WO2015033863A1 - 電動ブレーキ装置 - Google Patents

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WO2015033863A1
WO2015033863A1 PCT/JP2014/072693 JP2014072693W WO2015033863A1 WO 2015033863 A1 WO2015033863 A1 WO 2015033863A1 JP 2014072693 W JP2014072693 W JP 2014072693W WO 2015033863 A1 WO2015033863 A1 WO 2015033863A1
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motor
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electric
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増田唯
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Ntn株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an electric brake device that converts a rotary motion of an electric motor into a linear motion via a linear motion mechanism and presses a brake pad against a disc rotor.
  • Patent Document 1 By depressing the brake pedal, an actuator that converts the rotational motion of the motor into a linear motion via a linear motion mechanism and presses the brake pad against the brake disk to apply a braking force (Patent Document 1). 2. A linear actuator using a planetary roller screw mechanism (Patent Document 2). 3. A hydraulic brake mechanism that maintains a constant pad clearance (Patent Document 3).
  • the motor rotation speed In the case of the electric brake device, since there is no load in the state having the clearance, the motor rotation speed often increases regardless of the required brake force. On the other hand, if the motor rotation speed is limited to a low value, a problem that the response of the brake is delayed occurs.
  • a reduction mechanism is provided in order to generate a necessary braking force with a small motor, and in order to prevent a response delay, it is necessary to increase the motor rotation speed in accordance with the reduction ratio. There is a possibility that a loud operating noise will occur. However, the operating noise may impair the comfort of the vehicle in the low speed range of the vehicle.
  • An object of the present invention is to provide an electric brake device capable of suppressing the generation of operating noise without impairing the function as a brake.
  • the electric brake device of the present invention includes a brake rotor 6, a brake pad 7, an electric motor 2, a linear motion mechanism 4 that converts the rotational motion of the electric motor 2 into a linear motion and transmits the linear motion to the brake pad 7, and
  • An electric brake device including a control device 9 for controlling the electric motor 2, Vehicle speed detecting means 44 for detecting the vehicle speed is provided;
  • the control device 9 A motor angular velocity control function unit 40 for controlling the angular velocity of the electric motor 2; Vehicle speed corresponding angular speed limiting means 41 for limiting the angular speed of the electric motor 2 according to the vehicle speed detected by the vehicle speed detecting means 44 is provided.
  • the vehicle speed detecting means 44 may calculate the vehicle speed by differentiating the rotation angle detected by, for example, a rotation angle sensor that detects the rotation angle of the wheel.
  • the control device 9 presses the brake pad 7 that has been waiting with a predetermined clearance against the brake rotor 6. Drive control of the electric motor 2 is performed.
  • the control device 9 drives and controls the electric motor 2 so that the brake pad 7 is separated from the brake rotor 6 and a predetermined clearance is provided.
  • the influence of the response delay due to the above-described operation becomes larger as the vehicle speed is higher.
  • the idling distance increases in proportion to the vehicle speed with respect to the response delay until the braking force is generated during braking.
  • the background noise due to road noise or the like generally increases as the vehicle speed increases, the upper limit value of the operating sound required for the electric brake device can be relaxed.
  • the vehicle speed corresponding angular velocity detecting means 41 changes the motor angular velocity as follows according to the vehicle speed.
  • the angular speed of the electric motor 2 in the no-load state is limited to a lower value by the motor angular speed control function unit 40 as the detected vehicle speed decreases.
  • the motor angular velocity control function unit 40 has a PWM control unit 34a that performs PWM control of the electric motor 2, and the vehicle speed corresponding angular velocity limiting unit 41 instructs the PWM control unit 34a to limit the PWM duty ratio. It is good also as what restrict
  • the PWM duty ratio represents a ratio of a switching cycle that is a sum of a pulse on time and a pulse on time to a pulse on time.
  • the vehicle speed corresponding angular velocity limiting means 41 limits the command given to the PWM control unit 34a.
  • the vehicle speed corresponding angular velocity limiting means 41 works on a command given to the PWM control unit 34a so as to limit the upper limit of the PWM duty ratio as the vehicle speed becomes lower. Thereby, as the vehicle speed decreases, the effective voltage value is decreased and the angular speed of the electric motor 2 is limited to be lower.
  • the motor angular velocity control function unit 40 includes a PAM control unit 42 that performs PAM control of the electric motor 2, and the vehicle speed corresponding angular velocity limiting unit 41 controls the upper limit value or the lower limit value of the amplitude of the output voltage.
  • the PAM control unit 42 applies the power supply voltage to the motor coil via the step-up circuit 42a or the step-down circuit 42b, for example, and controls the electric motor 2 by controlling the voltage.
  • the vehicle speed corresponding angular velocity limiting means 41 limits the upper limit value of the amplitude of the output voltage of the booster circuit 42a.
  • the vehicle speed corresponding angular velocity limiting means 41 limits the lower limit value of the amplitude of the output voltage of the step-down circuit 42b. As a result, as the vehicle speed decreases, the angular speed of the electric motor 2 is limited to be lower.
  • the motor angular velocity control function unit 40 has a frequency control unit 43 that controls the frequency of the three-phase current applied to the electric motor 2, and the vehicle speed corresponding angular velocity limiting means 41 limits the frequency of the three-phase current.
  • the angular speed of the electric motor 2 is limited by the frequency control unit 43, for example, by setting the U, V, W three-phase energization switching period to a certain value or more.
  • the electric brake device includes a housing 1, an electric motor 2, a speed reduction mechanism 3 that decelerates the rotation of the electric motor 2, a linear motion mechanism 4, a lock mechanism 5, and a brake rotor 6. And a brake pad 7 and a control device 9 (FIG. 3).
  • a base plate 8 extending radially outward is provided at the open end of the housing 1, and the electric motor 2 is supported on the base plate 8.
  • a linear motion mechanism 4 that applies a braking force to the brake rotor 6, in this example, the disk rotor 6, by the output of the electric motor 2.
  • the opening end of the housing 1 and the outer surface of the base plate 8 are covered with a cover 10.
