WO2019244426A1 - ブレーキシステム - Google Patents

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WO2019244426A1
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piston
thrust
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京士朗 伊多倉
安島 俊幸
松原 謙一郎
後藤 大輔
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a brake system mounted on a vehicle such as an automobile for braking the rotation of wheels.
  • a vehicle such as an automobile is equipped with a brake system that applies a braking force to wheels according to the amount of depression of a brake pedal by a driver.
  • brake system that applies a braking force to wheels according to the amount of depression of a brake pedal by a driver.
  • brake systems Conventionally, many brake systems have been hydraulic systems, but recently, electric systems have been increasing.
  • the brake piston can be pulled back, which was difficult with a hydraulic system.
  • This allows clearance control to provide a desired gap between the brake pad and the brake disk, and improves fuel efficiency by reducing drag on the brake pad. Can be expected.
  • it is sufficient to simply increase the gap at the time of non-braking to simply improve the fuel efficiency, but if it is desired to speed up the braking response at the time of depressing the brake pedal, the gap at the time of non-braking should be as small as possible. It is desirable to keep it narrow.
  • a technique for accurately grasping the contact position between the brake pad and the brake disc is important in optimizing the clearance control. Techniques related to this are, for example, those described in Patent Documents 1 to 3.
  • Patent Document 1 discloses an “electric disc brake device” that includes a piston that moves linearly along the axis of a disc, a brake pad that is pressed by the piston and contacts the disc, a thrust sensor that detects a piston thrust received by the piston, and a piston displacement. It has a position detector that detects the piston position, and when the value detected by the thrust sensor reaches a predetermined amount when the piston advances, it is determined that the disk has been pressed, and the piston position at that time is set as the contact position between the brake pad and the disk The configuration is shown.
  • the "braking device” of Patent Document 3 discloses a position in which the piston is returned to the brake releasing side by a predetermined amount from the piston position at the time when the piston thrust falls below a predetermined threshold value greater than 0 when the brake is released.
  • the configuration for setting the contact position of the brake pad is shown.
  • Patent Document 1 the detection accuracy of the contact position can be improved by reducing the detection threshold of the thrust sensor.
  • a thrust sensor has a characteristic that detection accuracy of a thrust value rapidly deteriorates near a thrust of 0. Therefore, a detection threshold value is required to be larger than a predetermined value. There is a lower limit. As a result, the detection accuracy of the contact position of the brake pad is limited, so that the brake pad drag during non-braking may remain in the method of Patent Document 1.
  • Patent Literature 2 the contact position is detected from the rate of change of the output value of the pressure sensor, and the change at the start of boosting can be easily detected as compared with Patent Literature 1 in which the output value of the thrust sensor is directly used. Can be detected with high accuracy.
  • Patent Literature 2 when the differential value of the thrust sensor is used as in Patent Literature 2, there is a problem that erroneous detection due to sensor noise easily occurs and reliability is low.
  • the contact position is estimated by calculating the amount of change in piston thrust with respect to the change in piston position using two measurement points when the brake is released. 2 problem is avoided.
  • Patent Document 3 does not consider the delay time when the output signal of each sensor is subjected to the filter processing, the communication processing, and the arithmetic processing. Therefore, when the output signal of each sensor has a delay time difference, In the microcomputer, output signals detected at different timings are processed as a set of information, so that a position error necessarily occurs between the estimated contact position and the original contact position. . As a result, if the clearance control is executed by relying on the estimated contact position, the clearance may be too small and the brake pad may be dragged during non-braking, or the clearance may become too large and the responsiveness during braking may deteriorate. There is.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and corrects an estimation error of a contact position due to a delay time difference between output signals of respective sensors to accurately determine an actual contact position between a brake pad and a brake disc.
  • An object of the present invention is to provide a brake system that can appropriately control a clearance amount by estimating, improve fuel efficiency by preventing drag of a brake pad during non-braking, and shorten response time during braking.
  • a brake system includes a brake disc that rotates with wheels, a brake pad that applies a braking force to the brake disc, a piston that drives the brake pad, and a drive force that applies a driving force to the piston.
  • a drive mechanism a position sensor that detects the position of the piston, a thrust sensor that detects a thrust that the brake pad presses the brake disc, and a brake control unit that controls the drive mechanism to adjust the braking force.
  • a contact position calculation unit that calculates a contact position at which the brake pad and the brake disk make contact based on output signals of the position sensor and the thrust sensor; and the position sensor and the thrust force.
  • a position error for calculating a position error of the contact position based on a delay time difference between sensor output signals; A calculation unit, by using the position error, and shall and a contact position correcting unit for correcting the contact position where the contact position calculating unit has determined.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a brake system according to a first embodiment.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of a contact position estimating unit according to the first embodiment.
  • 5 is a flowchart illustrating a contact position estimation method according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a correction operation of a contact position calculation value according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a functional block diagram of a contact position estimating unit according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is a functional block diagram of a contact position estimating unit according to the third embodiment.
  • Embodiment 1 A brake system according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of the brake system of the present embodiment, showing a configuration corresponding to an electric brake for one of a plurality of wheels provided in a vehicle.
  • the brake system 1 of the present embodiment generally includes a drive mechanism 2, a brake control device 10, a brake mechanism 11, and a rotation / linear motion conversion mechanism 12.
  • the drive mechanism 2 includes an electric motor 2a and a speed reducer 2b
  • the brake control device 10 includes a motor control unit 3 and a contact position estimation unit 4
  • the brake mechanism 11 includes a brake pad 11a and a brake disk.
  • the rotation / linear motion conversion mechanism 12 has a rod-like shape including a piston 12a and a feed screw 12b.
  • the rotational driving force generated by the electric motor 2a is reduced by the speed reducer 2b, and the rotational driving force after the deceleration is converted into a linear driving force via the feed screw 12b, and the linear driving of the piston 12a is performed.
  • a braking force is applied to the rotating brake disc 11b.
  • the direction in which the piston 12a approaches the brake disc 11b is defined as a positive direction, and the opposite direction is defined as a negative direction.
