<本発明に係るモータ制御装置を備えた制動制御装置の第1の実施形態>
図1の全体構成図を参照して、本発明に係るモータ制御装置MCSを備えた制動制御装置BCSについて説明する。制動制御装置BCSを備える車両には、制動操作部材BP、操作量取得手段BPA、制御手段CTL、マスタシリンダMCL、ストロークシミュレータSSM、シミュレータ遮断弁VSM、モータ制御装置MCS、トルク付与機構TFK、切替弁VKR、マスタシリンダ配管HMC、ホイールシリンダ配管HWC、加圧シリンダ配管HKCが備えられる。さらに、車両の各々の車輪WHには、ブレーキキャリパCRP、ホイールシリンダWC、回転部材KTB、及び、摩擦部材MSBが備えられている。
制動操作部材(例えば、ブレーキペダル)BPは、運転者が車両を減速するために操作する部材である。制動操作部材BPが操作されることによって、車輪WHの制動トルクが調整され、車輪WHに制動力が発生される。具体的には、車両の車輪WHには、回転部材(例えば、ブレーキディスク)KTBが固定される。回転部材KTBを挟み込むようにブレーキキャリパCRPが配置される。そして、ブレーキキャリパCRPには、ホイールシリンダWCが設けられている。ホイールシリンダWC内の制動液の圧力(液圧)が増加されることによって、摩擦部材(例えば、ブレーキパッド)MSBが、回転部材KTBに押し付けられる。回転部材KTBと車輪WHとは、固定シャフトDSFを介して固定されているため、このときに生じる摩擦力によって、車輪WHに制動トルク(制動力)が発生される。
操作量取得手段(操作量センサ)BPAは、制動操作部材BPに設けられる。操作量取得手段BPAによって、運転者による制動操作部材BPの操作量(制動操作量)Bpaが取得(検出)される。具体的には、操作量取得手段BPAとして、マスタシリンダMCLの圧力を検出する液圧センサ、制動操作部材BPの操作変位を検出する操作変位センサ、及び、制動操作部材BPの操作力を検出する操作力センサのうちの少なくとも1つが採用される。即ち、マスタシリンダ液圧センサ、操作変位センサ、及び、操作力センサについての総称である。したがって、制動操作量Bpaは、マスタシリンダMCLの液圧、制動操作部材BPの操作変位、及び、制動操作部材BPの操作力のうちの少なくとも1つに基づいて決定される。操作量Bpaは、制御手段CTLに入力される。
制御手段(コントローラともいう)CTLは、制動操作量Bpaに基づいて、後述するトルク付与機構TFK、遮断弁VSM、及び、切替弁VKRを制御する。具体的には、制御手段CTLには、電気モータMTR、遮断弁VSM、切替弁VKRを制御するための制御アルゴリズムが、マイクロプロセッサにプログラムされていて、これらを制御するための信号を演算する。
制御手段CTLは、操作量Bpaが所定値bp0以上になった場合に、遮断弁VSMを開位置にする駆動信号Vsmを出力するとともに、切替弁VKRが加圧シリンダ配管HKCとホイールシリンダ配管HWCとを連通状態にする駆動信号Vkrを出力する。この場合、マスタシリンダMCLはシミュレータSSMに連通状態にされ、加圧シリンダKCLはホイールシリンダWCと連通状態にされる。したがって、ホイールシリンダWC内の液圧は、トルク付与機構TFKによって制御される。
マスタシリンダMCLは、制動操作部材BPと、ピストンロッドPRDを介して、接続されている。マスタシリンダMCLによって、制動操作部材BPの操作力(ブレーキペダル踏力)が液圧に変換される。マスタシリンダMCLには、マスタシリンダ配管HMCが接続され、制動操作部材BPが操作されると、制動液は、マスタシリンダMCLからマスタシリンダ配管HMCに排出(圧送)される。マスタシリンダ配管HMCは、マスタシリンダMCLと切替弁VKRとを接続する流体路である。
ストロークシミュレータ(単に、シミュレータともいう)SSMが、制動操作部材BPに操作力を発生させるために設けられる。マスタシリンダMCL内の液圧室とシミュレータSSMとの間には、シミュレータ遮断弁(単に、遮断弁ともいう)VSMが設けられる。遮断弁VSMは、開位置と閉位置とを有する2位置の電磁弁である。遮断弁VSMが開位置にある場合には、マスタシリンダMCLとシミュレータSSMとは連通状態となり、遮断弁VSMが閉位置にある場合には、マスタシリンダMCLとシミュレータSSMとは遮断状態(非連通状態)となる。遮断弁VSMは、制御手段CTLからの駆動信号Vsmによって制御される。遮断弁VSMとして、常閉型電磁弁(NC弁)が採用され得る。
シミュレータSSMの内部には、ピストン、及び、弾性体(例えば、圧縮ばね)が備えられる。マスタシリンダMCLから制動液がシミュレータSSMに移動され、流入する制動液によりピストンが押される。ピストンは、弾性体によって制動液の流入を阻止する方向に力が加えられる。弾性体によって、制動操作部材BPが操作される場合の操作力(例えば、ブレーキペダル踏力)が形成される。