  • the linear motion mechanism 4 is a mechanism that converts the rotational motion output from the speed reduction mechanism 3 into a linear motion and causes the brake pad 7 to abut or separate from the brake rotor 6.
  • the linear motion mechanism 4 includes a slide member 11, a bearing member 12, an annular thrust plate 13, a thrust bearing 14, rolling bearings 15 and 15, a rotating shaft 16, a carrier 17, and sliding bearings 18 and 19. And have.
  • a cylindrical slide member 11 is supported on the inner peripheral surface of the housing 1 so as to be prevented from rotating and movable in the axial direction.
  • a spiral protrusion 11 a that protrudes a predetermined distance radially inward and is formed in a spiral shape is provided.
  • a plurality of planetary rollers which will be described later, mesh with the spiral protrusion 11a.
  • a bearing member 12 is provided on one axial end side of the slide member 11 in the housing 1.
  • the bearing member 12 has a flange portion extending radially outward and a boss portion.
  • Rolling bearings 15 and 15 are fitted into the boss portions, and a rotary shaft 16 is fitted to the inner ring inner surface of each of the bearings 15 and 15. Therefore, the rotating shaft 16 is rotatably supported by the bearing member 12 via the bearings 15 and 15.
  • a carrier 17 that can rotate around the rotation shaft 16 is provided on the inner periphery of the slide member 11.
  • the carrier 17 includes disks 17a and 17b that are arranged to face each other in the axial direction.
  • the disk 17b close to the bearing member 12 may be referred to as an inner disk 17b
  • the disk 17a may be referred to as an outer disk 17a.
  • a side surface facing the other disk 17b is provided with an interval adjusting member 17c protruding in the axial direction from the outer peripheral edge portion on this side surface.
  • a plurality of the interval adjusting members 17 c are arranged at intervals in the circumferential direction.
  • the discs 17a and 17b are integrally provided by the distance adjusting member 17c.
  • the inner disk 17b is supported by a plain bearing 18 fitted between the rotary shaft 16 so as to be rotatable and movable in the axial direction.
  • a shaft insertion hole is formed at the center of the outer disk 17a, and a slide bearing 18 is fitted in this shaft insertion hole.
  • the outer disk 17a is rotatably supported on the rotary shaft 16 by a slide bearing 18.
  • a washer that receives a thrust load is fitted to the end of the rotating shaft 16, and a retaining ring for preventing the washer from coming off is provided.
  • the carrier 17 is provided with a plurality of roller shafts 21 at intervals in the circumferential direction. Both end portions of each roller shaft 21 are supported across the disks 17a and 17b. That is, the discs 17a and 17b are formed with a plurality of shaft insertion holes each having a long hole, and both end portions of the roller shafts 21 are inserted into the shaft insertion holes, and the roller shafts 21 are supported so as to be movable in the radial direction.
  • the An elastic ring 22 that urges the roller shafts 21 radially inward is stretched around the plurality of roller shafts 21.
  • Each planetary roller 20 is rotatably supported by each roller shaft 21, and each planetary roller 20 is interposed between the outer peripheral surface of the rotary shaft 16 and the inner peripheral surface of the slide member 11.
  • Each planetary roller 20 is pressed against the outer peripheral surface of the rotating shaft 16 by the urging force of the elastic ring 22 spanned across the plurality of roller shafts 21.
  • each planetary roller 20 that contacts the outer peripheral surface of the rotating shaft 16 rotates due to contact friction.
  • On the outer peripheral surface of the planetary roller 20, a spiral groove that meshes with the spiral protrusion 11a of the slide member 11 is formed.
  • a washer and a thrust bearing are interposed between the inner side disk 17b of the carrier 17 and one axial end of the planetary roller 20.
  • an annular thrust plate 13 and a thrust bearing 14 are provided between the inner disk 17 b and the bearing member 12.
  • the speed reduction mechanism 3 is a mechanism that transmits the rotation of the electric motor 2 at a reduced speed to the output gear 23 fixed to the rotation shaft 16, and includes a plurality of gear trains.
  • the speed reduction mechanism 3 is fixed to the end of the rotary shaft 16 by sequentially reducing the rotation of the input gear 24 attached to the rotor shaft 2 a of the electric motor 2 by the gear trains 25, 26 and 27. Transmission to the output gear 23 is possible.
  • the lock mechanism 5 will be described.
  • the lock mechanism 5 is configured to be switchable between a locked state in which the braking force slack operation of the linear motion mechanism 4 is prevented and an allowed unlocked state.
  • the deceleration mechanism 3 is provided with a lock mechanism 5.
  • the lock mechanism 5 is a casing (not shown), a lock pin 29, an urging means (not shown) for urging the lock pin 29 to an unlocked state, and an actuator for switching and driving the lock pin 29. And a linear solenoid 30.
  • the casing is supported by the base plate 8, and the base plate 8 is formed with pin holes that allow the lock pins 29 to advance and retreat.
  • the lock pin 29 is advanced by the linear solenoid 30 and engaged with a locking hole (not shown) formed in the intermediate gear 28 on the output side in the gear train 26 to rotate the intermediate gear 28. This is achieved by prohibition.
  • the linear solenoid 30 is turned off, and the lock pin 29 is housed in the casing by the urging force of the urging means, is detached from the locking hole, and the rotation of the intermediate gear 28 is allowed to be locked.
  • the mechanism 5 is unlocked.
  • FIG. 3 is a block diagram of the control system of this electric brake device.
  • a vehicle equipped with this electric brake device is provided with an ECU 31 that is an electric control unit that controls the entire vehicle.
  • the ECU 31 generates a deceleration command according to the output of the sensor 32a that changes according to the operation amount of the brake pedal 32.
  • An inverter device 33 is connected to the ECU 31, and the inverter device 33 includes a power circuit unit 34 provided for each electric motor 2 and a motor control unit 35 that controls the power circuit unit 34.
  • the motor control unit 35 includes a computer, a program executed on the computer, and an electronic circuit.
  • the motor control unit 35 converts the deceleration command into a current command in accordance with the deceleration command given from the ECU 31, and gives this current command to the PWM control unit 34 a of the power circuit unit 34.
