JP2022130074A - Electrically-driven direct-acting actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動モータの回転運動を直線運動に変換する電動式直動アクチュエータの制御方法に関する。 The present invention relates to a control method for an electric linear motion actuator that converts rotary motion of an electric motor into linear motion.
電動式直動アクチュエータは、従来から例えば電動ブレーキ装置や電動プレス装置等に使用することが考えられてきている。従来の電動ブレーキ装置として、例えば特許文献1のような、遊星転動体に含まれる遊星ローラねじ構造を用いた変速機能付き電動式アクチュエータが提案されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, electric linear motion actuators have been considered for use in, for example, electric brake devices and electric press devices. 2. Description of the Related Art As a conventional electric brake device, an electric actuator with a speed change function using a planetary roller screw structure included in a planetary rolling element has been proposed, for example, as disclosed in
一般に、電動式直動アクチュエータを適用した電動ブレーキなどの適用例においては、該アクチュエータを緻密に制御することが求められる場合が多い。その際に、例えば特許文献1に記載のような変速機構付きの電動式直動アクチュエータを適用する場合において、駆動中における電動モータの駆動量(回転量、回転数)と直動アクチュエータの直線運動の作動量(直動量)との相関(すなわち、電動モータの回転量に対する上記直線運動の直動量に対応する等価リードに相当)が想定と異なる状態にあると、制御性や応答性が低下する問題が生じる場合がる。
Generally, in applications such as an electric brake using an electric linear motion actuator, it is often required to precisely control the actuator. At that time, for example, in the case of applying an electric linear motion actuator with a speed change mechanism as described in
例えば特許文献1に記載の変速機構付直動アクチュエータは、アクチュエータが対象物に荷重を印加する際の反作用力が、複数の遊星ローラとそれらの中心に存在する回転軸たるサンローラ(または回転入力軸)とを一体回転させる摩擦力を付与するバネ力を上回ると、遊星ローラねじ構造に設けられた遊星減速構造において遊星ローラが自転し、複数の遊星ローラを支持する遊星キャリアとサンローラとに回転の速度差が生じる遊星減速効果が生じることで等価リードが減少する変速機能を有する。この場合、当該変速機能における変速比(等価リードの変化比率)に基づく、等価リードの不連続性が存在している。直動機構にこのような変速機能を持たせると、例えば電動ブレーキ装置における摩擦材とブレーキロータとの間のクリアランスのように、直動アクチュエータが荷重を印加する対象物に接するまでは比較的大きな等価リードとできて応答性が向上し、荷重を印加した後は比較的小さな等価リードとなって出力トルクの小さな小型モータでも大きな荷重を発生させられるので好ましい。しかしながら、荷重がゼロではなくなった時点で該変速機能によって直ちに直動機構を変速させる構造は、非常に微細なバネ力とバネ変形量によって前記の変速動作を達成しなければならないため、製造上の都合から極めて難しく、安定した変速機構を構築するためにはある程度の荷重を印加した状態で変速する構造が必要となる可能性がある。しかし、例えば電動ブレーキ装置における軽度なブレーキ操作時のように小さなアクチュエータ荷重を制御する必要がある場合、前記変速動作によって高精度なアクチュエータ荷重のコントロールが困難になる可能性がある。
For example, in the linear motion actuator with a speed change mechanism described in
加えて、例えば特許文献1に記載の構造における変速動作において、摩擦などに起因して発生する変位とバネ力との非線形なヒステリシス特性から、例えばアクチュエータ印加荷重を増大させる(増圧)動作と減少させる(減圧)動作においてそれぞれ異なるタイミングで変速してしまう問題が生じる場合がある。
In addition, for example, in the shift operation in the structure described in
この発明の目的は、以上の従来技術の課題を解決すべく、変速機構での変速比に基づき発生する、モータ回転量と荷重との不連続な相関等の不連続な剛性を考慮することで、精度の高い荷重制御が可能な電動式直動アクチュエータを提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art by taking into account discontinuous stiffness, such as discontinuous correlation between motor rotation amount and load, which occurs based on the gear ratio in a transmission mechanism. Another object of the present invention is to provide an electric linear motion actuator capable of highly accurate load control.
上記目的を達成するために、本発明に係る電動式直動アクチュエータは、
電動モータと、前記電動モータの回転運動を直線運動に変換する直動機構と、前記電動モータを駆動して前記直動機構が前記直線運動により対象物に印加する荷重を制御する制御装置と、所定の荷重を境に前記直線運動の直動量と前記電動モータの回転量との対応関係が変化する変速機能を有する変速機構と、を備え、
前記制御装置は、
前記電動モータの回転量と、前記直動機構が印加する荷重と、を推定する各推定器と、
ゼロではない荷重において前記電動モータの回転量および前記荷重のいずれか一方の変化に対する他方の変化勾配の推移が不連続となる前記電動モータの回転量と前記荷重との間の剛性相関を記憶する記憶部と、
少なくとも前記剛性相関に基づいて前記推定された荷重が目標値に追従するように前記電動モータを駆動する荷重制御器と、
を有する。
In order to achieve the above object, an electric linear motion actuator according to the present invention includes:
an electric motor, a linear motion mechanism that converts rotary motion of the electric motor into linear motion, a control device that drives the electric motor and controls the load that the linear motion mechanism applies to an object due to the linear motion; a speed change mechanism having a speed change function in which the correspondence relationship between the amount of linear motion of the linear motion and the amount of rotation of the electric motor changes with respect to a predetermined load;
The control device is
each estimator for estimating the amount of rotation of the electric motor and the load applied by the linear motion mechanism;
Stores a stiffness correlation between the amount of rotation of the electric motor and the load at which the transition of the change gradient of one of the amount of rotation of the electric motor and the load that is not zero becomes discontinuous with respect to the change of the other. a storage unit;
a load controller that drives the electric motor so that the load estimated based on at least the stiffness correlation follows a target value;
have
上記構成によると、本発明に係る電動式直動アクチュエータは、変速が発生する荷重条件において、前記の変速比に基づき不連続となるモータ回転量と荷重との相関を適用することで、すなわち変速機構での変速比に基づき発生するモータ回転量と荷重との不連続な相関等の不連続な剛性を考慮することで、精度の高い荷重制御が可能となる。 According to the above configuration, the electric linear motion actuator according to the present invention applies a discontinuous correlation between the motor rotation amount and the load based on the gear ratio under load conditions under which gear shifting occurs. Considering the discontinuous stiffness such as the discontinuous correlation between the motor rotation amount and the load generated based on the gear ratio in the mechanism enables highly accurate load control.
上記構成において、前記変速機構は、前記電動モータの回転量に対して前記直動量が所定の相関となる第一の等価リード状態と、前記第一の等価リード状態と比較して前記電動モータの回転量に対する前記直動量が小さい相関となる第二の等価リード状態と、を含む前記変速機能を有し、
前記変速機能は、前記直動機構が印加する荷重が増大する過程では、前記所定の荷重である第一の変速荷重を上回ると前記第一の等価リード状態から前記第二の等価リード状態に切り替わり、前記直動機構が印加する荷重が減少する過程では、前記第一の変速荷重とは異なる前記所定の荷重である第二の変速荷重を下回ると前記第二の等価リード状態から前記第一の等価リード状態に切り替わる非線形性を有し、
前記記憶部に記憶された前記剛性相関は、前記変化勾配の推移が不連続となる第一の不連続点から荷重が小さい側における荷重変化に対する電動モータ角度の変化勾配が、前記第一の不連続点より荷重が大きい側における電動モータ角度の変化勾配より小さくなる前記第一の不連続点を含んでおり、
前記変速機構の非線形性有する前記変速機能および前記剛性相関が、以下のi)およびii)のいずれかの条件に合致する、ようにしてもよい。
i) 前記変速機能の前記第一の変速荷重は、前記第二の変速荷重より大きく、前記剛性相関の前記第一の不連続点は、前記第二の変速荷重より前記第一の変速荷重に近い。
ii) 前記変速機能の前記第二の変速荷重は、前記第一の変速荷重より大きく、前記剛性相関の前記第一の不連続点は、前記第一の変速荷重より前記第二の変速荷重に近い。
これにより、変速が発生するかどうか不安定な荷重領域において、等価リードが大きい状態にも関わらず等価リードが小さいと想定してモータを駆動するとアクチュエータ荷重が大きく変化して不安定な動作となり得るため、変速が不安定な領域は少なくとも等価リードが大きいものとして動作させることで、上記の不安定なアクチュエータ動作を抑止できる。
In the above configuration, the speed change mechanism compares a first equivalent lead state in which the amount of linear motion has a predetermined correlation with the amount of rotation of the electric motor, and the first equivalent lead state. a second equivalent lead state in which the amount of direct motion with respect to the amount of rotation has a small correlation,
In the process of increasing the load applied by the linear motion mechanism, the shift function switches from the first equivalent lead state to the second equivalent lead state when the first shift load, which is the predetermined load, is exceeded. , in the process of reducing the load applied by the linear motion mechanism, when the load falls below the second shift load, which is the predetermined load different from the first shift load, the second equivalent lead state changes to the first shift load. has a non-linearity that switches to the equivalent lead state,
In the stiffness correlation stored in the storage unit, the change gradient of the electric motor angle with respect to the load change on the side where the load is small from the first discontinuity point where the transition of the change gradient is discontinuous is the first discontinuity. including the first discontinuous point that is smaller than the change gradient of the electric motor angle on the side where the load is larger than the continuum point;
The transmission function having non-linearity of the transmission mechanism and the stiffness correlation may meet any one of the following conditions i) and ii).
i) the first shift load of the shift function is greater than the second shift load, and the first discontinuity point of the stiffness correlation is greater than the second shift load to the first shift load; near.
ii) said second shift load of said shift function is greater than said first shift load, and said first discontinuity point of said stiffness correlation is greater than said first shift load to said second shift load; near.
As a result, in a load region in which it is uncertain whether or not gear shifting will occur, if the motor is driven on the assumption that the equivalent lead is small despite the fact that the equivalent lead is large, the actuator load may change significantly, resulting in unstable operation. Therefore, the above-described unstable actuator operation can be suppressed by operating the area where the shift is unstable assuming that at least the equivalent lead is large.