≪モータ制御装置MCS≫
モータ制御装置MCSは、トルク付与機構TFKを駆動する。モータ制御装置MCSは、制御手段CTL、駆動回路DRV、及び、電気モータMTRにて構成される。
制御手段CTLは、マイクロプロセッサ等が実装された電気回路基板と、マイクロプロセッサにプログラムされた制御アルゴリズムにて構成されている。制御手段CTLは、操作量Bpa、回転角Mka、及び、実液圧Pcaに基づいて、電気モータMTRを駆動するための駆動信号(Su1等)を駆動回路DRVに出力する。
駆動回路DRVは、電気モータMTRを駆動するためのスイッチング素子(パワー半導体デバイス)等が実装された電気回路基板である。具体的には、駆動回路DRVにはブリッジ回路BRGが形成され、駆動信号(Su1等)に基づいて、電気モータMTRへの通電状態が制御される。駆動回路DRVには、電気モータMTRへの実際の通電量(各相の通電量)Imaを取得(検出)する通電量取得手段(電流センサ)IMAが設けられる。各相の通電量(検出値)Imaは、制御手段CTLに入力される。
電気モータMTRは、加圧シリンダKCL(トルク付与機構TFKの一部)がホイールシリンダWC内の制動液の圧力を調整(加圧、減圧等)するための動力源である。例えば、電気モータMTRとして、3相ブラシレスモータが採用される。電気モータMTRは、3つのコイルCLU、CLV、CLWを有し、駆動回路DRVによって駆動される。電気モータMTRには、電気モータMTRのロータ位置(回転角)Mkaを取得(検出)する回転角取得手段(回転角センサ)MKAが設けられる。回転角Mkaは、制御手段CTLに入力される。以上、モータ制御装置MCSについて説明した。
≪トルク付与機構TFK≫
トルク付与機構TFKは、モータ制御装置MCSを動力源として、加圧シリンダ配管HKCに制動液を排出(圧送)する。そして、圧送された制動液圧によって、トルク付与機構TFKは、車輪WHに制動トルク(制動力)を付与する。トルク付与機構TFKは、動力伝達機構DDK、出力ロッドSFQ、加圧シリンダKCL、加圧ピストンPKC、及び、液圧取得手段PCAにて構成される。
動力伝達機構DDKは、電気モータMTRの回転動力を減速し、且つ、直線動力に変換して出力ロッドSFQに出力する。具体的には、動力伝達機構DDKには、減速機(図示せず)が設けられ、電気モータMTRからの回転動力が減速されてねじ部材(図示せず)に出力される。そして、ねじ部材によって、回転動力が出力ロッドSFQの直線動力に変換される。即ち、動力伝達機構DDKは、回転・直動変換機構である。
出力ロッドSFQには加圧ピストンPKCが固定される。加圧ピストンPKCは、加圧シリンダKCLの内孔に挿入され、ピストンとシリンダとの組み合わせが形成されている。具体的には、加圧ピストンPKCの外周には、シール部材(図示せず)が設けられ、加圧シリンダKCLの内孔(内壁)との間で液密性が確保される。即ち、加圧シリンダKCLと加圧ピストンPKCとによって区画される流体室Rkc(「加圧室Rkc」と称呼する)が形成される。加圧室Rkcは、加圧シリンダ配管HKCに接続されている。加圧ピストンPKCが中心軸方向に移動されることによって、加圧室Rkcの体積が変化される。この体積変化によって、制動液は、加圧シリンダKCLとホイールシリンダWCとの間で移動される。加圧シリンダKCLからの制動液の出し入れによって、ホイールシリンダWC内の液圧が調整される。
液圧取得手段(液圧センサ)PCAが、加圧室Rkcの液圧Pcaを取得(検出)するために、加圧シリンダKCLに設けられる。実液圧Pcaは、制御手段CTLに入力される。以上、トルク付与機構TFKについて説明した。
切替弁VKRによって、ホイールシリンダWCがマスタシリンダMCLと接続される状態と、ホイールシリンダWCが加圧シリンダKCLと接続される状態と、が切り替えられる。切替弁VKRは、制御手段CTLからの駆動信号Vkrに基づいて制御される。具体的には、制動操作が行われていない場合(Bpa<bp0)には、ホイールシリンダ配管HWCは、切替弁VKRを介して、マスタシリンダ配管HMCと連通状態にされ、加圧シリンダ配管HKCとは非連通(遮断)状態にされる。ここで、ホイールシリンダ配管HWCは、ホイールシリンダWCに接続される流体路である。制動操作が行われると(即ち、Bpa≧bp0の状態になると)、切替弁VKRが駆動信号Vkrに基づいて励磁され、ホイールシリンダ配管HWCとマスタシリンダ配管HMCとの連通は遮断され、ホイールシリンダ配管HWCと加圧シリンダ配管HKCとが連通状態にされる。
