JP2022103185A - Electric linear actuator and electric brake device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric linear actuator which can perform stable control by properly switching position control and load control, and can reduce a cost, and an electric brake device.
SOLUTION: A control device 2 of this electric linear actuator DA comprises: a load estimation function part 20; a position estimation function part 21; a load control function part 22; a position control function part 23; and a control changeover function part 24. When the control changeover function part 24 is in a switched state switched to the position control function part 23, and when the control changeover function part exerts a load from a non-loaded state, and also when an estimated load exceeds a first threshold, the control device switches the control changeover function part to the load control function part 22 from the position control function part 23. In a state that the control changeover function part is switched to the load control function part 23, and when the load is reduced or set to zero, and also when the load is reduced below a second threshold which is larger than the first threshold, the control device switches the control changeover function part to the position control function part 23 from the load control function part 22.
SELECTED DRAWING: Figure 2
COPYRIGHT: (C)2022,JPO&INPIT

Description

この発明は、例えば、車両等に搭載される電動式直動アクチュエータおよび電動ブレーキ装置に関し、位置制御と荷重制御を適切に切替えて、安定した制御を行うことができる技術に関する。 The present invention relates to, for example, an electric linear actuator and an electric brake device mounted on a vehicle or the like, and relates to a technique capable of appropriately switching between position control and load control to perform stable control.

電動式直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.電動モータ、直動機構および減速機を使用した電動ブレーキ用アクチュエータ(特許文献1)。
2.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2)。
3.歪みゲージで軸方向の荷重を検出する電動ブレーキ(特許文献3)。
4.荷重負荷領域と無負荷領域の境界近傍では、換算荷重に基づいて電動モータの制御を行う電動式直動アクチュエータ(特許文献4)。前記換算荷重は、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、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。
The following techniques have been proposed as electric linear actuators.
1. 1. An actuator for an electric brake using an electric motor, a linear motion mechanism and a speed reducer (Patent Document 1).
2. 2. An electric actuator using a planetary roller mechanism and an electric motor (Patent Document 2).
3. 3. An electric brake that detects an axial load with a strain gauge (Patent Document 3).
4. An electric linear actuator that controls an electric motor based on a converted load in the vicinity of the boundary between a loaded area and a no-load area (Patent Document 4). The converted load is set so as to continuously change between a negative load and a positive load when the linear motion member moves across the load-bearing region and the no-load region.

特開平6-327190号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-327190 特開2006-194356号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-19435 特表2001-507779号公報Japanese Patent Publication No. 2001-507779 特開2014-88911号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-88811

例えば、特許文献1~3のような、対象物に荷重を印加する電動式直動アクチュエータにおいて、荷重を印加する場合は、推定した荷重が所定の目標値に追従するよう荷重制御を行い、荷重を零にする場合は、モータ角度等から推定したアクチュエータの位置が所定の目標値に追従するよう位置制御を行うことが一般的に知られている。
前記位置制御と前記荷重制御とを切替える場合に、特に比較的小さな荷重において適切な切替が困難となる場合がある。
For example, in an electric linear actuator that applies a load to an object as in Patent Documents 1 to 3, when a load is applied, the load is controlled so that the estimated load follows a predetermined target value, and the load is applied. When is set to zero, it is generally known that the position is controlled so that the position of the actuator estimated from the motor angle or the like follows a predetermined target value.
When switching between the position control and the load control, it may be difficult to perform appropriate switching, especially with a relatively small load.

例えば、特許文献3,4のような、軸方向の荷重を検出する荷重センサを用いる場合において、特に比較的大きな荷重が発揮された場合などに、荷重の印加を開始および終了した時点での車両姿勢の変化、および各部の摩擦等に影響により、荷重ゼロを示す出力がオフセットする場合がある。
また、各部の摩擦等の影響により、特に比較的小さな荷重の状態において、減圧時に荷重センサの出力がヒステリシスを有して変化しない場合がある。このような場合に、ある一定の閾値に対して制御切替を行う手法をとると、前記の荷重センサの誤差等により適切な制御切替が行えない場合がある。この問題の対策として、精度の高いセンサを用いる場合、高コスト等が問題となる場合がある。
For example, in the case of using a load sensor that detects an axial load as in Patent Documents 3 and 4, the vehicle at the time when the application of the load is started and ended, especially when a relatively large load is exerted. The output indicating zero load may be offset due to changes in posture and friction of each part.
Further, due to the influence of friction of each part, the output of the load sensor may have hysteresis and do not change at the time of decompression, especially under a relatively small load state. In such a case, if a method of performing control switching with respect to a certain threshold value is adopted, appropriate control switching may not be possible due to an error of the load sensor or the like. When a highly accurate sensor is used as a countermeasure against this problem, high cost or the like may become a problem.

この発明の目的は、位置制御と荷重制御を適切に切替えて、安定した制御を行うことができると共に、コスト低減を図ることができる電動式直動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 linear actuator and an electric brake device capable of appropriately switching between position control and load control to perform stable control and reduce costs.

この発明の電動式直動アクチュエータDAは、電動モータ4と、この電動モータ4の回転運動を直動部14の直進運動に変換する直動機構6と、前記電動モータ4を制御する制御装置2とを備えた電動式直動アクチュエータにおいて、
前記制御装置2は、
前記直動機構6の軸方向荷重を推定する荷重推定機能部20と、
前記直動機構6における前記直動部14の軸方向位置を推定する位置推定機能部21と、
前記荷重推定機能部20の推定結果である推定荷重に基づいて、前記直動機構6の荷重を制御する荷重制御機能部22と、
前記位置推定機能部21の推定結果である推定位置に基づいて、前記直動機構6の前記直動部14の軸方向位置を制御する位置制御機能部23と、
前記荷重制御機能部22および前記位置制御機能部23のいずれか一方に切替える制御切替機能部24と、を備え、
前記制御切替機能部24は、
前記位置制御機能部23に切替えられている状態であり、且つ、前記直動機構6の荷重が負荷されない無負荷状態から前記直動機構6の荷重を発揮させるときであり、且つ、前記推定荷重が第一の閾値を上回ると言う第一の判定条件を充足する場合に、前記位置制御機能部23から前記荷重制御機能部22に切替え、
前記荷重制御機能部23に切替えられている状態であり、且つ、前記直動機構6の荷重を減少させるかまたは零とするときであり、且つ、前記荷重が、前記第一の閾値よりも大きな第二の閾値を下回ると言う第二の判定条件を充足する場合に、前記荷重制御機能部22から前記位置制御機能部23に切替える。
第一,第二の閾値は、それぞれ設計等によって任意に定める閾値であって、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閾値を求めて定められる。但し、第一の閾値よりも第二の閾値が大きい。
The electric linear motion actuator DA of the present invention includes an electric motor 4, a linear motion mechanism 6 that converts the rotational motion of the electric motor 4 into linear motion of the linear motion unit 14, and a control device 2 that controls the electric motor 4. In an electric linear acting actuator equipped with
The control device 2 is
The load estimation function unit 20 for estimating the axial load of the linear motion mechanism 6 and the load estimation function unit 20
The position estimation function unit 21 that estimates the axial position of the linear motion unit 14 in the linear motion mechanism 6 and the position estimation function unit 21.
Based on the estimated load that is the estimation result of the load estimation function unit 20, the load control function unit 22 that controls the load of the linear motion mechanism 6 and the load control function unit 22
The position control function unit 23 that controls the axial position of the linear motion unit 14 of the linear motion mechanism 6 based on the estimated position that is the estimation result of the position estimation function unit 21.
A control switching function unit 24 for switching to either the load control function unit 22 or the position control function unit 23 is provided.
The control switching function unit 24 is
It is a state in which the position control function unit 23 is switched to, and the load of the linear motion mechanism 6 is exerted from a no-load state in which the load of the linear motion mechanism 6 is not applied, and the estimated load is exerted. When the first determination condition that the first threshold value is exceeded is satisfied, the position control function unit 23 is switched to the load control function unit 22.
It is in a state of being switched to the load control function unit 23, and when the load of the linear motion mechanism 6 is reduced or set to zero, and the load is larger than the first threshold value. When the second determination condition of falling below the second threshold value is satisfied, the load control function unit 22 is switched to the position control function unit 23.
The first and second thresholds are thresholds arbitrarily determined by design and the like, and are determined by obtaining an appropriate threshold by, for example, one or both of a test and a simulation. However, the second threshold value is larger than the first threshold value.

この構成によると、制御切替機能部24により位置制御機能部23に切替えられているとき、この位置制御機能部23は、推定位置に基づいて、直動機構6の直動部14の軸方向位置を制御する。制御切替機能部24は、第一の判定条件を充足すると、位置制御機能部23から荷重制御機能部22に切替える。第一の判定条件を充足するとは、次の三つの条件1-1、1-2、1-3を全て充足することである。
条件1-1:位置制御機能部23に切替えられている状態である。
条件1-2:無負荷状態から荷重を発揮させるときである。
条件1-3:推定荷重が第一の閾値を上回る。
制御切替機能部24により荷重制御機能部22に切替えられているとき、この荷重制御機能部22は、推定荷重に基づいて、直動機構6の荷重を制御する。
According to this configuration, when the position control function unit 23 is switched to the position control function unit 23 by the control switching function unit 24, the position control function unit 23 is the axial position of the linear motion unit 14 of the linear motion mechanism 6 based on the estimated position. To control. When the first determination condition is satisfied, the control switching function unit 24 switches from the position control function unit 23 to the load control function unit 22. Satisfying the first determination condition means satisfying all of the following three conditions 1-1, 1-2, and 1-3.
Condition 1-1: The state is switched to the position control function unit 23.
Condition 1-2: When the load is exerted from the no-load state.
Condition 1-3: The estimated load exceeds the first threshold.
When the control switching function unit 24 switches to the load control function unit 22, the load control function unit 22 controls the load of the linear motion mechanism 6 based on the estimated load.

制御切替機能部24は、第二の判定条件を充足すると、荷重制御機能部22から位置制御機能部23に切替える。第二の判定条件を充足するとは、次の三つの条件2-1、2-2、2-3を全て充足することである。
条件2-1:荷重制御機能部22に切替えられている状態である。
条件2-2:荷重を減少させるかまたは零とするときである。
条件2-3:荷重が第二の閾値を下回る。
When the second determination condition is satisfied, the control switching function unit 24 switches from the load control function unit 22 to the position control function unit 23. Satisfying the second determination condition means satisfying all of the following three conditions 2-1, 2-2, and 2-3.
Condition 2-1: It is in a state of being switched to the load control function unit 22.
Condition 2-2: When the load is reduced or set to zero.
Condition 2-3: The load is below the second threshold.

