JP5883836B2 - 電動ブレーキ装置 - Google Patents

Description

本発明は、バイ・ワイヤ式のブレーキシステムに適用できる電動ブレーキ装置に関する。

バイ・ワイヤ（By Wire）式の電動ブレーキシステムは、ペダルストローク量などのドライバ入力を用いて目標のブレーキ圧を算出して、各種アクチュエータにより液圧を発生させて目標液圧を実現している。
電動ブレーキシステムにおいて、ブレーキ液圧を発生させるアクチュエータとして、電動モータが用いられている。この電動モータには、ロータに永久磁石を配置し、コイルをインバータで駆動するＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータが使用される場合がある（例えば、特許文献１参照）。ＩＰＭモータは、コイルと永久磁石の吸引力／反発力に起因するマグネットトルクに加えて、ステータ・ロータ間ギャップの磁気抵抗の変化により発生するリラクタンストルクを得ることができる。このため、ＩＰＭモータは、高出力性能が要求される用途、例えば、ハイブリット車等の電動車両の走行用モータに好適である。また、運転者の制動操作に応じた液圧を発生させる電気的液圧発生手段を駆動するモータに使用可能である。

ＩＰＭモータのトルクは、マグネットトルクとリラクタンストルクの合成トルクであり、両者はそれぞれ進角値の関数となっている。ＩＰＭモータは、マグネットトルクとリラクタンストルクとを合成した合成トルクが最大となるように電流位相を設定する必要がある。
上記リラクタンストルクを発生させるために、センサの取り付け位置を機械的にオフセット（進角量）する進角制御が用いられる。この進角制御は、ＩＰＭモータの位置を特定するホールセンサなどの取り付け位置を、機械的にオフセットすることにより実施される。適切な進角を発生させるオフセットは良く検討されている。すなわち、角度センサ取り付けオフセットをリラクタンストルクが最大になる角度分オフセットさせて取り付けることで、ＩＰＭモータの最大トルクを発生させることが可能になる。

特開２０１１−１４３８５０号公報

しかしながら、機械的オフセットによる進角制御にあっては、センサの取付位置の誤差によってオフセット量が変化してしまうことがある。オフセット量が変化した場合、進角制御の精度が低下してしまう虞がある。
また、機械的オフセットによる進角制御は、一定回転方向においてはトルクを増幅させる作用があるものの、回転を逆にすると遅角制御となり、発生可能トルクを減少させてしまう。例えば、ブレーキ圧力のアクチュエータとして、ＩＰＭモータを使用する際には、減圧と増圧とで共に制御を行う必要がある。どちらかの方向のトルク（合成トルク）を増幅させようとして、上記角度センサの取り付け位置の当該センサ取り付け進角をつけすぎると反対回転方向での制御性が悪化してしまうという課題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、トルクを最適に制御できる電動ブレーキ装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、運転者の制動操作に応じた液圧を電動機によって発生させる電気的液圧発生手段と、前記電動機の回転角を検出する回転角センサと、前記回転角に対応する前記電動機の出力トルクを制御する電動機制御手段と、を備え、前記回転角センサは、機械的進角制御のための機械的オフセットの位置に取り付けられ、前記電動機制御手段は、前記回転角センサの取り付けオフセット量の誤差に基づいて、前記回転角センサの検出値を電気的に進角させることによって前記電動機を制御することを特徴とする
。

請求項１記載の発明によれば、トルクを最適に制御できる電動ブレーキ装置を提供できる。また、機械的なオフセットの誤差などによる最大液圧の減少を低減させることができるので、進角制御の精度を向上させることができる。

請求項２記載の発明は、前記電動機制御手段は、前記電動機を逆回転させるときは前記進角を禁止することを特徴とする。

請求項２記載の発明によれば、逆回転時には進角をゼロにさせることによって逆回転の制御性を向上させることができる。

請求項３記載の発明は、前記電動機を駆動するインバータの電流位相を進める電気的な進角制御であることを特徴とする。

請求項３記載の発明によれば、トルクを最適に制御できる電動ブレーキ装置を提供できる。

本発明によれば、トルクを最適に制御できる電動ブレーキ装置を提供できる。

図１は、本発明の一実施形態に係る電動ブレーキ装置の車両における配置構成を示す図である。 本実施形態に係る電動ブレーキ装置の概略構成図である。 本実施形態に係る電動ブレーキ装置のモータ制御部の構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る電動ブレーキ装置の電動モータによる液圧の最大発生圧と機械的オフセットのオフセット量（進角量）の関係を示す図である。 本実施形態に係る電動ブレーキ装置のモータ制御部の電気的な進角制御を示すフローチャートである。 本実施形態に係る電動ブレーキ装置のモータ制御部の進角制御のサブルーチンである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
（実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る電動ブレーキ装置の車両における配置構成を示す図である。車両Ｖの前後左右の方向を図１に矢印で示す。電動ブレーキ装置１０は、例えば、エンジン（内燃機関）のみによって駆動される自動車、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車等を含む各種車両に対して搭載可能に設けられる。
本実施形態に係るビークルスタビリティアシスト装置１８（以下、ＶＳＡ装置１８という、ＶＳＡ；登録商標）を備えた電動ブレーキ装置１０は、通常時用として、電気信号を伝達してブレーキを作動させるバイ・ワイヤ（By Wire）式のブレーキシステムと、フェイルセイフ時用として、油圧を伝達してブレーキを作動させる旧来の油圧式のブレーキシステムとの双方を備えて構成される。

