(57)【要約】【課題】逆入力保持機構を確実に動作させることができ、かつコスト低減を図ることができる電動式アクチュエータおよび電動ブレーキ装置を提供する。【解決手段】この電動式アクチュエータの制御装置２は、モータ角度推定手段２２ａと、電動式アクチュエータＤＡが負荷を発揮している状態でソレノイド１６の制御により、被係合部に係合部１５を係合させてパーキングブレーキ機構７を逆入力保持状態とする機能、および逆入力保持状態から前記被係合部に対し係合部１５を離脱させてパーキングブレーキ機構７を逆入力保持解除状態とする機能を有する逆入力保持制御部２４とを備える。逆入力保持制御部２４は、被係合部に係合部１５を係合させるときおよび被係合部に対し係合部１５を離脱させるとき、一定時間内に被係合部と係合部１５とが定められた位置関係となるように、推定される回転角度を制御する係合中間制御機能部２４ａを有する。【選択図】図４
2020158043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子および固定子を有する電動モータと、この電動モータを駆動制御する制御装置と、を備えた電動式アクチュエータであって、
前記回転子と同期運動する被係合部と、この被係合部に対し係合部を係合・離脱可能に駆動する駆動源を含む係止機構とを有し、前記被係合部に前記係合部が係合し前記電動モータの回転を阻止することで前記電動モータのトルクによらず前記電動式アクチュエータが発生する負荷を保持する逆入力保持機構を備え、
前記制御装置は、
前記電動モータの回転角度を推定するモータ角度推定手段と、
前記電動式アクチュエータが負荷を発揮している状態で前記駆動源の制御により、前記被係合部に前記係合部を係合させて前記逆入力保持機構を逆入力保持状態とする機能、およびこの逆入力保持状態から前記被係合部に対し前記係合部を離脱させて前記逆入力保持機構を逆入力保持解除状態とする機能を有する逆入力保持制御部と、を備え、
前記逆入力保持制御部は、
前記被係合部に前記係合部を係合させるとき、および前記被係合部に対し前記係合部を離脱させるときのいずれか一方または両方について、一定時間内に前記被係合部と前記係合部とが定められた位置関係となるように、推定される前記回転角度を制御する係合中間制御機能部を有する電動式アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の電動式アクチュエータにおいて、前記制御装置は、推定される前記回転角度である推定モータ角度を目標モータ角度に追従制御するモータ角度制御部と、前記電動式アクチュエータが外部に作用させる負荷を推定する負荷推定機能部と、この負荷推定機能部で推定される推定負荷を目標負荷に追従制御する負荷制御機能部と、を有し、
前記逆入力保持制御部により前記逆入力保持機構を逆入力保持解除状態とするとき、少なくとも前記電動式アクチュエータが定められた負荷を発生させるまでは前記負荷制御機能部を実行し、前記係合中間制御機能部を実行するとき前記モータ角度制御部へと切替える電動式アクチュエータ。
【請求項３】
請求項２に記載の電動式アクチュエータにおいて、前記逆入力保持制御部は、前記逆入力保持解除状態から前記逆入力保持状態へと移行する際の前記被係合部に前記係合部を係合させるとき、前記電動式アクチュエータが前記逆入力保持状態における目標負荷に基づいて定められた負荷を発揮する状態としたときの前記電動モータの回転角度から、前記逆入力による反力トルクと同一の方向に前記電動モータを徐々に回転させる機能を有し、
前記逆入力保持制御部は、
前記係合部において係合時に作用する駆動源の駆動力および前記係合部の慣性に基づいて設定される、前記係合部が前記被係合部との係合動作を開始してから動作完了するまでの係合時駆動時間と、
前記被係合部に前記係合部が係合したときの前記被係合部と前記係合部との空隙に基づいて設定される、前記逆入力保持機構が係合状態で前記電動モータが回転可能な被係合部空隙角度と、に基づいて、
前記係合時駆動時間内における前記電動モータの角度推移が前記被係合部空隙角度より小さくなるように設定された電動モータの角度推移量で、前記逆入力による反力トルクと同一の方向に前記電動モータを徐々に回転させる電動式アクチュエータ。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の電動式アクチュエータにおいて、前記逆入力保持制御部は、前記逆入力保持状態における前記電動モータの回転角度を記憶する機能を有し、前記逆入力保持状態を解除するとき、前記逆入力保持状態における前記記憶された回転角度から、前記係合部および前記被係合部の形状に基づいて設定される、前記逆入力保持機構が係合状態で前記電動モータが回転可能な被係合部空隙角度よりも少なく、かつ零ではないモータ角度分を前記逆入力による反力トルクと反対の方向に前記電動モータを回転させ、
前記係合部において離脱時に作用する駆動源の駆動力および前記係合部の慣性に基づいて設定される、前記係合部が被係合部からの離脱を開始してから動作完了するまでの離脱時駆動時間中、前記電動モータを前記被係合部空隙角度よりも少なく、かつ零ではないモータ角度分を前記逆入力による反力トルクと反対の方向に回転させた状態を維持する電動式アクチュエータ。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の電動式アクチュエータにおいて、
前記制御装置は、前記負荷制御機能部が、前記推定負荷と前記推定される前記回転角度との関係に基づいて、前記目標負荷から負荷制御目標となるモータ角度である負荷制御目標モータ角度を導出し、
定められた推定負荷において、この定められた推定負荷から前記関係に基づいて導出された負荷制御目標モータ角度と、前記定められた推定負荷における実際の前記推定モータ角度と、の負荷誤差に基づいて、前記負荷制御目標モータ角度および前記推定モータ角度のいずれか一方または両方を補正し、前記補正された結果に基づいてモータ角度を追従制御する機能を有し、
前記係合中間制御機能部を実行するとき前記モータ角度制御部へと切替える動作が、前記負荷誤差に基づくモータ角度の補正を停止する動作である電動式アクチュエータ。
【請求項６】
請求項５に記載の電動式アクチュエータにおいて、前記制御装置は、前記係合中間制御機能部により一定時間内に前記被係合部と前記係合部とが定められた位置関係となるように、前記推定モータ角度を制御するとき、前記モータ角度制御部へと切替える直前の前記推定モータ角度と、定められたモータ角度調整バイアスと、から求められるモータ角度を目標モータ角度として前記モータ角度制御部を実行する電動式アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の電動式アクチュエータにおいて、前記逆入力保持機構につき、前記係止機構の前記係合部が前記被係合部に対して直動する可動部であり、前記被係合部は、前記電動モータのいずれの回転方向に対しても、前記係合部の直動方向と平行な接触面を有する孔または溝が形成されている電動式アクチュエータ。
【請求項８】
ブレーキロータと、このブレーキロータと当接してブレーキ力を発生させる摩擦材と、この摩擦材を操作して前記ブレーキロータと当接させたときに負荷荷重を発生させてブレーキ力を制御する請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の電動式アクチュエータと、を備えた電動ブレーキ装置であって、
前記逆入力保持機構が前記電動モータのトルクによらず定められた負荷荷重で前記ブレーキロータと前記摩擦材との接触荷重を保持するパーキングブレーキ機構である電動ブレーキ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両等に搭載される電動式アクチュエータおよび電動ブレーキ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動式アクチュエータとして、以下の技術が提案されている。
１．つめ車の外周に係止機構を設けたパーキングブレーキ機能付電動ブレーキ（特許文献１）。
２．遊星ローラ機構および電動モータを使用した電動式アクチュエータ（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１８３８０９号公報
【特許文献２】特開２００６−１９４３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば特許文献１，２の電動ブレーキ装置におけるパーキングブレーキ機構のように、モータの電力によらず所定の負荷状態を保持したままロック可能な電動式アクチュエータが求められる場合がある。
【０００５】
その際、特許文献１のような、可動部と静止部が係合することによる逆入力保持機構を有する電動式アクチュエータについて、逆入力保持状態へと移行する場合および逆入力保持状態を解除する際に、これらの状態遷移を確実に行うことが求められる場合が多い。例えば、電動式アクチュエータを用いた電動ブレーキ装置のパーキングブレーキ機能部に、逆入力保持機構を適用する場合であれば、逆入力保持状態すなわちパーキングブレーキ状態への移行に失敗すれば傾斜路等で車両が操縦者の意図に反し傾斜路を移動してしまう問題が生じる場合があり、パーキングブレーキ解除に失敗すれば車両が発進できない問題が生じる場合がある。
