JP2021509378A - ブレーキアクチュエータ及び関連する制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
−経時的に、モータが流す電流及びモータの端子間の電圧を測定し、
−カルマンフィルタを実行することによって、モータが流すフィルタリング後の電流及びモータのシャフトのフィルタリング後の回転速度を、測定した電流及び電圧に基づいて計算し、
−アクチュエータが生成するクランプ力を、モータが流すフィルタリング後の電流及びモータのシャフトのフィルタリング後の回転速度に基づいて計算し、
−クランプ力の計算値が所定の設定点に達したときに、モータの停止を制御するように構成された計算機を含む、ブレーキアクチュエータである。
−ブレーキ部材が、モータシャフトとブレーキパッドとの間に配置された減速機を更に含み、ブレーキパッドが、減速機の出力スクリューに取り付けられており、計算機が、以下のようなクランプ力を計算するように構成され、
ここで、Fは、Nで表されるクランプ力であり、
Kは、モータの起電力定数であり、
Jは、モータの慣性モーメントであり、
fは、モータの粘性摩擦係数であり、
ηは、ブレーキ部材の効率であり、
rは、減速機の減速機比であり、
Sは、減速機の出力スクリューのピッチであり、
d/dtは、「時間微分」演算子であり、
iは、モータが流すフィルタリング後の電流であり、
i0は、ブレーキ部材の無負荷電流であり、
ωは、モータのシャフトのフィルタリング後の角回転速度であり、
ω0は、ブレーキ部材の無負荷角回転速度であり、
計算機は、モータが定常状態動作にある時間間隔の間に、モータが流す電流及びモータの電気端子間の電圧の測定値に基づき、無負荷電流及び無負荷角回転速度を測定するように構成され、
カルマンフィルタは、以下のように与えられる状態モデルを有し、
ここで、Aは、Rがモータの内部抵抗であり、Kがモータの磁気定数であり、Jがモータの慣性モーメントであり、fがモータの粘性摩擦係数であり、Lがモータの内部インダクタンスである、以下のように表されるカルマンフィルタの状態遷移行列であり、
−計算機は、
・アクチュエータを起動する指令に対応する初期瞬間から、モータに電気エネルギーを供給させ、
・初期瞬間と、それに続く最終瞬間との間の時間間隔の間、モータが流す電流の値を記憶し、
・所定のモデルのパラメータを最適化して、モータの内部抵抗の値及び/又はモータの磁気定数の値を測定し、
・カルマンフィルタの状態遷移行列の係数を、モータの内部抵抗の測定値及び/又はモータの磁気定数の測定値として更新するように構成され、
−カルマンフィルタは、以下の数式に等しい数量を含み、
ここで、Aは、カルマンフィルタの状態遷移行列であり、
Teは、カルマンフィルタの状態ベクトルの連続する2つの予測を隔てる時間間隔であり、
Iは、状態遷移行列の階数に等しい階数の「単位」行列であり、
「!」は、「階乗」演算子であり、
mは、ゼロ以外の所定の自然整数であり、
計算機は、昇べきの順に、項(A.Te)のべき指数を連続的に計算するように構成され、pが1とmとの間に含まれる任意の整数である、得られるべき指数(A.Te)pが、項(A.Te)によって事前に計算されたひとつ下のべき指数(A.Te)p−1を乗算することで求められる。
−モータに電気エネルギーを供給するステップと、
−経時的に、モータが流す電流及びモータの端子間の電圧を測定するステップと、
−カルマンフィルタを実行することによって、モータが流すフィルタリング後の電流及びモータのシャフトのフィルタリング後の回転速度を、測定した電流及び電圧に基づいて計算するステップと、
−アクチュエータが生成するクランプ力を、モータが流すフィルタリング後の電流の値及びモータのシャフトのフィルタリング後の回転速度の値に基づいて計算するステップと、
−クランプ力の計算値が所定の設定点に達したときに、モータの停止を制御するステップとを含む方法である。
ここで、Fは、N(ニュートン)で表されるクランプ力であり、Kは、N.m.A−1(アンペア毎ニュートンメートル)で表され、「磁気定数」とも呼ばれる、モータ10の起電力定数であり、Jは、N.m.s2.rad−1(ラジアン毎ニュートンメートル毎秒毎秒)で表されるモータ10の慣性モーメントであり、fは、N.m.s.rad−1で表される、モータ10の粘性摩擦係数であり、ηは、ブレーキ部材6の無次元効率であり、rは、減速機12の無次元減速機比であり、Sは、mで表される、減速機12の出力スクリュー16のピッチであり、d/dtは、「時間微分」演算子であり、iは、Aで表される、モータ10が流す電流であり、i0は、後述する、ブレーキ部材6の無負荷電流であり、ωは、rad.s−1で表される、モータ10のシャフト14の角回転速度であり、ω0は、後述する、ブレーキ部材6の無負荷角回転速度である。
ここで、tは、初期瞬間tiから最終瞬間tfまでの間の任意の瞬間であり、i0は、ブレーキ部材6の無負荷電流であり、iMは、初期瞬間tiに得られる電流の最大値であり、τは、モータ10の内部抵抗R及び磁気定数Kを代表する時間定数である。
6:ブレーキ部材
8:計算機
10:モータ
12:減速機
14:シャフト
16:出力スクリュー
17:出力スクリューの自由端
18:ブレーキパッド
20:電気端子
22:電気エネルギー源
Claims (7)
- 直流モータ(10)とブレーキパッド(18)とを含んだブレーキ部材(6)を含み、前記モータが、シャフト(14)を備え且つ前記シャフト(14)の回転に伴い前記ブレーキパッド(18)を移動可能に駆動するように構成される、ブレーキアクチュエータ(2)において、
