JP6076059B2 - 車両用電動ブレーキ装置 - Google Patents

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Description

この発明は、電動モータの回転を直動部材の直線運動に変換し、その直動部材で対象物に荷重を負荷する電動式直動アクチュエータに関する。
車両用ブレーキ装置として、油圧シリンダで摩擦パッドをブレーキディスクに押さえ付けて制動力を発生する油圧ブレーキ装置が採用されてきたが、近年、ＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）等のブレーキ制御の導入に伴い、油圧回路を使用しない電動ブレーキ装置が注目されている。
電動ブレーキ装置は、電動モータの回転を直動部材の直線運動に変換する電動式直動アクチュエータを用い、この電動式直動アクチュエータで摩擦パッドをブレーキディスクに押さえ付けて制動力を発生するものである。
このような電動ブレーキ装置として、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１の電動ブレーキ装置は、電動モータと、摩擦パッドがブレーキディスクから所定のクリアランスをもって離れて待機する待機位置と、摩擦パッドがブレーキディスクに接触して荷重を負荷する荷重負荷位置との間で直線移動可能に設けられた摩擦パッドと一体の直動部材と、電動モータの回転を直動部材の直線移動に変換する運動変換機構と、摩擦パッドがブレーキディスクに負荷する荷重の大きさを検出する荷重センサと有する。そして、この荷重センサで検出された荷重の大きさに基づいて電動モータが制御される。
特開２０１１−２４１８５１号公報 特開２０００−２６４１８６号公報
しかしながら、この特許文献１の電動ブレーキ装置は、摩擦パッドが移動してブレーキディスクに荷重を負荷するときに、摩擦パッドの位置と荷重センサで検出される荷重との関係の非線形性に起因して、摩擦パッドとブレーキディスクのクリアランスがゼロとなった直後の過度のオーバーシュートが発生する問題があった。
すなわち、この電動ブレーキ装置は、摩擦パッドがブレーキディスクから所定のクリアランスをもって離れて待機する待機位置から、摩擦パッドがブレーキディスクに接触して荷重を負荷する荷重負荷位置に摩擦パッドを移動させて、所定の目標荷重をブレーキディスクに負荷しようとする場合、摩擦パッドとブレーキディスクのクリアランスがゼロとなる前は、荷重センサで検出される荷重の大きさがほぼゼロのまま推移するので、荷重センサで検出される荷重と荷重指令値の差が縮小せず、電動モータが比較的高速で回転した状態（すなわち電動モータが大きな慣性エネルギーを持った状態）のまま摩擦パッドがブレーキディスクに接触する。そして、この直後に、電動モータがもつ慣性エネルギーによって、荷重センサで検出される荷重が急激に上昇し、荷重指令値を過度にオーバーシュートするおそれがある。このオーバーシュートは、特に目標荷重が小さいときに発生しやすく、ブレーキ時のショックとなってブレーキフィーリングに悪影響を与える。
一方、摩擦パッドとブレーキディスクのクリアランスがゼロとなった直後のオーバーシュートを生じにくい電動ブレーキ装置として、特許文献２に記載のものが知られている。この電動ブレーキ装置は、電動モータへの供給電流の大きさに基づいて、直動部材の先端の摩擦パッドからブレーキディスクに負荷される荷重の大きさを検出し、その荷重センサで検出される荷重と荷重指令値との偏差に基づいて、摩擦パッドからブレーキディスクに負荷される荷重が荷重指令値となるように電動モータをフィードバック制御する。
そして、この特許文献２の電動ブレーキ装置は、摩擦パッドとブレーキディスクのクリアランスがゼロとなるまでの間は、クリアランスがゼロとなった直後のオーバーシュートを抑制するため、フィードバック制御の制御ゲインを小さい値に設定して電動モータの駆動力を抑制する。摩擦パッドとブレーキディスクのクリアランスがゼロとなった後は、フィードバック制御の制御ゲインを大きい値に切り替えて、電動モータの駆動力を増加させ、摩擦パッドからブレーキディスクに負荷される荷重を目標荷重まで上昇させる。
しかしながら、この特許文献２の電動ブレーキ装置は、摩擦パッドが移動を開始してから摩擦パッドとブレーキディスクのクリアランスがゼロとなるまでの全区間において、フィードバック制御の制御ゲインを小さい値に設定したまま電動モータを駆動するので、ブレーキの応答性に劣る。特に、小さい制動力を得ようとするとき（すなわち荷重指令値の大きさが小さいとき）、ブレーキの応答速度が低下しやすいという問題があった。
この発明が解決しようとする課題は、オーバーシュートが生じにくく、かつ、応答性に優れた電動式直動アクチュエータを提供することである。
上記課題を解決するため、本願の発明者は、次の構成を電動式直動アクチュエータに採用した。
電動モータと、
対象物から所定のクリアランスをもって離れて待機する待機位置と、前記対象物に接触して荷重を負荷する荷重負荷位置との間で直線移動可能に設けられた直動部材と、
前記電動モータの回転を前記直動部材の直線移動に変換する運動変換機構と、
前記直動部材から対象物に負荷される荷重の大きさを検出する荷重センサと、
その荷重センサで検出される荷重と荷重指令値との偏差に基づいて、前記直動部材から対象物に負荷される荷重が荷重指令値となるように前記電動モータをフィードバック制御する制御装置とを有する電動式直動アクチュエータにおいて、
前記制御装置は、前記直動部材が前記待機位置から荷重負荷位置に移動して対象物に荷重を負荷するときに、前記直動部材と対象物のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間で前記電動モータの回転数を下げる制御を行なうオーバーシュート抑制制御手段を有する。
