WO2023090095A1

WO2023090095A1 - 電動ブレーキ装置

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Publication number: WO2023090095A1
Application number: PCT/JP2022/039887
Authority: WO
Inventors: 信治瀬戸; 大輔後藤
Original assignee: 日立Astemo株式会社
Priority date: 2021-11-19
Filing date: 2022-10-26
Publication date: 2023-05-25
Also published as: JP2023075524A

Abstract

本発明は、機械構成によらず、また事前計測が不要で経年的な変化にも対応して電流に対する推力の変換比を算出することができる電動ブレーキ装置を提供することを目的とする。　本発明は、電動モータ８と、電動モータ８の回転により移動するピストン６と、ピストン６の移動によって発生する推力でディスクロータ２を押圧するブレーキパッド５ａ，５ｂと、電動モータ８の回転を制御するモータ制御装置１１を備える。モータ制御装置１１は、ピストン６の位置の増加に対する電動モータ８の電流値の増加と、電動モータ８の電流値との関係に基づいて、電動モータ８へ供給する電流と推力の関係を推定する効率推定部３５を備える。

Description

電動ブレーキ装置

　本発明は、車両の制動に用いられる電動ブレーキ装置に関する。

　電動ブレーキ装置では、制動力を制御するためにパッド推力を推定する必要がある。パッド推力を推定するためには、推力センサを使用して推定することが可能であるが、コストが増大する。推力センサを使用せずにパッド推力を推定できれば、コストの低減が可能となる。推力センサを使用せずにパッド推力を推定する技術として、例えば特許文献１及び２に記載の技術が提案されている。

　特許文献１には、逆作動性のないセルフロック機能部を有する動力伝達機構の正方向動作及び逆方向動作の際のモータ電流比率によって機械効率の推定を行う技術が開示されている。

　また、特許文献２には、電流が略一定となる電流一定区間枚に至る電流減少区間に、電動モータの電圧値と電流値を複数回に亘って計測し、計測した複数の電圧値と電流値から演算を行ってカットオフ電流閾値演算部に使用される推定パラメータを推定し、これらの推定パラメータを用いてカットオフ電流閾値演算部によるカットオフ電流閾値の演算を行う技術が開示されている。

特開２０１８－　５７０６５号公報特開２０１８－１１８５２４号公報

　特許文献１に記載の技術においては、回転／直動変換機構は滑りねじを使用したものであり、セルフロック機能を有する構成に限定されている。この種の回転直動部での効率推定が可能であるが、減速機部などの推定ができず、全体の効率推定が困難となる場合がある。

　また、特許文献２に記載の技術においては、個体ごとの特性に関して事前計測が必要なことと、ブレーキパッドの摩耗等経年的に変化した際には、精度が悪化してしまう問題がある。

　本発明の目的は、機械構成によらず、また事前計測が不要で経年的な変化にも対応して電流に対する推力の変換比を算出することができる電動ブレーキ装置を提供することにある。

　前記目的を達成するために本発明は、電動モータと、前記電動モータの回転により移動する直動部と、前記直動部の移動によって発生する推力で車輪と共に回転するディスクロータを押圧するブレーキパッドと、前記電動モータの回転を制御するモータ制御装置を備えた電動ブレーキ装置において、前記モータ制御装置は、前記直動部の位置の増加に対する前記電動モータの電流値の増加と、前記電動モータの電流値との関係に基づいて、前記電動モータへ供給する電流と前記推力の関係を推定する効率推定部を備えることを特徴とする。

　本発明によれば、機械構成によらず、また事前計測が不要で経年的な変化にも対応して電流に対する推力の変換比を算出することができる電動ブレーキ装置を提供することができる。

本発明の実施例１に係る電動ブレーキ装置の概略図である。本発明の実施例１に係る電動ブレーキ装置の制御ブロック図である。本発明の実施例1に係るモータ電流値Ｉと、モータ電流値Ｉをピストン位置ｘで微分した関係を示す図である。本発明の実施例１に係るピストン位置とブレーキパッド推力の関係を示す図である。本発明の実施例１に係るブレーキパッド推力と、ブレーキパッド推力の位置微分の関係を示す図である。本発明の実施例１に係る無負荷電流を除去した電流値と、電流の位置微分の関係を示す図である。本発明の実施例２に係る電動ブレーキ装置の制御ブロック図である。本発明の実施例２に係るピストン位置とブレーキパッド推力に要するモータ電流値の関係を示す図である。本発明の実施例３に係るブレーキパッド推力と、ブレーキパッド推力の位置微分の関係を示す図である。本発明の実施例４に係るブレーキパッド推力と、ブレーキパッド推力の位置微分の関係を示す図である。モータ電流値Ｉから無負荷電流値Ｉ０を引いた値とその位置微分の関係を示す図である。本発明の実施例６に係る電動ブレーキ装置の制御ブロック図である。

