WO2017033801A1 - 電動ブレーキ装置 - Google Patents

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唯 増田
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Definitions

  • the present invention relates to an electric brake device provided in a vehicle such as an automobile.
  • a hysteresis phenomenon due to a reaction force or the like of the electric brake actuator may be a problem in order to realize a high-speed and smooth response.
  • the hysteresis phenomenon includes positive efficiency that is the efficiency of the electric brake actuator when the electric motor is rotated in the direction of increasing the braking force, and the electric brake actuator that is rotated when the electric motor is rotated in the direction of decreasing the braking force. This is a phenomenon in which there is a difference between reverse efficiency and efficiency, and there is a problem that the operation of the electric brake actuator cannot be performed smoothly when the rotation direction is switched.
  • Document 3 discloses a method of using the reverse efficiency of the actuator, and if the efficiency of the actuator is grasped in advance as described above, the above-described hysteresis can be compensated. However, there is a possibility that accurate compensation cannot be performed due to individual differences or characteristic variations of the electric actuators.
  • An object of the present invention is to provide an electric brake device capable of realizing a smooth and high-speed control system by using both high-speed reaction force compensation and accurate reaction force compensation in combination to eliminate the influence of hysteresis characteristics of the electric brake actuator. That is.
  • the electric brake device of this invention is A brake rotor 31; a friction material 32; a friction material operating means 33 having an electric motor for bringing the friction material 32 into contact with the brake rotor 31; a brake force estimating means 37 for estimating a generated brake force;
  • An electric brake device comprising: a control device 2 that controls the electric motor 34 such that an estimated brake force estimated by the brake force estimating means 37 follows a target brake force;
  • the control device 2 has a reaction force compensator 7 for compensating so as to cancel out the electric motor rotation resistance generated by the reaction force of the pressing force of the friction material 32,
  • the reaction force compensator 7 includes at least one of the drive voltage and current of the electric motor 34 and at least one of the rotation angle of the electric motor 34 and one or more differential values of the rotation angle.
  • the direct estimation means 11 that directly estimates the reaction force from information including the above, the indirect estimation means 12 that estimates the reaction force from the estimated braking force based on a set correlation, and the estimation result of the direct estimation means 11 And a compensation reaction force determining means 13 for determining a reaction force for the compensation using the estimation result of the indirect estimation means 12 at a predetermined ratio.
  • the “predetermined ratio” is not limited to a fixed value, and a method for determining the ratio may be determined, and the value may be changed depending on a value of a matter related to the determination method.
  • the “brake force estimating means” may be a sensor 37 that estimates the brake force from the detected value.
  • the compensation of the reaction force of the electric brake actuator 1 exhibiting the hysteresis characteristic is compensated based on the estimation result of the indirect estimation means 12, which is high-speed compensation based on the efficiency characteristic of the electric brake actuator 1, and the disturbance observer or the like. Compensation based on the estimation result of the direct estimation means 11, which is strict or accurate compensation based on, is used together. Therefore, the smooth and high-speed control system can be realized by removing the influence of the hysteresis characteristic of the electric brake actuator 1.
  • the reaction force compensator 7 determines the ratio using the estimation result of the direct estimation unit 11 and the estimation result of the indirect estimation unit 12 from the following state of the estimated brake force with respect to the target brake force.
  • the compensation reaction force determination unit 13 may include a ratio switching unit 14 and may determine a reaction force for the compensation using a ratio that is a result of the determination by the ratio switching unit 14.
  • the ratio switching unit 14 sets the absolute value of the deviation between the estimated braking force and the target braking force and the differential value of the absolute value of the deviation or both. Based on this, when either one or both of the absolute value and the differential value of the absolute value become larger, the ratio using the estimation result of the indirect estimation means 12 may be increased.
  • the larger the braking force deviation the faster the compensation is required to improve the follow-up state, and the more accurate the compensation is required the smaller the absolute value of the braking force deviation is and the follow-up state is with respect to the target value. For this reason, it is preferable to determine the compensation current using a function that increases the ratio of the compensation current based on the reaction force estimated by the indirect estimation means 12 when the deviation is large, in order to perform smooth and high-speed control.
  • the ratio switching unit 14 has a function of increasing the ratio using the estimation result of the indirect estimation unit 12 when the degree of change is high based on the degree of change in the target brake force. You may make it have.
  • the degree of change is a rate of change.
  • the degree of change may be taken as the frequency of the target brake force, and in this case, the ratio switching unit 14 increases the ratio using the estimation result of the indirect estimation means 12 when the frequency of the target brake force increases.
  • the greater the degree of change in the input target value the faster compensation is required to improve the followability, and the smaller the degree of change is, the more accurate compensation is required to prevent unnecessary vibrational operation. For this reason, determining the compensation current using a function that increases the ratio of the compensation current based on the reaction force estimated by the indirect estimation unit 12 as the deviation increases as a ratio function is necessary for smooth and high-speed control. Is preferable.
  • the ratio switching unit 14 uses the estimation result of the indirect estimation unit 12 when the estimated braking force decreases in a predetermined region within the estimated braking force estimation range. May be reduced. Thereby, smoother and faster control can be realized.
  • FIG. 9 is a graph showing a brake force follow-up state with respect to a target brake force and a change in motor current when, for example, the example of FIG. 8 is used for a reaction force compensator in the operation example of the electric brake device.
  • the electric brake device includes an electric brake actuator 1 that is a mechanical part and a control device 2 that controls the electric brake actuator 1.
  • the control device 2 is connected to a host control means such as a host ECU 3 and a power supply device 4.
  • the host ECU 3 is an electric control unit that controls the entire vehicle equipped with the electric brake device, and has a cooperative control function and an overall control function. For example, from the operation amount of a brake operation means such as a brake pedal. A function of calculating and distributing a target braking force applied to each electric brake device 1 of the vehicle is provided.