図１に示すように、ＶＳＡ装置１８は、マスタシリンダ装置１４及びモータシリンダ装置１６（外部圧力源）と接続されて電動ブレーキ装置１０を構成している。なお、電動ブレーキ装置１０は、前輪駆動車、後輪駆動車、四輪駆動車のいずれにも適用可能である。
マスタシリンダ装置１４は、ここでは右ハンドル車に適用し、ダッシュボード２の車幅方向の右側にボルト等を介して固定されている。なお、マスタシリンダ装置１４は、左ハンドル車に適用されるものであってもよい。

モータシリンダ装置１６は、例えば、マスタシリンダ装置１４とは逆側の車幅方向の左側に配置され、左側のサイドフレーム等の車体に取付用ブラケット（図示せず）を介して取り付けられている。モータシリンダ装置１６は、運転者のブレーキ操作に応じた電気信号だけではなく、他の物理量に応じた電気信号に基づいてブレーキ液圧を発生するように構成されていてもよい。他の物理量に応じた電気信号とは、例えば、自動ブレーキシステムのような、運転者のブレーキ操作によらずに、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）が車両Ｖの周囲の状況をセンサ等で判断して、車両Ｖの衝突等を回避するための信号などである。

ＶＳＡ装置１８は、例えば、ブレーキ時の車輪ロックを防ぐＡＢＳ（Antilock Brake System）機能、加速時などの車輪空転を防ぐＴＣＳ（Traction Control System）機能、旋回時の横すべりを抑制するＥＳＣ（Electronic Stability Control）機能などを備えて構成されている。ＶＳＡ装置１８は、例えば、車幅方向の右側の前端に、ブラケットを介して車体に取り付けられている。なお、ＶＳＡ装置１８は、ブレーキ時の車輪ロックを防ぐＡＢＳ機能のみを有する機能を備えていてもよい。
また、ＶＳＡ装置１８は、車両Ｖのダッシュボード２の前方に設けられたエンジンや走行用モータ等の構造物３が搭載される構造物搭載室Ｒに、配管チューブ２２ａ、２２ｂを介してマスタシリンダ装置１４と接続され、配管２２ｃ、２２ｄを介してモータシリンダ装置１６と接続され、マスタシリンダ装置１４とモータシリンダ装置１６と互いに分離して配置されている。

図２は、電動ブレーキ装置１０の概略構成図である。
説明に当たり、４個の車輪やそれらに対して配置された装置、部材（タイヤやサスペンション装置等）及び機能構成部、目標電流等の信号については、それぞれの装置、部材、機能構成部を示す数字の符号及び目標電流等の信号を示す英文字符号の後に、左前輪を示す符号ＦＬ、右前輪を示す符号ＦＲ、左後輪を示す符号ＲＬ、右後輪を示す符号ＲＲをそのまま付すか、添え字として付して、例えば、ホイールシリンダ３２ＦＲ、３２ＲＬ、３２ＲＲ、３２ＦＬと記載するとともに、総称する場合には、それらの符号を外して、例えば、ホイールシリンダ３２と記載する。

図２に示すように、電動ブレーキ装置１０は、ブレーキペダル１２により運転者が入力した踏力をブレーキ液圧に変換するマスタシリンダ３４、マスタシリンダ３４で発生したブレーキ液圧に応じて、又は、そのブレーキ液圧とは無関係にブレーキ液圧を発生させるモータシリンダ装置１６、ＶＳＡ装置１８、ディスクブレーキ機構３０ａ〜３０ｄなどを備える。モータシリンダ装置１６は、電動モータ７２の駆動力を受けてブレーキ液圧を発生させる第１及び第２のスレーブピストン７７ａ，７７ｂを備える。モータシリンダ装置１６は、運転者の制動操作に応じた液圧を電動モータ７２によって発生させる電気的液圧発生手段を構成する。

[電動モータ７２]
電動モータ７２は、例えばロータの内部に永久磁石を埋め込み、コイルをインバータで駆動するＩＰＭモータである。電動モータ７２は、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相とする）の巻線を有する中空形状のステータと、このステータの中空内部に配設され、複数極の永久磁石を有して回転するロータとを備えたブラシレスＤＣモータである。なお、ロータの表面に永久磁石を配設したＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）モータに適用してもよい。ＩＰＭモータは、マグネットトルクに加えて、リラクタンストルクを発生できる性質を有し、ＳＰＭモータよりも出力特性（高トルク特性（高加速性））及び効率（トルク変換効率）に優れている。ＩＰＭモータのトルクは、マグネットトルクとリラクタンストルクの合成トルクであり、合成トルクが最大となるように電流位相を設定する必要がある。例えば、電動モータ７２のロータの位置（ロータ回転角θ）及び回転速度を検出し、回転数検出信号のレベルに応じて、前記位置検出信号の位相を進角させた、いわゆる進角制御を行う。
なお、配管チューブ２２ａ〜２２ｆには、各部のブレーキ液圧を検出するブレーキ液圧センサＰｍ，Ｐｐ，Ｐｈが設けられている。また、ＶＳＡ装置１８は、ブレーキ液加圧用のポンプ１３６を備える。

ＶＳＡ装置１８は、ブレーキペダル１２に接続されたマスタシリンダ３４と各車輪のホイールシリンダ３２ＦＲ、３２ＲＬ、３２ＲＲ、３２ＦＬとの中間に設けられ、ブレーキフルードを加圧するポンプ及び各車輪のホイールシリンダ３２ＦＲ、３２ＲＬ、３２ＲＲ、３２ＦＬ液圧を個別に制御可能なソレノイドバルブ等を備えるハイドロ／ユニット（Ｈ／Ｕ）である。ＶＳＡ装置１８は、後記する制御装置２００によって制御される。

