(57)【要約】【課題】電動ブレーキ装置の各構成要素の慣性および剛性等に起因する振動を抑制し、高精度なブレーキ制御を可能とする電動ブレーキ装置を提供する。【解決手段】こ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と接触して制動力を発生する摩擦材９と、電動モータ４と、この電動モータ４の出力を摩擦材９の押圧力に変換する直動機構６と、電動モータ４を制御する制御装置２とを備える。制御装置２は、摩擦材９および直動機構６を含む部材の剛性と直動機構６の慣性とで現されるばね振動系のゲインおよび周波数からなる振動特性における、ピークゲインを形成するピーク周波数にて、前記振動特性のゲインを定められたゲイン以下に減衰させる振動減衰処理部２４を有する。【選択図】図２
2020093721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレーキロータと、このブレーキロータと接触して制動力を発生する摩擦材と、電動モータと、この電動モータの出力を前記摩擦材の押圧力に変換する摩擦材操作手段と、前記電動モータを制御する制御装置と、を備えた電動ブレーキ装置において、
前記制御装置は、
前記摩擦材および前記摩擦材操作手段を含む部材の剛性と前記摩擦材操作手段の慣性とで現されるばね振動系のゲインおよび周波数からなる振動特性における、ピークゲインを形成するピーク周波数にて、前記振動特性のゲインを定められたゲイン以下に減衰させる振動減衰処理部を有する電動ブレーキ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動ブレーキ装置において、前記制御装置は、前記剛性に関係する物理量の入力に応じて前記振動特性を推定する振動特性推定部を有し、前記振動減衰処理部は、前記振動特性推定部で推定された前記振動特性における、ピークゲインを形成するピーク周波数にて、前記振動特性のゲインを定められたゲイン以下に減衰させる電動ブレーキ装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電動ブレーキ装置において、前記制御装置は、
前記摩擦材操作手段による前記摩擦材と前記ブレーキロータとの接触力に相当するブレーキ力を推定するブレーキ力推定手段と、
このブレーキ力推定手段で推定される推定ブレーキ力に基づいて、この推定ブレーキ力におけるこの電動ブレーキ装置の前記剛性を推定するブレーキ剛性推定機能部と、を有し、
前記振動特性推定部は、前記ブレーキ剛性推定機能部で推定される推定剛性を用いて前記振動特性を推定する電動ブレーキ装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電動ブレーキ装置において、前記制御装置は、
前記摩擦材操作手段の位置を推定する位置推定機能部と、
この位置推定機能部で推定される推定位置と前記推定ブレーキ力との相関を、前記摩擦材が非摩耗時における前記推定位置と推定ブレーキ力との定められた相関と比較して、現時点の前記摩擦材の摩耗度合を推定する摩耗度合推定機能部と、を有し、
前記ブレーキ剛性推定機能部は、前記摩耗度合推定機能部で推定される推定摩耗度合に基づいて、前記推定ブレーキ力と前記推定剛性との相関パラメータを調整する機能を有する電動ブレーキ装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電動ブレーキ装置において、
前記制御装置は、
前記電動モータの角速度を推定する角速度推定機能部と、
前記電動モータのトルクリプルの振幅および角度周期に相当する値を推定するトルクリプル推定機能部と、
前記角速度推定機能部で推定される推定角速度および前記トルクリプルの角度周期より推定するトルクリプル周波数が前記振動特性におけるピーク周波数の所定範囲内であり、かつ前記トルクリプル推定機能部で推定される推定トルクリプル振幅が閾値を上回るとき、前記電動モータのトルクが小さくなるよう制限するモータトルク制限機能部と、を有する電動ブレーキ装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電動ブレーキ装置において、前記制御装置は、与えられるブレーキ力指令値に対し前記推定ブレーキ力を追従させるよう前記電動モータを追従制御する機能を有し、
前記制御装置は、このブレーキ力の追従制御において、前記推定ブレーキ力を前記ブレーキ力指令値に到達させるための操作量として、モータトルク、モータ電流およびモータ電圧の少なくともいずれか一つを制御演算する機能を有し、
前記振動減衰処理部は、前記制御演算されたモータトルク、モータ電流およびモータ電圧の少なくともいずれか一つに対して、前記振動特性におけるピーク周波数のゲインを定められたゲイン以下に減衰させるフィルタを有する電動ブレーキ装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電動ブレーキ装置において、前記制御装置は、与えられるブレーキ力指令値に対し前記推定ブレーキ力を追従させるよう前記電動モータを追従制御する機能を有し、
前記制御装置は、このブレーキ力の追従制御において、前記推定ブレーキ力を前記ブレーキ力指令値に到達させるための操作量として、モータトルク、モータ電流およびモータ電圧の少なくともいずれか一つを制御演算する機能を有し、
前記振動減衰処理部は、前記制御演算において用いられる制御ゲインを含むパラメータについて、前記振動特性におけるピーク周波数のゲインを定められたゲイン以下に減衰させる値に設定するブレーキ制御コントローラを有す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、この発明は、例えば、車両等に搭載される電動ブレーキ装置に関し、電動ブレーキ装置の各構成要素の慣性および剛性等に起因する振動を抑制し得る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動ブレーキ装置として、以下の技術が提案されている。
