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JP5249690B2 - Electric brake - Google Patents
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JP5249690B2 JP2008242295A JP2008242295A JP5249690B2 JP 5249690 B2 JP5249690 B2 JP 5249690B2 JP 2008242295 A JP2008242295 A JP 2008242295A JP 2008242295 A JP2008242295 A JP 2008242295A JP 5249690 B2 JP5249690 B2 JP 5249690B2
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric brake capable of correctly controlling the piston pressing force against a brake disk. <P>SOLUTION: The electric brake has a piston 1 to be pressed against a non-rotary brake disk 9 by the rotation of an electric motor 11, and a controller 20 for driving the electric motor 11 based on the control command value of the piston pressing force. The controller 20 has a friction torque loss corresponding current calculating means 31 for calculating the friction torque loss corresponding current value i<SB>f</SB>for compensating the friction torque loss generated in the process of transmitting the torque generated by the electric motor 11 to each piston 1 based on the motor current i<SB>m</SB>of the electric motor 11 and the motor rotational speed d&theta;<SB>m</SB>/dt of the electric motor 11, and the controller drives the electric motor 11 by adding the friction torque loss corresponding current value i<SB>f</SB>to the motor current i<SB>m</SB>. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、車輪の制動部材を電動モータで駆動する電動ブレーキの改良に関するものである。   The present invention relates to an improvement of an electric brake that drives a braking member of a wheel with an electric motor.

近年、航空機に搭載される油圧源を縮小、廃止するために、車輪を制動するブレーキを油圧ブレーキから電動ブレーキにかえる傾向がある。   In recent years, in order to reduce or eliminate the hydraulic pressure source mounted on an aircraft, there is a tendency to change a brake for braking a wheel from a hydraulic brake to an electric brake.

特許文献1には、電動モータの回転運動をピストンの往復運動に変換して制動力を発生させる電動ブレーキが開示されている。
特開2005−069398号公報
Patent Document 1 discloses an electric brake that generates a braking force by converting a rotary motion of an electric motor into a reciprocating motion of a piston.
Japanese Patent Laying-Open No. 2005-069398

しかしながら、このような従来の電動ブレーキにあっては、電動モータの発生トルクをピストンに伝達する過程で摩擦トルク損失が生じるため、この摩擦トルク損失に起因してブレーキディスクに対するピストン押付力を的確に制御できないという問題点があった。   However, in such a conventional electric brake, a friction torque loss occurs in the process of transmitting the generated torque of the electric motor to the piston. Therefore, the piston pressing force against the brake disc is accurately determined due to the friction torque loss. There was a problem that it could not be controlled.

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ブレーキディスクに対するピストン押付力を的確に制御できる電動ブレーキを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide an electric brake capable of accurately controlling a piston pressing force against a brake disk.

