JP2014088911A - Electric linear motion actuator - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電動モータで駆動される回転軸の回転を直動部材の直線運動に変換し、その直動部材で対象物に荷重を負荷する電動式直動アクチュエータに関する。 The present invention relates to an electric linear actuator that converts rotation of a rotating shaft driven by an electric motor into linear motion of a linear motion member and applies a load to an object with the linear motion member.
車両用ブレーキ装置として、油圧シリンダで摩擦パッドをブレーキディスクに押さえ付けて制動力を発生する油圧ブレーキ装置が採用されてきたが、近年、ABS(アンチロックブレーキシステム)等のブレーキ制御の導入に伴い、油圧回路を使用しない電動ブレーキ装置が注目されている。 As a brake device for a vehicle, a hydraulic brake device that generates a braking force by pressing a friction pad against a brake disk with a hydraulic cylinder has been adopted. Recently, with the introduction of brake control such as ABS (anti-lock brake system). Electric brake devices that do not use a hydraulic circuit have attracted attention.
電動ブレーキ装置は、電動モータの回転を直動部材の直線運動に変換する電動式直動アクチュエータを用い、この電動式直動アクチュエータで摩擦パッドをブレーキディスクに押さえ付けて制動力を発生するものである。 The electric brake device uses an electric linear actuator that converts the rotation of the electric motor into linear movement of the linear member, and generates a braking force by pressing the friction pad against the brake disk with this electric linear actuator. is there.
このような電動ブレーキ装置として、例えば、特許文献1に記載のものが知られている。特許文献1の電動ブレーキ装置は、電動モータと、ブレーキディスクへの荷重負荷領域と無負荷領域との間で直線移動可能に設けられた摩擦パッドと一体の直動部材と、電動モータの回転を直動部材の直線移動に変換する運動変換機構と、直動部材がブレーキディスクに荷重を負荷しているときにその実荷重の大きさを検出する荷重センサとを有する。そして、この荷重センサで検出された実荷重の大きさに基づいて電動モータが制御される。
As such an electric brake device, for example, the one described in
しかしながら、この特許文献1の電動ブレーキ装置は、ブレーキディスクへの荷重負荷領域と無負荷領域との境目近傍で、過度のオーバーシュートや振動等の不安定要素が発生する問題があった。すなわち、この電動ブレーキ装置は、摩擦パッドがブレーキディスクに非接触の無負荷領域にある状態から、摩擦パッドがブレーキディスクに接触して所定の目標荷重を負荷しようとする場合、摩擦パッドがブレーキディスクに接触する前は、荷重センサで検出される実荷重の大きさがほぼゼロのまま推移するので、実荷重と目標荷重の差が変化しない。そのため、電動モータが比較的高速で回転した状態のまま摩擦パッドがブレーキディスクに接触し、その直後に荷重センサで検出される実荷重が急激に上昇し、実荷重が目標荷重を過度にオーバーシュートするおそれがある。また、目標荷重が小さいとき、荷重負荷領域と無負荷領域との境目近傍で制御が安定せず、荷重の振動を生じるおそれがある。
However, the electric brake device of
一方、摩擦パッドがブレーキディスクに接触した直後のオーバーシュートを生じにくい電動ブレーキ装置として、特許文献2に記載のものが知られている。この電動ブレーキ装置は、電動モータへの供給電流の大きさに基づいて、直動部材の先端の摩擦パッドがブレーキディスクに負荷する実荷重の大きさを検出し、その実荷重の大きさに基づいて、摩擦パッドからブレーキディスクに負荷される荷重が目標荷重となるように電動モータを制御する。
On the other hand, an electric brake device described in
そして、この特許文献2の電動ブレーキ装置は、摩擦パッドがブレーキディスクに接触した直後のオーバーシュートを抑制するため、ブレーキディスクへの荷重負荷領域と無負荷領域との境目近傍では、フィードバック制御の制御ゲインを小さい値に設定する制御を行なう。また、ブレーキディスクに荷重が負荷される荷重負荷領域に入ったときは、ブレーキの応答性を確保するため、フィードバック制御の制御ゲインを大きい値に切り替える制御を行なう。
And since the electric brake device of this
しかしながら、この特許文献2の電動ブレーキ装置は、フィードバック制御の制御ゲインが切り替わる領域の近傍に目標荷重が設定された場合、フィードバック制御の制御ゲインが小さい値と大きい値との間で頻繁に切り替わる事態となって、制御の安定性を損なうおそれがある。また、フィードバック制御の制御ゲインを切り替えるための制御器の構成や制御則が複雑となる。
However, in the electric brake device of
この発明が解決しようとする課題は、対象物への荷重負荷領域と無負荷領域との境目近傍で安定した制御を行なうことが可能な電動式直動アクチュエータを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide an electric linear actuator capable of performing stable control in the vicinity of the boundary between a load-load region and a no-load region on an object.
