JP2019025990A

JP2019025990A - 電動ブレーキ装置

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Publication number: JP2019025990A
Application number: JP2017145232A
Authority: JP
Inventors: 唯増田; Yui Masuda
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2017-07-27
Filing date: 2017-07-27
Publication date: 2019-02-21
Anticipated expiration: 2037-07-27
Also published as: WO2019022148A1; JP6952528B2

Abstract

【課題】確実にスイッチ電源がチャージされ、次回のブレーキ動作時に速やかに動作させることができ、また無負荷時のノイズや振動を改善できる電動ブレーキ装置を提供する。
【解決手段】電動モータ６のコイル端と電源装置３との接続状態を制御するハーフブリッジ回路等のスイッチ手段２１を備える。このスイッチ手段２１をスイッチングするためのコンデンサ等からなる蓄電機能を有するスイッチ電源２２を設ける。スイッチ手段２１の所定のスイッチングパターンにおいて前記スイッチ電源２２に蓄電させるチャージ回路等のチャージ手段２４を設ける。ブレーキの解除状態への移行が完了したと判断されたとき、少なくとも静止した状態の電動モータ６が自発的に駆動されず、かつスイッチ手段２１を、チャージ手段２４によりスイッチ電源２２に蓄電され得る所定のスイッチングパターンに維持するブレーキ待機機能部１６を設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動車等の車両や各種の機器に用いられる電動ブレーキ装置に関する。

従来、電動モータ、直動機構、および減速機を備えた電動ブレーキ用アクチュエータが提案されている（特許文献１）。また、遊星ローラ機構および電動モータを備えた電動アクチュエータが提案されている（特許文献２）。

特開平０６−３２７１９０号公報特開２０６−１９４３５６号公報

例えば文献１，２のような、電動式直動アクチュエータを用いた電動ブレーキ装置において、モータドライバにはバッテリの直流電力を交流電力に変換するハーフブリッジ回路が用いられる。前記ハーフブリッジ回路は、バッテリのプラス側との接続を行うＨアームスイッチと、マイナス側との接続を行うＬアームスイッチとで構成される。
また、低コストで前記モータドライバを駆動するために、前記Ｈアームスイッチのスイッチング用電位源として、Ｌアームスイッチがオンになったときに所定の電位源から電荷が蓄積され、Ｈアームスイッチがオンとなるときにゲートに印加する電位源として機能するブートストラップコンデンサを用いたチャージ回路を設けることがある。

しかし、ブレーキ操作が解除されたときにブレーキ力を解除して電動ブレーキ装置を待機状態とするとき、ハーフブリッジ回路を駆動するブートストラップコンデンサが放電されてしまうとＨアーム側のスイッチ素子をオンできなくなるため、次にブレーキ操作が入力された際に速やかにモータを駆動することができず、ブレーキの応答が遅れてしまう可能性がある。
特に高速道路走行中のような、長時間ブレーキが踏まれない状況が考えられる場合、上記の問題が発生する可能性が高くなる。
上記の課題の対策として、ブートストラップコンデンサの容量を増加させることや、放電を防止する絶縁構造を設けることは、コストや搭載スペースの増加が問題となる場合がある。

また、前記のような電動ブレーキ装置において、一般に複雑な演算を安価に実装する為ディジタル演算器（マイコン等）が用いられるが、電動モータを所定の角度に制御しようとする際に分解能やサンプリングに起因した微小な揺動が発生する場合がある。特に、前記のようなブレーキ解除時の無負荷状態において、機械結合部のバックラッシ等の影響で、前記搖動によるＮＨＶ（ノイズハーシュネスバイブレーション）悪化が問題となる場合がある。
上記の課題の対策として、例えば極めて分解能及びサンプリングが微小な演算器や、あるいはサンプリング等を必要としないアナログ素子等を用いる場合、コストが問題になる場合がある。あるいは、機械結合部にバックラッシが無い構造とする場合、製造コストが問題となる場合がある。

もしくは、上記ＮＨＶの対策としてモータ制御を完全に停止する場合、前記のブートストラップコンデンサの放電が発生し易くなる問題がある。また、路面の凹凸による振動等の外力によって電動モータが回転させられた場合、本来のブレーキ待機状態から位置が変化してしまうことで、ブレーキ待機状態の摩擦材とブレーキロータのギャップが縮小して意図しない引き摺りトルクが発生するか、あるいは拡大して次のブレーキ操作時の応答遅延が発生する場合がある。

この発明の目的は、確実にスイッチ電源がチャージされ、次回のブレーキ動作時に速やかに動作させることができ、また無負荷時のノイズや振動を改善できる電動ブレーキ装置を提供することである。

この発明の電動ブレーキ装置は、ブレーキロータ３１と、このブレーキロータ３１と接触して制動力を発生させる摩擦材３２と、電動モータ６の駆動により前記摩擦材３２を操作する摩擦材操作手段（２）と、与えられたブレーキ指令値に追従するように前記電動モータ６の出力を制御する制御装置５と、前記電動モータ６に電力を印加する直流の電源装置３とを備える電動ブレーキ装置において、
前記制御装置５が、
前記電動モータ６のコイル端と前記電源装置３との接続状態を制御するスイッチ手段２１と、
蓄電機能を有し前記スイッチ手段２１の少なくとも一部をスイッチングするための電源として機能するスイッチ電源２２と、
前記スイッチ手段２１の所定のスイッチングパターンにおいて前記スイッチ電源２２に電力を蓄積させるチャージ手段２４と、
前記ブレーキ力指令値およびその微分値のうち少なくとも何れかの大きさが所定値より小さくなったときに、ブレーキ解除を要求する操作がなされたことを判断するブレーキ解除要求判断機能部１４と、
前記ブレーキ解除を要求する操作がなされたことが判断されたとき、所定のブレーキ解除状態へと前記摩擦材操作手段（２）が駆動され、このときの前記電動モータ６の角度およびその微分値の少なくとも何れかよりブレーキ解除状態への移行が完了したことを判断する解除完了判断機能部１５と、
前記解除状態への移行が完了したと判断されたとき、少なくとも静止した状態の前記電動モータ６が自発的に駆動されず、かつ前記スイッチ手段２１を前記スイッチ電源２２の蓄電により前記スイッチ電源２２に蓄電され得る所定のスイッチングパターンに維持するブレーキ待機機能部１６、とを有する、
ことを特徴とする。

