KR20210114517A

KR20210114517A - 브레이크 제어 장치 및 브레이크 제어 방법

Info

Publication number: KR20210114517A
Application number: KR1020217026395A
Authority: KR
Inventors: 교시로 이따꾸라; 다까히로 이또; 겐이찌로 마쯔바라; 다이스께 고또; 마꼬또 마쯔우라
Original assignee: 히다치 아스테모 가부시키가이샤
Priority date: 2019-03-05
Filing date: 2019-10-17
Publication date: 2021-09-23
Also published as: JP2020142577A; KR102540788B1; WO2020179122A1; US20220041144A1; CN113423621B; DE112019006740T5; CN113423621A; JP7189808B2

Abstract

온도 변화나 브레이크 패드의 편마모, 브레이크 디스크의 기울기 등에 의한 강성 변화를, 저메모리 부하이며, 또한 계측 범위보다 대추력으로 되는 영역까지 고정밀도로 추정 가능한 브레이크 제어 장치 및 브레이크 제어 방법을 제공한다. 피제동 부재에 압박되는 마찰 부재와, 상기 마찰 부재에 맞닿고 전동 모터의 회전에 의해 직동 방향으로 이동하는 피스톤과, 상기 마찰 부재의 상기 피제동 부재에 대한 추력을 검출하는 추력 검출부를 구비하는 제동 유닛을 제어하는 브레이크 제어 장치이며, 상기 피스톤 위치에 대하여 제1 기울기로 되는 추력 변화인 제1 피스톤 범위와, 상기 피스톤 위치에 대하여 상기 제1 기울기와는 다른 제2 기울기로 되는 추력 변화인 제2 피스톤 범위에 기초하여, 상기 제동 유닛의 강성인 상기 피스톤 위치와 상기 추력의 관계를 추정한다.

Description

브레이크 제어 장치 및 브레이크 제어 방법

본 발명은 브레이크 시스템의 구성과 그 제어에 관한 것으로, 특히 높은 제어 정밀도와 응답성이 요구되는 자동차의 전동 브레이크에 적용하기에 유효한 기술에 관한 것이다.

자동차 등의 차량에는, 운전자에 의한 브레이크 페달의 답입량에 따라 차륜에 제동력을 부여하는 브레이크 시스템이 탑재되어 있다. 이 브레이크 시스템은, 종래, 유압 시스템인 것이 많았지만, 최근에는 전동 시스템인 것이 증가하고 있다.

전동 시스템을 사용한 브레이크 시스템에서는, 유압 시스템에서는 곤란하였던 브레이크 피스톤의 복귀가 가능하기 때문에, 브레이크 패드와 브레이크 디스크에 원하는 간극을 마련하는 클리어런스 제어가 가능하게 되고, 브레이크 패드의 끌림 저감에 의한 연비 개선을 기대할 수 있다.

또한, 페달 답입 시에는, 클리어런스 제어에 의해 브레이크 패드에 접촉 후, 변형 센서 등으로 검출하는 브레이크 패드와 브레이크 디스크의 압박력을 사용한 제동력의 제어가 행해진다.

본 제어에서는, 브레이크 피스톤의 위치와 제동력의 관계를 나타내는 캘리퍼 강성의 특성에 기초한 제어를 행함으로써, 고응답 또한 고정밀도로 제동력을 제어하여, 안전성을 높이거나, 브레이크 필을 향상시키는 기술이 중요하게 된다.