ＶＳＡ装置１８は、ブレーキペダル１２の踏み込み解除後においても制動力をブレーキペダル１２の踏み込み時と同様に発生させるブレーキホールド機能を備える。ブレーキホールド機能は、例えば、停車時（アイドルストップ中）にマスタシリンダ圧が所定のホールド液圧を下回った場合には、各ホイールシリンダ３２ＦＲ、３２ＲＬ、３２ＲＲ、３２ＦＬ液圧をホールド液圧以上に保持して再始動時における車両の動き出しを防止する。なお、アイドルストップ以外にも坂道で停車しているような場合などにおいても車両の動き出しを防止するため運転者がブレーキペダル１２を踏んでいるような制動力が付与されることがある。
ＶＳＡ装置１８は、右側前輪及び左側後輪のディスクブレーキ機構３０ａ、３０ｂ（ホイールシリンダ３２ＦＲ、ホイールシリンダ３２ＲＬ）を制御する第２ブレーキ系１１０ａと、右側後輪及び左側前輪のディスクブレーキ機構３０ｃ、３０ｄ（ホイールシリンダ３２ＲＲ、ホイールシリンダ３２ＦＬ）を制御する第１ブレーキ系１１０ｂを有する。

第２ブレーキ系１１０ａ及び第１ブレーキ系１１０ｂは、それぞれ同一構造からなるため、第２ブレーキ系１１０ａと第１ブレーキ系１１０ｂとで対応するものには同一の参照符号を付すと共に、第２ブレーキ系１１０ａの説明を中心にして、第１ブレーキ系１１０ｂの説明を括弧書きで適宜付記する。
第２ブレーキ系１１０ａ（第１ブレーキ系１１０ｂ）は、ホイールシリンダ３２ＦＲ、３２ＲＬ（３２ＲＲ、３２ＦＬ）に対して、共通する第１共通液圧路（供給液路）１１２及び第２共通液圧路（供給液路）１１４を有する。

第２ブレーキ系１１０ａは、導入ポート２６ａと第１共通液圧路１１２との間に配置されたノーマルオープンタイプのソレノイドバルブからなるレギュレータバルブ１１６と、レギュレータバルブ１１６と並列に配置され導入ポート２６ａ側から第１共通液圧路１１２側へのブレーキ液（作動液）の流通を許容する（第１共通液圧路１１２側から導入ポート２６ａ側へのブレーキ液の流通を阻止する）第１チェックバルブ１１８と、第１共通液圧路１１２と第１導出ポート２８ａとの間に配置されたノーマルオープンタイプのソレノイドバルブからなる第１インバルブ（常開式加圧弁）１２０と、を備える。

また、第２ブレーキ系１１０ａは、第１インバルブ１２０と並列に配置され第１導出ポート２８ａ側から第１共通液圧路１１２側へのブレーキ液の流通を許容する（第１共通液圧路１１２側から第１導出ポート２８ａ側へのブレーキ液の流通を阻止する）第２チェックバルブ１２２と、第１共通液圧路１１２と第２導出ポート２８ｂとの間に配置されたノーマルオープンタイプのソレノイドバルブからなる第２インバルブ（常開式加圧弁）１２４と、前記第２インバルブ１２４と並列に配置され第２導出ポート２８ｂ側から第１共通液圧路１１２側へのブレーキ液の流通を許容する（第１共通液圧路１１２側から第２導出ポート２８ｂ側へのブレーキ液の流通を阻止する）第３チェックバルブ１２６と、を備える。

また、第２ブレーキ系１１０ａは、第１導出ポート２８ａと第２共通液圧路１１４との間に配置されたノーマルクローズタイプのソレノイドバルブからなる第１アウトバルブ（常閉式減圧弁）１２８と、第２導出ポート２８ｂと第２共通液圧路１１４との間に配置されたノーマルクローズタイプのソレノイドバルブからなる第２アウトバルブ（常閉式減圧弁）１３０と、第２共通液圧路１１４に接続されたリザーバ（低圧源）１３２と、第１共通液圧路１１２と第２共通液圧路１１４との間に配置されて第２共通液圧路１１４側から第１共通液圧路１１２側へのブレーキ液の流通を許容する（第１共通液圧路１１２側から第２共通液圧路１１４側へのブレーキ液の流通を阻止する）第４チェックバルブ１３４と、を備える。

さらに、第２ブレーキ系１１０ａは、第４チェックバルブ１３４と第１共通液圧路１１２との間に配置されて第２共通液圧路１１４側から第１共通液圧路１１２側へブレーキ液を供給するポンプ１３６と、ポンプ１３６の前後に設けられる吸入弁１３８及び吐出弁１４０と、ポンプ１３６を駆動するモータＭと、第２共通液圧路１１４と導入ポート２６ａとの間に配置されたノーマルクローズタイプのソレノイドバルブからなるサクションバルブ（suction valve）１４２と、を備える。

[制御装置２００]
制御装置２００は、電子回路基板にＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力部などが搭載され、ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを読み出してＲＡＭに展開し、各種処理を実行する。
制御装置２００は、圧力センサＰｍ、Ｐｐの検出値（上流液圧、下流液圧）、ブレーキペダル１２の操作量を検出するストロークセンサＳ（図２参照）などの検出値に基づいて、第１遮断弁６０ｂ、第２遮断弁６０ａ、第３遮断弁６２、レギュレータバルブ１１６、第１インバルブ１２０、第２インバルブ１２４、第１アウトバルブ１２８、第２アウトバルブ１３０及びモータＭの作動を制御する。
また、制御装置２００は、モータシリンダ装置１６の電動モータ７２の制御を行うモータ制御部２１０を備える。

