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JP2018070083A - 電動ブレーキ装置 - Google Patents

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唯 増田
Yui Masuda
唯 増田
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NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Abstract

【課題】角度センサレス制御によってブレーキ力指令値に対してブレーキ力推定値を精度良く追従制御することができ、またコスト低減等を図ることができる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は、ブレーキ力推定手段２６で推定されるブレーキ力推定値を、与えられたブレーキ力指令値に追従制御する制御装置２とを備える。制御装置２は、電動モータ４の実際の角度によらず電動モータ４の相電流の位相を決定し、決定された前記相電流の位相に基づいた電流値に電動モータ４を制御する角度センサレス制御機能部２０を有する。角度センサレス制御機能部２０は、前記ブレーキ力指令値と前記ブレーキ力推定値との偏差に基づいて、電動モータ４の相電流の位相である電流位相を決定する電流位相決定部２５ｂを有する。【選択図】図２

Description

この発明は、電動ブレーキ装置に関し、角度センサレス制御を行うことができる電動ブレーキ装置に関する。
電動モータ装置および電動モータを使用した電動アクチュエータとして、以下の技術が提案されている。
（１）電動モータの回転駆動力を減速機により減速し、直動機構を介して直線運動に変換して、摩擦パッドをディスクロータに押圧接触させて制動力を付加する技術（特許文献１）。
（２）回転子磁束の位相推定オブザーバを用いたセンサレスベクトル制御（特許文献２）。
（３）高周波電圧および電流から回転子角度を推定する同期モータのセンサレスベクトル制御（特許文献３）。
（４）二相変換されたγδ準同期座標系において、非真円高周波電圧および電流から、回転子角度および位相を推定する交流モータのセンサレスベクトル制御（特許文献４）。
（５）モータ電流位相を電流位相に対してトルクが単調増加する領域とし、負荷に応じて位相差が自動調整されるセンサレス制御法（特許文献５）。
特開２００３−２４７５７６号公報 特開２００４−２０１３６４号公報 特開２００２−５１５９７号公報 特開２００８−２９５２７９号公報 特開２００６−１７４６８１号公報
例えば、特許文献１のような、電動アクチュエータを使用した電動ブレーキ装置において、電動モータには極めて高い冗長性が求められる場合がある。例えば、モータコイルまたはセンサ等に異常が発生した場合においても、動作を継続する必要が生じる場合がある。特に、モータ角度センサを用いる場合、このモータ角度センサはモータ内部に備えなければならない。場合が多く、極めて高い負荷に晒される可能性がある。
上記の対策として、例えば、特許文献２〜５に記載のような角度センサレス制御が用いられる場合がある。その際、例えば、特許文献２に記載の、回転子磁束による誘起電圧等に依存した電圧と電流との関係から角度を推定する手法が一般に知られている。
しかし、例えば、特許文献１のような電動ブレーキ装置において、ペダル操作に追従する、所定のブレーキ力に維持するといった零〜低速の角速度となる動作を行う場合、誘起電圧が極めて小さいことにより角度推定が困難となる場合がある。また、例えば、ＡＢＳ動作のような、ブレーキが増圧と減圧を高速に繰り返すといった極めて大きな角速度変動が生じる動作を継続して行う場合、モータのインダクタンス誤差等に起因した推定誤差が十分に収束しないため、正確な角度推定が困難となる場合がある。
上記の場合でもモータ角度を推定可能な手法として、例えば、特許文献４，５に記載の電動モータ駆動電圧に所定の周波数の電圧を重畳し、前記所定の周波数における電圧と電流との関係等から、インダクタンスおよび磁気飽和特性の突極性を利用してモータ角度を推定する手法が用いられる場合がある。
しかしながら、例えば、前記の電動ブレーキ装置に用いられるようなモータは、搭載スペースが限られている、高速応答を実現するために慣性モーメントを極力小さくする、等の理由から極力小型に設計される場合が多い。このため、前記の高周波電流に同期して比較的大きな角速度変動が生じ、前記角速度変動による影響が前記高周波電圧と電流との関係に作用して、角度の推定が困難となる場合がある。
上記のように周波数成分の重畳を必要としない角度センサレス制御法として、例えば、特許文献５のような、電流位相を位相差に対してトルクが単調増加傾向を示す領域（ＭＩＲ領域）とし、制御装置内部のベクトル回転器によって二相直交座標系を回転させる手法が提案されている。
