JP6621689B2 - 直動アクチュエータ - Google Patents

Description

この発明は、例えば、自動車用の電動ブレーキ装置等に適用される直動アクチュエータに関する。

ブレーキ操作量から決定したブレーキの目標押圧力と、押圧力センサにて取得した実押圧力の値に応じてモータを制御する電動ブレーキ装置が提案されている（特許文献１）。

特開２０００−２１３５７５号公報

特許文献１では、一つのアクチュエータにて摩擦パッドをブレーキディスクに対して押圧している。このため、要求されるブレーキ荷重が大きい場合には、アクチュエータ（直動機構）が径方向に大きくなり、レイアウト上問題となる。また、径方向に小さい直動機構にて必要な押圧力が発生できたとしても、摩擦パッド全体に均等に圧力が作用しないことで、フェード現象を誘発するかまたは摩擦パッドの摩耗進行（「フェード現象等」という）を助長することがある。
また、二つのアクチュエータにて一つの摩擦パッドを押圧する場合の制御方法については、開示されていない。

この発明の目的は、車両等にこの直動アクチュエータを搭載する場合に、レイアウト上の問題を解消でき、且つ、フェード現象等を抑制することができる直動アクチュエータを提供することである。

この発明の直動アクチュエータ３１は、一つのモータ３０と、二つのピストン２６ａ，２６ｂを含み前記モータ３０の回転運動を前記二つのピストン２６ａ，２６ｂの直線運動に変換する二つの直動機構３３ａ，３３ｂと、前記モータ３０を制御する制御装置１００とを備え、
前記二つの直動機構３３ａ，３３ｂの軸方向の荷重をそれぞれ検出する二つの荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂを備え、
前記制御装置１００は、前記二つの荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂでそれぞれ検出される荷重の合算値を用いて前記モータ３０を制御することを特徴とする。

この構成によると、一つのモータ３０の回転運動は、二つの直動機構３３ａ，３３ｂの二つのピストン２６ａ，２６ｂの直線運動に変換される。二つの荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂは、二つの直動機構３３ａ，３３ｂの軸方向の荷重をそれぞれ検出する。制御装置１００は、これら荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂでそれぞれ検出される荷重の合算値を用いてモータ３０を制御する。このように二つの荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂで検出される荷重の合算値に基づいてモータ３０を制御することで、より正確な荷重制御を行うことが可能となる。
一モータ、二ピストンタイプの直動アクチュエータの場合において、一方のピストン荷重のみを検出する構成とすると、二つのピストンで荷重が発生するタイミングが異なる場合がある。この場合、正確な荷重制御を行うことができない。
この構成によると、制御装置１００は、例えば、与えられる指令値に対し、二つの荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂで検出される荷重の合算値から推定される推定値を追従させるフィードバック制御を行うことで、より正確な荷重制御を行うことが可能となる。なお車速、モータ電流等の検出値が定められた条件を充足するときフィードフォワード制御を行うようにしても良い。前記定められた条件は、設計等によって任意に定める条件であって、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条件を求めて定められる。
この直動アクチュエータ３１を電動ブレーキ装置に適用した場合、より正確な荷重制御を行えるため、フェード現象等を抑制することができる。この直動アクチュエータ３１は、一モータ、二ピストンタイプのため、例えば、二つのモータで二つのピストンをそれぞれ駆動する構造よりも、径方向の小形化を図ることができる。よって直動アクチュエータ３１を車両に搭載する場合のレイアウト上の問題を解消することが可能となる。

前記モータ３０の電流を検出する電流検出手段Ｓｃと、前記モータ３０の回転角を検出する回転角検出手段Ｓｄとを備え、
前記制御装置１００は、
前記各荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂが異常であるか否かを定められた条件に従って判定する異常判定手段１０８と、
この異常判定手段１０８により前記二つの荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂが共に異常ではないと判定されたとき、前記二つの荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂでそれぞれ検出される荷重の合算値を用いて前記モータ３０を制御する通常制御部１１０と、
前記異常判定手段１０８によりいずれか一方の荷重検出手段Ｓａ、（Ｓｂ）が異常であると判定されたとき、異常と判定されていない他方の荷重検出手段Ｓｂ、（Ｓａ）で検出される荷重、前記電流検出手段Ｓｃで検出されるモータ電流、および前記回転角検出手段Ｓｄで検出されるモータ回転角から、定められた条件に従って前記二つの直動機構３３ａ，３３ｂでそれぞれ発生している軸方向の荷重を推定し、この推定値を基に前記モータ３０を制御する異常時制御部１１１と、を有するものとしても良い。
前記異常判定手段１０８における前記定められた条件、前記異常時制御部１１１における前記定められた条件は、それぞれ設計等によって任意に定める条件であって、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条件を求めて定められる。