１．電動モータ、直動機構および減速機を使用した電動ブレーキ用アクチュエータ（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】特開平６−３２７１９０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のような、電動式直動アクチュエータを用いた電動ブレーキ装置において、電動ブレーキアクチュエータ等の慣性を含む振動系が形成され、前記振動系の影響でアクチュエータ制御系に問題が生じる場合がある。
【０００５】
例えば、ピストンがインボード側に配置されたディスクブレーキ装置の場合、ピストンに相当する直動アクチュエータの突出動作により摩擦材がブレーキロータに押圧され、反力を受けてディスクがインボード側にスライドし、キャリパの剛性を介してアウトボード側の摩擦材が押圧される動作となる。
その際、定常的には直動アクチュエータの推力が一定であれば、インボード側の摩擦材およびアウトボード側の摩擦材に均一に力が発生しキャリパは静止するが、過渡的にはキャリパ、摩擦材等の剛性およびキャリパおよびアクチュエータの質量等を介したばね結合系となり、所定の共振周波数によって振動が発生する場合がある。
【０００６】
例えば、ピストンがインボード側およびアウトボード側に配置された対向ピストン型のディスクブレーキ装置の場合、ピストンに相当するインボード側およびアウトボード側の各直動アクチュエータが完全に同期した対称な動作となれば、前記の問題は解消される。しかしながら、実際には摩擦材の摩耗の不均一または温度の不均一等により、インボード側およびアウトボード側の摩擦材の押圧力は完全に同期せず、前記と同様の過渡的な振動が問題となる場合がある。
【０００７】
例えば、ドラムの内側の対向するライニングを互いに突出させるドラムブレーキ装置の場合、対向するライニングとブレーキドラムとの接触状態を過渡的に完全に同期させることは前述の対向ピストン型のディスクブレーキ装置と同様に困難であり、アクチュエータ慣性、アクチュエータおよび摩擦材等の剛性を介したばね結合系となり、所定の共振周波数によって振動が発生する場合がある。
【０００８】
また、特に電動ブレーキ装置の場合、ブレーキ荷重によって前記剛性が非線形特性を示し、前記共振周波数が変動することで、意図しない振動が発生することが問題となる場合がある。さらに、主にパッドまたはライニング等の摩擦に伴い、前記剛性が変化するため、共振周波数が変化し問題が発生する場合がある。
【０００９】
この発明の目的は、電動ブレーキ装置の各構成要素の慣性および剛性等に起因する振動を抑制し、高精度なブレーキ制御を可能とする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】
【００１０】
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と接触して制動力を発生する摩擦材９と、電動モータ４と、この電動モータ４の出力を前記摩擦材９の押圧力に変換する摩擦材操作手段６と、前記電動モータ４を制御する制御装置２と、を備えた電動ブレーキ装置において、
前記制御装置２は、
前記摩擦材９および前記摩擦材操作手段６を含む部材の剛性と前記摩擦材操作手段６の慣性とで現されるばね振動系のゲインおよび周波数からなる振動特性における、ピークゲインを形成するピーク周波数にて、前記振動特性のゲインを定められたゲイン以下に減衰させる振動減衰処理部２４を有する。
前記定められたゲインは、設計等によって任意に定めるゲインであって、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ゲインを求めて定められる。
【００１１】
この構成によると、この電動ブレーキ装置のばね振動系のゲインおよび周波数からなる振動特性は、少なくとも摩擦材操作手段６等の剛性と慣性とを含む数式で現される（換言すれば定まる）。振動減衰処理部２４は、前記振動特性のうち、ピークゲインを形成するピーク周波数にて、前記振動特性のゲインを定められたゲイン以下に減衰させる。ピークゲインを形成するピーク周波数を捉えて振動特性のゲインを減衰させれば、振動を収束させてより効率よく振動を抑制することができる。したがって、前記慣性および前記剛性等に起因する振動を抑制し、高精度なブレーキ制御が可能となる。
【００１２】
前記制御装置２は、前記剛性に関係する物理量の入力に応じて前記振動特性を推定する振動特性推定部２３を有し、前記振動減衰処理部２４は、前記振動特性推定部２３で推定された前記振動特性における、ピークゲインを形成するピーク周波数にて、前記振動特性のゲインを定められたゲイン以下に減衰させるものであってもよい。前記剛性に関係する物理量とは、例えば、ブレーキ荷重、摩擦材の摩耗量等である。
【００１３】
前記振動特性が既に判っており且つ不変である場合、前記振動特性を推定する必要はない。しかし、電動ブレーキ装置の剛性は、ブレーキ荷重、摩擦材の摩耗量等に応じて変化し得る。この構成によると、振動特性推定部２３は、剛性に関係する物理量の入力に応じて前記振動特性を推定する。これにより、ブレーキ荷重、摩擦材の摩耗量等により時々刻々と変化する剛性を精度良く推定することができる。したがって、慣性および剛性に起因する振動を抑制し、より高精度なブレーキ制御が可能となる。
【００１４】
前記制御装置２は、