本発明は、車輪と共に回転する回転ブレーキディスクと、この回転ブレーキディスクに向けて変位可能かつ回転不能に支持される非回転ブレーキディスクと、モータ電流によって回転作動する電動モータと、回転運動から往復運動に変換する際の所定の機械効率を有し、機械効率に基づいて電動モータの回転作動を往復運動に変換するボールスクリュと、ボールスクリュの往復運動によって非回転ブレーキディスクに対して押付けられるピストンと電動モータを制御してピストンのピストン押付力を調節するコントローラを備え、コントローラはモータ電流と電動モータのモータ回転速度とボールスクリュの機械効率とに基づいて電動モータの発生トルクをピストンに伝達する過程で生じる摩擦トルク損失を補う摩擦トルク損失相当電流値を算出する摩擦トルク損失相当電流算出手段を備え、摩擦トルク損失相当電流値をモータ電流に加算して電動モータを駆動する構成を特徴とするものとした。
本発明は、車輪と共に回転する回転ブレーキディスクと、回転ブレーキディスクに向けて変位可能かつ回転不能に支持される非回転ブレーキディスクと、モータ電流によって回転作動する電動モータと、電動モータの回転作動によって非回転ブレーキディスクに対して押付けられるピストンと、電動モータを制御してピストンのピストン押付力を調節するコントローラと、を備え、コントローラは、モータ電流に比例する関数であって、電動モータのモータ回転速度に応じて電動モータの正回転加速時に正の値となるとともに電動モータの正回転減速時に負の値となる関数に基づいて、電動モータの発生トルクをピストンに伝達する過程で生じる摩擦トルク損失を補う摩擦トルク損失相当電流値を算出する摩擦トルク損失相当電流算出手段を備え、摩擦トルク損失相当電流値をモータ電流に加算して電動モータを駆動する構成を特徴とするものとした。
The present invention relates to a rotary brake disc that rotates with a wheel, a non-rotary brake disc that is displaceable and non-rotatable toward the rotary brake disc, an electric motor that is rotated by a motor current, and a reciprocating motion from a rotational motion. A ball screw that has a predetermined mechanical efficiency when converting into a reciprocating motion and converts the rotational operation of the electric motor into a reciprocating motion based on the mechanical efficiency, and a piston that is pressed against the non-rotating brake disk by the reciprocating motion of the ball screw It controls the electric motor includes a controller for adjusting the piston pressing force of the piston, the controller, based on the mechanical efficiency of the motor current and the electric motor the motor speed and a ball screw, a piston generation torque of the electric motor Friction torque loss equivalent power to compensate for friction torque loss generated in the process of transmission to Comprising a friction torque loss equivalent current calculating means for calculating a value, and shall be characterized configured to drive the electric motor the friction torque loss equivalent current value by adding to the motor current.
The present invention relates to a rotating brake disc that rotates with a wheel, a non-rotating brake disc that is displaceable and non-rotatable toward the rotating brake disc, an electric motor that is rotated by a motor current, and a rotating operation of the electric motor. A piston that is pressed against the non-rotating brake disc, and a controller that controls the electric motor to adjust the piston pressing force of the piston, the controller being a function proportional to the motor current, the motor rotation of the electric motor Friction torque loss that occurs in the process of transmitting the generated torque of the electric motor to the piston based on a function that takes a positive value when the electric motor accelerates positively according to the speed and takes a negative value when the electric motor decelerates positively Friction torque loss equivalent current calculation means for calculating the friction torque loss equivalent current value For example, and as characterized by arrangement for driving the electric motor the friction torque loss equivalent current value by adding to the motor current.

本発明によると、電動モータの発生トルクを各ピストンに伝達する過程で生じる摩擦トルク損失に起因するヒステリシスが解消され、ピストンの押付力を的確に制御することができ、電動ブレーキが発生する制動力の制御応答性、正確性を高められる。   According to the present invention, hysteresis due to friction torque loss generated in the process of transmitting the generated torque of the electric motor to each piston is eliminated, and the pressing force of the piston can be accurately controlled, and the braking force generated by the electric brake Control responsiveness and accuracy can be improved.

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1に示す航空機用電動ブレーキは、車輪のホイールの内側に設けられる多板ディスク式のものである。   The electric brake for aircraft shown in FIG. 1 is a multi-plate disc type provided inside the wheel of the wheel.

この電動ブレーキは、車輪と共に回転する円盤状の回転ブレーキディスク6と、機体シャフト(車軸)に取り付けられる円盤状の非回転ブレーキディスク9と、非回転ブレーキディスク9に対峙するピストン1と、ピストン1を非回転ブレーキディスク9に対して進退させるように駆動する電動アクチュエータ5とを備える。   The electric brake includes a disc-shaped rotating brake disc 6 that rotates together with wheels, a disc-shaped non-rotating brake disc 9 attached to a body shaft (axle), a piston 1 that faces the non-rotating brake disc 9, and a piston 1 And an electric actuator 5 that drives the non-rotating brake disk 9 to move forward and backward.

複数枚の非回転ブレーキディスク9の間に複数枚の回転ブレーキディスク6が挟まれるように配置されている。非回転ブレーキディスク9は図示しない機体シャフトに対してトルクチューブ等を介して車軸方向に変位可能に支持される。回転ブレーキディスク6は図示しないホイールと一体回転するものであり、ホイールに対して車軸方向に変位可能に支持される。   A plurality of rotating brake discs 6 are arranged between a plurality of non-rotating brake discs 9. The non-rotating brake disk 9 is supported so as to be displaceable in the axle direction via a torque tube or the like with respect to a body shaft (not shown). The rotary brake disc 6 rotates integrally with a wheel (not shown), and is supported so as to be displaceable in the axle direction with respect to the wheel.

