JP7136662B2 - 電動パーキングブレーキ装置 - Google Patents

Description

本発明は自動車等の車両に用いる電動パーキングブレーキ装置に関する。

電動パーキングブレーキ装置を用いた従来技術としては、例えば特許文献１が提案されている。

特許文献１には、電動モータへの通電を遮断後、電動モータが慣性で回転する発電モードで動作する間にパラメータを検出し、検出したパラメータを基に電動モータのモータ定数を決定し、電動パーキングブレーキ装置の締付力を調整するようにした技術が開示されている。

ＷＯ２０１８／０４６２９６

特許文献１に記載の技術においては、電動モータへの負荷が発生していない状態において電動モータのパラメータを検出するようにしているので、ブレーキパッドがディスクロータの接触し摩擦変動により電動モータに負荷が発生すると、無負荷状態で検出したパラメータが誤差となり、電動パーキングブレーキ装置の適正な締付力を確保できないといった課題があった。

本発明の目的は上記課題を解決し、電動モータの負荷の応じた適切な締付力で動作可能な電動パーキングブレーキ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の特徴とするところは、電動モータと、前記電動モータの回転トルクを増幅する減速機構と、前記減速機構より出力される回転運動を直動運動に変換する回転/直動変換機構と、前記回転／直動変換機構によって移動されるピストンと、前記ピストンの推力によってディスクロータに押し付けられるブレーキパッドと、前記電動モータの回転を制御する電子制御手段を備えた電動パーキングブレーキ装置において、前記電子制御手段は、前記電動パーキングブレーキ装置がアプライ動作中であって、前記電動モータが駆動開始後、前記電動モータの負荷が増大して電流が増加する区間において前記電動モータの通電を停止させる状態を生成し、前記電動モータの通電中の電圧、電流、前記電動モータの通電停止中の電圧、及び前記電動モータの通電停止から所定時間経過後の電圧を検出し、前記検出した電圧と電流を用いて、前記電動モータのトルク定数を算出し、前記トルク定数を用いて、前記電動モータのカットオフ電流閾値を設定することにある。

本発明によれば、電動モータの負荷の応じた適切な締付力で動作可能な電動パーキングブレーキ装置を提供することができる。

本発明の第１実施例に係る電動パーキングブレーキ装置の全体構成図である。 図１に示すブレーキキャリパの構成を示す断面図である。 電動パーキングブレーキ装置を構成するブレーキキャリパ１０のピストン１３に推力を与える動作時(以下、アプライ動作時と表記する)における推力と電流の挙動を示す図である。 本発明の第１実施例に係る電動パーキングブレーキ装置の制御モデルのブロック図である。 本発明の第１実施例に係る電動モータの起動時の電流、モータ端子間電圧、インダクタンス電圧降下を説明する図である。 本発明の第１実施例に係るモデルパラメータの制御ブロック図である。 本発明の第１実施例に係るモデルパラメータの推定動作の波形図である。 本発明の第１実施例に係る電子制御手段の動作を説明するフローチャートである。 本発明の第２実施例に係るモデルパラメータの制御ブロック図である。 本発明の第２実施例に係るモデルパラメータの推定動作の波形図である。

以下、本発明に係る電動パーキングブレーキ装置の実施例を図面に基づいて説明する。本発明は以下の実施例に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例もその範囲に含むものである。

以下、本発明の実施例について図面を引用しながら説明する。図１は本発明の第１実施例に係る電動パーキングブレーキ装置の全体構成図、図２は図１に示すブレーキキャリパの構成を示す断面図である。

電動パーキングブレーキ装置は、電動モータ、減速機構、回転／直動変換機構、ピストン、ブレーキパッド及び電子制御手段によって構成されている。

図１及び図２において、電動パーキングブレーキ装置を構成するブレーキキャリパ１０は、外郭を形成するキャリパ本体１１と、このキャリパ本体１１の内部に設けられた油圧室１２とを備えている。油圧室１２にはピストン１３が配置され、このピストン１３は第１のブレーキパッド１４を駆動する機能を備えている。また、キャリパ本体１１の一端には第２のブレーキパッド１５が取り付けられており、第１のブレーキパッド１４と第２のブレーキパッド１５の間には、車軸に固定されたディスクロータ１６が配置されている。このディスクロータ１６は第１のブレーキパッド１４と第２のブレーキパッド１５に挟まれて制動されるものである。

油圧室１２に配置されたピストン１３は、油圧系統ＭＢからの油圧によって駆動されるものであり、ブースタ３３からの液圧配管３４が接続されており、ブレーキペダル１７の操作によってもピストン１３に推力が発生する構造である。そして、通常の走行中にブレーキペダル１７の操作が行われると、油圧室１２に油圧が供給されてピストン１３が図２で左側に移動して、第１のブレーキパッド１４をディスクロータ１６に押し付けて制動動作を行うものである。