  • the motor control unit 35 has a function of outputting information such as detection values and control values related to the electric motor 2 to the ECU 31.
  • the power circuit unit 34 includes an inverter 34b that converts DC power of the power source 36 into three-phase AC power used to drive the electric motor 2, and a PWM control unit 34a that controls the inverter 34b.
  • the electric motor 2 is composed of a three-phase synchronous motor or the like.
  • the inverter 34b is composed of a plurality of semiconductor switching elements (not shown), and the PWM controller 34a performs pulse width modulation on the input current command and gives an on / off command to each of the semiconductor switching elements.
  • the motor control unit 35 has a motor drive control unit 37 as a basic control unit.
  • the motor drive control unit 37 converts the deceleration command into a current command in accordance with a deceleration command based on a torque command given from the ECU 31 that is the host control unit, and gives the current command to the PWM control unit 34a of the power circuit unit 34. It is.
  • the motor drive control unit 37 obtains the motor current value flowing from the inverter 34b to the electric motor 2 from the current detection means 38, and performs current feedback control.
  • the motor drive control unit 37 obtains the rotation angle of the rotor of the electric motor 2 from the rotation angle sensor 39, and gives a current command to the PWM control unit 34a so that efficient motor drive according to the rotor rotation angle can be performed. .
  • the current command is given as a voltage value in this example.
  • the motor drive control unit 37 and the PWM control unit 34a constitute a motor angular speed control function unit 40 that controls the angular speed of the electric motor 2.
  • the motor control unit 35 having the above-described configuration is provided with the following vehicle speed corresponding angular velocity limiting means 41.
  • the vehicle speed corresponding angular speed limiting means 41 limits the angular speed of the electric motor 2 to be lower by the motor angular speed control function unit 40 as the vehicle speed detected by the vehicle speed detecting means 44 decreases.
  • the vehicle speed corresponding angular velocity limiting means 41 limits the voltage value given from the motor drive control unit 37 to the PWM control unit 34a, thereby limiting the PWM duty ratio and limiting the angular velocity of the electric motor 2 in the no-load state.
  • the PWM duty ratio represents a ratio of a switching cycle that is a sum of a pulse on time and a pulse on time to a pulse on time.
  • FIG. 4 is a block diagram schematically showing a control device and the like of this electric brake device. This will be described with reference to FIG.
  • the vehicle speed corresponding angular velocity limiting means 41 includes, for example, a determination unit 41a for determining whether or not the vehicle speed obtained from the vehicle speed detection means 44 is within a predetermined setting range, and a limiter circuit 41b.
  • the setting range is set by an actual vehicle test, simulation, or the like, and a plurality of setting ranges are set as necessary.
  • the limiter circuit 41b can be switched between an active state and an inoperable state by an external signal, and is always in an inoperable state.
  • the determination unit 41a determines that the vehicle speed is within the set range
  • the limiter circuit 41b is activated, and the output voltage is suppressed below the set voltage. Thereafter, when the determination unit 41a determines that the vehicle speed obtained from the vehicle speed detection means 44 is zero, that is, the vehicle is stopped, the limiter circuit 41b returns to the immovable state.
  • the limiter circuit 41b is in the active state, for example, when the determination unit 41a determines that the vehicle speed is out of the set range by releasing the brake pedal and depressing the accelerator pedal, the limiter circuit 41b returns to the immovable state. To do.
  • the vehicle speed corresponding angular velocity limiting means 41 works on a command given to the PWM control unit 34a so as to limit the upper limit of the PWM duty ratio as the vehicle speed becomes lower. Thereby, as the vehicle speed decreases, the effective voltage value is decreased and the angular speed of the electric motor 2 is limited to be lower.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing an operation of limiting the motor angular velocity in the electric brake device.
  • FIG. 5 shows an example in which the limit value of the angular speed of the electric motor 2 is lowered as the traveling speed of the vehicle equipped with the electric brake device becomes lower (FIG. 5A) (FIG. 5D). .
  • the control device 9 increases the brake force command value (indicated by a dotted line in FIG. 5 (b)) and waits for a brake pad with a predetermined clearance when the brake device shifts from the non-braking state to the braking state.
  • the electric motor 2 is driven and controlled so as to be pressed against the disk rotor.
  • the control device 9 drives the electric motor 2 so that the brake pad is separated from the disc rotor and provides a predetermined clearance even after the braking force becomes zero.
  • Control When the electric motor 2 is driven and controlled, the influence of the response delay due to the above-described operation increases as the vehicle speed increases. For example, the idling distance increases in proportion to the vehicle speed with respect to the response delay until the braking force is generated during braking. Moreover, since the background noise due to road noise or the like generally increases as the vehicle speed increases, the upper limit value of the operating sound required for the electric brake device can be relaxed.
  • the PWM control unit 34 a controls the PWM duty ratio of the conduction time of the motor coil in accordance with a command given as a voltage value from the motor drive control unit 37.
  • the motor rotation speed is limited by limiting the upper limit value or the lower limit value of the PWM duty ratio. That is, the vehicle speed corresponding angular velocity control means 41 limits the voltage value given from the motor drive control unit 37 to the PWM control unit 34a. Thereby, as the vehicle speed decreases, the effective voltage value is decreased and the angular speed of the electric motor is limited to be lower.
  • FIG. 6 is a block diagram schematically showing a control device for an electric brake device according to another embodiment.
  • FIG. 6 shows an example in which the angular velocity of the electric motor 2 is limited by pulse voltage amplitude waveform control (Pulse Amplitude Modulation, abbreviation: PAM control).
  • the motor angular velocity control function unit 40 includes a PAM control unit 42 that performs PAM control of the electric motor 2, and the vehicle speed corresponding angular velocity limiting unit 41 controls the PAM control unit 42 to limit the upper limit value or the lower limit value of the amplitude of the output voltage.
  • the angular velocity of the electric motor 2 is limited by giving a command to.
  • the PAM control unit 42 applies the power supply voltage to the motor coil via, for example, the booster circuit 42a in the PAM control unit 42, and controls the electric motor 2 by controlling the voltage.
