流指令に対応したモータ動作指令、例えばPWM信号を算出して、電動モータ19へ供給する。
電動キャリパ2は、電流制御部41からの電流指令を受けて、その電流指令に応じて電動モータ19が回転することにより作動する。このとき、電動モータ19の回転位置を位置センサ21によって検出し、また、電動モータ19に実際に流れる電流値(例えば永久磁石同期モータのq軸電流値)を電流センサ23によって検出し、これらの検出データをECU33の電流補正部43に入力する。
ECU33の電流補正部43は、電流センサ23により検出した電流及び位置センサ21により検出した電動モータ19の回転位置(回転位置を微分した回転速度及び回転加速度を含む)に基づき、クーロン摩擦、粘性摩擦、加速トルク、電動モータ19の固有のトルクリプル、電気角に同期した外乱、機械角に同期した外乱、その他の外乱をフィルタリングする電流補正処理を行って純粋に推力発生に寄与する補正後電流を算出する。具体的には、電動キャリパ2のボール・ランプ機構27、減速機構25及びパッド摩耗補償機構29等の機械部分における加速度トルクや機械摩擦、粘性抵抗分等の電流の変動に影響を及ぼす電流成分を除去してピストン推力のみに要する電流値として補正後電流を算出する。
このとき、電流補正部43では、平均化処理(所定のモータ回転位置範囲における電流値の平均化処理)等のフィルタリングの影響により、算出した補正後電流に遅れが生じるため、位置センサ21からの回転位置情報を補正後電流に同期させる処理を行い、補正後電流を補正後電流−推定推力変換部45へ出力し、これに同期させた電動モータ19の補正後回転位置を回転位置−推定推力テーブル作成部46へ出力する。
ECU33の補正後電流−推定推力変換部45は、RAM31に記憶された、補正後電流と推定推力との関係を規定する電流−推力変換関数312を用いて補正後電流に基づき推定推力を算出して回転位置−推定推力テーブル作成部46に出力する。
回転位置−推力テーブル作成部46は、補正後電流−推定推力変換部45で算出した推定推力と、電流補正部43からの補正後回転位置とを用いて、モータ回転位置と推力の関係を表す回転位置−推定推力テーブルを作成し、RAM31に記憶された回転位置−推力テーブル311を上書きして更新する。回転位置−推力テーブル作成部46による回転位置−推力テーブルの作成は、ブレーキペダル5が踏み込まれてから、所望の制動力を発生した後にブレーキペダル5の操作が解除されるまでの1回の制動が終了したときに、その1回の制動中に補正後電流−推定推力変換部45で複数算出される推定推力と、これに対応する補正後回転位置とを用いて行なわれる。また、回転位置−推力テーブル作成部46が行なう回転位置−推力テーブル311の更新も1回の制動が終了したときに行われる。このように、1回の制動が終了する毎に、回転位置−推力テーブル311を更新することにより、キャリパ本体4やブレーキパッド9の剛性特性の変化を考慮した精度の高い制動力制御を行なうことが可能となる。
電流−推力変換関数補正部47は、RAM31に記憶されたブレーキパッド9のパッド厚さ31dと、回転位置−推力テーブル作成部46で作成した回転位置−推定推力テーブルとを入力する。また、入力されたパッド厚さ31dに対応する回転位置−基準推力特性315を選択して入力する。そして、回転位置−推定推力テーブル作成部46によって作成された回転位置−推定推力テーブルと、選択した回転位置−基準推力特性とを比較し、電流−推力変換関数312を補正、更新してRAM31に記憶する。なお、本実施形態においては、電流−推力変換関数補正部47により電流−推力変換関数更新手段を構成している。
次に電動ブレーキ装置1の作動について説明する。図2及び図3を参照して、運転者がブレーキペダル19を操作すると、ストロークシミュレータ6の操作センサ6Aから制動指示信号であるペダル操作量がコントローラ7のECU33へ入力される。ECU33では、ペダル操作量は、ペダル操作量−推力指令変換部35によってピストン11がブレーキパッド9を押圧すべき目標推力に変換されて、推力指令値として、推力指令−回転位置指令変換部37に入力される。推力指令−回転位置指令変換部37では、RAM31に格納された回転位置−推力テーブル311を用いて推力指令値に対する電動モータ19の回転位置を決定し、これを回転位置指令として位置制御部39に送る。
