JP6257169B2 - 電動倍力装置に用いられる制御ユニット、及び電動倍力装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動倍力装置に用いられる制御ユニット、及び電動倍力装置に関するものである。

従来、車両のドライバがブレーキ操作をした際に車輪に対するブレーキ力をアシストするために倍力装置が用いられている。倍力装置は、ブレーキペダルを介して伝えられるドライバの制動力を、バキューム圧によって補助することでマスターシリンダに大きな制動力を伝達する。

バキューム圧は、内燃機関の吸入空気圧を使用するものと、電気自動車やハイブリッド自動車などにおいて電動機を使用するものとに大別される。なお、電動機を使用してブレーキ力をアシストする倍力装置は、電動倍力装置とも呼ばれる。

電動倍力装置においては、電動機に電力を供給する主電源の他、主電源のバックアップ用にバックアップ電源を設け、主電源の失陥時にはバックアップ電源を用いて電動機を駆動する場合がある。

すなわち、車両の走行中などに主電源が失陥した場合、ブレーキ力のアシスト機能が失われ、その結果、車両の制動距離が長くなるおそれがある。このため、電動倍力装置においては、主電源から電動機へ電力を供給する第１の電源ラインに第１のスイッチを設けるとともにバックアップ電源から電動機へ電力を供給する第２の電源ラインに第２のスイッチを設ける。通常時には、第１のスイッチは「閉」になっており、第２のスイッチは「開」になっている。そして、例えば主電源の老朽化などによって主電源から供給される電圧値が徐々に降下し、しきい値より小さくなったら、制御部は、第２のスイッチを「閉」に制御するとともに第１のスイッチを「開」に制御する。これによって、バックアップ電源から電動機へ電力が供給されるので、車両の走行中に主電源が失陥したとしても、ブレーキ力のアシスト機能を保持することができる。

特開２０１０−１２０６２４号公報

しかしながら、従来技術は、主電源の失陥が急峻に発生した場合に、ブレーキ力のアシスト機能が失われるおそれがある。

すなわち、主電源が失陥した場合、制御部によって第１のスイッチと第２のスイッチの開閉を制御するが、第１及び第２のスイッチの開閉制御を行うためには制御部にも電源が供給されている必要がある。

この点、従来技術は、主電源から制御部へ電力を供給する第３の電源ラインに第３のスイッチを設けるとともに、バックアップ電源から制御部へ電力を供給する第４の電源ラインに第４のスイッチを設けている。通常時には、第３のスイッチは「閉」になっており、第４のスイッチは「開」になっている。そして、従来技術は、主電源から供給される電圧値がしきい値より小さくなったら、制御部は、第４のスイッチを「閉」に制御するとともに第３のスイッチを「開」に制御する。これによって、バックアップ電源から制御部へ電力が供給されるので、制御部は、上述のように第１のスイッチ及び第２のスイッチの開閉を制御することができる。

しかしながら、例えば電源ラインの断線などによって、主電源から供給される電圧値が急峻に降下した場合、制御部は、第３及び第４のスイッチの開閉を切り替える前に電源が遮断され、その結果、第１及び第２のスイッチの開閉の切り替えも行えないおそれがある。

そこで、本願発明は、主電源が急峻に失陥した場合であってもブレーキ力のアシスト機能を保持することを課題とする。

本願発明の制御ユニットの一実施形態は、上記課題に鑑みなされたもので、電動機を用いて車輪に対するブレーキ力をアシストする電動倍力装置に用いられる制御ユニットである。制御ユニットは、第１の電源から前記電動機へ電力を供給する第１の電源ラインを開閉可能な第１のスイッチと、第２の電源から前記電動機へ電力を供給する第２の電源ラインを開閉可能な第２のスイッチと、前記第１の電源と第３の電源ラインを介して接続され、前記第１の電源から供給される電圧値又は該電圧値に相関する物理量に基づいて、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチの開閉を制御する制御部と、前記第３の電源ラインに、カソードを前記制御部側に向けて設けられた第１のダイオード素子と、前記第２の電源から前記制御部へ電力を供給する第４の電源ラインに、カソードを前記制御部側に向けて設けられた第２のダイオード素子と、を備えたことを特徴とする。

また、前記制御部は、前記第１の電源から供給される電圧値又は該電圧値に相関する物理量が、あらかじめ設定されたしきい値以下になった場合に、前記第１のスイッチを開に制御するとともに前記第２のスイッチを閉に制御する、ことができる。

