WO2024166671A1 - 電動ブレーキ装置 - Google Patents

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WO2024166671A1
WO2024166671A1 PCT/JP2024/001780 JP2024001780W WO2024166671A1 WO 2024166671 A1 WO2024166671 A1 WO 2024166671A1 JP 2024001780 W JP2024001780 W JP 2024001780W WO 2024166671 A1 WO2024166671 A1 WO 2024166671A1
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braking force
electric
electric brake
region
current
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PCT/JP2024/001780
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Inventor
厚志 小平
治彦 藤田
拓也 臼井
Original Assignee
日立Astemo株式会社
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    • B60T13/00—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems
    • B60T13/74—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
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    • F16D2125/50—Rotating members in mutual engagement with parallel non-stationary axes, e.g. planetary gearing

Definitions

  • the present invention relates to an electric brake device that applies braking force to a vehicle such as an automobile.
  • the electric brake device includes a braking mechanism that presses brake pads (braking members) against a disk (brake receiving member) and an electric motor that drives the braking mechanism (Patent Document 1).
  • the electric brake device of the prior art described in Patent Document 1 maintains braking force by using the switching area between positive efficiency and negative efficiency in the relationship between current and braking force, i.e., the braking force maintaining area where the braking force remains constant even if the current is reduced. In this way, the prior art reduces current consumption and improves power efficiency.
  • the prior art it is unclear to what extent the current should be reduced, and so there is an issue that the current reduction effect cannot be increased when variability is taken into account.
  • the present invention has been made in consideration of the problems with the conventional technology described above, and the object of the present invention is to provide an electric brake device that can improve the current reduction effect.
  • the present invention provides an electric brake device comprising a braking mechanism that presses a braking member against a member to be braked, and an electric motor that drives the braking mechanism, the device having a first region in which the braking force increases when the current of the electric motor increases, a second region in which the braking force is maintained until the current switches from increasing to decreasing and reaches a predetermined current, and a third region in which the braking force decreases when the current decreases from the predetermined current, and the braking force of at least one wheel is controlled to be maintained at the braking force generated along the third region.
  • the electric brake device can improve the current reduction effect.
  • FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of a vehicle to which an electric brake according to a first and second embodiment of the present invention is applied; 1 is a cross-sectional view showing an electric brake according to a first embodiment.
  • FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between braking force and motor current in the first embodiment.
  • 5 is a characteristic diagram showing changes over time in a required braking force, a motor current, a motor position, and a braking force for the first embodiment and a comparative example.
  • FIG. FIG. 11 is a characteristic diagram showing changes over time in the required braking force, the motor current, the motor position, and the braking force for the first modified example and the comparative example.
  • FIG. 11 is a characteristic diagram showing changes over time in the required braking force, the motor current, the motor position, and the braking force for the second modified example and the comparative example.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing an electric brake according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a characteristic diagram showing the relationship between braking force and motor current in the second embodiment.
  • FIG. 11 is a characteristic diagram showing changes over time in a required braking force, a motor current, a motor position, and a braking force for the second embodiment and a comparative example.
  • FIG. 13 is a characteristic diagram showing changes over time in the required braking force, the motor current, the motor position, and the braking force for the third modified example and the comparative example.
  • FIG. 13 is a characteristic diagram showing changes over time in the required braking force, the motor current, the motor position, and the braking force for the fourth modified example and the comparative example.
  • the electric brake device according to the embodiment will be described below with reference to the attached drawings, taking as an example a case where it is applied to a four-wheeled vehicle.
  • the brake device 2 mounted on the vehicle 1 includes hydraulic brakes 4 (front braking mechanism) provided for the left front wheel 3L and the right front wheel 3R facing the vehicle's travel direction, and electric brakes 20 (rear braking mechanism) provided for the left rear wheel 5L and the right rear wheel 5R.
  • a main ECU 9 is connected to a hydraulic pressure sensor 7 and a pedal stroke sensor 8 that measure the amount of operation of the brake pedal 6 by the driver. The main ECU 9 receives signals from the hydraulic pressure sensor 7 and the pedal stroke sensor 8 and calculates the target braking force for each wheel (four wheels) according to a predetermined control program.
  • the main ECU 9 transmits braking commands for each of the two front wheels to a hydraulic device ECU 10 via a CAN 12 (Controller area network) based on the calculated braking force. Based on the calculated braking force, the main ECU 9 sends a braking command for each of the two rear wheels to the electric brake ECU 11 via the CAN 12.
  • the main ECU 9 is also connected to wheel speed sensors 13 provided near the front wheels 3L, 3R and the rear wheels 5L, 5R, and can detect the wheel speed of each wheel.
  • the electric brake 20 includes a brake mechanism 21 that transmits thrust generated by the drive of an electric motor 39 to a piston 32 that moves brake pads 22, 23 pressed against a disc rotor D (disc), a thrust sensor 44 that detects the thrust on the piston 32, a rotation angle sensor 46 that detects the rotational position of the electric motor 39, and an electric brake ECU 11 as a control device that controls the drive of the electric motor 39 based on a braking command.
  • the disc rotor D is the member to be braked.
  • the brake pads 22, 23 are the braking members.
  • the brake mechanism 21 is the braking mechanism.
  • the brake mechanism 21 includes a pair of inner and outer brake pads 22 and 23, and a caliper 24.
  • the inner and outer brake pads 22 and 23 are arranged on either side of a disc rotor D that is attached to a rotating part of the vehicle 1.
  • the electric brake 20 is configured as a floating caliper type.
  • the pair of inner and outer brake pads 22 and 23, and the caliper 24 are supported by a bracket 25 that is fixed to a non-rotating part of the vehicle 1, such as a knuckle.
  • the bracket 25 includes an inner support part 26 and an outer support part 27 that independently support the inner and outer brake pads 22 and 23, respectively.
  • the caliper 24 is equipped with a caliper body 28, which is the main body of the caliper 24, and an electric motor 39 arranged alongside the caliper body 28.
  • the caliper body 28 is integrally formed with a cylindrical cylinder portion 29, which is arranged at the base end facing the inner brake pad 22 on the inside of the vehicle and opens facing the inner brake pad 22, and a claw portion 30, which extends from the cylinder portion 29 across the disc rotor D to the outer side and is arranged at the tip side facing the outer brake pad 23 on the outside of the vehicle.
  • a cylinder 31 with a bottom is formed in the cylinder section 29.
  • the piston 32 presses against the inner brake pad 22 and is formed in a cup shape with a bottom.
  • the piston 32 is housed in the cylinder 31 so that its bottom 33 faces the inner brake pad 22.
  • a gear housing 34 is disposed on the bottom wall side of the cylinder portion 29 of the caliper body 28. Inside the gear housing 34, a spur gear multi-stage reduction mechanism 35, a planetary gear reduction mechanism 36, and a control board 38 are housed.
  • the control board 38 is provided with an electric brake ECU 11 as a control device, for example, made of a microcomputer.
  • the electric brake ECU 11 controls the drive of the electric motor 39 based on a braking command.
  • the caliper body 28 is equipped with an electric motor 39, a multi-stage spur gear reduction mechanism 35 and a planetary gear reduction mechanism 36, which are transmission mechanisms that increase the rotational torque from the electric motor 39, a ball screw mechanism 41 that transmits rotation from the multi-stage spur gear reduction mechanism 35 and the planetary gear reduction mechanism 36 to apply thrust to the piston 32, a thrust sensor 44 that detects the reaction force against the thrust (pressing force) from the piston 32 to the inner brake pad 22 and the outer brake pad 23, a return mechanism 45 that stores a rotational force in the backward direction against the push rod 42 when the push rod 42 of the ball screw mechanism 41 propels the piston 32, a rotation angle sensor 46 that detects the rotation angle of the rotating shaft 40 of the electric motor 39, and a thrust holding mechanism 47 that holds the thrust from the piston 32 to the inner brake pad 22 and the outer brake pad 23 during braking.
  • the multi-stage spur gear reduction mechanism 35 and the planetary gear reduction mechanism 36 are reduction mechanisms.
  • the thrust sensor 44 is a thrust detection unit that detects the thrust generated in the brake mechanism 21 (braking mechanism). Specifically, the thrust sensor 44 detects the thrust on the piston 32.
  • the thrust sensor 44 is installed so as to be sandwiched between the base nut 43 and the bottom of the cylinder 31 that constitute the ball screw mechanism 41.
  • the multi-stage spur gear reduction mechanism 35 and the planetary gear reduction mechanism 36 reduce or increase the rotation of the electric motor 39 at a predetermined reduction ratio, and transmit it to the carrier 37 of the planetary gear reduction mechanism 36.
  • the rotation from the carrier 37 is transmitted to the push rod 42 of the ball screw mechanism 41.
  • the ball screw mechanism 41 is a rotary-linear motion conversion mechanism.
