JP6214230B2 - 電動ブレーキ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電動モータの回転運動を直動機構によって直線運動に変換して制動力として出力する電動ブレーキ装置に関する。
従来、自動車用のブレーキ装置としては油圧式のものが多く採用されてきたが、近年、ＡＢＳ(Antilock Brake System)等の高度なブレーキ制御の導入に伴い、これらの制御を複雑な油圧回路なしに行うことができる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、電動モータの回転運動を直動機構によってブレーキパッドの直線運動に変換する電動式直動アクチュエータが組み込まれており、ブレーキペダルの踏み込み信号等で電動モータを作動させることにより、直動アクチュエータによって直線駆動されたブレーキパッドでブレーキディスクを押圧して、車輪に制動力を作用させるものが多い（例えば、特許文献１、２参照。）。
特開平６−３２７１９０号公報 特開２００６−１９４３５６号公報
ところで、上記のような電動ブレーキ装置では、電動モータの出力がトルクと回転数を乗じたものとなるので、制動力を一定に保持しているときは電動モータの出力がゼロとなるが、制動力を変化させるときは電動モータの回転数に比例して出力が行われ、消費電力が発生する。
したがって、例えば電気信号ノイズ、量子化ノイズ、ブレーキディスクの偏肉等の外部要因によって制動力変動が生じた場合に、その制動力変動を抑えようとして電動モータが高速に揺動して動作周波数が高くなると、消費電力が大幅に増加するおそれがある。
そこで、本発明の課題は、電動ブレーキ装置の制動力変動を許容範囲内に抑えながら、消費電力の低減を図ることである。
上記の課題を解決するため、本発明は、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して制動力として出力する直動機構と、前記直動機構の制動力を制御する制御装置とを備えた電動ブレーキ装置において、前記制御装置が、制御指令値、操作量および制御量のうちのいずれかの周波数を検出し、検出された周波数が所定の周波数閾値よりも高いときに、前記操作量を所定のパラメータに応じて制限する構成を採用した。
すなわち、本発明者は、電動ブレーキ装置の制動力変動の周波数がある周波数を超えると、制動対象物が制動力変動の影響を受けにくくなる、言い換えれば、許容できる制動力変動が大きくなる傾向があることに着目し、所定の周波数閾値よりも高周波の領域で制動力変動を打ち消すための操作量を制限することにより、制動力変動が許容値を超えない範囲で、電動モータの出力を抑えて消費電力を低減できるようにしたのである。
また、ある周波数を超える高周波領域では、周波数が高くなるほど許容できる制動力変動が大きくなることから、上記の構成においては、前記周波数が高くなるほど前記操作量が小さく制限されるように、前記パラメータの数値を調整することにより、消費電力の低減効果を大きくすることができる。
ここで、前記制動力を作用させる対象が車両の車輪である場合は、前記制御量の周波数と前記車両の前後加速度の減衰率との関係に基づいて、前記パラメータの数値を調整するようにすれば、制動力変動が車両の挙動に及ぼす影響を確実に抑えることができる。
前記操作量を制限するための具体的な構成としては、前記パラメータとして前記操作量の上限値および下限値を設けたり、前記パラメータとして前記検出された周波数と前記周波数閾値との差分に乗算されるゲインを設け、その乗算結果を前記操作量から減算するようにしたり、前記パラメータとして前記制御指令値と制御量との偏差に対する不感帯（デッドバンド）を設けたりすることができる。
また、前記制御装置は、前記直動機構の制動力を制御量とし、制動力目標値を制御指令値とするか、あるいは前記電動モータの電流または回転角を制御量とし、前記制動力目標値を所定の変換係数に基づいて変換した値を制御指令値とするとともに、前記電動モータに印加する電圧を操作量としてフィードバック制御を行うものとすることができる。
本発明の電動ブレーキ装置は、上述したように、制動力変動の周波数がある周波数を超えると、制動対象物が制動力変動の影響を受けにくくなり、制動力変動の許容値が大きくなることを利用して、高周波領域では制動力変動を打ち消すための操作量を制限するようにしたものであるから、制動力変動を許容範囲内に抑えながら、消費電力を低減することができる。
