WO2017033803A1

WO2017033803A1 - 電動ブレーキ装置

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Publication number: WO2017033803A1
Application number: PCT/JP2016/073932
Authority: WO
Inventors: 唯増田
Original assignee: Ntn株式会社
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2016-08-16
Publication date: 2017-03-02
Also published as: JP2017039454A; CN107921949A; EP3339121A4; EP3339121B1; US20180154872A1; US10377355B2; CN107921949B; EP3339121A1; JP6533125B2

Abstract

電動ブレーキ装置において、作動音を低減することができ、また消費電力の低減を図ることが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、電動ブレーキアクチュエータ(1)と、制御装置(2)とを備える。制御装置(2)は、上位ＥＣＵ(17)から与えられた目標ブレーキ力にブレーキ力を追従制御するブレーキ制御演算器(18)と、モータ電流を一定値に維持するブレーキ維持電流推定器(19)と、ブレーキ制御演算器(18)とブレーキ維持電流推定器(19)とを切替える切替制御部(20)とを有する。切替制御部(20)は、目標ブレーキ力の変化率の絶対値が定められた値以下で、且つ、ブレーキ力が追従状態にあるという条件を充足するとき、ブレーキ制御演算器(18)から、モータ電流を一定値に維持するブレーキ維持電流推定器(19)に切替える。

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２０１５－１６３８６８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、作動音を低減することができ、また消費電力の低減を図ることができる技術に関する。

　電動モータを用いた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．電動モータでブレーキ力を制御する電動ブレーキ装置（特許文献１）。
　２．摩擦パッドの押圧力を検出するセンサを設けたディスクブレーキ（特許文献２）。
　３．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（特許文献３）。

特開２００３－２４７５７６号公報特開２０１０－２７０７８８号公報独国特許出願公開第１９８４１１７０号明細書

　特許文献１，２のような電動ブレーキ装置において、消費電力および作動音の低減が課題となる場合がある。特に、特許文献１等に示されているねじ機構を使用する場合、主に摩擦力に起因して、電動モータのブレーキ力が増加する際と減少する際の動作における反力が異なるヒステリシス特性を示すことが多い。これにより、モータ電流とブレーキ力との関係に１対１ではないヒステリシスの部分が存在する。その場合、一定のブレーキ力に維持しようとする際、当該関係が前記ヒステリシスの部分にある間はモータ電流が変動してもブレーキ力が変動しない。そのため、主に積分要素の影響から電動モータの揺動が発生し易い場合がある。

　上記の場合において、この電動モータの揺動により消費電力が悪化する場合がある。また、特にブレーキ荷重の小さい場合において、例えば減速機に用いる歯車の歯打ち音などにより、作動音が悪化し問題になる場合がある。例えば、特許文献３のような、逆効率を利用する電動アクチュエータにおいて、ブレーキ力を、指令値が変化している場合に何度も逆効率を利用した維持状態にしてしまうと、応答が階段状となり、追従性の低下および作動音の悪化が問題となる可能性がある。

　この発明の目的は、電動ブレーキ装置において、作動音を低減することができ、また消費電力の低減を図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、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ＤＢ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、この電動モータ４によりブレーキ力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は、上位の制御手段１７から与えられた目標ブレーキ力に前記ブレーキ力を追従制御するブレーキ力追従制御部１８と、前記電動モータ４の電流を一定値に維持するブレーキ力維持制御部１９と、前記ブレーキ力追従制御部１８の制御（または出力）と前記ブレーキ力維持制御部１９の制御（または出力）とを切替える切替制御部２０とを有し、
　前記切替制御部２０は、前記目標ブレーキ力の変化率の絶対値が定められた値以下であるか否かで目標値が一定であるか否かを判定する一定目標値判別機能部２５と、前記ブレーキ力と前記目標ブレーキ力との偏差が定められた範囲内であるか否かでブレーキ力が追従状態であるか否かを判定する追従状態判別機能部２６とを有し、前記一定目標値判別機能部２５により目標値が一定であると判定され、且つ、追従状態判別機能部２６でブレーキ力が追従状態にあると判定されるという条件を充足するとき、前記ブレーキ力追従制御部１８の制御（または出力）から、モータ電流を一定値に維持する前記ブレーキ力維持制御部１９の制御（または出力）に切替えるものであり、前記ブレーキ力維持制御部１９における前記一定値とするモータ電流は、前記条件を充足したと前記切替制御部２０が判定したときの前記ブレーキ力または前記目標ブレーキ力を基準に定められるモータ電流である。
　前記目標ブレーキ力の変化率とは、例えば単位時間当たりの目標ブレーキ力の変化（振れ幅）を言う。前記定められた値、前記定められた範囲は、それぞれ試験やシミュレーション等の結果により定められる。この明細書において、「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、摩擦部材９をブレーキロータ８に押し付ける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ＤＢが搭載される車輪の制動力を例えばトルクセンサ等を用いて検出し、この検出値をブレーキ力としても良い。その他、アクチュエータ剛性からブレーキ力と電動モータ角度との関係を予め調査しておき、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。

