JP5225664B2 - ブレーキ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ブレーキ装置に関する。

一般に、モータが停止状態から駆動を開始する回転初期には大きなエネルギーを必要とし、モータが回転するために大きな電流を消費するため、過大な電流（突入電流）が発生する。そして、モータが一旦回転し始めると、その後は、モータを目標回転数に維持するために必要な電流値まで徐々に下がるような特性となっている。ブラシモータにおいてこの突入電流が発生すると、ブラシが摩耗したり、モータの駆動素子が発熱したりして、モータの耐久性が低下するおそれがある。

従来、モータ駆動開始時に発生する突入電流を防止する技術として、特許文献１に開示されたモータ制御装置がある。この装置は、制御要求に応じたデューティ比信号を出力してモータの回転状態が目標と一致するように回転制御する。そして回転初期には、要求デューティ比をそのまま出力するのではなく、デューティ比０％と要求デューティ比の中間の値である中間デューティ比を所定時間与える立ち上がり制御を実行する。
特開２００１−１４０７６５号公報

しかし、上記装置では、モータへの印加電圧を０％から漸増させていくため、回転初期に必要な上記エネルギーを十分に与えることができず、制御要求に対してモータの回転上昇がその分だけ遅れる。すなわち、突入電流の抑制とモータ駆動の応答性とを両立することが難しい、という問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、モータ等の装置の耐久性を向上できるとともに、モータ駆動の応答性を確保できるブレーキ装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のブレーキ装置は、モータ停止状態からモータの制御を開始する際に、目標デューティ比以上の初期デューティ比を、該初期デューティ比の出力によりモータに流れる電流が定格電流まで増大する時間として予め設定された所定時間だけ出力した後、出力するデューティ比を目標デューティ比に一致させるにあたり、モータに流れる電流が定格電流以下となるように予め設定された所定デューティ比よりも、目標デューティ比が大きい場合、出力するデューティ比を前記所定デューティ比まで低下させた後、目標デューティ比まで上昇させ、目標デューティ比が前記所定デューティ比以下である場合、出力するデューティ比を目標デューティ比とすることとした。

よって、モータ等の装置の耐久性を向上できるとともに、モータ駆動の応答性を確保できる。

以下、本発明のブレーキ装置を実現する最良の形態を、図面に基づき説明する。

図１は、本発明のモータ制御装置が適用された車両用ブレーキ装置の油圧回路構成を示す。以下、前左輪FL、前右輪FR、後左輪RL、後右輪RRのそれぞれに対応して設けられている構成については、ａ，ｂ，ｃ，ｄの記号を添えて区別する。

油圧回路は独立した２つの系統に分かれており、第１ブレーキ回路１および第２ブレーキ回路２を有している。第１ブレーキ回路１は、第１増圧制御弁６a、６ｂを介してマスタシリンダM/Cと前輪側のホイルシリンダ５a、５ｂを接続する。第２ブレーキ回路２は、ポンプPおよび第２増圧制御弁７を介してリザーバRESと前後輪のホイルシリンダ５a〜５ｄを接続する。また、減圧制御弁８a〜８ｄを介してホイルシリンダ５a〜５ｄとリザーバRESを接続するリターン回路が、第２ブレーキ回路２との間で油路を一部共通しつつ、設けられている。

ブレーキペダルBPは、運転者のブレーキ操作を倍力装置BSへ伝達する。ブレーキペダルBPには、ブレーキペダルストロークを検出するストロークセンサ１２が設けられている。

倍力装置BSは、ブレーキペダルBPから伝達される力を例えばエンジン負圧により増幅し、該増幅した力によりマスタシリンダM/Cを作動させることで、運転者の踏力をアシストする。なお、モータ駆動力や油圧によりブレーキ操作力を補助する電動ブースタや油圧ブースタを用いてもよい。

リザーバRESは、ブレーキ液を貯留するリザーバタンクであり、マスタシリンダM/Cおよび第２ブレーキ回路２に接続されている。

マスタシリンダM/Cは、倍力装置BSから伝達される力に比例したマスタシリンダ圧を発生する。マスタシリンダM/Cはタンデム型であり、前後方向に並んだ２つのマスタシリンダピストンによって、シリンダの中に２つの液圧室（加圧室）が隔成されている。２つの液圧室は、それぞれ別々にリザーバRESからブレーキ液の供給を受ける。一方の液圧室は、第１ブレーキ回路１Ａ、すなわち第１ブレーキ回路１の前左輪FL側の系統に接続されている。他方の液圧室は、第１ブレーキ回路１Ｂ、すなわち第１ブレーキ回路１の前右輪FR側の系統に接続されている。

