(57)【要約】【課題】ブレーキディスクに対するピストン押付力を的確に制御できる電動ブレーキを提供す。【解決手段】電動モータ１１の回転作動によって非回転ブレーキディスク９に対して押付けられるピストン１と、ピストン押付力指令値に基づいて電動モータ１１を駆動するコントローラ２０とを備え、このコントローラ２０は電動モータ１１のモータ電流ｉmと電動モータ１１のモータ回転速度ｄθm／ｄｔとに基づいて電動モータ１１の発生トルクを各ピストン１に伝達する過程で生じる摩擦トルク損失を補う摩擦トルク損失相当電流値ｉfを算出する摩擦トルク損失相当電流算出手段３１を備え、摩擦トルク損失相当電流値ｉfをモータ電流ｉmに加算して電動モータ１１を駆動する構成とした。【選択図】図２
2010070143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪と共に回転する回転ブレーキディスクと、
この回転ブレーキディスクに向けて変位可能かつ回転不能に支持される非回転ブレーキディスクと、
モータ電流によって回転作動する電動モータと、
この電動モータの回転作動によって前記非回転ブレーキディスクに対して押付けられるピストンと、
ピストン押付力指令値に基づいて前記電動モータを駆動するコントローラとを備え、
このコントローラは前記電動モータのモータ電流ｉmと前記電動モータのモータ回転速度とに基づいて前記電動モータの発生トルクを前記ピストンに伝達する過程で生じる摩擦トルク損失を補う摩擦トルク損失相当電流値を算出する摩擦トルク損失相当電流算出手段を備え、
この摩擦トルク損失相当電流値をモータ電流に加算して前記電動モータを駆動する構成としたことを特徴とする航空機用電動ブレーキ。
【請求項２】
前記電動モータのモータ回転角に応じて前記ピストンの前記非回転ブレーキディスクに対するピストン押付力を推定し、
このピストン押付力の推定値をピストン押付力指令値に近づけるように前記電動モータに対する制御指令値をフィードバック制御する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の航空機用電動ブレーキ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪の制動部材を電動モータで駆動する電動ブレーキの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、航空機に搭載される油圧源を縮小、廃止するために、車輪を制動するブレーキを油圧ブレーキから電動ブレーキにかえる傾向がある。
【０００３】
特許文献１には、電動モータの回転運動をピストンの往復運動に変換して制動力を発生させる電動ブレーキが開示されている。
【特許文献１】特開２００５−０６９３９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の電動ブレーキにあっては、電動モータの発生トルクをピストンに伝達する過程で摩擦トルク損失が生じるため、この摩擦トルク損失に起因してブレーキディスクに対するピストン押付力を的確に制御できないという問題点があった。
【０００５】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ブレーキディスクに対するピストン押付力を的確に制御できる電動ブレーキを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、車輪と共に回転する回転ブレーキディスクと、この回転ブレーキディスクに向けて変位可能かつ回転不能に支持される非回転ブレーキディスクと、モータ電流によって回転作動する電動モータと、この電動モータの回転作動によって非回転ブレーキディスクに対して押付けられるピストンと、ピストン押付力指令値に基づいて電動モータを駆動するコントローラとを備え、このコントローラは電動モータのモータ電流と電動モータのモータ回転速度とに基づいて電動モータの発生トルクをピストンに伝達する過程で生じる摩擦トルク損失を補う摩擦トルク損失相当電流値を算出する摩擦トルク損失相当電流算出手段を備え、摩擦トルク損失相当電流をモータ電流に加算して電動モータを駆動する構成を特徴とするものとした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、電動モータの発生トルクを各ピストンに伝達する過程で生じる摩擦トルク損失に起因するヒステリシスが解消され、ピストンの押付力を的確に制御することができ、電動ブレーキが発生する制動力の制御応答性、正確性を高められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【０００９】
図１に示す航空機用電動ブレーキは、車輪のホイールの内側に設けられる多板ディスク式のものである。
【００１０】