この構成によると、異常判定手段１０８は各荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂの異常を判定する。二つの荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂが共に正常なとき、通常制御部１１０は、二つの荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂでそれぞれ検出される荷重の合算値を用いてモータ３０を制御する。いずれか一方の荷重検出手段Ｓａ、（Ｓｂ）が異常であると判定されたとき、異常時制御部１１１は、正常である他方の荷重検出手段Ｓｂ、（Ｓａ）で検出される荷重、モータ電流、およびモータ回転角から、二つの直動機構３３ａ，３３ｂでそれぞれ発生している荷重を推定する。異常時制御部１１１は、この推定値を基にモータ３０を制御する。つまり異常時制御部１１１は、正常な荷重検出手段Ｓｂ、（Ｓａ）を用いてアクチュエータ全体の制御を行う。このように一方の荷重検出手段Ｓａ、（Ｓｂ）に異常が発生しても、正常な荷重検出手段Ｓｂ、（Ｓａ）の値を基に二つの直動機構３３ａ，３３ｂでそれぞれ発生している荷重を推定することが可能であり、冗長性が向上する。

前記異常時制御部は、与えられる指令値に対し、前記二つの直動機構３３ａ，３３ｂでそれぞれ発生している軸方向の荷重から推定される各推定値を合算して求められる合算値を追従させるフィードバック制御を行っても良い。この場合、より正確な荷重制御を行うことが可能となる。

この発明の電動ブレーキ装置は、いずれかの直動アクチュエータ３１を備えたことを特徴とする。この場合、要求されるブレーキ荷重が大きい車両にこの電動ブレーキ装置を搭載することができる。またレイアウト上の問題を解消でき、且つ、フェード現象等を抑制することができる。

この発明の直動アクチュエータは、一つのモータと、二つのピストンを含み前記モータの回転運動を前記二つのピストンの直線運動に変換する二つの直動機構と、前記モータを制御する制御装置とを備え、前記二つの直動機構の軸方向の荷重をそれぞれ検出する二つの荷重検出手段を備え、前記制御装置は、前記二つの荷重検出手段でそれぞれ検出される荷重の合算値を用いて前記モータを制御するため、車両等にこの直動アクチュエータを搭載する場合に、レイアウト上の問題を解消でき、且つ、フェード現象等を抑制することができる。

この発明の実施形態に係る電動ブレーキ装置の正面図である。 同電動ブレーキ装置の左側面図である。 図１のIII-III線断面図である。 図３のIV-IV線断面図である。 図４のV-V線端面図である。 図４のVI-VI線端面図である。 図４のVII-VII線断面図である。 図７のVIII-VIII線断面図である。 同電動ブレーキ装置の荷重検出手段の一例を概略示す図である。 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の制御装置の詳細構成を示すブロック図である。 同電動ブレーキ装置の一つのピストンにおける入力軸角度とピストン荷重の関係を示す図である。 同ピストンにおける入力軸トルクとピストン荷重の関係を示す図である。 同電動ブレーキ装置のモータ角度と各ピストン荷重の関係を示す図である。 同制御装置の各過程を段階的に示すフローチャートである。 この発明の他の実施形態に係る電動ブレーキ装置のモータ角度と各ピストン荷重の関係を示す図である。

この発明の実施形態に係る直動アクチュエータおよびこの直動アクチュエータを備えた電動ブレーキ装置を図１ないし図１５と共に説明する。この電動ブレーキ装置は車両に搭載される。図１に示すように、電動ブレーキ装置は、キャリパ６と、電動式の直動アクチュエータ３１と、ブレーキロータ１と、摩擦パッド７，８とを有する。直動アクチュエータ３１は制御装置１００を含む。車両には、車輪毎のブレーキロータ１の外周側部分を囲むようにキャリパ６がそれぞれ設けられる。直動アクチュエータ３１は、摩擦パッド７（図５）をブレーキロータ１に対して当接離隔する駆動を行う。

図２に示すように、キャリパ６は、爪部２２，ピストン収容部２３，および外郭部２４を有する。外郭部２４は、爪部２２およびピストン収容部２３をブレーキロータ１の外径側で連結する。図７に示すように、爪部２２およびピストン収容部２３は、インボード側およびアウトボード側の摩擦パッド７，８を間に挟んで軸方向に互いに向き合うように配置される。

この明細書において、この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。
図１に示すように、キャリパ６のアウトボード側の端部に、爪部２２が設けられる。爪部２２は、ブレーキロータ１のアウトボード側の側面と軸方向で対向する。この爪部２２にアウトボード側の摩擦パッド８が支持されている。