　以下、本発明の実施例を、図面を使用し、説明する。なお、実質的に同一又は類似の構成には、同一の符号を付し、説明が重複する場合には、重複する説明を省略する場合がある。

　先ず、実施例１に記載する電動ブレーキ装置を説明する。図１は、本発明の実施例１に係る電動ブレーキ装置の概略図である。図２は、本発明の実施例１に係る電動ブレーキ装置の制御ブロック図である。

　一般的に、自動車等の車両は、前輪の左右及び後輪の左右の４輪から構成され、各車輪にブレーキ装置が設置される。図１に示すように、ブレーキ装置１は、ディスクロータ２（回転部材）より車両内側に位置する車両の非回転部に固定された図示しないキャリアに、ディスクロータ２の軸方向へ浮動可能に支持されたハウジング４と、ディスクロータ２の左右両側に配置されたブレーキパッド５ａ，５ｂ（押圧部材）と、ハウジング４内に直動可能なピストン６と、ピストン６を駆動する電動モータ８等から構成される。電動モータ８は、回転直動変換機構１０及びピストン６を介してブレーキパッド５ａ，５ｂに推力を与え、ブレーキパッド５ａ，５ｂは車輪と共に回転するディスクロータ２を左右方向から押圧し、挟み込む力（パッド推力）で制動力を与える。

　電動モータ８の出力軸は、減速機９と接続され、減速機９の出力軸が回転直動変換機構１０に接続され、回転直動変換機構１０によりピストン６は直動方向に移動可能となる構成である。

　実施例１では、ディスクロータ２、ハウジング４、ブレーキパッド５ａ，５ｂ、ピストン６、電動モータ８、減速機９、回転直動変換機構１０によってブレーキキャリパ３を構成している。また、回転直動変換機構１０及びピストン６は直動部を構成している。

　電動モータ８はモータ制御装置１１（コントローラ）と電線１２によって接続される。
電動モータ８の回転制御は、モータ制御装置１１によって行われる。図１では電動モータ８とモータ制御装置１１は別体で記載しているが、一体となった構成としてもよい。また、図２に示すように電動モータ８には、駆動時の電流を検出する電流検出部３１とモータ位置検出部３２を備える。

　モータ制御装置１１は、上位制御装置（車両制御用ＥＣＵ）等によるブレーキ力指令Ｆｒを受け、電流検出部３１の検出値、モータ位置検出部３２の検出値に基づいて予め設定された制御プログラム等に基づいて電動モータ８へ電流指令を与える。

　モータ制御装置１１には、制御信号線２１及び通信線２２，２３が接続されている。制御信号線２１は、車両制御用ＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の上位制御装置からの制御指令をモータ制御装置１１に入力するものである。通信線２２，２３は、上位制御装置と制御指令以外の情報を通信するものである。なお、ここでは、上位制御装置とモータ制御装置１１を別体に配置したものとしているが、両者を一体化した制御装置としても良い。

　モータ制御装置１１の演算方法について図２に示す。制御信号線２１を通じて上位制御装置からブレーキ推力指令Ｆｒ（ブレーキ力）が与えられると、ブレーキパッド推力－電流指令変換部３４で電流指令値に変換され、電流指令値を電流制御部３３に出力する。電流制御部３３では、電流検出部３１で検出された電動モータ８のモータ電流値がフィードバックされ、供給電流値であるモータ動作指令値を算出し、電動モータ動作指令値に基づく電流を電動モータ８へ供給する。ここで、ブレーキパッド推力－電流指令変換部３４は、効率推定部３５によって推定されたブレーキパッド推力／電流の係数（電流推力変換比）が推定されるごとに更新された値を用いる。

　次に、効率推定部３５での電流推力変換比の算出方法を以下に示す。これは電流推力変換比算出動作を行うことで算出される。電流推力変換比算出動作は、ブレーキパッド推力Ｆが十分に大きい値となっている際に（後述のブレーキパッド推力Ｆ１よりも大きい状態と推定される状態）で、ブレーキパッド推力をさらに増力させる方向にモータ制御装置１１に指令を与える。例えば車両が駐車状態であり、十分なブレーキパッド推力が与えられた状態（ブレーキパッド推力Ｆ２とする）から、さらに増力させる場合（アプライ時）にこの動作を行う。これにより、電動モータ８は増力方向（アプライ方向）に動作し、ブレーキパッド推力及び電流値が増加する。

　電流検出部３１では、電動モータ８へ実際に流れる電流であるモータ電流値（たとえばトルクに対応するｑ軸成分の電流）が検出される。なお、モータ電流値を使用する際は、ノイズ成分をフィルタ処理されたもの使用するのが望ましい。

　電流検出部３１で検出されたモータ電流値Ｉと、モータ位置検出部３２で検出されたモータ位置検出値が効率推定部３５に入力され、バッファに蓄えられる。このバッファに蓄えられたデータからモータ電流値Ｉと、モータ電流値Ｉをピストン位置ｘで微分したものが図３のように示される。