　この構成によると、通常時、ブレーキ力追従制御部１８は、上位の制御手段１７から与えられた目標ブレーキ力にブレーキ力を追従制御する。切替制御部２０は、一定目標値判別機能部２５および追従状態判別機能部２６において、目標ブレーキ力の変化率が定められた値以下（例えば目標ブレーキ力が概ね一定）で、且つ、ブレーキ力と目標ブレーキ力との偏差が定められた範囲内（例えばブレーキ力が追従状態にある）と判定されたか否かを判定する。切替制御部２０は、この条件を充足すると判定すると、ブレーキ力追従制御部１８の制御から、モータ電流を一定値に維持するブレーキ力維持制御部１９の制御に切替える。このブレーキ力維持制御部１９におけるモータ電流は、前記条件を充足したと切替制御部２０が判定したときのブレーキ力または目標ブレーキを基準に定められるモータ電流である。

　ヒステリシス特性の影響で電動モータの揺動が発生し易い電動ブレーキ装置において、前述のモータ電流を一定値に維持するブレーキ力維持制御部１９を設けたため、電動モータ４の揺動を防止し、作動音の低減を図ることができる。またモータ電流を積極的に一定値に維持するため、モータ電流つまりモータトルクが変動するブレーキ力追従制御部のみからブレーキ力を制御するよりも消費電力の低減を図れる。

　前記追従状態判別機能部２６は、追従状態にあるか否かを判定する前記定められた範囲について、制御（または出力）を前記ブレーキ力追従制御部１８から前記ブレーキ力維持制御部１９に切替える際の範囲より、制御（または出力）を前記ブレーキ力維持制御部１９から前記ブレーキ力追従制御部１８に切替える際の範囲を拡大する機能を有するものとしても良い。この場合、ブレーキ力追従制御部１８とブレーキ力維持制御部１９との制御の切替えが頻繁に発生してしまう事象を防止し、制御の安定性を向上することができる。

　前記切替制御部２０は、
　前記ブレーキ力維持制御部１９による制御が解除されるときの前記ブレーキ力と前記目標ブレーキ力との偏差を記憶する記憶手段２７と、
　前記ブレーキ力維持制御部１９の制御（または出力）が解除されて前記ブレーキ力追従制御部１８の制御（または出力）に切替えられた直後の前記目標ブレーキ力について、前記記憶手段２７に記憶された前記偏差を除去した目標ブレーキ力に補正する補正手段２８とを有し、前記補正手段２８において切り替えられた後の補正量が所定時間内に徐々にゼロに収束するよう処理を行っても良い。
　前記所定時間は、例えば試験やシミュレーション等の結果により定められる。
　この場合、ブレーキ力維持制御部１９からブレーキ力追従制御部１８に制御（または出力）が切替えられた直後の急峻な動作を防止し、作動音の改善をさらに図ることができる。

　前記切替制御部２０は、前記ブレーキ力維持制御部１９の制御（または出力）が解除されて前記ブレーキ力追従制御部１８の制御（または出力）に切替えられた後の、目標ブレーキ力の変化率の絶対値、および前記ブレーキ力と前記ブレーキ力目標値（目標ブレーキ力）の偏差の絶対値、のうち少なくとも何れか一方または両方が定められた値以上か否かを判定する判定手段２９を有し、この判定手段２９により前記何れかの値が定められた値以上と判定されたとき、前記補正手段２８による補正を不許可するものとしても良い。前記定められた値は、試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率の絶対値が定められた値以上である場合もしくはブレーキ力と目標ブレーキ力の偏差の絶対値が定められた値以上である場合、ブレーキ力維持制御部１９からブレーキ力追従制御部１８への制御（または出力）の切替時に、電動ブレーキ装置ＤＢの急峻な動作が求められているので、前述の急峻な動作を防止する機能を実行しなくても良い。したがって、その場合は急峻な動作を防止する機能を実行せず応答性を最大限に発揮することが好適と考えられる。

　前記ブレーキ力維持制御部１９は、測定されたモータ電流とブレーキ力との関係を設定する関係設定手段１９ａを含み、前記条件を充足したと前記切替制御部２０が判定したときの前記ブレーキ力を、前記関係設定手段１９ａに照合して前記一定値とするモータ電流（後述のブレーキ力維持電流）を決定するものとしても良い。電動モータ４における正効率と逆効率は予め測定可能であるため、これら正効率および逆効率でのモータ電流とブレーキ力との関係を、例えばマップ等から成る関係設定手段１９ａに設定しておくことで、一定値に維持するモータ電流を少ない演算負荷で決定することが可能となる。これにより消費電力の低減をさらに図ることができる。

