WO2016152746A1 - 電動ブレーキ装置 - Google Patents

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WO2016152746A1
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唯 増田
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    • F16D2066/005Force, torque, stress or strain

Definitions

  • the present invention relates to an electric brake device, and relates to a technique that can easily design a control system without deteriorating brake feeling.
  • Patent Document 1 An electric linear actuator using a planetary roller screw mechanism.
  • Patent Document 2 An electric brake actuator that applies a braking force by pressing the brake pedal to convert the rotational motion of the motor into a linear motion via a linear motion mechanism and pressing the brake pad against the brake disc.
  • an electric brake device such as Patent Documents 1 and 2
  • a function of causing an estimated brake force such as a pad pressing force to follow a target brake force
  • a target value is a required brake force
  • a control amount is an estimated brake force
  • a nonlinear spring consisting of the rigidity of the electric brake device is included in the control parameter as shown in the following equation: Since the constant ⁇ is included, there is a problem that the design of the control system becomes difficult. In general, for example, in a disc brake, the spring constant ⁇ varies about 10 to 100 times at the maximum.
  • the target value is the required motor angle and the controlled variable is the motor angle
  • the [ ⁇ 0] part in the above equation becomes [1 0], and all can be described as a linear system, making the controller design easy.
  • the motor angle is included in the calculation, the value of the motor angle tends to be very large, which causes a problem that the frequency of increase in calculation load and overflow of variables increases.
  • An object of the present invention is to provide an electric brake device that can easily design a control system without deteriorating the brake feeling.
  • the electric brake device includes a brake rotor 8, a friction member 9 that makes contact with the brake rotor 8, friction member operation means 6 that makes the friction member 9 contact the brake rotor 8, and this friction member operation means 6.
  • An electric motor 4 for driving the brake a brake force estimating means 28 for obtaining an estimated value of a brake force generated by pressing the friction member 9 against the brake rotor 8, and controlling the electric motor 4 to achieve a target brake force.
  • An electric brake device including a control device 2 that performs follow-up control on force
  • the control device 2 has a control system that includes the motor rotation angle of the electric motor 4 in the state quantity in the control calculation of the follow-up control, and the target brake force, the estimated value of the brake force, the target brake At least based on a predetermined condition using at least one of the amount of change in force, the amount of change in the estimated value of the braking force, and the deviation between the target braking force and the estimated value of the braking force, It has a state quantity reset function unit 25 for resetting the motor rotation angle to a predetermined value.
  • the predetermined condition is determined based on results of experiments, simulations, and the like, which have less influence on the brake feeling.
  • the predetermined value is also determined by results of experiments, simulations, and the like.
  • the control device 2 performs control (hereinafter referred to as “following control”) in which the electric motor 4 is controlled to cause the braking force to follow the target braking force. Since the control device 2 has a control system that includes the motor rotation angle in the state quantity in the follow-up control, the control device 2 can be a linear control system. Therefore, the control parameter includes a non-linear spring constant including the rigidity of the electric brake device in the control parameter. In addition, the control system can be easily designed.
  • the control device 2 Since the control device 2 has a control system that includes the motor rotation angle in the state quantity in the follow-up control, the problem is that the value of the motor rotation angle becomes very large. This problem can be solved by resetting the motor rotation angle, which is a state quantity, as follows.
  • the state quantity reset function unit 25 in the control device 2 includes a target brake force, an estimated value of the brake force, a change amount of the target brake force, a change amount of the estimated value of the brake force, and an estimated value of the target brake force and the brake force. Based on a predetermined condition using at least one of the deviations, at least the motor rotation angle is reset to a predetermined value. Thereby, it is possible to suppress an increase in calculation load and prevent a variable overflow from occurring. Further, since the state quantity reset function unit 25 resets the motor rotation angle with the condition that has little influence on the brake feeling as the predetermined condition, even if the operation amount fluctuates due to the reset of the motor rotation angle, The driver is less likely to feel worse brake feeling.
  • the state quantity reset function unit 25 of the control device 2 has, as the predetermined condition, an absolute value of a change amount of a target brake force that is equal to or less than a set value, and a target brake force and an estimated value of the brake force, When the absolute value of the deviation is less than or equal to the threshold value, at least the motor rotation angle may be reset to a predetermined value.
  • the set value and the threshold value are determined by the results of experiments and simulations, respectively.
  • the electric brake device DB keeps the brake force substantially constant. The value is considered to be maintained. At that time, even if the operation amount fluctuates with the reset of the motor rotation angle, which is a state quantity, the braking force does not fluctuate within the friction hysteresis loop of the electric brake device DB. For this reason, by setting the determined condition as the above-described condition, it is possible to reset the motor rotation angle without deteriorating the brake feeling of the driver in the vehicle on which the electric brake device DB is mounted.
  • the state quantity reset function unit 25 of the control device 2 determines, as the predetermined condition, an absolute value of a deviation between a target braking force and an estimated value of the braking force, or an electric motor determined based on the deviation. When one or both of the four driving forces are equal to or greater than the threshold value, at least the motor rotation angle may be reset to a predetermined value.
  • the threshold value is determined by a result of experiment, simulation, or the like.
  • the electric brake device DB When the absolute value of the deviation between the target brake force and the estimated value of the brake force is greater than or equal to the threshold value, for example, when the brake operation is suddenly performed, the electric brake device DB is operating at a very high speed. it is conceivable that. In that case, even if the operation amount fluctuates with the resetting of the motor rotation angle, which is the state amount, the driver hardly feels the deterioration of the brake feeling. In addition, when the deviation is large as described above, it is considered that output saturation is often generated in the motor. In such a case, it is considered that the manipulated variable fluctuation itself in the resetting of the state quantity hardly occurs. It is done.