前記摩擦材操作手段６による前記摩擦材９と前記ブレーキロータ８との接触力に相当するブレーキ力を推定するブレーキ力推定手段１９と、
このブレーキ力推定手段１９で推定される推定ブレーキ力に基づいて、この推定ブレーキ力におけるこの電動ブレーキ装置１の前記剛性を推定するブレーキ剛性推定機能部２５と、を有し、
前記振動特性推定部２３は、前記ブレーキ剛性推定機能部２５で推定される推定剛性を用いて前記振動特性を推定してもよい。
【００１５】
一般にブレーキ装置の剛性（主に摩擦材の剛性）は作用する荷重によって強い非線形特性となり、それに伴って振動特性も変化する。このため、この構成では、ブレーキ剛性推定機能部２５が推定ブレーキ力に基づいて剛性を推定し、振動特性推定部２３が現在のブレーキ力における推定剛性の値を用いて振動特性を推定することで、より正確な制御が可能となる。
【００１６】
前記制御装置２は、
前記摩擦材操作手段６の位置を推定する位置推定機能部２０と、
この位置推定機能部２０で推定される推定位置と前記推定ブレーキ力との相関を、前記摩擦材９が非摩耗時における前記推定位置と推定ブレーキ力との定められた相関と比較して、現時点の前記摩擦材９の摩耗度合を推定する摩耗度合推定機能部２６と、を有し、
前記ブレーキ剛性推定機能部２５は、前記摩耗度合推定機能部２６で推定される推定摩耗度合に基づいて、前記推定ブレーキ力と前記推定剛性との相関パラメータを調整する機能を有するものであってもよい。
前記摩耗度合は、例えば、前記摩擦材９が非摩耗時のときを基準（摩耗量＝０）とした現時点の摩擦材９の摩耗量である。
【００１７】
ブレーキ動作によって主に摩擦材９に摩耗が発生し、この摩擦に伴って剛性が大きく変化する。このため、摩擦材９の摩耗度合を推定して初期（非摩耗時）の推定ブレーキ力と推定剛性との相関パラメータを調整する。これにより正確な剛性の推定が可能となる。
【００１８】
前記制御装置２は、
前記電動モータ４の角速度を推定する角速度推定機能部３１と、
前記電動モータ４のトルクリプルの振幅および角度周期に相当する値を推定するトルクリプル推定機能部３２と、
前記角速度推定機能部３１で推定される推定角速度および前記トルクリプルの角度周期より推定するトルクリプル周波数が前記振動特性におけるピーク周波数の所定範囲内であり、かつ前記トルクリプル推定機能部３２で推定される推定トルクリプル振幅が閾値を上回るとき、前記電動モータ４のトルクが小さくなるよう制限するモータトルク制限機能部３０と、を有するものであってもよい。
前記所定範囲、前記閾値は、それぞれ、設計等によって任意に定める範囲、閾値であって、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範囲、閾値を求めて定められる。
【００１９】
この構成によると、一定のトルクを出力したい場合においても、電動モータ４にはトルクリプルが発生するため、振動特性のピーク周波数と概ね一致する周波数でトルクリプルが発生する場合、モータトルクを制限する。これにより、トルクリプルで振動特性が励振してしまうことを防止し、作動音および制御精度を改善することができる。
【００２０】
前記制御装置２は、与えられるブレーキ力指令値に対し前記推定ブレーキ力を追従させるよう前記電動モータ４を追従制御する機能を有し、
前記制御装置２は、このブレーキ力の追従制御において、前記推定ブレーキ力を前記ブレーキ力指令値に到達させるための操作量として、モータトルク、モータ電流およびモータ電圧の少なくともいずれか一つを制御演算する機能を有し、
前記振動減衰処理部２４は、前記制御演算されたモータトルク、モータ電流およびモータ電圧の少なくともいずれか一つに対して、前記振動特性におけるピーク周波数のゲインを定められたゲイン以下に減衰させるフィルタ２４ａを有するものとしてもよい。
前記定められたゲインは、設計等によって任意に定めるゲインであって、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ゲインを求めて定められる。
【００２１】
前記制御装置２は、与えられるブレーキ力指令値に対し前記推定ブレーキ力を追従させるよう前記電動モータを追従制御する機能を有し、
前記制御装置２は、このブレーキ力の追従制御において、前記推定ブレーキ力を前記ブレーキ力指令値に到達させるための操作量として、モータトルク、モータ電流およびモータ電圧の少なくともいずれか一つを制御演算する機能を有し、
前記振動減衰処理部２４は、前記制御演算において用いられる制御ゲインを含むパラメータについて、前記振動特性におけるピーク周波数のゲインを定められたゲイン以下に減衰させる値に設定するブレーキ制御コントローラ２２ａを有するものであってもよい。
前記定められたゲインは、設計等によって任意に定めるゲインであって、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ゲインを求めて定められる。
【発明の効果】
【００２２】
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接触して制動力を発生する摩擦材と、電動モータと、この電動モータの出力を前記摩擦材の押圧力に変換する摩擦材操作手段と、前記電動モータを制御する制御装置と、を備えた電動ブレーキ装置において、前記制御装置は、前記摩擦材および前記摩擦材操作手段を含む部材の剛性と前記摩擦材操作手段の慣性とで現されるばね振動系のゲインおよび周波数からなる振動特性における、ピークゲインを形成するピーク周波数にて、前記振動特性のゲインを定められたゲイン以下に減衰させる振動減衰処理部を有する。このため、電動ブレーキ装置の各構成要素の慣性および剛性等に起因する振動を抑制し、高精度なブレーキ制御を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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制御系のブロック図である。