　図３は、本発明の実施例1に係るモータ電流値Ｉと、モータ電流値Ｉをピストン位置ｘで微分した関係を示す図である。

　図３において、横軸はモータ電流値Ｉを示し、縦軸はモータ電流値Ｉをピストン位置で微分した値ΔＩ／Δｘを示す。なお、ピストン位置ｘはモータ位置検出部３２で得られたモータ位置から減速比、回転直動比を用いて算出可能である。またピストン位置ｘは、センサを用いて直接検出するようにしても良い。

　このとき、電流推力変換比が低い場合では実線５５のように、電流推力変換比が高い場合では実線５６のように検出される。ここから点線５５Ａと点線５６Ａに示すような近似直線を算出する。

　近似直線は下式で表すことができる。

　ｄＩ／ｄｘ＝Ａ×Ｉ＋Ｃ　…（１）
　式（１）により、傾きＡと切片Ｃが求まる。なお、推力が小さい範囲は動作させていないが、電流推力変換比が低い場合、ブレーキパッドが新品の状態では点線５５Ｂ、摩耗状態では点線５５Ｃのような点線で示す曲線となる。同様に電力推力変換比が高い場合、ブレーキパッドが新品の状態では曲線５６Ｂ、摩耗状態では５６Ｃのような点線で示す曲線となる。

　ピストン位置ｘとブレーキパッド推力Ｆの関係（剛性）は、ブレーキパッドの摩耗状態によって変化するが、一般的には図４に示すような関係がある。

　図４は、本発明の実施例１に係るピストン位置とブレーキパッド推力の関係を示す図である。図４では、縦軸にブレーキパッド推力Ｆ、横軸にピストン位置ｘを示している。

　低推力領域（Ｆ１以下）においては、ブレーキパッドが新品４１の場合、最初はモータ回転位置に対するブレーキパッド推力Ｆの上昇の仕方が緩く（剛性が低い）、摩耗中の状態４２、摩耗大の状態４３と摩耗が大きくなるに従い上昇の仕方がきつく（剛性が高く）なる。

　しかしながら、ブレーキパッド推力Ｆが高推力領域（Ｆ１以上）では、ほぼ上昇傾向が一定となる範囲が表れる。なお、横軸のピストン位置ｘが０の地点はブレーキパッド推力Ｆが増加する地点を示す。

　この関係を基に、横軸がブレーキパッド推力Ｆ、縦軸がブレーキパッド推力Ｆをピストン位置ｘで微分したもの（推力勾配）を表したものが図５である。図５では、５１がブレーキパッド新品の状態、５２がブレーキパッド摩耗中の状態、５３がブレーキパッド摩耗大の状態を示している。そうすると、ブレーキパッド推力ＦがＦ１以上の領域では、摩耗状態によらず近似式（２）の関係の近似線５４で表されることになる。

　ｄＦ／ｄｘ＝ａ×Ｆ＋ｂ　…（２）
　ここで、Ｆはブレーキパッド推力、ｘはピストンストローク、ａは比例係数、ｂは切片を示している。この関係は測定あるいは計算等から予め求めておくことが可能な関係である。なお、ここでは図示しないが、ディスクロータ２が傾いた際なども同様に低推力域ではディスクロータ２の傾きにより異なる特性となるが、高推力域では同等の推力勾配の近似式に乗るものである。

　また、ブレーキパッド推力Ｆとモータ電流値Ｉは一定速度で動作させる際には概ね式（３）の関係がある。

　Ｆ＋Ｆ０＝η×ｇ×Ｋ×Ｋｔ×Ｉ　…（３）
　ここでηが効率、ｇが減速比、Ｋが回転直動変換比（たとえばリードがLとすると２×π／Ｌ）、Ｋｔがトルク定数である。この式（３）を置き換えると、式（４）となる。

　Ｆ＋Ｆ０＝α×Ｉ　…（４）
　αは減速比、回転直動変換比、効率、トルク定数などの要素が含まれた電流推力変換比である。

　（４）式を微分すると、式（５）となる。

　ｄＦ／ｄｘ=α×ｄＩ／ｄｘ　…（５）
　（５）式と（４）式を（２）式に代入すると、式（６）となる。

　α×ｄＩ／ｄｘ＝ａ×(α×Ｉ－Ｆ０)＋ｂ　…（６）
　また、式（６）を変換すると式（７）となる。

　ｄＩ／ｄｘ＝ａ×Ｉ＋ｂ／α－ａ×Ｆ０／α　…（７）
　ここで摩擦Ｆ０を無視して考えると、式（８）となる。

　ｄＩ／ｄｘ＝ａ×Ｉ＋ｂ／α　…（８）
　電流推力変換比算出動作で得られた（１）式と（８）式の切片を比較すると、式（９）となり、電流推力変換比αが求まる。

　α＝ｂ／Ｃ　…（９）
　なお、摩擦Ｆ０を無視して考えたが、摩擦力分はそれほど変化がないとして、ある値を設定しておけば、（１）式と（７）式から、式（１０）として電流推力変換比αをより正確に求めることができる。

