WO2014196361A1

WO2014196361A1 - 電動ブレーキ制御システム

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Publication number: WO2014196361A1
Application number: PCT/JP2014/063474
Authority: WO
Inventors: 唯増田
Original assignee: Ntn株式会社
Priority date: 2013-06-03
Filing date: 2014-05-21
Publication date: 2014-12-11
Also published as: CN105339221A; EP3006284B1; CN105339221B; JP6214220B2; EP3006284A1; US20160129895A1; US9963131B2; EP3006284A4; JP2014234070A

Abstract

　車両の複数の車輪に装備された電動ブレーキ装置の周期的な制動力変動を、各電動ブレーキ装置の電動モータの高出力化を伴うことなく、効果的に抑制できるようにする。２つの電動ブレーキ装置（１）のいずれかに制動力変動が発生した際に、制御装置（２）が、電動ブレーキ装置（１）の制動力の総和の指令値と各電動ブレーキ装置（１）の制動力のフィードバック値の総和との偏差に対して、各電動ブレーキ装置（１）の操作量を演算して、両方の電動ブレーキ装置（１）にそれぞれの制動力の総和を一定に維持しながら制動力変動を補償する補償動作を行わせることにより、一つひとつの電動ブレーキ装置（１）の動作振幅を小さくしても効果的に制動力変動を抑制できるようにしたのである。

Description

電動ブレーキ制御システム

　本発明は、車両の複数の車輪に装備された電動ブレーキ装置の制動力の制御を行う電動ブレーキ制御システムに関する。

　従来、自動車用のブレーキ装置としては油圧式のものが多く採用されてきたが、近年、ＡＢＳ(Antilock Brake System)等の高度なブレーキ制御の導入に伴い、これらの制御を複雑な油圧回路なしに行うことができる電動ブレーキ装置が注目されている。電動ブレーキ装置は、電動モータの回転運動を直動機構によってブレーキパッドの直線運動に変換する電動式直動アクチュエータが組み込まれており、ブレーキペダルの踏み込み信号等で電動モータを作動させることにより、直動アクチュエータによって直線駆動されたブレーキパッドでブレーキディスクを押圧して、車輪に制動力を作用させるものが多い（例えば、下記特許文献１参照。）。

　ところで、上記のような電動ブレーキ装置では、制動動作中にブレーキディスクの偏肉によって周期的な制動力の変動が生じ、車体に異常振動が発生するおそれがある。

　これに対し、下記特許文献２では、電動ブレーキ装置の周期的な制動力変動の周波数を検出し、その周波数が車輪速度と比例しているときに、電動ブレーキ装置を制動力変動と逆位相で動作させることにより、制動力変動を減衰させて車体の異常振動を防止することが提案されている。

特開平６－３２７１９０号公報特開２０００－２８３１９３号公報

　上記特許文献２で提案された異常振動防止方法では、車両の複数の車輪に電動ブレーキ装置が装備されていても、周期的な制動力変動の発生した電動ブレーキ装置だけを制御して、その制動力変動を減衰させることになるので、各電動ブレーキ装置の電動モータとして高出力のものが必要となって、製造コストや消費電力が高くなり、設置スペースも広くなってしまうおそれがある。

　そこで、本発明の課題は、車両の複数の車輪に装備された電動ブレーキ装置の周期的な制動力変動を、各電動ブレーキ装置の電動モータの高出力化を伴うことなく、効果的に抑制できるようにすることである。

　上記の課題を解決するため、本発明は、車両の複数の車輪に装備され、電動モータの回転運動を直動機構によって直線運動に変換して車輪に制動力を作用させる電動ブレーキ装置と、前記各電動ブレーキ装置の制動力を制御する制御装置とを備えた電動ブレーキ制御システムにおいて、前記電動ブレーキ装置のいずれかに制動力変動が発生した際に、前記制御装置が、前記制動力変動の発生した電動ブレーキ装置とそれ以外の少なくとも１つの電動ブレーキ装置に、それぞれの制動力の総和を一定に維持しながら前記制動力変動を補償する補償動作を行わせる構成を採用した。