モータ制御部２１０は、電動モータ７２のロータ回転角θに対応する電動モータ７２の出力トルクを制御する。モータ制御部２１０は、回転角センサ２０１の検出値を進角させることによって電動モータ７２を制御する。モータ制御部２１０は、電動モータ７２を逆回転させるときは前記進角を禁止する。モータ制御部２１０は、回転角センサ２０１の取り付け位置をオフセットさせる場合はこのオフセットさせた場合の誤差を考慮して進角させる。

図３は、モータ制御部２１０の構成を示すブロック図である。
図３に示すように、電動ブレーキ装置１０は、電動モータ７２と、直流電圧を三相交流電圧に変換して電動モータ７２へ供給するインバータ２１１と、電動モータ７２の駆動を制御するモータ制御部２１０と、を備える。
また、電動ブレーキ装置１０は、モータ制御部２１０による電動モータ７２の制御に必要な情報を検出するためのセンサとして、電動モータ７２のロータ回転角θを検出する回転角センサ２０１、及び電動モータ７２に流れる電流を検出する電流センサ２０２を備える。

電動モータ７２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルを含むステータと、永久磁石を含むロータとで構成され、インバータ２１１の三相出力により駆動される。本実施形態は、電動モータ７２は、ＩＰＭモータであり、ステータの回転磁界がロータに作用した場合、マグネットトルクとリラクタンストルクとが発生する。

[センサ]
回転角センサ２０１は、電動モータ７２のロータ回転角θを検出する。回転角センサ２０１は、回転するロータと回転しない物体との回転の差分を検出する。
電流センサ２０２は、電動モータ７２に流れる電流を検出する。なお、各相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの瞬時値の和は０であるので、電流センサ２０２は２相分のモータ電流（例えば、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗ）を検出するように配置すればよい。

[インバータ２１１]
インバータ２１１は、電動モータ７２の各相に対応して、Ｕ相上下アームと、Ｖ相上下アームと、Ｗ相上下アームとを有し、各相上下アームは、複数のスイッチング素子を含む。スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ（Insulated-gate bipolar transistor）、電力用ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）、又は電力用バイポーラトランジスタ等の半導体素子を用いることができる。スイッチング素子のオン／オフは、モータ制御部２１０から出力されるスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ６により制御される。
インバータ２１１は、電動モータ７２のトルク指令τ^*が正の場合には、スイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ６に基づいて、スイッチング素子をオン／オフすることで、電動モータ７２から正のトルクが出力されるように駆動制御する。

[モータ制御部２１０]
モータ制御部２１０は、出力要求であるトルク指令τ^*に従って、インバータ２１１のスイッチング動作を制御するスイッチング制御信号を生成し、インバータ２１１を介して電動モータ７２を制御する。
モータ制御部２１０は、電流指令生成部２２１と、ＰＩ演算部２２２と、第１座標変換部２２３と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号生成部２２４と、第２座標変換部２２５と、回転速度演算部２２６と、を備える。

ＰＷＭ制御では、例えば、トルク指令τ^*に応じた正弦波状の電圧指令と、三角波であるキャリアとを比較し、正弦波が三角波より大のときを１（ＯＮ）、小のときを０（ＯＦＦ）とするパルス信号を生成する。電圧指令は、電動モータ７２の各相に対応して、相互に１２０°の位相差を有する正弦波信号として供給される。生成したパルス信号に基づいて、スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦすることで、各相に擬似正弦波電圧としてのパルス幅変調電圧が印加される。モータ制御部２１０は、キャリアの周波数と電動モータ７２の回転周波数とを同期させる同期ＰＷＭ制御を適用することができる。

モータ制御部２１０は、ロータ回転角θに対応する電動モータ７２の出力トルクを制御する電動機制御手段としての機能を備える。モータ制御部２１０は、回転角センサ２０１の検出値を進角させることによって電動モータ７２を制御する。つまり、モータ制御部２１０は、位置検出信号であるロータ回転角θの位相を進角させる進角制御を行う。これにより、誘起電圧に対して位相が進んだ電圧をインバータ２１１に印加することができる。上記電気的な進角制御は、具体的には下記のように、モータ制御部２１０の電流指令生成部２２１の電流位相設定部２２１ｂ（後記）の電流位相の設定により実施される。

電流指令生成部２２１は、予め記憶されたマップ等に従って、電動モータ７２に対するトルク指令τ^*及び電動モータ７２の回転速度Ｎｍから電流指令Ｉ^*を求める。また、電流指令生成部２２１は、電流指令Ｉ^*からｄ軸電流指令Ｉｄ^*及びｑ軸電流指令Ｉｑ^*を生成する。なお、上記電動モータ７２の回転速度Ｎｍは、検出されたロータ回転角θに基づいて回転数演算部２２６により算出される。また、予め定められたマップとしては、各電流値についてトルクと回転速度との関係を規定したτ‐Ｎ制御マップがある。

電流指令生成部２２１は、電動モータ７２の停止又は回転方向を検知する回転方向検知部２２１ａと、マグネットトルクとリラクタンストルクとを合成した合成トルクが最大となるように電流位相を設定する電流位相設定部２２１ｂを備える。

回転方向検知部２２１ａは、回転角センサ２０１により検出されたロータ回転角θ及び後記回転数演算部２２６により算出された回転速度Ｎｍに基づいて、電動モータ７２の回転方向（通常増圧側）と、その逆回転方向（通常減圧側）を検知する。なお、電動モータ７２はトルクが比較的必要なモータである。また、回転方向検知部２２１ａは、電動モータ７２の回転方向において電動モータ７２が停止中もしくは角速度センサ２０１の分解能以下の速度であることを検知する。