　α＝(ｂ－ａ×Ｆ０)／Ｃ　…（１０）
　なお、摩擦Ｆ０を考慮するための無負荷電流推定部４６を設けてもよい。無負荷電流推定部４６は、ブレーキパッド５ａ，５ｂがディスクロータ２に接触せずギャップがある状態で増力方向あるいは減力方向への動作を実施、その際に流れる電流が無負荷電流値Ｉ０であり、以下式（１１）の関係がある。

　Ｆ０＝α×Ｉ０　…（１１）
　ここで摩擦Ｆ０は電動モータ８からピストン６までの間に発生するすべての摩擦が含まれるものであり、直動部での値に換算にしたものである。摩擦Ｆ０には速度の関数となる粘性項も含まれるため、予めその関数を求めておくか、若しくは複数の一定回転数ｖで動作させて無負荷電流値Ｉ０（ｖ）として予め求めておくとより好ましい。

　この無負荷電流値Ｉ０を利用すると、電流推力変換比算出動作では、モータ電流値Ｉから無負荷電流値Ｉ０を引いた値とその位置微分に関して図６に示すような関係を導出することができる。無負荷電流値Ｉ０は、電流推力変換比算出時の動作速度を考慮したい値とするとなお精度が良くなる。電流推力変換比が低い場合では実線６５のように検出され、電流推力変換比が高い場合では実線６６のように検出される。ここから以下のような近似式（１２）が得られる。

　ｄＩ／ｄｘ＝Ａ×(Ｉ－Ｉ０)＋Ｃ　…（１２）
　一方、式（４）は、
　Ｆ＝α×(Ｉ－Ｉ０)　…（１３）
と置き換えられ、式（１３）と式（１３）の位置微分を（２）式に代入し整理すると、式（１４）となる。

　ｄＩ／ｄｘ＝ａ×(Ｉ－Ｉ０)＋ｂ／α　…（１４）
　以上から式（１２）式と（１４）式を比較し、式（１５）として電流推力変換比αを求めることができる。

　α＝ｂ／Ｃ　…（１５）
　また、同様の動作を、推力を減力する方向に動作させても良い。例えば車両が駐車状態であり、十分なブレーキパッド推力が与えられた状態（ブレーキパッド推力Ｆ２とする）から、ブレーキ推力を弱める場合（リリース時）にこの動作を行う。これにより、電動モータ８は減少方向（リリース方向）に動作し、ブレーキパッド推力及び電流値が減少する。これにより同様の関係が得られるが一般に正効率と逆効率は一致しないことからリリース時の電流推力変換比αrとして求まる。

　次に推力制御の方式について説明する。制動力を発生させたいときに、ブレーキパッド推力－電流指令変換部３４ではブレーキ推力指令Ｆｒに対して電流推力変換比αが求まっていることから、式（１６）として電流指令Ｉｒに変換して、電動モータ８に電流指令を与えれば推力の制御が可能となる。

　Ｉｒ＝Ｆｒ／α＋Ｉ０　…（１６）
　また、無負荷電流値Ｉ０は無負荷電流推定部４６で推定したものが利用可能である。その際、電流制御部３３では検出されたモータ電流値Iをフィードバックすることでさらに精度を上げることが可能となる。

　上述したように、実施例１では、直動部の位置の増加に対する電動モータの電流値の増加と、電動モータの電流値との関係に基づいて、電動モータへ供給する電流と推力の関係を推定する効率推定部を備えるようにしている。

　実施例１によれば、推力センサを用いずにブレーキパッド推力を推定することができ、低コストで、高精度にブレーキパッドの推力制御を行うことができる。

　次に実施例２について説明する。図７は、本発明の実施例２に係る電動ブレーキ装置の制御ブロック図である。

　実施例２では、ブレーキパッド推力－位置指令変換部３６と、位置電流制御部３７を備えており、ブレーキパッド推力－位置指令変換部３６は剛性テーブル更新部３９の信号に基づいて位置電流制御部３７に位置指令を出力する。

　位置電流制御部３７は、位置指令を基にモータ位置検出部３２から得られた位置情報、電流検出部３１で得られた電動モータ８の電流値をフィードバックし、電動モータ８へ電流指令が与えられる。

　ここで剛性テーブル更新部３９は、電流－位置変換処理部４０と効率推定部３５に基づいて剛性テーブルが更新される。

　電流－位置変換処理部４０は、ブレーキ動作時に、電流検出部３１から検出されたモータ電流値Ｉからノイズ成分をフィルタして除去し、モータ位置検出部３２から得られるモータ回転位置、モータ速度、モータ加速度を用いて、加速や摩擦分の電流を除去したブレーキパッド推力に要する電流を算出し、この電流とモータ位置との関係を剛性テーブルとしてテーブル化するものである。なお、摩擦分の電流は無負荷電流推定部４６からの推定で求められる。

