JP2024034797A - 車両用制動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒステリシス特性を有する電動ブレーキの制御において、制動力の増加動作と減少動作との切り替えに応じて制御を適切に実施可能な車両用制動装置を提供する。【解決手段】制動力制御部のトルク指令演算部４０１は、外部から指令される要求制動力に基づきモータのトルク指令値Ｔｒｑ*を演算する。モータのトルクと電動ブレーキに発生する制動力との関係は、ヒステリシス特性を有している。トルクが増加するとき、制動力が正効率線に沿って増加し、トルクが減少するとき、制動力が逆効率線に沿って減少する。トルク指令演算部４０１の特定制御器（荷重制御器）４８は、実荷重Ｆを荷重指令値Ｆ*に近づけるように、トルク指令値Ｔｒｑ*を演算する。制御調整器４７１は、増加動作時、減少動作時、又は、増加動作と減少操作との遷移時に、特定制御器４８の、又は、特定制御器４８の入力側もしくは出力側における制御演算のパラメータを調整する。【選択図】図５

Description

本発明は、車両用制動装置に関する。

従来、モータのトルクと、運動変換機構からブレーキディスクに加える押圧力との関係がヒステリシス特性を有している車両の電動ブレーキ装置において、押圧力の大きさが目標値に到達するようにモータの駆動を制御する技術が知られている。

例えば特許文献１に開示された電動ブレーキ装置では、モータ制御装置は、荷重センサで検出される押圧力の大きさに基づいてモータの駆動電流を制御する。モータトルクと押圧力との関係はヒステリシス特性を有している。このモータ制御装置は、押圧力をブレーキディスクに加えて保持するとき、押圧力が目標値よりも大きい所定値に上昇するまで正効率線に沿ってモータのトルクを増加させてから、押圧力が目標値に減少するまで逆効率線に沿ってモータのトルクを減少させる。

特許第６０８０６８２号公報

本明細書ではヒステリシスの図の縦軸を「制動力の相関量」として記載する。特許文献１において荷重センサで検出される押圧力は、電動ブレーキが実際に出力する制動力である実制動力に相当する。また、特許文献１における荷重指令値は要求制動力に相当する。特許文献１の従来技術では、正効率線上から逆効率線上に動作点を移して制動力を保持することで、制動力の保持中にモータを駆動する電流を低減することができる。

ヒステリシス特性を有する電動ブレーキの制御では、ヒステリシス特性が無い場合に比べ、制動力の増加動作から減少動作への遷移時、及び、減少動作から増加動作への遷移時に大きなトルク変化が必要となり、応答遅れが生じるおそれがあった。また、増加動作と減少動作とでＰＩ制御器の制御ゲインを同等に設定すると、減少動作時にオーバーシュートが生じるおそれがあった。また、制動力目標値を跨いで増加動作と減少動作との不要な切り替わりが発生することにより、トルクの脈動が生じるおそれがあった。

本発明は上述の点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、ヒステリシス特性を有する電動ブレーキの制御において、制動力の増加動作と減少動作との切り替えに応じて制御を適切に実施可能な車両用制動装置を提供することにある。

本発明の車両用制動装置は、モータ（６０）が出力したトルクを直動機構（８５）により直動力に変換し、対応する車輪（９１－９４）に押圧して制動力を発生させる複数の電動ブレーキ（８１－８４）が各車輪に設けられた車両（９００）に搭載される。

車両用制動装置は、トルク指令演算部（４０１－４０４）及び電流指令演算部（５０）を含み、各電動ブレーキが発生させる制動力を制御する制動力制御部（４００）を備える。トルク指令演算部は、外部から指令される要求制動力に基づきモータのトルク指令値（Ｔｒｑ^*）を演算する。電流指令演算部は、トルク指令値に基づきモータに通電する電流指令値（Ｉ^*）を演算する。

電動ブレーキは、車輪に実際に押圧される制動荷重である実荷重（Ｆ）を検出する荷重センサ（７１）、又は、モータの実際の回転角度もしくは直動機構の実際のストロークである実位置（θ、Ｘ）を検出する位置センサ（７２、７３）を備えている。

モータのトルクと電動ブレーキに発生する制動力との関係は、トルクが増加するとき、制動力が正効率線に沿って増加し、トルクが増加から減少に転じる転向値から保持臨界値まで減少するとき、制動力が一定に保持され、トルクが保持臨界値から減少するとき、制動力が逆効率線に沿って減少するヒステリシス特性を有している。

モータのトルクを正効率線に沿って増加させる動作を「増加動作」、正効率線と逆効率線との間の任意の動作点で制動力を保持する動作を「保持動作」、モータのトルクを逆効率線に沿って減少させる動作を「減少動作」と定義する。

本発明の第一の態様では、トルク指令演算部は、特定制御器（４８）と、制御調整器（４７１、４７２、４７３）と、を有する。特定制御器は、荷重センサにより検出された実荷重を荷重指令値に近づけるように、又は、位置センサにより検出された実位置を位置指令値に近づけるように、トルク指令値を演算する。制御調整器は、増加動作時、減少動作時、又は、増加動作と減少操作との遷移時に、特定制御器の、又は、特定制御器の入力側もしくは出力側における制御演算のパラメータを調整する。

本発明の第一の態様では、ヒステリシス特性を有する電動ブレーキの制御において、制動力の増加動作及び減少動作の切り替えに応じて制御演算のパラメータを調整することで、制御を適切に実施することができる。

本発明の第二の態様では、トルク指令演算部は、特定制御器（４８）と、不感帯設定器（４３）と、を有する。特定制御器は、荷重センサにより検出された実荷重を荷重指令値に近づけるように、又は、位置センサにより検出された実位置を位置指令値に近づけるように、トルク指令値を演算する。不感帯設定器は、特定制御器に入力される荷重指令値と実荷重との偏差である荷重偏差、又は、位置指令値と実位置との偏差である位置偏差がゼロを含む所定範囲内にある場合、荷重偏差又は位置偏差をゼロとみなすように、所定範囲を不感帯として設定する。