  • the motor control unit 3 in the brake control device 10 controls the rotation of the electric motor 2a and adjusts the pressing force of the brake pad 11a. Further, the brake control device 10 estimates the braking force of the brake pad 11a based on the thrust detected by the thrust sensor 31 installed on the rotation / linear motion conversion mechanism 12. Further, the brake control device 10 estimates the position of the brake pad 11a based on the rotation position detected by the position sensor 32 installed on the electric motor 2a.
  • the position sensor 32 may be attached to the piston 12a so that the position of the piston 12a can be directly detected.
  • control signal line 21, the communication lines 22, 23, and the main power line 26 are connected to the brake control device 10.
  • the internal motor control unit 3 and the contact position estimation unit 4 are connected to each other by communication lines 24 and 25.
  • the control signal line 21 is for inputting a control command from a host control device such as an ECU to the brake control device 10, and the communication lines 22 and 23 communicate information other than the control command with the host control device. Is what you do.
  • the host controller and the brake controller 10 are separate here, they may be integrated into a controller.
  • the contact position estimating unit 4 includes a contact position calculating unit 40, a delay time difference holding unit 41, a position error calculating unit 42, an apply / release determining unit 43, and a contact position correcting unit 44.
  • a signal is input from the motor control unit 3 via the communication line 24, and a signal is output to the motor control unit 3 via the communication line 25.
  • the actual contact position estimating unit 4 includes a CPU, an arithmetic device such as a microcomputer, a main storage device such as a semiconductor memory, an auxiliary storage device such as a hard disk, and hardware such as a communication device.
  • the contact position calculation unit 40 moves the piston 12a to the brake disk 11b side, and the position of the piston 12a at the moment when the brake pad 11a and the brake disk 11b come into contact with each other and the gap between them becomes zero, that is, the origin of the piston 12a The position is obtained by calculation.
  • the contact position calculator 40 calculates a two-dimensional relationship between the thrust of the brake pad 11a and the position of the piston 12a based on detection signals of the thrust sensor 31 and the position sensor 32, which are input momentarily at a predetermined sampling cycle. Plotted in space, based on the change rate of any two points on the obtained curve (for example, two points corresponding to threshold values T high and T low predetermined in consideration of the performance of the thrust sensor 31). To calculate the origin position of the piston 12a (see FIG. 4 described later). The origin position calculated here (hereinafter, referred to as “contact position calculation value X 1 ”) is transmitted to a contact position correction unit 44 described later.
  • the delay time difference holding unit 41 outputs a delay time difference ⁇ t between the output signals of the thrust sensor 31 and the position sensor 32, which is generated by performing a filtering process, a communication process, or an arithmetic process. .
  • the delay time difference holding unit 41 only needs to be able to output the relative delay time difference ⁇ t between the thrust sensor 31 and the position sensor 32. Therefore, it is not always necessary to hold the delay time information of both sensors as a constant in advance. Instead, the delay time difference ⁇ t of the thrust sensor, which is observed when the piston 12a performs an arbitrary operation, may be learned and output.
  • ⁇ Position error calculator 42 The position error calculation unit 42 uses the delay time difference ⁇ t output from the delay time difference holding unit 41 and the speed of the piston 12a obtained by performing time differentiation or the like on the output signal of the position sensor 32, and causes the delay time difference ⁇ t.
  • the position error ⁇ Xerr of the piston 12a is calculated.
  • the position error ⁇ Xerr calculated here is transmitted to a contact position correction unit 44 described later.
  • the apply / release determining unit 43 determines whether the operation at the time of contact position estimation is an apply (increase) operation or a release (decrease) operation.
  • ⁇ Contact position correction unit 44 In the contact position correcting unit 44, and the contact position calculated value X 1 from the contact position calculating section 40, by using the position error ⁇ Xerr from the position error calculation unit 42, the operation information from the Apply release determining unit 43, the correcting the estimation error due to the delay time difference ⁇ t of the sensor, and outputs a contact position correction value X 2.
  • step S10 it is determined whether the vehicle is currently in a braking state. This determination can be made based on whether the driver depresses the brake pedal to a predetermined amount or more and the thrust command value is 0 or more.
  • the process of estimating the contact position cannot be executed, and the process ends and waits for the next start timing.
  • the process proceeds to the next step S11.
  • step S11 the thrust of the brake pad 11a is detected from the output of the thrust sensor 31 installed in the rotation / linear motion conversion mechanism 12.
  • the motor rotation position is detected from the output of the position sensor 32 installed on the electric motor 2a, and the motor rotation speed is detected based on the time derivative.
  • step S12 the obtained motor rotational position is converted into a linear motion direction according to the ratio of the rotational linear motion as in (Equation 1).
  • the motor speed is also converted to a speed in the direction of direct movement of the piston.
  • Xp ⁇ ⁇ (L / ⁇ ) [mm] (Equation 1)
  • Xp is the piston position [mm]
  • is the motor rotation position [rev]
  • L is the lead [mm / rev] of the feed screw 12b
  • is the reduction ratio of the reduction gear 2b.
  • Step S13 is one that corresponds to the processing of the main contact position calculating section 40 calculates the origin position of the piston 12a when the brake pad 11a and the brake disc 11b are in contact (contact position calculation value X 1). As described above, there are various methods of calculating the origin position.
  • Step S14 mainly corresponds to the processing in the position error calculation unit 42, and uses the representative piston speed Vp and the mutual delay time difference ⁇ t between the thrust sensor 31 and the position sensor 32 acquired from the delay time difference holding unit 41.
  • the position error ⁇ Xerr is calculated from (Equation 2).
  • Equation 2 the representative piston speed Vp should originally be the speed at the time of contact with the brake pad 11a, but it is impossible to know the piston speed at the true contact position before the completion of the estimation of the contact position according to FIG. since it is, piston velocity, as shown in (equation 3), the average value of the piston velocity two points used in the calculation of the contact position calculated value X 1 (Vp1, Vp2) at step S13, the true contact position Is assumed to be substantially equal to the representative piston speed Vp.
  • the representative piston speed Vp (Vp1 + Vp2) / 2 (Equation 3)
  • the representative piston speed Vp may be estimated as the representative piston speed Vp by estimating the speed at which the thrust value becomes zero from the thrust values of the two points handled in step S13 and the rate of change of the piston speed.
