JP2019134551A - Electric actuator and electric brake device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば、車両等に搭載される電動式アクチュエータおよび電動ブレーキ装置に関し、NVH等を改善することができる技術に関する。 The present invention relates to, for example, an electric actuator and an electric brake device mounted on a vehicle or the like, and relates to a technique capable of improving NVH and the like.
電動モータ装置および電動モータを使用した電動アクチュエータとして、以下の技術が提案されている。
1.遊星ローラ機構および電動モータを使用した電動アクチュエータ(特許文献1)。
2.電動モータ、直動機構および減速機を使用した電動アクチュエータ(特許文献2)。
The following techniques have been proposed as an electric motor device and an electric actuator using the electric motor.
1. An electric actuator using a planetary roller mechanism and an electric motor (Patent Document 1).
2. An electric actuator using an electric motor, a linear motion mechanism, and a speed reducer (Patent Document 2).
例えば、特許文献1のような、電動モータと減速機を使用した電動式直動アクチュエータにおいて、位置決め制御のための制御設計を行う際に、電動式直動アクチュエータの慣性モーメントが極めて重要なコントローラ設計パラメータとなる。このとき、慣性モーメントは主にモータ回転子、歯車、直動機構の回転軸、等の慣性体の慣性モーメントの総和となるが、一般的に歯車機構は所定量のバックラッシを有し、バックラッシ中間に歯車が位置するときは歯車同士が結合せず、慣性モーメントはモータ回転子のみと等価に変化し得る。
For example, in an electric linear actuator using an electric motor and a speed reducer as in
例えば、特許文献1の電動式直動アクチュエータを用いた電動ブレーキ装置のような、直動荷重を印加する場合において、直動荷重が大きいほど歯車は片側の歯面に常に接触し続け、慣性モーメントはアクチュエータ全体の慣性モーメントと等価に近づく。一方、直動荷重が小さいほど(特に荷重ゼロの状態において)歯車の歯面が非接触状態となりやすく、前記のバックラッシの影響で一時的に慣性モーメントがモータ回転子のみの慣性モーメントと等価に近づく。
For example, in the case of applying a linear load, such as an electric brake device using the electric linear actuator of
主にアンチロック・ブレーキ・システム(Antilock Brake System、略称:ABS)等の車輪速制御等を高精度に行うために、電動ブレーキ装置には高速な応答と高い制御精度が求められる。しかし、アクチュエータ全体の慣性モーメントを考慮して高速かつ高精度な制御性を発揮するコントローラを設計すると、前記のバックラッシ中に歯車が非接触状態となり慣性モーメントが低下した際に、制御系が不安定となる場合がある。この不安定な状態が発生すると、モータが主にバックラッシ間を激しく揺動し、歯車の両側の歯面への衝突を繰り返すことにより騒音、振動および乗り心地に関する総称であるNVH(Noise, Vibration, Harshness)が極めて悪化する問題、またはモータを揺動させることにより消費電力が増加する問題が発生する場合がある。 Electric brake devices are required to have a high-speed response and high control accuracy in order to perform wheel speed control of an antilock brake system (abbreviation: ABS) and the like with high accuracy. However, if a controller that exhibits high-speed and high-precision controllability in consideration of the inertial moment of the entire actuator is designed, the control system becomes unstable when the gearwheel is in a non-contact state during the backlash and the inertial moment decreases. It may become. When this unstable state occurs, the motor mainly vigorously swings between the backlashes, and repeatedly collides with the tooth surfaces on both sides of the gear, so that NVH (Noise, Vibration, There is a case in which a problem that Harshness) is extremely deteriorated or a problem that power consumption is increased by swinging the motor may occur.
前記バックラッシの影響を低減する対策として、例えば、シザーズギア等の構造を用いると製造コストおよび搭載スペースの増加が問題となる場合がある。また、スペーサ等を用いてバックラッシ量を調整する手法を用いる場合、組立が困難になり製造コストの増加が問題となる場合がある。
あるいは、予め慣性モーメントがモータ回転子のみとなり得ることを考慮して制御設計を行う場合、歯車が接触して慣性モーメントがアクチュエータ全体と等価となった際の応答性が著しく低下する。電動ブレーキ装置に換言すれば、ブレーキをかけている際の応答性が低下することにより、主に前記のABS等の性能低下が問題となる場合がある。
As a measure for reducing the influence of the backlash, for example, when a structure such as a scissors gear is used, an increase in manufacturing cost and mounting space may be a problem. Further, when a method of adjusting the backlash amount using a spacer or the like is used, assembly may become difficult and an increase in manufacturing cost may be a problem.
Alternatively, when the control design is performed in consideration that the moment of inertia can be only the motor rotor, the responsiveness when the gear contacts and the moment of inertia becomes equivalent to the entire actuator is significantly reduced. In other words, in the case of an electric brake device, there is a case where the performance degradation of the ABS or the like mainly becomes a problem due to a decrease in responsiveness when the brake is applied.
あるいは、バックラッシをモデリングし、非線形な制御対象に対する制御等を用いる場合、演算負荷が増大し、高速な演算器を使用することによるコスト増加が問題となる場合がある。また、高速な演算器は一般に定常消費電力が大きく、例えば、走行時間の多くがアクチュエータを動作しない待機状態となり得る電動ブレーキ装置においては、演算器の消費電力が問題となる場合がある。 Alternatively, when backlash is modeled and control or the like for a non-linear control target is used, the calculation load increases, and a cost increase due to the use of a high-speed calculator may be a problem. Further, a high-speed computing unit generally has a large steady power consumption. For example, in an electric brake device that can be in a standby state where a lot of travel time does not operate an actuator, the power consumption of the computing unit may be a problem.
この発明の目的は、NVHを改善すると共に制御性能の向上等を図ることができる電動式アクチュエータおよび電動ブレーキ装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an electric actuator and an electric brake device capable of improving NVH and improving control performance.
この発明の電動式アクチュエータは、電動モータ4と、この電動モータ4の駆動力を、正方向と逆方向の動作の切換により接触状態と離隔状態とが生じる遊びを有する伝達部を介して伝達する動力伝達機構5,6と、前記電動モータ4を制御する制御装置2とを備える電動式アクチュエータにおいて、
前記制御装置2は、
前記電動モータ4のモータ角度を推定する角度推定部20aと、
前記電動モータ4の駆動力が前記動力伝達機構5,6を介して作用する荷重を推定する荷重推定機能部19と、
前記荷重または前記モータ角度の推定値を操作量とし、与えられた目標値に対して、前記荷重または前記モータ角度の推定値である制御量を追従制御する制御演算部23と、
前記荷重の推定値が定められた値よりも小さいとき前記伝達部が離隔状態にあり、前記荷重の推定値が定められた値よりも大きいとき前記伝達部が接触状態にあると推定する機械結合状態推定部24と、を備え、
前記制御演算部23は、
前記機械結合状態推定部24により前記伝達部が接触状態にあると推定されたとき前記電動モータ4を定められた条件に従って制御する第一の制御演算部23aと、
前記機械結合状態推定部24により前記伝達部が離隔状態にあると推定されたとき前記電動モータ4の駆動力の大きさが前記第一の制御演算部23aより小さく演算される第二の制御演算部23bとを有する。
前記各定められた値、前記定められた条件は、それぞれ設計等によって任意に定める値、条件であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な値、条件を求めて定められる。
The electric actuator according to the present invention transmits the
The
An
A load
A
A mechanical coupling that estimates that the transmission unit is in a separated state when the estimated value of the load is smaller than a predetermined value, and that the transmission unit is in a contact state when the estimated value of the load is larger than a predetermined value A
The
A first
A second control calculation in which the magnitude of the driving force of the
The predetermined values and the predetermined conditions are values and conditions arbitrarily determined by design, etc., and are determined by obtaining appropriate values and conditions by, for example, one or both of testing and simulation. It is done.
