JP4463812B2

JP4463812B2 - 電動ブレーキ

Info

Publication number: JP4463812B2
Application number: JP2006519203A
Authority: JP
Inventors: 義成川原; 耕作大野; 篤横山; 光秀佐々木
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2004-06-21
Filing date: 2004-06-21
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2024-06-21
Also published as: WO2005124182A1; EP1762745A1; US7445091B2; EP1762745A4; US20080029355A1; EP1762745B1; JPWO2005124182A1

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は電動モータの動作によって制動力を発生する電動ブレーキ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液圧による手段を使用せず、モータの動作によって制動力を発生させるブレーキ装置を車両の複数の車輪に搭載した場合、各輪の制動力を個別に制御する必要がある。したがって、制動力制御の精度が十分でない場合、各輪に車両の挙動を不安定にする制動力差が生じる可能性がある。例えば、自動車の左右輪に制動力差が生じた場合、制動時に車体にはヨー角速度が発生し、乗っている人間に不快感を与える。また、最悪の場合には車体がスピンしてしまう。
【０００３】
なお、列車の場合には一般に、左右輪が１本の車軸によりつながれているため、左右輪における制動力差はそれほど問題にはならない。
【０００４】
一般にディスクブレーキにおいては、ブレーキパッドがディスクロータを押圧する力（＝ピストン推力）により、車輪の制動力が決定される。したがって、自動車の左右輪に発生する制動力差を小さくするためには、ピストン推力を高精度に制御する必要がある。ピストン推力の制御の方式としては、現在最も有効な方式として次の方式がある。
【０００５】
モータ位置によって決定されるピストン位置とピストン推力の関係のグラフをあらかじめ求めておき、このグラフを参照することによって要求されるピストン推力に対応するモータ位置にモータを制御するものである。この方式ではブレーキパッドとディスクロータの接触位置に対応するモータ位置を求めた上で、システム全体の剛性を高精度に推定する必要がある（特許文献１）。
【特許文献１】
特開平１１−５１３３３７号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この技術はディスクロータとブレーキパッドとの接触位置を検出するものである。
【０００７】
特開平１１−５１３３３７号公報で示されている第１の方法では、ブレーキパッドとディスクロータの間に隙間がある場合に、隙間を小さくする方向にモータをほぼ一定のトルクで加速し、ブレーキパッドが接触した瞬間に生じるモータ加速度の符号の逆転を検知することにより、接触位置を判断するようにしている。また、特開平１１−５１３３３７号公報に示されている第２の方法では、接触ピンをブレーキパッド内に設けておき、この接触ピンがディスクロータに当接したときに接触ピンが電流回路を閉じることによって接触信号を発生させるようにしている。
【０００８】
非制動時におけるディスクブレーキ装置では、意図しない制動力が発生するのを防ぐためにディスクロータとブレーキパッドの間に隙間が確保されている。上記先行技術における第１の方法では、ブレーキパッドが前記隙間を詰めるときにモータトルクを、連結された機構を含むモータの摩擦トルクよりも少しだけ大きく調節し、かつ、モータトルクをできるだけ小さくする必要がある。これはモータのトルクが大きいと、ディスクロータへのブレーキパッドの接触によって直ちにはモータ加速度の符号が反転せず、接触位置の検出精度が低下するためである。しかしながら、モータトルクを小さく設定すると、モータ加速度は小さな値となり、モータ加速度の測定値が動力伝達系の内部ガタや摩擦状態に対して高感度となる。したがって、パッドの接触位置の検出を十分に精度よく行うためのモータトルクの決定が困難であるという課題があった。
【０００９】