  • the position error ⁇ Xerr is calculated from (Equation 2) using any one of the representative piston speeds Vp
  • the process proceeds to step S15.
  • ⁇ Step S15 ⁇ Step S15 is intended mainly corresponds to the processing by the Apply release determining unit 43, the contact position calculated value X 1 in the step S13, the apply time, or is calculated on the basis of the data acquired at any release period Is determined.
  • step S15 the determination result of step S15 is a position error ⁇ Xerr from the transition contact position calculated value X 1 in step S16 is subtracted when a "Apply", obtaining the contact position correction value X 2.
  • step S17 the determination result of step S15 is a position error ⁇ Xerr from the transition contact position calculated value X 1 in step S16 is subtracted when a "Apply", obtaining the contact position correction value X 2.
  • step S15 adds the position error ⁇ Xerr Migrated contact position calculated value X 1 in step S17 when the determination result in step S15 is "release", obtaining the contact position correction value X 2.
  • the horizontal axis is the position of the piston 12a
  • the vertical axis is the thrust of the brake pad 11a
  • the intersection of the two axes is the true piston position (the origin position), which is the position of the piston 12a at the moment when the brake pad 11a contacts the brake disc 11b. ).
  • the solid curve indicates the true relationship between the thrust of the brake pad 11a and the piston position.
  • the thrust of the brake pad 11a increases when the piston 12a moves in the positive direction (left direction in FIG. 1), and the thrust remains zero even when the piston 12a moves in the negative direction (right direction in FIG. 1). A relationship has been established.
  • the dashed-dotted line shows the thrust characteristics of the system in which the thrust sensor 31 has a delay with respect to the position sensor 32 at the time of application.
  • the increase in the thrust detected by the thrust sensor 31 is delayed with respect to the increase in the position detected by the position sensor 32. Therefore, the contact position calculation unit 40 recognizes a characteristic like a one-dot chain line.
  • the two-dot chain line shows the thrust characteristics at the time of release of a system in which the thrust sensor 31 has a delay with respect to the position sensor 32.
  • the contact position calculation unit 40 recognizes a characteristic like a two-dot chain line. I do.
  • the curve of one-dot chain line corresponding to the time applied to the example illustrates an example of a method of calculating the contact position calculated value X 1 at the contact position calculating section 40 (corresponding Patent Document 3).
  • the contact position calculated value X 1 is added to the position error ⁇ Xerr to perform a correction in consideration of the delay time difference ⁇ t of each sensor, and the corrected contact position correction value X 2 (solid white line) closer to the true contact position than the contact position calculation value X 1 (Circle) can be obtained.
  • the position error ⁇ Xerr changes depending on the piston speed at the time of contact with the brake pad 11a, and the position error ⁇ Xerr increases as the piston speed increases.
  • the representative piston speed Vp of (Equation 3) is used in the calculation of the position error ⁇ Xerr.
  • the contact speed is high, the position error ⁇ Xerr increases, and when the contact speed is low, the position error ⁇ Xerr decreases. . That is, since the position error ⁇ Xerr obtained by (Equation 2) takes into account the representative piston speed Vp, the contact position correction value X 2 ( Solid line white circle) can be obtained.
  • Example 2 which includes a contact position estimation unit 4 for determining the contact position correction value X 2 by a method different from the first embodiment, as shown in FIG. 5, the same contact position calculating unit as in Example 1 40, a delay time difference holding unit 41, an apply / release determination unit 43, and a contact position correction unit 44, and a piston position time series information holding unit 45.
  • the piston position time series information holding unit 45 added in the present embodiment is for recording the time series change of the piston position at the time of application or release in the RAM area of the microcomputer, and the contact position calculation unit 40 calculates the contact position. from the time of calculation of the value X 1, reads the piston position information of the time going back by the delay time difference ⁇ t of the sensors from the RAM, contact close to the true home position by correcting a contact position calculated value X 1 using the same position obtain the corrected value X 2.
  • a contact position correction value X 2 close to the true home position based on the time series data is actually recorded.
  • drag can be reduced to the brake pad 11a during non-braking, it is possible to enhance the responsiveness of braking.
  • Example 3 is one having the contact position estimation unit 4 for determining the contact position correction value X 2 by a method different from the first embodiment, as shown in FIG. 6, the contact in the same manner as in Example 1.
  • the synchronization correcting unit 46 of the present embodiment synchronizes the signals of the thrust sensor 31 and the position sensor 32 input via the communication line 24 based on the delay time difference ⁇ t input from the delay time difference holding unit 41. For example, when the detection result of the thrust sensor 31 is delayed by 1 [ms] with respect to the detection result of the position sensor 32, the information of the position sensor 32 after 1 [ms] is associated with the current value of the thrust sensor 31. By processing as a set of data, the effect of the time lag existing between the output values of the sensors can be canceled.
  • the contact position close to the true origin position of the piston 12a is obtained as in the above-described embodiment. It is possible to obtain the position correction value X 2. Further, with the use of contact position correction value X 2, similar to the above-described embodiment, it is possible to reduce the drag of the brake pad 11a during non-braking, it is possible to enhance the responsiveness of braking.
