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WO2015146774A1 - 電動ブレーキ装置 - Google Patents

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Publication number
WO2015146774A1
WO2015146774A1 PCT/JP2015/058219 JP2015058219W WO2015146774A1 WO 2015146774 A1 WO2015146774 A1 WO 2015146774A1 JP 2015058219 W JP2015058219 W JP 2015058219W WO 2015146774 A1 WO2015146774 A1 WO 2015146774A1
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WO
WIPO (PCT)
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brake
rotation angle
pad
motor rotation
wear amount
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/058219
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
唯 増田
Original Assignee
Ntn株式会社
唯 増田
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ntn株式会社, 唯 増田 filed Critical Ntn株式会社
Priority to CN201580016255.XA priority Critical patent/CN106133378B/zh
Priority to EP15767810.3A priority patent/EP3124820B1/en
Publication of WO2015146774A1 publication Critical patent/WO2015146774A1/ja
Priority to US15/272,962 priority patent/US10113601B2/en

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    • F16D66/022—Apparatus for indicating wear using electrical detection or indication means indicating that a lining is worn to minimum allowable thickness
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60T13/00—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems
    • B60T13/74—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive
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    • F16D2125/20—Mechanical mechanisms converting rotation to linear movement or vice versa
    • F16D2125/34—Mechanical mechanisms converting rotation to linear movement or vice versa acting in the direction of the axis of rotation
    • F16D2125/40—Screw-and-nut

Definitions

  • the present invention relates to an electric brake device capable of detecting the progress of wear of a friction pad at any time, avoiding the friction pad from reaching the wear limit, and performing maintenance work or the like at an appropriate time.
  • Patent Document 1 An electric brake device using a motor and a linear motion mechanism.
  • Patent Document 2 A method of detecting a wear limit by a contact terminal embedded in a brake pad.
  • Patent Document 3 A method of detecting the pad wear limit by vibration of a protrusion provided at the same position as the pad wear limit.
  • Patent Document 4 A method of estimating the amount of pad wear from the relative positions of the slide pin and the caliper during braking.
  • the friction pad may be unnecessarily worn.
  • the pad wear is found only after reaching the pad wear limit. For this reason, in a situation where maintenance work cannot be performed immediately, pad wear may proceed beyond the limit. Further, such a method of directly contacting the brake rotor may promote wear of the brake rotor when the pad wear limit is reached.
  • the periphery of the brake cylinder, including the slide pin portion is exposed to severe conditions of heat and vibration. For this reason, when a dedicated sensor for detecting the relative position of the slide pin and the caliper is mounted around the brake cylinder, it is difficult to establish the reliability and durability of the dedicated sensor. In addition, the cost for mounting the dedicated sensor increases, and the case for protecting the dedicated sensor from heat and vibration is required, which may lead to an increase in space.
  • An object of the present invention is to provide an electric brake device that can prevent the pad wear from proceeding beyond the limit and can estimate the wear of the friction pad without increasing cost and space. .
  • the electric motor 2 the brake rotor 5, the friction pad 6 that contacts the brake rotor 5 and generates a braking force
  • the friction pad 6 controls the rotational motion of the electric motor 2.
  • the transmission mechanism 4 for converting the motion to generate power
  • the brake force command means 26a for generating a target brake force command value from the operation amount of the brake operation means 29, and the friction pad 6 are pressed against the brake rotor 5
  • Brake force estimating means 30 for obtaining an estimated value of the brake force
  • motor rotation angle detecting means 28 for detecting the rotation angle of the electric motor 2, and controlling the electric motor 2 according to the command value and the estimated value of the brake force
  • the control device 2 is provided with pad wear amount estimating means 37 for estimating the wear amount of the friction pad 6;
  • the pad wear amount estimation means 37 includes: The correlation between the motor rotation angle detected by the motor rotation angle detection means 28 and the braking force obtained by the brake force estimation means 30 is determined between the motor rotation angle and the braking force
  • the correlation between the motor rotation angle and the braking force is not limited to the direct correlation between the motor rotation angle and the braking force, and may be an indirect correlation such as a change rate.
  • the determined correlation is made up of, for example, a table or the like determined based on results of experiments, simulations, and the like, and is recorded in the recording means 34 so as to be rewritable.
  • the control device 7 causes the pad wear amount estimating means 37 to estimate the wear amount of the friction pad 6 by operating the brake operation means 29.
