JP2015512824A - パーキングブレーキによって生ぜしめられた締付力を供給するための方法 - Google Patents

Abstract

パーキングブレーキにおいて電動式のブレーキモータによって生ぜしめられた締付力を供給するための方法において、締付力が、ブレーキモータのモータ定数の関数として、モータ電流およびモータ電圧の最新の測定値に基づいて決定される。【選択図】図１

Description

本発明は、車両のパーキングブレーキによって生ぜしめられた締付力を供給するための方法に関する。

特許文献１から、電動式のブレーキモータによって生ぜしめられたパーキングブレーキの締付力を評価するための方法が公知である。電動式のブレーキモータは、ブレーキライニングの支持体であるブレーキピストンを位置調節し、ブレーキピストンをブレーキディスクに向かって押しつける。締付力を決定できるようにするために、電流、ブレーキモータの供給電圧並びにモータ回転数が測定され、次いで締付力が、ブレーキモータの電気的および機械的な特性を記述する微分方程式系から算出される。

締付力をできるだけ正確に決定できるようにするために、電動式のブレーキモータのモータ定数が知られていなければならない。モータ定数の値は製造公差に基づいていて、しかも劣化および温度に基づいて変動する。

ドイツ連邦共和国特許公開第１０２００６０５２８１０号明細書

本発明の課題は、簡単な手段によって、電動式のブレーキモータを有するパーキングブレーキの締付力を高い精度で提供できるようにすることである。

この課題は、請求項１の特徴により解決される。従属請求項には、好適な実施態様が記載されている。

本発明による方法は、車両の電気機械式のパーキングブレーキに関し、このパーキングブレーキを介して、車両を停止状態で固定する締付力を生ぜしめることができる。パーキングブレーキは、電動式のブレーキモータを有しており、このブレーキモータを介して、電気機械的なストロークに亘って締付力が生ぜしめられる。ブレーキモータが操作されると、ブレーキライニングの支持体であるブレーキピストンがブレーキディスクに押しつけられる。このようなパーキングブレーキは、補助締付力を補助的に生ぜしめるために、場合によっては補助ブレーキ装置を備えているので、全締付力は、電気機械式にブレーキモータによって設定された部分と補助締付力とから成っている。補助ブレーキ装置は、例えば液圧式のブレーキ装置、特に液圧式の車両ブレーキ装置であり、この車両ブレーキ装置を介して、通常の走行動作中に、車両を制動する制動力が生ぜしめられる。この場合、液圧式の圧力はブレーキピストンに作用する。

本発明の方法によれば、締付力を算出するために重要である、電動式のブレーキモータのモータ定数が、モータ電流およびモータ電圧の最新の測定値から算出される。測定値は、ブレーキモータの操作中に測定される。アイドリング電流およびアイドリング電圧は、ブレーキモータのアイドリング段階中に算出され、モータ電流はダイナミックな電流変化段階中に算出される。これによって、モータ定数の最新の値を計算できるようにするために十分な情報が提供される。モータ定数は、温度および劣化に依存しており、しかもモータ定数の公知の値は、製造公差の影響を受ける。モータ定数は、モータ電流およびモータ電圧の測定値を介して高い精度で決定することができ、また、締付力は相応に高い精度で計算することができる。この場合、まずモータ負荷モーメントが計算され、この計算されたモータ負荷モーメントから伝動装置減速比を考慮して有効な締付力が計算される。測定値としては、基本的に電動式のブレーキモータの電流および電圧で十分である。

ブレーキモータのアイドリング段階において、アイドリング電流およびアイドリング電圧が高い精度で算出される。モータ電流若しくはモータ電圧の勾配の大きさが、少なくともほぼゼロであるか若しくは所属の閾値を下回っているときに、アイドリング段階が存在する。これに対して、ダイナミックな電流変化段階において、好適な形式で複数の電流値が算出され、それに基づいてモータ定数の計算が行われる。これによって、高い確実性および高い精度でモータ定数を決定できるようにするために、十分に大きいデータベースが提供される。

好適な実施例によれば、測定値は、ブレーキモータの締付過程中つまり電気機械式の締付力の発生時に算出される。締付過程中に、様々な段階が区別され、特に電流変化中の高いダイナミックスを有する始動段階、それに続く、少なくともほぼ一定のモータ電流および一定のモータ電圧を有するアイドリング段階が区別される。ダイナミックな電流変化段階として、特にブレーキモータの始動後の初期段階が考慮され、他方、初期段階に続いてアイドリング段階が行われる。しかしながら基本的に、電流値および電圧値を、電動式のブレーキモータのその他の操作段階中、特に解除段階中に決定することも可能である。