【図３】同電動ブレーキ装置により振動を抑制する減衰特性の例を示す図である。
【図４】同電動ブレーキ装置の各種演算機能部の実装例を示すブロック図である。
【図５】この発明の他の実施形態に係る電動ブレーキ装置の各種演算機能部の実装例を示すブロック図である。
【図６】この発明のさらに他の実施形態に係る電動ブレーキ装置の制御系のブロック図である。
【図７】同電動ブレーキ装置の各種演算機能部の実装例を示すブロック図である。
【図８】同電動ブレーキ装置の各種演算機能部の実装例の変形例を示すブロック図である。
【図９】同電動ブレーキ装置の各種演算機能部の実装例の他の変形例を示すブロック図である。
【図１０】同電動ブレーキ装置の各種演算機能部の実装例の他の変形例を示すブロック図である。
【図１１】同電動ブレーキ装置の各種演算機能部の実装例のさらに他の変形例を示すブロック図である。
【図１２】この発明のさらに他の実施形態に係る電動ブレーキ装置の制御系のブロック図である。
【図１３】同電動ブレーキ装置の各種演算機能部の実装例を示すブロック図である。
【図１４】同電動ブレーキ装置により所定のモータ角速度にてモータトルクを制限する例を示す図である。
【図１５】いずれかの電動ブレーキ装置により振動を抑制する減衰特性の例を示す図である。
【図１６】いずれかの電動ブレーキ装置により振動を抑制する減衰特性の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
この発明の実施形態に係る電動ブレーキ装置を図１ないし図４と共に説明する。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、電動式直動アクチュエータＤＡと、摩擦ブレーキＢＲとを備える。先ず、電動式直動アクチュエータＤＡおよび摩擦ブレーキＢＲの構造について説明する。
【００２５】
＜電動式直動アクチュエータＤＡおよび摩擦ブレーキＢＲの構造＞
図１および図２に示すように、電動式直動アクチュエータＤＡは、アクチュエータ本体ＡＨ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、減速機構５と、摩擦材操作手段である直動機構６と、パーキングブレーキ機構７と、角度センサＳａと、荷重センサＳｂとを有する。
【００２６】
電動モータ４は、永久磁石式の同期電動機により構成すると省スペースで高トルクとなり好適であるが、例えば、ブラシを用いたＤＣモータ、または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。
【００２７】
図１に示すように、摩擦ブレーキＢＲは、車両の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と接触して制動力を発生させる摩擦材９とを有する。この摩擦材９はブレーキロータ近傍に配置される。摩擦材９を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、摩擦力によって制動力を発生させる機構を用いることができる。前記ブレーキロータ８および摩擦材９は、例えば、ブレーキディスクおよびキャリパを用いたディスクブレーキ装置であってもよく、あるいは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。
【００２８】
減速機構５は、電動モータ４の回転を減速する機構であり、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、減速機構５は、電動モータ４のロータ軸４ａに取り付けられた一次歯車１２の回転を、中間歯車１３により減速して、回転軸１０の端部に固定された三次歯車１１に伝達可能としている。
【００２９】
直動機構６は、減速機構５で出力される回転運動を送りねじ機構により直動部１４の直線運動に変換して、ブレーキロータ８に対して摩擦材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の回転を減速機構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。
【００３０】
パーキングブレーキ機構７のアクチュエータ１６として、例えば、リニアソレノイドが適用される。アクチュエータ１６によりロック部材１５を進出させて中間歯車１３に形成された係止孔（図示せず）に嵌まり込ませることで係止し、中間歯車１３の回転を禁止することで、パーキングロック状態にする。ロック部材１５を前記係止孔から離脱させることで中間歯車１３の回転を許容し、アンロック状態にする。
【００３１】
図２に示すように、角度センサＳａは、電動モータ４の回転の角度を検出する。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性能かつ信頼性が高く好適であるが、光学式のエンコーダ等の各種センサを適用することもできる。前記角度センサＳａを用いずに、例えば、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ような角度センサレス推定を用いることもできる。
【００３２】