また、マスタシリンダM/Cは、２つのマスタシリンダピストンにより隔成された２つの背圧室を有している。これらの背圧室はそれぞれリザーバRESに連通している。

ブレーキペダルBPが踏み込まれると、上記２つのマスタシリンダピストンがストロークし、上記２つの液圧室に同じマスタシリンダ圧を発生する。このマスタシリンダ圧が、それぞれ第１ブレーキ回路１Ａ、１Ｂに供給される。なお、各マスタシリンダピストンの外周には周知のカップ状シール部材が設けられており、ピストンストローク時には、このシール部材により各液圧室とリザーバRESとの連通が遮断されることで、各液圧室内の加圧が可能となる。

一方、ブレーキペダルBPが戻されると、各マスタシリンダピストンが戻しバネの力で初期位置に戻される。このとき、上記シール部材の構造により、マスタシリンダM/Cの液圧室（加圧室）とリザーバRESが連通する。

リザーバRES側を上流とし、ホイルシリンダ５側を下流とすると、第１ブレーキ回路１Ａ、１Bの下流側の端には、それぞれホイルシリンダ５ａ，５ｂが接続されている。また、第１ブレーキ回路１Ａ、１B上には、それぞれ第１増圧制御弁６ａ，６ｂが設けられている。

第１増圧制御弁６ｂより上流側の第１ブレーキ回路１Bには、マスタシリンダ圧を検出するマスタシリンダ圧センサ１３が設けられている。

第１増圧制御弁６は常開の電磁弁であり、コイルに流される電流によりバルブ開度が比例的に変化する、いわゆる比例弁である。第１増圧制御弁６ａ、６ｂは、コントロールユニットCUからの指令電流により開閉動作を行い、それぞれ第１ブレーキ回路１Ａ、１Bを連通・遮断する。マスタシリンダ圧がホイルシリンダ５ａ、５ｂの圧力（ホイルシリンダ圧）より高いときは、開弁することでマスタシリンダ圧をホイルシリンダ５ａ、５ｂに供給し、閉弁することで上記供給を遮断する。一方、ホイルシリンダ圧がマスタシリンダ圧より高いときは、開弁することでホイルシリンダ圧をマスタシリンダM/Cに供給し、閉弁することで上記供給を遮断する。

リザーバRESに接続された第２ブレーキ回路２の下流側には、ポンプPが接続されている。ポンプPは、リザーバRESから吸い上げたブレーキ液を下流側（第２増圧制御弁７ａ〜７ｄ）へ高圧で供給する。モータMは、整流子・ブラシ付のDCモータであり、コントロールユニットCUからのデューティ比信号に基づき回転数制御され、ポンプPを駆動する。

ポンプPの下流側の第２ブレーキ回路２には、下流側から上流側（ポンプP）へのブレーキ液の流れを防止するチェック弁９が設けられている。

第２ブレーキ回路２は、チェック弁９の下流側で、前輪側の系統である第２ブレーキ回路２Ａおよび後輪側の系統である第２ブレーキ回路２Bに分岐している。第２ブレーキ回路２Ａの下流側は油路２ａ、２ｂに分岐している。同様に、第２ブレーキ回路２Bの下流側は油路２ｃ、２ｄに分岐している。油路２ａ、２ｂは、それぞれ第１増圧制御弁６ａ、６ｂの下流側の第１ブレーキ回路１A、１Bに接続されており、第１ブレーキ回路１A、１Bを介して前輪側のホイルシリンダ５ａ、５ｂに接続されている。油路２ｃ、２ｄは、それぞれ後輪側のホイルシリンダ５ｃ、５ｄに接続されている。

油路２ａ〜２ｄ上には、それぞれ第２増圧制御弁７ａ〜７ｄが設けられている。第２増圧制御弁７ａ〜７ｄはいずれも常閉の比例電磁弁であり、コントロールユニットCUからの指令電流により開閉動作を行い、それぞれ油路２ａ〜２ｄを連通・遮断する。開弁することでポンプ吐出圧をホイルシリンダ５ａ〜５ｄに供給し、閉弁することで上記供給を遮断する。

以上のように、前輪FL,FRのホイルシリンダ５ａ、５ｂには、第1ブレーキ回路1を介してマスタシリンダM/Cが接続されているだけでなく、第2ブレーキ回路２を介してポンプPが接続されている。一方、後輪RL,RRのホイルシリンダ５ｃ、５ｄには、第1ブレーキ回路1を介してマスタシリンダM/Cが接続されておらず、第2ブレーキ回路２を介してポンプPのみが接続されている。

第２増圧制御弁７ａ〜７ｄの下流側には、それぞれ油路３ａ〜３ｄの一端が接続されている。油路３ａ〜３ｄの他端は、ポンプPの上流側の第２ブレーキ回路２に接続されており、油路３ａ〜３ｄは第２ブレーキ回路２を介してリザーバRESに接続されている。油路３ａ〜３ｄ上には、それぞれ減圧制御弁８ａ〜８ｄが設けられている。「ホイルシリンダ５ａ〜５ｄ（→油路２ａ〜２ｄ→油路３ａ〜３ｄ）→減圧制御弁８ａ〜８ｄ（→油路３ａ〜３ｄ→第2ブレーキ回路２）→リザーバRES」により、ブレーキ液をホイルシリンダ５からリザーバRESに戻すリターン回路が形成されている。