好適な形式で、モータ定数は、例えば最小の二乗誤差の方式に基づいて、再帰的アルゴリズムで計算される。電流変化段階中に複数の電流値が測定され、これらの電流値が、再帰的アルゴリズムの基礎をなしている。十分に多くの測定値において、モータ定数の計算に基づくパラメータが決定される。

モータ定数は、電源とモータとの間の全抵抗に基づいている。このような、モータ抵抗と導線抵抗とから追加的に構成される全抵抗は、アイドリング電圧およびアイドリング電流並びに第１のパラメータの関数として算出される。次いで、モータ定数は、全抵抗および第２のパラメータを考慮して計算され、この場合、第１および第２のパラメータは、ダイナミックな電流変化段階中に、最新の電流値よりなる再帰的アルゴリズムで計算される。

モータ定数および、電動式のブレーキモータにより設定された最新の締付力は、特に締付力を生ぜしめるための、例えばブレーキモータのそれぞれの操作中に算出される。締付過程中に、電流のスイッチオン後に著しく低下するダイナミックな電流値が測定され、一時的にメモリーされる。次いで行われるアイドリング段階において、アイドリング電流およびアイドリング電圧が算出され、次いで、補助変数若しくはパラメータを決定するための再帰的アルゴリズムが実施され、この再帰的アルゴリズムに基づいて、全抵抗およびモータ定数の計算が行われる。モータ定数を知ることによって、最新のモータ負荷モーメント、およびこのモータ負荷モーメントから締付力が決定される。

本発明による方法は、車両の、パーキングブレーキの構成部分であってよい閉ループ制御器若しくは開ループ制御器において実行される。

その他の利点および好適な実施例は、その他の請求項、図面の説明および図面に記載されている。

車両を固定する締付力を生ぜしめるための電動式のブレーキモータを備えた、車両のための電気機械式のパーキングブレーキの断面図である。 パーキングブレーキの締付過程におけるパーキングブレーキの様々な状態値の経時変化を示す図である。

図１は、車両の電気機械式のパーキングブレーキ１を示し、この場合、パーキングブレーキを介して、車両を停止状態に固定する締付力を生ぜしめることができる。パーキングブレーキ１は、ブレーキディスク１０を把持するキャリパ９を備えたブレーキキャリパ２を有している。パーキングブレーキ１のアクチュエータとして、電動モータとして構成されたブレーキモータ３が機能し、このブレーキモータ３は、スピンドル４を回転駆動し、このスピンドル４においてスピンドル構成部５が軸方向に位置調節可能、しかしながらハウジングに対して相対回動不能に支承されている。スピンドル構成部５は、スピンドル４が回転すると、軸方向に位置調節される。スピンドル構成部５は、ブレーキライニング７の支持体であるブレーキピストン６内で移動し、ブレーキライニング７は、ブレーキピストン６によってブレーキディスク１０に押しつけられる。ブレーキディスク１０の反対側に別のブレーキライニング８が配置されており、このブレーキライニング８は、キャリパ９で定置に保持されている。

スピンドル構成部５はブレーキピストン６内において、スピンドル４の回転運動時にブレーキディスクに向かって軸方向で前方に移動するか、若しくはスピンドル４の逆の回転運動時にストッパ１１に達するまで軸方向で後方に移動する。所望の目標締付力を生ぜしめるために、スピンドル構成部５はブレーキピストン６の内側の端面側を負荷し、それによって、パーキングブレーキ１内で軸方向に摺動可能に支承されたブレーキピストン６はブレーキライニング７で以って、このブレーキライニング７に面した、ブレーキディスク１０の端面に押しつけられる。

さらに、このブレーキピストンには、走行中に車両を制動させる通常の液圧式の車両ブレーキの液圧が作用する。しかしながらこの液圧は、車両停止状態においても、パーキングブレーキの操作時に補助的に作用するので、全締付力は、電動モータ式に提供された部分と液圧式に提供された部分とから構成される。

