JP7089872B2 - 電動ブレーキ装置 - Google Patents
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Description
(1)電動モータの回転駆動力を減速機により減速し、直動機構を介して直線運動に変換して、摩擦パッドをディスクロータに押圧接触させて制動力を付加する技術(特許文献1)。
(2)ブレーキ非操作時にモータを動作させ、ブレーキの異常を判断する技術(特許文献2)。
例えば、特許文献2のような、操縦者によってブレーキが操作されない状況において電動モータを駆動し、異常を判断する場合、ブレーキ操作時に異常が発生した場合に異常を検出できず、動作異常を生じる場合がある。
前記制御装置2は、
前記電動モータ4の角度を推定する角度推定機能部26と、
前記摩擦材9の押圧力の反作用による反力を推定する反力推定機能部27と、
前記角度推定機能部26の異常の有無を判断する角度推定異常検出機能部24と、を有し、
前記角度推定異常検出機能部24は、
前記角度推定機能部26で推定した角度である推定角度またはこの推定角度と等価となるパラメータ、および前記反力推定機能部27で推定した反力である推定反力をデータとして取得するデータ取得部29と、
このデータ取得部29で取得した前記推定角度または前記パラメータと前記推定反力とを定められた条件に従って関連付ける反力相関を推定する反力相関導出部28と、
この反力相関導出部28で推定した反力相関と、前記データ取得部29で取得したデータとの一致度合の高さが定められた基準を下回るとき、前記角度推定機能部26が異常であると判断する異常判断部31と、を有する。
前記定められた条件、前記定められた基準は、それぞれ設計等によって任意に定める条件、基準であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な条件、基準を求めて定められる。
前記推定した反力相関と前記データとが良く一致するとは、前記一致度合が高いことを意味し、前記推定した反力相関と前記データとがあまり一致しないとき、前記一致度合が低いことを意味する。
角度推定機能部26において、例えば、出力の固着等の異常が発生すると、推定角度がその状態で静止する。このとき角度が動かないため、推定反力の大きさは増大し、例えば電動モータ4の発揮し得る最大トルク相当まで増大する。このとき、推定角度と推定反力との反力相関は、アクチュエータ剛性に依存した連続的なカーブから、不連続性の高い折れ点のような軌跡を描く。このため、このような軌跡に対する元のデータの一致度合は、比較的大きな推定誤差を生ずる。したがって、一致度合の高さが定められた基準を下回るとき、角度推定機能部26が異常であると判断し得る。このように角度推定の異常を、従来技術よりも安価に且つブレーキ操作時等にも判断することができる。
前記異常判断部31は、前記反力相関の推定時の前記誤差に基づく評価指標について、前記誤差が定められた量より大きい状態に相当する評価が為されたとき、前記角度推定機能部26が異常であると判断してもよい。
前記定められた量は、設計等によって任意に定める量であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な量を求めて定められる。
この構成によると、前記一致度合を比較的容易に演算できるため、電動ブレーキ装置1の角度推定異常を正確に検出し冗長性を高めることができる。また複数の角度センサ等を設けなくても角度推定機能部26の異常を判断することができるため、センサのコスト低減を図れる。
前記異常判断部31は、前記第一のブレーキサイクルより後に実行される、前記ブレーキを解除した状態からブレーキ力を発揮させる第二のブレーキサイクル中において、前記推定角度および前記推定反力の第一のブレーキサイクル中において求められた前記反力相関に対する乖離量が定められた量より大きいとき、前記角度推定機能部26が異常であると判断してもよい。
前記定められた量は、設計等によって任意に定める量であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な量を求めて定められる。
この構成によると、演算負荷等の都合により前記相関推定をリアルタイムで行うことが困難である場合においても、前記ブレーキ作動時の相関を用いて、角度推定機能部26の異常を推定することが可能となる。
前記反力相関導出部28は、前記反力相関として、前記電動モータ4が前記昇圧方向に回転しているときの正作動相関と、前記電動モータ4が前記降圧方向に回転しているときの逆作動相関とを推定する機能を有し、