荷重センサＳｂは、直動機構６の荷重が作用する所定部位の変位または変形を検出する。このような荷重センサＳｂとして、例えば、磁気センサ、歪センサ、圧力センサ等を用いることができる。前記荷重センサＳｂを用いずに、制御装置２において、モータ角度および電動ブレーキ装置剛性、モータ電流および電動式直動アクチュエータＤＡの効率等から荷重センサレス推定を行ってもよい。また、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。
【００３３】
＜制御装置２について＞
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、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、この電動ブレーキ装置１（図１）を搭載する車両の低圧（例えば１２Ｖ）バッテリ等を適用し得る。
【００３４】
上位ＥＣＵ１７として、例えば、車両全般を制御する電気制御ユニット（Vehicle Control Unit：VCU）が適用される。あるいは、電動ブレーキ装置統合制御用の専用ＥＣＵであってもよく、もしくは、電動ブレーキ装置を複数備える中で所定の電動ブレーキ制御装置が上位ＥＣＵの機能を兼ね備えるものであってもよい。上位ＥＣＵ１７は、各制御装置２の統合制御機能を有する。上位ＥＣＵ１７は指令手段１７ａを備え、この指令手段１７ａは、図示外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に応じて、各制御装置２に目標とするブレーキ力指令値をそれぞれ出力する。なお指令手段１７ａは、ブレーキ操作手段の操作に依ることなく、例えば、自動運転車両における制動を判断して各制御装置２にブレーキ力指令値をそれぞれ出力することも可能である。
【００３５】
各制御装置２は、制御演算を行う各種制御演算機能部と、モータドライバ１８とを備える。前記各種制御演算機能部は、例えば、マイクロコンピュータ等のプロセッサ、または、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等の演算器および周辺回路により構成される。前記各種制御演算機能部は、ブレーキ力推定手段である荷重推定機能部１９、位置推定機能部２０およびブレーキ制御機能部２１を有する。
【００３６】
荷重推定機能部１９は、ブレーキ力と等価となり得る値として、荷重センサＳｂの出力等から、直動機構６の軸方向荷重（推定荷重）を推定する。もしくは荷重センサレス推定を行う場合、荷重推定機能部１９は、モータ角度および電流等の情報を用いて直動機構６の軸方向荷重を推定するよう構成してもよい。荷重推定機能部１９において、摩擦ブレーキの摩擦係数を一定とすれば、推定荷重は推定ブレーキ力へと変換され得る。
【００３７】
位置推定機能部２０は、角度センサＳａの出力等から、直動機構６の直動部１４（図１）の軸方向位置を推定する機能を有する。あるいは、位置推定機能部２０は、角度センサＳａの出力等から、モータ角度等の位置に相当し得る量を推定してもよい。なお前記角度センサレス推定を行う場合、位置推定機能部２０は、電動モータ４の電圧と電流との関係等から直動機構６の位置（直動部１４（図１）の軸方向位置）を推定してもよい。
【００３８】
ブレーキ制御機能部２１は、制御演算部２２と、振動減衰処理部２４とを有する。制御演算部２２は、指令手段１７ａより要求されるブレーキ力指令値に対して、荷重センサＳｂの出力等から荷重推定機能部１９で推定される推定ブレーキ力が追従するよう電動モータ４を追従制御する。
【００３９】
制御演算部２２は、例えば、ブレーキ力指令値および推定ブレーキ力を直接用いるフィードバック制御を用いてもよく、ブレーキ力を角度等の他の物理量に変換して制御演算を行ってもよい。前記フィードバック制御演算は、例えば、ブレーキ力制御ループ内にモータ電流制御ループを設けるように、複数のマイナーフィードバックループを設ける演算構造としてもよく、単一のフィードバックループにてモータ操作量を演算する構造としてもよい。その他、あるいはフィードフォワード制御等を用いるか、または適宜併用することもできる。
【００４０】
振動減衰処理部２４は、振動特性における、ピークゲインを形成するピーク周波数にて、前記振動特性のゲインを定められたゲイン以下に減衰させる。
前記振動特性は、後述する構成部材の剛性と慣性とで現わされるばね振動系のゲインおよび周波数からなる。前記ばね振動系のゲインは、所定の周波数で変動する電動モータ４のトルク（モータトルク）τＭ（ｓ）に対するブレーキ力τＢ（ｓ）の伝達特性の増幅率を表す。前記ばね振動系の周波数は、トルク、電圧、電流等の操作量の変動周波数と同義である。
【００４１】
前記構成部材は、摩擦材９（図１）および直動機構６を含む。前記慣性は前記構成部材の質量から成る。ディスクブレーキの場合、前記構成部材として、パッド（摩擦材）、キャリパ、直動アクチュエータ等を含む。ドラムブレーキの場合、前記構成部材として、直動アクチュエータ等を含む。
【００４２】
前記構成部材のバネレートκから成る剛性、および、前記構成部材の質量ｍ等からなる慣性が、予め試験またはシミュレーション等により判明している場合、この電動ブレーキ装置は、例えば、振動減衰処理部２４における図示外の記憶部等に、固有の振動特性を記憶しておき、都度、振動特性を推定する必要はない。
【００４３】
振動減衰処理部２４は、振動特性（振動成分）における、ピークゲインを形成するピーク周波数にて、前記振動特性のゲインを定められたゲイン以下に減衰させる。閉ループ系のボード線図のゲイン曲線において、その極大値を「ピークゲイン」と言い、そのときの周波数を「ピーク周波数」と言う。この振動減衰処理部２４は、周波数特性からなる振動成分を制振対象として、ブレーキ制御演算パラメータを調整する機能を有する。
【００４４】