  • the operating subject of the brake operating means 29 may be the control device 7 or the driver.
  • the pad wear amount estimating means 37 calculates the correlation between the motor rotation angle detected by the motor rotation angle detecting means 28 and the brake force obtained by the brake force estimating means 30, and the motor rotation when the friction pad 6 is in a non-wearing state. Compare with the defined correlation between angle and braking force.
  • the pad wear amount estimation means 37 estimates the wear amount of the friction pad 6 from this comparison result.
  • the correlation between the motor rotation angle and the brake force is mainly governed by the brake caliper stiffness, the friction pad compression stiffness, the brake rotor compression stiffness, and the linear actuator stiffness.
  • the rigidity of the brake caliper and the linear motion actuator is almost linear, and is almost known without changing during continuous use of the brake.
  • the amount of wear of the brake rotor is small relative to the amount of wear of the friction pad, and the amount of compressive deformation of the brake rotor is extremely small compared to the rigidity of the entire brake. Is almost nothing.
  • the pad wear amount estimating means 37 calculates the wear amount of the friction pad 6 based on a predetermined correlation between the motor rotation angle and the brake force when not worn and a change in the correlation between the current motor rotation angle and the brake force. It can be estimated. For example, the motor rotation angle ⁇ necessary for exerting a constant braking force, that is, the pad pressing force F, changes to the motor rotation angle ⁇ ′ as the friction pad 6 wears.
  • the pad wear amount estimation means 37 can accurately estimate the wear amount of the friction pad 6 from a table or map that defines the relationship between the change amount and the wear amount.
  • the progress of wear of the friction pad 6 can be detected at any time, so that the wear of the friction pad 6 can be prevented from proceeding beyond the wear limit, and the friction pad can be prevented without increasing cost and space. Wear can be estimated. By predicting the timing when the wear pad 6 reaches the wear limit to some extent, the maintenance work of the electric brake device can be performed at an appropriate time before the timing when the wear limit is reached.
  • the motor rotation angle detecting means 28 originally provided in the electric motor 2 of the electric brake device is used to monitor the correlation between the motor rotation angle and the braking force and to compare with the determined correlation. Wear can be estimated. For this reason, since it is not necessary to add a dedicated sensor or the like, the cost can be reduced as compared with the method (4) in which the pad wear amount is estimated from the relative position between the slide pin and the caliper. Further, since a case for protecting the dedicated sensor from heat and vibration is not necessary, the space can be reduced as compared with the case (4).
  • the brake force estimating means 30 may use the detection value of the load sensor 13 that detects the axial load of the transmission mechanism 4.
  • the control device 7 advances the linear motion part 14 of the transmission mechanism 4 from the position away from the brake rotor 5 to the outboard side, and acquires the minimum detection value that can be detected by the load sensor 13, that is, the braking force. .
  • the brake force detected by the load sensor 13 gradually increases in accordance with the operation amount that further depresses the brake operation means 29.
  • the pad wear amount estimating means 37 is a condition in which one of the brake force and the motor rotation angle continues to increase or decrease by a predetermined value or more, and the rate of change of each of the brake force and the motor rotation angle. From this correlation, the wear amount of the friction pad 6 may be estimated. Continuing to increase or decrease more than the predetermined value may be referred to as “monotonic increase” and “monotonic decrease”, respectively. These monotonous increases and monotonous decreases may be collectively referred to as “monotonic changes”.
  • the predetermined value can be determined from the results of experiments and simulations.
  • the friction pad 6 is more non-linear with respect to the correlation between the motor rotation angle and the pad pressing force F than the other rigid elements in a state where the wear is not progressing.
  • the pressure correlation approaches linear.
  • the motor rotation angle when, for example, the pad pressing force changes by ⁇ F from F1 to F2 under the condition that one of the pad pressing force and the motor rotation angle continues to increase or decrease beyond a predetermined value.
  • the rate of change ⁇ before pad friction, ⁇ ′ after pad friction
  • the pad wear amount estimation means 37 includes: A linearity determination unit 41 that determines the strength of the linearity of the correlation between the braking force and the motor rotation angle from the change in the other change rate with respect to either the braking force or the motor rotation angle; A wear amount estimation unit 42 that estimates the wear amount of the friction pad 6 from the brake force or the motor rotation angle at which the linearity of the correlation determined by the linearity determination unit 41 is greater than or equal to a threshold value; It is good also as what has.