経時的に、前記モータ(10)が流す電流及び前記モータ(10)の端子(20)間の電圧を測定し、
カルマンフィルタを実行することによって、前記モータ(10)が流すフィルタリング後の電流及び前記モータ(10)の前記シャフト(14)のフィルタリング後の回転速度を、測定した電流及び電圧に基づいて計算し、
前記アクチュエータ(2)が生成するクランプ力を、前記モータ(10)が流すフィルタリング後の電流及び前記モータ(10)の前記シャフト(14)のフィルタリング後の回転速度に基づいて計算し、
クランプ力の計算値が所定の設定点に達したときに、前記モータ(10)の停止を制御するように構成された計算機(8)を含むことを特徴とするアクチュエータ(2)。 - 前記ブレーキ部材(6)が、前記モータ(10)の前記シャフト(14)と前記ブレーキパッド(18)との間に配置された減速機(12)を更に含み、前記ブレーキパッド(18)が、前記減速機(12)の出力スクリュー(16)に取り付けられており、
前記計算機(8)が、以下のようなクランプ力を計算するように構成される請求項1に記載のアクチュエータ(2)。
F:Nで表されるクランプ力
K:前記モータ(10)の起電力定数
J:前記モータ(10)の慣性モーメント
f:前記モータ(10)の粘性摩擦係数
η:前記ブレーキ部材(6)の効率
r:前記減速機(12)の減速機比
S:前記減速機(12)の前記出力スクリュー(16)のピッチ
d/dt:「時間微分」演算子
i:前記モータ(10)が流すフィルタリング後の電流
i0:前記ブレーキ部材(6)の無負荷電流
ω:前記モータ(10)の前記シャフト(14)のフィルタリング後の角回転速度
ω0:前記ブレーキ部材(6)の無負荷角回転速度 - 前記計算機(8)が、前記モータ(10)が定常状態動作にある時間間隔の間に、前記モータ(10)が流す電流及び前記モータ(10)の前記電気端子(20)間の電圧の測定値に基づき、前記無負荷電流及び前記無負荷角回転速度を測定するように構成される請求項2に記載のアクチュエータ(2)。
- 前記カルマンフィルタが、以下のように与えられる状態モデルを有し、
ここで、xは、iがモータが流す電流であり、ωがモータのシャフトの角回転速度である、以下のように表される、前記ブレーキ部材(6)の状態ベクトルであり、
ここで、uは、Uが前記モータ(10)の前記端子(20)間の測定電圧であり、Cuが前記モータ(10)の前記シャフト(14)の有効トルクである、以下のように表される入力制御ベクトルであり、
ここで、Aは、Rが前記モータ(10)の内部抵抗であり、Kが前記モータ(10)の磁気定数であり、Jが前記モータ(10)の慣性モーメントであり、fが前記モータ(10)の粘性摩擦係数であり、Lが前記モータ(10)の内部インダクタンスである、以下のように表される前記カルマンフィルタの状態遷移行列であり、
ここで、Bは、以下のように表される前記カルマンフィルタの制御入力行列であり、
ここで、C及びDは、それぞれ以下のような行列である、
請求項1〜3のいずれか一項に記載のアクチュエータ(2)。 - 前記計算機(8)が、
前記アクチュエータ(2)を起動する指令に対応する初期瞬間から、前記モータ(10)に電気エネルギーを供給させ、
初期瞬間と、それに続く最終瞬間との間の時間間隔の間、前記モータ(10)が流す電流の値を記憶し、
所定のモデルのパラメータを最適化して、前記モータ(10)の内部抵抗の値及び/又は前記モータ(10)の磁気定数の値を測定し、
前記カルマンフィルタの状態遷移行列の係数を、前記モータ(10)の内部抵抗の測定値及び/又は前記モータ(10)の磁気定数の測定値として更新するように構成される請求項1〜4のいずれか一項に記載のアクチュエータ(2)。 - 前記カルマンフィルタが、以下の数式に等しい数量を含み、
ここで、Aは、カルマンフィルタの状態遷移行列であり、
Teは、カルマンフィルタの状態ベクトルの連続する2つの予測を隔てる時間間隔であり、
Iは、状態遷移行列の階数に等しい階数の「単位」行列であり、
「!」は、「階乗」演算子であり、
mは、ゼロ以外の所定の自然整数であり、
前記計算機(8)が、昇べきの順に、項(A.Te)のべき指数を連続的に計算するように構成され、pが1とmとの間に含まれる任意の整数である、得られるべき指数(A.Te)pが、項(A.Te)によって事前に計算されたひとつ下のべき指数(A.Te)p−1を乗算することで求められる、請求項1〜5のいずれか一項に記載のアクチュエータ(2)。 - 直流モータ(10)とブレーキパッド(18)とを含み、前記モータ(10)が、シャフト(14)を備え且つ前記シャフト(14)の回転に伴い前記ブレーキパッド(18)を移動可能に駆動するように構成される、ブレーキアクチュエータ(2)を制御する方法であって、
前記モータ(10)に電気エネルギーを供給するステップと、
経時的に、前記モータ(10)が流す電流及び前記モータ(10)の端子(20)間の電圧を測定するステップと、
カルマンフィルタを実行することによって、前記モータ(10)が流すフィルタリング後の電流及び前記モータ(10)の前記シャフト(14)のフィルタリング後の回転速度を、測定した電流及び電圧に基づいて計算するステップと、
前記アクチュエータ(2)が生成するクランプ力を、前記モータ(10)が流すフィルタリング後の電流の値及び前記モータ(10)の前記シャフト(14)のフィルタリング後の回転速度の値に基づいて計算するステップと、
クランプ力の計算値が所定の設定点に達したときに、前記モータ(10)の停止を制御するステップとを含む方法。
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