上記構成において、前記直動機構は、
回転入力部材と、前記回転入力部材と同心に回転自在に支持された遊星キャリアと、前記遊星キャリアに回転自在に支持された遊星転動体と、
弾性力によって前記遊星転動体が自転せず前記回転入力部材と前記遊星キャリアとが同期して回転する締結力を付勢し、前記直動機構が印加する荷重の反作用力によって前記締結力が喪失して前記遊星転動体が自転して前記回転入力部材と前記遊星キャリアとの間で回転量に差を生じさせる弾性部材と
を有し、
前記弾性部材は、前記直動機構が印加する荷重が増大する過程では、所定の第一の変形荷重を上回ると前記弾性部材の変形が完了し、前記直動機構が印加する荷重が減少する過程では、前記第一の変形荷重とは異なる第二の変形荷重を下回ると前記弾性部材の変形が始まる非線形な変形特性を有し、
前記記憶部に記憶された前記剛性相関は、前記変化勾配の推移が不連続となる第二の不連続点から荷重が小さい側における荷重変化に対する電動モータ角度の変化勾配が、前記第二の不連続点より荷重が大きい側における電動モータ角度の変化勾配より大きくなる前記第二の不連続点を含んでおり、
前記直動機構の前記弾性部材の前記変形特性および前記剛性相関が、以下のi)およびii)のいずれかの条件に合致する、ようにしてもよい。
i) 前記弾性部材の前記第一の変形荷重は、前記第二の変形荷重より大きく、前記剛性相関の前記第二の不連続点は、前記第一の変形荷重より前記第二の変形荷重に近い。
ii) 前記弾性部材の前記第二の変形荷重は、前記第一の変形荷重より大きく、前記剛性相関の前記第二の不連続点は、前記第二の変形荷重より前記第一の変形荷重に近い。
これにより、バネ弾性部材を用いた変速機能でのバネ変形が発生するかどうか不安定な荷重領域において、バネが変形しないにも関わらずバネが変形すると想定してモータを駆動するとアクチュエータ荷重が大きく変化して不安定な動作となり得るため、バネの変形が不安定な領域は少なくともバネは変形しないものとして動作させることで、上記の不安定なアクチュエータ動作を抑止できる。
In the above configuration, the linear motion mechanism is
a rotation input member, a planetary carrier rotatably supported concentrically with the rotation input member, a planetary rolling element rotatably supported by the planetary carrier;
The planetary rolling element does not rotate due to the elastic force, and the rotation input member and the planetary carrier are synchronously rotated. and an elastic member that rotates the planetary rolling element and causes a difference in the amount of rotation between the rotation input member and the planetary carrier,
In the process in which the load applied by the linear motion mechanism increases, the elastic member completes deformation when a predetermined first deformation load is exceeded, and in the process in which the load applied by the linear motion mechanism decreases. has a non-linear deformation characteristic in which the elastic member begins to deform when falling below a second deformation load different from the first deformation load,
According to the stiffness correlation stored in the storage unit, the change gradient of the electric motor angle with respect to the load change on the side where the load is small from the second discontinuity point where the transition of the change gradient is discontinuous is the second discontinuity. including the second point of discontinuity that is greater than the gradient of change in the angle of the electric motor on the side where the load is greater than the point of continuation;
The deformation characteristic and the stiffness correlation of the elastic member of the linear motion mechanism may meet either condition i) or ii) below.
i) the first deformation load of the elastic member is greater than the second deformation load, and the second discontinuity of the stiffness correlation is greater than the first deformation load to the second deformation load; near.
ii) the second deformation load of the elastic member is greater than the first deformation load, and the second discontinuity of the stiffness correlation is greater than the first deformation load than the second deformation load; near.
As a result, in a load region in which it is uncertain whether or not spring deformation will occur in a shift function using a spring elastic member, if the motor is driven on the assumption that the spring will deform even though the spring does not deform, the actuator load will increase. Since the deformation of the spring may change and become unstable, the above-described unstable actuator operation can be suppressed by operating at least the region where the deformation of the spring is unstable, assuming that the spring does not deform.
上記構成において、前記非線形剛性記憶部は、荷重が増加する増圧時の前記剛性相間が記憶された増圧時剛性記憶部と、荷重が減少する減圧時の前記剛性相間が記憶された減圧時剛性記憶部と、前記増圧時剛性記憶部または減圧時剛性記憶部の剛性相間の何れを参照するかを決定する参照剛性切替部と、を有し、
前記参照剛性切替部は、少なくとも、モータ角度の推移または推定された荷重の推移から、増圧側にモータが回転している場合は増圧時剛性記憶部の剛性相間を参照し、減圧側にモータが回転している場合は減圧時剛性記憶部の剛性相間を参照するよう、前記剛性相間を切替えてもよい。これにより、例えば前記の第一、第二の変速荷重および第一、第二の変形荷重のような増圧時と減圧時とで特性が異なる非線形性を有する直動機構であり、前記第一と第二の変速荷重の間の荷重領域、または前記第一と第二の変形荷重の間の荷重領域、において、安定して増圧時には増圧時の特性となり減圧時には減圧時の特性となる直動機構を採用する場合、より高精度にアクチュエータを動作させることができる。
In the above configuration, the non-linear stiffness storage unit includes a pressure-increase stiffness storage unit that stores the stiffness correlation during pressure increase when the load increases, and a pressure-increase stiffness storage unit that stores the stiffness correlation during pressure reduction when the load decreases. a stiffness storage unit; and a reference stiffness switching unit that determines which one of the stiffness phases of the pressure increase stiffness storage unit and the pressure reduction stiffness storage unit is to be referred to,
The reference stiffness switching unit refers to the stiffness phase in the pressure increasing stiffness storage unit when the motor is rotating on the pressure increasing side based on at least the transition of the motor angle or the estimated load transition, is rotating, the stiffness correlation may be switched so as to refer to the stiffness correlation in the rigidity storage unit during reduced pressure. As a result, for example, the first and second shift loads and the first and second deformation loads, such as the first and second deformation loads, are linear motion mechanisms having nonlinear characteristics that differ between when the pressure is increased and when the pressure is decreased. and the second shift load, or the load region between the first and second deformation loads, when the pressure is increased stably, the characteristics are at the time of pressure increase, and when the pressure is decreased, the characteristics are at the time of pressure reduction. When employing a linear motion mechanism, the actuator can be operated with higher accuracy.
上記構成において、前記非線形剛性記憶部は、前記電動モータの回転量に対する前記直線運動の直動量に対応する等価リードが大きい場合の前記電動モータの回転量と前記荷重との剛性関係を記憶する第一の剛性記憶部と、前記等価リードが小さくかつ前記弾性部材が変形する場合の前記電動モータの回転量と前記荷重との剛性関係を記憶する第二の剛性記憶部と、前記等価リードが小さく前記弾性部材が変形限界に達した場合の前記電動モータの回転量と前記荷重との剛性関係を記憶する第三の剛性記憶部と、該第一~第三の剛性記憶部のいずれか一つに切替えて参照とする参照剛性切替部を有し、
前記電動式直動アクチュエータは、さらに、
モータ角度および推定荷重の何れか一方の変化に対する他方の変化の勾配を導出する変化勾配演算部と、
前記変化勾配演算部で導出された変化の勾配を記憶し、記憶されている前記変化の勾配と、該記憶後に新たに前記変化勾配演算部で導出された変化の勾配とを比較し、所定以上勾配が変化していた場合には、剛性の不連続点が存在すると判断する変化勾配比較部と、を備え、
前記参照剛性切替部は、前記剛性相関の使用に代えて前記第一~第三の剛性記憶部の剛性関係を使用し、前記不連続点が複数存在する場合に、前記変化勾配比較部が判断した複数の前記不連続点のうちの少なくとも一つに従って、
第一の剛性記憶部の剛性関係を参照している状態で、荷重が増加する増圧方向に変化した場合に、前記不連続点が生じたと判断されると第二の剛性記憶部の剛性関係を参照し、
第二の剛性記憶部の剛性関係を参照している状態で、増圧方向に変化した場合に、前記不連続点が生じたと判断されると第三の剛性記憶部の剛性関係を参照し、減圧方向に変化した場合に、前記不連続点が生じたと判断されると第一の剛性記憶部の剛性関係を参照し、
第三の剛性記憶部の剛性関係を参照している状態で、減圧方向に変化した場合に、前記不連続点が生じたと判断されると第二の剛性記憶部の剛性関係を参照してもよい。これにより、例えば前記の第一、第二の変速荷重および第一、第二の変形荷重のような増圧時と減圧時とで特性が異なる非線形性を有する直動機構であり、前記第一と第二の変速荷重の間の荷重領域、または前記第一と第二の変形荷重の間の荷重領域、のようにアクチュエータ剛性が不安定な領域においても適切な剛性関係を採択することで、より高精度にアクチュエータを動作させることができる。
In the above configuration, the nonlinear stiffness storage unit stores a stiffness relationship between the amount of rotation of the electric motor and the load when an equivalent lead corresponding to the amount of linear motion of the linear motion with respect to the amount of rotation of the electric motor is large. a first rigidity storage unit, a second rigidity storage unit that stores a rigidity relationship between the amount of rotation of the electric motor and the load when the equivalent lead is small and the elastic member is deformed, and the equivalent lead is small. a third rigidity storage unit for storing a rigidity relationship between the amount of rotation of the electric motor and the load when the elastic member reaches a deformation limit; and any one of the first to third rigidity storage units. has a reference stiffness switching part that switches to and is used as a reference,
The electric linear motion actuator further comprises:
a change gradient calculation unit that derives a gradient of change of one of the motor angle and the estimated load with respect to the change of the other;
storing the gradient of change derived by the gradient-of-change computing unit; comparing the stored gradient of change with the gradient of change newly derived by the gradient-of-change computing unit after storing; a change gradient comparison unit that determines that a rigid discontinuity exists when the gradient has changed,
The reference stiffness switching unit uses the stiffness relationships of the first to third stiffness storage units instead of using the stiffness correlation, and the change gradient comparison unit determines when a plurality of the discontinuous points exist. according to at least one of the plurality of points of discontinuity,
When it is determined that the discontinuity point occurs when the load changes in the pressure increasing direction in which the load is increased while referring to the stiffness relationship in the first stiffness storage unit, the stiffness relationship in the second stiffness storage unit is changed. See
When it is determined that the point of discontinuity has occurred when the pressure is changed in the direction of increasing pressure while referring to the stiffness relationship in the second stiffness storage unit, referring to the stiffness relationship in the third stiffness storage unit, When it is determined that the discontinuity has occurred when the pressure is changed in the direction of pressure reduction, the stiffness relationship in the first stiffness storage unit is referred to,
When it is determined that the discontinuous point occurs when the pressure changes in the direction of pressure reduction while referring to the stiffness relationship in the third stiffness storage unit, the stiffness relationship in the second stiffness storage unit may be referred to. good. As a result, for example, the first and second shift loads and the first and second deformation loads, such as the first and second deformation loads, are linear motion mechanisms having nonlinear characteristics that differ between when the pressure is increased and when the pressure is decreased. By adopting an appropriate stiffness relationship even in a region where the actuator stiffness is unstable, such as the load region between and the second shift load, or the load region between the first and second deformation loads, The actuator can be operated with higher precision.