この構成によると、制御演算部23は、荷重の推定値(「推定荷重」と称す)またはモータ角度の推定値を操作量とし、目標値に対して、前記荷重または前記モータ角度の推定値である制御量を前記目標値に追従させるための操作量を決定する。機械結合状態推定部24は、伝達部が離隔状態にあるか接触状態にあるかを推定荷重に応じて推定する。
According to this configuration, the
伝達部が接触状態と推定されたとき、制御演算部23は、第一の制御演算部23aを有効として電動モータ4を定められた条件に従って制御する。この場合、電動式アクチュエータ全体の慣性モーメントを考慮して高速かつ高精度な制御性を発揮することが可能となる。
一方、伝達部が離隔状態と推定されたとき、制御演算部23は、電動モータ4の駆動力の大きさが第一の制御演算部23aより小さく演算される第二の制御演算部23bを有効とする。この場合、バックラッシ等の影響を受けやすい荷重ゼロから低荷重の状態において、例えばモータ慣性のみに基づく制御演算を行うことが可能となる。したがって、例えばバックラッシ間での等価慣性変動等に起因するモータ振動を抑制し、NVHを改善することが可能となる。
When the transmission unit is estimated to be in the contact state, the
On the other hand, when the transmission unit is estimated to be in the separated state, the
前記機械結合状態推定部24は、与えられた指令入力から導出される荷重またはモータ角度のいずれかの前記目標値と、前記制御量との偏差の絶対値が定められた値よりも小さいとき前記伝達部が離隔状態にあると推定し、前記偏差の絶対値が定められた値よりも大きいとき前記伝達部が接触状態にあると推定してもよい。
前記各定められた値は、それぞれ設計等によって任意に定める値であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な値を求めて定められる。
When the absolute value of the deviation between the target value of either the load or the motor angle derived from a given command input and the control amount is smaller than a predetermined value, the mechanical coupling
Each of the determined values is a value arbitrarily determined by design or the like, and is determined by obtaining an appropriate value by one or both of testing and simulation, for example.
負荷が小さく、かつモータ角度偏差が小さい場合は、例えばバックラッシ中間での動作となる可能性が高いため、予めバックラッシ中での動作を想定し、第二の制御演算部23bに切替える。この構成によると、偏差の絶対値が定められた値よりも小さいとき伝達部が離隔状態にあると推定し第二の制御演算部23bに切替える。こうすることで、バックラッシ中において伝達部の接触面が離隔して電動式アクチュエータDAの等価慣性モーメントが小さくなり、応答が振動的となることによるNVHの増加および制御性の低下を防止し得る。
When the load is small and the motor angle deviation is small, for example, there is a high possibility that the operation is performed in the middle of the backlash. Therefore, the operation during the backlash is assumed in advance and the operation is switched to the second
前記制御装置2は、前記電動モータ4の駆動力に対する反力を含む、前記電動モータ4へ印加される外乱を推定する外乱推定部28を有し、
前記機械結合状態推定部24は、前記伝達部が接触状態または離隔状態にあると推定した推定結果を記憶する機能を有し、記憶された前記推定結果が接触状態である状況において、前記外乱推定部28で推定された外乱として、前記電動モータ4の駆動力と同一の方向に定められた大きさ以上の外乱が加わったと推定されたとき、前記機械結合状態推定部24は、前記推定結果を接触状態から離隔状態へと遷移させる機能を有するものであってもよい。
前記同一の方向は、回転座標系での運動に基づく場合はトルク方向であり、例えば直動機構等を介した直動運動の場合は直動部材の移動方向である。
前記定められた大きさは、設計等によって任意に定める大きさであって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な大きさを求めて定められる。
The
The mechanical coupling
The same direction is a torque direction when based on a motion in a rotating coordinate system, and is a moving direction of a linear motion member in the case of a linear motion via a linear motion mechanism, for example.
The determined size is a size arbitrarily determined by design or the like, and is determined by obtaining an appropriate size by, for example, one or both of testing and simulation.
この構成によると、荷重がゼロまたは小さい状態において、電動モータ4に印加される外乱は主に摩擦力であり、基本的には回転を阻害する力が作用する。そのような状況下において、電動モータ4の駆動力と同一方向に外乱が加わったと推定されるのは、主にモータ慣性が想定より低下した場合である。そのことから動力伝達機構がバックラッシ中に突入しことを判断できるため、第二の制御演算部23bに適切に切替えることが可能となり、応答が振動的になることを防止し得る。
According to this configuration, when the load is zero or small, the disturbance applied to the
前記制御装置2は、前記目標値に対して前記制御量を追従制御するとき、前記電動モータ4の出力トルクまたはこの出力トルクに依存する値を決定する機能と、前記電動モータ4の角加速度を推定する機能と、を有し、
前記機械結合状態推定部24は、前記伝達部が接触状態または離隔状態にあると推定した推定結果を記憶する機能を有し、記憶された前記推定結果が接触状態である状況において、推定された前記角加速度の大きさが定められた値より大きいと推定されたとき、前記機械結合状態推定部24は、前記推定結果を接触状態から離隔状態へと遷移させる機能を有するものであってもよい。
前記出力トルクに依存する値として、電流などが挙げられる。
前記定められた値は、設計等によって任意に定める値であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な値を求めて定められる。
When the
The mechanical coupling
Examples of the value depending on the output torque include current.
The determined value is a value arbitrarily determined by design or the like, and is determined by obtaining an appropriate value by one or both of testing and simulation, for example.
この構成によると、電動式アクチュエータ全体の慣性を想定した上限加速度を超過するのは、主に等価慣性モーメントが低下した場合である。そのことから動力伝達機構のバックラッシ中間状態が発生したことを判断できるため、第二の制御演算部23bに適切に切替えることが可能となり、応答が振動的になることを防止し得る。
According to this configuration, the upper limit acceleration that assumes the inertia of the entire electric actuator is exceeded mainly when the equivalent moment of inertia is reduced. From this, it can be determined that the intermediate state of the backlash of the power transmission mechanism has occurred, so that it is possible to appropriately switch to the second
前記制御装置2は、前記目標値である目標モータ角度と、前記モータ角度の推定値である推定角度と、の偏差が正から負または負から正へと推移したことを検出するゼロ・クロッシング検出部30を有し、
前記機械結合状態推定部24は、前記伝達部が接触状態または離隔状態にあると推定した推定結果を記憶する機能を有し、記憶された前記推定結果が接触状態である状況において、前記偏差の正から負または負から正への推移が定められた時間内に複数回発生したとき、前記機械結合状態推定部24は、前記推定結果を接触状態から離隔状態へと遷移させる機能を有するものであってもよい。
前記偏差が正から負または負から正へと推移することを「ゼロ・クロッシング」という。
前記定められた時間は、設計等によって任意に定める時間であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な時間を求めて定められる。
The
The mechanical coupling
The transition of the deviation from positive to negative or from negative to positive is called “zero crossing”.
The predetermined time is arbitrarily determined by design or the like, and is determined by obtaining an appropriate time by, for example, one or both of testing and simulation.