電流位相設定部２２１ｂは、トルク指令τ^*及び回転速度Ｎｍから求められる電流指令Ｉ^*とに基づいて電流位相を設定する。そして、電流位相設定部２２１ｂは、電流指令Ｉ^*に基づいて、ｄ軸電流指令Ｉｄ^*及びｑ軸電流指令Ｉｑ^*を生成する。
電流位相設定部２２１ｂは、電気的な進角制御として電流位相を進角側に設定する。また、電流位相設定部２２１ｂは、電動モータ７２を逆回転させるときは進角を禁止、あるいは電流位相を遅角側に設定する。また、電流位相設定部２２１ｂは、電気的な進角制御と回転角センサ２０１の取り付け位置をオフセットする機械的オフセットとを用いる場合、この機械的オフセット分を考慮して電流位相を進角側に設定する。なお、電流位相設定部２２１ｂは、電流位相を０度に設定する場合、ｑ軸電流指令Ｉｑ^*を０とする。

ＰＩ演算部２２２は、制御偏差に応じたｄ軸電圧指令Ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令Ｖｑ^*を生成する。ＰＩ演算部２２２には、電流指令生成部２２１で生成されたｄ軸電流指令Ｉｄ^*及びｑ軸電流指令Ｉｑ^*と、第２座標変換部２２５によって算出されたｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑとの偏差ΔＩｄ（ΔＩｄ＝Ｉｄ^*−Ｉｄ），ΔＩｑ（ΔＩｑ＝Ｉｑ^*−Ｉｑ）が入力される。ＰＩ演算部２２２は、ｄ軸電流偏差ΔＩｄ及びｑ軸電流偏差ΔＩｑのそれぞれについて、所定ゲインによるＰＩ演算（比例積分演算）を行って制御偏差を求め、この制御偏差に応じたｄ軸電圧指令Ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令Ｖｑ^*を生成する。

第１座標変換部２２３は、電動モータ７２のロータ回転角θを用いた座標変換（２相→３相）を行って、ＰＩ演算部２２２で作成されたｄ軸電圧指令Ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令Ｖｑ^*を、電動モータ７２の各相に対応する電圧指令Ｖｕ^*，Ｖｖ^*，Ｖｗ^*に変換する。

ＰＷＭ信号生成部２２４は、第１座標変換部２２３から供給される各相の電圧指令Ｖｕ^*，Ｖｖ^*，Ｖｗ^*と、キャリアとの比較に基づいて、例えば、インバータ２１１の６つのスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦさせるためのスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ６を生成する。インバータ２１１が、スイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ６に従ってスイッチングされることにより、電動モータ７２にトルク指令τ^*に従ったトルクを出力するための交流電圧が印加される。

第２座標変換部２２５は、ロータ回転角θを用いた座標変換（３相→２軸）により、電流センサ２０２で検出されたＶ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗに基づいて、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを算出する。

回転数演算部２２６は、回転角センサ２０１により検出されたロータ回転角θに基づいて電動モータ７２の回転速度Ｎｍを算出する。

以下、上述のように構成されたＶＳＡ装置１８を備えた電動ブレーキ装置１０の動作について説明する。
まず、電動ブレーキ装置１０の基本動作について説明する。
電動ブレーキ装置１０では、モータシリンダ装置１６やバイ・ワイヤの制御を行う制御装置２００の正常作動時において、運転者がブレーキペダル１２を踏むと、いわゆるバイ・ワイヤ式のブレーキシステムがアクティブになる。具体的には、正常作動時の制動力制御装置７では、運転者がブレーキペダル１２を踏むと、第１遮断弁６０ａ及び第２遮断弁６０ｂが、マスタシリンダ３４と各車輪を制動するディスクブレーキ機構３０ａ〜３０ｄ（ホイールシリンダ３２ＦＲ，３２ＲＬ，３２ＲＲ，３２ＦＬ）との連通を遮断した状態で、モータシリンダ装置１６が発生するブレーキ液圧を用いてディスクブレーキ機構３０ａ〜３０ｄを作動させて、車輪を制動する。
このため、制動力発生装置１０では、例えば、電気自動車（燃料電池車を含む）やハイブリッド自動車等のように、内燃機関での負圧発生が少ないか、内燃機関による負圧が存在しない車両、又は、内燃機関自体がない車両に好適に適用することができる。

因みに、正常作動時は、第１遮断弁６０ａ及び第２遮断弁６０ｂが遮断される一方、第３遮断弁６２が開弁され、ブレーキ液は、マスタシリンダ３４からストロークシミュレータ６４に流れ込むようになり、第１遮断弁６０ａ及び第２遮断弁６０ｂが遮断されていても、ブレーキ液が移動し、ブレーキペダル１２にストロークが生じるようになる。
一方、制動力発生装置１０では、モータシリンダ装置１６や制御装置２００が不作動である異常時において、運転者がブレーキペダル１２を踏むと、既存の油圧式のブレーキシステムがアクティブになる。具体的には、異常時の制動力発生装置１０では、運転者がブレーキペダル１２を踏むと、第１遮断弁６０ａ及び第２遮断弁６０ｂをそれぞれ開弁状態とし、かつ、第３遮断弁６２を閉弁状態として、マスタシリンダ３４で発生するブレーキ液圧をディスクブレーキ機構３０ａ〜３０ｄ（ホイールシリンダ３２ＦＲ，３２ＲＬ，３２ＲＲ，３２ＦＬ）に伝達しとて、ディスクブレーキ機構３０ａ〜３０ｄ（ホイールシリンダ３２ＦＲ，３２ＲＬ，３２ＲＲ，３２ＦＬ）を作動させて車輪を制動する。