振動減衰処理部２４は、例えば、後述するローパスフィルタまたはバンドパスフィルタ等のフィルタであり、前記ブレーキ制御演算パラメータを調整する機能は、前記フィルタのカットオフ周波数を調整する機能であってもよい。この場合、振動減衰処理部２４として、振動特性に応じたフィルタが設けられる。このフィルタに入力される操作量がトルク指令値のとき、フィルタ機能に従ってトルク指令値を減衰させることで、振動特性のゲインを定められたゲイン以下に減衰させ得る。フィルタに入力される操作量が電圧または電流のとき、フィルタ機能に従って電圧または電流を減衰させることで、振動特性のゲインを定められたゲイン以下に減衰させ得る。あるいは、振動減衰処理部２４は、例えば、振動特性推定部２３により推定された周波数特性におけるピークゲインを抑制する制御特性となるよう、制御演算部２２における制御演算パラメータを設定する機能であってもよい。
【００４５】
図２に示すように、モータドライバ１８は、ブレーキ制御機能部２１から与えられる制御信号に基づいて、電源装置３の直流電力を電動モータ４の駆動に用いる交流電力に変換する。このモータドライバ１８は、例えば、ＦＥＴ等のスイッチ素子を含むハーフブリッジ回路を構成し、所定の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、安価で高性能となり好適である。あるいは、図示外の変圧回路等を設け、ＰＡＭ制御を行う構成とすることもできる。
【００４６】
＜振動を抑制する減衰特性の例＞
図３は、この電動ブレーキ装置の振動減衰処理部２４（図２）により振動を抑制する減衰特性の例を示す図である。以後、図２も適宜参照しつつ説明する。同図３は、減衰特性をローパスフィルタ特性とする例を示す。この図３の上図は、試験またはシミュレーション等により判明された振動特性である。振動減衰処理部２４は、図３の上図に示す振動特性に対し、少なくともピークゲインを形成するピーク周波数において、所定より大きな減衰率となるよう、図３の下図に示す減衰特性を設定する。前記減衰特性は、例えば、後述する図４等に示すフィルタの特性であってもよく、後述する図８等に示すコントローラによって制御された制御系の特性であってもよい。
【００４７】
＜各種演算機能部の実装例＞
図４は、この電動ブレーキ装置の各種演算機能部の実装例を示すブロック図である。本図４において、ブレーキ制御コントローラ２２ａから電流制御コントローラ２２ｂに印加するトルク指令値に対して設けられた“振動抑制フィルタ２４ａ”が図２における振動減衰処理部２４に相当する。図４のブレーキ制御コントローラ２２ａおよび電流制御コントローラ２２ｂが図２における制御演算部２２に相当する。前記振動抑制フィルタ２４ａの特性は、電動ブレーキ装置の慣性および剛性からなるばね結合系の振動特性により決定される。
【００４８】
前記振動抑制フィルタ２４ａは、例えば、ローパスフィルタである場合、入力されるトルク指令値を高周波になるほど減衰させる。振動抑制フィルタ２４ａから減衰されたトルク指令値が出力され電流制御コントローラ２２ｂに入力される。前記振動抑制フィルタ２４ａは、例えば、バンドパスフィルタである場合、入力されるトルク指令値の所定の周波数帯域を減衰させる。このトルク指令値が出力され電流制御コントローラ２２ｂに入力される。また、前記トルク指令値は、例えば、電流ノルム指令値のようにトルクに対して強順位相関を有する別の物理量であってもよい。
【００４９】
＜作用効果＞
以上説明した電動ブレーキ装置１によれば、振動減衰処理部２４は、振動特性における、ピークゲインを形成するピーク周波数にて、前記振動特性のゲインを定められたゲイン以下に減衰させる。ピークゲインを形成するピーク周波数を捉えて振動特性のゲインを減衰させれば、振動を収束させてより効率よく振動を抑制することができる。したがって、前記慣性および前記剛性等に起因する振動を抑制し、高精度なブレーキ制御が可能となる。
【００５０】
＜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。
【００５１】
図５に示すように、図４に対して、振動抑制フィルタ２４ａを、電流制御コントローラ２２ｂの操作量である電動モータ電圧に対して設けてもよい。振動抑制フィルタ２４ａは、例えば、ローパスフィルタである場合、入力される電圧を高周波になるほど減衰させる。この振動抑制フィルタ２４ａから減衰された電圧が出力され電動モータ４に入力される。振動抑制フィルタ２４ａは、例えば、バンドパスフィルタである場合、入力される電圧の所定の周波数帯域を減衰させる。
図４、図５において、フィルタ機能を有する振動抑制フィルタ２４ａを設ける例を示すが、前記振動抑制フィルタ２４ａを設けず、ブレーキ制御コントローラ２２ａにおいて構成されるブレーキ制御系の特性が前記振動抑制フィルタ２４ａと等価な特性となるよう、ブレーキ制御コントローラ２２ａの制御ゲイン等が設定されるものであってもよい。あるいは、電流制御コントローラ２２ｂにおいて構成される電流制御系の特性が、前記振動抑制フィルタ２４ａと等価な特性となるよう、電流制御コントローラ２２ｂの制御ゲイン等が設定されるものであってもよい。これらの制御ゲインも、前記振動特性に応じて設定される。
【００５２】
図２に示すように、制御装置２におけるブレーキ制御機能部２１が、前記構成部材の剛性に関係する物理用の入力に応じて前記振動特性を推定する振動特性推定部２３を有してもよい。この場合、振動減衰処理部２４は、振動特性推定部２３で推定された前記振動特性における、ピークゲインを形成するピーク周波数にて、前記振動特性のゲインを定められたゲイン以下に減衰させる。前記振動特性が既に判っており且つ不変である場合、前記振動特性を推定する必要はない。しかし、ブレーキ荷重に応じて電動ブレーキ装置の剛性が大きく変化する場合、振動特性も変化し得る。