  • the host ECU 3 may be a brake-dedicated ECU that is different from the ECU for overall control.
  • the power supply device 4 is a battery or the like.
  • the braking force indicates all values corresponding to the braking force.
  • a pressing force of a friction material such as a friction pad may be used as a braking force
  • a braking torque of a wheel on which the electric brake device is mounted may be detected using a torque sensor or the like and used as a braking force.
  • the relationship between the braking force and the electric motor angle may be investigated in advance based on the rigidity of the electric brake actuator, and the electric motor angle may be set as an equivalent braking force.
  • the electric brake actuator 1 includes a brake rotor 31, a friction material 32 such as a friction pad, and friction material operating means 33 that presses the friction material 32 against the brake rotor 31.
  • a sensor 37 which is a brake force estimating means for detecting a state quantity of the electric brake actuator 1 and estimating a generated brake force is provided.
  • the brake rotor 31 is fixed and rotated integrally with the wheel.
  • the friction material operating means 33 includes an electric motor 34 as a driving source, a linear motion mechanism 35 that converts the rotation of the electric motor 34 into a reciprocating linear motion of the friction material 32, and the rotation of the electric motor 34 as the linear motion mechanism 35.
  • a speed reducer 36 such as a gear train that transmits the speed reduced.
  • the electric motor 34 it is considered that the use of a brassless DC motor can save space and high output, but it is possible to use a brushed DC motor or an induction motor.
  • the linear motion mechanism 35 can be a linear motion mechanism such as a feed screw mechanism or a ball ramp.
  • the reduction gear 36 is considered to be inexpensive and suitable if a parallel gear is used, but a planetary gear, a worm gear, or the like may be used, and may not be used when high thrust is not required.
  • As the sensor 37 a motor angle sensor, a brake force sensor, or the like may be used.
  • a control device 2 cancels and compensates for a brake force control calculator 5 that performs follow-up control to a target brake force that is a given desired brake force, a current control calculator 6 that controls a motor current, and a brake reaction force.
  • the reaction force compensator 7, the motor driver 8, and the current sensor 9 are configured.
  • the brake force control arithmetic unit 5, the current control arithmetic unit 6, and the reaction force compensator 7 are considered to be preferably implemented by a microcomputer (PFGA), ASIC, DSP, or the like.
  • the motor driver 8 is considered to be inexpensive and suitable if a half bridge circuit including a switching element such as an FET and a switching control circuit is applied.
  • the current sensor 8 is inexpensive when, for example, a shunt resistor and an amplifier are used, and highly accurate when a magnetic field detection sensor is used.
  • the brake force control calculator 5 determines the motor current so that the estimated brake force follows the target brake force.
  • the current control calculator 6 performs current vector control and the like on the motor current based on the motor characteristics of the electric motor 34.
  • the reaction force compensator 7 estimates the reaction force of the pressing force of the friction material 32 (see FIG. 2) to the brake rotor 31 based on a predetermined condition, and the rotational resistance of the electric motor 34 generated by the reaction force is estimated. It is a means for adding the current value of the current control calculator 6 so as to cancel the influence.
  • the reaction force compensator 7 calculates at least one of the drive voltage and current of the electric motor 34 and at least one of the rotation angle of the electric motor 34 and one or more differential values of the rotation angle.
  • Direct estimation means 11 that directly estimates the reaction force from information included
  • indirect estimation means 12 that estimates the reaction force from the estimated braking force based on a set correlation (for example, FIG. 5)
  • the direct estimation Compensation reaction force determining means 13 for determining the reaction force for the compensation using the estimation result of the means 11 and the estimation result of the indirect estimation means 12 at a predetermined ratio.
  • the reaction force compensator 7 may use a constant ratio in which the estimation result of the direct estimation unit 11 and the estimation result of the indirect estimation unit 12 are used.
  • the target brake of the estimated brake force d is used.
  • a ratio switching unit for determining the ratio using the estimation result of the direct estimation unit 11 and the estimation result of the indirect estimation unit 12 from a follow-up state with respect to a force, and the compensation reaction force determination unit 13 includes the ratio switching unit The reaction force for the compensation is determined based on the ratio determined by the unit 14.
  • FIG. 3 shows a specific example of the direct estimation means 11.
  • the figure shows an example in which an estimated reaction force c ′ of the brake reaction force c input as an external force is obtained from the motion of the electric motor 34 in the electric brake actuator 1.
  • the actuator operation amount a is considered to be preferable because, for example, the applied current of the electric motor 34 is a simple motion of only force and inertia, but an applied voltage may be used.
  • the actuator control amount b indicates overall output from sensors including, for example, a motor angle sensor, a brake force sensor, and the like. In particular, the motor angle sensor can be mounted inexpensively and easily, and is considered suitable as a reference output. 3 and 4, the motor angle is used as the actuator control amount b.
  • the disturbance observer 21 derives an output for the input actuator operation amount a based on an equation of motion representing a preset actuator model 22 based on experiments, simulation results, actual measurement results, or the like.
  • the actual motor angle is compared and calculated with respect to the derived output by the comparator 23, the brake reaction force c that would have been input as an external force is estimated, and output as an estimated reaction force c '.
  • a disturbance estimation observer using an inverse model of the electric brake actuator 1 may be used.
  • FIG. 4 shows a specific example of the indirect estimation means 12.
  • This figure shows an example of estimating the reaction force from the estimated braking force d using the estimation table 24 or the like (output as the estimated reaction force c ′).
  • the reaction force can be estimated using the estimated braking force.
  • the curve showing the relationship between the reaction force and the braking force shows the positive and negative of the motor angular velocity ⁇ , that is, the curve showing the positive efficiency that is the efficiency when rotating in the positive direction, and the reverse efficiency that is the efficiency when rotating in the reverse direction.
  • the estimated brake force d may be a parameter equivalent to the brake force, such as a motor angle correlated with the brake force based on the actuator rigidity.