ピストン１３は回転/直動変換機構１８を介して減速機構１９と連結されている。図２に示すように、回転／直動変換機構１８は滑りねじを使用したものであり、外周に形成した螺旋状のねじ面を有する回転軸２０と、この回転軸２０のねじ面に螺合するねじ面を内部に備えた直動部材２１より構成されている。直動部材２１はピストン１３とは切離可能であり、回転軸２０の回転によって直動部材２１はピストン１３を回転軸２０の軸方向に移動することができる。

また、本実施例では、回転/直動変換機構１８にはセルフロック機能部が備えられており、回転軸２０を回転させれば直動部材２１は直動運動するが、回転軸２０の回転を停止すれば、直動部材２１に直動方向に力が作用しても直動部材２１はその位置を保持するものである。すなわち、回転軸２０と直動部材２１は、摩擦角より進み角が小さい螺旋状のねじ面を有しており、これによってセルフロック機能を得ているものである。この種のねじ面を利用した回転／直動変換機構は良く知られているので、詳細な説明は省略する。

図１に示すように、回転軸２０は減速機構１９の大径歯車２２に固定されており、大径歯車２２は小径歯車２３と噛み合っている。小径歯車２３は電動モータ２４によって回転されるものであり、電動モータ２４の回転は小径歯車２３、大径歯車２２に伝えられて減速されるものである。大径歯車２２が回転されることによって、電動モータ２４の回転トルクは増幅されて回転軸２０に伝えられるものである。

電動モータ２４への電力の供給は、電動モータ制御機能部を備える電子制御手段２５によって制御されており、電子制御手段２５は周知のマイクロプロセッサ２９や出力回路等からなっている。図１に示すように電子制御手段２５は、バッテリ２６の通電／遮断を行うリレー２７と、電動モータ２４に電圧を印加するためのＨブリッジ回路２８と、各回路素子(図示せず)を制御するマイクロプロセッサ２９と、電源電圧モニタ回路３７と、電動モータ２４に流れる電流を検出する電流モニタ回路３０と、Ｈブリッジ回路２８から出力される２つの端子の電圧をそれぞれ検出するモータ端子ａの電圧モニタ回路３１と、モータ端子ｂの電圧モニタ回路３２から構成されている。

電流モニタ回路３０の出力信号は、モータの電流検出値３０Ｓとしてマイクロプロセッサ２９に入力する。電圧モニタ回路３１、３２の電圧検出値３１Ｓ，３２Ｓがマイクロプロセッサ２９に入力され、電圧検出値３１Ｓと３２Ｓの差電圧がモータの端子間電圧Ｖとなる。尚、モータの端子間電圧Ｖは、モータ端子間の差電圧を直接検出するようにしても良い。

車両が駐停車する場合は電子制御手段２５からモータ駆動停止信号２８ＳをＨブリッジ回路２８に出力し、このＨブリッジ回路２８を介して電動モータ２４に通電して電動モータ２４を駆動し、この回転は減速機構１９の各歯車２３、２２を介して回転軸２０を回転させる。回転軸２０が回転すると直動部材２１及びピストン１３が左側に移動してブレーキパッド１４を所定の推力(押付力)でディスクロータ１６に押し付けて制動(パーキングブレーキ)をかける。

そして、電子制御手段２５は電動モータ２４の電流検出値３０Ｓが所定のカットオフ電流閾値Ｉ_ＣＵＴ(＝所定の推力)を超過したときに通電を停止する。電動モータ２４への通電が停止されると、回転軸２０と直動部材２１の間のセルフロック機能部でこの所定の推力を保持して、ディスクロータ１６に制動をかけ続けるものである。

図３は、電動パーキングブレーキ装置を構成するブレーキキャリパ１０のピストン１３に推力を与える動作時(以下、アプライ動作時と表記する)における推力と電流の挙動を示す図である。図３において、タイミングＴ１は電動モータ２４に電圧が印加される開始時間であり、動作指令と共に電動モータ２４の巻線に電圧が印加される。しかし、電圧印加直後は電動モータ２４が停止状態であるので、このとき誘起電圧は「０」である。その後、電気抵抗とインダクタンスによる時定数に従って、電流が急増する突入電流(ＩＲ)が発生する。

そして、突入電流(ＩＲ)が最大値を迎える直前で電動モータ２４の回転が始まるが、電動モータ２４の回転により誘起電圧が発生するため、電流は増加から電流(ＩＤ)で示すように減少に転じ、暫くするとタイミングＴ２において電流(ＩＣ)で示すように電流値がほぼ一定に落ち着く状態となる。このタイミングＴ１～Ｔ２の間は「電流減少区間」となる。このタイミングＴ２のとき、電動モータ２４の回転数もほぼ一定に達する。