[電動モータ７２の電気的進角制御]
次に、電動モータ７２の電気的進角制御について説明する。
（原理説明）
液圧を発生させるアクチュエータとして、ＩＰＭモータを用いた場合、マグネットトルクと共にリアクタントルクを最適に制御することにより、最大発生トルクを増加させることが可能である。適切なリラクタンストルクを発生させるために、進角制御が用いられる。この進角制御は、電動モータ７２の位置（回転角θ）を特定するホールセンサなどの取り付け位置を機械的にオフセットさせる、機械的オフセットである。具体的には、回転角センサ２０１取り付けオフセット（機械的オフセット）をリラクタンストルクが最大になる角度分オフセットさせて取り付けることにより、電動モータ７２の最大トルクを発生させることが可能になる。

しかし、機械的オフセットによる電動モータ７２の進角制御を行う場合には、下記の課題がある。
（１）電動モータ７２の進角制御では、一定回転方向においてはトルクを増幅させる作用がある一方、逆回転にすると遅角制御となり、発生可能トルクを減少させてしまう。ここで、ブレーキ圧力のアクチュエータとして、電動モータ７２を使用する際には、減圧、増圧ともに制御を行う必要がある。このため、どちらかの方向のトルクを増幅させようとして、角度センサ取り付けオフセットのオフセット量（進角量）をつけすぎると反対回転方向での制御性が悪化してしまう。

（２）機械的オフセットによる電動モータ７２の進角制御では、回転角センサ２０１取付位置の誤差によってオフセット量が変化してしまうことがある。オフセット量が変化すると、進角制御の精度が低下してしまう。特に、ＩＰＭモータは、モータの特性上最適な進角量よりずれると、発生可能トルクが大きく減少する。このため、センサ取り付けオフセット量の誤差（製造上の管理幅）が発生することを考慮して、取り付け誤差を想定してセンサ取り付けオフセット量を設定する必要がある。

本実施形態では、機械的オフセットによるモータの進角制御に代えて、あるいは併用して電動モータ７２電圧もしくは電流制御による電気的な進角制御を用いる。本実施形態では、モータ制御部２１０が、電気的な進角制御を行う。より詳細には、電流指令生成部２２１の電流位相設定部２２１ｂは、トルク指令τ^*及び回転速度Ｎｍから求められる電流指令Ｉ^*とに基づいて電流位相を設定するとともに、電流指令Ｉ^*に基づいて、ｄ軸電流指令Ｉｄ^*及びｑ軸電流指令Ｉｑ^*を生成する。電流位相設定部２２１ｂは、電気的な進角制御として電流位相を進角側に設定する。

上記（１）の課題に対応するため、電動モータ７２電圧もしくは電流制御により電気的な進角を与えるとともに、逆回転方向検知時には電気的な進角を０とする進角制御を行う。電気的な進角制御により適切なリラクタンストルクを発生させて最大発生トルクを増加させることができる。また、電動モータ７２の逆回転時において、発生可能トルクの減少を防止することができ、制御性を高めることができる。

上記（２）の課題に対応するため、機械的オフセットによる電動モータ７２の進角制御と電気的な進角制御とを用いる。電流位相設定部２２１ｂは、電気的な進角制御と回転角センサ２０１の取り付け位置をオフセットする機械的オフセットとを用いる場合、この機械的オフセット分を考慮して電流位相を進角側に設定する。これにより、最適な機械的オフセットのオフセット量（進角量）を小さくすることができる。具体的には、機械的なオフセットの誤差などによる最大液圧の減少を低減させることができるので、進角制御の精度を向上させることができる。したがって、機械的オフセットが最適値からずれたときの最大トルク（最大発生圧）からの落ち込み量を少なくすることができ、センサ取り付け誤差に対するトルク（最大発生圧）の減少を抑制することができる。また、逆回転時の遅角量が減少するので、逆回転時の制御性を向上させることができる。

図４は、電動モータ７２（ＩＰＭモータ）による液圧の最大発生圧[ＭＰａ]と機械的オフセットのオフセット量（進角量）[ｄｅｇ]の関係を示す図である。なお、図４では、オフセット量（進角量）を角度として表現するためオフセット値（進角値）としている。図４中の●印及び■印は、電動モータ７２のロータ位置を特定するホールセンサからなる角速度センサ２０１による進角を表している。
図４の破線上に示すホールセンサ（■印参照）は、機械的オフセットのみのオフセット量（進角量）[ｄｅｇ]を示し、ホールセンサ（●印参照）は、電気的な進角制御を適用した場合の機械的オフセットのオフセット量（進角量）[ｄｅｇ]をそれぞれ示す。

上述したように、機械的オフセットによる進角制御では、センサ取り付けオフセット量の誤差（製造上の管理幅）が発生することを考慮してオフセット量（進角量）（■印参照）を設定している。これに対して、本実施形態では、電気的な進角制御を適用することにより、最適な機械的オフセットのオフセット量（進角量）自体を小さくすることができる。具体的には、図４の矢印ａに示すように、電気的な進角制御を適用した場合の機械的オフセットのオフセット量（進角量）[ｄｅｇ]は、機械的オフセットのみのオフセット量（進角量）[ｄｅｇ]に対して、更に例えば−１０°進角させることができる。機械的オフセットのオフセット量（進角量）が減少するので、逆回転時の遅角量が減少して逆回転時の制御性が向上する。

また、図４の枠囲ｂに示すように、機械的オフセットのオフセット量（進角量）[ｄｅｇ]が最適値からずれた場合、電気的な進角制御を適用することで、最大トルク（最大発生圧）からの落ち込み量を小さくすることができる。その結果、センサ取り付け誤差に対するトルク（最大発生圧）の減少を抑制することができる。