ブレーキキャリパ(単に、キャリパともいう)CRPは、車輪WHに設けられ、車輪WHに制動トルクを与え、制動力を発生させる。キャリパCRPとして、浮動型キャリパが採用され得る。キャリパCRPは、2つの摩擦部材(例えば、ブレーキパッド)MSBを介して、回転部材(例えば、ブレーキディスク)KTBを挟み込むように構成される。キャリパCRP内にて、ホイールシリンダWCが設けられる。ホイールシリンダWC内の液圧が調整されることによって、ホイールシリンダWC内のピストンが回転部材KTBに対して移動(前進、又は、後退)される。このピストンの移動によって、摩擦部材MSBが回転部材KTBに押し付けられて摩擦力が発生する。
図1では、ディスク型制動装置(ディスクブレーキ)の構成が例示されている。この場合、摩擦部材MSBはブレーキパッドであり、回転部材KTBはブレーキディスクである。ディスク型制動装置に代えて、ドラム型制動装置(ドラムブレーキ)が採用され得る。ドラムブレーキの場合、キャリパCRPに代えて、ブレーキドラムが採用される。また、摩擦部材MSBはブレーキシューであり、回転部材KTBはブレーキドラムである。
<3相ブラシレスモータMTR、及び、その駆動回路DRV>
図2の回路図を参照して、3相ブラシレスモータ(単に、電気モータともいう)MTR、及び、その駆動回路DRVについて説明する。
電気モータMTRでは、回転子(ロータ)側に磁石が、固定子(ステータ)側に巻線回路(コイル)が配置される。電気モータMTRは、回転子の磁極に合わせたタイミングで、駆動回路DRVによって転流が行われ、回転駆動される。電気モータMTRは、U相コイルCLU、V相コイルCLV、及び、W相コイルCLWの3つのコイル(巻線)を有する、3相ブラシレスモータである。
電気モータMTRには、電気モータMTRの回転角(ロータ位置)Mkaを検出する回転角センサMKAが設けられる。回転角センサMKAとして、ホール素子型のものが採用される。また、回転角センサMKAとして、可変リラクタンス型レゾルバが採用され得る。検出された回転角Mkaは、制御手段CTLに入力される。
駆動回路DRVは、電気モータMTRを駆動する電気回路である。駆動回路DRVによって、制御手段CTLからの各相の駆動信号Su1、Su2、Sv1、Sv2、Sw1、Sw2(「Su1〜Sw2」とも表記)に基づいて、電気モータMTRが駆動される。駆動回路DRVは、6つのスイッチング素子(パワートランジスタ)SU1、SU2、SV1、SV2、SW1、SW2(「SU1〜SW2」とも表記)にて形成された3相ブリッジ回路(単に、ブリッジ回路ともいう)BRG、及び、安定化回路LPFにて構成される。
3相ブリッジ回路(インバータ回路ともいう)BRGの入力側には、安定化回路LPFを介して、蓄電池BATが接続され、ブリッジ回路BRGの出力側には電気モータMTRが接続されている。ブリッジ回路BRGでは、スイッチング素子を直列接続した上下アーム構成の電圧型ブリッジ回路を1つの相として、3つの相(U相、V相、W相)が形成されている。3つの相の上アームは、蓄電池BATの陽極側に接続された電力線PW1と接続される。また、3つの相の下アームは、蓄電池BATの陰極側に接続された電力線PW2と接続される。ブリッジ回路BRGでは、各相の上下アームは、蓄電池BATと並列に電力線PW1、PW2に接続されている。
U相上アームは、還流ダイオードDU1がスイッチング素子SU1に逆並列接続され、U相下アームは、還流ダイオードDU2がスイッチング素子SU2に逆並列接続される。同様に、V相上アームは、還流ダイオードDV1がスイッチング素子SV1に逆並列接続され、V相下アームは、還流ダイオードDV2がスイッチング素子SV2に逆並列接続される。また、W相上アームは、還流ダイオードDW1がスイッチング素子SW1に逆並列接続され、W相下アームは、還流ダイオードDW2がスイッチング素子SW2に逆並列接続される。各相の上アームと下アームとの接続部PCU、PCV、PCWは、ブリッジ回路BRGの出力端(交流出力端)を形成する。これらの出力端には電気モータMTRが接続されている。
6つのスイッチング素子SU1〜SW2は、電気回路の一部をオン又はオフできる素子である。例えば、スイッチング素子SU1〜SW2として、MOS−FET、IGBTが採用される。ブラシレスモータMTRでは、回転角(ロータ位置)Mkaに基づいて、ブリッジ回路BRGを構成するスイッチング素子SU1〜SW2が制御される。そして、3つの各相(U相、V相、W相)のコイルCLU、CLV、CLWの通電量の方向(即ち、励磁方向)が、順次切り替えられ、電気モータMTRが回転駆動される。即ち、ブラシレスモータMTRの回転方向(正転方向、或いは、逆転方向)は、ロータと励磁する位置との関係によって決定される。ここで、電気モータMTRの正転方向は、実液圧Pcaの増加に対応する回転方向であり、電気モータMTRの逆転方向は、実液圧Pcaの減少に対応する回転方向である。