  • Position sensor Reference numeral 40 contact position calculation unit, 41: delay time difference holding unit, 42: position error calculation unit, 43: apply / release determination unit, 44: contact position correction unit, 45: piston position time series information holding unit, 46: synchronization correction Section, X 1 ... contact position calculation value, X 2 ... contact position correction value

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Abstract

本発明の課題は、各センサの出力信号の遅延時間差を原因とする接触位置の推定誤差を補正することで、クリアランス量を適切に制御でき、非制動時のブレーキパッドの引きずり防止による燃費向上と、制動時の応答時間の短縮化を両立することである。 ブレーキディスクと、ブレーキパッドと、ピストンと、駆動機構と、ピストンの位置を検出する位置センサと、ブレーキパッドがブレーキディスクを押す推力を検出する推力センサと、駆動機構を制御して制動力を調節するブレーキ制御部と、を有し、ブレーキ制御部は、位置センサと推力センサの出力信号に基づいてブレーキパッドとブレーキディスクが接触する接触位置を演算する接触位置演算部と、位置センサと推力センサの出力信号の遅延時間差に基づいて、接触位置の位置誤差を演算する位置誤差演算部と、位置誤差を用いて、接触位置演算部が求めた接触位置を補正する接触位置補正部と、を備えるブレーキシステム。

Description

ブレーキシステム
 本発明は、自動車等の車両に搭載される、車輪の回転を制動するブレーキシステムに関する。
 自動車等の車両には、運転者によるブレーキペダルの踏込量に応じて車輪に制動力を付与するブレーキシステムが搭載されている。このブレーキシステムは、従来、油圧システムのものが多かったが、最近では電動システムのものが増えつつある。
 電動システムを用いたブレーキシステムでは、油圧システムでは困難であったブレーキピストンの引き戻しができるため、ブレーキパッドとブレーキディスクに所望の隙間を設けるクリアランス制御が可能になり、ブレーキパッドの引きずり低減による燃費改善が期待できる。この際、単に燃費改善するだけであれば、非制動時の当該隙間を大きくするだけで足りるが、ブレーキペダル踏込時の制動応答を早めたい場合には、非制動時の当該隙間を可能な限り狭めておくことが望ましい。このような背景から、ブレーキパッドとブレーキディスクの接触位置を正確に把握する技術が、クリアランス制御の最適化に際し重要となる。これに関連する技術としては、例えば、特許文献1~特許文献3に記載のものがある。
 特許文献1の「電動ディスクブレーキ装置」は、ディスクの軸線に沿って直進運動するピストンと、ピストンによって押圧されディスクに接触するブレーキパッドと、ピストンが受けるピストン推力を検出する推力センサと、ピストン変位であるピストン位置を検出する位置検出器を有し、ピストン前進時に推力センサによる検出値が所定量に達するとディスクが押圧されたと判断し、その時のピストン位置をブレーキパッドとディスクの接触位置とする構成が示されている。
 また、特許文献2の「車両用ブレーキ装置」では、ブレーキ解除時に押圧センサの出力の変化率を演算し、設定閾値以下となった位置を検出し接触位置とする構成が示されている。
 さらに、特許文献3の「ブレーキ装置」は、ブレーキ解除時に、ピストン推力が0より大きい所定の閾値以下になった時点でのピストン位置から所定量ピストンをブレーキ解除側に戻した位置をディスクロータとブレーキパッドの接触位置と設定する構成が示されている。
特開2008-133922号公報 特開2000-018294号公報 特開2004-124950号公報
 特許文献1では、推力センサの検出閾値を小さくすることで接触位置の検出精度を向上させることができる。しかし、一般的に、推力センサには推力0付近で推力値の検出精度が急激に悪化する特性があるため、検出閾値としては所定値以上の大きさが必須であり、検出閾値には事実上の下限がある。その結果、ブレーキパッド接触位置の検出精度にも限界があるため、特許文献1の手法では、非制動時のブレーキパッドの引きずりが残存することが考えられる。
 一方、特許文献2では、押圧センサの出力値の変化率から接触位置を検出しており、推力センサの出力値を直接使用する特許文献1と比べて増力開始時の変化を捉えやすく、接触位置を高精度に検出できる。しかし、特許文献2のように推力センサの微分値を用いる場合は、センサノイズによる誤検出が発生しやすく、信頼性が低いという課題がある。
 また、特許文献3では、ブレーキ解除時に2点の計測点を用いてピストン位置変化量に対するピストン推力の変化量を演算することで接触位置を推定し、上述した特許文献1の問題や、特許文献2の問題を回避している。
 しかしながら、特許文献3では、各センサの出力信号をフィルタ処理したり、通信処理したり、演算処理したりする際の遅延時間は考慮されていないため、各センサの出力信号に遅延時間差がある場合、マイコン内では異なるタイミングで検出された出力信号を一組の情報として演算処理することになるため、推定した接触位置と本来の接触位置の間には必然的に位置誤差が発生することになる。この結果、推定した接触位置を信頼してクリアランス制御を実行すると、クリアランス量が過少となり非制動時にブレーキパッドの引きずりが生じたり、クリアランス量が過大となり制動時の応答性が劣化したりする可能性がある。
 本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであり、各センサの出力信号の遅延時間差を原因とする接触位置の推定誤差を補正し、ブレーキパッドとブレーキディスクの実際の接触位置を高精度に推定することで、クリアランス量を適切に制御でき、非制動時のブレーキパッドの引きずり防止による燃費向上と、制動時の応答時間の短縮化を両立できるブレーキシステムを提供することにある。