電動アクチュエータ5が収縮作動した状態では、非回転ブレーキディスク9と回転ブレーキディスク6が互いに離れ、制動トルクが生じない。この制動解除状態から、電動アクチュエータ5が伸張作動すると、各ピストン1の押圧力によって非回転ブレーキディスク9と回転ブレーキディスク6が互いに押付けられ、この摺動部分で摩擦力が発生し、制動トルクが得られる。   In a state where the electric actuator 5 is contracted, the non-rotating brake disk 9 and the rotating brake disk 6 are separated from each other, and no braking torque is generated. When the electric actuator 5 is extended from this brake released state, the non-rotating brake disk 9 and the rotating brake disk 6 are pressed against each other by the pressing force of each piston 1, and frictional force is generated at this sliding portion, and the braking torque is increased. can get.

ピストン1はハウジング7に摺動可能に支持され、その内側にボールスクリュ・ナット機構2が介装される。このボールスクリュ・ナット機構2は、ピストン1の基端部から突出したボールスクリュ15と、各ボールスクリュ15に多数のボールを介して螺合するボールナット(図示せず)とを備え、ボールスクリュ15の回転をピストン1の直線運動に変換し、ピストン1を非回転ブレーキディスク9に対して進退させるように構成されている。   The piston 1 is slidably supported by the housing 7, and a ball screw / nut mechanism 2 is interposed therein. The ball screw / nut mechanism 2 includes a ball screw 15 protruding from the base end portion of the piston 1 and a ball nut (not shown) screwed into each ball screw 15 via a number of balls. The rotation of 15 is converted into the linear motion of the piston 1, and the piston 1 is configured to advance and retract with respect to the non-rotating brake disk 9.

ハウジング7には2つの電動モータ11と、4つのピストン1と、1つの電動モータ11の回転を2つのボールスクリュ15に伝達する2つの減速機構10とを備える。4つのピストン1は車輪の回転周方向にある間隔を持って配置される。なお、これに限らず、減速機構10は1つの電動モータ11の回転を1つのボールスクリュ15に伝達する構成としてもよい。   The housing 7 includes two electric motors 11, four pistons 1, and two speed reduction mechanisms 10 that transmit the rotation of one electric motor 11 to two ball screws 15. The four pistons 1 are arranged with a certain interval in the circumferential direction of the wheel. The speed reduction mechanism 10 may be configured to transmit the rotation of one electric motor 11 to one ball screw 15.

なお、ピストン1の個数Np、電動モータ11の個数Nmはこれに限らず、電動ブレーキに要求される制動力等に応じて任意に設定される。   The number Np of the pistons 1 and the number Nm of the electric motors 11 are not limited to this, and are arbitrarily set according to the braking force required for the electric brake.

減速機構10は1つの電動モータ11の回転を2つのボールスクリュ15に伝達するように構成されている。電動モータ11のモータシャフト13にはドライブギヤ14が連結され、ボールスクリュ15の基端部にはドリブンギヤ16が連結され、1つのドライブギヤ14の回転が2つのドリブンギヤ16に伝達される。   The speed reduction mechanism 10 is configured to transmit the rotation of one electric motor 11 to two ball screws 15. A drive gear 14 is connected to the motor shaft 13 of the electric motor 11, and a driven gear 16 is connected to the base end portion of the ball screw 15, and the rotation of one drive gear 14 is transmitted to the two driven gears 16.

電動モータ11が正方向に回転することにより、各ピストン1が非回転ブレーキディスク9に当接して各非回転ブレーキディスク9を各回転ブレーキディスク6に押付け、制動トルクが得られる。一方、駆動電流により電動モータ11が戻し方向に回転することにより、各ピストン1が非回転ブレーキディスク9から離れ、各非回転ブレーキディスク9を各回転ブレーキディスク6に押付けることがなくなり、制動が解除される。   When the electric motor 11 rotates in the forward direction, each piston 1 comes into contact with the non-rotating brake disk 9 and presses each non-rotating brake disk 9 against each rotating brake disk 6 to obtain a braking torque. On the other hand, when the electric motor 11 is rotated in the return direction by the drive current, each piston 1 is separated from the non-rotating brake disk 9, and the non-rotating brake disk 9 is not pressed against each rotating brake disk 6. Canceled.

航空機の制御系は、パイロットに操作されるブレーキペダルの操作量等に応じてピストン押付力指令値信号を出力する。   The aircraft control system outputs a piston pressing force command value signal in accordance with the amount of operation of the brake pedal operated by the pilot.

ピストン押付力指令値信号に基づいて電動モータ11を駆動するモータ制御手段として、図2に示すように、電動ブレーキのコントローラ20が設けられる。   As shown in FIG. 2, an electric brake controller 20 is provided as motor control means for driving the electric motor 11 based on the piston pressing force command value signal.