　前記ブレーキ力維持制御部１９は、前記条件を充足したと前記切替制御部２０により判定されるまでの定められた時間におけるモータ電流の平均値を記憶し、前記条件を充足したと前記切替制御部２０が判定して前記ブレーキ力維持制御部１９による制御（後述の電流一定制御）を実行するとき、記憶された前記モータ電流の平均値を、前記ブレーキ力維持制御部１９におけるモータ電流としても良い。前記定められた時間は、試験やシミュレーション等の結果により定められる。

　電動モータ等の大きな特性変動を考慮しなければならない場合などでは、モータ電流とブレーキ力との関係を設定するマップ等の作成が困難である場合がある。このような場合において、ブレーキ力が目標ブレーキ力に追従する近傍（前記条件を充足したと前記切替制御部により判定されるまでの定められた時間）のモータ電流は、ブレーキ力を維持するためのモータ電流に概ね近いと考えられる。このため、前記定められた時間のモータ電流の平均値を求めることで、ブレーキ力維持制御部１９におけるモータ電流を、マップ等を用いることなく決定することができる。或いは、前記予め設定されたマップ等に基づく結果と、前記モータ電流の平均値に基づく結果と、を適宜併用する構成としても良い。

　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の概略構造を示す図である。同電動ブレーキ装置を含む電動ブレーキシステムのブロック図である。同電動ブレーキ装置の動作例等を示す図である。同電動ブレーキ装置によりブレーキ力維持制御等を実行するフローチャートである。この発明の他の実施形態に係る電動ブレーキ装置によりブレーキ力維持制御等を実行するフローチャートである。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によりブレーキ力制御から電流一定制御に移行する際の動作波形を示す図であり、ヒステリシス性を有する例である。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によりブレーキ力制御から電流一定制御に移行する際の動作波形を示す図であり、ヒステリシス性を有さない例である。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により電流一定制御からブレーキ力制御に移行する際の動作波形を示す図であり、補正処理を施した例である。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により電流一定制御からブレーキ力制御に移行する際の動作波形を示す図であり、補正処理を施さない例である。従来例の電動ブレーキ装置の動作例を示す図である。

　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４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、電動ブレーキアクチュエータ１と、制御装置２とを有する。先ず、電動ブレーキアクチュエータ１について説明する。

　電動ブレーキアクチュエータ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、摩擦部材操作手段である直動機構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、センサ類Ｓａ（図２）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、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からなる。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、例えば、トルク密度や出力密度に優れるブラシレスＤＣモータを用いることが好適である。減速機構５は、電動モータ４の回転を、回転軸１０に固定された三次歯車１１に減速して伝える機構であり、一次歯車１２、中間歯車（二次）１３、および三次歯車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に取り付けられた一次歯車１２の回転を、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三次歯車１１に伝達可能としている。

　直動機構６は、減速機構５で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、回り止めされ且つ軸方向Ａ１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。減速機構５を介して減速した電動モータ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、アウトボード側とは電動ブレーキ装置ＤＢを車両の各車輪に搭載した状態で、車両の車幅方向外側をアウトボード側といい、車両の車幅方向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る。これら係止孔のいずれか一つにロック部材１５が係止可能に構成される。アクチュエータ１６として例えばソレノイドが適用される。ロック部材（ソレノイドピン）１５を、アクチュエータ１６により進出させ、中間歯車１３に形成された前記係止孔に嵌まり込ませて係止することで、中間歯車１３の回転を禁止し、パーキングロック状態にする。ロック部材１５をアクチュエータ１６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、この電動ブレーキシステムは、電動ブレーキアクチュエータ１と、制御装置２と、上位ＥＣＵ１７と、電源装置３とを有する。制御装置２に、電源装置３と、制御装置２の上位の制御手段である上位ＥＣＵ１７とが接続されている。上位ＥＣＵ１７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。また上位ＥＣＵ１７は、各電動ブレーキ装置ＤＢの統合制御機能を有する。上位ＥＣＵ１７から例えばブレーキ力等の目標値指令（目標ブレーキ力）が、制御装置２に入力される。

　電源装置３は、電動ブレーキ装置ＤＢにおける電動モータ４および制御装置２にそれぞれ電力を供給する。制御装置２は、ブレーキ力追従制御部であるブレーキ制御演算器１８、ブレーキ力維持制御部であるブレーキ維持電流推定器１９、切替制御部２０、電流制御演算器２１、およびモータドライバ２２等を有する。

　ブレーキ制御演算器１８は、上位ＥＣＵ１７から与えられる目標ブレーキ力に、ブレーキ力を追従制御するためのモータ電流を演算する。前記ブレーキ力について、例えば、摩擦部材９（図１）の押圧力の反力トルクとブレーキ力との関係を予め試験等により定めておき、センサ類Ｓａのうち例えば荷重センサにより検出される摩擦部材９（図１）の押圧力と、定められた前記関係とから前記ブレーキ力を推定しても良い。