  • the direct estimation method of FIG. 3 can be estimated including individual differences and characteristic fluctuations of the electric brake actuator 1, and is effective when a model error must be taken into account, and prevents excessive reaction force compensation. Being able to do so is an advantage. On the other hand, there is a drawback that reaction force compensation is delayed by the estimated delay of the disturbance observer 21.
  • the indirect estimation method of FIG. 4 only refers to the estimation table 24 set in advance, so that an advantage is that rapid reaction force compensation can be performed with a small calculation load.
  • a model error such as a brake force estimation error or an individual difference of the electric brake actuator 1 occurs, problems such as excessive operation force compensation occur and the operation of the electric brake actuator 1 becomes oscillating. This is a disadvantage.
  • This embodiment takes into account the advantages and disadvantages of the direct estimation as described above (advantages and disadvantages) and the advantages and disadvantages of the indirect estimation, and is a compensation means that can perform high-speed reaction force compensation based on the characteristics of the electric brake actuator 1, ie,
  • the estimation means 12 and the compensation means that can perform accurate reaction force compensation based on the operation of the electric brake actuator 1, that is, the direct estimation means 11 are used in combination to eliminate the influence of the hysteresis characteristics of the electric brake actuator 1 and to achieve smooth and high speed.
  • a control system is realized.
  • the ratio switching unit 14 of the reaction force compensator 13 in FIG. FIGS. 6 to 8 show examples of different processing methods of the compensation reaction force determining means 13 of the reaction force compensator 7 of FIG.
  • FIG. 6 shows an example of compensation based on the braking force deviation.
  • step R1 an absolute value ⁇ of the deviation between the target brake force F r and the estimated brake force F b is obtained.
  • the estimated reaction force i r1 by the indirect estimation means 12 and the estimated reaction force i r2 by the direct estimation means 11 are acquired (steps R2 and R3). Any of the acquisition orders may be first. This is the same for the examples shown in FIGS.
  • a reaction force compensation current i r is calculated by a predetermined ratio function f (R4).
  • the ratio function f is determined from experiments, simulation results, actual measurement results, or the like.
  • the function f 1 is a kind of the ratio function f.
  • the compensation current is determined using the function f that increases the ratio of the compensation current ir1 based on the reaction force estimated by the indirect estimation means 12 when the deviation increases.
  • the ratio switching unit 14 (see FIG. 1) is configured to select either the absolute value of the deviation between the estimated braking force and the target braking force or the differential value of the absolute value of the deviation. Based on either or both, when either one or both of the absolute value and the differential value of the absolute value become larger, the ratio using the estimation result of the indirect estimation means 12 may be increased.
  • FIG. 7 shows an example based on the degree of change in the target brake force.
  • the degree of change F rd of the target brake force F r is acquired in step S1
  • the estimated reaction force i r1 by the indirect estimation means 12 and the estimated reaction force by the direct estimation means 11 are obtained as in the example of FIG.
  • the force ir2 is acquired (steps S2 and S3).
  • the reaction force compensation current i r is calculated by the determined ratio function f using the two types of the obtained estimated reaction force i r1 and estimated reaction force i r2 (S4).
  • the function f 2 is a type of said ratio function f.
  • the compensation current is determined using a function that increases the ratio of the compensation current ir1 based on the reaction force estimated by the indirect estimation means 12 when the degree of change increases.
  • the degree of change for example, the absolute value of time differentiation of the target brake force, the comparison between the target brake force and the target brake force through the filter, or the comparison of the target brake force through a plurality of filters having different time constants, the target A peak frequency derived by Fourier analysis of the braking force or the like can be used.
  • the ratio switching unit 14 increases the ratio using the estimation result of the indirect estimation unit 12 when the degree of change F rd increases based on the degree of change in the target brake force. You may make it have a function.
  • the degree of change F rd may be a frequency of the target brake force. That is, the ratio switching unit 14 may have a function of increasing the ratio using the estimation result of the indirect estimation unit 12 when the frequency becomes higher based on the frequency of the target brake force.
  • Figure 8 shows an example of compensation based on the estimated braking force F b.
  • the estimated reaction force i r1 by the indirect estimation unit 12 and the estimated reaction force i r2 by the direct estimation unit 11 are acquired (steps T1 and T2), as in the above examples.
  • a reaction force compensation current i r is calculated by a predetermined ratio function f (T3).
  • the ratio switching unit 14 uses the estimation result of the indirect estimation unit 12 when the estimated braking force decreases in a predetermined region within the estimated braking force estimation range. May be reduced.
  • FIG. 9 shows an example of a function for determining the ratio.
  • a function that combines 0 to 1 with a smooth curve is considered suitable as x changes (increase or decrease).
  • a straight line connects 0 to 1 to change x.
  • the function may change linearly, or may be a discrete function that instantaneously switches from 0 to 1.
  • the numerical value to be changed is not necessarily from 0 to 1, as long as the ratio between the direct estimation unit 11 and the indirect estimation unit 12 is equivalently changed.
  • any one of the ratio determinations shown in FIGS. 6 to 8 may be used, and the reaction force compensation current may be determined using a plurality of judgments in combination.
  • FIG. 10 to 12 show examples of operation of the electric brake device.
  • FIG. 10 shows an operation example of the electric brake device according to this embodiment.
  • the control waveform is smooth and fast.
  • FIG. 11 shows an example in which only the direct estimation means 11 is used.
  • the reaction force is reduced in a situation where it must operate at a higher speed than in the embodiment (FIG. 10) in which the direct estimation means 11 and the indirect estimation means 12 are used together. Since the compensation is delayed, there is a delay in the response.
  • FIG. 12 shows an example in which only the indirect estimation means 12 is used.
  • the compensation and reverse based on the positive efficiency are affected by the model error. Excessive reaction force compensation occurs so that compensation based on efficiency is frequently switched, and unnecessary vibration occurs particularly in a situation where a gentle response is desired.