この構成によると、前記ブレーキ待機機能部１６は、前記解除状態への移行が完了したと判断されたとき、少なくとも静止した状態の前記電動モータ６が自発的に駆動されず、かつ前記スイッチ手段２１を前記チャージ手段２４により前記スイッチ電源２２に蓄電され得る所定のスイッチングパターンに維持する。このため、確実にスイッチ電源２２がチャージされ、次回のブレーキ動作時に速やかに動作させることができる。また、自発的に駆動されない電圧条件とするので、無負荷時のノイズや振動、いわゆるＮＨＶを改善することができる。
なお、上記「所定値」は、ブレーキ力指令値およびその微分値のそれぞれに対して設けられる。また、上記「所定値」およびこの明細書で言う以下の各「所定値」、および「所定の」とある値は、試験や設計により適宜に定められる値である。

この構成の電動ブレーキ装置において、
前記スイッチ手段２１が、Ｌアームスイッチ回路２１ＬとＨアームスイッチ回路２１Ｈを前記電動モータ６のコイル端それぞれに対して一対ずつ備えたスイッチ回路であって、
前記Ｌアームスイッチ回路２１Ｌは、前記電動モータ６のコイル端に接続された第一の入出力端子２５Ｌａと、前記電源装置３のマイナス側に接続された第二の入出力端子２５Ｌｂと、前記第二の入出力端子２５Ｌｂに対して正の電位が入力されることで前記両入出力端子２５Ｌａ，２５Ｌｂが接続されるスイッチング端子２５Ｌｃとを有するトランジスタ素子２５によって、前記電源装置３のマイナス側と前記電動モータ６のコイル端との接続状態を制御するスイッチ回路部であり、
前記Ｈアームスイッチ回路２１Ｈは、前記電源装置３のプラス側に接続された第一の入出力端子２５Ｈａと、前記電動モータ６のコイル端に接続された第二の入出力端子２５Ｈｂと、前記第二の入出力端子２５Ｈｂに対して正の電位が入力されることで前記両入出力端子２５Ｈａ，２５Ｈｂを接続させるスイッチング端子２５Ｈｃとを有するトランジスタ素子２５Ｈによって、前記電源装置３のプラス側と前記電動モータ６のコイル端との接続状態を制御するスイッチ回路部であり、
前記スイッチ電源２２が、前記Ｈアームスイッチ回路２１Ｈにおけるトランジスタ素子２５Ｈの前記第二の入出力端子２５Ｈｂを電気的な基準電位として接続されるコンデンサであり、
前記チャージ手段２４が、前記Ｌアームスイッチ回路２１Ｌが接続状態となったときに前記コンデンサからなるスイッチ電源２２に電荷を蓄積させるチャージ回路であり、
前記ブレーキ待機機能部１６は、前記Ｌアームスイッチ２１Ｌを全て常時接続状態とし、前記Ｈアームスイッチ２１Ｈを全て常時切断状態とする、
ようにしてもよい。

この構成の場合、スイッチ手段２１の全てのスイッチ回路２１Ｈ，２１Ｌがオンまたはオフの一定状態に保つため、スイッチングロスを低減でき、消費電力低減が期待できる。
具体的には、ブレーキが解除された状態において、電動ブレーキ装置のモータドライバ１３におけるハーフブリッジ回路からなるスイッチ手段２１の状態を、Ｌアームスイッチ回路２１Ｌがオン、Ｈアームスイッチ回路２１Ｈがオフとなる一定の状態に維持し、Ｈアームスイッチ回路２１Ｈのスイッチング用の電圧として使用するブートストラップコンデンサからなるスイッチ電源２２を充電された状態に維持する。
指令手段（ブレーキペダル等）４のブレーキ指令やその変化量からブレーキを解除する要求をブレーキ解除要求判断機能部１４で判断し、さらにその際のモータ角度やモータ角速度から電動ブレーキ装置が所定の待機位置に移行したかどうかをブレーキ解除完了判断機能部１５で判断し、その状態で前記のハーフブリッジ回路からなるスイッチ手段２１の状態維持をブレーキ待機機能部１６により実施させて、ブレーキ待機状態とする。

上記のようにＬアームスイッチ回路２１Ｌをオン、Ｈアームスイッチ回路２１Ｈをオフの状態に維持することで、ブートストラップコンデンサからなるスイッチ電源２２が常に充電され、ブレーキをかける要求がされた場合において、速やかに応答させることができる。
全てのＬアームスイッチ回路２１Ｌを常時オン、Ｈアームスイッチ回路２１Ｈを常時オフとすることで、スイッチングを行わないため、例えばＦＥＴ等のトランジスタ素子２５Ｈ，２５Ｌの浮遊容量等に伴うスイッチング損失が発生せず、待機電力を低減することができる。
モータ端子電圧ｕ，ｖ，ｗが全て同じ電圧となる為、電動モータ６が自発的に駆動されることが無く、またセンサ分解能やサンプリングに起因する微小なチャタリング等が発生しないため、作動音の静粛化が図れる。
振動等により外部から電動モータ６が回される場合、電動モータ６に発電による回生トルクが発生して待機位置から急激に電動モータ６が離反することを防止することができ、再度追従制御を実行して待機位置へと戻すことが容易となる。