  • the limiter circuit 41b of the vehicle speed corresponding angular velocity limiting means 41 limits the upper limit value of the amplitude of the output voltage of the booster circuit 42a.
  • a PAM control unit 42 may be provided in the power circuit unit 34 and the power supply voltage may be limited by the vehicle speed corresponding angular velocity limiting means 41.
  • the limiter circuit 41b of the vehicle speed corresponding angular speed limiting means 41 limits the lower limit value of the amplitude of the output voltage of the step-down circuit 42b.
  • a switching regulator using a switching element, a diode, a coil, and a capacitor may be used as the switching element.
  • a transistor is applied as the switching element. When the transistor is on, energy is stored in the coil, and when the transistor is off, energy stored in the coil is released.
  • the power supply voltage is boosted by the booster circuit 42a, an output voltage can be obtained by repeatedly turning on and off the transistor based on a deceleration command from the ECU 31 (FIG. 3), but the output voltage of the booster circuit 42a is obtained by the limiter circuit 41b. Limit the upper limit of the amplitude of.
  • the angular speed of the electric motor 2 is limited to be lower as the vehicle speed is lower.
  • the limiter circuit 41b limits the lower limit value of the amplitude of the output voltage of the step-down circuit 42b. Thereby, the angular speed of the electric motor 2 is limited to be lower as the vehicle speed is lower.
  • a brushless DC motor may be used as the electric motor 2.
  • the motor angular velocity control function unit 40 has a frequency control unit 43 that controls the frequency of the three-phase current applied to the electric motor 2, and the vehicle speed corresponding angular velocity limiting means 41 is The angular velocity of the electric motor 2 is limited by giving a command to the frequency control unit 43 so as to limit the frequency of the three-phase current.
  • the PAM control unit 42 is provided, the power supply voltage is boosted or reduced by the booster circuit 42a or the step-down circuit 42b, and the electric motor 2 is controlled by controlling the voltage.
  • the motor rotation speed can be controlled by configuring the computing unit so that the U, V, W three-phase energization switching period is set to a certain level or more.
  • the frequency of the three-phase current can be limited
  • the phase switching interval can be limited to a certain time or more.
  • the electric brake device is applied to the disc brake, but is not limited to the disc brake.
  • the electric brake device may be applied to the drum brake.

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Abstract

ブレーキとしての機能を損なうことなく、作動音の発生を抑えることができる電動ブレーキ装置を提供する。電動ブレーキ装置は、ブレーキロータと、ブレーキパッドと、電動モータ（２）と、直動機構と、制御装置（９）とを備える。車速を検出する車速検出手段（４４）を設け、制御装置（９）は、電動モータ（２）の角速度を制御するモータ角速度制御機能部（４０）と、ブレーキパッドとブレーキロータとの間にクリアランスがある無負荷状態で、車速検出手段（４４）で検出される車速が低くなるに従って、モータ角速度制御機能部（４０）により前記無負荷状態における電動モータ（２）の角速度を低く制限する車速対応角速度制限手段（４１）とを備える。