  • the high-speed reaction force compensation based on the characteristics of the electric brake actuator 1, that is, the indirect estimation means 12, and the accurate reaction force compensation based on the operation of the electric brake actuator 1, that is, the direct estimation means 11 are provided.
  • the influence of the hysteresis characteristic of the electric brake actuator 1 can be removed to realize a smooth and high-speed control system.
  • the brake force control calculator 5, the current control calculator 6, the direct estimation unit 11, the indirect estimation unit 12, and the compensation reaction force determination unit 13 are LUT (Look Up) implemented by software or hardware. Table) or a predetermined conversion function stored in the software library (Library) or equivalent hardware, etc., and if necessary, using comparison functions, four arithmetic functions, or equivalent hardware, etc. , A hardware circuit that can perform an operation and output a result, or a software function on a processor (not shown).

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Abstract

高速な反力補償と正確な反力補償を併用し、電動ブレーキアクチュエータのヒステリシス特性の影響を除去してスムーズでかつ高速な制御系を実現できる電動ブレーキ装置を提供する。電動ブレーキ装置の制御装置(2)に、ブレーキロータ(31)への摩擦材(32)の押圧力の反力によって発生する電動モータ回転抵抗を相殺するように補償する反力補償器(7)を有する。この反力補償器(7)は、前記電動モータ(34)の駆動電圧および電流の何れか一つ以上と、前記電動モータ(34)の回転角度および前記回転角度の１回以上微分値のうち何れか一つ以上とを含む情報より前記反力を直接推定する直接推定手段(11)を有する。また、推定ブレーキ力から、設定された相関に基づいて前記反力を推定する間接推定手段(12)を有する。直接推定と間接推定の推定結果を定められた比率で用いて前記補償をする反力を決定する補償反力決定手段(13)とを有する。

Description

電動ブレーキ装置 関連出願
　本出願は、２０１５年８月２１日出願の特願２０１５－１６３５５８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、自動車等の車両に備えられる電動ブレーキ装置に関する。
　従来、電動ブレーキ装置に関して下記の各提案がなされている。
・電動モータでブレーキ力を制御する電動ブレーキ装置の提案（例えば、特許文献１）。
・摩擦パッド押圧力を検出するディスクブレーキの提案（例えば、特許文献２）。
・逆効率を利用して消費電力を低減する電動アクチュエータの提案（例えば、特許文献３）。
特開２００３－２４７５７６号公報 特開２０１０－２７０７８８号公報 独国特許発明第１９８４１１７０号明細書
　特許文献１～３のような電動ブレーキアクチュエータおよびそれを用いたブレーキ装置において、高速でスムーズな応答を実現するために、電動ブレーキアクチュエータの反力等によるヒステリシス現象が課題となる場合がある。前記ヒステリシス現象は、電動モータを、ブレーキ力を増大させる方向に回転させる場合の電動ブレーキアクチュエータの効率である正効率と、電動モータを、ブレーキ力を低下させる方向に回転させる場合の電動ブレーキアクチュエータの効率である逆効率とに差がある現象であり、回転方向を切り換えた場合に電動ブレーキアクチュエータの動作が円滑に行えなくなる課題が生じる。
　前記ヒステリシス現象におけるヒステリシスループを小さくするような電動ブレーキアクチュエータ機構は、理論的には可能であるが、極めて高い作動効率が求められる為、動力伝達部の損失低減のためのコスト増が問題となり、実用化は難しい。例えば文献３において、アクチュエータの逆効率を利用する手法が示されており、このようにアクチュエータの効率を予め把握しておけば、上記のヒステリシスへの補償が可能となる。しかしながら、電動アクチュエータの個体差や特性変動によって正確な補償が行えない可能性がある。
　この発明の目的は、高速な反力補償と正確な反力補償とを併用し、電動ブレーキアクチュエータのヒステリシス特性の影響を除去してスムーズでかつ高速な制御系を実現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３１と、摩擦材３２と、電動モータを有し前記摩擦材３２を前記ブレーキロータ３１と接触させる摩擦材操作手段３３と、発生しているブレーキ力を推定するブレーキ力推定手段３７と、目標ブレーキ力に対して前記ブレーキ力推定手段３７で推定される推定ブレーキ力が追従するように前記電動モータ３４を制御する制御装置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が、前記摩擦材３２の押圧力の反力によって発生する電動モータ回転抵抗を相殺するように補償する反力補償器７を有し、