캘리퍼의 강성 특성의 제어에 사용하는 기술로서, 예를 들어 특허문헌 1과 같은 기술이 있다. 특허문헌 1에는 「차륜에 제동력을 발생시키는 브레이크 수단에 있어서의 브레이크 마찰재의 이동량을 차륜별로 독립적으로 제어하는 브레이크 제어 수단과, 상기 이동량의 제어에 있어서 필요한 구동 데이터를 기억하는 기억 수단과, 차량의 주행 상태를 나타내는 물리량을 검출하는 차량 주행 상태 검출 수단과, 상기 물리량에 기초하여 차륜별 브레이크 제어 수단을 통하여 차량 주행 상태를 제어하는 차량 제어 수단을 구비한 차량의 브레이크 제어 장치이며, 상기 차량 제어 수단은, 상기 브레이크 수단에 의해 차량의 주행 상태를 제어한 결과의 제어 데이터를 취득하고, 상기 취득한 제어 데이터를 사용하여 상기 기억 수단에 기억되어 있던 구동 데이터를 보정하여 갱신함으로써, 전류 센서값의 편차나, 브레이크 액추에이터의 경년 변화에 의한 액추에이터 강성의 변화에 구애되지 않고, 좌우륜에 있어서 동등한 압박력을 발생시킬 수 있는 차량의 브레이크 제어 장치」가 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 2에는 「전동 모터를 구비하고, 브레이크 디스크에 브레이크 패드를 압박하는 압박 부재가 상기 전동 모터에 의해 추진되는 캘리퍼와, 상기 압박 부재에 의한 상기 브레이크 패드의 압박력 명령값을 제동 지시 신호에 따라 산출하고 해당 압박력 명령값에 기초하여 상기 전동 모터를 제어하는 제어 수단으로 이루어지고, 상기 제어 수단은, 상기 전동 모터의 회전 위치로부터 상기 압박 부재의 추력을 추정하는 전동 브레이크 장치에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 압박 부재가 상기 브레이크 패드를 압박하는 빈도에 따라 상기 캘리퍼의 강성을 추정하고 해당 강성의 추정 결과에 따라, 상기 제동 지시 신호에 의해 산출되는 상기 브레이크 패드의 압박력 명령값을 변경하는 캘리퍼 강성 추정 수단을 가짐으로써, 전동 모터의 회전 위치로부터 압박 부재의 추력을 추정하는 전동 브레이크 장치에 있어서 캘리퍼 강성이 변화해도 원하는 제동력을 발생시킬 수 있는 전동 브레이크 장치」가 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 3에는 「디스크 로터에 브레이크 패드를 압박시키는 추력 기구와, 해당 추력 기구를 구동하는 액추에이터와, 상기 추력 기구에 의한 압박력을 검출하는 압박력 검출 수단과, 상기 추력 기구의 변위를 검출하는 위치 검출 수단과, 상기 압박력 검출 수단의 압박력 신호와 차량의 제동 지시 신호에 따라 제동력을 발생시키기 위해 상기 액추에이터를 제어하는 제어 수단으로 이루어지는 브레이크 장치에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 압박력 검출 수단의 압박력 신호와 상기 위치 검출 수단의 변위 신호의 상대 관계에 기초하여 상기 압박력 검출 수단의 이상을 검지하는 이상 검지 수단을 가짐으로써, 피스톤 추력 센서의 이상을 고정밀도로 검지할 수 있는 브레이크 장치」가 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2007-161154호 공보 일본 특허 공개 제2008-184023호 공보 일본 특허 공개 제2005-106153호 공보

상기 특허문헌 1에서는, 차량 안정화 제어 중인 차량 거동의 데이터에 기초하여 강성 그래프 데이터를 갱신함으로써, 경년 열화 등의 강성 변화에 대응하고, 차량 안정화 제어의 제어 성능을 향상시키고 있다. 그러나, 본 구성에 따르면, 제동한 결과, 차량 거동이 불안정해진 후에 갱신되기 때문에, 급격한 강성 변화가 생긴 경우에 안전성이 저하될 우려가 있다.

또한, 상기 특허문헌 2에서는, 위치 센서와 추력 센서의 계측값으로부터 강성 특성을 취득하고, 그 데이터 취득 간격의 길이에 따라 강성 특성을 변화시킴으로써, 온도 변화에 대한 강성 변화를 적절하게 추정하고, 제어성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 강성 테이블은 계측값에 기초하여 작성되기 때문에, 전회 사이클의 제동 시에 발생하지 않은 고추력 영역의 강성 특성을 고정밀도로 추정하기는 어렵고, 또한 시간 간격에 따라 강성 특성을 변화시키기 때문에, 캘리퍼의 온도 변화에만 적절하게 추정할 수 있는 것이며, 브레이크 패드의 편마모나 브레이크 디스크의 기울기와 같은 시간에 의존하지 않는 변화에 대해서는 추정이 곤란하게 된다.

한편, 상기 특허문헌 3에서는, 추력 센서의 고장 판정에 있어서 강성 특성을 사용한 예가 개시되어 있으며, 강성 특성은 복수 계측점의 다항식 근사로 작성되는 것이 개시되어 있다. 특허문헌 3의 강성 추정 방법에 따르면, 근사 오차에 의해 강성 추정 정밀도가 저하될 우려가 있고, 또한 고정밀도화에는 다수의 계측점의 해석이 필요해지기 때문에 메모리 부하가 증대될 가능성이 있다.

그래서, 본 발명의 목적은, 온도 변화나 브레이크 패드의 편마모, 브레이크 디스크의 기울기 등에 의한 강성 변화를, 저메모리 부하이며, 또한 계측 범위보다 대추력으로 되는 영역까지 고정밀도로 추정 가능한 브레이크 제어 장치 및 브레이크 제어 방법을 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 피제동 부재에 압박되는 마찰 부재와, 상기 마찰 부재에 맞닿고 전동 모터의 회전에 의해 직동 방향으로 이동하는 피스톤과, 상기 마찰 부재의 상기 피제동 부재에 대한 추력을 검출하는 추력 검출부를 구비하는 제동 유닛을 제어하는 브레이크 제어 장치이며, 상기 피스톤 위치에 대하여 제1 기울기로 되는 추력 변화인 제1 피스톤 범위와, 상기 피스톤 위치에 대하여 상기 제1 기울기와는 다른 제2 기울기로 되는 추력 변화인 제2 피스톤 범위에 기초하여, 상기 제동 유닛의 강성인 상기 피스톤 위치와 상기 추력의 관계를 추정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 마찰 부재를 압박하는 제동 유닛의 전동 모터를 제어하는 브레이크 제어 방법이며, 피스톤 위치에 대하여 제1 기울기로 되는 추력 변화인 제1 피스톤 범위와, 피스톤 위치에 대하여 상기 제1 기울기와는 다른 제2 기울기로 되는 추력 변화인 제2 피스톤 범위에 기초하여, 상기 제동 유닛의 강성인 피스톤 위치와 추력의 관계를 추정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 온도 변화나 브레이크 패드의 편마모, 브레이크 디스크의 기울기 등에 의한 강성 변화를, 저메모리 부하이며, 또한 계측 범위보다 대추력으로 되는 영역까지 고정밀도로 추정 가능한 브레이크 제어 장치 및 브레이크 제어 방법을 제공할 수 있다.

