WO2020075386A1 - ブレーキ制御装置及びブレーキシステム - Google Patents

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WO2020075386A1
WO2020075386A1 PCT/JP2019/032015 JP2019032015W WO2020075386A1 WO 2020075386 A1 WO2020075386 A1 WO 2020075386A1 JP 2019032015 W JP2019032015 W JP 2019032015W WO 2020075386 A1 WO2020075386 A1 WO 2020075386A1
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brake
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piston
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京士朗 伊多倉
安島　俊幸
貴廣 伊藤
松原　謙一郎
後藤　大輔
諒 松浦
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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 control device and a brake system mounted on a vehicle such as an automobile for braking rotation of wheels.
  • Vehicles such as automobiles are equipped with a brake system that applies braking force to the wheels according to the amount of depression of the brake pedal by the driver.
  • brake systems Conventionally, many brake systems have been hydraulic systems, but recently, electric systems have been increasing.
  • Patent Document 1 discloses an electric brake including a brake rotor, a brake pad, an electric motor, a linear motion mechanism that converts the rotational motion of the electric motor into a linear motion and transmits the linear motion to the brake pad, and a control device that controls the electric motor.
  • the device is described.
  • the controller controls the motor angular velocity when the motor angular velocity control function unit that controls the angular velocity of the electric motor and the non-braking state in which there is a clearance between the brake pad and the brake rotor changes to the braking state in which the clearance becomes zero.
  • an electric motor is provided so as to generate a target thrust on a piston by thrust control based on a piston thrust detected by thrust detection means and position control based on a motor rotation position detected by a position detection means. It is disclosed that the control means for controlling changes the distribution of the control amount of the thrust control and the position control according to the piston thrust detected by the thrust detecting means.
  • a pad position control unit that moves the position of the brake pad to a position in contact with the brake rotor and a braking force control unit that controls the force for pressing the brake pad are provided.
  • the brake pad is brought closer to the brake rotor by the amount corresponding to the pad clearance and brought into contact with the brake rotor, then switched to the command from the braking force control unit to control the pressing force of the brake pad according to the braking force request command value. It is disclosed.
  • Patent Document 1 when the braking mode is changed to the non-braking mode, the speed limit of the motor is set to be smaller than that at the time of shifting from the non-braking mode to the braking mode, thereby reducing the operating noise and making the driver feel uncomfortable. It is decreasing.
  • the moving time to the clearance position is increased by setting the speed limit of the motor to be small, it is possible to perform braking with high response at the next sudden pedal depression. However, it does not contribute to improvement of control accuracy and response when shifting from the state where the piston is held at the clearance position to the time of braking.
  • Patent Document 2 by changing the distribution of thrust control and position control according to the value of the thrust sensor and the magnitude of the thrust command value, the position control compensates for insufficient resolution of the thrust sensor, especially in the low thrust region. It can be controlled with precision. Therefore, the control accuracy during braking, which is a concern in Patent Document 1, is improved. However, improvement in response cannot be expected until the brake pad comes into contact with the disc from the clearance position and a desired thrust is generated.
  • Patent Document 3 position control is performed from the clearance position to the contact position between the pad and the disk, and then switching to thrust control makes it possible to improve the response up to the contact position between the pad and the disk. It avoids problem 2.
  • Patent Document 3 when switching between the position control and the thrust control, the position control is completed immediately before the contact position between the pad and the disk, so that the response may be deteriorated due to the convergent movement of the piston position. is there.
  • the present invention provides a brake control device and a brake system capable of shortening the braking response and performing braking when shifting from non-braking to braking.
  • the brake control device is, at least, a piston that moves in a linear motion direction by rotation of an electric motor, a brake pad that is pressed against a brake disc by the movement of the piston, and a piston of the piston.
  • a brake control device mounted on a brake system having a position detecting unit for detecting a position, for controlling the movement of the piston, wherein the pressing force with which the brake pad is pressed against the brake disc reaches a target thrust value.
  • a command calculation unit for calculating an operation command value is provided, and the command calculation unit calculates a command value required until the brake pad and the brake disc come into contact with each other, the clearance command calculation unit, the brake pad and the brake.
  • a brake system includes a piston that moves in a linear motion direction by rotation of an electric motor, a brake pad that is pressed against a brake disc by the movement of the piston, and a position detection unit that detects the position of the piston.
  • a brake control device that controls the movement of the piston, wherein the brake control device is an operation command for the pressing force of the brake pad pressed against the brake disc to reach a target thrust value.
  • a command calculation unit for calculating a value wherein the command calculation unit calculates a command value required until the brake pad and the brake disc come into contact with each other, a clearance command calculation unit, the brake pad and the brake disc.
  • Thrust command that calculates the command value required to reach the target thrust from the state where the When calculating the operation command value from a state where the brake pad and the brake disc are separated from each other, the command calculation unit, the command value calculated from the clearance command calculation unit, The operation command value is calculated by integrating the command values calculated by the thrust command calculation unit.
  • FIG. 2 is a functional block diagram of a command value calculation unit that constitutes the brake control device shown in FIG. 1. It is a flow chart which shows a command value calculation method. It is a conceptual diagram showing the calculation method of the thrust command calculation part shown in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing a change in piston speed with time, a change in piston position with time, and a change in pad thrust with time in a brake system according to a first embodiment and a comparative example.