荷重が負荷されない無負荷状態から増圧する場合は、荷重が零の状態から推定荷重がどれだけ変化したかを観測すればよいため、第一の閾値として、比較的小さな閾値を用いても誤判定なく位置制御から荷重制御への切替が行えることが期待できる。
一方、荷重が印加された状態から減圧する場合、電動式直動アクチュエータ内の摩擦に起因するゼロ点のオフセット等の影響を考慮し、誤判定を防止するために、第二の閾値として、比較的大きな閾値とする。
よって、位置制御から荷重制御に切替える第一の判定条件と、荷重制御から位置制御に切替える第二の判定条件とを、異なる条件とすることで、制御切替の誤判定を防止しつつ荷重制御精度を向上することができる。したがって、高精度の荷重センサを用いることなく位置制御と荷重制御を適切に切替えて、安定した制御を行うことができる。
When increasing the pressure from a no-load state where no load is applied, it is sufficient to observe how much the estimated load has changed from the zero load state, so even if a relatively small threshold value is used as the first threshold value, an erroneous judgment is made. It can be expected that switching from position control to load control can be performed without any problem.
On the other hand, when the pressure is reduced from the state where the load is applied, the effect of the offset of the zero point due to the friction in the electric linear actuator is taken into consideration, and in order to prevent erroneous judgment, a comparison is made as a second threshold value. Set a large threshold.
Therefore, by setting the first judgment condition for switching from position control to load control and the second judgment condition for switching from load control to position control as different conditions, the load control accuracy is prevented while preventing erroneous judgment of control switching. Can be improved. Therefore, stable control can be performed by appropriately switching between position control and load control without using a high-precision load sensor.

前回に荷重を零とした状態から前記荷重制御機能部22の実行状態にて推定された推定荷重の履歴を記憶する記憶手段30を備え、前記制御切替機能部24は、前記記憶手段30に記憶された推定荷重における最大荷重が大きくなる程、前記第一の閾値に対して前記第二の閾値が大きな値となるものであってもよい。
この構成によると、比較的大きな荷重が印加されることにより、電動式直動アクチュエータ内の微小な摩擦等の影響で、例えば、軸方向荷重を推定するためのセンサ出力のゼロ点のオフセットが生じやすい場合がある。このため、記憶された推定荷重における最大荷重が大きくなる程、第二閾値を大きくすることで、前記オフセットに起因する制御切替の誤判定を防止することができる。
The storage means 30 for storing the history of the estimated load estimated in the execution state of the load control function unit 22 from the state where the load was set to zero last time is provided, and the control switching function unit 24 stores in the storage means 30. As the maximum load in the estimated load is increased, the second threshold value may be larger than the first threshold value.
According to this configuration, when a relatively large load is applied, the zero point offset of the sensor output for estimating the axial load occurs due to the influence of minute friction in the electric linear actuator, for example. It may be easy. Therefore, by increasing the second threshold value as the maximum load in the stored estimated load increases, it is possible to prevent erroneous determination of control switching due to the offset.

前記制御切替機能部24は、前記荷重制御機能部22の実行状態で前記直動機構6の荷重を増圧するとき、前記荷重制御機能部22の実行状態を継続し、前記荷重制御機能部22の実行状態で前記直動機構6の荷重を減圧するとき、前記位置制御機能部23による位置制御を実行させてもよい。
微小な荷重に対して、増圧側はセンサ出力が単調増加する場合でも、減圧側は摩擦等の影響でヒステリシスを有してセンサ出力が単調減少とならない場合がある。このため、荷重制御機能部22の実行状態で前記直動機構6の荷重を減圧するとき、推定荷重を用いずに位置制御機能部23による位置制御を行うことで、電動式直動アクチュエータDAの誤動作を防止することができる。
When the load of the linear motion mechanism 6 is increased in the execution state of the load control function unit 22, the control switching function unit 24 continues the execution state of the load control function unit 22 and causes the load control function unit 22 to continue the execution state. When the load of the linear motion mechanism 6 is reduced in the execution state, the position control by the position control function unit 23 may be executed.
Even if the sensor output increases monotonically on the pressure boosting side with respect to a minute load, the sensor output may not decrease monotonically due to hysteresis due to the influence of friction or the like on the decompression side. Therefore, when the load of the linear motion mechanism 6 is reduced in the execution state of the load control function unit 22, the position control by the position control function unit 23 is performed without using the estimated load, so that the electric linear motion actuator DA It is possible to prevent malfunction.

前記荷重を減圧するとき前記位置制御機能部23に切替える構成において、前記荷重制御機能部22から前記位置制御機能部23に切替えるときの推定荷重を記憶する記憶手段30を備え、前記制御切替機能部24は、前記位置制御機能部23に切替えられた状態で前記直動機構6の荷重を増圧するとき、前記記憶手段30に記憶された推定荷重に到達するまで前記位置制御機能部23による制御を継続し、前記推定荷重に到達後、前記位置制御機能部23から前記荷重制御機能部22に切替えてもよい。 In a configuration in which the load is switched to the position control function unit 23 when the load is reduced, the control switching function unit is provided with a storage means 30 for storing an estimated load when the load control function unit 22 is switched to the position control function unit 23. 24 controls the position control function unit 23 until the estimated load stored in the storage means 30 is reached when the load of the linear motion mechanism 6 is increased while being switched to the position control function unit 23. After continuing and reaching the estimated load, the position control function unit 23 may be switched to the load control function unit 22.

荷重を減圧するときに位置制御機能部23に切替えられた状態で、且つ微小な荷重領域において、再び荷重を増圧に転じても、前記ヒステリシスに起因して荷重を推定するためのセンサ出力に誤差が生じる場合がある。そこで、荷重制御機能部22から位置制御機能部23に切替えるときの推定荷重を記憶しておき、記憶された推定荷重に到達するまで前記位置制御機能部23による制御を継続することで、電動式直動アクチュエータDAの誤動作を防止することができる。 Even if the load is switched to the position control function unit 23 when the load is reduced and the load is increased again in a minute load region, the sensor output for estimating the load due to the hysteresis is used. Errors may occur. Therefore, the estimated load when switching from the load control function unit 22 to the position control function unit 23 is stored, and the control by the position control function unit 23 is continued until the stored estimated load is reached, thereby being electrically operated. It is possible to prevent the linear actuator DA from malfunctioning.

前記位置推定機能部21は、前記推定荷重および前記推定位置に基づいて、前記直動機構6が荷重を印加可能な状態になるまでの空隙を推定する機能を有し、前記制御切替機能部24は、推定される前記空隙が大きくなる程、前記第一の閾値を大きく設定してもよい。
前記空隙は、直動機構6と、直動機構6が荷重を印加させる対象物との間の隙間である。
空隙が大きいとき程、荷重が発生する可能性が低く、且つ誤判定して制御切替をしてしまった際のアクチュエータの動作異常の影響が大きくなる。このため、推定される前記空隙(推定空隙)が大きい程、第一の閾値を大きく設定することで、制御切替の誤判定を防止することができる。このように推定空隙に応じて、第一の閾値を変更することで、制御切替の誤判定に対するリスクを軽減することができる。
The position estimation function unit 21 has a function of estimating a gap until the linear motion mechanism 6 can apply a load based on the estimated load and the estimated position, and the control switching function unit 24 has a function of estimating a gap until the load can be applied. May set the first threshold value larger as the estimated void becomes larger.
The gap is a gap between the linear motion mechanism 6 and an object to which the linear motion mechanism 6 applies a load.
The larger the gap, the lower the possibility that a load will be generated, and the greater the influence of the actuator operation abnormality when the control is switched due to an erroneous determination. Therefore, the larger the estimated void (estimated void) is, the larger the first threshold value is set, so that erroneous determination of control switching can be prevented. By changing the first threshold value according to the estimated gap in this way, the risk of erroneous determination of control switching can be reduced.

前記位置推定機能部21は、前記推定荷重および前記推定位置に基づいて、前記直動機構6が荷重を印加可能な状態になるまでの空隙を推定する機能を有し、前記荷重推定機能部20は、推定される前記空隙が定められた空隙より大きい状態における推定荷重を、荷重が零に相当する基準として荷重を推定してもよい。
前記定められた空隙は、設計等によって任意に定める空隙であって、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空隙を求めて定められる。
この構成によると、推定空隙が定められた空隙より大きい場合、直動機構6の荷重は略零であることが期待できる。このため、推定空隙が定められた空隙より大きい条件を満たすとき、前記推定荷重を、荷重が零に相当する基準として荷重を推定し得る。
The position estimation function unit 21 has a function of estimating a gap until the linear motion mechanism 6 can apply a load based on the estimated load and the estimated position, and the load estimation function unit 20 has a function of estimating a gap until the load can be applied. May estimate the load using the estimated load in a state where the estimated void is larger than the defined void as a reference corresponding to zero.
The defined void is a void arbitrarily determined by design or the like, and is determined by, for example, one or both of a test and a simulation to obtain an appropriate void.
According to this configuration, when the estimated void is larger than the defined void, the load of the linear motion mechanism 6 can be expected to be substantially zero. Therefore, when the estimated void satisfies a condition larger than the defined void, the load can be estimated using the estimated load as a reference corresponding to zero.

前記位置推定機能部21は、前記推定荷重および前記推定位置に基づいて、前記直動機構6が荷重を印加可能な状態になるまでの空隙を推定する機能を有し、前記位置制御機能部21が、荷重を印加する要求がある状態で実行されるとき、前記位置制御機能部23は、前記電動式直動アクチュエータDAの剛性を含む情報から定められた荷重となり得る目標位置を導出し、この目標位置に対して前記推定位置を追従させる追従制御を実行する機能を有し、
前記制御切替機能部24は、前記無負荷状態における前記位置制御機能部23の実行状態から荷重を印加させるとき、前記第一の判定条件を充足しない状態で前記空隙が設定値より小さいかまたは零と判断されるか、または、前記位置制御機能部23にて前記目標位置と前記推定位置との偏差に基づき位置制御が達成されたと判断されたとき、前記第一の判定条件を充足するまで前記直動機構6の前記直動部14を荷重印加方向に移動させる近接制御機能を有するものであってもよい。
前記定められた荷重は、設計等によって任意に定める荷重であって、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荷重を求めて定められる。
The position estimation function unit 21 has a function of estimating a gap until the linear motion mechanism 6 can apply a load based on the estimated load and the estimated position, and the position control function unit 21 has a function of estimating a gap until the load can be applied. However, when executed in a state where there is a request to apply a load, the position control function unit 23 derives a target position that can be a load determined from information including the rigidity of the electric linear actuator DA. It has a function to execute tracking control to follow the estimated position with respect to the target position.
When a load is applied from the execution state of the position control function unit 23 in the no-load state, the control switching function unit 24 has the void smaller than the set value or zero in a state where the first determination condition is not satisfied. Or, when it is determined by the position control function unit 23 that the position control has been achieved based on the deviation between the target position and the estimated position, the first determination condition is satisfied. It may have a proximity control function for moving the linear motion portion 14 of the linear motion mechanism 6 in the load application direction.
The defined load is a load arbitrarily determined by design or the like, and is determined by obtaining an appropriate load by, for example, one or both of a test and a simulation.