Description

電動ブレーキ装置 関連出願
　本出願は、２０１３年９月４日出願の特願２０１３－１８３０５０の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　この発明は、直動機構を介して電動モータの回転運動を直線運動に変換して、ブレーキパッドをディスクロータに押圧する電動ブレーキ装置に関する。
　従来、電動ブレーキ、摩擦ブレーキとして、以下のものが提案されている。
１．ブレーキペダルを踏み込むことで、直動機構を介してモータの回転運動を直線運動に変換して、ブレーキパッドをブレーキディスクに押圧接触させて制動力を負荷するアクチュエータ（特許文献１）。
２．遊星ローラねじ機構を使用した直動アクチュエータ（特許文献２）。
３．パッドクリアランスを一定に保つ油圧ブレーキ機構（特許文献３）。
特開平６－３２７１９０号公報 特開２００６－１９４３５６号公報 特開平９－７２３６１号公報
　前記１，２のような電動ブレーキ装置を車両に搭載する場合、電動ブレーキ装置の作動音により、車両の快適性を損なう可能性がある。前記電動ブレーキ装置において、大きな作動音が発生する主な要因は、モータが高速回転する際の、歯車等の動力伝達機構の騒音である場合が多い。このとき、一般にモータ角速度が高くなる程、発生する作動音は大きくなる。
　ブレーキパッドをディスクロータに押圧する摩擦ブレーキにおいて、前記ブレーキパッドの押圧力がゼロになったとしても、キャリパの傾き等により、摩擦力が発生し、引摺りトルクとして車両の燃費あるいは電費が悪化する。このため、例えば、前記３に記載のように、非制動時には、ブレーキパッドとディスクロータとの間にクリアランスを設けることが一般的である。
　前記電動ブレーキ装置の場合、前記クリアランスを有する状態においては、無負荷であるため、要求ブレーキ力の大小によらずモータ回転数は高くなる場合が多い。一方で、モータ回転数を低く制限すると、ブレーキの応答が遅れる問題が発生する。特に、前記電動ブレーキ装置の場合、小型のモータで必要なブレーキ力を発生させるために減速機構を有する場合が多く、応答遅れを防止するためには減速比に応じてモータ回転数を高くする必要があるため、大きな作動音が発生する可能性がある。しかし、その作動音により、車両の低速域では車両の快適性を損なう可能性がある。
　この発明の目的は、ブレーキとしての機能を損なうことなく、作動音の発生を抑えることができる電動ブレーキ装置を提供することである。
　以下、本発明について、理解を容易にするために、便宜上実施形態の符号を参照して説明する。
　この発明の電動ブレーキ装置は、ブレーキロータ６と、ブレーキパッド７と、電動モータ２と、この電動モータ２の回転運動を直線運動に変換して前記ブレーキパッド７に伝える直動機構４と、前記電動モータ２を制御する制御装置９とを備えた電動ブレーキ装置であって、
　車速を検出する車速検出手段４４を設け、
　前記制御装置９は、
　前記電動モータ２の角速度を制御するモータ角速度制御機能部４０と、
　前記車速検出手段４４で検出される車速に応じて、前記電動モータ２の角速度を制限する車速対応角速度制限手段４１とを備える。
　前記車速検出手段４４は、例えば、車輪の回転角を検出する回転角度センサ等で検出された回転角度を微分することにより車両速度を計算しても良い。
　この構成によると、制御装置９は、ブレーキ指令値が増加し、非制動状態から制動状態に移行すると、所定のクリアランスを設けた状態で待機していたブレーキパッド７をブレーキロータ６に押し付けるよう、電動モータ２を駆動制御する。制御装置９は、ブレーキ指令値が減少し、非制動状態に移行すると、ブレーキパッド７がブレーキロータ６から離れ、所定のクリアランスを設けるように電動モータ２を駆動制御する。
　電動モータ２を駆動制御するとき、前記の動作による応答遅れの影響は、車速が高速である程大きくなる。例えば、制動時のブレーキ力が発生するまでの応答遅れに対して、車速に比例して空走距離が伸びる。また、車両が高速である程、一般にロードノイズ等による暗騒音は大きくなるため、電動ブレーキ装置に求められる作動音の上限値は緩和できる。
　車速対応角速度検出手段４１は、車速に応じて、モータ角速度を次のように変える。ブレーキパッド７とブレーキロータ６との間にクリアランスがある無負荷状態で、検出される車速が低くなるに従って、モータ角速度制御機能部４０により無負荷状態における電動モータ２の角速度を低く制限する。このように車速に応じて電動モータ２の角速度を制限することで、ブレーキとしての機能を損なうことなく、作動音の発生を抑えることができる。作動音の発生を抑えることで、車内騒音の低減を図り、車両の快適性を高めることができる。
　前記モータ角速度制御機能部４０は、前記電動モータ２をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部３４ａを有し、前記車速対応角速度制限手段４１は、ＰＷＭデューティ比を制限するように前記ＰＷＭ制御部３４ａに指令を与えることで、前記無負荷状態における前記電動モータ２の角速度を制限するものとしても良い。
　前記ＰＷＭデューティ比は、パルスのオン時間に対するパルスのオン時間とオフ時間との和であるスイッチング周期の比を表す。ＰＷＭ制御部３４ａに与える指令に対し、車速対応角速度制限手段４１が制限を加える。車速対応角速度制限手段４１は、例えば、車速が低速になる程、ＰＷＭデューティ比の上限を制限するように、ＰＷＭ制御部３４ａに与える指令に働きかける。これにより、車速が低くなるに従って、電圧実効値を低くして電動モータ２の角速度が低く制限される。
　前記モータ角速度制御機能部４０は、前記電動モータ２をＰＡＭ制御するＰＡＭ制御部４２を有し、前記車速対応角速度制限手段４１は、出力電圧の振幅の上限値または下限値を制限するように前記ＰＡＭ制御部４２に指令を与えることで、前記無負荷状態における前記電動モータ２の角速度を制限するものとしても良い。この場合、ＰＡＭ制御部４２は、電源電圧を、例えば、昇圧回路４２ａまたは降圧回路４２ｂを介してモータコイルに印加し、電圧の制御によって電動モータ２を制御する。前記昇圧回路４２ａを適用する場合、車速対応角速度制限手段４１は、前記昇圧回路４２ａの出力電圧の振幅の上限値を制限する。前記降圧回路４２ｂを適用する場合、車速対応角速度制限手段４１は、前記降圧回路４２ｂの出力電圧の振幅の下限値を制限する。これにより車速が低くなるに従って、電動モータ２の角速度が低く制限される。
