(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る。【解決手段】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、この非回転ブレーキディスク９に対峙するピストン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、このボールスクリュ１５の回転によりピストン１を非回転ブレーキディスク９に対して進退させるボールスクリュ・ナット機構と、ボールスクリュ１５を回転駆動する電動モータ１１とを備え、この電動モータ１１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。【選択図】図１
2008222069.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、
この非回転ブレーキディスクに対峙するピストンと、
このピストンに回転可能に連結されるボールスクリュと、
前記ボールスクリュの回転により前記ピストンを前記非回転ブレーキディスクに対して進退させるボールスクリュ・ナット機構と、
前記ボールスクリュを回転駆動する電動モータとを備え、
前記電動モータのモータ回転角θm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ことを特徴とする電動ブレーキ。
【請求項２】
前記電動モータのモータ回転角θmの検出信号を入力して前記ピストンの押付力ｆｐの推定値を算出するピストン押付力推定器と、
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前記制御指令値を演算するピストン押付力制御器と、
この制御指令値に応じて前記電動モータに対する電流指令値を出力する押付力電流変換ゲインと、
この電流指令値と前記電動モータのモータ回転角θmの検出信号と前記電動モータのモータ電流の検出信号とを入力して前記電動モータの駆動電力を制御するモータドライバとを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電動ブレーキ。
【請求項３】
前記非回転ブレーキディスクに対峙する複数の前記ピストンと、
このピストンに回転可能に連結される前記ボールスクリュと、
１つの前記電動モータの回転を複数の前記ボールスクリュに伝達する減速機構を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の電動ブレーキ。
【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、この非回転ブレーキディスクに対峙するピストンと、このピストンに回転可能に連結されるボールスクリュと、このボールスクリュの回転によりピストンを非回転ブレーキディスクに対して進退させるボールスクリュ・ナット機構と、ボールスクリュを回転駆動する電動モータとを備え、この電動モータのモータ回転角θmに応じてピストンの非回転ブレーキディスクに対するピストン押付力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に対する制御指令値をフィードバック制御することを特徴とするものとした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、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の作動をフィードバック制御するため、ボールスクリュ・ナット機構等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、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】
４枚の非回転ブレーキディスク９の間に３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が互いに押し付けられ、この摺動部分で摩擦力が発生し、制動トルクが得られるように構成されている。
【００１３】
ピストン１はハウジング７に摺動可能に支持される。ピストン１の基端部から突出したボールスクリュ１５が設けられ、ピストン１には各ボールスクリュ１５に多数のボールを介して螺合するボールナットが設けられ、これらによってボールスクリュ・ナット機構が介装される。このボールスクリュ・ナット機構はボールスクリュ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ついて均等な間隔を持って配置される。なお、各ピストン１は必ずしも車輪の回転周方向について均等な間隔を持って配置しなくても良い。
【００１５】
なお、ピストン１、電動モータ１１、回転ブレーキディスク６、各非回転ブレーキディスク９の個数はこれに限らず、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】
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コントローラ２０（図２参照）は電動モータ１１の駆動電流を制御する。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に押し付け、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に押し付けることがなくなり、制動が解除される。
【００１８】
原理的に各ピストン１の押付力は電動モータ１１の電流に比例するため、電動モータ１１の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、減速機構１０、ボールスクリュ・ナット機構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。
【００１９】
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減速機構１０、ボールスクリュ・ナット機構の摩擦トルク損失に起因するヒステリシスが発生する。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。
【００２０】
これに対処して本発明は電動モータ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。
【００２１】
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。コントローラ２０は電動モータ１１のモータ回転角θmの検出信号を入力してピストン１の押付力ｆｐの推定値を算出するピストン押付力推定器２１と、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、この制御指令値に応じて電動モータ１１に対する電流指令値を出力する押付力電流変換ゲイン２３と、この電流指令値と電動モータ１１のモータ回転角θmの検出信号と電動モータ１１のモータ電流の検出信号とを入力して電動モータ１１の駆動電力を制御するモータドライバ２４とを備える。
【００２２】
こうしてピストン押付力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ことにより、減速機構１０、ボールスクリュ・ナット機構の摩擦トルク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、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。
【００２３】
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。
【００２４】
【数１】
2008222069.tif 000003
【００２５】
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
（１）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。
【００２６】
【数２】
2008222069.tif 000004
【００２７】
以上のように、電動モータ１１の回転角θmを検出し、回転数ｄθm／ｄｔを計算すれば、（５）式からピストン１の総押付力ｆｐを推定できる。
【００２８】
本実施形態においては、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、この非回転ブレーキディスク９に対峙するピストン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、このボールスクリュ１５の回転によりピストン１を非回転ブレーキディスク９に対して進退させるボールスクリュ・ナット機構と、ボールスクリュ１５を回転駆動する電動モータ１１とを備え、この電動モータ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、ボールスクリュ・ナット機構等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、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。
【００２９】
本実施形態においては、図２に示すように、電動モータ１１のモータ回転角θmの検出信号を入力してピストン１の押付力ｆｐの推定値を算出するピストン押付力推定器２１と、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、この制御指令値に応じて電動モータ１１に対する電流指令値を出力する押付力電流変換ゲイン２３と、この電流指令値と電動モータ１１のモータ回転角θmの検出信号と電動モータ１１のモータ電流の検出信号とを入力して電動モータ１１の駆動電力を制御するモータドライバ２４とを備えたため、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の作動をフィードバック制御することができる。
【００３０】
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。
【００３１】
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】
【００３２】
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】
【００３３】
【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。
【符号の説明】
【００３４】
１  ピストン
５  電動アクチュエータ
６  回転ブレーキディスク
９  非回転ブレーキディスク
１０  減速機構
１１  電動モータ
１５  ボールスクリュ
２１  ピストン押付力推定器
２２  ピストン押付力制御器
２３  押付力電流変換ゲイン
２４  モータドライバ
【図１】
2008222069.tif 000005
【図２】
2008222069.tif 000006
【図３】
2008222069.tif 000007