JP6559261B2 - 電気機械式のブレーキ装置で制御ストロークを算出するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両の電気機械式のブレーキ装置で制御ストロークを算出するための方法に関する。

駐車ブレーキ若しくはパーキングブレーキは公知であり、この駐車ブレーキ若しくはパーキングブレーキを介して、車両を停止状態で固定する締付力が生ぜしめられる。駐車ブレーキは、電気式のブレーキモータを備えた電気機械式のブレーキ装置として構成されており、電気式のブレーキモータのモータ軸はスピンドルを駆動し、このスピンドルにスピンドルナットが取り付けられていて、このスピンドルナットがスピンドルの回転運動によってブレーキピストンに向かう方向に位置調節されるようになっている。ブレーキピストンは、ブレーキライニングの支持体であって、ブレーキモータの駆動運動時にブレーキディスクに向かって負荷される。このような形式の電気機械式のブレーキ装置は、例えば特許文献１に記載されている。

締付力を決定するために、電気式のブレーキモータのモータ定数を知る必要があり、モータ定数の値は、製造公差に基づいていて、しかも劣化条件および温度条件に依存して変動する。特許文献１によれば、モータ定数を算出するために、アイドリング段階中にブレーキモータの電圧およびモータ電流が測定され、しかもモータ電流はダイナミックな電流変動段階中に算出される。

締付力を発生させるために、まずアイドリング段階を克服する必要がある。アイドリング段階中に、スピンドルナットがブレーキモータの駆動運動に基づいてディスクブレーキに向かって位置調節されるが、ブレーキライニングとブレーキディスクとはまだ接触していない。

ドイツ連邦共和国特許公開第１０２０１２２０５５７６号明細書

本発明による方法は、電気式のブレーキモータを備えた、自動車の電気機械式のブレーキ装置の制御ストロークを算出するために若しくは調節するためにも用いられる。この方法によって、例えば、電気機械式のブレーキ装置によって制動力若しくは締付力が発生されていない間のアイドルストローク（エアギャップ）を場合によっては後続の締付過程のためのスピンドルナットの初期位置として、僅かに調節することができ、これによって、締付過程時に制動力が発生されるまでの時間間隔が短縮される。制御ストロークは高い精度で決定することができるので、例えばブレーキライニングとブレーキディスクとが間違って接触するブレーキの引き摺りは避けられる。一般的に、制御ストロークは、ブレーキ装置の締付過程においてもまた解除過程においても、それぞれアイドリング段階および／または制動力発生段階若しくは制動力低下段階に関連して決定することができる。制御ストロークは、電気式のブレーキモータの調節運動若しくはブレーキモータによって駆動される構成部分、例えばスピンドルナットの調節運動に関連している。

この方法では、電気機械式のブレーキ装置の部分である、電気式のブレーキモータのモータ軸がスピンドルを駆動し、このスピンドルにスピンドルナットが取り付けられている。スピンドルナットは、スピンドルの回転運動によって軸方向でブレーキピストンに向かう方向に位置調節され、このブレーキピストンは、ブレーキライニングの支持体であって、ブレーキライニングは、所望の制動力を生ぜしめるためにブレーキディスクに押し付けられる。締付過程時には電気式のブレーキモータによってアイドルストロークを克服しなければならない。アイドルストロークは、スピンドルナットがブレーキピストンにぶつかる前のスピンドルナットストロークである。例えばアイドルストロークを減少させるために、高い精度で実際のスピンドルナット位置を知る必要がある。

本発明の方法によれば、スピンドルナットストロークは、まずモータ定数の初期値およびモータ全抵抗の初期値（ブレーキモータおよびブレーキモータに通じる回路の個別抵抗の合計）を考慮して算出される。次いで、モータ定数およびモータ全抵抗の評価の実施後に、モータ定数およびモータ全抵抗のための評価値を考慮して、スピンドルナットストロークの修正が実施される。従って、スピンドルナットストロークは、初期位置、例えば引き戻されたストッパ位置に関連して得られる。