図４に示すように、ピストン収容部２３には、第１，第２のピストン収容孔２５ａ，２５ｂが設けられている。これらピストン収容孔２５ａ，２５ｂは、図２に示すように、ブレーキロータ１の周方向に所定間隔を空けて設けられる。図４に示すように、第１，第２のピストン収容孔２５ａ，２５ｂに、第１，第２のピストン２６ａ，２６ｂがそれぞれ収容される。

第１，第２のピストン２６ａ，２６ｂは、インボード側の摩擦パッド７をブレーキロータ１（図２）の周方向に離れた二箇所で押圧するように平行に配置される。図１に示すように、摩擦パッド７は、ブレーキロータ１のインボード側の側面と軸方向で対向する。
図１に示すように、車両におけるナックル２に、マウント１０が支持される。図２，図３に示すように、マウント１０の長手方向両端部には、ピン支持片１１，１１が設けられる。これらピン支持片１１，１１のそれぞれ端部に、軸方向に互いに平行に延びるスライドピン５，５が設けられる。これらスライドピン５，５に、キャリパ６が軸方向にスライド自在に支持されている。

図６に示すように、制動時、モータ３０の駆動により直動アクチュエータ３１を駆動させることで、図７に示すように、インボード側の摩擦パッド７がブレーキロータ１に当接して、ブレーキロータ１を軸方向に押圧する。その押圧力の反力によりキャリパ６がインボード側にスライドする。これにより、キャリパ６の爪部２２に支持されたアウトボード側の摩擦パッド８がブレーキロータ１に当接する。これらアウトボード側およびインボード側の摩擦パッド８，７で、ブレーキロータ１を軸方向両側から強く挟むことで、ブレーキロータ１に制動力が負荷される。

図４に示すように、直動アクチュエータ３１は、一つのモータ３０と、分配歯車機構３４と、二つの（第１および第２の）直動機構３３ａ，３３ｂと、二つの（第１および第２の）荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂと、モータ３０を制御する制御装置１００（図１）とを有する。直動アクチュエータ３１における、制御装置１００（図１）を除く部分は、キャリパ６に取り付けられている。制御装置１００（図１）は、例えば車体に設置されるが、十分な耐久性、耐環境性能が保証出来ればキャリパ６に搭載しても良い。モータ３０の回転運動は、分配歯車機構３４を介して二つの直動機構３３ａ，３３ｂに伝達され、これら直動機構３３ａ，３３ｂにより直線運動に変換される。これにより摩擦パッド７，８（図１）がブレーキロータ１（図１）に対して当接離隔する。

キャリパ６のインボード側端に、分配歯車機構３４を収容するギヤケース４１が固定されている。このギヤケース４１の側板４２に、モータ３０が固定されている。モータ３０は、このモータ３０のモータ軸３７が、後述する第１および第２の回転軸３２ａ，３２ｂと平行となるように配置される。またモータ３０は、図３に示すように、第１の回転軸３２ａの中心と第２の回転軸３２ｂの中心を結ぶ直線Ｌの位置よりもブレーキロータ１（図２）の半径方向外側の領域に配置される。

図４に示すように、分配歯車機構３４は、入力歯車３５と、第１の減速歯車列３６ａと、第２の減速歯車列３６ｂとを有する。入力歯車３５は、モータ軸３７に同心に連結され同モータ軸３７と一体に回転する。第１の減速歯車列３６ａは、入力歯車３５の回転を減速して第１の回転軸３２ａに伝達する。第２の減速歯車列３６ｂは、入力歯車３５の回転を減速して第２の回転軸３２ｂに伝達する。

第１の減速歯車列３６ａは、入力歯車３５に噛み合う第１の分配歯車３８ａと、第１の回転軸３２ａに同心に固定された第１の出力歯車４０ａと、第１の分配歯車３８ａと第１の出力歯車４０ａの間で回転を伝達する中間歯車３９ａとを有する。入力歯車３５、第１の分配歯車３８ａ、中間歯車３９ａ、第１の出力歯車４０ａは、互いに歯数が異なる。
第１の減速歯車列３６ａは、モータ３０から入力歯車３５に入力された回転を、順次、入力歯車３５、第１の分配歯車３８ａ、中間歯車３９ａ、第１の出力歯車４０ａに伝達することで減速し、減速された回転を第１の出力歯車４０ａから第１の回転軸３２ａに出力する。

第２の減速歯車列３６ｂは、入力歯車３５に噛み合う第２の分配歯車３８ｂと、第２の回転軸３２ｂに同心に固定された第２の出力歯車４０ｂと、第２の分配歯車３８ｂと第２の出力歯車４０ｂの間で回転を伝達する中間歯車３９ｂとを有する。入力歯車３５、第２の分配歯車３８ｂ、中間歯車３９ｂ、第２の出力歯車４０ｂは、互いに歯数が異なる。
第２の減速歯車列３６ｂは、モータ３０から入力歯車３５に入力された回転を、順次、入力歯車３５、第２の分配歯車３８ｂ、中間歯車３９ｂ、第２の出力歯車４０ｂに伝達することで減速し、減速された回転を第２の出力歯車４０ｂから第２の回転軸３２ｂに出力する。