【０００６】
例えば、特許文献１に示すつめ車のように、係合部の逆入力を受ける側と逆の片側に傾斜部を設け、この傾斜部において係合を解除する構造を採用する場合、前記傾斜部を設けることにより係合部の寸法が増大し、逆入力保持の際に保持荷重のばらつきが大きくなる問題が生じる場合がある。また、係合部が比較的複雑な構造となることで、加工コストが問題となる場合がある。さらには、前記のような傾斜部等によって係合を解除する場合、確実に係合を解除するために傾斜部の摩擦係数および接触角等を適切に管理する必要があり、品質管理コストの増加または逆入力保持動作の信頼性低下といった問題が生じる場合がある。
【０００７】
この発明の目的は、逆入力保持機構を確実に動作させることができ、かつコスト低減を図ることができる電動式アクチュエータおよび電動ブレーキ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の電動式アクチュエータは、回転子および固定子を有する電動モータ４と、この電動モータ４を駆動制御する制御装置２と、を備えた電動式アクチュエータＤＡであって、
前記回転子と同期運動する被係合部Ｈｋと、この被係合部Ｈｋに対し係合部１５を係合・離脱可能に駆動する駆動源１６を含む係止機構Ｋｓとを有し、前記被係合部Ｈｋに前記係合部１５が係合し前記電動モータ４の回転を阻止することで前記電動モータ４のトルクによらず前記電動式アクチュエータＤＡが発生する負荷を保持する逆入力保持機構７を備え、
前記制御装置２は、
前記電動モータ４の回転角度を推定するモータ角度推定手段２２ａと、
前記電動式アクチュエータＤＡが負荷を発揮している状態で前記駆動源１６の制御により、前記被係合部Ｈｋに前記係合部１５を係合させて前記逆入力保持機構７を逆入力保持状態とする機能、およびこの逆入力保持状態から前記被係合部Ｈｋに対し前記係合部１５を離脱させて前記逆入力保持機構７を逆入力保持解除状態とする機能を有する逆入力保持制御部２４と、を備え、
前記逆入力保持制御部２４は、
前記被係合部Ｈｋに前記係合部１５を係合させるとき、および前記被係合部Ｈｋに対し前記係合部１５を離脱させるときのいずれか一方または両方について、一定時間内に前記被係合部Ｈｋと前記係合部１５とが定められた位置関係となるように、推定される前記回転角度を制御する係合中間制御機能部２４ａを有する。
前記定められた位置関係は、設計等によって任意に定める位置関係であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な位置関係を求めて定められる。
【０００９】
この構成によると、係合中間制御機能部２４ａは、電動モータ４の回転子と同期運動する被係合部Ｈｋに対し係合部１５を係合または離脱させるとき、係合部１５の動作に必要な一定時間、被係合部Ｈｋと係合部１５とが接触しない位置関係に維持し続ける、換言すれば係合部１５の動作に合わせて電動モータ４の回転角度を制御して、被係合部Ｈｋに対し係合部１５を係合中間状態に維持する。これにより、その後の電動モータ４の回転により、被係合部Ｈｋに対し係合部１５を確実に係合または離脱させ、逆入力保持状態または逆入力保持解除状態へとより確実に遷移させることができる。このような制御により逆入力保持機構７を確実に動作させることができるため、複雑な構造等を備えた前述の従来技術よりもコスト低減を図ることができる。
【００１０】
前記制御装置２は、推定される前記回転角度である推定モータ角度を目標モータ角度に追従制御するモータ角度制御部２３ｂと、前記電動式アクチュエータＤＡが外部に作用させる負荷を推定する負荷推定機能部２１と、この負荷推定機能部２１で推定される推定負荷を目標負荷に追従制御する負荷制御機能部２３ａと、を有し、
前記逆入力保持制御部２４により前記逆入力保持機構７を逆入力保持解除状態とするとき、少なくとも前記電動式アクチュエータＤＡが定められた負荷を発生させるまでは前記負荷制御機能部２３ａを実行し、前記係合中間制御機能部２４ａを実行するとき前記モータ角度制御部２３ｂへと切替えてもよい。
前記定められた負荷は、設計等によって任意に定める負荷であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な負荷を求めて定められる。
【００１１】
一般に、荷重センサまたは流量センサ等の負荷推定よりも、角度センサ等を用いた角度推定のほうがモータ角度については高い制御分解能を実現できる場合が多い。
そこで、この構成では、逆入力保持機構７を逆入力保持解除状態とするとき、電動式アクチュエータＤＡが定められた負荷を発生させるまでは負荷制御機能部２３ａを実行し、係合中間制御機能部２４ａを実行するときモータ角度制御部２３ｂへと切替えることで、係合部１５と被係合部Ｈｋとの位置関係をより正確に制御することができる。よって、逆入力保持状態への遷移または逆入力保持状態の解除をより正確に行うことが可能となる。
【００１２】
前記逆入力保持制御部２４は、前記逆入力保持解除状態から前記逆入力保持状態へと移行する際の前記被係合部Ｈｋに前記係合部１５を係合させるとき、前記電動式アクチュエータＤＡが前記逆入力保持状態における目標負荷に基づいて定められた負荷を発揮する状態としたときの前記電動モータ４の回転角度から、前記逆入力による反力トルクと同一の方向に前記電動モータ４を徐々に回転させる機能を有し、
前記逆入力保持制御部２４は、
前記係合部１５において係合時に作用する駆動源１６の駆動力および前記係合部１５の慣性に基づいて設定される、前記係合部１５が前記被係合部Ｈｋとの係合動作を開始してから動作完了するまでの係合時駆動時間と、
前記被係合部Ｈｋに前記係合部１５が係合したときの前記被係合部Ｈｋと前記係合部１５との空隙に基づいて設定される、前記逆入力保持機構７が係合状態で前記電動モータ４が回転可能な被係合部空隙角度と、に基づいて、
前記係合時駆動時間内における前記電動モータ４の角度推移が前記被係合部空隙角度より小さくなるように設定された電動モータ４の角度推移量で、前記逆入力による反力トルクと同一の方向に前記電動モータ４を徐々に回転させてもよい。
前記定められた負荷は、設計等によって任意に定める負荷であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な負荷を求めて定められる。
【００１３】
この構成によると、被係合部Ｈｋのモータ角度に対する絶対位置が不明である場合において、係合時駆動時間内における電動モータ４の角度推移が被係合部空隙角度より小さくなるように設定された電動モータ４の角度推移量で、逆入力による反力トルクと同一の方向に電動モータ４を徐々に回転させることで、被係合部Ｈｋに係合部１５を確実に係合させることができる。
【００１４】
前記逆入力保持制御部２４は、前記逆入力保持状態における前記電動モータ４の回転角度を記憶する機能を有し、前記逆入力保持状態を解除するとき、前記逆入力保持状態における前記記憶された回転角度から、前記係合部１５および前記被係合部Ｈｋの形状に基づいて設定される、前記逆入力保持機構７が係合状態で前記電動モータ４が回転可能な被係合部空隙角度よりも少なく、かつ零ではないモータ角度分を前記逆入力による反力トルクと反対の方向に前記電動モータ４を回転させ、
前記係合部１５において離脱時に作用する駆動源１６の駆動力および前記係合部１５の慣性に基づいて設定される、前記係合部１５が被係合部からの離脱を開始してから動作完了するまでの離脱時駆動時間中、前記電動モータ４を前記被係合部空隙角度よりも少なく、かつ零ではないモータ角度分を前記逆入力による反力トルクと反対の方向に回転させた状態を維持してもよい。
【００１５】
この構成によると、逆入力保持状態を解除するときは、被係合部Ｈｋのモータ角度に対する絶対位置が予め判明しているため、係止機構Ｋｓの離脱時駆動時間中、被係合部Ｈｋと係合部１５との間に空隙ができる状態を維持することで、確実に逆入力保持状態を解除することができる。
【００１６】
前記制御装置２は、前記負荷制御機能部２３ａが、前記推定負荷と前記推定される前記回転角度との関係に基づいて、前記目標負荷から負荷制御目標となるモータ角度である負荷制御目標モータ角度を導出し、
定められた推定負荷において、この定められた推定負荷から前記関係に基づいて導出された負荷制御目標モータ角度と、前記定められた推定負荷における実際の前記推定モータ角度と、の負荷誤差に基づいて、前記負荷制御目標モータ角度および前記推定モータ角度のいずれか一方または両方を補正し、前記補正された結果に基づいてモータ角度を追従制御する機能を有し、
前記係合中間制御機能部２４ａを実行するとき前記モータ角度制御部２３ｂへと切替える動作が、前記負荷誤差に基づくモータ角度の補正を停止する動作であってもよい。
前記定められた推定負荷は、設計等によって任意に定める負荷であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な負荷を求めて定められる。