  • FIG. 3 is a diagram showing a change in piston speed with time in the brake system and the thrust feedback control method according to the first embodiment. It is a functional block diagram of a command value operation part of Example 2 concerning other examples of the present invention. It is a functional block diagram of a command value operation part of Example 3 concerning other examples of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a brake system of a first embodiment according to an embodiment of the present invention, and shows a structure corresponding to an electric brake for one wheel among a plurality of wheels included in a vehicle.
  • the brake system 1 roughly includes a drive mechanism 2, a brake control device 10, a braking 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 command value calculation unit 4.
  • the braking mechanism 11 has a brake pad 11a and a brake disc 11b arranged so as to be able to come into contact with and separate from each other
  • the rotation / linear motion converting mechanism 12 is a rod-shaped member including a piston 12a and a feed screw 12b.
  • the motor control unit 3 and the command value calculation unit 4 are, for example, a processor such as a CPU (Central Processing Unit) not shown, a ROM that stores various programs, a RAM that temporarily stores data in the calculation process, It is realized by a storage device such as an external storage device, and a processor such as a CPU reads and executes various programs stored in the ROM, and stores the calculation result, which is the execution result, in the RAM or the external storage device.
  • a processor such as a CPU reads and executes various programs stored in the ROM, and stores the calculation result, which is the execution result, in the RAM or the external storage device.
  • the rotational driving force generated by the electric motor 2a is decelerated by the speed reducer 2b, the rotational driving force after deceleration is converted into a linear driving force via the feed screw 12b, and the piston 12a is rotated.
  • the braking force is applied to the rotating brake disc 11b.
  • the direction in which the piston 12a approaches the brake disc 11b is the positive direction, and the opposite direction is the negative direction.
  • the motor control unit 3 that constitutes the brake control device 10 controls the rotation speed and position 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 in the rotation / linear motion conversion mechanism 12. Further, the brake control device 10 estimates the position of the brake pad 11a based on the rotational position detected by the position sensor 32 installed on the electric motor 2a.
  • the position sensor 32 may be attached to the piston 12a to directly detect the position of the piston 12a.
  • control signal line 21, the communication line 22, the communication line 23, and the main power line 26 are connected to the brake control device 10. Further, the internal motor control unit 3 and the command value calculation unit 4 are communicably connected to each other by a communication line 24 and a communication line 25.
  • the control signal line 21 is for inputting a control command from a host control device (not shown) such as a vehicle control ECU to the brake control device 10.
  • the communication line 22 and the communication line 23 are for communicating information other than the control command with the host controller.
  • the upper control device and the brake control device 10 are separate here, they may be integrated as a control device.
  • FIG. 2 is a functional block diagram of the command value calculation unit 4 included in the brake control device 10 shown in FIG.
  • the command value calculation unit 4 includes a thrust command calculation unit 40, a clearance command calculation unit 43, and a motion command calculation unit 44.
  • the thrust command calculation unit 40 includes a thrust deviation calculation unit 41 and a position deviation calculation unit 42.
  • the command value calculation unit 4 inputs a signal from the motor control unit 3 via the communication line 24 and outputs a signal to the motor control unit 3 via the communication line 25.
  • the actual command value calculation unit 4 includes a CPU, a calculation 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 arithmetic unit executes the program stored in the main storage device while referring to the database and the like recorded in FIG. 2 to realize each function shown in FIG. 2. Will be described while appropriately omitting.
  • ⁇ Thrust command calculator 40> The thrust command calculator 40 calculates the thrust command value based on the difference between the thrust command value transmitted from the vehicle control ECU (not shown) and the thrust signal from the thrust sensor 31. The position advance amount is calculated, and the thrust command calculation value X1 is output to the operation command calculation unit 44.
  • the thrust force deviation calculation unit 41 moves the piston 12a to the brake disc 11b side, and a thrust force signal from the thrust force sensor 31 generated after the brake pad 11a and the brake disc 11b come into contact with each other is transmitted from an unillustrated upper vehicle control ECU. The difference between the thrust command value and the thrust command value is calculated, and the resulting thrust deviation ⁇ F is output to the position deviation calculator 42.
  • the position deviation calculator 42 converts the thrust deviation ⁇ F input from the thrust deviation calculator 41 into a piston position deviation.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing a calculation method of the thrust command calculation unit 40 shown in FIG.
  • FIG. 4 shows the rigidity characteristics of the brake caliper
  • the position deviation calculation unit 42 uses the rigidity characteristics of the brake caliper to calculate the thrust deviation ⁇ F (thrust command value Fcom and thrust sensor) input from the thrust deviation calculation unit 41. It is converted into a piston position deviation X1 corresponding to the difference from the thrust signal F from 31).
  • a fixed value as a fixed gain for conversion may be multiplied by the thrust deviation ⁇ F, or the rotational position of the electric motor 2a may be converted instead of the piston position.
  • the piston 12a has only to be moved to a position where a desired thrust is generated, whereby the piston position can be adjusted until the thrust converges to a desired value.
  • the clearance command calculator 43 calculates clearance information between the brake pad 11a and the brake disc 11b.
  • a position where the brake pad 11a and the brake disc 11b contact each other and the thrust starts to rise when the piston 12a is advanced in the forward direction is stored as a pad contact position, and the brake pad 11a is prevented from being dragged from that position.
  • the position where the necessary predetermined amount is moved in the negative direction is defined as the clearance position.
  • the difference between the pad contact position and the clearance position at this time is output to the operation command calculator 44 as a clearance command calculation value X2.
  • the pad contact position may be the one learned as described above or a predetermined contact position.