　この反力補償器７が、前記電動モータ３４の駆動電圧および電流の何れか一つ以上と、前記電動モータ３４の回転角度および前記回転角度の１回以上微分値のうち何れか一つ以上とを含む情報より前記反力を直接推定する直接推定手段１１と、前記推定ブレーキ力から、設定された相関に基づいて前記反力を推定する間接推定手段１２と、前記直接推定手段１１の推定結果と前記間接推定手段１２の推定結果とを定められた比率で用いて前記補償をする反力を決定する補償反力決定手段１３とを有する。
　前記「定められた比率」は、一定の値に限らず、比率の決定方法が定まっていて、この決定方法に関与する事項の値によって、値が変化するようにしても良い。また、前記「ブレーキ力推定手段」は、センサ３７であって、その検出値からブレーキ力を推定するものであっても良い。
　この構成によると、ヒステリシス特性を示す電動ブレーキアクチュエータ１の反力の補償について、電動ブレーキアクチュエータ１の効率特性に基づく高速な補償である間接推定手段１２の推定結果に基づく補償と、外乱オブザーバ等に基づく厳密なまたは正確な補償である直接推定手段１１の推定結果による補償を併用する。そのため、電動ブレーキアクチュエータ１のヒステリシス特性の影響を除去してスムーズでかつ高速な制御系を実現することができる。
　この発明において、前記反力補償器７が、前記推定ブレーキ力の前記目標ブレーキ力に対する追従状態から、前記直接推定手段１１の推定結果と間接推定手段１２の推定結果とを用いる前記比率を決定する比率切替部１４を有し、前記補償反力決定手段１３は、前記比率切替部１４が決定した結果である比率を用いて、前記補償をする反力を決定するようにしても良い。前記比率を追従状態等に応じて適切な比率に変更することで、電動ブレーキアクチュエータ１のヒステリシス特性の影響をより一層適切に除去して、さらにスムーズでかつ高速な制御系を実現することができる。
　前記比率切替部１４を設けた場合に、前記比率切替部１４は、前記推定ブレーキ力と目標ブレーキ力との偏差の絶対値および前記偏差の絶対値の微分値のうちのいずれか一方または両方に基づいて、前記絶対値および前記絶対値の微分値のうちのいずれか一方または両方が大きくなると前記間接推定手段１２の推定結果を用いる比率を増加させるようにしても良い。一般に、ブレーキ力偏差が大きいほど追従状態を改善するため迅速な補償が求められ、ブレーキ力偏差の絶対値が小さく目標値に対して追従状態にあるほど正確な補償が求められる。このため、偏差が大きくなると間接推定手段１２による推定反力に基づく補償電流の比率が高くなる関数を用いて、補償電流を決定することが、スムーズでかつ高速な制御を行う上で好ましい。
　前記比率切替部１４を設けた場合に、前記比率切替部１４は、前記目標ブレーキ力の変化度合に基づいて前記変化度合が高くなると前記間接推定手段１２の推定結果を用いる比率を増加させる機能を有するようにしても良い。前記変化度合は、換言すれば変化率である。前記変化度合は、目標ブレーキ力の周波数として捉えても良く、その場合、前記比率切替部１４は、前記目標ブレーキ力の周波数が高くなると前記間接推定手段１２の推定結果を用いる比率を増加させる。一般に、入力される目標値の変化度合が大きいほど追従性を向上するために迅速な補償が求められ、変化度合が小さいほど不要な振動的動作を防ぐために正確な補償が求められる。このため、比率関数として、偏差が大きくなると間接推定手段１２による推定反力に基づく補償電流の比率が高くなる関数を用いて、補償電流を決定することが、スムーズでかつ高速な制御を行う上で好ましい。
　前記比率切替部１４を設けた場合に、前記比率切替部１４は、前記推定ブレーキ力の推定範囲内の所定の領域において、前記推定ブレーキ力が小さくなると前記間接推定手段１２の推定結果を用いる比率を減少させるようにしても良い。これにより、より一層スムーズでかつ高速な制御が実現できる。
　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。
この発明の一実施形態に係る電動ブレーキ装置、特にそれに含まれる制御装置の概念構成を示すブロック図である。 同電動ブレーキ装置の電動ブレーキアクチュエータの構成例を示す説明図である。 同電動ブレーキ装置の制御装置における直接推定手段の一例を示すブロック図である。 同電動ブレーキ装置の制御装置における間接推定手段の一例を示すブロック図である。 反力とブレーキ力の関係の例を示すグラフである。 同制御装置の反力補償器におけるブレーキ力偏差に基づく補償の例を示す流れ図である。 同制御装置の反力補償器における目標ブレーキ力の変化度合に基づく補償の例を示す流れ図である。 同制御装置の反力補償器における推定ブレーキ力に基づく補償の例を示す流れ図である。 同制御装置の反力補償器における比率を決定する関数の一例を示すグラフである。 同電動ブレーキ装置の動作例における、例えば反力補償器に図８の例を用いた場合の、目標ブレーキ力に対するブレーキ力の追従状態、およびモータ電流の変化を示すグラフである。 同電動ブレーキ装置における反力補償器が直接推定手段のみを用いた場合の目標ブレーキ力に対するブレーキ力の追従状態、およびモータ電流の変化を示すグラフである。 同電動ブレーキ装置における反力補償器が間接推定手段のみを用いた場合の目標ブレーキ力に対するブレーキ力の追従状態、およびモータ電流の変化を示すグラフである。
　この発明の一実施形態を図面と共に説明する。図１において、この電動ブレーキ装置は、機械的な部分である電動ブレーキアクチュエータ１と、この電動ブレーキアクチュエータ１を制御する制御装置２とで構成される。制御装置２は、上位ＥＣＵ３等の上位制御手段および電源装置４に接続されている。上位ＥＣＵ３は、この電動ブレーキ装置を搭載した車両の全体の制御を行う電気制御ユニットであって、協調制御機能や統括制御機能を有し、また、例えばブレーキペダル等のブレーキ操作手段の操作量から車両の各電動ブレーキ装置１に与える目標ブレーキ力を演算して分配する機能を備える。上位ＥＣＵ３は、前記全体制御のＥＣＵとは別の、ブレーキ専用のＥＣＵであっても良い。電源装置４はバッテリ等である。