このような方法は、スピンドルナットストロークを算出するために、モータ定数およびモータ全抵抗のための実際の値が考慮される、という利点を有している。従って、これらの値の例えば温度または劣化に依存した変化を検出して、初期値に対して改善することができる。それに応じて、スピンドルナットストロークも高精度で提供され、電気式のブレーキモータは、スピンドルナットの制御ストロークが所望の値に調節され、例えばブレーキピストンにぶつかるまでの、スピンドルナットのエアギャップ若しくはアイドルストロークが著しく減少されるように、制御され得る。

まず、スピンドルナットの位置調節時にスピンドルナットストロークはさらに、モータ定数およびモータ全抵抗のための初期値を用いて算出される。スピンドルナット位置調節の開始後に、モータ定数およびモータ全抵抗が、特にブレーキモータ内のモータ電圧およびモータ電流に基づいて評価される。評価の実施後に、モータ定数およびモータ全抵抗のための実際の評価値により、算出されたスピンドルナットストロークの修正が実施される。

スピンドルナットストロークの算出は、第１のステップで、モータ定数およびモータ全抵抗のための初期値により行われる。評価は、一般的な形式で、締付過程の開始後の短い時間間隔、例えば概ね０．２秒または０．３秒で行われる。モータ定数およびモータ全抵抗のための評価された値が得られると、修正が実施される。

しかしながら、好ましくはモータ定数およびモータ全抵抗の評価後の例えば０．６秒である固定された時点で修正を実施することも可能である。

好適な別の実施例によれば、スピンドルナットストロークの算出は修正を含めて、時間的に連続して実施される様々な段階で行われ、この場合、様々な段階で様々なエラー形式が補正される。第１のエラー形式は、モータ定数およびモータ全抵抗のための実際とは異なる値に基づくスピンドルナットストロークの算出によって、これらのパラメータのための評価値がまだ存在しない場合に生じる。モータ定数およびモータ全抵抗のための実際とは異なる値は、予備調整または早期の評価に由来する。第２のエラー形式は、修正が行われない場合に、モータ定数およびモータ全抵抗のための評価されたパラメータの提供後の時間間隔に関係する。本発明による方法を用いて、２つのエラー形式は補正することができる。

好適な実施例によれば、制御ストロークを算出するための方法が、締付力若しくは制動力が発生される電気機械式のブレーキ装置の締付過程時に実施される。しかしながらこの方法は、発生した制動力が低下される、電気機械式のブレーキ装置の解除過程時に実施されてもよい。この方法がブレーキ装置の解除過程時に実施される場合、好適には、スピンドルナットストロークがまずブレーキモータのアイドルリング段階の開始と共に算出される。様々な方法ステップは、すべてが解除過程中だけに実施されるかまたは締付過程中だけに実施されてよい。１つの方法ステップを締め付け過程時に実施して、別の方法ステップを解除過程時に実施することも可能である。

すべての方法は、車両の閉ループ制御装置若しくは開ループ制御装置で実施される。閉ループ制御装置若しくは開ループ制御装置は、電気機械式のブレーキ装置の部分であってよく、ブレーキ装置の調節可能な構成要素を制御するための調整信号を生成する。

パーキングブレーキとして車両に取り付け可能な電気機械式のブレーキ装置の断面図であって、このブレーキ装置において制動力若しくは締付力を電気式のブレーキモータを介して生ぜしめることができる。 修正ありおよび修正なしの、時間に依存したスピンドルナットストロークの動きを示す線図である。 電気機械式のブレーキ装置でアイドルストロークを算出するためのフローチャートである。