本発明の第二の態様では、不感帯を設定することで、増加動作と減少動作との不要な切り替わりが生じることを防止することができる。

各実施形態の車両用制動装置が搭載される車両の構成図。 各車輪に対応する電動ブレーキの制動力制御ブロック図。 （ａ）電動ブレーキのパッドの模式図、（ｂ）パッド荷重とパッド位置との特性図。 モータのトルクと制動力とのヒステリシス特性を示す図。 第１実施形態のトルク指令演算部及び電流指令演算部のブロック図。 最大トルク及び最小トルクの算出を説明する図。 減少動作－増加動作遷移時におけるフィードフォワード項の変化を示す図。 フィードフォワード項調整処理のフローチャート。 第２実施形態のトルク指令演算部のブロック図。 ゲイン調整処理のフローチャート。 第１、第２実施形態の複合実施形態に対する比較例の図。 第１、第２実施形態の複合実施形態の効果を説明する図。 第３実施形態のトルク指令演算部のブロック図。 第３実施形態の基本実施例による不感帯設定を示す図。 第３実施形態の他の実施例による（ａ）正負対称、（ｂ）正負非対称の不感帯設定を示す図。 不感帯調整処理のフローチャート。 第３実施形態に対する比較例の図。 第３実施形態の効果を説明する図。 第４実施形態のトルク指令演算部のブロック図。

本発明の複数の実施形態による車両用制動装置を図面に基づいて説明する。複数の実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。以下の第１～第４実施形態を包括して「本実施形態」という。本実施形態の車両用制動装置は、モータが出力したトルクを直動機構により直動力に変換し、対応する車輪に押圧して制動力を発生させる複数の電動ブレーキが各車輪に設けられた車両に搭載される。車両用制動装置は、各電動ブレーキが発生させる制動力を制御する制動力制御部を備える。

［車両の構成］
図１～図３（ｂ）を参照し、本実施形態の車両用制動装置３０が搭載される車両９００及び電動ブレーキ８１－８４の構成を説明する。図１に示すように、車両９００は、前後方向において二列の左右対の車輪９１、９２、９３、９４を有する四輪車両である。前列左右輪９１、９２に「ＦＬ、ＦＲ」、後列左右輪９３、９４に「ＲＬ、ＲＲ」と記す。各車輪９１、９２、９３、９４に対応して複数（この例では四つ）の電動ブレーキ８１、８２、８３、８４が設けられている。以下、連続する四つの符号を、「車輪９１－９４」、「電動ブレーキ８１－８４」のように省略して記す。

車両用制動装置３０は制動力制御部４００を備える。制動力制御部４００は、外部から指令される要求制動力に基づき、各電動ブレーキ８１－８４が発生させる制動力を制御する。要求制動力は、運転者のブレーキ操作や運転支援装置からの制動信号等により指令される。各電動ブレーキ８１－８４から、ブレーキパッドの押圧荷重を検出した荷重センサ信号Ｆ（実線）、又は、モータ又は直動機構の動作位置を検出した位置センサ信号θ、Ｘ（破線）が制動力制御部４００に入力される。

本実施形態では各電動ブレーキ８１－８４の制御構成は同様である。図２には、電動ブレーキ８１－８４のうちいずれか一つを例として、制動力制御部４００による電動ブレーキの制御構成を図示する。

各電動ブレーキ８１－８４は、モータ６０、直動機構８５、及びキャリパ８６を含む。モータ６０は、例えば永久磁石式三相ブラシレスモータで構成されており、制動力制御部４００から通電される駆動電流によりトルクを出力する。直動機構８５は、モータ６０の出力回転を減速しつつ直線運動に変換するアクチュエータである。モータ６０の回転角度θと直動機構８５のストロークＸとは比例する。こうして各電動ブレーキ８１－８４は、モータ６０が出力したトルクを直動機構８５により直動力に変換し、対応する車輪９１－９４に押圧して制動力を発生させる。

モータ６０の出力トルクは、直動機構８５を介してキャリパ８６のパッド８７を動作させる。パッド８７が移動して各車輪９１－９４のディスク８８に押し付けられることで、摩擦により制動力が発生する。また、パッド８７がディスク８８から離れることで、制動力が解除される。

図３（ａ）、（ｂ）を参照し、図２のＩＩＩａ部に示す電動ブレーキ８１－８１のパッド８７の特性について補足する。図３（ａ）に示すように、パッド８７はバネのような特性を持ち、直動機構８５による押し込み力Ｆｄと、ひずみ量に応じた反力Ｆｒとが互いに反対方向に作用する。図３（ｂ）に示すように、直動機構８５のストロークに基づくパッド位置Ｘと、パッド荷重Ｆとはほぼ比例する。モータ６０の回転角度の変化Δθによりパッド位置がΔＸ変化すれば、パッド荷重はΔＦ変化する。なお、図３（ｂ）でのみ、記号「ΔＦ」は荷重の変化分を示す。図５以下で用いられる、荷重指令値と実荷重との荷重偏差を示す「ΔＦ」とは意味が異なる。

図２に戻り、制動力制御部４００は、トルク指令演算部４０、電流指令演算部５０及びインバータ５５を含む。トルク指令演算部４０は、外部から指令される要求制動力に基づきモータ６０のトルク指令値Ｔｒｑ^*を演算する。電流指令演算部５０は、トルク指令値に基づきモータ６０に通電する電流指令値Ｉ^*を演算する。

インバータ５５は、バッテリ１５の直流電力を交流電力に変換し、電流指令値Ｉ^*に応じた交流電力をモータ６０に供給する。なお、電流指令演算部５０からインバータ５５までの電流フィードバック等の詳細な構成を省略する。一般的なモータ制御技術により、ＰＷＭ制御等によるスイッチング信号に従ってインバータ５５がスイッチング動作する。

基本的な実施形態では、電動ブレーキ８１－８４は、車輪９１－９４に実際に押圧される制動荷重である実荷重Ｆを検出する荷重センサ７１を備えている。荷重センサ７１が検出した実荷重Ｆはトルク指令演算部４０に入力される。トルク指令演算部４０は、要求制動力に基づき演算される荷重指令値に実荷重Ｆを近づけるようにトルク指令値Ｔｒｑ^*を演算する荷重制御器を有する。第１～第４実施形態の説明では、トルク指令演算部４０が荷重制御器により荷重制御を行う構成を前提とする。