位置制御部39では、位置センサ21によって検出した電動モータ19の回転位置と回転位置指令との偏差に基づき、電動モータ19への電流指令を決定し、電流制御部41に送る。ここで、電流指令は、例えばPID制御やオブザーバを用いて決定することができる。電流制御部41では、電流指令に対応した(PWM信号等による)モータ動作指令を算出し、電動モータ19へ電流指令に応じた電流を供給する。これにより、回転位置による推力制御が行なわれて、目標推力に応じた回転位置まで電動モータ19が回転する。そして、電動モータ19の回転により、伝達機構である減速機構25及びボール・ランプ機構27を介してピストン11が前進してブレーキパッド9をディスクロータ3に押圧して制動力が発生する。
上述の制動動作中に、位置センサ21によって検出した電動モータ19の回転位置と、
電流センサ23によって検出した電流を電流補正部43に入力する。電流補正部43は、
電流及び回転位置情報に基づき、フィルタリング処理を行い、推力発生に寄与した成分のみを抽出した補正後電流を生成して補正後電流−推定推力変換部45に送る。また、補正後電流に同期させた補正後回転位置を回転位置−推定推力テーブル作成部46に送る。なお、補正後電流及び補正後回転位置は、移動平均処理の制御周期毎に出力されて、補正後電流−推定推力変換部45及び回転位置−推定推力テーブル作成部46にそれぞれ送られる。
補正後電流−推定推力変換部45では、RAM31に記憶された電流−推力変換関数312を用いて補正後電流に基づく推定推力を算出して回転位置−推定推力テーブル作成部46に送る。ここで、従前の電動ブレーキ装置における電流−推力変換関数は、製造時に設定される初期の関数またはテーブルを更新することなく、用いられていた。このように一定の電流−推力変換関数を使用しているため、キャリパの機械部分の経時変化によって、推力の推定値が正確性を欠いてしまうことになり、電動ブレーキ装置の制御精度を高精度に維持することができなくなる可能性があった。また、このような状態が左右輪で発生すると、制動時の車両安定性が低下する虞がある。このような課題に対して、以下に詳述する電流−推力変換関数補正部47により電流−推力変換関数312を適宜更新するようにして、上記課題を解決するようにしている。
回転位置−推定推力テーブル作成部46は、制動中に蓄積された補正後回転位置及び推定推力により、補正後回転位置と推定推力の関係を表す回転位置−推定推力テーブルを生成して電流−推力変換関数補正部47に出力すると共に、RAM31の回転位置−推力テーブル311を上書き、更新する。このように、電流センサ21によって検出した電動モータ19に実際に流れる電流に基づき算出した推定推力を用いて回転位置−推力テーブル311を更新することにより、ブレーキパッド9の摩耗その他の経時変化あるいは外乱の影響に対して高い制御精度を維持することが可能になる。
電動ブレーキ装置1では、電流−推力変換関数補正部47により、推定推力を演算するための電流−推力変換関数312を適宜更新するようにしている。これにより、ブレーキパッド9の摩耗や電動キャリパの機械部分の経時変化及び外乱の影響があったとしても、補正後電流−推定推力変換部45による推定推力の算出精度を維持して、電動ブレーキ装置の制御精度を高精度に維持し、安定した制動力を得ることができる。
上記電流−推力変換関数補正部47は、RAM31に記憶されたブレーキパッド9のパッド厚さ314、及び回転位置−推定推力テーブル作成部46によって作成した最新の回転位置−推定推力テーブル311を入力し、また、RAM31のパッド厚さ314に応じた回転位置−基準推力特性313を選択する。そして、回転位置−推定推力テーブル作成部46によって作成した回転位置−推定推力テーブル311と、選択した回転位置−基準推力特性313とを比較し、電流−推力変換関数312を補正、更新する。このとき、電動モータ19の所定回転位置における推定推力が、パッド厚さ314及びパッド厚さに応じた回転位置−基準推力特性313に基づく基準推力に対して、一定の範囲内に収まるように電流−推力変換関数312を修正して更新する。
パッド厚さに応じた回転位置−基準推力特性313は、算出した最新のパッド厚さとRAM31の格納部314に格納された前回の処理実行時のパッド厚さ314とを比較することより、ブレーキパッド9が交換されたか否かを判定することができる。また、パッド厚さに応じた回転位置−基準推力特性313は、RAM31に記憶されたパッド厚さ314に応じて選択する。