  • the threshold is determined, for example, by a result of experiment or simulation.
  • the linearity determination unit 41 detects the change in the other change rate with respect to either the braking force or the motor rotation angle by, for example, differentiating each parameter twice, and detects the strength of the linearity of the correlation. At this time, in the region where the braking force is extremely low, the detection accuracy may not be stable. Therefore, a condition more than a predetermined braking force or a motor rotation angle may be separately provided.
  • the wear amount estimation unit 42 estimates the wear amount of the friction pad 6 from the brake force or the motor rotation angle at which the linearity of the correlation is equal to or greater than a threshold value.
  • a warning signal output means 33 for outputting a warning signal to the host control means 26 of the control device 7 is provided in the control device 7. May be.
  • the threshold value is appropriately determined based on, for example, results of experiments and simulations.
  • the time until the friction pad 6 reaches the wear limit is predicted from the difference of the wear amount in a predetermined time, and the wear limit arrival time output means 43 outputs the predicted time to the upper control means 26 of the control device 7. May be provided in the control device 7.
  • the driver of the vehicle can recognize that the wear limit of the friction pad 6 is close by, for example, a warning display, a warning sound, or the like output from the host control means 26. Therefore, it is possible to perform maintenance work on the electric brake device in which the wear limit of the friction pad 6 is close at an appropriate time before the timing when the wear limit is reached.
  • FIG. 6 is a flowchart for estimating a pad wear amount using a correlation between a braking force and a rate of change of a motor rotation angle in the electric brake device described with reference to FIG. 5.
  • 7 is a flowchart for estimating a pad wear amount from a motor rotation angle or a braking force when a correlation between a braking force and a motor rotation angle approaches a linearity in the electric brake device described with reference to FIG. 6.
  • the electric brake device includes a housing 1, an electric motor 2 (FIG. 2), a speed reduction mechanism 3 that decelerates the rotation of the electric motor, a linear motion mechanism 4 that is a transmission mechanism, a brake It has a rotor 5, a friction pad 6, a lock mechanism (not shown), and a control device 7 for controlling the electric motor.
  • the electric motor is supported on the housing 1.
  • a linear motion mechanism 4 that loads a braking force against the brake rotor 5 (in this example, a disk rotor) by an output of an electric motor is incorporated in the housing 1.
  • the open end of the housing 1 is covered with a cover 8.
  • the linear motion mechanism 4 is a mechanism for converting the rotational motion output from the speed reduction mechanism 3 into a linear motion and bringing the friction pad 6 into contact with and separating from the brake rotor 5.
  • the linear motion mechanism 4 includes a rotary shaft 9 that is rotationally driven by an electric motor, a conversion mechanism unit 10 that converts the rotary motion of the rotary shaft 9 into a linear motion, restraint units 11 and 12, a load meter and a force sensor. And a load sensor 13 also called.
  • the conversion mechanism portion 10 includes a linear motion portion 14, a bearing member 15, an annular thrust plate 16, a thrust bearing 17, a rolling bearing 18, a carrier 19, slide bearings 20 and 21, and a plurality of planetary rollers 22. And have.
  • a cylindrical linear motion portion 14 is supported on the inner peripheral surface of the housing 1 so as to be prevented from rotating and movable in the axial direction.
  • a spiral protrusion is provided that protrudes a predetermined distance radially inward and is formed in a spiral shape.
  • a plurality of planetary rollers 22 are engaged with the spiral protrusions.
  • a bearing member 15 is provided on one axial end side of the linear motion portion 14 in the housing 1.
  • the bearing member 15 has a flange portion extending radially outward and a boss portion.
  • a plurality of rolling bearings 18 are fitted in the boss portions, and the rotary shaft 9 is fitted to the inner ring inner surface of the rolling bearings 18.
  • the rotating shaft 9 is rotatably supported by the bearing member 15 via a plurality of rolling bearings 18.
  • a carrier 19 that can rotate about the rotation shaft 9 is provided on the inner periphery of the linear motion portion 14.
  • the carrier 19 has disks that are arranged to face each other in the axial direction.
  • the disk close to the bearing member 15 may be referred to as an inner disk, and the other disk may be referred to as an outer disk.
  • a side surface facing the inner side disk is provided with a spacing adjusting member that protrudes in the axial direction from the outer peripheral edge portion on the side surface.