前記異常判断部31は、前記電動モータ4が前記昇圧方向に回転しているときの前記正作動相関の一致度合と、前記電動モータ4が前記降圧方向に回転しているときの前記逆作動相関の一致度合とのいずれか一方または両方の一致度合が定められた基準を下回るとき、前記角度推定機能部26が異常であると判断してもよい。
前記定められた基準は、設計等によって任意に定める基準であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な基準を求めて定められる。
この構成によると、摩擦材操作手段6等を備えた電動ブレーキ装置1は摩擦力等の影響によりヒステリシス特性を示すため、電動モータ4が昇圧方向に回転しているときの正作動時と降圧方向に回転しているときの逆作動時とを分けて角度推定機能部26の異常を評価することで、異常判断の精度を向上することができる。
前記反力相関導出部28は、前記電動モータ4が前記昇圧方向に回転しているときの正作動相関と、前記電動モータ4が前記降圧方向に回転しているときの逆作動相関のいずれか一方を推定する機能を有し、前記推定された正作動相関ないし逆作動相関のいずれか一方の相関に基づいて、定められた換算係数を介して他方の相関を推定する機能を有し、
前記異常判断部31は、前記電動モータ4が前記昇圧方向に回転しているときの前記正作動相関の一致度合と、前記電動モータ4が前記降圧方向に回転しているときの前記逆作動相関の一致度合のいずれか一方または両方の一致度合が定められた基準を下回るとき、前記角度推定機能部26が異常であると判断してもよい。
前記定められた換算係数、前記定められた基準は、それぞれ設計等によって任意に定める換算係数、基準であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な換算係数、基準を求めて定められる。
この構成によると、アクチュエータ特性において、正作動時と逆作動時の効率特性がある程度強く関連している場合、正・逆いずれか一方の作動相関から他方の作動相関も規定することができ、計算負荷を軽減することができる。
前記制御装置2は、前記電動モータ4が停止状態にあるとみなせる場合において、前記正作動相関および前記逆作動相関に基づいて、前記反力相関を導出する一方の第一のパラメータから、前記正作動相関および前記逆作動相関に基づく他方の第二のパラメータを導出する機能を有し、
前記異常判断部31は、前記第二のパラメータが、前記正作動相関および前記逆作動相関に基づいて導出された第二のパラメータ群の範囲から誤差補正比率に基づいて拡大された範囲外であるとき、前記角度推定機能部26が異常であると判断してもよい。
前記定められた大きさ、前記誤差補正比率は、それぞれ設計等によって任意に定める大きさ、誤差補正比率であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な大きさ、誤差補正比率を求めて定められる。
この構成によると、電動モータ4の正、逆作動時だけでなくヒステリシス中の状態においても角度推定機能部26の異常を判断し得る。
p=f1(α,βx)+f2((1-β)x)による演算誤差の分散が最小となるよう前記可変剛性パラメータα、変形比率βを決定する機能を有するものであってもよい。
この構成によると、相関関数の形状を予めある程度規定しておき、関連する変数を減らすことで、計算負荷を軽減することができる。
前記反力相関が、前記荷重推定機能部19で推定した押圧力である推定荷重と、前記推定反力とを関連付ける反力相関であり、
前記異常判断部31は、前記反力相関と、前記データ取得部29で取得したデータとの一致度合の高さが定められた基準を下回るとき、前記角度推定機能部26が異常であると判断してもよい。
前記定められた基準は、設計等によって任意に定める基準であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な基準を求めて定められる。
この構成によると、推定反力と推定荷重との反力相関は、アクチュエータの非線形剛性の影響を受けないため、比較的容易に相関関係を設定することができる。
前記反力相関導出部28は、前記角加速度推定機能部33で推定した推定角加速度が定められた大きさより小さい条件における推定反力および推定角度を用いて、前記反力相関を推定してもよい。
前記定められた大きさは、設計等によって任意に定める大きさであって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な大きさを求めて定められる。