　この結果から、図８に示すような関係が得られる。図８は、本発明の実施例２に係るピストン位置とブレーキパッド推力に要するモータ電流値の関係を示す図である。縦軸はブレーキパッド推力に要するモータ電流値Ｉで、横軸はピストン位置ｘを示しており、摩耗状態によって新品では７１、摩耗中状態では７２、摩耗大状態では７３といった関係が算出される。

　また、効率推定部３５では実施例１と同様に電流推力変換比を求める。

　剛性テーブル更新部３９では、電流－位置変換処理部４０で電流－位置の関係がテーブルとして求まっていることから、効率推定部で求めた電流推力変換比を電流に乗ずることで剛性テーブル（推力－位置）の関係を算出でき、剛性テーブルのデータを随時更新が図られる。

　ブレーキパッド推力－位置指令変換部３６では、ブレーキ推力指令Ｆｒ（ブレーキ力）が入力されると、剛性テーブル更新部３９に記憶された剛性テーブルを参照して、モータ位置指令へと変換される。位置電流制御部３７では、モータ位置指令を基に、モータ電流値Iとモータ位置（速度、加速度）をフィードバックし、電動モータ８への動作指令が出力される。

　実施例２によれば、推力制御時に電流を直接フィードバックせずに剛性テーブルを使うことでノイズが少ない位置検出値での制御ができ、より高精度の推力制御が可能となる。

　次に、図９を用いて実施例３について説明する。実施例３では、効率推定部３５における効率算定方法が実施例１と異なる。

　実施例１では、ピストンストロークとブレーキパッド推力の関係（剛性）は、摩耗によらずある直線の関係があるとしたが、実施例３ではこの関係が異なる場合を示す。

　ブレーキキャリパ３の剛性は、ハウジング４と回転直動変換機構１０、ブレーキパッド５ａ、５ｂなどの剛性によって決まってくるが、各剛性の関係によっては高推力領域でもブレーキパッド５ａ、５ｂの影響があり、ブレーキパッド５ａ、５ｂの摩耗が違った場合に高推力領域で剛性の近似式が変わらないとは見なせない場合がある。

　例えば、ブレーキパッド推力Ｆとブレーキパッド推力Ｆの位置微分ΔＦ／Δｘの関係が図９に示すような関係となる場合がある。すなわち、実施例１と異なり、高推力領域において新品の剛性が小さく（曲線６３）、摩耗が進むにつれ摩耗中（曲線６２）、摩耗大（曲線６１）に示すような関係となる。このとき、この高推力領域でもある直線の関係は得られていると仮定し、これらの関係は予めブレーキパッドの摩耗量ごとに記憶しているものとする。

　すなわち、ブレーキパッド推力ＦがＦ１以上で式（１７）の関係があるとする。

　ｄＦ／ｄｘ＝ａ(ｗ)×Ｆ＋ｂ(ｗ)　…（１７）
　ｗは摩耗量を表す。たとえばａ（ｗ）,ｂ（ｗ）ともに摩耗量が大きいほど剛性が高く大きい値になる。

　ａ、ｂが摩耗量の関数であることを除けば実施例１と同様に次式（１８）の関係が得られる。

　ｄＩ/ｄｘ＝ａ(ｗ)×Ｉ＋ｂ(ｗ)／α　…（１８）
　また、実施例１と同様に無負荷電流値Ｉ０を利用すると、電流推力変換比算出動作では、モータ電流値Ｉから無負荷電流値Ｉ０を引いた値とその位置微分に関して図１１に示すような関係を導出することができる。無負荷電流値Ｉ０は、電流推力変換比算出時の動作速度を考慮したい値とするとなお精度が良くなる。電流推力変換比が低い場合では実線６５のように検出され、電流推力変換比が高い場合では実線６６のように検出される。ここから以下のような近似式（１９）が得られる。
ｄＩ/ｄｘ＝Ａ×(Ｉ－Ｉ０)＋Ｃ　…（１９）
　式（１８）と式（１９）を比較すると式（２０）となり、ブレーキパッド摩耗量ｗが決定できる。

　ａ(ｗ)＝Ａ　…（２０）
　また、式（２１）
　ｂ(ｗ)／α＝Ｃ　…（２１）
を変換し、α＝ｂ(ｗ)／Ｃとして電流推力変換比αの導出が可能となる。

　なお式（１７）は、１次式の関係としたが、他の関数で近似した場合でもよい。例えば、式（２２）として近似できる場合がある。

　ｄＦ／ｄｘ＝ａ(ｗ)×Ｆ^ｎ＋ｂ(ｗ)　…（２２）
　ここで、式（１３）と式（１３）の位置微分を代入すると、式（２３）となる。

　ｄＩ／ｄｘ＝ａ(ｗ)×α^(ｎ－１)×(Ｉ－Ｉ０)^ｎ＋ｂ(ｗ)／α　…（２３）
　一方、電流推力変換比算出動作では、式（２４）の関係が得られる。

　ｄＩ／ｄｘ＝Ａ×(Ｉ－Ｉ０)^ｎ＋Ｃ　…（２４）
　各係数を比較すると、式（２５）、式（２６）となる。

　Ａ＝ａ(ｗ)×α^(ｎ－１)　…（２５）
　Ｃ＝ｂ(ｗ)／α　…（２６）
　式（２５）、式（２６）及びａ(ｗ)とｂ(ｗ)が摩耗量ｗの関数であることから電流推力変換比α、摩耗量ｗが求められる。

