JP6851229B2

JP6851229B2 - ブレーキ制御装置、走行車両、およびブレーキ駆動方法

Info

Publication number: JP6851229B2
Application number: JP2017045900A
Authority: JP
Inventors: 陽一藤原
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2017-03-10
Filing date: 2017-03-10
Publication date: 2021-03-31
Anticipated expiration: 2037-03-10
Also published as: US20180257625A1; JP2018149847A; CN108571544A; CN108571544B

Description

本発明は、ブレーキ制御装置、走行車両、およびブレーキ駆動方法に関する。

従来から、電動車椅子や電動車両等の移動体を制動するブレーキとして電磁ブレーキが用いられている。電磁ブレーキでは車輪と共に回転するディスク等に対してブレーキパッドを電力やバネ圧等で押し付けて摩擦力を発生させ、移動体を減速させる。このような電磁ブレーキでは、電力が供給されない状態ではブレーキパッドをディスクに押し付け、電力が供給された通電状態でブレーキパッドをディスクから離間させてブレーキを解除する無励磁型を採用して安全性を確保している（例えば特許文献１を参照）。

図２１は、従来から提案されている無励磁型電磁ブレーキの構造を示す概略断面図である。電磁ブレーキ１０の筐体内部には、シャフト１と、アウターディスク２と、アーマチュア３と、パッド４と、電磁石５、スプリング６，７が配置されている。

シャフト１は、移動体の車輪軸から延長された棒状の部材であり、シャフト１の中心軸を回転中心として車輪と共に回転する。アウターディスク２は、シャフト１の先端部に固定された円盤状の部材であり、シャフト１と一体に回転する。アーマチュア３は、アウターディスク２よりも内側に配された円盤状の部材であり、磁性体により構成されて電磁石５で生じる磁力により引き寄せられ、シャフト１の回転軸に沿って移動可能とされている。

パッド４は、アーマチュア３のアウターディスク２側の面における外周部近傍に取り付けられた部材であり、アウターディスク２に当接した際に高い摩擦力が生じる材料で構成されている。電磁石５は、ブレーキ制御装置から電力が供給されて磁力を発生させ、アーマチュア３とパッド４を引き寄せてアウターディスク２から離間させる。スプリング６は、シャフト１の外側に巻回されたバネであり、アウターディスク２をシャフト１の端部方向に付勢している。スプリング７は、シャフト１の回転軸に沿って配置されたバネであり、アーマチュア３をアウターディスク２方向に付勢している。

図２２は、ブレーキ制御装置から電磁石５への出力電圧を示しており、図２２（ａ）は定常電圧による保持の場合を示し、図２２（ｂ）はパルス状電圧による保持の場合を示している。ブレーキ制御装置から電磁石５に電圧が出力されていない状態では、電磁石５には電流が流れず磁力が発生しないため、アーマチュア３はスプリング７によってアウターディスク２方向に付勢され、パッド４がアウターディスク２に当接して摩擦力が発生し、アウターディスク２の回転を止める方向に力が加わりブレーキが効き、移動体は減速される。

ブレーキ制御装置から電磁石５に所定の電圧値が出力されると、電磁石５には電流が流れて磁力が発生し、アーマチュア３が磁力によって電磁石５方向に吸引され、スプリング７の弾性力に抗してアウターディスク２から離間する方向に移動する。これにより、パッド４とアウターディスク２が離間して、アウターディスク２に加わる摩擦力が減少してブレーキが解除状態となり、アウターディスク２およびシャフト１が移動体の車輪と共に回転可能にされる。

移動体の運動を継続するためには、ブレーキの解除状態であるアウターディスク２とパッド４の離間状態を維持する必要があるため、ブレーキ制御装置から電磁石５に対して離間状態を維持する電圧が出力される。ブレーキ解除時の吸引動作では、図２１に示したようにアーマチュア３と電磁石５とは間隙ｇ１を隔てており、スプリング７の弾性力に対抗してアーマチュア３を移動させるために必要な磁力が大きく、電磁石に供給される電圧は最大となっている。吸引動作が完了した後は、アーマチュア３は電磁石５に近づいているため、アーマチュア３と電磁石５の間隙はｇ１よりも小さく、その状態を維持するために必要な磁力は吸引動作時よりも小さい。

図２２（ａ）に示した例では、吸引動作の完了後には吸引時の電圧よりも小さい保持電圧を定常的に電磁石５に対して供給している。また、図２２（ｂ）に示した例では、吸引動作の完了後に吸引時と同程度の電圧をパルス状に電磁石５に対して供給している。このように、吸引動作後に保持動作が継続されることによって、アーマチュア３およびパッド４はアウターディスク２から離間した状態が維持され、ブレーキ解除状態が維持される。

このような吸引動作後に低い保持電圧やパルス状電圧を印加する弱励磁駆動では、電磁ブレーキ１０の消費電力を低減し、電磁石コイルの発熱を抑えることができる。

特開２０００−１８９４６４号公報

しかし上述した従来のブレーキ駆動方法では、移動体の走行中に衝撃が加わるなどの外的要因によって電磁ブレーキ１０にも外力が加わると、電磁石５の保持電圧が吸引電圧よりも低いためアーマチュア３の保持が外れてブレーキがかかった状態となることや、アーマチュア３の保持位置が規定位置からずれてパッド４が異常摩耗する問題が発生してしまう。