角速度が大きい条件において、慣性モーメント誤差等によって反力推定の精度が低下する場合がある。このため、この構成によると、そのような角速度が大きい状態を除外して反力相関を推定することで、異常判断の精度を向上することができる。
図1に示すように、この電動ブレーキ装置1は、電動式直動アクチュエータDAと、電源装置3と、摩擦ブレーキBRとを備える。先ず、電動式直動アクチュエータDAおよび摩擦ブレーキBRの構造について説明する。
図1に示すように、電動式直動アクチュエータDAは、アクチュエータ本体AHと、後述する制御装置2とを備える。図1および図2に示すように、アクチュエータ本体AHは、電動モータ4と、減速機構5と、摩擦材操作手段である直動機構6と、パーキングブレーキ機構7と、角度センサSaと、荷重センサSbとを有する。
図2に示すように、各制御装置2は、対応する電動モータ4を制御する。各制御装置2に、電源装置3と、各制御装置2の上位制御手段である上位ECU17とが接続されている。電源装置3は、電動モータ4および制御装置2に電力を供給する。電源装置3は、例えば、この電動ブレーキ装置1を搭載する車両の低圧(例えば12V)バッテリ等を適用し得る。
電流推定機能部20は、前記電流センサScの出力から制御演算に用いる電流を推定する機能を有する。もしくは本図2の他の構成として、例えば、モータドライバ18を構成する素子等の端子電圧等を検出する構成としてもよく、一次側の電流からモータ相電流を推定する構成としてもよい。あるいは、一切の電流センサを設けずに、後述の電流制御機能部22において、電動モータ4の抵抗またはインダクタンス等の特性に基づきフィードフォワード制御を行うこともできる。
また、各機能の接続形態は一つの例として示すものであり、前述の機能に支障をきたさない範囲で変更できるものとする。例えば、運動状態推定機能部において推定する各パラメータは本図において接続されていない荷重制御機能部においても利用可能である。
図3は、図2の電動ブレーキ装置の角度推定異常検出機能部の実行例を示すフローチャートである。図3の説明において図2も適宜参照しつつ説明する。
本処理開始後、反力相関推定用データ記憶部29は、推定角度および推定反力を相関計算用のデータとして取得する(ステップS1)。本図3の例では、データとして角度と反力とを使用する例を示すが、後述する図6、図11に示すように適宜変更可能とする。また、前記と等価なパラメータであってもよく、例えば、角度に代えて、アクチュエータ本体AHの等価リードを介したストローク量等を用いることもできる。
本図3は必要最小限のフローに省略化されたものであり、実際に運用する上で、本図3に記載しないフローを適宜設けてもよい。例えば、ステップS2~S4は無限ループとなり得るため、繰り返し回数の上限によって収束演算を終了し、ループを脱する処理を設けることもできる。
図4は、角度センサの出力の固着が発生した場合における、図2の角度推定異常検出機能部の実行例を示す。
図4(a),(b)に示すように、電動ブレーキ装置の作動時に角度センサの出力の固着が発生すると、推定角度がその状態で静止する。このとき、角度が動かないため、図4(c)に示すように、推定反力は電動モータの発揮し得る最大トルク相当まで上昇する。
以上説明した電動ブレーキ装置1によれば、反力相関導出部28は、取得した推定角度と推定反力とを定められた条件に従って関連付ける反力相関を推定する。異常判断部31は、推定した反力相関と、元のデータとの一致度合の高さを評価する。異常判断部31は、一致度合の高さが定められた基準を下回るとき、角度推定機能部26が異常であると判断する。このように角度推定の異常を、従来技術よりも安価に且つブレーキ操作時等にも判断することができる。
以下の説明においては、各実施の形態で先行して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。
本処理開始後、制御装置2(図2等)は、モータ回転方向を判定し(ステップS11)、増圧方向、減圧方向、ゼロ(回転無し)に条件分離する。前記回転方向は、例えば、モータ角速度より判断することができる。またゼロ速度の厳密の判断は困難であるため、例えば、角速度が±0.5rad/s等の所定の範囲内にある場合はゼロ速度と見なしてもよく、このときの角速度閾値はシミュレーション等から任意に定めるものであってもよい。
相関導出における誤差が大きい場合(ステップS13:yes)、異常判断部31(図2等)は、角度推定異常として判断する(ステップS16)。その後本処理を終了する。
相関導出における誤差が大きい場合(ステップS15:yes)、異常判断部31(図2等)は、角度推定異常として判断する(ステップS17)。その後本処理を終了する。