第１の直動機構３３ａについて説明する。
第２の直動機構３３ｂは第１の直動機構３３ａと同様の構成であるため、対応する部分に同一の符号を付して説明を省略する。

図７、図８に示すように、第１の直動機構３３ａは、第１のピストン２６ａ、複数の遊星ローラ５０、キャリア５１、および第１の回転軸３２ａを有する。第１のピストン２６ａは、円筒状に形成され、第１の回転軸３２ａと同心に設けられる。複数の遊星ローラ５０は、第１のピストン２６ａの内周と第１の回転軸３２ａの外周との間に周方向に間隔をおいて設けられる。キャリア５１は、各遊星ローラ５０を自転可能かつ公転可能に保持する。

各遊星ローラ５０は、第１の回転軸３２ａの外周に転がり接触する。第１の回転軸３２ａが回転すると、各遊星ローラ５０は、ローラ軸５２を中心に自転しつつ、第１の回転軸３２ａのまわりを第１のピストン２６ａの内周に沿って公転する。
第１のピストン２６ａは、キャリパ６の第１のピストン収容孔２５ａに支持され、且つ、前記軸方向と平行にスライド可能である。第１のピストン２６ａの内周には、円周方向に対して所定のリード角で斜めに延びる螺旋凸条５３が設けられている。各遊星ローラ５０の外周には、螺旋凸条５３に噛み合う複数の円周溝５４が軸方向に間隔をおいて形成されている。各遊星ローラ５０の外周の軸方向に隣り合う円周溝５４の間隔は、螺旋凸条５３のピッチと同一の大きさとされている。ここでは、遊星ローラ５０の外周にリード角が０度の円周溝５４を設けているが、円周溝５４のかわりに、螺旋凸条５３と異なるリード角をもつ螺旋溝を設けてもよい。

図７に示すように、キャリパ６の第１のピストン収容孔２５ａにおけるインボード側に、軸支持部材６５が設けられている。この軸支持部材６５は、ボス部と、このボス部から径方向外方に延びるフランジ部とを有する。前記ボス部内に複数の転がり軸受６６が嵌合され、各転がり軸受６６の内輪内径面に第１の回転軸３２ａが嵌合されている。第１の回転軸３２ａは、軸支持部材６５に複数の転がり軸受６６を介して回転自在に支持される。

キャリア５１は、一対のディスク５５，５６と、連結部５７と、複数のローラ軸５２とを有する。一対のディスク５５，５６は、遊星ローラ５０等を軸方向に介在させた状態で、軸方向に所定間隔をあけて互いに対向する。連結部５７は、一対のディスク５５，５６を連結する。インボード側のディスク５６は、第１の回転軸３２ａとの間に嵌合されたすべり軸受５８により、第１の回転軸３２ａに回転自在に支持される。アウトボード側のディスク５５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５８が嵌合されている。アウトボード側のディスク５５は、すべり軸受５８により、第１の回転軸３２ａに回転自在に支持される。

複数のローラ軸５２は、一対のディスク５５，５６にわたって円周方向一定間隔おきに支持され、各遊星ローラ５０を自転可能に支持する。ディスク５５，５６には、それぞれ軸挿入孔５９が複数形成されている。各軸挿入孔５９は、径方向に延びる長孔から成る。各軸挿入孔５９に各ローラ軸５２の軸方向両端部が挿入されて、これらローラ軸５２が各軸挿入孔５９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５２における軸方向両端部には、これらローラ軸５２を径方向内方に付勢する弾性リング６０が掛け渡されている。弾性リング６０の付勢力により、各遊星ローラ５０が第１の回転軸３２ａの外周面に押し付けられる。第１の回転軸３２ａが回転することで、この第１の回転軸３２ａの外周面に接する各遊星ローラ５０が接触摩擦により回転する。

荷重検出手段について説明する。
図１０に示すように、第１，第２の荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂは、第１，第２の直動機構３３ａ，３３ｂ（図４）の軸方向の荷重をそれぞれ検出する。第１，第２の荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂは同一構成であり、各直動機構３３ａ，３３ｂ（図４）の同一箇所に設けられる。よって、第１の荷重検出手段Ｓａについてのみ説明し、第２の荷重検出手段Ｓｂについては説明を省略する。