上記構成において、前記制御装置は、少なくとも予め記憶された前記剛性相関の不連続点に対応する前記荷重が含まれる範囲の、所定量の該荷重における変化が発生した際の、前記電動モータの回転量と前記推定された荷重との変化履歴を記憶する剛性パラメータ記憶部を有し、
さらに前記制御装置は、前記電動モータの角度および前記推定された荷重の前記変化履歴から、前記剛性相関における前記モータの角度と荷重との相関の不連続点を推定し、前記推定された不連続点に基づいて前記剛性相関を更新する非線形剛性推定部を有してもよい。これにより、例えば電動式直動アクチュエータ各構成部品の接触状態変化や部品の摩耗等で発生し得る剛性相関の特性変動について、実際の電動式直動アクチュエータのモータ回転量と荷重の相間から少なくとも不連続点の変化を推定した結果を推定剛性に反映することで、少なくとも次回動作以降において電動式直動アクチュエータをより高精度に制御することが可能となる(ログ情報から更新して推定)。
In the above configuration, the control device controls the rotation of the electric motor when a change occurs in the load of a predetermined amount within a range including at least the load corresponding to the discontinuous point of the stiffness correlation stored in advance. a stiffness parameter storage unit that stores a change history of the amount and the estimated load;
Further, the control device estimates a point of discontinuity in the correlation between the angle of the motor and the load in the stiffness correlation from the change history of the angle of the electric motor and the estimated load, and calculates the estimated discontinuity. There may be a non-linear stiffness estimator for updating said stiffness correlation based on points. As a result, regarding characteristic fluctuations in the stiffness correlation that may occur due to, for example, changes in the contact state of each component of the electric linear motion actuator and wear of parts, at least insignificant from the correlation between the motor rotation amount and the load of the actual electric linear motion actuator. By reflecting the result of estimating a change in continuous points in the estimated stiffness, it is possible to control the electric linear motion actuator with higher accuracy at least from the next operation onwards (updating and estimating from log information).
上記構成において、前記制御装置は、所定量の前記荷重の変化または前記電動モータの回転量が発生した際の、該荷重および該回転量のいずれか一方に対する他方の変化量を推定して記憶し、
さらに前記制御装置は、前記記憶されている変化量と、該記憶後に新たに推定された変化量とを比較し、これらの変化量が所定量より大きく変化した場合に、前記剛性相関における前記電動モータの角度と荷重との不連続点が生じたと判断し、前記判断された不連続点に基づいて前記剛性相関を更新してもよい。これにより、例えば電動式直動アクチュエータ各構成部品の接触状態変化や部品の摩耗等で発生し得る剛性相関の特性変動について、実際の電動式直動アクチュエータのモータ回転量と荷重の相間から少なくとも不連続点の変化を推定した結果を推定剛性に反映することで、少なくとも次回動作以降において電動式直動アクチュエータをより高精度に制御することが可能となる(リアルタイムの推定)。
In the above configuration, when a predetermined amount of change in the load or the amount of rotation of the electric motor occurs, the control device estimates and stores the amount of change with respect to one of the load and the amount of rotation of the other. ,
Further, the control device compares the stored amount of change with the amount of change newly estimated after the storage, and if the amount of change changes more than a predetermined amount, the electric motor in the stiffness correlation. It may be determined that a point of discontinuity between the angle of the motor and the load has occurred, and the stiffness correlation may be updated based on the determined point of discontinuity. As a result, regarding characteristic fluctuations in the stiffness correlation that may occur due to, for example, changes in the contact state of each component of the electric linear motion actuator and wear of parts, at least insignificant from the correlation between the motor rotation amount and the load of the actual electric linear motion actuator. By reflecting the result of estimating the change in continuous points in the estimated stiffness, it is possible to control the electric linear motion actuator with higher accuracy at least from the next operation onward (real-time estimation).
本発明にかかる電動式直動アクチュエータは、変速機構での変速比に基づき発生する、モータ回転量と荷重との不連続な相関等の不連続な剛性を考慮することで、精度の高い荷重制御が可能となる。 The electric linear motion actuator according to the present invention provides highly accurate load control by considering discontinuous stiffness such as discontinuous correlation between motor rotation amount and load generated based on the gear ratio in the transmission mechanism. becomes possible.
<<電動ブレーキ装置の構成>>
本発明の一の実施形態に係る電動式直動アクチュエータ1を適用した電動ブレーキ装置1Aについて説明する。図1Aに、制御装置100の一例たる電動ブレーキ制御装置100Aと、直動機構を用いたアクチュエータ500の一例たるブレーキアクチュエータ500Aと、指示手段300の一例たるブレーキペダル等のブレーキ指示手段300Aとからなる電動ブレーキ装置1Aの構成例を示す。電動ブレーキ装置1Aは、本実施形態では車両のブレーキ用である。
<<Configuration of Electric Brake Device>>
An
<<ブレーキアクチュエータ500Aの構成>>
ブレーキアクチュエータ500Aは、電動モータ510と、電動モータ510の回転運動を後述の摩擦材560の直線運動(直動)に変換する直動機構520と、電動モータ510のロータの回転量(回転数)または回転角度(以下、モータ角度とも称する)を検出し出力する角度センサ530と、車輪と一体で回転する、荷重の対象物たるブレーキロータ570と、ブレーキロータ570に押し付けられて荷重(または直動荷重。本実施形態では、ブレーキ荷重とも称する)を印加することで車両(の車輪)にブレーキ力を生じさせる摩擦材560と、ブレーキ荷重を検出し出力する荷重センサ540と、電動モータ510の回転数を減少させて直動機構520へ出力する減速機550と、変速機構580とから構成される。尚、ブレーキの性能要件によっては減速機550を設けない構成としてもよい。
<<Configuration of
The
電動モータ510は、例えば永久磁石同期電動機であり、これにより構成すると省スペースで高効率かつ高トルクとなり好適と考えられる。しかし、これに限らず、例えばブラシを用いたDCモータや、永久磁石を用いないリラクタンスモータ、あるいは誘導モータ等を適用することもできる。また、回転径方向に磁極を設けるラジアルギャップモータであってもよく、回転軸方向に磁極を有するアキシャルギャップモータであってもよい。
The
直動機構520は、本実施形態では、印加する直動荷重によって等価リードが変化する変速機構580を内蔵した直動機構が適用される。特に、後述の図2に示すような遊星キャリア524と複数の遊星転動体523とが、直動荷重の反作用力によって締結または離反することで等価リードが変化する遊星ローラねじ構造を適用すると、構成が簡素で省スペースとなり好ましい。もしくは、変速機構を設けた前述のような遊星減速機と、ボールねじ等やボールランプ機構等の回転運動を直進運動に変換可能な各種機構と、を組み合わせた直動機構を用いることができる。
In this embodiment, the
変速機構580は、本実施形態では、後述の図2のばね部材581(弾性部材の一例)およびストッパ583を含む。なお、変速機構580は、本実施形態のように直動機構520に内蔵されているものに限られず、例えば直動機構520外の減速機550内にあってもよく、また減速機550であってもよく、さらに変速機能を生じうるような他の機構であってもよい。
In this embodiment, the
図1Aの角度センサ530は、例えばレゾルバや磁気エンコーダ等であり、これらを用いると高精度かつ高信頼性であり好適と考えられる。しかし、これらに限らず、光学式エンコーダ等の各種センサを適用することもできる。もしくは他の構成として、角度センサを用いずに、例えば後述する制御装置において電圧と電流との関係等からモータ角度を推定するような角度センサレス推定を適用することもできる。
The
荷重センサ540は、例えばアクチュエータの作用させる荷重に応じた歪や変形等を検出するセンサであり、これを用いると安価で高精度となり好適と考えられる。しかし、これに限らず、圧電素子等の感圧媒体を用いることもできる。あるいは、ブレーキロータの制動トルクを検出するトルクセンサや、車両用電動ブレーキ装置の場合は車両の前後減速度を検出する加速度センサ等を用いてもよい。
The
その他、図示外の要素として、ブレーキアクチュエータ500Aは、各部へ給電する電源装置や、サーミスタ等の各種センサ類を要件に応じて別途設けられてもよい。また、ブレーキアクチュエータ500Aは、ソレノイドやDCモータなどで、直動機構520等のアクチュエータの動力が伝達される部分をロックする機構が設けられることで、パーキングブレーキアクチュエータとして使用することもできる。
In addition, as elements not shown, the
<<電動ブレーキ制御装置100Aの構成>>
電動ブレーキ制御装置100Aは、荷重制御演算を行う荷重制御器110の一例たるブレーキ制御演算を行うブレーキ制御器110Aと、モータの動作状態を演算する運動状態推定器120と、荷重力を推定する荷重力推定器130の一例たるブレーキ力を推定するブレーキ力推定器130Aと、所定のモータ出力を得るために電動モータ510を流れるモータ電流を制御するモータ制御器140と、モータに電力を供給するモータドライバ150と、上記モータ電流を検出する電流センサ160とから構成される。
<<Configuration of Electric
The electric
運動状態推定器120は、少なくとも電動モータ回転子(ロータ)の角度(モータ角度)を推定する角度推定部121、モータ角度の角速度を推定する角速度推定部123、を備える。あるいは、運動状態推定器120は、これらの推定部を有する代わりに、例えば電動モータ角加速度等の所定微積分値を推定する機能や、さらに外乱を推定する機能等が設けられてもよい。また、モータ角度は、例えば電流制御に用いる電気角位相や、角度制御に用いる角度センサのオーバーラップおよびアンダーラップを補正した総回転角度等であってよく、角度推定部121は、制御構成に基づいて必要な物理量を適宜求める機能を有する。その他、前記モータ角度や角速度は、前記電動モータ回転子に代えて、例えば減速比に基づいて求めた減速機の所定部位の回転角度(回転数)等や、ねじ機構の等価リード等に基づいて求めた位置や速度であってもよい。前記物理量を推定する構成は、例えば状態推定オブザーバ等の構成を用いてもよく、微分や慣性方程式に基づく逆算等の直接的な演算であってもよい。