　なお、この実施形態は、本発明者の提案を実装する上で最小限の構成を示すものとする。また、本図および以下の実施形態において、ブレーキ力とはブレーキ力に相当する値全般を示すものとする。例えば、摩擦パッド等の摩擦材の押圧力をブレーキ力として用いても良く、電動ブレーキ装置が搭載される車輪の制動トルクを、トルクセンサ等を用いて検出して、ブレーキ力として用いても良い。その他、予め電動ブレーキアクチュエータの剛性からブレーキ力と電動モータ角度との関係を調査しておき、電動モータ角度を等価ブレーキ力とするシステムとしても良い。
　電動ブレーキアクチュエータ１は、例えば図２に示すように、ブレーキロータ３１、摩擦パッドなどの摩擦材３２、およびこの摩擦材３２を前記ブレーキロータ３１に押付ける摩擦材操作手段３３を有し、またこの電動ブレーキアクチュエータ１の状態量を検出し、発生しているブレーキ力を推定するブレーキ力推定手段であるセンサ３７が設けられている。ブレーキロータ３１は、車輪と一体に固定され回転する。摩擦材操作手段３３は、駆動源となる電動モータ３４と、この電動モータ３４の回転を摩擦材３２の往復直線動作に変換する直動機構３５と、電動モータ３４の回転を前記直動機構３５に減速して伝達するギヤ列等の減速機３６とで構成される。
　電動モータ３４は、ブラスレスＤＣモータを用いると省スペースで高出力となり好適と考えられるが、ブラシ付ＤＣモータや誘導モータを用いることもできる。直動機構３５は、送りねじ機構やボールランプ等の直進運動機構を用いることができる。減速機３６は、平行歯車を用いると安価で好適と考えられるが、遊星歯車やウォーム歯車等を用いても良く、高推力が求められない場合は用いられなくとも良い。センサ３７は、モータ角度センサ、ブレーキ力センサ、等が用いられても良い。
　図１において、制御装置２は、与えられた所望のブレーキ力である目標ブレーキ力に追従制御するブレーキ力制御演算器５、モータ電流を制御する電流制御演算器６、ブレーキ反力を相殺補償する反力補償器７、モータドライバ８、および電流センサ９によって構成されている。前記ブレーキ力制御演算器５、電流制御演算器６、および反力補償器７は、マイコン（マイクロコンピュータ）、ＰＦＧＡ，ＡＳＩＣ，ＤＳＰ等で実装すると好適と考えられる。モータドライバ８は、例えばＦＥＴ等のスイッチング素子とスイッチング制御回路とを備えたハーフブリッジ回路を適用すると安価で好適と考えられる。電流センサ８は、例えばシャント抵抗とアンプを使用すると安価であり、磁界検出センサを用いると高精度である。
　ブレーキ力制御演算器５は、目標ブレーキ力に対して推定ブレーキ力が追従するようにモータ電流を決定する。電流制御演算器６は、前記モータ電流に対して、電動モータ３４のモータ特性に基づいて電流ベクトル制御等を行う。
　反力補償器７は、前記摩擦材３２（図２参照）のブレーキロータ３１への押圧力の反力を所定の条件に基づいて推定し、前記反力によって発生する電動モータ３４の回転抵抗の影響を相殺するように、電流制御演算器６の電流値を加算する手段である。
　反力補償器７が、前記電動モータ３４の駆動電圧および電流の何れか一つ以上と、前記電動モータ３４の回転角度および前記回転角度の１回以上微分値のうち何れか一つ以上とを含む情報より前記反力を直接推定する直接推定手段１１と、前記推定ブレーキ力から、設定された相関（例えば、図５）に基づいて前記反力を推定する間接推定手段１２と、前記直接推定手段１１の推定結果と前記間接推定手段１２の推定結果とを定められた比率で用いて前記補償をする反力を決定する補償反力決定手段１３とを有する。
　反力補償器７は、前記直接推定手段１１の推定結果と前記間接推定手段１２の推定結果とを用いる比率を一定としてとしても良いが、この実施形態では、前記推定ブレーキ力ｄの前記目標ブレーキ力に対する追従状態から、前記直接推定手段１１の推定結果と間接推定手段１２の推定結果とを用いる前記比率を決定する比率切替部１４を有し、前記補償反力決定手段１３は、前記比率切替部１４が決定した結果である比率によって、前記補償をする反力を決定する。
　図３に、前記直接推定手段１１の具体例を示す。同図は、電動ブレーキアクチュエータ１における電動モータ３４の運動から、外力として入力されるブレーキ反力ｃの推定反力ｃ′を求める例である。アクチュエータ操作量ａは、例えば電動モータ３４の印加電流とすると、力と慣性のみのシンプルな運動となるため好適と考えられるが、印加電圧を用いても良い。アクチュエータ制御量ｂは、例えばモータ角度センサ、ブレーキ力センサ、等を含むセンサからの出力全般を示し、特にモータ角度センサは安価かつ容易に実装できるため、参照出力として好適と考えられる。図３および図４中では、アクチュエータ制御量ｂとして、モータ角度を用いている。
　外乱オブザーバ２１は、入力するアクチュエータ操作量ａに対して、実験やシミュレーション結果または実測結果等を踏まえて予め設定されたアクチュエータモデル２２を表す運動方程式に基づいて出力を導出する。前記導出された出力に対し、実際のモータ角度を比較演算器２３で比較演算し、外力として入力されたであろうブレーキ反力ｃを推定し、推定反力ｃ′として出力する。上記の処理は、外力を状態量に含んだ状態推定オブザーバを用いると微分演算を必要としないため好適と考えられるが、電動ブレーキアクチュエータ１の逆モデルを用いた外乱推定オブザーバを用いても良い。
　図４に、前記間接推定手段１２の具体例を示す。同図は、推定ブレーキ力ｄから、推定テーブル２４等を用いて反力を推定する例（推定反力ｃ′として出力する）を示す。一般に、ブレーキ力と反力との間には図５に示すような相関を有するため、推定ブレーキ力を用いて反力推定が可能となる。反力とブレーキ力との関係を示す曲線は、モータ角速度ωの正負、つまり正方向に回転させるときの効率である正効率を示す曲線と、逆方向に回転させるときの効率である逆効率を示す曲線とがあり、それら２曲線が一致しない場合には、ヒステリシスが存在することとなり、そのヒステリシスのため、回転方向を切替えたときに、同じブレーキ力であっても、反力が大きく変化し、スムーズな動作を妨げる。なお、推定ブレーキ力ｄには、例えばアクチュエータ剛性に基づいてブレーキ力と相関をとったモータ角度など、ブレーキ力と等価となるパラメータを用いても良い。