図５は、モータ制御部２１０の電気的な進角制御を示すフローチャートである。図中、Ｓはフローの各ステップを示す。本フローは制御装置２００を構成するＥＣＵによって所定タイミング毎に繰り返し実行される。
まず、ステップＳ１でモータ制御部２１０（図３参照）は、電動モータ７２の回転方向（通常増圧側）において停止中又は極低回転もしくは回転角センサ２０１（図３参照）の分解能以下の回転速度であるか否かを判定する。ここで電動モータ７２は、トルクが比較的必要なモータである。電動モータ７２の回転速度Ｎｍは、回転数演算部２２６が、回転角センサ２０１により検出されたロータ回転角θに基づいて算出する。モータ制御部２１０は、電動モータ７２が停止中又は回転角センサ２０１の分解能以下の回転速度又は極低回転の状態においてトルクを上昇させる。このために、電気的な進角をつけて最大発生液圧を上昇させることによって、通常のモータが回転している状態での進角（弱め界磁制御など）とは別に、進角制御に低回転状態で適切な進角を与えることができる。
電動モータ７２の回転方向において停止中又は極低回転もしくは回転角センサ２０１の分解能以下の回転速度でない場合（Ｓ１：Ｎｏ）、本フローを終了する。

電動モータ７２の回転方向において停止中又は極低回転もしくは回転角センサ２０１の分解能以下の回転速度である場合、（Ｓ１：Ｙｅｓ）、ステップＳ２でモータ制御部２１０は、電動モータ７２の回転方向が、逆回転（減圧側）か否かを判定する。電動モータ７２の回転方向は、回転方向検知部２２１ａが、回転角センサ２０１により検出されたロータ回転角θ及び回転数演算部２２６により算出された回転速度Ｎｍに基づいて検知する。
電動モータ７２の回転方向が逆回転でない場合（Ｓ２：Ｎｏ）、ステップＳ３で電気的な進角制御を行って本フローを終了する。一方、電動モータ７２の回転方向が逆回転でない場合（Ｓ２：Ｎｏ）、ステップＳ４で電気的な進角を０とする進角制御を行って本フローを終了する。

図６は、モータ制御部２１０の電気的な進角制御を示すフローチャートである。本フローは、図５のステップＳ３，Ｓ４の進角制御のサブルーチンである。
まず、ステップＳ１１でモータ制御部２１０（図３参照）は、機械的センサ取り付けオフセットがあるか否かを判定する。機械的センサ取り付けオフセットがない、すなわち電気的な進角制御のみである場合（Ｓ１１：Ｎｏ）、ステップＳ１２で電流指令生成部２２１（図３参照）は、発生可能トルクが最大（最適値）となる電気的オフセットの進角量を設定する。具体的には、モータ制御部２１０の電流位相設定部２２１ｂ（図３参照）は、トルク指令τ^*及び回転速度Ｎｍから求められる電流指令Ｉ^*とに基づいて電流位相を設定する。この場合、電流位相設定部２２１ｂは、電気的な進角制御として電流位相を進角側に設定する。なお、電流位相設定部２２１ｂは、電流位相を０度に設定する場合、ｑ軸電流指令Ｉｑ^*を０として、電流指令Ｉ^*に等しいｑ軸電流指令Ｉｑ^*を生成する。

一方、上記ステップＳ１１で機械的センサ取り付けオフセットがある、すなわち電気的な進角制御を併用する場合（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１３で電流指令生成部２２１は、機械的センサ取り付けオフセットと発生可能トルクが最大（最適値）までのずれ量を補う電気的オフセットの進角量を設定する。具体的には、モータ制御部２１０の電流位相設定部２２１ｂは、機械的センサ取り付けオフセットと発生可能トルクが最大（最適値）までの差分を、電気的な進角制御で補うように電流位相を進角側に設定する。機械的オフセットによるモータの進角制御に、電気的な進角制御を適用しているので、機械的オフセットのみを進角制御に用いた場合に比べて機械的オフセットによるセンサ取り付け誤差に対する許容度を高めることができる。また、必要とされるセンサ取り付けオフセット量も減少するので、逆回転時の遅角量が減少し逆回転時の制御性を向上させることができる。

ステップＳ１４では、モータ制御部２１０は、設定された進角量で電気的進角を実施して図５のステップＳ３，Ｓ４に戻る。上記電気的進角実施は、具体的には、電流指令生成部２２１による電流位相の進角設定に従って、後段のＰＩ演算部２２２乃至ＰＷＭ信号生成部２２４（図３参照）によるスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ６の生成である。例えば、回転角センサ２０１のロータ回転角θ（出力信号位相）に対する電気的な進角制御の進角（進み位相）が所定範囲より大きい（進み）場合は、ＰＷＭデューティを増加し、所定範囲より進み位相が小さい場合は、ＰＷＭデューティを減少させるようにする。

以上説明したように、本実施形態によれば、電動ブレーキ装置１０は、運転者の制動操作に応じた液圧を電動モータ７２によって発生させるモータシリンダ装置１６と、電動モータ７２のロータ回転角θを検出する回転角センサ２０１と、ロータ回転角θに対応する電動モータ７２の出力トルクを制御するとともに、回転角センサ２０１の検出値を進角させることによって電動モータ７２を制御するモータ制御部２１０と、を備える。本実施形態では、モータ制御部２１０は、電動モータ７２の停止又は回転方向を検知する回転方向検知部２２１ａと、マグネットトルクとリラクタンストルクとを合成した合成トルクが最大となるように電流位相を設定する電流位相設定部２２１ｂからなる電流指令生成部２２１を備え、電流位相設定部２２１ｂは、電気的な進角制御として電流位相を進角側に設定する。また、電流位相設定部２２１ｂは、電動モータ７２を逆回転させるときは進角を禁止、あるいは電流位相を遅角側に設定する。また、電流位相設定部２２１ｂは、電気的な進角制御と回転角センサ２０１の取り付け位置をオフセットする機械的オフセットとを用いる場合、この機械的オフセット分を考慮して電流位相を進角側に設定する。