　ここでは指数関数での例を示したが、関数の形に限定はなく、また場合によっては、テーブル上にｄＦ／ｄｘとＦの関係を把握しておいてもよい。

　本実施例は、効率推定部３５の効率算定方法に関するものであり、効率推定部３５を用いる制御方法は実施例１、実施例２と同様である。

　本実施例によれば、高推力域で、剛性変化量がブレーキパッドの摩耗量によって異なっている電動ブレーキにおいても、推力センサなしで電流推力変換比の導出が可能となり、また、ブレーキパッドの摩耗量を顧慮した高精度な推力制御が可能となる。

　また、本実施例では、ブレーキパッドの摩耗状態も推定可能であることから、ブレーキパッドの交換時期などの提示も可能となる。

　次に、図１０を用いて実施例４について説明する。実施例４では、効率推定部３５における効率推定方法が実施例１と異なる。

　実施例４では、図１０に示すように、ｄＦ／ｄｘとＦの関係が、Ｆによって傾きが変化していくようなより一般化した特性の場合の例を示す。

　この場合においても事前にｄＦ／ｄｘとＦの関係が得られていると仮定する。
そうすると、ある特定のブレーキパッド推力ＦａでのΔＦ／Δｘ＝ａ(ｗ)×Ｆ＋ｂ(ｗ)の関係が得られる（図１０の点線）。

　この場合、特定のブレーキパッド推力Ｆａで実施例１と同様に次式（２７）の関係が得られる。

　ｄＩ/ｄｘ＝ａ(ｗ)×Ｉ＋ｂ(ｗ)／α　…（２７）
　また、実施例１と同様の電流推力変換比算出動作を行うことで、あるモータ電流値Ｉの時点では、式（２８）の関係が得られる（図１１の点線）。

　ｄＩ／ｄｘ＝Ａ×(Ｉ－Ｉ０)＋Ｃ　…（２８）
　この際、ブレーキパッド推力Ｆａの電流値Ｉがわかればよいが、この時点では不明であるため、仮の変換比αＴ（たとえば、ノミナル値や前回求めたαを利用）から、
　Ｉ＝Ｆａ／αＴ
の際のＡとＣを求める。

　以上から式（２７）と式（２８）を比較すると、式（２９）からブレーキパッドの摩耗量ｗが決定できる。

　ａ(ｗ)＝Ａ　…（２９）
　また、式（３０）
　ｂ(ｗ)／α＝Ｃ　…（３０）
を変換してα＝ｂ（ｗ）/Ｃとし、電流推力変換比αの導出が可能となる。

　ここで、この値を電流推力変換比αとして設定してもよいが、この推定値をαｂとして、さらに、再度Ｆａのときのモータ電流値Ｉを式（３１）で求める。

　Ｉ＝Ｆａ/αｂ　…（３１）
　ここで求めたモータ電流値Ｉでの式（２８）を再度求める。

　ｄＩ／ｄｘ＝Ａ×(Ｉ－Ｉ０)＋Ｃ　…（３２）
　これにより再度係数を比較し式（２９）、式（３０）と同様に次式が得られる。

　ａ(ｗ)＝Ａ　…（３３）
　ｂ(ｗ)／α＝Ｃ　…（３４）
　そして、式（３４）を変換し、α＝ｂ(ｗ)／Ｃとして電流推力変換比αの導出が可能となる。

　これを1回または数回繰り返すことで、αを収束させることで電流推力変換比αの算出が可能となる。

　実施例４では、効率推定部は、特定の推力を発生する見込み電流値（電流と推力の関係を事前に推定あるいは仮定した値を用いて特定の推力から算出された電流値）での直動部の位置の増加に対する電動モータの電流値Ｉの増加と、電動モータの電流値Ｉの関係に基づいて、電動モータ８へ供給する電流と推力の関係を推定している。

　上記のように算出することにより、推力によって、ΔＦ／Δｘが変わるような特性の剛性に対しても電流推力変換比αの換算が可能である。

　次に実施例５について説明する。実施例５では、効率推定部３５での効率推定時にブレーキ装置１の温度を利用する例を説明する。ブレーキパッド５ａ，５ｂは、温度が変化するとブレーキパッドの剛性が変化する。