  • the motion command calculation unit 44 adds the thrust command calculation value X1 output from the thrust command calculation unit 40 and the clearance command calculation value X2 output from the clearance command calculation unit 43 to calculate a motion command calculation value X3.
  • the operation command calculation unit 44 integrates the command value calculated by the thrust command calculation unit 40 and the command value calculated by the clearance command calculation unit 43 to calculate the operation command value.
  • the position information X2 (clearance command calculation value) until the brake pad 11a comes into contact with the brake disc 11b and the piston advance amount X1 (thrust force required to increase the force from the pad contact position).
  • a command value X3 considering the command calculation value) is created.
  • a desired thrust can be generated with high response without deceleration of the piston near the pad contact position, which is a problem in Patent Document 3.
  • the clearance command calculation value X2 and the thrust command calculation are performed. Since the value X1 is divided and calculated, the piston speed up to the pad contact position or the response time is determined without depending on the magnitude of the thrust command.
  • Step S10 a host controller such as an ECU (not shown) determines whether the vehicle is currently in a braking state. This determination can be made based on whether the driver depresses the brake pedal by a predetermined amount or more and the thrust command value is 0 or more. In the non-braking state, the process goes to the end and waits for the next start timing. On the other hand, if it is in the braking state, the process proceeds to the next step S11.
  • a host controller such as an ECU (not shown) determines whether the vehicle is currently in a braking state. This determination can be made based on whether the driver depresses the brake pedal by a predetermined amount or more and the thrust command value is 0 or more. In the non-braking state, the process goes to the end and waits for the next start timing. On the other hand, if it is in the braking state, 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 via the communication line 24, and the electric motor is detected from the output of the position sensor 32 installed in the electric motor 2a.
  • the rotational position of 2a is detected.
  • step S12 the piston position calculation unit (not shown) converts the rotational position of the electric motor 2a obtained in step S11 into a linear movement direction according to the rotational / linear movement ratio as in the following expression (1).
  • Xp ⁇ ⁇ (L / ⁇ ) [mm] (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 speed reducer 2b.
  • these pieces of information are stored in the temporary storage area of the RAM provided in the microcomputer and are used for the calculation executed in the following control steps. It is also possible to detect other information in addition to this according to the brake system 1.
  • the thrust command calculation unit 40 causes the thrust command value Fcom obtained from the control signal line 21 via the communication line 24 and the thrust deviation of the thrust signal F detected by the thrust sensor 31 obtained in step S11.
  • ⁇ F is calculated by the following equation (2).
  • ⁇ F Fcom ⁇ F [N] (2)
  • the rigidity characteristic of the brake caliper shown in FIG. 4 is used here as described above.
  • ⁇ F in FIG. 4 is calculated by the equation (2), and the piston advance amount required to generate the desired thrust force Fcom at this time is X1 (thrust force command calculation value) shown on the horizontal axis.
  • X1 thrust force command calculation value
  • the clearance command calculation unit 43 calculates the difference X2 (clearance command calculation value) between the detected or estimated pad contact position Xp and the piston position Xc that holds the clearance during non-braking by the following equation (3). Calculate with.
  • step S15 the motion command calculation unit 44 adds the X1 (thrust force command calculation value) and X2 (clearance command calculation value) calculated in steps S13 and S14 to calculate the piston position motion command value by the following formula. Calculate in (4).
  • X3 X1 + X2 [m] (4) ⁇ Step S16 ⁇
  • step S16 the thrust force command calculation unit 40 determines whether or not the braking force has reached the thrust force command value Fcom after the piston 12a has operated for one control cycle based on the motion command value X3 calculated in step S15. .
  • FIG. 5 is a diagram showing changes in piston speed with time, changes in piston position with time, and changes in pad thrust with time in the brake system 1 according to the present embodiment and the comparative example.
  • the control is performed by adding the position command X2 (clearance command calculation value) from the clearance position to the pad contact position and the piston position advance amount X1 (thrust command calculation value) that satisfies the thrust command value by the above calculation.
  • the command is X3 (operation command calculation value). Therefore, it is not necessary to switch the control, and as is apparent from the time change of the piston speed shown in the upper part of FIG.
  • the piston speed does not decrease near the pad contact position. Further, as indicated by the time change of the piston position shown in the middle part of FIG. 5, the electric motor 2a is smoothly driven to a position where a desired thrust is generated. In addition, the responsiveness can be enhanced as shown by the time change of the pad thrust shown in the lower part of FIG.
  • FIG. 6 shows the change over time of the piston speed in the braking system and the thrust feedback control method according to this embodiment.
  • the upper part of FIG. 6 shows the time change of the piston speed in the brake system 1 of the present embodiment
  • the lower part of FIG. 6 shows the time change of the piston speed in the thrust feedback control system.
  • the piston speed to the pad contact position or the response time depends on the magnitude of the thrust command (at the time of high thrust command, at low thrust command). Determined without On the other hand, as shown in the lower diagram of FIG.
  • the piston moving speed fluctuates depending on the magnitude of the command, so the piston speed decreases and the response deteriorates when the low thrust command is issued. Further, if the gain in the PI control of the thrust feedback control system is increased, the speed decrease can be prevented, but overshoot will occur.
  • the present embodiment it is possible to provide a brake control device and a brake system that can reduce the braking response and perform braking when shifting from the non-braking state to the braking state. Further, according to the present embodiment, safety and feeling due to the brake can be improved.
  • FIG. 7 is a functional block diagram of the command value calculation unit of the second embodiment according to another embodiment of the present invention.