パッド４が異常摩耗すると、アウターディスク２とパッド４を接触させる位置が電磁石５から遠くなるため、通常の吸引電圧で電磁石５から生じる磁力では十分にアーマチュア３を吸引できず、さらにパッド４の摩耗が進行するという悪循環に陥ってしまう。

また電磁ブレーキ１０を二次電池で駆動する場合には、二次電池の充電率低下に伴って供給される電源電圧が低下する傾向にあり、電磁石５に供給される電圧値も低下して保持動作が不安定になり衝撃等による不具合が生じやすくなるという問題があった。

本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、移動体に衝撃等が加わった場合にもブレーキ解除状態を良好に維持することが可能なブレーキ制御装置、走行車両、およびブレーキ駆動方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、走行車両に搭載されて、電磁石への通電時に電磁ブレーキの解除を行う無励磁作動型のブレーキ制御装置であって、前記電磁石に供給する電流量を制御する電流量制御部と、障害物と、該障害物までの距離とを検出する障害物センサとを備え、前記電流量制御部は、前記電磁ブレーキの解除動作時に印加する吸引電圧と、解除した状態を維持するために印加する保持電圧と、保持した状態を再調整するために印加する再吸引電圧とによって制御し、前記障害物までの距離と前記走行車両の移動速度とから車輪が前記障害物を通過するタイミングを算出し、算出したタイミングの前から前記電磁石に前記再吸引電圧を印加することを特徴とする。

上記構成によれば、電流量制御部が電磁石に再吸引電圧を印加することで、移動体に衝撃等が加わった場合にも、アーマチュアを電磁石方向に吸引し直すため、ブレーキ解除状態を良好に維持することができる。

また、本発明に係るブレーキ制御装置では、前記電流量制御部は、前記再吸引電圧の印加により、直前の前記保持電圧の印加よりも前記電磁石に供給する電流量が多くなるように制御するとしてもよい。

また、本発明に係るブレーキ制御装置では、さらに前記走行車両の走行状態を検出する走行状態検出部を備え、前記電流量制御部は、前記走行状態検出部の検出結果に応じて前記電流量制御を行うとしてもよい。

また、本発明に係るブレーキ制御装置では、前記走行状態検出部は、前記ブレーキ制御装置に供給される電圧を検出する電圧センサであるとしてもよい。

また、本発明に係るブレーキ制御装置では、前記走行状態検出部は加速度センサであるとしてもよい。

また、本発明に係るブレーキ制御装置では、前記走行状態検出部は速度センサであるとしてもよい。

また、本発明に係るブレーキ制御装置では、前記速度センサの検出値の分散が所定量よりも大きい場合に、前記電流量制御部は前記再吸引電圧の印加により前記電流量制御を行うとしてもよい。

また、本発明に係るブレーキ制御装置では、前記走行状態検出部は障害物センサであるとしてもよい。

また、本発明に係るブレーキ制御装置では、前記走行状態検出部は撮像装置であるとしてもよい。

また、本発明に係るブレーキ制御装置では、更に走行経路に沿った路面情報を予め記憶する路面情報記憶部を備え、前記電流量制御部は、前記路面情報に基づいて前記電流量制御を行うとしてもよい。

また上記課題を解決するため、本発明の走行車両は、上記何れか一つに記載のブレーキ制御装置を備えることを特徴とする。

また上記課題を解決するため、本発明のブレーキ駆動方法は、走行車両に搭載された電流量制御部により、電磁石への通電時に電磁ブレーキの解除を行う無励磁作動型のブレーキ駆動方法であって、障害物センサが、障害物と、該障害物までの距離とを検出する障害物検出ステップと、前記電流量制御部が、前記電磁ブレーキを解除するための吸引電圧を前記電磁石に印加する吸引動作ステップと、前記電流量制御部が、前記吸引動作ステップ後に、前記電磁石にブレーキ解除を維持するための保持電圧を印加する保持動作ステップと、前記電流量制御部が、前記保持動作ステップ期間内において、保持した状態を再調整するための再吸引電圧を前記電磁石に印加する再吸引動作ステップとを含み、前記電流量制御部が、前記障害物までの距離と前記走行車両の移動速度とから車輪が前記障害物を通過するタイミングを算出し、算出したタイミングの前から前記電磁石に前記再吸引電圧を印加することを特徴とする。

本発明によれば、移動体に衝撃等が加わった場合にもブレーキ解除状態を良好に維持することが可能なブレーキ制御装置、走行車両、およびブレーキ駆動方法を提供することができる。

