JP7046751B2 - 電動ブレーキ装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の車輪の回転を制動するための三相電動機の動作を制御する電動ブレーキ装置に関する。

上記した電動ブレーキ装置では、上記した三相電動機に通電される３つの相電流の値を、例えば、１つのシャント抵抗器を用いて測定する。この場合、３つの相電流のうちのいずれか２つの間で、前記三相電動機への通電の開始時刻及び通電の終了時刻のいずれかが一致すると、前記２つの相電流の値を測定することができない。そこで、前記２つの相電流間で前記いずれかの時刻が一致するときには、当該いずれかの時刻が一致しないようにすべく、特許文献１に記載されているように、前記２つの相電流のうちの一方の位相をずらす。

ＷＯ２０１７－２０８６５２号公報

しかしながら、上記した電動ブレーキ装置では、前記相電流の位相をずらすことを、ＰＷＭ制御方式の下で周期的に行うことに伴い、騒音が継続的に発生する場合がある。特に、上記した相電流の位相をずらすことを、前記車両が停止しており車内が静寂であるときにも行う場合、上記した騒音は、前記車両に乗車している者にとって、前記車両が走行しているときに比較して、相対的に大きく感じられるという問題があった。

本発明の目的は、上記した課題に鑑み、車両の停止中の場合に、ブレーキペダル踏力が一定で継続するときに騒音が発生する事態を回避することができる電動ブレーキ装置を提供することにある。

本発明に係る電動ディスクブレーキは、
ディスクに押圧されるブレーキパッドを移動させるピストンに電動モータの駆動により発生する推力を伝達するブレーキ機構と、
前記電動モータのモータ回転位置を検出するセンサと、
前記電動モータへ通電する複数の相電流を制御するインバータと、
前記インバータの複数のトランジスタに共通する母線に設けられ、前記複数の相電流の大きさを検出すべく、前記母線に流れる母線電流を検出するシャント抵抗器と、
パルス幅変調制御の下、前記インバータへ出力する、前記複数の相電流に対応する複数の制御信号を、前記モータ回転位置及び前記母線電流に基づいて求める制御回路と、
を有する電動ディスクブレーキであって、
前記制御回路は、
車両が走行中であり、かつ前記複数の制御信号のうち少なくとも２つの制御信号が同位相であると判断した場合、前記２つの制御信号のうち一方の位相をずらす制御を実行し、
前記車両が停車状態であり、かつ前記複数の制御信号のうち少なくとも２つの制御信号が同位相であると判断した場合、現在の前記モータ回転位置の位相角を他の位相角にずらす位置制御を実行する。

本発明に係る電動ディスクブレーキによれば、車両の停止中の場合に、ブレーキペダル踏力が一定で継続するときに騒音が発生する事態を回避することができる。

実施形態の電動ブレーキ装置の構成を示す図である。 実施形態の電動モータ及びモータ制御ユニットの詳細を示す図である。 実施形態の制御回路の構成を示す図である。 実施形態の電動ブレーキ装置の動作を示すフローチャートである。 実施形態の制御信号が同位相であるか否かを示す図である。 実施形態の制御信号の位相をずらす動作を示す図である。 実施形態の駆動電圧と電動モータの位置との関係を示す図である。

以下、本発明に係る実施形態の電動ブレーキ装置について図面を参照して説明する。

〈実施形態の構成〉
図１は、実施形態の電動ブレーキ装置の構成を示す。実施形態の電動ブレーキ装置ＥＢＳは、自動車等の車両（図示せず）に設けられており、図１に示されるように、キャリパーＣと、ブレーキディスクＤと、回転直線変換機構ＲＬと、減速器ＲＥと、電動モータＭと、モータ制御ユニットＭＣと、を含む。

前記車両の運転者が、ブレーキペダルＰＤを踏むと、モータ制御ユニットＭＣは、ブレーキペダルＰＤの操作に応じて、電動モータＭの回転を制御する。後段の減速器ＲＥは、電動モータＭの回転を減速させる。回転直線変換機構ＲＬは、当該減速された回転を直線運動に変換する。キャリパーＣ内のピストンＰは、当該直線運動に連動して、キャリパーＣ内のブレーキパッドＢＰ１、ＢＰ２により、前記車両の車輪（図示せず）と共に回転するブレーキディスクＤを挟み込むことによって、前記車輪の回転を制動する。