また、前記第２の電源は、前記第１の電源から供給される電力を蓄電可能なキャパシタを含むバックアップ電源とすることができる。

また、前記バックアップ電源は、前記第１の電源から前記キャパシタへ電力の供給を受ける受電ラインを開閉可能な受電スイッチと、前記キャパシタから前記電動機又は前記制御部へ電力の供給を行う送電ラインを開閉可能な送電スイッチと、を備える、ことができる。

また、前記第１の電源と並列に設けられ、外部から供給された電圧値を前記電動倍力装置で用いられる電圧値へと降圧する第３の電源をさらに備える、ことができる。

また、前記第１のダイオード素子のカソード側とアノード側の電圧値を比較するコンパレータをさらに備える、ことができる。

また、本願発明の電動倍力装置の一実施形態は、上記のいずれかの制御ユニットと、前記制御ユニットから供給された電力に基づいて駆動される電動機と、前記電動機の駆動力を伝達するギヤユニットと、前記ギヤユニットを介して伝達された駆動力を液圧マスターシリンダへ伝達するブーストボディと、を備えることを特徴とする。

かかる本願発明によれば、主電源の失陥が急峻に発生した場合であってもブレーキ力のアシスト機能を保持することができる。

図１は、本実施形態の電動倍力装置を含む電動倍力システムの構成を示す図である。 図２は、本実施形態の電動倍力装置の詳細構成を示す図である。

以下、本願発明の一実施形態に係る電動倍力装置、及び電動倍力装置に用いられる制御ユニットを図面に基づいて説明する。本実施形態の電動倍力装置、及び電動倍力装置に用いられる制御ユニットは、電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、又は内燃機関と電動機とを動力源として備えたハイブリッド自動車などにおいて用いられるが、これには限られない。

図１は、本実施形態の電動倍力装置を含む電動倍力システムの構成を示す図である。

図１に示すように、電動倍力システム１０００は、車輪に対するドライバのブレーキ力をアシストする（増幅する）電動倍力装置１００を備える。また、電動倍力システム１０００は、電動倍力装置１００へ電力を供給するバッテリ（第１の電源）２００、ＤＬＣ（第２の電源又はバックアップ電源）３００、及びＤＣ／ＤＣコンバータ（第３の電源）４００を備える。

バッテリ２００は、車両に一般的に搭載されている鉛蓄電池等のバッテリである。ＤＬＣ３００は、内部に複数のキャパシタが搭載されており、バッテリ２００又はＤＣ／ＤＣコンバータ４００から供給された電力を蓄電可能なデバイスである。ＤＣ／ＤＣコンバータ４００は、バッテリ２００と並列に設けられており、車両に搭載された外部電源から供給された電圧値を電動倍力装置１００で用いられる電圧値へと降圧する変圧器である。

また、電動倍力システム１０００は、ブレーキペダル７００に対するドライバのブレーキ操作量を検出するストロークセンサ７１０を備える。電動倍力装置１００は、ストロークセンサ７１０によって検出されたブレーキ操作量に応じてブレーキ力を増幅する。また、電動倍力システム１０００は、電動倍力装置１００で増幅されたドライバのブレーキ力に応じて液圧を吐出するマスターシリンダ５００、及びマスターシリンダ５００から吐出された液圧によって制動される車輪６００を備える。以下、電動倍力装置１００の詳細を説明する。

図２は、本実施形態の電動倍力装置の詳細構成を示す図である。図２においては、マスターシリンダ５００及び車輪６００の図示を省略している。

図２に示すように、電動倍力装置１００は、モータ（電動機）１１０、及びＥＣＵ（制御ユニット）１２０を備えており、モータ１１０を用いて車輪６００に対するブレーキ力をアシストする。

具体的には、ストロークセンサ７１０から、ＥＣＵ１２０内に設けられたμ−ＣＯＭ１３０へ、ストロークセンサ７１０によって検出されたブレーキ操作量が出力される。μ−ＣＯＭ１３０は、ストロークセンサ７１０から出力されたブレーキ操作量に応じてモータ１１０を駆動する。モータ１１０の駆動力は、ギヤユニット１１２を介してブーストボディ１１４へ伝達される。ブーストボディ１１４は、ギヤユニット１１２を介して伝達された駆動力に応じてマスターシリンダ５００内にブレーキ液を押圧する。このようにして、電動倍力装置１００は、ドライバのブレーキ操作量に応じてブレーキ力をブーストする。