この場合、電動式アクチュエータＤＡの負荷の制御を実質的にモータ角度制御として構成し、モータ角度の補正のオン-オフによって制御切替を行うことで、スムーズな制御切替が可能となる。
【００１７】
前記制御装置２は、前記係合中間制御機能部２４ａにより一定時間内に前記被係合部Ｈｋと前記係合部１５とが定められた位置関係となるように、前記推定モータ角度を制御するとき、前記モータ角度制御部２３ｂへと切替える直前の前記推定モータ角度と、定められたモータ角度調整バイアスと、から求められるモータ角度を目標モータ角度として前記モータ角度制御部２３ｂを実行してもよい。このようにモータ角度制御部２３ｂを実行することができる。
【００１８】
前記逆入力保持機構７につき、前記係止機構Ｋｓの前記係合部１５が前記被係合部Ｈｋに対して直動する可動部であり、前記被係合部Ｈｋは、前記電動モータ４のいずれの回転方向に対しても、前記係合部１５の直動方向と平行な接触面を有する孔ｈａまたは溝ｍｚが形成されていてもよい。
この場合、被係合部Ｈｋに単純な孔ｈａまたは溝ｍｚを形成することで、被係合部Ｈｋの周方向に隣接する孔間または溝間のピッチを細かくできる。このため、逆入力保持負荷を細かく調整できるようになり、また加工コストを低減することが可能となる。
【００１９】
この発明の電動ブレーキ装置１は、ブレーキロータ８と、このブレーキロータ８と当接してブレーキ力を発生させる摩擦材９と、この摩擦材９を操作して前記ブレーキロータ８と当接させたときに負荷荷重を発生させてブレーキ力を制御するこの発明の上記いずれかの構成の電動式アクチュエータＤＡと、を備えた電動ブレーキ装置であって、
前記逆入力保持機構７が前記電動モータ４のトルクによらず定められた負荷荷重で前記ブレーキロータ８と前記摩擦材９との接触荷重を保持するパーキングブレーキ機構である。
前記定められた負荷荷重は、設計等によって任意に定める負荷荷重であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な負荷荷重を求めて定められる。
この構成によると、この発明の電動式アクチュエータＤＡにつき前述した各効果が得られる。また、パーキングブレーキ機構を確実に作動させることができるため、傾斜路等で車両が不所望に後退することを確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明の電動式アクチュエータは、回転子および固定子を有する電動モータと、この電動モータを駆動制御する制御装置と、を備えた電動式アクチュエータであって、前記回転子と同期運動する被係合部と、この被係合部に対し係合部を係合・離脱可能に駆動する駆動源を含む係止機構とを有し、前記被係合部に前記係合部が係合し前記電動モータの回転を阻止することで前記電動モータのトルクによらず前記電動式アクチュエータが発生する負荷を保持する逆入力保持機構を備え、前記制御装置は、前記電動モータの回転角度を推定するモータ角度推定手段と、前記電動式アクチュエータが負荷を発揮している状態で前記駆動源の制御により、前記被係合部に前記係合部を係合させて前記逆入力保持機構を逆入力保持状態とする機能、およびこの逆入力保持状態から前記被係合部に対し前記係合部を離脱させて前記逆入力保持機構を逆入力保持解除状態とする機能を有する逆入力保持制御部と、を備え、前記逆入力保持制御部は、前記被係合部に前記係合部を係合させるとき、および前記被係合部に対し前記係合部を離脱させるときのいずれか一方または両方について、一定時間内に前記被係合部と前記係合部とが定められた位置関係となるように、推定される前記回転角度を制御する係合中間制御機能部を有するため、逆入力保持機構を確実に動作させることができ、かつコスト低減を図ることができる。
【００２１】
この発明の電動ブレーキ装置は、ブレーキロータと、このブレーキロータと当接してブレーキ力を発生させる摩擦材と、この摩擦材を操作して前記ブレーキロータと当接させたときに負荷荷重を発生させてブレーキ力を制御するこの発明の上記いずれかの構成の電動式アクチュエータと、を備えた電動ブレーキ装置であって、前記逆入力保持機構が前記電動モータのトルクによらず定められた負荷荷重で前記ブレーキロータと前記摩擦材との接触荷重を保持するパーキングブレーキ機構であるため、逆入力保持機構を確実に動作させることができ、かつコスト低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施形態に係る電動ブレーキ装置を概略示す図である。
【図２】同電動ブレーキ装置の逆入力保持機構の構成例を示す図である。
【図３】同逆入力保持機構において、被係合部に対し係合部が係合・離脱する状態を模式的に示す図である。
【図４】同電動ブレーキ装置の電動式アクチュエータの制御系のブロック図である。
【図５】同電動ブレーキ装置のパーキングブレーキ機構の動作例を示すフローチャートである。
【図６】同パーキングブレーキ機構を解除する動作例を示すフローチャートである。
【図７】同電動ブレーキ装置の制御装置の動作例を示すブロック図である。
【図８】同電動ブレーキ装置の制御装置の動作例を示すブロック図である。
【図９】同電動ブレーキ装置の制御装置の動作例を示すブロック図である。
【図１０】同電動ブレーキ装置の制御装置の動作例を示すブロック図である。
【図１１】同電動ブレーキ装置の制御装置の動作例を示すブロック図である。
【図１２】同電動ブレーキ装置の制御装置の動作例を示すブロック図である。
【図１３】同パーキングブレーキ機構の動作例を示す図である。
【図１４】同パーキングブレーキ機構の他の動作例を示す図である。
【図１５】この発明の他の実施形態に係る電動式アクチュエータの逆入力保持機構の構成例を示す図である。
【図１６】この発明のさらに他の実施形態に係る電動式アクチュエータの逆入力保持機構の構成例を示す図である。
【図１７】この発明のさらに他の実施形態に係る電動式アクチュエータの制御系のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［第１の実施形態］
この発明の実施形態に係る電動式アクチュエータを備えた電動ブレーキ装置を図１ないし図１４と共に説明する。この電動ブレーキ装置は例えば車両に搭載される。
図１に示すように、この電動ブレーキ装置１は、電動式アクチュエータＤＡと、摩擦ブレーキＢＲとを備える。先ず、電動式アクチュエータＤＡおよび摩擦ブレーキＢＲの構造について説明する。
【００２４】
＜電動式アクチュエータＤＡおよび摩擦ブレーキＢＲの構造＞
電動式アクチュエータＤＡは、アクチュエータ本体ＡＨと、電源装置３と、後述する制御装置２とを備える。アクチュエータ本体ＡＨは、電動モータ４と、直動機構６と、減速機５と、パーキングブレーキ機構７と、角度センサＳａ（図４）と、荷重センサＳｂ（図４）とを有する。図４に示すように、アクチュエータ本体ＡＨと摩擦ブレーキＢＲとでブレーキアクチュエータＢＡが構成される。
【００２５】
図１および図４に示すように、電動モータ４は回転子および固定子を有し、例えば、永久磁石式の同期電動機から成る。電動モータ４として、永久磁石式の同期電動機を適用すると省スペースで高効率かつ高トルクとなり好適である。
摩擦ブレーキＢＲは、車両の各車輪にそれぞれ設けられる。摩擦ブレーキＢＲは、車輪と連動して回転するブレーキロータ８と、このブレーキロータ８と当接してブレーキ力を発生させる摩擦材９とを有する。この摩擦材９は、電動式アクチュエータＤＡによって操作される。摩擦材９を電動式アクチュエータＤＡのアクチュエータ本体ＡＨにより操作してブレーキロータ８に押圧し、摩擦力によって負荷荷重を発生させる機構を用いることができる。この例の摩擦ブレーキＢＲとして、ブレーキディスクであるブレーキロータ８および図示外のキャリパを用いたディスクブレーキ装置を適用しているが、ドラムおよびライニングを用いたドラムブレーキ装置であってもよい。
【００２６】
減速機５は、電動モータ４の回転を減速する機構であり、それぞれ伝達部である一次歯車１２、中間歯車１３、および三次歯車１１を含む。この例では、減速機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に伝達可能な平行歯車が用いられている。
【００２７】
直動機構６は、減速機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に対して摩擦材９を当接離隔させる機構である。直動部１４は、回り止めされ且つ矢符Ａ１（図１）にて表記する軸方向に移動自在に支持されている。直動部１４のアウトボード側端に摩擦材９が設けられる。電動モータ４の回転を減速機５を介して直動機構６に伝達することで、回転運動が直線運動に変換され、それが摩擦材９の押圧力に変換されることによりブレーキ力を発生させる。なお電動ブレーキ装置１を車両に搭載した状態で、車両の車幅方向外側をアウトボード側といい、車両の車幅方向中央側をインボード側という。
【００２８】
図４に示すように、角度センサＳａは、電動モータ４の回転角度（モータ角度）を検出する。角度センサＳａは、例えば、レゾルバまたは磁気エンコーダ等を用いると高精度かつ高信頼性であり好適であるが、光学式のエンコーダ等の各種センサを用いることもできる。前記角度センサＳａを用いずに、後述する制御装置２において、電動モータ４の電圧と電流との関係等からモータ角度を推定する角度センサレス推定を用いることもできる。