この構成によると、位置推定機能部21は、推定荷重および推定位置に基づいて、荷重を印加可能な状態になるまでの空隙を推定する。位置制御機能部23が、荷重を印加する要求がある状態で実行されるとき、位置制御機能部23は、電動式直動アクチュエータDAの剛性を含む情報から定められた荷重となり得る目標位置を導出し、この目標位置に対して前記推定位置を追従させる追従制御を実行する。 According to this configuration, the position estimation function unit 21 estimates the void until the load can be applied, based on the estimated load and the estimated position. When the position control function unit 23 is executed in a state where there is a request to apply a load, the position control function unit 23 derives a target position that can be a load determined from information including the rigidity of the electric linear actuator DA. Then, the follow-up control for making the estimated position follow the target position is executed.

温度変化に伴う体積変動および機械結合部のバックラッシ等の影響により、荷重がかかるはずの直動部14の位置でも荷重が発生しない場合がある。このため、位置制御のみでは特に微小な荷重指令値に対して実際に荷重がかからない場合がある。この構成によると、前記のように微小な荷重指令値に対して実際に荷重がかからない場合に、直動部14を荷重印加方向に移動させることで、確実に荷重をかけることができる。 Due to the influence of volume fluctuation due to temperature change and backlash of the mechanical coupling portion, the load may not be generated even at the position of the linear motion portion 14 to which the load should be applied. Therefore, there is a case where the load is not actually applied to a particularly minute load command value only by the position control. According to this configuration, when the load is not actually applied to the minute load command value as described above, the load can be reliably applied by moving the linear motion unit 14 in the load application direction.

前記制御装置2は、前記電動モータ4の角加速度を推定する機能を有し、前記制御切替機能部24は、推定された前記角加速度が定められた角加速度より大きいとき、第一の閾値を基準となる値よりも大きくしてもよい。
前記定められた角加速度、基準となる値は、それぞれ設計等によって任意に定める角加速度、基準となる値であって、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角加速度、基準となる値を求めて定められる。
The control device 2 has a function of estimating the angular acceleration of the electric motor 4, and the control switching function unit 24 sets a first threshold value when the estimated angular acceleration is larger than a predetermined angular acceleration. It may be larger than the reference value.
The defined angular acceleration and reference value are angular acceleration and reference value arbitrarily determined by design and the like, respectively, and are appropriate angular acceleration and reference by, for example, one or both of test and simulation. It is determined by finding the value that becomes.

電動モータ4の角加速度が大きい動作をさせた場合、直動機構6の慣性等の影響により、実際に荷重が発生していない場合においても、荷重を推定するためのセンサが反応する場合がある。そのため、この構成によると、推定された角加速度が定められた角加速度より大きいとき、第一の閾値を基準となる値よりも大きくすることで、荷重が印加されたと誤判定することを防止することができる。 When the electric motor 4 is operated with a large angular acceleration, the sensor for estimating the load may react due to the influence of the inertia of the linear motion mechanism 6 even when the load is not actually generated. .. Therefore, according to this configuration, when the estimated angular acceleration is larger than the predetermined angular acceleration, the first threshold value is made larger than the reference value to prevent erroneous determination that a load has been applied. be able to.

前記荷重制御機能部22は、前記推定荷重および前記電動式直動アクチュエータDAの剛性に基づき算出する前記直動部14の計算位置と、前記推定位置との偏差を用いて目標値およびフィードバック値のいずれか一方または両方を補正する位置制御であり、前記制御切替機能部24は、前記位置制御における補正量を零とする前記位置制御機能部23か、前記補正量を零としない前記荷重制御機能部22に切替えてもよい。このように位置制御における補正量を零とするか否かを切替えることで、位置制御機能部23および荷重制御機能部22のいずれか一方を選択的に切替えることができる。 The load control function unit 22 uses the deviation between the calculated position of the linear motion unit 14 calculated based on the estimated load and the rigidity of the electric linear motion actuator DA and the estimated position to obtain a target value and a feedback value. It is a position control for correcting either one or both, and the control switching function unit 24 is either the position control function unit 23 in which the correction amount in the position control is zero, or the load control function in which the correction amount is not zero. It may be switched to the unit 22. By switching whether or not the correction amount in the position control is set to zero in this way, either the position control function unit 23 or the load control function unit 22 can be selectively switched.

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直動アクチュエータDAと、この電動式直動アクチュエータ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、いずれかの電動式直動アクチュエータDAを備えているため、制御切替の誤判定を防止しつつ荷重制御精度を向上することができる。 The electric brake device 1 of the present invention exerts a braking force by contact between the electric linear actuator DA according to any one of the above, the friction material 9 operated by the electric linear actuator DA, and the friction material 9. It includes a brake rotor 8 to generate the brake rotor 8. According to this electric brake device 1, since any of the electric linear actuator DAs is provided, it is possible to improve the load control accuracy while preventing erroneous determination of control switching.

この発明の電動式直動アクチュエータは、電動モータと、この電動モータの回転運動を直動部の直進運動に変換する直動機構と、前記電動モータを制御する制御装置とを備えた電動式直動アクチュエータにおいて、前記制御装置は、前記直動機構の軸方向荷重を推定する荷重推定機能部と、前記直動機構における前記直動部の軸方向位置を推定する位置推定機能部と、前記荷重推定機能部の推定結果である推定荷重に基づいて、前記直動機構の荷重を制御する荷重制御機能部と、前記位置推定機能部の推定結果である推定位置に基づいて、前記直動機構の前記直動部の軸方向位置を制御する位置制御機能部と、前記荷重制御機能部および前記位置制御機能部のいずれか一方に切替える制御切替機能部と、を備え、前記制御切替機能部は、前記位置制御機能部に切替えられている状態であり、且つ、前記直動機構の荷重が負荷されない無負荷状態から前記直動機構の荷重を発揮させるときであり、且つ、前記推定荷重が第一の閾値を上回ると言う第一の判定条件を充足する場合に、前記位置制御機能部から前記荷重制御機能部に切替え、前記荷重制御機能部に切替えられている状態であり、且つ、前記直動機構の荷重を減少させるかまたは零とするときであり、且つ、前記荷重が、前記第一の閾値よりも大きな第二の閾値を下回ると言う第二の判定条件を充足する場合に、前記荷重制御機能部から前記位置制御機能部に切替える。このため、位置制御と荷重制御を適切に切替えて、安定した制御を行うことができると共に、コスト低減を図ることができる。 The electric linear actuator of the present invention includes an electric motor, a linear motion mechanism that converts the rotational motion of the electric motor into a linear motion of a linear motion unit, and a control device that controls the electric motor. In the dynamic actuator, the control device includes a load estimation function unit that estimates the axial load of the linear motion mechanism, a position estimation function unit that estimates the axial position of the linear motion unit in the linear motion mechanism, and the load. The load control function unit that controls the load of the linear motion mechanism based on the estimated load that is the estimation result of the estimation function unit, and the linear motion mechanism based on the estimated position that is the estimation result of the position estimation function unit. The control switching function unit includes a position control function unit that controls the axial position of the linear motion unit and a control switching function unit that switches between the load control function unit and the position control function unit. It is a state in which the position is switched to the position control function unit, and the load of the linear motion mechanism is exerted from a no-load state in which the load of the linear motion mechanism is not applied, and the estimated load is first. When the first determination condition of exceeding the threshold value of is satisfied, the position control function unit is switched to the load control function unit, the load control function unit is switched to the load control function unit, and the linear motion is performed. The load is when the load of the mechanism is reduced or set to zero, and when the second determination condition that the load is lower than the second threshold value larger than the first threshold value is satisfied. The control function unit is switched to the position control function unit. Therefore, it is possible to appropriately switch between position control and load control to perform stable control and reduce costs.

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直動アクチュエータと、この電動式直動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、位置制御と荷重制御を適切に切替えて、安定した制御を行うことができると共に、コスト低減を図ることができる。 The electric brake device of the present invention includes an electric linear acting actuator according to any one of the above, a friction material operated by the electric linear motion actuator, and a brake rotor that generates a braking force by contact with the friction material. , Therefore, it is possible to appropriately switch between position control and load control to perform stable control and reduce costs.

この発明の実施形態に係る電動ブレーキ装置を概略示す図である。It is a figure which shows schematic the electric brake device which concerns on embodiment of this invention. 同電動ブレーキ装置の電動式直動アクチュエータの制御系のブロック図である。It is a block diagram of the control system of the electric linear actuator of the electric brake device. 同制御系の荷重制御機能部の実行中の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the execution configuration example of the load control function part of the control system. 同制御系の位置制御機能部を実行する際の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the configuration example when the position control function part of the control system is executed. 制御切替機能部の実行例を段階的に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the execution example of a control switching function part step by step. この発明の他の実施形態に係る電動式直動アクチュエータの制御切替機能部等のブロック図である。It is a block diagram of the control switching function part of the electric linear actuator which concerns on other embodiment of this invention. 同制御切替機能部により位置制御機能部に切替えた構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the configuration example which switched to the position control function part by the control switching function part.

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6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、電動式直動アクチュエータDAと、摩擦ブレーキBRとを備える。先ず、電動式直動アクチュエータDAおよび摩擦ブレーキBRの構造について説明する。
The electric brake device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6. This electric braking device is mounted on a vehicle, for example.
As shown in FIG. 1, the electric brake device 1 includes an electric linear actuator DA and a friction brake BR. First, the structures of the electric linear actuator DA and the friction brake BR will be described.

<電動式直動アクチュエータ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、電動式直動アクチュエータDAは、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。アクチュエータ本体AHは、電動モータ4と、減速機構5と、直動機構6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 linear actuator DA and friction brake BR>
As shown in FIGS. 1 and 2, the electric linear actuator DA includes an actuator main body AH, a power supply device 3, and a control device 2 described later. The actuator main body AH includes an electric motor 4, a deceleration mechanism 5, a linear motion mechanism 6, a parking brake device 7, an angle sensor Sa, and a load sensor Sb.