　したがって、実施例１と同様にブレーキパッド推力Ｆ１以上で直線関係があるとすると、ブレーキパッド推力Ｆとブレーキパッド推力をピストン位置で微分した位置微分の関係が式（３５）のように傾きａと切片ｂが温度の関数で表される。

　ｄＦ／ｄｘ＝ａ(Ｔ)×Ｆ＋ｂ(Ｔ)　…（３５）
　一方、電流推力変換比算出動作におけるブレーキパッド温度をＴｐ１とする。このＴｐ１は、予め推定または測定できているものとする。電流推力変換比算出動作では実施例１の式（１２）と同様に式（３６）の関係を得ることができる。

　ｄＩ／ｄｘ＝Ａ×(Ｉ－Ｉ０)＋Ｃ　…（３６）
　一方、電流推力変換比αは効率η、減速比ｇ、回転直動変換Ｋ、トルク定数Ｋｔを含んでいるが、その中で特に電動モータ８のトルク定数が温度の影響を受けやすいため、電流推力変換比算出動作時のモータ温度がＴｍ１とすると、αはモータ温度Ｔｍ１の関数として表される。

　これらの関係から電流推力変換比αは、式（３７）として求めることができる。

　α(Ｔｍ１)＝ｂ(Ｔｐ１)／Ｃ　…（３７）
　この温度Ｔのときのトルク定数が基準温度(Ｔ０)時のトルク定数がＫｔ０のβ(Ｔ)倍であることを事前に把握しておけば、式（３８）の関係が得られる。

　Ｋｔ(Ｔ)＝Ｋｔ０×β(Ｔ)　…（３８）
　したがって、基準温度Ｔ０での電流推力変換比α（Ｔ０）は式（３９）として求められる。

　α(Ｔ０)＝α／β(Ｔｍ１)　…（３９）
　本実施例は、効率推定部３５の効率算定方法に関するものであり、効率推定部３５を用いる制御方法は実施例１、実施例２と同様である。

　例えば、実施例１と同様にある制動力を発生させたいときに、ブレーキパッド推力－電流指令変換部３４ではブレーキ推力指令Ｆｒに対して基準温度Ｔ０での推力電流変換比α(Ｔ０)が求まっていて、実際に制動力を発生させたいときの温度が(Ｔｍ２)であれば、式（４０）として電流指令Ｉｒに変換すれば、電動モータに指令を与えれば指令の推力にすることができる。

　Ｉｒ＝Ｆｒ／β(Ｔｍ２)＋Ｉ０　…（４０）
　また、実施例２と同様に剛性テーブル更新部３９では、電流－位置変換処理部４０で電流－位置の関係がテーブルとして求まっていることから、効率推定部３５で求めた電流推力変換比を電流に乗ずることで剛性テーブル（推力―位置）の関係を算出でき、剛性テーブルの随時更新が行われる。

　なお、本実施例では、ｄＦ／ｄｘ＝ａ(Ｔ)×Ｆ＋Ｂ(Ｔ)の関係が温度だけの関数として記載したが、実施例３で示したようにブレーキパッド摩耗量の関数をさらに追加してもよい。

　すなわち、式（４１）を用いる。

　ｄＦ/ｄｘ＝ａ(Ｔ,ｗ)×Ｆ＋ｂ(Ｔ,ｗ)　…（４１）
　ここから同様に実施例３と同様に電流推力変換比と摩耗量を求めることが可能であり、温度を考慮して摩耗量を求めることが可能である。

　本実施例の効率推定部３５では、電流と推力の関係が推定されたときの温度を基に、温度の違いから電流と推力の関係を推定している。

　本実施例によれば、温度換算を入れることで、電流推力変換比算出動作時の温度によらず、またブレーキパッド摩耗量によらず電流推力変換比を求めることが可能となる。

　次に、図１２を用いて実施例６について説明する。図１２は、本発明の実施例６に係る電動ブレーキ装置の制御ブロック図である。

　本実施例では、実施例１に示した電動ブレーキ装置にさらにブレーキパッドの推力を検出する推力検出部４４を備えた構成である。

　図１２に示すように上位からのブレーキ推力指令Ｆｒに対して、モータ電流値、およびブレーキパッド推力の検出値をフィードバック制御する推力電流制御部４７を備える。また電流検出部３１、モータ位置検出部３２に加え、推力検出部４４を備える。さらに推力検出部４４の異常を検出する異常検知部４５を備える。

　異常検知部４５では、実施例１から４で示したような効率推定部により電流推力変換比αが求められていると、ブレーキパッド推力Ｆが式（４２）と推定できる。

　Ｆ＝α×(Ｉ－Ｉ０)　…（４２）
　ここで、推力検出部４４から得られたブレーキパッド推力Ｆｓも求められる。これらの値を比較することで推力検出部４４の異常を検知する。異常を検知した場合は、上位制御装置に異常を知らせる信号を与え、制御方法の変更を行う。制御方法の変更はたとえば、実施例１から実施例４に示したような推力検出部４４が不要な制御方法に変更する。