この発明の電動ブレーキ装置において、前記解除完了判断機能部１４は、前記摩擦材３２と前記ブレーキロータ３１との間に所定の空隙が発生し得るモータ角度目標値に対して、モータ角度の偏差の絶対値が所定値以下であり、かつモータ角速度の絶対値が所定値以下である状態を以て、ブレーキ解除が完了したと判断するようにしてもよい。

また、この発明の電動ブレーキ装置において、前記解除完了判断機能部１４は、前記摩擦材３２と前記ブレーキロータ３１との間に所定の空隙が発生し得るモータ角度目標値に対して、モータ角度の偏差の絶対値が所定値以下である状態の継続時間を計測するカウンタ１４ａを備え、このカウンタ１４ａの値が所定値を超過した場合にブレーキ解除が完了したと判断するようにしても良い。

この発明の電動ブレーキ装置において、前記ブレーキ待機機能部１６は、実行中にモータ角度の変動が所定量より大きくなった場合に、前記ブレーキ待機機能を解除して所定のブレーキ解除状態へと前記摩擦材３２を駆動するようにしてもよい。
この構成であると、振動等の影響で待機時のギャップ量が変動した場合、適宜是正してギャップ量を保つことで、意図しない引き摺りトルクの発生や応答遅れを防止することができる。

この発明の電動ブレーキ装置において、前記電動モータ６の角度を推定する角度推定手段（９）を有し、前記制御装置５が、推定された角度からコギングトルクを推定するコギングトルク推定機能部１１ａと、ブレーキ状態からブレーキ解除状態へと移行するときに、前記推定コギングトルクが略零となるモータ角度を角度指令値とする待機位置調整機能部１１ｂとを有していても良い。
比較的大きなコギングトルクが発生している位相で、前記ブレーキ待機機能部１６の機能を実行すると、コギングトルクによってモータが回されてしまう。しかし、前記コギングトルク推定機能部１１ａおよび前記待機位置調整機能部１１ｂを有する場合、あらかじめコギングトルクが零または十分小さいモータ角度に待機させることで前記のコギングトルクによってモータが回されてしまう問題を防止することができる。

この発明の電動ブレーキ装置は、ブレーキロータと、このブレーキロータと接触して制動力を発生させる摩擦材と、電動モータの駆動により前記摩擦材を操作する摩擦材操作手段と、与えられたブレーキ指令値に追従するように前記電動モータの出力を制御する制御装置と、前記電動モータに電力を印加する直流の電源装置とを備える電動ブレーキ装置において、前記制御装置が、前記電動モータのコイル端と前記電源装置との接続状態を制御するスイッチ手段と、蓄電機能を有し前記スイッチ手段の少なくとも一部をスイッチングするための電源として機能するスイッチ電源と、前記スイッチ手段の所定のスイッチングパターンにおいて前記スイッチ電源に電力を蓄積させるチャージ手段と、前記ブレーキ力指令値およびその微分値のうち少なくとも何れかの大きさが所定値より小さくなったときに、ブレーキ解除を要求する操作がなされたことを判断するブレーキ解除要求判断機能部と、
前記ブレーキ解除を要求する操作がなされたことが判断されたとき、所定のブレーキ解除状態へと前記摩擦材操作手段が駆動され、このときの前記電動モータの角度およびその微分値の少なくとも何れかよりブレーキ解除状態への移行が完了したことを判断する解除完了判断機能部と、前記解除状態への移行が完了したと判断されたとき、少なくとも静止した状態の前記電動モータが自発的に駆動されず、かつ前記スイッチ手段を前記チャージ手段により前記スイッチ電源に蓄電され得る所定のスイッチングパターンに維持するブレーキ待機機能部、とを有するため、確実にスイッチ電源がチャージされ、次回のブレーキ動作時に速やかに動作させることができ、また無負荷時のノイズやバイブレーションを改善できる。

この発明の第１の実施形態に係る電動ブレーキ装置の概念構成を示すブロック図である。図１の上部の拡大図である。図１の下部の拡大図である。同電動ブレーキ装置の制御動作例を示す流れ図である。同電動ブレーキ装置の摩擦ブレーキ機構および直動アクチュエータの具体例を示す断面図である。この発明の他の実施形態に係る電動ブレーキ装置の概念構成を示すブロック図である。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図５と共に説明する。図２，図３は、それぞれ図１の上部および下部を拡大して示す。図１において、この電動ブレーキ装置は、摩擦ブレーキ機構１と、摩擦材操作手段である直動アクチュエータ２と、電源装置３と、指令手段４から与えられた指令値に追従するように直動アクチュエータ２の電動モータ６の出力を制御する制御装置５とを備える。

＜＜摩擦ブレーキ機構１＞＞
摩擦ブレーキ機構１は、例えば図５に示すようにブレーキロータ３１と、このブレーキロータ３１に接触させて制動力を発生させる摩擦材３２とからなる。摩擦ブレーキ機構１は、ブレーキロータ３１および摩擦材３２として、例えばブレーキディスクおよびキャリパを用いたディスクブレーキ装置であってもよく、あるいはドラムおよびライニングを用いたドラムブレーキ装置であってもよい。
なお、この実施形態では、摩擦材３２を操作する摩擦材操作手段として直動アクチュエータ２を用いているが、摩擦材操作手段は、例えば摩擦材３２を円弧軌跡で動作させるなど、直線動作以外の動作で摩擦材３２をブレーキロータ３１に接触させる構成であってもよい。