  • a plurality of the interval adjusting members are arranged at equal intervals in the circumferential direction. Both the disks are integrally provided by these distance adjusting members.
  • the inner disk is rotatably supported by a sliding bearing 20 fitted between the rotating shaft 9 and the inner disk.
  • a shaft insertion hole is formed in the center of the outer disk, and a slide bearing 21 is fitted in this shaft insertion hole.
  • the outer disk is rotatably supported on the rotary shaft 9 by the slide bearing 21.
  • constraining portions 11 and 12 that receive a thrust load and constrain the axial position of the rotating shaft 9 are provided.
  • Each restraining part 11 and 12 contains the stopper piece which consists of a washer etc., for example.
  • Retaining rings for preventing the restraining portions 11 and 12 from coming off are provided at both ends of the rotating shaft 9.
  • the carrier 19 is provided with a plurality of roller shafts 23 at intervals in the circumferential direction. Both end portions of each roller shaft 23 are supported across the inner side disk and the outer side disk. That is, a plurality of shaft insertion holes each having a long hole are formed in both discs, and both end portions of each roller shaft 23 are inserted into the respective shaft insertion holes, and the roller shafts 23 are radially formed within the range of the respective shaft insertion holes. It is supported movably. Elastic rings 24 that urge the roller shafts 23 inward in the radial direction are respectively hung on both ends in the axial direction of the plurality of roller shafts 23.
  • Each planetary roller 22 is rotatably supported by each roller shaft 23, and each planetary roller 22 is interposed between the outer peripheral surface of the rotary shaft 9 and the inner peripheral surface of the linear motion portion 14.
  • Each planetary roller 22 is pressed against the outer peripheral surface of the rotating shaft 9 by the urging force of the elastic ring 24 spanned across the plurality of roller shafts 23.
  • each planetary roller 22 that contacts the outer peripheral surface of the rotating shaft 9 rotates due to contact friction.
  • On the outer peripheral surface of the planetary roller 22, a spiral groove that meshes with the spiral protrusion of the linear motion portion 14 is formed.
  • the speed reduction mechanism 3 is a mechanism that reduces and transmits the rotation of the electric motor 2 (see FIG. 2) to the output gear 25 fixed to the rotary shaft 9, and includes a plurality of gear trains (not shown). In this example, the speed reduction mechanism 3 can sequentially transmit the rotation of an input gear (not shown) attached to a rotor shaft (not shown) of the electric motor 2 to the output gear 25 by the gear train.
  • the locking mechanism is configured to be switchable between a locked state in which the braking force slack operation of the linear motion mechanism 4 is prevented and an unlocked state in which the braking force slack operation is allowed.
  • FIG. 2 is a block diagram of the control system of this electric brake device.
  • the control device 7 for the electric brake device has a brake force command means 26 a provided in the ECU 26 and an inverter device 27.
  • an electric control unit that controls the entire vehicle is applied as the ECU 26 that is a higher-level control unit of the inverter device 27.
  • the brake force command means 26a uses a predetermined conversion function of a LUT (Look Up Table) or a library (Library) in accordance with the output of the sensor 29a that changes according to the amount of operation of the brake pedal as the brake operation means 29.
  • the command value for the target braking force is generated and output.
  • the brake operation means 29 is not limited to a pedal input type as long as it is a means for an operator to instruct braking, and may be a button input type, a lever input type, or the like.
  • the inverter device 27 includes a brake force estimating means 30 for obtaining an estimated value of a brake force that presses the friction pad 6 (FIG. 1) against the brake rotor 5 (FIG. 1), and a power circuit unit 31 provided for each electric motor 2.
  • the brake force estimating means 30 calculates an estimated value of the corresponding brake force from the output of the sensor 29a that changes according to the operation amount of the brake operating means 29 and the motor current detected by the current detecting means 34, and the LUT or library. Is calculated by using a predetermined conversion function of The relationship between the output of the sensor 29a, the motor current, and the estimated value of the braking force is determined in advance by results of experiments and simulations, and is recorded in the recording means 34 so as to be rewritable.
  • the brake force estimating means 30 may include a load sensor 13 for detecting an axial load of the linear motion mechanism 4.
  • the control device 7 moves the linear motion part 14 (FIG. 1) forward from the position away from the brake rotor 5 (FIG. 1) to the outboard side (FIG. 1), and is the minimum detectable by the load sensor 13.