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トルクとなり好適であるが、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。 As shown in FIG. 1, the electric motor 4 comprises, for example, a permanent magnet type synchronous motor. When a permanent magnet type synchronous motor is applied as the electric motor 4, it is suitable because it saves space and has a high torque. For example, a DC motor using a brush, a reluctance motor not using a permanent magnet, an induction motor, or the like is applied. You can also.

摩擦ブレーキBRは、車両の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、電動式直動アクチュエータDAによって操作される。摩擦材9を、電動式直動アクチュエータ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。 The friction brake BR has a brake rotor 8 that rotates in conjunction with the wheels of the vehicle, and a friction material 9 that comes into contact with the brake rotor 8 to generate braking force. The friction material 9 is operated by an electric linear actuator DA. A mechanism can be used in which the friction material 9 is operated by the actuator main body AH of the electric linear acting actuator DA to press the friction material 9 against the brake rotor 8 and generate a braking force by the frictional force.

減速機構5は、電動モータ4の回転を減速する機構であり、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、減速機構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に伝達可能としている。 The speed reduction mechanism 5 is a mechanism for reducing the rotation of the electric motor 4, and includes a primary gear 12, an intermediate gear 13, and a tertiary gear 11. In this example, the reduction mechanism 5 decelerates the rotation of the primary gear 12 attached to the rotor shaft 4a of the electric motor 4 by the intermediate gear 13 and transmits the rotation to the tertiary gear 11 fixed to the end of the rotation shaft 10. It is possible.

直動機構6は、減速機構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の回転を減速機構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 linear motion mechanism 6 is a mechanism that converts the rotary motion output by the deceleration mechanism 5 into a linear motion of the linear motion portion 14 by the feed screw mechanism, and causes the friction material 9 to abut and separate from the brake rotor 8. The linear motion portion 14 is detented and is movably supported in the axial direction indicated by the arrow A1. A friction material 9 is provided at the outboard side end of the linear motion portion 14. By transmitting the rotation of the electric motor 4 to the linear motion mechanism 6 via the reduction mechanism 5, the rotational motion is converted into a linear motion, which is converted into the pressing force of the friction material 9 to generate a braking force. .. With the electric brake device 1 mounted on the vehicle, the outside of the vehicle in the vehicle width direction is referred to as the outboard side, and the center side of the vehicle in the vehicle width direction is referred to as the inboard side.

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。 As the actuator 16 of the parking brake mechanism 7, for example, a linear solenoid is applied. A parking lock state is achieved by advancing the lock member 15 by the actuator 16 and fitting it into a locking hole (not shown) formed in the intermediate gear 13 to lock the intermediate gear 13 and prohibiting the rotation of the intermediate gear 13. To. By disengaging the lock member 15 from the locking hole, the intermediate gear 13 is allowed to rotate and is unlocked.

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性能かつ信頼性が高く好適であるが、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 of the electric motor 4. As the angle sensor Sa, for example, it is suitable to use a resolver or a magnetic encoder because of its high performance and high reliability, but various sensors such as an optical encoder can also be used. Instead of using the angle sensor Sa, in the control device 2 described later, angle sensorless estimation that estimates the motor angle from the relationship between the voltage and the current of the electric motor 4 can also be used.

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、モータ電流と荷重との関係によりモータ電流等から荷重を検出してもよく、その他外部センサを用いて荷重を検出してもよい。外部センサとして、例えば、本実施形態に係る電動式直動アクチュエータDAを用いた電動ブレーキ装置1(図1)においては、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(図1)を搭載した車両の前後力を検出するセンサ等を用いることもできる。その他、サーミスタ等の各種センサ類を必要に応じて設けてもよい。 The load sensor Sb detects the axial load of the linear motion mechanism 6. As the load sensor Sb, for example, a magnetic sensor, a strain sensor, a pressure sensor, or the like that detects the displacement or deformation of a predetermined member on which the load of the linear motion mechanism 6 acts can be used. Instead of using the load sensor Sb, the control device 2 may detect the load from the motor current or the like based on the relationship between the motor current and the load, or may detect the load using another external sensor. As an external sensor, for example, in the electric brake device 1 (FIG. 1) using the electric linear actuator DA according to the present embodiment, the wheel torque of the wheel on which the brake is mounted or the electric brake device (FIG. 1) is mounted. It is also possible to use a sensor or the like that detects the front-rear force of the vehicle. In addition, various sensors such as a thermistor may be provided as needed.

<制御系について>
図2は、この電動ブレーキ装置の電動式直動アクチュエータ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。
<About the control system>
FIG. 2 is a block diagram of a control system of the electric linear actuator DA of this electric brake device. For example, a control device 2 and an actuator main body AH corresponding to each wheel are provided. Each control device 2 controls the corresponding electric motor 4. A DC power supply device 3 and a higher-level ECU 17 which is a higher-level control means of each control device 2 are connected to each control device 2. The power supply device 3 supplies electric power to the electric motor 4 and the control device 2. As the power supply device 3, for example, a low voltage (for example, 12V) battery of a vehicle equipped with the electric brake device 1 (FIG. 1) may be applied.

上位ECU17として、例えば、車両全般を制御する電気制御ユニットが適用される。上位ECU17は、各制御装置2の統合制御機能を有する。上位ECUは「VCU」とも称される。上位ECU17は指令手段17aを備え、この指令手段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に応じて、各制御装置2にブレーキ力指令値(指令信号)をそれぞれ出力する。なお指令手段17aは、ブレーキ操作手段の操作に依ることなく、例えば、自動運転車両における制動を判断して各制御装置2にブレーキ力指令値をそれぞれ出力することも可能である。 As the upper ECU 17, for example, an electric control unit that controls the entire vehicle is applied. The upper ECU 17 has an integrated control function for each control device 2. The upper ECU is also referred to as "VCU". The upper ECU 17 includes a command means 17a, and the command means 17a outputs a brake force command value (command signal) to each control device 2 according to the output of a sensor that changes according to the operation amount of the brake operation means (not shown). Output each. The command means 17a can, for example, determine braking in an autonomous vehicle and output a brake force command value to each control device 2 without depending on the operation of the brake operation means.

各制御装置2は、制御演算を行う各種制御演算機能部と、モータドライバ18とを備える。各種制御演算機能部は、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。前記各種制御演算機能部は、指令生成機能部19、荷重推定機能部20、位置推定機能部21、荷重制御機能部22、位置制御機能部23および制御切替機能部24を備える。 Each control device 2 includes various control calculation function units that perform control calculations, and a motor driver 18. The various control calculation function units are composed of, for example, a processor such as a microcomputer, a calculation unit such as FPGA or ASIC, and peripheral circuits. The various control calculation function units include a command generation function unit 19, a load estimation function unit 20, a position estimation function unit 21, a load control function unit 22, a position control function unit 23, and a control switching function unit 24.

指令生成機能部19は、指令手段17aより入力される指令信号から、荷重制御機能部22および位置制御機能部23の指令値をそれぞれ生成する機能を有する。指令生成機能部19は、例えば、荷重制御機能部22に対しては荷重センサSbのゲインおよびレンジを考慮した荷重指令値を出力し得る。指令生成機能部19は、例えば、位置制御機能部23に対してはこの電動式直動アクチュエータDAの剛性等から定められた荷重を発揮し得る位置指令値、または荷重を零とする際に定められた空隙(クリアランス)となる位置指令値を出力し得る。前記空隙は、直動機構6と、この直動機構6が荷重を印加させる対象物であるブレーキロータ8(図1)との間の隙間である。 The command generation function unit 19 has a function of generating command values of the load control function unit 22 and the position control function unit 23 from the command signal input from the command means 17a, respectively. The command generation function unit 19 can output, for example, a load command value in consideration of the gain and range of the load sensor Sb to the load control function unit 22. The command generation function unit 19 determines, for example, a position command value capable of exerting a load determined by the rigidity of the electric linear actuator DA for the position control function unit 23, or when the load is set to zero. It is possible to output the position command value that becomes the gap (clearance) that has been created. The gap is a gap between the linear motion mechanism 6 and the brake rotor 8 (FIG. 1) to which the linear motion mechanism 6 applies a load.

荷重推定機能部20は、荷重センサSbの出力等から、直動機構6の軸方向荷重を推定する。位置推定機能部21は、角度センサSaの出力等から、直動機構6における直動部14(図1)の軸方向位置を推定する。あるいは位置推定機能部21は、モータ角度等の位置に相当し得る量を推定してもよい。また、一般に荷重を制御する直動アクチュエータにおいて、荷重を零とする際には荷重を印加させる対象物に対して所定の空隙を設けるため、位置推定機能部21は、荷重センサSb等の出力等から荷重が零の位置を推定し、空隙を推定する機能を設けることが好ましい。 The load estimation function unit 20 estimates the axial load of the linear motion mechanism 6 from the output of the load sensor Sb and the like. The position estimation function unit 21 estimates the axial position of the linear motion unit 14 (FIG. 1) in the linear motion mechanism 6 from the output of the angle sensor Sa and the like. Alternatively, the position estimation function unit 21 may estimate an amount that can correspond to a position such as a motor angle. Further, in a linear actuator that generally controls a load, when the load is set to zero, a predetermined gap is provided for an object to which the load is applied, so that the position estimation function unit 21 outputs the load sensor Sb or the like. It is preferable to provide a function of estimating the position where the load is zero from the above and estimating the void.

荷重制御機能部22は、指令生成機能部19から与えられた目標とする荷重指令値に対して、荷重推定機能部20にて演算される推定結果である推定荷重を追従させるよう、電動モータ操作量を決定する。位置制御機能部23は、指令生成機能部19から与えられた目標とする位置指令値に対して、位置推定機能部21にて演算される推定位置を追従させるよう、電動モータ操作量を決定する。なお位置制御機能部23は、入力された荷重指令値につき、アクチュエータ剛性等に基づき所定の荷重を発揮し得る角度を導出し、導出した角度指令値に対して、位置推定機能部21にて演算されるフィードバック角度を追従させるよう、電動モータ操作量を決定してもよい。 The load control function unit 22 operates the electric motor so that the estimated load, which is the estimation result calculated by the load estimation function unit 20, follows the target load command value given by the command generation function unit 19. Determine the amount. The position control function unit 23 determines the electric motor operation amount so that the estimated position calculated by the position estimation function unit 21 follows the target position command value given by the command generation function unit 19. .. The position control function unit 23 derives an angle capable of exerting a predetermined load based on the actuator rigidity or the like for the input load command value, and the position estimation function unit 21 calculates the derived angle command value. The amount of operation of the electric motor may be determined so as to follow the feedback angle.