RAM31に記憶された回転位置−推力テーブル311及び電流−推力変換関数312の更新処理のフローチャートを図4に示す。図4を参照して、ステップS1において、電動ブレーキ装置1のブレーキシステムが作動中(ON)であるか否か、すなわち制動制御が行われているか否かを判定する。ステップS1でブレーキシステムが作動中(ON)である場合、当該電流−推力変換関数の更新処理は終了する。
ステップS1でブレーキシステムが作動中(ON)ではない場合、ステップS2に進み、ブレーキパッド9が常温であるか否かを判定する。ステップS2においてブレーキパッド9が常温でないと判定すると、ステップS1に戻る。ステップS2においてブレーキパッド9が常温であると判定すると、ステップS3に進む。
ここで、ブレーキパッド9が常温のときに更新処理を実行するのは、キャリパ4の経時変化の原因となる機械部分の機械効率の低下や電動モータ19の磁石の消磁が温度によって変化してしまうからである。このため、温度の影響を排除して経時変化の有無を確認するために、毎回、常温の状態で電流−推力変換関数の更新処理を行なうようにしている。なお、このステップS2における判定処理は、例えば、車両が停車中でかつエンジンオフ後に所定時間が経過したか否かによって判定することがで、あるいは、温度センサを設けて判定してもよい。
ステップS3では、ピストン11の前進により、ブレーキパッド9がディスクロータ3に接触する点に基づきブレーキパッド9の厚さ(パッド厚さ31d)を算出し、また、回転位置−推力テーブル作成部46によって回転位置−推力テーブル311の更新情報を作成し、ステップS4に進む。
ステップS4では、ステップS3において算出した最新のパッド厚さdnと、RAM31に記憶された前制御周期のパッド厚さ314とを比較し、前制御周期よりもパッドが厚くなっているか否かを判定する。パッド厚さが厚くなっている場合には(Y)、ブレーキパッド9が交換されたものと判断してステップS5に進み、厚くなっていない場合には(N)、ステップS6に進む。なお、本実施形態においては算出したパッド厚さの増減によってブレーキパッド9の交換の有無を判定しているが、パッド交換を他の方法によって検出してもよい。
ステップS5では、電流−推力変換関数補正部47により、交換後のブレーキパッド9パッド厚さに応じた回転位置−基準推力特性313を作成し、RAM31に記憶して、ステップS7に進む。本実施形態では、パッド交換時のパッドの特性や種類等のばらつきによる影響を除去するために、パッド交換を検出する度に、予めRAM31に格納されたパッド全摩耗時の回転位置−推力特性315と、ステップS3において算出したパッド厚さ及び作成した回転位置−推定推力テーブル311を使用して、パッド厚さに応じた回転位置−基準推力特性313を作成する。
ステップS6では、ステップS3で決定したパッド厚さ及びステップS5で作成したブレーキパッド9の交換後のパッド厚さに応じた回転位置−基準推力特性313に基づき、その時点のパッド厚さにおける回転位置−基準推力特性313を決定し、ステップS3で作成した回転位置−推定推力テーブル311と比較することにより、電流−推力変換関数312を補正して、ステップS7に進む。本実施形態においては、電流−推力変換関数312を定数(1次関数)としているが、この電流−推力変換関数312は、このほか、回転位置等の関数あるいはテーブルとしてもよい。
ステップS7では、ステップS3において算出したパッド厚さを、RAM31のにパッド厚さ314として記憶する。この値は、次回の本処理実行時に参照され、ステップS3においてパッド厚さの前回値として使用される。ステップS7の終了により、電流−推力変換関数312の補正、更新処理を終了する。
次に、ステップS3におけるパッド厚さ314の算出及び回転位置−推定推力テーブル作成の処理について、ステップS3のサブルーチンとなる図5のフローチャート及び図6の回転位置及び推定推力の時間的変化を示すタイムチャートを用いて説明する。
図5を参照して、ステップS3−1において、電流−推力変換関数補正部47により、ブレーキパッド9がディスクロータ3を押圧する方向に一定の回転速度でピストン11を前進させる回転位置指令を行い、位置制御部39及び電流制御部41により電動モータ19を駆動させる。具体的には、ステップS3の処理開始時点における初期回転位置X0に所定量ΔXを加えた回転位置指令Xc1を生成する。その後、ステップS3−2へ進む。本実施形態においては、回転位置指令の所定量ΔXは、例えば電動モータ19の回転速度が100rpmとなるのに必要な回転位置の増加量としている。これにより、図6を参照して、時刻t0で電動モータ19が回転を開始する。その後、電流補正部43のフィルタリングの影響による遅れを伴い、時刻t1で推定推力Fが算出される。