　図３の直接推定の手法は、電動ブレーキアクチュエータ１の個体差や特性変動を含めて推定が可能であるため、モデル誤差を考慮しなければならない場合に有効であり、過剰な反力補償を防止できることが利点となる。一方で、外乱オブザーバ２１の推定遅れの分、反力補償が遅れることが欠点となる。
　図４の間接推定の手法は、予め設定された推定テーブル２４を参照するのみである為、少ない演算負荷で迅速な反力補償が可能である点が利点となる。一方で、ブレーキ力推定誤差や電動ブレーキアクチュエータ１の個体差などのモデル誤差が発生する場合、過剰な反力補償が発生することで電動ブレーキアクチュエータ１の動作が振動的になる等の問題が発生し得ることが欠点となる。
　この実施形態は、上記のような直接推定の得失（上記利点と欠点）、および間接推定の得失を考量し、電動ブレーキアクチュエータ１の特性に基づく高速な反力補償が可能な補償手段、すなわち間接推定手段１２と、電動ブレーキアクチュエータ１の動作に基づく正確な反力補償が行える補償手段、すなわち直接推定手段１１とを併用し、電動ブレーキアクチュエータ１のヒステリシス特性の影響を除去してスムーズかつ高速な制御系を実現している。
　図１の前記反力補償器１３の前記比率切替部１４につき、具体的に説明する。図６～図８は、それぞれ図１の前記反力補償器７の補償反力決定手段１３、特にその比率切替部１４の互いに異なる各処理方法の例を示す。
　図６は、ブレーキ力偏差に基づく補償の例を示す。ステップＲ１において、目標ブレーキ力Ｆrと推定ブレーキ力Ｆｂの偏差の絶対値αを求める。この後、間接推定手段１２による推定反力ｉr１、および直接推定手段１１による推定反力ｉr２を取得する（ステップＲ２，Ｒ３）。取得順は、いずれが先であっても良い。この取得順の前後不問の点は、図７，図８の例も同様である。この取得した２種類の推定反力ｉr１，推定反力ｉr２を用い、定められた比率関数ｆによって、反力補償電流ｉrを演算する（Ｒ４）。なお、比率関数ｆは、実験やシミュレーション結果または実測結果等から定められる。
　この例では、反力補償電流ｉrを演算に次式、
　ｉr＝ｆ１（α）ｉr１＋｛１－ｆ１（α）｝ｉr２
を用いる。なお、関数ｆ１は、前記比率関数ｆの一種である。
　一般に、前記ブレーキ力偏差が大きいほど追従状態を改善するため迅速な補償が求められ、ブレーキ力偏差の絶対値が小さく目標値に対して追従状態にあるほど正確な補償が求められる。このため、同図の例では、偏差が大きくなると間接推定手段１２による推定反力に基づく補償電流ｉr１の比率が高くなる関数ｆを用いて、補償電流を決定する。
　図６に具体例を示したように、前記比率切替部１４(図1参照)は、前記推定ブレーキ力と目標ブレーキ力との偏差の絶対値および前記偏差の絶対値の微分値のうちのいずれか一方または両方に基づいて、前記絶対値および前記絶対値の微分値のうちのいずれか一方または両方が大きくなると前記間接推定手段１２の推定結果を用いる比率を増加させるようにしても良い。
　図７は、目標ブレーキ力の変化度合に基づく例を示す。同図の例では、ステップＳ１で、目標ブレーキ力Ｆrの変化度合Ｆrｄを取得し、図６の例と同様に間接推定手段１２による推定反力ｉr１、および直接推定手段１１による推定反力ｉr２を取得する（ステップＳ２，Ｓ３）。この取得した２種類の推定反力ｉr１，推定反力ｉr２を用い、定められた比率関数ｆによって、反力補償電流ｉrを演算する（Ｓ４）。
　この例では、反力補償電流ｉrを演算に次式、
　ｉr＝ｆ２（Ｆrｄ）ｉr１＋｛１－ｆ２（Ｆrｄ）｝ｉr２
を用いる。なお、関数ｆ２は、前記比率関数ｆの一種である。
　一般に、入力される目標値の変化度合が大きいほど追従性を向上するために迅速な補償が求められ、変化度合が小さいほど不要な振動的動作を防ぐために正確な補償が求められる。このため、比率関数ｆとして、変化度合が大きくなると間接推定手段１２による推定反力に基づく補償電流ｉr１の比率が高くなる関数を用いて、補償電流を決定する。なお、前記変化度合として、例えば目標ブレーキ力の時間微分の絶対値、目標ブレーキ力とフィルタを介した目標ブレーキ力との比較もしくは時定数の異なる複数のフィルタを介した目標ブレーキ力の比較、目標ブレーキ力のフーリエ解析等により導出されるピーク周波数、等を用いることができる。
　図７に具体例を示したように、前記比率切替部１４は、前記目標ブレーキ力の変化度合に基づいて前記変化度合Ｆrｄが高くなると前記間接推定手段１２の推定結果を用いる比率を増加させる機能を有するようにしても良い。
　前記変化度合Ｆrｄは、前記目標ブレーキ力の周波数であっても良い。すなわち、前記比率切替部１４は、前記目標ブレーキ力の周波数に基づいて前記周波数が高くなると前記間接推定手段１２の推定結果を用いる比率を増加させる機能を有するようにしても良い。
　図８は、推定ブレーキ力Ｆｂに基づく補償の例を示す。同図の例では、前記各例と同様に、間接推定手段１２による推定反力ｉr１、および直接推定手段１１による推定反力ｉr２を取得する（ステップＴ１，Ｔ２）。この取得した２種類の推定反力ｉr１，推定反力ｉr２を用い、定められた比率関数ｆによって、反力補償電流ｉrを演算する（Ｔ３）。
　この例では、反力補償電流ｉrを演算に次式、
　ｉr＝ｆ３（Ｆｂ）ｉr１＋｛１－ｆ３（Ｆｂ）｝ｉr２
を用いる。なお、関数ｆ３は、前記比率関数ｆの一種である。
　一般に、ブレーキ力が低いほど補償反力の単位誤差あたりの比率が上昇するため、推定ブレーキ力が大きくなると間接推定手段１２による推定反力に基づく補償電流ｉr１の比率が高くなる関数を用いて、補償電流を決定する。
　図８に具体例を示したように、前記比率切替部１４は、前記推定ブレーキ力の推定範囲内の所定の領域において、前記推定ブレーキ力が小さくなると前記間接推定手段１２の推定結果を用いる比率を減少させるようにしても良い。