上記課題を解決するため、本願の発明者は、次の構成を電動式直動アクチュエータに採用した。
電動モータと、
対象物への荷重負荷領域と無負荷領域との間で直線移動可能に設けられた直動部材と、
前記電動モータの回転を前記直動部材の直線移動に変換する運動変換機構と、
荷重負荷領域と無負荷領域の両方にわたり前記直動部材の変位を検出可能な変位センサと、
その変位センサで検出された前記直動部材の変位と、予め設定された変位と荷重の対応関係とに基づいて、前記直動部材の変位に対応する換算荷重を算出し、その算出した換算荷重に基づいて前記電動モータを制御する制御装置とを有し、
前記予め設定された変位と荷重の対応関係は、前記直動部材が荷重負荷領域と無負荷領域とをまたいで移動するときに前記換算荷重が負の荷重と正の荷重との間で連続的に変化するように設定されている。
In order to solve the above problems, the inventors of the present application employ the following configuration for the electric linear actuator.
An electric motor;
A linear motion member provided so as to be linearly movable between a load-load area and a no-load area on the object;
A motion conversion mechanism that converts rotation of the electric motor into linear movement of the linear motion member;
A displacement sensor capable of detecting the displacement of the linear member over both the load-load region and the no-load region;
Based on the displacement of the linear motion member detected by the displacement sensor and a correspondence relationship between the preset displacement and load, a converted load corresponding to the displacement of the linear motion member is calculated, and the calculated converted load And a control device for controlling the electric motor based on
The correspondence relationship between the preset displacement and the load is such that the converted load is continuously between a negative load and a positive load when the linear motion member moves across the load load region and the no load region. Is set to change.
このようにすると、直動部材が無負荷領域にある状態から、直動部材を移動させて対象物に荷重を負荷しようとするときに、直動部材が荷重負荷領域に入る前においても、直動部材の移動に応じて換算荷重が変化するので、対象物への荷重負荷領域と無負荷領域との境目近傍で同一の制御則に基づいて電動モータを制御することができ、制御の安定化を図ることができる。 In this way, when the linear motion member is moved from the state where the linear motion member is in the no-load region and the load is applied to the object, Since the converted load changes according to the movement of the moving member, the electric motor can be controlled based on the same control law in the vicinity of the boundary between the load-loaded area and the no-load area on the object, and the control is stabilized. Can be achieved.
前記直動部材が対象物に荷重を負荷しているときにその実荷重の大きさを検出する荷重センサを更に設け、
前記制御装置は、前記荷重センサで検出された実荷重の大きさまたはその微分値が予め設定された校正しきい値に一致したときに、そのとき前記変位センサで検出される変位が予め設定された校正値となるように前記変位センサの検出値を校正するように構成すると好ましい。
A load sensor for detecting the magnitude of the actual load when the linear motion member is applying a load to the object;
When the magnitude of the actual load detected by the load sensor or a differential value thereof coincides with a preset calibration threshold, the control device is preset with a displacement detected by the displacement sensor. It is preferable that the detection value of the displacement sensor is calibrated so as to obtain a calibration value.
このようにすると、例えば、摩擦パッドの摩耗等が原因で直動部材の変位と実荷重の対応関係が変化したときにも、変位センサで検出される直動部材の変位に基づいて算出される換算荷重が実荷重に対してずれるのを防止することができ、高い精度で荷重を制御することが可能となる。 In this way, for example, even when the correspondence relationship between the displacement of the linear motion member and the actual load changes due to wear of the friction pad or the like, it is calculated based on the displacement of the linear motion member detected by the displacement sensor. It is possible to prevent the converted load from deviating from the actual load, and it is possible to control the load with high accuracy.
前記制御装置は、前記実荷重が予め設定された制御切替しきい値よりも大きくなったときに、前記電動モータの制御を、前記換算荷重に基づく制御から実荷重に基づく制御に切り替えるように構成することができる。このようにすると、荷重が大きい領域においても高い精度で荷重を制御することが可能となる。 The control device is configured to switch the control of the electric motor from the control based on the converted load to the control based on the actual load when the actual load becomes larger than a preset control switching threshold value. can do. In this way, it is possible to control the load with high accuracy even in a region where the load is large.
前記制御装置は、前記実荷重が予め設定された制御切替しきい値よりも小さいときは、前記換算荷重と目標荷重との偏差に基づいて前記電動モータをフィードバック制御し、前記実荷重が予め設定された制御切替しきい値よりも大きいときは、前記実荷重と目標荷重との偏差に基づいて前記電動モータをフィードバック制御するように構成することができる。このようにすると、荷重が大きい領域においても高い精度で荷重を制御することが可能となる。 When the actual load is smaller than a preset control switching threshold, the control device feedback-controls the electric motor based on a deviation between the converted load and a target load, and the actual load is preset. When the threshold value is larger than the control switching threshold value, the electric motor can be feedback-controlled based on the deviation between the actual load and the target load. In this way, it is possible to control the load with high accuracy even in a region where the load is large.
前記荷重センサは、磁界を発生する磁気ターゲットと、その磁気ターゲットに対する相対位置が直動部材から対象物に負荷される荷重に応じて変化するように配置された磁気センサとからなる構成のものを採用することができる。 The load sensor includes a magnetic target that generates a magnetic field and a magnetic sensor that is arranged so that a relative position with respect to the magnetic target changes according to a load applied to the object from the linear motion member. Can be adopted.