【００２９】
荷重センサＳｂは、直動機構６の軸方向荷重を検出する。この荷重センサＳｂは、例えば、直動機構６の荷重に応じた歪または変形等を検出するセンサを用いると安価で高精度となり好適である。荷重センサＳｂは、圧電素子等の感圧媒体、ブレーキロータ８の制動トルクを検出するトルクセンサ、または車両用の電動ブレーキ装置１の場合は車両の前後減速度を検出する加速度センサ等を用いてもよい。もしくは、制御装置２において、アクチュエータ剛性とモータ角度との相関、アクチュエータ荷重とモータトルクとの相関、等の所定の相関関係に基づき、荷重センサを設けずにセンサレス推定を行ってもよい。
【００３０】
＜逆入力保持機構（パーキングブレーキ機構）の構成例＞
図１および図２に示すように、パーキングブレーキ機構７は、電動モータ４のトルクによらずに電動式アクチュエータＤＡが発生する負荷（ブレーキ荷重）を保持する逆入力保持機構である。パーキングブレーキ機構７は、複数の孔ｈａが形成された被係合部Ｈｋと、この被係合部Ｈｋの各孔ｈａに対し係合部１５を係合・離脱可能に駆動する駆動源であるソレノイド１６を含む係止機構Ｋｓと、を有する。
【００３１】
被係合部Ｈｋとして、この例では減速機５の中間歯車１３が適用され、この中間歯車１３の回転軸方向端面に複数の孔ｈａが円周等配に設けられている。
図２および図３に示すように、被係合部Ｈｋは、電動モータ４（図１）のいずれの回転方向に対しても、係合部１５の直動方向と平行な接触面を有する孔ｈａが形成されている。本構造にて逆入力保持を行う際は、ハウジング等の静止系に保持されて対向するソレノイド１６から係合部１５が突出し、いずれかの前記孔ｈａと係合することにより電動モータ４（図１）の回転が阻害され、前記接触面の摩擦力により係合状態が保持されて、電動モータ４（図１）のトルクによらず逆入力に対して保持される。各孔ｈａとして、図２では軸方向に貫通する貫通孔の例を示すが、貫通せずに所定の深さを有する非貫通孔であってもよい。また孔ｈａの形状は、丸孔のみに限定されるものではなく、長孔、キリ孔、多角形孔等の形状としてもよい。その他孔ｈａに代えて、回転軸方向端面に円周方向に沿って凹凸部が形成された形状であってもよい。
【００３２】
ソレノイド１６は、ソレノイドコイルにより励磁磁界を発生させて、電磁力により可動部としての係合部１５を駆動し、対向する減速機５（図１）に設けられた被係合部Ｈｋに、係止ピンである係合部１５が係合することにより電動モータ４（図１）と連動する可動部である中間歯車１３の回転をロックすることで、パーキングロック状態（逆入力保持状態）にする。係合部１５を前記被係合部Ｈｋ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（逆入力保持解除状態）にする。
【００３３】
この構成において、係合部１５を被係合部Ｈｋから離反させた状態に保持するバネ等の付勢手段（図示せず）をソレノイド１６に設け、極性によらず通電によって前記付勢手段の付勢力を上回る電磁力を発生させてロック可能な状態とする構成とすると、安価で省電力となり好適である。但し、ソレノイド１６は、例えば、係止ピンである係合部１５に磁石等の界磁部を設け、ソレノイドコイルの電流の向きによって、係合部１５を双方向に駆動する構成としてもよい。
【００３４】
前記駆動源として、ソレノイド１６に代えて、ＤＣモータおよびねじ機構を設けることで被係合部Ｈｋをロックする構成とすることもできる。また被係合部Ｈｋは、減速機に設けることで省スペースとなり好適であるが、例えば、電動モータ４（図１）の回転子または直動機構６（図１）等、モータ回転に連動して動作する何れの箇所に設けてもよい。
その他、図示外の要素として、サーミスタ等の各種センサ類を要件に応じて別途設けてもよい。
【００３５】
＜制御装置の構成＞
図４は、この電動ブレーキ装置１の電動式アクチュエータＤＡの制御系のブロック図である。例えば、各車輪に対応する制御装置２およびブレーキアクチュエータＢＡが設けられている。各制御装置２は対応する電動モータ４を制御する。各制御装置２に、直流の電源装置３と、各制御装置２の上位制御手段である上位ＥＣＵ１７とが接続されている。電源装置３は、電動モータ４および制御装置２に電力を供給する。電源装置３は、例えば、自動車用の電動ブレーキ装置１においては、低電圧（例えば１２Ｖ）バッテリ、または高電圧バッテリを降圧する降圧コンバータ等を用いることができる。もしくは、電源装置３は、高容量のキャパシタ等を用いるか、あるいはこれらを並列使用して冗長化してもよい。
【００３６】
上位ＥＣＵ１７として、例えば、車両全般を制御する車両統合制御装置（Vehicle Control Unit, ＶＣＵ）が適用される。上位ＥＣＵ１７は、各制御装置２の統合制御機能を有する。上位ＥＣＵ１７は、ブレーキ指令手段１７ａとパーキングブレーキ指令手段１７ｂを備える。ブレーキ指令手段１７ａは、例えば自動車においてはブレーキペダル等のブレーキ操作手段の操作量に応じて変化するセンサの出力をブレーキ指令信号として各制御装置２に与える。
【００３７】
ブレーキ指令手段１７ａは、ブレーキ操作手段そのものであってもよく、あるいは、例えば自動運転車両のように車両の状態および各種センサ等の情報から、ブレーキ操作手段の操作に依ることなく自動的に指令値（ブレーキ指令信号）を求めて出力することも可能である。
パーキングブレーキ指令手段１７ｂは、パーキングブレーキスイッチ等であり、操作者による操作または例えば自動運転車両のように車両の状態および各種センサ等の情報から、パーキングブレーキ用ブレーキ指令信号を制御装置２に与える。
【００３８】
各制御装置２は、制御演算を行う各種制御演算器と、モータドライバ１８と、ソレノイドドライバ１９と、電流センサ２０とを備える。前記各種制御演算器は、負荷推定機能部２１、運動状態推定器２２、アクチュエータ制御器２３および逆入力保持制御部２４を備える。
負荷推定機能部２１は、荷重センサＳｂの出力から、電動式アクチュエータＤＡが外部に作用させる負荷であるブレーキ荷重を推定する。なお負荷推定機能部２１は、前述の通り、荷重センサＳｂを用いないセンサレス推定を行ってもよい。
【００３９】
運動状態推定器２２は、角度センサＳａの出力から、電動モータ４の回転運動状態を推定する。この運動状態推定器２２は、電動モータ４の回転子の角度（回転角度）を推定するモータ角度推定手段２２ａと、電動モータ４の角速度を推定する角速度推定部２２ｂとを有する。あるいは、運動状態推定器２２は、例えば、電動モータ４の角加速度等の所定の微積分値を推定する機能、および外乱を推定する機能等を設けてもよい。
【００４０】
また、モータ角度推定手段２２ａは、電動モータ４の回転角度を推定する際、例えば電流制御に用いる電気角位相、または角度制御に用いる角度センサＳａのオーバーラップおよびアンダーラップを補正した総回転角度等、制御構成に基づいて必要な物理量を適宜求める機能を有する。その他、前記回転角度および角速度は、電動モータ４の回転子に代えて、例えば、減速比に基づいて求めた減速機５の所定部位の角度等、または等価リード等に基づいて求めた位置および速度であってもよい。前記物理量の推定は、例えば、状態推定オブザーバ等の構成を用いてもよく、微分または慣性方程式に基づく逆算等の直接的な演算であってもよい。
【００４１】
電流センサ２０は、例えば、シャント抵抗両端の電圧を検出するアンプから成るセンサ、または電動モータ４の相電流の通電経路周囲の磁束等を検出する非接触式センサ等を用いることができる。電流センサ２０は、他の構成として、例えば、モータドライバ１８を構成する素子等の端子電圧等を検出する構成としてもよい。また、電流センサ２０は、電動モータ相間に設けてもよく、ローサイドないしハイサイドに一つあるいは複数設けてもよい。もしくは、制御装置２は、一切の電流センサを設けずに、電動モータ４のインダクタンスまたは抵抗値等のモータ特性等に基づいてフィードフォワード制御を行うこともできる。
【００４２】
アクチュエータ制御器２３は、所定の指令入力に対してブレーキアクチュエータＢＡが望ましく追従するための操作量を求め、モータ駆動信号に変換する機能を有する。アクチュエータ制御器２３は、負荷制御機能部であるブレーキ荷重制御部２３ａと、モータ角度制御部２３ｂとを備え、要件に応じてブレーキ荷重制御部２３ａとモータ角度制御部２３ｂとを切り替える。ブレーキ荷重制御部２３ａは、主にブレーキ荷重（ブレーキ力）を制御するための制御部である。モータ角度制御部２３ｂは、推定される前記回転角度である推定モータ角度を目標モータ角度に追従制御する。また、アクチュエータ制御器２３は、図示外の機能として、モータ電流を制御するための電流制御器、およびモータ出力特性に基づいて望ましいモータトルクを発揮するためのモータ電流を導出する機能を設けると高機能な制御を実行できて好ましい。
【００４３】