しかしながら、前記手法によれば、ベクトルが静止する位置決め時においては、ベクトル回転器の位相と実際の回転子位相とは負荷に応じて偏差を持つため、ブレーキ力に応じて負荷が変動する電動ブレーキ装置で正確な位置決めを行うことは困難となる場合がある。
また、特許文献５の手法を電動ブレーキ装置に適用した場合、所定のブレーキ力に位置決めを行う際のモータ電流は常に最大の電流値に固定されるため、緩やかな制動のための軽度のブレーキ操作、または、ブレーキペダルを離してブレーキを解除させる動作においても、大きな制動力を発生させる際と同等のモータ電流が印加され、消費電力が増大する問題がある。また、前記の大きな電流が常に印加され得ることで、電動モータの発熱が増加するため、モータサイズ、重量およびコストが増加する可能性がある。
この発明の目的は、角度センサレス制御によってブレーキ力指令値に対してブレーキ力推定値を精度良く追従制御することができ、また冗長性の向上およびコスト低減等を図ることができるブレーキ装置を提供することである。
この発明の電動ブレーキ装置は、ブレーキロータＢｒと、このブレーキロータＢｒに接触する摩擦部材９と、この摩擦部材９を前記ブレーキロータＢｒに接触させる摩擦部材操作手段６と、この摩擦部材操作手段６を駆動する電動モータ４と、前記摩擦部材操作手段６により前記摩擦部材９と前記ブレーキロータＢｒとが接触して発生するブレーキ力の推定値であるブレーキ力推定値を求めるブレーキ力推定手段２６と、このブレーキ力推定手段２６で推定されるブレーキ力推定値を、与えられたブレーキ力指令値に追従制御する制御装置２，２Ａと、を備えた電動ブレーキ装置において、
前記制御装置２，２Ａは、前記電動モータ４の実際の角度によらず前記電動モータ４の相電流の位相を決定し、決定された前記相電流の位相に基づいた電流値に前記電動モータ４を制御する角度センサレス制御機能部２０を有し、この角度センサレス制御機能部２０は、前記ブレーキ力指令値と前記ブレーキ力推定値との偏差に基づいて、前記電動モータ４の相電流の位相である電流位相を決定する電流位相決定部２５ｂを有する。
この構成によると、制御装置２，２Ａにおける角度センサレス制御機能部２０は、電動モータ４の実際の角度によらず電動モータ４の電流位相を決定し、決定された電流位相に基づいた電流値（モータ電流目標値）に電動モータ４を制御する。この角度センサレス制御機能部２０の電流位相決定部２５ｂは、ブレーキ力推定手段２６で推定されるブレーキ力推定値と、前記ブレーキ力指令値との偏差に基づいて、電流位相を決定する。制御装置２，２Ａは、ブレーキ力推定値とブレーキ力指令値との偏差から演算電気角速度を求め、この演算電気角速度から決定された演算電気角からモータ電流を求める。制御装置２，２Ａは、電流位相決定部２５ｂで決定された電流位相等から求められるモータ電流目標値に対して、前記演算電気角から求められるモータ電流等を追従させる。このように、ブレーキ力推定値とブレーキ力指令値との偏差（ブレーキ力偏差）に応じて求められるモータ電流が、前記ブレーキ力偏差の無い電流位相等から求められるモータ電流目標値に追従する。したがって、角度センサレス制御によってブレーキ力指令値に対してブレーキ力推定値を精度良く追従制御することができる。また電動モータ４の角度を直接検出する角度センサを設けない場合、部品点数を削減しコスト低減を図ることができる。
前記角度センサレス制御機能部２０は、
前記ブレーキ力指令値と前記ブレーキ力推定値との偏差に基づいて、前記電動モータ４の演算電気角速度を決定する電気角速度演算部２３と、
この電気角速度演算部２３で決定された前記演算電気角速度の積分値に基づいて、前記電動モータ４における演算電気角を決定する演算電気角決定部２４と、を備え、
電流位相決定部２５ｂは、前記演算電気角決定部２４で決定された演算電気角から前記電動モータ４の実際の電気角を減算した電気角偏差が正負の定められた範囲内で、前記電気角偏差と電動モータトルクとの増減の関係が等しくなる電流条件となり得る電流位相に、前記電動モータ４のモータ電流を制御しても良い。
前記演算電気角速度、前記演算電気角は、それぞれ制御装置内部で演算される電気角速度、電気角である。
前記正負の定められた範囲は、設計等によって任意に定める範囲であって、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により適切な範囲を求めて定められる。
この構成によると、電気角速度演算部２３は、ブレーキ力指令値とブレーキ力推定値との偏差に基づいて、電動モータ４の演算電気角速度を決定する。演算電気角決定部２４は、決定された演算電気角速度を積分等することで演算電気角に変換する。電流位相決定部２５ｂは、前記演算電気角から実際の電気角を減算した電気角偏差が正負の定められた範囲内で、電気角偏差と電動モータトルクとの増減の関係が等しくなる電流条件となる電流位相にモータ電流を制御する。