　前記モータ角速度制御機能部４０は、前記電動モータ２に印加する三相電流の周波数を制御する周波数制御部４３を有し、前記車速対応角速度制限手段４１は、前記三相電流の周波数を制限するように前記周波数制御部４３に指令を与えることで、前記無負荷状態における前記電動モータの角速度を制限するものとしても良い。この場合、周波数制御部４３により、例えば、Ｕ，Ｖ，Ｗ三相の通電切り替え周期を一定以上とすることで電動モータ２の角速度を制限する。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。
　本発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、本発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。本発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
この発明の第１の実施形態に係る電動ブレーキ装置の断面図である。 同電動ブレーキ装置の減速機構等の拡大断面図である。 同電動ブレーキ装置の制御系のブロック図である。 同電動ブレーキ装置の制御装置等を概略示すブロック図である。 同電動ブレーキ装置におけるモータ角速度制限の動作を示す概念図である。 この発明の他の実施形態に係る電動ブレーキ装置の制御装置等を概略示すブロック図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る電動ブレーキ装置の制御装置等を概略示すブロック図である。 この発明のさらに他の実施形態の変形例に係る電動ブレーキ装置の制御装置等を概略示すブロック図である。
　この発明の第１の実施形態に係る電動ブレーキ装置を図１ないし図５と共に説明する。図１に示すように、この電動ブレーキ装置は、ハウジング１と、電動モータ２と、この電動モータ２の回転を減速する減速機構３と、直動機構４と、ロック機構５と、ブレーキロータ６と、ブレーキパッド７と、制御装置９（図３）とを有する。ハウジング１の開口端に、径方向外方に延びるベースプレート８が設けられ、このベースプレート８に電動モータ２が支持されている。ハウジング１内には、電動モータ２の出力によりブレーキロータ６、この例ではディスクロータ６に対して制動力を負荷する直動機構４が組み込まれている。ハウジング１の開口端およびベースプレート８の外側面は、カバー１０によって覆われている。
　直動機構４について説明する。直動機構４は、減速機構３から出力される回転運動を直線運動に変換して、ブレーキロータ６に対してブレーキパッド７を当接または離隔させる機構である。この直動機構４は、スライド部材１１と、軸受部材１２と、環状のスラスト板１３と、スラスト軸受１４と、転がり軸受１５，１５と、回転軸１６と、キャリア１７と、すべり軸受１８，１９とを有する。ハウジング１の内周面に、円筒状のスライド部材１１が、回り止めされ且つ軸方向に移動自在に支持されている。スライド部材１１の内周面には、径方向内方に所定距離突出し螺旋状に形成された螺旋突起１１ａが設けられている。この螺旋突起１１ａに、後述する複数の遊星ローラが噛合している。
　ハウジング１内におけるスライド部材１１の軸方向一端側に、軸受部材１２が設けられている。この軸受部材１２は、径方向外方に延びるフランジ部と、ボス部とを有する。ボス部内に転がり軸受１５，１５が嵌合され、これら各軸受１５，１５の内輪内径面に回転軸１６が嵌合されている。よって回転軸１６は、軸受部材１２に軸受１５，１５を介して回転自在に支持される。
　スライド部材１１の内周には、前記回転軸１６を中心に回転可能なキャリア１７が設けられている。キャリア１７は、軸方向に互いに対向して配置されるディスク１７ａ，１７ｂを有する。軸受部材１２に近いディスク１７ｂをインナ側ディスク１７ｂといい、ディスク１７ａをアウタ側ディスク１７ａという場合がある。一方のディスク１７ａのうち、他方のディスク１７ｂに臨む側面には、この側面における外周縁部から軸方向に突出する間隔調整部材１７ｃが設けられる。この間隔調整部材１７ｃは、複数の遊星ローラ２０の間隔を調整するため、円周方向に間隔を空けて複数配設されている。これら間隔調整部材１７ｃにより、両ディスク１７ａ，１７ｂが一体に設けられる。
　インナ側ディスク１７ｂは、回転軸１６との間に嵌合されたすべり軸受１８により、回転自在に、且つ、軸方向に移動自在に支持されている。アウタ側ディスク１７ａには、中心部に軸挿入孔が形成され、この軸挿入孔にすべり軸受１８が嵌合されている。アウタ側ディスク１７ａは、すべり軸受１８により回転軸１６に回転自在に支持される。回転軸１６の端部には、スラスト荷重を受けるワッシャが嵌合され、このワッシャの抜け止め用の止め輪が設けられる。
　キャリア１７には、複数のローラ軸２１が周方向に間隔を空けて設けられている。各ローラ軸２１の両端部が、ディスク１７ａ，１７ｂにわたって支持されている。すなわちディスク１７ａ，１７ｂには、それぞれ長孔から成る軸挿入孔が複数形成され、各軸挿入孔に各ローラ軸２１の両端部が挿入されてこれらローラ軸２１が径方向に移動自在に支持される。複数のローラ軸２１には、これらローラ軸２１を径方向内方に付勢する弾性リング２２が掛け渡されている。
　各ローラ軸２１に、遊星ローラ２０が回転自在に支持され、各遊星ローラ２０は、回転軸１６の外周面と、スライド部材１１の内周面との間に介在される。複数のローラ軸２１に渡って掛け渡された弾性リング２２の付勢力により、各遊星ローラ２０が回転軸１６の外周面に押し付けられる。回転軸１６が回転することで、この回転軸１６の外周面に接触する各遊星ローラ２０が接触摩擦により回転する。遊星ローラ２０の外周面には、前記スライド部材１１の螺旋突起１１ａに噛合する螺旋溝が形成されている。
　キャリア１７のインナ側ディスク１７ｂと、遊星ローラ２０の軸方向一端部との間には、ワッシャおよびスラスト軸受（いずれも図示せず）が介在されている。ハウジング１内において、インナ側ディスク１７ｂと軸受部材１２との間には、環状のスラスト板１３およびスラスト軸受１４が設けられている。
　減速機構３について説明する。図２に示すように、減速機構３は、電動モータ２の回転を、回転軸１６に固定された出力ギヤ２３に減速して伝える機構であり、複数のギヤ列を含む。この例では、減速機構３は、電動モータ２のロータ軸２ａに取付けられた入力ギヤ２４の回転を、ギヤ列２５，２６，２７により順次減速して、回転軸１６の端部に固定された出力ギヤ２３に伝達可能としている。
　ロック機構５について説明する。ロック機構５は、直動機構４の制動力弛み動作を阻止するロック状態と許容するアンロック状態とにわたって切換え可能に構成されている。前記減速機構３に、ロック機構５が設けられている。ロック機構５は、ケーシング（図示せず）と、ロックピン２９と、このロックピン２９をアンロック状態に付勢する付勢手段（図示せず）と、ロックピン２９を切換え駆動するアクチュエータであるリニアソレノイド３０とを有する。前記ケーシングは、ベースプレート８に支持され、このベースプレート８には、ロックピン２９の進退を許すピン孔が形成されている。