이에 의해, 강성 변화에 구애되지 않고 안정된 브레이크 제어가 가능하게 되고, 제동 시의 안전성과 필링을 향상시킬 수 있다.

상기한 이외의 과제, 구성 및 효과는, 이하의 실시 형태의 설명에 의해 밝혀진다.

도 1은 실시예 1에 관한 브레이크 시스템의 개략도이다.
도 2는 실시예 1에 관한 강성 추정부의 기능 블록도이다.
도 3은 실시예 1에 관한 강성 추정 연산 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 4는 실시예 1에 관한 강성 특성의 발생 원리를 도시하는 개념도이다.
도 5는 실시예 1에 관한 강성 연산부의 연산 개념도이다.
도 6은 실시예 1에 관한 발명 효과의 개념도이다.
도 7은 실시예 2에 관한 강성 추정부의 기능 블록도이다.
도 8은 실시예 3에 관한 강성 추정부의 기능 블록도이다.

이하, 도면을 사용하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 부분에 대해서는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 개념 중에서 여러 가지 변형예나 응용예도 그 범위에 포함하는 것이다.

실시예 1

도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예 1의 브레이크 시스템에 대하여 설명한다. 도 1은, 본 실시예의 브레이크 시스템의 개략도이며, 차량이 구비하는 복수 차륜 중 1륜분의 전동 브레이크에 대응하는 구성을 도시하고 있다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시예의 브레이크 시스템(1)은, 주요한 구성으로서, 구동 기구(2)와, 브레이크 제어 장치(10)와, 제동 기구(11)와, 회전/직동 변환 기구(12)를 구비하고 있다. 이들 중, 구동 기구(2)는 전동 모터(2a)와 감속기(2b)로 이루어지는 것이다. 브레이크 제어 장치(10)는 추력 제어부(모터 제어기)(3)와 강성 추정부(4)를 내장한 것이다. 제동 기구(11)는 브레이크 패드(마찰 부재)(11a)와 브레이크 디스크(피제동 부재)(11b)를 접촉 분리 가능하게 배치한 것이다. 회전/직동 변환 기구(12)는 피스톤(12a)과 이송 나사(12b)로 이루어지며, 본 실시예에 있어서는 대략 막대 형상의 것이다.

또한, 도 1에 있어서, 구동 기구(2), 브레이크 패드(11a), 회전/직동 변환 기구(12)를 포함하는 유닛(제동 유닛)을 브레이크 캘리퍼(5)라고 칭한다. 브레이크 캘리퍼(5)는, 브레이크 패드(11a)를 브레이크 디스크(11b)에 꽉 누르는 역할을 하며, 마찰에 의한 제동을 가능하게 한다.

이 브레이크 시스템(1)에서는, 전동 모터(2a)가 발생시킨 회전 구동력을 감속기(2b)에서 감속하고, 감속 후의 회전 구동력을 이송 나사(12b)를 통하여 직동 구동력으로 변환하고, 피스톤(12a)의 직선 구동에 의해 브레이크 패드(11a)를 브레이크 디스크(11b)에 압박함으로써, 회전 중인 브레이크 디스크(11b)에 제동력을 부여한다. 또한, 이하에서는, 피스톤(12a)이 브레이크 디스크(11b)에 접근하는 방향을 정방향(+)이라고 하고, 그 역방향을 부방향(-)이라고 한다.

이상의 제동 동작을 행할 때, 브레이크 제어 장치(10) 내의 추력 제어부(모터 제어기)(3)는, 전동 모터(2a)의 회전 속도나 위치를 제어하고, 브레이크 패드(11a)의 압박력을 조정한다. 또한, 브레이크 제어 장치(10)는, 회전/직동 변환 기구(12)에 설치한 추력 센서(31)가 검출한 추력에 기초하여 브레이크 패드(11a)의 제동력을 추정한다. 또한, 브레이크 제어 장치(10)는, 전동 모터(2a)에 설치한 위치 센서(32)가 검출한 회전 위치에 기초하여 브레이크 패드(11a)의 위치를 추정한다. 또한, 위치 센서(32)를 피스톤(12a)에 설치하여, 피스톤(12a)의 위치를 직접 검출할 수 있도록 해도 된다.