演算電気角に対して実際の電気角が遅れた場合には、所定の電流ノルムに対してモータトルクが増加し、演算電気角に対して実際の電気角が進んだ場合には、所定の電流ノルムに対してモータトルクが減少する。結果として任意の負荷状況において、制御装置内部で演算される演算電気角に、実際の電気角が負荷に応じた電気角偏差を有する状態で追従する。換言すれば、制御装置内部で演算される演算電気角速度に対して、実際のモータ電気角速度が概ね偏差なく追従する。すなわち、演算電気角速度がブレーキ力の偏差に応じて決定されることで、ブレーキ力指令値に対してブレーキ力推定値を概ね偏差なく追従させることができる。
前記制御装置２，２Ａは、前記ブレーキ力指令値および前記ブレーキ力推定値のいずれか一方または両方に基づいて、前記電動モータ４のモータ電流の大きさを決定する機能を有し、前記モータ電流の大きさおよび前記電流位相に基づいて、前記電動モータ４のモータ電流を制御しても良い。この場合、応答性および最大ブレーキ力を向上し、零または比較的軽いブレーキ操作における消費電力を低減することができる。
前記制御装置２，２Ａは、前記ブレーキ力指令値および前記ブレーキ力推定値の少なくともいずれか一方のブレーキ力に基づく値が定められた値を下回るとき、前記ブレーキ力に基づく値によらず前記モータ電流の大きさを定められた下限値に設定しても良い。
前記定められた値は、設計等によって任意に定める値であって、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により適切な値を求めて定められる。
この構成によると、コギングトルクおよびアクチュエータ摩擦力等の影響が比較的大きいブレーキ力の低い領域において、前記ブレーキ力に基づく値によらず前記モータ電流の大きさを定められた下限値に設定すると、安定した動作が実現できて好適である。
前記制御装置２，２Ａは、前記ブレーキ力を発生させないブレーキ解除状態を判断する機能を有し、前記ブレーキ解除状態と判断したとき、前記モータ電流を零としても良い。この場合、ブレーキ解除状態における消費電力を低減することができる。
前記電動モータ４の角度ないし角度に相当する物理量を直接検出する角度検出手段Ｓｂを備え、
前記制御装置２Ａは、前記角度検出手段Ｓｂが正常か否かを判断する異常判断部３５ａを有し、この異常判断部３５ａにより前記角度検出手段Ｓｂが正常であると判断されたとき、前記角度検出手段Ｓｂに検出結果に基づく電流位相に前記電動モータ４のモータ電流を制御し、前記異常判断部３５ａにより前記角度検出手段Ｓｂが正常ではないと判断されたとき、前記角度センサレス制御機能部２０により前記電動モータ４を制御しても良い。
この構成によると、角度検出手段Ｓｂを用いる通常の制御系では、角度センサレス制御機能部２０を用いた制御系よりも応答性を向上することができる。角度検出手段Ｓｂが正常ではないと判断されたとき、前記角度センサレス制御機能部２０により電動モータ４を制御することで冗長性を高めることができる。
前記制御装置２Ａは、前記角度検出手段Ｓｂが正常であるときと比較して、前記角度検出手段Ｓｂが正常ではなく前記角度センサレス制御機能部２０による制御を実行するときの電動ブレーキ装置の応答速度が低下するように制限する応答性制限機能部３４を有しても良い。ここで、前記角度センサレス制御機能部２０による制御を実行する場合においては、ブレーキ力指令値の急峻な変化により、オーバーシュートや振動が発生する場合がある。そのため、このように角度検出手段Ｓｂが正常ではない場合に、電動ブレーキ装置の応答性を制限することで、オーバーシュートや振動を抑制することができ、制御系の安定性を向上することができる。
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に接触する摩擦部材と、この摩擦部材を前記ブレーキロータに接触させる摩擦部材操作手段と、この摩擦部材操作手段を駆動する電動モータと、前記摩擦部材操作手段により前記摩擦部材と前記ブレーキロータとが接触して発生するブレーキ力の推定値であるブレーキ力推定値を求め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ブレーキ力推定値を、与えられたブレーキ力指令値に追従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、前記電動モータの実際の角度によらず前記電動モータの相電流の位相を決定し、決定された前記相電流の位相に基づいた電流値に前記電動モータを制御する角度センサレス制御機能部を有し、この角度センサレス制御機能部は、前記ブレーキ力指令値と前記ブレーキ力推定値との偏差に基づいて、前記電動モータの相電流の位相である電流位相を決定する電流位相決定部を有する。このため、角度センサレス制御によってブレーキ力指令値に対してブレーキ力推定値を精度良く追従制御することができ、また冗長性の向上およびコスト低減等を図ることができる。