図２は、締付過程のための、時間に基づく、電流変化Ｉ、電圧Ｕ、電動式のブレーキモータの回転数変化ω、スピンドル構成部５の調節ストロークｓ、生ぜしめられた締付力Ｆ_ｋｌ並びに液圧ｐを示すグラフである。閉じられた電流回路において、電圧が印加されかつブレーキモータに電流が加えられることによって、段階１の最初に締付過程が開始される。段階１の最後に、電圧Ｕおよびモータ回転数ωが最大値に達する。段階２は、電流Ｉが最小レベルに移動するアイドリング段階を示す。それに続いて、上昇する電気機械式の締付力を有する力発生段階３が設けられており、この力発生段階３において、ブレーキライニングがブレーキディスクに当接し、次第に大きくなる締付力によってブレーキディスクに押しつけられる。

段階４で、追加的に車両ブレーキの液圧ｐがブレーキピストンに作用し、それによって全締付力Ｆ_Ｋｌは、電動式のブレーキモータによって加えられた締付力部分と液圧式の部分とを加算して構成される。段階４の最後に、電流回路の開放により電動式のブレーキモータの遮断が行われ、しかも液圧式の車両ブレーキのポンプモータが遮断される。従って、液圧ｐ、電流Ｉ、電圧Ｕおよびブレーキモータ３の回転数ωはゼロに低下する。この場合、全締付力Ｆ_Ｋｌが維持される。

締付過程時に、生ぜしめられた締付力の実際値を高い精度で決定するために、まずモータ定数Ｋ_Ｍが算出され、このモータ定数Ｋ_Ｍから、公知の関数的な関係に従って締付力Ｆ_Ｋｌが算出される。

モータ定数Ｋ_Ｍは、ブレーキモータの個別抵抗およびブレーキモータに通じる導線の抵抗の合計から成る全抵抗Ｒ_ｇｅｓの関数として、後置接続された伝動装置ユニットを含むブレーキモータの質量慣性モーメントＪ_ｇｅｓ、走査時間Ｔ_Ａ並びにパラメータ若しくは補助値γ_２を考慮して、以下の式に従って算出される。

全抵抗Ｒ_ｇｅｓは、アイドリング電流Ｉ_０、アイドリング電圧Ｕ_ｓ０およびパラメータ若しくは補助値γ_１の関数として、以下の式に従って算出される。

２つの補助変数若しくはパラメータγ_１、γ_２は、例えばモータ電流Ｉ_Ａのための複数の測定ポイントより成る最小の二乗誤差の方式に従って、再帰的アルゴリズムで算出され、複数の測定ポイントは、ブレーキモータの始動直後のダイナミックな電流変化段階中に次の式から算出され、

この場合、ｎは断続的に連続する時点のための整数的な回転変数を示しており、これらの時点において電流Ｉ_Ａが走査時点Ｔ_Ａから間隔を保って測定される。

図３には、電動式のブレーキモータの締付過程におけるモータ電流Ｉ_Ａの変化を伴う段階１および段階２が示されている。ブレーキモータが始動されると、モータ電流Ｉ_Ａがピークに達し、次いで著しく低下する。電流ピークを越えた直後の時点ｔ_１において、電流値の測定が、走査時点Ｔ_Ａに応じた等しい時間間隔で時点ｔ_２まで行われる。測定された電流値Ｉ_Ａはメモリーされる。

段階１において、時点ｔ_１とｔ_２との間の継続時間は、高い電流勾配を特徴とするダイナミックな電流変化段階を示している。開始時点ｔ_１および終了時点ｔ_２は、モータ電流のための対応する勾配閾値を用いて可変に決定されてよい。開始時点ｔ_１において電流勾配が負の閾値を下回ると、測定値の評価が開始される。電流勾配が第２の閾値を上回ると、評価は終了時点ｔ_２で終了し、この場合、第２の閾値の大きさは、第１の閾値の大きさよりも小さい。

段階２は、電流勾配が少なくともほぼゼロに等しい、ブレーキモータのアイドリング段階である。この段階中に、少なくとも１つの測定値が、それぞれアイドリング電流Ｉ_０およびアイドリング電圧Ｕ_ｓ０を確定するために決定される。測定のための時点は、電流若しくは電圧の勾配に基づいている。勾配が所属の閾値を下回ると、測定若しくは評価が実施される。