逆入力保持制御部２４は、逆入力保持機構であるパーキングブレーキ機構７を、それぞれ後述する、逆入力保持解除状態、ソレノイド係合角度制御状態、逆入力保持状態およびソレノイド離反角度制御状態とする機能を有する。この逆入力保持制御部２４は、電動式アクチュエータＤＡが負荷を発揮している状態、つまり所定のブレーキ荷重を発揮した状態で、前記ソレノイド１６の制御により、被係合部Ｈｋに係合部１５を係合し、電動モータ４を駆動せずブレーキ荷重を保持するための、電動モータ４とソレノイド１６を連携させる制御演算機能を有する。
【００４４】
特に、逆入力保持制御部２４は、被係合部Ｈｋに係合部１５を係合させるとき、および被係合部Ｈｋに対し係合部１５を離脱させるときの両方について、一定時間内に被係合部Ｈｋと係合部１５とが定められた位置関係となるように、推定モータ角度を制御する係合中間制御機能部２４ａを有する。この係合中間制御機能部２４ａが、逆入力保持機構を、ソレノイド係合角度制御状態およびソレノイド離反角度制御状態とする機能を有する。
【００４５】
前記逆入力保持解除状態は、被係合部Ｈｋに対し係合部１５を離脱させた状態であり、通常のサービスブレーキ状態等となる。このとき、制御切替信号は、ブレーキ荷重制御部２３ａによるブレーキ荷重制御を実行する状態となり、ブレーキアクチュエータＢＡはブレーキ指令入力（ブレーキ指令信号）に応じた動作を行う。
【００４６】
ソレノイド係合角度制御状態は、被係合部Ｈｋにソレノイド１６の係合部１５を係合させるために、モータ角度を制御する状態となる。このとき、制御切替信号は、モータ角度制御部２３ｂによるモータ角度制御を実行する状態となり、例えば、被係合部Ｈｋの位置と、ソレノイド１６の係合部１５との位置が係合可能な位置関係に保持した上でソレノイド１６に通電することで、被係合部Ｈｋをロックさせることができる。
【００４７】
逆入力保持状態は、ソレノイド１６の係合部１５により被係合部Ｈｋがロックされたロック状態となり、このロック状態は、被係合部Ｈｋの係合部１５に対する接触面に逆入力が作用することによる摩擦力によってモータ電力を消費することなく保持される。このとき、電動モータ４は通電を停止した失陥状態であってもよく、あるいはトルク零等の省電力で制御を実行し続ける状態であってもよく、あるいはこれらの組み合わせであってもよい。逆入力保持中に電動モータ４をどのような状態とするかに応じた制御切替信号が逆入力保持制御部２４からアクチュエータ制御器２３に出力される。
【００４８】
ソレノイド離反角度制御状態は、ソレノイド１６の係合部１５を被係合部Ｈｋから離脱させるために、モータ角度を制御する状態となる。このとき、制御切替信号は、モータ角度制御部２３ｂによるモータ角度制御を実行する状態となり、例えば、離反バネ等の付勢手段を有するソレノイド１６である場合、前記摩擦力が作用しなくなる程度に被係合部Ｈｋを逆入力と反対側すなわちブレーキ増圧側に駆動することで、離反バネのバネ力により被係合部Ｈｋのロックが解除される。前記離反バネ等を有するソレノイド１６に代えて、双方向に駆動するソレノイドまたはＤＣモータ等を用いる場合、前記摩擦力が作用しない状態とした上で前記ソレノイドまたはＤＣモータを係合部１５の離脱側に駆動することで被係合部Ｈｋのロックが解除される。
【００４９】
モータドライバ１８は、電動モータ４に供給する電力を制御する。モータドライバ１８は、例えば、電界効果トランジスタ（Field effect transistor；略称ＦＥＴ）等のスイッチ素子を用いたハーフブリッジ回路を構成し、前記スイッチ素子のＯＮ−ＯＦＦデューティ比によりモータ印加電圧を決定するＰＷＭ制御を行う構成とすると安価で高性能となる。あるいは、変圧回路等を設け、ＰＡＭ制御を行う構成とすることもできる。
【００５０】
ソレノイドドライバ１９は、逆入力保持制御部２４から与えられるソレノイドＯＮ／ＯＦＦ信号によりソレノイド１６を駆動制御する。ソレノイドドライバ１９は、例えば、電界効果トランジスタまたはバイポーラトランジスタ等のスイッチ素子により構成すると安価で好適である。離反バネを有するソレノイド１６の場合、前記スイッチ素子は電源装置３からソレノイド１６への通電を接続／遮断するスイッチか、あるいはソレノイド１６からＧＮＤへの通電を接続／遮断するスイッチとして一つ設ければよいが、その両方を設けて冗長化する構成とすることもできる。双方向駆動するソレノイドまたはＤＣモータ等の場合、最小でスイッチ素子を四個備えるブリッジ回路を構成してもよい。
【００５１】
図示外の要素として、モータドライバ１８またはソレノイドドライバ１９には、直接電源装置３からの電力を供給し、前記各種制御演算器等には、制御装置２内で小型の降圧コンバータを適用する構成が好ましいが、モータドライバ１８およびソレノイドドライバ１９のいずれか一方または両方には昇圧コンバータを介して電力を供給する構成としてもよい。
【００５２】
本図４は車両用のパーキングブレーキ機構７を有する電動ブレーキ装置１を構成する例を示すが、適用車両は自動車でも鉄道車両等であってもよい。また、逆入力保持機構を有する他用途の電動式アクチュエータＤＡに適用してもよい。例えば、省電力でのクランプ保持機能を有する風車または水車等の回転停止用ブレーキに適用することも可能であり、あるいはプレス圧保持機能を有する電動プレス装置等に適用することも可能である。これら他の適用例として、ブレーキ指令手段１７ａおよびパーキングブレーキ指令手段１７ｂ等の制御装置２の周辺構成は、アプリケーションごとに適宜構成されるものとする。
【００５３】
＜逆入力保持の動作フロー例＞
図５は、図４に示す電動ブレーキ装置のパーキングブレーキ機構の動作例を示すフローチャートである。図４および図５に示すように、この動作フローは、逆入力保持制御部２４およびアクチュエータ制御器２３の内部フローである。なお、後述する電動バルブ装置（図１７）、および他のアプリケーションにおいても基本的な動作フローは同一となる。
パーキングブレーキ機構ＰＢＫのロック開始条件は、例えば、操作者によりパーキングブレーキスイッチが操作され、パーキングブレーキ機構がオンとなる状態とすることができる。あるいは、例えば、比較的長時間停車中に自動でパーキングブレーキ機構を動作させるような場合、その他自動運転車両の駐車時等、操作者の操作によらない信号であってもよい。
【００５４】
ＰＢＫのロック開始後、ブレーキ荷重制御の実行中でなかった場合（ステップＳ１：ｎｏ）、前記制御切替信号によりブレーキ荷重制御へと切替え（ステップＳ２）、ステップＳ３に移行する。前記ブレーキ荷重制御の実行中でなかった場合とは、例えば、ブレーキ解除中であって、摩擦材９とブレーキロータ８との間に所定のクリアランスを設けるためにクリアランス制御（モータ角度制御等）を行っている場合等である。ブレーキ荷重制御中であれば（ステップＳ１：ｙｅｓ）、ステップＳ３に移行する。
【００５５】
ステップＳ３では、ブレーキ荷重制御部２３ａによるブレーキ荷重制御を実行して所定の負荷つまりパーキングブレーキ荷重までブレーキを加圧する。ここで、パーキングブレーキ荷重として設定する目標ブレーキ荷重（目標負荷）は、所定のパーキングブレーキ荷重に、逆入力保持機構を適用する場合における、被係合部Ｈｋの周方向に隣接する孔ｈａ，ｈａ（図３）間のピッチおよび減速比、ねじリード等に依存するピッチあたりのブレーキ荷重変動量の影響を加味した所定のブレーキ荷重であってもよい。
【００５６】
所定のパーキングブレーキ荷重に到達した後、前記制御切替信号によりブレーキ荷重制御からモータ角度制御部２３ｂによるモータ角度制御に切替える（ステップＳ４）。その後、ソレノイドＯＮの状態とする（ステップＳ５）。前記ソレノイドＯＮの状態とは、例えば、ソレノイドコイルの吸引力によって係合部１５が突出し、バネ反力により係合部１５が離反するソレノイド１６においてはソレノイドコイルに通電する動作となり、例えば、電流の向きによって双方向駆動するソレノイドまたはＤＣモータ等においては、係止機構が突出する向きに通電する動作となる。なおステップＳ４とＳ５は前後を逆として、ソレノイドＯＮとした後にモータ角度制御へと切替える順序であってもよく、これら動作は同時に実行されてもよい。
【００５７】
係合中間制御機能部２４ａは、ソレノイド１６が突出動作を完了するまで、換言すればソレノイド１６の突出時間を確保するために、所定時間（一定時間）モータ角度を一定に保持する（ステップＳ６）。前記所定時間は、例えば、ソレノイド突出のストローク量、可動部である係合部１５の重量、ソレノイド駆動力、等から導出されたソレノイド突出時間に基づいて決定されるものであってもよく、加えて、摺動抵抗、温度変化および個体差による駆動力のばらつき、等の影響を加味した時間に設定されると好ましい。なお、本動作は、例えば、目標角速度を零とする角速度制御として実装されてもよい。
【００５８】
次に減圧方向に電動モータ４を所定量回転させ（図３参照）、ソレノイドの係合部を被係合部に係合させる（ステップＳ７）。このとき、例えば、被係合部Ｈｋとして減速機５の歯車が適用されている場合、モータ角度に対する被係合部Ｈｋの相対位置関係は不明である場合が多いため、前記減圧方向へのモータ角度推移はソレノイド１６が突出し被係合部Ｈｋに係合するために十分緩やかな推移である必要がある。
【００５９】