ステップS3−2において、電動モータ19の駆動に伴って補正後電流−推定推力変換部45によって算出される推定推力Fが、所定の推力である基準推力F0を超えたか否かを判定する。この判定によりブレーキパッド9がディスクロータ3に接触したか否かを判定する。ステップS3−2の判定の結果、推定推力が、基準推力F0を超えたと判定された場合は、ステップS3−4へ進み、基準推力F0を超えていないと判定された場合は、ステップS3−3で、その時点における回転位置指令Xcnにさらに所定量ΔXを加えた回転位置指令Xcn+1を生成してステップS3−2に戻る。ここで、本実施形態においては、基準推力F0を例えば3kNとしている。
図6を参照して、時刻t2でブレーキパッド9のディスクロータ3への接触により推定推力Fが増加し始め、時刻t3で推定推力Fが所定の基準推力F0に達する。このときの補正後回転位置(フィルタリングによる遅れに同期させた回転位置)を基準回転位置Xn
とする。
ステップS3−4では、算出された推定推力が基準推力F0を超えた時点において、電流補正部43より算出される補正後回転位置を基準回転位置Xnとし、この基準回転位置XnをRAM31に記憶されたパッド全摩耗時の回転位置−推力特性315における基準推力F0に対応する基準回転位置Xeから減じることよってパッド厚さを算出してステップS3−5へ進む。
ここで、パッド厚さは、本実施形態では、RAM31に予め記憶されたパッド全摩耗時の回転位置−推力特性315を使用して算出する。このため、基準回転位置Xn及びXeは、減算処理を行なうために同じ座標上で検出する必要がある。従って、ボール・ランプ機構25又は摩耗補償機構29の後端位置等の機械的に一定の位置を基準として原点を設定する。よって、位置センサ21としてレゾルバ等の絶対的な原点を有していない位置センサを使用する場合、起動時に、一旦、一定の機械的な基準位置まで電動モータ19を回転させて原点の設定を行なう。なお、電源オフ時にも、電動モータ19の回転位置を記憶できる場合、あるいは、位置センサ21として一定の機械的な原点を有するセンサを使用する場合には、その原点に基づき位置検出を行うことができる。
また、本実施形態においては、ブレーキパッド9がディスクロータ3に接触する基準回転位置Xnの検出に基準推力F0を用いている。これは、ブレーキパッド9が偏摩耗している場合には、ブレーキパッド9の見かけ上の剛性が低下し、ブレーキパッド9がディスクロータ3に接触した回転位置から推力が立ち上がる回転位置までの移動量が、偏摩耗を起こしていない場合に比べて増加する傾向にある。この偏摩耗の影響を解消するため、基準推力F0は、偏摩耗による回転位置Xの移動量の増加を見越した値として設定される。なお、ブレーキパッド9がディスクロータ3に接触するパッド接触位置の検出には、ある程度推力が発生していることが確認できればよいため、基準推力F0の代りに、電動モータ9の電流値を用いてもよく、電動モータ9の電流値に対する回転位置変化量を用いてもよい。あるいは、ブレーキパッド9とディスクロータ3の接触を検知するマイクロスイッチ等のリミットスイッチを設け、このスイッチが接触を検知したときの電動モータ9の回転位置をパッド接触位置である基準回転位置Xnとしてもよい。
ステップS3−4では、決定された基準回転位置Xnを、パッド全摩耗時の基準回転位置X0から減じることでパッド厚さdnを算出する。なお、本実施形態では、パッドの摩耗によるパッドの厚さの変動量をパッド厚さとして算出するものとしているが、検出した基準回転位置をパッド交換時すなわちパッド新品時の基準回転位置と比較し、パッド摩耗量として算出してもよいし、基準回転位置をそのまま使用してもよい。
ステップS3−5では、引き続きブレーキパッド9をディスクロータ3を押圧する方向に一定の回転速度で進める回転位置指令Xd1を、現在の回転位置指令値に所定量を加えることで生成し、位置制御部39及び電流制御部41により電動モータ19を駆動させ、ステップS3−6へ進む。