ブリッジ回路BRGと電気モータMTRとの間の実際の通電量(例えば、電流値)Ima(各相の総称)を検出する通電量取得手段(電流センサ)IMAが、3つの相毎に設けられる。検出された各相の通電量Imaは、コントローラCTLに入力される。
駆動回路DRVは、電力源(蓄電池BAT、発電機ALT)から電力の供給を受ける。供給された電力(電圧)の変動を低減するために、駆動回路DRVには、安定化回路(ノイズ低減回路ともいう)LPFが設けられる。安定化回路LPFは、少なくとも1つのコンデンサ(キャパシタ)、及び、少なくとも1つのインダクタ(コイル)の組み合わせにて構成され、所謂、LC回路(LCフィルタともいう)である。
電気モータMTRとして、ブラシレスモータに代えて、ブラシ付モータ(単に、ブラシモータともいう)が採用され得る。この場合、ブリッジ回路BRGとして、4つのスイッチング素子(パワートランジスタ)にて形成されるHブリッジ回路が用いられる。ブラシレスモータの場合と同様に、電気モータMTRには、回転角センサMKAが設けられ、駆動回路DRVには、安定化回路LPFが設けられる。
<制御手段CTLにおける処理>
図3の機能ブロック図を参照して、制御手段(コントローラ)CTLでの処理について説明する。制御手段CTLによって、6つのスイッチング素子SU1、SU2、SV1、SV2、SW1、SW2を駆動するための信号(駆動信号)Su1、Su2、Sv1、Sv2、Sw1、Sw2が演算される。制御手段CTLは、指示液圧演算ブロックPCS、指示通電量演算ブロックIMS、液圧フィードバック制御ブロックPFB、目標通電量演算ブロックIMT、補償制御ブロックTRC、及び、スイッチング制御ブロックSWTにて構成される。
指示液圧演算ブロックPCSでは、制動操作量Bpa、及び、演算特性(演算マップ)CHpwに基づいて、指示液圧Pcsが演算される。ここで、指示液圧Pcsは、トルク付与機構TFKによって発生される制動液圧の目標値である。具体的には、演算特性CHpwにおいて、制動操作量Bpaがゼロ(制動操作が行われていない場合に対応)以上から所定値bp0未満の範囲では指示液圧Pcsがゼロに演算され、操作量Bpaが所定値bp0以上では指示液圧Pcsが操作量Bpaの増加にしたがってゼロから増加するように演算される。ここで、所定値bp0は、制動操作部材BPの「遊び」に相当する値である。
指示通電量演算ブロックIMSでは、指示液圧Pcs、及び、予め設定された演算特性(演算マップ)CHsa、CHsbに基づいて、トルク付与機構TFKを駆動する電気モータMTRの指示通電量Ims(電気モータMTRを制御するための通電量の目標値)が演算される。指示通電量Ims用の演算マップは、動力伝達機構DDK等によるヒステリシスの影響を考慮して、2つの特性CHsa、CHsbで構成されている。
ここで、「通電量」とは、電気モータMTRの出力トルクを制御するための状態量(変数)である。電気モータMTRは電流に概ね比例するトルクを出力するため、通電量の目標値(目標通電量)として電気モータMTRの電流目標値が用いられ得る。また、電気モータMTRへの供給電圧を増加すれば、結果として電流が増加されるため、目標通電量として供給電圧値が用いられ得る。さらに、パルス幅変調におけるデューティ比によって供給電圧値が調整され得るため、このデューティ比(一周期における通電時間の割合)が通電量として用いられ得る。
液圧フィードバック制御ブロックPFBでは、液圧の目標値(指示液圧)Pcs、及び、液圧の実際値(検出値)Pcaに基づいて、電気モータMTRのフィードバック通電量Ifbが演算される。ここで、液圧実際値Pcaは、液圧センサPCAによって取得(検出)される液圧の実際値(実液圧)である。液圧フィードバック制御ブロックPFBでは、指示液圧Pcsと、実液圧Pcaとの偏差ePcが演算される。この液圧偏差ePcが、微分、及び、積分される。そして、偏差ePcそのもの、偏差ePcの微分値、偏差ePcの積分値に、夫々のゲインKp、Kd、Kiが乗算され、これらが加算されることによって、フィードバック通電量Ifbが演算される。液圧フィードバック制御ブロックPFBでは、液圧の実際値(検出値)Pcaが液圧の目標値(指示液圧)Pcsに一致するよう、所謂、液圧に基づくPID制御が実行される。
目標通電量演算ブロックIMTでは、指示通電量Ims、及び、フィードバック通電量Ifbに基づいて、通電量の目標値である目標通電量Imtが演算される。具体的には、指示通電量Imsに対して、フィードバック通電量Ifbが加えられ、それらの和が目標通電量Imtとして演算される(即ち、Imt=Ims+Ifb)。