その他の利点および好適な実施例は、以下の請求項、図面の説明および図面に記載されている。

図１には、停止状態にある車両を固定するための電気機械式のブレーキ装置１が示されている。ブレーキ装置１は、ブレーキディスク１０を把持するキャリパ９を備えたブレーキキャリパ２を有している。アクチュエータとして、ブレーキ装置１はブレーキモータ３である直流モータを有しており、この直流モータのモータ軸はスピンドル４を回転駆動し、このスピンドル４にスピンドルナット５が回転可能に支承されている。スピンドル４が回転すると、スピンドルナット５が軸方向に位置調節される。スピンドルナット５は、ブレーキライニング７の支持体であるブレーキピストン６内で移動し、ブレーキライニング７はブレーキピストン６によってブレーキディスク１０に押し付けられる。ブレーキディスク１０の反対側に、別のブレーキライニング８が配置されており、このブレーキライニングはキャリパ９に定置に保持されている。

ブレーキピストン６内で、スピンドルナット５は、スピンドル４が一方の回転方向に回転すると軸方向で前方にブレーキディスク１０に向かって移動することができ、若しくはスピンドル４が他方の回転方向に回転すると軸方向で後方にストッパ１１に達するまで移動することができる。締付力を発生させるために、スピンドルナット５はブレーキピストン６の内側の端面側を負荷し、それによって、ブレーキ装置１内で軸方向移動可能に支承されたブレーキピストン６はブレーキライニング７で以って、ブレーキディスク１０の対面する端面に押し付けられる。

ブレーキモータ３は、ブレーキ装置１の一部である閉ループ制御装置若しくは開ループ制御装置１２によって制御される。閉ループ制御装置若しくは開ループ制御装置１２は、アウトプットとして供給電圧Ｕ_Ｓを提供し、この供給電圧Ｕ_Ｓによって電気式のブレーキモータ３が負荷される。

パーキングブレーキは、必要であれば液圧式の車両ブレーキによって支援されてよいので、締付力は、電動モータ部分と液圧部分とから構成される。液圧式の支援において、ブレーキモータ側に向いた、ブレーキピストン６の後ろ側が圧力下にある液圧によって負荷される。

図２は、制動力若しくは締付力を発生させるための締付過程の開始時における、時間に依存したスピンドルナットストロークｘを示す。２つの異なる曲線ｘ_{ｓｔａｒｔ}とｘ_ｗａｈｒとが示されており、これらの曲線は、モータ定数およびモータ全抵抗の様々なパラメータに基づいて算出される。スピンドルナットストロークｘ_{ｓｔａｒｔ}は、モータ定数およびモータ全抵抗の実際とは異なるパラメータを用いたスピンドルナットの修正されていないストロークを表す。これに対してスピンドルナットｘ_ｗａｈｒは、モータ定数および全抵抗のための実際のパラメータを使用して算出される修正されたスピンドルナットストロークを表す。モータのアイドリング時の供給電圧Ｕ_Ｓおよびモータ電流ｉ_Ａから算出される、モータ定数の実際の評価値が存在する時点はｔ_{ｐａｒａｍ}で示されている。

スピンドルナットストロークは、アイドリング段階では、概ね直線として表示可能な一定の立ち上がりライン内にある。図２には２つの時点ｔ_１およびｔ_２が示されており、これらの時点ｔ_１，ｔ_２は、ｘ_{ｓｔａｒｔ}およびｘ_ｗａｈｒの直線的な立ち上がりライン内にあって、これらの時点ｔ_１，ｔ_２間に時点ｔ_{ｐａｒａｍ}が存在し、この時点ｔ_{ｐａｒａｍ}でモータ定数およびモータ全抵抗の評価が提供される。

図３には、スピンドルナットストロークを高精度で算出するためのフローチャートが示されている。これによって、スピンドルナットの制御ストロークを決定し、特にスピンドルナットのアイドルストロークを減少させることができるので、締付過程時に、ブレーキスリップの危険性なしに、目標制動力が発生されるまでの時間間隔が短縮される。

ステップ２０で、スピンドルナットストロークを算出するための方法が開始される。実際のモータ電流ｉ_Ａ並びに供給電圧Ｕ_Ｓが決定され、この実際のモータ電流ｉ_Ａ並びに供給電圧Ｕ_Ｓから、次の式に従って、