　上記の構成によれば、１つの電動ブレーキ装置に発生した周期的な制動力変動に対する補償動作を、その制動力変動の発生した電動ブレーキ装置を含む複数の電動ブレーキ装置で行うことにより、一つひとつの電動ブレーキ装置の動作振幅を小さくしても効果的に制動力変動を抑制できるので、前述した従来の異常振動防止方法に比べて、各電動ブレーキ装置の電動モータに要求される出力性能を低く設定することができる。

　ここで、前記制御装置は、前記補償動作を行う電動ブレーキ装置の動作振幅の上限値を、前記制動力変動の周波数と、前記車両の重心まわりの制動力のモーメント（以下、「旋回モーメント」とも称する。）に対するヨーレート（旋回方向への回転角の変化速度）の周波数特性とに基づいて決定するものとすることができる。このようにすれば、制動力変動の周波数に応じて、補償動作を行う電動ブレーキ装置の動作振幅の上限値を、補償動作によって生じる旋回モーメントが車両挙動に影響を及ぼさない範囲で大きく設定し、より効果的に制動力変動を抑制することができる。

　あるいは、前記電動ブレーキ装置を、前記車両の重心を原点とする座標平面の第１～第４象限のそれぞれに少なくとも１つずつ配置し、前記制御装置が、前記制動力変動の発生した電動ブレーキ装置と、その制動力変動の発生した電動ブレーキ装置が配置されている象限と車両の前後方向で隣接する象限に配置された電動ブレーキ装置に、前記補償動作を行わせるようにしてもよい。このようにすれば、車両の前輪側で発生する旋回モーメントと後輪側で発生する旋回モーメントとが相殺され、車両挙動に影響が出にくいので、補償動作を行う各電動ブレーキ装置の動作振幅の上限値を大きく設定して、上記と同様、より効果的に制動力変動の抑制を行うことができる。

　また、制動力変動に対する補償動作を行うための具体的な構成としては、前記制御装置が、前記補償動作を行う複数の電動ブレーキ装置について、制動力の総和の指令値を入力され、この指令値と各電動ブレーキ装置の制動力のフィードバック値の総和との偏差に対して各電動ブレーキ装置の操作量を演算するようにしたり、前記制御装置が、前記補償動作を行う複数の電動ブレーキ装置について、それぞれの制動力変動の要因となる外乱を推定する外乱推定器を備え、各電動ブレーキ装置の操作量の演算を、それぞれの指令値と制動力のフィードバック値との偏差、および前記外乱推定器による各電動ブレーキ装置の外乱推定結果を用いて行うようにしたりすることができる。

　本発明の電動ブレーキ制御システムは、上述したように、１つの電動ブレーキ装置に発生した周期的な制動力変動を、複数の電動ブレーキの補償動作により効果的に抑制できるようにしたものであるから、各電動ブレーキ装置の電動モータに従来よりも出力性能の低いものを用いて、電動モータの製造コストや消費電力の削減および設置スペースの縮小を図ることができる。

　あるいは、従来と同等の出力性能を有する電動モータを用いることにより、補償可能な制動力変動の範囲を拡大して、電動ブレーキ制御システムとしての品質の向上を図ることもできる。

第１実施形態の電動ブレーキ制御システムの全体構成図図１の電動ブレーキ装置の要部の縦断正面図ａは従来の制御手法による制御挙動を示すグラフ、ｂは図１の電動ブレーキ制御システムの制御挙動を示すグラフ車両の旋回モーメントに対するヨーレートの周波数特性を示すグラフ制動力変動の周波数に応じた補償動作振幅の決定方法の例を示すグラフ第２実施形態の電動ブレーキ制御システムの全体構成図

　以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１は第１実施形態の電動ブレーキ制御システムの全体構成を示す。この電動ブレーキ制御システムは、車両の２つの車輪にそれぞれ装備される電動ブレーキ装置１と、これらの各電動ブレーキ装置１の制動力を制御する制御装置２とを備え、２つの電動ブレーキ装置１のいずれかに制動力変動が発生した際には、制御装置２がその制動力変動を補償する補償動作を各電動ブレーキ装置１に行わせるものである。