  • the above condition that is, the condition when the absolute value of the amount of change in the target brake force is not more than the set value and the absolute value of the deviation between the target brake force and the estimated value of the brake force is not more than the threshold value
  • the condition when either one or both of the absolute value of the deviation between the target braking force and the estimated value of the braking force or the driving force of the electric motor 4 determined based on the deviation is equal to or greater than a threshold value is This does not completely guarantee overflow suppression for every driver's brake operation. Therefore, as a countermeasure against a very limited situation where the motor rotation angle continues to be accumulated without satisfying the above conditions, the state quantity reset function unit 25 of the control device 2 has at least the absolute value of the motor rotation angle as a threshold value. When it is above, at least the motor rotation angle may be forcibly reset.
  • the threshold value is determined by a result of experiment, simulation, or the like.
  • the electric brake device DB includes an electric actuator 1, a control device 2, and a brake force estimating means 28 (FIG. 2). First, the electric actuator 1 will be described.
  • the electric actuator 1 includes an electric motor 4, a speed reduction mechanism 5 that decelerates the rotation of the electric motor 4, a linear motion mechanism 6, a parking brake mechanism 7 that is a parking brake, a brake rotor 8, and a friction member 9.
  • the electric motor 4, the speed reduction mechanism 5, and the linear motion mechanism 6 are incorporated in, for example, a housing not shown.
  • the brake rotor 8 rotates integrally with a wheel (not shown), and may be a disk type or a drum type.
  • the friction member 9 is a brake pad or a brake shoe.
  • the linear motion mechanism 6 includes a feed screw mechanism such as a ball screw mechanism or a planetary roller screw mechanism.
  • the electric motor 4 is a three-phase synchronous motor or the like.
  • the speed reduction mechanism 5 is a mechanism that reduces and transmits the rotation of the electric motor 4 to the tertiary gear 11 fixed to the rotary shaft 10 of the linear motion mechanism 6.
  • the primary gear 12, the intermediate gear 13, and the tertiary gear 11 is included.
  • the speed reduction mechanism 5 decelerates the rotation of the primary gear 12 attached to the rotor shaft 4a of the electric motor 4 by, for example, an intermediate gear 13 in which two layers of concentric and different radii rotate together.
  • the third gear 11 fixed to the end of the rotary shaft 10 can be transmitted.
  • the linear motion mechanism 6 which is a friction member operating means, converts the rotational motion output from the speed reduction mechanism 5 into a linear motion of the linear motion portion 14 by the feed screw mechanism, and abuts the friction member 9 against the brake rotor 8. Or it is a mechanism which makes it separate.
  • the linear motion part 14 is supported so as to be free of rotation and movable in the axial direction indicated by the arrow A1.
  • a friction member 9 is provided at the outboard side end of the linear motion portion 14. By transmitting the rotation of the electric motor 4 to the linear motion mechanism 6, the rotational motion is converted into a linear motion, which is converted into the pressing force of the friction member 9 to generate a braking force.
  • the outer side in the vehicle width direction of the vehicle is referred to as the outboard side
  • the center side of the vehicle is referred to as the inboard side.
  • the parking brake mechanism 7 includes a lock member 15 and an actuator 16.
  • a plurality of locking holes are formed at regular intervals in the circumferential direction on the end surface on the outboard side of the intermediate gear 13.
  • the lock member 15 is configured to be able to be locked in any one of these locking holes.
  • a linear solenoid is applied as the actuator 16. Since the lock member (solenoid pin) 15 is advanced by the actuator 16 and the lock member 15 is engaged with the engagement hole formed in the intermediate gear 13, the intermediate gear 13 is prevented from rotating.
  • the parking lock state is realized. A part or all of the lock member 15 is retracted into the actuator 16 and is released from the locking hole, thereby allowing the rotation of the intermediate gear 13 and bringing it into an unlocked state.
  • the control device 2 is a device that controls the electric actuator 1 that is a control target. More specifically, the control device 2 controls the electric motor 4 to cause the braking force to follow the target braking force. It has a function to perform control (follow-up control).
  • the control device 2 is connected to a host ECU 18 which is a host control means of the control device 2.
  • the control device 2 of each electric brake device DB is connected to the host ECU 18. For example, an electric control unit that controls the entire vehicle is applied as the host ECU 18.
  • the host ECU 18 may be, for example, a LUT (Look Up Table) implemented by software or hardware according to the output of a sensor (not shown) that changes according to the amount of operation of a brake pedal (not shown), or software.
  • the target braking force is generated in the control device 2 of the electric brake device DB by using a predetermined conversion function stored in the library of the library or hardware equivalent thereto (hereinafter referred to as “embodiment model”). Output.
  • the control device 2 performs follow-up control that feeds back the braking force with respect to the target braking force given from the host ECU 18.
  • the control device 2 includes a controller 17, a limiter circuit 19, a discrete holder 20, an equation calculation unit 21 including state transition matrices A, B, and C to be controlled, a spring constant multiplication unit 22 including brake rigidity, And a discrete sampler 23.
  • the discrete holder 20 has a function of outputting the output calculated by the controller 17 including a digital arithmetic element such as a microcomputer or ASIC as a continuous amount between arithmetic samples. For example, in motor control, PWM output is performed at a predetermined duty ratio.
  • the discrete sampler 23 has a function of discretizing and sampling a continuous quantity such as a sensor signal as an input in each calculation sample of the digital calculation element, and is implemented by an A / D converter, for example.
  • the state transition matrices A, B, and C may be given from physical characteristic values such as the electric actuator inertia, or may be simplified by omitting a part if necessary.
  • the controller 17 is a control system that includes the motor rotation angle of the electric motor 4 in the state quantity x (k) in the follow-up control. Note that the state quantity x (k) may include not only the motor rotation angle but also the angular velocity of the electric motor 4.
  • the controller 17 includes a target motor angle generation function unit 24, a state quantity reset function unit 25, and a state feedback controller 29.
  • the target motor angle generation function unit 24 is estimated by a brake force estimating means 28 (described later) and further extracted via the discrete sampler 23 (referred to as “brake force estimated value”) Specifically, a hardware circuit capable of generating and outputting a target motor angle that is a target state quantity r (k) of the electric motor 4 from the target brake force applied from the ECU 18 using the above-described implementation model. Alternatively, it is composed of software functions on a processor (not shown).
  • the state quantity reset function unit 25 is in this example.