制御切替機能部24は、荷重推定機能部20と、位置推定機能部21と、指令手段17aから与えられるブレーキ力指令値とに基づいて、荷重制御機能部22および位置制御機能部23のいずれか一方に切替える機能を有する。制御切替機能部24は、制御切替機能本体部25と、切替スイッチ26とを備える。制御切替機能本体部25は、第1,第2の切替判断部27,28と、切替閾値設定部29と、記憶手段30とを有する。第1の切替判断部27は、位置制御機能部23による位置制御状態から、荷重制御機能部22による荷重制御への切替を判断する。第2の切替判断部28は、荷重制御状態から位置制御への切替を判断する。切替閾値設定部29は、荷重推定機能部20、位置推定機能部21とブレーキ力指令値との組み合わせによって、各第1,第2の切替判断部27,28における判断にそれぞれ用いる第一,第二の閾値等を適宜設定する。第一,第二の閾値は記憶手段30に書換え可能に記憶されている。 The control switching function unit 24 is either a load control function unit 22 or a position control function unit 23 based on the load estimation function unit 20, the position estimation function unit 21, and the braking force command value given by the command means 17a. It has a function to switch to one side. The control changeover function unit 24 includes a control changeover function main body unit 25 and a changeover switch 26. The control switching function main body 25 includes first and second switching determination units 27 and 28, a switching threshold setting unit 29, and a storage means 30. The first switching determination unit 27 determines switching from the position control state by the position control function unit 23 to the load control by the load control function unit 22. The second switching determination unit 28 determines switching from the load control state to the position control. The switching threshold value setting unit 29 is used for determination in the first and second switching determination units 27 and 28, respectively, by combining the load estimation function unit 20, the position estimation function unit 21, and the braking force command value. Set the second threshold value and so on as appropriate. The first and second threshold values are rewritably stored in the storage means 30.

第1の切替判断部27は、第一の判定条件を充足すると、位置制御機能部23から荷重制御機能部22に切替えるように切替スイッチ26に指令を与える。第一の判定条件を充足するとは、次の三つの条件1-1、1-2、1-3を全て充足することである。
条件1-1:位置制御機能部23に切替えられている状態である。
条件1-2:無負荷状態から荷重を発揮させるときである。
条件1-3:推定荷重が第一の閾値を上回る。
When the first determination condition is satisfied, the first switching determination unit 27 gives a command to the changeover switch 26 to switch from the position control function unit 23 to the load control function unit 22. Satisfying the first determination condition means satisfying all of the following three conditions 1-1, 1-2, and 1-3.
Condition 1-1: The state is switched to the position control function unit 23.
Condition 1-2: When the load is exerted from the no-load state.
Condition 1-3: The estimated load exceeds the first threshold.

第2の切替判断部28は、第二の判定条件を充足すると、荷重制御機能部22から位置制御機能部23に切替えるように切替スイッチ26に指令を与える。第二の判定条件を充足するとは、次の三つの条件2-1、2-2、2-3を全て充足することである。
条件2-1:荷重制御機能部22に切替えられている状態である。
条件2-2:荷重を減少させるかまたは零とするときである。
条件2-3:荷重が第二の閾値を下回る。但し、第一の閾値よりも第二の閾値が大きい。
When the second determination condition is satisfied, the second switching determination unit 28 gives a command to the changeover switch 26 to switch from the load control function unit 22 to the position control function unit 23. Satisfying the second determination condition means satisfying all of the following three conditions 2-1, 2-2, and 2-3.
Condition 2-1: It is in a state of being switched to the load control function unit 22.
Condition 2-2: When the load is reduced or set to zero.
Condition 2-3: The load is below the second threshold. However, the second threshold value is larger than the first threshold value.

モータドライバ18は、電動モータ4のコイルに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。その他、図示外の電流センサ等の構成は必要に応じて適宜設けることができる。また、各機能部は便宜上ブロックとして設けているものであり、必要に応じて統合、分割してもよい。 The motor driver 18 controls the electric power supplied to the coil of the electric motor 4. The motor driver 18 constitutes, for example, a half-bridge circuit using a switch element such as a field effect transistor (abbreviated as FET), and PWM control in which the voltage applied to the motor is determined by the ON-OFF duty ratio of the switch element. If it is configured to perform the above, it will be inexpensive and have high performance. Alternatively, a transformer circuit or the like may be provided to perform PAM control. In addition, configurations of current sensors and the like (not shown) can be appropriately provided as needed. Further, each functional unit is provided as a block for convenience, and may be integrated or divided as necessary.

<制御切替機能部24の構成について>
図3および図4は、荷重制御機能部22と位置制御機能部23とを切替える制御切替機能部24の構成例を示す。図3は、荷重制御機能部22の実行中の構成例であるのに対し、図4は、位置制御機能部23を実行する際の構成例を示す。制御切替機能本体部25からの指令により、切替スイッチ26を切替えることで、荷重制御機能部22と位置制御機能部23とを切替え得る。図3および図4に共通の構成要素として、荷重→角度変換器31は、この電動式直動アクチュエータDA(図2)の剛性等に基づき、所定の荷重を発揮し得るモータ角度を導出する機能を有する。
<About the configuration of the control switching function unit 24>
3 and 4 show a configuration example of the control switching function unit 24 that switches between the load control function unit 22 and the position control function unit 23. FIG. 3 shows a configuration example during execution of the load control function unit 22, whereas FIG. 4 shows a configuration example when the position control function unit 23 is executed. The load control function unit 22 and the position control function unit 23 can be switched by switching the changeover switch 26 according to a command from the control switching function main body unit 25. As a component common to FIGS. 3 and 4, the load-to-angle converter 31 has a function of deriving a motor angle capable of exerting a predetermined load based on the rigidity of the electric linear actuator DA (FIG. 2). Has.

さらに、荷重→角度変換器31は、例えば、荷重が零である場合において、必要に応じて所定の空隙となり得る角度を導出する機能を持たせることもできる。前記機能は、予めこの電動式直動アクチュエータDA(図2)の剛性等を計測しルックアップテーブル(略称LUT)等で実装すると、演算器で高速に処理できて好適であるが、所定の計算式等で実装することもできる。 Further, the load-to-angle converter 31 may be provided with a function of deriving an angle that can be a predetermined void, if necessary, when the load is zero, for example. If the rigidity of the electric linear actuator DA (FIG. 2) is measured in advance and implemented by a look-up table (abbreviated as LUT) or the like, the above-mentioned function can be processed at high speed by a calculator, which is suitable. It can also be implemented by an expression or the like.

差分演算器32は、所定のサンプルステップ毎の推定角度(推定位置)の差分を演算する機能を有する。一般に、推定角度は、モータの機械角ないし電気角等の所定の周期でオーバーフローまたはアンダーフローしラップするため、モータの総回転角度を導出するうえで本機能のように所定サンプル間の推定角度の差分を演算すると好適である。
角度演算器33は、差分演算器32で求められた推定角度の差分を積算し、電動モータ4(図2)の総回転角度を計算する機能を有する。
The difference calculator 32 has a function of calculating the difference of the estimated angle (estimated position) for each predetermined sample step. Generally, the estimated angle overflows or underflows and wraps at a predetermined cycle such as the mechanical angle or the electric angle of the motor. Therefore, in deriving the total rotation angle of the motor, the estimated angle between predetermined samples is used as in this function. It is preferable to calculate the difference.
The angle calculator 33 has a function of integrating the difference of the estimated angles obtained by the difference calculator 32 and calculating the total rotation angle of the electric motor 4 (FIG. 2).

図3に示す構成例は位置制御機能を有し、荷重制御機能部22は、推定荷重からこの電動式直動アクチュエータDA(図2)の剛性等の情報より荷重→角度変換器34により導出される位置(角度)と、総回転角度との偏差から位置制御系の制御量等を補正する機能として実装する例を示す。同図3においては、フィードバック角度(フィードバック値)を補正する例を示すが、前記フィードバック角度を補正する例に代えて角度指令値を補正する構成とすることもできる。 The configuration example shown in FIG. 3 has a position control function, and the load control function unit 22 is derived from the estimated load by the load → angle converter 34 from the information such as the rigidity of the electric linear actuator DA (FIG. 2). An example of implementing as a function of correcting the control amount of the position control system from the deviation between the position (angle) and the total rotation angle is shown. Although FIG. 3 shows an example of correcting the feedback angle (feedback value), an angle command value may be corrected instead of the example of correcting the feedback angle.

荷重制御機能部22の実行中の構成例である図3に対し、制御切替機能本体部25からの指令により切替スイッチ26を切替えて角度補正量を零とすることで、図4に示す位置制御機能部23を実行し得る。 The position control shown in FIG. 4 is performed by switching the changeover switch 26 according to a command from the control changeover function main body 25 to set the angle correction amount to zero with respect to FIG. 3, which is an example of the running configuration of the load control function unit 22. The functional unit 23 may be executed.

図3および図4の構成例によれば、制御演算部が角度制御器35のみであるため、制御切替毎に制御変数の初期化等を行う必要がなく、この電動式直動アクチュエータDA(図2)の剛性が非線形であっても、制御特性を所望の特性に設計し易い点で優位となる。その他、例えば、各制御器等の初期化等の図示外の構成要素は、必要に応じて適宜設けられるものとする。また、各機能部は便宜上ブロックとして分割されているものであり、必要に応じて統合、分割してもよい。 According to the configuration examples of FIGS. 3 and 4, since the control calculation unit is only the angle controller 35, it is not necessary to initialize the control variables for each control switching, and this electric linear actuator DA (FIG. 3). Even if the rigidity of 2) is non-linear, it is advantageous in that it is easy to design the control characteristics to the desired characteristics. In addition, for example, components (not shown) such as initialization of each controller and the like shall be appropriately provided as necessary. Further, each functional unit is divided as a block for convenience, and may be integrated or divided as necessary.