The
電流センサ160には、例えば通電経路に設けたシャント抵抗両端の電圧を検出するアンプからなるセンサや、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。あるいは、電流センサ160は、例えばモータドライバ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い。また、電流センサ160は、電動モータ相間に設けてもよく、ローサイドまたはハイサイドに1つあるいは複数設けてもよい。もしくは、電流センサを設けずに、インダクタンスや抵抗値等のモータ特性等に基づいて電流値を算出し、フィードフォワード制御を行うこともできる。
For the
ブレーキ制御器110Aは、所定の指令入力(具体的には、ブレーキ力指令値またはプレス力指令値。図3では荷重指令値)に対してブレーキアクチュエータ500Aが望ましく追従するための操作量を求め、モータ駆動信号に変換する機能を有する。主に直動機構520の直線運動を行う構成部品の所謂ロッドのストローク位置[または(直動)ストローク量(摩擦材560の移動量に相当)]を制御する位置制御部111と、摩擦材560とブレーキロータ570との当接によって発生するブレーキ力を制御するためのブレーキ力制御部113A(直動機構の直線運動への変換によって発生する荷重力を制御するための荷重力制御部113の一例)と、ブレーキアクチュエータの非線形剛性が記憶された非線形剛性記憶部115と、を備える。
The
位置制御部111は、例えばねじ機構を用いた場合の等価リード、減速機を設けた場合の減速比、またはアクチュエータ500の各種緒言等に基づいてモータ回転量(またはモータ角度)から換算される直動機構520の直動ストローク量を制御するよう電動モータ510のモータ駆動量を決定する機能を有する。あるいは、位置制御部111は、図示外のストロークセンサ等を別途設け、該センサ信号を所定の目標値に追従させるフィードバック制御する機能であってもよい。位置制御部111は、例えばブレーキを解除する際に摩擦材560とブレーキロータ570とが極力当接しないようこれらの間に所定の空隙が存在し得るストローク量とする機能も有する。前記所定の空隙となりうるストローク量は、例えばブレーキ力推定器130Aが推定する推定ブレーキ力が所定の値となるモータ角度から所定量だけモータを回転させた位置や、あるいは推定ブレーキ力がモータ角度の推移に対して変化しなくなってから(または変化量が所定値よりも小さくなってから)所定量だけモータを回転させた位置として設定することができる。位置制御部111は、その他、例えばブレーキ力を検出する荷重センサや前述のトルクセンサ等で検出が困難となりうる極めて軽微なブレーキ力をコントロールするために、例えば空隙がゼロ近傍またはゼロより小さい値となるストローク状態にするよう機能させてもよい。
The
ブレーキ力制御部113Aは、摩擦材560とブレーキロータ570とを当接させた際のブレーキ力を所定の目標値に追従制御するようモータ駆動量を決定する機能を有する。本実施形態においては、摩擦材560とブレーキロータ570との押付力を荷重センサ540で検出し、荷重センサ540の出力から後述のブレーキ力推定器130Aで推定されるブレーキ力(推定ブレーキ力)に基づいて機能する例を示すが、前述のブレーキロータの制動トルクを検出するトルクセンサ等を用いたブレーキ力制御とすることもできる。
The braking
非線形剛性記憶部115は、電動モータ510のモータ角度から定まるモータ回転量と、アクチュエータ荷重の一例であるブレーキ荷重との相関である剛性として、主に本実施形態では直動機構中に存在する変速機構580によって生じる非線形特性を考慮した剛性情報(後述の剛性相関および剛性関係を含む)を記憶する機能を有する。この非線形特性について、次で述べる。
The non-linear
(1)本実施形態の直動機構520において、図2の遊星キャリア524と回転軸521とが締結されて一体回転する状態(一体回転状態と呼ぶ)では等価リードが比較的大きく、遊星キャリア524と回転軸521とが離反して遊星転動体523が自転する状態(離反自転状態と呼ぶ)では遊星減速効果によって等価リードが比較的小さくなる。すなわち、これらの一体回転状態と離反自転状態との間で状態が変化した場合に、モータ回転量とブレーキ荷重との相関である前記剛性は少なくとも遊星減速効果の有無に応じた不連続な剛性となる。換言すれば、モータ回転量とブレーキ荷重との何れか一方に対する他方の変化勾配が、少なくとも遊星減速効果による減速比率の分だけ、不連続に推移する剛性となる。
(1) In the
(2)また、例えば前述の遊星キャリア524と遊星転動体523を締結または離反させる手段として直動荷重の反作用力で変形する弾性部材(本実施形態では、ばね部材)581を用いる場合、ばね部材581の変形量はゼロに近いほど性能上は好ましいが、寸法公差などの製造上の都合により所定量だけ変形させる構造とせざるを得ないのが実情である。よって、ばね部材581が変形する間は前記ばね部材の剛性の影響により、特にばね部材581の変形が限界となり変形できなくなった場合には、前記剛性は不連続となる。
(2) For example, when an elastic member (in this embodiment, a spring member) 581 that deforms due to the reaction force of the linear motion load is used as a means for fastening or separating the
上記剛性相関は、これらの(1)、(2)の両方の不連続特性を含む剛性情報である。上記剛性関係は、少なくとも、一体回転状態の上記剛性と、離反自転状態でばね部材581が変形する間の上記剛性と、離反自転状態でばね部材581が変形限界を含む変形不能となっている場合の上記剛性とのいずれかを含む剛性情報である。
The stiffness correlation is stiffness information including both of these discontinuous characteristics (1) and (2). The above-mentioned rigidity relationship includes at least the above-mentioned rigidity in the integral rotation state, the above-mentioned rigidity while the
モータ制御器140は、ブレーキ力制御器110A(荷重制御器110)から出力された所定のモータ駆動信号に沿うよう、モータ電流を制御する機能を有する。モータ制御器140は、モータ電流について、所定のモータ角速度の状態で所定のトルクを得るために、最適な電流条件をあらかじめLUT(Look Up Table)に記憶させておき、現在のモータ角速度から目標電流値を決定して該電流値となるよう制御する機能とすると安価に高精度な制御が行えて好適と考えられる。しかし、これに限られず、電動モータ510の出力を導出するための電流や電圧等の間の関係式などを演算して駆動条件をリアルタイムで求める機能とすることもできる。
The
モータドライバ150は、例えばFET(Field Effect Transistor)等のスイッチ素子を用いたブリッジ回路で構成され、所定のデューティ比(モータ印加電圧のHigh時間とLow時間との比)によりモータ印加電圧を決定するPWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)制御を行う構成とすると安価で高性能となり好適と考えられる。あるいは、モータドライバ150は、変圧回路等を設け、PAM(Pulse Amplitude Modulation(パルス振幅変調)制御を行う構成とすることもできる。
The
荷重力推定器130の一例たるブレーキ力推定器130Aは、ブレーキロータ570と摩擦材560との当接により発生する前記ブレーキ力を推定する機能を有する。具体的には、ブレーキ力推定器130Aは、荷重センサ540の入力を受けて推定ブレーキ力を出力する。
A braking
ブレーキ指示手段300Aは、ブレーキペダルに代えてボリューム、ジョイスティック、スイッチ等の操縦者が操作可能な各種操縦手段を用いることができる。 The brake instruction means 300A can use various operation means that can be operated by the operator, such as volume control, joystick, switch, etc., instead of the brake pedal.
車両運動制御装置700は、図示外の、車両の衝突を防止するまたは衝突時の衝撃を軽減する自動ブレーキ機能部、車両が横滑り状態となった際に少なくともブレーキにより車両スピン等を防止するための横滑り防止機能部、ブレーキにより車輪がロックし車両挙動が不安定になることを防止するためのアンチスキッド制御部、等を備え、車両に所定の大きさのブレーキをかけるべくブレーキ操作量を決定して出力する。車両運動制御装置700は、例えば図示外の重力センサ、対物センサ、GPS(Global Positioning System)、等の各車載センサ類の情報を統合し、前記の各種機能に必要な演算を行う統合制御装置であってもよい。これら車両運動制御装置700で決定されたブレーキ操作量も、目標ブレーキ力または目標ブレーキ力の一部として電動ブレーキ制御装置100Aに伝達される。
The vehicle
<<その他>>
図示外要素として、電源装置を備えてもよく、電源装置は、例えば自動車用電動ブレーキ装置においては、低電圧バッテリや、高電圧バッテリを降圧する降圧コンバータ等を用いることができる。もしくは、高容量のキャパシタ等を用いるか、或いはこれらを並列使用して冗長化して用いることができる。また、モータドライバやソレノイドドライバには、直接電源出力を供給し、各種演算器や機能部等には、電動ブレーキ制御装置100A内で小型の降圧コンバータを適用し降圧して用いる構成が好ましく、または、各種演算器や機能部等には、直接電源出力を供給し、モータドライバおよびソレノイドの何れかまたは両方には、昇圧コンバータを介した電力を供給する構成としてもよい。
<<Others>>
A power supply device may be provided as a non-illustrated element, and the power supply device may be, for example, a low-voltage battery or a step-down converter for stepping down a high-voltage battery in an electric brake system for automobiles. Alternatively, a high-capacity capacitor or the like can be used, or these can be used in parallel for redundancy. In addition, it is preferable that the power output is directly supplied to the motor driver and the solenoid driver, and that a small step-down converter is applied in the electric
その他、以上の各種演算器や機能部は、例えばプログラム動作するマイコン等のプロセッサ、FPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の電子部品により構成すると、安価で高性能となり好適と考えられる。本図に示す機能ブロックは、あくまで記述の便宜上設けたものであり、ハードウェアまたはソフトウェアの構成の指定や機能の分割等を制約するものではなく、また必要に応じて各ブロックの機能を統合または分割してもよい。また、ソフトウェアやハードウェアの具体的構成は、本実施形態に示す機能に支障がない範囲で任意に構成し得る。本実施形態の機能に支障がない範囲で図示外要素を加えることも可能であり、例えば各種機能やセンサ類が故障した場合のセーフティメカニズム等をシステム要件に基づいて適宜加えることが好ましい。 In addition, the above various arithmetic units and functional units are preferably configured with electronic parts such as processors such as microcomputers that operate programs, FPGAs (Field Programmable Gate Arrays), ASICs (Application Specific Integrated Circuits), etc., because they are inexpensive and have high performance. it is conceivable that. The functional blocks shown in this figure are provided for the convenience of description only, and do not limit the specification of the hardware or software configuration or the division of functions. May be split. Further, the specific configuration of software and hardware can be arbitrarily configured as long as the functions shown in this embodiment are not hindered. Elements not shown may be added as long as they do not interfere with the functions of the present embodiment. For example, it is preferable to add a safety mechanism in case various functions or sensors fail based on system requirements.