  • the motor rotation angle (state quantity) using the above-described implementation model is configured with software functions on the hardware circuit or processor can output is reset to a value x 0 which is defined a motor angle) (not shown).
  • the state quantity reset function unit 25 resets the motor rotation angle, which is a state quantity, when a predetermined condition (described later) is satisfied.
  • the state feedback controller 29 receives the target state quantity r (k) given from the target motor angle generation function unit 24 and the state quantity x (k) given from the sensing information of the electric motor 4 and extracted via the discrete sampler 23, for example. ) And a reset signal given from the state quantity reset function unit 25 as necessary (in other words, when the predetermined condition is satisfied), specifically, using the above-described implementation model , A hardware circuit that can calculate and output an operation amount u (k) or a software function on a processor (not shown).
  • the operation amount u (k) is a motor torque, a motor voltage, or the like.
  • the sensing information of the electric motor 4 includes a motor current value detected from a current detection means (not shown), a motor angle estimated from a rotation angle estimation means (not shown), and the like.
  • the current detection unit may be, for example, a current sensor, and may estimate a motor current value from motor specifications such as an inductance value and a resistance value measured in advance and a motor voltage.
  • the rotation angle estimation means may be, for example, an angle sensor such as a magnetic encoder or resolver, and may estimate the motor angle from the motor specifications and motor voltage using a physical equation.
  • the brake force of the electric brake device DB is estimated by the brake force estimating means 28.
  • the brake force estimation means 28 may be, for example, a load sensor that detects the load of the electric actuator 1, and calculates an estimated brake force value from information such as a wheel speed sensor and an acceleration sensor of a vehicle on which the electric brake device is mounted.
  • the estimated brake force value may be calculated from the characteristics of the electric actuator 1 and the sensing information of the electric motor 4 described above.
  • a magnetic sensor (not shown) is applied as the load sensor.
  • a load sensor including a magnetic sensor magnetically detects the reaction force of the braking force as an axial displacement amount.
  • the brake force estimating means 28 has a relationship between the reaction force of the brake force and the sensor output obtained in advance by experiments or the like and set in the form of a table or the like. Based on this, the braking force can be estimated.
  • an optical type sensor other than the magnetic type, an eddy current type, or a capacitance type sensor can be applied.
  • the limiter circuit 19 suppresses the operation amount u (k) given from the state feedback controller 29 below the set value.
  • the manipulated variable u (k) is, for example, a motor voltage
  • the limiter circuit 19 suppresses the output voltage below the set voltage.
  • the continuous amount of the manipulated variable u (k) output via the limiter circuit 19 and the discrete holder 20 is input to the equation calculation unit 21 and used for the calculation of the control amount y (t).
  • the control amount y (t) may be one or both of the motor rotation angle and the motor rotation angular velocity.
  • the target state quantity r (k) may be one or both of a target motor angle and a target motor rotation angular velocity.
  • the control amount y (t) is output as a braking force in consideration of the spring coefficient ⁇ by the spring constant multiplication unit 22 composed of brake rigidity.
  • the target motor rotation angle can be determined from the correlation between the motor rotation angle measured in advance and the brake force calculated from the sensor output of the load sensor or the like.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the brake stiffness and the like of the electric brake device and the brake pressing force.
  • the spring constant generally increases with an increase in the brake pressing force.
  • the motor rotation angle increases more as the brake pressing force is lower due to the above-described nonlinear rigidity.
  • the state quantity reset function unit 25 (FIG. 2) described above resets the motor rotation angle, which is a state quantity.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an operation example of the state quantity reset function unit 25.
  • this processing is started after the electric brake device DB is turned on, and the state quantity reset function unit 25 performs the target brake force Fr given from the host ECU 18 and the brake force estimated value Fb given from the brake force estimating means 28 and the like. Is calculated (step S1).
  • the state quantity reset function unit 25 determines that the absolute value
  • step S3 When the absolute value
  • the motor rotation angle is reset (step S6).
  • the set value A may be a minute value such as A ⁇ 0. In this case, the condition that step S2 is yes may be
  • step S2 yes and step S3: yes
  • the electric brake device DB is considered to maintain the brake force at a substantially constant value.
  • the operation amount u (k) fluctuates with the resetting of the state quantity x (k)
  • the braking force does not fluctuate within the friction hysteresis loop of the electric brake device DB. Therefore, the state quantity x (k) can be reset without deteriorating the brake feeling of the driver of the vehicle equipped with the electric brake device DB.
  • step S2 When the absolute value
  • step S4 when the absolute value
  • the operation amount u (k) is, for example, motor driving
  • the voltage is saturated due to the upper limit of the voltage or the like, the fluctuation of the manipulated variable u (k) hardly occurs. Therefore, the state quantity x (k) can be reset without deteriorating the brake feeling of the driver of the vehicle equipped with the electric brake device DB (the process proceeds to step S6).
  • step S5 the state quantity reset function unit 25
  • Step S5: yes) the state quantity reset in step Since there is a risk that the motor rotation angle ⁇ overflows without satisfying the generation condition, the motor rotation angle that is the state quantity x (k) is forcibly reset (step S6). Thereafter, this process is terminated.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating an operation example of the state quantity reset function unit 25
  • FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a case where the state quantity is reset according to the occurrence of an overflow according to the conventional example.
  • the upper figure in each figure shows the time response of the braking force (shown by a solid line) with respect to the command value of the braking force (target braking force: shown by a dotted line).
  • the lower figure in each figure shows the transition of the motor rotation angle at that time.
  • a state quantity reset occurs at a location where the motor rotation angle has sharply changed to zero (a location indicated by an arrow).
  • the control device 2 controls the electric motor 4 to control the brake force to follow the target brake force. Since the control device 2 has a control system that includes the motor rotation angle in the state quantity in the follow-up control, the control device 2 can be a linear control system. Therefore, the control parameter includes a non-linear spring constant including the rigidity of the electric brake device in the control parameter. In addition, the control system can be easily designed.