ただし、その他の実施形態の電動ブレーキ８１－８４は、一点鎖線で示す角度センサ７２、又は、二点鎖線で示すストロークセンサ７３を備えてもよい。角度センサ７２は、モータ６０の実際の回転角度である実角度θを検出する。ストロークセンサ７３は、直動機構８５の実際のストロークである実ストロークＸを検出する。

角度センサ７２及びストロークセンサ７３を包括して「位置センサ」といい、実角度θ及び実ストロークＸを包括して「実位置」という。位置センサ７２、７３が検出した実位置θ、Ｘはトルク指令演算部４０に入力される。トルク指令演算部４０は、要求制動力に基づき演算される位置指令値に実位置θ、Ｘを近づけるようにトルク指令値Ｔｒｑ^*を演算する位置制御器を有してもよい。本明細書において荷重制御器又は位置制御器を「特定制御器」と定義する。第１～第４実施形態のトルク指令演算部では「特定制御器」として荷重制御器４８が用いられる。

次に図４を参照し、この構成の電動ブレーキにおけるモータトルクと制動力との関係について説明する。制動力はブレーキパッド荷重に相関する。以下、単に「トルク」とはモータ６０が出力するトルクを意味し、単に「荷重」とはパッド８７による押圧荷重を意味する。図４は、特許文献１（特許第６０８０６８２号公報）の図１０に対応する。

モータ６０のトルクと電動ブレーキ８１－８４に発生する制動力との関係はヒステリシス特性を有している。トルクが増加するとき、制動力は正効率線に沿って増加する。トルクが増加から減少に転じる転向値Ｔｃｏｎｖから保持臨界値Ｔｃｒまで減少するとき、制動力は一定に保持される。トルクが保持臨界値Ｔｃｒから減少するとき、制動力は逆効率線に沿って減少する。

特許文献１の従来技術では、荷重センサで検出される荷重の大きさが「目標値Ｆ^*よりも所定のオフセット値ｄＦ大きい値」に到達するまでモータのトルクを増加させる。その後、荷重センサで検出される荷重の大きさが目標値Ｆ^*に到達するまでモータのトルクを減少させるようにモータの駆動電流を制御する。モータのトルクを減少させる過程で荷重Ｆ、すなわち制動力は保持される。

トルク及び制動力を正効率線に沿って増加させる動作を「増加動作」、正効率線と逆効率線との間の任意の動作点で制動力を保持する動作を「保持動作」、トルク及び制動力を逆効率線に沿って減少させる動作を「減少動作」と定義する。

特許文献１に開示されているように、ヒステリシス特性を有する電動ブレーキの制御では、ヒステリシス特性が無い場合に比べ、制動力の増加動作から減少動作への遷移時、及び、減少動作から増加動作への遷移時に大きなトルク変化が必要となり、応答遅れが生じるおそれがあった。また、増加動作と減少動作とでＰＩ制御器の制御ゲインを同等に設定すると、減少動作時にオーバーシュートが生じるおそれがあった。また、制動力目標値を跨いで増加動作と減少動作との不要な切り替わりが発生することにより、トルクの脈動が生じるおそれがあった。

そこで本実施形態の車両用制動装置３０は、ヒステリシス特性を有する電動ブレーキの制御において、制動力の増加動作と減少動作との切り替わりに伴う制御を適切に実施することを目的とする。その解決手段は、大きく、第１～第３実施形態のグループと第４実施形態とで分かれる。

第１～第３実施形態のトルク指令演算部４０は、増加動作時、減少動作時、又は、増加動作と減少操作との遷移時に、荷重制御器の、又は、荷重制御器の入力側もしくは出力側における制御演算のパラメータを調整する「制御調整器」を有する。続いて、実施形態毎に詳細な構成を説明する。第１～第３実施形態のトルク指令演算部及び制御調整器の符号は、「４０」及び「４７」に続く３桁目に実施形態の番号を付す。

第１実施形態のトルク指令演算部４０１において、制御調整器４７１は、増加動作と減少操作との遷移時に、荷重制御器の出力側における制御演算のパラメータとしてトルク指令値Ｔｒｑ^*のフィードフォワード項を調整する。

第２実施形態のトルク指令演算部４０２において、制御調整器４７２は、増加動作時及び減少動作時に、荷重制御器の制御演算のパラメータとして制御ゲインを調整する。

第３実施形態のトルク指令演算部４０３において、制御調整器４７３は、増加動作時及び減少動作時に、荷重制御器の入力側における制御演算のパラメータとして不感帯の上下限値を調整する。

（第１実施形態）
図５～図８を参照し、第１実施形態について説明する。図５に示すように、第１実施形態のトルク指令演算部４０１は、荷重指令演算部４１、荷重偏差算出器４２及び荷重制御器４８に加え、制御調整器４７１を有する。また、電流指令演算部５０は、トルク偏差算出器５２及びトルク制御器５３を有する。

荷重指令演算部４１は、要求制動力に基づき荷重指令値Ｆ^*を演算する。荷重偏差算出器４２は、荷重センサ７１により検出された実荷重Ｆと荷重指令値Ｆ^*との荷重偏差ΔＦ（＝Ｆ^*－Ｆ）を算出し、荷重制御器４８に出力する。荷重制御器４８は、荷重偏差ΔＦをゼロに近づけるように、すなわち、実荷重Ｆを荷重指令値Ｆ^*に近づけるようにトルク指令値Ｔｒｑ^*を演算する。

制御調整器４７１は、後述のように、トルク－制動力マップにおいてヒステリシス幅Ｗ＿ｈｙｓを算出する。また制御調整器４７１は、トルク指令値のフィードフォワード項Ｔｒｑ^*＿ＦＦを設定し、電流指令演算部５０のトルク偏差算出器５２に出力する。以下、トルク指令値のフィードフォワード項Ｔｒｑ^*＿ＦＦを単に「フィードフォワード項Ｔｒｑ^*＿ＦＦ」と記す。