このようにすると、直動部材が対象物から所定のクリアランスをもって離れて待機する待機位置から、直動部材が対象物に接触して荷重を負荷する荷重負荷位置に直動部材を移動させて、所定の目標荷重を対象物に負荷しようとする場合に、直動部材と対象物のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間で電動モータの回転数が下がるので、直動部材と対象物のクリアランスがゼロとなった直後のオーバーシュートが生じにくい。また、電動モータの回転数が下がる区間は、直動部材と対象物のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間だけなので、直動部材が所定区間に入るまでの間は電動モータが比較的高い回転数で回転する。そのため、直動部材が移動を開始してから直動部材と対象物のクリアランスがゼロとなるまでの全区間で電動モータの回転数を下げる場合と比べて、直動部材の移動に要する時間が短く、アクチュエータの応答性に優れる。
前記電動モータの回転角を検出する回転角センサを更に設け、
前記オーバーシュート抑制制御手段は、前記回転角センサで検出された電動モータの回転角に基づいて、前記直動部材と対象物のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間に入ったか否かを判定するように構成すると好ましい。
このようにすると、回転角センサで検出された電動モータの回転角に基づいて、直動部材の位置を高い分解能で取得することができるので、直動部材と対象物のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間に入ったか否かを高い精度で判定することが可能となる。
前記オーバーシュート抑制制御手段は、前記直動部材から対象物に荷重が負荷されているときに前記荷重センサで検出される荷重の大きさに基づき、そのときに前記回転角センサで検出される電動モータの回転角を基準として前記直動部材と対象物のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間に対応する前記電動モータの回転角の範囲を算出し、その算出された回転角の範囲内に、前記回転角センサで検出された電動モータの回転角が入ったときに前記直動部材と対象物のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間に入ったと判定するように構成すると好ましい。
このようにすると、例えば、摩擦パッドの摩耗等が原因で、直動部材と対象物のクリアランスがゼロとなるときの電動モータの回転角が変化したときにも、その変化後の電動モータの回転角を基準として、直動部材と対象物のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間に対応する電動モータの回転角の範囲を算出することができるので、直動部材と対象物のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間に入ったか否かを長期にわたり安定した精度で判定することが可能となる。
前記オーバーシュート抑制制御手段としては、前記直動部材と対象物のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間に入ったときに、前記電動モータの回転数が下がるように電動モータに対する印加電圧を変化させる制御を行なうものを採用することができる。
また、前記オーバーシュート抑制制御手段としては、前記直動部材と対象物のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間に入ったときに、前記電動モータに対する印加電圧を所定の電圧に低下させるものを採用することができる。
また、前記オーバーシュート抑制制御手段としては、前記直動部材と対象物のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間に入ったときに、電動モータの回転数と所定の低速回転数との偏差に基づいて、電動モータの回転数が前記低速回転数となるように前記電動モータをフィードバック制御するものを採用することができる。
また、前記電動モータを、一定電圧のＯＮとＯＦＦを繰り返すパルス電圧で駆動する場合、前記オーバーシュート抑制制御手段としては、前記直動部材と対象物のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間に入ったときに、前記電動モータに対する印加電圧のＯＮ時間とＯＦＦ時間を合わせた総時間に占めるＯＮ時間の比率を低下させるものを採用することができる。
また、前記電動モータを、ＯＮとＯＦＦを繰り返すパルス電圧で駆動する場合、前記オーバーシュート抑制制御手段としては、前記直動部材と対象物のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間に入ったときに、前記電動モータに対する印加電圧のパルス振幅を減少させるものを採用することができる。
この発明の電動式直動アクチュエータは、直動部材が対象物から所定のクリアランスをもって離れて待機する待機位置から、直動部材が対象物に接触して荷重を負荷する荷重負荷位置に直動部材を移動させて、所定の目標荷重を対象物に負荷しようとする場合に、直動部材と対象物のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間で電動モータの回転数が下がるので、直動部材と対象物のクリアランスがゼロとなった直後のオーバーシュートが生じにくい。また、電動モータの回転数が下がるのは、直動部材と対象物のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間だけなので、直動部材が移動を開始してから直動部材と対象物のクリアランスがゼロとなるまでの全区間で電動モータの回転数を下げる場合と比べて、直動部材の移動に要する時間が短く、アクチュエータの応答性に優れる。