  • the control device 2 Since the control device 2 has a control system that includes the motor rotation angle in the state quantity in the follow-up control, the problem is that the value of the motor rotation angle becomes very large. This problem can be solved by resetting the motor rotation angle, which is a state quantity, as follows.
  • the state quantity reset function unit 25 in the control device 2 includes a target brake force, a brake force estimated value, a change amount of the target brake force, a change amount of the brake force estimated value, and a deviation between the target brake force and the brake force estimated value. Of these, at least the motor rotation angle is reset to a predetermined value based on a predetermined condition using at least one of them.
  • the state quantity reset function unit 25 resets the motor rotation angle with the condition that has little influence on the brake feeling as the predetermined condition, even if the operation amount fluctuates due to the reset of the motor rotation angle, The driver is less likely to feel worse brake feeling. Therefore, according to this electric brake device DB, the control system can be easily designed without deteriorating the brake feeling.
  • state feedback controller 29 is applied to a control target, but other control methods may be used.
  • a PID series compensator may be used, or a switching nonlinear compensator such as a sliding mode may be used.
  • a state transition model may be applied as an equation in the equation calculation unit 21 including a state transition matrix.
  • the state quantity reset function unit 25 does not reset the state quantity x (k) again within a predetermined time after the state quantity x (k) is reset. It is good also as processing.
  • the state quantity reset function unit 25 does not generate the reset of the state quantity x (k) again when the brake force in which the reset of the state quantity x (k) occurs is within a predetermined brake force range. It is good also as processing.
  • Control device 4 Electric motor 6 .
  • Linear motion mechanism (friction member operation means) 8 ...
  • Brake rotor 9 ... Friction member 25 .
  • State quantity reset function unit 28 ... Brake force estimating means

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Abstract

 ブレーキフィーリングを悪化させることなく制御系を容易に設計できる電動ブレーキ装置を提供する。この電動ブレーキ装置(DB)は、ブレーキロータと、摩擦部材と、摩擦部材操作手段と、電動モータ(4)と、ブレーキ力推定手段(28)と、制御装置(2)とを備える。制御装置(2)は、電動モータ(4)のモータ回転角を、追従制御の制御演算における状態量に含む制御系を有する。また制御装置(2)は、目標ブレーキ力、ブレーキ力の推定値、目標ブレーキ力の変化量、ブレーキ力の推定値の変化量、および、目標ブレーキ力とブレーキ力の推定値との偏差のうち、少なくともいずれか1つを用いた定められた条件に基づいて、少なくともモータ回転角を定められた値にリセットする状態量リセット機能部(25)を有する。

Description

電動ブレーキ装置 関連出願
 本出願は、2015年3月26日出願の特願2015-63675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、電動ブレーキ装置に関し、ブレーキフィーリングを悪化させることなく制御系を容易に設計できる技術に関する。
 電動ブレーキ装置として、以下の技術が提案されている。
 1.遊星ローラねじ機構を使用した電動式直動アクチュエータ(特許文献1)。
 2.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付加する電動ブレーキ用アクチュエータ(特許文献2)。
特開2006-194356号公報 特開平6-327190号公報