<制御切替フロー例>
図5は、この制御切替機能部の実行例を段階的に示すフローチャートである。以後、図図1、図2等も適宜参照しつつ説明する。
本処理開始後、制御切替機能部24は、荷重制御機能部22と位置制御機能部23のどちらを実行中か判断する(ステップS1)。位置制御機能部23の実行状態であるとの判断で(ステップS1:no)、位置推定機能部21は、直動機構6とブレーキロータ8との空隙が所定値Bk以上かを判断する(ステップS11)。前記所定値Bkは、直動機構6の荷重が十分に抜けていることを強く期待できる閾値として設定される。十分な空隙を有する場合(ステップS11:yes)、この電動式直動アクチュエータDAの荷重は略零であることが期待できるため、推定荷重のゼロ点の更新を行う(ステップS12)。
<Example of control switching flow>
FIG. 5 is a flowchart showing an execution example of the control switching function unit step by step. Hereinafter, the description will be given with reference to FIGS. 1, 2 and the like as appropriate.
After the start of this process, the control switching function unit 24 determines whether the load control function unit 22 or the position control function unit 23 is being executed (step S1). Upon determining that the position control function unit 23 is in the execution state (step S1: no), the position estimation function unit 21 determines whether the gap between the linear motion mechanism 6 and the brake rotor 8 is a predetermined value Bk or more (step). S11). The predetermined value Bk is set as a threshold value that can be strongly expected that the load of the linear motion mechanism 6 is sufficiently released. When the space is sufficient (step S11: yes), the load of the electric linear actuator DA can be expected to be substantially zero, so the zero point of the estimated load is updated (step S12).

その後ステップS2に移行する。空隙が所定値Bk以上ではないとの判断で(ステップS11:no)、ステップS2に移行する。ステップS2では、位置制御機能部23は、指令生成機能部19から零ではない荷重指令値が入る、すなわち所定の荷重を発揮する要求を受け取ったか否かを判断する。荷重を印加する要求がない場合は(ステップS2:no)、位置制御を継続する(ステップS16)。その後本処理を終了する。 After that, the process proceeds to step S2. It is determined that the void is not equal to or greater than the predetermined value Bk (step S11: no), and the process proceeds to step S2. In step S2, the position control function unit 23 determines whether or not a non-zero load command value is input from the command generation function unit 19, that is, a request for exerting a predetermined load is received. If there is no request to apply the load (step S2: no), the position control is continued (step S16). After that, this process ends.

荷重を印加する要求がある場合(ステップS2:yes)、制御切替機能部24は、推定荷重が所定の第1の閾値Anを上回り、且つ、推定空隙が閾値Bmを下回るかを判断する(ステップS3)。荷重を印加する要求がある場合、この電動式直動アクチュエータDAは荷重を印加する方向に駆動されているため、制御切替機能部24は、推定荷重が第1の閾値Anを上回った段階で荷重制御へと切替えるための判断を行う。その際、推定空隙が大きい程荷重が発生する可能性が低く、反対に推定空隙が小さい程荷重が発生する可能性が高い。 When there is a request to apply a load (step S2: yes), the control switching function unit 24 determines whether the estimated load exceeds the predetermined first threshold value An and the estimated void is below the threshold value Bm (step). S3). When there is a request to apply a load, the electric linear actuator DA is driven in the direction of applying the load, so that the control switching function unit 24 loads the load when the estimated load exceeds the first threshold value An. Make a decision to switch to control. At that time, the larger the estimated void is, the less likely the load is to be generated, and conversely, the smaller the estimated void is, the more likely the load is to be generated.

このため、本実施形態のように、推定荷重および推定空隙から荷重の発生を判断すると、より正確な制御切替が行える。但し、制御切替機能部24は、推定空隙を考慮せず推定荷重のみで制御切替の判断を行ってもよい。また第1の閾値Anおよび閾値Bmのいずれか一方または両方について、複数の閾値もしくは組合せを設定して段階的な制御切替の判断を行ってもよく、第1の閾値An、閾値Bmをリニアな結合関数を用いて評価関数として、前記評価関数に対する制御切替の判断を行ってもよい。 Therefore, as in the present embodiment, if the generation of the load is determined from the estimated load and the estimated void, more accurate control switching can be performed. However, the control switching function unit 24 may determine the control switching only by the estimated load without considering the estimated void. Further, a plurality of threshold values or combinations may be set for either or both of the first threshold value An and the threshold value Bm to make a stepwise control switching determination, and the first threshold value An and the threshold value Bm may be linear. The control switching for the evaluation function may be determined by using the coupling function as the evaluation function.

ステップS3で切替閾値の条件を満たしていない場合(ステップS3:no)、空隙が零になったか判断する(ステップS6)。前記空隙が零か否かの判断は、位置推定機能部21により推定空隙が零になったか否かを判断してもよく、位置制御機能部23により位置制御の追従が達成されたか否かを判断してもよい。空隙が零になったと判断された場合(ステップS6:yes)、制御切替機能部24は、直動機構6を荷重印加方向に意図的に移動させる処理を行い(ステップS7)、位置制御を継続する(ステップS8)。 When the condition of the switching threshold value is not satisfied in step S3 (step S3: no), it is determined whether the void has become zero (step S6). The determination of whether or not the void is zero may be determined by the position estimation function unit 21 whether or not the estimated void has become zero, and whether or not the position control tracking has been achieved by the position control function unit 23. You may judge. When it is determined that the void becomes zero (step S6: yes), the control switching function unit 24 performs a process of intentionally moving the linear motion mechanism 6 in the load application direction (step S7), and continues the position control. (Step S8).

ステップS7のように、制御装置2が、直動機構6を荷重印加方向に意図的に移動させる近接制御機能を有するため、例えば、温度変化による膨張収縮および機械結合部のバックラッシ等の影響により、推定空隙と実際の空隙との誤差によって荷重が発生しない問題を解決し得る。ステップS6において、空隙が零になっていないとの判断で(ステップS6:no)、位置制御を継続する(ステップS16)。 Since the control device 2 has a proximity control function for intentionally moving the linear motion mechanism 6 in the load application direction as in step S7, for example, due to the influence of expansion and contraction due to temperature change and backlash of the mechanical coupling portion. It can solve the problem that the load is not generated due to the error between the estimated void and the actual void. In step S6, it is determined that the void is not zero (step S6: no), and the position control is continued (step S16).

ステップS3で切替閾値の条件を満たした場合(ステップS3:yes)、制御切替機能部24は、荷重制御機能部22による荷重制御に移行させ(ステップS4)、荷重制御機能部22が荷重制御を実行する(ステップS5)。その後本処理を終了する。 When the condition of the switching threshold is satisfied in step S3 (step S3: yes), the control switching function unit 24 shifts to the load control by the load control function unit 22 (step S4), and the load control function unit 22 performs the load control. Execute (step S5). After that, this process ends.

荷重制御機能部22の実行状態において(ステップS1:yes)、制御切替機能部24は、一度の荷重制御実行中に発揮した推定荷重の履歴等から、発揮した最大荷重つまり荷重履歴の最大値を取得する(ステップS13)。前記推定荷重の履歴は記憶手段30に書換え可能に記憶されている。ここで、“一度の荷重制御”とは、無負荷状態である荷重零の状態から、荷重を発揮して再び荷重零に戻るまでの間を示すが、必要に応じて複数サイクルの履歴を用いてもよい。 In the execution state of the load control function unit 22 (step S1: yes), the control switching function unit 24 obtains the maximum load exerted, that is, the maximum value of the load history from the history of the estimated load exerted during the execution of one load control. Acquire (step S13). The history of the estimated load is rewritably stored in the storage means 30. Here, "one-time load control" indicates the period from the state of zero load, which is a no-load state, to the time when the load is exerted and returns to zero load again, but if necessary, the history of a plurality of cycles is used. You may.

制御切替機能部24は、推定荷重における最大荷重が所定の閾値Akを上回った場合、(ステップS14:yes)、荷重制御から位置制御へ移行する第二の閾値Axを修正する(ステップS15)。ステップS15の後、ステップS9に移行する。第二の閾値Axの修正方法として、例えば、制御切替機能部24は、最大荷重が大きくなる程、第一の閾値Anに対して第二の閾値Axが大きな値となるように修正する。この最大荷重と第二の閾値Axとの関係は、例えば、記憶手段30に記憶されている。推定荷重における最大荷重が所定の閾値Ak以下の場合(ステップS14:no)、第二の閾値Axを修正することなくステップS9に移行する。 When the maximum load in the estimated load exceeds a predetermined threshold value Ak (step S14: yes), the control switching function unit 24 corrects the second threshold value Ax for shifting from the load control to the position control (step S15). After step S15, the process proceeds to step S9. As a method for correcting the second threshold value Ax, for example, the control switching function unit 24 corrects the second threshold value Ax so that the larger the maximum load is, the larger the second threshold value Ax is with respect to the first threshold value An. The relationship between this maximum load and the second threshold value Ax is stored in, for example, the storage means 30. When the maximum load in the estimated load is equal to or less than the predetermined threshold value Ak (step S14: no), the process proceeds to step S9 without modifying the second threshold value Ax.

ステップS9において、制御切替機能部24は、荷重が第二の閾値Axを下回ったかを判断する。荷重が第二の閾値Axを下回らないとき(ステップS9:no)、荷重制御を継続し(ステップS18)、荷重が第二の閾値Axを下回ったとき(ステップS9:yes)、ステップS22に移行する。 In step S9, the control switching function unit 24 determines whether the load has fallen below the second threshold value Ax. When the load does not fall below the second threshold Ax (step S9: no), the load control is continued (step S18), and when the load falls below the second threshold Ax (step S9: yes), the process proceeds to step S22. do.

ステップS22で、制御切替機能部24は、荷重履歴の最大値が第二の閾値Ax以上かを判断する。すなわち、無負荷状態から荷重が発生した過程による状態か、既にある程度の荷重が発生した後に減圧してきた状態かを分離する。前者である場合、つまり無負荷状態から荷重が発生した過程による状態である場合(ステップS22:no)、ステップS19に移行する。このステップS19で増圧時には、制御切替機能部24は、荷重制御を継続し(ステップS20)、ステップS19で減圧時には、制御切替機能部24は、位置制御を実行する(ステップS21)。 In step S22, the control switching function unit 24 determines whether the maximum value of the load history is equal to or greater than the second threshold value Ax. That is, it is separated from the no-load state to the state in which the load is generated or the state in which the pressure is reduced after the load has already been generated to some extent. In the former case, that is, in the case of a state due to the process in which a load is generated from the no-load state (step S22: no), the process proceeds to step S19. When the pressure is increased in step S19, the control switching function unit 24 continues load control (step S20), and when the pressure is reduced in step S19, the control switching function unit 24 executes position control (step S21).