前輪側に設けられた減圧制御弁８ａ、８ｂは常閉の比例電磁弁であり、後輪側に設けられた減圧制御弁８ｃ、８ｄは常開の比例電磁弁である。減圧制御弁８ａ〜８ｄは、コントロールユニットCUからの指令電流により開閉動作を行い、それぞれ油路３ａ〜３ｄを連通・遮断する。開弁することでブレーキ液をホイルシリンダ５ａ〜５ｄからリザーバRESに戻し、ホイルシリンダ圧を抜き減圧する。

ポンプPとチェック弁９との間の第２ブレーキ回路２には、リリーフ用の油路４の一端が接続されている。油路４の他端は、減圧制御弁８ａ〜８ｄの上流側の油路３ａ〜３ｄ（のいずれか）に接続されており、油路４は油路３ａ〜３ｄ（のいずれか）および第２ブレーキ回路２を介してリザーバRESに接続されている。なお、油路４をポンプPの上流側のブレーキ回路２に直接接続してもよい。油路４上には、リリーフ弁１１が設けられている。リリーフ弁１１は、ポンプ圧が所定値（例えば本油圧回路の所定耐圧）以上となった場合に開弁し、ポンプPの吐出側をリザーバRESに連通させる。これによりポンプ圧をリザーバRESに開放し、ポンプ圧が上記所定値以上になることを防止する。

各車輪FR,FL,RR,RLに対応する第２増圧制御弁７ａ〜７ｄの下流側には、ホイルシリンダ５ｂ〜５ｄの圧力（ホイルシリンダ圧＝ブレーキ液圧）を検出するホイルシリンダ圧センサ14a〜14dが設けられている。

コントロールユニットCUは、ストロークセンサ１２、マスタシリンダ圧センサ１３、ホイルシリンダ圧センサ１４から入力される検出値、および車両側から入力される走行状態に関する情報に基づき情報処理を行い、第１、第２増圧制御弁６，７、減圧制御弁８、およびモータMを制御する。

ホイルシリンダ圧の制御においては、ブレーキ操作状態に基づき運転者の要求制動力を算出する。ブレーキ操作状態はストロークセンサ１２により検出する。なお、マスタシリンダ圧センサ１３やブレーキスイッチにより検出することとしてもよい。この要求制動力と車両側から送られる走行状態に関する情報（車両側の要求制動力）、およびホイルシリンダ圧センサ１４により検出されたホイルシリンダ圧に基づき、ホイルシリンダ圧の目標値を演算する。この目標値に基づいて各ホイルシリンダ５ａ〜５ｄに制御液圧を付与することで、通常ブレーキのほか、ABS制御や自動ブレーキ制御を実行可能である。

ここで、通常ブレーキとは、運転者のブレーキ操作に応じた制動力（ホイルシリンダ圧）を各輪に発生させる制御である。ABS制御は、運転者のブレーキ操作時に車輪がロック傾向になったことを検知すると、当該車輪につき、ロックを防止しつつ最大の制動力を発生させるようホイルシリンダ圧の減圧・保持・増圧を繰り返す制御である。また自動ブレーキ制御には、車両旋回時に過オーバーステアや過アンダーステアとなったことを検出すると、所定輪のホイルシリンダ圧を制御して車両姿勢の安定を図る車両運動制御や、車間距離制御、衝突回避制御等で実行されるブレーキ制御がある。また、運転者の緊急ブレーキ操作時に実際にマスタシリンダM/Cで発生する圧力よりも高い圧力をホイルシリンダ５で発生させるブレーキアシスト制御も含まれる。

上記のように後輪RL,RR側では、常に第2ブレーキ回路２（ポンプ圧）によってのみホイルシリンダ圧が増圧される。すなわち、自動ブレーキ制御等の制御ブレーキ時だけでなく、通常ブレーキ時にも、モータMによりポンプPを駆動して後輪側の制動力を発生させる。なお、前輪FL,FR側では、第1、第2ブレーキ回路１，２が独立して設けられることで、運転者操作による増圧（通常ブレーキ）と液圧源による増圧（ABS制御や自動ブレーキ制御）の干渉が防止され、良好な制御性およびペダルフィールが確保されている。

（ホイルシリンダ圧制御）
次に、具体的なホイルシリンダ圧制御の流れを説明する。図２は、通常ブレーキ時、自動ブレーキ制御時およびABS制御時における、後輪RL,RRのホイルシリンダ圧制御のフローチャートを示す。

ステップS1では、運転者および車両側の要求制動力の演算結果に基づき、後輪の各ホイルシリンダ５ｃ、５ｄ毎に、ホイルシリンダ圧を制御するか否かを判断する。制御する場合、要求制動力に基づき演算されたホイルシリンダ圧目標値の入力を受けてS2へ移行し、制御しない場合、S8へ移行する。なおABS制御では、ホイルシリンダ圧の検出値に基づき路面μを推定し、所定のタイヤモデルに基づき、当該輪のロックを防止しつつ最大の制動力を得ることができるホイルシリンダ圧を、目標値として演算する。