＜＜直動アクチュエータ２＞＞
直動アクチュエータ２は、電動モータ６と、この電動モータ６の回転出力を直線往復動作に変換する直動機構７とを備える。図５の例では、直動アクチュエータ２は、電動モータ６の出力を減速する平歯車のギヤ列等からなる減速機３３を備え、この減速機３３の回転出力を直動機構７により直線往復動作に変換する。減速機３３は、この他にウォーム歯車や、遊星歯車等であってもよく、また必ずしも設けなくてもよい。

図１に示すように、直動アクチュエータ２は、上記の他に、直動機構７の軸荷重を検出する荷重センサ８と、電動モータ６のモータ角度（ロータの回転角度）を検出する角度センサ９とを有する。また、サーミスタ等の各種センサ類（図示せず）を必要に応じて別途設けてもよい。
電動モータ６は、永久磁石同期電動機とすることが好ましく、これにより省スペースで高トルクとなり好適と考えられるが、例えばブラシを用いたＤＣモータや、永久磁石を用いないリラクタンスモータ、あるいは誘導モータ等を適用することもできる。
直動機構７は、遊星ローラねじ、ボールねじ等の各種のねじ機構や、ボールランプ等、回転軸に形成された周方向の傾斜部分により回転運動を直進運動に変換する各種機構を用いることができる。

角度センサ９は、例えばレゾルバや磁気エンコーダ等が用いられ、これらによると高精度かつ高信頼性であり好適と考えられるが、光学式エンコーダ等の各種センサを適用することもできる。もしくは、角度推定手段として角度センサ９を用いずに、例えば制御装置５において電圧と電流との関係等からモータ角度を推定するような角度センサレス推定（図示せず）を用いることもできる。

荷重センサ８は、例えば変位や変形を検出する磁気センサ、歪センサ、圧力センサ、等を用いることができる。もしくは、荷重推定として荷重センサ８を設けずに、制御装置５においてモータ角度および電動ブレーキ装置剛性や、モータ電流および直動アクチュエータ効率等から荷重センサレス推定を用いてもよい。あるいは、例えばこの電動ブレーキ装置を実装する車輪のホイールトルクや、電動ブレーキ装置搭載車両の前後力を検出するセンサ等、電動ブレーキ装置外部の各種センサ類を用いてもよい。

＜＜電源装置３および指令手段４＞＞
電源装置３は、例えばバッテリ等の蓄電して直流電力を供給する機能を有し、車両全体の電源となる装置であっても、電動ブレーキ装置の専用の電源となる装置であってもよい。
指令手段４は、ブレーキペダル等のブレーキ入およびブレーキ解除の要求の操作を行う手段であり、例えばブレーキペダルに設けられたペダルストロークセンサ等から指令を出力する。指令手段４の指令は、ＶＣＵ（図示せず）等の上位ＥＣＵを介して電動ブレーキ装置の制御装置５に与えられるものであってもよい。指令手段４は、自動運転を行う機能を備えた車両では、その自動運転機能部の一部であってもよい。

＜＜制御装置５の構成＞＞
制御装置５は、基本的な構成として、主ブレーキ制御１１、スイッチングパターン決定機能部１２、およびモータドライバ１３を有し、この他にブレーキ解除要求判断機能部１４、ブレーキ解除完了判断機能部１５、およびブレーキ待機機能部１６を有している。
制御装置５を有する前記各機能部１１，１２，１４，１５，１６は、例えばマイコン、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等の演算器および周辺回路により構成され、これにより安価で高性能となり好適と考えられる。

＜主ブレーキ制御機能部１１＞
主ブレーキ制御機能部１１は、指令手段４より要求されるブレーキ力指令値に対して、前記荷重センサ８等より推定される推定ブレーキ力が追従するように電動モータ６を制御する制御演算を行う。前記の制御演算は、例えばブレーキ力指令値及び推定値を直接用いるフィードバック制御を用いてもよく、ブレーキ力を角度等の他の物理量に変換して制御演算を行っても良い。また、前記フィードバック制御演算は、例えばブレーキ力制御ループ内にモータ電流制御ループを設けるように、複数のマイナーフィードバックループを設ける演算構造としてもよく、単一のフィードバックループにてモータ操作量を演算する構造としても良い。その他、フィードフォワード制御等を用いるか、または適宜併用することもできる。

また、主ブレーキ制御機能部１１は、ブレーキ解除時の引き摺りトルクを低減する為に、前記のブレーキ力を追従制御する機能に加え、ブレーキ力を解除する際に、前記摩擦ブレーキ機構１の摩擦材３２（図３参照）とブレーキロータ３１との間に所定のクリアランスを設ける位置に直動アクチュエータ２を制御する機能を設けることが好ましい。前記の機能は、例えば前記モータ角度および直動アクチュエータ２の等価リード等から直動アクチュエータ２の位置を推定する機能としてもよく、これにより低コストとなり好適と考えられるが、直動アクチュエータ２の進退位置を検出する位置センサ（図示せず）を別途設けることもできる。

＜スイッチングパターン決定機能部１２＞
スイッチングパターン決定機能部１２は、主に主ブレーキ制御機能部１１において演算されたモータ操作量に基づき、モータドライバ１３における電動モータ６のコイル端と電源装置３との接続／切断パターンを決定する機能を有する。例えば、直流電圧がＶdc（プラス側：＋Ｖdc、マイナス側：GND ) である電源装置３を用いた場合において、所定のモータ端子の電圧をＶn とする場合、所定時間内において比率が概ねＶn ／Ｖdcとなる時間をプラス側（＋Ｖdc）に接続し、比率が概ね（１−Ｖn ／Ｖdc）となる時間をマイナス側（GND ）と接続するパルス信号を生成する機能を有するとしても良い。