また、前記先行技術における第２の方法では、ブレーキパッド内に設けられた接触ピンの先端位置とブレーキパッド表面の位置の差が一定であることが必要である。しかし、接触ピンとブレーキパッドの材質が異なる場合、あるいは接触ピンの取付け方により、接触ピンとブレーキパッドの摩耗速度が異なり、パッド摩耗が進行したときに接触ピン先端とパッド表面の位置関係に誤差が生じる可能性がある。また、ブレーキパッドには大きな力がかかるため、接触ピンをブレーキパッド内に設置する際の信頼性保証の課題もあった。
【００１０】
以上により、電動ブレーキが複数の車輪に搭載された車両において、従来の技術を用いて各車輪の制動力差を低減するのは容易でない。
【００１１】
本発明は、ブレーキパッドとディスクロータの接触位置が高精度に検出されていなくても、自動車の左右輪における制動力差を低減し、自動車走行の安全性を確保できるための技術を提供することを目的としている。
【００１２】
本発明は、通常はモータの駆動量を制御することによりブレーキパッド位置が制御される電動ブレーキに対して、車両停車時に複数の電動ブレーキのモータ電流値に基づいて、モータの待機位置を更新する機能を付加したことを特徴とする。
【００１３】
本発明は、具体的には、モータと、該モータの作動によって駆動されるピストンと、該ピストンによって直動運動させられるブレーキパッドと、前記モータの変位量または前記ブレーキパッドの推力を制御する制御装置と、後輪の左輪および右輪もしくは／並びに前輪の左輪および右輪に対してそれぞれ設けられた左右の前記モータに流れる電流を検出する電流検出装置と、前記左右のモータに流れる電流値信号を入力し、入力した電流値に基づく前記ピストンの推力信号を出力する処理演算を行う処理装置を備え、前記ピストンを前進させることにより、車輪に接続されたディスクロータに前記ブレーキパッドを押し付け、制動力を与える電動ブレーキにおいて、前記処理装置は、入力した前記左右のモータの電流差を求め、電流差を予め設定した値と比較することによって入力した電流値をそろえる処理を行うかを判定することができる電動ブレーキを提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によればブレーキパッドとディスクロータの接触位置が高精度に検出されていなくても、自動車の左右輪における制動力差を低減し、自動車走行の安全性を確保できるための技術を提供することができる。
【００１５】
また、本発明によれば、非制動時に複数の電動ブレーキのモータ電流を比較してそろえることにより、複数の電動ブレーキによる制動力差を確実に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例１】
【００１６】
以下、本発明の一実施の形態を第１図〜第５図を用いて説明する。第１図は４輪に電動ブレーキを搭載した自動車の一般的なシステム構成を示す図である。第１図において、電動ブレーキ装置１は自動車の前輪２に装着された前輪電動ブレーキ３と、前輪電動ブレーキ３を制御するための前輪コントローラ４と、後輪６に装着された後輪電動ブレーキ７と後輪電動ブレーキ７を制御するための後輪コントローラ５と、前輪コントローラ４と後輪コントローラ５を制御するメインコントローラ８と運転者が制動力の大きさを調整するブレーキペダル１０と、ブレーキペダル１０に加えられた踏力を測定する踏力センサ９から構成されている。
【００１７】
第１図において各構成要素の動作について説明する。第１図において、運転者がブレーキペダル１０を踏むと、ブレーキペダルに加えられた踏力が踏力センサ９により測定される。測定された踏力データはメインコントローラ８に入力され、これに基づいて前後輪における適当な制動力配分が決定される。次に、メインコントローラ８から前輪コントローラ４および後輪コントローラ５に前輪の制動力と後輪の制動力の指令値が伝えられる。これらの指令値に基づいて前輪コントローラ４および後輪コントローラ５がそれぞれ前輪電動ブレーキ３および後輪電動ブレーキ７を動作させることにより、前輪２および後輪６の左右輪制動力を制御するしくみになっている。
【００１８】