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。 電動ブレーキ装置の制御系の概念構成を示すブロック図である。 同電動ブレーキ装置の角度センサレス制御機能部の構成例を示すブロック図である。 この発明の他の実施形態に係る電動ブレーキ装置において、角度検出手段が正常である場合の制御系のブロック図である。 同電動ブレーキ装置において、角度検出手段に異常が発生した場合の制御系のブロック図である。
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３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は、電動モータ装置Ｄｍと、ブレーキ操作手段１８（図２）と、電源装置３とを備えている。電動モータ装置Ｄｍは、電動アクチュエータ１と、制御装置２とを有する。先ず、電動アクチュエータ１について説明する。
＜電動アクチュエータ１について＞
電動アクチュエータ１は、電動モータ４と、減速機構５と、摩擦部材操作手段６と、パーキングブレーキ機構Ｐｂと、ブレーキロータＢｒと、摩擦部材９と、荷重センサＳａ（図２）を有する。電動モータ４、減速機構５、および摩擦部材操作手段６は、例えば、図示外のハウジング等に組み込まれる。
電動モータ４は、ステータとロータとを有する同期電動機であり、例えば、永久磁石型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。図１の例の電動モータ４は、前記ステータと前記ロータの配置として、回転軸径方向の鎖交磁束によりトルクを発生するラジアルギャップモータが適用されている。但し、前記ステータは、二系統以上のステータコイルを備えた構成であっても良い。また電動モータ４は、回転軸方向の鎖交磁束によりトルクを発生するアキシャルギャップモータであっても良い。
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４ｃ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。
摩擦部材操作手段６として直動機構が適用される。摩擦部材操作手段６としての直動機構は、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Ｂｒに対して摩擦部材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部材９が設けられる。電動モータ４の回転を減速機構５を介して摩擦部材操作手段６に伝達することで、回転運動が直線運動に変換され、それが摩擦部材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。
パーキングブレーキ装置Ｐｂ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。
＜制御系および電源系について＞
前記電動アクチュエータ１に、制御装置２および電源装置３が接続されている。
図２は、この電動ブレーキ装置の制御系の概念構成を示すブロック図である。例えば、各車輪に対応する制御装置２および電動アクチュエータ１が設けられている。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。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ＥＣＵは「ＶＣＵ」とも称される。
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。電動モータ４のステータコイルは、電源装置３に、制御装置２のモータドライバ１９を介して接続されている。電源装置３は、例えば、バッテリ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、キャパシタ等を用いることができ、あるいはこれらを併用しても良い。また、二系統以上のステータコイルに一系統から電力を供給しても良く、それぞれ独立した電源系統としても良い。
上位ＥＣＵ１７は、ブレーキ操作手段１８の操作量に応じて変化するセンサ出力に応じて、各制御装置２にブレーキ力指令値をそれぞれ出力する。ブレーキ操作手段１８は、例えば、ブレーキペダル等を用いることができるが、その他ジョイスティックのような操作手段であっても良い。
制御装置２は、マイクロコンピュータまたは各種の電子部品を搭載した回路基板等から成り、角度センサレス制御機能部２０と、電流制御器２１と、モータドライバ１９と、電流推定器２２とを備える。角度センサレス制御機能部２０は、電気角速度演算部２３と、演算電気角決定部２４と、電流指令部２５とを備える。