 特許文献1,2のような電動ブレーキ装置において、一般に目標ブレーキ力に対してパッド押圧力等の推定ブレーキ力を追従させる機能が要求される。しかしながら、電動モータのサーボ制御装置を設計するうえで、目標値を要求ブレーキ力、制御量を推定ブレーキ力とすると、次式に示すように制御パラメータ中に電動ブレーキ装置の剛性からなる非線形のバネ定数κを含むため、制御系の設計が困難になる問題がある。一般に、例えばディスクブレーキにおいて前記バネ定数κは最大で10~100倍程度変化する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 
 一方で、目標値を要求モータ角度、制御量をモータ角度とすると、上式において[κ 0]の部分が[1 0]となり、全て線形なシステムとして記述できるため、コントローラの設計が容易となる。しかしながら、モータ角度を演算に含める場合、モータ角度の値が非常に大きくなりやすいことで、演算負荷の増大や変数のオーバーフローが発生する頻度が高くなる問題がある。
 上記の問題の対策として、上記x(t)の値を逐次リセットする処理が一般に行われる。しかしながら、小数点の切り捨て等の影響により、x(t)をリセットする際に操作量u(k)の値が変動し、電動アクチュエータが意図しない動作をする可能性がある。この問題が電動ブレーキ装置において発生した場合、制動ショックや作動音の悪化などが発生することにより、ブレーキフィーリングが悪化する可能性がある。
 この発明の目的は、ブレーキフィーリングを悪化させることなく制御系を容易に設計できる電動ブレーキ装置を提供することである。
 以下、この発明について、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8と、このブレーキロータ8に接触させる摩擦部材9と、この摩擦部材9を前記ブレーキロータ8に接触させる摩擦部材操作手段6と、この摩擦部材操作手段6を駆動する電動モータ4と、前記摩擦部材9を前記ブレーキロータ8に押し付けることにより発生するブレーキ力の推定値を求めるブレーキ力推定手段28と、前記電動モータ4を制御してブレーキ力を目標ブレーキ力に対して追従制御する制御装置2とを備える電動ブレーキ装置であって、
 前記制御装置2は、前記電動モータ4のうちモータ回転角を、前記追従制御の制御演算における状態量に含む制御系を有し、かつ、前記目標ブレーキ力、前記ブレーキ力の推定値、目標ブレーキ力の変化量、ブレーキ力の推定値の変化量、および、前記目標ブレーキ力と前記ブレーキ力の推定値との偏差のうち、少なくともいずれか1つを用いた定められた条件に基づいて、少なくとも前記モータ回転角を定められた値にリセットする状態量リセット機能部25を有する。
 前記定められた条件は、ブレーキフィーリングへの影響が少ない条件を実験やシミュレーション等の結果により定める。前記定められた値も実験やシミュレーション等の結果により定められる。
 この構成によると、制御装置2は、電動モータ4を制御してブレーキ力を目標ブレーキ力に対して追従させる制御(以下、「追従制御」という。)を行う。制御装置2は、モータ回転角を追従制御における状態量に含んだ制御系を有するため、線形な制御システムとでき、よって制御パラメータ中に電動ブレーキ装置の剛性からなる非線形バネ定数を含む従来技術よりも、制御系を容易に設計することができる。
 この制御装置2は、モータ回転角を、追従制御における状態量に含んだ制御系を有するため、モータ回転角の値が非常に大きくなることが課題とされていたが、状態量リセット機能部25が状態量であるモータ回転角を次のようにリセットすることで、この問題を未然に解消することができる。制御装置2における状態量リセット機能部25は、目標ブレーキ力、ブレーキ力の推定値、目標ブレーキ力の変化量、ブレーキ力の推定値の変化量、および、目標ブレーキ力とブレーキ力の推定値との偏差のうち、少なくともいずれか1つを用いた定められた条件に基づいて、少なくともモータ回転角を定められた値にリセットする。これにより、演算負荷の増大を抑制し、変数のオーバーフローが発生することを防止し得る。また状態量リセット機能部25は、ブレーキフィーリングへの影響が少ない条件を前記定められた条件として、モータ回転角をリセットするため、このモータ回転角のリセットに伴い操作量が変動しても、ドライバーはブレーキフィーリングの悪化を感じにくい。
 前記制御装置2の前記状態量リセット機能部25は、前記定められた条件として、目標ブレーキ力の変化量の絶対値が設定値以下であり、かつ、目標ブレーキ力と前記ブレーキ力の推定値との偏差の絶対値が閾値以下であるときに、少なくとも前記モータ回転角を定められた値にリセットしても良い。前記設定値、前記閾値はそれぞれ実験やシミュレーション等の結果により定められる。
 目標ブレーキ力の変化量の絶対値が設定値以下であり、かつ、目標ブレーキ力とブレーキ力の推定値との偏差の絶対値が閾値以下である場合、電動ブレーキ装置DBはブレーキ力を略一定値に維持していると考えられる。その際、状態量であるモータ回転角のリセットに伴い操作量が変動しても、電動ブレーキ装置DBの摩擦ヒステリシスループ内であればブレーキ力は変動しない。このため、前記定められた条件を前述の条件とすることで、この電動ブレーキ装置DBが搭載された車両におけるドライバーのブレーキフィーリングを悪化させることなくモータ回転角のリセットが可能となる。
 前記制御装置2の前記状態量リセット機能部25は、前記定められた条件として、目標ブレーキ力と前記ブレーキ力の推定値との偏差の絶対値、または、前記偏差に基づいて決定される電動モータ4の駆動力のいずれか一方または両方が閾値以上であるときに、少なくとも前記モータ回転角を定められた値にリセットしても良い。前記閾値は、実験やシミュレーション等の結果により定められる。
 目標ブレーキ力と前記ブレーキ力の推定値との偏差の絶対値が閾値以上である場合、例えば、急激なブレーキ操作がされた場合などにおいて電動ブレーキ装置DBが極めて高速に動作している状態にあると考えられる。その場合、状態量であるモータ回転角のリセットに伴い操作量が変動しても、ドライバーはブレーキフィーリングの悪化を感じにくい。また、上記のように偏差が大きい場合においては、モータに出力飽和が発生している場合が多いと考えられ、そのような場合には状態量のリセットにおける操作量変動そのものが発生し難いと考えられる。
 但し、上記の条件、すなわち目標ブレーキ力の変化量の絶対値が設定値以下であり、かつ、目標ブレーキ力と前記ブレーキ力の推定値との偏差の絶対値が閾値以下であるときの条件、または、目標ブレーキ力と前記ブレーキ力の推定値との偏差の絶対値、または、前記偏差に基づいて決定される電動モータ4の駆動力のいずれか一方または両方が閾値以上であるときの条件は、あらゆる全てのドライバーのブレーキ操作に対してオーバフロー抑止を完全に保証するものではない。そこで、上記の条件に該当しないままモータ回転角が積算され続ける極めて限られた状況への対策として、前記制御装置2の前記状態量リセット機能部25は、少なくとも前記モータ回転角の絶対値が閾値以上であるときに、少なくとも前記モータ回転角を強制的にリセットしても良い。前記閾値は、実験やシミュレーション等の結果により定められる。