여기서, 브레이크 제어 장치(10)에는, 제어 신호선(21), 통신선(22, 23), 주전력선(26)이 접속되어 있다. 또한, 내부의 추력 제어부(3)와 강성 추정부(4)는, 통신선(24, 25)으로 서로 접속되어 있다. 이들 중, 제어 신호선(21)은, 차량 제어용 ECU(Electronic Control Unit) 등의 상위 제어 장치로부터의 제어 명령을 브레이크 제어 장치(10)에 입력하는 것이고, 통신선(22, 23)은, 상위 제어 장치와 제어 명령 이외의 정보를 통신하는 것이다. 또한, 여기서는, 상위 제어 장치와 브레이크 제어 장치(10)를 별개의 것으로 하고 있지만, 양자를 일체화한 제어 장치로 해도 된다.

다음에, 도 2를 사용하여, 강성 추정부(4)의 상세를 설명한다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 강성 추정부(4)는, 강성 특징 검출부(40)와, 제1 기울기 연산부(41)와, 제2 기울기 연산부(42)와, 위치 편차 연산부(43)와, 강성 연산부(44)를 구비하고 있고, 통신선(24)을 통하여 추력 제어부(3)로부터의 신호가 입력되고, 통신선(25)을 통하여 추력 제어부(3)에 신호를 출력한다.

또한, 실제의 강성 추정부(4)는, CPU(Central Processing Unit), 마이크로컴퓨터 등의 연산 장치, 반도체 메모리 등의 주기억 장치, 하드 디스크 등의 보조 기억 장치, 및 통신 장치 등의 하드웨어를 구비하고 있고, 보조 기억 장치에 기록된 데이터베이스 등을 참조하면서, 주기억 장치에 기억된 프로그램을 연산 장치가 실행함으로써, 도 2에 도시하는 각 기능을 실현하는 것이지만, 이하에서는, 이러한 주지의 구성이나 동작을 적절하게 생략하면서 설명한다.

≪강성 특징 검출부(40)≫

강성 특징 검출부(40)는, 추력 센서(31)로부터의 추력값 신호와, 위치 센서(32)로부터 추정되는 피스톤(12a)의 위치 신호를 사용하여, 강성을 추정하기 위해 필요한, 제1 기울기(L1)와 제2 기울기(L2)와 위치 편차(ΔX)를 연산하고, 그들의 연산 결과를 출력하는 것이다.

≪제1 기울기 연산부(41)≫

제1 기울기 연산부(41)는, 피스톤(12a)을 브레이크 디스크(11b)측으로 이동시켜, 브레이크 패드(11a)와 브레이크 디스크(11b)가 접촉한 후에 발생하는 추력 센서(31)로부터의 추력값 신호와, 제1 기울기 연산부의 내부값으로서 유지하고 있는 검출 역치 SF1L, SF1H를 비교 연산하여, 역치를 상회한 시점의 피스톤(12a)의 위치 신호 X1L, X1H를 검출함으로써, 피스톤(12a)의 나아감양에 대한 추력 증가의 기울기를 연산하고, 제1 기울기 L1 및 제1 기울기를 연산하였을 때의 피스톤(12a)의 위치 X1을 출력한다.

≪제2 기울기 연산부(42)≫

제2 기울기 연산부(42)는, 피스톤(12a)을 브레이크 디스크(11b)측으로 이동시켜, 브레이크 패드(11a)와 브레이크 디스크(11b)가 접촉한 후에 발생하는 추력 센서(31)로부터의 추력값 신호와, 제2 기울기 연산부의 내부값으로서 유지하고 있는 검출 역치 SF2L, SF2H를 비교 연산하여, 역치를 상회한 시점의 피스톤(12a)의 위치 신호 X2L, X2H를 검출함으로써, 피스톤(12a)의 나아감양에 대한 추력 증가의 기울기를 연산하고, 제2 기울기 L2 및 제2 기울기를 연산하였을 때의 피스톤(12a)의 위치 X2를 출력한다.

≪위치 편차 연산부(43)≫

위치 편차 연산부(43)는, 제1 기울기 연산부(41)와 제2 기울기 연산부(42)로부터 얻어지는 제1 기울기 위치 X1과 제2 기울기 위치 X2의 차로부터 위치 편차 ΔX를 연산하는 것이다.

≪강성 연산부(44)≫

강성 연산부(44)는, 제1 기울기 L1과 제2 기울기 L2와 위치 편차 ΔX에 기초하여 강성을 연산하는 것이다.

여기서, 도 4를 사용하여 강성 특성의 발생 원리를 설명한다. 강성 특성은 피스톤(12a)의 나아감에 대한 추력의 관계를 나타내는 것이다. 피스톤(12a)은 비제동 시에는 끌기 방지를 위해 클리어런스를 마련하여 정지되고 있다. 한편, 제동 시에는 피스톤(12a)이 전진하고, 클리어런스양만큼 전진하면 브레이크 패드(11a)를 추진시켜 브레이크 디스크(11b)와 접촉하고, 추력이 발생하기 시작한다(도 4 중의 A).