＜モータドライバ１３＞
モータドライバ１３は、電動モータ６のコイル端と電源装置３との接続状態を制御するスイッチ手段２１と、蓄電機能を有し前記スイッチ手段２１の少なくとも一部をスイッチングするための電源として機能するスイッチ電源２２と、前記スイッチ手段２１を構成する各スイッチ素子であるトランジスタ素子２５Ｈ，２５Ｌにスイッチ制御信号を与えるスイッチ制御回路２３と、前記スイッチ手段２１の所定のスイッチングパターンにおいて前記スイッチ電源２１に電力を蓄積させるチャージ手段２４とを有する。前記スイッチ制御回路２３は、前記スイッチパターン決定機能部１２から出力されたスイッチングパターンに従って前記トランジスタ素子２５Ｈ，２５Ｌにスイッチ制御信号を与える。

＜スイッチ手段２１＞
前記スイッチ手段２１は、具体的には、Ｌアームスイッチ回路２１ＬとＨアームスイッチ回路２１Ｈを電動モータ６のコイル端ｕ，ｖ，ｗにそれぞれに対して一対ずつ備えたスイッチ回路であり、この実施形態ではハーフブリッジ回路とされている。
Ｌアームスイッチ回路２１Ｌは、ＦＥＴ等のトランジスタ素子２５Ｌによって、電源装置３のマイナス側と電動モータ６のコイル端ｕ，ｖ，ｗとの接続状態を制御するスイッチ回路部である。前記トランジスタ素子２５Ｌは、電動モータ６のコイル端ｕ，ｖ，ｗに接続された第一の入出力端子２５Ｌａと、電源装置３のマイナス側に接続された第二の入出力端子２５Ｌｂと、前記第二の入出力端子２５Ｌｂに対して正の電位が入力されることで両入出力端子２５Ｌａ，２５Ｌｂを接続するスイッチング端子２５Ｌｃとを有する。
前記Ｈアームスイッチ回路２１Ｈは、ＦＥＴ等のトランジスタ素子２５Ｈによって、前記電源装置３のプラス側と前記電動モータ６のコイル端ｕ，ｖ，ｗとの接続状態を制御するスイッチ回路部であり、前記トランジスタ素子２５Ｈは、電源装置３のプラス側に接続された第一の入出力端子２５Ｈａと、前記電動モータ６のコイル端ｕ，ｖ，ｗに接続された第二の入出力端子２５Ｈｂと、前記第二の入出力端子２５Ｈｂに対して正の電位が入力されることで両入出力端子２５Ｈａ，２５Ｈｂを接続するスイッチング端子２５Ｈｃとを有する。

＜スイッチ電源２２とチャージ手段２４＞
前記スイッチ電源２２は、前記Ｈアームスイッチ回路２１Ｈにおけるトランジスタ素子２５Ｈの前記第二の入出力端子２５Ｈｂを電気的な基準電位として接続されるコンデンサ、いわゆるブートストラップコンデンサである。
前記チャージ手段２４は、前記Ｌアームスイッチ回路２１Ｌが接続状態となったときに前記コンデンサからなるスイッチ電源２２に電荷を蓄積させるチャージ回路であり、所定の電位Ｖ２の電位源（図示せず）にダイオード２４ａを介して前記スイッチ電源２２に接続された回路により構成される。前記電位Ｖ２は、少なくとも前記トランジスタ素子２５Ｌ、２５Ｈのスイッチング端子２５Ｌｃ，２５Ｈｃに、前記トランジスタ素子の端子２５Ｌａと２５Ｌｂ、および２５Ｈａと２５Ｈｂを接続せしめる十分な電位であればよく、例えば電位Ｖ１と共通の電源装置３から印加されるＶ１と等しい電位であってもよく、或いは、例えば電源装置３が一般的な車両低圧電源１２Ｖである場合、マイコン等の回路用に降圧された＋５Ｖや＋３．３Ｖ等の、Ｖ１より低い電位であってもよい。

＜ブレーキ解除要求判断機能部１４＞
ブレーキ解除要求判断機能部１４は、ブレーキ力指令値およびその微分値のうち少なくとも何れかの大きさが所定値より小さくなったときに、「ブレーキ解除を要求する操作がされた」と判断する手段である。
ブレーキ解除要求判断機能部１４は、例えばブレーキ力指令値が所定値を下回った場合や、ブレーキ力指令値の減少変化量が所定値を下回る場合、あるいはこれらを併用する所定条件に基づいて、ブレーキの解除が要求されているか否かを判断する機能を有するとしても良い。もしくは、例えば車両におけるＶＣＵのように、ブレーキ力指令値を生成する上位ＥＣＵが設けられ、前記の上位ＥＣＵよりブレーキ解除要求信号を別途発信し、前記ブレーキ解除要求の受信を以てブレーキを解除する要求と判断する構成とすることもできる。

＜解除完了判断機能部１５＞
解除完了判断機能部１５は、前記ブレーキ解除が要求されたと判断されたとき、所定のブレーキ解除状態へと前記摩擦材操作手段である直動アクチュエータ２が駆動され、このときの前記電動モータ６の角度およびその微分値の少なくとも何れかよりブレーキ解除状態への移行が完了したことを判断する。
解除完了判断機能部１５は、例えばブレーキ解除が要求されている場合において、例えば前記摩擦ブレーキ機構１の摩擦材３２とブレーキロータ３１との間に所定のクリアランスを設け得る位置のような、所定のブレーキ解除状態が達成されたかどうかを判断する機能を有する。
前記判断は、例えば所定の空隙（クリアランス量）となり得る位置にモータ角度を制御する場合において、角度指令値と推定モータ角度との偏差の大きさが所定値を下回る場合や、モータ角速度の大きさが所定値を下回る場合、あるいはこれらを併用する所定条件に基づいて、ブレーキ解除が完了したことを判断しても良い。
前記モータ角速度は、例えば状態推定オブザーバ（図示せず）等で推定されるものであっても良く、所定時間内でのモータ角度の推移を角速度と概ね等価な物理量として用いてもよい。