次に、タイミングＴ６まではディスクロータ１６をクランプする方向にピストン１３が動いていくが、まだブレーキパッド１４、１５がディスクロータ１６に当接しておらずクランプ力は発生していない。この時、ピストン１３の推力は「０」であり、タイミングＴ２とＴ６の間は電動モータの負荷が比較的小さい電流一定区間となる。尚、この「電流一定区間」は、制御上で許容される変動状態をも含むことができものであり、制御上から略一定と見做せる区間を意味している。したがって、以下で「電流一定区間」と表記しているが、制御上から許容される変動状態を含むものである。「電流減少区間」と「電流一定区間」、すなわちタイミングＴ１からＴ６の区間は空走区間となる。この空想区間は、電動パーキングブレーキ装置のピストン位置やブレーキパッド１４の摩耗状態によって変動し、「電流一定区間」がほとんどない動作形態もあり、「電流減少区間」からすぐに「電流増加区間」に推移することもある。

次に、ブレーキパッド１４、１５がディスクロータ１６に当接して電流一定区間が終わる（タイミングＴ６）と、ピストン１３に推力が発生する。推力の増加と共に電動モータ２４の回転が減少し電流が増加（電動モータのトルクが増加）する。この電流が増加する区間は「電流増加区間」となる。目標推力(Ｆ_１)で電動モータ２４の駆動を停止させるため、マイクロプロセッサ２９では目標推力(Ｆ_１)からカットオフ電流閾値(Ｉ_ＣＵＴ)を算出し、実際の電動モータ２４に流れる電流値（検出電流値）とカットオフ電流閾値(Ｉ_ＣＵＴ)とが比較される。

タイミングＴ７で、実電流値がカットオフ電流閾値(Ｉ_ＣＵＴ)を超え、更に確実に超過したことを確認した後にタイミングＴ８で電動モータ２４への電圧印加を停止して電流を遮断する。したがって、タイミングＴ８以降は、タイミングＴ６に比べてＦ_１の分だけ推力は増加している。そして、このタイミングＴ６からＴ８の間はクランプ区間となる。このときタイミングＴ８では電動モータ２４のロータの慣性で回転し続けることを防止するため電動モータ２４の端子間を短絡（ブレーキ動作）させている。

クランプ区間が終わり、電動モータ２４への電圧が印加されていない状態では、目標推力Ｆ_１に保持される。これは、逆作動性(逆効率の低い)の回転／直動変換機構１８を使用することによって、ピストン１３側から押されても電動モータ２４が回転しないようにしている。このタイミングＴ８以降は推力保持区間となる。

以上で説明した通り、推力保持区間の保持推力(≒目標推力Ｆ_１)はカットオフ電流閾値(Ｉ_ＣＵＴ)によって制御されることが理解できる。ここで、カットオフ電流閾値と保持推力の関係は温度、ハードウェア個体差、電圧などの要因によって変化するが、これらの要因によって保持推力がばらつきを持っても、自動車を停止させるのに必要な最低保持推力は保証されなければならない。

そして、保持推力が最低保証推力を下回ると、坂道で駐車した自動車が勝手に動き出す可能性がある。これを防ぐため、想定される多くの条件で保持推力を計算し、保持推力のばらつき分布の中の最小値が最低保証推力を上回るようにカットオフ電流閾値を決めている。一方、その最大値はメカ効率やモータ特性が良い個体によっては必要以上の推力が発生するため、電動パーキングブレーキ装置の機構系に過度の応力がかかり、耐久性を低下させる要因となっている。

したがって、最低保証推力を確保しつつ保持推力の上限側への過度のばらつきを抑制することが必要である。換言すると、推力を正確に推定することができれば、最低保証推力と許容される上限となる許容上限推力の間に実際の推力を調整することができる。このためには、推力推定モデルのモデルパラメータを精度よく求めることが重要である。しかも、カットオフ電流閾値と保持推力の関係は温度などの影響を受けるので、推力推定モデルのモデルパラメータをその都度求めることが重要である。

図４は本発明の第１実施例に係る電動パーキングブレーキ装置の制御モデルのブロック図である。制御モデルは主にバッテリ２６、マスタシリンダ３５、マイクロプロセッサ２９及び周辺回路を含む電子制御手段２５、ハーネス３６、電動モータ２４、ブレーキキャリパ１０の各コンポーネントから構成されている。これらのコンポーネントの主な接続関係と入出力信号を説明すると、マイクロプロセッサ２９は電動モータ２４の電流、電圧、及びマスタシリンダ３５の液圧の情報に基づいて、電子制御手段２５の中のスイッチ(リレー等)にＯｎ／Ｏｆｆ指令を出し、バッテリ２６の電圧出力をＯｎ／Ｏｆｆする。

印加された電圧は、ハーネス３６を介して電動モータ２４に与えられ、電動モータ２４を回転駆動する。電動モータ２４で発生した回転トルクは、ブレーキキャリパ１０に入力され、ブレーキキャリパ１０の中では入力された電動モータ２４の回転トルクを減速機構１９によって増幅し、回転／直動変換機構１８を介してピストン１３に推力を出力する。また、ブレーキキャリパ１０にはマスタシリンダ３５による液圧作用も付与されている。