  • This embodiment differs from the first embodiment in that the command value calculation unit 4a further includes a speed command calculation unit 45.
  • Other configurations are the same as those in the above-described first embodiment, and the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description overlapping with the first embodiment will be omitted below.
  • the command value calculation unit 4a includes a thrust command calculation unit 40 having a thrust deviation calculation unit 41 and a position deviation calculation unit 42, a clearance command calculation unit 43, and an operation command calculation unit 44. In addition to this, it has a speed command calculation unit 45.
  • the speed command calculation unit 45 creates the speed command so as to follow the position command value obtained by the operation command calculation unit 44. In practice, it is conceivable to take the difference between the position command value and the current piston position and multiply by the gain to obtain the speed command. Alternatively, it may be calculated from a motion equation in consideration of the caliper inertia and the like. According to the above calculation, in this embodiment, the operation command calculation value X3 as the speed command is output to the motor control unit 3.
  • FIG. 8 is a functional block diagram of a command value calculation unit of the third embodiment according to another embodiment of the present invention.
  • the present embodiment differs from the first embodiment in that the command value calculation unit 4b further includes a speed command calculation unit 45 and a torque command calculation unit 46.
  • Other configurations are the same as those in the above-described first embodiment, and the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description overlapping with the first embodiment will be omitted below.
  • the command value calculation unit 4b includes a thrust command calculation unit 40 having a thrust deviation calculation unit 41 and a position deviation calculation unit 42, a clearance command calculation unit 43, and an operation command calculation unit 44. In addition, it has a speed command calculation unit 45 and a torque command calculation unit 46.
  • the torque command calculation unit 46 creates a torque command or a current / voltage command so as to follow the speed command value obtained by the speed command calculation unit 45. Actually, it is conceivable to take the difference between the speed command value and the current piston speed and multiply it by the gain to obtain the torque command. Alternatively, it may be calculated from a motion equation in consideration of the caliper inertia and the like. According to the above calculation, in the present embodiment, the operation command calculation value X3 as the torque command or the current / voltage command is output to the motor control unit 3.
  • the same effect as in the above-described first embodiment can be obtained by applying the torque, current, or voltage command to the motor control unit.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications.