この発明の実施形態の電動式直動アクチュエータを組み込んだ電動ブレーキ装置を示す断面図 図１の電動式直動アクチュエータ近傍の拡大断面図 図２のIII−III線に沿った断面図 図２のIV−IV線に沿った断面図 図２の荷重センサ近傍の拡大断面図 図１に示す電動モータを制御する制御装置のブロック図 図１に示す電動モータの回転角とアクチュエータ荷重の対応関係を示す図 この発明の実施形態を説明する図であり、（ａ）は摩擦パッドがブレーキディスクから所定のクリアランスをもって離れて待機する待機位置から、摩擦パッドがブレーキディスクに接触して荷重を負荷する荷重負荷位置に摩擦パッドを移動させて、所定の目標荷重をブレーキディスクに負荷しようとするときの荷重指令値およびセンサ検出荷重の時間変化を示す図、（ｂ）は電動モータに対する印加電圧の時間変化を示す図、（ｃ）は電動モータの回転数の時間変化を示す図 図８の比較例を示す図であり、（ａ）は摩擦パッドがブレーキディスクから所定のクリアランスをもって離れて待機する待機位置から、摩擦パッドがブレーキディスクに接触して荷重を負荷する荷重負荷位置に摩擦パッドを移動させて、所定の目標荷重をブレーキディスクに負荷しようとするときの荷重指令値およびセンサ検出荷重の時間変化を示す図、（ｂ）は電動モータに対する印加電圧の時間変化を示す図、（ｃ）は電動モータの回転数の時間変化を示す図 運動変換機構としてボールねじ機構を採用した例を示す電動式直動アクチュエータの拡大断面図 運動変換機構としてボールランプ機構を採用した例を示す電動式直動アクチュエータの拡大断面図 図１１のXII−XII線に沿った断面図 （ａ）は図１１に示すボールと傾斜溝の関係を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す状態から回転ディスクと直動ディスクが相対回転して両ディスクの間隔が拡大した状態を示す図
図１に、この発明の実施形態の電動式直動アクチュエータ１を用いた車両用の電動ブレーキ装置を示す。この電動ブレーキ装置は、車輪と一体に回転するブレーキディスク２を間に挟んで対向する対向片３，４をブリッジ５で連結した形状のキャリパボディ６と、左右一対の摩擦パッド７，８とを有する。そして、対向片３のブレーキディスク２に対する対向面に開口する収容孔９に電動式直動アクチュエータ１が組み込まれている。
摩擦パッド７，８は、それぞれ対向片３，４とブレーキディスク２の間に設けられており、車輪を支持するナックル（図示せず）に固定されたマウント（図示せず）に対してブレーキディスク２の軸方向に移動可能に支持されている。また、キャリパボディ６も、ブレーキディスク２の軸方向にスライド可能にマウントに支持されている。
図２に示すように、電動式直動アクチュエータ１は、回転軸１０と、回転軸１０の外周の円筒面に転がり接触する複数の遊星ローラ１１と、これらの遊星ローラ１１を囲むように配置された外輪部材１２と、遊星ローラ１１を自転可能かつ公転可能に保持するキャリヤ１３と、外輪部材１２の軸方向後方に配置された荷重センサ１４とを有する。
回転軸１０は、図１に示す電動モータ１５の回転が歯車１６を介して入力されることにより回転駆動される。回転軸１０は、対向片３を軸方向に貫通して形成された収容孔９の軸方向後側の開口から一端が突出した状態で収容孔９に挿入され、収容孔９からの突出部分に歯車１６がスプライン嵌合して回り止めされている。歯車１６は、収容孔９の軸方向後側の開口を塞ぐようにボルト１７で固定した蓋１８で覆われている。蓋１８には回転軸１０を回転可能に支持する軸受１９が組み込まれている。
図３に示すように、遊星ローラ１１は、回転軸１０の外周の円筒面に転がり接触しており、回転軸１０が回転したときに遊星ローラ１１と回転軸１０の間の摩擦によって遊星ローラ１１も回転するようになっている。遊星ローラ１１は、周方向に一定の間隔をおいて複数設けられている。
図２に示すように、外輪部材１２は、キャリパボディ６の対向片３に設けられた収容孔９内に収容され、その収容孔９の内周で軸方向にスライド可能に支持されている。外輪部材１２の軸方向前端には、摩擦パッド７の背面に形成された係合凸部２０に係合する係合凹部２１が形成され、この係合凸部２０と係合凹部２１の係合によって、外輪部材１２がキャリパボディ６に対して回り止めされている。
外輪部材１２の内周には螺旋凸条２２が設けられ、遊星ローラ１１の外周には、螺旋凸条２２に係合する円周溝２３が設けられており、遊星ローラ１１が回転したときに、外輪部材１２の螺旋凸条２２が円周溝２３に案内されて、外輪部材１２が軸方向に移動するようになっている。この実施形態では遊星ローラ１１の外周にリード角が０度の円周溝２３を設けているが、円周溝２３のかわりに螺旋凸条２２と異なるリード角をもつ螺旋溝を設けてもよい。
キャリヤ１３は、遊星ローラ１１を回転可能に支持するキャリヤピン１３Ａと、その各キャリヤピン１３Ａの軸方向前端の周方向間隔を一定に保持する環状のキャリヤプレート１３Ｃと、各キャリヤピン１３Ａの軸方向後端の周方向間隔を一定に保持する環状のキャリヤ本体１３Ｂとからなる。キャリヤプレート１３Ｃとキャリヤ本体１３Ｂは遊星ローラ１１を間に軸方向に対向しており、周方向に隣り合う遊星ローラ１１の間に配置された連結棒２４を介して連結されている。
キャリヤ本体１３Ｂは、滑り軸受２５を介して回転軸１０に支持され、回転軸１０に対して相対回転可能となっている。遊星ローラ１１とキャリヤ本体１３Ｂの間には、遊星ローラ１１の自転がキャリヤ本体１３Ｂに伝達するのを遮断するスラスト軸受２６が組み込まれている。スラスト軸受２６は、遊星ローラ１１を自転可能に支持している。