前記反力の上下限値について、相関推定の誤差を考慮し、導出された上下限値を基に所定の誤差補正比率に基づいて前記上下限値からなる幅が広がるよう前記上下限値を補正し、前記幅を広げた上下限値に基づいて上記判断を行う処理としても良い。
また、前記とは逆に、推定反力を第一のパラメータとし、モータ角度を第二のパラメータとしてもよい。所定の角度における反力の上下限値を推定反力が逸脱する状況は、換言すれば所定の反力における角度の上下限値を推定角度が逸脱する状況と概ね等価である。
この構成によると、角速度が大きい状態を除外して反力相関を推定することで、異常判断の精度を向上することができる。
この構成によると、演算負荷等の都合によりリアルタイムでの処理が困難である場合においても、前記ブレーキ作動時の相関を用いて、角度推定機能部の異常を推定することが可能となる。
4…電動モータ
6…直動機構(摩擦材操作手段)
8…ブレーキロータ
9…摩擦材
19…荷重推定機能部
24…角度推定異常検出機能部
25…角速度推定機能部
26…角度推定機能部
27…反力推定機能部
28…反力相関導出部
29…反力相関推定用データ記憶部(データ取得部)
31…異常判断部
33…角加速度推定機能部
Claims (8)
- ブレーキロータと、このブレーキロータと接触してブレーキ力を発生する摩擦材と、電動モータと、この電動モータの出力を前記摩擦材の押圧力に変換する摩擦材操作手段と、前記電動モータを制御する制御装置と、を備えた電動ブレーキ装置において、
前記制御装置は、
前記電動モータの角度を推定する角度推定機能部と、
前記摩擦材の押圧力の反作用による反力を推定する反力推定機能部と、
前記角度推定機能部の異常の有無を判断する角度推定異常検出機能部と、を有し、
前記角度推定異常検出機能部は、
前記角度推定機能部で推定した角度である推定角度またはこの推定角度と等価となるパラメータ、および前記反力推定機能部で推定した反力である推定反力をデータとして取得するデータ取得部と、
このデータ取得部で取得した前記推定角度または前記パラメータと前記推定反力とを定められた条件に従って関連付ける反力相関を推定する反力相関導出部と、
この反力相関導出部で推定した反力相関と、前記データ取得部で取得したデータとの一致度合の高さが定められた基準を下回るとき、前記角度推定機能部が異常であると判断する異常判断部と、を有し、前記反力相関導出部は、前記定められた条件として、前記推定角度または前記パラメータと前記推定反力とを関連付ける規範相関関数を有し、この規範相関関数と、前記データ取得部で取得したデータとの誤差に基づく評価指標を略最小とする前記反力相関を導出する機能を有し、
前記異常判断部は、前記反力相関の推定時の前記誤差に基づく評価指標について、前記誤差が定められた量より大きい状態に相当する評価が為されたとき、前記角度推定機能部が異常であると判断する電動ブレーキ装置。 - ブレーキロータと、このブレーキロータと接触してブレーキ力を発生する摩擦材と、電動モータと、この電動モータの出力を前記摩擦材の押圧力に変換する摩擦材操作手段と、前記電動モータを制御する制御装置と、を備えた電動ブレーキ装置において、
前記制御装置は、
前記電動モータの角度を推定する角度推定機能部と、
前記摩擦材の押圧力の反作用による反力を推定する反力推定機能部と、
前記角度推定機能部の異常の有無を判断する角度推定異常検出機能部と、を有し、
前記角度推定異常検出機能部は、
前記角度推定機能部で推定した角度である推定角度またはこの推定角度と等価となるパラメータ、および前記反力推定機能部で推定した反力である推定反力をデータとして取得するデータ取得部と、
このデータ取得部で取得した前記推定角度または前記パラメータと前記推定反力とを定められた条件に従って関連付ける反力相関を推定する反力相関導出部と、
この反力相関導出部で推定した反力相関と、前記データ取得部で取得したデータとの一致度合の高さが定められた基準を下回るとき、前記角度推定機能部が異常であると判断する異常判断部と、を有し、前記反力相関が、ブレーキを解除した状態からブレーキ力を発揮し、再び前記ブレーキを解除するまでの第一のブレーキサイクルにおける前記推定角度と前記推定反力とを関連付ける反力相関であり、
前記異常判断部は、前記第一のブレーキサイクルより後に実行される、前記ブレーキを解除した状態からブレーキ力を発揮させる第二のブレーキサイクル中において、前記推定角度および前記推定反力の第一のブレーキサイクル中において求められた前記反力相関に対する乖離量が定められた量より大きいとき、前記角度推定機能部が異常であると判断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、前記電動モータの角速度を推定する角速度推定機能部を有し、この角速度推定機能部で推定した角速度である推定角速度に基づいて、前記電動モータが前記摩擦材の押圧力を昇圧方向に回転しているか降圧方向に回転しているかを判断し、