　図９は、前記の比率を決定する関数の一例を示す。本図のように、ｘの変化（増加または減少）に伴なって、０から１までを滑らかな曲線で結合する関数が好適と考えられるが、０から１までを直線でつなぎ、ｘの変化に伴なって、直線的に変化する関数としても良く、０から１に瞬時に切り替わる離散的な関数としても良い。また、変化する数値は、必ずしも０から１でなくとも、前記直接推定手段１１と間接推定手段１２の比率をこれと等価的に変更するものであればよい。
　なお、図６～図８による比率の決定は、いずれか一つを用いてもよく、いずれか複数の判断を併用して、反力補償電流を決定するようにしても良い。
　図１０～図１２は、電動ブレーキ装置の動作例を示す。図１０は、この実施形態に係る電動ブレーキ装置の動作例を示す。スムーズでかつ高速な制御の制御波形となっている。
　図１１は、前記直接推定手段１１のみを使用した例を示す。直接推定手段１１のみを使用した同図の例では、直接推定手段１１と間接推定手段１２とを併用した実施形態（図１０）と比較して、高速に動作しなければならない状況で反力の補償が遅れる為、応答に遅延が生じている。
　図１２は、前記間接推定手段１２のみを使用した例を示す。間接推定手段１２のみを使用した例では、直接推定手段１１と間接推定手段１２とを併用した実施形態（図１０）と比較して、モデル誤差等の影響を受けて正効率に基づく補償と逆効率に基づく補償が頻繁に切り替わるように過剰な反力補償が発生してしまい、特に緩やかに応答させたい状況において不要な振動が発生する。
　以上のように、この実施形態では、電動ブレーキアクチュエータ１の特性に基づく高速な反力補償すなわち間接推定手段１２と、電動ブレーキアクチュエータ１の動作に基づく正確な反力補償すなわち直接推定手段１１とを併用し、電動ブレーキアクチュエータ１のヒステリシス特性の影響を除去してスムーズかつ高速な制御系を実現することができる。
　ブレーキ力制御演算器５、電流制御演算器６、直接推定手段１１、間接推定手段１２、および補償反力決定手段１３は、具体的には、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、また必要に応じて、比較関数や四則演算関数、それらに等価のハードウエア等を用いて、演算を行って結果を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。
　以上、図面を参照しながら実施形態に基づいて本発明を実施するための好適な形態を説明したが、ここで開示し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。本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。
１…電動ブレーキアクチュエータ
２…制御装置
５…ブレーキ力制御演算器
６…電流制御演算器
７…反力補償器
８…モータドライバ
９…電流センサ
１１…直接推定手段
１２…間接推定手段
１３…補償反力決定手段
１４…比率切替部
３１…ブレーキロータ
３２…摩擦材
３３…摩擦材操作手段
３４…電動モータ
３７…センサ（ブレーキ力推定手段）

Claims (6)

  1. 　ブレーキロータと、摩擦材と、電動モータを有し前記摩擦材を前記ブレーキロータと接触させる摩擦材操作手段と、発生しているブレーキ力を推定するブレーキ力推定手段と、目標ブレーキ力に対して前記ブレーキ力推定手段で推定される推定ブレーキ力が追従するように前記電動モータを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、
    　前記制御装置が、前記摩擦材の押圧力の反力によって発生する電動モータ回転抵抗を相殺するように補償する反力補償器を有し、
    　この反力補償器が、前記電動モータの駆動電圧および電流の何れか一つ以上と、前記電動モータの回転角度および前記回転角度の１回以上微分値のうち何れか一つ以上とを含む情報より前記反力を直接推定する直接推定手段と、前記推定ブレーキ力から、設定された相関に基づいて前記反力を推定する間接推定手段と、前記直接推定手段の推定結果と前記間接推定手段の推定結果とを定められた比率で用いて前記補償をする反力を決定する補償反力決定手段とを有する、
    　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、前記反力補償器が、前記推定ブレーキ力の前記目標ブレーキ力に対する追従状態から、前記直接推定手段の推定結果と間接推定手段の推定結果とを用いる前記比率を決定する比率切替部を有し、前記補償反力決定手段は、前記比率切替部が決定した結果である比率を用いて、前記補償をする反力を決定する電動ブレーキ装置。
  3. 　請求項２に記載の電動ブレーキ装置において、前記比率切替部は、前記推定ブレーキ力と目標ブレーキ力との偏差の絶対値および前記偏差の絶対値の微分値のうちのいずれか一方または両方に基づいて、前記絶対値および前記絶対値の微分値のうちのいずれか一方または両方が大きくなると前記間接推定手段の推定結果を用いる比率を増加させる電動ブレーキ装置。
  4. 　請求項２または請求項３に記載の電動ブレーキ装置において、前記比率切替部は、前記目標ブレーキ力の変化度合に基づいて前記変化度合が高くなると前記間接推定手段の推定結果を用いる比率を増加させる機能を有する電動ブレーキ装置。
  5. 　請求項２または請求項３に記載の電動ブレーキ装置において、前記比率切替部は、前記目標ブレーキ力の周波数に基づいて前記周波数が高くなると前記間接推定手段の推定結果を用いる比率を増加させる機能を有する電動ブレーキ装置。
  6. 　請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載の電動ブレーキ装置において、前記比率切替部は、前記推定ブレーキ力の推定範囲内の所定の領域において、前記推定ブレーキ力が小さくなると前記間接推定手段の推定結果を用いる比率を減少させる電動ブレーキ装置。
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