JP6338907B2 - 電動ブレーキ装置 - Google Patents

Description

この発明は、摩擦パッドの摩耗の進行を随時検出して、摩擦パッドが摩耗限界を迎えることを回避し、適切な時期に保守作業等を実施することができる電動ブレーキ装置に関する。

従来、電動ブレーキの制御法として、以下の技術が提案されている。
（１）．モータと直動機構を使用した電動ブレーキ装置（特許文献１）。
（２）．ブレーキパッドに埋め込んだ接触端子によって、摩耗限界を検知する手法（特許文献２）。
（３）．パッド摩耗限界と同位置に設けられた突起の振動で、前記パッド摩耗限界を検知する手法（特許文献３）。
（４）．ブレーキ時のスライドピンとキャリパの相対位置から、パッド摩耗量を推定する手法（特許文献４）。

特開平６−３２７１９０号公報 特開昭６１−１２７９３１号公報 特開昭５９−０４００２８号公報 特公昭６１−０４６６８９号公報

モータと直動機構を使用した前記（１）の電動ブレーキ装置では、例えば、作業者等が摩擦パッドの摩耗状態を定期的に点検しない場合、摩擦パッドが不所望に摩耗し過ぎるおそれがある。

接触端子によって摩耗限界を検知する前記（２）の手法や、突起の振動でパッド摩耗限界を検知する前記（３）の手法では、パッド摩耗の限界に達してから初めてパッド摩耗が判明する。このため、すぐに保守作業が行えない状況においては、パッド摩耗が限界を超えて進行する可能性がある。また、このようなブレーキロータに直接接触させる手法では、パッド摩耗限界を迎えた際にブレーキロータの消耗を促進してしまう可能性がある。

スライドピンとキャリパの相対位置からパッド摩耗量を推定する前記（４）の手法では、スライドピン部分を始め、ブレーキのシリンダ周辺は熱・振動に厳しい条件に晒される。このため、ブレーキのシリンダ周辺に、スライドピンとキャリパの相対位置を検知する専用のセンサを搭載する場合は、この専用のセンサの信頼性・耐久性の確立が困難である。また専用のセンサを搭載するコストが増加するうえ、前記専用のセンサを熱や振動から保護するケース等が必要となる分、スペース増に繋がる可能性がある。

この発明の目的は、パッド摩耗が限界を超えて進行することを未然に防止でき、またコストおよびスペースを増加することなく摩擦パッドの摩耗を推定することができる電動ブレーキ装置を提供することである。

前提構成の発明の電動ブレーキ装置は、電動モータ２と、ブレーキロータ５と、このブレーキロータ５と接触して制動力を発生させる摩擦パッド６と、前記電動モータ２の回転運動を前記摩擦パッド６が制動力を発生させるための運動に変換する伝達機構４と、ブレーキ操作手段２９の操作量から目標とするブレーキ力の指令値を生成するブレーキ力指令手段２６ａと、前記摩擦パッド６を前記ブレーキロータ５に押し付けるブレーキ力の推定値を求めるブレーキ力推定手段３０と、前記電動モータ２の回転角を検出するモータ回転角検出手段２８と、前記ブレーキ力の指令値および推定値に応じて前記電動モータ２を制御する制御装置７とを備えた電動ブレーキ装置において、
前記制御装置２に、前記摩擦パッド６の摩耗量を推定するパッド摩耗量推定手段３７を備え、
前記パッド摩耗量推定手段３７は、
前記モータ回転角検出手段２８で検出されるモータ回転角と前記ブレーキ力推定手段３０で求められるブレーキ力との相関を、前記摩擦パッド６が非摩耗時のモータ回転角とブレーキ力との定められた相関と比較して、現時点の前記摩擦パッド６の摩耗量を推定することを特徴とする。
前記モータ回転角と前記ブレーキ力との相関は、前記モータ回転角と前記ブレーキ力の直接の相関に限らず変化率等の間接的な相関であっても良い。また、前記定められた相関は、例えば、実験やシミュレーション等の結果により定められるテーブル等からなり、記録手段３４に書換え可能に記録される。

この構成によると、制御装置７は、ブレーキ操作手段２９の操作によりパッド摩耗量推定手段３７による摩擦パッド６の摩耗量を推定させる。前記ブレーキ操作手段２９の操作主体は制御装置７であっても運転者であっても良い。
パッド摩耗量推定手段３７は、モータ回転角検出手段２８で検出されるモータ回転角と、ブレーキ力推定手段３０で求められるブレーキ力との相関を、摩擦パッド６が非摩耗時のモータ回転角とブレーキ力との定められた相関と比較する。パッド摩耗量推定手段３７は、この比較結果より摩擦パッド６の摩耗量を推定する。

モータ回転角とブレーキ力との相関は、主に、ブレーキキャリパの剛性と、摩擦パッドの圧縮剛性と、ブレーキロータの圧縮剛性と、直動アクチュエータの剛性とにより支配される。これらのうち、前記ブレーキキャリパおよび前記直動アクチュエータの剛性は概ね線形であり、ブレーキ継続使用中も変化せずほぼ既知である。また一般には、摩擦パッドの摩耗量に対してブレーキロータの摩耗量は少なく、またブレーキ全体の剛性に対してブレーキロータの圧縮変形量は極めて小さいため、ブレーキロータ摩耗によるブレーキ全体の剛性への影響はほぼ皆無である。