そして、このような制御モデルに対して、運動方程式、及び電圧方程式を導き出すことができる。本実施例では上述した電動パーキングブレーキ装置の動作を表現する主な要素に基づき、以下に示すような運動方程式、及び電圧方程式を導き出した。

まず、図３に示すタイミングＴ６からタイミングＴ８までのクランプ区間の運動方程式を表現すると(１)式及び(２)式のように表される。

ここで、(１)式において、「Ｊｄω/ｄｔ」は慣性抵抗、「Ｊ」は慣性係数、「Ｋｔ」はトルク定数、「Ｉ」は電流、「η」は粘性係数、「ω」は回転速度、「Ｔ_ｆｒｃ」は電動モータ２４から動力伝達機構の回転/直動変換機構１８までを総合した摩擦トルク、「Ｔ_ＣＬＰ」は推力のトルク換算値である。尚、粘性係数「η」、トルク定数「Ｋｔ」、摩擦トルク「Ｔ_ｆｒｃ」の少なくとも１つが、本実施例で求めようとする推力を推定するためのモデルパラメータである。

また、(１)式中の「Ｋ_Ｂ」は回転/直動変換機構１８の回転／直動変換効率に相当し、クランプ区間に回転／直動変換機構１８で生ずる総摩擦係数等に起因する。尚、本実施例のアプライ時の動作から、この「Ｋ_Ｂ」は任意の値に設定される。例えば、設計値を用いて設定することができる。また、経験的に得られる値を入力するようにしても良い。ただし、以下に示すように空走区間では推力に対応する「Ｔ_ＣＬＰ」が「０」であるため、空走区間でモデルパラメータ（粘性係数、トルク定数、摩擦トルク）を推定する場合には「Ｋ_Ｂ」は無視することができる。

また、(２)式において、「Ｆ_ＣＬＰ」はピストン１３に与えられる推力であり、また、「Ｋ」は回転／直動変換におけるトルク／推力変換係数である。したがって、推力「Ｆ_ＣＬＰ」にトルク／推力変換係数「Ｋ」を乗じてトルク換算値「Ｔ_ＣＬＰ」を求めることができる。ここで、トルク／推力変換係数「Ｋ」は回転／直動変換部の構造のリードや減速機の減速比から決定することも可能である。

また、電動モータの電圧方程式は(３)式のように表される。

ここで、(３)式において、「Ｖ」はモータ端子間電圧、「Ｒ」は巻線抵抗（ハーネス抵抗含む）、「Ｌ」はインダクタンスである。

次に、これらの運動方程式と電圧方程式に基づくパラメータ推定と推力計算について説明する。上述した電動パーキングブレーキ装置の(１)式及び（３）式に示す方程式には未知パラメータが含まれている。そして、この中で(３)式の電圧方程式について整理すると、電圧方程式の右辺は抵抗電圧降下（ＲＩ）、インダクタンス電圧降下（ＬｄＩ/ｄｔ）、及び誘起電圧(Ｋｔ・ω)の３項からなり、いずれの項も未知係数、未知変数を含むため、厳密に解くことは難しいが、この３項のうち省略できる要素があるならば、近似的に解くことができる。

ここで、電動モータ２４の起動時の過渡的な電流、モータ端子間電圧、インダクタンス電圧降下の電気特性について図５で説明する。図５は本発明の第１実施例に係る電動モータの起動時の電流、モータ端子間電圧、インダクタンス電圧降下を説明する図である。

電動モータ２４の起動時の過渡的な電流、モータ端子間電圧、インダクタンス電圧降下の電気特性に着目すると、インダクタンス電圧降下と誘起電圧が省略できる要素であること判明した。図５に示すように、電動モータ２４への通電開始と同時に、インダクタンス電圧はピークを迎えるが、数ｍｓ以内に急速に減少して電流値が最大値を取る頃には、インダクタンス電圧は十分小さくなっている。また、電動モータは停止している状態から徐々に回転数を上げるため、起動直後の数ｍｓ期間では誘起電圧(モータ端子間電圧)が比較的小さいものである。

これらのことから、電動モータ２４の起動時、つまり、アプライ動作の開始時においては、(３)式に示す電圧方程式のうち、インダクタンス電圧降下（ＬｄＩ/ｄｔ）と誘起電圧(Ｋｔ・ω)の項を無視できるとするならば、以下の(４)式で示すように電気抵抗(Ｒ)が近似して求められる。

図６と図７を用いて本実施例のモデルパラメータ推定方法について説明する。図６は本発明の第１実施例に係るモデルパラメータの制御ブロック図、図７は本発明の第１実施例に係るモデルパラメータの推定動作の波形図である。図１と同一の符号は同じ動作をするものである。

マイクロプロセッサ２９に実装する制御ブロック１００には、モデルパラメータ推定器１１０と、モータ駆動信号を制御する駆動制御器１３０と、モータ停止判定器１２０を備えている。