図９に示すように、第１の荷重検出手段Ｓａは、例えば、磁気式のセンサ１２および磁気ターゲット１３を含む。磁気ターゲット１３は、例えば、二個の永久磁石１３ａ，１３ａを有する。図７に示すように、摩擦パッド８がブレーキロータ１を軸方向に押圧するとき、第１の直動機構３３ａにインボード側への反力が作用する。なお、第１の荷重検出手段Ｓａは、軸支持部材６５に設けられている。

図９に示すように、センサ１２および磁気ターゲット１３を含む第１の荷重検出手段Ｓａは、このブレーキ力の反力を軸方向の変位量として磁気的に検出する。磁界の変化を検出する磁気式のセンサ１２として、ダイナミックレンジが可変で且つ安価なホールＩＣが市販されており、入手性に優れる。磁気式のセンサ１２として、ホールＩＣ以外に、例えば、磁気抵抗素子、または磁気インピーダンス素子等を適用しても良い。

制御装置について説明する。
図１０は、この電動ブレーキ装置の制御系のブロック図である。制御装置１００は、ＥＣＵ１０１と、インバータ装置１０２とを有する。インバータ装置１０２の上位制御手段であるＥＣＵ１０１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。ＥＣＵ１０１のブレーキ力指令手段１０１ａは、ブレーキペダル１０３の操作量に応じて変化するセンサ１０３ａ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。このブレーキ力の指令値に基づき、各直動機構３３ａ，３３ｂ（図４）をインバータ装置１０２にて駆動する。

図１１に示すように、インバータ装置１０２は、パワー回路部１０４と、このパワー回路部１０４を制御するモータコントロール部１０５と、警告信号出力手段１０６と、電流検出手段Ｓｃとを有する。
モータコントロール部１０５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１０５は、ブレーキ力指令手段１０１ａから与えられるブレーキ力の指令値に応じた電流指令をパワー回路部１０４に与える。モータコントロール部１０５は、モータ３０に関する検出値および制御値等の各情報をＥＣＵ１０１に出力する機能を有する。

パワー回路部１０４は、電源Ｂｔの直流電力をモータ３０の駆動に用いる３相の交流電力に変換するインバータ１０４ｂと、このインバータ１０４ｂを制御するＰＷＭ制御部１０４ａとを有する。モータ３０は３相の同期モータ等からなる。このモータ３０には、図示外のロータの回転角（モータ回転角）を検出する回転角検出手段Ｓｄが設けられている。インバータ１０４ｂ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１０４ａ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１０５は、基本となる制御部としてのモータ駆動制御部１０７と、異常判定手段１０８とを有する。モータ駆動制御部１０７は、原則として、前述のブレーキ力の指令値に従い、電圧値による電流指令に変換して、パワー回路部１０４のＰＷＭ制御部１０４ａ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１０７は、ブレーキ力の指令値に対し、インバータ１０４ｂからモータ３０に流すモータ電流を電流検出手段Ｓｃ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１０７は、モータ回転角を回転角検出手段Ｓｄ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１０４ａに電流指令を与える。

異常判定手段１０８は、各荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂが異常であるか否かを判定する。異常判定手段１０８はパッド摩耗量推定手段１０９を有する。このパッド摩耗量推定手段１０９は、第１のピストン２６ａ（図４）の入力軸角度と、第１の直動機構３３ａ（図４）の軸方向の荷重（ピストン荷重）との相関を、摩擦パッド７，８（図１）が新品時（非摩耗時）の入力軸角度とピストン荷重との定められた相関と比較して、第１のピストン２６ａ（図４）に対応した現時点の摩擦パッド７，８（図１）の摩耗量を推定する。第１のピストン２６ａ（図４）の入力軸角度θ_Ａは、例えば、第１の回転軸３２ａ（図４）の回転角度を検出する回転角センサＳｅ等によって与えられる。ピストン荷重は、第１の荷重検出手段Ｓａから与えられるセンサ出力である。

パッド摩耗量推定手段１０９は、前記と同様に、第２のピストン２６ｂ（図４）の入力軸角度と、第２の直動機構３３ｂ（図４）の軸方向の荷重（ピストン荷重）との相関を、摩擦パッド７，８（図１）が新品時（非摩耗時）の入力軸角度とピストン荷重との定められた相関と比較して、第２のピストン２６ｂ（図４）に対応した現時点の摩擦パッド７，８（図１）の摩耗量を推定する。第２のピストン２６ｂ（図４）の入力軸角度θ_Ｂは、例えば、第２の回転軸３２ｂ（図４）の回転角度を検出する回転角センサＳｆ等によって与えられる。前記ピストン荷重は、第２の荷重検出手段Ｓｂから与えられるセンサ出力である。なお、図４に示すような分配歯車機構３４を用いた場合、第１の回転軸３２aおよび第２の回転軸３２ｂの回転角度はモータ３０の角度と一致するため、別途回転センサＳｅ、Ｓｆ等を設けなくてもよい。