電気角速度演算部２３は、上位ＥＣＵ１７から与えられるブレーキ力指令値と、荷重センサＳａより推定されるブレーキ力推定値とに応じて、制御装置内部における電動モータ４の演算電気角速度を演算する。この例では、荷重センサＳａに、ブレーキ力推定値を求めるブレーキ力推定手段２６としての機能を持たせているが、他の例として、制御装置２にブレーキ力推定手段を設け、このブレーキ力推定手段が、荷重センサＳａからのセンサ出力に基づいてブレーキ力推定値を演算しても良い。
荷重センサＳａは、ブレーキ力として摩擦部材９（図１）とブレーキロータＢｒ（図１）との押圧力を制御するために用いられ、例えば、変位を検出する磁気センサ、歪センサ、圧力センサ等を適用し得る。その他、ブレーキ力として、前記の荷重センサＳａに代えて、この電動ブレーキ装置を実装する車輪のホイールトルクまたは前後力を検出するセンサ等を用いることも可能である。
電気角速度演算部２３は、ブレーキ力指令値とブレーキ力推定値との偏差に所定の制御ゲインを介して演算した値を演算電気角速度としても良い。
演算電気角決定部２４は、電気角速度演算部２３で演算された演算電気角速度を積分して演算電気角に変換する機能を有する。演算電気角決定部２４として、例えば、積分器が適用される。
電流指令部２５は、モータ電流目標値を生成する機能を有し、モータ電流の振幅を決定する電流振幅決定部２５ａと、モータ電流の位相を決定する電流位相決定部２５ｂとを有する。これら電流振幅決定部２５ａ、電流位相決定部２５ｂは、例えば、直交座標系に変換されたモータ電流ベクトルにおけるノルムおよび位相とすると、電流制御器２１を簡潔に構成できて好適であるが、あるいは三相交流の振幅および位相を直接決定するものであっても良い。
電流制御器２１は、角度センサレス制御機能部２０における電流指令部２５により生成されたモータ電流目標値に対して、電流推定器２２によるモータ電流、および角度センサレス制御機能部２０の演算電気角決定部２４で決定された演算電気角から求められるモータ電流を追従制御する。この追従制御は、例えば、フィードバック制御であっても良く、モータ特性等に基づくフィードフォワード制御であっても良く、あるいはこれらフィードバック制御およびフィードフォワード制御を併用しても良い。
電流推定器２２は、送電線の磁界を検出する非接触式を用いても良く、送電線にシャント抵抗等を設けて両端の電圧により検出する方法を用いても良い。その場合、図２中に示すように、電流推定器２２を二次側の送電線に設けても良く、一次側の送電線に設けて二次側の送電線の二次側電流を推定する構成としても良い。また電流推定器２２は、モータドライバ１９の所定箇所の電圧等により検出する手法としても良い。電流検出は二相の電流と三相総和が零の関係から残り一相を推定しても良く、三相全ての電流を検出しても良い。
モータドライバ１９は、例えば、ＦＦＴ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、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、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。
その他、本図２の機能ブロックは、あくまで機能を説明するうえで便宜上設けているものであり、実装するうえで必ずしも本図の機能ごとに分割されている必要はなく、必要に応じて複数のブロックを統合あるいは一つのブロックを分割した機能として実装しても良い。また、サーミスタ等のその他センサ類および冗長系等については、必要に応じて適宜設けられるものとする。
図３は、角度センサレス制御機能部２０の構成例を示すブロック図である。
電気角速度演算部２３は、ブレーキ力指令値とブレーキ力推定値との偏差ΔＦに、所定の制御ゲインＰωを乗じて、制御装置内部で演算する電動モータの演算電気角速度を導出する。前記制御ゲインＰωは、例えば、摩擦部材９（図１）の影響等で非線形となる電動ブレーキ装置の剛性の影響を考慮した非線形ゲインとすると好適であるが、演算負荷削減のため一定の値とすることもできる。また、必要に応じて積分または微分を併用しＰＩＤ制御器とする等、必要な制御性能に基づいて制御ゲインＰωを決定することができる。
角度センサレス制御機能部２０は、電気角速度演算部２３の後段に速度リミッタ２７を備えている。この速度リミッタ２７は、電気角速度演算部２３により導出された演算電気角速度が、実際に電動モータ４（図２）が動作し得る電気角速度を超過しないよう、演算電気角速度の絶対値が所定値以下となるように制限する。前記所定値は、例えば、電動モータ４（図２）の諸元等から任意に定める値であって、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により適切な値を求めて定められる。
電流指令部２５の電流振幅決定部２５ａは、ブレーキ力指令値から、直交座標系に変換されたモータ電流ベクトルにおける電流ノルムつまり目標電流ノルム｜ｉｂ１｜を決定する。モータ電流が所望の電流位相に制御されている場合、一般に、ブレーキ力と電流ノルムとは、電動アクチュエータにおける摩擦部材操作手段６（図２）等のアクチュエータ特性である正効率および逆効率に基づき、図３中に示すような相関関係を示す。