S2では、ホイルシリンダ圧の目標値と検出値に基づき、制御を行う輪のホイルシリンダ圧を増圧するか否かを判断する。増圧する場合、S3へ移行し、増圧しない場合、S9へ移行する。

S3では、増圧制御を行う輪の第２増圧制御弁７ｃ、７ｄを開き、第２ブレーキ回路２（油路２ｃ、２ｄ）を連通させる。また、減圧制御弁８ｃ、８ｄを閉じる。その後、S4へ移行する。

S4では、モータMの回転を制御してポンプPを駆動する。S3,S4により、当該輪につきポンプ圧が第２ブレーキ回路２を介してホイルシリンダ５ｃ、５ｄに供給されることでホイルシリンダ圧が増圧される。

S5では、ホイルシリンダ圧が目標値に到達したか否かを判断する。この判断は、ホイルシリンダ圧センサ１４で検出された値に基づき行う（以下、同様）。目標値に到達した場合、S6へ移行する。到達していない場合、S3へ戻り、引き続きホイルシリンダ５の増圧を行う。

S6では、当該輪の第２増圧制御弁７ｃ、７ｄを閉じ、第２ブレーキ回路２（油路２ｃ、２ｄ）を遮断する。また、モータMをオフし、ポンプPの駆動を停止して、ホイルシリンダ圧の増圧を終了する。その後、S7へ移行する。

S7では、S1と同様にして、当該輪のホイルシリンダ圧を引き続き制御するか否かを判断する。制御を続ける場合、ホイルシリンダ圧目標値の入力を受けてS2へ戻る。終了する場合、S8へ移行する。

S8では、当該輪の第２増圧制御弁７を閉じ、減圧制御弁８を開き、（いずれの輪も増圧しないときは）モータMをオフとする。これにより第２ブレーキ回路２を遮断し、リザーバRESとホイルシリンダ５とを連通させ、ホイルシリンダ圧をリザーバRESに抜き減圧する。これにより制御フローを終了する。

S9では、制御対象輪のホイルシリンダ圧を減圧するか否かを判断する。減圧する場合、S10へ移行し、減圧しない場合、S13へ移行する。

S10では、減圧制御を行う輪の第２増圧制御弁７ｃ、７ｄを閉じ、第２ブレーキ回路２（油路２ｃ、２ｄ）を遮断する。また、減圧制御弁８ｃ、８ｄを開き、ホイルシリンダ圧をリザーバRESに抜き減圧する。その後、S11へ移行する。

S11では、ホイルシリンダ圧が目標値に到達したか否かを判断する。目標値に到達した場合、S12へ移行する。到達していない場合、S10へ戻り、引き続きホイルシリンダ５の減圧を行う。

S12では、減圧制御弁８を閉じ、リザーバRESとホイルシリンダ５との間を遮断することで、ホイルシリンダ圧の減圧を終了する。その後、上記S7へ移行する。

S13では、制御対象輪の第２増圧制御弁７ｃ、７ｄおよび減圧制御弁８ｃ、８ｄを閉じ、ホイルシリンダ圧を増圧も減圧もしない、すなわち保持する。その後、上記S7へ移行する。

前輪側のホイルシリンダ圧制御も基本的に後輪側と同様である。後輪側との相違点は、ホイルシリンダ圧制御を実行しない場合（S1でNOのとき）は、S8と異なり、第1増圧制御弁６を開き、第2増圧制御弁７および減圧制御弁８を閉じ、モータをオフとする。これにより、第１ブレーキ回路１（油路１Ａ、１Ｂ）が連通され、第１増圧制御弁６を介してマスタシリンダ圧がホイルシリンダ５に供給されうる。すなわち運転者操作によりホイルシリンダ圧が増圧される通常ブレーキモードとなる。

一方、自動ブレーキ制御等を行うために、ホイルシリンダ圧制御を開始する場合（S1でYESのとき）は、第1増圧制御弁６を閉じ、上記S2〜S7，S9〜S13のステップによりホイルシリンダ圧制御を実行する。制御を終了するときは、S8の代わりに、第1増圧制御弁６を開き、第2増圧制御弁７および減圧制御弁８を閉じ、モータをオフとすることで、通常ブレーキモードとなる。

（モータ制御）
次に、上記S4で実行されるモータ制御の内容を説明する。

モータMの制御方法としては、スイッチングによりモータMの実効電圧をコントロールするPWM（パルス幅変調）制御を実行する。具体的には、コントロールユニットCUに設けられたモータ駆動回路におけるスイッチング素子SW（駆動素子）のオン・デューティ比（スイッチング周期に対するオン時間の割合）を変化させる。スイッチング素子SWは自動車に搭載された電源（バッテリBATT）に接続されており、スイッチングにより、モータMに加わる実効電圧をデューティ制御する。