前記変位センサとしては、前記直動部材の直線移動方向の位置を検出するリニアセンサを採用することも可能であるが、前記電動モータの回転角を検出する回転センサと、その回転センサで検出される電動モータの回転角を前記直動部材の変位に換算する換算回路とからなる構成のものを採用すると、前記直動部材の変位を高い分解能で検出することができ、高い精度で荷重を制御することが可能となる。 As the displacement sensor, it is possible to employ a linear sensor that detects the position of the linearly moving member in the linear movement direction. However, the displacement sensor detects the rotation angle of the electric motor, and the rotation sensor detects it. If a conversion circuit that converts the rotation angle of the electric motor into the displacement of the linear motion member is adopted, the displacement of the linear motion member can be detected with high resolution, and the load can be controlled with high accuracy. It becomes possible to do.
この発明の電動式直動アクチュエータは、直動部材が無負荷領域にある状態から、直動部材を移動させて対象物に荷重を負荷しようとするときに、直動部材が荷重負荷領域に入る前においても、直動部材の移動に応じて換算荷重が変化するので、対象物への荷重負荷領域と無負荷領域との境目近傍で同一の制御則に基づいて電動モータを制御することができ、安定した制御を行なうことが可能である。 In the electric linear actuator according to the present invention, the linear motion member enters the load load region when the linear motion member is moved from the state where the linear motion member is in the no-load region to load the object. Since the converted load changes according to the movement of the linear motion member, the electric motor can be controlled based on the same control law in the vicinity of the boundary between the load load area and the no load area on the object. Stable control can be performed.
図1に、この発明の実施形態の電動式直動アクチュエータ1を用いた車両用の電動ブレーキ装置を示す。この電動ブレーキ装置は、車輪と一体に回転するブレーキディスク2を間に挟んで対向する対向片3,4をブリッジ5で連結した形状のキャリパボディ6と、左右一対の摩擦パッド7,8とを有する。そして、対向片3のブレーキディスク2に対する対向面に開口する収容孔9に電動式直動アクチュエータ1が組み込まれている。
FIG. 1 shows an electric brake device for a vehicle using an electric
摩擦パッド7,8は、それぞれ対向片3,4とブレーキディスク2の間に設けられており、車輪を支持するナックル(図示せず)に固定されたマウント(図示せず)に対してブレーキディスク2の軸方向に移動可能に支持されている。また、キャリパボディ6も、ブレーキディスク2の軸方向にスライド可能にマウントに支持されている。
The
図2に示すように、電動式直動アクチュエータ1は、回転軸10と、回転軸10の外周の円筒面に転がり接触する複数の遊星ローラ11と、これらの遊星ローラ11を囲むように配置された外輪部材12と、遊星ローラ11を自転可能かつ公転可能に保持するキャリヤ13と、外輪部材12の軸方向後方に配置された荷重センサ14とを有する。
As shown in FIG. 2, the electric
回転軸10は、図1に示す電動モータ15の回転が歯車16を介して入力されることにより回転駆動される。回転軸10は、対向片3を軸方向に貫通して形成された収容孔9の軸方向後側の開口から一端が突出した状態で収容孔9に挿入され、収容孔9からの突出部分に歯車16がスプライン嵌合して回り止めされている。歯車16は、収容孔9の軸方向後側の開口を塞ぐようにボルト17で固定した蓋18で覆われている。蓋18には回転軸10を回転可能に支持する軸受19が組み込まれている。
The
図3に示すように、遊星ローラ11は、回転軸10の外周の円筒面に転がり接触しており、回転軸10が回転したときに遊星ローラ11と回転軸10の間の摩擦によって遊星ローラ11も回転するようになっている。遊星ローラ11は、周方向に一定の間隔をおいて複数設けられている。
As shown in FIG. 3, the
図2に示すように、外輪部材12は、キャリパボディ6の対向片3に設けられた収容孔9内に収容され、その収容孔9の内周で軸方向にスライド可能に支持されている。外輪部材12の軸方向前端には、摩擦パッド7の背面に形成された係合凸部20に係合する係合凹部21が形成され、この係合凸部20と係合凹部21の係合によって、外輪部材12がキャリパボディ6に対して回り止めされている。
As shown in FIG. 2, the