또한 피스톤(12a)을 전진시키면, 처음에는 브레이크 캘리퍼의 휨(굴곡) 등에 기인하는 복원력이 추력 센서(31)로 검출된다. 브레이크 패드(11a)와 브레이크 디스크(11b)의 접촉 후, 브레이크 캘리퍼의 휨(굴곡)이 생기고 있는 범위에서는 브레이크 패드(11a)가 편측 접촉 상태로 되기 때문에, 겉보기 강성(도 4 중의 B)이 낮은(피스톤 나아감양에 대한 증력이 작은) 특성이 얻어진다.

이 복원력은, 피스톤(12a)을 더 추진해 감으로써, 휨(굴곡) 상태로부터 회복되어 감소해 간다(도 4 중의 C). 그 후, 피스톤(12a)을 진행시켜 가면, 브레이크 패드(11a)와 브레이크 디스크(11b)가 정접한 상태, 즉 브레이크 패드(11a)가 브레이크 디스크(11b)에 정방향으로 접근해 가서 접촉하는 상태로 되고, 순수한 브레이크 패드(11a)의 강성에 의한 증력이 얻어진다(도 4 중의 D).

강성 연산부(44)에서는, 이들 강성 변화를 적절하게 파악하기 위해, 제1 기울기 L1과 제2 기울기 L2와 위치 편차 ΔX에 기초하여 강성을 연산한다.

여기서, 도 5를 사용하여 강성 연산에 사용하는 파라미터를 설명한다. 제1 기울기 연산부(41)에서는 역치 SF1L, SF1H를 초과한 시점의 추력 센서(31)의 값 F1L, F1H와 피스톤 위치 X1L, X1H의 값을 유지하고, 기울기 L1=(F1H-F1L)/(X1H-X1L)을 연산한다. 제2 기울기 연산부(42)에서도 마찬가지의 연산(제2 기울기 L2의 연산)을 행하고, 또한 제1 기울기 L1과 제2 기울기 L2의 위치의 차인 ΔX를 연산한다.

이들 3개의 파라미터(L1, L2, ΔX)를 사용하여 강성을 연산하지만, 강성의 연산 방법은 예를 들어, 실험적으로 얻어진 여러 가지 강성 데이터로부터, 설계 단계에서 이들 파라미터를 추출하고, 회귀 분석에 의해 강성 변화에 대응한 추정 모델을 구축하는 것이 고려된다. 이때의 추정 모델이란, 예를 들어 이하의 식 (1)과 같은 것이다.

f(Z1, Z2, Z3)=c+α*Z1+β*Z2+γ*Z3… (1)

여기서,

f(Z1, Z2, Z3): 임의의 추력에 달하는 피스톤 추정 위치(강성 특성)

Z1: 제1 기울기(L1)

Z2: 제2 기울기(L2)

Z3: 위치 편차(ΔX)

c, α, β, γ: 회귀 계수

회귀 분석에서는 식 (1)의 회귀 계수를 추정 오차가 최소가 되도록 설정할 수 있으므로, 강성 변화에 대하여 고정밀도로 강성 추정을 행할 수 있게 된다.

단, 회귀 모델은 미리 설계된 것이어도 되고, 주행 중에 학습하는 것이어도 된다. 요는, 제1 기울기(L1)와 제2 기울기(L2)와 위치 편차(ΔX)의 정보를 사용하여 강성을 추정할 수 있으면 된다

도 2에 도시한 강성 추정부(4)의 기능 블록은, 실제로는 마이크로컴퓨터의 메모리에 기억된 소프트웨어로 실행되는 것이다. 다음에 이 연산 플로를 도 3에 기초하여 설명한다.

≪스텝 S10≫

스텝 S10에서는, 차량이 현재, 제동 상태인지 여부를 판단한다. 이 판단은, 운전자에 의해 브레이크 페달이 소정량 이상으로 답입되고, 추력 명령값이 0 이상인지로 판단할 수 있다. 비제동 상태인 경우("아니오")에는, "종료"로 빠져서 다음 기동 타이밍을 기다리게 된다. 한편, 제동 상태인 경우("예")에는, 다음 스텝 S11로 이행한다.

≪스텝 S11≫

스텝 S11은, 주로 제1 기울기 연산부(41)에서의 처리에 대응하는 것이며, 회전/직동 변환 기구(12)에 설치한 추력 센서(31)의 출력 F와 역치 SF1L을 비교 연산하여, F가 역치 이하("아니오")이면 대기하고, 역치 이상("예")이면 스텝 S12로 진행한다.

≪스텝 S12≫

스텝 S12는, 주로 제1 기울기 연산부(41)에서의 처리에 대응하는 것이며, 역치를 초과한 시점의 추력 센서(31)의 값 F1L 및 위치 센서(32)의 값 X1L을 유지하고 메모리에 저장하여 스텝 S13으로 진행한다.

여기서, 이들 정보는, 마이크로컴퓨터에 구비되어 있는 RAM(Random Access Memory)의 일시 기억 영역에 기억되고, 이하의 제어 스텝에서 실행되는 연산에 이용된다. 또한, 브레이크 시스템(1)에 맞추어, 이 이외에 다른 정보를 검출하는 것도 가능하다.