一方で、摩擦パッドの圧縮剛性はブレーキロータ等と比べて非常に低く、ブレーキ全体の剛性への影響が大きいため、摩擦パッドの摩耗が進行し摩擦パッドの剛性が高くなるに従って、ブレーキ全体の剛性が高くなる。したがってパッド摩耗量推定手段３７は、非摩耗時のモータ回転角とブレーキ力との定められた相関と、現時点のモータ回転角とブレーキ力との相関の変化より、摩擦パッド６の摩耗量を推定可能である。例えば、一定のブレーキ力すなわちパッド押圧力Ｆを発揮するのに必要なモータ回転角θは、摩擦パッド６の摩耗が進行するに従ってモータ回転角θ´に変化する。パッド摩耗量推定手段３７は、このような変化量と摩耗量との関係を定めたマップ等から、摩擦パッド６の摩耗量を精度良く推定することができる。
このため、摩擦パッド６の摩耗の進行が随時検出可能となることで、摩擦パッド６の摩耗が摩耗限界を超えて進行することを未然に防止できる。摩耗パッド６が摩耗限界を迎えるタイミングをある程度予測することで、前記摩耗限界を迎えるタイミング前の適切な時期にこの電動ブレーキ装置の保守作業を実施することができる。

また電動ブレーキ装置の電動モータ２に本来設けられているモータ回転角検出手段２８を用いて、モータ回転角とブレーキ力との相関を監視して定められた相関と比較するだけで、摩擦パッド６の摩耗を推定することができる。このため、専用のセンサ等を追加する必要がなくなるため、スライドピンとキャリパの相対位置からパッド摩耗量を推定する前記（４）の手法よりもコスト低減を図れる。また前記専用のセンサを熱や振動から保護するケース等も不要となるため、前記（４）のものよりスペースの低減を図れる。

前記ブレーキ力推定手段３０は、前記伝達機構４の軸方向荷重を検出する荷重センサ１３の検出値を用いるものとしても良い。この場合、制御装置７は、伝達機構４の直動部１４がブレーキロータ５から離反した位置からアウトボード側に前進させてこの荷重センサ１３で検出可能な最小な検出値つまりブレーキ力を取得する。ブレーキ操作手段２９をさらに踏込む操作量に従って、荷重センサ１３で検出されるブレーキ力は次第に大きくなる。この荷重センサ１３の検出値を用いることで、ブレーキ操作手段２９のセンサ出力とモータ電流とから、ブレーキ力の推定値を求めるよりも、ブレーキ力を精度良く検出し得る。

この発明における第１の発明の電動ブレーキ装置は、前記前提構成において、前記パッド摩耗量推定手段３７は、前記ブレーキ力と前記モータ回転角のいずれか一方の値が、定められた値以上増え続けるまたは減り続ける条件で、前記ブレーキ力と前記モータ回転角それぞれの変化率の相関から、前記摩擦パッド６の摩耗量を推定する。
前記定められた値以上増え続ける、または、減り続ける条件を、それぞれ「単調増加」、「単調減少」という場合がある。これら単調増加と単調減少とを総称して、単調変化という場合がある。

摩擦パッド６は、摩耗が進行していない状態では他の剛性要素と比較して、モータ回転角とパッド押圧力Ｆの相関につき非線形性が強いが、パッド摩耗の進行に従ってモータ回転角とパッド押圧力の相関が線形に近づいていく。そうすると、パッド押圧力とモータ回転角のいずれか一方の値が、定められた値以上増え続けるまたは減り続ける条件において、例えば、パッド押圧力がＦ_１からＦ_２に変化したとき（ΔＦのとき）の、モータ回転角の変化率Δθ（Δθ´）を検出することにより、モータ回転角とパッド押圧力の相関が非線形を維持しているか線形に近づいているかで、すなわちパッド摩耗の進行具合を判定し得る。

この発明における第２の発明の電動ブレーキ装置は、前記前提構成において、前記パッド摩耗量推定手段３７は、
前記ブレーキ力と前記モータ回転角のいずれか一方に対する他方の変化率の変化から、前記ブレーキ力と前記モータ回転角の相関の線形性の強さを判定する線形性判定部４１と、
この線形性判定部４１により判定される前記相関の線形性の強さが閾値以上となった前記ブレーキ力または前記モータ回転角から、前記摩擦パッド６の摩耗量を推定する摩耗量推定部４２とを有する。
前記閾値は、例えば、実験やシミュレーション等の結果により定められる。

線形性判定部４１は、ブレーキ力とモータ回転角のいずれか一方に対する他方の変化率の変化を、例えば各パラメータを２回微分することにより求めて相関の線形性の強さを検出する。このときブレーキ力が極めて低い領域は、検出精度が安定しない可能性があるため、定められたブレーキ力以上またはモータ回転角以上の条件を別途設けても良い。摩耗量推定部４２は、前記相関の線形性の強さが閾値以上となったブレーキ力またはモータ回転角から、摩擦パッド６の摩耗量を推定する。