外輪部材12の内周には螺旋凸条22が設けられ、遊星ローラ11の外周には、螺旋凸条22に係合する円周溝23が設けられており、遊星ローラ11が回転したときに、外輪部材12の螺旋凸条22が円周溝23に案内されて、外輪部材12が軸方向に移動するようになっている。この実施形態では遊星ローラ11の外周にリード角が0度の円周溝23を設けているが、円周溝23のかわりに螺旋凸条22と異なるリード角をもつ螺旋溝を設けてもよい。
A
キャリヤ13は、遊星ローラ11を回転可能に支持するキャリヤピン13Aと、その各キャリヤピン13Aの軸方向前端の周方向間隔を一定に保持する環状のキャリヤプレート13Cと、各キャリヤピン13Aの軸方向後端の周方向間隔を一定に保持する環状のキャリヤ本体13Bとからなる。キャリヤプレート13Cとキャリヤ本体13Bは遊星ローラ11を間に軸方向に対向しており、周方向に隣り合う遊星ローラ11の間に配置された連結棒24を介して連結されている。
The
キャリヤ本体13Bは、滑り軸受25を介して回転軸10に支持され、回転軸10に対して相対回転可能となっている。遊星ローラ11とキャリヤ本体13Bの間には、遊星ローラ11の自転がキャリヤ本体13Bに伝達するのを遮断するスラスト軸受26が組み込まれている。スラスト軸受26は、遊星ローラ11を自転可能に支持している。
The
各キャリヤピン13Aは、周方向に間隔をおいて配置された複数のキャリヤピン13Aに外接するように装着された縮径リングばね27で径方向内方に付勢されている。この縮径リングばね27の付勢力によって、遊星ローラ11の外周は回転軸10の外周に押さえ付けられ、回転軸10と遊星ローラ11の間の滑りが防止されている。縮径リングばね27の付勢力を遊星ローラ11の軸方向全長にわたって作用させるため、キャリヤピン13Aの両端に縮径リングばね27,27が設けられている。
Each
ここで、図1および図2に示される外輪部材12および摩擦パッド7は、摩擦パッド7がブレーキディスク2に接触して荷重を負荷する荷重負荷領域と、摩擦パッド7がブレーキディスク2に非接触の無負荷領域との間で直線移動する直動部材Aを構成する。また、電動モータ15の回転が入力される回転軸10と、回転軸10の外周の円筒面に転がり接触する複数の遊星ローラ11と、その複数の遊星ローラ11を自転可能かつ公転可能に保持し、軸方向移動を規制されたキャリヤ13と、複数の遊星ローラ11を囲むように配置された外輪部材12と、その外輪部材12の内周に設けられた螺旋凸条22と、その螺旋凸条22と係合するように各遊星ローラ11の外周に設けられた円周溝23とは、電動モータ15の回転を直動部材A(外輪部材12と摩擦パッド7)の直線運動に変換する運動変換機構Bとして機能する。
Here, the
荷重センサ14は、軸方向に間隔をおいて対向する円環板状のフランジ部材30および支持部材31と、磁界を発生する磁気ターゲット32と、磁界の強さを検出する磁気センサ33とを有し、支持部材31がフランジ部材30の軸方向後方に位置するよう収容孔9内に嵌め込まれている。
The
図4、図5に示すように、フランジ部材30は、支持部材31に向けて突出する筒部34を有する。筒部34の外径面は、支持部材31の内径面と径方向に対向しており、筒部34の外径面に形成された面取り部35に磁気ターゲット32が固定され、支持部材31の内径面に形成された軸方向溝36に磁気センサ33が固定されている。フランジ部材30および支持部材31は、磁性体で形成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
支持部材31は、フランジ部材30との対向面の外径側部分に環状突起38を有し、その環状突起38でフランジ部材30の外径側部分を支持し、フランジ部材30と支持部材31の間隔を保持している。
The
磁気ターゲット32は、径方向内端と径方向外端に磁極を有するように半径方向に磁化された2個の永久磁石39からなる。2個の永久磁石39は、反対の極性を有する磁極(すなわちN極とS極)が軸方向に並ぶように隣接して配置されている。
The
永久磁石39としては、ネオジム磁石を使用すると、省スペースで強力な磁界が発生するので、荷重センサ14の分解性能を高くすることができるが、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、フェライト磁石などを使用してもよい。サマリウムコバルト磁石またはアルニコ磁石を使用すると、永久磁石39の温度上昇に伴う磁界の減少を抑えることができる。また、プラセオジム磁石、サマリウム窒化鉄磁石を使用することもできる。
When a neodymium magnet is used as the
磁気センサ33は、2個の永久磁石39の隣り合う磁極の境目の近傍で磁気ターゲット32と軸直交方向(図では半径方向)に対向するように配置されている。磁気センサ33としては、磁気抵抗素子(いわゆるMRセンサ)や、磁気インピーダンス素子(いわゆるMIセンサ)を使用することも可能であるが、ホールICを使用するとコスト面で有利であり、また耐熱性の高いホールICが市販されているので、高い摩擦熱が生じる電動ブレーキの用途に好適である。
The
図2に示すように、フランジ部材30の外周と支持部材31の外周には軸方向に延びる位置決め溝40,41が形成され、この位置決め溝40,41に共通のキー部材42を嵌め込むことで、磁気ターゲット32の周方向位置と磁気センサ33の周方向位置が合致するようにフランジ部材30と支持部材31が周方向に位置決めされている。
As shown in FIG. 2,
キャリヤ13とフランジ部材30の間には、キャリヤ13と一体に公転する間座43と、間座43とフランジ部材30の間で軸方向荷重を伝達するスラスト軸受44とが組み込まれている。フランジ部材30の内周には、回転軸10を回転可能に支持する転がり軸受45が組み込まれている。
A
荷重センサ14は、支持部材31の外周縁を、収容孔9の内周に装着した止め輪46,48で係止することによって軸方向の前方および後方への移動が規制されている。そして、この荷重センサ14は、間座43とスラスト軸受44とを介してキャリヤ本体13Bを軸方向に支持することで、キャリヤ13の軸方向後方への移動を規制している。また、キャリヤ13は、回転軸10の軸方向前端に装着された止め輪47で軸方向前方への移動も規制されている。したがって、キャリヤ13は、軸方向前方と軸方向後方の移動がいずれも規制され、キャリヤ13に保持された遊星ローラ11も軸方向移動が規制された状態となっている。