電動ブレーキ内部の構成要素を後輪電動ブレーキ７を例に、第２図を用いて説明する。後輪の電動ブレーキは第２図に示されているように後輪コントローラ５によって制御されるモータドライバ１２と、モータドライバ１２による電流指令によって制御されるモータ１３と、モータ１３が発生した回転を減速するための減速機１４と、回転運動を直動運動に変換するための回転−直動変換機構１５と、回転−直動変換機構１５の直動部分に固定されたピストン１６と、ピストン１６に取り付けられるブレーキパッド１７と、ブレーキパッド１７により押圧されるディスクロータ１８により構成されている。また、モータ１３、減速機１４、回転−直動変換機構１５、ピストン１６により構成される部分が後輪アクチュエータ１１である。なお、前輪電動ブレーキ３に関しては後輪電動ブレーキ７と同じ構成であるため、説明は省略する。また後輪の左輪および右輪並びに前輪の左輪および右輪の４つの車輪についての駆動制御についても考え方は同じであるので後輪電動ブレーキ７を例にとって説明を行うことにする。
【００１９】
第３図は電動ブレーキキャリパ全体の一般的な構成を説明する図である。上記後輪電動ブレーキ７の各構成要素の動作について第３図を用いて説明する。第２図に示されているモータ１３は第３図に示すステータ２０とロータ１９から構成されており、回転角度を検出するためのレゾルバを有していることにする。第２図に示されているモータドライバ１２からモータ１３に電流指令が送られると、ロータ１９に回転トルクが発生する。ロータ１９に発生した回転トルクは減速機１４に入力され、回転が減速されるとともに回転トルクが拡大される。減速機１４によって拡大された回転トルクによって回転−直動変換機構１５が駆動され、ピストン１６が前進する。ピストン１６に取り付けられているブレーキパッド１７はピストン１６とともに前進し、ディスクロータ１８を押圧する。キャリパ２１はフローティング支持になっているため、ディスクロータ１８は２つのブレーキパッドにより挟まれることになり、安定した制動力を得ることができる。
【００２０】
ここで、モータ１３を変位させてピストン１６を動かしているときに得られる情報はモータ１３に流れる電流値とレゾルバによるモータの回転角度である。したがって、ブレーキパッド１７がディスクロータ１８を押圧する力（ピストン推力）の制御方法としては、一般に、（１）モータ電流値により求められるモータトルクに基づいてピストン推力を推定する方法、（２）モータ回転角度（モータ位置）により求められるピストン位置とキャリパ全体の剛性からピストン推力を推定する方法が考えられる。ここで、一般にモータ電流値はピストン推力増力時とパッド開放時において一致しない。これは減速機１４や回転−直動変換機構１５などの動力伝達系の動力伝達効率が１００％でないために起こる現象であり、伝達効率は温度や摺動部の潤滑状態によって変化する。したがって、上記（１）の方法によるピストン推力の制御は現実的には不可能である。また、上記（２）の方法においては、モータの回転角度に基づいてピストン推力の制御が行われるため、ブレーキパッドとディスクロータの接触位置に相当するモータ角度を高精度に検出する必要がある。
【００２１】
しかし、上記、発明が解決しようとする課題で述べたように、従来の技術を用いてブレーキパッドとディスクロータの接触位置を高精度に検出することは困難である。本実施例は、基本的には上記（２）の方法によりピストン推力が制御される電動ブレーキにおいて、ブレーキパッドとディスクロータとの高精度な接触位置検出を必要とせずに自動車の左右輪制動力差を低減することを特徴としている。
【００２２】
本実施例を自動車の左右輪に適用した場合の各電動ブレーキの動きを第４図を用いて説明する。第４図（ａ）は非制動時における左右輪ブレーキパッド１７の待機位置を示しており、ブレーキパッド待機位置の左右輪におけるすきま差はδである。第４図（ｂ）は左右輪電動ブレーキのモータを同じ角度だけ回転させたときのブレーキパッド１７とディスクロータ１８の位置関係を示している。第４図（ｂ）の右輪ブレーキパッドは左輪よりもよけいにディスクロータに押し付けられており、右輪のピストン推力は左輪のピストン推力よりも大きい。このとき、左輪ブレーキのモータ電流は右輪ブレーキのモータ電流よりも小さい。第４図（ｃ）は第４図（ｂ）の状態で左輪電動ブレーキのモータ電流値を右輪のモータ電流値に基づいて増加させた場合の状態を示している。モータ電流値を増加させた分、モータが回転し、左輪ブレーキパッドの押し付け力は第４図（ｂ）の左輪ブレーキパッドの状態よりも増す。このとき、左右輪のピストン推力差は第４図（ｂ）における状態よりも小さくなっている。第４図（ｄ）は第４図（ｃ）の状態から、左右輪電動ブレーキのモータを同じだけ第４図（ｂ）とは逆の方向に回転させた状態である。ここでは第４図（ａ）の状態に比べて左右のブレーキパッドとディスクロータの隙間の差δは小さくなっている。
【００２３】
以上が本実施例を自動車の左右輪に適用した場合の、左右輪制動力差を低減する方法の概略説明である。
【００２４】