  • the ball screw mechanism 41 converts the rotational motion from the spur gear multi-stage reduction mechanism 35 and the planetary gear reduction mechanism 36, i.e., the rotational motion of the electric motor 39, into linear motion (hereinafter referred to as linear motion for convenience) and applies thrust to the piston 32.
  • the ball screw mechanism 41 is composed of a push rod 42 as a shaft member to which the rotational motion from the spur gear multi-stage reduction mechanism 35 and the planetary gear reduction mechanism 36 is transmitted, and a base nut 43 as a nut member that is threadedly engaged with the outer circumferential surface of the push rod 42.
  • the base nut 43 is fitted by a fitting portion (not shown) so as not to rotate relative to the cylinder 31.
  • the push rod 42 can advance while rotating relative to the base nut 43 while pressing the base nut 43 against the thrust sensor 44.
  • the push rod 42 is connected to the piston 32 so as to be rotatable relative to the piston 32 via a thrust bearing attached to the tip. This allows the piston 32 to move forward, and the piston 32 can press the inner brake pad 22 against the disc rotor D.
  • the return mechanism 45 is sometimes called a fail-open mechanism.
  • the return mechanism 45 releases the braking force applied by the piston 32 from the inner brake pad 22 and the outer brake pad 23 to the disc rotor D if the electric motor 39, the control board 38, or the like fails during braking.
  • the rotation angle sensor 46 is an electric motor position detection unit that detects the rotation angle of the rotating shaft 40 of the electric motor 39.
  • the rotation angle sensor 46 is equipped with a magnet member 46A attached to the rotating shaft 40 of the electric motor 39, and a magnetic detection IC chip 46B. By detecting changes in magnetic flux from the rotating magnet member 46A using the magnetic detection IC chip 46B, the control board 38 can calculate and detect the rotation angle of the rotating shaft 40 of the electric motor 39.
  • the rotation angle sensor 46 constitutes a rotation angle detection means that detects the rotational position of the electric motor 39 as the motor position.
  • the return spring 48 is composed of a coil spring.
  • the return spring 48 can store a rotational force in the backward direction with respect to the push rod 42.
  • the current sensor 49 is attached in the motor drive circuit on the control board 38 so as to be able to detect the motor current supplied to the electric motor 39.
  • the current sensor 49 outputs a signal corresponding to the motor current.
  • the electric brake ECU 11 receives the required braking force as a braking command from the main ECU 9. In addition, the electric brake ECU 11 receives the thrust detected by the thrust sensor 44, the motor position detected by the rotation angle sensor 46, and the motor current detected by the current sensor 49. The electric brake ECU 11 controls the drive of the electric motor 39 based on the motor current, motor position, and thrust so that the braking force generated by the electric brake 20 becomes the required braking force according to the braking command.
  • the electric motor 39 When braking during normal driving, the electric motor 39 is driven by a command from the electric brake ECU 11, and its rotation in the forward direction, i.e., the braking direction (force increase direction), is reduced and increased at a predetermined reduction ratio by passing through the spur gear multi-stage reduction mechanism 35 and the planetary gear reduction mechanism 36, and is transmitted to the carrier 37 of the planetary gear reduction mechanism 36. The rotation from the carrier 37 is then transmitted to the push rod 42 of the ball screw mechanism 41.
  • the braking direction force increase direction
  • the push rod 42 presses the base nut 43 against the thrust sensor 44 and moves forward while rotating relative to the base nut 43.
  • the piston 32 moves forward and presses the inner brake pad 22 against the disc rotor D.
  • the caliper body 28 moves rightward in FIG. 2 relative to the bracket 25, and presses the outer brake pad 23 attached to the claw portion 30 against the disc rotor D.
  • the disc rotor D is sandwiched between the inner brake pad 22 and the outer brake pad 23, generating a frictional force, which in turn generates a braking force for the vehicle 1.
  • the reaction force is applied to the thrust sensor 44 from the inner brake pad 22 side via the push rod 42 and base nut 43, and from the outer brake pad 23 side via the claw portion 30 and the bottom of the cylinder 31.
  • the thrust sensor 44 detects the thrust from the inner brake pad 22 and outer brake pad 23 to the disc rotor D due to the forward movement of the piston 32.
  • the rotating shaft 40 of the electric motor 39 rotates in the reverse direction, i.e., in the braking release direction (force reduction direction), in response to a command from the electric brake ECU 11, and the rotation in the reverse direction is transmitted to the push rod 42 via the spur gear multi-stage reduction mechanism 35 and the planetary gear reduction mechanism 36.
  • the push rod 42 begins to move backward while rotating relative to the other in the reverse direction, reducing the thrust on the disc rotor D, and the restoring force of the inner brake pad 22 and outer brake pad 23, which had been compressed by the thrust, moves the caliper body 28 leftward in FIG. 2 relative to the bracket 25, and the piston 32 moves backward.
  • the piston 32 moves backward due to the restoring force of the pads until the restoring force of the inner brake pad 22 and the outer brake pad 23 balances with the sum of the sliding resistance between each pad and the bracket and the sliding resistance between the piston 32 and the cylinder 31. After that, in order to move the piston 32 backward further, it is necessary to drive the electric motor 39 further in the force reduction direction to move the push rod 42 backward further, and transmit the force so that the piston 32 moves backward via a stop ring that fits into a groove on the inner wall surface of the piston and regulates the relative displacement of the piston 32 and the push rod 42 in the linear direction.
  • the residual thrust between the inner brake pad 22 and the outer brake pad 23 and the disc rotor D which occurs when the inner brake pad 22 and the outer brake pad 23 cannot move back due to sliding resistance between the pads and the bracket, or between the piston 32 and the cylinder 31, becomes a resistance torque (drag torque) when the vehicle is running, i.e., when the disc rotor D rotates, and affects the fuel efficiency of the vehicle. Therefore, in the electric brake 20, when there is no braking command from the main ECU 9 or there is no braking command, the electric motor 39 is driven in the deceleration direction to provide a gap (clearance) between the piston 32 and the inner brake pad 22, thereby reducing the residual thrust and reducing the drag torque.
  • the force stored in the return spring 48 during braking causes the push rod 42 to move backwards while rotating relative to the brake in the opposite direction, releasing the braking force from the inner brake pad 22 and outer brake pad 23 to the disc rotor D.
  • the electric brake 20 is equipped with a rotation angle sensor 46 that can detect the rotation angle of the electric motor 39, a thrust sensor 44 that can detect the thrust of the piston 32, and a current sensor 49 that detects the motor current.
  • the electric brake 20 is equipped with a return mechanism 45 (fail-open mechanism) that can release the thrust.
  • the electric brake 20 is configured so that the reduction mechanism (spur gear multi-stage reduction mechanism 35, planetary gear reduction mechanism 36) and the rotary-linear conversion mechanism (ball screw mechanism 41) can be operated by input from either the input side or the output side.
  • the reduction mechanism spur gear multi-stage reduction mechanism 35, planetary gear reduction mechanism 36
  • the rotary-linear conversion mechanism ball screw mechanism 41
  • FIG. 3 shows an example of the relationship between the motor current and the braking force when the braking force increases (when increasing) and decreases (when decreasing). At this time, the braking force roughly coincides with the braking force calculated from the thrust detected by the thrust sensor 44.
  • the characteristics between the motor current and the braking force vary due to changes in the efficiency of the reduction mechanism and the rotary-to-linear motion conversion mechanism. Specifically, variations in the efficiency of the moving parts of the reduction mechanism, rotary-to-linear motion conversion mechanism, etc. cause variations in the slope of the braking force relative to the motor current when increasing or decreasing force. Furthermore, variations in the sliding resistance of the moving parts cause variations in the difference in motor current when increasing and decreasing force. For this reason, the second region is not constant.
  • the electric brake ECU 11 of the electric brake 20 controls the motor current supplied to the electric motor 39 so that the braking force generated along the third region is maintained when the electric brake 20 of the wheel receives a hold command from the main ECU 9, which is a higher-level controller.
  • This control is applied to at least one wheel, such as only the inside wheel during turning, or only the wheel with a higher ECU temperature than the other wheels, as well as to constant braking. Therefore, when the electric brake 20 is applied to four wheels, the above-mentioned control may be applied only to the front wheels or the rear wheels.
  • the decision to maintain the braking force may be made by a control device (electric brake ECU 11) that controls the electric brake 20 based on a change in the braking command (braking force command) from the higher-level controller, in addition to based on a hold command from the higher-level controller.
  • a control device electric brake ECU 11
  • Figure 4 shows the requested braking force, motor current, motor position (thrust force), and changes in braking force over time when a trapezoidal wave braking force is requested by the higher-level controller (main ECU 9).
  • the motor position roughly corresponds to the thrust force generated by the brake mechanism 21.
  • the solid line in Figure 4 shows the characteristics according to the first embodiment in which the motor current is supplied in the third region when the braking force is maintained.
  • the dashed line in Figure 4 shows the characteristics according to the comparative example in which the motor current is supplied in the first region when the braking force is maintained.