第１実施形態におけるブレーキ制御装置を示すブロック図である。電流量制御部２０の制御構成を概略的に示すブロック図である。第１実施形態の電流量制御部２０から電磁ブレーキ１０に出力されるブレーキ電圧のタイミングチャートであり、図３（ａ）は定常電圧による保持の場合を示し、図３（ｂ）はパルス状電圧による保持の場合を示している。第１実施形態の制御方法を示すフローチャートである。第２実施形態におけるブレーキ制御装置を示すブロック図である。第２実施形態の電流量制御部２０から電磁ブレーキ１０に出力されるブレーキ電圧のタイミングチャートであり、図６（ａ）は高電圧時を示し、図６（ｂ）は低電圧時を示している。第３実施形態におけるブレーキ制御装置を示すブロック図である。第３実施形態の電流量制御部２０から電磁ブレーキ１０に出力されるブレーキ電圧のタイミングチャートであり、図８（ａ）は加速度センサの出力を示し、図８（ｂ）はブレーキ電圧を示している。第３実施形態の制御方法を示すフローチャートである。第４実施形態におけるブレーキ制御装置を示すブロック図である。第４実施形態の電流量制御部２０から電磁ブレーキ１０に出力されるブレーキ電圧のタイミングチャートであり、図１１（ａ）は速度センサの出力を示し、図１１（ｂ）はブレーキ電圧を示している。第４実施形態の制御方法を示すフローチャートである。第５実施形態の電流量制御部２０から電磁ブレーキ１０に出力されるブレーキ電圧のタイミングチャートであり、図１３（ａ）は速度センサ出力の分散を示し、図１３（ｂ）はブレーキ電圧を示している。第５実施形態の制御方法を示すフローチャートである。第６実施形態におけるブレーキ制御装置を示すブロック図である。第６実施形態の制御方法を示すフローチャートである。第７実施形態における移動体の走行経路を平面的に示す模式図である。第７実施形態の電流量制御部２０から電磁ブレーキ１０に出力されるブレーキ電圧のタイミングチャートであり、図１８（ａ）はブレーキ電圧を示し、図１８（ｂ）は走行経路に沿った路面情報を示している。第７実施形態の制御方法を示すフローチャートである。第８実施形態における移動体の走行状態を示す模式図である。従来から提案されている無励磁型電磁ブレーキの構造を示す概略断面図である。電流量制御部２０から電磁石５への出力電圧を示しており、図２２（ａ）は定常電圧による保持の場合を示し、図２２（ｂ）はパルス状電圧による保持の場合を示している。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。図１は第１実施形態におけるブレーキ制御装置を示すブロック図である。図１に示すように、移動体はブレーキ制御装置として電磁ブレーキ１０と電流量制御部２０とバッテリ３０を備えており、電磁ブレーキ１０には電流量制御部２０が電気的に接続され、電流量制御部２０にはバッテリ３０が電気的に接続されている。

電磁ブレーキ１０は、従来から公知の無励磁型であり例えば図２１に示したような構成のものを用いてもよい。また、電磁ブレーキ１０のシャフト１は、移動体の車軸の延長とされていてもよく、動力源である電気モーターのローターの延長とされていてもよい。

電流量制御部２０は、バッテリ３０から供給される電力を制御して、電磁ブレーキ１０に所定の電圧値で供給するための装置である。バッテリ３０から直流または交流の電力により所定の情報処理および電圧値制御を行うことができれば、電流量制御部２０の具体的な構成はどのようなものであってもよく、例えば定電圧回路やＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御回路、昇圧回路、ＣＰＵ等の情報処理装置、記憶装置等を備えていてもよい。

バッテリ３０は、内部に貯蔵した電力を外部に供給する装置であり、例えばリチウムイオン電池等の二次電池や燃料電池等を用いることができる。

図２は、電流量制御部２０の制御構成を概略的に示すブロック図である。バッテリ３０から電力が供給された電流量制御部２０では、情報処理装置および各種回路により電磁ブレーキ１０を制御するためのプログラムが実行される。このとき、情報処理装置および各種回路や記憶装置の組み合わせによって、電流量制御部２０は、吸引動作制御部２１と、保持動作制御部２２と、再吸引動作制御部２３と、路面情報記憶部２４が構成される。

電流量制御部２０は、電磁ブレーキ１０に対して所定波形の電圧を供給し、電磁ブレーキ１０の電磁石５に流れる電流を調整および制御することで電磁ブレーキ１０の動作を制御する。ここで、吸引動作制御部２１、保持動作制御部２２、再吸引動作制御部２３、路面情報記憶部２４の各要素は、専用の駆動回路でハードウェア的に構成されるとしてもよく、ＣＰＵ等の情報処理装置でソフトウェア的に構成するとしてもよい。

吸引動作制御部２１は、電磁ブレーキ１０の解除動作時に電磁石５に対してブレーキを解除するための吸引電圧を印加する。吸引電圧が電磁石５に印加されると、アーマチュア３が電磁石５方向に移動してブレーキが解除状態となる。

保持動作制御部２２は、電磁ブレーキ１０の解除後に電磁石５に対してブレーキ解除状態を維持するための保持電圧を印加する。保持電圧が電磁石５に印加されると、アーマチュア３と電磁石５との距離が保持される程度の磁力が電磁石５で生じ、ブレーキの解除状態が保持される。

再吸引動作制御部２３は、電磁石５に対してブレーキ解除を保持した状態を再調整するための再吸引電圧を印加する。再吸引電圧が電磁石５に印加されると、アーマチュア３が電磁石５方向に移動して、ブレーキ解除状態が再調整される。

路面情報記憶部２４は、電流量制御部２０が備える記憶装置に走行経路に沿った路面情報が記録されたものであり、詳細は第7実施形態で後述する。

図３は第１実施形態の電流量制御部２０から電磁ブレーキ１０に出力されるブレーキ電圧のタイミングチャートであり、図３（ａ）は定常電圧による保持の場合を示し、図３（ｂ）はパルス状電圧による保持の場合を示している。図３中では吸引電圧と再吸引電圧を定常的な電圧供給として示しているが、吸引電圧と再吸引電圧をパルス状の電圧としてＰＷＭ制御によって単位時間あたりに電磁石５に生じる磁力を制御するとしてもよい。
図３（ａ）の定常電圧による保持では、電流量制御部２０は、アーマチュア３を電磁石５方向に移動させてブレーキ解除をする吸引動作時に比較的大きい吸引電圧を電磁ブレーキ１０に供給し、その後に保持動作として吸引電圧よりも低い保持電圧を定常的に供給し続け、保持動作の期間内に保持電圧よりも高い再吸引電圧を供給して再吸引動作を実施する。ここで、吸引電圧と再吸引電圧とを同程度の電圧値とすることが好ましいが、アーマチュア３と電磁石５との距離を適切な位置に修正できる磁力を生じさせる電圧であれば再吸引電圧を吸引電圧よりも低く設定してもよい。図３（ａ）では、再吸引動作では保持動作の期間よりもアーマチュア３を電磁石５方向に移動させるため、再吸引電圧の印加により、直前の前記保持電圧の印加よりも前記電磁石に供給する電流量が多くなるように制御している。