各キャリヤピン１３Ａは、周方向に間隔をおいて配置された複数のキャリヤピン１３Ａに外接するように装着された縮径リングばね２７で径方向内方に付勢されている。この縮径リングばね２７の付勢力によって、遊星ローラ１１の外周は回転軸１０の外周に押さえ付けられ、回転軸１０と遊星ローラ１１の間の滑りが防止されている。縮径リングばね２７の付勢力を遊星ローラ１１の軸方向全長にわたって作用させるため、キャリヤピン１３Ａの両端に縮径リングばね２７，２７が設けられている。
ここで、図１および図２に示される外輪部材１２および摩擦パッド７は、ブレーキディスク２から所定のクリアランス（例えばブレーキディスク２の両側で合わせて０．１ｍｍのクリアランス）をもって離れて待機する待機位置と、ブレーキディスク２に接触して荷重を負荷する荷重負荷位置（すなわちブレーキディスク２の両側でクリアランスがゼロとなる位置）との間で直線移動する直動部材Ａを構成する。
また、電動モータ１５の回転が入力される回転軸１０と、回転軸１０の外周の円筒面に転がり接触する複数の遊星ローラ１１と、その複数の遊星ローラ１１を自転可能かつ公転可能に保持し、軸方向移動を規制されたキャリヤ１３と、複数の遊星ローラ１１を囲むように配置された外輪部材１２と、その外輪部材１２の内周に設けられた螺旋凸条２２と、その螺旋凸条２２と係合するように各遊星ローラ１１の外周に設けられた円周溝２３とは、電動モータ１５の回転を直動部材Ａ（外輪部材１２と摩擦パッド７）の直線運動に変換する運動変換機構Ｂとして機能する。
荷重センサ１４は、軸方向に間隔をおいて対向する円環板状のフランジ部材３０および支持部材３１と、磁界を発生する磁気ターゲット３２と、磁界の強さを検出する磁気センサ３３とを有し、支持部材３１がフランジ部材３０の軸方向後方に位置するよう収容孔９内に嵌め込まれている。
図４、図５に示すように、フランジ部材３０は、支持部材３１に向けて突出する筒部３４を有する。筒部３４の外径面は、支持部材３１の内径面と径方向に対向しており、筒部３４の外径面に形成された面取り部３５に磁気ターゲット３２が固定され、支持部材３１の内径面に形成された軸方向溝３６に磁気センサ３３が固定されている。フランジ部材３０および支持部材３１は、磁性体で形成されている。
支持部材３１は、フランジ部材３０との対向面の外径側部分に環状突起３８を有し、その環状突起３８でフランジ部材３０の外径側部分を支持し、フランジ部材３０と支持部材３１の間隔を保持している。
磁気ターゲット３２は、径方向内端と径方向外端に磁極を有するように半径方向に磁化された２個の永久磁石３９からなる。２個の永久磁石３９は、反対の極性を有する磁極（すなわちＮ極とＳ極）が軸方向に並ぶように隣接して配置されている。
永久磁石３９としては、ネオジム磁石を使用すると、省スペースで強力な磁界が発生するので、荷重センサ１４の分解性能を高くすることができるが、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、フェライト磁石などを使用してもよい。サマリウムコバルト磁石またはアルニコ磁石を使用すると、永久磁石３９の温度上昇に伴う磁界の減少を抑えることができる。また、プラセオジム磁石、サマリウム窒化鉄磁石を使用することもできる。
磁気センサ３３は、２個の永久磁石３９の隣り合う磁極の境目の近傍で磁気ターゲット３２と軸直交方向（図では半径方向）に対向するように配置されている。磁気センサ３３としては、磁気抵抗素子（いわゆるＭＲセンサ）や、磁気インピーダンス素子（いわゆるＭＩセンサ）を使用することも可能であるが、ホールＩＣを使用するとコスト面で有利であり、また耐熱性の高いホールＩＣが市販されているので、高い摩擦熱が生じる電動ブレーキの用途に好適である。
図２に示すように、フランジ部材３０の外周と支持部材３１の外周には軸方向に延びる位置決め溝４０，４１が形成され、この位置決め溝４０，４１に共通のキー部材４２を嵌め込むことで、磁気ターゲット３２の周方向位置と磁気センサ３３の周方向位置が合致するようにフランジ部材３０と支持部材３１が周方向に位置決めされている。
キャリヤ１３とフランジ部材３０の間には、キャリヤ１３と一体に公転する間座４３と、間座４３とフランジ部材３０の間で軸方向荷重を伝達するスラスト軸受４４とが組み込まれている。フランジ部材３０の内周には、回転軸１０を回転可能に支持する転がり軸受４５が組み込まれている。
荷重センサ１４は、支持部材３１およびフランジ部材３０の外周縁を、収容孔９の内周に装着した止め輪４６，４８で係止することによって軸方向の前方および後方への移動が規制されている。そして、この荷重センサ１４は、間座４３とスラスト軸受４４とを介してキャリヤ本体１３Ｂを軸方向に支持することで、キャリヤ１３の軸方向後方への移動を規制している。また、キャリヤ１３は、回転軸１０の軸方向前端に装着された止め輪４７で軸方向前方への移動も規制されている。したがって、キャリヤ１３は、軸方向前方と軸方向後方の移動がいずれも規制され、キャリヤ１３に保持された遊星ローラ１１も軸方向移動が規制された状態となっている。
この荷重センサ１４は、摩擦パッド７がブレーキディスク２に接触して荷重を負荷しているときにその実荷重の大きさを検出する。すなわち、摩擦パッド７でブレーキディスク２を押圧するとき、外輪部材１２はブレーキディスク２を押圧する荷重の反力を受け、その反力は、遊星ローラ１１、キャリヤ１３、間座４３、スラスト軸受４４を介してフランジ部材３０に伝達する。そして、その反力によってフランジ部材３０が軸方向後方にたわみ、磁気ターゲット３２と磁気センサ３３の相対位置が変化する。このとき、その相対位置の変化に応じて磁気センサ３３の出力信号が変化するので、磁気センサ３３の出力信号に基づいてブレーキディスク２を押圧する荷重の大きさを検出することができる。