  • the electric brake ECU 11 increases the motor current so as to satisfy the required braking force. Then, when it recognizes a request to maintain the braking force, the electric brake ECU 11 reduces the motor current. When it detects that the motor position or thrust has decreased, the electric brake ECU 11 maintains the motor current at that time.
  • the electric brake ECU 11 controls the motor current to fill the difference between the required braking force and the braking force when the current is zero, in accordance with the slope.
  • the electric brake ECU 11 may first fill the difference between the required braking force and the braking force and then control the motor current in line with the required braking force. Therefore, the braking force will be smaller than the required braking force, but it will be minimal, or it will be compensated for by other wheels so as not to affect the feeling.
  • the electric brake 20 has a first region where the braking force increases when the motor current of the electric motor 39 increases, a second region where the braking force is maintained when the motor current decreases from the increase to a predetermined current, and a third region where the braking force decreases when the motor current decreases from the predetermined current, and the braking force of at least one or more wheels is controlled to be maintained at the braking force generated along the third region.
  • the current consumption when the braking force is maintained can be reduced, improving power consumption.
  • the current consumption can be significantly reduced and the braking force can be reliably maintained without being affected by variations in efficiency, etc.
  • the current flow time is shortened, which reduces self-heating and heat exposure time, improving the reliability of the electric brake ECU 11.
  • the electric brake 20 includes a spur gear multi-stage reduction mechanism 35 and a planetary gear reduction mechanism 36 as reduction mechanisms that reduce the rotational motion from the electric motor 39, and a ball screw mechanism 41 as a rotary-to-linear motion conversion mechanism that converts the rotary motion of the reduction mechanism into linear motion and pushes the inner brake pad 22 and the outer brake pad 23 as braking members.
  • the reduction mechanism and the rotary-to-linear motion conversion mechanism are configured to be operable by input from either the input side (e.g., the electric motor 39 side) or the output side (e.g., the inner brake pad 22 and the outer brake pad 23 side).
  • the braking force generated along the third region is controlled to be maintained by maintaining the motor current of the electric motor 39. Therefore, compared to when the braking force is maintained in the second region, the motor current supplied to the electric motor 39 can be reduced, improving electricity consumption.
  • the electric brake 20 is equipped with a rotation angle sensor 46 as an electric motor position detector that detects the rotation position of the electric motor 39, and the rotation angle sensor 46 determines that a braking force along the third region is being generated.
  • the electric brake 20 generates a braking force according to the rotation position of the electric motor 39. Therefore, the electric brake ECU 11 can determine that a braking force along the third region is being generated by detecting the rotation position of the electric motor 39.
  • the electric brake 20 also includes a thrust sensor 44 as a thrust detection unit that detects the thrust generated in the brake mechanism 21 as a braking mechanism. Therefore, the electric brake ECU 11 may determine that a braking force along the third region is being generated based on the thrust detected by the thrust sensor 44. If the braking force is estimated based on the rotational position of the electric motor 39, there is a risk that estimation errors will occur and the detection accuracy of the braking force will decrease. In contrast, if the thrust detected by the thrust sensor 44 is used, there will be no such estimation errors and the detection accuracy of the braking force can be improved.
  • a thrust sensor 44 as a thrust detection unit that detects the thrust generated in the brake mechanism 21 as a braking mechanism. Therefore, the electric brake ECU 11 may determine that a braking force along the third region is being generated based on the thrust detected by the thrust sensor 44. If the braking force is estimated based on the rotational position of the electric motor 39, there is a risk that estimation errors will occur and the detection accuracy of the braking force will
  • the electric brake ECU 11 of the electric brake 20 reduces the motor current from the point in time when it recognizes that the main ECU 9, which is the higher-level controller, has requested that the braking force be maintained, and maintains the braking force in the third region.
  • the present invention is not limited to this, and as in the first modified example shown in FIG. 5, when the electric brake ECU 11 recognizes that the main ECU 9 has requested that the braking force be maintained, it may increase the motor current by the amount of detection, and then decrease the motor current, taking into consideration the decrease in braking force due to the detection of a transition to the third region.
  • the braking force in the maintained state tends to be lower than the requested braking force.
  • the braking force is increased in advance by the amount required to detect the third region, and then the motor current is decreased to detect the third region. As a result, the braking force in the maintained state can be brought closer to the requested braking force.
  • the braking force generated by the brake mechanism 21 is increased in accordance with the increase in the required braking force, as in the first embodiment.
  • the present invention is not limited to this, and as in the second modified example shown in FIG. 6, when the braking force is increased, a motor current that is added (increased) in advance by an amount necessary for detecting the third region may be supplied. After that, when it is recognized that the main ECU 9 has requested that the braking force be maintained, the electric brake ECU 11 reduces the motor current and detects a transition to the third region. After detecting the third region, the electric brake ECU 11 fixes the value of the motor current and maintains the braking force in the third region.
  • the braking force in the maintained state can be brought closer to the required braking force.
  • the motor current can be reduced from the point in time when it is recognized that the braking force maintenance has been requested. Therefore, the braking force can be maintained earlier than in the first modified example.
  • the motor current may be held after taking into consideration recognition errors, etc.
  • Figures 4 to 6 an example has been described in which the braking force is reduced after the motor current is held (after the braking force is held).
  • the present invention is not limited to this, and after the motor current is held, the motor current may be increased to an upper limit of the first region, for example, in response to a command from an Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) or a situation in which emergency braking is likely to be necessary (such as a sudden decrease in the distance between the vehicle ahead or the vehicle behind).
  • ADAS Advanced Driver Assistance Systems
  • Fig. 1, Fig. 7 to Fig. 9 show a second embodiment.
  • the second embodiment is characterized in that at least one of the reduction mechanism and the rotary-to-linear motion conversion mechanism is configured such that it cannot be operated by input from either the input side or the output side, and the braking force generated along the third region is controlled so as to be maintained by de-energizing the electric motor.
  • the same components as those in the first embodiment described above are given the same reference numerals, and their description will be omitted.
  • the electric brake 50 of the second embodiment includes a brake mechanism 51, a thrust sensor 44, a rotation angle sensor 46, and an electric brake ECU 53, similar to the electric brake 20 of the first embodiment.
  • the brake mechanism 51 is configured almost similarly to the brake mechanism 21 of the first embodiment. Therefore, the brake mechanism 51 includes a spur gear multi-stage reduction mechanism 35 and a planetary gear reduction mechanism 36 as a reduction mechanism, and a trapezoidal screw mechanism 52 as a rotary-linear conversion mechanism.
  • the trapezoidal screw mechanism 52 is configured so that it can be operated by input from the electric motor 39 side (reduction mechanism side) which is the input side, but cannot be operated by input from the piston 32 side which is the output side.
  • the configuration that makes it impossible to operate due to input from the output side is not limited to the case where it is provided in the rotary-to-linear motion conversion mechanism.
  • the configuration that makes it impossible to operate due to input from the output side may be provided in the reduction mechanism, or may be provided in both the reduction mechanism and the rotary-to-linear motion conversion mechanism.
  • the electric brake ECU 53 is configured in the same manner as the electric brake ECU 11 in the first embodiment.
  • the required braking force is input to the electric brake ECU 53 from the main ECU 9 as a braking command.
  • the thrust detected by the thrust sensor 44, the motor position detected by the rotation angle sensor 46, and the motor current detected by the current sensor 49 are input to the electric brake ECU 53.
  • the electric brake ECU 53 controls the drive of the electric motor 39 based on the motor current, motor position, and thrust so that the braking force generated by the electric brake 50 becomes the required braking force according to the braking command.
  • the electric brake 50 is configured such that at least one of the reduction mechanism (spur gear multi-stage reduction mechanism 35, planetary gear reduction mechanism 36) and the rotary-linear conversion mechanism (trapezoidal screw mechanism 52) cannot be operated by input from either the input side or the output side.
  • the reduction mechanism spur gear multi-stage reduction mechanism 35, planetary gear reduction mechanism 36
  • the rotary-linear conversion mechanism trapezoidal screw mechanism 52
  • FIG. 8 when the forward current (absolute value of the forward motor current) of the electric motor 39 increases, there is a first region in which the braking force increases, a second region in which the braking force is maintained until the forward current decreases from an increase and reaches a predetermined reverse current, and a third region in which the braking force decreases when the reverse current (absolute value of the reverse motor current) decreases from a predetermined current.
  • This predetermined current is set to a current value at which the braking force switches from being maintained to decreasing. That is, in the second embodiment, the characteristics are such that the third region is in the second quadrant.
  • FIG. 8 shows an example of the relationship between the motor current and the braking force when the braking force increases (when increasing) and decreases (when decreasing). At this time, the braking force roughly matches the braking force calculated from the thrust detected by the thrust sensor 44.
  • the electric brake ECU 53 of the electric brake 50 controls the motor current supplied to the electric motor 39 so as to hold the braking force generated along the third region. This allows the motor current to be significantly reduced while reliably holding the braking force.