このとき、さらにステップS19~S21において、直動機構6の荷重が減圧に転じて位置制御に切替えられた際の推定荷重を記憶手段30に記憶し、制御切替機能部24は、位置制御機能部23に切替えられた状態で直動機構6の荷重を増圧するとき、記憶手段30に記憶された切替時の推定荷重に到達するまで位置制御機能部23による位置制御を継続する処理を行ってもよい。さらに制御切替機能部24は、荷重が前記推定荷重に到達後、位置制御から荷重制御に切替えてもよい。なおステップS21にて位置制御を実行するのは一時的なものであるため、前記ステップS11以降のフローとの区別のため位置制御に移行はしない処理とする。 At this time, in steps S19 to S21, the estimated load when the load of the linear motion mechanism 6 is turned to decompression and switched to the position control is stored in the storage means 30, and the control switching function unit 24 is the position control function unit. When the load of the linear motion mechanism 6 is increased in the state of being switched to 23, even if the position control function unit 23 continues the position control until the estimated load at the time of switching stored in the storage means 30 is reached. good. Further, the control switching function unit 24 may switch from position control to load control after the load reaches the estimated load. Since the execution of the position control in step S21 is temporary, the process does not shift to the position control in order to distinguish it from the flow after step S11.

ステップS22で、既にある程度の荷重が発生した後に減圧してきた状態である場合(ステップS22:yes)、制御切替機能部24は、荷重制御から位置制御に移行させ(ステップS10)、位置制御機能部23による位置制御を実行する(ステップS17)。その後、本処理を終了する。
本実施形態のフローは一例を示すものであり、必要に応じて実行順の入替、または一部のフローの省略等は適宜行えるものとする。
In step S22, when the pressure is reduced after a certain amount of load has already been generated (step S22: yes), the control switching function unit 24 shifts from load control to position control (step S10), and the position control function unit The position control by 23 is executed (step S17). After that, this process ends.
The flow of this embodiment shows an example, and the execution order can be changed or a part of the flow can be omitted as necessary.

<作用効果>
以上説明した電動式直動アクチュエータDAによれば、荷重が負荷されない無負荷状態から増圧する場合は、荷重が零の状態から推定荷重がどれだけ変化したかを観測すればよいため、第一の閾値として、比較的小さな閾値を用いても誤判定なく位置制御から荷重制御への切替が行えることが期待できる。
一方、荷重が印加された状態から減圧する場合、電動式直動アクチュエータ内の摩擦に起因するゼロ点のオフセット等の影響を考慮し、誤判定を防止するために、第二の閾値として、比較的大きな閾値とする。
<Action effect>
According to the electric linear actuator DA described above, when the pressure is increased from the no-load state where no load is applied, it is only necessary to observe how much the estimated load has changed from the zero load state. Even if a relatively small threshold value is used as the threshold value, it can be expected that the position control can be switched to the load control without erroneous judgment.
On the other hand, when the pressure is reduced from the state where the load is applied, the effect of the offset of the zero point due to the friction in the electric linear actuator is taken into consideration, and in order to prevent erroneous judgment, a comparison is made as a second threshold value. Set a large threshold.

よって、位置制御から荷重制御に切替える第一の判定条件と、荷重制御から位置制御に切替える第二の判定条件とを、異なる条件とすることで、制御切替の誤判定を防止しつつ荷重制御精度を向上することができる。したがって、高精度の荷重センサを用いることなく位置制御と荷重制御を適切に切替えて、安定した制御を行うことができる。 Therefore, by setting the first judgment condition for switching from position control to load control and the second judgment condition for switching from load control to position control as different conditions, the load control accuracy is prevented while preventing erroneous judgment of control switching. Can be improved. Therefore, stable control can be performed by appropriately switching between position control and load control without using a high-precision load sensor.

比較的大きな荷重が印加されることにより、電動式直動アクチュエータ内の微小な摩擦等の影響で、例えば、軸方向荷重を推定するための荷重センサSbのセンサ出力のゼロ点のオフセットが生じやすい場合がある。このため、記憶された推定荷重における最大荷重が大きくなる程、第二閾値を大きくすることで、前記オフセットに起因する制御切替の誤判定を防止することができる。 When a relatively large load is applied, the zero point offset of the sensor output of the load sensor Sb for estimating the axial load is likely to occur due to the influence of minute friction in the electric linear actuator. In some cases. Therefore, by increasing the second threshold value as the maximum load in the stored estimated load increases, it is possible to prevent erroneous determination of control switching due to the offset.

微小な荷重に対して、増圧側は荷重センサSbのセンサ出力が単調増加する場合でも、減圧側は摩擦等の影響でヒステリシスを有して荷重センサSbのセンサ出力が単調減少とならない場合がある。このため、荷重制御機能部22の実行状態で直動機構6の荷重を減圧するとき、推定荷重を用いずに位置制御機能部23による位置制御を行うことで、電動式直動アクチュエータDAの誤動作を防止することができる。 Even if the sensor output of the load sensor Sb increases monotonically on the boosting side with respect to a minute load, the sensor output of the load sensor Sb may not decrease monotonically due to hysteresis due to the influence of friction or the like on the depressurizing side. .. Therefore, when the load of the linear motion mechanism 6 is reduced in the execution state of the load control function unit 22, the position control by the position control function unit 23 is performed without using the estimated load, so that the electric linear motion actuator DA malfunctions. Can be prevented.

荷重を減圧するときに位置制御機能部23に切替えられた状態で、且つ微小な荷重領域において、再び荷重を増圧に転じても、前記ヒステリシスに起因して荷重を推定するための荷重センサSbのセンサ出力に誤差が生じる場合がある。そこで、荷重制御機能部22から位置制御機能部23に切替えるときの推定荷重を記憶しておき、記憶された推定荷重に到達するまで位置制御機能部23による制御を継続することで、電動式直動アクチュエータDAの誤動作を防止することができる。 The load sensor Sb for estimating the load due to the hysteresis even if the load is turned to increase again in the state of being switched to the position control function unit 23 when the load is reduced and in a minute load region. There may be an error in the sensor output of. Therefore, by storing the estimated load when switching from the load control function unit 22 to the position control function unit 23 and continuing the control by the position control function unit 23 until the stored estimated load is reached, the electric direct type is used. It is possible to prevent malfunction of the dynamic actuator DA.

空隙が大きいとき程、荷重が発生する可能性が低く、且つ誤判定して制御切替をしてしまった際のアクチュエータの動作異常の影響が大きくなる。このため、制御切替機能部24は、推定される前記空隙(推定空隙)が大きい程、第一の閾値を大きく設定することで、制御切替の誤判定を防止することができる。このように推定空隙に応じて、第一の閾値を変更することで、制御切替の誤判定に対するリスクを軽減することができる。 The larger the gap, the lower the possibility that a load will be generated, and the greater the influence of the actuator operation abnormality when the control is switched due to an erroneous determination. Therefore, the control switching function unit 24 can prevent erroneous determination of control switching by setting the first threshold value larger as the estimated gap (estimated gap) is larger. By changing the first threshold value according to the estimated gap in this way, the risk of erroneous determination of control switching can be reduced.

<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 will be given to the parts corresponding to the matters described in advance in each embodiment, and duplicate description will be omitted. When only a part of the configuration is described, the other parts of the configuration are the same as those described above unless otherwise specified. It has the same action and effect from the same configuration. Not only the combination of the parts specifically described in each embodiment, but also the combinations of the embodiments can be partially combined as long as the combination does not cause any trouble.

図6は、荷重を直接制御する荷重制御機能部22と、直動部14(図1)の軸方向位置であるモータ角度を制御する位置制御機能部23とを個別に設けて切替える例を示す。荷重制御機能部22の実行中の構成例である図6に対し、図7は位置制御機能部23を実行する構成例を示す。図6、図7では推定荷重を直接制御に用いるため、モデル誤差に対して比較的ロバストな制御系とし易い点で優位となる。図3、図4、図6、図7のいずれかの構成の採用は制御用件に応じて適宜定められるものであり、あるいは必要に応じて併用する構成としてもよい。 FIG. 6 shows an example in which a load control function unit 22 that directly controls the load and a position control function unit 23 that controls the motor angle, which is the axial position of the linear motion unit 14 (FIG. 1), are individually provided and switched. .. FIG. 7 shows a configuration example in which the position control function unit 23 is executed, while FIG. 6 is a configuration example in which the load control function unit 22 is being executed. In FIGS. 6 and 7, since the estimated load is used for direct control, it is advantageous in that it is easy to make the control system relatively robust against the model error. Adoption of any of the configurations of FIGS. 3, 4, 6, and 7 is appropriately determined according to the control requirements, or may be used in combination as necessary.

制御装置2は、電動モータ4の角加速度を推定する機能を有し、制御切替機能部24は、推定された前記角加速度が定められた角加速度より大きいとき、第一の閾値を基準となる値よりも大きくしてもよい。制御装置2は、角度センサSaから求められる角速度を微分する等して前記角加速度を推定し得る。 The control device 2 has a function of estimating the angular acceleration of the electric motor 4, and the control switching function unit 24 uses the first threshold value as a reference when the estimated angular acceleration is larger than the predetermined angular acceleration. May be greater than the value. The control device 2 can estimate the angular acceleration by differentiating the angular velocity obtained from the angle sensor Sa or the like.

電動モータの角加速度が大きい動作をさせた場合、直動機構の慣性等の影響により、実際に荷重が発生していない場合においても、荷重を推定するための荷重センサが反応する場合がある。そのため、この構成によると、推定された角加速度が定められた角加速度より大きいとき、第一の閾値を基準となる値よりも大きくすることで、荷重が印加されたと誤判定することを防止することができる。 When the electric motor is operated with a large angular acceleration, the load sensor for estimating the load may react due to the influence of the inertia of the linear motion mechanism or the like even when the load is not actually generated. Therefore, according to this configuration, when the estimated angular acceleration is larger than the predetermined angular acceleration, the first threshold value is made larger than the reference value to prevent erroneous determination that a load has been applied. be able to.

直動機構6の変換機構部として、遊星ローラ、ボールねじ等の各種ねじ機構、ボールランプ等の傾斜を利用した機構等を用いることができる。 As the conversion mechanism portion of the linear motion mechanism 6, various screw mechanisms such as a planetary roller and a ball screw, a mechanism utilizing an inclination such as a ball lamp, and the like can be used.