アイドリング中の電気式のブレーキモータのモータ軸の角速度ωが演算され得る。角速度ωは、モータ定数Ｋ_Ｍおよびモータ全抵抗Ｒ_ｇｅｓに依存しており、これらのパラメータは、実際とは異なる初期値Ｋ_{Ｍ，ｓｔａｒｔ}およびＲ_{ｇｅｓ，ｓｔａｒｔ}として供給されるか、または時点ｔ_{ｐａｒａｍ}の後に実際の評価値Ｋ_{Ｍ，ｅｓｔ}若しくはＲ_{ｇｅｓ，ｅｓｔ}として供給される。それぞれ実際の時点の後で、モータ定数およびモータ抵抗は、ブロック２２から実際とは異なる値として、またはブロック２３から実際の評価値として供給され、ブロック２１で角速度を演算するために考慮され、この場合、相応にブロック２４および２５で角速度ω_{ｓｔａｒｔ}若しくは評価された角速度ω_ｅｓｔが提供される。

それぞれの角速度値は次のブロック２６に供給され、このブロック２６でスピンドルナット速度Ｖ_Ｓｐが演算される。演算は次の式に従って行われる。

これらの式は、ω_{ｓｔａｒｔ}に依存するスピンドルナット速度の初期値ｖ_{Ｓｐ，ｓｔａｒｔ}、および評価された角速度ω_ｅｓｔに依存する評価された値ｖ_{Ｓｐ，ｅｓｔ}のためのものである。この場合、ブレーキモータに後置接続された伝動装置の伝達比ｉ_Ｇｅｔｒ並びにスピンドルピッチＳ_Ｓｐが考慮される。

スピンドルナットの初期速度ｖ_{Ｓｐ，ｓｔａｒｔ}およびスピンドルナットの評価された速度ｖ_{Ｓｐ，ｅｓｔ}は、ブロック２７、２８に従って、エラー補正の開始を表す次のステップ２９に供給される。ステップ３０で、スピンドルナットの評価された速度と初期速度との差が算出され、ステップ３１で、時間に関する速度差の積分が次の式に従って行われ、

この式から修正ストロークｘ_{ｄｅｌｔａ}が得られる。次の式と組み合わせて、

モータ定数若しくはモータ全抵抗の実際とは異なるパラメータＫ_{Ｍ，ｓｔａｒｔ}およびＲ_{ｇｅｓ，ｓｔａｒｔ}に基づいて演算されるスピンドルナットストロークｘ_{ｓｔａｒｔ}から、ステップ３１で、時間に関する積分が実施される。その結果から、ステップ３２および３３で、スピンドルナットストロークｘ_{ｓｔａｒｔ}並びに修正ストロークｘ_{ｄｅｌｔａ}が得られ、これらのスピンドルナットストロークｘ_{ｓｔａｒｔ}および修正ストロークｘ_{ｄｅｌｔａ}から、次のステップ３４で、

に従って、修正されたスピンドルナットストロークｘ_ｗａｈｒが得られる。

修正されたスピンドルナットストロークｘ_ｗａｈｒは、ステップ３５に転送され、次のステップ３６で、

に従って、モータ定数およびモータ全抵抗の実際とは異なるパラメータに基づいてスピンドルナットストロークの立ち上がりラインｘ_{ｓｔａｒｔ，ｓｔｅｉｇ}を演算するために、並びにモータ定数およびモータ全抵抗の実際のパラメータに基づいて立ち上がりラインｘ_{ｗａｈｒ，ｓｔｅｉｇ}を演算するために考慮される。立ち上がりラインｘ_{ｓｔａｒｔ，ｓｔｅｉｇ}若しくはｘ_{ｗａｈｒ，ｓｔｅｉｇ}は、ｘ_ｗａｈｒ、ｘ_{ｓｔａｒｔ}の曲線に近似する、図２に示した直線に相当する。