電動モータ２４作動指令により電動モータ２４の巻線に電圧が印加される（Ｔ１）と、電気抵抗とインダクタンスによる時定数に従って、電流が急増する突入電流(ＩＲ)が発生する。モデルパラメータ推定器１１０は、空走区間の電動モータ２４の電流増加した任意のタイミング（Ｔ２）でモータ電流Ｉ（Ｔ２）を検出保持する。無負荷電流Ｉ_ＮＬは電流が増加するタイミング（Ｔ６）の直前の電流値を保持している。その後、モータ停止判定器１２０は電動モータの通電を停止するフリーラン要求ＦＲcmdを駆動制御器１３０に出力し、駆動制御器１３０からモータ駆動停止信号２８ＳをＨブリッジ回路２８に出力して電動モータを惰性回転させる。フリーラン区間では、モータの端子電圧にはモータの逆起電圧Ｅが発生されるので、Ｔ３にてモータの逆起電圧Ｅ（Ｔ３）を検出する。

ここで、タイミングＴ２のモータ端子間電圧Ｖ（Ｔ２）とタイミングＴ３の逆起電圧Ｅ（Ｔ３）の電位差は、モータ巻線抵抗Ｒ（ハーネス抵抗を含む）による電圧降下分（Ｖ（Ｔ２）－Ｅ（Ｔ３））として検出することもでき、タイミングＴ２におけるモータ電流Ｉ（Ｔ２）で除算することでモータ巻線抵抗Ｒを導出してパラメータ演算に活用することもできる。

タイミングＴ４は、電動モータの惰性回転中の任意のタイミングで、トルク定数Ｋｔなどを導出する。モデルパラメータを導出後、タイミングＴ５でモータ通電を再開する。タイミングＴ２からＴ５までの時間間隔は任意に設定できる。電動モータの惰性回転は、電動モータ２４と減速機構１９の粘性係数ηや摩擦トルクＴ_ｆｒｃおよびモータ負荷で減速した分だけのモータ回転速度が低下する。電動モータ２４の通電を停止後、所定時間経過後のタイミング（Ｔ４）でもモータの逆起電圧Ｅ（Ｔ４）を検出する。尚、サンプリング回数は電圧モニタ回路３１、３２のフィルタ回路時定数などを考慮して設定することが好ましい。

本実施例では、少なくとも電流が増加しているフリーラン前のタイミング（Ｔ２）にて電動モータ２４の電流を検出し、電動モータ２４への通電が停止されたフリーランで逆起電圧Ｅが発生するタイミング（Ｔ３）、電動モータ２４の回転数が低下した任意のタイミング（Ｔ４）にて、電動モータ２４の端子電圧を検出している。これら電動モータ２４の端子電圧の検出は通常のパーキングブレーキの動作（電動モータ２４でピストンを駆動し、ブレーキパッドでディスクロータを押圧する）において実行される。

ここでモデルパラメータの推定演算式は、（１）式の両辺にトルク定数Ｋｔを乗じ、（６）式を得る。逆起電圧Ｅとモータ電流Ｉとモータ回転速度ωのサフィックスは各タイミングおけるそれぞれの保持値を示している。（６）式を得るにあたり、モータ負荷Ｔ_Ｌは、負荷トルクＴ_ｌｏａｄ（Ｋ_Ｂ・Ｔ_ＣＬＰ），摩擦トルクＴ_ｆｒｃと粘性トルクηω(ｔ)でまとめると（５）式のようになる。

また、（１）式と（５）式から（７）式を得る。

フリーラン区間中の電動モータ２４の回転数変化は比較的に単調現象であるので、（８）式のトルク定数Ｋｔを得る。（８）式を得るにあたっては、速度ωを逆起電圧Eで表現するために、（７）式の両辺にトルク定数Ｋ_Ｔを乗算し、（６）式を置き換える。Ｅ(ｔ１)/ｔｚは電圧傾き平均値を示す。

電動モータが惰性回転しているときの逆起電圧変化は、負であると共にモータ減速率が概ね一定とみなすことで各タイミングにおける逆起電圧の差分は概ね等しい。

フリーラン区間を用いて導出した各モデルパラメータと目標推力Ｆ_１からトルク値に換算した目標トルクＴ_ｃｍｄを用いて（９）式からカットオフ電流閾値Ｉ_ＣＵＴを演算する。尚、モータ回転速度ωは、（３）式においてＬｄｉ／ｄｔ≒０として求めた結果を用いて演算し、アプライ完了するまでカットオフ電流閾値Ｉ_ＣＵＴを繰り返し演算する。