　実施例６では、推力検出部４４の出力値と効率推定部３５の出力値から推力検出部４４の異常を検知する異常検知部４５を備えるようにした。

　実施例６によれば、推力検出部４４の異常を検知することが可能となり、システムの信頼性を高めることが可能となる。

　なお、各実施例ではディスクブレーキを用いた電動ブレーキを例に説明したが、各種ブレーキ、たとえばドラムブレーキにおいて、電動モータ等によりピストンを動作させることで、ブレーキライニングを回転体であるブレーキドラムに押し付けて制動力を発生させる構成としてもよい。

　また、電動パーキングブレーキでの推力推定に用いてもよく、図１に示すような制御ブロック構成で、駐車ブレーキの指令が上位から与えられると、モータ電流を通電し、駐車ブレーキに必要な推力となって時点を電流値で検知しその時点でモータ電流を停止するような構成としてもよい。

１…ブレーキ装置、２…ディスクロータ、３…ブレーキキャリパ、４…ハウジング、５ａ，５ｂ…ブレーキパッド、６…ピストン、８…電動モータ、９…減速機、１０…回転直動変換機構、１１…モータ制御装置、３１…電流検出部、３２…モータ位置検出部、３３…電流制御部、３４…ブレーキパッド推力－電流指令変換部、３５…効率推定部、３６…ブレーキパッド推力－位置指令変換部、３７…位置電流制御部、３９…剛性テーブル更新部、４０…電流－位置変換処理部、４４…推力検出部、４５…異常検知部、４６…無負荷電流推定部、４７…推力電流制御部

Claims

　電動モータと、前記電動モータの回転により移動する直動部と、前記直動部の移動によって発生する推力で車輪と共に回転するディスクロータを押圧するブレーキパッドと、前記電動モータの回転を制御するモータ制御装置を備えた電動ブレーキ装置において、
　前記モータ制御装置は、前記直動部の位置の増加に対する前記電動モータの電流値の増加と、前記電動モータの電流値との関係に基づいて、前記電動モータへ供給する電流と前記推力の関係を推定する効率推定部を備えることを特徴とする電動ブレーキ装置。
　請求項１において、
　前記効率推定部は、車両が駐車状態から、前記電動モータにアプライ方向に動作させることによって、アプライ時の前記電流と前記推力の関係を推定することを特徴とする電動ブレーキ装置。
　請求項１において、
　前記効率推定部は、車両が駐車状態から、前記電動モータにリリース方向に動作させる指令を与えることによって、リリース時の前記電流と前記推力の関係を推定することを特徴とする電動ブレーキ装置。
　請求項１において、
　前記モータ制御装置は、前記効率推定部で得られた前記電流と前記推力の関係と、上位制御装置からのブレーキ推力指令に基づいて前記電動モータに電流を供給する電流制御部を備えることを特徴とする電動ブレーキ装置。
　請求項４において、
　前記モータ制御装置は、前記効率推定部で得られた前記電流と前記推力の関係と、上位制御装置からのブレーキ推力指令に基づいて前記電流制御部へ電流指令値を出力するブレーキパッド推力―電流指令変換部を備えることを特徴とする電動ブレーキ装置。
　請求項１において、
　前記モータ制御装置は、ブレーキ動作時における前記電動モータの電流値と前記直動部の位置との関係を剛性テーブルとしてテーブル化する電流－位置変換処理部と、前記電流－位置変換処理部と前記効率推定部に基づいて、前記剛性テーブルのデータを更新する剛性テーブル更新部を備えることを特徴とする電動ブレーキ装置。
　請求項１において、
　前記効率推定部は、モータ電流値と無負荷電流値から前記ブレーキパッドの摩耗量を推定することを特徴とする電動ブレーキ装置。
　請求項１乃至７の何れか１項において、
　前記効率推定部は、前記電流と前記推力の関係が推定されたときの温度を基に、温度の違いから電流と推力の関係を推定することを特徴とする電動ブレーキ装置。
　請求項１において、
　前記モータ制御装置は、前記ブレーキパッドの推力を検出する推力検出部と、前記推力検出部の出力値と前記効率推定部の出力値から前記推力検出部の異常を検知する異常検知部を備えることを特徴とする電動ブレーキ装置。
　電動モータと、前記電動モータの回転により移動する直動部と、前記直動部の移動によって発生する推力で車輪と共に回転するディスクロータを押圧するブレーキパッドと、前記電動モータの回転を制御するモータ制御装置を備えた電動ブレーキ装置において、
　前記モータ制御装置は、特定の推力を発生する見込み電流値での前記直動部の位置の増加に対する前記電動モータの電流値の増加と、前記電動モータの電流値の関係に基づいて、前記電動モータへ供給する電流と前記推力の関係を推定する効率推定部を備え、
　前記見込み電流値は、電流と推力の関係を事前に推定あるいは仮定した値を用いて特定の推力から算出された電流値であることを特徴とする電動ブレーキ装置。