また、図２に示すように、ＥＣＵ１２０は、バッテリ２００からモータ１１０へ電力を供給する第１の電源ライン１４２を開閉可能な第１のスイッチ１４０を備える。また、ＥＣＵ１２０は、ＤＬＣ３００からモータ１１０へ電力を供給する第２の電源ライン１５２を開閉可能な第２のスイッチ１５０を備える。

ここで、ＤＬＣ３００について説明する。ＤＬＣ３００は、内部に複数のキャパシタ３１０が搭載されており、バッテリ２００又はＤＣ／ＤＣコンバータ４００から供給された電力を蓄電可能なデバイスである。ＤＬＣ３００は、バッテリ２００又はＤＣ／ＤＣコンバータ４００からキャパシタ３１０へ電力の供給を受ける受電ライン３２０を開閉可能な受電スイッチ３３０を備える。また、ＤＬＣ３００は、キャパシタ３１０からモータ１１０又はμ−ＣＯＭ１３０へ電力の供給を行う送電ライン３４０を開閉可能な送電スイッチ３５０を備える。ＤＬＣ３００は、受電スイッチ３３０及び送電スイッチ３５０の開閉を制御する。例えば、ＤＬＣ３００は、バッテリ２００又はＤＣ／ＤＣコンバータ４００から所定のしきい値より大きな電圧値が供給されている場合には、受電スイッチ３３０を「閉」に制御し、送電スイッチ３５０を「開」に制御することによって、充電を行う。一方、ＤＬＣ３００は、バッテリ２００又はＤＣ／ＤＣコンバータ４００から所定のしきい値以下の電圧値が供給されている場合には、送電スイッチ３５０を「閉」に制御し、受電スイッチ３３０を「開」に制御することによって、モータ１１０及びμ−ＣＯＭ１３０へ電力の供給を行う。

また、図２に示すように、ＥＣＵ１２０は、バッテリ２００と第３の電源ライン１６２を介して接続されたμ−ＣＯＭ（制御部）１３０を備える。μ−ＣＯＭ１３０は、バッテリ２００から供給される電圧値又は該電圧値に相関する物理量に基づいて、第１のスイッチ１４０及び第２のスイッチ１５０の開閉を制御する。

具体的には、μ−ＣＯＭ１３０は、バッテリ２００又はＤＣ／ＤＣコンバータ４００から所定のしきい値より大きな電圧値が供給されている場合（通常時）には、第１のスイッチ１４０を「閉」に制御し、第２のスイッチ１５０を「開」に制御する。これによって、バッテリ２００又はＤＣ／ＤＣコンバータ４００からモータ１１０へ、第１のスイッチ１４０を介して電力が供給される。

一方、μ−ＣＯＭ１３０は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ４００に不具合が生じ、かつ、バッテリ２００の老朽化などによってバッテリ２００から供給される電圧値が徐々に降下し、しきい値以下になった場合（電源失陥時）には、第２のスイッチ１５０を「閉」に制御するとともに第１のスイッチ１４０を「開」に制御する。これによって、ＤＬＣ３００からモータ１１０へ、第２のスイッチ１５０を介して電力が供給される。その結果、車両の走行中にバッテリ２００又はＤＣ／ＤＣコンバータ４００からの電力が失陥したとしても、電動倍力装置１００は、ブレーキ力のアシスト機能を保持することができる。

ところで、μ−ＣＯＭ１３０によって上述のように第１のスイッチ１４０及び第２のスイッチ１５０の開閉を制御するためには、μ−ＣＯＭ１３０にも電源が供給されている必要がある。

このため、μ−ＣＯＭ１３０は、バッテリ２００と第３の電源ライン１６２を介して接続されるとともに、ＤＬＣ３００と第４の電源ライン１７２を介して接続されている。そして、ＥＣＵ１２０は、第３の電源ライン１６２に、カソードをμ−ＣＯＭ１３０側に向けて設けられたダイオード素子（第１のダイオード素子）１６０を備える。

また、ＥＣＵ１２０は、ＤＬＣ３００からμ−ＣＯＭ１３０へ電力を供給する第４の電源ライン１７２に設けられたダイオード素子（第２のダイオード素子）１７０−１を備えている。ダイオード素子１７０−１は、カソードをμ−ＣＯＭ１３０側に向けて設けられている。なお、本実施形態では、ダイオード素子１７０−１と並列に、カソードをμ−ＣＯＭ１３０側に向けて、ダイオード素子（第３のダイオード素子）１７０−２が設けられている。ダイオード素子１７０−１とダイオード素子１７０−２は、一方がオープン故障をした場合のバックアップのために設けられているので、必ずしも両者を設けなくてもよい。