よって、モータ電流の大きさである電流ノルムは、前記アクチュエータ特性における正効率に基づく電流ノルムを十分に上回る値とすれば、所望のブレーキ力を発揮することができる。また、電流ノルムをブレーキ力指令値によって可変の値とすることで、比較的低いブレーキ力またはブレーキ解除時に大きな電流が印加され続ける問題を回避することができる。
なお本図３では、電流振幅決定部２５ａは、ブレーキ力指令値を用いて電流ノルムを決定する例を示すが、ブレーキ力指令値に代えてブレーキ力推定値を用いても良く、あるいはブレーキ力指令値とブレーキ力推定値の平均値等、両方の値を用いても良い。また、電流振幅決定部２５ａは、ブレーキ力指令値およびブレーキ力推定値の少なくともいずれか一方のブレーキ力に基づく値が定められた値を下回るとき、前記ブレーキ力に基づく値によらず電流ノルムを定められた下限値に設定しても良い。コギングトルクおよびアクチュエータ摩擦力等の影響が比較的大きいブレーキ力の低い領域において、前記ブレーキ力に基づく値によらず電流ノルムを定められた下限値に設定すると、安定した動作が実現できて好適である。
この角度センサレス制御機能部２０では、電流振幅決定部２５ａで決定された目標電流ノルム｜ｉｂ１｜に、電流ノルム｜ｉｂ２｜を加え、最終的な目標電流ノルム｜ｉｂ｜を導出する。前記電流ノルム｜ｉｂ２｜は、電気角速度演算部２３により導出された演算電気角速度に速度リミッタ２７を介して出力された絶対値２８に、所定のゲインＰｉｂを介して出力される電流ノルムである。このように電流振幅決定部２５ｂで決定された目標電流ノルム｜ｉｂ１｜に前記電流ノルム｜ｉｂ２｜を加えると、例えば、ブレーキ力指令値が小さい領域であっても急峻なブレーキ応答が必要な際にはモータ電流が増加し、応答性が向上できて好適であるが、前記ゲインＰｉｂを零としてブレーキ力のみに依存する電流ノルムを用いることもできる。
電流位相決定部２５ｂは、所定の電流位相θｂを定め、目標電流ノルム｜ｉｂ｜および電流位相θｂの電流ベクトルを形成する二相電流ｉｂγ，ｉｂδを導出する。電流制御器２１は、前記二相電流ｉｂγ，ｉｂδに対して、演算電気角決定部２４で決定された演算電気角から二相変換器２９を介して出力されるモータ電流を追従制御する。
電流位相決定部２５ｂは、演算電気角決定部２４で決定された演算電気角から電動モータ４（図２）の実際の電気角を減算した電気角偏差が正負の定められた範囲内で、前記電気角偏差と電動モータトルクとの増減の関係が等しくなり得る電流条件となる電流位相θｂに定める。
電流位相決定部２５ｂにより電流位相θｂは前記演算電気角においてπ／４近傍に定められることが好ましい。この電流位相決定部２５ｂで定められた電流位相θｂにより、演算電気角に対して実際の電気角が遅れた場合には、所定の電流ノルムに対してモータトルクが増加し、演算電気角に対して実際の電気角が進んだ場合には、所定の電流ノルムに対してモータトルクが減少する。結果として任意の負荷状況において、制御装置内部で演算される演算電気角に、実際の電気角が負荷に応じた電気角偏差を有する状態で追従する。換言すれば、制御装置内部で演算される演算電気角速度に対して、実際のモータ電気角速度が概ね偏差なく追従する。すなわち、演算電気角速度がブレーキ力の偏差に応じて決定されることで、ブレーキ力指令値に対してブレーキ力推定値を概ね偏差なく追従させることができる。
以上説明した電動ブレーキ装置によれば、制御装置２は、ブレーキ力推定値とブレーキ力指令値との偏差に制御ゲインを乗じた演算電気角速度を求め、この演算電気角速度を積分等して決定された演算電気角からモータ電流を求める。制御装置２は、電流振幅決定部２５ａ等から決定された目標電流ノルム｜ｉｂ｜および電流位相決定部２５ｂで決定された電流位相θｂから求められるモータ電流目標値に対して、前記演算電気角から求められるモータ電流等を追従させる。このように、ブレーキ力推定値とブレーキ力指令値との偏差（ブレーキ力偏差）に応じて求められるモータ電流が、前記ブレーキ力偏差の無い電流位相等から求められるモータ電流目標値に追従する。したがって、角度センサレス制御によってブレーキ力指令値に対してブレーキ力推定値を精度良く追従制御することができる。
制御装置２は、ブレーキ力指令値およびブレーキ力推定値のいずれか一方または両方に基づいて、電動モータ４の電流ノルムを決定し、この電流ノルムおよび電流位相に基づいて、電動モータ４のモータ電流を制御する。このため、応答性および最大ブレーキ力を向上し、零または比較的軽いブレーキ操作における消費電力を低減することができる。
他の実施形態について説明する。
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。