ｘ_{ｓｔａｒｔ，ｓｔｅｉｇ}およびｘ_{ｗａｈｒ，ｓｔｅｉｇ}の値は、ステップ３７、３８および後続のステップ３９に転送され、このステップ３９で、

に従って、ｘ_{ｓｔａｒｔ，ｓｔｅｉｇ}とｘ_{ｗａｈｒ，ｓｔｅｉｇ}との差分にモータ定数およびモータ全抵抗の評価が行われる時点ｔ_{ｐａｒａｍ}が乗算されて、偏差ｘ_ｄｅｆが得られる。時間パラメータｔ_{ｐａｒａｍ}は、ステップ２３からステップ３９に供給される。

次のステップ４０で、

に従って、ｘ_ｗａｈｒとｘ_ｄｅｆとの差分形成によってスピンドルナットストロークの修正された全値ｘ_ｇｅｓの算出が行われる。これによって、初期値に関連したスピンドルナットの絶対的な位置が固定され、ブレーキピストンの前に僅かな遊びを有するスピンドルナット位置を調節することができるので、ブレーキモータの操作時に、制動力の発生まで最小限の時間が経過するだけである。

１ ブレーキ装置
２ ブレーキキャリパ
３ ブレーキモータ
４ スピンドル
５ スピンドルナット
６ ブレーキピストン
７，８ ブレーキライニング
９ キャリパ
１０ ブレーキディスク
１２ 閉ループ若しくは開ループ制御装置
２０，２９〜４０ ステップ
２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８ ブロック
ｉ_Ａ モータ電流
ｉ_Ｇｅｔｒ 伝動装置の伝達比
Ｋ_Ｍ モータ定数
Ｋ_{Ｍ，ｓｔａｒｔ} モータ定数初期値
Ｒ_{ｇｅｓ，ｓｔａｒｔ} モータ全抵抗初期値
Ｋ_{Ｍ，ｅｓｔ} モータ定数評価値
Ｒ_{ｇｅｓ，ｅｓｔ} モータ全抵抗評価値
Ｒ_ｇｅｓ モータ全抵抗
Ｓ_Ｓｐ スピンドルピッチ
ｔ_１，ｔ_２ 時点
ｔ_{ｐａｒａｍ} 時間パラメータ
Ｕ_Ｓ 供給電圧
Ｖ_Ｓｐ スピンドルナット速度
Ｖ_{Ｓｐ，ｅｓｔ} スピンドルナットの評価された速度
Ｖ_{Ｓｐ，ｓｔａｒｔ} スピンドルナットの初期速度
ｘ スピンドルナットストローク
ｘ_ｄｅｆ 偏差
ｘ_{ｄｅｌｔａ} 修正ストローク
ｘ_ｇｅｓ スピンドルナットストローク
ｘ_{ｓｔａｒｔ}，ｘ_ｗａｈｒ スピンドルナットストローク
ｘ_{ｓｔａｒｔ，ｓｔｅｉｇ} スピンドルナットストロークの立ち上がりライン
ｘ_{ｗａｈｒ，ｓｔｅｉｇ} 実際の立ち上がりライン
ω モータ軸の角速度
ω_{ｓｔａｒｔ} 角速度
ω_ｅｓｔ 評価された角速度

Claims (13)