コントロールユニットCUは、目標デューティ比D*を設定してこれを出力することで、モータMの回転数を制御する。目標デューティ比D*は、モータの回転状態（回転が安定した状態におけるモータ回転数Nm）を目標（Nm*）と一致させるデューティ比であり、モータMの仕様に基づき目標モータ回転数Nm*に応じて予め設定されている。例えば目標モータ回転数Nm*が高い場合、目標デューティ比D*を大きく設定してモータMに加える電圧VおよびモータMに流す電流iを大きくする。ここで、目標モータ回転数Nm*はポンプPの要求吐出圧に基づき演算され、この要求吐出圧はホイルシリンダ圧目標値に基づき演算される。

図３は、コントロールユニットCUによるモータ駆動制御の流れを示す。S42〜S45でモータ駆動開始時の立ち上がり制御を実行する。

S41では、モータが停止状態であるか否かを判断する。停止状態のときはS42へ移行し、回転中であるときはS46へ移行する。停止状態であるか否かは、このS41の実行が最初であるか否かにより判断し、最初である場合は停止状態と判断し、２回目以降である場合は回転中と判断する。

S42では、目標デューティ比D*以上の初期デューティ比D₀をモータ駆動回路に出力し、S43へ移行する。以下、本実施例１では初期デューティ比D₀を１００％とし、目標デューティ比D*が８０％に設定されているものとする。

S43では、所定時間Δt（s）が経過したか否かを判断する。経過しているときはS44へ移行し、経過していないときはS42へ戻る。
所定時間Δtは、初期デューティ比D₀に基づき、以下のように算出される。まず、モータ停止状態における等価式を、
V=Ri+Ldi/dt・・・（１）
とする。Vは、デューティ比Dに応じてモータMに印加される電圧であり、初期デューティ比D₀（=１００％）のときバッテリ電圧E（例えば１２Ｖ）に等しい（V=E）。iはモータ電流、すなわちモータMに流れる電流の値である。di/dtは電流値iの時間変化である。RはモータMの巻線抵抗、LはモータMのインダクタンスである。V, R, Lは定数として求められる。

これらの定数V, R, Lを上記（１）式に代入して、tについて解く。すなわち、電流値iを時間tの関数として求める。そして、初期デューティ比D₀の出力開始後、電流値iがゼロから許容電流値imaxとなるまでの時間tをΔtとして求める。許容電流値imaxは、スイッチング素子SWやモータブラシ等の製品規格により定まる定格電流の値であり、本実施例１のシステムで使用できる最大の電流値である。なお、Δt経過後、モータ回転数Nmの発生により若干の逆起電圧V(逆)が生じて（１）式のVがE未満となるため、Δt経過後の実際の電流値iは、許容電流値imaxよりも若干小さくなる。

最初にS44を実行するとき、モータ駆動回路に出力するデューティ比DをD₀（=１００％）からN（％）まで下げる。その後、S45へ移行する。

Nは、予め設定されたデューティ比であり、モータMの巻線抵抗値Rと許容電流値imaxとを積算して算出される電圧（R×imax）に相当する。すなわち、デューティ比Nが出力されるときの電圧をV(N)とすると、
V(N)≦（R×imax）・・・（２）
を満たす最大のデューティ比Nを決定する。

ここで、Δt経過後の逆起電圧V(逆)により（２）式のV(N)が（R×imax）未満となるため、上記決定されたデューティ比Nが出力されるときの実際の電流値iは、許容電流値imaxよりも若干小さくなる。なお、後述する（３）式に基づきΔt経過後のモータ回転数Nmおよび逆起電圧V(逆)を算出し、｛V(N)−V(逆)｝≦（R×imax）に基づきデューティ比Nを決定することとしてもよい。この場合、演算ロジックは複雑になるものの、制御精度をより向上できる。

S45では、S44で出力したデューティ比D（初回はN）と目標デューティ比D*とを比較する。DがD*より大きいときは立ち上がり制御を終了し、S46へ移行する。一方、DがD*以下であるときはS44へ戻る。

２回目以降にS44を実行するときは、前回出力したデューティ比Dに所定値α（＞０）を加算して今回のデューティ比Dを算出し、これを出力する。その後、S45へ移行する。このように、D*＞Nの場合、S44、S45では、出力するデューティ比Dを所定の比率αでNからD*まで徐々に上げていく。

αは予め設定された値であり、モータ回転数Nm（rad/s）の時間変化dNm/dtの最大値である。αは以下のように算出される。まず、負荷が掛かった状態で回転中のモータMの等価式を、
Τ_M＝μNm＋JdNm/dt＋Τ_L・・・（３）
とする。ここで、Τ_M（N・m）はモータMが発生する出力トルクであり（1N＝1kg・m/s²）、モータ電流iにより決定される。μはモータMの軸に発生する摩擦係数、J（kg・m²）はモータ回転子の慣性モーメントであり、それぞれモータMの仕様により定まる定数である。dNm/dt（rad/s²）はモータMの回転加速度、Τ_L（N・m）はモータMの負荷トルクである。負荷トルクΤ_Lは条件によって変化するため、ワースト条件で最大負荷を推定または実測により求める。上記（３）式をdNm/dtについて解き、dNm/dtの最大値をαとして求める。