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described above.
  • the citation of other claims in the dependent claims is a single citation in order to make the description of the dependent claims easier to understand, but the present invention refers to a plurality of claims in the dependent claims, and Including a form in which a plurality of multiple reference items are cited.

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Abstract

本発明の課題は、非制動時から制動時へ移行する場合において制動応答を短縮し制動し得るブレーキ制御装置及びブレーキシステムを提供することである。　ブレーキ制御装置１０は、ブレーキパッド１１ａがブレーキディスク１１ｂに押圧される押圧力が目標推力値に達するための動作指令値を演算する指令値演算部４を備える。指令値演算部４は、ブレーキパッド１１ａとブレーキディスク１１ｂとが接触するまでに必要な指令値を演算するクリアランス指令演算部４３と、ブレーキパッド１１ａとブレーキディスク１１ｂとが接触した状態から目標推力に達する為に必要な指令値を演算する推力指令演算部４０と、を有し、ブレーキパッド１１ａとブレーキディスク１１ｂとが離れた状態から動作指令値を演算する場合は、指令値演算部４が、クリアランス指令演算部４３から算出される指令値と、推力指令演算部４０から算出される指令値を統合して動作指令値を演算する。

Description

ブレーキ制御装置及びブレーキシステム
　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制御装置及び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。また、ペダル踏込時には、クリアランス制御によりブレーキパッドに接触後、歪みセンサなどを用いた制動力の制御が行われる。これら一連のブレーキ制御に対して、安全性及び／又はブレーキフィールを向上するため、制動の応答や精度を高める技術が重要となる。このような背景から、クリアランス制御とその後の制動力制御に関連する技術としては、例えば、特許文献１乃至特許文献３に記載のものがある。
　特許文献１には、ブレーキロータ、ブレーキパッド、電動モータ、この電動モータの回転運動を直線運動に変換してブレーキパッドに伝える直動機構、及び、電動モータを制御する制御装置を備えた電動ブレーキ装置が記載されている。制御装置は、電動モータの角速度を制御するモータ角速度制御機能部と、ブレーキパッドとブレーキロータとの間にクリアランスがある非制動状態から、クリアランスがゼロになる制動状態に移行するとき、モータ角速度制御機能部により制御される無負荷状態における電動モータの角速度ωｂと、制動状態から非制動状態に移行するとき、モータ角速度制御機能部により制御される無負荷状態における電動モータの角速度ωｒについて、｜ωｂ｜＞｜ωｒ｜となるように、モータ角速度制御機能部により制限するモータ角速度制限手段とを備えることで、作動音の発生を抑えると共に、ブレーキの応答遅れを防止することが可能な構成が示されている。
　また、特許文献２には、推力検出手段で検出されたピストン推力に基づく推力制御及び位置検出手段で検出されたモータ回転位置に基づく位置制御によって、ピストンに目標推力を発生させるように電動モータを制御する制御手段が、推力検出手段で検出されたピストン推力に応じて、推力制御及び位置制御の制御量の配分を変化させる構成が開示されている。
　さらに、特許文献３には、ブレーキパッドの位置をブレーキロータに接触する位置に移動するパッド位置制御部と、ブレーキパッドを圧着させる力を制御する制動力制御部を設け、ブレーキ動作時に、まずパッド位置制御部の指令によりブレーキパッドをパッドクリアランス分だけブレーキロータに近づけて接触させ、その後に制動力制御部の指令に切り替えて制動力要求指令値に応じてブレーキパッドの押し付け力を制御する構成が開示されている。
特開２０１５－４８０３６号公報 特開２００３－２０２０４２号公報 特開２００１－２３９９２９号公報
　特許文献１では、制動時から非制動時に移行する際に、非制動時から制動時に移行する時と比べてモータの制限速度を小さく設定することにより、作動音を低下させてドライバーの不快感を低減している。また、モータの制限速度を小さく設定することでクリアランス位置への移動時間が増大するため、次回の急なペダル踏込時には高応答に制動することが可能となる。しかしながら、クリアランス位置でピストンが保持された状態から制動時に移行する際の制御精度や応答の改善には寄与しない。
　また、特許文献２では、推力センサの値や推力指令値の大きさに応じて推力制御と位置制御の配分を変更することにより、特に低推力領域において推力センサの分解能不足を位置制御で補い高精度に制御できる。そのため、特許文献１で懸念される制動時の制御精度は改善される。しかしながら、クリアランス位置からブレーキパッドとディスクが接触し、さらに所望の推力を生じるまでの応答改善は見込めない。
　一方、特許文献３では、クリアランス位置からパッドとディスクの接触位置までは位置制御を行い、その後、推力制御に切り替えることでパッドとディスクの接触位置までの応答を改善することが可能となり、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、位置制御と推力制御の切り替えの際には、パッドとディスクの接触位置直前で位置制御が完了するため、ピストン位置が収束動作をすることにより応答が劣化する可能性がある。
　そこで、本発明は、非制動時から制動時へ移行する場合において制動応答を短縮し制動し得るブレーキ制御装置及びブレーキシステムを提供する。
　上記課題を解決するため、本発明に係るブレーキ制御装置は、少なくとも、電動モータの回転により直動方向に移動するピストンと、前記ピストンの移動によりブレーキディスクに押圧されるブレーキパッドと、前記ピストンの位置を検出する位置検出部を有するブレーキシステムに搭載され、前記ピストンの動きを制御するブレーキ制御装置であって、前記ブレーキパッドが前記ブレーキディスクに押圧される押圧力が目標推力値に達するための動作指令値を演算する指令演算部を備え、前記指令演算部は、前記ブレーキパッドと前記ブレーキディスクとが接触するまでに必要な指令値を演算するクリアランス指令演算部と、前記ブレーキパッドと前記ブレーキディスクとが接触した状態から目標推力に達する為に必要な指令値を演算する推力指令演算部と、を有し、前記ブレーキパッドと前記ブレーキディスクとが離れた状態から前記動作指令値を演算する場合は、前記指令演算部が、前記クリアランス指令演算部から算出される指令値と、前記推力指令演算部から算出される指令値を統合して前記動作指令値を演算することを特徴とする。