この構成によると、バックラッシ等の影響で等価慣性がモータ回転子のみに減少し、応答が振動的になった場合、等価慣性が電動式アクチュエータ全体の場合と比較して、高周波なゼロ・クロッシングが発生する。このため、本構成により動力伝達機構のバックラッシ中間状態が発生したことを判断できるため、第二の制御演算部23bに適切に切替えることが可能となり、応答が振動的になることを防止し得る。
According to this configuration, when the equivalent inertia is reduced only to the motor rotor due to the effect of backlash and the response becomes oscillating, the equivalent inertia is high-frequency zero crossing compared to the case of the entire electric actuator. Occur. For this reason, since it can be determined that the intermediate state of the backlash of the power transmission mechanism has occurred with this configuration, it is possible to appropriately switch to the second
前記機械結合状態推定部24は、前記離隔状態にあるか前記接触状態にあるかを判断する条件において、前記伝達部が接触状態にあると推定する第一の閾値と、前記伝達部が離隔状態にあると推定する、前記第一の閾値とは異なる第二の閾値と、を備え、
前記制御演算部23は、前記第一および第二の閾値の中間状態において、前記機械結合状態推定部24の推定結果が前記接触状態に近くなると前記第一の制御演算部23aが強調され、前記推定結果が前記離隔状態に近くなると前記第二の制御演算部23bが強調される制御切替部23cを有するものであってもよい。
The mechanical coupling
In the intermediate state between the first and second threshold values, the
この構成によると、制御切替部23cが第一,第二の制御演算部23a,23bの切替を平滑に行うことで、アクチュエータ特性変動等の影響で想定通りの切替動作とならない場合においても、制御切替の影響で逆に応答が振動的になってしまうことを防止することができる。前記想定通りの切替動作とならない場合とは、例えば、切替えるタイミングがずれる、過剰な切替が発生する等が挙げられる。
According to this configuration, the
この発明の電動ブレーキ装置1は、前記いずれかに記載の電動式アクチュエータDAと、この電動式アクチュエータDAによって操作される摩擦材9と、この摩擦材9との接触により制動力を発生させるブレーキロータ8と、を備えている。この電動ブレーキ装置1によれば、いずれかの電動式アクチュエータDAを備えているため、NVHを改善すると共に制御性能の向上等を図ることができる。
The
この発明の電動式アクチュエータは、電動モータと、この電動モータの駆動力を、正方向と逆方向の動作の切換により接触状態と離隔状態とが生じる遊びを有する伝達部を介して伝達する動力伝達機構と、前記電動モータを制御する制御装置とを備える電動式アクチュエータにおいて、前記制御装置は、前記電動モータのモータ角度を推定する角度推定部と、前記電動モータの駆動力が前記動力伝達機構を介して作用する荷重を推定する荷重推定機能部と、前記荷重または前記モータ角度の推定値を操作量とし、与えられた目標値に対して、前記荷重または前記モータ角度の推定値である制御量を追従制御する制御演算部と、前記荷重の推定値が定められた値よりも小さいとき前記伝達部が離隔状態にあり、前記荷重の推定値が定められた値よりも大きいとき前記伝達部が接触状態にあると推定する機械結合状態推定部と、を備え、前記制御演算部は、前記機械結合状態推定部により前記伝達部が接触状態にあると推定されたとき前記電動モータを定められた条件に従って制御する第一の制御演算部と、前記機械結合状態推定部により前記伝達部が離隔状態にあると推定されたとき前記電動モータの駆動力の大きさが前記第一の制御演算部より小さく演算される第二の制御演算部とを有する。このため、NVHを改善すると共に制御性能の向上等を図ることができる。 The electric actuator according to the present invention is a power transmission that transmits an electric motor and a driving force of the electric motor via a transmission unit having a play in which a contact state and a separation state are generated by switching between a forward operation and a reverse operation. An electric actuator comprising a mechanism and a control device that controls the electric motor, wherein the control device includes an angle estimation unit that estimates a motor angle of the electric motor, and a driving force of the electric motor causes the power transmission mechanism to A load estimation function unit that estimates a load acting through the control unit, and a control amount that is an estimated value of the load or the motor angle with respect to a given target value, with the estimated value of the load or the motor angle as an operation amount A control calculation unit that performs tracking control, and when the estimated value of the load is smaller than a predetermined value, the transmission unit is in a separated state, and the estimated value of the load is determined. A mechanical coupling state estimation unit that estimates that the transmission unit is in a contact state when the transmission unit is larger, and the control calculation unit is estimated by the mechanical coupling state estimation unit that the transmission unit is in a contact state A first control calculation unit that controls the electric motor according to a predetermined condition; and when the mechanical coupling state estimation unit estimates that the transmission unit is in a separated state, the magnitude of the driving force of the electric motor is And a second control calculation unit that is calculated smaller than the first control calculation unit. Therefore, it is possible to improve NVH and improve control performance.
この発明の電動ブレーキ装置は、前記いずれかに記載の電動式アクチュエータと、この電動式アクチュエータによって操作される摩擦材と、この摩擦材との接触により制動力を発生させるブレーキロータと、を備えているため、NVHを改善すると共に制御性能の向上等を図ることができる。 An electric brake device according to the present invention includes any one of the electric actuators described above, a friction material operated by the electric actuator, and a brake rotor that generates a braking force by contact with the friction material. Therefore, NVH can be improved and control performance can be improved.
この発明の実施形態に係る電動ブレーキ装置を図1ないし図3と共に説明する。この電動ブレーキ装置は例えば車両に搭載される。
図1に示すように、この電動ブレーキ装置1は、電動式アクチュエータDAと、摩擦ブレーキBRとを備える。先ず、電動式アクチュエータDAおよび摩擦ブレーキBRの構造について説明する。
An electric brake device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This electric brake device is mounted on a vehicle, for example.
As shown in FIG. 1, the
<電動式アクチュエータDAおよび摩擦ブレーキBRの構造>
図1および図2に示すように、電動式アクチュエータDAは、直動アクチュエータ本体AHと、電源装置3と、後述する制御装置2とを備える。直動アクチュエータ本体AHは、電動モータ4と、動力伝達機構である直動機構6および減速機5と、パーキングブレーキ装置7と、角度センサSaと、荷重センサSbとを有する。
<Structure of electric actuator DA and friction brake BR>
As shown in FIGS. 1 and 2, the electric actuator DA includes a linear actuator main body AH, a
図1に示すように、電動モータ4は、例えば、永久磁石式の同期電動機から成る。電動モータ4として、永久磁石式の同期電動機を適用すると省スペースで高効率かつ高トルクとなり好適である。
摩擦ブレーキBRは、車両の各車輪にそれぞれ設けられる。摩擦ブレーキBRは、車輪と連動して回転するブレーキロータ8と、このブレーキロータ8と接触して制動力を発生する摩擦材9とを有する。この摩擦材9は、電動式アクチュエータDAによって操作される。摩擦材9を電動式アクチュエータDAのアクチュエータ本体AHにより操作してブレーキロータ8に押圧し、摩擦力によって制動力を発生させる機構を用いることができる。この例の摩擦ブレーキBRとして、ブレーキディスクであるブレーキロータ8および図示外のキャリパを用いたディスクブレーキ装置を適用しているが、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。
As shown in FIG. 1, the
The friction brake BR is provided on each wheel of the vehicle. The friction brake BR includes a
減速機5は、電動モータ4の回転を減速する機構であり、それぞれ伝達部である一次歯車12、中間歯車13、および三次歯車11を含む。この例では、減速機5は、電動モータ4のロータ軸4aに取り付けられた一次歯車12の回転を、中間歯車13により減速して、回転軸10の端部に固定された三次歯車11に伝達可能な平行歯車が用いられている。前記伝達部は、正方向と逆方向の動作の切換により接触状態と離隔状態とが生じる遊びを有する。
The
直動機構6は、減速機5で出力される回転運動を送りねじ機構により直動部14の直線運動に変換して、ブレーキロータ8に対して摩擦材9を当接離隔させる機構である。直動部14は、回り止めされ且つ矢符A1にて表記する軸方向に移動自在に支持されている。直動部14のアウトボード側端に摩擦材9が設けられる。電動モータ4の回転を減速機5を介して直動機構6に伝達することで、回転運動が直線運動に変換され、それが摩擦材9の押圧力に変換されることによりブレーキ力を発生させる。なお電動ブレーキ装置1を車両に搭載した状態で、車両の車幅方向外側をアウトボード側といい。車両の車幅方向中央側をインボード側という。
The
パーキングブレーキ機構7のアクチュエータ16として、例えば、リニアソレノイドが適用される。アクチュエータ16によりロック部材15を進出させて中間歯車13に形成された係止孔(図示せず)に嵌まり込ませることで係止し、中間歯車13の回転を禁止することで、パーキングロック状態にする。ロック部材15を前記係止孔から離脱させることで中間歯車13の回転を許容し、アンロック状態にする。