　ブレーキ維持電流推定器１９は、ブレーキ力を一定に維持するためのモータ電流（電動モータ４の電流）を推定し、モータ電流を一定値に維持する。この実施形態のブレーキ維持電流推定器１９は、測定されたモータ電流とブレーキ力との関係を設定する関係設定手段１９ａを含む。電動モータ４において、ブレーキ力が増加する際の正効率とブレーキ力が減少する際の逆効率は予め試験等により測定可能であるため、これら正効率および逆効率でのモータ電流とブレーキ力との関係を、例えばマップ等から成る関係設定手段１９ａに設定しておく。これにより一定値に維持するモータ電流を少ない演算負荷で決定し得る。

　切替制御部２０は、前記ブレーキ力追従制御部１８の制御（または出力）と前記ブレーキ力維持制御部１９の制御（または出力）とを切替える。切替制御部２０は、ブレーキ制御演算器１８の出力とブレーキ維持電流推定器１９の出力とを切替える切替スイッチ２３と、ブレーキ維持電流推定器１９によるブレーキ維持状態を判別するブレーキ維持状態判別器２４とを有する。ブレーキ維持状態判別器２４は、一定目標値判別機能部２５および追従状態判別機能部（「ブレーキ追従状態判別機能部」とも言う）２６を有する。

　一定目標値判別機能部２５は、上位ＥＣＵ１７から与えられる目標ブレーキ力が静的指令（略一定の目標値）であるか否かを判定する。具体的には、目標ブレーキ力の変化率の絶対値が定められた値以下であるか否かが判定される。ブレーキ追従状態判別機能部（追従状態判別機能部）２６は、ブレーキ力と目標ブレーキ力との偏差を含む情報から、前記目標ブレーキ力への追従制御が概ね達成されたか否かを判定する。換言すれば、ブレーキ追従状態判別機能部２６は、センサ類Ｓａ等から推定されるブレーキ力と、上位ＥＣＵ１７から与えられる目標ブレーキ力との偏差が定められた範囲内であるか（ブレーキ制御が追従状態であるか）否かを判定する。

　一定目標値判別機能部２５により目標ブレーキ力の変化率が定められた値以下と判定され、且つ、ブレーキ追従状態判別機能部２６によりブレーキ力と目標ブレーキ力との偏差が定められた範囲内であるという条件を充足すると、ブレーキ維持状態判別器２４は、切替スイッチ２３により、ブレーキ制御演算器１８の出力からブレーキ維持電流推定器１９の出力に切替え、または、このブレーキ維持電流推定器１９による制御モードのまま維持する。

　ブレーキ維持電流推定器１９における、前記ブレーキ力を一定に維持するためのモータ電流は、前述の目標ブレーキ力の変化率が定められた値以下で、且つ、ブレーキ力と目標ブレーキ力との偏差が定められた範囲内であるという条件を充足したとブレーキ維持状態判別器２４が判定したときのブレーキ力または目標ブレーキ力を基準に定められる。

　電流制御演算器２１は、センサ類Ｓａの値から、上位ＥＣＵ１７からの目標ブレーキ力を達成するよう、モータドライバ２２の制御信号を生成する。この電流制御演算器２１は、目標ブレーキ力に対応した目標モータ電流に追従制御するための電圧値を演算する。モータドライバ２２は、電源装置３の直流電力を電動モータ４の駆動に用いる三相の交流電力に変換する。このモータドライバ２２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴのようなスイッチ素子を用いたハーフブリッジ回路等を構成しても良い。またモータドライバ２２は、前記スイッチ素子を瞬時に駆動するようなプリドライバを含んでも良い。

　上位ＥＣＵ１７は、例えば、四輪車両においては「ＶＣＵ１７」と呼ばれても良い。電源装置３は、１２Ｖバッテリや、電気自動車（略称ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（略称ＨＥＶ）等におけるＤＣ-ＤＣコンバータ等の低圧電源としても良い。なお図２の電動ブレーキシステムは、本発明者の提案を示すうえでの最小構成を示すものであり、図示外の補助電源や、その他の各種冗長機能や状態推定機能等、電動ブレーキシステムに関連する機能は必要に応じて設けられるものとする。

　図３は、この電動ブレーキ装置の動作例等を示す図である。図２も適宜参照しつつ説明する。図３（ａ）は、目標値（目標ブレーキ力）に対するブレーキ力の推移を示し、図３（ｂ）は、前記ブレーキ力の推移に対応するモータトルクおよび正効率、逆効率に基づく反力トルクの例を示す。なお、一般的に電動モータにおいて、弱め磁束制御等を除けば、モータトルクとモータ電流との関係は概ね比例となるため、本図３（ｂ）のモータトルクはモータ電流と等価であるものとする。