出力トルクΤ_Mは、モータ電流iがimaxのとき（許容範囲内で）最大となり、このときdNm/dtが最大値αをとることが可能となる。よって、imaxに相当するΤ_M を用いて上記（３）式をdNm/dtについて解き、その最大値をαとして求める。imaxに相当するΤ_Mに基づき求めた比率αで、出力するデューティ比Dを徐々に上げていけば、モータ電流iがimax付近に維持されるとともに出力トルクΤ_Mは最大となり、dNm/dtすなわちモータ回転数Nmの上昇勾配も最大となる。言い換えるとαは、モータ電流iが許容電流値imax以下となるデューティ比変化勾配の最大値である。

ここで、負荷トルクΤ_Lはワースト条件により最大値に設定されているため、実際に負荷トルクの変動が生じてもモータ電流iがimaxを超えることはない。また、モータ回転数Nmの上昇に応じて逆起電圧V(逆)が発生するため、実際の出力トルクΤ_Mはimaxに相当する最大トルクよりも小さくなり、実際のモータ電流iはimaxよりも若干小さくなる。ここで、imaxに相当するΤ_Mに対してV(逆)分を補正し、Τ_MをNmの関数として再設定した上で、このΤ_Mを用いて算出したαに基づきデューティ比Dを徐々に上げていくこととしてもよい。この場合、演算ロジックは複雑になるものの、デューティ比Dを徐々に上げていく間、実際のモータ電流iをimaxに極力近づけることができる。

S46では、目標デューティ比D*、すなわちポンプPの要求吐出圧に応じたデューティ比Dを出力する。その後、S5へ移行する。

なお、初めから目標デューティ比D*がN以下に設定されているときは、S44を一回実行した時点ですでにS45のYES条件が満たされるため、S44を繰り返し実行することなくS46に移行する。すなわち、所定時間Δtだけ初期デューティ比D₀を出力した後、目標デューティ比D*（≦N）を出力する。

［実施例１の作用］
自動ブレーキ制御等の制御ブレーキ時にのみポンプを作動させてホイルシリンダ圧を増圧する従来のブレーキ装置では、モータの駆動頻度は低い。しかし、通常ブレーキ時であっても、運転者のブレーキ操作毎にポンプPを作動させて後輪側のブレーキ液圧を発生する本実施例１のブレーキ装置では、モータMの駆動頻度が高い。このようなブレーキ装置においては特に、突入電流を抑制してモータMのブラシやスイッチング素子SWの耐久性を向上することと、制御要求に対するモータMの回転上昇を速めてモータ駆動の応答速度を確保することとを両立できるモータ制御装置が望まれていた。

本実施例１のモータ制御装置は、モータMの停止状態からモータ駆動制御を開始する際、出力するデューティ比Dを、所定時間Δtだけ目標デューティ比D*以上の初期デューティ比D₀とし、その後、所定値Nまで低下させた後、D*に一致させる立ち上がり制御を実行する。これにより、突入電流を抑制しつつモータ駆動の応答速度を確保できる。

図４は、従来例と実施例1の作動を比較したタイムチャートである。従来例１を二点鎖線、従来例２を一点鎖線で示し、本実施例１を実線で示す。

従来例１は、モータ駆動指令がオフからオンに切り替わってモータの停止状態からモータ駆動制御を開始する際、目標モータ回転数Nm*に応じて設定された目標デューティ比D*（８０％）を初めからそのまま出力し続ける（時刻t1〜t6）。モータにはD*に応じた電圧が印加される。回転初期には大きなエネルギー（トルク）を必要とし、逆起電圧も小さいため、モータ電流iが急速に増大し、許容電流値imaxを超える過大なモータ電流i（突入電流）が発生する（時刻t2〜t4）。一方、モータ電流i（トルク）の増大に対応して、モータ回転数NmがNm*まで上昇する（時刻t1〜t3）。一旦回転し始めると、その後は逆起電圧が増大するため、モータ電流iは、目標モータ回転数Nm*を維持するために必要な電流値i(80)まで徐々に下がる。

従来例２は、モータの停止状態からモータ駆動制御を開始する際、デューティ比（モータへの印加電圧）を０％から目標デューティ比D*（８０％）に向けて漸増させる（時刻t1〜t4）。これに応じてモータ電流iが緩やかに増大し、突入電流の発生が防止される。一方、モータ電流i（トルク）の緩やかな増大に対応して、モータ回転数NmがNm*まで緩やかに上昇する（時刻t1〜t5）。よって、従来例１に比べると、従来例２におけるモータ回転数Nmの制御開始直後の上昇勾配は小さく（時刻t1〜t2）、Nm*に達するまでの時間（時刻t1〜t5）は長い。言い換えれば、従来例２では、回転初期に必要なエネルギーを十分に与えることができず、モータ回転数Nmの立ち上がり（応答速度）が遅れる。