実施形態の電動ブレーキ装置の全体構成図 図１の電動ブレーキ装置の機械装置部分の縦断正面図 図１の制御装置の操作量制限器をリミッタとした例の部分構成図 制動力変動の周波数に応じた操作量上限値の決定方法を説明するグラフ ａ、ｂは、それぞれ図１の制御装置の操作量制限手法の変形例の部分構成図
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１は実施形態の電動ブレーキ装置の全体構成を示す。この電動ブレーキ装置は、電動モータ１と、電動モータ１の回転運動を直線運動に変換して制動力として出力する直動機構２と、直動機構２の制動力を制御する制御装置３とを備えている。
この電動ブレーキ装置の機械装置部分は、図２に示すように、前記電動モータ１と直動機構２とを含む電動式直動アクチュエータ１１のハウジング１２にキャリパボディ部１３を一体に設け、そのキャリパボディ部１３内にブレーキディスク１４の外周部の一部を配置し、そのブレーキディスク１４の両側にブレーキパッド１５、１６を設ける。
電動式直動アクチュエータ１１は、電動モータ１のロータ軸の回転をギヤ減速機構１８によって回転軸１９に伝達し、回転軸１９の回転運動を外輪部材１７の直線運動に変換するものである。その運動変換を行う直動機構２としては、回転軸１９と外輪部材１７との間に複数の遊星ローラ２０を組み込み、各遊星ローラ２０を回転軸１９外径面との弾性接触によって自転しつつ公転させ、遊星ローラ２０外径面に形成した螺旋溝２０ａと外輪部材１７内径面に形成した螺旋突条１７ａとの係合によって、外輪部材１７を軸方向に移動させるものを採用している。
したがって、電動式直動アクチュエータ１１の電動モータ１を駆動して、直動機構２により外輪部材１７をブレーキディスク１４に近づく方向に直線移動させると、ブレーキパッド１６がブレーキパッド１５とともにブレーキディスク１４を挟み付け、ブレーキディスク１４が取り付けられた車輪に制動力が作用するようになっている。
前記制御装置３は、図１に示したように、直動機構２が出力する制動力を制御量としてフィードバック制御を行うもので、制御指令値としての制動力目標値と制動力のフィードバック値とが入力され、その偏差を打ち消すための操作量（電動モータ１に印加する電圧）を演算する演算器４と、演算器４で演算した操作量の周波数ｆ０を検出する周波数検波器５と、周波数検波器５での周波数検出結果に基づいて操作量を制限する操作量制限器６とを備え、操作量制限器６で制限された操作量を電動モータ１に出力している。
図３は、制御装置３の操作量制限器６として、周波数検波器５で検出された操作量の周波数ｆ０が所定の周波数閾値ｆthよりも高いときに、操作量を一定範囲に制限するリミッタを採用した例を示す。
このリミッタ（操作量制限器６）において、操作量を制限するパラメータとなる操作量の上限値および下限値は、操作量の周波数ｆ０に応じて変化する可変値とされている。その上限値の決定方法を、図４に基づいて説明する。一般に、車輪に制動力が作用するときの車両の前後加速度は、その制動力の周波数がある周波数（カットオフ周波数）より高い周波数帯域で高周波になるほど減衰しやすくなる（図４（ａ））。すなわち、制動力の高周波領域では、その周波数が高いほど、車両の挙動は制動力変動に影響されにくくなり、制動力変動の許容値が大きくなるので（図４（ｂ））、操作量を小さく制限してもかまわず、操作量の上限値を小さくできることになる（図４（ｃ））。
したがって、予め、制動力の周波数と車両の前後加速度の減衰率との関係から、制動力変動の周波数に応じた許容値を把握しておき、制動力の周波数に対応する操作量の周波数ｆ０が前後加速度の周波数特性から決定される周波数閾値ｆthよりも高い領域で、制動力変動が許容値以下となるように、操作量の上限値を周波数ｆ０に応じて決定すればよい。操作量の下限値は、絶対値が上限値と同じで負符号の値となる。これにより、車両の挙動に影響を及ぼすことなく、周波数ｆ０が高くなるほど操作量を小さく制限することができる。