　図３（ａ）に示すように、一定目標値判別機能部２５（図２）により、上位ＥＣＵ１７（図２）から与えられた目標値が略一定であると判定され、且つ、ブレーキ追従状態判別機能部２６により、目標値に対してブレーキ力が十分に追従していると判定されると、図３（ｂ）に示すように、電流制御演算器２１を介してブレーキ維持電流推定器１９（図２）等によりモータ電流を一定に保持する電流一定制御が導入される。

　図３（ａ）に示すように、目標値（目標ブレーキ力）が変動していない場合において、図３（ｂ）に示すように、一定のモータ電流を維持することで、電動モータ４（図２）の不必要な揺動を防止し得る。このとき、前記の電流一定制御を実施するのは、「目標値が略一定であること」と「目標値に対してブレーキ力が十分に追従していること」の双方を満たすことを条件としている。

　例えば、「目標値が略一定であること」のみ充足する場合、ステップ入力のように急峻な変化の後に静的な状態となる目標値において、比較的大きなブレーキ力誤差が生じてしまう可能性がある。また「目標値に対してブレーキ力が十分に追従していること」のみ充足する場合、例えば、緩やかに変動する目標値に対して制御切替が頻繁に発生してしまい、ブレーキ力の応答が階段状になってしまう可能性がある。

　図８は、従来例の電動ブレーキ装置の動作例を示す波形図である。図８は、前記電流一定制御を適用しない場合の例を示す。アクチュエータのヒステリシスの影響から、図８（ａ）に示す一定の目標値（目標ブレーキ力）に対しても、図８（ｂ）に示すようにモータトルク（モータ電流）が変動する。目標値に対してブレーキ力が偏差なく追従することが求められるサーボシステムにおいて、制御演算に積分要素を含むことが一般的であり、電動ブレーキ装置におけるヒステリシス特性のような非線形性が存在する場合、次のような問題が発生する可能性がある。

　ヒステリシスの部分においては、モータトルク変化に対してアクチュエータが反応しないことで積分値が過剰に大きな値となる状態が発生し易い。また増圧／減圧の方向変化に対して外乱に相当する反力トルクが急峻に変化することから、アクチュエータが揺動する動作が極めて発生し易い。このため、図８（ｂ）に示すように、トルク変動が発生する可能性がある。

　図４は、この電動ブレーキ装置によりブレーキ制御演算器１８による制御およびブレーキ維持電流推定器１９によるブレーキ力維持制御を実行するフローチャートである。この図４の例は、ブレーキ維持電流（ブレーキ維持電流推定器１９からの出力一定の電流）を予め測定されたアクチュエータ特性等に基づき決定する例を示す。本処理開始後、切替制御部２０（図２）は、現在の制御モードがブレーキ力制御か電流一定制御かを判定する（ステップＳ１）。前記ブレーキ力制御とは、図２に示す電流制御演算器２１を介したブレーキ制御演算器１８における機能を全て含む制御である。

　現在の制御モードが電流一定制御であるとき、一定目標値判別機能部２５（図２）により目標値が略一定であると判定され（ステップＳ２：ｙｅｓ）、且つ、ブレーキ追従状態判別機能部２６により目標値に対してブレーキ力が十分に追従していると判定されると（ステップＳ３：ｙｅｓ）、電流一定制御を維持する（ステップＳ４）。その後本処理を終了する。現在の制御モードが電流一定制御の場合において、目標値が略一定ではないと判定されるか（ステップＳ２：ｎｏ）、または、目標値に対してブレーキ力が追従していないと判定されると（ステップＳ３：ｎｏ）、切替制御部２０（図２）は制御モードをブレーキ力制御に切替える（ステップＳ５）。その後、ブレーキ制御演算器１８（図２）等によるブレーキ力制御を実行する（ステップＳ６）。

　ステップＳ１において、現在の制御モードがブレーキ力制御であるとき、一定目標値判別機能部２５（図２）により目標値が略一定であると判定され（ステップＳ７：ｙｅｓ）、且つ、ブレーキ追従状態判別機能部２６（図２）により目標値に対してブレーキ力が十分に追従していると判定されると（ステップＳ８：ｙｅｓ）、切替制御部２０（図２）は制御モードを電流一定制御に切替える（ステップＳ９）。

　次に、ブレーキ維持電流推定器１９（図２）は、目標値が略一定で且つ追従状態にあるという条件を充足したと切替制御部２０（図２）が判定したときのブレーキ力を、関係設定手段１９ａ（図２）に照合してブレーキ力維持電流ｉ_ｋを取得する（ステップＳ１０）。但し、ブレーキ力維持電流ｉ_ｋで出力されるモータトルクτ_ｋは、ヒステリシス特性における逆効率に基づく反力トルクτ_ｎより大きく、正効率に基づく反力トルクτ_ｐよりも小さい関係が成立する。