　前記電動ブレーキ装置１は、図２に示すように、電動式直動アクチュエータ１１のハウジング１２にキャリパボディ部１３を一体に設け、そのキャリパボディ部１３内にブレーキディスク１４の外周部の一部を配置し、そのブレーキディスク１４の両側に固定ブレーキパッド１５と可動ブレーキパッド１６を設け、その可動ブレーキパッド１６を電動式直動アクチュエータ１１の外輪部材１７に連結一体化している。

　電動式直動アクチュエータ１１は、図示省略した電動モータのロータ軸の回転をギヤ減速機構１８によって回転軸１９に伝達し、回転軸１９の回転運動を外輪部材１７の直線運動に変換するものである。その運動変換を行う直動機構としては、回転軸１９と外輪部材１７との間に複数の遊星ローラ２０を組み込み、各遊星ローラ２０を回転軸１９外径面との弾性接触によって自転しつつ公転させ、遊星ローラ２０外径面に形成した螺旋溝２０ａと外輪部材１７内径面に形成した螺旋突条１７ａとの係合によって、外輪部材１７を軸方向に移動させるものを採用している。

　したがって、電動式直動アクチュエータ１１の電動モータを駆動して、外輪部材１７をブレーキディスク１４に近づく方向に直線移動させると、その外輪部材１７に連結一体化された可動ブレーキパッド１６が固定ブレーキパッド１５とともにブレーキディスク１４を挟み付け、ブレーキディスク１４が取り付けられた車輪に制動力が作用するようになっている。

　前記制御装置２は、図１に示したように、２つの電動ブレーキ装置１について、制動力の総和の指令値と各電動ブレーキ装置１の制動力のフィードバック値が入力され、この指令値と各電動ブレーキ装置１の制動力のフィードバック値の総和との偏差に対して、操作量演算器３で各電動ブレーキ装置１の操作量を演算し、演算した操作量を各電動ブレーキ装置１に出力するものである。操作量演算器３では、まず指令値とフィードバック値の総和との偏差に対して総操作量を求め、この総操作量を電動ブレーキ装置１の個数（この場合は２）で除算して各電動ブレーキ装置１の操作量としている。各電動ブレーキ装置１の操作量は、総操作量を他の条件に応じて決定した分配率で分配するようにしてもよい。

　すなわち、この制御装置２は、２つの電動ブレーキ装置１のいずれか一方に制動力変動が発生した際に、両方の電動ブレーキ装置１に、それぞれの制動力の総和を一定に維持しながら制動力変動を補償する補償動作を行わせるようになっている。

　図３は、この電動ブレーキ制御システムにおける制御挙動を従来のものと比較して概念的に示したものである。２つの電動ブレーキ装置Ａ、Ｂを用いた制動動作中に、その一方の電動ブレーキ装置Ａに周期的な制動力変動が発生した際、従来では、図３（ａ）に示すように、制動力変動の発生した電動ブレーキ装置Ａのみで補償動作を行うため、その電動ブレーキ装置Ａの動作振幅（図中のモータ回転角の変化の振幅）が大きくなるし、電動ブレーキ装置Ａ単体の制動力および制動力の総和にはある程度の変動が残ってしまう。これに対し、この電動ブレーキ制御システムでは、図３（ｂ）に示すように、両方の電動ブレーキ装置Ａ、Ｂに従来の電動ブレーキ装置Ａの動作振幅よりも小さい動作振幅で補償動作を行わせるので、電動ブレーキ装置Ａ単体では従来よりも若干大きい制動力変動が残るが、電動ブレーキ装置Ｂが電動ブレーキ装置Ａと逆位相で従来にない制動力変動を生じるように動作し、制動力の総和は一定に保たれる。