また、この制御装置３で操作量の周波数ｆ０が周波数閾値ｆthよりも高いときに操作量を制限する手法としては、上記のようなリミッタを設ける方法に限らず、例えば図５に示すような構成を採用することもできる。図５（ａ）は、操作量の周波数ｆ０と周波数閾値ｆthとの差分に乗算されるゲインＫｆをパラメータとして設け、その乗算結果を操作量から減算するようにした例を示す。一方、図５（ｂ）は、操作量を制限するパラメータとして、制御指令値（制動力目標値）と制御量（制動力フィードバック値）との偏差に対する不感帯（デッドバンド）を設けた例を示す。
上記図５（ａ）、（ｂ）に示した操作量制限手法を採用する場合も、そのパラメータとなるゲインＫｆや不感帯の大きさは、図３の例の操作量の上下限値と同様に、操作量の周波数ｆ０に応じて変化する可変値として、周波数ｆ０が高くなるほど操作量が小さく制限されるように調整することができる。
この電動ブレーキ装置は、上記の構成であり、制動力変動を打ち消すための操作量の周波数ｆ０が車両の前後加速度のカットオフ周波数に対応する周波数閾値ｆthよりも高いときに、操作量を所定のパラメータに応じて制限するようにしたので、制動力変動が許容値を超えない範囲で、すなわち車両挙動に悪影響が発生しない範囲で、電動モータ１の出力を抑えて消費電力を低減することができる。
ここで、操作量を制限するパラメータは固定値とすることもできるが、実施形態のように可変値として、周波数が高くなるほど操作量を小さく制限するように調整できるものとした方が、消費電力の低減効果が大きくなるので好ましい。
なお、上述した実施形態では、周波数検波器５は操作量の周波数ｆ０を検出するものとしたが、制御指令値や制御量の周波数を検出するものとすることもできる。
また、制御装置３は、直動機構２の制動力を制御量とし、制動力目標値を制御指令値とするフィードバック制御を行うものとしたが、電動モータ１の電流や回転角、直動機構２の作用により直線移動する可動ブレーキパッド１６の変位等の状態量を制御量とし、それに対応するように、制動力目標値を所定の変換係数に基づいて変換した値を制御指令値としてフィードバック制御を行うものとしてもよい。あるいは、予めアクチュエータの特性（慣性モーメント、トルク、減速比等）を把握しておき、フィードフォワード制御を行うものとしてもよい。
また、直動機構２は、実施形態のような遊星ローラねじ機構のほか、ボールねじ機構やボールランプ機構を採用することもできる。
１ 電動モータ
２ 直動機構
３ 制御装置
４ 演算器
５ 周波数検波器
６ 操作量制限器
１１ 電動式直動アクチュエータ
１２ ハウジング
１３ キャリパボディ部
１４ ブレーキディスク
１５、１６ ブレーキパッド
１７ 外輪部材
１８ ギヤ減速機構
１９ 回転軸
２０ 遊星ローラ

Claims (5)

  1. 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して制動力として出力する直動機構と、前記直動機構の制動力を制御する制御装置とを備えた電動ブレーキ装置において、前記制御装置が、制御指令値、操作量および制御量のうちのいずれかの周波数を検出し、検出された周波数が所定の周波数閾値よりも高いときに、前記周波数が高くなるほど前記操作量が小さく制限されるように、前記操作量を制限することを特徴とする電動ブレーキ装置。
  2. 前記操作量の上限値および下限値を設けることにより、前記操作量を制限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. 前記検出された周波数と前記周波数閾値との差分に乗算されるゲインを設け、その乗算結果を前記操作量から減算することにより、前記操作量を制限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。
  4. 前記制御指令値と制御量との偏差に対する不感帯を設けることにより、前記操作量を制限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。
  5. 前記制御装置は、前記直動機構の制動力を制御量とし、制動力目標値を制御指令値とするか、あるいは前記電動モータの電流または回転角を制御量とし、前記制動力目標値を所定の変換係数に基づいて変換した値を制御指令値とするとともに、前記電動モータに印加する電圧を操作量としてフィードバック制御を行うものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電動ブレーキ装置。
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