制御調整器４７１は、実荷重Ｆ及び荷重偏差ΔＦを取得して、マップ上の現在の動作点及び制動力の増減方向を推定する。そして制御調整器４７１は、増加動作から減少動作への遷移時であるか、減少動作から増加動作への遷移時であるかを判別し、フィードフォワード項Ｔｒｑ^*＿ＦＦを調整する。

電流指令演算部５０のトルク偏差算出器５２には、荷重制御器４８が演算したトルク指令値Ｔｒｑ^*、制御調整器４７１が設定したフィードフォワード項Ｔｒｑ^*＿ＦＦ、及び、モータ６０が実際に出力するトルクである実トルクＴｒｑが入力される。例えば永久磁石式三相ブラシレスモータにおいて、モータ６０の実トルクＴｒｑは、極対数、磁石磁束、ｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンスを用いて、ｄ軸電流及びｑ軸電流から推定される。或いは、モータ６０の実トルクＴｒｑはトルクセンサにより検出されてもよい。

トルク偏差算出器５２は、トルク指令値Ｔｒｑ^*とフィードフォワード項Ｔｒｑ^*＿ＦＦとの和からモータ６０の実トルクＴｒｑを減じた値をトルク偏差ΔＴｒｑ（＝Ｔｒｑ^*＋Ｔｒｑ^*＿ＦＦ－Ｔｒｑ）として算出する。トルク制御器５３は、トルク偏差ΔＴｒｑをゼロに近づけるように、すなわち、実トルクＴｒｑをトルク指令値Ｔｒｑ^*とフィードフォワード項Ｔｒｑ^*＿ＦＦとの和に近づけるように電流指令値Ｉ^*を演算する。

図６を参照し、制御調整器４７１による最大トルクＴｒｑ＿ｍａｘ、最小トルクＴｒｑ＿ｍｉｎの記憶、及び、ヒステリシス幅Ｗ＿ｈｙｓの算出について説明する。図６のトルク－制動力マップにおいて正効率線上の白丸は最大トルクＴｒｑ＿ｍａｘを示し、逆効率線上のハッチング入りの丸は最小トルクＴｒｑ＿ｍｉｎを示す。制御調整器４７１は、各荷重指令値Ｆ^*に対応する最大トルクＴｒｑ＿ｍａｘ及び最小トルクＴｒｑ＿ｍｉｎを記憶する。また制御調整器４７１は、最大トルクＴｒｑ＿ｍａｘと最小トルクＴｒｑ＿ｍｉｎとの差分である「ヒステリシス幅Ｗ＿ｈｙｓ」を算出する。

例えば製造工程中や初回動作時に制御調整器４７１は、荷重指令値Ｆ^*に対しトルクを「０→最大トルク→０」のように動かして、最大トルクＴｒｑ＿ｍａｘ及び最小トルクＴｒｑ＿ｍｉｎを記憶する。電源投入ごと、作業ごと等に適宜マップが更新されてもよい。また、特許文献１の従来技術のように、荷重指令値Ｆ^*に対し超過動作をしてから戻す方式の保持動作を行う場合、制御調整器４７１は、超過動作開始時及び戻し動作終了時のトルク値を記憶してもよい。この場合、全体のマップを保持する必要がなく効率的である。

次に図７を参照し、増加動作と減少動作との遷移方向に応じたフィードフォワード項Ｔｒｑ^*＿ＦＦの調整について説明する。制御調整器４７１は、フィードフォワード項の変化量の絶対値｜ΔＴｒｑ^*＿ＦＦ｜をヒステリシス幅Ｗ＿ｈｙｓ以下に設定する。フィードフォワード項の変化量の絶対値｜ΔＴｒｑ^*＿ＦＦ｜がヒステリシス幅Ｗ＿ｈｙｓを超えない程度に設定されることを意図し、フィードフォワード項の変化量を示すブロック矢印の長さは、ヒステリシス幅Ｗ＿ｈｙｓよりもわずかに短く図示されている。

増加動作から減少動作への遷移時、制御調整器４７１は、Ｔｒｑフィードフォワード項Ｔｒｑ^*＿ＦＦの値を減少させる。つまり、フィードフォワード項の変化後の値から変化前の値を減じた変化量ΔＴｒｑ^*＿ＦＦは負となる。減少動作から増加動作への遷移時、制御調整器４７１は、Ｔｒｑフィードフォワード項Ｔｒｑ^*＿ＦＦの値を増加させる。つまり、フィードフォワード項の変化量ΔＴｒｑ^*＿ＦＦは正となる。

図８のフローチャートを参照し、制御調整器４７１が実行するフィードフォワード項調整処理について説明する。フローチャートの説明で記号「Ｓ」はステップを意味する。

Ｓ１１で制御調整器４７１は、保持された制動力に対応する最大トルクＴｒｑ＿ｍａｘ及び最小トルクＴｒｑ＿ｍｉｎを記憶し、最大トルクＴｒｑ＿ｍａｘと最小トルクＴｒｑ＿ｍｉｎとの差分であるヒステリシス幅Ｗ＿ｈｙｓを算出する。Ｓ１２で制御調整器４７１は、増加動作と減少動作との遷移時におけるフィードフォワード項の変化量の絶対値｜ΔＴｒｑ^*＿ＦＦ｜をヒステリシス幅Ｗ＿ｈｙｓ以下に設定する。

Ｓ１３では、増加動作から減少動作への遷移時であるか判断される。Ｓ１３でＹＥＳの場合、Ｓ１４で制御調整器４７１は、フィードフォワード項Ｔｒｑ^*＿ＦＦの値を減少させる。Ｓ１５では、減少動作から増加動作への遷移時であるか判断される。Ｓ１５でＹＥＳの場合、Ｓ１６で制御調整器４７１は、フィードフォワード項Ｔｒｑ^*＿ＦＦの値を増加させる。

なお、第１実施形態の変形例では、そもそもヒステリシス幅Ｗ＿ｈｙｓを算出しない場合を含め、フィードフォワード項の変化量の絶対値｜ΔＴｒｑ^*＿ＦＦ｜をヒステリシス幅Ｗ＿ｈｙｓとは関係なく、例えば固定値に設定してもよい。その場合、フローチャートのＳ１１、Ｓ１２は実施されない。