電動ブレーキ装置1Aは、車両用のブレーキ装置の他、例えば昇降装置や発電装置、フライホイールなどのエネルギー蓄積装置を停止するためのブレーキ装置として、適用することもできる。
The
本発明の他の実施形態に係る電動式直動アクチュエータ1を適用した電動プレス装置1Bについて説明する。図1Bに、制御装置100の一例たる電動プレス制御装置100Bと、直動機構を用いたアクチュエータ500の一例たるプレスアクチュエータ500Bと、指示手段300の一例たるプレス装置制御器300Bとからなる電動プレス装置1Bの構成例を示す。電動プレス装置1Bは、前実施形態の電動ブレーキ装置1Aに対して、荷重を印加する対象物がブレーキアクチュエータ500Aのブレーキロータ570に代えて、プレスアクチュエータ500Bのプレス対象物590となっている違いがある。電動プレス装置1Bにおいて電動ブレーキ装置1Aと同じ符号のものは、原則同様の機能を有するため、その機能は推測可能であり、以下での説明は割愛する。
An
電動プレス制御装置100Bのプレス制御器110Bは、荷重制御演算を行う荷重制御器110の一例であり、プレス制御の演算等を行う。プレス荷重推定器130Bは、荷重力を推定する荷重力推定器130の一例であり、駆動機構520からプレス対象物590へのプレス力(またはプレス荷重)を推定する。
The
プレス制御器110Bのプレス荷重制御部113B(荷重制御器113の一例)は、直動機構の直線運動への変換によって発生する荷重力を制御するための荷重力制御部113の一例である。プレス荷重制御部113Bは、駆動機構520からプレス対象物590へのプレス力を所定の目標値に追従制御するようモータ駆動量を決定する機能を有する。本実施形態のプレス荷重制御部113Bにおいては、上記プレス力を荷重センサ540で検出し、荷重センサ540の出力からプレス荷重推定器130Bで推定されるプレス力(推定プレス力)に基づいて機能する例を示す。
A
<<直動機構520の構造例>>
図2(a)は、変速機構580を有する直動機構520の無負荷(無荷重)状態における模式図を示す。弾性部材たるばね部材581により、複数の遊星転動体523を支持する遊星キャリア524が、ストッパ583に押し付けられ、回転入力軸521と一体となり遊星転動体523が自転せず、遊星キャリア524と回転入力軸521とが一体回転することで(一体回転状態)、一般的な滑りねじと同じ動作となる。
<<Structural Example of
FIG. 2(a) shows a schematic diagram of a
図2(b)は、所定以上の直動荷重を印加した際の、変速機構580を有する直動機構520の模式図を示す。遊星転動体523を介して回転入力軸521の回転力を直動荷重に変換して印加するアウタリング525から伝達する反作用力により、ばね部材581がΔだけ押し縮められる。これにより、遊星キャリア524のストッパ583への押し付けが解消されて遊星キャリア524と回転入力軸521との一体化が解除され、遊星転動体523が自転するようになり(離反自転状態)、回転入力軸521と遊星キャリア524とに回転の速度差が生じる遊星減速効果が生じ、これによって図2(a)の場合に比して等価リードが減少する。
FIG. 2(b) shows a schematic diagram of the
<<荷重制御器110の構成例>>
図3は、図1Aのブレーキ制御器110Aおよび図1Bのプレス制御器110Bを含む荷重制御器110の構成例を示す。ブレーキ制御器110Aを構成する場合は、図中の荷重指令値(指令入力)および推定荷重は、それぞれブレーキ力指令値および推定ブレーキ力となり、プレス制御器110Bを構成する場合はプレス力指令値および推定プレス力となる。
<<Configuration example of
FIG. 3 shows a configuration example of the
荷重指令値は、非線形剛性記憶部115で、同記憶部に記憶されている荷重とモータ回転量との相関すなわち剛性に基づいて、角度指令値へと変換され出力される。このとき、非線形剛性記憶部に記憶された剛性は、前述の通り、直動機構の変速機構によって生じる非線形性を含んだ剛性となる。
The load command value is converted into an angle command value by the nonlinear
推定荷重についても、上述と同様に非線形剛性記憶部115の上記剛性に基づいて、モータ角度に換算される。荷重力制御部113は、前記推定荷重から剛性に基づいて換算された角度と、現在のモータ角度とを比較することで、記憶された剛性と実機の剛性との誤差を補償し、推定荷重が荷重指令値に追従するように、角度指令値またはモータ角度、あるいはその双方に加減算する角度補正値を導出し出力する。尚、ここでのモータ角度とは、電気角や機械角のように一定周期でラップする角度ではなく、モータがどれだけ回転したかの積算角度を示す。
The estimated load is also converted into a motor angle based on the stiffness in the nonlinear
位置制御部111は、角度指令値に対して実機のモータ角度を追従させるためのモータ駆動量を導出する。前記角度指令値またはモータ角度の何れかまたは双方には、前述の角度補正値が必要に応じて適用される。また、上記モータ駆動量は、本実施形態においては、モータトルク指令値を示しており、このようにすると簡潔な運動方程式に基づいてコントローラ設計が行えるため好ましいと考えられる。しかし、これに限られず、例えばモータ電流指令値や、あるいは直接モータに印加する電圧を導出する構成とすることもできる。
The
図示外要素として、例えば前記荷重力制御部113において、比較的大きな角度補正値が決定されてその後の演算過程で変数のオーバーフローやアンダーフローが発生し得る場合に角度補正値をリセットし、加えて前記角度補正値のリセットにより不適切なモータ駆動量が導出されることが無いよう、位置制御部111の内部演算値もリセットすることが好ましい。
As a non-illustrated element, for example, in the load
<<非線形剛性記憶部115の推定剛性>>
図4A~図4Eは、図2の変速機構580を有する直動機構520を適用した場合の非線形剛性(増圧特性、減圧特性)と、それに応じた図3の非線形剛性記憶部115に記憶する剛性相関の例とを示す(アクチュエータ荷重対モータ回転量特性)。実線は増圧時の増圧特性、破線は減圧時の減圧特性、点線は非線形剛性記憶部115に記憶する剛性相関を示す。
<<Estimated Stiffness of Nonlinear
4A to 4E show the nonlinear stiffness (pressure increase characteristic, pressure reduction characteristic) when the
図4A~図4Eには、アクチュエータ荷重(または直動荷重)に対するモータ回転量の変化の勾配(モータ回転量変化勾配)も示す。モータ回転量変化勾配またはその逆のモータ回転量に対するアクチュエータ荷重変化勾配が不連続的に変化する箇所を不連続点と定義した場合、本実施形態では、増圧特性、減圧特性において、図中にそれぞれ2か所の剛性の不連続点が存在し、アクチュエータ荷重が低い順から数えて1か所目は直動機構の等価リードが変化する変速が発生する不連続点、2か所目は変速機構のばね部材(弾性部材)の変形限界等の変形による不連続点である。ここで、不連続とは、微視的に見れば徐々に変化する連続性を示す場合であっても、フルスケールを巨視的に見て前述の変化勾配が極めて急峻に変化する場合は前述の不連続に含まれる。反対に、例えばLUTなどの離散化された情報における離散化に起因したサンプル間の不連続性は前述の不連続に含めないものとする。 FIGS. 4A to 4E also show the gradient of the motor rotation amount change (motor rotation amount change gradient) with respect to the actuator load (or linear motion load). If a discontinuous point is defined as a point where the motor rotation amount change gradient or the vice versa of the actuator load change gradient with respect to the motor rotation amount changes discontinuously, in this embodiment, in the pressure increase characteristic and the pressure decrease characteristic, There are two points of discontinuity in rigidity, counting from the lowest actuator load. It is a discontinuous point due to deformation such as the deformation limit of the spring member (elastic member) of the mechanism. Here, the term discontinuity means that even if microscopically it shows continuity that gradually changes, macroscopically looking at the full scale, if the above-mentioned change gradient changes extremely sharply, it means that the above-mentioned Included in discontinuity. Conversely, discontinuities between samples due to discretization in discretized information, such as LUTs, shall not be included in the aforementioned discontinuities.
ここで、例えば前記ばね部材の変形量が極めてゼロに近いか、または直動機構520が最大荷重を印加した状態でも変形限界に達しないばね部材を適用する構造を採用する場合等には、上記2か所目の不連続点が存在しない特性を持つ剛性特性もありうる。
Here, for example, when adopting a structure in which the amount of deformation of the spring member is extremely close to zero, or a spring member that does not reach the deformation limit even when the
一般的に、増圧時と減圧時の非線形剛性は、主に変形が発生する部材の接触部の摩擦などの要因により、増圧時と減圧時で一致しない非線形性を有し(前述のヒステリシス特性)、どのような傾向で不一致となるかは採用する直動機構によって異なる。また、経年変化や摩耗により非線形性が変化する場合もあり、さらにはどの程度の荷重を発生させたかなどの動作履歴によっても非線形性が変化する可能性がある。すなわち、少なくとも図に示すアクチュエータ荷重に対するモータ回転量変化勾配において増圧側と減圧側の特性が異なる領域(中間領域)は、予め明確にどのような剛性を示すかを把握するのが難しい領域となる。 In general, the nonlinear stiffness during pressure increase and decompression has nonlinearity that does not match during pressure increase and decompression (hysteresis characteristic), and the tendency of the discrepancy varies depending on the linear motion mechanism employed. In addition, the nonlinearity may change due to aging or wear, and the nonlinearity may also change depending on the operation history such as how much load is generated. That is, at least in the area (intermediate area) where the characteristics on the pressure increase side and the pressure decrease side are different in the motor rotation amount change gradient with respect to the actuator load shown in the figure, it is difficult to clearly grasp in advance what kind of rigidity it exhibits. .
図4Aについて、増圧時における、アクチュエータ荷重が低い側から見た場合において1か所目の所定のアクチュエータ荷重F1aにおいて、一体回転状態から離反自転状態へと変遷して変速が発生したため等価リードが減少し、アクチュエータ荷重に対するモータ回転量変化勾配が増加する不連続点が生じる。減圧時の特性では、増圧時特性と比べて、同F1aにおいては等価リードが大きくモータ回転量変化勾配が比較的小さい状態となっている。減圧時においては、前記F1aより大きいアクチュエータ荷重F2aにおいて、離反自転状態から一体回転状態へと変遷して再び変速が発生したため、アクチュエータ荷重が低い側から見た1か所目の不連続点が発生する特性を示す。 Regarding FIG. 4A, when the pressure is increased, when the actuator load is low, the equivalent lead is changed at the first predetermined actuator load F1a from the unitary rotation state to the separated rotation state. A discontinuity occurs where the motor rotation amount change gradient with respect to the actuator load increases. Compared to the pressure increase characteristic, the equivalent lead is large and the motor rotation amount change gradient is relatively small at F1a. At the time of decompression, when the actuator load F2a is larger than F1a, the shift occurs again from the separated rotation state to the integral rotation state, so the first point of discontinuity when viewed from the side where the actuator load is low occurs. It shows the characteristics of
このとき、非線形剛性記憶部115における剛性相関では、前記F1aからF2aの区間においては、減圧側のモータ回転量変化勾配を採用し、かつ、不連続点は減圧側のF2aの不連続点を採用する。これによると、等価リードが大きい状態にも関わらず等価リードが小さいと想定してモータを大きく駆動してしまいアクチュエータが大きくオーバーシュートするような制御性悪化を防止出来て好ましい。尚、前記剛性相間の不連続点はF1aよりもF2aに十分近い荷重における不連続点であればよく、もしくはアクチュエータの個体ごとの特性バラつきや経年変化等を考慮し、前記不連続点はF2aより少し大きな荷重に設定しても良い。
At this time, in the stiffness correlation in the nonlinear
また、増圧時における、アクチュエータ荷重が低い側から見た場合において2か所目のアクチュエータ荷重F3aにおいて、変速機構580のばね部材(弾性部材)581が変形限界となり、アクチュエータ荷重に対するモータ回転量変化勾配が減少する不連続点が生じる。減圧時においては、前記F3aより小さい所定のアクチュエータ荷重F4aが、アクチュエータ荷重が低い側から見た場合において2か所目の不連続点となる。このとき、非線形剛性記憶部115における剛性相関は、前記F4aからF3aの区間においては、減圧側のモータ回転量変化勾配を採用し、かつ、不連続点は減圧側のF4aの不連続点を有する特性を採用する。これによると、等価リードが大きい状態にも関わらず等価リードが小さいと想定してモータを大きく駆動してしまいアクチュエータが大きくオーバーシュートするような制御性悪化を防止出来て好ましい。尚、前記剛性相間の不連続点はF3aよりもF4aに十分近い荷重における不連続点であればよく、もしくはアクチュエータの個体ごとの特性バラつきや経年変化等を考慮し、前記不連続点はF4aより少し小さな荷重に設定しても良い。
Also, when the actuator load is increased and viewed from the lower actuator load side, at the second actuator load F3a, the spring member (elastic member) 581 of the
図4Bについて、増圧時における、アクチュエータ荷重が低い側から見た場合において1か所目の所定のアクチュエータ荷重F1bにおいて、一体回転状態から離反自転状態へと変遷して変速が発生したため等価リードが減少し、アクチュエータ荷重に対するモータ回転量変化勾配が増加する不連続点が生じる。減圧時においては、同F1bより小さいアクチュエータ荷重F2bにおいて、離反自転状態から一体回転状態へと変遷して再び変速が発生したため、アクチュエータ荷重が低い側から見た1か所目の不連続点が発生している。減圧時の特性では、増圧時特性と比べて、F1bより小さい荷重の領域においてモータ回転量変化勾配が大きくなっている。 Regarding FIG. 4B, when the pressure is increased, when the actuator load is low, the equivalent lead is changed at the first predetermined actuator load F1b from the integral rotation state to the separated rotation state. A discontinuity occurs where the motor rotation amount change gradient with respect to the actuator load increases. When the pressure is reduced, the actuator load F2b, which is smaller than F1b, changes from the separated rotation state to the integral rotation state and shift occurs again. is doing. Compared to the pressure increase characteristic, the motor rotation amount change gradient is larger in the load region smaller than F1b in the pressure decrease characteristic.