  • the detected value that is, the braking force is acquired.
  • the brake force detected by the load sensor 13 gradually increases in accordance with the operation amount that further depresses the brake operation means 29. By using the detection value of the load sensor 13, the braking force can be detected with high accuracy.
  • torque estimating means 38 for estimating the motor torque from the motor current detected by the current detecting means 34 may be provided, and the braking force may be estimated using the torque estimated by the torque estimating means 38.
  • the torque estimating means 38 calculates motor torque using, for example, a predetermined conversion function of a LUT or a library, and outputs it as an estimated value.
  • the motor control unit 32 includes a computer having a processor, a ROM (Read Only Memory) having a program executed by the processor, and an electronic circuit such as a RAM (Random Access Memory) and a coprocessor (Co-Processor). Composed.
  • the motor control unit 32 converts the braking force command value given from the braking force command means 26a and the estimated braking force value estimated by the braking force estimation means 30 into a current command expressed by a voltage value.
  • the current command is given to the power circuit unit 31.
  • the motor control unit 32 has a function of outputting information such as detection values and control values related to the electric motor 2 to the ECU 26.
  • the power circuit unit 31 includes an inverter 31b that converts the DC power of the power source 35 into three-phase AC power used to drive the electric motor 2, and a PWM control unit 31a that controls the inverter 31b.
  • the electric motor 2 is composed of a three-phase synchronous motor or the like.
  • the electric motor 2 is provided with motor rotation angle detection means 28 that detects the rotation angle of a rotor (not shown), for example, a rotation angle sensor or a rotary encoder.
  • the inverter 31b is composed of a plurality of semiconductor switching elements (not shown), and the PWM control unit 31a performs pulse width modulation on the input current command and gives an on / off command to each of the semiconductor switching elements.
  • the motor control unit 32 has a motor drive control unit 36 as a basic control unit.
  • This motor drive control unit 36 converts it into a current command represented by a voltage value in accordance with the command value and estimated value of the brake force described above, and sends a motor operation command comprising the current command to the PWM control unit 31a of the power circuit unit 31. Give value.
  • the motor drive control unit 36 obtains a motor current flowing from the inverter 31b to the electric motor 2 from the current detection unit 34 and performs current feedback control with respect to the command value of the braking force.
  • the motor drive control unit 36 obtains the rotation angle of the rotor (not shown) of the electric motor 2, that is, the motor rotation angle from the motor rotation angle detecting means 28, so that efficient motor driving according to the motor rotation angle can be performed.
  • a current command is given to the PWM control unit 31a.
  • the motor control unit 32 is provided with pad wear amount estimation means 37, recording means 34, and the like.
  • the pad wear amount estimation means 37 calculates the correlation between the motor rotation angle detected by the motor rotation angle detection means 28 and the brake force obtained by the brake force estimation means 30 when the friction pad 6 (FIG. 1) is not worn. Compared with a predetermined correlation between the motor rotation angle and the braking force, the current wear amount of the friction pad 6 (FIG. 1) is estimated.
  • the pad wear amount estimation means 37 calculates and outputs an estimated wear amount as a comparison result of two correlation values using, for example, a predetermined comparison function or conversion function of an LUT or a library.
  • the inverter device 27 is provided with warning signal output means 33.
  • the warning signal output means 33 outputs a warning signal to the ECU 26 when the wear amount of the friction pad 6 estimated by the pad wear amount estimation means 37 is equal to or greater than a threshold value.
  • the warning signal output means 33 is realized by a comparator using hardware or software, for example.
  • the threshold value is recorded in the recording means 34 so as to be rewritable.
  • An output means 40 such as a warning display such as a display, a warning light, or an audio output device is provided on a console panel or the like in the vehicle.
  • the ECU 26 causes the warning display or the like output means 40 to output a warning display or the like.
  • the driver of the vehicle can recognize that the wear limit of the friction pad 6 is near based on a warning display or the like that is output.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the correlation between the motor rotation angle (horizontal axis) and the braking force (vertical axis) according to the degree of pad wear in the electric brake device.
  • the correlation between the motor rotation angle and the braking force is mainly governed by the brake caliper stiffness, the friction pad compression stiffness, the brake rotor compression stiffness, and the linear actuator stiffness.