第１実施形態では、増加動作と減少動作との遷移時に、遷移方向に応じてフィードフォワード項Ｔｒｑ^*＿ＦＦの値を増減させることで、動作切り替えに伴う応答遅れを低減することができる。また、フィードフォワード項の変化量の絶対値｜ΔＴｒｑ^*＿ＦＦ｜をヒステリシス幅Ｗ＿ｈｙｓ以下に設定することで、過剰な調整により不適切なトルク指令値Ｔｒｑ^*が演算されることが防止される。特にフィードフォワード項の変化量の絶対値｜ΔＴｒｑ^*＿ＦＦ｜をヒステリシス幅Ｗ＿ｈｙｓと同等に設定することで動作切り替えに伴う応答遅れをほぼゼロにすることができる。

（第２実施形態）
図９、図１０を参照し、第２実施形態について説明する。図９に示すように、第２実施形態のトルク指令演算部４０２は、荷重指令演算部４１、荷重偏差算出器４２及び荷重制御器４８に加え、制御調整器４７２を有する。また、第２実施形態の荷重制御器４８は、比例積分制御（以下「ＰＩ制御」）を含む制御演算によりトルク指令値Ｔｒｑ^*を演算するものである。例えば特定制御器４８は、微分制御を含むＰＩＤ制御を行ってもよい。

制御調整器４７２は、荷重偏差ΔＦを取得し、荷重偏差ΔＦの正負から制動力の増減方向を推定する。つまり制御調整器４７２は、現在の動作が増加動作、減少動作、又は保持動作のいずれであるか判別する。さらに制御調整器４７２は、実荷重Ｆを取得し、マップ上の現在の動作点を推定してもよい。

図４のマップにおいて正効率線の傾きと逆効率線の傾きとが異なる場合、共通の制御ゲインＫｐ、Ｋｉを用いると最適な制御性能が得られない可能性がある。そこで制御調整器４７２は、荷重制御器４８の比例ゲインＫｐ又は積分ゲインＫｉの少なくとも一方を、増加動作と減少動作とで変更する。好ましくは、制御調整器４７２は、荷重制御器４８の比例ゲインＫｐ及び積分ゲインＫｉを、増加動作において減少動作よりも大きくする。

なお、制御調整器４７２は、比例ゲインＫｐ及び積分ゲインＫｉの両方を変更するとは限らず、比例ゲインＫｐ又は積分ゲインＫｉの一方だけを変更してもよい。また、増加動作と減少動作との切り替え後、積分項をリセットする等の処理が行われてもよい。

図１０のフローチャートを参照し、制御調整器４７２が実行するゲイン調整処理について説明する。ここで制御調整器４７２は、比例ゲイン及び積分ゲインの両方の制御ゲインＫｐ、Ｋｉを同じ増減方向に変更するものとする。

Ｓ２３では、増加動作中であるか判断される。Ｓ２３でＹＥＳの場合、Ｓ２４で制御調整器４７２は、制御ゲインＫｐ、Ｋｉを減少動作での値よりも大きく設定する。Ｓ２５では、減少動作中であるか判断される。Ｓ２５でＹＥＳの場合、Ｓ２６で制御調整器４７２は、制御ゲインＫｐ、Ｋｉを増加動作での値よりも小さく設定する。

第２実施形態では、増加動作と減少動作との切り替えに伴って制御ゲインＫｐ、Ｋｉを切り替えることで、制動力の制御を適切に実施することができる。なお制御調整器４７２は、比例ゲインＫｐ又は積分ゲインＫｉの一方を上記のように動作に応じて切り替えてもよい。その際、他方のゲインを固定してもよく、逆方向に変化させてもよい。

次に図１１、図１２を参照し、第１実施形態及び第２実施形態の複合実施形態の効果を比較例と対比しつつ説明する。図１１に示す比較例では、フィードフォワード項Ｔｒｑ^*－ＦＦ及び制御ゲインＫｐ、Ｋｉは調整されない。各図の上段に荷重指令値Ｆ^*（破線）及び実荷重Ｆ（実線）の変化を示し、下段にトルクの変化を示す。

荷重指令値Ｆ^*は、時刻ｔ０から時刻ｔ１まで増加した後、時刻ｔ１から時刻ｔ４まで減少する。時刻ｔ１までの期間、正効率線に沿って実荷重Ｆは荷重指令値Ｆ^*に追従して目標保持荷重Ｆｈｏｌｄまで増加し、トルクは最大トルクＴｒｑ＿ｍａｘまで増加する。比較例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで、保持動作によりトルクが減少しつつ実荷重Ｆが目標保持荷重Ｆｈｏｌｄに保持される。荷重Ｆの応答性の観点から言えば、この間、荷重指令値Ｆ^*の減少に対する実荷重Ｆの応答遅れが発生する。

時刻ｔ２にトルクが最小トルクＴｒｑ＿ｍｉｎまで低下すると保持動作が終了し、実荷重Ｆは荷重指令値Ｆ^*まで急激に低下する。このとき、減少動作時の応答遅れを減らそうとして増加動作時と同程度に制御ゲインを大きく設定すると、減少動作への切り替え時に実トルクのオーバーシュートが発生しやすくなり、同時に実荷重Ｆもオーバーシュートする。その後、実トルクが回復し、時刻ｔ３に、減少した荷重指令値Ｆ^*が実荷重Ｆに一致すると、実荷重Ｆは荷重指令値Ｆ^*に追従し、逆効率線に沿って減少する。

図１２に示す第１実施形態及び第２実施形態の複合実施形態では、トルクが最大トルクＴｒｑ＿ｍａｘに達した時刻ｔ１に、増加動作から減少動作への遷移とともに、ヒステリシス幅Ｗ＿ｈｙｓ分のフィードフォワード項Ｔｒｑ^*＿ＦＦが減少する。すると、トルクは瞬時に最小トルクＴｒｑ＿ｍｉｎまで低下する。つまり、正効率線上から逆効率線上に動作点が瞬時に移動するため、制動力の保持動作による応答遅れが発生しない。