本実施例１は、モータMの駆動指令があると、まず、所定時間Δtが経過するまで、初期デューティ比D₀＝100％を出力する（時刻t1〜t2）。D₀に応じた電圧V＝Eが印加されることで、モータ電流iが許容電流値imaxに向けて急速に増大する。これに対応して、モータ回転数Nmが、従来例１と同様の大きな勾配・速度で上昇する（時刻t1〜t2）。Δtが経過した時刻t2では、モータ電流iがimaxより若干小さな値となる。

時刻t2で、デューティ比DをD₀＝100％からN%まで下げる。Nは、モータ電流iをimax以下に維持することができるデューティ比であるため、このときモータ電流iがimaxを超えることはない。

時刻t2以後、所定の傾きαでデューティ比DをNから漸増させていく。これにより、imaxを超えない値にモータ電流iが維持されるとともに、モータ回転数Nmの上昇勾配が最大に維持される。すなわち、時刻t2以後も、突入電流が発生することなく、モータ回転数Nmが従来例１と同様の大きな勾配・速度で上昇する（時刻t2〜t3）。一方、モータ電流iは、目標モータ回転数Nm*を維持するために必要な電流値i(80)まで徐々に下がる。

時刻t4の近傍で、モータ電流iが電流値i(80)に収束する。また、時刻t4で、デューティ比Dが目標デューティ比D*に達する。これにより立ち上がり制御を終了し、目標デューティ比D*を出力し続ける（時刻t4〜t6）。

なお、目標デューティ比D*が初めからN以下に設定されていた場合にも、モータ電流をimax以下に維持して突入電流を防止しつつ、制御開始後の大きな立ち上がり勾配を確保できることは言うまでもない。

図５は、停止状態からモータ駆動を開始する際のモータ回転数Nmの立ち上がり（応答速度）について、本実施例１と従来例２とを比較したグラフである。本実施例１に比べると、従来例２におけるモータ回転数Nmの制御開始直後の上昇勾配は小さく、所定のモータ回転数Nmに達するまでの時間は本実施例１よりも長い。言い換えれば、従来例２では、モータ駆動指令後のモータ回転数Nmの立ち上がり（応答速度）が遅れる。

これに対し、本実施例１では、モータ回転数Nmの制御開始直後の上昇勾配は大きく、所定のモータ回転数Nmに達するまでの時間は短い。言い換えれば、モータ駆動指令後のモータ回転数Nmの立ち上がり（応答速度）が速い。よって、モータMにより駆動されるポンプPの仕事量が確保され、ホイルシリンダ圧の制御指令後、速やかに実ホイルシリンダ圧が目標ホイルシリンダ圧に追従する（図４参照）。

［実施例１の効果］
以下、本実施例１から把握される本発明のモータ制御装置およびブレーキ装置の作用効果を列挙する。

（１）ブラシ付のモータMと、モータMを駆動するスイッチング素子SW（駆動素子）と、モータMの回転状態を目標デューティ比D*に基づき制御するコントロールユニットCUと、を備え、コントロールユニットCUは、モータ停止状態から回転制御を開始する際に、出力するデューティ比Dを所定時間Δtだけ目標デューティ比D*以上（初期デューティ比D₀）とし、その後、所定値Nとした後、目標デューティ比D*に一致させることとした。

すなわち、モータMに対して目標デューティ比D*(例えば８０％）を与える前に、目標デューティ比D*以上の初期デューティ比D₀（例えば100％）を出力し、モータ駆動開始時の出力トルクΤ_Mを大きくする立ち上がり制御を実行する。これにより、モータ駆動開始時に、モータMを円滑に（迅速に）回転させることができ、応答速度を上昇できる。また、所定時間Δt経過後は、出力するデューティ比Dを所定値Nとし、その後、目標デューティ比D*に一致させる。これにより、モータ駆動開始時の突入電流を抑制できる。

言い換えると、モータ電流iを予め設定された許容電流値imaxまで増大させ、その後、目標モータ回転数Nm*を実現する電流値i(80)に一致させる。imaxまで増大させることで、モータ駆動開始時の出力トルクΤ_Mを大きくし、制御開始直後の応答性を確保できる。また、imaxまで増大させた後はi(80)に一致させることで、制御開始時の突入電流を抑制できる。したがって、モータMのブラシの摩耗や駆動素子の発熱を抑えて装置の耐久性を向上できると同時に、モータ駆動制御の応答性を向上できる、という効果を有する。

なお、本実施例１では、D₀として100％を設定したが、D*以上のデューティ比であればよく100％に限られない。D₀が100％であればモータ電流iの立ち上がりが速く、上記立ち上がり制御をより簡単かつ確実に実行できる。