 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、この発明に含まれる。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、この発明に含まれる。
 この発明は、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、この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。この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。
この発明の実施形態に係る電動ブレーキ装置を概略示す図である。 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ブレーキ剛性等とブレーキ押圧力との関係を示す図である。 同電動ブレーキ装置の状態量リセット機能部の動作例を示すフローチャートである。 同状態量リセット機能部の動作例を模式的に示す図である。 従来例に係り、オーバーフローの発生に応じて状態量をリセットする場合を模式的に示す図である。
 この発明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、電動ブレーキ装置DBは、電動アクチュエータ1と、制御装置2と、ブレーキ力推定手段28(図2)とを有する。先ず、電動アクチュエータ1について説明する。
 電動アクチュエータ1は、電動モータ4と、この電動モータ4の回転を減速する減速機構5と、直動機構6と、駐車ブレーキであるパーキングブレーキ機構7と、ブレーキロータ8と、摩擦部材9とを有する。電動モータ4、減速機構5、および直動機構6は、例えば、図示外のハウジング等に組込まれる。なおブレーキロータ8は、不図示の車輪と一体で回転するものであり、ディスク型であっても、ドラム型であっても良い。摩擦部材9は、ブレーキパッドまたはブレーキシュー等である。直動機構6は、ボールねじ機構や遊星ローラねじ機構などの送りねじ機構からなる。
 電動モータ4は3相の同期モータ等である。減速機構5は、電動モータ4の回転を、直動機構6の回転軸10に固定された3次歯車11に減速して伝える機構であり、1次歯車12、中間歯車13、および3次歯車11を含む。この例では、減速機構5は、電動モータ4のロータ軸4aに取り付けられた1次歯車12の回転を、例えば同心で半径の異なる2層の歯車が一体で回転する中間歯車13により減速して、回転軸10の端部に固定された3次歯車11に伝達可能としている。
 摩擦部材操作手段である直動機構6は、減速機構5から出力される回転運動を送りねじ機構により直動部14の直線運動に変換して、ブレーキロータ8に対して摩擦部材9を当接または離隔させる機構である。直動部14は、回り止めされ且つ矢符A1にて表記する軸方向に移動自在に支持されている。直動部14のアウトボード側端に摩擦部材9が設けられる。電動モータ4の回転を直動機構6に伝達することで、回転運動が直線運動に変換され、それが摩擦部材9の押圧力に変換されることによりブレーキ力を発生させる。なお、電動ブレーキ装置DBを車両に搭載した状態で、車両の車幅方向外側をアウトボード側といい、車両の中央側をインボード側という。
 パーキングブレーキ機構7について説明する。パーキングブレーキ機構7は、ロック部材15とアクチュエータ16とを有する。中間歯車13のアウトボード側端面には、複数の係止孔(図示せず)が円周方向一定間隔おきに形成されている。これら係止孔のいずれか1つにロック部材15が係止可能に構成される。アクチュエータ16として例えばリニアソレノイドが適用される。アクチュエータ16によりロック部材(ソレノイドピン)15を進出させて、該ロック部材15を中間歯車13に形成された前記係止孔に嵌まり込ませることで係止するので、中間歯車13の回転を禁止することができ、パーキングロック状態が実現される。ロック部材15の一部または全部をアクチュエータ16内に退避させて前記係止孔から離脱させることで、中間歯車13の回転を許容し、アンロック状態にする。
 制御装置2等について説明する。図2に示すように、制御装置2は、制御対象である電動アクチュエータ1を制御する装置であって、より詳しくは、電動モータ4を制御して、ブレーキ力を目標ブレーキ力に対して追従させる制御(追従制御)を行う機能を有する。この制御装置2には、この制御装置2の上位制御手段である上位ECU18が接続されている。なお車両に複数の電動ブレーキ装置DBが搭載される場合、各電動ブレーキ装置DBの制御装置2が、上位ECU18へ接続される。上位ECU18として、例えば、車両全般を制御する電気制御ユニットが適用される。上位ECU18は、例えば、図示外のブレーキペダルの操作量に応じて変化するセンサ(図示せず)の出力に応じて、ソフトウエアやハードウエアで実現されたLUT(Look Up Table)、またはソフトウエアのライブラリ(Library)に収められた所定の変換関数やそれに等価のハードウエア等(以下、「具現化モデル」という。)を用いて、電動ブレーキ装置DBの制御装置2に目標ブレーキ力を生成し出力する。
 制御装置2は、上位ECU18から与えられる目標ブレーキ力に対してブレーキ力をフィードバックする追従制御を実施する。この制御装置2は、コントローラ17と、リミッタ回路19と、離散ホールダ20と、制御対象の状態遷移行列A,B,Cを含む方程式演算部21と、ブレーキ剛性からなるバネ定数乗算部22と、離散サンプラ23とを有する。離散ホールダ20は、マイコンやASIC等のディジタル演算素子からなるコントローラ17で算出された出力を、演算サンプル間における連続量として出力する機能を有し、例えばモータ制御においては所定のデューティ比でPWM出力を生成するスイッチング素子等によって実装される。離散サンプラ23は、センサの信号等の連続量をディジタル演算素子の各演算サンプルにおける入力として離散化してサンプリングする機能を有し、例えばA/D変換器によって実装される。
 前記状態遷移行列A,B,Cは電動アクチュエータ慣性等の物理特性値から与えても良く必要に応じて一部を不使用とするなどして簡略化しても良い。コントローラ17は、電動モータ4のモータ回転角を、前記追従制御における状態量x(k)に含む制御系である。なお状態量x(k)は、モータ回転角だけでなく電動モータ4の角速度も含めても良い。このコントローラ17は、目標モータ角度生成機能部24と、状態量リセット機能部25と、状態フィードバック制御器29とを有する。