ステップS3−6では、補正後回転位置が、所定回転位置Xsに達したか否かを判定する。判定の結果、達した場合には(Y)、ステップS3−7へ進み、達していない場合には(N)、ステップS3−5へ戻り、引き続き一定の回転速度で電動モータ19を駆動させる。所定回転位置Xsは、基準回転位置Xnからの所定量だけ、例えばピストンが0.5mm移動するのに必要な電動モータ19の回転量だけ移動した位置とする。この所定回転位置Xsは、回転位置−推定推力テーブルを作成するためのものであり、ステップS3−4で決定した基準回転位置Xnに対して充分推力を発生する位置として制御が必要な推力に応じて設定する。基準回転位置Xsの代りに、電流値や推定推力をパラメータとして用いてもよい。図6を参照して、時刻t4で電動モータ19の補正後回転位置が所定回転位置Xsに達している。
ステップS3−7では、ステップS3−6までの電動モータ19の駆動に基づき、補正後電流−推定推力変換部45で算出した推定推力を用いて回転位置−推力テーブル作成部46により、回転位置−推定推力テーブル311を作成して、ステップS3−8に進む。
ステップS3−8では、ブレーキパッド9をディスクロータ3から離間する方向に一定の回転速度で進める回転位置指令Xd2を行い、位置制御部39及び電流制御部41によって電動モータ19を駆動して、ステップS3−9へ進む。
ステップS3−9では、回転位置が、初期の回転位置X0に戻ったか否かを判定する。判定の結果、初期の回転位置X0に戻った判定された場合には(Y)、ステップS3−10へ進み、戻っていないと判定された場合には(N)、ステップS3−8へ戻り、引き続き一定の回転速度で電動モータ19を駆動する。
ステップS3−10では、回転位置指令Xd2を停止し、電動モータ19の制御を停止し、パッド厚さの算出及び回転位置−推定推力テーブルの作成処理を終了し、メインルーチンのステップS3を終了してステップS4に進む。
図6を参照して、時刻t4で電動モータ19の補正後回転位置が所定回転位置Xsに達した後、電動モータ19を逆回転さてピストン11を後退させ、時刻t5で回転位置が初期の回転位置X0に戻ったとき、電動モータ19を停止する。
次に、RAM31に記憶されるパッド全摩耗時の回転位置−推力特性315について、図7を参照して説明する。図7(A)に示すように、実際のパッド全摩耗時の回転位置−推力特性は、回転位置Xが一定の機械的なゼロ点である原点Oから全摩耗したブレーキパッド9がディスクロータ3に接触するまでは推力を発生せず、ブレーキパッド9がディスクロータ3に接触したとき、推力を発生し、その後、回転位置Xが進むに従って推力が大きくなる特性となる。このとき、電流センサ21の検出値に基づき、基準推力F0が発生したときの回転位置Xを基準回転位置Xeとする。
そして、図7(B)に示すように、基準回転位置Xe及び基準推力F0が原点Oとなるようにパッド全摩耗時の回転位置−推力特性の曲線を移動し、関数fe(x)として、パッド全摩耗時の回転位置−推力特性315を予めRAM31に格納する。なお、パッド全摩耗時の回転位置−推力特性315は、関数ではなく、テーブルとして格納してもよい。
次に、RAM31の格納部311に格納される回転位置−推力テーブル311について、図8を参照して説明する。補正後電流−推定推力変換部46によって算出された推定推力及び電流補正部43で補正された補正後回転位置に基づいて作成された図8(A)に示す回転位置−推力テーブルFn[X]を基準回転位置Xn及び基準推力F0が原点Oとなるように移動し、これを図8(B)に示す回転位置−推力テーブル311(fn[x])としてRAM31に記憶する。
次に、RAM31に格納されるパッド厚さに応じた回転位置−推力特性313について図9乃至図14を参照して説明する。図9は、一定の機械的な0点を原点とした場合のパッド厚さによる回転位置−推力特性の変動を示しており、Xn0はパッド交換時の基準回転位置、Xnは、使用中のあるパッド厚さにおける基準回転位置、また、Xeはパッド全摩耗時の基準回転位置を表している。ブレーキパッド9の摩耗に伴い、基準推力F0を発生させる基準回転位置が大きくなっている。これらのパッド厚さによる回転位置−推力特性をそれぞれの基準回転位置Xn0、Xn、Xe及び基準推力F0が原点0となるように移動したグラフ図を図10に示す。図10に示されるように、回転位置−推力特性は、ブレーキパッド9の厚さによって剛性(回転位置の増大に対する推力の増大の割合)が矢印A方向に変化し、パッド厚さが小さいほど剛性が大きくなっている。