具体的例を示すと、前記解除完了判断機能部１４は、前記摩擦材３２と前記ブレーキロータ３１との間に所定の空隙が発生し得るモータ角度目標値に対して、モータ角度の偏差の絶対値が所定値以下であり、かつモータ角速度の絶対値が所定値以下である状態を以て、ブレーキ解除が完了したと判断するようにしてもよい。

この他に前記解除完了判断機能部１４は、前記摩擦材３２と前記ブレーキロータ３１との間に所定の空隙が発生し得るモータ角度目標値に対して、モータ角度の偏差の絶対値が所定値以下である状態の継続時間を計測するカウンタ１４ａ（図２参照）を備え、このカウンタ１４ａの値が所定値を超過した場合にブレーキ解除が完了したと判断するようにしても良い。

＜ブレーキ待機機能部１６＞
ブレーキ待機機能部１６は、前記解除状態への移行が完了したと判断されたとき、少なくとも静止した状態の電動モータ６が自発的に駆動されず、かつ前記スイッチ手段２１を前記チャージ手段２４により前記スイッチ電源２２に蓄電され得る所定のスイッチングパターンに維持する。
ブレーキ待機機能部１６は、具体的には、前記ブレーキ解除要求機能部１４によりブレーキ解除が要求されたことが判断され、ブレーキ解除完了判断機能部１５によりブレーキ解除が完了したことが判断された場合、前記スイッチングパターン決定機能部１２において所定のスイッチングパターンを生成させる機能を有する構成とすることができる。

前記ブレーキ待機機能部１６は、実行中にモータ角度の変動が所定量より大きくなった場合に、前記ブレーキ待機機能を解除して所定のブレーキ解除状態へと前記摩擦材３２を駆動するようにしてもよい。
この構成であると、振動等の影響で待機時のギャップ量が変動した場合、適宜是正してギャップ量を保つことで、意図しない引き摺りトルクの発生や応答遅れを防止することができる。

＜＜上記構成の作用の概要＞＞
ブレーキが解除された状態において、電動ブレーキ装置のモータドライバ１３におけるハーフブリッジ回路からなるスイッチ手段２１の状態を、Ｌアームスイッチ回路２１Ｌがオン、Ｈアームスイッチ回路２１Ｈがオフとなる一定の状態に維持し、Ｈアームスイッチ２１Ｈのスイッチング用の電圧として使用するブートストラップコンデンサからなるスイッチ電源２２を充電された状態に維持する。
指令手段（ブレーキペダル等）４のブレーキ指令やその変化量からブレーキを解除する要求をブレーキ解除要求判断機能部１４で判断し、さらにその際のモータ角度や角速度から電動ブレーキ装置が所定の待機位置に移行したかどうかをブレーキ解除完了判断機能部１５で判断し、その状態で前記のハーフブリッジ回路からなるスイッチ手段２１の状態維持をブレーキ待機機能部１６により実行させて、ブレーキ待機状態とする。

＜＜上記構成の作用および各部の構成の詳細＞＞
前記モータドライバ１３は、前記のようにＦＥＴ等のトランジスタ素子２５Ｈ，２５Ｌをスイッチ素子として用いたハーフブリッジ回路からなるスイッチ手段２１を構成し、例えば所定のデューティ比によりモータ印加電圧を決定するＰＷＭ制御を行う構成とする。これにより安価で高性能となり好適と考えられる。あるいは、変圧回路等を設け、ＰＡＭ制御を行う構成とすることもできる。前記ＰＷＭ制御やＰＡＭ制御を行うスイッチングパターンは、前記スイッチングパターン決定機能部１２で行う。
また、前記スイッチ手段２１を構成するハーフブリッジ回路のうち、電源装置３のプラス側との接続を行うＨアームスイッチ回路２１Ｈのトランジスタ素子２５Ｈのスイッチング用電位源として、Ｌアームスイッチ回路２１Ｌがオンとなった際に所定の電位源から電荷が蓄積され、Ｈアームスイッチ回路２１Ｈをオンせしめる際にゲートに印加する電位源として機能するブートストラップコンデンサからなるスイッチ電源２２を用いたチャージ回路であるチャージ手段２４を設けるため、低コストでモータドライバ１３を駆動できて好適である。

このとき、モータドライバ１３がスイッチングされないか、またはＬアームスイッチ２１Ｌのオン時間が短い状態が継続すると、前記ブートストラップコンデンサからなるスイッチ電源２２のチャージ状態が不十分となり、Ｈアームスイッチ回路２１Ｈがオンできない問題が発生する可能性がある。よって、前記スイッチングパターン決定機能部１２は、ブートストラップコンデンサからなるスイッチ電源２２のチャージ状態がＨアームスイッチ回路２１Ｈの制御に十分な状態となるよう、Ｌアームスイッチ回路２１Ｌのオン時間が十分長いスイッチングパターンに設定することが好ましい。特に、Ｌアームスイッチ回路２１を常にオン、Ｈアームスイッチ回路２１Ｈを常にオフの状態に維持すると、前記ブートストラップコンデンサからなるスイッチ電源２２が確実に良好なチャージ状態に維持可能で、かつスイッチングに伴う損失も発生しないため、特に好適と考えられる。また、このとき電動モータ６は自発的に駆動されないため、モータ搖動にともなう作動音が発生せず、ＮＨＶが改善できる。特に、例えば直動アクチュエータ２が平行歯車等からなる減速機３３（図３参照）等の機械結合部を有する場合、ブレーキを解除した無負荷の状態においてはバックラッシ等の影響で僅かな揺動に対しても比較的大きな作動音が発生する為、ＮＨＶが大きく改善する場合がある。