ここで、摩擦パッド７でブレーキディスク２を押圧するときの磁気ターゲット３２と磁気センサ３３の相対位置の変化量は極めて小さい。例えば、ブレーキディスク２を押圧する荷重の大きさが３０ｋＮのとき、磁気ターゲット３２と磁気センサ３３の相対位置の変化量は軸方向に０．１ｍｍ程度と極めて微小であるが、上記荷重センサ１４は、複数の永久磁石３９を反対の磁極が磁気ターゲット３２と磁気センサ３３の相対変位方向に並ぶように配置し、その隣り合う磁極の境目の近傍に磁気センサ３３を配置しているので、磁気センサ３３の出力信号が、磁気ターゲット３２と磁気センサ３３の相対位置の変化に対して急峻に変化し、磁気ターゲット３２と磁気センサ３３の相対位置の変化量を高精度に検出することができる。しかも、この荷重センサ１４は、互いに非接触に配置された磁気ターゲット３２と磁気センサ３３の相対位置の変化を利用して荷重の大きさを検出するので、衝撃荷重やせん断荷重が荷重センサに入力されてもセンサが故障しにくく、高い耐久性を確保することができる。
電動モータ１５は、図６に示す制御装置５０で制御される。制御装置５０には、ブレーキＥＣＵ５１から荷重指令値が入力され、荷重センサ１４から検出荷重が入力され、電動モータ１５の回転角を検出する回転角センサ５２から電動モータ１５の回転角が入力される。回転角センサ５２としては、電動モータ１５に組み込まれたレゾルバやホール素子を採用することができ、電動モータ１５に電力を供給する線間電圧に基づいて回転角を推定する電源装置を採用することも可能である。制御装置５０は、荷重センサ１４から入力される荷重センサ１４の検出荷重とブレーキＥＣＵ５１から入力される荷重指令値との偏差に基づいて、摩擦パッド７からブレーキディスク２に負荷される荷重（以下「アクチュエータ荷重」という）が荷重指令値となるように電動モータ１５をフィードバック制御する。
上述した電動式直動アクチュエータ１の動作例を説明する。
電動モータ１５を作動させると、回転軸１０が回転し、遊星ローラ１１がキャリヤピン１３Ａを中心に自転しながら回転軸１０を中心に公転する。このとき螺旋凸条２２と円周溝２３の係合によって外輪部材１２と遊星ローラ１１が軸方向に相対移動するが、遊星ローラ１１はキャリヤ１３と共に軸方向の移動が規制されているので、遊星ローラ１１は軸方向に移動せず、外輪部材１２が軸方向に移動する。このようにして、電動式直動アクチュエータ１は、電動モータ１５で駆動される回転軸１０の回転を外輪部材１２の直線運動に変換し、その外輪部材１２と一体の摩擦パッド７をブレーキディスク２に押さえ付けて、摩擦パッド７からブレーキディスク２に荷重を負荷する。
ところで、上記電動ブレーキ装置は、摩擦パッド７が移動してブレーキディスク２に荷重を負荷するときに、摩擦パッド７の位置と荷重センサ１４で検出される荷重との関係の非線形性に起因して、図９（ａ）に示すように、摩擦パッド７とブレーキディスク２のクリアランスがゼロとなった直後の過度のオーバーシュートが発生するおそれがある。
すなわち、摩擦パッド７がブレーキディスク２から所定のクリアランスをもって離れて待機する待機位置から、摩擦パッド７がブレーキディスク２に接触して荷重を負荷する荷重負荷位置に摩擦パッド７を移動させて、所定の目標荷重をブレーキディスク２に負荷しようとする場合を考える。この場合、摩擦パッド７とブレーキディスク２のクリアランスがゼロとなる前は、図９（ａ）の時刻ｔ０〜ｔ１に示すように、荷重センサ１４で検出される荷重の大きさがほぼゼロのまま推移するので、荷重センサ１４で検出される荷重と荷重指令値の差が縮小しない。そのため、フィードバック制御の制御ゲインの大きさにかかわらず、電動モータ１５が比較的高速で回転した状態（すなわち電動モータ１５が大きな慣性エネルギーを持った状態）のまま摩擦パッド７がブレーキディスク２に接触する（図９（ａ）の時刻ｔ１）。そして、この直後に、電動モータ１５がもつ慣性エネルギーによって、荷重センサ１４で検出される荷重が急激に上昇し、荷重指令値を過度にオーバーシュートするおそれがある（図９（ａ）の時刻ｔ１以降）。このオーバーシュートは、特に目標荷重が小さいときに発生しやすく、ブレーキ時のショックとなってブレーキフィーリングに悪影響を与える。
そこで、制御装置５０は、摩擦パッド７とブレーキディスク２のクリアランスがゼロとなった直後のオーバーシュートを抑制するため、図８（ｃ）に示すように、摩擦パッド７とブレーキディスク２のクリアランスがゼロとなる直前（すなわち摩擦パッド７からブレーキディスク２に荷重が負荷される直前）の所定区間で電動モータ１５の回転数を下げる制御を行なうオーバーシュート抑制制御を行なう。以下具体的に説明する。
まず、摩擦パッド７がブレーキディスク２から所定のクリアランスをもって離れて待機する待機位置からブレーキディスク２に向けて摩擦パッド７を移動させる（図８（ｃ）の時刻ｔ０）。このとき、制御装置５０は、荷重センサ１４で検出される荷重と荷重指令値との偏差に基づいて、アクチュエータ荷重が荷重指令値となるように電動モータ１５をフィードバック制御する。このフィードバック制御を行なう間、図８（ａ）の時刻ｔ０〜ｔ１に示すように、荷重センサ１４で検出される荷重の大きさがほぼゼロのまま推移するので、荷重センサ１４で検出される荷重と荷重指令値の差が縮小しない。そのため、電動モータ１５は比較的高速で回転した状態となる。