予め設定されたパッド全摩耗時の回転位置−推力特性315を表す関数fe(x)と、パッド交換時(パッド摩耗なしの状態)に算出した回転位置−推力特性を表すテーブルfp[x]とに基づき、これらの間を補間することにより、パッド厚さに応じた回転位置−基準推力特性313を決定することができる。図11を参照して、パッド厚さに応じた回転位置−基準推力特性313を、パッド厚さdと回転位置xで表される、パッド全摩耗時の回転位置−推力特性315の関数fe(x)と、パッド交換後に算出した回転位置−推力特性のテーブルfp[x]との間を補間する関数f(d、x)とする。この関数f(d、x)は、パッド交換時(パッド摩耗なしの状態)では、パッド交換時の回転位置−推定推力特性のテーブルfp[x]と一致する特性を有し、パッド厚さの減少に伴って矢印B方向に変化し、パッド全摩耗時には、パッド全摩耗時の回転位置−推力特性315を表す関数fe(x)に等しい特性を有する。
ここで、関数f(d、x)=α(d)・fe(x)となるパッド厚さdの関数を剛性係数関数α(d)として定義する。この剛性係数関数α(d)は、パッド交換時のパッド厚さdp及び回転位置−推定推力特性のテーブルfp[x]を用いて決定することができる。この場合、fp[x]について、fp[x]=fe(x)・α(dp)となり、α(dp)=αp(定数)であるから、αpを算出することにより、α(d)を決定してパッド厚さに応じた回転位置−基準推力特性313の関数f(d、x)を得ることができる。
先ず、パッド全摩耗時の回転位置−推力特性315の関数fe(x)及びパッド交換時の回転位置−推定推力テーブルfp[x]を用いてαpを算出する。このとき、例えば、図12に示すように、所定の回転位置x1において、パッド全摩耗時の推力fe(x1)及びパッド交換時の推力fp[x1]を用いて、αp・fe(x1)=fp[x1]として、αp=fp[x1]/fe(x1)を算出することができる。
この場合、図13に示すように、複数の所定の回転位置x1、x2、…xnについて、αpを算出してもよい。
次に、パッド交換時のパッド厚さdp及び剛性係数関数α(dp)=αpを用いて、回転位置−基準推力特性f(d、x)を決定する。回転位置−基準推力特性f(d、x)は、パッド厚さがd=dpのとき(パッド交換時)、α(dp)=αpとなり、d=0のとき(パッド全摩耗時)、α(0)=1となるような関数である。ここで、例えば、図14に示すように、剛性係数関数α(d)がパッド厚さdの1次関数であるとすると、剛性係数関数α(d)は、
α(d)=1+β×d
で表される。βは一次関数の傾き(定数)であり、パッド交換時のパッド厚さdp及び剛性係数関数(dp)=αpより、β=(αp−1)/dpとなる。
なお、剛性係数関数α(d)は、このような1次関数とするほか、他の関数又はテーブルとしてもよい。テーブルとする場合には、パッド交換時にテーブルを補正する関数を用いてもよい。また、本実施形態では、剛性係数関数αをパッド厚さdの関数α(d)としているが、このほか、回転位置xの関数α(x)としてもよく、2変数関数α(d、x)としてもよい。この場合、αpは定数ではなく関数αp(x)となり、図13に示すような複数点における差分により、2変数関数α(d,x)を決定すればよい。
以上のようにしてブレーキパッド9のパッド厚さに応じた回転位置−基準推力特性313を関数f(d、x)として、RAM31に格納する。なお、このパッド厚さに応じた回転位置−基準推力特性313は、実験等によって特性を求め、予めRAM31に格納しておいてもよい。この場合は、図4のステップS4及びステップS5を省略して、ステップS3からステップS6に直接進む。また、回転位置−基準推力特性313は、このような関数f(d、x)のほか、テーブルとして格納してもよい。
次に、RAM31に格納される電流−推力変換関数312の補正処理について、図15乃至図17を参照して説明する。図15を参照して、ステップS6−1では、図4のステップS3で算出したパッド厚さdn及びステップS5で求めたパッド厚さに応じた回転位置−基準推力特性313の関数f(d、x)から、パッド厚さdnにおける回転位置−基準推力特性の関数f(dn、x)を決定してステップS6−2に進む。
ステップS6−2では、ステップS6−1で決定したパッド厚さdnにおける回転位置−基準推力特性の関数f(dn、x)と、ステップS3で作成した回転位置−推力テーブルfn[x]とを比較し、これらが所定の範囲内において等しいか否かを判定する。例えば、図16に示しように、所定の回転位置x1における回転位置−基準推力特性313の関数f(dn、x)と回転位置−推力テーブルfn[x]との差が所定の範囲内にあるか否かによって判定することができる。これらの差が所定の範囲内にある場合(Y)、電流−推力変換関数312の補正は必要ないと判断し、電流−推力変換関数312の補正処理を終了して、図4のステップS7に進む。