このように、本実施形態では、第３の電源ライン１６２にダイオード素子１６０を設けるとともに、第４の電源ライン１７２にダイオード素子１７０−１，１７０−２を設けているため、バッテリ２００及びＤＣ／ＤＣコンバータ４００の失陥が急峻に発生した場合であってもブレーキ力のアシスト機能を保持することができる。

すなわち、従来技術では、第３の電源ライン１６２、及び第４の電源ライン１７２にそれぞれ、ダイオード素子１６０，１７０−１，１７０−２ではなく、スイッチを設けていた。以下の説明では、便宜上、従来技術において、第３の電源ライン１６２に設けられていたスイッチを第３のスイッチ、第４の電源ライン１７２に設けられていたスイッチを第４のスイッチと呼ぶ。

従来技術は、電源失陥時には、第４のスイッチ１５０を「閉」に制御するとともに第３のスイッチ１４０を「開」に制御していた。これによって、従来技術は、電源失陥時には、μ−ＣＯＭ１３０への電源の供給源をＤＬＣ３００へ切り替え、μ−ＣＯＭ１３０によって第１のスイッチ１４０及び第２のスイッチ１５０の開閉を制御していた。

しかしながら、従来技術では、電源ラインの断線などによってバッテリ２００及びＤＣ／ＤＣコンバータ４００から供給される電圧値が急峻に降下した場合、第１のスイッチ１４０及び第２のスイッチ１５０の開閉を制御できなくなり、その結果、ブレーキ力のアシスト機能が失われるおそれがあった。

すなわち、車両の走行中などにバッテリ２００及びＤＣ／ＤＣコンバータ４００から供給される電圧値が急峻に降下した場合、μ−ＣＯＭ１３０は、第３及び第４のスイッチの開閉を切り替える前に電源が遮断される場合がある。μ−ＣＯＭ１３０へ供給される電源が失陥すると、μ−ＣＯＭ１３０は、第１のスイッチ１４０及び第２のスイッチ１５０の開閉の切り替えを行うことができない。その結果、第１のスイッチ１４０は「閉」のまま、第２のスイッチ１５０は「開」のままとなって、モータ１１０へ電源を供給することができなくなる場合がある。この場合、電動倍力装置１００の機能は失われるので、走行中の車両の制動距離が長くなるおそれがある。

これに対して、本実施形態では、第３及び第４のスイッチを設けることに代えて、第３の電源ライン１６２にダイオード素子１６０を設けるとともに、第４の電源ライン１７２にダイオード素子１７０−１，１７０−２を設けている。したがって、例えばバッテリ２００及びＤＣ／ＤＣコンバータ４００から供給される電圧値が急峻に降下した場合、ダイオード素子１７０−１及び１７０−２を介して、自動的に、ＤＬＣ３００からμ−ＣＯＭ１３０へ電源が供給される。

よって、μ−ＣＯＭ１３０は、ＤＬＣ３００から供給される電源によって動作可能となり、第２のスイッチ１５０を「閉」に制御するとともに第１のスイッチ１４０を「開」に制御することができる。その結果、ＤＬＣ３００から第２のスイッチ１５０を介してモータ１１０へ電源を供給することができるので、バッテリ２００及びＤＣ／ＤＣコンバータ４００の失陥が急峻に発生した場合であってもブレーキ力のアシスト機能を保持することができる。

また、本実施形態によれば、従来技術のように第３及び第３のスイッチの開閉を制御する必要がないため、ＥＣＵ１２０の開発負荷を抑制することができるとともにＥＣＵ１２０の信頼性を向上させることができる。

なお、ダイオード素子１７０−１，１７０−２は、カソードをμ−ＣＯＭ１３０側へ向けて設けられているので、通常時に、バッテリ２００から供給された電源電流が、μ−ＣＯＭ１３０側からＤＬＣ３００側へ流れるのを防止することができる。したがって、ＤＬＣ３００側への過電流を防止するための複雑な制御が不要となる。また、ダイオード素子１６０は、カソードをμ−ＣＯＭ１３０側へ向けて設けられているので、電源失陥時に、ＤＬＣ３００から供給された電源電流が、μ−ＣＯＭ１３０側からバッテリ２００又はＤＣ／ＤＣコンバータ４００側へ流れるのを防止することができる。したがって、バッテリ２００又はＤＣ／ＤＣコンバータ４００側への過電流を防止するための複雑な制御が不要となる。