目標通電量演算ブロックIMTでは、電気モータMTRの回転すべき方向(即ち、液圧の増減方向)に基づいて、目標通電量Imtの符号(値の正負)が決定される。また、電気モータMTRの出力すべき回転動力(即ち、液圧の増減量)に基づいて、目標通電量Imtの大きさが演算される。具体的には、制動液圧を増加する場合には、目標通電量Imtの符号が正符号(Imt>0)に演算され、電気モータMTRが正転方向に駆動される。一方、制動液圧を減少させる場合には、目標通電量Imtの符号が負符号(Imt<0)に決定され、電気モータMTRが逆転方向に駆動される。さらに、目標通電量Imtの絶対値が大きいほど電気モータMTRの出力トルク(回転動力)が大きくなるように制御され、目標通電量Imtの絶対値が小さいほど出力トルクが小さくなるように制御される。
≪補償制御ブロックTRC≫
補償制御ブロックTRCでは、制動操作量Bpa、及び、モータ回転角Mkaに基づいて、補償制御用の補償通電量Itrが演算される。ここで、「補償制御」は、トルク付与機構TFKのヒステリシス、及び、電気モータMTRのトルクリップルによって発生する「制動操作量Bpaが変化した(増加又は減少した)にもかかわらず、回転角Mkaが変化しない(延いては、実際の液圧Pcaが変化しない)」状態を回避(補償)するためのものである。上記の状態が、「電気モータMTRの無変化状態」と称呼される。
補償制御ブロックTRCは、操作速度演算ブロックDBP、回転速度演算ブロックDMK、及び、補償通電量演算ブロックITRにて構成される。操作速度演算ブロックDBPにて、操作量Bpaに基づいて、制動操作部材BPの操作速度dBpが演算される。操作速度dBpは、制動操作量Bpaの時間に対する変化量であり、操作量Bpaが時間微分されて演算される。同様に、回転速度演算ブロックDMKにて、モータ回転角Mkaに基づいて、電気モータMTRの回転速度dMkが演算される。回転速度dMkは、回転角Mkaの時間に対する変化量であり、回転角Mkaが時間微分されて演算される。
補償通電量演算ブロックITRにて、操作速度dBp、及び、回転速度dMkに基づいて、電気モータMTRの無変化状態を回避するための補償通電量Itrが演算される。補償通電量Itrは、時間に対するパルス波の形状(例えば、矩形波の形状)として、予め設定された目標値である。また、補償通電量Itrの出力には、電気モータMTRの回転方向が考慮される。即ち、目標通電量Imtが正符号の場合には、正符号のパルス波として補償通電量Itrが決定され、目標通電量Imtが負符号の場合には、負符号のパルス波として補償通電量Itrが決定される。補償通電量Itrの決定処理の詳細については後述する。以上、補償制御ブロックTRCについて説明した。
補償制御ブロックTRCからの補償通電量Itrは、重畳演算によって、目標通電量演算ブロックIMTからの目標通電量Imtに重畳される。具体的には、目標通電量演算ブロックIMTから出力された目標通電量Imtに、補償制御ブロックTRCから出力された補償通電量Itrが加算されて、最終的な目標通電量Imtが演算される。
スイッチング制御ブロックSWTでは、補償通電量Itrが重畳された後の最終的な目標通電量Imt、及び、回転角Mkaに基づいて、各スイッチング素子SU1、SU2、SV1、SV2、SW1、SW2(「SU1〜SW2」とも表記する)についてパルス幅変調を行うための駆動信号Su1、Su2、Sv1、Sv2、Sw1、Sw2(「Su1〜Sw2」とも表記する)が演算され、駆動回路DRVに出力される。
具体的には、先ず、最終的な目標通電量Imt、及び、回転角Mkaに基づいて、各相(U相、V相、W相)の通電量の目標値Iut、Ivt、Iwtが演算される。各相の目標通電量Iut、Ivt、Iwtに基づいて、各相のパルス幅のデューティ比(一周期に対するオン時間の割合)Dut、Dvt、Dwtが決定される。そして、デューティ比(目標値)Dut、Dvt、Dwtに基づいて、ブリッジ回路BRGを構成する各スイッチング素子SU1〜SW2をオン状態(通電状態)にするか、或いは、オフ状態(非通電状態)にするかの駆動信号Su1〜Sw2が演算される。
6つの駆動信号Su1〜Sw2によって、6つのスイッチング素子SU1〜SW2の通電、又は、非通電の状態が、個別に制御される。ここで、デューティ比が大きいほど、各スイッチング素子において、単位時間当りの通電時間が長くされ、より大きな電流がコイルに流される。したがって、電気モータMTRの回転動力が大とされる。