この発明における第３の発明の電動ブレーキ装置は、前記前提構成において、前記パッド摩耗量推定手段３７で推定される摩擦パッド６の摩耗量が閾値以上のとき、前記制御装置７の上位制御手段２６に警告信号を出力する警告信号出力手段３３を前記制御装置７に備える。前記閾値は、例えば、実験やシミュレーション等の結果により適宜に定められる。
この発明における第４の発明の電動ブレーキ装置は、前記前提構成において、定められた時間における前記摩耗量の差分から前記摩擦パッド６が摩耗限界に達するまでの時間を予測し、この予測時間を前記制御装置７の上位制御手段２６に出力する摩耗限界到達時間出力手段４３を前記制御装置７に備える。

これらの場合、車両の運転者は、上位制御手段２６から出力される例えば、警告表示、警告音等により、摩擦パッド６の摩耗限界が近いことを認識することができる。よって、前記摩耗限界を迎えるタイミング前の適切な時期に、摩擦パッド６の摩耗限界が近い電動ブレーキ装置の保守作業を実施することができる。

この発明における第１の発明の電動ブレーキ装置は、電動モータと、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させる摩擦パッドと、前記電動モータの回転運動を前記摩擦パッドが制動力を発生させるための運動に変換する伝達機構と、ブレーキ操作手段の操作量から目標とするブレーキ力の指令値を生成するブレーキ力指令手段と、前記摩擦パッドを前記ブレーキロータに押し付けるブレーキ力の推定値を求めるブレーキ力推定手段と、前記電動モータの回転角を検出するモータ回転角検出手段と、前記ブレーキ力の指令値および推定値に応じて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、前記制御装置に、前記摩擦パッドの摩耗量を推定するパッド摩耗量推定手段を備え、前記パッド摩耗量推定手段は、前記モータ回転角検出手段で検出されるモータ回転角と前記ブレーキ力推定手段で求められるブレーキ力との相関を、前記摩擦パッドが非摩耗時のモータ回転角とブレーキ力との定められた相関と比較して、現時点の前記摩擦パッドの摩耗量を推定するものであり、前記パッド摩耗量推定手段は、前記ブレーキ力と前記モータ回転角のいずれか一方の値が、定められた値以上増え続けるまたは減り続ける条件で、前記ブレーキ力と前記モータ回転角それぞれの変化率の相関から、前記摩擦パッドの摩耗量を推定する。このため、パッド摩耗が限界を超えて進行することを未然に防止でき、またコストおよびスペースを増加することなく摩擦パッドの摩耗を推定することができる。
この発明における第２の発明の電動ブレーキ装置は、前記前提構成において、前記パッド摩耗量推定手段は、前記ブレーキ力と前記モータ回転角のいずれか一方に対する他方の変化率の変化から、前記ブレーキ力と前記モータ回転角の相関の線形性の強さを判定する線形性判定部と、この線形性判定部により判定される前記相関の線形性の強さが閾値以上となった前記ブレーキ力または前記モータ回転角から、前記摩擦パッドの摩耗量を推定する摩耗量推定部とを有するため、パッド摩耗が限界を超えて進行することを未然に防止でき、またコストおよびスペースを増加することなく摩擦パッドの摩耗を推定することができる。
この発明における第３の発明の電動ブレーキ装置は、前記前提構成において、前記パッド摩耗量推定手段で推定される摩擦パッドの摩耗量が閾値以上のとき、前記制御装置の上位制御手段に警告信号を出力する警告信号出力手段を前記制御装置に備えたため、パッド摩耗が限界を超えて進行することを未然に防止でき、またコストおよびスペースを増加することなく摩擦パッドの摩耗を推定することができる。
この発明における第４の発明の電動ブレーキ装置は、前記前提構成において、定められた時間における前記摩耗量の差分から前記摩擦パッドが摩耗限界に達するまでの時間を予測し、この予測時間を前記制御装置の上位制御手段に出力する摩耗限界到達時間出力手段を前記制御装置に備えたため、パッド摩耗が限界を超えて進行することを未然に防止でき、またコストおよびスペースを増加することなく摩擦パッドの摩耗を推定することができる。

この発明の実施形態に係る電動ブレーキ装置の要部の断面図である。 同電動ブレーキ装置の制御系のブロック図である。 同電動ブレーキ装置における、パッド摩耗の程度に応じたモータ回転角とブレーキ力の相関の一例を示す図である。 同電動ブレーキ装置のブレーキ力とモータ回転角の相関によるパッド摩耗量の検出例を示す図である。 同電動ブレーキ装置において、ブレーキ力の変化時のモータ回転角の変化率よりパッド摩耗量を推定する例を示す図である。 同電動ブレーキ装置において、ブレーキ力とモータ回転角の相関の非線形性の強さによりパッド摩耗量を推定する例を示す図である。 同電動ブレーキ装置において、ブレーキ力とモータ回転角の変化率の相関を用いてパッド摩耗量を推定するフローチャートである。 同電動ブレーキ装置において、ブレーキ力とモータ回転角の相関が線形に近づく際のモータ回転角またはブレーキ力からパッド摩耗量を推定するフローチャートである。

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８と共に説明する。
図１に示すように、この電動ブレーキ装置は、ハウジング１と、電動モータ２（図２）と、この電動モータの回転を減速する減速機構３と、伝達機構である直動機構４と、ブレーキロータ５と、摩擦パッド６と、図示外のロック機構と、前記電動モータを制御する制御装置７とを有する。ハウジング１に前記電動モータが支持される。ハウジング１内には、電動モータの出力によりブレーキロータ５、この例ではディスクロータに対して制動力を負荷する直動機構４が組み込まれている。ハウジング１の開口端はカバー８によって覆われている。