　また、本発明に係るブレーキシステムは、電動モータの回転により直動方向に移動するピストンと、前記ピストンの移動によりブレーキディスクに押圧されるブレーキパッドと、前記ピストンの位置を検出する位置検出部と、前記ピストンの動きを制御するブレーキ制御装置と、を有するブレーキシステムであって、前記ブレーキ制御装置は、前記ブレーキパッドが前記ブレーキディスクに押圧される押圧力が目標推力値に達するための動作指令値を演算する指令演算部を備え、前記指令演算部は、前記ブレーキパッドと前記ブレーキディスクとが接触するまでに必要な指令値を演算するクリアランス指令演算部と、前記ブレーキパッドと前記ブレーキディスクとが接触した状態から目標推力に達する為に必要な指令値を演算する推力指令演算部と、を有し、前記ブレーキパッドと前記ブレーキディスクとが離れた状態から前記動作指令値を演算する場合は、前記指令演算部が、前記クリアランス指令演算部から算出される指令値と、前記推力指令演算部から算出される指令値を統合して前記動作指令値を演算することを特徴とする。
　本発明によれば、非制動時から制動時へ移行する場合において制動応答を短縮し制動し得るブレーキ制御装置及びブレーキシステムを提供することが可能となる。　
　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の一実施例に係る実施例１のブレーキシステムの概略構図である。 図１に示すブレーキ制御装置を構成する指令値演算部の機能ブロック図である。 指令値演算方法を示すフローチャートである。 図２に示す推力指令演算部の演算方法を表す概念図である。 実施例１に係るブレーキシステムと比較例における、ピストン速度の時間変化、ピストン位置の時間変化、及びパッド推力の時間変化を示す図である。 実施例１に係るブレーキシステムと推力フィードバック制御方式におけるピストン速度の時間変化を示す図である。 本発明の他の実施例に係る実施例２の指令値演算部の機能ブロック図である。 本発明の他の実施例に係る実施例３の指令値演算部の機能ブロック図である。
　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。
　図１は、本発明の一実施例に係る実施例１のブレーキシステムの概略構図であり、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、ブレーキシステム１は、大略して、駆動機構２、ブレーキ制御装置１０、制動機構１１、及び、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と指令値演算部４を備える。また、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。なお、ここで、モータ制御部３及び指令値演算部４は、例えば、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）などのプロセッサ、各種プログラムを格納するＲＯＭ、演算過程のデータを一時的に格納するＲＡＭ、外部記憶装置などの記憶装置にて実現されると共に、ＣＰＵなどのプロセッサがＲＯＭに格納された各種プログラムを読み出し実行し、実行結果である演算結果をＲＡＭ又は外部記憶装置に格納する。
　図１に示すブレーキシステム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を構成するモータ制御部３は、電動モータ２ａの回転速度や位置を制御し、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に設置される推力センサ３１にて検出された推力に基づき、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に設置された位置センサ３２にて検出され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の位置を直接検出する構成としても良い。
　ここで、ブレーキ制御装置１０には、制御信号線２１、通信線２２、通信線２３、及び、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と指令値演算部４は、通信線２４及び通信線２５により相互に通信可能に接続されている。これらのうち、制御信号線２１は、図示しない車両制御用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る。通信線２２及び通信線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、指令値演算部４の詳細を説明する。図２は、図１に示すブレーキ制御装置１０を構成する指令値演算部４の機能ブロック図である。図２に示すように、指令値演算部４は、推力指令演算部４０、クリアランス指令演算部４３、及び、動作指令演算部４４を備える。そして、推力指令演算部４０は、推力偏差演算部４１及び位置偏差演算部４２を有する。　
　指令値演算部４は、通信線２４を介してモータ制御部３から信号を入力し、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、実際の指令値演算部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、及び、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。
＜推力指令演算部４０＞　
　推力指令演算部４０は、図示しない上位の車両制御用ＥＣＵから送信される推力指令値と、推力センサ３１からの推力信号との差分に基づき、推力指令値を発生するために必要となるピストンの位置進み量を演算し、推力指令演算値Ｘ１を動作指令演算部４４へ出力する。
[推力偏差演算部４１]　
　推力偏差演算部４１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が接触した後に生じる推力センサ３１からの推力信号と、図示しない上位の車両制御用ＥＣＵから送信される推力指令値との差分を演算し、その演算結果である推力偏差ΔＦを位置偏差演算部４２へ出力する。
[位置偏差演算部４２]　
　位置偏差演算部４２は、推力偏差演算部４１から入力される推力偏差ΔＦをピストン位置偏差に変換する。ここで、推力偏差ΔＦをピストン位置偏差に変換する手法の一例を説明する。図４は、図２に示す推力指令演算部４０の演算方法を表す概念図である。図４はブレーキキャリパの剛性特性を示しており、位置偏差演算部４２は、このブレーキキャリパの剛性特性を用いて、推力偏差演算部４１から入力される推力偏差ΔＦ（推力指令値Ｆｃｏｍと推力センサ３１からの推力信号Ｆとの差分）に対応するピストン位置偏差Ｘ１に変換する。なお、これに代えて、例えば、変換するための固定ゲインとして一定値を推力偏差ΔＦに乗じても良く、ピストン位置に代えて電動モータ２ａの回転位置へ変換しても良い。要は、所望の推力を発生する位置までピストン１２ａを動かせればよいのであり、これにより、推力が所望の値に収束するまでピストン位置を調整することが可能となる。＜クリアランス指令演算部４３＞　