1. 電気式のブレーキモータ（３）を備えた、車両の電気機械式のブレーキ装置（１）で制御ストロークを算出するための方法において、前記ブレーキモータ（３）のモータ軸がスピンドル（４）を駆動し、該スピンドル（４）にスピンドルナット（５）が取り付けられていて、該スピンドルナット（５）が前記スピンドル（４）の回転運動によってブレーキピストン（６）に向かう方向に位置調節されるようになっており、この場合、スピンドルナットストローク（ｘｓｔａｒｔ）を、まずモータ定数初期値（ＫＭ，ｓｔａｒｔ）およびモータ全抵抗初期値（Ｒｇｅｓ，ｓｔａｒｔ）を考慮して算出し、次いで、評価の実施後に、モータ定数評価値（ＫＭ，ｅｓｔ）およびモータ全抵抗評価値（Ｒｇｅｓ，ｅｓｔ）を考慮して、前記スピンドルナットストローク（ｘｓｔａｒｔ）の修正を実施する、電気機械式のブレーキ装置で制御ストロークを算出するための方法。
2. 前記スピンドルナットストローク（ｘｓｔａｒｔ）を、供給電圧（ＵＳ）およびモータ電流（ｉＡ）を考慮して、前記モータ定数初期値（ＫＭ，ｓｔａｒｔ）および前記モータ全抵抗初期値（Ｒｇｅｓ，ｓｔａｒｔ）を用いて、
   

   

   に従って演算し、この式中、
   ＳＳｐ スピンドルピッチ
   ｉＧｅｔｒ ブレーキモータに後置接続された伝動装置の伝達比
   である、ことを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 修正ストローク（ｘｄｅｌｔａ）を、
   

   

   より算出し、この場合、修正されたスピンドルナットストローク（ｘｗａｈｒ）を、前記スピンドルナットストローク（ｘｓｔａｒｔ）から前記修正ストローク（ｘｄｅｌｔａ）を減算することによって算出する：
   

   

   ことを特徴とする、請求項２記載の方法。
4. 実際とは異なるモータ定数評価値（ＫＭ，ｓｔａｒｔ）若しくはモータ全抵抗評価値（Ｒｇｅｓ，ｓｔａｒｔ）を有するスピンドルナットストロークの立ち上がりライン（ｘｓｔａｒｔ，ｓｔｅｉｇ）と、実際のモータ定数評価値（ＫＭ，ｅｓｔ）若しくはモータ全抵抗評価値（Ｒｇｅｓ，ｅｓｔ）を有するスピンドルナットストローク（ｘｗａｈｒ）の立ち上がりライン（ｘｗａｈｒ，ｓｔｅｉｇ）との間の偏差（ｘｄｅｆ）を考慮し：
   

   

   この式中、
   ｔｐａｒａｍ 前記実際のモータ定数評価値（ＫＭ，ｅｓｔ）および前記モータ全抵抗評価値（Ｒｇｅｓ，ｅｓｔ）が得られるまでの時間間隔、
   を意味することを特徴とする、請求項３記載の方法。
5. 前記偏差（ｘｄｅｆ）を考慮して、前記スピンドルナット（５）の前記修正された全ストローク（ｘｇｅｓ）を算出する：
   

   

   ことを特徴とする、請求項４記載の方法。
6. モータ定数初期値（ＫＭ，ｓｔａｒｔ）およびモータ全抵抗初期値（Ｒｇｅｓ，ｓｔａｒｔ）として、前記電気機械式のブレーキ装置（１）の締付過程または解除過程の評価値を用いることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 前記方法を、前記電気機械式のブレーキ装置（１）の締付過程時に実施することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 前記方法を、前記電気機械式のブレーキ装置（１）の解除過程時に実施することを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 前記スピンドルナットストローク（ｘｓｔａｒｔ）を、前記ブレーキモータ（３）のアイドリング段階の開始時に初めて算出することを特徴とする、請求項８記載の方法。
10. 請求項１から９までのいずれか１項記載の方法を実施するための閉ループ制御装置（１２）。
11. 請求項１から９までのいずれか１項記載の方法を実施するための開ループ制御装置（１２）。
12. 請求項１０記載のブレーキ装置（１）の調節可能な構成要素を制御するための閉ループ制御装置（１２）を有する、電気式のブレーキモータ（３）を備えた、車両の電気機械式のブレーキ装置。
13. 請求項１１記載のブレーキ装置（１）の調節可能な構成要素を制御するための開ループ制御装置（１２）を有する、電気式のブレーキモータ（３）を備えた、車両の電気機械式のブレーキ装置。
    

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