　上述したように、この電動ブレーキ制御システムでは、従来よりも各電動ブレーキ装置の動作振幅を小さくできるため、車両全体の制動力変動の補償を容易に行えるし、各電動ブレーキ装置の電動モータを出力性能の低いものとして、製造コストや消費電力の削減および設置スペースの縮小を図ることができる。

　ところで、この電動ブレーキ制御システムにおいて、電動ブレーキ装置１が車両の左右に１つずつ配置されている場合、左右の制動力に差が生じ、車両の重心まわりに操縦者の意図しない旋回モーメントが発生する。しかし、この旋回モーメントの車両挙動への影響は、各電動ブレーキ装置１の補償動作の動作振幅を、制動力変動の周波数と、車両の旋回モーメントに対するヨーレートの周波数特性とに基づいて制限することによって抑えられる。

　すなわち、車両の旋回モーメントに対するヨーレートは、一般に、図４に示すように、旋回モーメントの周波数がカットオフ周波数より高い周波数帯域で高周波になるほど減衰しやすくなる。したがって、このヨーレートのカットオフ周波数と減衰率を予め把握しておき、各電動ブレーキ装置１の補償動作によって生じる制動力変動の周波数がヨーレートカットオフ周波数より高くなり、かつ減衰されて発生するヨーレートが許容値以下となるように、各電動ブレーキ装置１の動作振幅を制限すれば、車両の挙動に影響は生じない。

　ここで、ヨーレートは上述のように旋回モーメントが高周波になるほど減衰しやすくなるので、図５に示すように、各電動ブレーキ装置１の動作振幅の上限値は、制動力変動の周波数がヨーレートのカットオフ周波数より高い周波数帯域で高周波になるほど大きく設定できることになる。このように動作振幅の上限値を設定すれば、制動力変動の周波数が高周波になるほど、より効果的に制動力変動を抑制することができる。また、電動モータは一般に動作周波数が高くなるほど高い出力性能が求められるので、電動モータを従来よりも低出力化できる効果が大きくなる。この動作振幅の制限機能は、制御装置２の操作量演算器３に実装されている。

　一方、この電動ブレーキ制御システムを、電動ブレーキ装置が前後の４輪に装備された車両に適用する場合、すなわち車両の重心を原点とする座標平面の第１～第４象限のそれぞれに電動ブレーキ装置が配置されている場合は、図１に示した全体構成おいて、制御装置２が、制動力変動の発生した電動ブレーキ装置１と、その制動力変動の発生した電動ブレーキ装置１が配置されている象限と車両の前後方向で隣接する象限に配置された電動ブレーキ装置１に、補償動作を行わせるようにするとよい。

　このようにすれば、例えば、車両の右後輪の制動力が増加する場合、右前輪の制動力が減少し、後輪側の左右の制動力のアンバランスで右回りの旋回モーメントが発生する一方、前輪側の左右の制動力のアンバランスで左回りの旋回モーメントが発生して、その旋回モーメントどうしが相殺される。こうして車両の前輪側で発生する旋回モーメントと後輪側で発生する旋回モーメントとが相殺されると、車両挙動に影響が出にくいので、補償動作を行う各電動ブレーキ装置１の動作振幅の上限値を大きく設定して、より効果的に制動力変動の抑制を行うことができる。

　なお、この場合には、前述の制動力変動の周波数に応じて電動ブレーキ装置の動作振幅の上限値を設定する機能は不要となる。

　図６は第２実施形態の電動ブレーキ制御システムを示す。この実施形態では、２つの電動ブレーキ装置１のそれぞれについて、その制動力変動の要因となる外乱を推定する外乱推定器４を備えた制御装置２が１つずつ設けられている。各制御装置２は、それぞれ対応する電動ブレーキ装置１の制動力の指令値とフィードバック値が入力され、そのフィードバック値から外乱推定器４で推定した外乱推定結果を互いに受け渡し、対応する電動ブレーキ装置１の操作量の演算を、その指令値とフィードバック値との偏差、および両方の電動ブレーキ装置１の外乱推定結果を用いて、操作量演算器３で行うようにしている。外乱推定器４としては、例えば同一次元オブザーバを用いることができる。