また、電動モータ７２を逆回転させるときに進角制御が禁止されている場合に回転数を大きくするための弱め界磁制御は継続させてもよい。すなわち、通常時の進角制御又は弱め界磁制御自体は、電動モータ７２の逆回転の時に禁止されず、本発明の進角制御のみ禁止されるようにしてもよい。

また、本実施形態では、モータ制御部２１０は、電動モータ７２を逆回転させるときは進角制御を禁止することで、逆回転時には遅角させることによって逆回転の制御性を向上させることができる。

また、本実施形態では、モータ制御部２１０は、回転角センサ２０１の取り付け位置を機械的にオフセットさせる場合、当該機械的オフセットさせた場合の誤差に基づいて電気的進角させることで、機械的なオフセットを考慮するので、進角制御の精度を向上させることができる。

なお、前記した実施形態では、外部圧力源としてモータシリンダ装置１６を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、リザーバからブレーキ液を汲み上げるポンプと、このポンプの駆動源としての電動モータと、ポンプから吐出されたブレーキ液を加圧下に蓄えるアキュムレータ１２４などで構成されたものであってもよい。

また、本制動方法（ブレーキシステム）では、電動モータ７２のみの動力に基づいて制動力を与える構成を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、前記した液圧による制動力（液圧制動力）に対して回生による制動力を考慮した構成であってもよい。制御装置２００は、例えば、回生による制動力（回生制動力）を、ブレーキ操作量、高圧バッテリ（不図示）に貯えられる電気量（電荷、電力）や現在の充電電流の最大値等に基づいて算出する。さらに、制御装置２００は、算出した回生制動力を総制動力から減算して液圧制動力を算出する。このように、回生制動力を考慮して液圧制動力を設定（配分）することにより、液圧制動力を低減することができ、電動モータ７２の消費電力を低減することが可能になる。なお、この配分方法は一例であり、これに限らず、様々な分配方法が適用可能である。
モータ（走行モータ）を発電機として機能させ、走行時の運動エネルギを電気エネルギとして回収することで制動力を発生させるブレーキの一種である。

上記した実施形態例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態例の構成の一部を他の実施形態例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態例の構成に他の実施形態例の構成を加えることも可能である。また、実施形態例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１０ 電動ブレーキ装置
１４ マスタシリンダ装置
１６ モータシリンダ装置（電気的液圧発生手段）
１８ ＶＳＡ装置
２６ａ 導入ポート（第２入力ポート）
２６ｂ 導入ポート（第１入力ポート）
２６ｃ、２６ｄ 導入ポート（第３入力ポート）
２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ 導出ポート（出力ポート）
３２ＦＲ、３２ＲＬ、３２ＲＲ、３２ＦＬ ホイールシリンダ
３４ マスタシリンダ
６０ａ 第２遮断弁（常開式の第２遮断弁）
６０ｂ 第１遮断弁（常開式の第１遮断弁）
６２ 第３遮断弁（常閉式の踏力遮断弁）
６４ ストロークシミュレータ
７２ 電動モータ（電動機）
１１０ａ 第２ブレーキ系
１１０ｂ 第１ブレーキ系
１１２ 第１共通液圧路（供給液路）
１１４ 第２共通液圧路（供給液路）
１１６ レギュレータバルブ
１２０ 第１インバルブ（常開式加圧弁）
１２４ 第２インバルブ（常開式加圧弁）
１２８ 第１アウトバルブ（常閉式減圧弁）
１３０ 第２アウトバルブ（常閉式減圧弁）
１３２ リザーバ（低圧源）
１３６ ポンプ
１４２ サクションバルブ（常閉式電磁弁）
２００ 制御装置（制動力保持制御部）
２０１ 回転角センサ
２１０ モータ制御部（電動機制御手段）
２１１ インバータ
２２１ 電流指令生成部
２２１ａ 回転方向検知部
２２１ｂ 電流位相設定部
２２２ ＰＩ演算部
２２３ 第１座標変換部
２２４ ＰＷＭ信号生成部
２２５ 第２座標変換部
２２６ 回転数演算部
Ｐｐ 圧力センサ（第１圧力センサ）
Ｐｍ 圧力センサ（第２圧力センサ）
Ｍ モータ

Claims (3)

1. 運転者の制動操作に応じた液圧を電動機によって発生させる電気的液圧発生手段と、
   前記電動機の回転角を検出する回転角センサと、
   前記回転角に対応する前記電動機の出力トルクを制御する電動機制御手段と、を備え、
   前記回転角センサは、機械的進角制御のための機械的オフセットの位置に取り付けられ、
   前記電動機制御手段は、前記回転角センサの取り付けオフセット量の誤差に基づいて、前記回転角センサの検出値を電気的に進角させることによって前記電動機を制御することを特徴とする電動ブレーキ装置。
2. 前記電動機制御手段は、前記電動機を逆回転させるときは前記電気的進角を禁止する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動ブレーキ装置。
3. 前記電動機制御手段は、前記電動機を駆動するインバータの電流位相を進める電気的な進角制御である請求項１又は請求項２に記載の電動ブレーキ装置。

Images