  • the rigidity of the brake caliper and the linear motion actuator is almost linear, and is almost known without changing during continuous use of the brake.
  • the amount of wear of the brake rotor is small relative to the amount of wear of the friction pad, and the amount of compressive deformation of the brake rotor is extremely small compared to the rigidity of the entire brake. Is almost nothing.
  • the pad wear amount estimating means 37 calculates the wear amount of the friction pad 6 based on a predetermined correlation between the motor rotation angle and the brake force when not worn and a change in the correlation between the current motor rotation angle and the brake force. It can be estimated. As shown by the solid line in FIG. 3, the friction pad 6 exhibits a strong non-linearity in the correlation between the motor rotation angle and the braking force when the friction pad is not worn. As shown by the dotted line in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing a detection example of the pad wear amount based on the correlation between the braking force of the electric brake device and the motor rotation angle.
  • the brake force F is estimated by the brake force estimating means 30.
  • the motor rotation angle ⁇ ( ⁇ ′) is detected by the motor rotation angle detection means 28.
  • the pad wear amount estimation means 37 can accurately estimate the wear amount of the friction pad 6 from a table or map that defines the relationship between the change amount of the motor rotation angle and the pad wear amount.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example in which the pad wear amount is estimated from the change rate of the motor rotation angle when the brake force changes in this electric brake device.
  • the correlation between the motor rotation angle and the braking force approaches linear.
  • the brake force changes from, for example, F1 to F2 under the condition that either one of the brake force and the motor rotation angle continues to increase or decrease beyond a predetermined value, the change in the motor rotation angle in the figure.
  • the rate ⁇ ( ⁇ ′) it can be determined whether the correlation between the motor rotation angle and the braking force is maintained nonlinear or close to linear. That is, the progress of pad wear can be determined.
  • the correlation between the change rates of the motor rotation angle ⁇ and the braking force F may be used. That is, the rate of change of the other of the braking force and the motor rotation angle may be used, and the value of dF / d ⁇ at a predetermined motor rotation angle ⁇ or the value of d ⁇ / dF at a predetermined braking force F may be used. It may be used.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example in which the pad wear amount is estimated based on the strength of the nonlinearity of the correlation between the braking force and the motor rotation angle in this electric brake device.
  • the pad wear amount estimation means 37 in the electric brake device in this case includes a linearity determination unit 41 and a wear amount estimation unit 42 as shown in FIG.
  • the linearity determination unit 41 determines the strength of the linearity of the correlation between the braking force and the motor rotation angle from the change in the other change rate with respect to either the braking force or the motor rotation angle.
  • the wear amount estimation unit 42 determines the wear amount of the friction pad 6 (see FIG. 1) from the brake force or the motor rotation angle at which the linearity of the correlation determined by the linearity determination unit 41 is equal to or greater than a threshold value. presume.
  • the wear amount estimation unit 42 receives the brake force and the pad wear amount, and calculates the pad wear amount using a predetermined conversion function of the LUT or the library.
  • the linearity determination unit 41 detects the change in the other change rate with respect to either the braking force or the motor rotation angle by, for example, differentiating each parameter twice, and detects the strength of the linearity of the correlation. To do.
  • the linearity determination unit 41 performs the differential operation twice using a predetermined function of the LUT or library. At this time, in a region where the braking force is extremely low, the detection accuracy may not be stable. Therefore, a condition more than a predetermined braking force or a predetermined motor rotation angle may be separately provided.
  • the determined braking force or the determined motor rotation angle is determined from the results of experiments and simulations, respectively, and the minimum value of the braking force that stabilizes the detection accuracy or the minimum angle of the motor rotation angle that stabilizes the detection accuracy. As a standard.
  • FIG. 7 is a flowchart for estimating the pad wear amount using the correlation between the braking force and the change rate of the motor rotation angle described in FIG. 5, for example, in this electric brake device.
  • this processing is started under the condition that the vehicle on which the electric brake device is mounted is parked temporarily or continuously, and the pad wear amount estimation means 37 has a braking force before step a7 described later. It is determined whether or not it is monotonously increasing or monotonically decreasing (collectively these are monotonically changing).
  • the pad wear amount estimating means 37 acquires the brake force F (t) at the current time t from the brake force estimating means 30 (step a1).
  • the pad wear amount estimating means 37 calculates a value dF1 obtained by subtracting the brake force F (t-1) at the time (t-1) before the time t from the brake force F (t) ( Step a2).