 目標モータ角度生成機能部24は、ブレーキ力推定手段28(後述する)で推定され、さらに離散サンプラ23を介して抽出されたブレーキ力の推定値(「ブレーキ力推定値」と称す)と、上位ECU18から与えられる目標ブレーキ力とから、具体的には、上記の具現化モデルを用いて、電動モータ4の目標状態量r(k)である目標モータ角度を生成して出力しうるハードウエア回路またはプロセッサ(不図示)上のソフトウエア関数で構成されている。状態量リセット機能部25は、この例では。上位ECU18から与えられる目標ブレーキ力、および、これと前記ブレーキ力推定値との偏差ΔFの入力を受けて、具体的には、上記の具現化モデルを用いて、状態量であるモータ回転角(モータ角度)を定められた値xにリセットして出力しうるハードウエア回路またはプロセッサ(不図示)上のソフトウエア関数で構成されている。状態量リセット機能部25は、定められた条件(後述する)を満たすと、状態量であるモータ回転角をリセットするようになっている。
 状態フィードバック制御器29は、目標モータ角度生成機能部24から与えられる目標状態量r(k)と、例えば電動モータ4のセンシング情報から与えられ離散サンプラ23を介して抽出された状態量x(k)と、状態量リセット機能部25から必要に応じて(換言すれば、前記定められた条件を満たしたときに)与えられるリセット信号とから、具体的には、上記の具現化モデルを用いて、操作量u(k)を演算して出力しうるハードウエア回路またはプロセッサ(不図示)上のソフトウエア関数で構成されている。この操作量u(k)は、モータトルクやモータ電圧等である。
 電動モータ4のセンシング情報としては、電流検出手段(図示せず)から検出されるモータ電流値、および回転角推定手段(図示せず)から推定されるモータ角度等が挙げられる。前記電流検出手段は、例えば、電流センサであっても良く、予め測定したインダクタンス値や抵抗値等のモータ諸元およびモータ電圧からモータ電流値を推定しても良い。前記回転角推定手段は、例えば、磁気エンコーダやレゾルバ等の角度センサであっても良く、前記モータ諸元およびモータ電圧から物理方程式を用いてモータ角度を推定しても良い。
 電動ブレーキ装置DBのブレーキ力は、ブレーキ力推定手段28で推定される。ブレーキ力推定手段28は、例えば、電動アクチュエータ1の荷重を検出する荷重センサであっても良く、本電動ブレーキ装置を搭載する車両の車輪速センサや加速度センサ等の情報からブレーキ力推定値を演算しても良く、電動アクチュエータ1の特性および前述の電動モータ4のセンシング情報からブレーキ力推定値を演算しても良い。
 前記荷重センサは、例えば、磁気式のセンサ(不図示)が適用される。図1に示す摩擦部材9がブレーキロータ8を押圧するとき、直動部14にインボード側への反力が作用する。磁気式のセンサからなる荷重センサは、このブレーキ力の反力を軸方向の変位量として磁気的に検出する。図2に示すように、ブレーキ力推定手段28は、前記ブレーキ力の反力とセンサ出力との関係が実験等で予め求められてテーブル等の形式で設定されており、荷重センサのセンサ出力に基づいて、ブレーキ力を推定し得る。なお、荷重センサとして、磁気式以外の光学式、渦電流式、または静電容量式のセンサを適用することも可能である。
 リミッタ回路19は、状態フィードバック制御器29から与えられる操作量u(k)を設定値以下に抑制する。操作量u(k)が例えばモータ電圧の場合、リミッタ回路19は、出力電圧を設定電圧以下に抑制する。このリミッタ回路19および離散ホールダ20を経由して出力された操作量u(k)の連続量は、方程式演算部21に入力されて制御量y(t)の演算に供される。制御量y(t)は、モータ回転角およびモータ回転角速度のいずれか一方または両方としても良い。前記目標状態量r(k)は、目標モータ角度および目標モータ回転角速度のいずれか一方または両方としても良い。制御量y(t)は、ブレーキ剛性からなるバネ定数乗算部22でばね係数κを加味してブレーキ力として出力される。最終的にブレーキ力を制御するにあたり、予め測定したモータ回転角と、前記荷重センサ等のセンサ出力から算出されるブレーキ力との相関から、目標とするモータ回転角を決定し得る。
 次に電動ブレーキ装置の剛性の概念について説明する。図3は、電動ブレーキ装置のブレーキ剛性等とブレーキ押圧力との関係を示す図である。以後、図1,図2も適宜参照しつつ説明する。図3のグラフ(a)に示すように、一般に、ブレーキ押圧力の増加に伴い、バネ定数が増加する。また、図3のグラフ(b)に示すように、前述の非線形の剛性の影響で、ブレーキ押圧力が低い間ほど、モータ回転角が多く増加する。モータ回転角を制御する場合、モータ回転角の値が大きくなることで、制御演算等において変数のオーバーフローが発生する場合がある。そこで前述の状態量リセット機能部25(図2)が状態量であるモータ回転角をリセットする。
 図4は、状態量リセット機能部25の動作例を示すフローチャートである。例えば、電動ブレーキ装置DBの電源投入後本処理が開始され、状態量リセット機能部25は、上位ECU18から与えられた目標ブレーキ力Frと、ブレーキ力推定手段28等から与えられるブレーキ力推定値Fbとの偏差ΔFを演算する(ステップS1)。次に、状態量リセット機能部25は、前記定められた条件として、目標ブレーキ力の変化量の絶対値|dFr/dt|が設定値A以下であり(ステップS2:yes)、かつ、目標ブレーキ力Frとブレーキ力推定値Fbとの偏差ΔFの絶対値|ΔF|が所定の閾値以下(例えば、|ΔF|≒0)であるとき(ステップS3:yes)、状態量x(k)であるモータ回転角をリセットする(ステップS6)。なお、上記設定値Aは、A≒0等の微小値であってもよく、この場合に、ステップS2がyesとなる条件は、|dFr/dt|≒0であってもよい。
 このような分岐を経た場合(ステップS2:yesかつステップS3:yes)、電動ブレーキ装置DBはブレーキ力を略一定値に維持していると考えられる。その際、状態量x(k)のリセットに伴い操作量u(k)が変動しても、電動ブレーキ装置DBの摩擦ヒステリシスループ内であればブレーキ力は変動しない。そのため、この電動ブレーキ装置DBを搭載した車両のドライバーのブレーキフィーリングを悪化させることなく、状態量x(k)のリセットが可能となる。
 状態量リセット機能部25は、前記定められた条件として、目標ブレーキ力の変化量の絶対値|dFr/dt|が設定値Aより大きいとき(ステップS2:no)、または、目標ブレーキ力の変化量の絶対値|dFr/dt|が設定値A以下で(ステップS2:yes)かつ偏差ΔFの絶対値|ΔF|が上記の所定の閾値より大きいとき(ステップS3:no)、ステップS4に移行する。
 ステップS4で偏差ΔFの絶対値|ΔF|が所定の閾値Fdth以上である場合(ステップS4:yes)、例えば、急激なブレーキ操作がされた場合などにおいて電動ブレーキ装置DBが極めて高速に動作している状態にあると考えられる。その場合、状態量x(k)のリセットに伴い操作量u(k)が変動しても、ドライバーがブレーキフィーリングの悪化を感じにくい。もしくは、目標ブレーキ力Frとブレーキ力推定値Fbとの偏差ΔFに基づいて決定される電動モータ4の駆動力が閾値以上であるとき、具体的には、操作量u(k)が例えばモータ駆動電圧の上限などにより飽和している場合、操作量u(k)の変動そのものが発生しにくい。そのため、この電動ブレーキ装置DBを搭載した車両のドライバーのブレーキフィーリングを悪化させることなく、状態量x(k)のリセットが可能となる(ステップS6へ移行する)。