直動機構４について説明する。
直動機構４は、減速機構３で出力される回転運動を直線運動に変換して、ブレーキロータ５に対して摩擦パッド６を当接離隔させる機構である。この直動機構４は、電動モータにより回転駆動される回転軸９と、この回転軸９の回転運動を直線運動に変換する変換機構部１０と、拘束部１１，１２と、荷重センサ１３とを有する。変換機構部１０は、直動部１４と、軸受部材１５と、環状のスラスト板１６と、スラスト軸受１７と、転がり軸受１８と、キャリア１９と、すべり軸受２０，２１と、複数の遊星ローラ２２とを有する。

ハウジング１の内周面に、円筒状の直動部１４が、回り止めされ且つ軸方向に移動自在に支持されている。直動部１４の内周面には、径方向内方に所定距離突出し螺旋状に形成された螺旋突起が設けられている。この螺旋突起に複数の遊星ローラ２２が噛合している。

ハウジング１内における直動部１４の軸方向一端側に、軸受部材１５が設けられている。この軸受部材１５は、径方向外方に延びるフランジ部と、ボス部とを有する。このボス部内に複数の転がり軸受１８が嵌合され、これら転がり軸受１８の内輪内径面に回転軸９が嵌合されている。回転軸９は、軸受部材１５に複数の転がり軸受１８を介して回転自在に支持される。

直動部１４の内周には、回転軸９を中心に回転可能なキャリア１９が設けられている。キャリア１９は、軸方向に互いに対向して配置されるディスクを有する。軸受部材１５に近いディスクをインナ側ディスクといい、他方のディスクをアウタ側ディスクという場合がある。アウタ側ディスクのうち、インナ側ディスクに臨む側面には、この側面における外周縁部から軸方向に突出する間隔調整部材が設けられる。この間隔調整部材は、複数の遊星ローラ２２の間隔を調整するため、円周方向に等間隔を空けて複数配設されている。これら間隔調整部材により、両ディスクが一体に設けられる。

インナ側ディスクは、回転軸９との間に嵌合されたすべり軸受２０により、回転自在に支持されている。アウタ側ディスクには、中心部に軸挿入孔が形成され、この軸挿入孔にすべり軸受２１が嵌合されている。アウタ側ディスクは、すべり軸受２１により回転軸９に回転自在に支持される。回転軸９の両端部には、スラスト荷重を受けて回転軸９の軸方向位置を拘束する拘束部１１，１２が設けられる。各拘束部１１，１２は、例えば、ワッシャ等からなるストッパ片から成る。回転軸９の両端部には、これら拘束部１１，１２の抜け止め用の止め輪が設けられる。

キャリア１９には、複数のローラ軸２３が周方向に間隔を空けて設けられている。各ローラ軸２３の両端部が、インナ側ディスク，アウタ側ディスクにわたって支持されている。すなわち両ディスクには、それぞれ長孔から成る軸挿入孔が複数形成され、各軸挿入孔に各ローラ軸２３の両端部が挿入されてこれらローラ軸２３が各軸挿入孔の範囲で径方向に移動自在に支持される。複数のローラ軸２３における軸方向両端部には、それぞれ、これらローラ軸２３を径方向内方に付勢する弾性リング２４が掛け渡されている。

各ローラ軸２３に、遊星ローラ２２が回転自在に支持され、各遊星ローラ２２は、回転軸９の外周面と、直動部１４の内周面との間に介在される。複数のローラ軸２３に渡って掛け渡された弾性リング２４の付勢力により、各遊星ローラ２２が回転軸９の外周面に押し付けられる。回転軸９が回転することで、この回転軸９の外周面に接触する各遊星ローラ２２が接触摩擦により回転する。遊星ローラ２２の外周面には、直動部１４の螺旋突起に噛合する螺旋溝が形成されている。

減速機構３は、電動モータ２（図２参照）の回転を、回転軸９に固定された出力ギヤ２５に減速して伝える機構であり、複数のギヤ列（図示せず）を含む。この例では、減速機構３は、電動モータ２の図示外のロータ軸に取り付けられた入力ギヤ（図示せず）の回転を前記ギヤ列により順次減速して、出力ギヤ２５に伝達可能としている。
前記ロック機構は、直動機構４の制動力弛み動作を阻止するロック状態と許容するアンロック状態とにわたって切換え可能に構成されている。

図２は、この電動ブレーキ装置の制御系のブロック図である。この電動ブレーキ装置の制御装置７は、ＥＣＵ２６に設けられるブレーキ力指令手段２６ａと、インバータ装置２７とを有する。インバータ装置２７の上位制御手段であるＥＣＵ２６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。ブレーキ力指令手段２６ａは、ブレーキ操作手段２９であるブレーキペダルの操作量に応じて変化するセンサ２９ａの出力に応じて、目標とするブレーキ力の指令値を生成し出力する。

インバータ装置２７は、摩擦パッド６（図１）をブレーキロータ５（図１）に押し付けるブレーキ力の推定値を求めるブレーキ力推定手段３０と、各電動モータ２に対して設けられたパワー回路部３１と、このパワー回路部３１を制御するモータコントロール部３２と、後述する警告信号出力手段３３と、電流検出手段３４とを有する。