このとき、剛性相関として好ましくは、前記F2bからF1bの区間においては増圧側のモータ回転量変化勾配を採用し、かつ、不連続点は増圧側のF1bの不連続点を採用する。前記剛性相間の不連続点はF2bよりもF1bに十分近い荷重における不連続点であればよく、もしくはアクチュエータの個体ごとの特性バラつきや経年変化等を考慮し、前記不連続点はF1bより少し大きな荷重に設定しても良い。なお、増減圧それぞれの特性においてばね部材の変形による不連続点が発生するF4bからF3bの区間における剛性相関は、図4AのF4aからF3aの区間と同様に設定することができる。 At this time, as the stiffness correlation, preferably, in the section from F2b to F1b, the motor rotation amount change gradient on the pressure increasing side is adopted, and the discontinuity point of F1b on the pressure increasing side is adopted as the discontinuity point. The discontinuity point between the rigid phases may be a discontinuity point at a load sufficiently closer to F1b than F2b, or the discontinuity point is slightly larger than F1b in consideration of the variation in characteristics of each individual actuator and aging. You can also set the load. Note that the stiffness correlation in the section from F4b to F3b, where a discontinuity occurs due to the deformation of the spring member in each characteristic of increasing/decreasing pressure, can be set in the same manner as in the section from F4a to F3a in FIG. 4A.
図4Cについて、増圧時における、アクチュエータ荷重が低い側から見た場合において2か所目の所定のアクチュエータ荷重F3cにおいて、変速機構580のばね部材(弾性部材)581が変形限界となり、アクチュエータ荷重に対するモータ回転量変化勾配が減少する不連続点が生じる。減圧時においては、前記F3cより大きい所定のアクチュエータ荷重F4cが、アクチュエータ荷重が低い側から見た場合において2か所目の不連続点となる。
Regarding FIG. 4C, at the second predetermined actuator load F3c when viewed from the low actuator load side during pressure increase, the spring member (elastic member) 581 of the
このとき好ましくは、非線形剛性記憶部115における剛性相関は、前記F3cからF4cの区間においては、増圧側のモータ回転量変化勾配を採用し、かつ、不連続点は増圧側のF3cの不連続点を有する剛性を採用する。前記剛性相間の不連続点はF4cよりもF3cに十分近い荷重における不連続点であればよく、もしくはアクチュエータの個体ごとの特性バラつきや経年変化等を考慮し、前記不連続点はF3cより少し小さな荷重に設定しても良い。なお、等価リードの変化による不連続点が発生するF1cからF2cの区間における剛性相関は、図4AのF1aからF2aの区間と同様に設定することができる。
At this time, preferably, the stiffness correlation in the nonlinear
図4Dについては、アクチュエータ荷重F1dからF2dの間は図4BのF1bからF2bの間と同様に、アクチュエータ荷重F3dからF4dの間は図4CのF3cからF4cと同様に剛性相関を定めることができる。図4Eは、変速機構580を有する電動式直動アクチュエータ1を電動ブレーキ装置1Aに適用した場合における剛性相関の例を示す。図4Aの増圧特性、減圧特性、および剛性相関が、直線よりも曲線に近い特性となっている。
For FIG. 4D, stiffness correlations can be defined between actuator loads F1d to F2d in the same manner as F1b to F2b in FIG. 4B, and between actuator loads F3d to F4d in the same manner as F3c to F4c in FIG. 4C. FIG. 4E shows an example of stiffness correlation when the electric
<<非線形剛性記憶部115の他の例>>
図5Aは、モータ角度と推定荷重から非線形剛性およびその不連続点を推定し、推定結果に基づいて非線形剛性記憶部115の剛性相関を調整、更新する例を示す。なお、図5Aでは、非線形剛性記憶部115は、増圧時の剛性相関が記憶された増圧時剛性記憶部115aと、減圧時の剛性相関が記憶された減圧時剛性記憶部115bとを有し、さらに、前記増圧時剛性記憶部115aまたは減圧時剛性記憶部115bの剛性相関の何れを参照するかを決定する参照剛性切替部115cを有する。
<<Other Examples of Nonlinear
FIG. 5A shows an example of estimating the nonlinear stiffness and its discontinuity from the motor angle and the estimated load, and adjusting and updating the stiffness correlation in the nonlinear
参照剛性切替部115cは、例えばモータ角度の推移から増圧側にモータが回転していると判断された場合は、増圧時剛性記憶部の剛性相関を参照し、減圧側にモータが回転していると判断された場合は、減圧時剛性記憶部の剛性相関を参照するよう、剛性相関を切替える機能とすることができる。あるいは、参照剛性切替部115cは、増圧側に所定量以上モータが回転している場合と、減圧側に所定量以上モータが回転している場合と、これらのいずれにも該当しない中間状態とを判断してもよく、中間状態においては、増圧時と減圧時の剛性相関が所定の比率で結合された剛性相関を参照するようにしてもよい。また、前記モータ角度に代えて、推定荷重の推移から、剛性相関を前記増圧時剛性記憶部および減圧時剛性記憶部のいずれから参照するかの判断を行ってもよい。
For example, when it is determined that the motor is rotating toward the pressure increasing side from the transition of the motor angle, the reference
さて、図5Aでは、上記非線形剛性記憶部を有する上、図3の構成に加えて、剛性パラメータ記憶部117と、非線形剛性推定部118とを有する。剛性パラメータ記憶部117は、少なくとも予め記憶された剛性相関の不連続点に対応する荷重が含まれる範囲の、所定量の該荷重における変化が発生した際の、電動モータ510の回転量と前記推定された荷重との変化履歴を記憶する。具体的には、剛性パラメータ記憶部117は、増圧動作中のモータ角度と推定荷重を記憶する増圧時データ記憶部117aと、減圧動作中のモータ角度と推定荷重とを記憶する減圧時データ記憶部117bと、を備える。
Now, in FIG. 5A, in addition to the nonlinear stiffness storage section, a stiffness
非線形剛性推定部118は、電動モータ510の角度および前記推定された荷重の前記変化履歴から、剛性相関における上記モータの角度と荷重との相関の不連続点を推定し、この推定された不連続点に基づいて前記剛性相関を更新する。具体的には、非線形剛性推定部118は、不連続点を推定し、非線形剛性を導出するための所定の関数を、前記剛性パラメータ記憶部に記憶されたモータ角度および推定荷重に対して、誤差を最小化するパラメータフィッティングを行う収束演算部118aと、収束演算部118aの結果に基づいて非線形剛性を導出する非線形剛性演算部118bと、を備える。なお、収束演算部118aにおけるパラメータフィッティングは、剛性パラメータ記憶部117に少なくとも剛性の不連続点を含む十分な範囲のデータが蓄積された段階で実行される。
The
収束演算部118aにおいて、等価リードが大きい状態の剛性を示す関数g1(F)と、等価リードが小さくかつばね部材が変形する状態の剛性を示す関数g2(F)と、等価リードが小さくかつばね部材の変形が生じない(変形限界等)状態の剛性を示す関数g3(F)と、2つの不連続点に相当する、g1(F)とg2が一致する荷重Fnl1と、g2(F)とg3(F)が一致する荷重Fnl2とを用いて、モータ角度θおよび荷重Fについて非線形剛性は次のように導出される。
収束演算部118aは、増圧時及び減圧時について、剛性パラメータ記憶部117の各データサンプルθ1・・・θkおよびF1・・・Fk(kはサンプル数)に対して、例えばニュートン法などの収束演算アルゴリズムを用いて、θ= f(F)式において、次の誤差関数Jを最小化するような2つの不連続点Fnl1, Fnl2, および定数項Fcの変数を算出する。
非線形剛性演算部118bは、収束演算部118aの上記算出結果に基づき増圧時、減圧時それぞれの剛性相関を導出する。剛性相関の導出が完了した後、非線形剛性記憶部115の剛性相関を更新する。尚、増圧時剛性記憶部と減圧時剛性記憶部の剛性相関は同時に更新されるものであってもよく、それぞれ任意のタイミングで個別に更新されるものであってもよい。非線形剛性演算部118b等の機能は、上記のように剛性相関を調整、更新する場合以外に、図3,4等の剛性相関、さらに増圧特性、減圧特性を作成するのに使用されてもよい。
The
制御装置100は、上述の動作以外に、所定量の荷重の変化または電動モータ510の回転量が発生した際の、荷重および回転量のいずれか一方に対する他方の変化量を推定して記憶してもよい。さらに制御装置100は、この記憶されている変化量と、該記憶後に新たに推定された変化量とを比較し、これらの変化量が所定量より大きく変化した場合に、剛性相関における電動モータ510の角度と荷重との不連続点が生じたと判断し、この判断された不連続点に基づいて前記剛性相関を更新してもよい。
In addition to the above-described operations,
なお、図示外要素として、非線形剛性記憶部115の参照剛性切替部115cにて剛性相関が切替えられた場合や、増圧時、減圧時剛性記憶部115a、115bの剛性相関が更新された場合などにおいて、位置制御部111により不要なモータ駆動指令が演算されないよう適宜内部パラメータをリセットする機能を設けることが好ましい。
Note that, as factors not shown, the stiffness correlation is switched by the reference
図5Bは、非線形剛性記憶部115において、図3等と異なり、直動機構の等価リードが大きい状態である場合のアクチュエータ剛性(電動モータの回転量と前記荷重との剛性関係)が記憶された第一の剛性記憶部115dと、等価リードが小さくかつばね部材が変形する状態のアクチュエータ剛性が記憶された第二の剛性記憶部115eと、等価リードが小さくばね部材が変形限界に達した状態のアクチュエータ剛性が記憶された第三の剛性記憶部115fと、を備える。図5Bでは、図3等の剛性相関の使用に代えて、3つの上記アクチュエータ剛性を適宜切り替えて参照することで、図3等のような2つの不連続点を有する非線形の剛性相関の参照と同様の効果を有する。そこで、図5Bの非線形剛性記憶部115は、さらに、これら第一~第三の剛性記憶部のいずれか一つに切替えて参照する参照剛性切替部を備える。また、図5Bでは、不連続点推定部119が存在する。
5B, unlike FIG. 3 and the like, the nonlinear
不連続点推定部119は、モータ角度および推定荷重の何れか一方の変化に対する他方の変化勾配を導出する変化勾配演算部119aと、既に記憶されている変化勾配と前記変化勾配演算部の導出結果とを比較し、前記変化勾配演算部の導出結果を新たに記憶する変化勾配比較部119bと、を備える。
The
変化勾配演算部119aは、モータ角度および推定荷重の何れか一方が所定量変化した際に、もう一方の変化量を評価する機能であってもよい。例えば、具体的には、モータ角度が所定のθdelta変化した際の荷重変化量Fdeltaについて、Fdelta/θdeltaを変化勾配とする機能であってもよい。もしくは、所定時間dtの角度および荷重変化について、(F(t+dt)-F(t) ) / (θ(t+dt)-θ(t) )を変化勾配としてもよい。
The
変化勾配比較部119bは、既に記憶されている変化勾配と、前記導出された変化勾配とを比較し、比較結果が所定以上変化していたら剛性の不連続点が発生したと判断することができる。不連続点と判断された場合、非線形剛性推定部115に当該不連続点の情報を伝達する。
The change
参照剛性切替部115cは、例えば、増圧方向において、第一の剛性記憶部115dのアクチュエータ剛性を参照している状態で不連続点が生じたと判断されると、第二の剛性記憶部115eのアクチュエータ剛性を参照する状態に移行してもよい。また、増圧方向において、第二の剛性記憶部115eのアクチュエータ剛性を参照している状態で、不連続点が生じたと判断されると、第三の剛性記憶部115fのアクチュエータ剛性を参照する状態に移行してもよく、減圧方向において、第二の剛性記憶部115eのアクチュエータ剛性を参照している状態で、不連続点が生じたと判断されると、第一の剛性記憶部115dのアクチュエータ剛性を参照する状態に移行してもよい。減圧方向において、第三の剛性記憶部115fを参照している状態で、不連続点が生じたと判断されると第二の剛性記憶部115eのアクチュエータ剛性を参照する状態に移行してもよい。