図３（ｂ）のパルス状電圧による保持では、電流量制御部２０は、吸引動作時に比較的大きい吸引電圧を電磁ブレーキ１０に供給した後に、保持動作としてパルス状の電圧を供給し続け、保持動作の期間内に再吸引電圧として保持電圧のパルス幅よりも長い時間再吸引電圧を供給し再吸引動作を実施する。図３（ｂ）の保持期間では、パルス状の保持電圧はＰＷＭ制御により電圧値とパルス幅を調整されており、電磁石５から生じる磁力でアーマチュア３に作用する吸引力を制御して、アーマチュア３と電磁石５との距離を適切な位置に保持している。図３（ｂ）でも、再吸引動作では保持動作の期間よりもアーマチュア３を電磁石５方向に移動させるため、再吸引電圧の印加により、直前の前記保持電圧の印加よりも前記電磁石に供給する電流量が多くなるように制御している。

図４は、本実施形態の制御方法を示すフローチャートである。ステップＳ０で電流量制御部２０に対してブレーキ解除の指示が伝達されると、電流量制御部２０の吸引動作制御部２１、保持動作制御部２２、再吸引動作制御部２３および情報処理装置によって、図示した制御方法が実施される。

ステップＳ１は吸引動作ステップであり、吸引動作制御部２１は、図３に示したように比較的大きい吸引電圧を電磁ブレーキ１０に所定時間供給して、アーマチュア３を電磁石５方向に移動させてブレーキを解除する。

ステップＳ２は保持動作ステップであり、保持動作制御部２２は、図３（ａ）（ｂ）に示したようにブレーキ解除状態を維持できる保持電圧を電磁ブレーキ１０に供給し、アーマチュア３が電磁石５方向に移動した状態を維持する。

ステップＳ３はブレーキ動作指示の有無を判断するブレーキ判断ステップであり、ブレーキ動作指示がある場合にはステップＳ６に移行し、ブレーキ動作指示が無い場合にはステップＳ４に移行する。

ステップＳ４は再吸引動作の可否を判断する再吸引判断ステップであり、前回の吸引動作ステップまたは再吸引動作ステップから所定の時間が経過したかを判断し、一定期間が経過した場合にはステップＳ５に移行し、一定期間が経過していない場合にはステップＳ２に移行する。

ステップＳ５は再吸引動作ステップであり、再吸引動作制御部２３は、図３に示しようにアーマチュア３と電磁石５の位置関係がブレーキ解除状態となるように再調整するための再吸引電圧を電磁ブレーキ１０に所定時間供給する。再吸引動作ステップが終了すると、ステップＳ２に移行する。

ステップＳ６は吸引動作解除ステップであり、電磁ブレーキ１０に対する吸引電圧、保持電圧および再吸引電圧の供給を停止し、電磁石５によるアーマチュア３の吸引を解除する。これにより、電磁ブレーキ１０ではスプリング７の弾性力によってアーマチュア３がアウターディスク２方向に移動し、アウターディスク２とパッド４とが接触して摩擦力によってブレーキ動作が実施される。

図３（ａ）（ｂ）では保持動作の期間内に一度だけ再吸引動作を実施する例を示したが、保持動作の期間は移動体の走行継続時間であるため、複数回の再吸引動作を実施することが好ましい。再吸引動作を実施するタイミングとしては、電流量制御部２０内にタイマーを内蔵させておき、一定時間経過後に周期的に実施するとしてもよい。

図３（ａ）（ｂ）に示したように、本実施形態の電流量制御部２０では、吸引動作後の保持動作継続中に再吸引動作を実施するため、保持動作の期間内に移動体に衝撃等が加わってアーマチュア３と電磁石５の距離が規定の保持間隔よりも大きくなった場合にも、保持動作時よりも大きな磁力を発生させてアーマチュア３を電磁石５方向に再度吸引して適切な位置に修正することができる。

従って本実施形態のブレーキ制御装置およびブレーキ駆動方法およびこれらを用いた移動体では、移動体に衝撃等が加わった場合にもアーマチュア３と電磁石５との距離を適切な位置に修正してブレーキ解除状態を良好に維持することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図面を参照して説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図５は、第２実施形態におけるブレーキ制御装置を示すブロック図である。図５に示すように、移動体はブレーキ制御装置として電磁ブレーキ１０と電流量制御部２０とバッテリ３０と、電圧センサ４０を備えている。図に示すように、電磁ブレーキ１０には電流量制御部２０が電気的に接続され、電流量制御部２０にはバッテリ３０が電気的に接続され、電圧センサ４０の測定端子はバッテリ３０の出力端子に接続され、電圧センサ４０と電流量制御部２０とは情報伝達可能に接続されている。