ブレーキ力推定手段３０は、ブレーキ操作手段２９の操作量に応じて変化するセンサ２９ａの出力と、電流検出手段３４で検出されるモータ電流とから、相応のブレーキ力の推定値を演算により求める。前記センサ２９ａの出力、モータ電流、およびブレーキ力の推定値の関係は、予め、実験やシミュレーション等の結果により定められ、記録手段３４に書換え可能に記録されている。

ブレーキ力推定手段３０は、この他に、直動機構４の軸方向荷重を検出する荷重センサ１３を含むものとしても良い。この場合、制御装置７は、直動部１４（図１）がブレーキロータ５（図１）から離反した位置からアウトボード側に前進させてこの荷重センサ１３で検出可能な最小な検出値つまりブレーキ力を取得する。ブレーキ操作手段２９をさらに踏込む操作量に従って、荷重センサ１３で検出されるブレーキ力は次第に大きくなる。この荷重センサ１３の検出値を用いることで、ブレーキ力を精度良く検出し得る。その他、電流検出手段３４で検出されるモータ電流からモータトルクを推定するトルク推定手段３８を設け、このトルク推定手段３８で推定されるトルクを用いてブレーキ力を推定しても良い。

モータコントロール部３２は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、および電子回路により構成される。モータコントロール部３２は、ブレーキ力指令手段２６ａから与えられるブレーキ力の指令値およびブレーキ力推定手段３０で推定されるブレーキ力の推定値に応じて、電圧値による電流指令に変換して、この電流指令をパワー回路部３１に与える。モータコントロール部３２は、電動モータ２に関する各検出値や制御値等の各情報をＥＣＵ２６に出力する機能を有する。

パワー回路部３１は、電源３５の直流電力を電動モータ２の駆動に用いる３相の交流電力に変換するインバータ３１ｂと、このインバータ３１ｂを制御するＰＷＭ制御部３１ａとを有する。電動モータ２は３相の同期モータ等からなる。この電動モータ２には、ロータ（図示せず）の回転角を検出するモータ回転角検出手段２８が設けられている。インバータ３１ｂは、複数の半導体スイッチング素子（図示せず）で構成され、ＰＷＭ制御部３１ａは、入力された電流指令をパルス幅変調し、前記各半導体スイッチング素子にオンオフ指令を与える。

モータコントロール部３２は、その基本となる制御部としてモータ駆動制御部３６を有する。このモータ駆動制御部３６は、前述のブレーキ力の指令値および推定値に従い、電圧値による電流指令に変換して、パワー回路部３１のＰＷＭ制御部３１ａに電流指令からなるモータ動作指令値を与える。モータ駆動制御部３６は、ブレーキ力の指令値に対し、インバータ３１ｂから電動モータ２に流すモータ電流を電流検出手段３４から得て、電流フィードバック制御を行う。またモータ駆動制御部３６は、電動モータ２のロータ（図示せず）の回転角すなわちモータ回転角をモータ回転角検出手段２８から得て、モータ回転角に応じた効率的なモータ駆動が行えるように、ＰＷＭ制御部３１ａに電流指令を与える。

モータコントロール部３２には、パッド摩耗量推定手段３７および記録手段３４等が設けられる。パッド摩耗量推定手段３７は、モータ回転角検出手段２８で検出されるモータ回転角と、ブレーキ力推定手段３０で求められるブレーキ力との相関を、摩擦パッド６（図１）が非摩耗時のモータ回転角とブレーキ力との定められた相関と比較して、現時点の摩擦パッド６(図１)の摩耗量を推定する。

インバータ装置２７には、警告信号出力手段３３が設けられる。この警告信号出力手段３３は、パッド摩耗量推定手段３７で推定される摩擦パッド６の摩耗量が閾値以上のときＥＣＵ２６に警告信号を出力する。前記閾値は記録手段３４に書換え可能に記録される。車両におけるコンソールパネル等に、例えば、ディスプレイ、警告灯、または音声出力装置等の警告表示等出力手段４０が設けられる。ＥＣＵ２６は、警告信号出力手段３３から警告信号が入力されると、警告表示等出力手段４０に警告表示等を出力させる。車両の運転者は、出力される警告表示等により、摩擦パッド６の摩耗限界が近いことを認識し得る。

図３は、電動ブレーキ装置における、パッド摩耗の程度に応じたモータ回転角とブレーキ力の相関の一例を示す図である。以後、図１，図２も適宜参照しつつ説明する。
モータ回転角とブレーキ力の相関は、主に、ブレーキキャリパの剛性と、摩擦パッドの圧縮剛性と、直動アクチュエータの剛性とにより支配される。これらのうち、前記ブレーキキャリパおよび前記直動アクチュエータの剛性は概ね線形であり、ブレーキ継続使用中も変化せずほぼ既知である。また一般には、摩擦パッドの摩耗量に対してブレーキロータの摩耗量は少なく、またブレーキ全体の剛性に対してブレーキロータの圧縮変形量は極めて小さいため、ブレーキロータ摩耗によるブレーキ全体の剛性への影響はほぼ皆無である。