≪스텝 S13≫

스텝 S13은, 주로 제1 기울기 연산부(41)에서의 처리에 대응하는 것이며, 회전/직동 변환 기구(12)에 설치한 추력 센서(31)의 출력 F와 역치 SF1H를 비교 연산하여, F가 역치 이하("아니오")이면 대기하고, 역치 이상("예")이면 스텝 S14로 진행한다.

≪스텝 S14≫

스텝 S14는, 주로 제1 기울기 연산부(41)에서의 처리에 대응하는 것이며, 역치를 초과한 시점의 추력 센서(31)의 값 F1H 및 위치 센서(32)의 값 X1H를 유지하고 메모리에 저장하여 스텝 S15로 진행한다.

≪스텝 S15≫

스텝 S15는, 주로 제1 기울기 연산부(41)에서의 처리에 대응하는 것이며, 스텝 S11부터 스텝 S14에서 얻어진 정보로부터 제1 기울기 L1=(F1H-F1L)/(X1H-X1L)을 연산한다.

≪스텝 S21≫

스텝 S21은, 주로 제2 기울기 연산부(42)에서의 처리에 대응하는 것이며, 회전/직동 변환 기구(12)에 설치한 추력 센서(31)의 출력 F와 역치 SF2L을 비교 연산하여, F가 역치 이하("아니오")이면 대기하고, 역치 이상("예")이면 스텝 S22로 진행한다.

≪스텝 S22≫

스텝 S22는, 주로 제2 기울기 연산부(42)에서의 처리에 대응하는 것이며, 역치를 초과한 시점의 추력 센서(31)의 값 F2L 및 위치 센서(32)의 값 X2L을 유지하고 메모리에 저장하여 스텝 S23으로 진행한다.

≪스텝 S23≫

스텝 S23은, 주로 제2 기울기 연산부(42)에서의 처리에 대응하는 것이며, 회전/직동 변환 기구(12)에 설치한 추력 센서(31)의 출력 F와 역치 SF2H를 비교 연산하여, F가 역치 이하("아니오")이면 대기하고, 역치 이상("예")이면 스텝 S24로 진행한다.

≪스텝 S24≫

스텝 S24는, 주로 제2 기울기 연산부(42)에서의 처리에 대응하는 것이며, 역치를 초과한 시점의 추력 센서(31)의 값 F2H 및 위치 센서(32)의 값 X2H를 유지하고 메모리에 저장하여 스텝 S25로 진행한다.

≪스텝 S25≫

스텝 S25는, 주로 제2 기울기 연산부(42)에서의 처리에 대응하는 것이며, 스텝 S21부터 스텝 S24에서 얻어진 정보로부터 제2 기울기 L2=(F2H-F2L)/(X2H-X2L)을 연산한다.

≪스텝 S31≫

스텝 S31은, 주로 위치 편차 연산부(43)의 처리에 대응하는 것이며, 제1 기울기 L1과 제2 기울기 L2가 연산된 피스톤 위치의 차 ΔX=X2L-X1H를 연산한다.

≪스텝 S41≫

스텝 S41은, 주로 강성 연산부(44)의 처리에 대응하는 것이며, 제1 기울기 L1과 제2 기울기 L2와 위치 편차 ΔX를, 설계 시에 회귀 분석에서 작성된 추정 모델 f(Z1, Z2, Z3)에 대입함으로써 강성 특성을 연산한다.

본 발명에 있어서의 효과를 도 6에 도시한다. 본 실시예에서는, 이상의 연산에 의해 강성 변화를 적절하게 추정할 수 있다. 예를 들어, 브레이크 패드(11a)의 과도한 마모에 의해 겉보기 강성이 고강성으로 변화하였을 때, 강성이 추정되지 않으면 도면 중 왼쪽의 파선(미추정)과 같이, 피스톤(12a)을 지나치게 진행시켜 추력이 오버슈트된다. 한편, 적절하게 강성이 추정되면, 점선(본 발명)과 같이 오버슈트없이 추력을 제어할 수 있다.

또한, 예를 들어 주행 중인 횡가속도에 의해 브레이크 디스크(11b)가 기울어, 겉보기 강성이 저강성으로 변화하였을 때, 강성이 추정되지 않으면 도면 중 우측의 파선(미추정)과 같이, 피스톤(12a)의 나아감양 부족에 의해 응답성이 저하된다. 한편, 적절하게 강성이 추정되면, 점선(본 발명)과 같이 응답성이 향상된다.

본 발명에 있어서는, 강성을 고정밀도로 추정할 수 있기 때문에, 추력이 증가 개시하는 점인 브레이크 패드(11a)와 브레이크 디스크(11b)의 접촉 위치(도 4의 A)를 고정밀도로 검출하는 것도 가능하게 되므로, 클리어런스를 일정하게 유지하는 비제동 시의 피스톤 위치 결정 제어도 고정밀도화할 수 있다.