また、前記の一定スイッチングパターン状態にあるとき、例えば電動ブレーキ搭載車両の振動等によって電動モータ６に外力が加えられた場合、電動モータ６が発電して負荷トルクが発生する為、例えばスイッチングを停止するような場合と比較して外力によって電動モータ６が回され難い状態となる。このため、例えば前記のモータ外力等により所定のモータ待機角度から離反することを抑制でき、仮に離反した場合でも比較的容易に元の待機位置へと復帰することができる。

＜＜ブレーキ待機機能部１６等の動作フロー例＞＞
図４は、図１の例において、ブレーキ待機機能部１６等が実行する際の例を示す。
ステップＳ．１では、例えばブレーキ力指令値が所定値を下回った場合や、ブレーキ力指令値の減少変化量が所定値を下回る場合、あるいはこれらを併用する所定条件に基づいて、ブレーキの解除が要求されているかをブレーキ解除要求判断機能部１４で判断する。
ブレーキの解除が要求されていない場合は、ステップＳ．５に進み、ブレーキ制御の実行を続け、再度ステップＳ．１の判断を行う。
ステップＳ．２では、例えば角度指令値と推定モータ角度との偏差の大きさが所定値を下回る場合や、モータ角速度の大きさが所定値を下回る場合、あるいはこれらを併用する所定条件に基づいて、ブレーキ解除が完了しているかをブレーキ解除判断機能部１５で判断する。

ステップＳ．２でブレーキ解除完了と判断された場合は、ステップＳ．３に進む。ステップＳ．３では、ブレーキ解除が要求されており、かつブレーキ解除が完了している場合において、モータドライバ１３のスイッチングパターンにつき、Ｈアームスイッチ回路２１Ｈを全てオフし、Ｌアームスイッチ回路２１Ｌを全てオンの状態に設定する。前記スイッチングパターンは、少なくとも図１のモータドライバ１３のブートストラップコンデンサからなるスイッチ電源２２が十分に充電可能なスイッチングパターンであれば良いが、本図のようにすると各スアームイッチ回路２１Ｈ，２１Ｌがオン−オフ動作を行わないため、スイッチングに伴う損失が低減できて好適と考えられる。
このとき、ステップＳ．３の処理を実行中、例えば電動ブレーキ装置搭載車両の振動等の外力により電動モータ６が回転させられた場合、その後の制御サイクルのステップＳ．２において、ブレーキ解除が完了していないと判断され、ステップＳ．４に進んで速やかに再度目標角度へと電動モータが追従制御される。

この実施形態の電動ブレーキ装置によると、このように、Ｌアームスイッチ回路２１Ｌをオン、Ｈアームスイッチ回路２１Ｈをオフの状態に維持することで、ブートストラップコンデンサからなるスイッチ電源２２が常に充電され、ブレーキをかける要求がされた場合において、速やかに応答させることができる。
全てのＬアームスイッチ回路２１Ｌを常時オン、Ｈアームスイッチ回路２１Ｈを常時オフとすることで、スイッチングを行わないため、例えばＦＥＴ等のトランジスタ素子２５Ｈ，２５Ｌの浮遊容量に伴うスイッチング損失が発生せず、待機電力を低減することができる。
モータ端子電圧が全て同じ電圧となる為、電動モータ６が自発的に駆動されることが無く、センサ分解能やサンプリングに起因する微小なチャタリング等が発生しないため、作動音の静粛化が図れる。
振動等により外部から電動モータ６が回される場合、電動モータ６に発電による回生トルクが発生して待機位置から急激に電動モータ６が離反することを防止することができ、再度追従制御を実行して待機位置へと戻すことが容易となる。

＜＜他の実施形態＞＞
図６はこの発明の他の実施形態を示す。この実施形態は、特に説明した事項の他は、図１〜図５に示した第１の実施形態同様である。
この実施形態は、第１の実施形態の構成に加え、電動モータ６のコギングトルクに合わせてブレーキ待機位置を調整する例を示す。
この実施形態では、前記制御装置５に、前記角度センサ９等からなる角度推定手段で推定された角度からコギングトルクの値を推定するコギングトルク推定機能部１１ａと、ブレーキ状態からブレーキ解除状態へと移行するときに、前記推定コギングトルクが略零となるモータ角度を角度指令値とする待機位置調整機能部１１とが設けられている。

ブレーキ待機機能部１６の機能によって電動ブレーキ装置が待機状態となったとき、外力が加わると電動モータ６が回転する。すなわち、コギングトルクによって所定方向の回転力がある状態でブレーキ待機状態となった場合、コギングトルクによって電動モータ６が所定量回転させられることがある。その際、例えば図４のフローに従えば、ブレーキ待機機能が実行される場合（ステップＳ３）とそうでない場合（ステップＳ４）が繰り返される可能性があり、不要な揺動となる場合がある。