 ステップS4で偏差ΔFの絶対値|ΔF|が所定の閾値Fdth未満である場合(ステップS4:no)、ステップS5に移行する。このステップS5において、状態量リセット機能部25は、モータ回転角θ(k)の絶対値|θ(k)|が閾値θmax以上であるとき(ステップS5:yes)、上記ステップにおける状態量リセット発生条件に該当せず、モータ回転角θのオーバーフローが発生してしまう危険性がある為、強制的に状態量x(k)であるモータ回転角をリセットする(ステップS6)。その後本処理を終了する。
 図5は状態量リセット機能部25の動作例を模式的に示す図であり、図6は従来例に係り、オーバーフローの発生に応じて状態量をリセットする場合を模式的に示す図である。各図における上図はブレーキ力の指令値(目標ブレーキ力:点線で示す)に対するブレーキ力(実線で示す)の時間応答である。各図における下図はその際のモータ回転角の推移を示す。各図における下図において、モータ回転角が急峻にゼロに推移している箇所(矢印にて表示した箇所)にて、状態量のリセットが発生している。
 図5において、状態量リセット機能部25が状態量であるモータ回転角のリセットを行った際、前述の理由によりブレーキ力の急峻な変動などブレーキ力に大きな影響は発生しない。一方で従来例の図6において、モータ回転角のリセットに伴う操作量の変動によって、ブレーキ力に若干の振動Vb(一点鎖線で表示)が発生する。この振動は、例えば電動ブレーキ装置を搭載した車両において、瞬間的な制動ショックや、電動ブレーキ装置の作動音悪化により、ブレーキフィーリングを悪化させる可能性がある。
 以上説明した電動ブレーキ装置DBによると、制御装置2は、電動モータ4を制御してブレーキ力を目標ブレーキ力に対して追従制御する。制御装置2は、モータ回転角を追従制御における状態量に含んだ制御系を有するため、線形な制御システムとでき、よって制御パラメータ中に電動ブレーキ装置の剛性からなる非線形バネ定数を含む従来技術よりも、制御系を容易に設計することができる。
 この制御装置2は、モータ回転角を、追従制御における状態量に含んだ制御系を有するため、モータ回転角の値が非常に大きくなることが課題とされていたが、状態量リセット機能部25が状態量であるモータ回転角を次のようにリセットすることで、この問題を未然に解消することができる。制御装置2における状態量リセット機能部25は、目標ブレーキ力、ブレーキ力推定値、目標ブレーキ力の変化量、ブレーキ力推定値の変化量、および、目標ブレーキ力とブレーキ力推定値との偏差のうち、少なくともいずれか1つを用いた定められた条件に基づいて、少なくともモータ回転角を定められた値にリセットする。
 これにより、演算負荷の増大を抑制し、変数のオーバーフローが発生することを防止し得る。また状態量リセット機能部25は、ブレーキフィーリングへの影響が少ない条件を前記定められた条件として、モータ回転角をリセットするため、このモータ回転角のリセットに伴い操作量が変動しても、ドライバーはブレーキフィーリングの悪化を感じにくい。したがって、この電動ブレーキ装置DBによると、ブレーキフィーリングを悪化させることなく制御系を容易に設計できる。
 この実施形態では、制御対象に状態フィードバック制御器29を適用する例を示すが、その他の制御手法を用いても良い。例えば、PID直列補償器を用いても良く、スライディングモードのような切替式非線形補償器を用いても良い。状態遷移行列を含む方程式演算部21中の方程式として、状態遷移モデルを適用しても良い。
 状態量のリセットが頻発しないように、状態量リセット機能部25は、例えば、状態量x(k)のリセットが発生した後の所定時間内には再度状態量x(k)のリセットを発生させない処理としても良い。もしくは状態量リセット機能部25は、状態量x(k)のリセットが発生したブレーキ力に対して、所定のブレーキ力の範囲内にある場合には再度状態量x(k)のリセットを発生させない処理としても良い。
 以上、図面を参照しながら実施形態に基づいてこの発明を実施するための好適な形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示される。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またはこれと均等の範囲内のものと解釈される。
2…制御装置
4…電動モータ
6…直動機構(摩擦部材操作手段)
8…ブレーキロータ
9…摩擦部材
25…状態量リセット機能部
28…ブレーキ力推定手段

Claims (4)

  1.  ブレーキロータと、このブレーキロータに接触させる摩擦部材と、この摩擦部材を前記ブレーキロータに接触させる摩擦部材操作手段と、この摩擦部材操作手段を駆動する電動モータと、前記摩擦部材を前記ブレーキロータに押し付けることにより発生するブレーキ力の推定値を求めるブレーキ力推定手段と、前記電動モータを制御してブレーキ力を目標ブレーキ力に対して追従制御する制御装置とを備える電動ブレーキ装置であって、
     前記制御装置は、前記電動モータのうちモータ回転角を、前記追従制御の制御演算における状態量に含む制御系を有し、かつ、前記目標ブレーキ力、前記ブレーキ力の推定値、目標ブレーキ力の変化量、ブレーキ力の推定値の変化量、および、前記目標ブレーキ力と前記ブレーキ力の推定値との偏差のうち、少なくともいずれか1つを用いた定められた条件に基づいて、少なくとも前記モータ回転角を定められた値にリセットする状態量リセット機能部を有する電動ブレーキ装置。
  2.  請求項1に記載の電動ブレーキ装置において、前記制御装置の前記状態量リセット機能部は、前記定められた条件として、目標ブレーキ力の変化量の絶対値が設定値以下であり、かつ、目標ブレーキ力と前記ブレーキ力の推定値との偏差の絶対値が閾値以下であるときに、少なくとも前記モータ回転角を定められた値にリセットする電動ブレーキ装置。
  3.  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、前記制御装置の前記状態量リセット機能部は、前記定められた条件として、目標ブレーキ力と前記ブレーキ力の推定値との偏差の絶対値、または、前記偏差に基づいて決定される電動モータの駆動力のいずれか一方または両方が閾値以上であるときに、少なくとも前記モータ回転角を定められた値にリセットする電動ブレーキ装置。
  4.  請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の電動ブレーキ装置において、前記制御装置の前記状態量リセット機能部は、少なくとも前記モータ回転角の絶対値が閾値以上であるときに、少なくとも前記モータ回転角を強制的にリセットする電動ブレーキ装置。
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