또한, 상기 특허문헌 2에 따르면, 강성 특성을 고추력까지 얻고 싶은 경우에는 고추력까지 증력시켜 계측할 필요가 있는데, 본 발명에서는 추정에 필요한 역치까지 추력을 증력하면, 고추력 영역까지 추정할 수 있기 때문에, 통상의 브레이크 범위만의 작동으로 추정이 가능하게 된다.

또한, 상기 특허문헌 3에 따르면, 고정밀도화에는 메모리 부하의 증대가 우려되지만, 본 발명에서는 제1 기울기 L1과 제2 기울기 L2와 위치 편차 ΔX만으로 추정할 수 있기 때문에, 메모리 소비량이 적어진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예의 브레이크 제어 장치(10)는, 브레이크 캘리퍼와, 브레이크 패드(11a)와, 브레이크 디스크(11b)와, 브레이크 패드(11a)에 연결되고 전동 모터(2a)의 회전에 의해 직동 방향으로 이동하는 피스톤(12a)과, 브레이크 패드(11a)의 브레이크 디스크(11b)에 대한 추력을 검출하는 추력 검출부(추력 센서(31))를 구비하는 브레이크를 제어하는 브레이크 제어 장치이며, 피스톤(12a)의 위치에 대하여 제1 기울기 L1로 되는 추력 변화인 제1 피스톤 범위(X1H-X1L)와, 피스톤(12a)의 위치에 대하여 제1 기울기 L1과는 다른 제2 기울기 L2로 되는 추력 변화인 제2 피스톤 범위(X2H-X2L)에 기초하여, 브레이크 캘리퍼의 강성인 피스톤(12a)의 위치와 브레이크 패드(11a)의 브레이크 디스크(11b)에 대한 추력의 관계를 추정한다.

또한, 제1 피스톤 범위(X1H-X1L)와 제2 피스톤 범위(X2H-X2L)의 위치의 차분(위치 편차 ΔX)에 기초하여, 브레이크 캘리퍼의 강성을 추정한다.

또한, 제1 피스톤 범위(X1H-X1L)는, 브레이크 캘리퍼에 휨이 생기고, 브레이크 패드(11a)가 편측 접촉을 발생시키는 당해 휨의 복원력의 범위이고, 제2 피스톤 범위(X2H-X2L)는, 브레이크 패드(11a)가 브레이크 디스크(11b)에 정접한 후의 압박력의 범위이다.

본 실시예에 따르면, 강성과 패드 접촉 위치의 추정을 저마이크로컴퓨터 부하로 고정밀도로 실시하는 것이 가능하게 되어, 브레이크의 제어 성능을 향상시킬 수 있다.

실시예 2

도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예 2의 브레이크 시스템에 대하여 설명한다. 도 7은 본 실시예에 있어서의 강성 추정부의 기능 블록도이며, 실시예 1(도 2)의 변형예에 상당한다. 또한, 실시예 1과의 공통점에 대해서는 중복되는 설명을 생략한다.

본 실시예의 강성 추정부는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 실시예 1(도 2)의 구성에 더하여 제3 기울기 연산부(51)와 제4 기울기 연산부(52)를 추가한 것이다.

예를 들어, 제1 기울기 L1과 제2 기울기 L2에 더하여, 피스톤(12a)의 위치에 대하여 제1 기울기 L1 및 제2 기울기 L2와는 다른 제3 기울기 L3으로 되는 추력 변화인 제3 피스톤 범위에 기초하여, 강성을 추정한다. 또한, 피스톤(12a)의 위치에 대하여 제1 기울기 L1과 제2 기울기 L2와 제3 기울기 L3에 더하여, 제1 기울기 L1, 제2 기울기 L2, 제3 기울기 L3과는 다른 제4 기울기 L4로 되는 추력 변화인 제4 피스톤 범위에 기초하여, 강성을 추정한다.

강성의 변화가 복잡한 것이며, 제1 기울기 L1과 제2 기울기 L2로는 충분한 강성 추정 정밀도가 얻어지지 않는 경우에는, 제3 기울기 L3과 제4 기울기 L4를 추가하여 추정함으로써, 고정밀도화할 수 있다.

실시예 3

도 8을 참조하여, 본 발명의 실시예 3의 브레이크 시스템에 대하여 설명한다. 도 8은 본 실시예에 있어서의 강성 추정부의 기능 블록도이며, 실시예 1(도 2)의 변형예에 상당한다. 또한, 실시예 1과의 공통점에 대해서는 중복되는 설명을 생략한다.

본 실시예의 강성 추정부는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 실시예 1(도 2)의 구성에 더하여 강성 추정 모델 학습부(61)를 추가한 것이다. 상술한 바와 같이, 실시예 1에서는 미리 설계 시에 구축한 강성 추정 모델을 사용하고 있지만, 본 실시예와 같이 주행 중이나 정지 중에 실시간으로 강성을 계측하고, 추정 모델을 축차 학습하는 것이어도 된다. 이에 의해, 설계 시에는 고려되어 있지 않았던 특이한 강성 변화에 대해서도 대응 가능한 추정 모델을 구축할 수 있다.