 上記課題を解決するため、本発明のブレーキシステムは、車輪と共に回転するブレーキディスクと、該ブレーキディスクに制動力を与えるブレーキパッドと、該ブレーキパッドを駆動するピストンと、該ピストンに駆動力を与える駆動機構と、前記ピストンの位置を検出する位置センサと、前記ブレーキパッドが前記ブレーキディスクを押す推力を検出する推力センサと、前記駆動機構を制御して前記制動力を調節するブレーキ制御部と、を有し、前記ブレーキ制御部は、前記位置センサと前記推力センサの出力信号に基づいて前記ブレーキパッドと前記ブレーキディスクが接触する接触位置を演算する接触位置演算部と、前記位置センサと前記推力センサの出力信号の遅延時間差に基づいて、前記接触位置の位置誤差を演算する位置誤差演算部と、前記位置誤差を用いて、前記接触位置演算部が求めた前記接触位置を補正する接触位置補正部と、を備えるものとした。
 本発明によれば、ブレーキパッドの接触位置の推定精度が向上するため、ブレーキパッドとブレーキディスクの間のクリアランスを所望の値に保つことができ、非制動時の引きずり低減や制動時の応答時間の短縮化を実現することができる。
実施例1に係るブレーキシステムの概略図。 実施例1に係る接触位置推定部の機能ブロック図。 実施例1に係る接触位置推定方法を示すフローチャート。 実施例1に係る接触位置演算値の補正動作を表す概念図。 実施例2に係る接触位置推定部の機能ブロック図。 実施例3に係る接触位置推定部の機能ブロック図。
 以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例もその範囲に含むものである。
 本発明の実施例1のブレーキシステムを図1~図4を用いて説明する。
 図1は、本実施例のブレーキシステムの概略図であり、車両が備える複数車輪のうち一輪分の電動ブレーキに対応する構成を示している。
 図1に示すように、本実施例のブレーキシステム1は、大略して、駆動機構2と、ブレーキ制御装置10と、制動機構11と、回転/直動変換機構12を備えている。これらのうち、駆動機構2は電動モータ2aと減速機2bからなり、ブレーキ制御装置10はモータ制御部3と接触位置推定部4を内蔵したものであり、制動機構11はブレーキパッド11aとブレーキディスク11bを接離可能に配置したものであり、回転/直動変換機構12はピストン12aと送りねじ12bからなる棒状のものである。
 このブレーキシステム1では、電動モータ2aが発生させた回転駆動力を減速機2bで減速し、減速後の回転駆動力を送りねじ12bを介して直動駆動力に変換し、ピストン12aの直線駆動によりブレーキパッド11aをブレーキディスク11bに押し付けることで、回転中のブレーキディスク11bに制動力を与える。なお、以下では、ピストン12aがブレーキディスク11bに接近する方向を正方向とし、その逆方向を負方向とする。
 以上の制動動作を行う際、ブレーキ制御装置10内のモータ制御部3は、電動モータ2aの回転を制御し、ブレーキパッド11aの押圧力を調整する。また、ブレーキ制御装置10は、回転/直動変換機構12に設置した推力センサ31が検出した推力に基づいてブレーキパッド11aの制動力を推定する。さらに、ブレーキ制御装置10は、電動モータ2aに設置した位置センサ32が検出した回転位置に基づいてブレーキパッド11aの位置を推定する。なお、位置センサ32をピストン12aに取り付け、ピストン12aの位置を直接検出できるようにしても良い。
 ここで、ブレーキ制御装置10には、制御信号線21、通信線22、23、主電力線26が接続されている。また、内部のモータ制御部3と接触位置推定部4は、通信線24、25で相互に接続されている。これらのうち、制御信号線21は、ECU等の上位制御装置からの制御指令をブレーキ制御装置10に入力するものであり、通信線22、23は、上位制御装置と制御指令以外の情報を通信するものである。なお、ここでは、上位制御装置とブレーキ制御装置10を別個のものとしているが、両者を一体化した制御装置としても良い。
 次に、図2を用いて、接触位置推定部4の詳細を説明する。ここに示すように、接触位置推定部4は、接触位置演算部40と、遅延時間差保持部41と、位置誤差演算部42と、アプライ・リリース判定部43と、接触位置補正部44と、を備えており、通信線24を介してモータ制御部3からの信号が入力され、通信線25を介してモータ制御部3に信号を出力する。なお、実際の接触位置推定部4は、CPU、マイコン等の演算装置、半導体メモリ等の主記憶装置、ハードディスク等の補助記憶装置、および、通信装置などのハードウェアを備えており、補助記憶装置に記録されたデータベース等を参照しながら、主記憶装置に記憶されたプログラムを演算装置が実行することで、図2に示す各機能を実現するものであるが、以下では、このような周知動作を適宜省略しながら説明する。
<接触位置演算部40>
 接触位置演算部40は、ピストン12aをブレーキディスク11b側に移動させ、ブレーキパッド11aとブレーキディスク11bが接触し、両者間の隙間がゼロとなる瞬間のピストン12aの位置、すなわち、ピストン12aの原点位置を演算により求めるものである。
 ピストン12aの原点位置の演算方法は種々存在するが、ここでは一例として、特許文献3と同様の演算方法を採用した場合を説明する。この場合、接触位置演算部40では、所定のサンプリング周期で時々刻々と入力される推力センサ31と位置センサ32の検出信号に基づいて、ブレーキパッド11aの推力とピストン12aの位置の関係を二次元空間上にプロットしていき、得られた曲線上の任意の2点(例えば、推力センサ31の性能を考慮して予め定めた閾値Thigh、Tlowに相当する2点)の変化率に基づいてピストン12aの原点位置を演算する(後述する図4参照)。ここで演算した原点位置(以下、「接触位置演算値X」と称する)は後述する接触位置補正部44へ送信される。
 なお、ここでの演算には、各センサの出力信号の遅延時間差Δtが考慮されていないため、演算結果である原点位置は実際の原点位置から乖離したものとなる。従って、演算により求めた原点位置をそのまま用いても、本発明が目指す適切なクリアランス制御は実現できない。
<遅延時間差保持部41>
 遅延時間差保持部41は、推力センサ31と位置センサ32の出力信号をフィルタ処理したり、通信処理したり、演算処理したりすることにより発生する両出力信号の遅延時間差Δtを出力するものである。これは、各センサの仕様で決まる定数であり、推力センサ31と位置センサ32の遅延時間を個々に記憶しておき、演算で求めた遅延時間差Δtを出力しても良いし、予め記憶している遅延時間差Δtをそのまま出力しても良い。そして、このようにして出力された遅延時間差Δtが位置誤差演算部42へ送信される。