【００５３】
そこで、振動特性推定部２３は、剛性に関係する物理量の入力に応じて前記振動特性を推定する。剛性に関係する物理量は、例えば、ブレーキ荷重（推定荷重）である。推定荷重は、荷重推定機能部１９で推定される。前記剛性の推定は、例えば、予め解析または実測を行い、推定荷重に応じて剛性を求めるＬＵＴ等を設けてもよく、あるいは所定の剛性計算関数を用いてもよい。これにより、ブレーキ荷重等により時々刻々と変化する剛性を精度良く推定することができる。したがって、慣性および剛性に起因する振動を抑制し、より高精度なブレーキ制御が可能となる。
【００５４】
図６は、図２の例に加えて、ブレーキ剛性推定機能部２５および摩耗度合推定機能部２６を設ける例を示す。ブレーキ剛性推定機能部２５は、荷重推定機能部１９等で推定される推定ブレーキ力に基づいて、この推定ブレーキ力におけるこの電動ブレーキ装置の剛性を推定する。ブレーキ剛性推定機能部２５は、摩擦材剛性推定部２７と、装置剛性推定部２８とを有する。
【００５５】
摩擦材剛性推定部２７は、主に、摩擦材９の剛性を推定する。装置剛性推定部２８は、例えば、ディスクブレーキ装置におけるブレーキディスク（ブレーキロータ８）、キャリパおよびアクチュエータ、またはドラムブレーキ装置におけるドラムおよびアクチュエータの剛性を推定する。なお、図６の例においては、荷重推定機能部１９は、電動ブレーキ装置の剛性を用いた荷重推定機能以外に限定される。
【００５６】
ブレーキ剛性推定機能部２５は、位置推定機能部２０による推定位置と、荷重推定機能部１９による推定荷重とから、この電動ブレーキ装置の剛性を推定する機能を有する。電動ブレーキ装置の剛性は、ブレーキ荷重に応じて大きく変化するため、推定荷重に応じて電動ブレーキ装置の剛性を推定することが好ましい。前記剛性の推定は、例えば、予め解析または実測を行い、推定荷重に応じて剛性を求めるＬＵＴ等を設けてもよく、あるいは所定の剛性計算関数を用いてもよい。
【００５７】
摩耗度合推定機能部２６は、位置推定機能部２０で推定される推定位置と、荷重推定機能部１９で推定される推定荷重（推定ブレーキ力）との相関を、摩擦材９が非摩耗時における前記推定位置と推定荷重との定められた相関と比較して、現時点の摩擦材９の摩耗度合を推定する。
【００５８】
摩擦材９（図１）は、摩耗が進行することにより剛性が大きく変化する。このため、摩耗度合推定機能部２６は、例えば、摩耗度合を変数に含む摩擦材９の剛性と、摩擦材以外の剛性とが結合された剛性であるものとして、前記推定位置と推定荷重との実際の結果に合致する前記摩耗度合を求める。ブレーキ剛性推定機能部２５は、摩耗度合推定機能部２６で推定される摩耗度合に基づいて、推定ブレーキ力と推定剛性との相関パラメータを調整する。
【００５９】
例えば、前述の剛性を求めるＬＵＴまたは剛性計算関数を、摩耗度合に応じて更新・修正する機能を設けることができる。前記摩耗度合は、摩耗度合推定機能部２６において、例えば、最小二乗法等を用いて、摩耗度合を変数に含む所定の剛性計算関数を用いて、実測された前記推定位置と推定荷重との相関に対して合致性の高い摩耗度合を同定する機能を有するものであってもよい。
ブレーキ剛性推定機能部２５により、現在の電動ブレーキ装置の剛性を推定し、振動特性推定部２３における振動特性の演算に反映させることで、より正確な電動ブレーキ制御が可能となる。
【００６０】
図７は、この電動ブレーキ装置の各種演算機能部の実装例を示すブロック図である。同図７は、図６に示す実施形態について、図４に対してブレーキ力に依存して非線形特性となる電動ブレーキ装置各部の剛性として、現在のブレーキ力（推定ブレーキ力）から現在の電動ブレーキ装置の剛性を推定する剛性推定器２５ａ（図６のブレーキ剛性推定機能部２５に相当）を設ける例を示す。推定ブレーキ力と剛性との関係は、予め、解析または実測を行い、推定荷重に応じて剛性を求めるＬＵＴ等に定めてもよく、または、所定の剛性計算関数を用いて推定ブレーキ力から推定剛性を演算してもよい。振動特性推定部２３は、推定剛性と慣性から振動特性を推定する。振動抑制フィルタ２４ａの特性は、振動特性推定部２３において推定された、電動ブレーキ装置の慣性および剛性からなるばね結合系の振動特性により決定される。なお、前述の図５の例においても、図７の例と同様に、剛性推定器２５ａを設ける構成を構成し得る。
【００６１】
図８、図９は、図４の実装例においてフィルタを設けずに、ブレーキ制御コントローラ２２ａないし電流制御コントローラ２２ｂにおいて同様の制御特性となるよう制御ゲイン等を調整する場合に対して、剛性推定器２５ａを適用する例を示す。図８、図９では、振動特性推定部２３は、剛性推定器２５ａにおいて推定された剛性と慣性から振動特性を推定する。各コントローラ２２ａ，２２ｂは、剛性に依存して変化する前記振動特性に応じて各コントローラ２２ａ，２２ｂの制御ゲイン等を調整する。
【００６２】
図１０、図１１は、それぞれ図７、図８の各実施形態に対して、摩耗度合推定器２６ａ（図６の摩耗度合推定機能部２６に相当）で推定される摩耗度合に基づいて、剛性推定器２５ａのパラメータ（ＬＵＴ，演算関数等）を調整する例を示す。前記摩耗度合は、主に摩擦材９（図１）の摩耗度合である。例えば、非摩耗時（新品）におけるディスクブレーキパッド（摩擦材）の厚さが数十ｍｍ程度に対して、摩耗限界とされる厚さは数ｍｍ以下であり、パッド剛性は最大で数倍〜十数倍の変化が生じる。
【００６３】
よって、主に摩擦材９（図１）において生じる摩耗度合を摩耗度合推定器２６ａで推定し、前記摩耗度合に応じて剛性推定器２５ａの所定パラメータを調整することで、剛性を推定する。振動特性推定部２３は、剛性推定器２５ａにおいて推定された剛性と慣性から振動特性を推定する。これにより高精度なブレーキ制御が実現できる。なお、その他の実施形態に対して摩耗度合推定器２６ａを追加する場合においても、一部の機能ブロックの位置等を変更するのみで適用できる。