次に、摩擦パッド７がブレーキディスク２に荷重を負荷する直前の所定区間に入ったときに、電動モータ１５の回転数を下げる制御を行なう（図８（ｃ）の時刻ｔ１−Δｔ）。ここで、制御装置５０は、摩擦パッド７とブレーキディスク２のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間に対応する電動モータ１５の回転角の範囲（図７のΔθの範囲）を予め算出しておき、回転角センサ５２で検出された電動モータ１５の回転角が、その算出された回転角の範囲内に入ったときに、クリアランスがゼロとなる直前の所定区間に入ったと判定する。この判定が行なわれたとき、制御装置５０は、電動モータ１５に対する制御を、荷重センサ１４で検出される荷重と荷重指令値との偏差に基づくフィードバック制御から、電動モータ１５の印加電圧を所定の電圧に低下させる制御に切り替える（図８（ｂ）の時刻ｔ１−Δｔ）。これにより、電動モータ１５の回転数が下がり、摩擦パッド７が減速する。
その後、摩擦パッド７がブレーキディスク２に接触するが、このときの電動モータ１５の回転数は比較的低速となっているので、アクチュエータ荷重のオーバーシュートが生じにくい（図８（ａ）の時刻ｔ１以降）。すなわち、ブレーキ時のショックが発生しにくく、良好なブレーキフィーリングを得ることができる。摩擦パッド７とブレーキディスク２のクリアランスがゼロとなった後は、荷重センサ１４で検出される荷重と荷重指令値との偏差に基づくフィードバック制御に切り替え、目標荷重までアクチュエータ荷重を増加させる。
ところで、制御装置５０により、摩擦パッド７とブレーキディスク２のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間に対応する電動モータ１５の回転角の範囲を算出するにあたっては、摩擦パッド７からブレーキディスク２に荷重が負荷されているとき（例えば前回制動時）に荷重センサ１４で検出される荷重の大きさに基づき、そのときに回転角センサ５２で検出される電動モータ１５の回転角を基準として、摩擦パッド７とブレーキディスク２のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間に対応する電動モータ１５の回転角の範囲を算出することができる。
例えば、図７に示すように、荷重センサ１４で検出された荷重の大きさが予め設定されたしきい値Ｔｈに一致したときに、そのときに回転角センサ５２で検出される電動モータ１５の回転角θＴｈを基準として、アクチュエータ荷重が減少する方向に所定の回転角を減算することにより、摩擦パッド７とブレーキディスク２のクリアランスがゼロとなる時点に対応する電動モータ１５の回転角θ１を算出することができる。さらに所定の大きさのΔθを減算することにより、摩擦パッド７とブレーキディスク２のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間の始点（図７のθ１−Δθ）を算出することができる。電動モータ１５の回転角とアクチュエータ荷重の対応関係は、実験などにより予め把握することができる。この対応関係は、電動モータ１５と回転軸１０の間の減速比、回転軸１０の直径、遊星ローラ１１の外径、外輪部材１２の内径、螺旋凸条２２のリード角、ブレーキディスク２や摩擦パッド７の剛性等に基づいて決定される。
上記のようにして摩擦パッド７とブレーキディスク２のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間に対応する電動モータ１５の回転角の範囲を算出すると、例えば、摩擦パッド７，８の摩耗等が原因で、摩擦パッド７とブレーキディスク２のクリアランスがゼロとなるときの電動モータ１５の回転角が変化したときにも、その変化後の電動モータ１５の回転角を基準として、摩擦パッド７とブレーキディスク２のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間に対応する電動モータ１５の回転角の範囲を算出することができるので、摩擦パッド７とブレーキディスク２のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間に入ったか否かを長期にわたり安定した精度で判定することが可能となる。
同様に、電動モータ１５の回転角θＴｈを基準として、摩擦パッド７がブレーキディスク２から所定のクリアランスをもって離れて待機する待機位置にあるときの電動モータ１５の回転角θ０も算出することができる。このようにすると、待機状態での摩擦パッド７，８とブレーキディスク２のクリアランスを長期にわたり一定させることが可能となる。
上記電動ブレーキ装置は、摩擦パッド７がブレーキディスク２から所定のクリアランスをもって離れて待機する待機位置から、摩擦パッド７がブレーキディスク２に接触して荷重を負荷する荷重負荷位置に摩擦パッド７を移動させて、所定の目標荷重をブレーキディスク２に負荷しようとする場合に、摩擦パッド７とブレーキディスク２のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間（図７のΔθの範囲）で電動モータ１５の回転数が下がるので、摩擦パッド７とブレーキディスク２のクリアランスがゼロとなった直後のオーバーシュートが生じにくい。そのため、ブレーキ時のショックが発生しにくく、良好なブレーキフィーリングを得ることができる。
また、電動モータ１５の回転数が下がる区間は、摩擦パッド７とブレーキディスク２のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間だけなので、摩擦パッド７が所定区間に入るまでの間は電動モータ１５が比較的高い回転数で回転する。そのため、摩擦パッド７が移動を開始してから摩擦パッド７とブレーキディスク２のクリアランスがゼロとなるまでの全区間で電動モータ１５の回転数を下げる場合と比べて、摩擦パッド７の移動に要する時間が短く、アクチュエータの応答性に優れる。
摩擦パッド７の位置は、リニア変位センサ等で検出することも可能であるが、上記実施形態のように、電動モータ１５の回転角センサ５２で摩擦パッド７の位置を検出するようにすると好ましい。このようにすると、回転角センサ５２で検出された電動モータ１５の回転角に基づいて、摩擦パッド７の位置を高い分解能で取得することができるので、摩擦パッド７とブレーキディスク２のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間に入ったか否かを高い精度で判定することが可能である。