 なお、遅延時間差保持部41は、要は推力センサ31と位置センサ32の相対的な遅延時間差Δtを出力できれば良いのであるから、必ずしも両センサの遅延時間情報を定数として予め保持しておく必要はなく、ピストン12aに任意の動作を実行させたときに観測される、推力センサの遅延時間差Δtを学習し、これを出力しても良い。
<位置誤差演算部42>
 位置誤差演算部42は、遅延時間差保持部41が出力した遅延時間差Δtと、位置センサ32の出力信号に対し時間微分等を施して得られるピストン12aの速度を用いて、遅延時間差Δtに起因するピストン12aの位置誤差ΔXerrを演算する。ここで算出された位置誤差ΔXerrは、後述する接触位置補正部44に送信される。
 ここでは、例えば、両センサの遅延時間差Δtと、推力センサ31の検出信号が所定の閾値を超えた時点(ブレーキパッド11aとブレーキディスク11bが接触したと思われる時点)のピストン速度を乗じることで、両センサの遅延時間差Δtに起因する位置誤差ΔXerrを算出する。なお、ここで算出したピストン速度は接触時のピストン速度と略等しいと仮定しており、上述の閾値は推力センサ31の精度を満たすなるべく小さな値が望ましい。
<アプライ・リリース判定部43>
 アプライ・リリース判定部43では、接触位置推定時の動作がアプライ(増力)動作か、リリース(減力)動作かを判定する。例えば、推力指令値が前回指令値と比較して増加している場合はアプライと判定とし、逆に減少している場合はリリースと判定とする。アプライ・リリース判定部43の判定結果は動作情報として接触位置補正部44に送信される。
<接触位置補正部44>
 接触位置補正部44では、接触位置演算部40からの接触位置演算値Xと、位置誤差演算部42からの位置誤差ΔXerrと、アプライ・リリース判定部43からの動作情報を用いることで、各センサの遅延時間差Δtによる推定誤差を補正し、接触位置補正値Xを出力する。例えば、アプライ時には接触位置演算値Xから位置誤差ΔXerrを減算し、リリース時には接触位置演算値Xに位置誤差ΔXerrを加算することで、いずれの動作でも各センサ信号の遅延時間差Δtに起因する位置誤差ΔXerrを考慮した、より正確な接触位置補正値Xを出力することが可能となる。接触位置補正部44で補正された接触位置補正値Xは通信線25を介してモータ制御部3に送信され、以後、モータ制御部3では、接触位置補正値Xを、ブレーキパッド11aとブレーキディスク11bが接触する原点位置であるとして、所望のクリアランス制御を実行する。
 図2に示した接触位置推定部4の機能ブロックは、実際にはマイクロコンピュータのメモリに記憶されたソフトウエアで実行されるものである。次にこの演算フローを図3に基づき説明する。
≪ステップS10≫
 ステップS10では、車両が現在、制動状態かを判断する。この判断は、運転者によりブレーキペダルが所定量以上に踏み込まれ、推力指令値が0以上であるかで判断できる。非制動状態である場合は、接触位置推定の処理を実行できないため、エンドに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。一方、制動状態である場合は、次のステップS11に移行する。
≪ステップS11≫
 ステップS11では、回転/直動変換機構12に設置した推力センサ31の出力からブレーキパッド11aの推力を検出する。また、電動モータ2aに設置した位置センサ32の出力からモータ回転位置を検出するとともに、その時間微分によりモータ回転速度を検出する。
≪ステップS12≫
 ステップS12では、得られたモータ回転位置を(式1)のように回転直動の比率に応じて直動方向に変換する。ここで、モータ速度も同様にピストン直動方向の速度に変換される。
 Xp=θ×(L/ε)[mm] ・・・(式1)
 なお、Xpはピストン位置[mm]、θはモータ回転位置[rev]、Lは送りねじ12bのリード [mm/rev]、εは減速機2bの減速比である。
 ここで、これらの情報は、マイクロコンピュータに備えられているRAMの一時記憶領域に記憶され、以下の制御ステップで実行される演算に利用される。尚、ブレーキシステム1に合せて、これ以外に他の情報を検出することも可能である。
≪ステップS13≫
 ステップS13は主に接触位置演算部40での処理に対応するものであり、ブレーキパッド11aとブレーキディスク11bが接触する際のピストン12aの原点位置(接触位置演算値X)を演算する。上述したように、原点位置の演算方法は種々存在するが、例えば、特許文献3の要領に基づき、増力時または減力時の任意の2点の推力値とピストン位置の変化量(傾き)から推力値がゼロとなるピストン位置を接触位置演算値Xと定める(後述する図4参照)。接触位置演算値Xの演算が完了すると、ステップS14に移行する。
≪ステップS14≫
 ステップS14は主に位置誤差演算部42での処理に対応するものであり、代表ピストン速度Vp、および、遅延時間差保持部41から取得した推力センサ31と位置センサ32の相互の遅延時間差Δtを用いて(式2)より位置誤差ΔXerrを算出する。
 ΔXerr=Vp×Δt ・・・(式2)
 ここで、代表ピストン速度Vpは、本来はブレーキパッド11aの接触時点の速度とすべきであるが、図3による接触位置推定の完了前に真の接触位置でのピストン速度を知ることは不可能であるので、(式3)に示すように、ステップS13で接触位置演算値Xの演算に用いた2点のピストン速度(Vp1、Vp2)の平均値を、真の接触位置でのピストン速度と概ね等しいと仮定し、代表ピストン速度Vpとする。
 Vp=(Vp1+Vp2)/2 ・・・(式3)
 ただし、代表ピストン速度VpはステップS13で扱う2点の推力値とピストン速度の変化率から推力値がゼロとなるときの速度を推定し、代表ピストン速度Vpとしてもよい。何れかの代表ピストン速度Vpを用いて、(式2)から位置誤差ΔXerrを算出するとステップS15に移行する。
≪ステップS15≫
 ステップS15は主にアプライ・リリース判定部43での処理に対応するものであり、ステップS13の接触位置演算値Xが、アプライ期間、リリース期間のいずれで取得されたデータを基に演算されたかを判定する。例えば、ステップS13で扱う2点の推力変化率ΔFが正ならアプライ、負ならリリースと判断しても良いし、ピストン位置や推力指令の増減から判断しても良い。アプライ・リリース判定が完了すると、ステップS16またはステップS17に移行する。
≪ステップS16、S17≫