従って、電動式のブレーキモータの締付過程中の電流および電圧の測定に基づいて、実際に作用する締付力を高い精度で決定するためのすべての情報が存在する。

１ パーキングブレーキ
２ ブレーキキャリパ
３ ブレーキモータ
４ スピンドル
５ スピンドル構成部
６ ブレーキピストン
７，８ ブレーキライニング
９ キャリパ
１０ ブレーキディスク
１１ ストッパ
Ｆ_Ｋｌ 締付力
Ｉ 電流変化
Ｉ_Ａ 電流
Ｉ_０ アイドリング電流
Ｊ_ｇｅｓ 質量慣性モーメント
Ｋ_Ｍ モータ定数
ｐ 液圧
Ｒ_ｇｅｓ 全抵抗
ｓ スピンドル構成部５の調節ストローク
ｔ_１ 開始時点
ｔ_２ 終了時点
Ｔ_Ａ 走査時間
Ｕ 電圧
Ｕ_ｓ０ アイドリング電圧
ω 回転数変化、モータ回転数
γ_１，γ_２ 補助値

車両を固定する締付力を生ぜしめるための電動式のブレーキモータを備えた、車両のための電気機械式のパーキングブレーキの断面図である。 パーキングブレーキの締付過程におけるパーキングブレーキの様々な状態値の経時変化を示す図である。 電動式のブレーキモータの締付過程におけるモータ電流の変化を示す図である。

Claims (9)

1. 車両のパーキングブレーキ（１）によって生ぜしめられた締付力（Ｆ_ｋｌ）を供給するための方法であって、前記締付力（Ｆ_ｋｌ）は、少なくとも部分的に、電動式のブレーキモータ（３）を有する電気機械式のブレーキ装置によって生ぜしめられ、前記ブレーキモータ（３）はブレーキピストン（６）をブレーキディスク（１０）に押しつけ、この際に、前記締付力を前記ブレーキモータ（３）のモータ定数（Ｋ_Ｍ）の関数として決定し、前記モータ定数（Ｋ_Ｍ）を、前記ブレーキモータ（３）の操作中に測定される、モータ電流（Ｉ_０，Ｉ_Ａ）の最新の測定値から算出する方法において、
   前記モータ定数（Ｋ_Ｍ）を決定するために、アイドリング段階中に前記ブレーキモータ（３）におけるアイドリング電圧（Ｕ_ｓ０）およびアイドリング電流（Ｉ_０）を測定し、さらに前記モータ電流（Ｉ_Ａ）をダイナミックな電流変化段階中に算出することを特徴とする、パーキングブレーキによって生ぜしめられた締付力を供給するための方法。
2. 前記測定値を、締付力を生ぜしめるためのブレーキモータ（３）の締付過程中に算出することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記モータ電流（Ｉ_Ａ）を、前記ブレーキモータ（３）の始動後で電流の初期段階中に算出し、それに続く段階中に前記アイドリング電流を算出することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. ダイナミックな電流変化段階中に前記モータ電流（Ｉ_Ａ）の複数の測定値を算出し、それに基づいて前記モータ定数（Ｋ_Ｍ）の計算を行うことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記モータ定数（Ｋ_Ｍ）を再帰的アルゴリズムで計算することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記モータ定数（Ｋ_Ｍ）を、次の式、
   

   

   

   に従って計算し、この場合、
   Ｒ_ｇｅｓは、ブレーキモータの全抵抗および導線抵抗、
   Ｕ_ｓ０は、ブレーキモータにおけるアイドリング電圧、
   Ｉ_０は、ブレーキモータのアイドリング電流、
   Ｊ_ｇｅｓは、後置接続された伝動装置ユニットを含むブレーキモータの質量慣性モーメント、
   Ｔ_Ａは、走査時間、
   を示しており、
   また、γ_１，γ_２の値を、次の式、
   

   

   

   に従って再帰的に計算し、この場合、
   ｎは、断続的に連続する時点のための整数的な回転数、
   Ｉ_Ａは、ダイナミックな電流変化段階中のモータ電流、
   を示している、
   ことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記値γ_１，γ_２を、例えば最小の二乗誤差の方式に従って再帰的アルゴリズムで計算することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の方法を実施するための閉ループ制御器若しくは開ループ制御器。
9. 請求項８に記載の閉ループ制御器若しくは開ループ制御器を備えた車両に設けられている、パーキングブレーキ。

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