For example, when it is determined that a discontinuity occurs while referring to the actuator stiffness in the first stiffness storage unit 115d in the pressure increasing direction, the reference
図示外要素として、非線形剛性記憶部115の参照剛性切替部115cにてアクチュエータ剛性の切り替えが行われた場合において、位置制御部111により不要なモータ駆動指令が演算されないよう適宜内部パラメータをリセットする機能を設けることが好ましい。
As a non-illustrated element, when the actuator stiffness is switched by the reference
<<電動ブレーキ装置1Aの動作例>>
図6は、摩擦材560とブレーキロータ570との間に所定のクリアランスを設けた無負荷状態から所定のブレーキ力を発生させる動作例を示す。同図(a)は、図2に記載の変速機構580を有する直動機構520が適用された、上記実施形態に記載の電動式直動アクチュエータ1を適用した例を示す。同図(a)では、非線形な変速動作の発生に依存した制御性悪化によるオーバーシュートが発生することなくブレーキ力FFを発揮でき、また直動機構の等価リードが変更できているため無負荷の状態からブレーキ力が発生するまでに比較的早い時間TT1にブレーキ力が発生している。同図(b)は、変速機構を設けない直動機構が適用された、従来の電動式直動アクチュエータによって動作する例を示す。同図(b)では、直動機構の等価リードが一定であるため、無負荷の状態からブレーキ力が発生する時間TT2までに比較的時間を要する。同図(c)は、図2に記載の変速機構580を有する直動機構520が適用されているが、これ以外は従来通りの制御手法によって動作する例を示す。同図(c)では、直動機構の等価リードが変更できているため無負荷の状態からブレーキ力が発生するまでに比較的早い時間TT1にブレーキ力が発生できているが、非線形な変速動作の発生により、制御性が悪化し、ブレーキ力FFを発揮するまでに比較的大きなオーバーシュートが発生している。
<<Example of Operation of
FIG. 6 shows an operation example of generating a predetermined braking force from a no-load state in which a predetermined clearance is provided between the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and range of equivalents of the scope of the claims.
1 電動式直動アクチュエータ
1A 電動ブレーキ装置(電動式直動アクチュエータ)
1B 電動プレス装置(電動式直動アクチュエータ)
100 制御装置
100A 電動ブレーキ制御装置(制御装置)
100B 電動プレス制御装置(制御装置)
113 荷重制御器
113A ブレーキ力制御部(荷重制御器)
113B プレス荷重制御部(荷重制御器)
115 非線形剛性記憶部(記憶部)
115a 増圧時剛性記憶部
115b 減圧時剛性記憶部
115c 参照剛性切替部
115d 第一の剛性記憶部
115e 第二の剛性記憶部
115f 第三の剛性記憶部
117 剛性パラメータ記憶部
118 非線形剛性推定部
119a 変化勾配演算部
119b 変化勾配比較部
510 電動モータ
520 直動機構
523 遊星転動体
524 遊星キャリア
530 角度センサ(電動モータの回転量を推定する推定器)
540 荷重センサ(直動機構が印加する荷重を推定する推定器)
570 ブレーキロータ(対象物)
580 変速機構
581 ばね部材(弾性部材)(変速機構)
583 ストッパ(変速機構)
1 electric
1B electric press device (electric linear actuator)
100
100B electric press control device (control device)
113
113B Press load control unit (load controller)
115 non-linear stiffness storage unit (storage unit)
115a Pressure increase
540 load sensor (estimator for estimating the load applied by the linear motion mechanism)
570 brake rotor (object)
580
583 stopper (transmission mechanism)
Claims (7)
前記制御装置は、
前記電動モータの回転量と、前記直動機構が印加する荷重と、を推定する各推定器と、
ゼロではない荷重において前記電動モータの回転量および前記荷重のいずれか一方の変化に対する他方の変化勾配の推移が不連続となる前記電動モータの回転量と前記荷重との間の剛性相関を記憶する記憶部と、
少なくとも前記剛性相関に基づいて前記推定された荷重が目標値に追従するように前記電動モータを駆動する荷重制御器と、
を有する、
電動式直動アクチュエータ。 an electric motor, a linear motion mechanism that converts rotary motion of the electric motor into linear motion, a control device that drives the electric motor and controls the load that the linear motion mechanism applies to an object due to the linear motion; a speed change mechanism having a speed change function in which the correspondence relationship between the amount of linear motion of the linear motion and the amount of rotation of the electric motor changes with respect to a predetermined load;
The control device is
each estimator for estimating the amount of rotation of the electric motor and the load applied by the linear motion mechanism;
Stores a stiffness correlation between the amount of rotation of the electric motor and the load at which the transition of the change gradient of one of the amount of rotation of the electric motor and the load that is not zero becomes discontinuous with respect to the change of the other. a storage unit;
a load controller that drives the electric motor so that the load estimated based on at least the stiffness correlation follows a target value;
having
Electric linear actuator.
前記変速機構は、前記電動モータの回転量に対して前記直動量が所定の相関となる第一の等価リード状態と、前記第一の等価リード状態と比較して前記電動モータの回転量に対する前記直動量が小さい相関となる第二の等価リード状態と、を含む前記変速機能を有し、
前記変速機能は、前記直動機構が印加する荷重が増大する過程では、前記所定の荷重である第一の変速荷重を上回ると前記第一の等価リード状態から前記第二の等価リード状態に切り替わり、前記直動機構が印加する荷重が減少する過程では、前記第一の変速荷重とは異なる前記所定の荷重である第二の変速荷重を下回ると前記第二の等価リード状態から前記第一の等価リード状態に切り替わる非線形性を有し、
前記記憶部に記憶された前記剛性相関は、前記変化勾配の推移が不連続となる第一の不連続点から荷重が小さい側における荷重変化に対する電動モータ角度の変化勾配が、前記第一の不連続点より荷重が大きい側における電動モータ角度の変化勾配より小さくなる前記第一の不連続点を含んでおり、
前記変速機構の非線形性有する前記変速機能および前記剛性相関が、以下のi)およびii)のいずれかの条件に合致する、
電動式直動アクチュエータ。
i) 前記変速機能の前記第一の変速荷重は、前記第二の変速荷重より大きく、前記剛性相関の前記第一の不連続点は、前記第二の変速荷重より前記第一の変速荷重に近い。
ii) 前記変速機能の前記第二の変速荷重は、前記第一の変速荷重より大きく、前記剛性相関の前記第一の不連続点は、前記第一の変速荷重より前記第二の変速荷重に近い。 The electric linear motion actuator according to claim 1,
The transmission mechanism includes a first equivalent lead state in which the amount of linear motion has a predetermined correlation with respect to the amount of rotation of the electric motor, and the first equivalent lead state with respect to the amount of rotation of the electric motor compared with the first equivalent lead state. and a second equivalent lead state in which the amount of linear motion is correlated with a small amount,
In the process of increasing the load applied by the linear motion mechanism, the shift function switches from the first equivalent lead state to the second equivalent lead state when the first shift load, which is the predetermined load, is exceeded. , in the process of reducing the load applied by the linear motion mechanism, when the load falls below the second shift load, which is the predetermined load different from the first shift load, the second equivalent lead state changes to the first shift load. has a non-linearity that switches to the equivalent lead state,
In the stiffness correlation stored in the storage unit, the change gradient of the electric motor angle with respect to the load change on the side where the load is small from the first discontinuity point where the transition of the change gradient is discontinuous is the first discontinuity. including the first discontinuous point that is smaller than the change gradient of the electric motor angle on the side where the load is larger than the continuum point;
The transmission function having nonlinearity and the stiffness correlation of the transmission mechanism meet any of the following conditions i) and ii):
Electric linear actuator.
i) the first shift load of the shift function is greater than the second shift load, and the first discontinuity point of the stiffness correlation is greater than the second shift load to the first shift load; near.
ii) said second shift load of said shift function is greater than said first shift load, and said first discontinuity point of said stiffness correlation is greater than said first shift load to said second shift load; near.