これらの差が所定の範囲内にない場合(N)、電流−推力変換関数312の補正が必要であると判断してステップS6−3に進む。ステップS6−3では、補正関数γを用いて電流−推力変換関数312を補正する。補正関数γは、例えば、図16にように示すように、
fn[x]=γ・f(dn、x)
として、所定の回転位置x1における回転位置−推力テーブルfn[x]による推力fn[x]及び回転位置−基準推力特性f(dn、x)による推力f(dn、x1)から
γ=f(dn,x1)/fn[x1]
として算出することができる。
なお、補正関数γは、図17に示すように、複数の所定の回転位置x1、x2、…xnについて、fn[xn]と、f(dn、xn)とを比較することにより算出するようにしてもよい。また、補正関数γは、このほか、テーブルとしてもよく、この場合、図17に示す複数の所定の回転位置x1、x2、…xnにおける推力からテーブルを作成する。
このようにして、補正関数γを求めた後、ステップS6−4に進み、補正関数γを用いて電流−推力変換関数312を補正し、RAM31に記憶して、電流−推力変換関数312の更新処理を終了する。このようにして、電流−推力変換関数312を適宜補正することにより、ブレーキパッド9の摩耗、その他の経時変化に対して推力の算出精度を高精度に維持することができ、安定した制動力を得ることができる。
[第2実施形態]
次に、第2実施形態について図18を参照して説明する。本実施形態では、上記第1実施形態に対して、コントローラ7は、推力指令を回転位置指令Xsに変換する代りに直接、電流指令Asに変換して電動モータ19を制御する。以下、上記第1実施形態に対して、同様の部分については同一の符号を用いて、異なる部分についてのみ詳細に説明する。
本実施形態では、コントローラ7は、図18に示すECU33A及びRAM31Aを有している。ECU33Aでは、ペダル操作量−推力指令変換部35による推力指令Fsは、推力指令−電流指令変換部37Aによって直接、電流指令Asに変換されて電流制御部41に送られる。このとき、RAM31Aに記憶された推力−電流変換関数312Aを用いて電流指令を決定する。
この場合、推力−電流変換関数312Aは、上記第1実施形態の電流−推力変換関数312の逆関数であるから、上記第1実施形態と同様、ブレーキパッド9の摩耗や、その他の経時変化に対して、推力−電流変換関数312Aを補正、更新することにより、制御精度を高精度に維持することができ、安定した制動力を得ることができる。
上記各実施形態の電動ブレーキ装置においては、ディスクロータにブレーキパッドを押圧する押圧部材を電動モータにより伝達機構を介して推進するキャリパと、制動指示信号に応じて算出した前記押圧部材の推力指令値に基づいて前記電動モータを制御する制御手段と、前記電動モータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、前記電動モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、を備え、前記制御手段は、前記電動モータに流れる電流と前記押圧部材の推力との関係を規定する電流−推力変換関数に基づき、前記電動モータに流れる電流から前記押圧部材の推力を推定する推力推定手段と、前記推力推定手段によって推定した前記電動モータの所定回転位置における推定推力と、前記電動モータの回転位置と推力との関係に基づく前記所定回転位置における基準推力とを比較し、前記電流−推力変換関数を補正して更新する電流−推力変換関数更新手段と、を有するようになっている。
このように、電流−推力変換関数を一定の定数とせずに、ブレーキパッドの摩耗やキャリパの経時変化に対して電流−推力変換関数を補正して更新することにより、電動ブレーキ装置の制御精度を高精度に維持することができ、安定した制動力を得ることができる。また、制動時の車両安定性を維持することが可能となる。