또한, 상기 각 실시예에서는, 본 발명에 따른 브레이크 제어 장치와 그 제어 방법의 적용 대상으로서 자동차의 전동 브레이크를 예로 들어 설명하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 자동차 이외에도, 철도나 엘리베이터 등에 탑재되는 전동 브레이크에도 적용 가능하며, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상기 각 실시예에서는, 본 발명에 있어서의 제동 유닛으로서 브레이크 캘리퍼(5)를 예로 들어 설명하였지만, 차륜과 함께 회전하는 드럼에 브레이크 슈를 압박하는 드럼 브레이크형의 전동 실린더 유닛을 갖는 브레이크 제어 장치나 당해 전동 실린더 유닛의 브레이크 제어 방법에 적용 가능하며, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 여러 가지 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상기 실시예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 어떤 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 또한, 어떤 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 더하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성의 일부에 대하여, 다른 구성의 추가ㆍ삭제ㆍ치환을 하는 것이 가능하다.

1: 브레이크 시스템
2: 구동 기구
2a: 전동 모터
2b: 감속기
3: 추력 제어부(모터 제어기)
4: 강성 추정부
5: 브레이크 캘리퍼(제동 유닛)
10: 브레이크 제어 장치
11: 제동 기구
11a: 브레이크 패드(마찰 부재)
11b: 브레이크 디스크(피제동 부재)
12: 회전/직동 변환 기구
12a: 피스톤
12b: 이송 나사
21: 제어 신호선
22 내지 25: 통신선
26: 주전력선
31: 추력 센서
32: 위치 센서
40: 강성 특징 검출부
41: 제1 기울기 연산부
42: 제2 기울기 연산부
43: 위치 편차 연산부
44: 강성 연산부
51: 제3 기울기 연산부
52: 제4 기울기 연산부
61: 강성 추정 모델 학습부

Claims

피제동 부재에 압박되는 마찰 부재와, 상기 마찰 부재에 맞닿고 전동 모터의 회전에 의해 직동 방향으로 이동하는 피스톤과, 상기 마찰 부재의 상기 피제동 부재에 대한 추력을 검출하는 추력 검출부를 구비하는 제동 유닛을 제어하는 브레이크 제어 장치이며,
상기 피스톤 위치에 대하여 제1 기울기로 되는 추력 변화인 제1 피스톤 범위와,
상기 피스톤 위치에 대하여 상기 제1 기울기와는 다른 제2 기울기로 되는 추력 변화인 제2 피스톤 범위에 기초하여, 상기 제동 유닛의 강성인 상기 피스톤 위치와 상기 추력의 관계를 추정하는, 브레이크 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 피스톤 범위와 상기 제2 피스톤 범위의 위치의 차분에 기초하여, 상기 강성을 추정하는, 브레이크 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 피스톤 범위는, 상기 제동 유닛에 휨이 생기고, 상기 마찰 부재가 편측 접촉을 발생시키는 당해 휨의 복원력의 범위이고,
상기 제2 피스톤 범위는, 상기 마찰 부재가 상기 피제동 부재에 정접한 후의 압박력의 범위인, 브레이크 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 피스톤 위치에 대하여 상기 제1 기울기 및 상기 제2 기울기와는 다른 제3 기울기로 되는 추력 변화인 제3 피스톤 범위에 기초하여, 상기 강성을 추정하는, 브레이크 제어 장치.
제1항에 있어서, 강성 추정 모델 학습부를 구비하고,
상기 강성을 추정하는 추정 모델을 축차 학습하는, 브레이크 제어 장치.
마찰 부재를 압박하는 제동 유닛의 전동 모터를 제어하는 브레이크 제어 방법이며,
피스톤 위치에 대하여 제1 기울기로 되는 추력 변화인 제1 피스톤 범위와,
피스톤 위치에 대하여 상기 제1 기울기와는 다른 제2 기울기로 되는 추력 변화인 제2 피스톤 범위에 기초하여, 상기 제동 유닛의 강성인 피스톤 위치와 추력의 관계를 추정하는, 브레이크 제어 방법.
제6항에 있어서, 상기 제1 피스톤 범위와 상기 제2 피스톤 범위의 위치의 차분에 기초하여, 상기 강성을 추정하는, 브레이크 제어 방법.
제6항에 있어서, 상기 제1 피스톤 범위는, 상기 제동 유닛에 휨이 생기고, 상기 마찰 부재가 편측 접촉을 발생시키는 당해 휨의 복원력의 범위이고,
상기 제2 피스톤 범위는, 상기 마찰 부재가 피제동 부재에 정접한 후의 압박력의 범위인, 브레이크 제어 방법.
제6항에 있어서, 상기 피스톤 위치에 대하여 상기 제1 기울기 및 상기 제2 기울기와는 다른 제3 기울기로 되는 추력 변화인 제3 피스톤 범위에 기초하여, 상기 강성을 추정하는, 브레이크 제어 방법.
제6항에 있어서, 상기 강성을 추정하는 추정 모델을 축차 학습하는, 브레이크 제어 방법.