最終的に推定できるモデルパラメータは、トルク定数Ｋｔ、ロストルク（粘性係数η、摩擦トルクＴ_ｆｒｃ）を推定可能であり、推定精度が高くなるものである。

その後、タイミングＴ６にてクランプ力が発生すると共に、検出される電動モータ２４の電流値が上昇し、タイミングＴ７にて演算されたカットオフ電流閾値Ｉ_ＣＵＴに電流値が達する。検出される電動モータ２４の電流値がカットオフ電流閾値Ｉ_ＣＵＴを超えたところ（Ｔ８）で、電流を遮断する。第１実施例において、上述した一連の動作は電動パーキングブレーキ装置が動作するその都度に実行される。

次に図８を用いて、電子制御手段２５の動作を纏めて説明する。図８は本発明の第１実施例に係る電子制御手段の動作を説明するフローチャートである。ここでは、タイミングＴ４にて電動モータ２４の端子電圧がゼロクロスしたかを判別する例を示す。

図８において、電子制御手段２５が起動（スタート）すると、電動パーキングブレーキ装置（ＰＢ）に動作指令があるか否か判断する（Ｓ１０１）。

電動パーキングブレーキ装置に動作していない場合には、この動作を繰り返す。電動パーキングブレーキ装置に動作指令がある場合には、電動モータ２４への通電を開始する（Ｓ１０２）。

電動モータ２４への通電開始後、所定時間経過し、所定の電流値（例えば４Ａ～１１Ａ）に達したか否か判断する（Ｓ１０３）。電流が所定の電流に達していない場合には、この動作を繰り返す。

電動モータ２４の回転数が安定したタイミングＴ２において電動モータ２４の端子電圧・電流を検出する（Ｓ１０４）。

電動モータ２４の回転数が安定したしたところで、電動モータ２４の通電を停止し、停止したタイミングＴ３において電動モータ２４の端子電圧を検出する（Ｓ１０５）。電動モータ２４は惰性回転する。

所定時間経過後、タイミングＴ４にて電動モータ２４の端子電圧を検出し、電圧がゼロクロスしたか否かを判断する（Ｓ１０６）。電圧がゼロクロスしていない場合には、この動作を繰り返す。電圧がゼロクロスした場合は、電動モータ２４の通電を再開する（Ｓ１０７）。

一方、タイミングＴ２及びタイミングＴ３で検出された電動モータ２４の端子電圧・電流から、電動モータ２４の巻線抵抗Ｒを算出することもできる（Ｓ２０１）。また、タイミングＴ４における電動モータ２４の端子電圧から、トルク定数Ｋｔ、ロストルク（粘性係数η、摩擦トルクＴ_ｆｒｃ）のモデルパラメータを演算する（Ｓ２０２）。

電気抵抗Ｒ及びモデルパラメータからカットオフ電流閾値を演算し、設定する（Ｓ２０３）。

電動モータ２４の通電を再開（Ｓ１０７）後、検出される電流値がＳ２０３で設定されたカットオフ電流閾値に到達したか否か判断する（Ｓ１０８）。検出される電流値がカットオフ電流閾値に到達していなければ、この動作を繰り返す。

検出される電流値がカットオフ電流閾値に到達した場合には、電動モータ２４の通電を停止する（Ｓ１０９）。

このように第１実施例では、電動パーキングブレーキ装置がアプライ動作中にモデルパラメータを推定し、カットオフ電流閾値の演算を行うようにしている。

第１実施例では、ピストンの推力を制御するカットオフ電流閾値演算モデルを備えると共に、電動モータの負荷トルクＴ_ｌｏａｄが増加する区間においてフリーラン区間を設け、少なくとも電動モータに印加される電圧値と電流値を複数回に亘って検出し、この複数の電圧値と電流値を用いて所定の推定演算を行ってカットオフ電流閾値演算部に使用されるモデルパラメータを推定し、このモデルパラメータを用いてカットオフ電流閾値の演算を行なう構成とした。しかも、これらの動作は、電動パーキングブレーキ装置が動作するその都度に実行される。

第１実施例によれば、負荷トルクＴ_ｌｏａｄが発生している区間においてフリーラン区間を設け、カットオフ電流閾値演算部のモデルパラメータを確実に推定演算することができ、カットオフ電流閾値演算部による高精度なカットオフ電流閾値の推定を行なうことができる。

第１実施例では、負荷トルクＴ_ｌｏａｄが発生してモータ電流が増加する区間でもモデルパラメータを確実に推定演算することができるため、「電流一定区間」がほとんどない動作形態においても電動モータ２４の通電を停止後、所定時間経過後のタイミング（Ｔ４）でもモータの逆起電圧Ｅ（Ｔ４）を検出しているので、この検出結果を基にトルク定数Ｋｔ、粘性係数η、摩擦トルクＴ_ｆｒｃを算出し、カットオフ電流閾値を設定しているので、適切な締付力で動作可能な電動パーキングブレーキ装置を提供することができる。また、これらのモデルパラメータの推定に回転センサからの回転速度情報を使用しないので、回転センサを省略することができる。さらに、これらのモデルパラメータの推定は、電動パーキングブレーキ装置が動作するその都度に実行されるので、ブレーキパッドの摩耗、回転/直動変換機構、減速機構等の経年変化、温度変化等に起因するトルク定数の変化を精度よく検出でき、適正な締め付け力で動作可能な電動パーキングブレーキ装置を提供することができる。