1…電動ブレーキ装置、2…電動キャリパ(キャリパ)3…ディスクロータ、7…コントローラ(制御手段)、9…ブレーキパッド、11…ピストン(押圧部材)、19…電動モータ、21…位置センサ(回転位置検出手段)、23…電流センサ(電流検出手段)、25…減速機構(伝達機構)、27…ボール・ランプ機構(伝達機構)、45…補正後電流−推定推力変換部(推力推定手段)、47…電流−推力変換関数補正部(電流−推力変換関数更新手段)

Claims (9)

  1. ディスクロータにブレーキパッドを押圧する押圧部材を電動モータにより伝達機構を介して推進するキャリパと、制動指示信号に応じて算出した前記押圧部材の推力指令値に基づいて前記電動モータを制御する制御手段と、前記電動モータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、前記電動モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、を備え、
    前記制御手段は、
    前記電動モータに流れる電流と前記押圧部材の推力との関係を規定する電流−推力変換関数に基づき、前記電動モータに流れる電流から前記押圧部材の推力を推定する推力推定手段と、
    前記推力推定手段によって推定した前記電動モータの所定回転位置における推定推力と、前記電動モータの回転位置と推力との関係に基づく前記所定回転位置における基準推力とを比較し、前記電流−推力変換関数を補正して更新する電流−推力変換関数更新手段と、を有することを特徴とする電動ブレーキ装置。
  2. 請求項1に記載の電動ブレーキ装置において、前記所定回転位置は、前記ブレーキパッドの摩耗に応じて設定されることを特徴とする電動ブレーキ装置。
  3. 請求項1に記載の電動ブレーキ装置において、前記所定回転位置は、前記ブレーキパッドが前記ディスクロータに接触するパッド接触位置を基準として、前記押圧部材が前記パッド接触位置から一定量だけ前記ディスクロータ側に移動したときの回転位置であることを特徴とする電動ブレーキ装置。
  4. 請求項3に記載の電動ブレーキ装置において、前記電動モータに流れる電流に基づいて前記パッド接触位置を決定することを特徴とする電動ブレーキ装置。
  5. 請求項1から4のいずれかに記載の電動ブレーキ装置において、前記制御手段は、前記電動モータの回転位置と前記押圧部材を推力との関係に基づき、前記推力指令値に応じた前記電動モータの回転位置を指令し、前記推力推定手段によって推定した前記所定回転位置における推定推力に基づき、前記電動モータの回転位置と前記押圧部材の推力との関係を更新することを特徴とする電動ブレーキ装置。
  6. 請求項1から5のいずれかに記載の電動ブレーキ装置において、前記制御手段は、前記電動モータの回転位置と前記押圧部材の推力との関係を、テーブルとして記憶していることを特徴とする電動ブレーキ装置。
  7. 請求項1から6のいずれかに記載の電動ブレーキ装置において、前記制御手段は、前記電流−推力変換関数更新手段によって更新した電流−推力変換関数に基づき、推力指令値に応じた電流を前記電動モータに供給することを特徴とする電動ブレーキ装置。
  8. 請求項1から7のいずれかに記載の電動ブレーキ装置において、前記電流−推力変換関数更新手段による電流−推力変換関数の更新は、前記キャリパが常温のときに実行することを特徴とする電動ブレーキ装置。
  9. 請求項1から8のいずれかに記載の電動ブレーキ装置において、
    前記制御手段は、
    前記電動モータの回転位置に基づいて前記ブレーキパッドの厚みを算出するパッド厚み算出手段と、
    前記ブレーキパッドの厚みに応じた前記電動モータの回転位置と前記押圧部材の推力との関係を表す回転位置−基準推力特性を記憶する記憶手段と、
    前記ブレーキパッドで前記ディスクロータを押圧したとき、前記電動モータの回転位置と前記推力推定手段によって推定した推定推力とに基づき、前記電動モータの回転位置と前記押圧部材の推力との関係を表す回転位置−推定推力特性を算出する回転位置−推定推力特性算出手段と、を有し、
    前記電流−推力変換関数更新手段は、
    前記ブレーキパッドの厚みに応じた前記回転位置−基準推力特性を前記記憶手段から選択し、選択した回転位置−基準推力特性と、前記回転位置−推定推力特性算出手段が算出した回転位置−推定推力特性とを比較し、電流−推力変換関数を補正して前記記憶手段に記憶された電流−推力変換関数を更新することを特徴とする電動ブレーキ装置。
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