  • the pad wear amount estimation means 37 is a value obtained by subtracting the brake force F (t-2) at the time (t-2) before the time (t-1) from the brake force F (t-1).
  • dF2 is calculated (step a3).
  • the pad wear amount estimation means 37 determines whether the calculated values dF1 and dF2 match (step a4). When it is determined that the two values do not coincide with each other, that is, the brake force does not change monotonously (step a4: no), the pad wear amount estimating means 37 clears the counter and resets the counter value to zero. (Step a5). Thereafter, the process proceeds to step a7. When it is determined that the two values are positive or negative, that is, the braking force is changing monotonously (step a4: yes), the pad wear amount estimating means 37 adds a counter (step a6).
  • the pad wear amount estimation means 37 determines whether or not the counter value is equal to or greater than the set ⁇ t (step a7). For example, ⁇ t is determined on the condition that there is a change in braking force that can estimate the amount of pad wear from experiments and simulations. If it is determined that the counter value is less than the predetermined ⁇ t (step a7: no), the process is terminated, and if it is determined that the counter value is equal to or greater than the predetermined ⁇ t (step a7: yes), the process proceeds to step a8. To do.
  • the pad wear amount estimating means 37 calculates the change rate of the motor rotation angle ( ⁇ (t) ⁇ (t ⁇ t)) by the change rate of the brake force (F (t) ⁇ F (t ⁇ t)). The divided ⁇ is calculated (step a8). Thereafter, the pad wear amount estimating means 37 calculates the friction pad from the brake force F (t), the ⁇ , and the LUT or map that defines the relationship between the change rate of each of the brake force and the motor rotation angle and the pad wear amount. 6 is acquired (step a9). Thereafter, this process is terminated.
  • FIG. 8 is a flowchart for estimating the pad wear amount from the motor rotation angle or the braking force when the correlation between the braking force and the motor rotation angle approaches linear in the electric brake device described with reference to FIG. 6, for example.
  • this processing is started under the same conditions as in FIG. 7, and the linearity determination unit 41 uses the rate of change in motor rotation angle ( ⁇ (t) ⁇ (t ⁇ t)) as the rate of change in brake force (F ( t) ⁇ F (t ⁇ t)) to obtain ⁇ (F) (step b1).
  • the linearity determining unit 41 determines whether or not the absolute value obtained by subtracting ⁇ (F ⁇ F) from ⁇ (F), which corresponds to the second derivative, is equal to or smaller than a predetermined value (step b2). ). That is, the linearity determination unit 41 determines the magnitude of the absolute value that is the strength of the linearity of the correlation between the braking force and the motor rotation angle. When the absolute value is less than or equal to a predetermined value, the strength of the linearity of the correlation is equal to or greater than a threshold value, and the pad wear amount can be acquired in the subsequent step b3. 7 and 8 show an example in which the detection is performed based on the braking force, that is, the pad pressing force, but any reference parameter of the pad pressing force or the motor rotation angle may be used.
  • step b2 If it is determined that the absolute value is greater than the predetermined value (step b2: no), this process is terminated.
  • step b2: yes the wear amount estimation unit 42 acquires the pad wear amount from the correlation between the brake force and the pad wear amount as described above (step b3). Thereafter, this process is terminated.
  • the wear of the friction pad 6 can be prevented from proceeding beyond the wear limit.
  • the maintenance work of the electric brake device can be performed at an appropriate time before the timing when the wear limit is reached.
  • the motor rotation angle detecting means 28 originally provided in the electric motor 2 of the electric brake device is used to monitor the correlation between the motor rotation angle and the braking force and to compare with the determined correlation. Wear can be estimated. For this reason, since it is not necessary to add a dedicated sensor or the like, the cost can be reduced as compared with the method (4) in which the pad wear amount is estimated from the relative position between the slide pin and the caliper. Further, since a case for protecting the dedicated sensor from heat and vibration is not necessary, the space can be reduced as compared with the case (4).
  • the wear limit reaching time output means 43 may be provided in the pad wear amount estimation means 37.
  • the wear limit arrival time output means 43 predicts the time until the friction pad 6 reaches the wear limit from the difference of the wear amount within a predetermined time by using a predetermined calculation function of the LUT or the library.
  • the predicted time is output to the ECU 26 via the warning signal output means 33.