For example, a linear solenoid is applied as the
図2に示すように、角度センサSaは、電動モータ4の回転角度(モータ角度)を検出する。角度センサSaは、例えば、レゾルバまたは磁気エンコーダ等を用いると高精度かつ高信頼性であり好適であるが、光学式のエンコーダ等の各種センサを用いることもできる。前記角度センサSaを用いずに、後述する制御装置2において、電動モータ4の電圧と電流との関係等からモータ角度を推定する角度センサレス推定を用いることもできる。
As shown in FIG. 2, the angle sensor Sa detects the rotation angle (motor angle) of the
荷重センサSbは、直動機構6の軸方向荷重を検出する。この荷重センサSbは、例えば、直動機構6の荷重が作用する所定部材の変位または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。前記荷重センサSbを用いずに、制御装置2において、例えば、モータ角度および電動ブレーキ装置剛性、またはモータ電流および電動式アクチュエータ効率等から荷重センサレス推定を行ってもよい。あるいは、例えばブレーキを実装する車輪のホイールトルクまたはこの電動ブレーキ装置1(図1)を搭載した車両の前後力を検出するセンサ等、その他外部センサであってもよい。その他、サーミスタ等の各種センサ類等を要件に応じて別途設けてもよい。
The load sensor Sb detects the axial load of the
<制御装置2の構成>
図2は、この電動ブレーキ装置の電動式アクチュエータDAの制御系のブロック図である。例えば、各車輪に対応する制御装置2およびアクチュエータ本体AHが設けられている。各制御装置2は対応する電動モータ4を制御する。各制御装置2に、直流の電源装置3と、各制御装置2の上位制御手段である上位ECU17とが接続されている。電源装置3は、電動モータ4および制御装置2に電力を供給する。電源装置3は、例えば、この電動ブレーキ装置1(図1)を搭載する車両の低圧(例えば12V)バッテリ等を適用し得る。
<Configuration of
FIG. 2 is a block diagram of a control system of the electric actuator DA of this electric brake device. For example, a
上位ECU17として、例えば、車両全般を制御する車両統合制御装置(Vehicle Control Unit, VCU)が適用される。上位ECU17は、各制御装置2の統合制御機能を有する。上位ECU17はブレーキ指令手段17aを備え、このブレーキ指令手段17aは、図示外のブレーキ操作手段の操作量に応じて変化するセンサの出力を指令値として各制御装置2に与える。なおブレーキ指令手段17aは、ブレーキ操作手段そのものであってもよく、あるいは、例えば自動運転車両のように車両の状態および各種センサ等の情報から、ブレーキ操作手段の操作に依ることなく自動的に指令値を求めて出力することも可能である。
For example, a vehicle integrated control unit (VCU) that controls the entire vehicle is applied as the
各制御装置2は、制御演算を行う各種制御演算器と、モータドライバ18とを備える。前記各種制御演算器は、例えば、マイクロコンピュータ等のプロセッサ、または、FPGA、ASIC等の演算器および周辺回路により構成される。前記各種制御演算器は、荷重推定機能部としての荷重推定器19、運動状態推定器20、電流推定器21、目標値演算器22、制御演算部23および機械結合状態推定部24を備える。
Each
荷重推定器19は、荷重センサSbの出力から、電動モータ4の駆動力が減速機5および直動機構6を介して作用する荷重を(推定荷重)を推定する。あるいは荷重推定器19は、前述の通り、荷重センサSbを用いない荷重センサレス推定を行ってもよい。
運動状態推定器20は、角度センサSaの出力から、電動モータ4の回転運動状態を推定する。この運動状態推定器20は、角度推定部20aと、角速度推定部20bとを有する。
The
The
角度推定部20aは、角度センサSaの出力から、制御演算に用いるモータ角度(推定角度)を推定する機能を有する。角度センサSaとして、例えばレゾルバまたはエンコーダのような所定の角度領域を一周期として検出するセンサを用いる場合、角度推定部20aは、角度センサSaの出力から電動モータ4の回転子位相を推定してもよい。角速度推定部20bは、前記回転子位相ないし位置の微分相当値を、角速度として推定してもよい。
The
運動状態推定器20は、例えば、等価リード等の運動変換係数を介し、直動換算された位置、速度、等を推定してもよい。あるいは前述の通り、角度センサ出力を設けずに、電動モータ4の電圧および電流から回転子位相または電気角速度を推定し、前記回転子位相等から角度または角速度を推定する角度センサレス推定器であってもよい。また状態パラメータは、例えば、角度を微分して角速度を求める等の処理であってもよく、状態推定オブザーバであってもよい。
The
前記推定角度について、所定周期でオーバーラップないしアンダーラップする角度の周期動作を補完し、連続した角度を導出する機能を有していてもよい。例えばレゾルバ等の角度センサSaまたは角度センサレス推定における一周期に対して、一般に電動ブレーキ装置における荷重をゼロから最大値まで推移させると複数周期に相当する量を電動モータ4が回転するため、前記の補完を行うことによって総回転角度を導出することができる。
The estimated angle may have a function of deriving a continuous angle by complementing a periodical operation of an angle that overlaps or underlaps at a predetermined period. For example, with respect to one cycle in angle sensor Sa or angle sensorless estimation such as a resolver, generally, when the load in the electric brake device is changed from zero to the maximum value, the
電流推定器21は、電流センサ出力から制御演算に用いる電流を推定する機能を有する。電流センサ25は、例えば、シャント抵抗両端の電圧を検出するアンプから成るセンサ、または電動モータ4の相電流の通電経路周囲の磁束等を検出する非接触式センサ等を用いることができる。電流推定器21は、他の構成として、例えば、モータドライバ18を構成する素子等の端子電圧等を検出する構成としてもよく、一次側の電流からモータ相電流を推定する構成としてもよい。あるいは、一切の電流センサを設けずに、後述の電流制御機能において電動モータ4の抵抗またはインダクタンス等の特性に基づいてフィードフォワード制御を行うこともできる。
The
目標値演算器22は、所定のブレーキ指令手段17aの出力から、制御目標値を演算する機能を有する。ブレーキ指令手段17aが例えばブレーキペダル(ブレーキ操作手段)である場合、目標値演算器22は、ブレーキペダルのストローク量等から目標とする目標ブレーキ荷重(目標値)を演算することができ、ブレーキペダルが戻された(離された)際には所定の待機位置へとアクチュエータ本体AHを動作させるための目標モータ角度または直動位置を演算することができる。
The
あるいは、例えば車両統合制御装置(VCU)等の上位ECU17がブレーキ指令手段17aを備える場合、目標値演算器22は、例えば、車両減速度および制動力等の指令から、摩擦係数、ブレーキ有効径、および車両慣性等の所定の換算係数を介して目標ブレーキ荷重を演算してもよく、または目標ブレーキ荷重が上位ECU17から直接入力される仕様とすることもできる。
Alternatively, for example, when the
制御演算部23は、ブレーキ指令手段17aより要求される指令値に対して制御量を追従させるよう、後述のモータドライバ18における電動モータ操作量を演算する。制御演算部23は、例えばブレーキ力を発揮する場合は前記目標ブレーキ荷重に対して前記推定荷重を追従制御するフィードバック制御演算を行ってもよく、ブレーキを解除する場合は所定のブレーキ待機位置に相当する目標モータ角度等に対して前記推定角度(あるいは目標位置に対する推定位置)を追従制御するフィードバック制御演算を行ってもよい。
The
制御演算部23は、荷重のフィードバック制御の他、例えばブレーキ荷重制御ループ内にモータ角度フィードバック制御、角速度フィードバック制御、電流フィードバック制御を設けるように、複数のマイナーフィードバック制御を設ける演算構造としてもよく、単一のフィードバック制御にてモータ操作量を演算する構造としてもよい。その他、一部または全てのフィードバック制御に代えて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。
The
また制御演算部23は、第一の制御演算部23aと、第二の制御演算部23bと、制御切替部23cとを備える。第一の制御演算部23aは、モータ回転子から減速機5までの伝達部である歯車が接触状態(結合状態)にある場合を想定した制御演算を行う。第二の制御演算部23bは、前記伝達部である歯車の一部または全体が離隔状態にある場合を想定した制御演算を行う。制御切替部23cは、前記伝達部である歯車が接触状態にあるか離隔状態にあるかに基づいて、第一および第二の制御演算部23a,23bを切替える。
The
例えば、減速機5の歯車等の歯面が接触しているような、伝達部(機械結合部)が接触状態にある場合、電動式アクチュエータDAの慣性モーメントは、モータ駆動力が結合されたモータ回転子、減速機5、直動機構6等の全ての機械構成部材の慣性モーメントの総和(但し、減速による影響は適宜考慮される)となる。一方、例えば前記歯車等におけるバックラッシ等、前記伝達部が離隔状態にある場合、電動式アクチュエータDAの慣性モーメントは、伝達部が離隔した部材を除いた慣性モーメントとなり、最小の場合は電動モータ4のモータ回転子のみとなり得る。換言すれば、伝達部が離隔状態にある場合は、伝達部が接触状態にある場合と比較して慣性モーメントが比較的減少した状態となり得る。
For example, when the transmission unit (mechanical coupling unit) is in a contact state such that a tooth surface of a gear or the like of the
ところで、伝達部が接触状態にある場合を想定して制御演算部における演算式を構築した場合、前記伝達部の離隔に伴う慣性モーメントの減少により、制御帯域が想定より高周波領域へと拡大される。このとき、制御の高速化に背反して制御安定性が低下する場合があり、動作が振動的になることで制御性の低下およびNVH悪化といった問題が発生する可能性がある。また、例えば、伝達部が離隔状態にある場合を想定して制御演算部における演算式を構築した場合、前記伝達部の接触に伴う慣性モーメントの増大により、制御特性における位相が遅れ、制御安定性が低下する場合がある。また、応答性が想定より低下し、制動距離に悪影響を及ぼす可能性がある。 By the way, when the calculation formula in the control calculation unit is constructed assuming that the transmission unit is in a contact state, the control band is expanded to a higher frequency region than expected due to the reduction of the moment of inertia accompanying the separation of the transmission unit. . At this time, there is a case where the control stability is lowered contrary to the speeding up of the control, and there is a possibility that problems such as a decrease in controllability and a deterioration in NVH occur due to the vibration of the operation. In addition, for example, when a calculation formula in the control calculation unit is constructed assuming that the transmission unit is in a separated state, the phase in the control characteristics is delayed due to an increase in the moment of inertia accompanying the contact of the transmission unit, and the control stability May decrease. In addition, the responsiveness may be lower than expected, and the braking distance may be adversely affected.