The
この荷重センサ14は、摩擦パッド7がブレーキディスク2に接触して荷重を負荷しているときにその実荷重の大きさを検出する。すなわち、摩擦パッド7でブレーキディスク2を押圧するとき、外輪部材12はブレーキディスク2を押圧する荷重の反力を受け、その反力は、遊星ローラ11、キャリヤ13、間座43、スラスト軸受44を介してフランジ部材30に伝達する。そして、その反力によってフランジ部材30が軸方向後方にたわみ、磁気ターゲット32と磁気センサ33の相対位置が変化する。このとき、その相対位置の変化に応じて磁気センサ33の出力信号が変化するので、磁気センサ33の出力信号に基づいてブレーキディスク2を押圧する荷重の大きさを検出することができる。
This
ここで、摩擦パッド7でブレーキディスク2を押圧するときの磁気ターゲット32と磁気センサ33の相対位置の変化量は極めて小さい。例えば、ブレーキディスク2を押圧する荷重の大きさが30kNのとき、磁気ターゲット32と磁気センサ33の相対位置の変化量は軸方向に0.1mm程度と極めて微小であるが、上記荷重センサ14は、複数の永久磁石39を反対の磁極が磁気ターゲット32と磁気センサ33の相対変位方向に並ぶように配置し、その隣り合う磁極の境目の近傍に磁気センサ33を配置しているので、磁気センサ33の出力信号が、磁気ターゲット32と磁気センサ33の相対位置の変化に対して急峻に変化し、磁気ターゲット32と磁気センサ33の相対位置の変化量を高精度に検出することができる。しかも、この荷重センサ14は、互いに非接触に配置された磁気ターゲット32と磁気センサ33の相対位置の変化を利用して荷重の大きさを検出するので、衝撃荷重やせん断荷重が荷重センサに入力されてもセンサが故障しにくく、高い耐久性を確保することができる。
Here, the amount of change in the relative position between the
また、図6に示すように、電動式直動アクチュエータ1は、直動部材A(外輪部材12と摩擦パッド7)の変位(以下、「アクチュエータ変位」という)を検出する変位センサ50を有する。
As shown in FIG. 6, the electric
変位センサ50は、例えば、電動モータ15の回転角を検出する回転センサと、回転センサで検出される電動モータ15の回転角をアクチュエータ変位に換算する換算回路とで構成することができる。電動モータ15の回転角をアクチュエータ変位に換算するにあたり、電動モータ15の回転角とアクチュエータ変位との対応関係は、電動モータ15と回転軸10の間の減速比、回転軸10の直径、遊星ローラ11の外径、外輪部材12の内径、螺旋凸条22のリード角等に基づいて予め設定することができる。電動モータ15の回転角を検出する回転センサとしては、電動モータ15に組み込まれたレゾルバやホール素子を採用することができ、電動モータ15に電力を供給する線間電圧に基づいて回転角を推定する電源装置を採用することも可能である。
The
この変位センサ50は、摩擦パッド7がブレーキディスク2に接触して荷重を負荷する荷重負荷領域と、摩擦パッド7がブレーキディスク2に非接触の無負荷領域の両方にわたってアクチュエータ変位を検出することができる。
The
電動モータ15は、図6に示す制御装置51で制御される。制御装置51は、電動モータ15を駆動するコントローラ52と、フィードバック演算器53とからなる。フィードバック演算器53は、荷重センサ14および変位センサ50の検出信号に基づいて現時点の荷重を算出し、その荷重をコントローラ52にフィードバックする。コントローラ52は、フィードバック演算器53からフィードバックされる荷重と目標荷重(図示しないブレーキ制御装置から入力される荷重指令値)との偏差に基づいて電動モータ15を制御する。ここで、コントローラ52は、偏差に対して比例、積分、微分のうち少なくとも1つ以上の演算を行なう直列補償器である。
The
フィードバック演算器53で算出される荷重は、荷重センサ14の検出信号に基づく実荷重と、変位センサ50の検出信号に基づく換算荷重である。実荷重は、図7の鎖線で示すように、ブレーキディスク2への無負荷領域では、アクチュエータ変位にかかわらずほぼゼロのまま推移し、ブレーキディスク2に荷重を負荷する荷重負荷領域に入ると、アクチュエータ変位の増加に応じて実荷重も増加し、正の値をとるように変化する。ここで、実荷重はゼロよりも小さくなることはない。
The load calculated by the
一方、換算荷重は、アクチュエータ変位に対応して変化するように設定された擬似的な荷重であり、図7の実線で示すように予め設定された変位と荷重の対応関係と、変位センサ50で検出されたアクチュエータ変位とに基づいて算出される。ここで、換算荷重は、無負荷領域では次第にゼロに近づくように変化する負の値をとり、無負荷領域と荷重負荷領域の境目でゼロとなり、荷重負荷領域に入ると実荷重に対応した正の値をとるように滑らかに変化する。すなわち、換算荷重は、直動部材Aが荷重負荷領域と無負荷領域とをまたいで移動するときに、負の荷重と正の荷重との間で連続的に変化するように設定されている。変位と荷重の対応関係を予め設定するに際し、荷重負荷領域におけるアクチュエータ変位と換算荷重の対応関係は、実荷重と換算荷重が一致するようにブレーキディスク2の剛性等に基づいて設定することができる。