ブレーキディスクＤは、『ディスク』に対応し、ブレーキパッドＢＰ１、ＢＰ２は、『ブレーキパッド』に対応し、ピストンＰは、『ピストン』に対応し、電動モータＭは、『電動モータ』に対応し、電動ブレーキ装置は、『電動ディスクブレーキ』に対応する。

図２は、実施形態の電動モータ及びモータ制御ユニットの詳細を示す。実施形態の電動モータＭは、三相電動機であり、より詳しくは、回転子として永久磁石を用いる永久磁石型同期電動機である。電動モータＭには、センサＳ（例えば、レゾルバ）が設けられており、センサＳは、電動モータＭの回転子の位置（位相角）θｄｃを検出し、当該位置θｄｃを示すモータ位置信号Ｓθｄｃを、モータ制御ユニットＭＣ内の制御回路ＣＮＴ（後述）へ出力する（以下では、「電動モータＭの回転子の位置」を「モータ位置」という。）。

センサＳによる検出に代えて、公知のセンサレス技術を用いた三相電流若しくは三相電圧の推定、または、モータＭの中性点の電位に基づく回転子の位相の推定を行うことも可能である。

センサＳは、『位置検出手段』に対応する。

モータ制御ユニットＭＣは、図２に示されるように、直流電源ＤＣと、インバータＩＶと、シャント抵抗器Ｒと、制御回路ＣＮＴとを有する。直流電源ＤＣは、例えば、１２Ｖ等のバッテリーである。インバータＩＶは、６つのトランジスタ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）を備え、制御回路ＣＮＴによるＰＷＭ制御の下、各トランジスタのゲート端子に、制御信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐ、Ｓｗｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｎ、Ｓｗｎの入力を受け、当該制御信号に応じて、電動モータＭの固定子を構成するコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗへ通電すべき相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを制御する。

ここで、制御信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐ、Ｓｗｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｎ、Ｓｗｎについては、添え字「ｕ」、「ｖ」、「ｗ」は、それぞれ、ｕ相、ｖ相、ｗ相を意味し、また、添え字「ｐ」、「ｎ」は、相補的に一対をなすことを意味し、例えば、制御信号Ｓｕｐと制御信号Ｓｕｎは、一対をなし、かつ、例えば、制御信号Ｓｕｐがオンを示すときには、制御信号Ｓｕｎはオフを示し、その反対に、制御信号Ｓｕｎがオンを示すときには、制御信号Ｓｕｐがオフを示す。他の制御信号Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、Ｓｗｐ、Ｓｗｎについても同様である。

インバータＩＶは、『直流交流変換回路』に対応する。

シャント抵抗器Ｒは、上記したインバータＩＶ内の６つのトランジスタに共通する母線ＢＬに直列に、換言すれば、直流電源ＤＣに直列に設けられており、３つの相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの大きさを検出すべく、母線ＢＬに流れる電流である母線電流Ｉｄｃを検出し、当該母線電流Ｉｄｃの値を示す母線電流値信号ＳＩｄｃを、モータ制御ユニットＭＣ内の制御回路ＣＮＴへ出力する。

母線電流Ｉｄｃは、『母線電流』に対応し、母線電流値信号ＳＩｄｃは、『母線電流値信号』に対応する。

図３は、実施形態の制御回路の構成を示す。実施形態の制御回路ＣＮＴは、図２及び図３に示されるように、モータ制御ユニットＭＣのシャント抵抗器Ｒから、母線電流Ｉｄｃの値を示す母線電流値信号ＳＩｄｃの入力を受け、また、電動モータＭのセンサＳから、モータ位置θｄｃを示すモータ位置信号Ｓθｄｃの入力を受ける。他方で、制御回路ＣＮＴは、制御信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐ、Ｓｗｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｎ、ＳｗｎをインバータＩＶへ出力する。

制御回路ＣＮＴは、『制御手段』に対応し、シャント抵抗器Ｒは、『推力検出手段』に対応する。

制御回路ＣＮＴは、例えば、永久磁石型同期電動機である電動モータＭの動作について、母線電流Ｉｄｃ、モータ位置θｄｃ、及び、制御信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐ、Ｓｗｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｎ、Ｓｗｎを用いてベクトル制御を行うべく、三相電流再現部１と、座標変換部２と、ＰＩ制御部３と、座標変換部４と、制御信号生成部５とを備える。

三相電流再現部１は、シャント抵抗器Ｒから出力される母線電流値信号ＳＩｄｃにより表される母線電流Ｉｄｃ、及び、制御信号生成部５から出力される制御信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐ、Ｓｗｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｎ、Ｓｗｎに基づき、相電流Ｉｕｃ、Ｉｖｃ、Ｉｗｃを生成（再現）する。

