JP6986903B2 - 電動式直動アクチュエータおよび電動ブレーキ装置 - Google Patents
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Description
1.電動モータ、直動機構および減速機を使用した電動ブレーキ用アクチュエータ(特許文献1)。
2.遊星ローラ機構および電動モータを使用した電動アクチュエータ(特許文献2)。
特に、前述の電動ブレーキ装置の場合、周辺のホイールおよび懸架装置等に干渉しないよう構成したうえで、所望のアクチュエータ推力(即ちトルク)および出力を得る必要がある。このとき、一般に一定値として定められる最大モータ電流において高出力を発揮しようとする場合、モータサイズが大きくなり、搭載スペースおよびコストの増加が問題となる場合がある。
前記制御装置2は、
前記電動モータ4の角速度を推定する角速度推定機能部20bと、
前記電動モータ4に通電する電流を定められた最大値に制限する電流制限機能部23aと、
前記角速度推定機能部20bで推定された角速度が定められた角速度よりも大きくなると、前記電流制限機能部23aによって制限する電流の最大値を増加させる最大電流調整機能部24と、を有する。
前記定められた最大値、前記定められた角速度は、それぞれ設計等によって任意に定める最大値、角速度であって、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等により適切な最大値、角速度を求めて定められる。
例えば、電動ブレーキ装置1のような位置(荷重)制御を行うアクチュエータにおいて、モータ角速度が比較的大きくなるのはパニックブレーキまたはアンチスキッド制御等の限定された状況であるため、電動モータ4に通電する電流を一時的に増加させても、電動モータ4への熱負荷は軽微であり、耐久性に支障はない。
前記最大電流調整機能部24は、
前記電動モータ4の電流の最大値に相当するノルムとなる前記軸電流ベクトルの最大電流軌跡について、
推定された角速度が略零であるときに電流当たりのトルクが最も大きくなる最大電流ベクトルとなる点を通過し、前記回転子の磁界と略一致するベクトル方向を長手方向とする非真円の楕円状軌跡となるよう、最大電流を増加させてもよい。
前記最大電流調整機能部24は、
前記電動モータ4の電流の最大値に相当するノルムとなる前記軸電流ベクトルの最大電流軌跡について、
推定された角速度が略零であるときに電流当たりのトルクが最も大きくなる最大電流ベクトルとなる点を通過し、前記回転子の磁界と略一致するベクトル方向を頂点とする直線軌跡となるよう、最大電流を増加させてもよい。
前記定められた値は、設計等によって任意に定める値であって、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等により適切な値を求めて定められる。
図1に示すように、この電動ブレーキ装置1は、電動式直動アクチュエータDAと、摩擦ブレーキBRとを備える。先ず、電動式直動アクチュエータDAおよび摩擦ブレーキBRの構造について説明する。
図1および図2に示すように、電動式直動アクチュエータDAは、アクチュエータ本体AHと、電源装置3と、後述する制御装置2とを備える。アクチュエータ本体AHは、電動モータ4と、減速機構5と、直動機構6と、パーキングブレーキ装置7と、角度センサSaと、荷重センサSbとを有する。
摩擦ブレーキBRは、車両の車輪と連動して回転するブレーキロータ8と、このブレーキロータ8と接触して制動力を発生する摩擦材9とを有する。この摩擦材9は、電動式直動アクチュエータDAによって操作される。摩擦材9を、電動式直動アクチュエータDAのアクチュエータ本体AHにより操作してブレーキロータ8に押圧し、摩擦力によって制動力を発生させる機構を用いることができる。
図2は、この電動ブレーキ装置の電動式直動アクチュエータDAの制御系のブロック図である。例えば、各車輪に対応する制御装置2およびアクチュエータ本体AHが設けられている。各制御装置2は対応する電動モータ4を制御する。各制御装置2に、直流の電源装置3と、各制御装置2の上位制御手段である上位ECU17とが接続されている。電源装置3は、電動モータ4および制御装置2に電力を供給する。電源装置3は、例えば、この電動ブレーキ装置1(図1)を搭載する車両の低圧(例えば12V)バッテリ等を適用し得る。
運動推定機能部20は、角度センサSaの出力等から、電動モータ4の回転運動状態を推定する。この運動推定機能部20は、位置・位相推定部20aと、角速度推定機能部20bとを有する。
もしくは、電流推定機能部21は、モータ電圧およびモータコイル特性からモータ電流を推定する電流センサレス推定としてもよく、あるいは、例えば、プラス側ないしマイナス側の一次電流を検出する電流センサ、電圧、およびモータコイル特性からモータ相電流を推定するような、電流センサおよび電流センサレス推定の併用であってもよい。
モータドライバ18は、電動モータ4のコイルに供給する電力を制御する。モータドライバ18は、例えば、電界効果トランジスタ(Field effect transistor;略称FET)等のスイッチ素子を用いたハーフブリッジ回路を構成し、前記スイッチ素子のON−OFFデューティ比によりモータ印加電圧を決定するPWM制御を行う構成とすると安価で高性能となる。あるいは、変圧回路等を設け、PAM制御を行う構成とすることもできる。
図3は、この電動式直動アクチュエータの最大電流調整機能部によるdq軸上の電流ノルムの軌跡の例を示す図である。図2も適宜参照しつつ説明する。図3のd軸は、無負荷時の回転子磁束の方向と一致するものとする。