電圧センサ４０は、本発明における走行状態検出部の一例であり、移動体の走行開始時の充電率や走行継続時間、劣化状態等によって変動するバッテリ３０の電源電圧を検出し、検出した電圧値を電流量制御部２０に伝達する。電流量制御部２０では、電圧センサ４０から伝達された電源電圧値に応じてＰＷＭ制御のパラメータを設定し、電磁ブレーキ１０に出力する電圧値とパルス幅を決定する。

図６は、第２実施形態の電流量制御部２０から電磁ブレーキ１０に出力されるブレーキ電圧のタイミングチャートであり、図６（ａ）は高電圧時を示し、図６（ｂ）は低電圧時を示している。図６（ａ）（ｂ）に示したブレーキ電圧のデューティ比制御は、図３に示した吸引動作、保持動作、再吸引動作のいずれの動作時においても適用することができる。

バッテリ３０が満充電に近く、電圧センサ４０が検出した電源電圧が比較的高い場合には、電圧値をＶｒｅｆ、パルス幅をＴｒｅｆ、パルス周期をＴｃｙｃとしたＰＷＭ設定で電流量制御部２０から電磁ブレーキ１０にブレーキ電圧を供給する。一方、バッテリ３０の充電率が低下して電圧センサ４０が検出した電源電圧が比較的低い場合には、電圧値をＶｒｅｆよりも小さいＶ、パルス幅をＴｒｅｆより大きいＴ、パルス周期をＴｃｙｃとしたＰＷＭ設定で電流量制御部２０から電磁ブレーキ１０にブレーキ電圧を供給する。

このとき、ＰＷＭ制御のデューティ比は
Ｔ＝Ｔｒｅｆ×Ｖｒｅｆ／Ｖ
の関係とされる。これにより、電磁ブレーキ１０で消費される電流は一定に維持され、図６（ａ）に示した高電圧時と図６（ｂ）に示した低電圧値において、電磁石５によるアーマチュア３の吸引力も一定に維持される。

したがって、本実施形態のブレーキ制御装置およびブレーキ駆動方法およびこれらを用いた移動体では、バッテリ３０の電源電圧が変動しても、アーマチュア３と電磁石５との距離を適切な位置に修正してブレーキ解除状態を良好に維持することが可能となる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図面を参照して説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図７は、第３実施形態におけるブレーキ制御装置を示すブロック図である。図７に示すように、移動体はブレーキ制御装置として電磁ブレーキ１０と電流量制御部２０とバッテリ３０と、加速度センサ５０を備えている。図に示すように、電磁ブレーキ１０には電流量制御部２０が電気的に接続され、電流量制御部２０にはバッテリ３０が電気的に接続され、加速度センサ５０は電磁ブレーキ１０近傍に設けられ、加速度センサ５０と電流量制御部２０とは情報伝達可能に接続されている。

加速度センサ５０は、本発明における走行状態検出部の一例であり、従来から公知のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を用いた３軸加速度センサ等を用いることができ、検出した加速度を電流量制御部２０に伝達する。

図８は、第３実施形態の電流量制御部２０から電磁ブレーキ１０に出力されるブレーキ電圧のタイミングチャートであり、図８（ａ）は加速度センサの出力を示し、図８（ｂ）はブレーキ電圧を示している。移動体の電磁ブレーキ１０に衝撃等が加わった場合には、図８（ａ）に示すように加速度センサ５０は急速な加速度変化を検出する。電流量制御部２０では、保持動作の期間内に加速度センサ５０から伝達された加速度の検出値が予め定められた閾値を超えている場合には再吸引動作を実施する。

図９は、本実施形態の制御方法を示すフローチャートである。本実施形態の制御方法では、図４に示した第１実施形態とは再吸引判断ステップで判断する条件が異なっている。ステップＳ１０〜Ｓ１６のうち、再吸引判断ステップであるステップＳ１４のみが第１実施形態と異なっており、共通するその他のステップについての説明は省略する。

ステップＳ１４は再吸引動作の可否を判断する再吸引判断ステップであり、加速度センサ５０の出力が閾値を超えたかを判断し、閾値を超えた場合にはステップＳ１５に移行し、閾値を超えていない場合にはステップＳ１２に移行する。

加速度センサ５０で急激な加速度変化が検出される状況では、電磁ブレーキ１０に衝撃が加わってアーマチュア３が所定の保持位置からずれる可能性が高い。したがって本実施形態でも、加速度変化を検出した後に直ちに再吸引動作を実施することで、迅速にアーマチュア３を電磁石５方向に再度吸引して適切な位置に修正することができる。本実施形態では、電磁ブレーキ１０に衝撃が加わった直後に再吸引を実施するため、アーマチュア３が適切な保持位置からずれている時間を短縮でき、パッド４の異常摩耗を最小限に抑制することができる。また、一定周期毎に再吸引動作を実施することが不要であり、再吸引動作による消費電力の増加を抑制することができる。

なお、一定周期の再吸引動作を実施しつつ、加速度センサ５０を用いた加速度検出による再吸引動作を補助的に行うことも可能である。これにより加速度センサ５０の誤検出があってもアーマチュア３の位置ズレを修正することができ、より信頼性が高い制御が可能となる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図面を参照して説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図１０は、第４実施形態におけるブレーキ制御装置を示すブロック図である。図１０に示すように、移動体はブレーキ制御装置として電磁ブレーキ１０と電流量制御部２０とバッテリ３０と、モーター６０と、速度センサ７０を備えている。図に示すように、電磁ブレーキ１０には電流量制御部２０が電気的に接続され、電流量制御部２０にはバッテリ３０が電気的に接続され、速度センサ７０はモーター６０近傍に設けられ、速度センサ７０と電流量制御部２０とは情報伝達可能に接続されている。