座標変換部２は、３相から２相への変換を行うクラーク変換、及び、固定座標から回転座標への変換を行うパーク変換の機能を有し、具体的には、三相電流再現部１から出力される相電流Ｉｕｃ、Ｉｖｃ、Ｉｗｃ、及び、センサＳから出力されるモータ位置信号Ｓθｄｃにより表されるモータ位置θｄｃから、ｄ軸成分である電流Ｉｄ及びｑ軸成分であるＩｑを生成する。

ＰＩ制御部３は、ＰＩ制御の機能を有し、予め定められた基準値である電流Ｉｄ（ｒｅｆ）及びＩｑ（ｒｅｆ）の入力を受け、これらの電流Ｉｄ（ｒｅｆ）及びＩｑ（ｒｅｆ）を基準として、座標変換部２から出力される電流Ｉｄ及び電流ＩｑにＰＩ制御を施すことにより、電圧Ｖｄ及び電圧Ｖｑを生成する。

座標変換部４は、逆パーク変換及び空間ベクトル変換の機能を有し、具体的には、ＰＩ制御部３から出力される電圧Ｖｄ及びＶｑを、モータ位置信号Ｓθｄｃにより表されるモータ位置θｄｃに基づき変換することにより、電動モータＭに通電すべき相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに対応する電圧Ｖｕ’、Ｖｖ’、Ｖｗ’を生成する。

制御信号生成部５は、座標変換部４から電圧Ｖｕ’、Ｖｖ’、Ｖｗ’の入力を受けると、インバータＩＶの動作を規定するための制御信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐ、Ｓｗｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｎ、Ｓｗｎを生成し、インバータＩＶへ出力する。

インバータＩＶでは、制御信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐ、Ｓｗｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｎ、Ｓｗｎに基づき、電動モータＭに相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを通電することを開始する時刻及び当該通電することを終了する時刻を制御することにより、電動モータＭの回転子の位置、即ち、モータ位置を変更する。
〈実施形態の動作〉
実施形態の電動ブレーキ装置の動作（制御内容）について説明する。

図４は、実施形態の電動ブレーキ装置の動作を示す。以下、実施形態の電動ブレーキ装置の動作について、図４のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ１：制御回路ＣＮＴは、車両が走行中であるか停止中であるかを、例えば、車速センサ（図示せず）を用いて判断する。

ステップＳ２：制御回路ＣＮＴは、ステップＳ１で、前記車両が走行中であると判断するとき、制御信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐ、Ｓｗｐ（または、制御信号Ｓｕｎ、Ｓｖｎ、Ｓｗｎ。以下、同じ。）のうち、いずれか２つの制御信号が同位相であるか否かを判断する。

図５は、制御信号が同位相であるか否かを示す図である。「同位相」とは、図５に示されるように、例えば、２つの制御信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐについて、制御信号Ｓｕｐの立ち上がりの時刻と、制御信号Ｓｖｐの立ち上がりの時刻が一致することであり、換言すれば、時刻ｔ１のときに、制御信号Ｓｕｐが立ち上がり、かつ、制御信号Ｓｖｐも立ち上がることをいう。

同様に、「同位相」とは、図５に示されるように、制御信号Ｓｕｐの立ち下がりの時刻と、制御信号Ｓｖｐの立ち下がりの時刻が一致することであり、換言すれば、時刻ｔ４のときに、制御信号Ｓｕｐが立ち下がり、かつ、制御信号Ｓｖｐも立ち下がることをいう。

例えば、制御信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐが同位相になると、図５に示されるように、母線電流Ｉｄｃが平坦な波形となり、相電流Ｉｕの値と相電流Ｉｖの値とを峻別して把握することができない。

図６は、制御信号の位相をずらす動作を示す図である。

ステップＳ３：制御回路ＣＮＴは、ステップＳ２で、図５に示されるように、例えば、２つの制御信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐが同位相であると判断すると、換言すれば、制御信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐの立ち上がり時刻が一致しており、または、立ち下がり時刻が一致していると判断すると、制御信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐの一方の位相をずらす。制御回路ＣＮＴは、具体的には、図６に示されるように、例えば、制御信号Ｓｖｐの立ち上がり時刻を時刻ｔ１から時刻ｔ１’に遅らせ、かつ、当該制御信号Ｓｖｐの立ち下がり時刻を時刻ｔ４から時刻ｔ４’に遅らせる。これにより、母線電流Ｉｄｃは、図６に示されるように、階段状の波形となり、この結果、相電流Ｉｕの値と相電流Ｉｖの値とを峻別して把握することができる。