本実施形態の構成により、モータ回転子から減速機5までの伝達部が接触状態にある場合を想定した制御演算を行う第一の制御演算部23aと、前記伝達部の一部または全体が離隔状態にある場合を想定した制御演算を行う第二の制御演算部23bと、を制御切替部23cにより適切に切替えることにより、これら伝達部の接触または離隔に起因した問題を解決し得る。
With the configuration of the present embodiment, the first
機械結合状態推定部24は、前記伝達部が接触または離隔について、どのような状態にあるかを推定する機能を有する。例として、一般的な歯車に基づいて換言すれば、機械結合状態推定部24は、歯車が接触している状態またはバックラッシ中間にある状態について、どのような状態にあるかを推定する機能を有する。
The mechanical coupling
機械結合状態推定部24は、例えば、前記推定荷重に基づき、推定荷重がゼロまたは所定値未満の低荷重状態である場合は伝達部が離隔しており、前記推定荷重が所定値以上である場合は伝達部が接触していると判断する機能であってもよい。ブレーキ荷重がゼロまたは低荷重である場合、反力による伝達部への与圧がゼロまたは極めて小さいことにより、伝達部が離反した状態となりやすい。一方、ブレーキ荷重が印加されている場合、反力による与圧があるため伝達部が接触状態に維持されやすい。
The mechanical coupling
よって、機械結合状態推定部24は、推定荷重に基づいて、伝達部が離隔状態にあるか接触状態にあるかを推定することができる。なお、このとき、ブレーキ荷重がゼロでない低荷重状態においても機械系のヒステリシスの影響により反力すなわち与圧がゼロとなる場合があるため、前述の通りブレーキ荷重が低荷重状態においても伝達部の離隔が発生し得ると推定することが好ましい。
Therefore, the mechanical coupling
モータドライバ18は、電動モータ4の供給する電力を制御する。モータドライバ18は、例えば、電界効果トランジスタ(Field effect transistor;略称FET)等のスイッチ素子を用いたハーフブリッジ回路を構成し、前記スイッチ素子のON−OFF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と安価で高性能となる。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。また、前記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アームスイッチ素子のスイッチング用電位源として、Lアームスイッチ素子がONとなった際に所定の電位源から電荷が蓄積され、Hアームスイッチ素子がONとな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を用いたチャージ回路を設けてもよく、別途チャージポンプ回路等の昇圧回路を設けてもよい。
The
<機械結合状態推定部等の構成例>
図3は、図2に示す機械結合状態推定部24および制御演算部23の構成例を示す。この図3では、機械結合状態推定部24は、推定荷重の結果に基づいて伝達部が接触状態にあるか離隔状態にあるかを判断し、この判断に基づいて制御演算部23を切替える例を示す。
<Configuration example of mechanical coupling state estimation unit>
FIG. 3 shows a configuration example of the mechanical coupling
アクチュエータ荷重が大きい場合において、荷重に対する反力により電動式アクチュエータの伝達部は概ね接触状態が維持される。一方、荷重が小さい場合において、反力が発生しないかまたは微小であるため、例えば、モータトルクの方向が反転した状況等において、伝達部が正転・逆転いずれの歯面も接触しないバックラッシ中間動作となり得る。よって、機械結合状態推定部24は、荷重が所定より小さい場合は伝達部が離隔状態にあると判断し、荷重が所定より大きい場合は伝達部が接触状態にあると判断することができる。
When the actuator load is large, the transmission portion of the electric actuator is generally kept in contact with the reaction force against the load. On the other hand, when the load is small, the reaction force does not occur or is very small.For example, in the situation where the direction of the motor torque is reversed, the transmission unit does not contact the forward or reverse tooth surface. Can be. Therefore, the mechanical coupling
機械結合状態推定部24における離隔と接触の判断において、離隔と接触の間に中間状態の判断を設けてもよい。すなわち、例えば荷重において、離隔と判断する第一の閾値と、接触と判断する第二の閾値とを設け、前記第一の閾値と第二の閾値間は中間状態として、離隔と接触が連続的に切り替わる処理としてもよい。制御演算部23は、前記中間状態において、機械結合状態推定部24の推定結果が前記接触状態に近くなると第一の制御演算部23aが強調され、前記推定結果が前記離隔状態に近くなると第二の制御演算部23bが強調される制御切替部23cを有する。これにより、実際のアクチュエータ動作における伝達部の状態と、結合状態推定結果との間に誤差が生じるような場合においても、制御切替時のチャタリング等の発生を防止することができる。あるいは、より簡潔な処理とするため、所定の閾値の大小に基づく二値切替としてもよい。
In the determination of the separation and the contact in the mechanical coupling
制御演算部23は、目標モータ角度と、推定モータ角度と、から制御演算を行う第一および第二の制御演算部23a,23bと、これら第一および第二の制御演算部23a,23bをスイッチ26により切替える制御切替部23cとを備える。第一および第二の制御演算部23a,23bは、それぞれ、与えられた目標モータ角度(目標値)に対して、推定モータ角度である制御量を追従制御する。第一および第二の制御演算部23a,23bは、モータ角度に代えて荷重を入力として制御するものであってもよく、その両方を含むものであってもよい。また、本図3に示すスイッチ26は、二値の切替のみならず、その中間状態を生成できるものであってもよい。さらに、第三以降の制御演算部を設けてもよい。
The
<作用効果について>
以上説明した電動式アクチュエータDAおよび電動ブレーキ装置1によれば、機械結合状態推定部24により伝達部が接触状態が推定されたとき、制御演算部23は、第一の制御演算部23aを有効として電動モータ4を制御する。この場合、電動式アクチュエータ全体の慣性モーメントを考慮して高速かつ高精度な制御性を発揮することが可能となる。
一方、伝達部が離隔状態と推定されたとき、制御演算部23は、電動モータ4の駆動力の大きさが第一の制御演算部23aより小さく演算される第二の制御演算部23bを有効とする。この場合、バックラッシ等の影響を受けやすい荷重ゼロから低荷重の状態において、例えばモータ慣性のみに基づく制御演算を行うことが可能となる。したがって、例えばバックラッシ間での等価慣性変動等に起因するモータ振動を抑制し、NVHを改善することが可能となる。また電動モータ4がバックラッシ間を揺動することを抑制することができ、これにより消費電力を抑制することも可能となる。
<About the effects>
According to the electric actuator DA and the
On the other hand, when the transmission unit is estimated to be in the separated state, the
<他の実施形態について>
以下の説明においては、各実施の形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
<About other embodiments>
In the following description, the same reference numerals are given to portions corresponding to the matters described in advance in the respective embodiments, and overlapping descriptions are omitted. When only a part of the configuration is described, the other parts of the configuration are the same as those described in advance unless otherwise specified. The same effect is obtained from the same configuration. Not only the combination of the parts specifically described in each embodiment, but also the embodiments can be partially combined as long as the combination does not hinder.