　ロック状態は、ロックピン２９を、リニアソレノイド３０により進出させて、ギヤ列２６における出力側の中間ギヤ２８に形成された係止孔（図示せず）に係合させ、中間ギヤ２８の回転を禁止することで達成される。一方、リニアソレノイド３０をオフにして、前記付勢手段による付勢力により、ロックピン２９を前記ケーシング内に収納させて前記係止孔から離脱させ、中間ギヤ２８の回転を許可することで、ロック機構５をアンロック状態にする。
　図３は、この電動ブレーキ装置の制御系のブロック図である。図３に示すように、この電動ブレーキ装置を搭載する車両には、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵ３１が設けられている。ＥＣＵ３１は、ブレーキペダル３２の動作量に応じて変化するセンサ３２ａの出力に応じて減速指令を生成する。ＥＣＵ３１にインバータ装置３３が接続され、インバータ装置３３は、各電動モータ２に対して設けられたパワー回路部３４と、このパワー回路部３４を制御するモータコントロール部３５とを有する。
　モータコントロール部３５は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、および電子回路により構成される。モータコントロール部３５は、ＥＣＵ３１から与えられる減速指令に従い、当該減速指令を電流指令に変換して、パワー回路部３４のＰＷＭ制御部３４ａにこの電流指令を与える。またモータコントロール部３５は、電動モータ２に関する各検出値や制御値等の各情報をＥＣＵ３１に出力する機能を有する。
　パワー回路部３４は、電源３６の直流電力を電動モータ２の駆動に用いる３相の交流電力に変換するインバータ３４ｂと、このインバータ３４ｂを制御するＰＷＭ制御部３４ａとを有する。電動モータ２は、３相の同期モータ等からなる。インバータ３４ｂは、複数の半導体スイッチング素子（図示せず）で構成され、ＰＷＭ制御部３４ａは、入力された電流指令をパルス幅変調し、前記各半導体スイッチング素子にオンオフ指令を与える。
　モータコントロール部３５は、その基本となる制御部としてモータ駆動制御部３７を有している。モータ駆動制御部３７は、上位制御手段であるＥＣＵ３１から与えられるトルク指令による減速指令に従い、当該減速指令を電流指令に変換して、パワー回路部３４のＰＷＭ制御部３４ａにこの電流指令を与える手段である。モータ駆動制御部３７は、インバータ３４ｂから電動モータ２に流しているモータ電流値を電流検出手段３８から得て、電流フィードバック制御を行う。またモータ駆動制御部３７は、電動モータ２のロータの回転角を回転角度センサ３９から得て、ロータ回転角に応じた効率的なモータ駆動が行えるように、ＰＷＭ制御部３４ａに電流指令を与える。なお、この電流指令は、この例では電圧値で与える。これらモータ駆動制御部３７とＰＷＭ制御部３４ａとで、電動モータ２の角速度を制御するモータ角速度制御機能部４０が構成される。
　この実施形態では、前記構成のモータコントロール部３５に、次の車速対応角速度制限手段４１を設けている。この車速対応角速度制限手段４１は、車速検出手段４４で検出される車速が低くなるに従って、モータ角速度制御機能部４０により電動モータ２の角速度を低く制限する。モータ駆動制御部３７からＰＷＭ制御部３４ａに与える電圧値に、車速対応角速度制限手段４１が制限を加えることで、ＰＷＭデューティ比を制限し、無負荷状態における電動モータ２の角速度を制限する。前記ＰＷＭデューティ比は、パルスのオン時間に対するパルスのオン時間とオフ時間との和であるスイッチング周期の比を表す。
　図４は、この電動ブレーキ装置の制御装置等を概略示すブロック図である。図３も参照しつつ説明する。車速対応角速度制限手段４１は、例えば、車速検出手段４４から得られる車速が定められた設定範囲内か否かを判定する判定部４１ａと、リミッタ回路４１ｂとを含む。前記設定範囲は、実車試験やシミュレーション等により設定され、必要に応じて複数の設定範囲が設定される。
　リミッタ回路４１ｂは、外部からの信号により能動状態と不能動状態とに切換可能であり、常時は不能動状態とされる。車速が定められた設定範囲内に入ったと判定部４１ａが判定すると、リミッタ回路４１ｂを能動状態とし、出力電圧を設定電圧以下に抑制させる。その後、車速検出手段４４から得られる車速がゼロつまり車両停止状態になったと判定部４１ａが判定すると、リミッタ回路４１ｂは不能動状態に復帰する。リミッタ回路４１ｂが能動状態の途中で、例えば、ブレーキペダルを離しアクセルペダルを踏み込むこと等により、車速が定められた設定範囲から外れたと判定部４１ａで判定すると、リミッタ回路４１ｂは不能動状態に復帰する。
　車速対応角速度制限手段４１は、車速が低速になる程、ＰＷＭデューティ比の上限を制限するように、ＰＷＭ制御部３４ａに与える指令に働きかける。これにより、車速が低くなるに従って、電圧実効値を低くして電動モータ２の角速度が低く制限される。
　図５は、この電動ブレーキ装置におけるモータ角速度制限の動作を示す概念図である。図５では、電動ブレーキ装置を搭載する車両の走行速度が低速になるに従って（図５（ａ））、電動モータ２の角速度の制限値を低くする例を示している（図５（ｄ））。図３も参照しつつ説明する。制御装置９は、ブレーキ力の指令値（図５（ｂ）点線にて表示）が増加し、非制動状態から制動状態に移行するとき、所定のクリアランスを設けた状態で待機していたブレーキパッドをディスクロータに押し付けるように、電動モータ２を駆動制御する。パッドクリアランスがゼロ以上のときはブレーキ力が発生せず（図５（ｂ）、（ｃ））、指令値が入力されてから、クリアランスがゼロになるまでの時間分の遅れが生じた後に、実ブレーキ力（図５（ｂ）実線にて表示）が発揮される。
　制御装置９は、ブレーキ指令値が減少し、非制動状態に移行するとき、ブレーキ力がゼロになった後も、ブレーキパッドがディスクロータから離れ、所定のクリアランスを設けるように電動モータ２を駆動制御する。電動モータ２を駆動制御するとき、前記の動作による応答遅れの影響は、車速が高速である程大きくなる。例えば、制動時のブレーキ力が発生するまでの応答遅れに対して、車速に比例して空走距離が伸びる。また、車両が高速である程、一般にロードノイズ等による暗騒音は大きくなるため、電動ブレーキ装置に求められる作動音の上限値は緩和できる。
　図３を参照して説明したように、ＰＷＭ制御部３４ａは、モータ駆動制御部３７から電圧値で与えられた指令に応じて、モータコイルの導通時間のＰＷＭデューティ比を制御する。このとき、ＰＷＭデューティ比の上限値または下限値を制限することで、モータ回転数が制限される。つまりモータ駆動制御部３７からＰＷＭ制御部３４ａに与える電圧値に、車速対応角速度制御手段４１が制限を加える。これにより、車速が低くなるに従って、電圧実効値を低くして電動モータの角速度が低く制限される。このように車速に応じて電動モータ２の角速度を制限することで、ブレーキとしての機能を損なうことなく、作動音の発生を抑えることができる。作動音の発生を抑えることで、車内騒音の低減を図り、車両の快適性を高めることができる。