On the other hand, the converted load is a pseudo load set so as to change corresponding to the actuator displacement. As shown by the solid line in FIG. It is calculated based on the detected actuator displacement. Here, the converted load takes a negative value that gradually changes to zero in the no-load region, becomes zero at the boundary between the no-load region and the load-load region, and enters the load-load region and is a positive value corresponding to the actual load. It changes smoothly to take the value of. That is, the converted load is set so as to continuously change between a negative load and a positive load when the linear motion member A moves across the load load region and the no-load region. When the correspondence relationship between the displacement and the load is set in advance, the correspondence relationship between the actuator displacement and the converted load in the load load region can be set based on the rigidity of the
ところで、摩擦パッド7,8の摩耗等が原因でアクチュエータ変位と実荷重の対応関係が変化することがある。そこで、フィードバック演算器53は、荷重センサ14で検出された実荷重の大きさまたはその微分値が予め設定された校正しきい値Th0に一致したときに、そのときのアクチュエータ変位が予め設定された校正値となるように変位センサ50の検出値を校正する。これにより、アクチュエータ変位に基づいて算出される換算荷重が、摩擦パッド7,8の摩耗等が原因で実荷重に対してずれるのを防止することができる。
Incidentally, the correspondence between the actuator displacement and the actual load may change due to wear of the
コントローラ52は、荷重負荷領域と無負荷領域の境目近傍では、換算荷重に基づいて電動モータ15の制御を行ない、荷重負荷領域に入って実荷重が制御切替しきい値Th1よりも大きくなったときに、電動モータ15の制御を、換算荷重に基づく制御から実荷重に基づく制御に切り替える。すなわち、電動モータ15は、制御切替しきい値Th1よりも実荷重が小さいときは、換算荷重と目標荷重の偏差に基づいてフィードバック制御され、制御切替しきい値Th1よりも実荷重が大きいときは、実荷重と目標荷重の偏差に基づいてフィードバック制御される。ここで、制御切替しきい値Th1は予め設定された正の値である。制御切替しきい値Th1は、校正しきい値Th0と同一の値としてもよい。
The
次に上述した電動式直動アクチュエータ1の動作例を説明する。
Next, an operation example of the electric
電動モータ15を作動させると、回転軸10が回転し、遊星ローラ11がキャリヤピン13Aを中心に自転しながら回転軸10を中心に公転する。このとき螺旋凸条22と円周溝23の係合によって外輪部材12と遊星ローラ11が軸方向に相対移動するが、遊星ローラ11はキャリヤ13と共に軸方向の移動が規制されているので、遊星ローラ11は軸方向に移動せず、外輪部材12が軸方向に移動する。このようにして、電動式直動アクチュエータ1は、電動モータ15で駆動される回転軸10の回転を外輪部材12の直線運動に変換し、その外輪部材12とキャリパボディ6に設けられた対向片4によって摩擦パッド7,8をブレーキディスク2に押圧することで、電動ブレーキ装置の制動力を発生させる。
When the
ところで、上記電動ブレーキ装置は、摩擦パッド7がブレーキディスク2への無負荷領域から荷重負荷領域に移動するとき、摩擦パッド7がブレーキディスク2に接触する前は、荷重センサ14で検出される実荷重の大きさがほぼゼロのまま推移するので、実荷重と目標荷重の差が変化しない。そのため、実荷重に基づいて電動モータ15を制御すると、電動モータ15が比較的高速で回転した状態のまま摩擦パッド7がブレーキディスク2に接触し、その直後に荷重センサ14で検出される実荷重が急激に上昇し、実荷重が目標荷重を過度にオーバーシュートするおそれがある。また、また、目標荷重が小さいとき、荷重負荷領域と無負荷領域との境目近傍で制御が安定せず、荷重の振動を生じるおそれがある。
By the way, in the electric brake device, when the
そこで、制御装置51は、ブレーキディスク2への荷重負荷領域と無負荷領域との境目近傍で安定した制御を行なうことを可能とするため、ブレーキディスク2への荷重負荷領域と無負荷領域との境目近傍においては、換算荷重に基づいて電動モータ15を制御する。
Therefore, the
すなわち、摩擦パッド7がブレーキディスク2への無負荷領域から荷重負荷領域に移動するとき、無負荷領域においては、実荷重が制御切替しきい値Th1よりも小さいので、換算荷重に基づいて電動モータ15をフィードバック制御する。ここで、換算荷重は、無負荷領域においても荷重負荷領域と同様にアクチュエータ変位に応じて変化するので、換算荷重と目標荷重との偏差は、無負荷領域においてもアクチュエータ変位に応じて変化する。そのため、電動モータ15が高速で回転した状態のまま摩擦パッド7がブレーキディスク2に接触するのを防止することができ、過度のオーバーシュートが生じにくい。
That is, when the
荷重負荷領域においては、実荷重が制御切替しきい値Th1よりも大きくなったときに、電動モータ15の制御が、換算荷重に基づく制御から実荷重に基づく制御に切り替わり、実荷重と目標荷重との偏差に基づいて電動モータ15がフィードバック制御される。このように換算荷重から実荷重に切り替えることで、荷重が大きい領域においても高い精度で荷重を制御することが可能となる。
In load bearing region, when the actual load is greater than the control threshold value for switching Th 1, control of the