　クリアランス指令演算部４３は、ブレーキパッド１１ａとブレーキディスク１１ｂとのクリアランス情報を演算するものである。ここでは、例えば、ピストン１２ａを正方向に進めた際にブレーキパッド１１ａとブレーキディスク１１ｂが接触して推力が上昇し始めた位置をパッド接触位置として記憶し、そこからブレーキパッド１１ａの引きずり防止に必要な所定量を負方向に動かした位置をクリアランス位置と定める。このときのパッド接触位置とクリアランス位置の差分がクリアランス指令演算値Ｘ２として動作指令演算部４４へ出力される。但し、パッド接触位置は上述のように学習するものであっても、予め定めた接触位置でも良い。要は、クリアランス位置とパッド接触位置の距離が適切に分かれば良い。
＜動作指令演算部４４＞　
　動作指令演算部４４は、推力指令演算部４０より出力される推力指令演算値Ｘ１とクリアランス指令演算部４３より出力されるクリアランス指令演算値Ｘ２とを加算して動作指令演算値Ｘ３を算出する。換言すれば、動作指令演算部４４は、推力指令演算部４０にて算出される指令値と、クリアランス指令演算部４３にて算出される指令値を統合して動作指令値を演算する。これにより、非制動時から制動動作する場合、ブレーキパッド１１ａがブレーキディスク１１ｂに接触するまでの位置情報Ｘ２（クリアランス指令演算値）と、パッド接触位置から増力に必要となるピストン進み量Ｘ１（推力指令演算値）を考慮した指令値Ｘ３が作成される。ここで作成された指令値Ｘ３で動作すると、特許文献３で課題となるパッド接触位置付近でのピストンの減速が生じることなく、所望の推力を高応答に生じることができる。一般に、推力フィードバックのみで構成されるブレーキ制御では、推力指令が小さい時にピストン速度が低下し、パッド接触位置までの応答が悪くなるが、本実施例よれば、クリアランス指令演算値Ｘ２と推力指令演算値Ｘ１を切り分けて演算するため、パッド接触位置までのピストン速度または応答時間は推力指令の大小に依存することなく定まる。
　図２に示した指令値演算部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ェ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。図３は、指令値演算方法を示すフローチャートである。
≪ステップＳ１０≫　
　ステップＳ１０では、図示しないＥＣＵ等の上位制御装置が、現在車両が制動状態か否かを判断する。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、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、通信線２４を介して、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の推力を検出し、電動モータ２ａに設置した位置センサ３２の出力から電動モータ２ａの回転位置を検出する。
≪ステップＳ１２≫　
　ステップＳ１２では、図示しないピストン位置演算部が、ステップＳ１１にて得られた電動モータ２ａの回転位置を以下の式（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。　
　Ｘｐ＝θ×（Ｌ／ε）[ｍｍ]　・・・（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。なお、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では、推力指令演算部４０が、通信線２４を介して制御信号線２１から得られる推力指令値Ｆｃｏｍと、ステップＳ１１で得られた推力センサ３１にて検出された推力信号Ｆの推力偏差ΔＦを以下の式（２）にて算出する。　
ΔＦ＝Ｆｃｏｍ－Ｆ　[Ｎ]　・・・（２）　
　また、式（２）で得られたΔＦを位置偏差に変換するため、ここでは、上述のように、図４に示すブレーキキャリパの剛性特性を用いる。今、式（２）により図４中のΔＦが演算され、この時に所望の推力Ｆｃｏｍを生じるに必要となるピストン進み量は横軸に示すＸ１（推力指令演算値）となる。
≪ステップＳ１４≫　
　ステップＳ１４では、クリアランス指令演算部４３が、検出若しくは推定したパッド接触位置Ｘｐと非制動時にクリアランスを保持しているピストン位置Ｘｃとの差分Ｘ２（クリアランス指令演算値）を、以下の式（３）にて演算する。　
　Ｘ２＝Ｘｐ－Ｘｃ　[ｍ]　・・・（３）
≪ステップＳ１５≫　
　ステップＳ１５では、動作指令演算部４４が、ステップＳ１３及びステップＳ１４で算出されたＸ１（推力指令演算値）およびＸ２（クリアランス指令演算値）を加算してピストン位置の動作指令値を、以下の式（４）にて演算する。　
　Ｘ３＝Ｘ１＋Ｘ２　[ｍ]　・・・（４）
≪ステップＳ１６≫　
　ステップＳ１６では、ステップＳ１５にて演算された動作指令値Ｘ３によりピストン１２ａが制御１周期分動作した後に、推力指令値Ｆｃｏｍに制動力が到達したか否かを、推力指令演算部４０が判断する。到達及び収束が判定されるとピストン１２ａは動作しなくなり、エンドに移行する。但し、制動中においてドライバーがブレーキペダルの操作量を変化させると、それに応じて随時ステップＳ１１からステップＳ１６のループが実行されピストン位置は所望の推力を満たすように動作する。
　本発明における効果を図５に示す。図５は、本実施例に係るブレーキシステム１と比較例における、ピストン速度の時間変化、ピストン位置の時間変化、及びパッド推力の時間変化を示す図である。ここで、比較例として、特許文献３に記載される技術を用いた場合を示している。本実施例では、上述の演算により、クリアランス位置からパッド接触位置までの位置指令Ｘ２（クリアランス指令演算値）と推力指令値を満足するピストン位置進み量Ｘ１（推力指令演算値）を加算して制御指令Ｘ３（動作指令演算値）とする。そのため制御の切り替えを必要とせず、図５の上段に示すピストン速度の時間変化から明らかなように、パッド接触位置付近でのピストン速度低下が生じなくなる。また、図５の中段に示すピストン位置の時間変化に表されるように、所望の推力を生じる位置まで電動モータ２ａが滑らかに駆動する。且つ、図５の下段に示すパッド推力の時間変化に表されるように、応答性を高めることができる。
　ここで、本発明と同様に制御の切り替えを行わずに滑らかに駆動する方法としては、推力センサ値のフィードバックによる比例積分制御（ＰＩ制御）などが考えられる。図６に、本実施例に係るブレーキシステムと推力フィードバック制御方式におけるピストン速度の時間変化を示す。図６の上図は本実施例のブレーキシステム１におけるピストン速度の時間変化であり、図６の下図は推力フィードバック制御方式におけるピストン速度の時間変化を示している。図６の上図に示すように、本実施例のブレーキシステム１によれば、パッド接触位置までのピストン速度または応答時間は推力指令の大小（高推力指令時、低推力指令時）に依存することなく定まる。一方、図６の下図に示すように、推力フィードバック制御方式のＰＩ制御では指令の大きさに依存してピストン移動速度が変動するため、低推力指令時にはピストン速度が低下し、応答が悪くなる。また、推力フィードバック制御方式のＰＩ制御におけるゲインを増大すれば速度低下は防げるが、オーバーシュートが生じてしまう。