 ステップS15の判定結果が「アプライ」である時にはステップS16に移行し接触位置演算値Xから位置誤差ΔXerrを減算し、接触位置補正値Xを求める。一方、ステップS15の判定結果が「リリース」である時にはステップS17に移行し接触位置演算値Xに位置誤差ΔXerrを加算し、接触位置補正値Xを求める。
 ただし、これは推力センサ31が位置センサ32に対して遅れが大きい場合であり、位置センサ32が推力センサ31に対して遅れが大きい場合は符号が反転する。つまり、アプライ判定時には、接触位置演算値Xに位置誤差ΔXerrを加算することで接触位置補正値Xを求め、リリース判定時には接触位置演算値Xから位置誤差ΔXerrを減算す
ることで接触位置補正値Xを求める。
 以上のような演算を実行することによって、推力センサ31と位置センサ32に遅延時間差Δtがある場合に、それによって生じる接触位置推定の位置誤差ΔXerrを補正し、高精度な接触位置補正値Xが得られる。そして、ここで得た接触位置補正値Xをピストン12aの原点位置とすることで、適切なクリアランス制御を実現することができる。
 次に、図3に示した演算過程を、図4に基づきより具体的に説明する。横軸はピストン12aの位置、縦軸はブレーキパッド11aの推力であり、2軸の交点は、ブレーキパッド11aとブレーキディスク11bが接触する瞬間のピストン12aの位置である真のピストン位置(原点位置)を示す。
 図4において、実線の曲線は、ブレーキパット11aの推力とピストン位置の真の関係を示している。これから明らかなように、ピストン12aが正方向(図1では左方向)に進むとブレーキパッド11aの推力が増加し、負方向(図1では右方向)に移動しても推力がゼロのままである関係が成立している。
 また、一点鎖線の曲線は、推力センサ31が位置センサ32に対して遅れを持つ系のアプライ時における推力特性を示している。アプライ(増力)動作時には、推力センサ31が検出する推力の増加が、位置センサ32が検出する位置の増加に対して遅れるため、接触位置演算部40は、一点鎖線のような特性を認識する。さらに、二点鎖線の曲線は、推力センサ31が位置センサ32に対して遅れを持つ系のリリース時における推力特性を示している。リリース(減力)動作時には、推力センサ31が検出する推力の減少が、位置センサ32が検出する位置の減少に対して遅れるため、接触位置演算部40は、二点鎖線のような特性を認識する。
 ここで、アプライ時に対応する一点鎖線の曲線を例に、接触位置演算部40での接触位置演算値Xの演算方法の一例(特許文献3相当)を具体的に説明する。まず、推力センサ31の性能を考慮して定めた二つの閾値Thigh、Tlowの夫々について、一点鎖線の曲線との交点(図4の黒丸)を求める。その後、これら2点を結ぶ直線(太い実線)を求め、これと横軸との交点(破線白抜き丸)を求める。上述の二閾値を適切に設定すれば、この交点(破線白抜き丸)の近傍でブレーキパッド11aの推力の有無が切り替わることから、接触位置演算部40では、ここで求めた交点(破線白抜き丸)を、補正前の接触位置演算値Xとして出力する。
 次に、位置誤差演算部42で求めた位置誤差ΔXerrを用いて接触位置演算値Xを補
正する。すなわち、一点鎖線で示したアプライ時の特性に対しては、接触位置演算値Xから位置誤差ΔXerrを減算し、二点鎖線で示したリリース時の特性に対しては、接触位置演算値Xに位置誤差ΔXerrを加算することで、各センサの遅延時間差Δtを考慮した補正を施し、接触位置演算値Xよりも真の接触位置に近い補正後の接触位置補正値X(実線白抜き丸)を得ることができる。
 なお、位置誤差ΔXerrは、ブレーキパッド11aに接触する際のピストン速度に依存して変化するものであり、ピストン速度が速いほど位置誤差ΔXerrは増大する。本実施例では、位置誤差ΔXerrの演算に(式3)の代表ピストン速度Vpを用いており、接触速度が大きい場合は位置誤差ΔXerrが増大し、接触速度が小さい場合は位置誤差ΔXerrが減少する。すなわち、(式2)で求められる位置誤差ΔXerrは、代表ピストン速度Vpを考慮したものとなるため、接触時のピストン速度の大小に拘わらず、真の接触位置に近い接触位置補正値X(実線白抜き丸)を求めることができる。
 本実施例では、以上の演算により、接触位置演算値Xを真の原点位置により近づけた接触位置補正値Xに補正することができるため、この接触位置補正値Xを基準としてピストン12aの位置制御を行うことで、従来よりも高精度なクリアランス制御を実現できる。従って、本実施例によれば、非制動時にブレーキパッド11aの引きずりを低減できるとともに、制動時の応答性を高めることができる。
 次に、本発明の実施例2のブレーキシステムについて、図5の機能ブロック図を用いて説明する。なお、実施例1との共通点は重複説明を省略する。
 実施例2は、実施例1とは異なる方法により接触位置補正値Xを求める接触位置推定部4を備えたものであり、図5に示すように、実施例1と同様の接触位置演算部40、遅延時間差保持部41、アプライ・リリース判定部43、接触位置補正部44に加え、ピストン位置時系列情報保持部45を有する。
 本実施例で追加されたピストン位置時系列情報保持部45は、マイコンのRAM領域にアプライ時またはリリース時のピストン位置の時系列変化を記録するものであり、接触位置演算部40で接触位置演算値Xを演算した時刻から、各センサの遅延時間差Δtだけ遡った時刻のピストン位置情報をRAMから読み出し、これを用いて接触位置演算値Xを補正することで真の原点位置に近い接触位置補正値Xを得る。
 本実施例の構成によれば、ピストン速度を演算することなく、実際に記録された時系列データに基づいて真の原点位置に近い接触位置補正値Xを得ることができる。そして、この接触位置補正値Xを用いることで、実施例1と同様に、非制動時にブレーキパッド11aの引きずりを低減できるとともに、制動時の応答性を高めることができる。
 次に、本発明の実施例3のブレーキシステムについて、図6の機能ブロック図を用いて説明する。なお、上述の実施例との共通点は重複説明を省略する。
 実施例3は、実施例1とは異なる方法により接触位置補正値Xを求める接触位置推定部4を備えたものであり、図6に示すように、実施例1と同様の接触位置演算部40、遅延時間差保持部41に加え、同期修正部46を備える。