（２）上記所定時間Δtは、モータ電流iが予め設定された許容電流値imax以下となる時間であることとした。

よって、制御開始時の突入電流の発生を確実に抑制できる。また、モータ電流iを小さく抑えることができるため、駆動素子として安価なものを用いることが可能となり、コストダウンを図ることができる、という効果を有する。

（３）上記所定値Nは、モータ電流iが許容電流値imax以下となるデューティ比であることとした。

よって、上記（２）と同様の効果を有する。

（４）目標デューティ比D*を上記所定値Nよりも大きい値に設定した場合、出力するデューティ比Dを上記所定値Nまで低下させた後、モータ電流iが許容電流値imax以下となる最大勾配αで、目標デューティ比D*まで漸増させることとした。

すなわち、モータMの停止状態から回転制御を開始する際に、出力するデューティ比Dを所定時間Δtだけ目標デューティ比D*以上の初期デューティ比D₀とし、その後、所定値N（＜D*）まで低下させた後、目標デューティ比D*まで漸増させることとした。漸増させるときのデューティ比変化勾配αは、モータ電流iが許容電流値imax以下となる最大勾配であるため、モータ電流iがimax付近に維持されるとともに出力トルクΤ_Mは最大となり、dNm/dtすなわちモータ回転数Nmの上昇勾配も最大となる。よって、上記（２）と同様の効果を有する。

（５）また、本実施例１のブレーキ装置は、上記（１）〜（４）のモータ制御装置と、モータMにより作動し、車両のホイルシリンダ５を加圧する液圧源（ポンプP）と、を有する。

このように、本発明のモータ制御装置を、モータMにより作動し、車両のホイルシリンダ５を加圧する液圧源（ポンプP）を有するブレーキ装置に適用することで、モータMの突入電流を抑制しつつ、ホイルシリンダ圧の制御指令に対する昇圧応答速度を向上できる、という効果を有する。なお、上記液圧源として、ポンプPに限らず他のアクチュエータを用いてもよい。

（６）具体的には、運転者のブレーキ操作に応じて液圧源（ポンプP）を作動させるブレーキ装置に本発明のモータ制御装置を適用した。

すなわち、運転者のブレーキ操作毎にポンプPを作動させて後輪側のブレーキ液圧を発生する本実施例１のブレーキ装置では、モータMの作動頻度が高い。このようなブレーキ装置に本発明のモータ制御装置を適用することで、上記（５）の効果をより効果的に得ることができ、ブレーキ装置の制御性を向上できる。

［他の実施例］
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は実施例１に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。

例えば、実施例１では、第１、第２増圧制御弁６，７、および減圧制御弁８として、電流値によりバルブ開度が比例的に変化するいわゆる比例弁を用いたが、バルブ開度が開と閉の２位置のみとる、いわゆるオン・オフ弁を用いることとしてもよい。また、例えば第１増圧制御弁６はオン・オフ弁であり、第２増圧制御弁７および減圧制御弁８は比例弁である、というように、オン・オフ弁と比例弁とを組み合わせて用いてもよい。

本発明のモータ制御装置を、実施例１の油圧回路構成（図１）だけでなく、他の油圧回路構成を有するブレーキ装置に適用することとしてもよい。

本発明のモータ制御装置が適用されたブレーキ装置の油圧回路構成を示す。 ホイルシリンダ圧制御のフローチャートを示す。 モータ駆動制御（立ち上がり制御）のフローチャートである。 モータ駆動制御のタイムチャートである。 モータ駆動制御におけるモータ回転数の立ち上がりを示すグラフである。

符号の説明

M モータ
SW スイッチング素子（駆動素子）
CU コントロールユニット

Claims (1)

1. 運転者のブレーキ操作に応じて液圧源を作動させ、車両のホイルシリンダを加圧してブレーキ操作力に応じた要求制動力を発生させるブレーキ装置であって、
   前記液圧源を駆動するためのブラシ付のモータと、
   前記モータを駆動する駆動素子と、
   前記モータの回転状態を目標デューティ比に基づき制御するコントロールユニットと、を備え、
   前記コントロールユニットは、モータ停止状態から前記モータの制御を開始する際に、
   前記目標デューティ比以上の初期デューティ比を、該初期デューティ比の出力により前記モータに流れる電流が定格電流まで増大する時間として予め設定された所定時間だけ出力した後、
   出力するデューティ比を前記目標デューティ比に一致させるにあたり、
   前記モータに流れる電流が前記定格電流以下となるように予め設定された所定デューティ比よりも、前記目標デューティ比が大きい場合、出力するデューティ比を前記所定デューティ比まで低下させた後、前記目標デューティ比まで上昇させ、
   前記目標デューティ比が前記所定デューティ比以下である場合、出力するデューティ比を前記目標デューティ比とすること
   を特徴とするブレーキ装置。

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