具体的には、先ず被係合部Ｈｋとソレノイド１６の係合部１５とが一致していない位置関係（例えば、ソレノイドピンと被係合部Ｈｋの孔とが略同一軸上にはない状態）でソレノイド１６が突出した場合、係合部１５の先端がストローク中途状態で被係合部Ｈｋの軸端面に接触して停止する。その後、減圧方向へと電動モータ４および被係合部Ｈｋが回転する過程において、被係合部Ｈｋとソレノイド１６の係合部１５との相対位置が一致した状態において、ソレノイド１６の係合部１５は前記ストローク中途状態からフルストローク状態まで突出する。
【００６０】
そのため、例えば、前記ストローク中途状態からフルストローク状態まで係合部１５が突出する時間に対し、モータ角速度が大き過ぎる場合、中途半端なソレノイド突出状態でロックしてしまう可能性、またはロックに失敗する可能性がある。そこで、前記モータ角速度ωｓｎは、ソレノイド１６の係合部１５が係合状態（ソレノイド１６の係合部１５が歯車の孔に挿入された状態）で被係合部Ｈｋと係合部１５との空隙等により電動モータ４および被係合部Ｈｋが回転可能な角度θｌｋと、ストローク中途からフルストロークまで係合部１５が突出する時間ｔｓｎと、を含む関係において、少なくとも｜ωｓｎ｜＜｜θｌｋ／ｔｓｎ｜である必要がある。
【００６１】
加えて、前記モータ角速度ωｓｎは、摺動抵抗、温度変化および個体差による駆動力のばらつき、設計要件に基づく所定の安全率、等の影響を加味した角速度となる条件に設定されると好ましい。本動作は、モータ角度指令値が一定勾配で推移する角度制御であってもよく、または一体のモータ角速度指令とする角速度制御により実装されていてもよい。
なお、被係合部Ｈｋがモータ軸に設けられている場合等、被係合部Ｈｋの位置関係が予め把握できる場合は、被係合部Ｈｋとソレノイド１６の係合部１５の位置関係が係合可能な位置に予めモータ角度を停止させておき、ソレノイド１６の係合部１５を突出させればよい。また係合させる際のモータ回転動作は、前記のようなモータ角速度の制約は不問となり、確実に被係合部Ｈｋの孔の接触面に係合部１５を接触させることができればよい。
【００６２】
次に、ロック状態かどうかを確認し（ステップＳ８）、ロック状態であれば（ステップＳ８：ｙｅｓ）、電動モータ４およびソレノイド１６の通電を停止する（ステップＳ９）。例えば、電動モータ４を回転させようとしてもモータ角度が一定時間保持される場合、前記ロック状態と判断される。ロック状態でなければ（ステップＳ８：ｎｏ）、ステップＳ６における減圧を開始してからの電動モータ４の回転状態を確認し（ステップＳ１０）、電動モータ４の回転量が少ない場合は（ステップＳ１０：ｎｏ）、ステップＳ７に戻りさらに減圧方向に電動モータ４を回転させる。電動モータ４の回転量が多い場合は（ステップＳ１０：ｙｅｓ）、ロック動作不良として本処理を終了する。前記回転量は、例えば、被係合部Ｈｋの周方向に隣接する孔ｈａ，ｈａ（図３）間のピッチ分に基づき設定することが好ましい。
【００６３】
また、ステップＳ９について、ロック後に電動モータ４およびソレノイド１６の通電を停止する例を示すが、本動作はシステム設計要件に応じて適宜設定できるものとする。例えば、制御装置２の起動時間を短縮するために電動モータ４をトルク零ないし電流零等の省電力駆動したまま待機させることもでき、あるいはこれらを併用する処理としてもよい。
【００６４】
図６は、図５によりパーキングブレーキ実行中となった逆入力保持状態から、パーキングブレーキ機構を解除する例を示す。この図６の制御主体も逆入力保持制御部２４（図４）およびアクチュエータ制御器２３（図４）である。図４および図６に示すように、パーキングブレーキ機構ＰＢＫの解除（リリース）開始条件は、例えば、操作者によりパーキングブレーキスイッチが操作され、パーキングブレーキ機構がオフとなる状態である。
【００６５】
図６および図４に示すように、パーキングブレーキ機構ＰＢＫの解除開始条件を充足すると、前記制御切替信号によりモータ角度制御部２３ｂによるモータ角度制御に切替え（ステップＳ１１）、逆入力による反力トルクと反対の方向、つまり増圧方向に電動モータ４を回転させ（ステップＳ１２）、所定時間（離脱時駆動時間中）増圧方向に電動モータ４を回転させた状態を維持する（ステップＳ１３）。前記モータ角度制御に切り替え（ステップＳ１１）る前の状態は、前記逆入力保持状態における動作やその他設計要件等に基づき、任意に定められるものとする。
【００６６】
逆入力保持制御部２４は、逆入力保持状態における電動モータ４の回転角度を記憶する機能を有し、逆入力保持状態を解除するとき、逆入力保持状態における記憶された回転角度から、係合部１５および被係合部Ｈｋの形状に基づいて設定される、逆入力保持機構が係合状態で電動モータ４が回転可能な被係合部空隙角度よりも少なく、かつ零ではないモータ角度分を前記逆入力による反力トルクと反対の方向に電動モータ４を回転させ、
係合部１５における離脱時の駆動力および慣性に基づいて設定される、係止機構の駆動開始から係合部１５が動作完了するまでの離脱時駆動時間中、電動モータ４を被係合部空隙角度よりも少なく、かつ零ではないモータ角度分を逆入力による反力トルクと反対の方向に回転させた状態を維持する。
【００６７】
具体的には、ステップＳ１２では、電動モータ４を増圧方向に所定量回転させる。前記所定量として、少なくとも零より大きく、かつソレノイド１６の係合部１５が係合状態で被係合部Ｈｋと係合部１５との空隙等により回転可能な角度（空隙角度）θｌｋよりも小さい条件によって設定され、特に前記範囲のうちθｌｋ・１／４〜θｌｋ・３／４程度に設定されると好ましい。
【００６８】
ステップＳ１３では、電動モータ４が所定量回転した状態で、係合部１５が離脱する時間を確保するため所定時間モータ角度を概ね一定の角度に保持する。前記概ね一定の角度につき、パーキングブレーキ解除動作に影響を及ぼさない程度の揺動は無視し、一定であるものと考えることができる。前記所定時間は、例えば、ソレノイド離反のストローク量、可動部である係合部１５の質量、ソレノイド駆動力、等から導出されたソレノイド離反時間に基づいて決定されるものであってもよく、加えて、摺動抵抗、温度変化および個体差による駆動力のばらつき、所定の安全率、等の影響を加味した時間に設定されると好ましい。本動作は、速度零をモータ角速度指令値とする角速度制御により実装されていてもよい。
【００６９】
その後、減圧方向に電動モータ４を所定量回転させ（ステップＳ１４）、ロック状態の解除の確認を行う（ステップＳ１５）。前記ロック状態の解除は、例えば、フロー開始時にロックしていた位置よりも減圧側に電動モータ４が回転した条件から判断してもよく、あるいは被係合部Ｈｋの一ピッチ分以上に減圧側に電動モータ４が回転したことにより判断することもできる。
【００７０】
また、前記条件に達する前に電動モータ４の回転が阻害されるなど、電動モータ４がロックされていることが確認された場合（ステップＳ１５：ｙｅｓ）、パーキングブレーキ解除動作不良と判断する。ロック状態の解除の確認が行われると（ステップＳ１５：ｎｏ）、パーキングブレーキ機構ＰＢＫの解除完了となる。本動作は、モータ角度指令値が減圧方向に推移する角度制御であってもよく、あるいは所定の減圧方向へのモータ角速度指令値による角速度制御であってもよい。
【００７１】
なお、図６においては、ソレノイドコイルの吸引力によって係合部が突出し、バネ反力により係合部が離反するソレノイドを想定しているため図示していないが、例えば、電流の向きによって双方向に駆動するソレノイドまたはＤＣモータ等においては、ステップ１２とステップＳ１３の間または前後して、係止機構が離反する向きに通電する動作を設ける必要がある。
【００７２】
図５、図６に図示する各動作不良が発生した場合の動作は、システム要件に基づいて適宜設定され得るものとする。例えば、所定のフローからリトライする仕様としてもよく、あるいは動作不良としてパーキングブレーキ機構の関連動作を停止する仕様としてもよく、またはリトライ回数等の条件に応じてこれらを併用する仕様とすることもできる。また車両の運転者および上位ＥＣＵ等に動作不良の発生情報を伝達する手段等を適宜設けてもよい。
【００７３】
その他、図５、図６はパーキングブレーキ動作を行う上での最小限の動作フローを記載したものであり、この動作フローに破綻が生じない範囲であれば必要に応じて改変を加えられるものとする。例えば、パーキングブレーキ動作を途中で中断する場合のフロー等を別途設けてもよく、あるいは例えば、自動車において現在位置の傾斜を検出し、傾斜角に応じてパーキングブレーキ荷重を調整するフロー等を別途設けてもよい。
また、後述する電動バルブ装置（図１７）、または電動プレス装置等その他のアプリケーションについても、例えば、ブレーキ荷重制御をバルブ流量制御またはプレス荷重制御等に置き換えるなどのアプリケーションに依存した改変によって、本図５，６と同様のフローを適用することができる。
【００７４】
＜電動ブレーキ装置の動作例＞
図７〜図１２は、図４の例として逆入力保持制御部２４およびアクチュエータ制御器２３の一部についての構成例を示す。