また複合実施形態では、増加動作と減少動作とで別の制御ゲインＫｐ、Ｋｉを設定可能である。そのため、減少動作での制御ゲインＫｐ、Ｋｉを増加動作の値よりも小さくすることで、減少動作への切り替え時のオーバーシュートが抑制される。したがって、制御性と応答性との適切な両立を図ることができる。

（第３実施形態）
図１３～図１８を参照し、第３実施形態について説明する。図１３に示すように、第３実施形態のトルク指令演算部４０３は、荷重指令演算部４１、荷重偏差算出器４２及び荷重制御器４８に加え、不感帯設定器４３及び制御調整器４７３を有する。

不感帯設定器４３は、荷重偏差算出器４２と荷重制御器４８との間に設けられる。不感帯設定器４３は、荷重制御器４８に入力される荷重偏差ΔＦがゼロを含む所定範囲内にある場合、荷重偏差ΔＦをゼロとみなすように、所定範囲を不感帯として設定する。不感帯設定器４３は、処理後の荷重偏差ΔＦ＃を荷重制御器４８に出力する。

制御調整器４７３は、荷重偏差ΔＦを取得し、荷重偏差ΔＦの正負から制動力の増減方向を推定する。つまり制御調整器４７３は、現在の動作が増加動作、減少動作、又は保持動作のいずれであるか判別する。さらに制御調整器４７３は、破線で示すように、荷重指令値Ｆ^*又は実荷重Ｆの少なくとも一方を取得し、荷重偏差ΔＦを加減して他方を算出してもよい。制御調整器４７３は、実荷重Ｆに基づきマップ上の現在の動作点を推定してもよい。荷重指令値Ｆ^*を用いる制御の例については後述する。

ここで、本実施形態における荷重偏差ΔＦの符号の定義について再確認する。本実施形態の荷重偏差ΔＦは、荷重指令値Ｆ^*から実荷重Ｆを減じた値として定義される。増加動作では、荷重偏差ΔＦが正の場合、荷重指令値Ｆ^*に未達であり、荷重偏差ΔＦが負の場合、荷重指令値Ｆ^*を超過していることを意味する。減少動作ではその逆となる。

以下の説明では、上記の荷重偏差ΔＦの符号の定義を前提とする。ただし他の実施形態では、荷重偏差ΔＦの符号を正負逆に定義してもよく、その場合、以下の説明は、適宜、正負を逆に読み替えて解釈される。

制御調整器４７３は、増加動作と減少動作とで不感帯を変更する。図１４に第３実施形態の基本実施例による不感帯設定を示す。制御調整器４７３は、増加動作では、荷重偏差ΔＦの負領域にのみ上限値がゼロである不感帯ＤＺｉを設定する。実荷重Ｆが増加して荷重指令値Ｆ^*に到達し、さらに荷重指令値Ｆ^*を上回ると、荷重偏差ΔＦは正から負に変わる。すると、負の荷重偏差ΔＦをゼロにしようとする制御が働き、減少動作に切り替わる。そこで、荷重偏差ΔＦの負領域に下限値ＬＬの不感帯ＤＺｉを設定することで、実荷重Ｆが荷重指令値Ｆ^*を上回っても、不感帯ＤＺｉの範囲内では減少動作に切り替わることが防止される。また、荷重偏差ΔＦの正領域に不感帯ＤＺｉを設けないため、実荷重Ｆが荷重指令値Ｆ^*に到達する瞬間まで増加動作を精度良く維持することができる。

また制御調整器４７３は、減少動作では、荷重偏差ΔＦの正領域にのみ下限値がゼロである不感帯ＤＺｄを設定する。実荷重Ｆが減少して荷重指令値Ｆ^*に到達し、さらに荷重指令値Ｆ^*を下回ると、荷重偏差ΔＦは負から正に変わる。すると、正の荷重偏差ΔＦをゼロにしようとする制御が働き、増加動作に切り替わる。そこで、荷重偏差ΔＦの正領域に上限値ＵＬの不感帯ＤＺｄを設定することで、荷重指令値Ｆ^*を下回っても、不感帯ＤＺｄの範囲内では増加動作に切り替わることが防止される。また、荷重偏差ΔＦの負領域に不感帯ＤＺｄを設けないため、実荷重Ｆが荷重指令値Ｆ^*に到達する瞬間まで減少動作を精度良く維持することができる。

基本実施例では、増加動作時の負の不感帯ＤＺｉと減少動作時の正の不感帯ＤＺｄとを組み合わせて実施することで、実荷重Ｆが荷重指令値Ｆ^*を跨ぐ所定範囲内で、増加動作と減少動作とが頻繁に切り替わることが防止される。

図１５（ａ）、図１５（ｂ）に第３実施形態の他の実施例による不感帯設定を示す。図１５（ａ）に示す例では、ゼロを跨いで正負対称に、つまり、上限値と下限値との絶対値が等しい（｜ＵＬ｜＝｜ＬＬ｜）ように不感帯ＤＺが設定される。図１５（ｂ）に示す例では、ゼロを跨いで正負非対称に、つまり、上限値と下限値との絶対値が異なる（｜ＵＬ｜≠｜ＬＬ｜）ように不感帯ＤＺが設定される。

図１５（ａ）にて対比されるように、制御調整器４７３は、荷重指令値Ｆ^*が大きいほど不感帯ＤＺの幅を大きく設定してもよい。これにより、要求制動力の大きさに応じて不感帯ＤＺの幅を適切に、例えば荷重指令値Ｆ^*に対する不感帯ＤＺの比率がほぼ一定になるように設定することができる。これは、正領域又は負領域の一方に設けられる不感帯の上限値及び下限値の設定にも適用される。つまり制御調整器４７３は、荷重指令値Ｆ^*が大きいほど、不感帯の上限値ＵＬ又は下限値ＬＬの絶対値を大きく設定してもよい。

図１６のフローチャートを参照し、制御調整器４７３が実行する不感帯調整処理について説明する。ここでは、図１４に示す基本実施例により、増加動作又は減少動作に応じて荷重偏差ΔＦの負領域又は正領域の一方にのみ不感帯が設定される例を前提とする。