 本実施例の同期修正部46では、遅延時間差保持部41から入力された遅延時間差Δtに基づき、通信線24を介して入力された推力センサ31と位置センサ32の信号を同期させる。例えば、推力センサ31の検出結果が位置センサ32の検出結果に対して1[ms]遅れる場合、現在の推力センサ31の値に対して1[ms]後の位置センサ32の情報を対応させて一組のデータとして処理することで、各センサの出力値間に存在する時間ずれの影響を打ち消すことができる。このようにして時間ずれを補正した一組のデータとして、各センサの出力値を接触位置演算部40に入力することで、上述した実施例と同様に、ピストン12aの真の原点位置に近い接触位置補正値Xを得ることができる。そして、この接触位置補正値Xを用いることで、上述の実施例と同様に、非制動時にブレーキパッド11aの引きずりを低減できるとともに、制動時の応答性を高めることができる。
1…ブレーキシステム、2…駆動機構、2a…電動モータ、2b…減速機、3…モータ制御部、4…接触位置推定部、10…ブレーキ制御装置、11…制動機構、11a…ブレーキパッド、11b…ブレーキディスク、12…回転/直動変換機構、12a…ピストン、12b…送りねじ、21…制御信号線、22~25…通信線、26…主電力線、31…推力センサ、32…位置センサ、40…接触位置演算部、41…遅延時間差保持部、42…位置誤差演算部、43…アプライ・リリース判定部、44…接触位置補正部、45…ピストン位置時系列情報保持部、46…同期修正部、X…接触位置演算値、X…接触位置補正値

Claims (9)

  1.  車輪と共に回転するブレーキディスクと、
     該ブレーキディスクに制動力を与えるブレーキパッドと、
     該ブレーキパッドを駆動するピストンと、
     該ピストンに駆動力を与える駆動機構と、
     前記ピストンの位置を検出する位置センサと、
     前記ブレーキパッドが前記ブレーキディスクを押す推力を検出する推力センサと、
     前記駆動機構を制御して前記制動力を調節するブレーキ制御部と、を有し、
     前記ブレーキ制御部は、
     前記位置センサと前記推力センサの出力信号に基づいて前記ブレーキパッドと前記ブレーキディスクが接触する接触位置を演算する接触位置演算部と、
     前記位置センサと前記推力センサの出力信号の遅延時間差に基づいて、前記接触位置の位置誤差を演算する位置誤差演算部と、
     前記位置誤差を用いて、前記接触位置演算部が求めた前記接触位置を補正する接触位置補正部と、
     を備えることを特徴とするブレーキシステム。
  2.  請求項1に記載のブレーキシステムにおいて、
     前記ブレーキ制御部は、
     さらに、前記推力の符号、前記ピストンの位置の符号、前記ピストンの速度の符号の何れかに基づいて、前記制動力を増力するアプライ時、または、前記制動力を減力するリリース時の何れに該当するかを判定するアプライ・リリース判定部を備えることを特徴とするブレーキシステム。
  3.  請求項2に記載のブレーキシステムにおいて、
     前記接触位置補正部は、前記位置センサよりも前記推力センサの信号遅延が大きい場合、
     アプライ時には、前記接触位置演算部が演算した接触位置から、前記位置誤差を減算することで接触位置を補正し、
     リリース時には、前記接触位置演算部が演算した接触位置に、前記位置誤差を加算することで接触位置を補正することを特徴とするブレーキシステム。
  4.  請求項2に記載のブレーキシステムにおいて、
     前記接触位置補正部は、前記位置センサよりも前記推力センサの信号遅延が小さい場合、
     アプライ時には、前記接触位置演算部が演算した接触位置に、前記位置誤差を加算することで接触位置を補正し、
     リリース時には、前記接触位置演算部が演算した接触位置から、前記位置誤差を減算することで接触位置を補正することを特徴とするブレーキシステム。
  5.  請求項1に記載のブレーキシステムにおいて、
     前記位置誤差演算部は、前記ブレーキパッドと前記ブレーキディスクが接触する際の前記ピストンの速度と略比例する前記位置誤差を出力することを特徴とするブレーキシステム。
  6.  請求項1に記載のブレーキシステムにおいて、
     前記位置誤差演算部は、前記位置センサと前記推力センサの出力信号の遅延時間差と略比例する前記位置誤差を出力することを特徴とするブレーキシステム。
  7.  請求項6に記載のブレーキシステムにおいて、
     前記遅延時間差は、前記ピストンの位置を変化させた際の、前記推力の変化開始までの時間遅れを学習することで決定した遅延時間差であることを特徴とするブレーキシステム。
  8.  車輪と共に回転するブレーキディスクと、
     該ブレーキディスクに制動力を与えるブレーキパッドと、
     該ブレーキパッドを駆動するピストンと、
     該ピストンに駆動力を与える駆動機構と、
     前記ピストンの位置を検出する位置センサと、
     前記ブレーキパッドが前記ブレーキディスクを押す推力を検出する推力センサと、
     前記駆動機構を制御して前記制動力を調節するブレーキ制御部と、を有し、
     前記ブレーキ制御部は、
     前記位置センサと前記推力センサの出力信号に基づいて前記ブレーキパッドと前記ブレーキディスクが接触する接触位置を演算する接触位置演算部と、
     前記ピストンの位置を時系列に保存するピストン位置時系列情報保持部と、
     前記接触位置演算部が演算した前記接触位置に相当する時刻から、前記位置センサと前記推力センサの出力信号の遅延時間差だけ離れた時刻における前記ピストンの位置を、補正後の前記接触位置とする接触位置補正部と、
     を備えることを特徴とするブレーキシステム。
  9.  車輪と共に回転するブレーキディスクと、
     該ブレーキディスクに制動力を与えるブレーキパッドと、
     該ブレーキパッドを駆動するピストンと、
     該ピストンに駆動力を与える駆動機構と、
     前記ピストンの位置を検出する位置センサと、
     前記ブレーキパッドが前記ブレーキディスクを押す推力を検出する推力センサと、
     前記駆動機構を制御して前記制動力を調節するブレーキ制御部と、を有し、
     前記ブレーキ制御部は、
     前記位置センサと前記推力センサの出力信号の遅延時間差に基づいて、前記位置センサと前記推力センサの出力信号の同期を修正する同期修正部と、
     同期修正後の前記位置センサと前記推力センサの出力信号に基づいて前記ブレーキパッドと前記ブレーキディスクが接触する接触位置を演算する接触位置演算部と、
     を備えることを特徴とするブレーキシステム。
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