一方で、摩擦パッドの圧縮剛性はブレーキロータ等と比べて非常に低く、ブレーキ全体の剛性への影響が大きいため、摩擦パッドの摩耗が進行し摩擦パッドの剛性が高くなるに従って、ブレーキ全体の剛性が高くなる。したがって、パッド摩耗量推定手段３７は、非摩耗時のモータ回転角とブレーキ力との定められた相関と、現時点のモータ回転角とブレーキ力との相関の変化より、摩擦パッド６の摩耗量を推定可能である。摩擦パッド６は、図３の実線で示すように、この摩擦パッドの非摩耗時では、モータ回転角とブレーキ力の相関につき非線形性が強く表れる。同図３の点線で示すように、パッド摩耗量が「中」の状態では、前記相関は非摩耗時よりも線形に近づく。同図３の一点鎖線で示すように、パッド摩耗量が多い摩耗限界に達した状態では、前記相関はパッド摩耗量が「中」の状態よりもさらに線形に近づく。

図４は、この電動ブレーキ装置のブレーキ力とモータ回転角の相関によるパッド摩耗量の検出例を示す図である。一定のブレーキ力Ｆすなわちパッド押圧力を発揮するのに必要なモータ回転角θは、摩擦パッド６の摩耗後の状態ではモータ回転角θ´に変化する。前記ブレーキ力Ｆはブレーキ力推定手段３０で推定される。モータ回転角θ（θ´）はモータ回転角検出手段２８で検出される。パッド摩耗量推定手段３７は、モータ回転角の変化量とパッド摩耗量との関係を定めたマップ等から、摩擦パッド６の摩耗量を精度良く推定し得る。

図５は、この電動ブレーキ装置において、ブレーキ力の変化時のモータ回転角の変化率よりパッド摩耗量を推定する例を示す図である。前述のように、パッド摩耗の進行に従って、モータ回転角とブレーキ力の相関は線形に近づいていく。そうすると、ブレーキ力とモータ回転角のいずれか一方の値が、定められた値以上増え続けるまたは減り続ける条件において、ブレーキ力が例えばＦ_１からＦ_２に変化したときの、モータ回転角の変化率Δθ（Δθ´）を検出することにより、モータ回転角とブレーキ力の相関が非線形を維持しているか線形に近づいているか、すなわちパッド摩耗の進行具合を判定し得る。
なおパッド摩耗量を推定する場合に、モータ回転角θとブレーキ力Ｆそれぞれの変化率の相関を用いても良い。すなわち定められたモータ回転角θにおけるｄＦ／ｄθの値、または定められたブレーキ力Ｆにおけるｄθ／ｄＦの値を用いても良い。

図６は、この電動ブレーキ装置において、ブレーキ力とモータ回転角の相関の非線形性の強さによりパッド摩耗量を推定する例を示す図である。この電動ブレーキ装置におけるパッド摩耗量推定手段３７は、線形性判定部４１と、摩耗量推定部４２とを有する。線形性判定部４１は、ブレーキ力とモータ回転角のいずれか一方に対する他方の変化率の変化から、ブレーキ力とモータ回転角の相関の線形性の強さを判定する。摩耗量推定部４２は、線形性判定部４１により判定される前記相関の線形性の強さが閾値以上となったブレーキ力またはモータ回転角から、摩擦パッド６（図１参照）の摩耗量を推定する。

線形性判定部４１は、ブレーキ力とモータ回転角のいずれか一方に対する他方の変化率の変化を、例えば、各パラメータを２回微分することにより求めて相関の線形性の強さを検出する。このときブレーキ力が極めて低い領域は、検出精度が安定しない可能性があるため、定められたブレーキ力以上または定められたモータ回転角以上の条件を別途設けても良い。前記定められたブレーキ力、または、前記定められたモータ回転角は、それぞれ実験やシミュレーション等の結果から、検出精度が安定するブレーキ力の最小値、または検出精度が安定するモータ回転角の最小角を基準として定められる。

図７は、この電動ブレーキ装置において、ブレーキ力とモータ回転角の変化率の相関を用いてパッド摩耗量を推定するフローチャートである。例えば、この電動ブレーキ装置を搭載する車両が一時的にまたは継続的に駐車している条件で本処理を開始し、パッド摩耗量推定手段３７は、後述するステップａ７の前までに、ブレーキ力が単調増加または単調減少（これらを総称して単調変化）しているか否かを判定する。すなわちパッド摩耗量推定手段３７は、ブレーキ力推定手段３０から現在の時間ｔにおけるブレーキ力Ｆ（ｔ）を取得する（ステップａ１）。

次に、パッド摩耗量推定手段３７は、前記ブレーキ力Ｆ（ｔ）から、時間ｔよりも遡った時間（ｔ−１）のブレーキ力Ｆ（ｔ−１）を減じた値ｄＦ１を算出する（ステップａ２）。次に、パッド摩耗量推定手段３７は、ブレーキ力Ｆ（ｔ−１）から、時間（ｔ−１）よりも遡った時間（ｔ−２）のブレーキ力Ｆ（ｔ−２）を減じた値ｄＦ２を算出する（ステップａ３）。これら算出された値ｄＦ１，ｄＦ２は、例えば、記録手段３４に一時的に記録される。