ここで図１２は、この電動ブレーキ装置の一つのピストンにおける入力軸角度とピストン荷重の関係を示す図である。図１１も適宜参照しつつ説明する。前記入力軸角度とピストン荷重の相関は、主に、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１０９は、摩擦パッド７，８（図１）が新品時の入力軸角度とピストン荷重との定められた相関と、現時点の入力軸角度とピストン荷重との相関の変化より、摩擦パッド７，８（図１）の摩耗量を推定可能である。図１２に示すように、摩擦パッドの新品時では、入力軸角度とピストン荷重との相関につき非線形性が強く表れる。摩擦パッドのフル摩耗時（摩耗限界に達した状態）では、前記相関は線形に近づく。

図１３は、一つのピストンにおける入力軸トルクとピストン荷重の関係を示す図である。前記入力軸トルクは、ブレーキ力の指令値、モータ電流に概ね比例することから、例えば、ブレーキ力指令手段１０１ａ（図１１）から与えられる指令値または電流検出手段Ｓｃ（図１１）から与えられるモータ電流から定められた関係に従って求められる。この電動ブレーキ装置では、主に、第１，第２の直動機構３３ａ，３３ｂ（図４）等の摩擦力の影響によりヒステリシス損失が発生する。

具体的には、ブレーキ力を増加させる際の正効率特性と、ブレーキ力を減少させる際の逆効率特性とは、入力軸トルクに対するピストン荷重の傾きが異なる。ブレーキペダルを踏む込んだ増圧時には、入力軸トルクに対して減圧時よりも緩やかにピストン荷重が増加していく。ブレーキペダルをリリースした減圧時には、入力軸トルクに対して増圧時よりも急峻にピストン荷重が減少していく。但し、同図１３の破線矢印で示すように、増圧側、減圧側の実線間で入力軸トルクが変化してもピストン荷重は変化しない。

図１４は、この電動ブレーキ装置のモータ角度と各ピストン荷重の関係を示す図である。図４および図１４に示すように、一つのモータ３０と第１，第２の直動機構３３ａ，３３ｂが直結駆動される直動アクチュエータ３１では、第１のピストン２６ａと第２のピストン２６ｂで荷重が発生するタイミングが異なる場合がある。一方、同直動アクチュエータ３１では、式（１）、（２）の関係が成立している。

式（１）：第１，第２のピストン２６ａ，２６ｂを一つのモータ３０にて直結駆動する直動アクチュエータ３１における、それぞれのピストン（直動機構）入力軸角度、入力軸トルクと発生荷重の関係を示した式。
Ｆ_Ａ＝ｆ_Ａ（θ_Ａ）＝ｆ_Ａ′（Ｔ_Ａ）
Ｆ_Ｂ＝ｆ_Ｂ（θ_Ｂ）＝ｆ_Ｂ′（Ｔ_Ｂ）

ここで、
Ｆ_Ａ：第１のピストンにおける軸方向荷重（第１の荷重検出手段のセンサ出力）
Ｆ_Ｂ：第２のピストンにおける軸方向荷重（第２の荷重検出手段のセンサ出力）
Ｔ_Ａ：第１のピストンにおける入力軸トルク
Ｔ_Ｂ：第２のピストンにおける入力軸トルク
θ_Ａ：第１のピストンにおける入力軸角度
θ_Ｂ：第２のピストンにおける入力軸角度

式２：第１，第２のピストン２６ａ，２６ｂの入力軸とモータ３０の角度およびトルクの関係を示した式。
θ_Ｍ＝θ_Ａ＝θ_Ｂ
Ｔ_Ｍ＝Ｔ_Ａ＋Ｔ_Ｂ
ここで、
θ_Ｍ：モータ角度
Ｔ_Ｍ：モータトルク

図１１および図１４に示すように、異常判定手段１０８は、前述のように、第１，第２のピストン２６ａ，２６ｂ（図４）に対応した摩擦パッド７，８（図７）の摩耗量を推定しておけば、第１，第２の荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂに異常が発生した場合、モータ角度と各ピストン荷重の関係から、第１，第２の荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂの異常を検出することが可能である。異常判定手段１０８は、あるモータ角度θ_Ｍに対して、第１，第２の荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂのセンサ出力Ｆ_Ａ，Ｆ_Ｂが定められた設定範囲から外れたとき、設定範囲から外れた一方の荷重検出手段Ｓａ、（Ｓｂ）を異常と判定する。またモータ駆動制御部１０７は、通常制御部１１０と、異常時制御部１１１とを有する。