図７では、アクチュエータ制御器２３は、荷重制御コントローラＣａと、角度制御コントローラＣｂと、を備え、逆入力保持制御部２４の切替判断に基づいてスイッチ２５により前記コントローラを切替え、いずれか一方のコントローラからモータ駆動指令（モータ駆動信号）を導出する例を示す。なお、前記モータ駆動指令は、例えば、モータトルク、モータ電流、モータ電圧のいずれであってもよく、図示外の要素としてトルク電流変換器、電流制御器、等の別途機能が設けられる。
【００７５】
荷重制御コントローラＣａは、ブレーキ操作指令と、パーキングブレーキ荷重制御指令と、のいずれかによる荷重目標値に対して、推定荷重を追従制御する制御演算機能を有する。前記ブレーキ操作指令は、例えば、ブレーキペダル等の操作量に応じて変化するブレーキ指令信号であってもよく、自動運転車両の制動指令のような上位ＥＣＵ１７（図４）からの制御信号であってもよく、その他、アンチスキッド制御、横滑り防止制御、緊急自動ブレーキ、等に基づく制御信号であってもよく、さらにこれら用途に応じて制御ゲイン等の演算パラメータを変更する機能を有していてもよい。
【００７６】
前記パーキングブレーキ荷重制御指令は、所定のブレーキ荷重を印加するパーキングブレーキ動作のためのブレーキ荷重指令として設定することができる。逆入力保持制御部２４の切替判断に基づいてスイッチ２６により、前記パーキングブレーキ荷重制御指令と前記ブレーキ操作指令との切替えが行われる。
【００７７】
角度制御コントローラＣｂは、パーキングブレーキ角度制御指令に対して、推定モータ角度を追従制御する制御演算機能を有する。なお、角度制御コントローラＣｂは、パーキングブレーキ用途のみに限定されないものであってもよい。例えば、図示外の要素としてブレーキ解除時のクリアランス制御機能等を有する場合、前記クリアランス制御のためのモータ角度指令値に対して推定モータ角度を追従制御する機能を有することもでき、さらにこれら用途に応じて制御ゲイン等の演算パラメータを変更する機能を有していてもよい。
【００７８】
逆入力保持制御部２４は、パーキングブレーキ指令に応じて、少なくとも前記荷重制御コントローラＣａおよび角度制御コントローラＣｂを用いて、所定のブレーキ荷重を発揮した状態でソレノイド１６（図４）によりロックするための各制御信号および制御切替信号を導出する機能を有する。
【００７９】
ソレノイド駆動指令は、例えば、バネ反力により離反するソレノイドにおいてはソレノイドコイルへの通電をＯＮ-ＯＦＦ切替する動作を行うための指令信号であってもよく、具体的な構成の一例としては、ＴＴＬ等の所定のスレッショルドに対する電位として“１（ｈｉｇｈ）”＜――＞“０（ｌｏｗ）”を切替えるマイクロコンピュータ等の演算素子ポート、および、このポート信号のｈｉｇｈ／ｌｏｗに応じてソレノイドコイルへの通電スイッチ素子（ＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、等）の通電と遮断を切替えるスイッチ素子ドライバあるいはスイッチ素子そのものから構成されていてもよい。
【００８０】
もしくは、例えば、電流の向きによって双方向駆動するソレノイドまたはＤＣモータ等においては、係止機構が突出-離反-停止（駆動しない）の各動作を行うための通電方向およびＯＮ-ＯＦＦ切替のための指令信号であってもよく、具体的な構成の一例としては、少なくとも四つの通電スイッチ素子で構成されたブリッジ回路、およびこのブリッジ回路の各スイッチ素子を所定の通電および遮断パターンとするためのマイクロコンピュータ等のポート群、またはＳＰＩ、ＳＥＮＴ、ＰＷＭ等の所定プロトコル通信ポートおよびブリッジ回路制御用ドライバ、により構成されてもよい。
【００８１】
図７、図８、図９は同一の機能構成であり、スイッチ２５，２６により互いに異なる制御状態となる。スイッチ２５，２６は、逆入力保持制御部２４によりそれぞれ切替えられる。図７は通常のブレーキ制御状態、図８はパーキングブレーキ動作時のブレーキ荷重制御状態、図９はパーキングブレーキ動作時のモータ角度制御状態、の例を示す。
図１０は、図７〜図９の例に対して、荷重制御コントローラを設けず、ブレーキ荷重とモータ角度との所定相関および角度制御コントローラＣｂを用いてブレーキ荷重制御機能を構成する例を示す。
【００８２】
図１０に示すように、角度変換器２７は、所定のブレーキ荷重を発揮する際のモータ角度を導出し得る相関に基づき、ブレーキ荷重をモータ角度に変換する機能を有する。前記ブレーキ荷重とモータ角度との相関は、例えば、予め計測された電動式アクチュエータを用いた電動ブレーキ装置の剛性に基づくものであってもよく、動作中のブレーキ荷重とモータ角度との相関に基づいてデータフィッティングまたは学習等により相関を随時構築するものであってもよく、あるいはこれらを併用したものであってもよい。
【００８３】
モータ角度補正量演算器２８は、推定荷重から角度変換器２７を介したモータ角度と、後述のモータ角度補正器２９により補正されたモータ角度と、を比較し、これらの誤差を略零とするためのモータ角度補正量を導出する。
【００８４】
モータ角度補正器２９は、モータ角度補正量演算器２８によって計算されたモータ角度補正量に基づき、現在の推定モータ角度について、ブレーキ荷重偏差を略零に収束させ得るモータ角度へと補正する。すなわち、前記角度変換器２７におけるブレーキ荷重とモータ角度との相関と、実機の該相関とが誤差を有する、前記誤差を是正するように推定モータ角度が補正され、角度制御コントローラＣｂによって前記補正されたモータ角度が追従制御されることにより、結果としてブレーキ荷重についての追従制御が達成され得る。また、前記モータ角度補正量演算器２８を動作させない（同図１０中に示すモータ角度補正量演算器２８後段のマルチプレックスが“０”に接続された状態）ように構成することは、図７〜図９の例におけるモータ角度の追従制御が実行されることと等価となる。
【００８５】
図１０、図１１、図１２は同一の機能構成であり、スイッチ３０，３１により互いに異なる制御状態となる。スイッチ３０，３１は、逆入力保持制御部２４によりそれぞれ切替えられる。図１０は通常のブレーキ荷重制御状態、図１１はパーキングブレーキ動作時のブレーキ荷重制御状態、図１２はパーキングブレーキ動作時のモータ角度制御状態、の例を示す。
図７〜図１２はあくまで機能構成の概念を示したものであり、図示外の要素は要件に応じて適宜設けられるものとする。また、各機能ブロックは便宜上設けているものであり、実装上の都合に伴いハードウェアまたはソフトウェア上において適宜統合ないし分割可能であるものとする。
【００８６】
図７〜図１２のブロック図においては、機能上の信号の流れを記述するためのものであり、実装時の演算順序およびタイミングを規定するものではない。機能が破綻しない範囲であれば演算の順序は任意で設定できるものとし、また機能によって高速ないし低速に演算させるような複数のサンプリングレートで実行するマルチレート処理を導入する等、タイミングは適宜設定可能であるものとする。
本実施形態の例は、いずれか一例を選択するものではなく、実装上において矛盾が生じなければ、必要に応じて一部または全体を併合した構成としてもよい。
また、図７〜図１２はパーキングブレーキ機構についての例を示すが、図１７に示す電動バルブ装置、または電動プレス装置等その他のアプリケーションについても、アプリケーションに依存した改変によって、本図７〜図１２と同様の構成を適用することができる。
【００８７】
＜パーキングブレーキ機構の動作例＞
図１３、図１４は、それぞれ図１〜図１２のパーキングブレーキ機構の動作例を示す図である。
図１３は、ブレーキ解除中すなわちモータ角度制御によりクリアランス制御を実施している状態から、パーキングブレーキ動作を開始する例を示す。時刻ｔ１において、パーキングブレーキ機構のロック動作が開始されると、ブレーキ荷重制御を実行し、ブレーキ荷重を所定のパーキングブレーキ荷重へと上昇させる。
【００８８】
時刻ｔ２で所定のパーキングブレーキ荷重へと到達した後、モータ角度制御に切替え、さらに所定量増圧する。当該動作は、例えば、被係合部の孔の１ピッチ分（図３）は逆入力保持機構によりロックする過程においてブレーキ荷重が低下する可能性があるためであり、前記低下するブレーキ荷重量は孔ピッチすなわちモータ角度に依存した大きさとなるためである。このとき、例えば、時刻ｔ２でブレーキ荷重制御を維持したまま、前記孔ピッチ分により低下し得るブレーキ荷重量を予め定めておき、所定のパーキングブレーキ荷重に前記予め定めたブレーキ荷重量を加えた所定のブレーキ荷重まで加圧し、その後モータ角度制御に切替える処理とすることもできる。
【００８９】
時刻ｔ３で所定量の加圧が終了した後、時刻ｔ４までモータ角度を概ね一定に維持する。このとき、同時にソレノイドの係合部を突出させる操作を行う。
時刻ｔ４からソレノイドの係合部を突出状態としたまま、電動モータを減圧方向に回転させる。被係合部とソレノイドの係合部との位置関係が係合する所定位置にくると、ソレノイドにより被係合部がロックされてモータ回転が停止し（時刻ｔ５）、パーキングブレーキ機構のロック動作が完了となる。なお、本図１３においてはロック完了で電動モータを失陥させる（電動モータのトルクによらず係合部が被係合部に係合された状態とする）処理を記載するが、例えば、トルク零または電流零等の所定の低消費電力による待機状態とすることもできる。