そこで、電動モータ６のコギングトルクを推定し、待機位置調整機能部１１ｂによって
予めコギングトルクが零となるモータ角度を待機位置に設定するようにしており、これにより、前記ブレーキ待機機能部１６の制御を実行しても電動モータ６が回されることなく、所定のブレーキ待機状態が維持できる。なお、コギングトルク推定は、設計や実測に基づいて予め推定用ＬＵＴ（ルックアップテーブル）（図示せず）等を用いても良く、あるいはトルクを零にした際のモータ動作等からリアルタイムで推定する方法を用いても良い。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…摩擦ブレーキ機構
２…直動アクチュエータ（摩擦材操作手段）
３…電源装置
４…指令手段
５…制御装置
６…電動モータ
８…荷重センサ
９…角度センサ（角度推定手段）
１１ａ…コギングトルク推定機能部
１１ｂ…待機位置調整機能部
１２…スイッチングパターン決定機能部
１３…モータドライバ
１４…ブレーキ解除要求判断機能部
１４ａ…カウンタ
１５…解除完了判断機能部
１６…ブレーキ待機機能部
２１…スイッチ
２１Ｌ…Ｌアームスイッチ回路
２１Ｈ…Ｈアームスイッチ回路
２２…スイッチ電源
２４…チャージ
２５Ｈ，２５Ｌ…トランジスタ素子
２５Ｈａ…第一の入出力端子
２５Ｈｂ…第二の入出力端子
２５Ｈｃ…スイッチング端子
２５La…第一の入出力端子
２５Lb…第二の入出力端子
２５Ｌｃ…スイッチング端子
３１…ブレーキロータ
３２…摩擦材

Claims

ブレーキロータと、このブレーキロータと接触して制動力を発生させる摩擦材と、電動モータの駆動により前記摩擦材を操作する摩擦材操作手段と、与えられたブレーキ指令値に追従するように前記電動モータの出力を制御する制御装置と、前記電動モータに電力を印加する直流の電源装置とを備える電動ブレーキ装置において、
前記制御装置が、
前記電動モータのコイル端と前記電源装置との接続状態を制御するスイッチ手段と、
蓄電機能を有し前記スイッチ手段の少なくとも一部をスイッチングするための電源として機能するスイッチ電源と、
前記スイッチ手段の所定のスイッチングパターンにおいて前記スイッチ電源に電力を蓄積させるチャージ手段と、
前記ブレーキ力指令値およびその微分値のうち少なくとも何れかの大きさが所定値より小さくなったときに、ブレーキ解除を要求する操作がなされたことを判断するブレーキ解除要求判断機能部と、
前記ブレーキ解除を要求する操作がなされたことが判断されたとき、所定のブレーキ解除状態へと前記摩擦材操作手段が駆動され、このときの前記電動モータの角度およびその微分値の少なくとも何れかよりブレーキ解除状態への移行が完了したことを判断する解除完了判断機能部と、
前記解除状態への移行が完了したと判断されたとき、少なくとも静止した状態の前記電動モータが自発的に駆動されず、かつ前記スイッチ手段を前記チャージ手段により前記スイッチ電源に蓄電され得る所定のスイッチングパターンに維持するブレーキ待機機能部、とを有する、
ことを特徴とする電動ブレーキ装置。
請求項１に記載の電動ブレーキ装置において、
前記スイッチ手段が、ＬアームスイッチとＨアームスイッチを前記電動モータのコイル端それぞれに対して一対ずつ備えたスイッチ回路であって、
前記Ｌアームスイッチは、前記電動モータのコイル端に接続された第一の入出力端子と、前記電源装置のマイナス側に接続された第二の入出力端子と、前記第二の入出力端子に対して正の電位が入力されることで前記両入出力端子を接続させるスイッチング端子とを有するトランジスタ素子によって、前記電源装置のマイナス側と前記電動モータのコイル端との接続状態を制御するスイッチ回路部であり、
前記Ｈアームスイッチは、前記電源装置のプラス側に接続された第一の入出力端子と、前記電動モータのコイル端に接続された第二の入出力端子と、前記第二の入出力端子に対して正の電位が入力されることで前記両入出力端子を接続させるスイッチング端子とを有するトランジスタ素子によって、前記電源装置のプラス側と前記電動モータのコイル端との接続状態を制御するスイッチ回路部であり、
前記スイッチ電源が、前記Ｈアームスイッチの前記第二の入出力端子を電気的な基準電位として接続されるコンデンサであり、
前記チャージ手段が、前記Ｌアームスイッチが接続状態となったときに前記コンデンサからなるスイッチ電源に電荷を蓄積するチャージ回路であり、
前記ブレーキ待機機能部は、前記Ｌアームスイッチを全て常時接続状態とし、前記Ｈアームスイッチを全て常時切断状態とする、
電動ブレーキ装置。
請求項１または請求項２に記載の電動ブレーキ装置において、前記解除完了判断機能部は、前記摩擦材と前記ブレーキロータとの間に所定の空隙が発生し得るモータ角度目標値に対して、モータ角度の偏差の絶対値が所定値以下であり、かつモータ角速度の絶対値が所定値以下である状態を以て、ブレーキ解除が完了したと判断する電動ブレーキ装置。
請求項１または請求項２に記載の電動ブレーキ装置において、前記解除完了判断機能部は、前記摩擦材と前記ブレーキロータとの間に所定の空隙が発生し得るモータ角度目標値に対して、モータ角度の偏差の絶対値が所定値以下である状態の継続時間を計測するカウンタを備え、このカウンタの値が所定値を超過した場合にブレーキ解除が完了したと判断する電動ブレーキ装置。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電動ブレーキ装置において、前記ブレーキ待機機能部は、実行中にモータ角度の変動が所定量より大きくなった場合に、前記ブレーキ待機機能を解除して所定のブレーキ解除状態へと前記摩擦材を駆動する電動ブレーキ装置。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電動ブレーキ装置において、前記制御装置が、前記電動モータの角度を推定する角度推定手段と、この推定した角度からコギングトルクを推定するコギングトルク推定機能部と、ブレーキ状態からブレーキ解除状態へと移行するときに、前記推定コギングトルクが略零となるモータ角度を角度指令値とする待機位置調整機能部とを有する電動ブレーキ装置。