図１１に示すように、通常制御部１１０は、異常判定手段１０８により第１，第２の荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂが共に異常ではないと判定されたとき、第１および第２の荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂでそれぞれ検出される荷重の合算値を用いてモータ３０を制御する。通常制御部１１０は、例えば、ブレーキ力指令手段１０１ａから与えられるブレーキ力の指令値に対し、前記荷重の合算値から推定されるブレーキ力推定値を追従させるフィードバック制御を行う。なお、通常制御部１１０は、例えば、車速、モータ電流等の検出値が定められた条件を充足するときフィードフォワード制御を行うようにしても良い。前記定められた条件は、設計等によって任意に定める条件であって、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条件を求めて定められる。

異常時制御部１１１は、異常判定手段１０８によりいずれか一方の荷重検出手段Ｓａ、（Ｓｂ）が異常であると判定されたとき、式（１），（２）の関係、正常な他方の荷重検出手段Ｓｂ、（Ｓａ）で検出される荷重、電流検出手段Ｓｃで検出されるモータ電流、および回転角検出手段Ｓｄで検出されるモータ回転角から、第１，第２のピストン２６ａ，２６ｂ（図４）における軸方向荷重をそれぞれ推定する。異常時制御部１１１はこの推定値を基にモータ３０を制御する。異常時制御部１１１は、例えば、ブレーキ力指令手段１０１ａから与えられるブレーキ力の指令値に対し、各推定値から算出されるブレーキ力推定値を追従させるフィードバック制御を行う。異常時制御部１１１は、異常判定手段１０８により第１，第２の荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂが共に異常であると判定されたとき、フィードフォワード制御を行うようにしても良い。

警告信号出力手段１０６は、異常判定手段１０８からいずれか一方または両方の荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂが異常であると判定されたとき、ＥＣＵ１０１に警告信号を出力する。ＥＣＵ１０１は、警告信号出力手段１０６から警告信号が入力されると、警告表示等出力手段１１２に警告表示等を出力させる。これにより運転者の注意を喚起し得る。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１１２が設けられる。

図１５は、この制御装置の各過程を段階的に示すフローチャートである。図１１も参照しつつ説明する。この電動ブレーキ装置を搭載する車両の主電源を投入する条件で本処理を開始し、モータコントロール部１０５はブレーキ力指令手段１０１ａからブレーキ力の指令値を取得する（ステップＳ１）。次に、モータコントロール部１０５は、第１，第２の荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂから第１，第２のピストン２６ａ，２６ｂ（図４）における軸方向荷重をそれぞれ取得し（ステップＳ２）、モータ電流およびモータ角度を検出する（ステップＳ３）。

次に、異常判定手段１０８は、各荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂの異常の有無を判定する（ステップＳ４）。第１，第２の荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂが共に異常なしとの判定で（ステップＳ４：ｙｅｓ）、通常制御部１１０は、第１および第２の荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂでそれぞれ検出される荷重を合算する演算を行い（ステップＳ５）、その後ステップＳ６に移行する。いずれか一方の荷重検出手段Ｓａ、（Ｓｂ）が異常であると判定されたとき（ステップＳ４：ｎｏ）、異常時制御部１１１により第１，第２のピストン２６ａ，２６ｂ（図４）における軸方向荷重をそれぞれ推定する（ステップＳ７）。その後ステップＳ６に移行する。ステップＳ６において、通常制御部１１０または異常時制御部１１１による荷重制御が実行される。その後本処理を終了する。

以上説明した直動アクチュエータ３１によれば、通常制御部１１０は、第１，第２の荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂでそれぞれ検出される荷重の合算値を用いてモータ３０を制御する。このように二つの荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂで検出される荷重の合算値に基づいてモータ３０を制御することで、より正確な荷重制御を行うことが可能となる。この直動アクチュエータ３１を電動ブレーキ装置に適用することで、より正確な荷重制御を行えるため、フェード現象等を抑制することができる。この直動アクチュエータ３１は、一モータ、二ピストンタイプのため、例えば、二つのモータで二つのピストンをそれぞれ駆動する構造よりも、径方向の小形化を図ることができる。よって直動アクチュエータ３１を車両に搭載する場合のレイアウト上の問題を解消することが可能となる。

いずれか一方の荷重検出手段Ｓａ、（Ｓｂ）が異常であると判定されたとき、異常時制御部１１１は、正常である他方の荷重検出手段Ｓｂ、（Ｓａ）で検出される荷重、モータ電流、およびモータ回転角から、二つの直動機構３３ａ，３３ｂでそれぞれ発生している荷重を推定する。異常時制御部１１１は、この推定値を基にモータ３０を制御する。つまり異常時制御部１１１は、正常な荷重検出手段Ｓｂ、（Ｓａ）を用いてアクチュエータ全体の制御を行う。このように一方の荷重検出手段Ｓａ、（Ｓｂ）に異常が発生しても、正常な荷重検出手段Ｓｂ、（Ｓａ）の値を基に二つの直動機構３３ａ，３３ｂでそれぞれ発生している荷重を推定することが可能であり、冗長性が向上する。