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。 Although the embodiments for carrying out the present invention have been described above based on the embodiments, the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and are not limiting. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

1…電動ブレーキ装置
2…制御装置
4…電動モータ
6…直動機構
8…ブレーキロータ
9…摩擦材
14…直動部
20…荷重推定機構部
21…位置推定機構部
22…荷重制御機能部
23…位置制御機能部
24…制御切替機能部
30…記憶手段
BR…電動ブレーキ装置
DA…電動式直動アクチュエータ
1 ... Electric brake device 2 ... Control device 4 ... Electric motor 6 ... Linear mechanism 8 ... Brake rotor 9 ... Friction material 14 ... Linear unit 20 ... Load estimation mechanism 21 ... Position estimation mechanism 22 ... Load control function unit 23 ... Position control function unit 24 ... Control switching function unit 30 ... Storage means BR ... Electric brake device DA ... Electric linear actuator

Claims (10)

電動モータと、この電動モータの回転運動を直動部の直進運動に変換する直動機構と、前記電動モータを制御する制御装置とを備えた電動式直動アクチュエータにおいて、
前記制御装置は、
前記直動機構の軸方向荷重を推定する荷重推定機能部と、
前記直動機構における前記直動部の軸方向位置を推定する位置推定機能部と、
前記荷重推定機能部の推定結果である推定荷重に基づいて、前記直動機構の荷重を制御する荷重制御機能部と、
前記位置推定機能部の推定結果である推定位置に基づいて、前記直動機構の前記直動部の軸方向位置を制御する位置制御機能部と、
前記荷重制御機能部および前記位置制御機能部のいずれか一方に切替える制御切替機能部と、を備え、
前記制御切替機能部は、
前記位置制御機能部に切替えられている状態であり、且つ、前記直動機構の荷重が負荷されない無負荷状態から前記直動機構の荷重を発揮させるときであり、且つ、荷重が零の状態から変化して零ではない状態になったことを荷重推定機能部において判断するのに十分な第一の閾値を推定荷重が上回るという第一の判定条件を充足する場合に、前記位置制御機能部から前記荷重制御機能部に切替え、
前記荷重制御機能部に切替えられている状態であり、且つ、前記直動機構の荷重を減少させるかまたは零とするときであり、且つ、前記荷重が印加されることにより生じる電動式直動アクチュエータにおける微少な摩擦に起因して前記荷重推定機能部において生じる零点のオフセット量よりも大きく、且つ、前記第一の閾値よりも大きく設定された第二の閾値を前記推定荷重が下回ると言う第二の判定条件を充足する場合に、前記荷重制御機能部から前記位置制御機能部に切替える電動式直動アクチュエータ。
In an electric linear actuator equipped with an electric motor, a linear motion mechanism that converts the rotational motion of the electric motor into a linear motion of a linear motion unit, and a control device that controls the electric motor.
The control device is
A load estimation function unit that estimates the axial load of the linear motion mechanism, and
A position estimation function unit that estimates the axial position of the linear motion unit in the linear motion mechanism, and a position estimation function unit.
Based on the estimated load which is the estimation result of the load estimation function unit, the load control function unit that controls the load of the linear motion mechanism and the load control function unit.
A position control function unit that controls the axial position of the linear motion unit of the linear motion mechanism based on the estimated position that is the estimation result of the position estimation function unit.
A control switching function unit for switching to either the load control function unit or the position control function unit is provided.
The control switching function unit is
It is a state in which the position control function unit is switched to, and a state in which the load of the linear motion mechanism is exerted from a no-load state in which the load of the linear motion mechanism is not applied, and a state in which the load is zero. When the first determination condition that the estimated load exceeds the first threshold value sufficient for the load estimation function unit to determine that the state has changed to a non-zero state is satisfied, the position control function unit Switch to the load control function unit,
An electric linear actuator generated when the load is switched to the load control function unit, the load of the linear motion mechanism is reduced or reduced to zero, and the load is applied. The estimated load is lower than the second threshold value set to be larger than the offset amount of the zero point generated in the load estimation function unit due to the slight friction in and larger than the first threshold value. An electric linear actuator that switches from the load control function unit to the position control function unit when the determination condition of is satisfied.
請求項1に記載の電動式直動アクチュエータにおいて、前回に荷重を零とした状態から前記荷重制御機能部の実行状態にて推定された推定荷重の履歴を記憶する記憶手段を備え、前記制御切替機能部は、前記記憶手段に記憶された推定荷重における最大荷重が大きくなる程、前記第一の閾値に対して前記第二の閾値が大きな値となる電動式直動アクチュエータ。 The electric linear actuator according to claim 1 is provided with a storage means for storing the history of the estimated load estimated in the execution state of the load control function unit from the state where the load was set to zero last time, and the control switching is performed. The functional unit is an electric linear actuator in which the second threshold value becomes larger than the first threshold value as the maximum load in the estimated load stored in the storage means increases. 請求項1または請求項2に記載の電動式直動アクチュエータにおいて、前記制御装置は、前記荷重制御機能部の実行状態で前記直動機構の荷重を増圧するとき、前記荷重制御機能部の実行状態を継続し、前記荷重制御機能部の実行状態で前記直動機構の荷重を減圧するとき、前記位置制御機能部による位置制御を実行させる電動式直動アクチュエータ。 In the electric linear actuator according to claim 1 or 2, when the control device increases the load of the linear motion mechanism in the execution state of the load control function unit, the execution state of the load control function unit. An electric linear actuator that executes position control by the position control function unit when the load of the linear motion mechanism is reduced in the execution state of the load control function unit. 請求項3に記載の電動式直動アクチュエータにおいて、前記荷重制御機能部から前記位置制御機能部に切替えるときの推定荷重を記憶する記憶手段を備え、前記制御装置は、前記位置制御機能部に切替えられた状態で前記直動機構の荷重を増圧するとき、前記記憶手段に記憶された推定荷重に到達するまで前記位置制御機能部による制御を継続し、前記推定荷重に到達後、前記位置制御機能部から前記荷重制御機能部に切替える電動式直動アクチュエータ。 The electric linear actuator according to claim 3 includes a storage means for storing an estimated load when switching from the load control function unit to the position control function unit, and the control device switches to the position control function unit. When the load of the linear motion mechanism is increased in this state, the control by the position control function unit is continued until the estimated load stored in the storage means is reached, and after the estimated load is reached, the position control function is performed. An electric linear actuator that switches from the unit to the load control function unit. 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の電動式直動アクチュエータにおいて、前記位置推定機能部は、前記推定荷重および前記推定位置に基づいて、前記直動機構が荷重を印加可能な状態になるまでの空隙を推定する機能を有し、前記制御切替機能部は、推定される前記空隙が大きくなる程、前記第一の閾値を大きく設定する電動式直動アクチュエータ。 In the electric linear actuator according to any one of claims 1 to 4, the position estimation function unit can apply a load to the position estimation function unit based on the estimated load and the estimated position. The control switching function unit has a function of estimating a gap until a state is reached, and the control switching function unit is an electric linear actuator that sets a larger first threshold value as the estimated gap becomes larger. 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の電動式直動アクチュエータにおいて、前記位置推定機能部は、前記推定荷重および前記推定位置に基づいて、前記直動機構が荷重を印加可能な状態になるまでの空隙を推定する機能を有し、前記荷重推定機能部は、推定される前記空隙が定められた空隙より大きい状態における推定荷重を、荷重が零に相当する基準として荷重を推定する電動式直動アクチュエータ。 In the electric linear actuator according to any one of claims 1 to 5, the position estimation function unit can apply a load to the position estimation function unit based on the estimated load and the estimated position. It has a function of estimating the void until the state is reached, and the load estimation function unit estimates the load using the estimated load in a state where the estimated void is larger than the defined void as a reference corresponding to zero. Electric linear acting actuator. 請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の電動式直動アクチュエータにおいて、前記位置推定機能部は、前記推定荷重および前記推定位置に基づいて、前記直動機構が荷重を印加可能な状態になるまでの空隙を推定する機能を有し、前記位置制御機能部が、荷重を印加する要求がある状態で実行されるとき、前記位置制御機能部は、前記電動式直動アクチュエータの剛性を含む情報から定められた荷重となり得る目標位置を導出し、この目標位置に対して前記推定位置を追従させる追従制御を実行する機能を有し、
前記制御切替機能部は、前記無負荷状態における前記位置制御機能部の実行状態から荷重を印加させるとき、前記第一の判定条件を充足しない状態で前記空隙が設定値より小さいかまたは零と判断されるか、または、前記位置制御機能部にて前記目標位置と前記推定位置との偏差に基づき位置制御が達成されたと判断されたとき、前記第一の判定条件を充足するまで前記直動機構の前記直動部を荷重印加方向に移動させる近接制御機能を有する電動式直動アクチュエータ。
In the electric linear actuator according to any one of claims 1 to 6, the position estimation function unit can apply a load to the position estimation function unit based on the estimated load and the estimated position. The position control function unit has a function of estimating a gap until a state is reached, and when the position control function unit is executed in a state where there is a request to apply a load, the position control function unit is the rigidity of the electric linear actuator. It has a function to derive a target position that can be a specified load from the information including, and execute a follow-up control to follow the estimated position to this target position.
When a load is applied from the execution state of the position control function unit in the no-load state, the control switching function unit determines that the void is smaller than the set value or zero in a state where the first determination condition is not satisfied. Or, when it is determined by the position control function unit that the position control has been achieved based on the deviation between the target position and the estimated position, the linear motion mechanism is satisfied until the first determination condition is satisfied. An electric linear actuator having a proximity control function for moving the linear moving portion in the load application direction.
請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の電動式直動アクチュエータにおいて、前記制御装置は、前記電動モータの角加速度を推定する機能を有し、前記制御切替機能部は、推定された前記角加速度が定められた角加速度より大きいとき、第一の閾値を基準となる値よりも大きくする電動式直動アクチュエータ。 In the electric linear motion actuator according to any one of claims 1 to 7, the control device has a function of estimating the angular acceleration of the electric motor, and the control switching function unit is estimated. When the angular acceleration is larger than the specified angular acceleration, the first threshold value is made larger than the reference value. 請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の電動式直動アクチュエータにおいて、前記荷重制御機能部は、前記推定荷重および前記電動式直動アクチュエータの剛性に基づき算出する前記直動部の計算位置と、前記推定位置との偏差を用いて目標値およびフィードバック値のいずれか一方または両方を補正する位置制御機能を有し、前記制御切替機能部は、前記位置制御機能における補正量を零とする前記位置制御機能部か、前記補正量を零としない前記荷重制御機能部に切替える電動式直動アクチュエータ。 In the electric linear acting actuator according to any one of claims 1 to 8, the load control function unit is the linear moving unit calculated based on the estimated load and the rigidity of the electric linear acting actuator. It has a position control function that corrects one or both of the target value and the feedback value using the deviation between the calculated position and the estimated position, and the control switching function unit sets the correction amount in the position control function to zero. An electric linear actuator that switches to the position control function unit or the load control function unit whose correction amount is not zero. 請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の電動式直動アクチュエータと、この電動式直動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、を備えた電動ブレーキ装置。 A brake rotor that generates a braking force by contact between the electric linear actuator according to any one of claims 1 to 9 and the friction material operated by the electric linear motion actuator, and the friction material. And, equipped with an electric brake device.
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