この電動ブレーキは、車輪と共に回転する円盤状の回転ブレーキディスク６と、機体シャフト（車軸）に取り付けられる円盤状の非回転ブレーキディスク９と、非回転ブレーキディスク９に対峙するピストン１と、ピストン１を非回転ブレーキディスク９に対して進退させるように駆動する電動アクチュエータ５とを備える。
【００１１】
複数枚の非回転ブレーキディスク９の間に複数枚の回転ブレーキディスク６が挟まれるように配置されている。非回転ブレーキディスク９は図示しない機体シャフトに対してトルクチューブ等を介して車軸方向に変位可能に支持される。回転ブレーキディスク６は図示しないホイールと一体回転するものであり、ホイールに対して車軸方向に変位可能に支持される。
【００１２】
電動アクチュエータ５が収縮作動した状態では、非回転ブレーキディスク９と回転ブレーキディスク６が互いに離れ、制動トルクが生じない。この制動解除状態から、電動アクチュエータ５が伸張作動すると、各ピストン１の押圧力によって非回転ブレーキディスク９と回転ブレーキディスク６が互いに押付けられ、この摺動部分で摩擦力が発生し、制動トルクが得られる。
【００１３】
ピストン１はハウジング７に摺動可能に支持され、その内側にボールスクリュ・ナット機構２が介装される。このボールスクリュ・ナット機構２は、ピストン１の基端部から突出したボールスクリュ１５と、各ボールスクリュ１５に多数のボールを介して螺合するボールナット（図示せず）とを備え、ボールスクリュ１５の回転をピストン１の直線運動に変換し、ピストン１を非回転ブレーキディスク９に対して進退させるように構成されている。
【００１４】
ハウジング７には２つの電動モータ１１と、４つのピストン１と、１つの電動モータ１１の回転を２つのボールスクリュ１５に伝達する２つの減速機構１０とを備える。４つのピストン１は車輪の回転周方向にある間隔を持って配置される。なお、これに限らず、減速機構１０は１つの電動モータ１１の回転を１つのボールスクリュ１５に伝達する構成としてもよい。
【００１５】
なお、ピストン１の個数Ｎｐ、電動モータ１１の個数Ｎｍはこれに限らず、電動ブレーキに要求される制動力等に応じて任意に設定される。
【００１６】
減速機構１０は１つの電動モータ１１の回転を２つのボールスクリュ１５に伝達するように構成されている。電動モータ１１のモータシャフト１３にはドライブギヤ１４が連結され、ボールスクリュ１５の基端部にはドリブンギヤ１６が連結され、１つのドライブギヤ１４の回転が２つのドリブンギヤ１６に伝達される。
【００１７】
電動モータ１１が正方向に回転することにより、各ピストン１が非回転ブレーキディスク９に当接して各非回転ブレーキディスク９を各回転ブレーキディスク６に押付け、制動トルクが得られる。一方、駆動電流により電動モータ１１が戻し方向に回転することにより、各ピストン１が非回転ブレーキディスク９から離れ、各非回転ブレーキディスク９を各回転ブレーキディスク６に押付けることがなくなり、制動が解除される。
【００１８】
航空機の制御系は、パイロットに操作されるブレーキペダルの操作量等に応じてピストン押付力指令値信号を出力する。
【００１９】
ピストン押付力指令値信号に基づいて電動モータ１１を駆動するモータ制御手段として、図２に示すように、電動ブレーキのコントローラ２０が設けられる。
【００２０】
原理的に各ピストン１の押付力は電動モータ１１のモータ電流に比例するため、コントローラ２０はモータ電流を制御することにより各ピストン１の押付力を調節できる。しかし、実際には電動モータ１１の発生トルクを各ピストン１に伝達する過程で電動モータ３、減速機構１０、ボールスクリュ・ナット機構２等を作動させるのに摩擦トルク損失が生じるため、この摩擦トルク損失に起因したヒステリシスがピストン押付力指令値と実際のピストン押付力の間に発生する。
【００２１】
図３はピストン押付力指令値に基づく従来のオープン制御によるピストン押付力が変化する様子を示しており、ピストン押付力指令値が周期的に変化する場合、実際のピストン押付力には電動モータ３、減速機構１０、ボールスクリュ・ナット機構２の摩擦トルク損失に起因するヒステリシスが発生する。ピストン押付力が増加する制動力増加時は正のヒステリシスＨが発生し、ピストン押付力が減少する制動力減少時は負のヒステリシスＨが発生する。このため、従来のオープン制御方法では、ピストン押付力を的確に制御することができない。
【００２２】
これに対処して本発明のコントローラ２０は、モータ電流とモータ回転速度に応じて電動モータ１１の発生トルクを各ピストン１に伝達する過程で生じる摩擦トルク損失を補うのに必要な電動モータ１１の発生トルクを生じる摩擦トルク損失相当電流を算出し、この摩擦トルク損失相当電流を加算したモータ電流によって電動モータ１１を駆動する構成とする。
【００２３】
図２は、電動モータ１１の駆動電流を制御してピストン押付力を発生する構成を示すブロック線図である。