他の実施形態について説明する。
直動アクチュエータは、二つのピストンを一つのモータにて駆動し、その動力伝達経路にトルクを分配する差動装置を設けた構成であっても良い。この差動装置を設けた直動アクチュエータにおけるモータ角度と各ピストンに発生する荷重の関係は、図１６に示される。この場合は、モータトルクは二つ（第１，第２）のピストンに均等に分配されるため、各ピストンに発生する荷重は常に一致すると共に、前述の式（１）および式（３）が成立している。

式（３）：二つのピストンを一つのモータにて駆動し、その動力伝達経路にトルクを分配する差動装置を設けた直動アクチュエータにおける、各ピストンの入力軸とモータの角度およびトルクの関係を示した式。
θ_Ｍ＝θ_Ａ＋θ_Ｂ
Ｔ_Ｍ／２＝Ｔ_Ａ＝Ｔ_Ｂ

図１１および図１６に示すように、いずれか一方の荷重検出手段Ｓａ、（Ｓｂ）に異常が発生した場合には、異常判定手段１０８が、モータトルクと各荷重検出手段Ｓａ ，Ｓｂのセンサ出力を比較することで、異常が発生した荷重検出手段Ｓａ、（Ｓｂ）を特定することができる。この場合、異常時制御部１１１は、正常な荷重検出手段Ｓｂ、（Ｓａ）を用いて直動アクチュエータ全体の制御を行うことが可能となる。

第１，第２の荷重検出手段Ｓａ，Ｓｂとして、磁気式以外の光学式、渦電流式、または静電容量式のセンサを適用することも可能である。
図１０に示すように、ＥＣＵ１０１は、車輪毎に設けられる各車輪速センサＳｈおよび加速度センサＳｇを用いて、この車両における車体速度を推定しても良い。またＥＣＵ１０１にアンチロック制御機能部（図示せず）を設け、同アンチロック制御機能部は、前記推定される車体速度、および車輪速センサＳｈで検出される車輪速から、制動時に車輪が過剰にロックすることを防止するためのブレーキ力を車輪速フィードバック制御あるいはロック傾向の判断に伴うブレーキ減圧制御等によって決定し、必要に応じて制御に介入しても良い。

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。

２６ａ，２６ｂ…第１，第２のピストン
３０…モータ
３１…直動アクチュエータ
３３ａ，３３ｂ…第１，第２の直動機構
１００…制御装置
１０８…異常判定手段
１１０…通常制御部
１１１…異常時制御部
Ｓａ，Ｓｂ…第１，第２の荷重検出手段
Ｓｄ…回転角検出手段

Claims (4)

1. 一つのモータと、二つのピストンを含み前記モータの回転運動を前記二つのピストンの直線運動に変換する二つの直動機構と、前記モータを制御する制御装置とを備え、
   前記二つの直動機構の軸方向の荷重をそれぞれ検出する二つの荷重検出手段を備え、
   前記制御装置は、前記二つの荷重検出手段でそれぞれ検出される荷重の合算値を用いて前記モータを制御することを特徴とする直動アクチュエータ。
2. 請求項１に記載の直動アクチュエータにおいて、前記モータの電流を検出する電流検出手段と、前記モータの回転角を検出する回転角検出手段とを備え、
   前記制御装置は、
   前記各荷重検出手段が異常であるか否かを定められた条件に従って判定する異常判定手段と、
   この異常判定手段により前記二つの荷重検出手段が共に異常ではないと判定されたとき、前記二つの荷重検出手段でそれぞれ検出される荷重の合算値を用いて前記モータを制御する通常制御部と、
   前記異常判定手段によりいずれか一方の荷重検出手段が異常であると判定されたとき、異常と判定されていない他方の荷重検出手段で検出される荷重、前記電流検出手段で検出されるモータ電流、および前記回転角検出手段で検出されるモータ回転角から、定められた条件に従って前記二つの直動機構でそれぞれ発生している軸方向の荷重を推定し、この推定値を基に前記モータを制御する異常時制御部と、
   を有する直動アクチュエータ。
3. 請求項２に記載の直動アクチュエータにおいて、前記異常時制御部は、与えられる指令値に対し、前記二つの直動機構でそれぞれ発生している軸方向の荷重から推定される各推定値を合算して求められる合算値を追従させるフィードバック制御を行う直動アクチュエータ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の直動アクチュエータを備えた電動ブレーキ装置。

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