前記直動機構は、
回転入力部材と、前記回転入力部材と同心に回転自在に支持された遊星キャリアと、前記遊星キャリアに回転自在に支持された遊星転動体と、
弾性力によって前記遊星転動体が自転せず前記回転入力部材と前記遊星キャリアとが同期して回転する締結力を付勢し、前記直動機構が印加する荷重の反作用力によって前記締結力が喪失して前記遊星転動体が自転して前記回転入力部材と前記遊星キャリアとの間で回転量に差を生じさせる弾性部材と
を有し、
前記弾性部材は、前記直動機構が印加する荷重が増大する過程では、所定の第一の変形荷重を上回ると前記弾性部材の変形が完了し、前記直動機構が印加する荷重が減少する過程では、前記第一の変形荷重とは異なる第二の変形荷重を下回ると前記弾性部材の変形が始まる非線形な変形特性を有し、
前記記憶部に記憶された前記剛性相関は、前記変化勾配の推移が不連続となる第二の不連続点から荷重が小さい側における荷重変化に対する電動モータ角度の変化勾配が、前記第二の不連続点より荷重が大きい側における電動モータ角度の変化勾配より大きくなる前記第二の不連続点を含んでおり、
前記直動機構の前記弾性部材の前記変形特性および前記剛性相関が、以下のi)およびii)のいずれかの条件に合致する、
電動式直動アクチュエータ。
i) 前記弾性部材の前記第一の変形荷重は、前記第二の変形荷重より大きく、前記剛性相関の前記第二の不連続点は、前記第一の変形荷重より前記第二の変形荷重に近い。
ii) 前記弾性部材の前記第二の変形荷重は、前記第一の変形荷重より大きく、前記剛性相関の前記第二の不連続点は、前記第二の変形荷重より前記第一の変形荷重に近い。 The electric linear motion actuator according to claim 1 or 2,
The linear motion mechanism is
a rotation input member, a planetary carrier rotatably supported concentrically with the rotation input member, a planetary rolling element rotatably supported by the planetary carrier;
The planetary rolling element does not rotate due to the elastic force, and the rotation input member and the planetary carrier are synchronously rotated. and an elastic member that rotates the planetary rolling element and causes a difference in the amount of rotation between the rotation input member and the planetary carrier,
In the process in which the load applied by the linear motion mechanism increases, the elastic member completes deformation when a predetermined first deformation load is exceeded, and in the process in which the load applied by the linear motion mechanism decreases. has a non-linear deformation characteristic in which the elastic member begins to deform when falling below a second deformation load different from the first deformation load,
According to the stiffness correlation stored in the storage unit, the change gradient of the electric motor angle with respect to the load change on the side where the load is small from the second discontinuity point where the transition of the change gradient is discontinuous is the second discontinuity. including the second point of discontinuity that is greater than the gradient of change in the angle of the electric motor on the side where the load is greater than the point of continuation;
The deformation characteristics and the stiffness correlation of the elastic member of the linear motion mechanism meet any of the following conditions i) and ii):
Electric linear actuator.
i) the first deformation load of the elastic member is greater than the second deformation load, and the second discontinuity of the stiffness correlation is greater than the first deformation load to the second deformation load; near.
ii) the second deformation load of the elastic member is greater than the first deformation load, and the second discontinuity of the stiffness correlation is greater than the first deformation load than the second deformation load; near.
前記非線形剛性記憶部は、荷重が増加する増圧時の前記剛性相間が記憶された増圧時剛性記憶部と、荷重が減少する減圧時の前記剛性相間が記憶された減圧時剛性記憶部と、前記増圧時剛性記憶部または減圧時剛性記憶部の剛性相間の何れを参照するかを決定する参照剛性切替部と、を有し、
前記参照剛性切替部は、少なくとも、モータ角度の推移または推定された荷重の推移から、増圧側にモータが回転している場合は増圧時剛性記憶部の剛性相間を参照し、減圧側にモータが回転している場合は減圧時剛性記憶部の剛性相間を参照するよう、前記剛性相間を切替える、
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 3,
The non-linear stiffness storage unit includes a pressure increase stiffness storage unit storing the stiffness correlation when the pressure is increased when the load increases, and a pressure decrease stiffness storage unit storing the stiffness correlation when the load is decreased when the pressure is decreased. , a reference stiffness switching unit that determines which one of the stiffness phases of the pressure increase stiffness storage unit and the pressure decrease stiffness storage unit is to be referred to,
The reference stiffness switching unit refers to the stiffness phase in the pressure increasing stiffness storage unit when the motor is rotating on the pressure increasing side based on at least the transition of the motor angle or the estimated load transition, is rotating, switching between the stiffness phases so as to refer to the stiffness phases in the decompression stiffness storage unit;
Electric linear actuator.
前記非線形剛性記憶部は、前記電動モータの回転量に対する前記直線運動の直動量に対応する等価リードが大きい場合の前記電動モータの回転量と前記荷重との剛性関係を記憶する第一の剛性記憶部と、前記等価リードが小さくかつ前記弾性部材が変形する場合の前記電動モータの回転量と前記荷重との剛性関係を記憶する第二の剛性記憶部と、前記等価リードが小さく前記弾性部材が変形限界に達した場合の前記電動モータの回転量と前記荷重との剛性関係を記憶する第三の剛性記憶部と、該第一~第三の剛性記憶部のいずれか一つに切替えて参照とする参照剛性切替部を有し、
前記電動式直動アクチュエータは、さらに、
モータ角度および推定荷重の何れか一方の変化に対する他方の変化の勾配を導出する変化勾配演算部と、
前記変化勾配演算部で導出された変化の勾配を記憶し、記憶されている前記変化の勾配と、該記憶後に新たに前記変化勾配演算部で導出された変化の勾配とを比較し、所定以上勾配が変化していた場合には、剛性の不連続点が存在すると判断する変化勾配比較部と、を備え、
前記参照剛性切替部は、前記剛性相関の使用に代えて前記第一~第三の剛性記憶部の剛性関係を使用し、前記不連続点が複数存在する場合に、前記変化勾配比較部が判断した複数の前記不連続点のうちの少なくとも一つに従って、
第一の剛性記憶部の剛性関係を参照している状態で、荷重が増加する増圧方向に変化した場合に、前記不連続点が生じたと判断されると第二の剛性記憶部の剛性関係を参照し、
第二の剛性記憶部の剛性関係を参照している状態で、増圧方向に変化した場合に、前記不連続点が生じたと判断されると第三の剛性記憶部の剛性関係を参照し、減圧方向に変化した場合に、前記不連続点が生じたと判断されると第一の剛性記憶部の剛性関係を参照し、
第三の剛性記憶部の剛性関係を参照している状態で、減圧方向に変化した場合に、前記不連続点が生じたと判断されると第二の剛性記憶部の剛性関係を参照する、
電動式直動アクチュエータ。 In the electric linear motion actuator according to claim 3,
The nonlinear stiffness storage unit stores a stiffness relationship between the amount of rotation of the electric motor and the load when an equivalent lead corresponding to the amount of linear motion of the linear motion with respect to the amount of rotation of the electric motor is large. a second rigidity storage unit that stores a rigidity relationship between the rotation amount of the electric motor and the load when the equivalent lead is small and the elastic member is deformed; and the equivalent lead is small and the elastic member is deformed. A third stiffness storage unit for storing a stiffness relationship between the amount of rotation of the electric motor and the load when the deformation limit is reached, and switching to any one of the first to third stiffness storage units for reference. It has a reference stiffness switching part with
The electric linear motion actuator further comprises:
a change gradient calculation unit that derives a gradient of change of one of the motor angle and the estimated load with respect to the change of the other;
storing the gradient of change derived by the gradient-of-change computing unit; comparing the stored gradient of change with the gradient of change newly derived by the gradient-of-change computing unit after storing; a change gradient comparison unit that determines that a rigid discontinuity exists when the gradient has changed,
The reference stiffness switching unit uses the stiffness relationships of the first to third stiffness storage units instead of using the stiffness correlation, and the change gradient comparison unit determines when a plurality of the discontinuous points exist. according to at least one of the plurality of points of discontinuity,
When it is determined that the discontinuity point occurs when the load changes in the pressure increasing direction in which the load is increased while referring to the stiffness relationship in the first stiffness storage unit, the stiffness relationship in the second stiffness storage unit is changed. See
When it is determined that the point of discontinuity has occurred when the pressure is changed in the direction of increasing pressure while referring to the stiffness relationship in the second stiffness storage unit, referring to the stiffness relationship in the third stiffness storage unit, When it is determined that the discontinuity has occurred when the pressure is changed in the direction of pressure reduction, the stiffness relationship in the first stiffness storage unit is referred to,
When it is determined that the discontinuity has occurred when the pressure changes in the direction of pressure reduction while referring to the stiffness relationship in the third stiffness storage unit, the stiffness relationship in the second stiffness storage unit is referred to.
Electric linear actuator.
前記制御装置は、少なくとも予め記憶された前記剛性相関の不連続点に対応する前記荷重が含まれる範囲の、所定量の該荷重における変化が発生した際の、前記電動モータの回転量と前記推定された荷重との変化履歴を記憶する剛性パラメータ記憶部を有し、
さらに前記制御装置は、前記電動モータの角度および前記推定された荷重の前記変化履歴から、前記剛性相関における前記モータの角度と荷重との相関の不連続点を推定し、前記推定された不連続点に基づいて前記剛性相関を更新する非線形剛性推定部を有する、
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 4,
The control device controls the amount of rotation of the electric motor and the estimated amount of rotation of the electric motor when a predetermined amount of change occurs in the load within a range that includes at least the load corresponding to the discontinuity point of the stiffness correlation stored in advance. has a stiffness parameter storage unit that stores a change history with the applied load,
Further, the control device estimates a point of discontinuity in the correlation between the angle of the motor and the load in the stiffness correlation from the change history of the angle of the electric motor and the estimated load, and calculates the estimated discontinuity. a nonlinear stiffness estimator that updates the stiffness correlation based on points;
Electric linear actuator.
前記制御装置は、所定量の前記荷重の変化または前記電動モータの回転量が発生した際の、該荷重および該回転量のいずれか一方に対する他方の変化量を推定して記憶し、
さらに前記制御装置は、前記記憶されている変化量と、該記憶後に新たに推定された変化量とを比較し、これらの変化量が所定量より大きく変化した場合に、前記剛性相関における前記電動モータの角度と荷重との不連続点が生じたと判断し、前記判断された不連続点に基づいて前記剛性相関を更新する、
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 4,
The control device estimates and stores an amount of change in either one of the load and the amount of rotation when a predetermined amount of change in the load or the amount of rotation of the electric motor occurs, and
Further, the control device compares the stored amount of change with the amount of change newly estimated after the storage, and if the amount of change changes more than a predetermined amount, the electric motor in the stiffness correlation. determining that a discontinuity has occurred between the angle of the motor and the load, and updating the stiffness correlation based on the determined discontinuity;
Electric linear actuator.
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