ステップＳ４：制御回路ＣＮＴは、ステップＳ１で、車両が停止中であると判断すると、制御信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐ、Ｓｗｐが、図５に図示された同位相であるか否かを判断する。

図７は、駆動電圧と電動モータの位置との関係を示す。

ステップＳ５：制御回路ＣＮＴは、ステップＳ４で、制御信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐ、Ｓｗｐが同位相であると判断すると、例えば、図５に示されるように、２つの制御信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐ間で、立ち上がり時刻ｔ１、または、立ち下がり時刻ｔ４が一致していると判断すると、電動モータＭの回転子の位置、即ち、モータ位置をずらす。より詳しくは、制御回路ＣＮＴは、図７に示されるように、現在のモータ位置が位相角θｃｒである場合に、上記したように、制御信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐが同位相であると判断すると、現在のモータ位置を位相角θｃｒから、当該位相角θｃｒと僅かに異なる他の位相角θｃｒ１または位相角θｃｒ２にずらす。ここで、制御回路ＣＮＴは、位相角θｃｒ１、θｃｒ２のうち、車輪の回転の制動をより強める方向にピストンＰを直動させることに対応する位相角にずらすことが望ましい。

〈実施形態の効果〉
上述したように、実施形態の電動ブレーキ装置ＥＢＳでは、制御回路ＣＮＴが、ステップＳ１で、車両が停止中であると判断し、かつ、ステップＳ４で、制御信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐ、Ｓｗｐが同位相であると判断すると、制御回路ＣＮＴは、ステップＳ５で、当該同位相であるときにおける、電動モータＭの回転子の位置、即ち、モータ位置を、現在の位相角θｃｒから、当該位相角θｃｒと僅かに異なる他の位相角θｃｒ１またはθｃｒ２にずらす。これにより、２つの相電流Ｉｕ、Ｉｖが同位相でなくなることから、２つの相電流Ｉｕ、Ｉｖが同位相であるときに必要である、図６に図示される制御信号Ｓｖｐの位相をずらすことを行う必要が無くなる。その結果、制御信号Ｓｖｐの位相を周期的にずらすことに伴い騒音が発生するという事態を回避することが可能となる。

換言すれば、車両が停止中であり、かつ、２つの相電流Ｉｕ、Ｉｖが同位相であっても、制御信号Ｓｖｐの位相をずらす必要が無いから、上記した騒音が発生せず、その結果、静寂な状況を維持することが可能となる。

上記したように、モータ位置をずらしても、減速器ＲＥのギア比が大きい場合（例えば、数十から百数十までの減速比）、車輪の回転を制動する力、即ち、ブレーキ力の変化は小さい。また、車両が停止中であるため、モータ位置をずらすことによる変化が、車両の運転手に影響することは無い。

ＥＢＳ 電動ブレーキ装置、ＰＤ ブレーキペダル、ＭＣ モータ制御ユニット、Ｍ 電動モータ、ＲＬ 回転直線変換機構、Ｃ キャリパー、Ｐ ピストン、ＢＰ１、ＢＰ２ ブレーキパッド、Ｄ ブレーキディスク

Claims (1)

1. ディスクに押圧されるブレーキパッドを移動させるピストンに電動モータの駆動により発生する推力を伝達するブレーキ機構と、
   前記電動モータのモータ回転位置を検出するセンサと、
   前記電動モータへ通電する複数の相電流を制御するインバータと、
   前記インバータの複数のトランジスタに共通する母線に設けられ、前記複数の相電流の大きさを検出すべく、前記母線に流れる母線電流を検出するシャント抵抗器と、
   パルス幅変調制御の下、前記インバータへ出力する、前記複数の相電流に対応する複数の制御信号を、前記モータ回転位置及び前記母線電流に基づいて求める制御回路と、
   を有する電動ディスクブレーキであって、
   前記制御回路は、
   車両が走行中であり、かつ前記複数の制御信号のうち少なくとも２つの制御信号が同位相であると判断した場合、前記２つの制御信号のうち一方の位相をずらす制御を実行し、
   前記車両が停車状態であり、かつ前記複数の制御信号のうち少なくとも２つの制御信号が同位相であると判断した場合、現在の前記モータ回転位置の位相角を他の位相角にずらす位置制御を実行する、ことを特徴とする電動ディスクブレーキ。

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