　次に、ブレーキ力維持電流ｉ_ｋに基づき、ブレーキ維持電流推定器１９（図２）等による電流一定制御を実行する（ステップＳ１１）。なお目標値が略一定で且つ追従状態にあるという条件を充足しないとき、（ステップＳ７：ｎｏまたはステップＳ８：ｎｏ）、ブレーキ力制御を維持する(ステップＳ１２)。その後本処理を終了する。

　以上説明した電動ブレーキ装置ＤＢによると、目標値が略一定で且つ追従状態にあるという条件を充足するとき、ブレーキ維持電流推定器１９による電流一定制御を維持するかまたは電流一定制御に切替える。ヒステリシス特性の影響で電動モータの揺動が発生し易い電動ブレーキ装置において、前述のモータ電流を一定値に維持するブレーキ維持電流推定器１９を設けたため、電動モータ４の揺動を防止し、作動音の低減を図ることができる。またモータ電流を積極的に一定値に維持するため、モータ電流つまりモータトルクが変動するブレーキ制御演算器１８のみからブレーキ力を制御するよりも消費電力の低減を図れる。

　ブレーキ制御演算器１８、ブレーキ維持電流推定器１９、電流制御演算器２１、一定目標値判別機能部２５、ブレーキ追従状態判別機能部２６、および後述の補正手段２８と判定手段２９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。

　他の実施形態について説明する。以下の説明においては、各形態で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号を付し、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実施形態の場合と同様とする。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４のステップＳ１０に示すブレーキ力維持電流ｉ_ｋを取得する例に代えて、図５のステップＳ１０Ａを適用する例であっても良い。このステップＳ１０Ａでは、ブレーキ維持電流を、ブレーキ力制御によってブレーキ力を保持している電流値の平均値等から決定する例を示す。具体的には、図２および図５に示すように、ブレーキ維持電流推定器１９は、目標値が略一定で且つ追従状態にあるという条件を充足したと切替制御部２０により判定されるまでの定められた時間におけるモータ電流の平均値を記憶している（図５ステップＳ１０Ａ）。

　前記条件を充足したと切替制御部２０が判定して電流一定制御を実行するとき、記憶されたモータ電流の平均値ｉ_ｋａに基づき、ブレーキ維持電流推定器１９等による電流一定制御を実行する（図５ステップＳ１１）。図５のステップＳ１０Ａにおいて、ステップｋは、現時点の演算サイクルにおける値を示し、ｋ－ｎはステップｋからｎステップ前の演算サイクルにおける値を示す。

　電動モータ等の大きな特性変動を考慮しなければならない場合などでは、モータ電流とブレーキ力との関係を設定するマップ等の作成が困難である場合がある。このような場合において、ブレーキ力が目標ブレーキ力に追従する近傍（前記条件を充足したと切替制御部２０により判定されるまでの定められた時間）のモータ電流は、ブレーキ力を維持するためのモータ電流に概ね近いと考えられる。

　このため、前記定められた時間のモータ電流の平均値を求めることで、ブレーキ維持電流推定器１９におけるモータ電流を、マップ等を用いることなく決定することができる。特に、モータ電流とブレーキ力との関係を正確に測定することが困難である低荷重域において、電流一定制御の信頼性向上を図れる。またモータ電流の平均値を用いて電流一定制御を実行することで、モデル誤差の許容量が増える効果を奏する。

　図６Ａおよび図６Ｂは、さらに他の実施形態に係る電動ブレーキ装置によりブレーキ力制御から電流一定制御に移行する際の動作波形を示す図である。図６Ａおよび図６Ｂは、目標値Ｆ_ｒの変化率（ｄ／ｄｔ）Ｆ_ｒ、ブレーキ力Ｆ_ｂの変化率（ｄ／ｄｔ）Ｆ_ｂの絶対値が所定値以下であり、且つ、ブレーキ力と目標値（目標ブレーキ力）との偏差が定められた範囲ΔＦ内であるとき、ブレーキ力制御から電流一定制御（ブレーキ力維持動作）に推移する例を示す。

　上記の場合、目標値が略一定で且つ追従状態にあるかを判定する際に用いる各所定値について範囲を広くする程、安定して前記電流一定制御を実施することが可能となるが、各所定値について範囲を狭くする場合よりも制御精度が悪化し、トレードオフの関係が生じる。また、ブレーキ力制御と電流一定制御の制御切替を行う際、前記制御切替が頻繁に発生することによる挙動が問題となる場合がある。