　他の実施形態について説明する。以下の説明においては、各形態に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。
　図６は、他の実施形態に係る電動ブレーキ装置の制御装置等を概略示すブロック図である。図６は、パルス電圧振幅波形制御（Pulse Amplitude Modulation, 略称：ＰＡＭ制御）により、電動モータ２の角速度を制限する例を示す。モータ角速度制御機能部４０は、電動モータ２をＰＡＭ制御するＰＡＭ制御部４２を有し、車速対応角速度制限手段４１は、出力電圧の振幅の上限値または下限値を制限するようにＰＡＭ制御部４２に指令を与えることで、電動モータ２の角速度を制限する。
　この場合、ＰＡＭ制御部４２は、電源電圧を、例えば、ＰＡＭ制御部４２内部の昇圧回路４２ａを介してモータコイルに印加し、電圧の制御によって電動モータ２を制御する。このとき、車速対応角速度制限手段４１のリミッタ回路４１ｂは、昇圧回路４２ａの出力電圧の振幅の上限値を制限する。なおパワー回路部３４内にＰＡＭ制御部４２を設けて、電源電圧を車速対応角速度制限手段４１で制限しても良い。前記昇圧回路４２ａに代えて降圧回路４２ｂを適用する場合、車速対応角速度制限手段４１のリミッタ回路４１ｂは、降圧回路４２ｂの出力電圧の振幅の下限値を制限する。
　昇圧回路４２ａまたは降圧回路４２ｂとしては、例えば、スイッチング素子、ダイオード、コイル、およびコンデンサを使用したスイッチングレギュレータを使用しても良い。前記スイッチング素子として例えばトランジスタが適用され、このトランジスタがオンのとき、前記コイルにエネルギーが蓄積され、前記トランジスタがオフのとき前記コイルに蓄積されたエネルギーが放出される。電源電圧を昇圧回路４２ａにより昇圧する場合、ＥＣＵ３１（図３）からの減速指令に基づき、前記トランジスタのオン・オフを繰り返すことで出力電圧が得られるが、リミッタ回路４１ｂにより昇圧回路４２ａの出力電圧の振幅の上限値を制限する。これにより、車速が低くなるに従って、電動モータ２の角速度が低く制限される。電源電圧を降圧回路４２ｂにより降圧する場合、リミッタ回路４１ｂにより降圧回路４２ｂの出力電圧の振幅の下限値を制限する。これにより、車速が低くなるに従って、電動モータ２の角速度が低く制限される。
　さらにその他の実施形態として、例えば、図４または図６の形態において、電動モータ２には、ブラシレスＤＣモータを用いても良い。その場合、図７Ａまたは図７Ｂに示すように、モータ角速度制御機能部４０は、電動モータ２に印加する三相電流の周波数を制御する周波数制御部４３を有し、車速対応角速度制限手段４１は、前記三相電流の周波数を制限するように周波数制御部４３に指令を与えることで、電動モータ２の角速度を制限する。なお、図７Ｂでは、図６のように、ＰＡＭ制御部４２を有し、昇圧回路４２ａまたは降圧回路４２ｂによって、電源電圧が昇圧または減圧され、当該電圧の制御によって電動モータ２が制御される。この実施形態では、デューティ比や電圧を制御する代わりに、Ｕ，Ｖ，Ｗ三相の通電切り替え周期を一定以上とするよう、演算器を構成することで、モータ回転数を制御することができる。例えば、１８０度通電方式の場合は、三相電流の周波数を制限し、１２０度通電方式の場合は相切り替え間隔を一定時間以上に制限することができる。
　前記各実施形態では、電動ブレーキ装置をディスクブレーキに適用しているが、ディスクブレーキのみに限定されるものではない。電動ブレーキ装置をドラムブレーキに適用しても良い。
　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる発明の範囲内のものと解釈される。
２…電動モータ
４…直動機構
６…ブレーキロータ
７…ブレーキパッド
９…制御装置
３４ａ…ＰＷＭ制御部
４０…モータ角速度制御機能部
４１…車速対応角速度制限手段
４２…ＰＡＭ制御部
４３…周波数制御部
４４…車速検出手段

Claims (6)

  1. 　ブレーキロータと、ブレーキパッドと、電動モータと、この電動モータの回転運動を直線運動に変換して前記ブレーキパッドに伝える直動機構と、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であって、
    　車速を検出する車速検出手段を設け、
    　前記制御装置は、
    　前記電動モータの角速度を制御するモータ角速度制御機能部と、
    　前記車速検出手段で検出される車速に応じて、前記電動モータの角速度を制限する車速対応角速度制限手段とを備える電動ブレーキ装置。
  2. 　請求項１記載の電動ブレーキ装置において、前記モータ角速度制御機能部は、前記電動モータをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部を有し、前記車速対応角速度制限手段は、ＰＷＭデューティ比を制限するように前記ＰＷＭ制御部に指令を与えることで、前記無負荷状態における前記電動モータの角速度を制限する電動ブレーキ装置。
  3. 　請求項１記載の電動ブレーキ装置において、前記モータ角速度制御機能部は、前記電動モータをＰＡＭ制御するＰＡＭ制御部を有し、前記車速対応角速度制限手段は、出力電圧の振幅の上限値を制限するように前記ＰＡＭ制御部に指令を与えることで、前記無負荷状態における前記電動モータの角速度を制限する電動ブレーキ装置。
  4. 　請求項１記載の電動ブレーキ装置において、前記モータ角速度制御機能部は、前記電動モータをＰＡＭ制御するＰＡＭ制御部を有し、前記車速対応角速度制限手段は、出力電圧の振幅の下限値を制限するように前記ＰＡＭ制御部に指令を与えることで、前記無負荷状態における前記電動モータの角速度を制限する電動ブレーキ装置。
  5. 　請求項１記載の電動ブレーキ装置において、前記モータ角速度制御機能部は、前記電動モータに印加する三相電流の周波数を制御する周波数制御部を有し、前記車速対応角速度制限手段は、前記三相電流の周波数を制限するように前記周波数制御部に指令を与えることで、前記無負荷状態における前記電動モータの角速度を制限する電動ブレーキ装置。
  6. 　請求項１記載の電動ブレーキ装置において、前記車速対応角速度制限手段は、前記車速検出手段で検出される前記車速が低くなるに従って、前記電動モータの前記角速度を低く制限する電動ブレーキ装置。
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