  • this control is applied to at least one wheel, such as only the inside wheel during turning, or only the wheel with a higher ECU temperature than the other wheels, as well as to constant braking. Therefore, when the electric brake 20 is applied to four wheels, the above-mentioned control may be applied only to the front wheels or the rear wheels.
  • the decision to hold the braking force may be made by a control device (electric brake ECU 53) that controls the electric brake 50 based on a change in the braking command (braking force command) from the higher-level controller, in addition to based on a hold command from the higher-level controller.
  • a control device electric brake ECU 53
  • FIG. 9 shows the requested braking force, motor current, motor position (thrust force), and changes in braking force over time when a trapezoidal braking force is requested by the higher-level controller (main ECU 9).
  • the solid line in FIG. 9 shows the characteristics according to the second embodiment, in which the motor current is controlled so that the braking force generated along the third region is maintained when the braking force is maintained.
  • the dashed line in FIG. 9 shows the characteristics according to the comparative example, in which the motor current is supplied in the first region when the braking force is maintained.
  • the electric brake ECU 53 increases the forward motor current so as to satisfy the required braking force. Then, when it recognizes a request to maintain braking force, the electric brake ECU 53 switches the absolute value of the forward motor current from an increase to a decrease, setting it to zero, and then increases the absolute value of the reverse motor current. This causes the electric motor 39 to rotate in the reverse direction, and the inner brake pad 22 and outer brake pad 23 are displaced in a direction away from the disc rotor D. When it detects that the motor position or thrust has decreased, the electric brake ECU 53 sets the absolute value of the reverse motor current to zero and stops the supply of motor current.
  • the electric brake ECU 11 When the required braking force is to be reduced, the electric brake ECU 11 increases the absolute value of the motor current in the reverse direction, and then reduces the absolute value of the motor current. At this time, the electric brake ECU 11 controls the motor current to fill the difference between the required braking force and the braking force when the current is zero, in accordance with the slope of the required braking force. Not limited to this, when the required braking force is to be reduced, the electric brake ECU 11 may first fill the difference between the required braking force and the braking force, and then control the motor current in line with the required braking force. Therefore, the braking force will be smaller than the required braking force, but it will be minimal, or it will be compensated for by other wheels so as not to affect the feeling.
  • the electric brake 50 includes a spur gear multi-stage reduction mechanism 35 and a planetary gear reduction mechanism 36 as reduction mechanisms for reducing the rotational motion from the electric motor 39, and a trapezoidal screw mechanism 52 as a rotation-to-linear motion conversion mechanism for converting the rotational motion of the reduction mechanism into linear motion and pushing the inner brake pad 22 and the outer brake pad 23 as braking members.
  • At least one of the reduction mechanism and the rotation-to-linear motion conversion mechanism is configured such that it is not possible to operate by input from either the input side (e.g., the electric motor 39 side) or the output side (e.g., the inner brake pad 22 and the outer brake pad 23 side) (e.g., the output side), and the braking force generated along the third region is controlled to be maintained by deenergizing the motor current of the electric motor 39.
  • the input side e.g., the electric motor 39 side
  • the output side e.g., the inner brake pad 22 and the outer brake pad 23 side
  • the braking force generated along the third region is controlled to be maintained by deenergizing the motor current of the electric motor 39.
  • the electric brake ECU 53 of the electric brake 50 reduces the motor current from the point in time when it recognizes that the main ECU 9, which is a higher-level controller, has requested that the braking force be maintained, and maintains the braking force in the third region.
  • the present invention is not limited to this, and as in a third modified example shown in FIG. 10, when the electric brake ECU 53 recognizes that the main ECU 9 has requested that the braking force be maintained, it may increase the forward motor current by the amount of the detection and then reduce the motor current, taking into account the reduction in braking force due to the detection of a transition to the third region.