図４および図５は、図２の構成例に角度検出手段Ｓｂおよび通常の角度検出手段Ｓｂを用いる制御系を設け、角度検出手段Ｓｂの異常発生時の冗長系として図２の構成例を用いる例を示す。
図４は、角度検出手段Ｓｂが正常である場合のスイッチ部３０，３１の接続パターンを示す。図５は、角度検出手段Ｓｂに異常が発生した際に、角度センサレス制御機能部２０を用いる場合のスイッチ部の接続パターンを示す。
図４および図５に示すように、電動アクチュエータ１は、電動モータ４の角度ないし角度に相当する物理量を直接検出する角度検出手段Ｓｂを備えている。角度検出手段Ｓｂは、例えば、レゾルバまたは磁気エンコーダ等の角度センサを用いると、高精度かつ高信頼性で好適であるが、光学式エンコーダ等の各種センサを適用することもできる。
制御装置２Ａは、前述の実施形態の構成例（図２）の構成要素に加えて、ブレーキ力制御器３２、電流変換器３３、応答性制限機能部３４、制御切替器３５、およびスイッチ部３０，３１を有する。ブレーキ力制御器３２は、上位ＥＣＵ１７から与えられるブレーキ力指令値を達成するための制御演算を行う。つまり図４に示すように、角度検出手段Ｓｂが正常である場合に、ブレーキ力制御器３２は、例えば、ブレーキ力指令値を電動アクチュエータ１の荷重であるアクチュエータ荷重に換算し、このアクチュエータ荷重に対して、荷重センサＳａのセンサ出力を追従制御する荷重フィードバック制御を行う。これにより高精度なブレーキ力制御を容易に実現し得る。ブレーキ力制御器３２は、ブレーキ力制御に必要なモータトルク指令値を求める。
電流変換器３３は、例えば、ブレーキ力制御器３２からのモータトルク指令値を二相変換した直交軸（直交座標系のｄ軸、ｑ軸）の電流指令値に変換する。その他電流変換器３３は、例えば、三相交流電流の振幅と位相等を出力する構成であっても良い。
電流制御器２１は、電流変換器３３からの電流指令値に対して、電流推定器２２から推定されるモータ電流を追従制御する。この追従制御は、例えば、フィードバック制御であっても良く、モータ特性等に基づくフィードフォワード制御であっても良く、あるいはこれらフィードバック制御およびフィードフォワード制御を併用しても良い。また、電流制御器２１は、前記モータ電流に追従制御に加えて、角度検出手段Ｓｂの検出結果に基づく電流位相にモータ電流を制御する。
図５に示すように、制御切替器３５は、角度検出手段Ｓｂが正常か否かを判断する異常判断部３５ａと、制御切替部３５ｂとを備える。異常判断部３５ａは、例えば、角度検出手段Ｓｂの異常自己診断機能等によるものであっても良く、荷重センサＳａ等の他のセンサ等のセンサ出力との比較に基づき異常を判断するものであっても良く、これらを併用しても良い。制御切替部３５ｂは、異常判断部３５ａにより角度検出手段Ｓｂが正常ではない（異常）と判断されたとき、スイッチ部３０，３１を角度センサレス制御機能部２０を用いる制御系へと切り替える。
この角度センサレス制御機能部２０を用いる場合、角度検出手段Ｓｂを用いる通常の制御系（図４）に対して制御性能が低下する。そのため、図５中に示すように、この例の制御装置２Ａは、角度検出手段Ｓｂが正常であるときと比較して、角度検出手段Ｓｂが正常ではなく角度センサレス制御機能部２０による制御を実行するときの電動ブレーキ装置の応答速度が低下するように制限する応答性制限機能部３４を有する。この応答性制限機能部３４として、例えば、ローパスフィルタが適用されている。
ここで、角度センサレス制御機能部２０による制御を実行する場合においては、ブレーキ力指令値の急峻な変化により、演算電気角と実際の電気角との間に比較的大きな偏差が生じ、オーバーシュートや振動が発生する場合がある。そのため、このように角度検出手段Ｓｂが正常ではない場合に、応答性制限機能部３４が、電動ブレーキ装置の応答性を制限することで、オーバーシュートや振動を抑制することができ、制御系の安定性を向上することができる。
なお、角度センサレス制御機能部２０を用いる制御系において、ブレーキ力指令値に対して応答性制限機能部３４を設け、応答性を制限すると好適である。
本図５においては、角度センサレス制御機能部２０へのブレーキ力指令値に対してのみ応答性制限機能部３４を設ける例を示すが、通常の制御系のブレーキ力制御器３２へのブレーキ力指令値に対しても応答性制限機能部３４を設け、これら角度センサレス制御機能部２０，ブレーキ力制御器３２に対する応答性制限機能部３４，３４を互いに異なる時定数とし、角度センサレス制御機能部２０に対する応答性制限機能部３４の時定数を大きく設定することで応答性を制限しても良い。
なおスイッチ部３０，３１は信号フローを記述するうえで便宜上設けているものであり、例えば、ソフトウェア上のｉｆ条件等の分岐であっても良く、実際のスイッチまたはスイッチ動作を行う機能である必要はない。