上述では、モータ駆動後の負荷トルクＴ_ｌｏａｄが発生してモータ電流が増加する区間においてモータ通電停止（フリーラン）状態を１回生成する事例について説明したが、モータ通電停止（フリーラン）状態を複数回生成して、繰り返し検出して検出精度を向上することもできる。

次に、本発明の第２実施例について図８、図９を用いて説明する。図８は本発明の第２実施例に係るモデルパラメータの制御ブロック図であり、図９は本発明の第２実施例に係るモデルパラメータの推定動作の波形図である。図８と図９において、図５と図６と同一の符号は同じ動作をするものである。

図８における制御ブロック１０１には、電動モータ２４に通電開始後、電流が略一定になる電流一定区間に至る前の電流が減少する区間にモデルパラメータを推定する過渡モデルパラメータ推定器１１１を備えている。第２実施例では、過渡モデルパラメータ推定器１１１とモデルパラメータ推定器１１０にてトルク定数などのモデルパラメータを異なる動作状態で推定し、異なる動作状態で推定した複数の結果を用いてモデルパラメータ推定精度を高精度化している。この点が第１実施例と異なる。

図８における過渡モデルパラメータ推定器１１１は、図９の電流減少区間において、電動モータ２４に印加される電圧、電流を複数回（サンプリングＳｐ１，Ｓｐ２，Ｓｐ３）に亘って検出し、(４)式を用いて電圧(Ｖ)と電流(Ｉ)から電動モータ２４の起動時の電気抵抗(Ｒ)を求めている。さらに、（３)式において、Ｌｄｉ／ｄｔ≒０としたときの数式から、誘起電圧(ωＫｔ＝Ｖ－ＲＩ)を演算して求めている。この誘起電圧(ωＫｔ)は、温度変化の影響を考慮して推定しているので、電動モータ２４の温度による推力変化を補償することができる。

機械パラメータに相当する無負荷ロストルクＴ_Ｌｏｓｓは、粘性トルク(ηω)と摩擦トルク(Ｔ_ｆｒｃ)を加算したものとして表せるので、（１０）式を得る。

微少時間変化における変化が小さいときは、（１０）式における２つ以上のサンプリングＳｐ１，Ｓｐ２，Ｓｐ３分（電流減少区間）の差分を求めることで無負荷ロストルクＴ_Ｌｏｓｓを消去してトルク定数Ｋｔ１を演算する。ここで、慣性係数「Ｊ」はばらつかないと仮定しても良く、既知の値として入力されている。

次に空走区間の電流一定区間においてモデルパラメータ推定器１１０を用いて、図６と図７で説明したフリーラン区間を生成し、トルク定数Ｋｔ２を求めることができる。モータ停止判定器１２１では、トルク定数Ｋｔ１とトルク定数Ｋｔ２の平均処理することで、精度良くトルク定数Ｋｔを求め、（９）式に基づいて目標とするカットオフ電流閾値(Ｉ_ＣＵＴ)を求める。カットオフ電流閾値(Ｉ_ＣＵＴ)は実電流値と比較して、実電流値がカットオフ電流閾値(Ｉ_ＣＵＴ)を超えたことを判定して駆動制御器１３０に伝達する駆動信号１２０Ｓにカットオフ要求する。このようにして、電子制御手段２５は、実際に電動モータ２４に流れている実電流値がカットオフ電流閾値(Ｉ_ＣＵＴ)に達すると、電動モータ２４に供給されている電流を遮断して推力保持区間に移行することになる。

第２実施例では、トルク定数Ｋｔ１とトルク定数Ｋｔ２の平均処理を用いたトルク定数の高精度化を示したが、過渡モデルパラメータ推定器１１１で推定したトルク定数Ｋｔ１とモデルパラメータ推定器１１０で推定したトルク定数Ｋｔ２を用いて予め設定した範囲内のトルク定数の何れか一方を用いてパラメータ推定演算の高信頼化することも可能である。

以上説明したように、第２実施例では、ピストンの推力を制御するカットオフ電流閾値演算モデルを備えると共に、電動モータに通電を開始した時に生じる突入電流の後の電流が略一定になる電流一定区間に至る前の電流減少区間内で、少なくとも電動モータに印加される電圧値と電流値を複数回に亘って検出し、この複数の電圧値と電流値を用いて所定の推定演算を行う。更に、フリーラン区間による所定の推定演算した結果との平均値を求め、カットオフ電流閾値演算に使用するモデルパラメータを推定し、このモデルパラメータを用いてカットオフ電流閾値の演算を行なう構成とした。しかも、これらの動作は、電動パーキングブレーキ装置が動作するその都度に実行される。