駆動回路DRVには、各相に通電量取得手段(例えば、電流センサ)IMAが備えられ、実際の通電量(例えば、実際の電流値)Imaが取得(検出)される。各相の検出値Ima(各相の総称)は、スイッチング制御ブロックSWTに入力される。そして、各相の検出値Imaが、目標値Iut、Ivt、Iwtと一致するよう、所謂、電流フィードバック制御が実行される。具体的には、実際の各通電量Imaと目標通電量Iut、Ivt、Iwtとの偏差に基づいて、デューティ比Dut、Dvt、Dwtが修正(微調整)される。この電流フィードバック制御によって、高精度なモータ制御が達成され得る。
<補償制御ブロックTRCの第1の実施形態>
図4のフロー図を参照して、補償制御ブロックTRCの第1の実施形態における処理について説明する。補償制御ブロックTRCでは、電気モータMTRの無変化状態(制動操作量Bpaが変化したにもかかわらず、電気モータMTRの実際の回転角Mka(即ち、実際の液圧Pca)が変化しない状態)を補償するための補償通電量Itrが演算される。なお、電気モータMTRの無変化状態は、トルク付与機構TFKのヒステリシス、及び、電気モータMTRのトルクリップルが原因となって発生する。
先ず、ステップS110にて、制動操作量Bpa、及び、回転角Mkaが読み込まれる。次に、ステップS120にて、操作量Bpaに基づいて、操作量Bpaの時間変化量である、操作速度dBpが演算される。また、回転角Mkaに基づいて、回転角Mkaの時間変化量である、回転速度dMkが演算される。処理は、ステップS130に進む。
ステップS130にて、制動操作部材BPの操作速度dBp、及び、演算特性(演算マップ)CHdmに基づいて、電気モータMTRの推定速度(回転速度の推定値)dMsが演算される。具体的には、推定速度dMsは、操作速度dBpの増加にしたがって、単調増加するように演算(推定)される。演算マップCHdmは、マスタシリンダMCL、ホイールシリンダWC、動力伝達機構DDK等の諸元に基づいて、予め設定されている。推定速度dMsが演算された後に、処理はステップS140に進む。
ステップS140にて、推定速度(推定値)dMsと回転速度(実際値)dMkとの比較に基づいて、「電気モータMTRの無変化状態にあるか、否か」が判定される。具体的には、推定速度dMsと回転速度dMkとの偏差(絶対値)edM(=|dMs−dMk|)が演算され、これが所定値dmx以上か、否かが判定される。所定値dmxは、予め設定された判定用のしきい値である。
偏差edMが所定値(しきい値)dmx未満であり、ステップS140の判定が否定される場合(「NO」の場合)には、電気モータMTRの無変化状態ではないため、処理はステップS110に戻される。即ち、補償通電量Itrは出力されず、ゼロのままである。偏差edMが所定値dmx以上であり、ステップS140の判定が肯定される場合(「YES」の場合)には、電気モータMTRの無変化状態であるため、処理はステップS150に進む。換言すれば、ステップS140では、「操作量Bpaが変化しているにもかかわらず、電気モータMTRが停止している」状態が判定される。
ステップS150にて、補償通電量Itrがパルス出力される。吹き出し内に示すような、補償通電量Itrは、時間Tの経過に対して、パルス波(矩形波)の特性CHitとして出力される。具体的には、初めて、ステップS140の判定が肯定された時点(演算周期)を起点(時間Tのゼロ点)として、ステップ的に所定の大きさ(絶対値)itrまで増加される。そして、補償通電量Itrとして、所定通電量itrが、所定時間ttrに亘って継続される。補償通電量Itrは、所定時間ttrに亘って維持された後に、直ちにゼロにまで減少される。即ち、所定時間ttrを経過すると、補償制御は終了され、補償通電量Itrがゼロにされる。ここで、所定通電量itr、及び、所定時間ttrは予め設定されている所定値である。
電気モータMTRの無変化状態が判定される場合には、補償通電量Itrが、目標通電量Imtに重畳されることによって、これが回避される。さらに、この無変化状態の回避が、液圧フィードバック制御における過大な制御ゲインに依ってではなく、パルス波形状の目標値Itrによって補償されるため、実際の通電量(実電流)Imaが振動的になることが抑制され、円滑化され得る。なお、電気モータMTRの無変化状態が判定されない場合には、補償通電量Itrはゼロにされ、目標通電量Imtには重畳されない。
<補償制御ブロックTRCの第2の実施形態>
図5のフロー図を参照して、補償制御ブロックTRCにおける補償制御の第2の実施形態の処理について説明する。