  • the braking force generated by the brake mechanism 51 is increased in accordance with the increase in the required braking force, as in the first embodiment.
  • the present invention is not limited to this, and as in the fourth modified example shown in FIG. 11, when the braking force is increased, a motor current that has been added (increased) in advance by an amount required for detecting the third region may be supplied. Thereafter, when it is recognized that the main ECU 9 has requested that the braking force be maintained, the electric brake ECU 53 reduces the motor current and detects a transition to the third region. After detecting the third region, the electric brake ECU 53 de-energizes the motor current and maintains the braking force in the third region.
  • the electric brakes 20 are applied to the rear wheels 5L, 5R, but the electric brakes 20 may be applied to the front wheels 3L, 3R, or to all four wheels.
  • the electric brakes may be electric disc brakes or electric drum brakes.
  • the electric brakes 20, 50 are used in four-wheeled vehicles.
  • the present invention is not limited to this, and can also be applied to, for example, two-wheeled and three-wheeled vehicles, or work vehicles and transport vehicles such as trucks and buses.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes various modified examples.
  • the above-described embodiments have been described in detail to clearly explain the present invention, and are not necessarily limited to those having all of the configurations described. It is also possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. It is also possible to add, delete, or replace part of the configuration of each embodiment with other configurations.
  • ECU control device for electric brake

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Abstract

電流低減効果を向上させることができる電動ブレーキ装置を提供する。電動ブレーキは、電動モータのモータ電流が増加するとき、制動力が増加する第１の領域と、モータ電流が増加から所定電流まで減少するとき制動力が保持される第２の領域と、モータ電流が所定電流から減少するとき制動力が減少する第３の領域を有している。電動ブレーキは、少なくとも一つ以上の車輪の制動力は、第３の領域に沿って発生した制動力で保持するように制御される。

Description

電動ブレーキ装置
　本発明は、例えば自動車等の車両に制動力を付与する電動ブレーキ装置に関する。
　電動ブレーキ装置は、ブレーキパッド（制動部材）をディスク（被制動部材）に押圧する制動機構と、前記制動機構を駆動させる電動モータとを備えている（特許文献１）。
特開２０２２－１２９８１２号公報
　特許文献１に記載された従来技術の電動ブレーキ装置は、電流と制動力の関係における正効率と逆効率との切り替え区間、即ち電流を減少させても制動力が一定となる制動力保持領域を使って、制動力を保持する。これにより、従来技術では、消費電流を抑え、電費を向上させている。しかしながら、従来技術では、どの程度まで電流を減少させればよいか分からないため、ばらつきを含めると電流低減効果を大きくできないという課題がある。
　本発明は、上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、電流低減効果を向上させ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。
　上述した課題を解決するために、本発明は、制動部材を被制動部材に押圧する制動機構と、該制動機構を駆動させる電動モータと、を備える電動ブレーキ装置であって、前記電動モータの電流が増加するとき、制動力が増加する第１の領域と、前記電流が増加から減少に切り替わって所定電流に到達するまで制動力が保持される第２の領域と、前記電流が所定電流から減少するとき制動力が減少する第３の領域を有し、少なくとも一つ以上の車輪の制動力は、前記第３の領域に沿って発生した制動力で保持するように制御されることを特徴としている。
　本発明の一実施形態に係る電動ブレーキ装置によれば、電流低減効果を向上させることができる。
本発明の第１および第２の実施形態による電動ブレーキを適用した車両のシステム構成を示す図である。 第１の実施形態による電動ブレーキを示す断面図である。 第１の実施形態について、制動力とモータ電流との関係を示す特性線図である。 第１の実施形態と比較例について、要求制動力、モータ電流、モータ位置、制動力の時間変化を示す特性線図である。 第１の変形例と比較例について、要求制動力、モータ電流、モータ位置、制動力の時間変化を示す特性線図である。 第２の変形例と比較例について、要求制動力、モータ電流、モータ位置、制動力の時間変化を示す特性線図である。 第２の実施形態による電動ブレーキを示す断面図である。 第２の実施形態について、制動力とモータ電流との関係を示す特性線図である。 第２の実施形態と比較例について、要求制動力、モータ電流、モータ位置、制動力の時間変化を示す特性線図である。 第３の変形例と比較例について、要求制動力、モータ電流、モータ位置、制動力の時間変化を示す特性線図である。 第４の変形例と比較例について、要求制動力、モータ電流、モータ位置、制動力の時間変化を示す特性線図である。
　以下、実施形態による電動ブレーキ装置を、四輪自動車に適用した場合を例に挙げ、添付図面を参照して説明する。
　図１は、実施形態による電動ブレーキ装置としての電動ブレーキ２０を適用した車両１のシステム構成を示す図である。車両１に搭載されたブレーキ装置２は、車両進行方向を向いて左側の前輪３Ｌおよび右側の前輪３Ｒに対応して設けられた液圧式ブレーキ４（フロント制動機構）と、左側の後輪５Ｌおよび右側の後輪５Ｒに対応して設けられた電動ブレーキ２０（リヤ制動機構）とを備えている。また、ドライバのブレーキペダル６の操作量を計測する液圧センサ７およびペダルストロークセンサ８には、メインＥＣＵ９が接続されている。メインＥＣＵ９は、液圧センサ７およびペダルストロークセンサ８からの信号の入力を受けて、予め定められた制御プログラムにより各輪（４輪）に対しての目標制動力の演算を行う。メインＥＣＵ９は、算出した制動力に基づいて、フロント２輪それぞれに対しての制動指令を液圧装置用ＥＣＵ１０へＣＡＮ１２（Controller area network）を介して送信する。メインＥＣＵ９は、算出した制動力に基づいて、リヤ２輪それぞれに対しての制動指令を電動ブレーキ用ＥＣＵ１１へＣＡＮ１２を介して送信する。また、メインＥＣＵ９は、前輪３Ｌ，３Ｒおよび後輪５Ｌ，５Ｒのそれぞれの近傍に設けられている車輪速度センサ１３と接続され、各輪の車輪速度を検出することができる。
　次に、第１の実施形態による電動ブレーキ２０の具体的に構成について、図１および図２を参照して説明する。
　電動ブレーキ２０は、ディスクロータＤ（ディスク）に押圧されるブレーキパッド２２，２３を移動させるピストン３２に電動モータ３９の駆動により発生する推力を伝達するブレーキ機構２１と、ピストン３２への推力を検出する推力センサ４４と、電動モータ３９の回転位置を検出する回転角センサ４６と、電動モータ３９の駆動を制動指令に基づいて制御する制御装置としての電動ブレーキ用ＥＣＵ１１と、を備えている。このとき、ディスクロータＤは被制動部材である。ブレーキパッド２２，２３は制動部材である。ブレーキ機構２１は制動機構である。
　図２に示すように、ブレーキ機構２１は、一対のインナブレーキパッド２２およびアウタブレーキパッド２３と、キャリパ２４とを備えている。インナブレーキパッド２２およびアウタブレーキパッド２３は、車両１の回転部に取り付けられるディスクロータＤを挟んで軸方向両側に配置されている。電動ブレーキ２０は、キャリパ浮動型として構成されている。なお、一対のインナブレーキパッド２２およびアウタブレーキパッド２３と、キャリパ２４とは、車両１のナックル等の非回転部に固定されたブラケット２５に、支持されている。ブラケット２５は、インナブレーキパッド２２とアウタブレーキパッド２３とをそれぞれ独立して支持するインナ側支持部２６とアウタ側支持部２７とを備えている。