図4は、図2の構成例に対して、荷重推定器を設けず、荷重推定機能部である反力推定部19Aを運動状態推定器20に設けた例を示す。前記反力推定部19Aは、例えば、状態推定オブザーバにおいて推定する状態量に反力を含め推定する機能であってもよく、例えば、制御対象モデルと実機との出力差に基づく外乱オブザーバであってもよい。このとき、例えば、ブレーキ荷重の制御は、前記反力が所定値となるよう制御する機能であってもよい。
FIG. 4 shows an example in which a reaction
図5に示すように、機械結合状態推定部24は、例えば、目標値である目標モータ角度と、制御量である推定モータ角度との偏差を用いて、伝達部の離隔・接触状態を判断してもよい。目標モータ角度と、推定モータ角度と、の偏差の絶対値が小さい場合、推定モータ角度を目標モータ角度に追従させるためにトルクの方向が反転する状況が発生し易く、すなわちバックラッシ中間状態が発生し易い。一方、前記偏差の絶対値が大きい場合、当面は推定モータ角度を目標モータ角度に追従させるために電動モータは偏差を縮小する一方向に回転するため、バックラッシ中間状態が発生し難い。
As illustrated in FIG. 5, the mechanical coupling
したがって、機械結合状態推定部24は、前記偏差の絶対値が定められた値より小さい場合において伝達部が離隔状態にあると判断し、前記偏差の絶対値が定められた値より大きい場合において伝達部が接触状態にあると判断することができる。モータ角度偏差が比較的大きい場合は電動モータが角度偏差を縮小するよう継続して一方向に回転するため、伝達部が接触し得る状態にあり、角度偏差が比較的小さい場合は角度偏差をゼロまたは許容範囲内に収束させるために電動モータが回転方向を変化させる可能性が高く、伝達部が離隔し易い状態にある。よって、機械結合状態推定部24は、電動モータの角度偏差に基づいて、伝達部の離隔・接触状態を推定することができる。なお、本図の推定モータ角度および目標モータ角度の偏差に代えて、推定荷重と目標荷重との偏差を用いることもできる。また、荷重が十分に大きい場合は、前記偏差の大小に依らず、荷重の反力によって伝達部が接触状態であると判断することができる。
Therefore, the mechanical coupling
したがって、推定荷重に基づいて離隔・接触状態の推定を行うかを判断する結合状態推定実行判断部27を機械結合状態推定部24に設け、推定荷重が所定より大きい場合は接触状態であると判断することができる。
この構成によると、偏差の絶対値が定められた値よりも小さいとき伝達部が離隔状態にあると推定し第二の制御演算部23bに切替える。こうすることで、バックラッシ中において伝達部の接触面が離隔して電動式アクチュエータの等価慣性モーメントが小さくなり、応答が振動的となることによるNVHの増加および制御性の低下を防止し得る。
このとき、本図5の例に代えて、図3に示す推定荷重に基づく離隔・接触状態の判断を併用し、例えば、互いの判断結果を加算または乗算等によって導出された離隔・接触状態の判断結果を用いてもよい。
Therefore, a combined state estimation
According to this configuration, when the absolute value of the deviation is smaller than a predetermined value, it is estimated that the transmission unit is in the separated state, and the
At this time, instead of the example of FIG. 5, the determination of the separation / contact state based on the estimated load shown in FIG. 3 is used together, for example, the separation / contact state of the separation / contact state derived by adding or multiplying each other's determination results. The determination result may be used.
図6は、電動モータに外力によって発生する外乱を推定し、この推定外乱に基づいて離隔・接触状態を判断する例を示す。この例では、制御装置は、電動モータの駆動力に対する反力を含む、電動モータへ印加される外乱(推定外乱)を推定する外乱推定部28を有する。機械結合状態推定部24は、伝達部の離隔・接触状態の推定結果を記憶する機能を有し、記憶された前記推定結果が接触状態である状況において、推定外乱として、電動モータの駆動力と同一の方向に定められた大きさ以上の外乱が加わったと推定されたとき、機械結合状態推定部24は、前記推定結果を接触状態から離隔状態へと遷移させる機能を有する。前記推定外乱は、例えば、操作量、制御量、および電動式アクチュエータの運動方程式等に基づく外乱推定オブザーバ等により導出してもよい。
FIG. 6 shows an example in which a disturbance generated by an external force in the electric motor is estimated and the separation / contact state is determined based on the estimated disturbance. In this example, the control device includes a
荷重が小さい場合において、電動モータ外乱として発生するのは主に摩擦力に起因する回転抵抗、摺動抵抗、あるいは動粘性による抵抗力と考えられる。換言すれば、外乱としてはモータトルクを減少させる外乱力が主であると考えられる。このとき、モータトルクを増加させる外乱が推定された場合、換言すれば、所定の操作量に対して運動方程式による推定よりも電動モータに大きな角加速度が発生した場合、電動式アクチュエータの慣性モーメント低下によるものであると考えられる。 When the load is small, it is considered that the electric motor disturbance is mainly caused by rotational resistance, sliding resistance, or resistance due to kinematic viscosity caused by frictional force. In other words, it is considered that the disturbance is mainly a disturbance force that reduces the motor torque. At this time, if a disturbance that increases the motor torque is estimated, in other words, if a larger angular acceleration occurs in the electric motor than is estimated by the equation of motion for a predetermined operation amount, the moment of inertia of the electric actuator decreases. It is thought to be due to.
すなわち、バックラッシ中間状態となって伝達部が離隔状態となるため、荷重が小さく、かつ、前記推定外乱がアシスト力であった場合に、離隔・接触状態は離隔したと判断することができる。なお、前記アシスト力による判断は、モータトルク誤差等の影響を除外するため、前記推定外乱が所定より大きいアシスト力である場合により判断してもよい。
また、離隔・接触状態が離隔から接触に推移したと判断する条件として、本図6に示す荷重の他、例えば、図5に示す偏差を併用して用いてもよい。すなわち、偏差の絶対値が所定以上となった場合において、図5と共に記載の理由により離隔・接触状態は接触状態であると判断してもよい。
That is, since the transmission portion is in the separated state in the backlash intermediate state, it can be determined that the separated / contact state is separated when the load is small and the estimated disturbance is the assist force. The determination based on the assist force may be determined based on the case where the estimated disturbance is an assist force larger than a predetermined value in order to exclude the influence of a motor torque error or the like.
In addition to the load shown in FIG. 6, for example, the deviation shown in FIG. 5 may be used in combination as a condition for determining that the separation / contact state has changed from separation to contact. That is, when the absolute value of the deviation is equal to or greater than a predetermined value, the separation / contact state may be determined to be a contact state for the reason described with FIG.
図6に構成によると、荷重がゼロまたは小さい状態において、電動モータに印加される外乱は主に摩擦力であり、基本的には回転を阻害する力が作用する。そのような状況下において、電動モータの駆動力と同一方向に外乱が加わったと推定されるのは、主にモータ慣性が想定より低下した場合である。そのことから動力伝達機構がバックラッシ中に突入しことを判断できるため、第二の制御演算部23bに適切に切替えることが可能となり、応答が振動的になることを防止し得る。
According to the configuration shown in FIG. 6, when the load is zero or small, the disturbance applied to the electric motor is mainly a frictional force, and basically a force that inhibits rotation acts. Under such circumstances, it is estimated that a disturbance is applied in the same direction as the driving force of the electric motor, mainly when the motor inertia is lower than expected. From this, it can be determined that the power transmission mechanism has entered during backlash, so that it is possible to appropriately switch to the second
図7は、電動モータの角加速度を推定し、この推定角加速度に基づいて離隔・接触状態を判断する例を示す。制御装置に、前記角加速度を推定する角加速度推定器29が設けられている。前記角加速度は、例えば、推定角度の微分、または状態推定オブザーバ等により導出してもよい。
荷重が小さい場合において、電動モータ外乱として発生するのは主に摩擦力に起因する回転抵抗、摺動抵抗、あるいは動粘性による抵抗力と考えられる。換言すれば、外乱としてはモータトルクを減少させる外乱力が主であると考えられる。このとき、モータ角加速度の絶対値が電動式アクチュエータ全体の慣性モーメントに対して発生し得る角加速度より大きくなった場合、電動式アクチュエータの慣性モーメント低下によるものであると考えられる。
FIG. 7 shows an example in which the angular acceleration of the electric motor is estimated and the separation / contact state is determined based on the estimated angular acceleration. The control device is provided with an
When the load is small, it is considered that the electric motor disturbance is mainly caused by rotational resistance, sliding resistance, or resistance due to kinematic viscosity caused by frictional force. In other words, it is considered that the disturbance is mainly a disturbance force that reduces the motor torque. At this time, if the absolute value of the motor angular acceleration is larger than the angular acceleration that can be generated with respect to the inertia moment of the entire electric actuator, it is considered that this is due to a decrease in the inertia moment of the electric actuator.