第1の実施形態の処理と同様に、ステップS210にて、制動操作量Bpa、及び、回転角Mkaが読み込まれる。次に、ステップS220にて、操作量Bpaに基づいて、操作量Bpaの時間変化量である、操作速度dBpが演算される。また、回転角Mkaに基づいて、回転角Mkaの時間変化量である、回転速度dMkが演算される。そして、処理は、ステップS230に進む。
ステップS230にて、「操作速度dBpが所定値db0(しきい値)以上か、否か(即ち、操作量Bpaが変化中か、否か)」が判定される。操作速度dBpが所定値db0以上であり(即ち、操作量Bpaが変化している途中であり)、判定条件が肯定される場合(「YES」の場合)には、ステップS240に進む。一方、操作速度dBpが所定値db0未満であり(即ち、操作量Bpaが一定であり)、判定条件が否定される場合(「NO」の場合)には、処理はステップS210に戻される。ここで、所定値db0は予め設定された判定用のしきい値である。
ステップS240にて、「回転速度dMkが所定値(しきい値)dm0以上か、否か(即ち、回転角Mkaが変化中か、否か)」が判定される。回転速度dMkが所定値dm0以上であり(即ち、回転角Mkaが変化し、電気モータMTRが回転中であり)、判定条件が肯定される場合(「YES」の場合)には、処理はステップS210に戻される。一方、回転速度dMkが所定値dm0未満であり(即ち、回転角Mkaが一定であって、電気モータMTRが停止中であり)、判定条件が否定される場合(「NO」の場合)には、ステップS250に進む。ここで、所定値dm0は予め設定された判定用のしきい値である。
ステップS230、及び、ステップS240にて、「操作量Bpaが変化しているにもかかわらず、電気モータMTRが停止している」状態が判定される時点で、ステップS250の処理が開始される。ステップS250にて、ステップS150と同様に、補償通電量Itrが、通電量が所定値itrで、通電時間が所定値ttrである、パルス波形として出力される。即ち、電気モータMTRの無変化状態が判定される場合には、補償通電量Itrが、目標通電量Imtに重畳される。一方、電気モータMTRの無変化状態が判定されない場合には、補償通電量Itrはゼロにされ、目標通電量Imtには重畳されない。これによって、第1の実施形態と同様の「電気モータMTRの無変化状態の回避、及び、通電量Imaの円滑化」という効果を奏する。
<補償制御の作用・効果>
図6の時系列線図を参照して、補償制御の作用・効果について説明する。ここで、運転者は、緩やかに制動操作量を増加している状況を想定する。なお、電流フィードバック制御によって、実際の通電量Imaは、目標通電量Imtと一致するように制御されるため、目標通電量Imtと実際の通電量Imaとは重なっている。
先ず、時点t0にて、運転者は制動操作部材BPの操作を開始する。この操作にしたがって、制動操作量Bpaは増加し、目標通電量Imt(結果として、実際の通電量Ima)も増加し始める。しかし、電気モータMTR自身、動力伝達機構DDK等の摩擦の影響で、電気モータMTRは回転せず、回転角Mkaはゼロのままである。
時点t1にて、「操作量Bpaが変化しているにもかかわらず、電気モータMTRが停止している」状態が判定(ステップS140での肯定、又は、ステップS240での否定)されると、目標通電量Imtに補償通電量Itrが重畳(加算)されて、最終的な目標通電量Imtが出力される。この補償通電量Itrの重畳によって、電気モータMTRが回転運動を開始し、回転角Mkaは増加を開始する。時点t1から、所定時間ttrを経過した時点t2にて、補償通電量Itrの重畳が終了される。
時点t3にて、動力伝達機構DDK等のヒステリシス、電気モータMTRのトルクリップル等の影響によって、電気モータMTRが回転運動を停止し、回転角Mkaが値mk3で一定の状態となる。時点t4にて、再度、「操作量Bpaが変化しているにもかかわらず、電気モータMTRが停止している」状態が判定されると、目標通電量Imtに、通電量の大きさが値itrである、補償通電量Itrが重畳(加算)される。この補償制御によって、停止していた電気モータMTRが再び回転運動を開始し、回転角Mkaの増加が開始し始める。上述したように、時点t4から所定時間ttrを経過後の時点t5にて、補償制御は終了され、補償通電量Itrはゼロにされる。
操作量Bpaに応じた目標通電量Imtのみ(補償通電量Itrが重畳されていない目標通電量Imt)では、装置全体の摩擦損失、ヒステリシス、電気モータMTRのトルクリップル等に起因して、回転角Mkaの時系列波形が階段状に増加され、結果として、実際の液圧Pcaも階段状に増加していく。このため、車両の滑らかな減速が確保され難い。