モーター６０は、移動体の動力源である電気モーターとして移動体の車輪を駆動している。速度センサ７０は、本発明における走行状態検出部の一例であり、モーター６０の回転速度を計測するためにモーター６０に設けられるエンコーダ等である。移動体を走行させるためにモーター６０が回転すると、速度センサ７０はモーター６０の回転数と移動体の速度を検出し、検出した回転数と速度を電流量制御部２０に伝達する。

図１１は、第４実施形態の電流量制御部２０から電磁ブレーキ１０に出力されるブレーキ電圧のタイミングチャートであり、図１１（ａ）は速度センサの出力を示し、図１１（ｂ）はブレーキ電圧を示している。移動体に衝撃等が加わった場合には、図１１（ａ）に示すように速度センサ７０は速度の変化を検出する。電流量制御部２０では、保持動作の期間内に速度センサ７０から伝達された速度の変化量が予め定められた閾値を超えている場合には再吸引動作を実施する。

図１２は、本実施形態の制御方法を示すフローチャートである。本実施形態の制御方法では、図４に示した第１実施形態とは再吸引判断ステップで判断する条件が異なっている。ステップＳ２０〜Ｓ２６のうち、再吸引判断ステップであるステップＳ２４のみが第１実施形態と異なっており、共通するその他のステップについての説明は省略する。

ステップＳ２４は再吸引動作の可否を判断する再吸引判断ステップであり、速度センサ７０の出力が閾値を超えたかを判断し、閾値を超えた場合にはステップＳ２５に移行し、閾値を超えていない場合にはステップＳ２２に移行する。

速度センサ７０で速度の変化量が大きく検出される状況では、移動体および電磁ブレーキ１０に衝撃が加わってアーマチュア３が所定の保持位置からずれる可能性が高い。したがって本実施形態でも、速度の変化量が閾値を超えた後に直ちに再吸引動作を実施することで、迅速にアーマチュア３を電磁石５方向に再度吸引して適切な位置に修正することができる。

また本実施形態では、モーター６０に備わっているエンコーダ等の速度センサ７０の検出結果を利用するため、別途加速度センサを設ける必要がなく部品点数を減少させて軽量化を図ることが可能である。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について図面を参照して説明する。第４実施形態と重複する内容は説明を省略する。図１３は、第５実施形態の電流量制御部２０から電磁ブレーキ１０に出力されるブレーキ電圧のタイミングチャートであり、図１３（ａ）は速度センサ出力の分散を示し、図１３（ｂ）はブレーキ電圧を示している。

本実施形態でも図１０に示した速度センサ７０を用い、図１３（ａ）に示すように速度センサ７０の検出値を所定周期で区切り各区間における速度の分散を計算する。速度の分散値が予め定められた閾値を超えている場合には、電流量制御部２０は再吸引動作を継続して実施する。

図１４は、本実施形態の制御方法を示すフローチャートである。本実施形態の制御方法では、図４に示した第１実施形態とは再吸引判断ステップで判断する条件が異なっている。ステップＳ３０〜Ｓ３６のうち、再吸引判断ステップであるステップＳ３４のみが第１実施形態と異なっており、共通するその他のステップについての説明は省略する。

ステップＳ３４は再吸引動作の可否を判断する再吸引判断ステップであり、速度センサ７０の出力の分散が閾値を超えたかを判断し、閾値を超えた場合にはステップＳ３５に移行し、閾値を超えていない場合にはステップＳ３２に移行する。

移動体が走行する路面が不整地路面の場合には、車輪にかかる衝撃から移動体の速度が一定ではなくなり分散が大きくなる傾向がある。したがって、電流量制御部２０が、速度センサ７０が計測した速度の分散から路面の状態を不整地路面であると推定し、再吸引動作を継続することでアーマチュア３が所定の位置からずれることを防止し、ブレーキ解除状態を良好に維持することが可能となる。

なお、図１３（ｂ）では保持動作と再吸引動作を同じ電圧値とする例を示したが、速度の分散の大きさに応じて電圧値やパルス幅などのデューティ比を段階的に切り替えることで、より消費電力を低減することが可能である。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について図面を参照して説明する。第４実施形態と重複する内容は説明を省略する。図１５は、第６実施形態におけるブレーキ制御装置を示すブロック図である。図１５に示すように、移動体はブレーキ制御装置として電磁ブレーキ１０と電流量制御部２０とバッテリ３０と、モーター６０と、モーター駆動装置８０を備えている。図に示すように、電磁ブレーキ１０には電流量制御部２０が電気的に接続され、電流量制御部２０にはバッテリ３０が電気的に接続され、モーター駆動装置８０はモーター６０に電気的に接続され、モーター駆動装置８０と電流量制御部２０とは情報伝達可能に接続されている。

本実施形態では、モーター６０は例えばＤＣブラシレスモーター等であり、モーター駆動装置８０から供給される電力と信号によって駆動される。モーター駆動装置８０は、モーター６０の駆動制御を行うと同時に、モーター６０の回転数を算出することで移動体の速度を検出することができ、本発明の走行状態検出部に相当している。モーター駆動装置８０を用いたモーター６０の回転数算出方法としては、例えばモーター６０に設けたホールセンサ等を使用する場合や、モーター６０の起電力等を利用して速度を算出するセンサレス駆動等を用いることができる。