第２実施例によれば、電流一定区間に至る前の電流減少区間内と、電流一定区間の電流一定区間との２つの動作状態から高精度なモデルパラメータ推定演算することができ、高精度なカットオフ電流閾値による推力制御精度を向上することができる。また、これらのモデルパラメータの推定に回転センサによる回転速度情報を使用しないので、回転センサを省略することができる。

さらに、これらのモデルパラメータの推定は、電動パーキングブレーキ装置が動作するその都度に実行されるので、ブレーキパッドの摩耗、回転/直動変換機構、減速機構等の経年変化、温度変化等に起因するトルク定数の変化を精度よく検出でき、適正な締め付け力で動作可能な電動パーキングブレーキ装置を提供することができる。

尚、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１０…ブレーキキャリパ、１１…キャリパ本体、１２…油圧室、１３…ピストン、１４，１５…ブレーキパッド、１６…ディスクロータ、１７…ブレーキペダル、１８…回転/直動変換機構、１９…減速機構、２０…回転軸、２１…直動部材、２２…大径歯車、２３…小径歯車、２４…電動モータ、２５…電子制御手段、２６…バッテリ、２７…リレー、２８…Ｈブリッジ回路、３０…電流モニタ回路、３１…モータ端子ａの電圧モニタ回路、３２…第モータ端子ｂの電圧モニタ回路、３５…マスタシリンダ、３６…ハーネス、３７…電源電圧モニタ回路、１００，１０１…制御ブロック、１１０…モデルパラメータ推定器、１１１…過渡モデルパラメータ推定器、１２０…モータ停止判定器、１３０…駆動制御器。

Claims (10)

1. 電動モータと、前記電動モータの回転トルクを増幅する減速機構と、前記減速機構より出力される回転運動を直動運動に変換する回転/直動変換機構と、前記回転／直動変換機構によって移動されるピストンと、前記ピストンの推力によってディスクロータに押し付けられるブレーキパッドと、前記電動モータの回転を制御する電子制御手段を備えた電動パーキングブレーキ装置において、
   前記電子制御手段は、前記電動パーキングブレーキ装置がアプライ動作中であって、前記電動モータが駆動開始後、前記電動モータの負荷が増大して電流が増加する区間において前記電動モータの通電を停止させる状態を生成し、前記電動モータの通電中の電圧、電流、前記電動モータの通電停止中の電圧、及び前記電動モータの通電停止から前記電動モータの回転数が低下する所定時間経過後の電圧を検出し、前記検出した電圧と電流を用いて、前記電動モータのトルク定数を算出し、前記トルク定数を用いて、前記電動モータのカットオフ電流閾値を設定することを特徴とする電動パーキングブレーキ装置。
2. 請求項１において、
   前記電子制御手段は、前記電動モータの通電停止後、前記電動モータに再通電することを特徴とする電動パーキングブレーキ装置。
3. 請求項２において、
   前記電子制御手段は、前記電動モータの電流が前記カットオフ電流閾値を超えた場合に、前記電動モータの通電を停止させることを特徴とする電動パーキングブレーキ装置。
4. 請求項１において、
   前記電子制御手段は、前記電動モータの通電停止中に、前記電動モータの電圧を複数回検出することを特徴とする電動パーキングブレーキ装置。
5. 請求項１において、
   前記電子制御手段は、前記電動モータが駆動開始後、前記電動モータの電流が略一定になった状態で前記電動モータの通電中における電圧、電流を検出することを特徴とする電動パーキングブレーキ装置。
6. 請求項１において、
   前記回転／直動変換機構はセルフロック機構部を備えたことを特徴とする電動パーキングブレーキ装置。
7. 請求項１において、
   前記電子制御手段は、
   前記検出した電圧、電流から前記電動モータのトルク定数、粘性係数、摩擦トルクを推定演算することを特徴とする電動パーキングブレーキ装置。
8. 請求項１において、
   前記電子制御手段は、前記電動モータの通電中の電圧と、前記電動モータの通電停止中の電圧の電位差から前記電動モータの巻線抵抗を検出することを特徴とする電動パーキングブレーキ装置。
9. 請求項１において、
   前記電子制御手段は、前記電動モータに通電を開始した時に生じる突入電流後、電流減少区間内で、前記電動モータに印加される電圧、電流を検出し、前記電流減少区間内で検出された電圧及び電流と、前記電動モータの通電停止中に検出された電圧及び電流を用いて、前記電動モータのカットオフ電流閾値を設定することを特徴とする電動パーキングブレーキ装置。
10. 請求項１において、
    前記電子制御手段は、前記電動モータに通電を開始した時に生じる突入電流後、電流減少区間内で、前記電動モータに印加される電圧、電流を検出し、前記電流減少区間内で検出された電圧及び電流、若しくは前記電動モータの通電停止中に検出された電圧及び電流の何れか一方を用いて、前記電動モータのカットオフ電流閾値を設定することを特徴とする電動パーキングブレーキ装置。

Images