本実施例は後輪コントローラ５に適用できる。ここで後輪の左右輪におけるブレーキ制動力を一致させる方法を例に、後輪コントローラ５の実装手段を第４図および第５図を用いて説明する。
【００２５】
本発明を適用する電動ブレーキの制動力は、通常、モータ位置を制御することにより制御される（ステップ１）。車両が停止していると判定された場合には（ステップ２）、以下で行う後輪ブレーキの動作に際して安全性を確保するために、前輪の制動力を車両の停止状態を十分に保てる制動力Ｆに固定する（ステップ３）。次に後輪の左右電動ブレーキのモータを非制動時のブレーキパッド待機位置に相当する基準位置に戻し（ステップ４）、後輪の左右電動ブレーキのモータを十分な制動力が出るように規定された角度θだけ回転させ、制動力を発生させる（ステップ５）。
【００２６】
ここで、第４図（ａ）はステップ４が完了した状態を、第４図（ｂ）はステップ５が完了した状態を示している。電流波形が定常状態になった後に、左輪電動ブレーキのモータ電流Ｉ_Ｌおよび右輪電動ブレーキのモータ電流Ｉ_Ｒを測定し、それらの差ΔＩ＝Ｉ_Ｒ−Ｉ_Ｌを計算する（ステップ６）。Ｉ_ＲとＩ_Ｌの大小を比較することによってピストンの推力信号を出力するようにしても良い。すなわち、このステップでは処理装置によって、入力した電流値に基づくピストンの推力信号を出力する処理演算を行う。
【００２７】
ここで、ΔＩの絶対値を規定された値εと比較し（ステップ７）、εよりも小さい場合には、左右輪の推力差を低減する動作は行わずに通常の状態に復帰する（ステップ７でＮｏ判定の場合）。なお、εは車両の走行が不安定になる左右輪制動力差に基づいて決定され、ΔＩがεよりも小さいことは車両の走行を不安定にするほどの左右輪推力差は生じないことを意味する。ΔＩの絶対値がεよりも大きい場合には（ステップ７でＹｅｓ判定の場合）、左右電動ブレーキのモータ電流値の大小を計算する（ステップ８）。
【００２８】
ステップ８による判定の結果、Ｉ_Ｒ＜Ｉ_Ｌであった場合には右輪の電動ブレーキモータ電流値をＩ_Ｌまで増加させる（ステップ９）。また、ステップ８による判定の結果、Ｉ_Ｒ＞Ｉ_Ｌであった場合には左輪の電動ブレーキモータ電流値をＩ_Ｒまで増加させる（ステップ１０）。なお、以上の逆の方法として、左右輪電動ブレーキのモータに流れる電流で、電流値が小さい方に電流値が大きい方のモータ電流をあわせてもよい。また、左右輪電動ブレーキのモータ電流をそろえるのではなく、ΔＩに基づいて変化させる電流量を任意に決めてもよい。
【００２９】
ステップ９実行の結果、モータ回転角度はδθ_Ｒ回転する（ステップ１１）。またはステップ１０実行の結果、モータ回転角度はδθ_Ｌ回転する（ステップ１２）。第４図（ｃ）はステップ１２が完了した状態を示している。
【００３０】
ステップ９またはステップ１０実行の結果、内部機構の摩擦などの原因により、モータの回転角度に変化が現れない場合がある。このような場合には、前記電流差ΔＩに基づいて決定した微小角度だけ、電流値の小さかった方のモータをモータ位置制御により回転させてもよい。
【００３１】
次に左右電動ブレーキのモータをステップ５で規定された角度だけ逆方向に回転させる（ステップ１３）。第４図（ｄ）はステップ１３が完了した状態を示している。ステップ１３実行後の左右電動ブレーキのモータ位置をモータの基準位置として後輪コントローラ５に記憶させる。
【００３２】
以上のステップ５からステップ１４までの動作を数回、ステップ７においてＮｏ判定が出るまで繰り返す。
【００３３】
なお、ステップ１３において左右電動ブレーキのモータをステップ５におけるモータの回転方向とは逆方向に回転させるときの回転角度については、左右同じである必要はなく、例えば、以下のように決めてもよい。
【００３４】
ステップ８においてＹｅｓ判定が得られた場合、左輪電動ブレーキのモータ戻し角度をθ＋δθ_Ｒ／２、右輪電動ブレーキのモータ戻し角度をθ−δθ_Ｒ／２とするなどである。例えば、このようにモータの戻し角度を設定することにより、ステップ５からステップ１４までの動作繰り返し数を減らすことができ、消費電力の節減などの効果が得られる。
【００３５】
上記の各ステップにおいて、運転者によりブレーキペダル１０に加えられている踏力を測定し、踏力があるしきい値Ｆｓ以下になったことを検知した場合には直ちにステップ１に移動し、車両が発進できる状態に戻す。
【００３６】