Ｓ３３では、増加動作中であるか判断される。Ｓ３３でＹＥＳの場合、Ｓ３４で制御調整器４７３は、不感帯ＤＺｉを荷重偏差ΔＦの負領域にのみ設定する。Ｓ３５では、減少動作中であるか判断される。Ｓ３５でＹＥＳの場合、Ｓ３６で制御調整器４７３は、不感帯ＤＺｄを荷重偏差ΔＦの正領域にのみ設定する。

第３実施形態では、増加動作と減少動作との切り替えに伴って不感帯を切り替えることで、増加動作と減少動作との不要な切り替わりが生じることを防止することができる。

次に図１７、図１８を参照し、第３実施形態の効果を比較例と対比しつつ説明する。図１７に示す比較例では、不感帯は設定されない。各図の上段に荷重指令値Ｆ^*（破線）及び実荷重Ｆ（実線）の変化を示し、下段にトルクの変化を示す。

荷重指令値Ｆ^*は、時刻ｔ５から時刻ｔ６まで増加した後、時刻ｔ６から時刻ｔ７までの停止期間に一定値Ｆｃｏｎｓｔに維持され、時刻ｔ７から再び増加する。比較例では、停止期間中、実荷重Ｆが荷重指令値Ｆ^*に追従しようとして、荷重指令値Ｆ^*を超える度に増加動作と減少動作とが切り替えられる。それに伴い、トルクはヒステリシス幅Ｗ＿ｈｙｓを跨いで増減を繰り返す。荷重偏差の絶対値｜ΔＦ｜は微小であっても、トルク指令値Ｔｒｑ^*の大きな変化が周期的脈動となって発生するため、荷重制御器４８の負荷が増大したり、音や電磁ノイズの要因となったりするおそれがある。

図１８に示す第３実施形態では、増加動作中に負領域の不感帯ＤＺｉが設定されるため、停止期間中の荷重偏差ΔＦが下限値ＬＬより大きい場合、減少動作に切り替わることが防止される。同様に、減少動作の途中では、正領域の不感帯ＤＺｄが設定されるため、停止期間中の荷重偏差ΔＦが上限値ＵＬより小さい場合、増加動作に切り替わることが防止される。したがって、荷重偏差ΔＦが下限値ＬＬから上限値ＵＬまでの範囲内にあるときのトルク指令値Ｔｒｑ^*の脈動を抑制することができる。

（第４実施形態）
図１９を参照し、第４実施形態について説明する。第４実施形態のトルク指令演算部４０４は、荷重指令演算部４１、荷重偏差算出器４２及び荷重制御器４８に加え、第３実施形態と同様に不感帯設定器４３を有する。ただし第４実施形態では動作の方向や荷重指令値Ｆ^*の大きさによらず、不感帯の上下限値及び幅は固定されている。上下限値は、正負対称に設定されてもよく、正負非対称に設定されてもよい。

第４実施形態では、不感帯を設定することで、増加動作と減少動作との不要な切り替わりが生じることを防止することができる。

（その他の実施形態）
（ａ）本発明の車両用制動装置が搭載される車両は、車両前後方向において二列の左右対の車輪を有する四輪車両に限らず、車両前後方向において三列以上の車輪を有する六輪以上の車両であってもよい。

（ｂ）上記実施形態のトルク指令演算部では、「特定制御器」としての荷重制御器４８が、荷重センサ７１により検出された実荷重Ｆを荷重指令値Ｆ^*に近づけるようにトルク指令値Ｔｒｑ^*を演算する。他の実施形態のトルク指令演算部では、「特定制御器」としての位置制御器が、位置センサ７２、７３により検出された実位置θ、Ｘを位置指令値に近づけるようにトルク指令値Ｔｒｑ^*を演算してもよい。その場合、制動力は位置θ、Ｘに相関し、図４、図６等に対応するヒステリシス図の縦軸として位置θ、Ｘが用いられる。また、上記実施形態における「荷重指令値」及び「実荷重」が「位置指令値」及び「実位置」に読み替えて解釈される。位置指令値と実位置との偏差が「位置偏差」となる。

第３実施形態では、位置偏差は、位置指令値から実位置を減じた値として定義される。不感帯設定器は、位置制御器に入力される位置偏差がゼロを含む所定範囲内にある場合、位置偏差をゼロとみなすように、所定範囲を不感帯として設定する。第３実施形態の基本実施例において、制御調整器は、増加動作では位置偏差の負領域にのみ不感帯ＤＺｉを設定し、減少動作では位置偏差の正領域にのみ不感帯ＤＺｄを設定する。なお、荷重制御と位置制御とを組み合わせた構成を採用してもよい。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

本開示に記載の制動力制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制動力制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制動力制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

３０・・・車両用制動装置、
４００・・・制動力制御部、
４０（４０１－４０４）・・・トルク指令演算部、 ４３・・・不感帯設定器、
４７（４７１、４７２、４７３）・・・制御調整器、
４８・・・荷重制御器（特定制御器）、
５０・・・電流指令演算部、
６０・・・モータ、
８１－８４・・・電動ブレーキ、 ８５・・・直動機構、
９００・・・車両、 ９１－９４・・・車輪。

Claims (9)