上記電動ブレーキ装置は、摩擦パッド7がブレーキディスク2に非接触の状態から、摩擦パッド7をブレーキディスク2に接触させて荷重を負荷しようとするときに、摩擦パッド7がブレーキディスク2に接触する前においても、アクチュエータ変位に応じて換算荷重が変化するので、ブレーキディスク2への荷重負荷領域と無負荷領域との境目近傍で同一の制御系(すなわちフィードバックの制御ゲインが同一の制御系)に基づいて電動モータ15を制御することができ、制御の安定化を図ることができる。
In the electric brake device, when the
上記電動ブレーキ装置は、実荷重が制御切替しきい値Th1よりも大きくなったときに、電動モータ15の制御を、換算荷重に基づく制御から実荷重に基づく制御に切り替えるので、荷重が大きい領域においても高い精度で荷重を制御することが可能となる。
The electric brake system, when the actual load is greater than the control threshold value for switching Th 1, the control of the
アクチュエータ変位を検出する変位センサ50としては、摩擦パッド7または外輪部材12の直線移動方向の位置を検出するリニアセンサを採用することも可能であるが、上記実施形態のように、電動モータ15の回転角を検出する回転センサと、その回転センサで検出される電動モータ15の回転角をアクチュエータ変位に換算する換算回路とからなる構成のものを採用すると、アクチュエータ変位を高い分解能で検出することができ、高い精度で荷重を制御することが可能となる。
As the
上記実施形態では、フィードバック制御系の直列部分にコントローラ52を設けた制御系を例に挙げて説明したが、本発明は、フィードバックの部分にコントローラ52を設けた制御系にも適用することができ、直列部分とフィードバック部分の両方にコントローラ52を設けた制御系にも適用することができる。
In the above embodiment, the control system in which the
上記実施形態では、電動モータ15の回転を直動部材A(外輪部材12と摩擦パッド7)の直線運動に変換する運動変換機構Bとして、電動モータ15の回転が入力される回転軸10と、回転軸10の外周の円筒面に転がり接触する複数の遊星ローラ11と、その複数の遊星ローラ11を自転可能かつ公転可能に保持し、軸方向移動を規制されたキャリヤ13と、複数の遊星ローラ11を囲むように配置された外輪部材12と、その外輪部材12の内周に設けられた螺旋凸条22と、その螺旋凸条22と係合するように各遊星ローラ11の外周に設けられた円周溝23とを有する遊星ローラ式の運動変換機構Bを例に挙げて説明したが、この発明は、他の構成の運動変換機構Bを採用した電動式直動アクチュエータにも同様に適用することができる。
In the above embodiment, as the motion conversion mechanism B that converts the rotation of the
例えば、運動変換機構Bとしてボールねじ式の運動変換機構Bを採用した電動式直動アクチュエータの例を図8に示す。以下、上記実施形態に対応する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。 For example, FIG. 8 shows an example of an electric linear actuator that employs a ball screw type motion conversion mechanism B as the motion conversion mechanism B. Hereinafter, portions corresponding to the above embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図8において、直動アクチュエータは、電動モータ15の回転が入力される回転軸10と、回転軸10と一体に設けられたねじ軸60と、ねじ軸60を囲むように設けられたナット61と、ねじ軸60の外周に形成されたねじ溝62とナット61の内周に形成されたねじ溝63の間に組み込まれた複数のボール64と、ナット61のねじ溝63の終点から始点にボール64を戻す図示しないリターンチューブと、ナット61の軸方向後方に配置された荷重センサ14とを有する。
In FIG. 8, the linear actuator includes a
ナット61は、キャリパボディ6の対向片3に設けられた収容孔9内に、キャリパボディ6に対して回り止めされた状態で軸方向にスライド可能に収容されている。ねじ軸60の軸方向後端にはねじ軸60と一体に回転する間座43が設けられ、その間座43がスラスト軸受44を介して荷重センサ14で支持されている。ここで、荷重センサ14は、間座43とスラスト軸受44とねじ軸60とを介してナット61を軸方向に支持することで、ナット61の軸方向後方への移動を規制している。
The
この電動式直動アクチュエータは、回転軸10を回転させることによって、ねじ軸60とナット61を相対回転させて、ナット61を軸方向前方に移動させ、そのナット61とキャリパボディ6に設けた対向片4によって摩擦パッド7,8をブレーキディスク2に押圧することで、制動力を発生させる。このとき、ねじ軸60は、軸方向後方への反力を受け、その反力は、間座43、スラスト軸受44を介して荷重センサ14に伝達する。
In this electric linear actuator, by rotating the
また、運動変換機構Bとしてボールランプ式の運動変換機構Bを採用した電動式直動アクチュエータを適用した例を図9に示す。 FIG. 9 shows an example in which an electric linear actuator using a ball ramp type motion conversion mechanism B is applied as the motion conversion mechanism B.