【００２４】
コントローラ２０は、航空機の制御系から送られるピストン押付力指令値信号に応じて制御指令値を演算するピストン押付力制御器２２と、この制御指令値を電流指令値に変換する押付力電流変換ゲイン２３と、この電流指令値信号に応じて電動モータ１１にモータ電流を出力するモータドライバ２４と、モータ電流とモータ回転速度に応じて摩擦トルク損失相当電流指令値信号を出力する摩擦トルク損失相当電流算出手段３１とを備え、この摩擦トルク損失相当電流指令値信号をローパスフィルタ３２を介してモータドライバ２４に出力される電流指令値信号に加算する構成とする。なお、これに限らず、ローパスフィルタ３２を無くしてもよい。また、モータ電流にローパスフィルタを介して摩擦トルク損失相当電流算出手段３１に入力してもよい。
【００２５】
コントローラ２０は、電流指令値信号に応じた駆動電力を電動モータ１１に出力し、電動モータ１１を回転作動させる。電動モータ１１の駆動力は、減速機１０とボールスクリュ・ナット機構２を介してピストン１に伝えられ、ピストン押付力が発生する。
【００２６】
ピストン押付力制御器２２は、予め設定されたマップに基づきピストン押付力指令値に応じて制御指令値を演算し、制御指令値信号を出力する。
【００２７】
押付力電流変換ゲイン２３は、予め設定されたゲインに基づき制御指令値を電流指令値に変換し、電流指令値信号を出力する。
【００２８】
モータドライバ２４は、電流指令値信号と電動モータ１１のモータ回転角θmの検出信号と電動モータ１１に流れるモータ電流ｉmの検出値信号とをそれぞれ入力して電動モータ１１のモータ電流ｉmをフィードバック制御する。
【００２９】
駆動電力は例えば駆動電圧をＰＷＭ（Ｐｌｕｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御することにより、そのＯＮ・ＯＦＦ時間に応じた平均電流が流れて制御される。
【００３０】
摩擦トルク損失相当電流算出手段３１は、電動モータ１１に流れるモータ電流ｉmの検出信号と電動モータ１１のモータ回転速度ｄθm／ｄｔとを入力して摩擦トルク損失相当電流ｉfを算出し、摩擦トルク損失相当電流指令値信号を出力する。
摩擦トルク損失相当電流ｉfは、次式で計算される。
【００３１】
ｉf＝（１−ηm）×ｉm×ｓｇｎ（ｄθm／ｄｔ）  …（１）
【００３２】
ここで、ηmは、ボールスクリュ・ナット機構２の回転運動と往復運動変換部の機械効率である。
また、ｓｇｎ（ｄθm／ｄｔ）は、電動モータ１１の回転方向を表す値であり、次式で計算される。
【００３３】
ｓｇｎ（ｄθm／ｄｔ）＝｜（ｄθm／ｄｔ）｜／（ｄθm／ｄｔ）  …（２）
【００３４】
このｓｇｎ（ｄθm／ｄｔ）は、電動モータ３の正回転加速時（制動力増加時）に＋１となり、電動モータ３の正回転減速時（制動力減少時）に−１となる。
【００３５】
これにより、図３に破線で示すように、ピストン押付力指令値が周期的に変化する場合、ピストン押付力指令値が増加する制動力増加時には、正の値となる摩擦トルク損失相当電流値ｉfが電流指令値に加算されることによって正のヒステリシスＨが解消される。一方、ピストン押付力が減少する制動力減少時には、摩擦トルク損失相当電流値ｉfが電流指令値に加算されることによって、負のヒステリシスＨが解消される。
【００３６】
そして、摩擦トルク損失相当電流値ｉfが電動モータ１１に流れるモータ電流ｉmに応じて増減するため、ピストン１の押付力に応じて増減するヒステリシスＨが的確に解消される。
【００３７】
（１）式で示す摩擦トルク損失相当電流値ｉfはモータ電流ｉmに比例する形であるが、ヒステリシスＨがモータ電流ｉmに対して非線形性が強い場合には、違う関数を用いてもよい。
【００３８】
以上のように本実施の形態は、車輪と共に回転する回転ブレーキディスク６と、この回転ブレーキディスク６に向けて変位可能かつ回転不能に支持される非回転ブレーキディスク９と、モータ電流によって回転作動する電動モータ１１と、この電動モータ１１の回転作動によって非回転ブレーキディスク９に対して押付けられるピストン１と、ピストン押付力指令値に基づいて電動モータ１１を駆動するコントローラ２０とを備え、このコントローラ２０は電動モータ１１のモータ電流ｉmと電動モータ１１のモータ回転速度ｄθm／ｄｔとに基づいて電動モータ１１の発生トルクをピストン１に伝達する過程で生じる摩擦トルク損失を補う摩擦トルク損失相当電流値ｉfを算出する摩擦トルク損失相当電流算出手段３１を備え、摩擦トルク損失相当電流値ｉfをモータ電流ｉmに加算して電動モータ１１を駆動する構成とした。
【００３９】
これにより、電動モータ１１の発生トルクを各ピストン１に伝達する過程で生じる摩擦トルク損失に起因するヒステリシスが解消され、ピストン１の押付力ｆｐを的確に制御することができ、電動ブレーキが発生する制動力の制御応答性、正確性を高められる。