モーター駆動装置８０は、モーター６０の回転数から移動体の速度を検出し、検出結果を電流量制御部２０に伝達する。電流量制御部２０から電磁ブレーキ１０に対するブレーキ電圧の出力は、第４実施形態および第５実施形態で図１１と図１３を用いて説明したものと同様である。

図１６は、本実施形態の制御方法を示すフローチャートである。本実施形態の制御方法では、図４に示した第１実施形態とは再吸引判断ステップで判断する条件が異なっている。ステップＳ４０〜Ｓ４６のうち、再吸引判断ステップであるステップＳ４４のみが第１実施形態と異なっており、共通するその他のステップについての説明は省略する。

ステップＳ４４は再吸引動作の可否を判断する再吸引判断ステップであり、モーター駆動装置８０で算出されたモーター６０の回転数の変化量が閾値を超えたかを判断し、閾値を超えた場合にはステップＳ４５に移行し、閾値を超えていない場合にはステップＳ４２に移行する。

本実施形態では、モーター駆動装置８０の機能を利用してモーター６０の回転数を検出し、移動体の速度を算出できるので、別途速度センサを設ける必要がなく部品点数を減少させて軽量化を図ることが可能である。

図１１に示したように、速度の変化量が閾値を超えた後に直ちに再吸引動作を実施する場合には、迅速にアーマチュア３を電磁石５方向に再度吸引して適切な位置に修正することができる。また図１３に示したように、電流量制御部２０が、速度センサ７０が計測した速度の分散から路面の状態を不整地路面であると推定し再吸引動作を継続する場合には、アーマチュア３が所定の位置からずれることを防止し、ブレーキ解除状態を良好に維持することが可能となる。

（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について図面を参照して説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図１７は、第７実施形態における移動体の走行経路を平面的に示す模式図である。

本実施形態では、移動体１００が走行する走行経路９０が予め決まっており、走行経路９０の経路上に存在する不整地路面９１や段差９２の位置も予め知られている場合を想定する。移動体１００には、電磁ブレーキ１０とバッテリ３０と本発明の電流量制御部２０とを備えるとともに、電流量制御部２０の記憶装置には走行経路９０に沿った路面情報が記録されて、図２に示したように路面情報記憶部２４が構成されている。

図１８は、第７実施形態の電流量制御部２０から電磁ブレーキ１０に出力されるブレーキ電圧のタイミングチャートであり、図１８（ａ）はブレーキ電圧を示し、図１８（ｂ）は走行経路に沿った路面情報を示している。

路面情報記憶部２４に図１８（ｂ）に示した路面情報が記録されているとき、電流量制御部２０では移動体１００の走行距離やＧＰＳ（Global Positioning System）による位置情報を計測しておき、移動体１００が走行経路９０のどの位置を走行しているかを把握する。電流量制御部２０は、走行経路９０上の整地された路面を走行していると判断したときは通常の保持動作を行い、段差９２や不整地路面９１を走行していると判断したときは再吸引動作を実施する。このとき図１８（ａ）に示すように、段差９２を走行した場合には再吸引動作は短時間で完了し、不整地路面９１を走行している間は再吸引動作を継続する。

図１９は、本実施形態の制御方法を示すフローチャートである。本実施形態の制御方法では、図４に示した第１実施形態とは再吸引判断ステップで判断する条件が異なっている。ステップＳ５０〜Ｓ５６のうち、再吸引判断ステップであるステップＳ５４のみが第１実施形態と異なっており、共通するその他のステップについての説明は省略する。

ステップＳ５４は再吸引動作の可否を判断する再吸引判断ステップであり、走行経路９０の移動体１００が走行している位置における路面情報が段差９２や不整地路面９１であるか否かを判断し、段差９２や不整地路面９１である場合にはステップＳ５５に移行し、整地路面場合にはステップＳ５２に移行する。

本実施形態では、路面情報記憶部２４に予め記録しておいた走行経路９０に沿った路面情報を用いて再吸引動作を実施することで、段差９２の大きさや不整地路面９１における衝撃をあらかじめ予測し、電磁ブレーキ１０に衝撃が加わる直前や直後の適切なタイミングで必要な時間だけ再吸引動作を実施することができる。したがって、移動体１００に衝撃等が加わった場合にもアーマチュア３と電磁石５との距離を適切な位置に修正してブレーキ解除状態を良好に維持することが可能となる。また、再吸引動作の継続時間を最小限にして消費電力を抑制することもできる。

また、保持動作および再吸引動作において、電流量制御部２０から電磁ブレーキ１０に対する出力を路面情報に応じて電圧値やパルス幅を細かく設定してもよい。これにより、ブレーキ解除状態を良好に維持するために必要な消費電力を最適化することが可能となる。

なお、走行経路９０に沿った路面情報を電流量制御部２０の路面情報記憶部２４に記録する例を示したが、移動体１００の外部である例えばオペレータ室に設けられたサーバ装置に路面情報を記録しておき、有線や無線による情報通信手段を介して電流量制御部２０がサーバ装置から路面情報を取得するとしてもよい。

（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態について図面を参照して説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図２０は、第８実施形態における移動体の走行状態を示す模式図である。

本実施形態では、移動体１００の進行方向に障害物センサ１１０を取り付けておき、移動体１００が走行する路面１２０の前方に存在する段差や障害物を検知する。障害物センサ１１０は、本発明における走行状態検出部の一例であり、例えば赤外線等を利用した測距装置を用いることができ、障害物までの距離を検出して電流量制御部２０に障害物検出情報を伝達する。また、障害物センサ１１０として撮像装置（カメラ）を用い、画像処理等によって障害物や走行状態を検出するとしてもよい。

