JP6664903B2 - 電動ブレーキ装置 - Google Patents
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Description
1.電動モータでブレーキ力を制御する電動ブレーキ装置(特許文献1)。
2.モータ電流を用いて制動力を制御する電動ブレーキシステム(特許文献2)。
3.摩擦パッドの押圧力を検出するセンサを設けたディスクブレーキ(特許文献3)。
特許文献2において、モータ電流により制動力を制御する機能を持つ電動ブレーキシステムが提案されている。しかしながら、モータ電流とモータトルクを相関付ける上で、トルクリプルや温度変化、モータ固体差による電流・トルク特性変動が誤差として発生する。このため、モータ電流による正確な制動力の推定および制御は困難な場合がある。
特許文献3において、摩擦パッドの押圧力を検出するセンサの異常時の冗長機能として、あるいは電動ブレーキのコスト削減要求の対策として、前記センサに代表されるブレーキ力センサを用いない制御法が求められる場合がある。
前記制御装置2は、
前記ブレーキ力を制御するとき、前記電動モータ4のトルク発生に寄与する電流を一時的に零にする電流遮断機能部20と、
この電流遮断機能部20で前記電動モータ4の電流を一時的に零にしているとき、前記回転推定手段で求められた前記回転角度,角速度,および角加速度の少なくともいずれか一つと前記ブレーキ力との定められた関係に基づいて、前記ブレーキ力の推定値である推定ブレーキ力を求めるブレーキ力推定手段19(19A)と、
を有することを特徴とする。
前記「一時的に」とは、例えば、数ミリ秒〜数十ミリ秒程度の瞬間的な時間を表す。
前記「零」とは、モータ電流を遮断した電流「零」だけでなく、例えば、モータ電流が零に近い状態で推移している場合や、モータ電流が正から負または負から正に推移する概ね零の状態も含む。前記モータ電流が「零に近い状態」、前記「概ね零の状態」は、例えば、運転者に違和感を感じさせず、且つ、推定ブレーキ力を精度良く求めることができる値であり、この値は試験やシミュレーション等の結果により定められる。
前記定められた関係は、試験やシミュレーション等の結果により定められる。
前記トルク発生に寄与する電流とは、例えば、電動モータ4がベクトル制御可能なモータにおいては、前記電流によってトルクが発生する電気角位相における電流値を示し、特にインダクタンス突極比を持たない表面磁石式同期モータ(SPM)においてはq軸電流を表す。一方、前記に相当しないトルク発生に寄与しない電流とは、前記電流によるトルクが概ね零となる電気角位相における電流値を示し、特にSPMにおいてはd軸電流を表す。よって、前記トルク発生に寄与する電流を一時的に零にするとは、例えばSPMにおいては少なくともq軸電流を一時的に零とし、d軸電流は零でも印加しても良い。
推定ブレーキ力を目標ブレーキ力に追従制御するとき、電動モータ4の駆動トルクの向きが反転するとき、モータ電流が必然的に零となる。このようにモータ電流が必然的に零となる状態を捉えて推定ブレーキ力を求めることで、違和感や応答劣化を発生させることなく推定ブレーキ力を求めることができる。
前記定められた値は、試験やシミュレーションの結果により定められる。
この構成によると、モータ電流が比較的零に近い状態において、目標ブレーキ力の変化量の絶対値が定められた値以下で推移している状況であれば、制御への影響を低減することができる。
これにより、電動モータ4のコギングトルクや鉄損の影響が低減され、より正確なブレーキ力の推定を行うことができる。
図1に示すように、電動ブレーキ装置DBは、電動ブレーキアクチュエータ1と、制御装置2とを有する。先ず、電動ブレーキアクチュエータ1について説明する。
電動ブレーキアクチュエータ1は、電動モータ4と、この電動モータ4の回転を減速する減速機構5と、摩擦部材操作手段である直動機構6と、駐車ブレーキであるパーキングブレーキ機構7と、ブレーキロータ8と、摩擦部材9とを有する。電動モータ4、減速機構5、および直動機構6は、例えば、図示外のハウジング等に組込まれる。なおブレーキロータ8は、ディスク型であっても、ドラム型であっても良い。摩擦部材9は、ブレーキパッドまたはブレーキシュー等からなる。直動機構6は、ボールねじ機構や遊星ローラねじ機構などの送りねじ機構からなる。
図2に示すように、制御装置2に、電源装置3と、制御装置2の上位制御手段である上位ECU17とが接続されている。上位ECU17として、例えば、車両全般を制御する電気制御ユニットが適用される。また上位ECU17は、各電動ブレーキ装置DBの統合制御機能を有する。上位ECU17から例えばブレーキ力等の目標値指令(目標ブレーキ力)が、制御装置2の制御演算器18に入力される。
制御装置2は、制御演算器18、ブレーキ力推定手段であるブレーキ力推定器19、電流遮断機能部である電流遮断器20、およびモータドライバ21等を有する。制御演算器18は、目標モータ角度生成手段18aと、目標モータ角度補正部18bとを有する。
なお図2の電動ブレーキシステムは、本提案を示すうえでの最小構成を示すものであり、例えば、図示外の補助電源や、その他冗長回路等の構成を同時に備えても良い。