「操作量Bpaが変化することによって、電気モータMTRが回転運動している」状態が判定される場合には、補償通電量Itrは、目標通電量Imtには重畳されない(「Itr=0」とされる)。そして、「操作量Bpaが変化しているにもかかわらず、電気モータMTRが停止している」状態が判定された時点で、目標通電量Imtに補償通電量Itrが重畳されることによって、回転を停止した(又は、停止し始めた)電気モータMTRが加速され、回転運動が再開される。このため、操作量Bpaが徐々に増加される場合において、回転角Mkaが階段状に増加されることが抑制され、実際の液圧Pcaが滑らかに増加され得る。結果、運転者の操作に応じた、車両の滑らかな減速が確保される。加えて、上記の無変化状態に対応する目標通電量Imtの修正が、過大なゲインが採用された液圧フィードバック制御に依らずに行われる。即ち、適正な制御ゲインが採用されたフィードバック制御が実行されるため、実際の通電量Imaの発振が抑制されて、円滑化され得る。
以上、操作量Bpaが徐々に増加される場合について説明したが、操作量Bpaが緩やかに減少される場合も、補償制御は同様に実行される。電気モータMTRが逆転方向に回転している場合に、「操作量Bpaが変化(増減)しているにもかかわらず、電気モータMTRが停止している」状態が判定された時点で、電気モータMTRの逆転方向(即ち、負符号)の補償通電量Itrが、目標通電量Imtに重畳される。したがって、操作量Bpaが減少される場合においても、回転角Mkaは円滑に回転され、実際の液圧Pcaが滑らかに減少され得る。上記同様、運転者の操作に応じた、車両の滑らかな減速が確保され、電気モータMTRの電流振動が抑制される。
<本発明に係るモータ制御装置を備えた制動制御装置の第2の実施形態>
次に、図7の全体構成図を参照して、本発明に係るモータ制御装置MCSを備えた制動制御装置BCSについて説明する。第1の実施形態(図1を参照)では、トルク付与機構TFKは、制動液を介して、車輪WHに制動トルク(制動力)を付与するが、第2の実施形態では、制動液を介さず、直接、機械的に制動トルク(制動力)を付与する点で相違する。したがって、第2の実施形態の説明では、第1の実施形態と相違する部分について主に説明する。なお、第1の実施形態と同一符号が付されたものは、同一部材、同一信号であるため、重複説明は省略される。
第1の実施形態では、操作量Bpaに基づいて、指示液圧(目標値)Pcsが演算されるとともに、実際の液圧(検出値)Pcaと指示液圧Pcsとの偏差ePcに基づく液圧フィードバック制御によって、目標通電量Imtが決定される。即ち、制御変数として、液圧が採用されている。一方、第2の実施形態では、制御変数として押圧力(摩擦部材MSBが回転部材KTBを押す力)が採用される。したがって、制動操作量Bpaに基づいて、指示押圧力(目標値)Fbsが演算されるとともに、実際の押圧力(検出値)Fbaと指示押圧力Fbsとの偏差に基づく押圧力フィードバック制御によって、目標通電量Imtが決定される。
制動制御装置BCSは、入力シャフトSFI、減速機GSK、出力シャフトSFO、ねじ部材NJB、押圧ピストンPSN、及び、押圧力取得手段FBAにて構成されている。電気モータMTRの出力(モータ軸まわりの回転動力)は、入力シャフトSFIを介して、減速機GSKに入力される。減速された回転動力は、減速機GSKから出力シャフトSFOに伝達される。出力シャフトSFOの回転動力(出力シャフト軸まわりのトルク)は、ねじ部材NJBによって、直線動力(押圧ピストンPSNの中心軸方向の推力)に変換され、押圧ピストンPSNに伝達される。ここで、減速機GSK、及び、ねじ部材NJBが、動力伝達機構DDKに相当する。
押圧ピストンPSNは、回転部材KTBに摩擦部材MSBを押し付けて摩擦力を発生させる。押圧ピストンPSNが摩擦部材MSBを押す力(押圧力)Fbaを取得(検出)するため、押圧力取得手段(押圧力センサ)FBAが設けられる。そして、上述したように、押圧力の実際値Fbaが目標値Fbsに一致するよう、押圧力フィードバック制御が実行される。なお、第2の実施形態では、減速機GSK、ねじ部材NJB、押圧ピストンPSN、及び、押圧力センサFBAが、「トルク付与機構TFK」に相当する。
第2の実施形態においても、第1の実施形態と同様の補償制御が行われる。このため、第1の実施形態と同様の効果を奏する。即ち、緩やかに操作量Bpaが増減された場合において、「操作量Bpaが変化(増減)しているにもかかわらず、電気モータMTRが停止している」状態が回避され、滑らかに押圧力Fbaが増減され得る。その結果として、運転者の操作に応じた円滑な車両減速が確保され得る。さらに、押圧力フィードバック制御(第1の実施形態における液圧フィードバック制御に対応)において、過大な制御ゲインが採用されず、適正な制御ゲインが用いられるため、実際の通電量Imaの振動が低減され得る。