　キャリパ２４は、キャリパ２４の主体であるキャリパ本体２８と、キャリパ本体２８と並ぶように配置された電動モータ３９とを備えている。キャリパ本体２８には、車両内側のインナブレーキパッド２２に対向する基端部に配置され、インナブレーキパッド２２に対向して開口する円筒状のシリンダ部２９と、シリンダ部２９からディスクロータＤを跨いでアウタ側に延び、車両外側のアウタブレーキパッド２３に対向する先端側に配置される爪部３０とが一体的に形成されている。
　シリンダ部２９には、有底のシリンダ３１が形成されている。ピストン３２は、インナブレーキパッド２２を押圧するものであって、有底のカップ状に形成されている。ピストン３２は、その底部３３がインナブレーキパッド２２に対向するようにシリンダ３１内に収容されている。
　キャリパ本体２８のシリンダ部２９の底壁側には、ギヤハウジング３４が配置されている。ギヤハウジング３４の内部には、平歯多段減速機構３５、遊星歯車減速機構３６および制御基板３８が収容されている。制御基板３８には、例えばマイクロコンピュータからなる制御装置としての電動ブレーキ用ＥＣＵ１１が設けられている。電動ブレーキ用ＥＣＵ１１は、電動モータ３９の駆動を、制動指令に基づいて制御する。
　キャリパ本体２８には、電動モータ３９と、電動モータ３９からの回転トルクを増力する伝達機構である平歯多段減速機構３５および遊星歯車減速機構３６と、平歯多段減速機構３５および遊星歯車減速機構３６からの回転が伝達されてピストン３２に推力を付与するボールねじ機構４１と、ピストン３２からインナブレーキパッド２２およびアウタブレーキパッド２３への推力（押圧力）に対する反力を検出する推力センサ４４と、ボールねじ機構４１のプッシュロッド４２がピストン３２を推進するとき、プッシュロッド４２に対する後退方向への回転力を蓄える戻し機構４５と、電動モータ３９の回転軸４０の回転角を検出する回転角センサ４６と、制動時にピストン３２からインナブレーキパッド２２およびアウタブレーキパッド２３への推力を保持する推力保持機構４７と、が備えられている。平歯多段減速機構３５および遊星歯車減速機構３６は、減速機構である。
　推力センサ４４は、ブレーキ機構２１（制動機構）に発生する推力を検出する推力検出部である。具体的には、推力センサ４４は、ピストン３２への推力を検出する。推力センサ４４は、ボールねじ機構４１を構成するベースナット４３とシリンダ３１の底部に挟み込まれるように設置されている。
　平歯多段減速機構３５および遊星歯車減速機構３６は、電動モータ３９の回転を、所定の減速比で減速、増強して、遊星歯車減速機構３６のキャリア３７に伝達する。キャリア３７からの回転は、ボールねじ機構４１のプッシュロッド４２に伝達される。
　ボールねじ機構４１は、回転直動変換機構である。ボールねじ機構４１は、平歯多段減速機構３５および遊星歯車減速機構３６からの回転運動、即ち電動モータ３９の回転運動を直線運動（以下、便宜上直動という）に変換し、ピストン３２に推力を付与するものである。ボールねじ機構４１は、平歯多段減速機構３５および遊星歯車減速機構３６からの回転運動が伝達される、軸部材としてのプッシュロッド４２と、プッシュロッド４２の外周面にねじ係合される、ナット部材としてのベースナット４３と、から構成されている。ベースナット４３は、シリンダ３１に対して相対回転しないように、図示しない嵌合部によって嵌合されている。プッシュロッド４２は、ベースナット４３を推力センサ４４に押し付けながら、ベースナット４３に対して相対回転しながら前進することができる。さらに、プッシュロッド４２は、先端に取り付けられたスラスト軸受を介してピストン３２と相対回転可能なように接続されている。このため、ピストン３２を前進させることができ、ピストン３２によってインナブレーキパッド２２をディスクロータＤに押し付けることができる。
　戻し機構４５は、フェールオープン機構と称することもある。戻し機構４５は、制動中、電動モータ３９や制御基板３８等が失陥した場合に、ピストン３２によるインナブレーキパッド２２およびアウタブレーキパッド２３からディスクロータＤへの制動力を開放するものである。
　回転角センサ４６は、電動モータ３９の回転軸４０の回転角度を検出する電動モータ位置検出部である。回転角センサ４６は、電動モータ３９の回転軸４０に取り付けられた磁石部材４６Ａと、磁気検出ＩＣチップ４６Ｂと、を備えている。回転する磁石部材４６Ａからの磁束の変化を磁気検出ＩＣチップ４６Ｂにより検出することで、制御基板３８により、電動モータ３９の回転軸４０の回転角度を演算して検出することができる。回転角センサ４６は、モータ位置としての電動モータ３９の回転位置を検出する回転角検出手段を構成している。
　リターンスプリング４８は、コイルスプリングによって構成されている。リターンスプリング４８は、プッシュロッド４２に対して後退方向の回転力を蓄えることができる。電流センサ４９は、制御基板３８上のモータ駆動回路内に、電動モータ３９に供給されるモータ電流を検出可能なように取り付けられている。電流センサ４９は、モータ電流に応じた信号を出力する。
　電動ブレーキ用ＥＣＵ１１には、メインＥＣＵ９から制動指令としての要求制動力が入力される。これに加えて、電動ブレーキ用ＥＣＵ１１には、推力センサ４４が検出した推力と、回転角センサ４６が検出したモータ位置と、電流センサ４９が検出したモータ電流と、が入力される。電動ブレーキ用ＥＣＵ１１は、モータ電流、モータ位置および推力に基づいて、電動ブレーキ２０が発生する制動力が制動指令による要求制動力となるように、電動モータ３９の駆動を制御する。
　次に、電動ブレーキ２０において、通常走行における制動および制動解除の作用について説明する。
　通常走行における制動時には、電動ブレーキ用ＥＣＵ１１からの指令により、電動モータ３９が駆動されて、その正方向、即ち制動方向（増力方向）の回転が、平歯多段減速機構３５および遊星歯車減速機構３６を経由することで所定の減速比で減速、増強されて遊星歯車減速機構３６のキャリア３７に伝達される。そして、キャリア３７からの回転が、ボールねじ機構４１のプッシュロッド４２に伝達される。
　続いて、キャリア３７の回転に伴ってプッシュロッド４２が回転し始めると、プッシュロッド４２がベースナット４３を推力センサ４４に押し付けると共に、ベースナット４３に対して相対回転しながら前進するようになる。プッシュロッド４２がベースナット４３に対して相対回転しながら前進すると、ピストン３２が前進して、ピストン３２によりインナブレーキパッド２２をディスクロータＤに押し付ける。そして、ピストン３２によるインナブレーキパッド２２への押圧力に対する反力により、キャリパ本体２８がブラケット２５に対して図２における右方向に移動して、爪部３０に取り付けられたアウタブレーキパッド２３をディスクロータＤに押し付ける。この結果、ディスクロータＤがインナブレーキパッド２２およびアウタブレーキパッド２３により挟みつけられて摩擦力が発生し、ひいては、車両１の制動力が発生することになる。
　引き続き、ディスクロータＤがインナブレーキパッド２２およびアウタブレーキパッド２３により挟みつけられて制動力が発生し始めると、その反力が、インナブレーキパッド２２側からはプッシュロッド４２およびベースナット４３を経由して、アウタブレーキパッド２３側からは爪部３０およびシリンダ３１の底部を経由して、推力センサ４４に付与される。そして、推力センサ４４により、ピストン３２の前進によるインナブレーキパッド２２およびアウタブレーキパッド２３からディスクロータＤへの推力が検出される。
　そして、これ以降リターンスプリング４８にプッシュロッド４２に対する後退方向への回転力が蓄えられる。その後、回転角センサ４６および推力センサ４４等からの検出信号により電動モータ３９の駆動が制御されて、制動状態が確立される。
　一方、制動解除時には、電動ブレーキ用ＥＣＵ１１からの指令により、電動モータ３９の回転軸４０が逆方向、即ち制動解除方向（減力方向）に回転すると共に、その逆方向の回転が平歯多段減速機構３５および遊星歯車減速機構３６を介してプッシュロッド４２に伝達される。その結果、プッシュロッド４２が逆方向に相対回転しながら後退し始めることで、ディスクロータＤへの推力が減少し、推力により圧縮されていたインナブレーキパッド２２およびアウタブレーキパッド２３の復元力によりキャリパ本体２８がブラケット２５に対して図２における左方向に移動すると共に、ピストン３２が後退する。これにより、リターンスプリング４８が初期状態に戻り、ディスクロータＤへのインナブレーキパッド２２およびアウタブレーキパッド２３による制動力が解除される。
　ピストン３２のパッドの復元力による後退は、インナブレーキパッド２２およびアウタブレーキパッド２３の復元力が、それぞれのパッドとブラケット間に存在する摺動抵抗と、ピストン３２とシリンダ３１間に存在する摺動抵抗の和と釣り合うまでなされる。それ以降、さらにピストン３２を後退させるためには、電動モータ３９を減力方向にさらに駆動してプッシュロッド４２をさらに後退させ、ピストン内壁面に存在する溝に嵌合し、ピストン３２とプッシュロッド４２の直動方向の相対変位量を規制するための止め輪を介してピストン３２が後退するように力を伝達させる必要がある。
　インナブレーキパッド２２およびアウタブレーキパッド２３がパッドとブラケット間や、ピストン３２とシリンダ３１間の摺動抵抗によって後退しなくなることによって発生するディスクロータＤとの間の残存推力は、車両走行時、即ちディスクロータＤが回転する際の抵抗トルク（引き摺りトルク）となり、車両の燃費に影響を及ぼす。そのため、電動ブレーキ２０においては、メインＥＣＵ９からの制動指令が無くなった、または無い場合は、電動モータ３９を減力方向に駆動し、ピストン３２とインナブレーキパッド２２との間に間隔（クリアランス）を設けることにより、残存推力を低減させ、引き摺りトルクを低減させることが可能である。図示していないが、ピストン３２とインナブレーキパッド２２を一体となって直動するように嵌合させることで、ディスクロータＤとインナブレーキパッド２２の間にクリアランスを設けることも可能である。インナブレーキパッド２２とアウタブレーキパッド２３の間にディスクロータＤから離間する方向に力が付勢されたばねを設ける等の方法によってディスクロータＤとアウタブレーキパッド２３との間にクリアランスを設けることも可能である。これらの方法によってさらに引き摺りトルクを低減させることが可能である。
　制動中、電動モータ３９や制御基板３８が失陥した場合には、制動途中にリターンスプリング４８に蓄えられた付勢力によって、プッシュロッド４２が逆方向に相対回転しながら後退して、インナブレーキパッド２２およびアウタブレーキパッド２３からディスクロータＤへの制動力が開放される。
　このように、電動ブレーキ２０は、ピストン３２の位置制御および推力制御を実施するために、電動モータ３９の回転角を検出できる回転角センサ４６、ピストン３２の推力を検出できる推力センサ４４、およびモータ電流を検出する電流センサ４９を備えている。また、推力発生中の故障に対応するために、推力を解除できる戻し機構４５（フェールオープン機構）を備えている。