図5(a)は、目標値(目標ブレーキ力)に対するブレーキ力の推移を示し、図5(b)は、図5(a)のブレーキ力制御を実施する際のモータ電流の推移の一例を示す。図5(b)において、モータ電流が零になっている状態において、電動ブレーキアクチュエータ1(図2)の運動方程式は以下の等式が成り立つ。
同図6の関係は、電動ブレーキアクチュエータ1(図2)の剛性や、減速機構5(図2)の減速比、等価リード等に基づいて決定される。理想状態においては、本図6の特性に従えば、モータ角度の制御によってブレーキ力が制御できる。
しかしながら、実際には、摩擦部材9(図1)の摩耗状況、電動ブレーキ装置各部の温度変化、等によって本図6の関係は変化する場合がある。また、例えば、ねじ機構に代表される、回転部(図示せず)と直動部14を持つ直動機構6(図1)において、直動部14の回転により回転運動と直進運動の相関にずれが生じる場合がある。
本処理開始後、回転方向判定器27(図3)により、電動モータ4(図2)の駆動トルクの向きが反転したか否かを判定する(ステップS1)。駆動トルクの向きが反転していないとき(ステップS1:no)、制御演算器18(図2)は時間を計時するカウンタを加算し(ステップS2)、カウンタが所定値を超過したか否かを判定する(ステップS3)。前記所定値は、例えば、試験やシミュレーション等の結果により定められる。
電動モータ4によりブレーキ力を制御するとき、電動モータ4を増速させる状態から減速させる状態への推移、ないしはその逆が必然的に生じる。前記のモータ電流を零とする処理をこの状態において実施すれば、比較的違和感や応答劣化を発生させることなく、ブレーキ力を推定することが可能となる。したがって、モータトルク特性変動の影響を受けずにブレーキ力を精度良く推定することが可能となる。これによりブレーキ力を検出するセンサが不要となる。あるいは、ブレーキ力センサを使用するシステムのセンサ異常時の冗長性を高めることができる。
以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
直動機構6は、ボールランプ等の機構を用いても良い。
減速機構5は、平行歯車や遊星歯車を用いても良い。
この電動ブレーキ装置DBを搭載した車両は、駆動輪をモータで駆動する電気自動車であっても良いし、前後輪の一方をエンジンで駆動し、他方をモータで駆動するハイブリッド自動車あっても良い。また車両に、エンジンのみで駆動輪を駆動するエンジン車を適用しても良い。
4…電動モータ
6…直動機構(摩擦部材操作手段)
8…ブレーキロータ
9…摩擦部材
19,19A…ブレーキ力推定器(ブレーキ力推定手段)
20…電流遮断器(電流遮断機能部)
DB…電動ブレーキ装置
Claims (5)
- ブレーキロータと、このブレーキロータに接触させる摩擦部材と、この摩擦部材を前記ブレーキロータに接触させる摩擦部材操作手段と、この摩擦部材操作手段を駆動する電動モータと、この電動モータの回転角度,角速度,および角加速度の少なくともいずれか一つを求める回転推定手段と、前記電動モータによりブレーキ力を制御する制御装置とを備える電動ブレーキ装置において、
前記制御装置は、
前記ブレーキ力を制御するとき、前記電動モータのトルク発生に寄与する電流を一時的に零にする電流遮断機能部と、
この電流遮断機能部で前記電動モータの電流を一時的に零にしているとき、前記回転推定手段で求められた前記回転角度,角速度,および角加速度の少なくともいずれか一つと前記ブレーキ力との定められた関係に基づいて、前記ブレーキ力の推定値である推定ブレーキ力を求めるブレーキ力推定手段と、
を有することを特徴とする電動ブレーキ装置。 - 請求項1に記載の電動ブレーキ装置において、前記ブレーキ力推定手段は、前記電動モータをブレーキ力が増加する方向に回転させるときの正効率に基づく前記摩擦部材の押圧力と反力負荷との関係と、前記電動モータをブレーキ力が減少する方向に回転させるときの逆効率に基づく前記摩擦部材の押圧力と反力負荷との関係の少なくともいずれかの関係を用いて、現在の前記電動モータの回転角度における前記摩擦部材の押圧力を推定する電動ブレーキ装置。
- 請求項1または請求項2に記載の電動ブレーキ装置において、前記制御装置は、前記推定ブレーキ力を目標ブレーキ力に追従制御するものであり、この追従制御するときの、前記電動モータの駆動トルクの向きが反転するときにおいて、前記ブレーキ力推定手段により前記推定ブレーキ力を求める電動ブレーキ装置。
- 請求項1または請求項2に記載の電動ブレーキ装置において、前記制御装置は、前記推定ブレーキ力を目標ブレーキ力に追従制御するものであり、前記目標ブレーキ力の変化量の絶対値が定められた値以下であるときに、前記ブレーキ力推定手段により前記推定ブレーキ力を求める電動ブレーキ装置。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の電動ブレーキ装置において、前記電動モータがd軸電流およびq軸電流の制御により駆動されるブラシレスDCモータであり、前記制御装置は、前記電流遮断機能部で前記電動モータのトルク発生に寄与する電流を一時的に零にするとき、前記電動モータのトルク発生に寄与せず、かつ界磁磁束を弱める電流を印加する電動ブレーキ装置。
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