上記実施形態では、摩擦パッド７とブレーキディスク２のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間に入ったときに、電動モータ１５の回転数が下がるように電動モータ１５に対する印加電圧を変化させる制御として、電動モータ１５に対する印加電圧を所定の電圧に低下させる制御を例に挙げて説明したが、他の方式の制御を採用することも可能である。
例えば、電動モータ１５の回転数と所定の低速回転数との偏差に基づいて、電動モータ１５の回転数が低速回転数となるように電動モータ１５をフィードバック制御する制御を採用することができる。電動モータ１５の回転数は、回転角センサ５２で検出される電動モータ１５の回転角を時間微分することで取得することができる。
また、電動モータ１５を、一定電圧のＯＮとＯＦＦを繰り返す矩形のパルス電圧で駆動する場合、電動モータ１５に対する印加電圧のＯＮ時間とＯＦＦ時間を合わせた総時間に占めるＯＮ時間の比率（デューティー比）をあらかじめ所定値以下に低下させる制御（ＰＷＭ制御）を採用することができる。また、電動モータ１５を、ＯＮとＯＦＦを繰り返す矩形のパルス電圧で駆動する場合、電動モータ１５に対する印加電圧のパルス振幅を所定値以下に減少させる制御（ＰＡＭ制御）を採用してもよい。
上記実施形態では、電動モータ１５の回転を直動部材Ａ（外輪部材１２と摩擦パッド７）の直線運動に変換する運動変換機構Ｂとして、電動モータ１５の回転が入力される回転軸１０と、回転軸１０の外周の円筒面に転がり接触する複数の遊星ローラ１１と、その複数の遊星ローラ１１を自転可能かつ公転可能に保持し、軸方向移動を規制されたキャリヤ１３と、複数の遊星ローラ１１を囲むように配置された外輪部材１２と、その外輪部材１２の内周に設けられた螺旋凸条２２と、その螺旋凸条２２と係合するように各遊星ローラ１１の外周に設けられた円周溝２３とを有する遊星ローラ式の運動変換機構Ｂを例に挙げて説明したが、この発明は、他の構成の運動変換機構Ｂを採用した電動式直動アクチュエータにも同様に適用することができる。
例えば、運動変換機構Ｂとしてボールねじ式の運動変換機構Ｂを採用した電動式直動アクチュエータの例を図１０に示す。以下、上記実施形態に対応する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。
図１０において、直動アクチュエータは、電動モータ１５の回転が入力される回転軸１０と、回転軸１０と一体に設けられたねじ軸６０と、ねじ軸６０を囲むように設けられたナット６１と、ねじ軸６０の外周に形成されたねじ溝６２とナット６１の内周に形成されたねじ溝６３の間に組み込まれた複数のボール６４と、ナット６１のねじ溝６３の終点から始点にボール６４を戻す図示しないリターンチューブと、ナット６１の軸方向後方に配置された荷重センサ１４とを有する。
ナット６１は、キャリパボディ６の対向片３に設けられた収容孔９内に、キャリパボディ６に対して回り止めされた状態で軸方向にスライド可能に収容されている。ねじ軸６０の軸方向後端にはねじ軸６０と一体に回転する間座４３が設けられ、その間座４３がスラスト軸受４４を介して荷重センサ１４で支持されている。ここで、荷重センサ１４は、間座４３とスラスト軸受４４とねじ軸６０とを介してナット６１を軸方向に支持することで、ナット６１の軸方向後方への移動を規制している。
この電動式直動アクチュエータは、回転軸１０を回転させることによって、ねじ軸６０とナット６１を相対回転させて、ナット６１を軸方向前方に移動させ、そのナット６１とキャリパボディ６に設けた対向片４によって摩擦パッド７，８をブレーキディスク２に押圧することで、制動力を発生させる。このとき、ねじ軸６０は、軸方向後方への反力を受け、その反力は、間座４３、スラスト軸受４４を介して荷重センサ１４に伝達する。
また、運動変換機構Ｂとしてボールランプ式の運動変換機構Ｂを採用した電動式直動アクチュエータを適用した例を図１１に示す。
図１１において、直動アクチュエータは、回転軸１０と、回転軸１０の外周に回り止めされた回転ディスク７０と、回転ディスク７０の軸方向前方に対向して配置された直動ディスク７１と、回転ディスク７０と直動ディスク７１の間に挟まれた複数のボール７２と、直動ディスク７１の軸方向後方に配置された荷重センサ１４とを有する。
直動ディスク７１は、キャリパボディ６の対向片３に設けられた収容孔９内に、キャリパボディ６に対して回り止めされた状態で軸方向にスライド可能に収容されている。回転ディスク７０の軸方向後端には回転ディスク７０と一体に回転する間座４３が設けられ、その間座４３がスラスト軸受４４を介して荷重センサ１４で支持されている。ここで、荷重センサ１４は、間座４３とスラスト軸受４４とを介して回転ディスク７０を軸方向に支持することで回転ディスク７０の軸方向後方への移動を規制している。
図１２、図１３に示すように、回転ディスク７０の直動ディスク７１に対する対向面７０ａには、周方向の一方向に沿って深さが次第に浅くなる傾斜溝７３が形成され、直動ディスク７１の回転ディスク７０に対する対向面７１ａには、周方向の他方向に沿って深さが次第に浅くなる傾斜溝７４が形成されている。図１３（ａ）に示すように、ボール７２は、回転ディスク７０の傾斜溝７３と直動ディスク７１の傾斜溝７４の間に組み込まれており、図１３（ｂ）に示すように、直動ディスク７１に対して回転ディスク７０が相対回転すると、傾斜溝７３，７４内をボール７２が転動して、回転ディスク７０と直動ディスク７１の間隔が拡大するようになっている。