　ところで、電動ブレーキ２０は、減速機構（平歯多段減速機構３５、遊星歯車減速機構３６）および回転直動変換機構（ボールねじ機構４１）が入力側と出力側のどちらからの入力でも作動が可能な構成となっている。この場合、図３に示すように電動モータ３９の電流が増加するとき、制動力が増加する第１の領域と、電流が増加から減少して所定電流に到達するまで制動力が保持される第２の領域と、電流が所定電流から減少するとき制動力が減少する第３の領域とを有する。この所定電流は、制動力が保持から減少に切り替わる電流値に設定される。例えば図３は、制動力の増大時（増力時）および減少時（減力時）のモータ電流と制動力との関係の一例を示している。このとき、制動力は、推力センサ４４によって検出される推力から求められる制動力と概ね一致する。
　図３の破線に示すように、モータ電流と制動力との間の特性は、減速機構や回転直動変換機構の効率などが変わることで、ばらつきを持つ。具体的には、減速機構、回転直動変換機構等の可動部の効率がばらつくことで、増力時や減力時のモータ電流に対する制動力の傾きにばらつきが生じる。また、可動部の摺動抵抗がばらつくことで、増力時と減力時のモータ電流の差分にばらつきが生じる。このため、第２の領域は一定とはならない。
　これに対し、電動ブレーキ２０の電動ブレーキ用ＥＣＵ１１は、上位コントローラであるメインＥＣＵ９より保持指令が入った車輪の電動ブレーキ２０の場合、第３の領域に沿って発生した制動力で保持するように、電動モータ３９に供給するモータ電流を制御する。これによって、制動力を確実に保持しながら、モータ電流を大きく低減できる。この制御は、一定制動はもちろんのこと、旋回時の内側輪のみ、他輪よりＥＣＵ温度が高い輪のみなど、少なくとも一輪以上に適用される。このため、４輪に電動ブレーキ２０が適用されている場合には、前輪もしくは後輪のみに対して上述の制御を適用してもよい。また、制動力保持の判断は、上位コントローラの保持指令に基づく他、上位コントローラの制動指令（制動力指令）の変化に基づき電動ブレーキ２０を制御する制御装置（電動ブレーキ用ＥＣＵ１１）が行ってもよい。
　次に、図４のタイミングチャートを用いて、電動ブレーキ２０の動作について説明する。図４は、上位コントローラ（メインＥＣＵ９）により、台形波の制動力が要求された場合について、要求制動力、モータ電流、モータ位置（推力）および制動力の時間変化を示している。このとき、モータ位置は、ブレーキ機構２１が発生する推力に概ね対応している。図４中の実線は、制動力を保持するときに、第３の領域でモータ電流を供給する第１の実施形態による特性を示している。図４中の破線は、制動力を保持するときに、第１の領域でモータ電流を供給する比較例による特性を示している。
　図４中の実線に示すように、制動力が増力する時は、電動ブレーキ用ＥＣＵ１１は、要求制動力を満足するように、モータ電流を増加させる。そして、制動力保持の要求と認識すると、電動ブレーキ用ＥＣＵ１１は、モータ電流を低減していく。モータ位置もしくは推力が低下したことを検知すると、電動ブレーキ用ＥＣＵ１１は、その時点のモータ電流を保持する。
　要求制動力が減力する時は、電動ブレーキ用ＥＣＵ１１は、その傾きに合わせて電流ゼロ時に要求制動力と制動力の差分を埋めるようモータ電流を制御する。これに限らず、要求制動力が減力する時は、電動ブレーキ用ＥＣＵ１１は、要求制動力と制動力の差分を埋めてから要求制動力に沿ってモータ電流を制御してもよい。そのため、要求制動力よりも制動力は小さくなるが微小とする、もしくは他の輪で補填することでフィーリングに影響のないようにする。
　一方、図４中の破線に示すように、比較例では、制動力を保持するときに、制動力を増力したときに供給したモータ電流をそのまま保持する。このため、比較例では、制動力を保持するときのモータ電流が、第１の実施形態に比べて増加する。このため、第１の実施形態と第１の領域で保持した比較例とでは、図４中の実線と破線との差が消費電流低減効果となる。
　かくして、第１の実施形態では、電動ブレーキ２０は、電動モータ３９のモータ電流が増加するとき、制動力が増加する第1の領域と、モータ電流が増加から所定電流まで減少するとき制動力が保持される第２の領域と、モータ電流が所定電流から減少するとき制動力が減少する第３の領域を有し、少なくとも一つ以上の車輪の制動力は、第３の領域に沿って発生した制動力で保持するように制御される。
　これにより、制動力を保持しているときの消費電流を低減できるため、電費を向上することができる。また、第３の領域を検知するため、効率などのばらつきの影響を受けることなく、消費電流を大きく低減し、かつ確実に制動力を保持することができる。さらに、通電時間が短くなるので、自己発熱および熱暴露時間を低減できるため、電動ブレーキ用ＥＣＵ１１の信頼性を向上することができる。
　電動ブレーキ２０は、電動モータ３９からの回転運動を減速する減速機構としての平歯多段減速機構３５および遊星歯車減速機構３６と、減速機構の回転運動を直動運動に変換し、制動部材としてのインナブレーキパッド２２およびアウタブレーキパッド２３を押動する回転直動変換機構としてのボールねじ機構４１と、を備え、前記減速機構および前記回転直動変換機構は、入力側（例えば電動モータ３９側）、出力側（例えばインナブレーキパッド２２およびアウタブレーキパッド２３側）のどちらからの入力でも作動が可能な構成であり、前記第３の領域に沿って発生した制動力は、前記電動モータ３９のモータ電流を維持することで保持するように制御される。このため、第２の領域で制動力を保持した場合に比べて、電動モータ３９に供給するモータ電流を低減することができ、電費を向上することができる。
　電動ブレーキ２０は、電動モータ３９の回転位置を検出する電動モータ位置検出部としての回転角センサ４６を備え、回転角センサ４６により、第３の領域に沿った制動力が発生していることを判断する。電動ブレーキ２０は、電動モータ３９の回転位置に応じた制動力を発生させる。このため、電動ブレーキ用ＥＣＵ１１は、電動モータ３９の回転位置を検出することによって、第３の領域に沿った制動力が発生していることを判断することができる。
　また、電動ブレーキ２０は、制動機構としてのブレーキ機構２１に発生する推力を検出する推力検出部としての推力センサ４４を備えている。このため、電動ブレーキ用ＥＣＵ１１は、推力センサ４４が検出した推力により、第３の領域に沿った制動力が発生していることを判断してもよい。電動モータ３９の回転位置に基づいて制動力を推定した場合では、推定誤差等が発生して、制動力の検出精度が低下する虞れがある。これに対し、推力センサ４４が検出した推力を用いた場合には、このような推定誤差がなく、制動力の検出精度を高めることができる。
　なお、図４に示すように、第１の実施形態では、電動ブレーキ２０の電動ブレーキ用ＥＣＵ１１は、上位コントローラであるメインＥＣＵ９から制動力保持が要求されたと認識した時点からモータ電流を減少させて、第３の領域で制動力を保持するものとした。
　本発明はこれに限らず、図５に示す第１の変形例のように、電動ブレーキ用ＥＣＵ１１は、メインＥＣＵ９から制動力保持が要求されたと認識すると、第３の領域への移行を検知するために制動力が低下するのを考慮して、検知分だけモータ電流を増加させた後に、モータ電流を減少させてもよい。第１の実施形態では、第３の領域の検知後に制動力を保持するため、保持状態の制動力が要求制動力よりも低下する傾向がある。これに対し、第１の変形例では、第３の領域の検知に必要な分だけ予め制動力を増加させた後に、モータ電流を減少させて第３の領域を検知する。このため、保持状態の制動力を要求制動力に近付けることができる。
　また、第１の変形例では、制動力の増力時は、第１の実施形態と同様に、要求制動力の増加に従ってブレーキ機構２１が発生する制動力を増加させる。本発明はこれに限らず、図６に示す第２の変形例のように、制動力の増力時には、第３の領域の検知に必要な分だけ予め加算（増加）したモータ電流を供給してもよい。その後、メインＥＣＵ９から制動力保持が要求されたと認識すると、電動ブレーキ用ＥＣＵ１１は、モータ電流を減少させて、第３の領域への移行を検知する。第３の領域の検知後は、電動ブレーキ用ＥＣＵ１１は、モータ電流の値を固定して、第３の領域で制動力を保持する。第２の変形例でも、第１の変形例と同様に、保持状態の制動力を要求制動力に近付けることができる。これに加えて、第２の変形例では、制動力保持が要求されたと認識した時点からモータ電流を減少させることができる。このため、第１の変形例に比べて、早期に制動力を保持状態にすることができる。
　また、第３の領域を検知するために、モータ位置もしくは推力の低下を検知する際には、認識誤差などを考慮してからモータ電流を保持してもよい。さらに、図４ないし図６では、モータ電流保持後（制動力保持後）に、制動力を減少させる場合を例に挙げて説明した。本発明はこれに限らず、モータ電流保持後に、例えばＡＤＡＳ（Advanced Driver-Assistance Systems）の指令や緊急ブレーキが必要そうな状況（前方車もしくは後方車との車間距離が急に縮まるなど）により、モータ電流を第１の領域を上限に増加させてもよい。
　次に、図１、図７ないし図９は第２の実施形態を示している。第２の実施形態の特徴は、減速機構および回転直動変換機構の少なくとも一方は、入力側、出力側のどちらか一方の入力による作動が不可能な構成であり、第３の領域に沿って発生した制動力は、電動モータの電流を非通電にすることで保持するように制御されることにある。なお、第２の実施形態では、上述した第１の実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
　図１および図７に示すように、第２の実施形態の電動ブレーキ５０は、第１の実施形態による電動ブレーキ２０と同様に、ブレーキ機構５１、推力センサ４４、回転角センサ４６、電動ブレーキ用ＥＣＵ５３を備えている。このとき、ブレーキ機構５１は、第１の実施形態によるブレーキ機構２１とほぼ同様に構成されている。このため、ブレーキ機構５１は、減速機構としての平歯多段減速機構３５および遊星歯車減速機構３６を備えると共に、回転直動変換機構としての台形ねじ機構５２を備えている。但し、台形ねじ機構５２は、入力側である電動モータ３９側（減速機構側）からの入力による作動は可能であるが、出力側であるピストン３２側からの入力による作動が不可能な構成となっている。このため、電動モータ３９に対するモータ電流の供給が停止される（モータ電流がゼロになる）と、ピストン３２の位置はそのまま保持される。これにより、モータ電流の供給が停止されたときでも、インナブレーキパッド２２およびアウタブレーキパッド２３からディスクロータＤへの推力が保持されて、制動力は保持される。
　なお、出力側からの入力による作動が不可能な構成は、回転直動変換機構が備えた場合に限らない。出力側からの入力による作動が不可能な構成は、減速機構が備えてもよく、減速機構および回転直動変換機構の両方が備えてもよい。