電流量制御部２０は、障害物センサ１１０が検出した障害物検出情報を受け取ると、検出された障害物までの距離と移動体１００の速度から車輪が障害物を乗り越えるタイミングを算出し、そのタイミングの前後で保持動作を継続する。

本実施形態では、障害物センサ１１０による障害物検出時にて再吸引動作を実施することで、障害物を乗り越える際に衝撃が加わるタイミングを算出し、電磁ブレーキ１０に衝撃が加わる直前や直後の適切なタイミングで必要な時間だけ再吸引動作を実施することができる。したがって、移動体１００に衝撃等が加わった場合にもアーマチュア３と電磁石５との距離を適切な位置に修正してブレーキ解除状態を良好に維持することが可能となる。また、再吸引動作の継続時間を最小限にして消費電力を抑制することもできる。

なお、移動体１００の前進方向にのみ障害物センサ１１０を付けた場合は、前進時には障害物センサ１１０を使用した段差検出を行い、障害物センサ１１０による検出圏外方向である後進時や旋回等への移動時には再吸引動作を継続し続けるとしてもよい。これにより、障害物センサ１１０の搭載個数を減らして移動体１００の部品点数を減少させて軽量化を図ることができる。

なお、今回開示した実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

１…シャフト
２…アウターディスク
３…アーマチュア
４…パッド
５…電磁石
６，７…スプリング
１０…電磁ブレーキ
２０…電流量制御部
３０…バッテリ
４０…電圧センサ
５０…加速度センサ
６０…モーター
７０…速度センサ
８０…モーター駆動装置
９０…走行経路
９１…不整地路面
９２…段差
１００…移動体
１１０…障害物センサ
１２０…路面
１２１…段差

Claims

走行車両に搭載されて、電磁石への通電時に電磁ブレーキの解除を行う無励磁作動型のブレーキ制御装置であって、
前記電磁石に供給する電流量を制御する電流量制御部と、
障害物と、該障害物までの距離とを検出する障害物センサとを備え、
前記電流量制御部は、
前記電磁ブレーキの解除動作時に印加する吸引電圧と、
解除した状態を維持するために印加する保持電圧と、
保持した状態を再調整するために印加する再吸引電圧とによって制御し、
前記障害物までの距離と前記走行車両の移動速度とから車輪が前記障害物を通過するタイミングを算出し、算出したタイミングの前から前記電磁石に前記再吸引電圧を印加すること
を特徴とするブレーキ制御装置。
請求項１に記載のブレーキ制御装置であって、
前記電流量制御部は、
前記再吸引電圧の印加により、直前の前記保持電圧の印加よりも前記電磁石に供給する電流量が多くなるように制御することを特徴とするブレーキ制御装置。
請求項１に記載のブレーキ制御装置であって、
さらに前記走行車両の走行状態を検出する走行状態検出部を備え、
前記電流量制御部は、前記走行状態検出部の検出結果に応じて前記電流量制御を行うことを特徴とするブレーキ制御装置。
請求項３に記載のブレーキ制御装置であって、
前記走行状態検出部は、前記ブレーキ制御装置に供給される電圧を検出する電圧センサであることを特徴とするブレーキ制御装置。
請求項３に記載のブレーキ制御装置であって、
前記走行状態検出部は加速度センサであることを特徴とするブレーキ制御装置。
請求項３に記載のブレーキ制御装置であって、
前記走行状態検出部は速度センサであることを特徴とするブレーキ制御装置。
請求項６に記載のブレーキ制御装置であって、
前記速度センサの検出値の分散が所定量よりも大きい場合に、前記電流量制御部は前記再吸引電圧の印加により前記電流量制御を行うことを特徴とするブレーキ制御装置。
請求項３に記載のブレーキ制御装置であって、
前記走行状態検出部は障害物センサであることを特徴とするブレーキ制御装置。
請求項３に記載のブレーキ制御装置であって、
前記走行状態検出部は撮像装置であることを特徴とするブレーキ制御装置。
請求項１から請求項９のいずれか一つに記載のブレーキ制御装置であって、
更に走行経路に沿った路面情報を予め記憶する路面情報記憶部を備え、
前記電流量制御部は、前記路面情報に基づいて前記電流量制御を行うことを特徴とするブレーキ制御装置。
請求項１から請求項１０のいずれか一つに記載のブレーキ制御装置を備えることを特徴とする走行車両。
走行車両に搭載された電流量制御部により、電磁石への通電時に電磁ブレーキの解除を行う無励磁作動型のブレーキ駆動方法であって、
障害物センサが、障害物と、該障害物までの距離とを検出する障害物検出ステップと、
前記電流量制御部が、前記電磁ブレーキを解除するための吸引電圧を前記電磁石に印加する吸引動作ステップと、
前記電流量制御部が、前記吸引動作ステップ後に、前記電磁石にブレーキ解除を維持するための保持電圧を印加する保持動作ステップと、
前記電流量制御部が、前記保持動作ステップ期間内において、保持した状態を再調整するための再吸引電圧を前記電磁石に印加する再吸引動作ステップとを含み、
前記電流量制御部が、前記障害物までの距離と前記走行車両の移動速度とから車輪が前記障害物を通過するタイミングを算出し、算出したタイミングの前から前記電磁石に前記再吸引電圧を印加すること
を特徴とするブレーキ駆動方法。