図4は、最大電流調整機能部を実行する例を示すブロック図である。図2と共に説明する。図4は、最大電流調整機能部24として、図3の最大電流制限機能をそのまま最大電流リミッタ24aとして実装する例を示す。荷重制御機能部22として荷重制御コントローラ22aが実装され、電流指令機能部23は、目標とするモータトルクを電流に変換するトルク→電流変換器23cを含む。また電流制御機能部25として電流制御コントローラ25aが実装されている。
以上説明した電動式直動アクチュエータDAおよび電動ブレーキ装置1によれば、電流制限機能部23aは、電動モータ4に通電する電流を最大電流値に制限する。最大電流調整機能部24は、推定角速度が定められた角速度よりも大きくなっているか否かを判断する。推定角速度が定められた角速度以下のとき、定められた最大電流値が維持される。最大電流調整機能部24は、推定角速度が定められた角速度よりも大きいとき、最大電流値を一時的に増加させる。このように電動モータ4の角速度が大きい領域で最大電流値を増加させることで、モータ出力が増加し、高速な応答が可能となる。したがって、電動モータ4の小型化を図り、省スペースで高出力なモータ制御を行うことが可能となる。
以下の説明においては、各実施の形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
図3の楕円軌跡の手法と図6の直線軌跡の手法とを適宜併用することもできる。例えば、所定領域を直線とし、その他所定領域を楕円とするような最大電流軌跡とすることもできる。
2…制御装置
3…電源装置
4…電動モータ
6…直動機構
8…ブレーキロータ
9…摩擦材
14…直動部
20b…角速度推定機能部
23a…電流制限機能部
24…最大電流調整機能部
26…電源監視機能部
DA…電動式直動アクチュエータ
Claims (4)
- 電動モータと、この電動モータの回転運動を直動部の直進運動に変換する直動機構と、前記電動モータを制御する制御装置とを備えた電動式直動アクチュエータにおいて、
前記制御装置は、
前記電動モータの角速度を推定する角速度推定機能部と、
前記電動モータに通電する電流を定められた最大値に制限する電流制限機能部と、
前記角速度推定機能部で推定された角速度が定められた角速度よりも大きくなると、前記電流制限機能部によって制限する電流の最大値を増加させる最大電流調整機能部と、
を有し、
前記制御装置は、前記角速度推定機能部で推定された角速度が定められた角速度よりも大きくなると、回転座標系上の直交軸においてベクトル成分として変換された軸電流につき、推定された角速度が定められた角速度以下のときの軸電流ベクトルの位相と比較して、前記電動モータにおける回転子の磁界ベクトル位相から反転した方向へと前記軸電流ベクトルの位相を変化させる電流ベクトル制御機能を有し、
前記最大電流調整機能部は、
前記電動モータの電流の最大値に相当するノルムとなる前記軸電流ベクトルの最大電流軌跡について、
推定された角速度が略零であるときに電流当たりのトルクが最も大きくなる最大電流ベクトルとなる点を通過し、前記回転子の磁界と略一致するベクトル方向を長手方向とする非真円の楕円状軌跡となるよう、最大電流を増加させる電動式直動アクチュエータ。 - 電動モータと、この電動モータの回転運動を直動部の直進運動に変換する直動機構と、前記電動モータを制御する制御装置とを備えた電動式直動アクチュエータにおいて、
前記制御装置は、
前記電動モータの角速度を推定する角速度推定機能部と、
前記電動モータに通電する電流を定められた最大値に制限する電流制限機能部と、
前記角速度推定機能部で推定された角速度が定められた角速度よりも大きくなると、前記電流制限機能部によって制限する電流の最大値を増加させる最大電流調整機能部と、
を有し、
前記制御装置は、前記角速度推定機能部で推定された角速度が定められた角速度よりも大きくなると、回転座標系上の直交軸においてベクトル成分として変換された軸電流につき、推定された角速度が定められた角速度以下のときの軸電流ベクトルの位相と比較して、前記電動モータにおける回転子の磁界ベクトル位相から反転した方向へと前記軸電流ベクトルの位相を変化させる電流ベクトル制御機能を有し、
前記最大電流調整機能部は、
前記電動モータの電流の最大値に相当するノルムとなる前記軸電流ベクトルの最大電流軌跡について、
推定された角速度が略零であるときに電流当たりのトルクが最も大きくなる最大電流ベクトルとなる点を通過し、前記回転子の磁界と略一致するベクトル方向を頂点とする直線軌跡となるよう、最大電流を増加させる電動式直動アクチュエータ。 - 請求項1または請求項2に記載の電動式直動アクチュエータにおいて、前記制御装置は、前記電動モータの駆動用の電力を供給する電源装置の電圧および電流のいずれか一方または両方を用いて、前記電源装置の電力供給能力を判断する電源監視機能部を有し、前記最大電流調整機能部は、前記電源監視機能部で判断する電力供給能力が定められた値より高いとき、電流の最大値を増加させる電動式直動アクチュエータ。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の電動式直動アクチュエータと、この電動式直動アクチュエータによって操作される摩擦材と、この摩擦材との接触により制動力を発生させるブレーキロータと、を備えた電動ブレーキ装置。
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