　電動ブレーキ用ＥＣＵ５３は、第１の実施形態による電動ブレーキ用ＥＣＵ１１と同様に構成されている。電動ブレーキ用ＥＣＵ５３には、メインＥＣＵ９から制動指令としての要求制動力が入力される。これに加えて、電動ブレーキ用ＥＣＵ５３には、推力センサ４４が検出した推力と、回転角センサ４６が検出したモータ位置と、電流センサ４９が検出したモータ電流と、が入力される。電動ブレーキ用ＥＣＵ５３は、モータ電流、モータ位置および推力に基づいて、電動ブレーキ５０が発生する制動力が制動指令による要求制動力となるように、電動モータ３９の駆動を制御する。
　ところで、電動ブレーキ５０は、減速機構（平歯多段減速機構３５、遊星歯車減速機構３６）および回転直動変換機構（台形ねじ機構５２）の少なくとも一方は、入力側、出力側のどちらか一方の入力による作動が不可能な構成となっている。この場合、図８に示すように電動モータ３９の順方向の電流（順方向のモータ電流の絶対値）が増加するとき、制動力が増加する第１の領域と、順方向の電流が増加から減少して逆方向の所定電流に到達するまで制動力が保持される第２の領域と、逆方向の電流（逆方向のモータ電流の絶対値）が所定電流から減少するとき制動力が減少する第３の領域とを有する。この所定電流は、制動力が保持から減少に切り替わる電流値に設定される。即ち、第２の実施形態では、第３の領域が第２象限にあるような特性となる。例えば図８は、制動力の増大時（増力時）および減少時（減力時）のモータ電流と制動力との関係の一例を示している。このとき、制動力は、推力センサ４４によって検出される推力から求められる制動力と概ね一致する。
　電動ブレーキ５０の電動ブレーキ用ＥＣＵ５３は、上位コントローラであるメインＥＣＵ９より保持指令が入った車輪の電動ブレーキ５０の場合、第３の領域に沿って発生した制動力で保持するように、電動モータ３９に供給するモータ電流を制御する。これによって、制動力を確実に保持しながら、モータ電流を大きく低減できる。第１の実施形態と同様に、この制御は、一定制動はもちろんのこと、旋回時の内側輪のみ、他輪よりＥＣＵ温度が高い輪のみなど、少なくとも一輪以上に適用される。このため、４輪に電動ブレーキ２０が適用されている場合には、前輪もしくは後輪のみに対して上述の制御を適用してもよい。また、制動力保持の判断は、上位コントローラの保持指令に基づく他、上位コントローラの制動指令（制動力指令）の変化に基づき電動ブレーキ５０を制御する制御装置（電動ブレーキ用ＥＣＵ５３）が行ってもよい。
　次に、図９のタイミングチャートを用いて、電動ブレーキ５０の動作について説明する。図９は、上位コントローラ（メインＥＣＵ９）により、台形波の制動力が要求された場合について、要求制動力、モータ電流、モータ位置（推力）および制動力の時間変化を示している。図９中の実線は、制動力を保持するときに、第３の領域に沿って発生した制動力で保持するように、モータ電流を制御する第２の実施形態による特性を示している。図９中の破線は、制動力を保持するときに、第１の領域でモータ電流を供給する比較例による特性を示している。
　図９中の実線に示すように、制動力が増力する時は、電動ブレーキ用ＥＣＵ５３は、要求制動力を満足するように、順方向のモータ電流を増加させる。そして、制動力保持の要求と認識すると、電動ブレーキ用ＥＣＵ５３は、順方向のモータ電流の絶対値を増加から減少に切り替えてゼロにした後、逆方向のモータ電流の絶対値を増加させていく。これにより、電動モータ３９が逆回転して、インナブレーキパッド２２およびアウタブレーキパッド２３はディスクロータＤから離れる方向に変位する。これにより、モータ位置もしくは推力が低下したことを検知すると、電動ブレーキ用ＥＣＵ５３は、逆方向のモータ電流の絶対値をゼロにして、モータ電流の供給を停止する。
　要求制動力が減力する時は、電動ブレーキ用ＥＣＵ１１は、逆方向のモータ電流の絶対値を増加させた後に、モータ電流の絶対値を減少させる。このとき、電動ブレーキ用ＥＣＵ１１は、要求制動力の傾きに合わせて電流ゼロ時に要求制動力と制動力の差分を埋めるようモータ電流を制御する。これに限らず、要求制動力が減力する時は、電動ブレーキ用ＥＣＵ１１は、要求制動力と制動力の差分を埋めてから要求制動力に沿ってモータ電流を制御してもよい。そのため、要求制動力よりも制動力は小さくなるが微小とする、もしくは他の輪で補填することでフィーリングに影響のないようにする。
　かくして、第２の実施形態でも、第１の実施形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。また、電動ブレーキ５０は、電動モータ３９からの回転運動を減速する減速機構としての平歯多段減速機構３５および遊星歯車減速機構３６と、減速機構の回転運動を直動運動に変換し、制動部材としてのインナブレーキパッド２２およびアウタブレーキパッド２３を押動する回転直動変換機構としての台形ねじ機構５２と、を備え、前記減速機構および前記回転直動変換機構の少なくとも一方は、入力側（例えば電動モータ３９側）、出力側（例えばインナブレーキパッド２２およびアウタブレーキパッド２３側）のどちら一方（例えば出力側）の入力による作動が不可能な構成であり、前記第３の領域に沿って発生した制動力は、前記電動モータ３９のモータ電流を非通電にすることで保持するように制御される。このため、例えばモータ位置による検知の場合、第１の実施形態よりも電動モータ３９と作動不可能箇所との間のみで検知でき、制動力変化を極小にすることが可能である。さらにモータ電流を非通電としても制動力を保持できるため、さらなる消費電流低減が可能になる。
　なお、図９に示すように、第２の実施形態では、電動ブレーキ５０の電動ブレーキ用ＥＣＵ５３は、上位コントローラであるメインＥＣＵ９から制動力保持が要求されたと認識した時点からモータ電流を減少させて、第３の領域で制動力を保持するものとした。本発明はこれに限らず、図１０に示す第３の変形例のように、電動ブレーキ用ＥＣＵ５３は、メインＥＣＵ９から制動力保持が要求されたと認識すると、第３の領域への移行を検知するために制動力が低下するのを考慮して、検知分だけ順方向のモータ電流を増加させた後に、モータ電流を減少させてもよい。
　また、第３の変形例では、制動力の増力時は、第１の実施形態と同様に、要求制動力の増加に従ってブレーキ機構５１が発生する制動力を増加させる。本発明はこれに限らず、図１１に示す第４の変形例のように、制動力の増力時には、第３の領域の検知に必要な分だけ予め加算（増加）したモータ電流を供給してもよい。その後、メインＥＣＵ９から制動力保持が要求されたと認識すると、電動ブレーキ用ＥＣＵ５３は、モータ電流を減少させて、第３の領域への移行を検知する。第３の領域の検知後は、電動ブレーキ用ＥＣＵ５３は、モータ電流を非通電として、第３の領域で制動力を保持する。
　また、前記各実施形態では、後輪５Ｌ，５Ｒに電動ブレーキ２０を適用するものとしたが、前輪３Ｌ，３Ｒに電動ブレーキ２０を適用してもよく、４輪全てに電動ブレーキ２０を適用してもよい。また、電動ブレーキは電動ディスクブレーキまたは電動ドラムブレーキでもよい。
　前記各実施形態では、４輪自動車に用いる電動ブレーキ２０，５０を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば２輪、３輪自動車、または作業車両、運搬車両であるトラック、バス等にも適用できるものである。
　尚、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　本願は、２０２３年２月８日付出願の日本国特許出願第２０２３－０１７５１２号に基づく優先権を主張する。２０２３年２月８日付出願の日本国特許出願第２０２３－０１７５１２号の明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約書を含む全開示内容は、参照により本願に全体として組み込まれる。
　１１，５３：電動ブレーキ用ＥＣＵ（制御装置）、２０，５０：電動ブレーキ（電動ブレーキ装置）、２１，５１：ブレーキ機構（制動機構）、２２：インナブレーキパッド（制動部材）、２３：アウタブレーキパッド（制動部材）、３２：ピストン、３５：平歯多段減速機構（減速機構）、３６：遊星歯車減速機構（減速機構）、３９：電動モータ、４１：ボールねじ機構（回転直動変換機構）、４４：推力センサ（推力検出部）、４６：回転角センサ（電動モータ位置検出部）、４９：電流センサ、５２：台形ねじ機構（回転直動変換機構）、Ｄ：ディスクロータ（被制動部材）

Claims (5)

  1. 　電動ブレーキ装置であって、該電動ブレーキ装置は、
    　制動部材を被制動部材に押圧する制動機構と、
    　該制動機構を駆動させる電動モータと、
    　を備え、
    　前記電動ブレーキ装置は、前記電動モータの電流が増加するとき、制動力が増加する第１の領域と、前記電流が増加から減少に切り替わって所定電流に到達するまで制動力が保持される第２の領域と、前記電流が所定電流から減少するとき制動力が減少する第３の領域を有し、
    　少なくとも一つ以上の車輪の制動力は、前記第３の領域に沿って発生した制動力で保持するように制御されることを特徴とする電動ブレーキ装置。
  2. 　請求項１記載の電動ブレーキ装置において、
    　前記電動モータからの回転運動を減速する減速機構と、
    　前記減速機構の回転運動を直動運動に変換し、前記制動部材を押動する回転直動変換機構と、
    を備え、
    　前記減速機構および前記回転直動変換機構は、入力側、出力側のどちらからの入力でも作動が可能な構成であり、
    　前記第３の領域に沿って発生した制動力は、前記電動モータの電流を維持することで保持するように制御されることを特徴とする電動ブレーキ装置。
  3. 　請求項１記載の電動ブレーキ装置において、
    　前記電動モータからの回転運動を減速する減速機構と、
    　前記減速機構の回転運動を直動運動に変換し、前記制動部材を押動する回転直動変換機構と、
    を備え
    　前記減速機構および前記回転直動変換機構の少なくとも一方は、入力側、出力側のどちらか一方の入力による作動が不可能な構成であり、
    　前記第３の領域に沿って発生した制動力は、前記電動モータの電流を非通電にすることで保持するように制御されることを特徴とする電動ブレーキ装置。
  4. 　請求項１ないし３のいずれか一項に記載の電動ブレーキ装置において、
    　前記電動ブレーキ装置は、前記電動モータの回転位置を検出する電動モータ位置検出部を備え、
    　前記電動モータ位置検出部により、前記第３の領域に沿った前記制動力が発生していることを判断することを特徴とする電動ブレーキ装置。
  5. 　請求項１ないし３のいずれか一項に記載の電動ブレーキ装置において、
    　電動ブレーキ装置は、前記制動機構に発生する推力を検出する推力検出部を備え、
    　前記推力検出部により、前記第３の領域に沿った前記制動力が発生していることを判断することを特徴とする電動ブレーキ装置。
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