【００４０】
本実施形態においては、非回転ブレーキディスク９に対峙する複数のピストン１と、このピストン１に回転可能に連結されるボールスクリュ１５と、１つの電動モータ１１の回転を複数のボールスクリュ１５に伝達する減速機構１０を備えたため、減速機構１０、ボールスクリュ・ナット機構２の摩擦トルク損失に起因するヒステリシスを解消し、実際のピストン押付力を的確に制御することができる。また、従来装置に比べて電動モータの使用個数を半減するとともに、電動モータのドライバ、ケーブル類の数量を削減する。これにより、製品の信頼性を高められるとともに、製品のコストダウンがはかれる。
【００４１】
本実施の形態では、摩擦トルク損失相当電流算出手段３１は電動モータ１１に流れるモータ電流ｉmの検出値信号に応じて摩擦トルク損失相当電流値ｉfを算出する構成とした。
【００４２】
他の実施の形態として、図４に示すように、摩擦トルク損失相当電流算出手段３１は、押付力電流変換ゲインから出力される電流の指令値信号と電動モータ１１のモータ回転速度ｄθm／ｄｔとを入力して摩擦トルク損失相当電流ｉfを算出し、摩擦トルク損失相当電流指令値信号を出力してもよい。
【００４３】
次に図５に示す他の実施の形態を説明する。これは基本的には図２の実施の形態と同じ構成を有し、相違する部分のみ説明する。なお、前記実施の形態と同一構成部には同一符号を付す。
【００４４】
ピストン押付力制御器２２は、電動モータ１１のモータ回転角θmの検出信号を入力し、このモータ回転角θmに応じてピストン１の押付力ｆｐの推定値を算出し、このピストン押付力ｆｐの推定値をピストン押付力指令値に近づけるように電動モータ１１に対する制御指令値をフィードバック制御する。
【００４５】
図１はＮｍ個の電動モータ１１とＮｐ個のピストン１で構成される電動ブレーキのモデル図を示す。電動モータ１１のロータや減速機構１０の慣性モーメントや回転ブレーキディスク６の質量からなる等価慣性質量Ｍｅの運動方程式は次式で表される。
【数１】
2010070143.tif 000003
【００４６】
ただし、
Ｍc：等価慣性質量
Ｃe：等価粘性抵抗係数
Ｋe：ブレーキ構造部のバネ定数
Ｒg：減速機構１０の減速比
Ｌb：ボールスクリュ・ナット機構２のリード
ＫT：電動モータ１１のトルク定数
ｙp：ピストン１のストローク
θm：電動モータ１１の回転角
ｆa：ピストン１の１個あたりの理論推力
ｆf：ピストン１の１個あたりの摩擦力
ｉm：電動モータ１１の１個あたりの電流
τf：減速機構１０の１個あたりの摩擦トルク
（３）式の粘性項とバネ項の和がピストン１の総押付力ｆｐであり、この総押付力ｆｐは次式で表される。
【数２】
2010070143.tif 000004
【００４７】
以上のように、電動モータ１１の回転角θmを検出し、回転速度ｄθm／ｄｔを計算すれば、（７）式からピストン１の総押付力ｆｐを推定できる。
【００４８】
本実施の形態においては、電動モータ１１のモータ回転角θmに応じてピストン１の非回転ブレーキディスク９に対するピストン押付力ｆｐを推定し、このピストン押付力ｆｐの推定値をピストン押付力指令値に近づけるように電動モータ１１に対する制御指令値をフィードバック制御するため、外乱に影響されることなく、電動ブレーキが発生する制動力の制御応答性、正確性を高められる。また、上記構成により、ピストン１の押付力ｆｐを測定するロードセンサを設ける必要がないため、製品のコストアップを回避できる。
【００４９】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の電動ブレーキは、航空機用の車輪を制動するものに限らず、他の車両等に設けられるものにも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態を示す電動ブレーキの構成図。
【図２】同じくコントローラのブロック線図。
【図３】従来の制御によるピストン押付力指令値と実際のピストン押付力が変化する様子を示す線図。
【図４】他の実施の形態を示すコントローラのブロック線図。
【図５】他の実施の形態を示すコントローラのブロック線図。
【符号の説明】
【００５２】
１  ピストン
２  ボールスクリュ・ナット機構
３  電動モータ
６  回転ブレーキディスク
７  ハウジング
９  非回転ブレーキディスク
１０  減速機構
１１  電動モータ
２０  コントローラ
２１  ピストン押付力推定器
２２  ピストン押付力制御器
２４  モータドライバ
３１  摩擦トルク損失相当電流算出手段
【図１】
2010070143.tif 000005
【図２】
2010070143.tif 000006
【図３】
2010070143.tif 000007
【図４】
2010070143.tif 000008
【図５】
2010070143.tif 000009