次に、パッド摩耗量推定手段３７は、算出された値ｄＦ１とｄＦ２の正負が一致するかを判定する（ステップａ４）。両値の正負が一致していない、つまりブレーキ力が単調変化していないとの判定で（ステップａ４：ｎｏ）、パッド摩耗量推定手段３７は、カウンタをクリアしてカウンタ値を零にリセットする（ステップａ５）。その後ステップａ７に移行する。両値の正負が一致する、つまりブレーキ力が単調変化で推移しているとの判定で（ステップａ４：ｙｅｓ）、パッド摩耗量推定手段３７はカウンタを加算する（ステップａ６）。

次に、パッド摩耗量推定手段３７は、カウンタ値が定められたΔｔ以上か判定する（ステップａ７）。例えば、実験やシミュレーション等から、パッド摩耗量を推定可能なブレーキ力の変化があることを条件に前記Δｔが定められる。カウンタ値が定められたΔｔ未満であるとの判定で（ステップａ７：ｎｏ）本処理を終了し、カウンタ値が定められたΔｔ以上であるとの判定で（ステップａ７：ｙｅｓ）ステップａ８に移行する。

次に、パッド摩耗量推定手段３７は、モータ回転角の変化率（θ（ｔ）−θ（ｔ−Δｔ））をブレーキ力の変化率（Ｆ（ｔ）−Ｆ（ｔ−Δｔ））で除したαを算出する（ステップａ８）。その後、パッド摩耗量推定手段３７は、ブレーキ力Ｆ（ｔ）、前記α、および、ブレーキ力とモータ回転角のそれぞれの変化率とパッド摩耗量との関係を定めたマップより、摩擦パッド６の摩耗量を取得する（ステップａ９）。その後本処理を終了する。

図８は、電動ブレーキ装置において、ブレーキ力とモータ回転角の相関が線形に近づく際のモータ回転角またはブレーキ力からパッド摩耗量を推定するフローチャートである。例えば、図７と同様の条件を本処理を開始し、線形性判定部４１は、モータ回転角の変化率（θ（ｔ）−θ（ｔ−Δｔ））をブレーキ力の変化率（Ｆ（ｔ）−Ｆ（ｔ−Δｔ））で除したα（Ｆ）を求める（ステップｂ１）。

次に、線形性判定部４１は、求められたα（Ｆ）からα（Ｆ−ΔＦ）を減じた絶対値が所定値以下か否かを判定する（ステップｂ２）。つまり線形性判定部４１が、ブレーキ力とモータ回転角の相関の線形性の強さである前記絶対値の大きさを判定する。前記絶対値が所定値以下のとき前記相関の線形性の強さが閾値以上となり、その後のステップｂ３においてパッド摩耗量を取得し得る。
図７，図８において、ブレーキ力すなわちパッド押圧力を基準に検出する例を示しているが、パッド押圧力、モータ回転角のいずれの基準のパラメータとしても良い。

前記絶対値が所定値より大きいとの判定で（ステップｂ２：ｎｏ）、本処理を終了する。前記絶対値が所定値以下との判定で（ステップｂ２：ｙｅｓ）、摩耗量推定部４２は、ブレーキ力とパッド摩耗量の相関よりパッド摩耗量を取得する（ステップｂ３）。その後本処理を終了する。

以上説明した電動ブレーキ装置によると、摩擦パッド６の摩耗の進行が随時検出可能となることで、摩擦パッド６の摩耗が摩耗限界を超えて進行することを未然に防止できる。摩耗パッド６が摩耗限界を迎えるタイミングをある程度予測することで、前記摩耗限界を迎えるタイミング前の適切な時期にこの電動ブレーキ装置の保守作業を実施することができる。

また電動ブレーキ装置の電動モータ２に本来設けられているモータ回転角検出手段２８を用いて、モータ回転角とブレーキ力との相関を監視して定められた相関と比較するだけで、摩擦パッド６の摩耗を推定することができる。このため、専用のセンサ等を追加する必要がなくなるため、スライドピンとキャリパの相対位置からパッド摩耗量を推定する前記（４）の手法よりもコスト低減を図れる。また前記専用のセンサを熱や振動から保護するケース等も不要となるため、前記（４）のものよりスペースの低減を図れる。

図２に示すように、パッド摩耗量推定手段３７に摩耗限界到達時間出力手段４３を設けても良い。この摩耗限界到達時間出力手段４３は、定められた時間における前記摩耗量の差分から摩擦パッド６が摩耗限界に達するまでの時間を予測し、この予測時間を警告信号出力手段３３を介してＥＣＵ２６に出力する。ＥＣＵ２６は、警告信号出力手段３３から予測時間が入力されると、警告表示等出力手段４０に警告表示等を出力させる。車両の運転者は、出力される警告表示等により、摩擦パッド６の摩耗限界が近いことを認識し得る。

１…ハウジング
２…電動モータ
４…直動機構
５…ブレーキロータ
６…摩擦パッド
７…制御装置
９…回転軸
１３…荷重センサ
２６ａ…ブレーキ力指令手段
２８…モータ回転角検出手段
２９…ブレーキ操作手段
３０…ブレーキ力推定手段
３３…警告信号出力手段
３７…パッド摩耗量推定手段
４１…線形性判定部
４２…摩耗量推定部
４３…摩耗限界到達時間出力手段

Claims (5)