1. モータ（６０）が出力したトルクを直動機構（８５）により直動力に変換し、対応する車輪（９１－９４）に押圧して制動力を発生させる複数の電動ブレーキ（８１－８４）が各車輪に設けられた車両（９００）に搭載される車両用制動装置であって、
   外部から指令される要求制動力に基づき前記モータのトルク指令値（Ｔｒｑ^*）を演算するトルク指令演算部（４０１－４０３）、及び、前記トルク指令値に基づき前記モータに通電する電流指令値（Ｉ^*）を演算する電流指令演算部（５０）を含み、各前記電動ブレーキが発生させる制動力を制御する制動力制御部（４００）を備え、
   前記電動ブレーキは、前記車輪に実際に押圧される制動荷重である実荷重（Ｆ）を検出する荷重センサ（７１）、又は、前記モータの実際の回転角度もしくは前記直動機構の実際のストロークである実位置（θ、Ｘ）を検出する位置センサ（７２、７３）を備えており、
   前記モータのトルクと前記電動ブレーキに発生する制動力との関係は、トルクが増加するとき、制動力が正効率線に沿って増加し、トルクが増加から減少に転じる転向値から保持臨界値まで減少するとき、制動力が一定に保持され、トルクが前記保持臨界値から減少するとき、制動力が逆効率線に沿って減少するヒステリシス特性を有しており、
   前記モータのトルク及び制動力を前記正効率線に沿って増加させる動作を増加動作、前記正効率線と前記逆効率線との間の任意の動作点で制動力を保持する動作を保持動作、前記モータのトルク及び制動力を前記逆効率線に沿って減少させる動作を減少動作と定義すると、
   前記トルク指令演算部は、
   前記荷重センサにより検出された前記実荷重を荷重指令値に近づけるように、又は、前記位置センサにより検出された前記実位置を位置指令値に近づけるように、前記トルク指令値を演算する特定制御器（４８）と、
   前記増加動作時、前記減少動作時、又は、前記増加動作と前記減少操作との遷移時に、前記特定制御器の、又は、前記特定制御器の入力側もしくは出力側における制御演算のパラメータを調整する制御調整器（４７１、４７２、４７３）と、
   を有する車両用制動装置。
2. 前記トルク指令演算部（４０１）は、前記特定制御器が演算した前記トルク指令値と、前記制御調整器が設定した前記トルク指令値のフィードフォワード項（Ｔｒｑ^*＿ＦＦ）とを前記電流指令演算部に出力し、
   前記電流指令演算部は、前記モータが実際に出力するトルクである実トルク（Ｔｒｑ）を前記トルク指令値と前記フィードフォワード項との和に近づけるように前記電流指令値を演算し、
   前記制御調整器（４７１）は、前記増加動作から前記減少動作への遷移時に前記フィードフォワード項の値を減少させ、前記減少動作から前記増加動作への遷移時に前記フィードフォワード項の値を増加させる請求項１に記載の車両用制動装置。
3. 前記制御調整器は、
   保持された制動力に対応する前記正効率線上の最大トルクと前記逆効率線上の最小トルクとの差分であるヒステリシス幅（Ｗ＿ｈｙｓ）を算出し、
   前記増加動作と前記減少動作との遷移時における前記フィードフォワード項の変化量の絶対値を前記ヒステリシス幅以下に設定する請求項２に記載の車両用制動装置。
4. 前記トルク指令演算部（４０２）の前記特定制御器は、比例積分制御を含む制御演算によりトルク指令値を演算するものであり、
   前記制御調整器（４７２）は、前記特定制御器の比例ゲイン又は積分ゲインの少なくとも一方を、前記増加動作と前記減少動作とで変更する請求項１に記載の車両用制動装置。
5. 前記制御調整器は、前記特定制御器の比例ゲイン又は積分ゲインの少なくとも一方を、前記増加動作において前記減少動作よりも大きくする請求項４に記載の車両用制動装置。
6. 前記トルク指令演算部（４０３）は、
   前記特定制御器に入力される前記荷重指令値と前記実荷重との偏差である荷重偏差、又は、前記位置指令値と前記実位置との偏差である位置偏差がゼロを含む所定範囲内にある場合、前記荷重偏差又は前記位置偏差をゼロとみなすように、前記所定範囲を不感帯として設定する不感帯設定器（４３）を有し、
   前記制御調整器（４７３）は、前記増加動作と前記減少動作とで前記不感帯を変更する請求項１に記載の車両用制動装置。
7. 前記荷重偏差が前記荷重指令値から前記実荷重を減じた値として定義され、又は、前記位置偏差が前記位置指令値から前記実位置を減じた値として定義される場合、
   前記制御調整器は、
   前記増加動作では、前記荷重偏差又は前記位置偏差の負領域にのみ上限値がゼロである前記不感帯を設定し、
   前記減少動作では、前記荷重偏差又は前記位置偏差の正領域にのみ下限値がゼロである前記不感帯を設定する請求項６に記載の車両用制動装置。
8. 前記制御調整器は、前記荷重指令値又は前記位置指令値が大きいほど、前記不感帯の上限値又は下限値の絶対値を大きく設定する請求項６または７に記載の車両用制動装置。
9. モータ（６０）が出力したトルクを直動機構（８５）により直動力に変換し、対応する車輪（９１－９４）に押圧して制動力を発生させる複数の電動ブレーキ（８１－８４）が各車輪に設けられた車両（９００）に搭載される車両用制動装置であって、
   外部から指令される要求制動力に基づき前記モータのトルク指令値（Ｔｒｑ^*）を演算するトルク指令演算部（４０４）、及び、前記トルク指令値に基づき前記モータに通電する電流指令値（Ｉ^*）を演算する電流指令演算部（５０）を含み、各前記電動ブレーキが発生させる制動力を制御する制動力制御部（４００）を備え、
   前記電動ブレーキは、前記車輪に実際に押圧される制動荷重である実荷重（Ｆ）を検出する荷重センサ（７１）、又は、前記モータの実際の回転角度もしくは前記直動機構の実際のストロークである実位置（θ、Ｘ）を検出する位置センサ（７２、７３）を備えており、
   前記モータのトルクと前記電動ブレーキに発生する制動力との関係は、トルクが増加するとき、制動力が正効率線に沿って増加し、トルクが増加から減少に転じる転向値から保持臨界値まで減少するとき、制動力が一定に保持され、トルクが前記保持臨界値から減少するとき、制動力が逆効率線に沿って減少するヒステリシス特性を有しており、
   前記トルク指令演算部は、
   前記荷重センサにより検出された前記実荷重を荷重指令値に近づけるように、又は、前記位置センサにより検出された前記実位置を位置指令値に近づけるように、前記トルク指令値を演算する特定制御器（４８）と、
   前記特定制御器に入力される前記荷重指令値と前記実荷重との偏差である荷重偏差、又は、前記位置指令値と前記実位置との偏差である位置偏差がゼロを含む所定範囲内にある場合、前記荷重偏差又は前記位置偏差をゼロとみなすように、前記所定範囲を不感帯として設定する不感帯設定器（４３）と、
   を有する車両用制動装置。

Images