　図６Ａは、ブレーキ追従状態判別機能部２６（図２）が、前記定められた範囲ΔＦについて、電流一定制御に推移する際にΔＦによる範囲を拡大するヒステリシス性を持たせる例を示す。ブレーキ力制御から電流一定制御への制御モードの切替が発生した際、ブレーキ力Ｆ_ｂの変化率（ｄ／ｄｔ）Ｆ_ｂが厳密に零でない限り、主にアクチュエータ慣性に伴う惰性運動によりブレーキ力が変動する。このとき前記定められた範囲ΔＦを拡大するヒステリシス性を持たせることで、制御切替が頻繁に発生する事象を防止し、制御の安定性を向上することができる。

　図６Ｂは、図６Ａに示すヒステリシス性を適用しない例を示す。この例では、ブレーキ力と目標値との偏差が定められた範囲ΔＦから出入りを繰り返す。これによりブレーキ力制御と電流一定制御の制御切替が頻繁に発生し、アクチュエータの不要な揺動が発生してしまう可能性がある。但し、図８の電流一定制御を一切適用しない従来例よりも、アクチュエータが揺動する動作を抑えることができ、これによりトルク変動を低減することができる。

　図７Ａおよび図７Ｂは、電流一定制御からブレーキ力制御に移行する際の動作波形を示す図である。厳密に、ブレーキ力Ｆ_ｂの変化率（ｄ／ｄｔ）Ｆ_ｂが零であり、かつ、ブレーキ力と目標値との偏差が零である理想状態を発生させることは困難であることから、電流一定制御の状態において所定の偏差が発生する。よって電流一定制御からブレーキ力制御に切替える際に前記所定の偏差が突然発生することになる。このため、制御切替直後のブレーキ力が急峻な応答になり、作動音の悪化等の問題が発生する可能性がある。

　図７Ａでは、電流一定制御からブレーキ力制御に切替える際、目標ブレーキ力である目標値Ｆ_ｒを、切替直前の偏差である目標値補正分Ｆ_ｄを除いた目標値Ｆ_ｒ´（Ｆ_ｒ´＝Ｆ_ｒ－Ｆ_ｄ）に補正し、その後の所定時間において前記目標値補正分Ｆ_ｄが徐々に零に収束するよう指令値を生成する例を示す。

　この例では、図２に示すように、ブレーキ維持状態判別器２４は、さらに記憶手段２７と補正手段２８と判定手段２９とを有する。記憶手段２７は、電流一定制御が解除されるときのブレーキ力Ｆ_ｂと目標値Ｆ_ｒとの偏差である目標値補正分Ｆ_ｄを記憶する。補正手段２８は、電流一定制御が解除されてブレーキ力制御に切替えられた直後の目標値Ｆ_ｒについて、記憶手段２７に記憶された目標値補正分Ｆ_ｄを除去した目標値Ｆ_ｒ´に補正する。

　但し、判定手段２９は、前記ブレーキ力維持制御部１９による制御が解除されて前記ブレーキ力追従制御部１８による制御に切替えられた後の、目標ブレーキ力の変化率の絶対値が定められた値以上である場合か否か、およびブレーキ力と目標ブレーキ力の偏差の絶対値が定められた値以上である（すなわち、該偏差が、前出のような定められた範囲である）場合か否か、を判定する。判定手段２９により前記の少なくとも一方が定められた値以上であると判定されたとき、補正手段２８による補正を不許可とする。この場合、電流一定制御からブレーキ力制御への制御の切替時に、電動ブレーキ装置のブレーキ力の急峻な応答が求められていると考えられる為、前述の急峻な応答を防止する機能を実行しなくても良く、急峻な応答を防止する機能を実行せず応答性を最大限に発揮することが好適と考えられる。

　目標値補正分Ｆ_ｄについて、例えば、電流一定制御においてのみブレーキ力Ｆ_ｂと目標値Ｆ_ｒとの偏差を記憶手段２７に格納して更新し、ブレーキ力制御の移行後に緩やかに零に収束する変数として実装することができる。前記の補正処理によって、電流一定制御からブレーキ力制御つまり通常のブレーキ力追従動作に移行する際、ブレーキ力と目標値との偏差が急激に発生して応答が振動的になることは無く、前述の作動音の悪化等を防止することができる。

　図７Ｂは、図７Ａに示す補正処理を適用しない例を示す。この図７Ｂの例では、電流一定制御からブレーキ力制御に移行する際、ブレーキ力Ｆ_ｂと目標値Ｆ_ｒとの偏差が急激に生じることで、制御切替直後のブレーキ力Ｆ_ｂの応答が振動的になる可能性がある。

　一定目標値判別機能部２５（図２）は、例えば、時定数の異なるフィルタ等、遅延度合の異なる複数の遅れ要素の出力誤差が所定値以下であることから、略一定の目標値であると判断しても良い。この場合、ノイズ等の影響を除去し易い。ブレーキ追従状態判別機能部２６（図２）は、例えば、ブレーキ力と目標値との偏差の絶対値、およびブレーキ力の微分値ないしは前記偏差の微分値の絶対値が所定値以下であることから、目標値に対してブレーキ力が十分に追従していると判定しても良い。