【００６４】
図１２は、図２の例に加えて、モータ励振抑制機能部２９およびモータトルク制限機能部３０を設ける例を示す。モータ励振抑制機能部２９は、電動モータ４の角速度を推定する角速度推定機能部３１と、電動モータ４のトルクリプルの振幅および角度周期に相当する値を推定するトルクリプル推定機能部３２とを備える。
【００６５】
角速度推定機能部３１は、例えば、角度センサＳａで検出された角度の微分相当値を角速度として推定する機能であってもよく、モータ慣性等を含む運動方程式を用いたオブザーバ等により角速度を推定する機能であってもよい。
トルクリプル推定機能部３２は、モータ電流等の電動モータ駆動条件から、予め解析または実験等により得られた結果に基づき、電動モータ４のトルクリプルを推定する機能であってもよい。
【００６６】
モータトルク制限機能部３０は、角速度推定機能部３１で推定される推定角速度および前記トルクリプルの角度周期より推定するトルクリプル周波数が前記振動特性におけるピーク周波数の所定範囲内であり、かつトルクリプル推定機能部３２で推定される推定トルクリプル振幅が閾値を上回るとき、電動モータ４のトルクが小さくなるよう制限する。モータトルク制限機能部３０は、例えば、モータ最大電流等の制約条件に基づき、モータトルクを制限する機能とすることができる。この機能は、図２または図６に設けてあってもよい。
【００６７】
図１２に示すように、モータ励振抑制機能部２９は、角速度推定機能部３１およびトルクリプル推定機能部３２に基づき、所定値を上回るトルクリプルが所定の帯域において発生する場合、モータトルク制限機能部３０の制限値を調整し、電動モータトルクを制限する機能とすることができる。これにより、電動ブレーキ装置の慣性および剛性に基づく共振ゲインを電動モータ４のトルクリプルで励振することを防止することができる。
【００６８】
図２、図６、図１２の構成のいずれかを採用してもよく、例えば、図６と図１２の構成要素を一部または全て併用することもできる。
その他、図示外の電流センサ等の構成は必要に応じて適宜設けることができる。また、各機能は便宜上ブロックとして設けているものであり、必要に応じて統合・分割してもよい。
【００６９】
図１３は、図１２の実施形態についての各種演算機能部の実装例である。図１３のトルクリプル推定器３２ａが、図１２におけるトルクリプル推定機能部３２に相当する。また図１３のトルクリミッタ３０ａが、図１２におけるモータトルク制限機能部３０に相当する。
一定のトルクを出力したい場合においても、電動モータ４にはトルクリプルが発生するため、振動特性のピーク周波数と概ね一致する周波数でトルクリプルが発生する場合、トルクリミッタ３０ａによりモータトルクを制限する。これにより、トルクリプルで振動特性が励振してしまうことを防止し、作動音および制御精度を改善することができる。
【００７０】
図１４は、図１２の電動ブレーキ装置により所定のモータ角速度にてモータトルクを制限する例を示す図である。モータトルクについて、一般に、一定のトルクを出力する仕様としても、電動モータの回転に同期したトルク変動（トルクリプル）が発生することが知られている。前記トルクリプルは、角速度の整数倍（極数とスロット数の最小公倍数）にて発生する。このため、トルクリプル推定器３２ａ（図１３）は、モータ角速度からトルクリプルの周波数を推定し、トルクリミッタ３０ａ（図１３）は、前記トルクリプルの周波数が前記振動系のピーク周波数近傍にあるときにモータトルクを制限する。これにより振動系を励振することを防止できる。
【００７１】
図１５では、振動減衰処理部２４（図２等）をバンドパスフィルタとして、減衰特性をバンドパスフィルタ特性とする例を示す。
図１６では、ブレーキ剛性推定機能部２５（図７等）が、減衰特性を、剛性の変化に伴う振動特性の変化に応じて調整する例を示す。剛性が変化する前の振動特性を図１６の上図において実線で表し、剛性が変化した後の振動特性を図１６の上図において点線で表す。剛性が変化する前の減衰特性を図１６の下図において実線で表し、剛性が変化した後の減衰特性を図１６の下図において点線で表す。
【００７２】
直動機構６の変換機構部として、遊星ローラ、ボールねじ等の各種ねじ機構、ボールランプ等の傾斜を利用した機構等を用いることができる。
荷重センサＳｂは、前述のセンサ等に代えて、例えば、ブレーキを実装する車輪のホイールトルク、または電動ブレーキ装置を搭載した車両の前後力を検出するセンサ等、その他外部センサであってもよい。
【００７３】
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】
【００７４】
１…電動ブレーキ装置
２…制御装置
４…電動モータ
６…直動機構（摩擦材操作手段）
８…ブレーキロータ
９…摩擦材
１９…荷重推定機能部（ブレーキ力推定手段）
２０…位置推定機能部
２２ａ…ブレーキ制御コントローラ
２３…振動特性推定部
２４…振動減衰処理部
２５…ブレーキ剛性推定機能部
２６…摩耗度合推定機能部
３０…モータトルク制限機能部
３１…角速度推定機能部
３２…トルクリプル推定機能部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2020093721.tif 000014
【図１３】
2020093721.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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