ディスクブレーキにおいてはジャダーと呼ばれるブレーキ振動が生じることがある。この現象はディスクロータにさびが生じたり、熱ひずみが生じたりすることにより、ディスクロータの厚さが不均一になることが原因である。ジャダーが発生しているディスクブレーキで前記のステップ４からステップ１４までの操作を行った場合、ディスクロータの厚さが異なる場所にブレーキパッドが押圧されたときには左右輪の推力差是正効果が得られない可能性がある。このことに対処するためには、過去の車両停車時にステップ１からステップ１４までの操作を行い決定されたモータの基準位置を記憶しておき、それらの統計操作を行うようにするとよい。例えば、過去５回の車両停車時に行った推力差校正により得られた、ブレーキのモータ基準位置の平均をとることにより、ディスクロータ厚さの不均一性による影響を低減することが可能である。
【００３７】
また、ステップ５において、左右輪電動ブレーキのモータを十分な制動力が出るように規定された角度θだけ回転させたが、このθの値を小さな値に設定することにより、ブレーキパッドとディスクロータとの接触位置を推定することもできる。
【００３８】
第５図に示されている制御処理を後輪コントローラ５に適用した場合には次のことが確認できる。左輪の電動ブレーキモータの電流検出装置に右輪の電動ブレーキモータに流れる電流値よりも大きな電流を擬似的に流して、第５図に示されているステップ２からステップ１４までの動作を行わせる。この動作のなかで、左右輪の制動力差が小さくなるように、右輪電動ブレーキのモータ電流は左輪のモータ電流に一致するように増加する。また、同じように右輪の電動ブレーキモータの電流検出装置に左輪の電動ブレーキモータに流れる電流値よりも大きな電流を擬似的に流した場合にも左輪電動ブレーキのモータ電流が増加することが確認できる。
【００３９】
また、第５図に示されている制御処理が適用された後輪コントローラ５では、次のことも確認できる。左輪電動ブレーキのブレーキパッドをより厚いブレーキパッドと交換して制動力を発生させると、左輪の制動力は右輪の制動力よりも大きくなる。これは左輪電動ブレーキのブレーキパッドを厚くしたために、非制動時の左輪ブレーキパッドとディスクロータの隙間が小さくなったためである。したがって、制動力発生時には左輪の電動ブレーキモータに流れる電流は右輪電動ブレーキモータに流れる電流よりも大きくなっている。ここで第５図に示されているステップ２からステップ１４までの動作を行わせると、左右の電動ブレーキのモータ電流差は小さくなる。なお、右輪電動ブレーキのブレーキパッドをより厚いブレーキパッドと交換して第５図に示されているステップ２からステップ１４までの動作を行わせた場合にも、左右の電動ブレーキのモータ電流差が小さくなることが確認できる。
【００４０】
以上で述べた本発明の実施形態では自動車の後輪の場合に限って記述したが、前輪について本発明を実施しても上記と同じ効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】４輪に電動ブレーキを搭載した自動車の一般的なシステム構成を示す図である。
【図２】電動ブレーキ内部の構成要素説明する図である。
【図３】電動ブレーキキャリパ構成要素の概略を模式的に説明する図である。
【図４】本実施例を自動車の左右輪電動ブレーキに適用した場合のブレーキパッドとディスクロータとの位置関係を時間経過にしたがって模式的に説明する図である。
【図５】本実施例の一実施形態において、第１図の後輪コントローラの制御内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４２】
１電動ブレーキ装置
２前輪
３前輪電動ブレーキ
４前輪コントローラ
５後輪コントローラ
６後輪
７後輪電動ブレーキ
８メインコントローラ
９踏力センサ
１０ブレーキペダル

Claims

モータと、該モータの作動によって駆動されるピストンと、該ピストンによって直動運動させられるブレーキパッドと、前記モータの変位量または前記ブレーキパッドの推力を制御する制御装置と、後輪の左輪および右輪もしくは／並びに前輪の左輪および右輪に対してそれぞれ設けられた左右の前記モータに流れる電流を検出する電流検出装置と、前記左右のモータに流れる電流値信号を入力し、入力した電流値に基づく前記ピストンの推力信号を出力する処理演算を行う処理装置を備え、前記ピストンを前進させることにより、車輪に接続されたディスクロータに前記ブレーキパッドを押し付け、制動力を与える電動ブレーキにおいて、
前記処理装置は、入力した前記左右のモータの電流差を求め、電流差を予め設定した値と比較することによって入力した電流値をそろえる処理を行うかを判定することを特徴とする電動ブレーキ。