前記反力相関導出部は、前記反力相関として、前記電動モータが前記昇圧方向に回転しているときの正作動相関と、前記電動モータが前記降圧方向に回転しているときの逆作動相関とを推定する機能を有し、
前記異常判断部は、前記電動モータが前記昇圧方向に回転しているときの前記正作動相関の一致度合と、前記電動モータが前記降圧方向に回転しているときの前記逆作動相関の一致度合とのいずれか一方または両方の一致度合が定められた基準を下回るとき、前記角度推定機能部が異常であると判断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、前記電動モータの角速度を推定する角速度推定機能部を有し、この角速度推定機
能部で推定した角速度である推定角速度に基づいて、前記電動モータが前記摩擦材の押圧力を昇圧方向に回転しているか降圧方向に回転しているかを判断する機能を有し、
前記反力相関導出部は、前記電動モータが前記昇圧方向に回転しているときの正作動相関と、前記電動モータが前記降圧方向に回転しているときの逆作動相関のいずれか一方を推定する機能を有し、前記推定された正作動相関ないし逆作動相関のいずれか一方の相関に基づいて、定められた換算係数を介して他方の相関を推定する機能を有し、
前記異常判断部は、前記電動モータが前記昇圧方向に回転しているときの前記正作動相関の一致度合と、前記電動モータが前記降圧方向に回転しているときの前記逆作動相関の一致度合のいずれか一方または両方の一致度合が定められた基準を下回るとき、前記角度推定機能部が異常であると判断する電動ブレーキ装置。 - 請求項3または請求項4に記載の電動ブレーキ装置において、前記制御装置は、推定角速度が定められた大きさより小さいとき、前記電動モータが停止状態にあるとみなす機能を有し、
前記制御装置は、前記電動モータが停止状態にあるとみなせる場合において、前記正作動相関および前記逆作動相関に基づいて、前記反力相関を導出する一方の第一のパラメータから、前記正作動相関および前記逆作動相関に基づく他方の第二のパラメータを導出する機能を有し、
前記異常判断部は、前記第二のパラメータが、前記正作動相関および前記逆作動相関に基づいて導出された第二のパラメータ群の範囲から誤差補正比率に基づいて拡大された範囲外であるとき、前記角度推定機能部が異常であると判断する電動ブレーキ装置。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の電動ブレーキ装置において、前記反力相関導出部は、前記定められた条件として、前記摩擦材を含む電動ブレーキ装置の構成部の剛性に基づき、この剛性を変化せしめる可変剛性パラメータαを含む、反力と角度との第一の結合関数f1と、この第一の結合関数f1に含まれる前記構成部以外の電動ブレーキ装置の構成部の剛性に基づく第二の結合関数f2と、前記第一の結合関数f1に関連する構成部と前記第二の結合関数f2に関連する構成部との変形比率βと、を用いて、推定反力pおよび推定角度ないし推定位置xに対して、
p=f1(α,βx)+f2((1-β)x)による演算誤差の分散が最小となるよう前記可変剛性パラメータα、変形比率βを決定する機能を有する電動ブレーキ装置。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の電動ブレーキ装置において、前記制御装置は、前記摩擦材の押圧力を推定する荷重推定機能部を有し、
前記反力相関が、前記推定角度と前記推定反力との間の反力相関に代えて、前記荷重推定機能部で推定した押圧力である推定荷重と、前記推定反力とを関連付ける反力相関であり、
前記異常判断部は、前記反力相関と、前記データ取得部で取得したデータとの一致度合の高さが定められた基準を下回るとき、前記角度推定機能部が異常であると判断する電動ブレーキ装置。 - 請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の電動ブレーキ装置において、前記制御装置は、前記電動モータの角加速度ないしこの角加速度に相当し得る値を推定する角加速度推定機能部を有し、
前記反力相関導出部は、前記角加速度推定機能部で推定した推定角加速度が定められた大きさより小さい条件における推定反力および推定角度を用いて、前記反力相関を推定する電動ブレーキ装置。
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