  • the ECU 26 causes the warning display etc. output means 40 to output the predicted time and / or warning display.
  • the driver of the vehicle can recognize that the wear limit of the friction pad 6 is near based on a warning display or the like that is output.

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Abstract

　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、摩擦パッド(6)と、直動機構(4)と、ブレーキ力指令手段(26a)と、ブレーキ力推定手段(30)と、モータ回転角検出手段(28)と、制御装置(7)とを備える。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、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)を制御装置(7)に設ける。

Description

電動ブレーキ装置 関連出願
　本出願は、２０１４年３月２７日出願の特願２０１４－６５２６６の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　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。
　以下、この発明について、理解を容易にするために、便宜上実施形態の符号を参照して説明する。
　こ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であって、
　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を設け、
　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。
　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が非摩耗状態である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テーブルやマップ等から、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、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。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。
　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ものとしても良い。前記の定められた値以上増え続けること、または、減り続けることを、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。前記定められた値は、実験やシミュレーションの結果から定められうる。
　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Ｆ１からＦ２にΔＦだけ変化したときの、モータ回転角の変化率（パッド摩擦前のΔθ、パッド摩擦後の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判定し得、すなわちパッド摩耗の進行具合を判定し得る。
　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とを有するものとしても良い。
　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。
　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に設けても良い。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。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に設けても良い。
　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。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、この発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、この発明に含まれる。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
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。 図５を用いて説明した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。 図６を用いて説明した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を当接および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、荷重計やフォースセンサとも呼ばれる荷重センサ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を含む。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、制動力弛み動作を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、ＬＵＴ（Look Up Table）やライブラリ（Library）の所定の変換関数等を用いて、目標とするブレーキ力の指令値を生成し出力する。なお、ブレーキ操作手段２９は、操作者がブレーキを指示するための手段であれば、ペダル入力式に限られず、ボタン入力式、レバー入力式等であってもよい。
　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、ＬＵＴやライブラリの所定の変換関数等を用いた演算により求める。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（図１）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。トルク推定手段３８は、例えばＬＵＴやライブラリの所定の変換関数等を用いて、モータトルクを算出して推定値として出力する。
　モータコントロール部３２は、プロセッサ（Processor）を有するコンピュータと前記プロセッサで実行されるプログラムを有するＲＯＭ（Read Only Memory）、およびＲＡＭ（Random Access Memory）やコプロセッサ（Co-Processor）等の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、電圧値で表され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、例えば回転角センサやロータリエンコーダ等であ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、電圧値で表され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。パッド摩耗量推定手段３７は、例えばＬＵＴやライブラリの所定の比較関数や変換関数等を用いて、２つの相関値の比較結果として、摩耗量の推定値を算出し出力する。
　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。警告信号出力手段３３は、例えばハードウエアやソフトウエアによるコンパレータで実現される。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（横軸）とブレーキ力（縦軸）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、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。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テーブルやマップ等から、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Ｆ１からＦ２に変化したときの、図中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判定し得る。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、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を用いてよく、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。この場合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、図２に示すように、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、前記の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における変化から、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。摩耗量推定部４２は、ブレーキ力とパッド摩耗量の入力を受けて、ＬＵＴやライブラリの所定の変換関数等を用いて、パッド摩耗量を算出する。
　線形性判定部４１は、前記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前記変化を、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。線形性判定部４１は、ＬＵＴやライブラリの所定の関数等を用いて、この２回微分演算を行う。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、例えば図５を用いて説明した、ブレーキ力とモータ回転角の上記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。まず、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よりも前の時間（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）よりも前の時間（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ＬＵＴやマップより、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、例えば図６を用いて説明した、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と同様の条件で本処理を開始し、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、２回微分に相当する、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、前述の様に、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、ＬＵＴやライブラリの所定の演算関数等を用いて、定められた時間内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、警告信号出力手段３３を介してＥＣＵ２６にこの予測時間を出力する。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に当該予測時間および／または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。
　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる発明の範囲内のものと解釈される。
１…ハウジング
２…電動モータ
４…直動機構（伝達機構）
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 (6)

  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、前記電動モータの回転運動を前記摩擦パッドが制動力を発生させる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であって、
    　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設け、
    　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。
  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電動ブレーキ装置。
  4. 　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。
  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設けた電動ブレーキ装置。
  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、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設けた電動ブレーキ装置。
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