すなわち、バックラッシ中間状態となって伝達部が離隔した状態であるため、角加速度の絶対値が所定より大きくなった場合に、離隔・接触状態は離隔したと判断することができる。前記角加速度の絶対値が所定より大きくなった場合とは、例えば、モータトルク等の所定の操作量および慣性モーメントから導出し得る角加速度の大きさを超過した場合とすると好ましいが、処理を簡潔にするため、発生し得る最大の角加速度の大きさを超過した場合としてもよい。また、前記角加速度の大きさを超過した場合とは、モータトルク誤差の影響を考慮した閾値とすることが好ましい。 In other words, since the transmission unit is in a state where the backlash is in an intermediate state, it can be determined that the separation / contact state is separated when the absolute value of the angular acceleration is greater than a predetermined value. The case where the absolute value of the angular acceleration is larger than a predetermined value is preferably, for example, a case where the magnitude of the angular acceleration that can be derived from a predetermined operation amount and a moment of inertia such as a motor torque is exceeded. Therefore, the maximum angular acceleration that can be generated may be exceeded. Further, the case where the magnitude of the angular acceleration is exceeded is preferably a threshold value in consideration of the influence of the motor torque error.
なお、前記とは逆に、電動モータ回転子の慣性モーメントおよび電動モータトルクに基づいて角加速度の大きさの下限値(正・負を問わず大きさ)を設定し、前記角加速度の大きさが下限値より小さくなった場合に伝達部が接触したと判断することもできる。前記角加速度は、角速度の微分値であってもよく、あるいは慣性モーメントおよびモータトルクに基づいて所定時間先の角速度を推定し、前記所定時間が経過した後の加速度に基づく伝達部の離隔・接触状態の推定を行ってもよい。前記所定時間は、例えば、制御周期の一周期先となる時間であってもよい。 Contrary to the above, a lower limit value (magnitude, positive or negative) of the angular acceleration is set based on the moment of inertia of the electric motor rotor and the electric motor torque, and the magnitude of the angular acceleration. It can also be determined that the transmission unit has contacted when the value becomes smaller than the lower limit. The angular acceleration may be a differential value of the angular velocity, or the angular velocity ahead of a predetermined time is estimated based on the moment of inertia and the motor torque, and the separation / contact of the transmission unit based on the acceleration after the predetermined time has elapsed. The state may be estimated. The predetermined time may be a time that is one cycle ahead of the control cycle, for example.
図8は、目標モータ角度に対する推定モータ角度のゼロ・クロッシングを検知し、前記検知に基づいて離隔・接触状態を判断する例を示す。この例では、制御装置は、目標モータ角度と、推定モータ角度(推定角度)との偏差が正から負または負から正へと推移したことを検出するゼロ・クロッシング検出部30を有する。機械結合状態推定部24は、離隔・接触状態の推定結果を記憶する機能を有し、記憶された前記推定結果が接触状態である状況において、前記偏差の正から負または負から正への推移が定められた時間内に複数回発生したとき、前記機械結合状態推定部24は、前記推定結果を接触状態から離隔状態へと遷移させる機能を有する。なお、本図8の他、例えば、極めて小さい荷重を制御する場合等において、目標荷重に対する推定荷重のゼロ・クロッシングを用いてもよい。
FIG. 8 shows an example in which the zero crossing of the estimated motor angle with respect to the target motor angle is detected, and the separation / contact state is determined based on the detection. In this example, the control device includes a zero-crossing
伝達部の接触状態が離隔し、慣性モーメントが主にモータ回転子のみにまで低下した場合、電動式アクチュエータ全体の慣性モーメントが想定した制御演算による操作量では過大となり、所定の指令値に対して操作量がチャタリングする場合が多い。その際、比較的周期の短いゼロ・クロッシングが発生するため、ゼロ・クロッシング周期が所定時間より短い場合、離隔・接触状態が離隔であると判断することができる。またゼロ・クロッシング周期が所定時間以上の場合、接触状態と判断し得る。すなわち伝達部が離隔して慣性モーメントが減少し制御安定性が低下した場合において、慣性モーメントが減少しなければ発生し得ない短周期でのゼロ・クロッシングが発生するため、伝達部の離隔・接触状態を推定することができる。 If the contact state of the transmission part is separated and the moment of inertia decreases mainly to the motor rotor only, the operation amount based on the control calculation assumed for the moment of inertia of the entire electric actuator becomes excessive, and the specified command value The operation amount often chatters. At that time, zero crossing with a relatively short cycle occurs. Therefore, when the zero crossing cycle is shorter than a predetermined time, it can be determined that the separation / contact state is separation. Further, when the zero-crossing cycle is equal to or longer than a predetermined time, it can be determined as a contact state. In other words, when the transmission part is separated and the moment of inertia is reduced and control stability is reduced, zero crossing occurs in a short cycle that cannot be generated unless the moment of inertia is reduced. The state can be estimated.
機械結合状態推定部24におけるいずれかまたは複数について、各推定要素につき伝達部が離隔したと判断する閾値と、伝達部が接触したと判断する閾値に基づいて、制御切替部23は第一および第二の制御演算部23a,23bを切替えることができる。このとき、複数の閾値の中間値において、伝達部の離隔または接触の度合として判断し、これら度合に基づいて、前記第一および第二の制御演算部23a,23bの影響度合いを決定してもよい。このように平滑的な切替を行うことで、例えば、切替動作そのものに起因したNVHの悪化等を防止できる。
For any one or more of the mechanical coupling
この構成によると、バックラッシ等の影響で等価慣性がモータ回転子のみに減少し、応答が振動的になった場合、等価慣性が電動式アクチュエータ全体の場合と比較して、高周波なゼロ・クロッシングが発生する。このため、本構成により動力伝達機構のバックラッシ中間状態が発生したことを判断できるため、第二の制御演算部23bに適切に切替えることが可能となり、応答が振動的になることを防止し得る。なお、ノイズ等の影響による誤検出を除外するため、例えば、所定の振幅を超えるゼロ・クロッシングのみ検知する処理としてもよく、所定の周期範囲内のゼロ・クロッシングが所定時間以上継続して発生したことによる判断を行ってもよい。
前記図3、図5〜図8の手法は、矛盾を生じない範囲において適宜併用してもよい。
According to this configuration, when the equivalent inertia is reduced only to the motor rotor due to the effect of backlash and the response becomes oscillating, the high-frequency zero crossing is reduced compared to the case of the entire electric actuator. Occur. For this reason, since it can be determined that the intermediate state of the backlash of the power transmission mechanism has occurred with this configuration, it is possible to appropriately switch to the second
The methods shown in FIGS. 3 and 5 to 8 may be used in combination as long as no contradiction occurs.
図9は、図2の構成例に対して、直動式のアクチュエータ本体AHではなく回転式のアクチュエータ本体AHとして、電動ステアリング装置を構成する例を示す。この例は、図2の構成例に対して、直動荷重に代えて回転トルク負荷を扱う以外は、概ね同一の構成となる。トルクセンサScは、例えば、ステアリングロッド等の捩れからトルクを推定する機能であってもよい。 FIG. 9 shows an example in which the electric steering apparatus is configured as a rotary actuator main body AH instead of the direct acting actuator main body AH, with respect to the configuration example of FIG. This example has substantially the same configuration as the configuration example of FIG. 2 except that a rotational torque load is handled instead of a direct acting load. For example, the torque sensor Sc may have a function of estimating torque from twisting of a steering rod or the like.
各ブロック図はあくまで機能構成の概念を示したものであり、図示外の要素は要件に応じて適宜設けられるものとする。また、各機能ブロックは便宜上設けているものであり、実装上の都合に伴い適宜統合ないし分割可能であるものとする。
各実施形態は機能の矛盾が発生しない範囲において、適宜併用する構成とすることもできる。例えば、図2の例において図4に示す反力推定部19Aを設け、外乱相殺制御等に利用する構成とすることもできる。また、各機能の接続形態は一つの例として示すものであり、機能に支障をきたさない範囲で変更できるものとする。
Each block diagram merely shows the concept of the functional configuration, and elements not shown are appropriately provided according to requirements. Each functional block is provided for convenience, and can be appropriately integrated or divided according to mounting convenience.
Each embodiment may be configured to be used together as appropriate within a range where no contradiction in function occurs. For example, the reaction
また、基本的に各図の構成を踏襲した別アプリケーションの構築についても、適宜可能であるものとする。例えば、図2、図4に記載の電動ブレーキ装置において、直動機構にプレス型等を接続した電動プレス装置への適用も可能であり、また、図9に示す電動ステアリング装置において、減速機にバルブ装置等を接続し、バルブ開度を制御するような電動バルブ装置等への適用も可能である。 In addition, it is possible to appropriately construct another application that basically follows the configuration of each figure. For example, the electric brake device shown in FIGS. 2 and 4 can be applied to an electric press device in which a press die or the like is connected to a linear motion mechanism. In the electric steering device shown in FIG. Application to an electric valve device or the like that connects a valve device or the like and controls the valve opening degree is also possible.