　上記の各電動ブレーキ装置１の外乱推定結果を用いた操作量の演算方法としては、例えば、一方の電動ブレーキ装置１の指令値とフィードバック値との偏差のみを用いて演算した操作量に対して、一方の電動ブレーキ装置１の外乱推定値を加え、他方の電動ブレーキ装置１の外乱推定値を減算することにより、一方の電動ブレーキ装置１の制動力を増加させ、他方の電動ブレーキ装置１の制動力を減少させて、制動力の総和を一定に保つ方法がある。

　また、各電動ブレーキ装置１の外乱推定結果を統合し、各制御装置２に分配する方法もある。例えば、一般的な車両の電動ブレーキ装置は、前輪側用のものの方が後輪側用のものよりも最大軸力が大きくキャリパボディ部の剛性が高いため、後輪側で発生した制動力変動を前輪側で補償するようにすれば、より効果的に制動力の総和の変動を抑えることができる。あるいは、各電動ブレーキ装置１の外乱推定値をすべて合計した後、その総和から周波数の低い成分を除いたものを各制御装置２の入力とすることもできる。ほかにも、車両のピッチングやローリングの発生状況から、各電動ブレーキ装置１の動作振幅のレベルに差をつけるなど、車両の挙動全体を考慮して状況に応じた制御を容易に行うことができる。

　そして、前述の動作振幅の制限機能は、制御装置２の操作量演算器３と外乱推定器４のいずれか、あるいは両方に実装することができる。例えば、外乱推定器４がハイパスフィルタを有していれば、低周波数領域の外乱推定値を制限することができる。

　なお、上述した各実施形態では、電動ブレーキ装置が２つの場合について説明したが、本発明は電動ブレーキ装置の個数が３つ以上の場合にももちろん適用できる。

１　電動ブレーキ装置
２　制御装置
３　操作量演算器
４　外乱推定器

Claims

　車両の複数の車輪に装備され、電動モータの回転運動を直動機構によって直線運動に変換して車輪に制動力を作用させる電動ブレーキ装置と、前記各電動ブレーキ装置の制動力を制御する制御装置とを備えた電動ブレーキ制御システムにおいて、
　前記電動ブレーキ装置のいずれかに制動力変動が発生した際に、前記制御装置が、前記制動力変動の発生した電動ブレーキ装置とそれ以外の少なくとも１つの電動ブレーキ装置に、それぞれの制動力の総和を一定に維持しながら前記制動力変動を補償する補償動作を行わせることを特徴とする電動ブレーキ制御システム。
　前記制御装置が、前記補償動作を行う電動ブレーキ装置の動作振幅を、前記制動力変動の周波数と、前記車両の重心まわりの制動力のモーメントに対するヨーレートの周波数特性とに基づいて決定する請求項１に記載の電動ブレーキ制御システム。
　前記電動ブレーキ装置を、前記車両の重心を原点とする座標平面の第１～第４象限のそれぞれに少なくとも１つずつ配置し、前記制御装置が、前記制動力変動の発生した電動ブレーキ装置と、その制動力変動の発生した電動ブレーキ装置が配置されている象限と車両の前後方向で隣接する象限に配置された電動ブレーキ装置に、前記補償動作を行わせる請求項１に記載の電動ブレーキ制御システム。
　前記制御装置が、前記補償動作を行う複数の電動ブレーキ装置について、制動力の総和の指令値を入力され、この指令値と各電動ブレーキ装置の制動力のフィードバック値の総和との偏差に対して各電動ブレーキ装置の操作量を演算する請求項１乃至３のいずれかに記載の電動ブレーキ制御システム。
　前記制御装置が、前記補償動作を行う複数の電動ブレーキ装置について、それぞれの制動力変動の要因となる外乱を推定する外乱推定器を備え、各電動ブレーキ装置の操作量の演算を、それぞれの指令値と制動力のフィードバック値との偏差、および前記外乱推定器による各電動ブレーキ装置の外乱推定結果を用いて行う請求項１乃至３のいずれかに記載の電動ブレーキ制御システム。