また、本実施形態のＥＣＵ１２０は、ダイオード素子１６０のカソード側とアノード側の電圧値を比較して電位差を検出するコンパレータ１８０を備える。コンパレータ１８０は、検出した電位差をμ−ＣＯＭ１３０へ出力する。μ−ＣＯＭ１３０は、コンパレータ１８０によって検出された電位差が、所定のしきい値以下になったら、その旨の警告を報知することができる。すなわち、ダイオード素子１６０が何らかの理由によって短絡（ショート）故障した場合、ダイオード素子１６０のカソード側とアノード側の電位差が所定のしきい値以下になる。したがって、コンパレータ１８０を設けることによって、μ−ＣＯＭ１３０は、ダイオード素子１６０の短絡故障を報知することができる。

１００ 電動倍力装置
１１０ モータ（電動機）
１１２ ギヤユニット
１１４ ブーストボディ
１４０ 第１のスイッチ
１５０ 第２のスイッチ
１４２ 第１の電源ライン
１５２ 第２の電源ライン
１６０ 第１のダイオード素子
１６２ 第３の電源ライン
１７０ 第２のダイオード素子
１７２ 第４の電源ライン
１８０ コンパレータ
２００ バッテリ（第１の電源）
３００ ＤＬＣ（第２の電源）
３１０ キャパシタ
３２０ 受電ライン
３３０ 受電スイッチ
３４０ 送電ライン
３５０ 送電スイッチ
４００ ＤＣ／ＤＣコンバータ（第３の電源）
５００ マスターシリンダ
６００ 車輪
７００ ブレーキペダル
７１０ ストロークセンサ
１０００ 電動倍力システム

Claims (7)

1. 電動機を用いて車輪に対するブレーキ力をアシストする電動倍力装置に用いられる制御ユニットであって、
   第１の電源から前記電動機へ電力を供給する第１の電源ラインを開閉可能な第１のスイッチと、
   第２の電源から前記電動機へ電力を供給する第２の電源ラインを開閉可能な第２のスイッチと、
   前記第１の電源と第３の電源ラインを介して接続され、前記第１の電源から供給される電圧値又は該電圧値に相関する物理量に基づいて、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチの開閉を制御する制御部と、
   前記第３の電源ラインに、カソードを前記制御部側に向けて設けられた第１のダイオード素子と、
   前記第２の電源から前記制御部へ電力を供給する第４の電源ラインに、カソードを前記制御部側に向けて設けられた第２のダイオード素子と、
   前記第２のダイオード素子と並列に、カソードを前記制御部側に向けて設けられた第３のダイオード素子と、
   を備えたことを特徴とする制御ユニット。
2. 請求項１の制御ユニットにおいて、
   前記制御部は、前記第１の電源から供給される電圧値又は該電圧値に相関する物理量が、あらかじめ設定されたしきい値以下になった場合に、前記第１のスイッチを開に制御するとともに前記第２のスイッチを閉に制御する、
   ことを特徴とする制御ユニット。
3. 請求項１又は２の制御ユニットにおいて、
   前記第２の電源は、前記第１の電源から供給される電力を蓄電可能なキャパシタを含むバックアップ電源である、
   ことを特徴とする制御ユニット。
4. 請求項３の制御ユニットにおいて、
   前記バックアップ電源は、前記第１の電源から前記キャパシタへ電力の供給を受ける受電ラインを開閉可能な受電スイッチと、前記キャパシタから前記電動機又は前記制御部へ電力の供給を行う送電ラインを開閉可能な送電スイッチと、を備える、
   ことを特徴とする制御ユニット。
5. 請求項１〜４のいずれか１項の制御ユニットにおいて、
   前記第１の電源と並列に設けられ、外部から供給された電圧値を前記電動倍力装置で用いられる電圧値へと降圧する第３の電源をさらに備える、
   ことを特徴とする制御ユニット。
6. 請求項１〜５のいずれか１項の制御ユニットにおいて、
   前記第１のダイオード素子のカソード側とアノード側の電圧値を比較するコンパレータをさらに備える、
   ことを特徴とする制御ユニット。
7. 請求項１〜６のいずれか１項の制御ユニットと、
   前記制御ユニットから供給された電力に基づいて駆動される電動機と、
   前記電動機の駆動力を伝達するギヤユニットと、
   前記ギヤユニットを介して伝達された駆動力を液圧マスターシリンダへ伝達するブーストボディと、
   を備えることを特徴とする電動倍力装置。

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