1. 電動モータと、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させる摩擦パッドと、前記電動モータが制動力を発生させるための回転運動を前記摩擦パッドの運動に変換する伝達機構と、ブレーキ操作手段の操作量から目標とするブレーキ力の指令値を生成するブレーキ力指令手段と、前記摩擦パッドを前記ブレーキロータに押し付けるブレーキ力の推定値を求めるブレーキ力推定手段と、前記電動モータの回転角を検出するモータ回転角検出手段と、前記ブレーキ力の指令値および推定値に応じて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、
   前記制御装置に、前記摩擦パッドの摩耗量を推定するパッド摩耗量推定手段を備え、
   前記パッド摩耗量推定手段は、
   前記モータ回転角検出手段で検出されるモータ回転角と前記ブレーキ力推定手段で求められるブレーキ力との相関を、前記摩擦パッドが非摩耗時のモータ回転角とブレーキ力との定められた相関と比較して、現時点の前記摩擦パッドの摩耗量を推定するものであり、
   前記パッド摩耗量推定手段は、前記ブレーキ力と前記モータ回転角のいずれか一方の値が、定められた値以上増え続けるまたは減り続ける条件で、前記ブレーキ力と前記モータ回転角それぞれの変化率の相関から、前記摩擦パッドの摩耗量を推定することを特徴とする電動ブレーキ装置。
2. 電動モータと、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させる摩擦パッドと、前記電動モータが制動力を発生させるための回転運動を前記摩擦パッドの運動に変換する伝達機構と、ブレーキ操作手段の操作量から目標とするブレーキ力の指令値を生成するブレーキ力指令手段と、前記摩擦パッドを前記ブレーキロータに押し付けるブレーキ力の推定値を求めるブレーキ力推定手段と、前記電動モータの回転角を検出するモータ回転角検出手段と、前記ブレーキ力の指令値および推定値に応じて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、
   前記制御装置に、前記摩擦パッドの摩耗量を推定するパッド摩耗量推定手段を備え、
   前記パッド摩耗量推定手段は、
   前記モータ回転角検出手段で検出されるモータ回転角と前記ブレーキ力推定手段で求められるブレーキ力との相関を、前記摩擦パッドが非摩耗時のモータ回転角とブレーキ力との定められた相関と比較して、現時点の前記摩擦パッドの摩耗量を推定するものであり、
   前記パッド摩耗量推定手段は、
   前記ブレーキ力と前記モータ回転角のいずれか一方に対する他方の変化率の変化から、前記ブレーキ力と前記モータ回転角の相関の線形性の強さを判定する線形性判定部と、
   この線形性判定部により判定される前記相関の線形性の強さが閾値以上となった前記ブレーキ力または前記モータ回転角から、前記摩擦パッドの摩耗量を推定する摩耗量推定部と、
   を有する電動ブレーキ装置。
3. 電動モータと、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させる摩擦パッドと、前記電動モータが制動力を発生させるための回転運動を前記摩擦パッドの運動に変換する伝達機構と、ブレーキ操作手段の操作量から目標とするブレーキ力の指令値を生成するブレーキ力指令手段と、前記摩擦パッドを前記ブレーキロータに押し付けるブレーキ力の推定値を求めるブレーキ力推定手段と、前記電動モータの回転角を検出するモータ回転角検出手段と、前記ブレーキ力の指令値および推定値に応じて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、
   前記制御装置に、前記摩擦パッドの摩耗量を推定するパッド摩耗量推定手段を備え、
   前記パッド摩耗量推定手段は、
   前記モータ回転角検出手段で検出されるモータ回転角と前記ブレーキ力推定手段で求められるブレーキ力との相関を、前記摩擦パッドが非摩耗時のモータ回転角とブレーキ力との定められた相関と比較して、現時点の前記摩擦パッドの摩耗量を推定するものであり、
   前記パッド摩耗量推定手段で推定される摩擦パッドの摩耗量が閾値以上のとき、前記制御装置の上位制御手段に警告信号を出力する警告信号出力手段を前記制御装置に備えた電動ブレーキ装置。
4. 電動モータと、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させる摩擦パッドと、前記電動モータが制動力を発生させるための回転運動を前記摩擦パッドの運動に変換する伝達機構と、ブレーキ操作手段の操作量から目標とするブレーキ力の指令値を生成するブレーキ力指令手段と、前記摩擦パッドを前記ブレーキロータに押し付けるブレーキ力の推定値を求めるブレーキ力推定手段と、前記電動モータの回転角を検出するモータ回転角検出手段と、前記ブレーキ力の指令値および推定値に応じて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、
   前記制御装置に、前記摩擦パッドの摩耗量を推定するパッド摩耗量推定手段を備え、
   前記パッド摩耗量推定手段は、
   前記モータ回転角検出手段で検出されるモータ回転角と前記ブレーキ力推定手段で求められるブレーキ力との相関を、前記摩擦パッドが非摩耗時のモータ回転角とブレーキ力との定められた相関と比較して、現時点の前記摩擦パッドの摩耗量を推定するものであり、
   定められた時間における前記摩耗量の差分から前記摩擦パッドが摩耗限界に達するまでの時間を予測し、この予測時間を前記制御装置の上位制御手段に出力する摩耗限界到達時間出力手段を前記制御装置に備えた電動ブレーキ装置。
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、前記ブレーキ力推定手段は、前記伝達機構の軸方向荷重を検出する荷重センサの検出値を用いる電動ブレーキ装置。

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