制御装置は、ブレーキ力を発生させないブレーキ解除状態を判断する機能を有し、前記ブレーキ解除状態と判断したとき、モータ電流を零としても良い。ブレーキ解除状態であるか否かは、例えば、荷重センサのセンサ出力から判断し得る。この場合、ブレーキ解除状態における消費電力を低減することができる。
直動機構の変換機構部として、遊星ローラ以外に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。
電動アクチュエータは、減速機構を介在させない構成であっても良い。
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。
２，２Ａ…制御装置
４…電動モータ
６…摩擦部材操作手段
９…摩擦部材
２０…角度センサレス制御機能部
２３…電気角速度演算部
２４…演算電気角決定部
２５ｂ…電流位相決定部
２６…ブレーキ力推定手段
３４…応答性制限機能部
３５ａ…異常判断部
Ｂｒ…ブレーキロータ
Ｓｂ…角度検出手段

Claims (7)

  1. ブレーキロータと、このブレーキロータに接触する摩擦部材と、この摩擦部材を前記ブレーキロータに接触させる摩擦部材操作手段と、この摩擦部材操作手段を駆動する電動モータと、前記摩擦部材操作手段により前記摩擦部材と前記ブレーキロータとが接触して発生するブレーキ力の推定値であるブレーキ力推定値を求め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ブレーキ力推定値を、与えられたブレーキ力指令値に追従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、前記電動モータの実際の角度によらず前記電動モータの相電流の位相を決定し、決定された前記相電流の位相に基づいた電流値に前記電動モータを制御する角度センサレス制御機能部を有し、この角度センサレス制御機能部は、前記ブレーキ力指令値と前記ブレーキ力推定値との偏差に基づいて、前記電動モータの相電流の位相である電流位相を決定する電流位相決定部を有する電動ブレーキ装置。
  2. 請求項１に記載の電動ブレーキ装置において、
    前記角度センサレス制御機能部は、
    前記ブレーキ力指令値と前記ブレーキ力推定値との偏差に基づいて、前記電動モータの演算電気角速度を決定する電気角速度演算部と、
    この電気角速度演算部で決定された前記演算電気角速度の積分値に基づいて、前記電動モータにおける演算電気角を決定する演算電気角決定部と、を備え、
    電流位相決定部は、前記演算電気角決定部で決定された演算電気角から前記電動モータの実際の電気角を減算した電気角偏差が正負の定められた範囲内で、前記電気角偏差と電動モータトルクとの増減の関係が等しくなる電流条件となる電流位相に、前記電動モータのモータ電流を制御する電動ブレーキ装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載の電動ブレーキ装置において、前記制御装置は、前記ブレーキ力指令値および前記ブレーキ力推定値のいずれか一方または両方に基づいて、前記電動モータのモータ電流の大きさを決定する機能を有し、前記モータ電流の大きさおよび前記電流位相に基づいて、前記電動モータのモータ電流を制御する電動ブレーキ装置。
  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、前記ブレーキ力指令値および前記ブレーキ力推定値の少なくともいずれか一方のブレーキ力に基づく値が定められた値を下回るとき、前記ブレーキ力に基づく値によらず前記モータ電流の大きさを定められた下限値に設定する電動ブレーキ装置。
  5. 請求項３または請求項４に記載の電動ブレーキ装置において、前記制御装置は、前記ブレーキ力を発生させないブレーキ解除状態を判断する機能を有し、前記ブレーキ解除状態と判断したとき、前記モータ電流を零とする電動ブレーキ装置。
  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、前記電動モータの角度ないし角度に相当する物理量を直接検出する角度検出手段を備え、
    前記制御装置は、前記角度検出手段が正常か否かを判断する異常判断部を有し、この異常判断部により前記角度検出手段が正常であると判断されたとき、前記角度検出手段に検出結果に基づく電流位相に前記電動モータのモータ電流を制御し、前記異常判断部により前記角度検出手段が正常ではないと判断されたとき、前記角度センサレス制御機能部により前記電動モータを制御する電動ブレーキ装置。
  7. 請求項６に記載の電動ブレーキ装置において、前記制御装置は、前記角度検出手段が正常であるときと比較して、前記角度検出手段が正常ではなく前記角度センサレス制御機能部による制御を実行するときの電動ブレーキ装置の応答速度が低下するように制限する応答性制限機能部を有する電動ブレーキ装置。
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