【００９０】
時刻ｔ６よりパーキングブレーキ機構の解除（リリース）動作が開始され、モータ角度制御へと切替えて、増圧側に所定量電動モータを回転させる。なお、本図１３においては、ソレノイドコイルの吸引力によって係合部が突出し、バネ反力により離反するソレノイドを想定して図示していないが、例えば、電流の向きによって双方向駆動するソレノイドまたはＤＣモータ等においては、時刻ｔ６またはｔ７より係止機構が離反する向きに通電する動作を実行する。
【００９１】
時刻ｔ７より、ソレノイドの係合部が確実に離反するまでの時間、電動モータ角度を概ね一定に維持する。その後、時刻ｔ８より電動モータを減圧方向に回転させ、時刻ｔ９で少なくともロック状態であったモータ角度よりも減圧方向に回転されたことからロックが解除されていることを確認し、パーキングブレーキ機構のリリース動作は完了となる。なお、時刻ｔ９以降の動作は任意となる。
【００９２】
図１４は、ブレーキ荷重制御状態からパーキングブレーキ機構の動作を実行する例を示す。なお、本図１３、図１４は、パーキングブレーキ機構のロック動作開始時において、被係合部とソレノイドの係合部との相対位置が不明である前提に基づく動作を示すが、被係合部がモータ軸に設けられている場合等、被係合部の位置関係が予め把握できる場合は、被係合部とソレノイドの係合部との位置関係が係合可能な位置に予め電動モータの角度を停止させておき、ソレノイドの係合部を突出させればよい。
【００９３】
＜作用効果＞
以上説明した電動式アクチュエータＤＡおよび電動ブレーキ装置１によれば、係合中間制御機能部２４ａは、電動モータ４の回転子と同期運動する被係合部Ｈｋに対し係合部１５を係合または離脱させるとき、係合部１５の動作に必要な一定時間、被係合部Ｈｋと係合部１５とが接触しない位置関係に維持し続ける、換言すれば係合部１５の動作に合わせて電動モータ４の回転角度を制御して、被係合部Ｈｋに対し係合部１５を係合中間状態に維持する。これにより、その後の電動モータ４の回転により、被係合部Ｈｋに対し係合部１５を確実に係合または離脱させ、逆入力保持状態または逆入力保持解除状態へとより確実に遷移させることができる。このような制御により逆入力保持機構を確実に動作させることができるため、複雑な構造等を備えた前述の従来技術よりもコスト低減を図ることができる。
【００９４】
＜他の実施形態について＞
以下の説明においては、各実施の形態で先行して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形態と同様とする。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。
【００９５】
＜逆入力保持機構の他の構成例＞
図１５（ａ）は、減速機５の中間歯車１３の回転軸と同期回転する係合部材３２（被係合部）を回転軸方向に別途設け、前記係合部材３２に放射状の溝ｍｚが設けられている例を示す。前記溝ｍｚは、電動モータのいずれの回転方向に対しても、係合部１５の直動方向と平行な接触面を有する。別途設けられた係合部材３２は、例えば、平面加工またはスプライン加工等の軸嵌合形状を以て歯車と同期回転するものであってもよく、溶接または接着等で歯車部と結合されているものであってもよい。
【００９６】
本図１５（ａ）の例も図２と同様に、溝ｍｚにソレノイド１６の係合部１５が係合することにより電動モータの回転が阻害され、前記接触面の摩擦力により係合状態が保持されて、電動モータのトルクによらず逆入力に対して保持される。
図１５（ｂ）は、前記放射状の溝ｍｚが歯車１３に直接設けられた例を示す。この場合、図１５（ａ）の例よりも構造を簡略化できコスト低減を図ることができる。
【００９７】
図１６（ａ）は、被係合部である係合部材３２の外周面の半径方向外方にソレノイド１６が対向して配置されている例を示す。この場合、ソレノイド１６の係合部１５は、被係合部の軸方向に直交する径方向に直動する。
図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の例に対し、被係合部である係合部材３２の外周面に、溝に代えて、円周等配に複数の孔ｈａが設けられている例を示す。
図１６（ｃ）は、電動モータ４の回転子４ｂに直接図２のような孔ｈａが設けられている例を示す。
【００９８】
その他、図２、図１５、図１６の構成を形状が破綻しない範囲で適宜組み合わせて適用してもよい。例えば、図１６（ｃ）のような電動モータの回転子に対して、図１５（ａ），（ｂ）、図１６（ａ），（ｂ）のような形状を適用することもできる。また、図２、図１５、図１６においては、駆動源としてソレノイドを用いる例を示すが、例えば、ＤＣモータとねじによる直動構造等であってもよい。もしくは被係合部とソレノイドとを直接対向させる配置とせず、別途リンク機構等を設けてもよい。
【００９９】
図１７は、電動式アクチュエータを電動ブレーキ装置以外の他のアプリケーションへ適用した例として、流量制御バルブを所定状態でロックする機能を有する電動バルブ装置の例を示す。図１７の例は、電動ブレーキ装置１（図４）と比較して、直動機構がバルブ装置（例えば、バタフライバルブ等）となり、荷重制御に関連する機能が流量制御に関連する機能となる点が差異となる。また前記ブレーキ指令手段１７ａ（図４）に代えて流量指令手段１７ｃが適用され、前記パーキングブレーキ指令手段１７ｂ（図４）に代えてバルブロック指令手段１７ｄが適用されている。
【０１００】
図１７のモータ角度制御部２３ｂについて、実質的に角度制御機能となり得る構成も含むものとする。例えば、電動モータ４と同期回転する所定の減速機歯車の角度制御、またはねじリード等の直動構造を介した位置についての位置制御であってもよい。あるいは、条件によっては角速度制御を適用することも可能であり、例えば、所定位置に保持する位置制御は速度零に維持する角速度制御に、所定の条件で角度を推移させる際の位置制御は所定値の角速度制御に置き換えることもできる。あるいは、破綻の無い範囲であればこれらを適宜併用することもできる。
【０１０１】
その他、図４、図１７に示す機能ブロックはあくまで記述の便宜上設けたものであり、ハードウェアないしソフトウェアの構成またはパーティション等を制約し得るものではない。ソフトウェアおよびハードウェアの具体的構成は、図４、図１７に示す機能に支障がない範囲で任意に構成し得るものとし、また必要に応じて本図に示す各ブロックの機能を統合ないし分割してもよい。あるいは、本図の機能に支障がない範囲で図示外の要素を加えることも可能であり、例えば、電動ブレーキ装置のアンチスキッド制御、ブレーキ解除時のパッドクリアランス制御、横滑り防止制御、等の付加制御、およびその他セーフティメカニズム等をシステム要件に基づいて適宜加えてもよい。
【０１０２】
電動モータ４として、例えば、ブラシを用いたＤＣモータ、永久磁石を用いないリラクタンスモータ、あるいは誘導モータ等を適用することもできる。
減速機５は、例えば、遊星歯車、ウォーム歯車、ハーモニック減速機等を用いてもよい。
直動機構６は、遊星ローラねじ、ボールねじ等の各種ねじ機構、ボールランプ等、回転軸周方向の傾斜により回転運動を直進運動に変換する各種機構を用いることができる。
【０１０３】
以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、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特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０４】
１…電動ブレーキ装置、２…制御装置、４…電動モータ、７…パーキングブレーキ機構（逆入力保持機構）、８…ブレーキロータ、９…摩擦材、１５…係合部、１６…アクチュエータ（駆動源）、２１…負荷推定機構部、２２ａ…モータ角度推定手段、２３ａ…ブレーキ荷重制御部（負荷制御機能部）、２３ｂ…モータ角度制御部、２４…逆入力保持制御部、２４ａ…係合中間制御機能部、Ｋｓ…係止機構、ＤＡ…電動式アクチュエータ、Ｈｋ…被係合部
【図１】
2020158043.tif 000003
【図２】
2020158043.tif 000004
【図３】
2020158043.tif 000005
【図４】
2020158043.tif 000006
【図５】
2020158043.tif 000007
【図６】
2020158043.tif 000008
【図７】
2020158043.tif 000009
【図８】
2020158043.tif 000010
【図９】
2020158043.tif 000011
【図１０】
2020158043.tif 000012
【図１１】
2020158043.tif 000013
【図１２】
2020158043.tif 000014
【図１３】
2020158043.tif 000015
【図１４】
2020158043.tif 000016
【図１５】
2020158043.tif 000017
【図１６】
2020158043.tif 000018
【図１７】
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