この電動式直動アクチュエータは、回転軸１０を回転させることによって、直動ディスク７１と回転ディスク７０を相対回転させて、直動ディスク７１を軸方向前方に移動させ、その直動ディスク７１とキャリパボディ６に設けた対向片４によって摩擦パッド７，８をブレーキディスク２に押圧することで、制動力を発生させる。このとき、直動ディスク７１は、軸方向後方への反力を受け、その反力は、間座４３、スラスト軸受４４を介して荷重センサ１４に伝達する。
１ 電動式直動アクチュエータ
２ ブレーキディスク
７ 摩擦パッド
１４ 荷重センサ
１５ 電動モータ
５０ 制御装置
５２ 回転角センサ
Ａ 直動部材
Ｂ 運動変換機構
θＴｈ 回転角

Claims (7)

  1. 車輪と一体に回転するブレーキディスク（２）と、
    前記ブレーキディスク（２）に摩擦パッド（７）を押さえ付ける電動式直動アクチュエータ（１）とを有し、
    前記電動式直動アクチュエータ（１）は、
    電動モータ（１５）と、
    前記ブレーキディスク（２）から所定のクリアランスをもって離れて待機する待機位置と、前記ブレーキディスク（２）に接触して荷重を負荷する荷重負荷位置との間で直線移動可能に設けられた直動部材（Ａ）と、
    前記電動モータ（１５）の回転を前記直動部材（Ａ）の直線移動に変換する運動変換機構（Ｂ）と、
    前記直動部材（Ａ）からブレーキディスク（２）に負荷される荷重の大きさを検出する荷重センサ（１４）と、
    その荷重センサ（１４）で検出される荷重と荷重指令値との偏差に基づいて、前記直動部材（Ａ）からブレーキディスク（２）に負荷される荷重が荷重指令値となるように前記電動モータ（１５）をフィードバック制御する制御装置（５０）とを有する車両用電動ブレーキ装置において、
    前記電動モータ（１５）の回転角を検出する回転角センサ（５２）と、
    前記制御装置（５０）は、前記直動部材（Ａ）が待機位置から荷重負荷位置に移動してブレーキディスク（２）に荷重を負荷するときに、前記直動部材（Ａ）と前記ブレーキディスク（２）のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間で前記電動モータ（１５）の回転数を下げる制御を行なうオーバーシュート抑制制御手段とを更に有し、
    前記オーバーシュート抑制制御手段は、前記回転角センサ（５２）で検出された電動モータ（１５）の回転角に基づいて、前記直動部材（Ａ）と前記ブレーキディスクのクリアランスがゼロとなる直前の所定区間に入ったか否かを判定することを特徴とする車両用電動ブレーキ装置。
  2. 前記オーバーシュート抑制制御手段は、前記直動部材（Ａ）からブレーキディスク（２）に荷重が負荷されているときに前記荷重センサ（１４）で検出される荷重の大きさに基づき、そのときに前記回転角センサ（５２）で検出される電動モータ（１５）の回転角（θＴｈ）を基準として前記直動部材（Ａ）と前記ブレーキディスクのクリアランスがゼロとなる直前の所定区間に対応する前記電動モータ（１５）の回転角の範囲を算出し、その算出された回転角の範囲内に、前記回転角センサ（５２）で検出された電動モータ（１５）の回転角が入ったときに前記直動部材（Ａ）と前記ブレーキディスク（２）のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間に入ったと判定する請求項１に記載の車両用電動ブレーキ装置。
  3. 前記オーバーシュート抑制制御手段は、前記直動部材（Ａ）と前記ブレーキディスク（２）のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間に入ったときに、前記電動モータ（１５）の回転数が下がるように電動モータ（１５）に対する印加電圧を変化させる制御を行なう請求項１または２に記載の車両用電動ブレーキ装置。
  4. 前記オーバーシュート抑制制御手段は、前記直動部材（Ａ）と前記ブレーキディスク（２）のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間に入ったときに、前記電動モータ（１５）に対する印加電圧を所定の電圧に低下させるものである請求項１から３のいずれかに記載の車両用電動ブレーキ装置。
  5. 前記オーバーシュート抑制制御手段は、前記直動部材（Ａ）と前記ブレーキディスク（２）のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間に入ったときに、電動モータ（１５）の回転数と所定の低速回転数との偏差に基づいて、電動モータ（１５）の回転数が前記低速回転数となるように前記電動モータ（１５）をフィードバック制御するものである請求項１から３のいずれかに記載の車両用電動ブレーキ装置。
  6. 前記電動モータ（１５）は、一定電圧のＯＮとＯＦＦを繰り返すパルス電圧で駆動され、
    前記オーバーシュート抑制制御手段は、前記直動部材（Ａ）と前記ブレーキディスク（２）のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間に入ったときに、前記電動モータ（１５）に対する印加電圧のＯＮ時間とＯＦＦ時間を合わせた総時間に占めるＯＮ時間の比率を低下させるものである請求項１から３のいずれかに記載の車両用電動ブレーキ装置。
  7. 前記電動モータ（１５）は、ＯＮとＯＦＦを繰り返すパルス電圧で駆動され、
    前記オーバーシュート抑制制御手段は、前記直動部材（Ａ）と前記ブレーキディスク（２）のクリアランスがゼロとなる直前の所定区間に入ったときに、前記電動モータ（１５）に対する印加電圧のパルス振幅を減少させるものである請求項１から３のいずれかに記載の車両用電動ブレーキ装置。
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