電動モータ4として、例えば、ブラシを用いたDCモータ、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。
減速機5は、例えば、ウォーム歯車、遊星歯車等の減速機を用いてもよい。あるいは、要件として負荷が小さくてもよい場合などにおいては、減速をしない単純な機械結合系(減速比≒1)としてもよく、あるいは増速機としてもよい(減速比<1)。
As the
As the
直動機構6は、遊星ローラねじ、ボールねじ等の各種ねじ機構、ボールランプ等、回転軸周方向の傾斜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。
As the
以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、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。この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。 As mentioned above, although the form for implementing this invention based on embodiment was demonstrated, embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
2…制御装置
4…電動モータ
5…減速機
6…直動機構
8…ブレーキロータ
9…摩擦材
19…荷重推定器(荷重推定機能部)
20a…角度推定部
23…制御演算部
23a,23b…第一,第二の制御演算部
23c…制御切替部
24…機械結合状態推定部
28…外乱推定部
30…ゼロ・クロッシング検出部
DA…電動式アクチュエータ
DESCRIPTION OF
20a ...
Claims (7)
前記制御装置は、
前記電動モータのモータ角度を推定する角度推定部と、
前記電動モータの駆動力が前記動力伝達機構を介して作用する荷重を推定する荷重推定機能部と、
前記荷重または前記モータ角度の推定値を操作量とし、与えられた目標値に対して、前記荷重または前記モータ角度の推定値である制御量を追従制御する制御演算部と、
前記荷重の推定値が定められた値よりも小さいとき前記伝達部が離隔状態にあり、前記荷重の推定値が定められた値よりも大きいとき前記伝達部が接触状態にあると推定する機械結合状態推定部と、を備え、
前記制御演算部は、
前記機械結合状態推定部により前記伝達部が接触状態にあると推定されたとき前記電動モータを定められた条件に従って制御する第一の制御演算部と、
前記機械結合状態推定部により前記伝達部が離隔状態にあると推定されたとき前記電動モータの駆動力の大きさが前記第一の制御演算部より小さく演算される第二の制御演算部とを有する電動式アクチュエータ。 An electric motor, a power transmission mechanism for transmitting the driving force of the electric motor via a transmission unit having play in which a contact state and a separation state are generated by switching between a forward operation and a reverse operation, and the electric motor is controlled An electric actuator comprising a control device for
The controller is
An angle estimation unit for estimating a motor angle of the electric motor;
A load estimation function unit that estimates a load applied by the driving force of the electric motor via the power transmission mechanism;
A control calculation unit that controls an estimated value of the load or the motor angle as an operation amount, and controls a control amount that is an estimated value of the load or the motor angle with respect to a given target value;
A mechanical coupling that estimates that the transmission unit is in a separated state when the estimated value of the load is smaller than a predetermined value, and that the transmission unit is in a contact state when the estimated value of the load is larger than a predetermined value A state estimation unit,
The control calculation unit is
A first control calculation unit that controls the electric motor according to a predetermined condition when the transmission unit is estimated to be in a contact state by the mechanical coupling state estimation unit;
A second control calculation unit in which the magnitude of the driving force of the electric motor is calculated to be smaller than that of the first control calculation unit when the transmission unit is estimated to be in the separated state by the mechanical coupling state estimation unit; Electric actuator having.
前記機械結合状態推定部は、前記伝達部が接触状態または離隔状態にあると推定した推定結果を記憶する機能を有し、記憶された前記推定結果が接触状態である状況において、前記外乱推定部で推定された外乱として、前記電動モータの駆動力と同一の方向に定められた大きさ以上の外乱が加わったと推定されたとき、前記機械結合状態推定部は、前記推定結果を接触状態から離隔状態へと遷移させる機能を有する電動式アクチュエータ。 The electric actuator according to claim 1 or 2, wherein the control device includes a disturbance estimation unit that estimates a disturbance applied to the electric motor, including a reaction force with respect to a driving force of the electric motor,
The mechanical coupling state estimation unit has a function of storing an estimation result estimated that the transmission unit is in a contact state or a separated state, and the disturbance estimation unit in a situation where the stored estimation result is a contact state When it is estimated that a disturbance having a magnitude equal to or greater than the magnitude determined in the same direction as the driving force of the electric motor is estimated as the disturbance estimated in step (b), the mechanical coupling state estimation unit separates the estimation result from the contact state. An electric actuator having a function of transition to a state.
前記制御装置は、前記目標値に対して前記制御量を追従制御するとき、前記電動モータの出力トルクまたはこの出力トルクに依存する値を決定する機能と、前記電動モータの角加速度を推定する機能と、を有し、
前記機械結合状態推定部は、前記伝達部が接触状態または離隔状態にあると推定した推定結果を記憶する機能を有し、記憶された前記推定結果が接触状態である状況において、推定された前記角加速度の大きさが定められた値より大きいと推定されたとき、前記機械結合状態推定部は、前記推定結果を接触状態から離隔状態へと遷移させる機能を有する電動式アクチュエータ。 The electric actuator according to claim 1 or 2,
The control device has a function of determining an output torque of the electric motor or a value depending on the output torque, and a function of estimating an angular acceleration of the electric motor when the control amount is follow-up controlled with respect to the target value. And having
The mechanical coupling state estimation unit has a function of storing an estimation result in which the transmission unit is estimated to be in a contact state or a separated state, and is estimated in a situation where the stored estimation result is a contact state. When it is estimated that the magnitude of angular acceleration is greater than a predetermined value, the mechanical coupling state estimation unit has a function of causing the estimation result to transition from a contact state to a separated state.
前記制御装置は、前記目標値である目標モータ角度と、前記モータ角度の推定値である推定角度と、の偏差が正から負または負から正へと推移したことを検出するゼロ・クロッシング検出部を有し、
前記機械結合状態推定部は、前記伝達部が接触状態または離隔状態にあると推定した推定結果を記憶する機能を有し、記憶された前記推定結果が接触状態である状況において、前記偏差の正から負または負から正への推移が定められた時間内に複数回発生したとき、前記機械結合状態推定部は、前記推定結果を接触状態から離隔状態へと遷移させる機能を有する電動式アクチュエータ。 The electric actuator according to claim 1 or 2,
The control device is configured to detect that a deviation between a target motor angle that is the target value and an estimated angle that is an estimated value of the motor angle has changed from positive to negative or from negative to positive. Have
The mechanical coupling state estimation unit has a function of storing an estimation result estimated that the transmission unit is in a contact state or a separated state, and in a situation where the stored estimation result is a contact state, the deviation correction When the transition from negative to negative or negative to positive occurs a plurality of times within a predetermined time, the mechanical coupling state estimation unit has a function of transitioning the estimation result from the contact state to the separated state.
前記機械結合状態推定部は、前記離隔状態にあるか前記接触状態にあるかを判断する条件において、前記伝達部が接触状態にあると推定する第一の閾値と、前記伝達部が離隔状態にあると推定する、前記第一の閾値とは異なる第二の閾値と、を備え、
前記制御演算部は、前記第一および第二の閾値の中間状態において、前記機械結合状態推定部の推定結果が前記接触状態に近くなると前記第一の制御演算部が強調され、前記推定結果が前記離隔状態に近くなると前記第二の制御演算部が強調される制御切替部を有する電動式アクチュエータ。 The electric actuator according to claim 1 or 2,
The mechanical coupling state estimation unit is configured to determine whether the transmission unit is in a contact state in a condition for determining whether the transmission unit is in the separation state or the contact state, and the transmission unit is in a separation state. A second threshold that is presumed to be different from the first threshold,
In the intermediate state between the first and second threshold values, the control calculation unit emphasizes the first control calculation unit when the estimation result of the mechanical coupling state estimation unit approaches the contact state, and the estimation result is An electric actuator having a control switching unit in which the second control calculation unit is emphasized when approaching the separated state.
An electric actuator according to any one of claims 1 to 6, a friction material operated by the electric actuator, and a brake rotor that generates a braking force by contact with the friction material. Electric brake device.
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