　センサ類Ｓａとして、モータ角度センサや、ブレーキ力を推定するブレーキ力推定センサを設けても良い。電動モータ４は、ブラシ付ＤＣモータや誘導モータを用いても良い。直動機構６は、ボールランプ等の機構を用いても良い。減速機構５は、平行歯車や遊星歯車を用いても良い。

　この電動ブレーキ装置ＤＢを搭載した車両は、駆動輪をモータで駆動する電気自動車であっても良いし、前後輪の一方をエンジンで駆動し、他方をモータで駆動するハイブリッド自動車あっても良い。また車両に、エンジンのみで駆動輪を駆動するエンジン車を適用しても良い。

　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
１７…上位ＥＣＵ（上位の制御手段）
１８…ブレーキ制御演算器（ブレーキ力追従制御部）
１９…ブレーキ維持電流推定器（ブレーキ力維持制御部）
１９ａ…関係設定手段
２０…切替制御部
２６…ブレーキ追従状態判別機能部
２７…記憶手段
２８…補正手段
２９…判定手段
ＤＢ…電動ブレーキ装置

Claims

　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、この電動モータによりブレーキ力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、
　前記制御装置は、上位の制御手段から与えられた目標ブレーキ力に前記ブレーキ力を追従制御するブレーキ力追従制御部と、前記電動モータの電流を一定値に維持するブレーキ力維持制御部と、前記ブレーキ力追従制御部による制御と前記ブレーキ力維持制御部による制御とを切替える切替制御部とを有し、
　前記切替制御部は、前記目標ブレーキ力の変化率の絶対値が定められた値以下であるか否かで目標値が一定であるか否かを判定する一定目標値判別機能部と、前記ブレーキ力と前記目標ブレーキ力との偏差が定められた範囲内であるか否かでブレーキ力が追従状態であるか否かを判定する追従状態判別機能部とを有し、前記一定目標値判別機能部により目標値が一定であると判定され、且つ、追従状態判別機能部でブレーキ力が追従状態にあると判定されるという条件を充足するとき、前記ブレーキ力追従制御部による制御から、モータ電流を一定値に維持する前記ブレーキ力維持制御部による制御に切替えるものであり、前記ブレーキ力維持制御部における前記一定値とするモータ電流は、前記条件を充足したと前記切替制御部が判定したときの前記ブレーキ力または前記目標ブレーキ力を基準に定められるモータ電流である電動ブレーキ装置。
　請求項１に記載の電動ブレーキ装置において、前記追従状態判別機能部は、追従状態にあるか否かを判定する前記定められた範囲について、制御を前記ブレーキ力追従制御部から前記ブレーキ力維持制御部に切替える際の範囲より、制御を前記ブレーキ力維持制御部から前記ブレーキ力追従制御部に切替える際の範囲を拡大する機能を有する電動ブレーキ装置。
　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、前記切替制御部は、
　前記ブレーキ力維持制御部による制御が解除されるときの前記ブレーキ力と前記目標ブレーキ力との偏差を記憶する記憶手段と、
　前記ブレーキ力維持制御部による制御が解除されて前記ブレーキ力追従制御部による制御に切替えられた直後の前記目標ブレーキ力について、前記記憶手段に記憶された前記偏差を除去した目標ブレーキ力に補正する補正手段とを有し、前記補正手段において切り替えられた後の補正量が所定時間内に徐々にゼロに収束するよう処理を行う電動ブレーキ装置。
　請求項３に記載の電動ブレーキ装置において、前記切替制御部は、前記ブレーキ力維持制御部による制御が解除されて前記ブレーキ力追従制御部による制御に切替えられた後の、前記目標ブレーキ力の変化量の絶対値、および前記ブレーキ力と前記ブレーキ力目標値の偏差の絶対値、のうち少なくとも何れか一方または両方が定められた値以上か否かを判定する判定手段を有し、この判定手段により前記何れかの値が定められた値以上と判定されたとき、前記補正手段による補正を不許可する電動ブレーキ装置。
　請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電動ブレーキ装置において、前記ブレーキ力維持制御部は、測定されたモータ電流とブレーキ力との関係を設定する関係設定手段を含み、前記条件を充足したと前記切替制御部が判定したときの前記ブレーキ力を、前記関係設定手段に照合して前記一定値とするモータ電流を決定する電動ブレーキ装置。
　請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電動ブレーキ装置において、前記ブレーキ力維持制御部は、前記条件を充足したと前記切替制御部により判定されるまでの定められた時間におけるモータ電流の平均値を記憶し、前記条件を充足したと前記切替制御部が判定して前記ブレーキ力維持制御部による制御を実行するとき、記憶された前記モータ電流の平均値を、前記ブレーキ力維持制御部におけるモータ電流とする電動ブレーキ装置。