　以上の通り本実施例によれば、非制動時から制動時へ移行する場合において制動応答を短縮し制動し得るブレーキ制御装置及びブレーキシステムを提供することが可能となる。
　
　また、本実施例によれば、ブレーキによる安全性とフィーリングを向上することができる。
　図７は、本発明の他の実施例に係る実施例２の指令値演算部の機能ブロック図である。本実施例では、指令値演算部４ａが更に速度指令演算部４５を有する点が実施例１と異なる。その他の構成は上述の実施例１と同様であり、実施例１と同様の構成要素に同一符号を付し、以下では実施例１と重複する説明を省略する。
　図７に示すように、本実施例に係る指令値演算部４ａは、推力偏差演算部４１と位置偏差演算部４２を有する推力指令演算部４０、クリアランス指令演算部４３、及び動作指令演算部４４に加え、速度指令演算部４５を有する。　
　速度指令演算部４５は、動作指令演算部４４で得られた位置指令値に追従するように、速度指令を作成するものである。実際には、位置指令値と現在のピストン位置の差分を取り、ゲインを乗じて速度指令とするなどが考えられる。若しくは、キャリパのイナーシャなどを考慮した運動方程式から算出しても良い。以上の演算により、本実施例では、モータ制御部３に速度指令としての動作指令演算値Ｘ３を出力する。
　本実施例においても、上述の実施例１と同様の効果を得ることができる。
　図８は、本発明の他の実施例に係る実施例３の指令値演算部の機能ブロック図である。本実施例では、指令値演算部４ｂが更に速度指令演算部４５及びトルク指令演算部４６を有する点が実施例１と異なる。その他の構成は上述の実施例１と同様であり、実施例１と同様の構成要素に同一符号を付し、以下では実施例１と重複する説明を省略する。
　図８に示すように、本実施例に係る指令値演算部４ｂは、推力偏差演算部４１と位置偏差演算部４２を有する推力指令演算部４０、クリアランス指令演算部４３、及び動作指令演算部４４に加え、速度指令演算部４５及びトルク指令演算部４６を有する。　
　トルク指令演算部４６は、速度指令演算部４５で得られた速度指令値に追従するように、トルク指令または電流、電圧指令を作成するものである。実際には、速度指令値と現在のピストン速度の差分を取り、ゲインを乗じてトルク指令とするなどが考えられる。若しくは、キャリパのイナーシャなどを考慮した運動方程式から算出しても良い。以上の演算により、本実施例では、モータ制御部３にトルク指令または電流、電圧指令としての動作指令演算値Ｘ３を出力する。
　以上の通り本実施例では、モータ制御部にトルクまたは電流、電圧指令を与え、上述の実施例１と同様の効果を得ることができる。
　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。　
　また、従属請求項における他の請求項の引用は、従属請求項の記載を分かり易くするために単項引用としているが、本発明は、従属項において、複数の請求項を引用する形態、及び、複数の多項引用項を引用する形態を含む。
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、４，４ａ，４ｂ…指令値演算部、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、２２，２３，２４，２５…通信線、２６…主電力線、３１…推力センサ、３２…位置センサ、４０…推力指令演算部、４１…推力偏差演算部、４２…位置偏差演算部、４３…クリアランス指令演算部、４４…動作指令演算部、４５…速度指令演算部、４６…トルク指令演算部

Claims (7)

  1. 　少なくとも、電動モータの回転により直動方向に移動するピストンと、前記ピストンの移動によりブレーキディスクに押圧されるブレーキパッドと、前記ピストンの位置を検出する位置検出部を有するブレーキシステムに搭載され、前記ピストンの動きを制御するブレーキ制御装置であって、
    　前記ブレーキパッドが前記ブレーキディスクに押圧される押圧力が目標推力値に達するための動作指令値を演算する指令演算部を備え、
    　前記指令演算部は、
    　前記ブレーキパッドと前記ブレーキディスクとが接触するまでに必要な指令値を演算するクリアランス指令演算部と、
    　前記ブレーキパッドと前記ブレーキディスクとが接触した状態から目標推力に達する為に必要な指令値を演算する推力指令演算部と、を有し、
    　前記ブレーキパッドと前記ブレーキディスクとが離れた状態から前記動作指令値を演算する場合は、前記指令演算部が、前記クリアランス指令演算部から算出される指令値と、前記推力指令演算部から算出される指令値を統合して前記動作指令値を演算することを特徴とするブレーキ制御装置。
  2. 　請求項１に記載のブレーキ制御装置において、
    　前記指令演算部は動作指令演算部を備え、
    　前記動作指令演算部は、前記クリアランス指令演算部から算出される指令値と、前記推力指令演算部から算出される指令値を統合して、前記ピストンまたは前記電動モータの進み量に関する位置指令を前記動作指令値として出力することを特徴とするブレーキ制御装置。
  3. 　請求項２に記載のブレーキ制御装置において、
    　前記指令演算部は更に速度指令演算部を備え、
    　前記速度指令演算部は、前記動作指令演算部からの出力に基づき、前記ピストンまたは前記電動モータの進み量に関する速度指令を前記動作指令値として出力することを特徴とするブレーキ制御装置。
  4. 　請求項３に記載のブレーキ制御装置において、
    　前記指令演算部は更にトルク指令演算部を備え、
    　前記トルク指令演算部は、前記速度指令演算部からの出力に基づき、前記ピストンまたは前記電動モータの進み量に関するトルク指令を前記動作指令値として出力することを特徴とするブレーキ制御装置。
  5. 　請求項１に記載のブレーキ制御装置において、
    　前記動作指令値により、ピストン速度が前記ブレーキパッドと前記ブレーキディスクとが接触した後に単調減少となり、且つ、前記ブレーキパッドと前記ブレーキディスクとが接触する位置までのピストン速度が前記目標推力の大きさに依存することなく定まることを特徴とするブレーキ制御装置。
  6. 　請求項２に記載のブレーキ制御装置において、
    　前記動作指令演算部は、前記クリアランス指令演算部から算出される指令値と前記推力指令演算部から算出される指令値を加算することによりピストン位置の動作指令値を求め、求めたピストン位置の動作指令値を前記動作指令値として出力することを特徴とするブレーキ制御装置。
  7. 　電動モータの回転により直動方向に移動するピストンと、
    　前記ピストンの移動によりブレーキディスクに押圧されるブレーキパッドと、
    　前記ピストンの位置を検出する位置検出部と、
    　前記ピストンの動きを制御するブレーキ制御装置と、を有するブレーキシステムであって、
    　前記ブレーキ制御装置として、請求項１に記載のブレーキ制御装置が用いられていることを特徴とするブレーキシステム。
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