図9において、直動アクチュエータは、回転軸10と、回転軸10の外周に回り止めされた回転ディスク70と、回転ディスク70の軸方向前方に対向して配置された直動ディスク71と、回転ディスク70と直動ディスク71の間に挟まれた複数のボール72と、直動ディスク71の軸方向後方に配置された荷重センサ14とを有する。
In FIG. 9, the linear motion actuator includes a
直動ディスク71は、キャリパボディ6の対向片3に設けられた収容孔9内に、キャリパボディ6に対して回り止めされた状態で軸方向にスライド可能に収容されている。回転ディスク70の軸方向後端には回転ディスク70と一体に回転する間座43が設けられ、その間座43がスラスト軸受44を介して荷重センサ14で支持されている。ここで、荷重センサ14は、間座43とスラスト軸受44とを介して回転ディスク70を軸方向に支持することで回転ディスク70の軸方向後方への移動を規制している。
The
図10、図11に示すように、回転ディスク70の直動ディスク71に対する対向面70aには、周方向の一方向に沿って深さが次第に浅くなる傾斜溝73が形成され、直動ディスク71の回転ディスク70に対する対向面71aには、周方向の他方向に沿って深さが次第に浅くなる傾斜溝74が形成されている。図11(a)に示すように、ボール72は、回転ディスク70の傾斜溝73と直動ディスク71の傾斜溝74の間に組み込まれており、図11(b)に示すように、直動ディスク71に対して回転ディスク70が相対回転すると、傾斜溝73,74内をボール72が転動して、回転ディスク70と直動ディスク71の間隔が拡大するようになっている。
As shown in FIGS. 10 and 11, an
この電動式直動アクチュエータは、回転軸10を回転させることによって、直動ディスク71と回転ディスク70を相対回転させて、直動ディスク71を軸方向前方に移動させ、その直動ディスク71とキャリパボディ6に設けた対向片4によって摩擦パッド7,8をブレーキディスク2に押圧することで、制動力を発生させる。このとき、直動ディスク71は、軸方向後方への反力を受け、その反力は、間座43、スラスト軸受44を介して荷重センサ14に伝達する。
In this electric linear actuator, by rotating the
1 電動式直動アクチュエータ
2 ブレーキディスク
7 摩擦パッド
14 荷重センサ
15 電動モータ
32 磁気ターゲット
33 磁気センサ
50 変位センサ
51 制御装置
A 直動部材
B 運動変換機構
Th0 校正しきい値
Th1 制御切替しきい値
DESCRIPTION OF
Claims (7)
対象物(2)への荷重負荷領域と無負荷領域との間で直線移動可能に設けられた直動部材(A)と、
前記電動モータ(15)の回転を前記直動部材(A)の直線移動に変換する運動変換機構(B)と、
荷重負荷領域と無負荷領域の両方にわたり前記直動部材(A)の変位を検出可能な変位センサ(50)と、
その変位センサ(50)で検出された前記直動部材(A)の変位と、予め設定された変位と荷重の対応関係とに基づいて、前記直動部材(A)の変位に対応する換算荷重を算出し、その算出した換算荷重に基づいて前記電動モータ(15)を制御する制御装置(51)とを有し、
前記予め設定された変位と荷重の対応関係は、前記直動部材(A)が荷重負荷領域と無負荷領域とをまたいで移動するときに前記換算荷重が負の荷重と正の荷重との間で連続的に変化するように設定されている
電動式直動アクチュエータ。 An electric motor (15);
A linear motion member (A) provided so as to be linearly movable between a load-loaded region and a no-load region on the object (2);
A motion conversion mechanism (B) for converting rotation of the electric motor (15) into linear movement of the linear motion member (A);
A displacement sensor (50) capable of detecting the displacement of the linear motion member (A) over both a load-load region and a no-load region;
The converted load corresponding to the displacement of the linear motion member (A) based on the displacement of the linear motion member (A) detected by the displacement sensor (50) and the correspondence between the preset displacement and the load. And a control device (51) for controlling the electric motor (15) based on the calculated converted load,
The correspondence relationship between the preset displacement and the load is that the conversion load is between a negative load and a positive load when the linear motion member (A) moves across the load load region and the no load region. Electric linear actuator that is set to change continuously.
前記制御装置(51)は、前記荷重センサ(14)で検出された実荷重の大きさまたはその微分値が予め設定された校正しきい値(Th0)に一致したときに、そのとき前記変位センサ(50)で検出される変位が予め設定された校正値となるように前記変位センサ(50)の検出値を校正する請求項1に記載の電動式直動アクチュエータ。 A load sensor (14) for detecting the magnitude of the actual load when the linear motion member (A) is applying a load to the object (2);
When the magnitude of the actual load detected by the load sensor (14) or a differential value thereof matches a preset calibration threshold value (Th 0 ), the control device (51) The electric linear actuator according to claim 1, wherein the detected value of the displacement sensor (50) is calibrated so that the displacement detected by the sensor (50) becomes a preset calibration value.
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