原理的に各ピストン1の押付力は電動モータ11のモータ電流に比例するため、コントローラ20はモータ電流を制御することにより各ピストン1の押付力を調節できる。しかし、実際には電動モータ11の発生トルクを各ピストン1に伝達する過程で電動モータ3、減速機構10、ボールスクリュ・ナット機構2等を作動させるのに摩擦トルク損失が生じるため、この摩擦トルク損失に起因したヒステリシスがピストン押付力指令値と実際のピストン押付力の間に発生する。   In principle, since the pressing force of each piston 1 is proportional to the motor current of the electric motor 11, the controller 20 can adjust the pressing force of each piston 1 by controlling the motor current. However, in actuality, a friction torque loss occurs when the electric motor 3, the speed reduction mechanism 10, the ball screw / nut mechanism 2, etc. are operated in the process of transmitting the generated torque of the electric motor 11 to each piston 1. Hysteresis due to loss occurs between the piston pressing force command value and the actual piston pressing force.

図3はピストン押付力指令値に基づく従来のオープン制御によるピストン押付力が変化する様子を示しており、ピストン押付力指令値が周期的に変化する場合、実際のピストン押付力には電動モータ3、減速機構10、ボールスクリュ・ナット機構2の摩擦トルク損失に起因するヒステリシスが発生する。ピストン押付力が増加する制動力増加時は正のヒステリシスHが発生し、ピストン押付力が減少する制動力減少時は負のヒステリシスHが発生する。このため、従来のオープン制御方法では、ピストン押付力を的確に制御することができない。   FIG. 3 shows how the piston pressing force by the conventional open control based on the piston pressing force command value changes. When the piston pressing force command value changes periodically, the actual piston pressing force includes the electric motor 3. Hysteresis due to friction torque loss of the speed reduction mechanism 10 and the ball screw / nut mechanism 2 occurs. A positive hysteresis H is generated when the braking force increases when the piston pressing force increases, and a negative hysteresis H occurs when the braking force decreases when the piston pressing force decreases. For this reason, with the conventional open control method, the piston pressing force cannot be accurately controlled.

これに対処して本発明のコントローラ20は、モータ電流とモータ回転速度に応じて電動モータ11の発生トルクを各ピストン1に伝達する過程で生じる摩擦トルク損失を補うのに必要な電動モータ11の発生トルクを生じる摩擦トルク損失相当電流を算出し、この摩擦トルク損失相当電流を加算したモータ電流によって電動モータ11を駆動する構成とする。   In response to this, the controller 20 of the present invention corrects the frictional torque loss required in the process of transmitting the torque generated by the electric motor 11 to each piston 1 according to the motor current and the motor rotation speed. The electric motor 11 is driven by the motor current obtained by calculating the friction torque loss equivalent current that generates the generated torque and adding the friction torque loss equivalent current.

図2は、電動モータ11の駆動電流を制御してピストン押付力を発生する構成を示すブロック線図である。   FIG. 2 is a block diagram showing a configuration for generating a piston pressing force by controlling the drive current of the electric motor 11.

コントローラ20は、航空機の制御系から送られるピストン押付力指令値信号に応じて制御指令値を演算するピストン押付力制御器22と、この制御指令値を電流指令値に変換する押付力電流変換ゲイン23と、この電流指令値信号に応じて電動モータ11にモータ電流を出力するモータドライバ24と、モータ電流とモータ回転速度に応じて摩擦トルク損失相当電流指令値信号を出力する摩擦トルク損失相当電流算出手段31とを備え、この摩擦トルク損失相当電流指令値信号をローパスフィルタ32を介してモータドライバ24に出力される電流指令値信号に加算する構成とする。なお、これに限らず、ローパスフィルタ32を無くしてもよい。また、モータ電流ローパスフィルタを介して摩擦トルク損失相当電流算出手段31に入力してもよい。 The controller 20 includes a piston pressing force controller 22 that calculates a control command value according to a piston pressing force command value signal sent from an aircraft control system, and a pressing force current conversion gain that converts the control command value into a current command value. 23, a motor driver 24 that outputs a motor current to the electric motor 11 according to the current command value signal, and a friction torque loss equivalent current that outputs a friction torque loss equivalent current command value signal according to the motor current and the motor rotation speed. And a calculation means 31 for adding the friction torque loss equivalent current command value signal to the current command value signal output to the motor driver 24 via the low-pass filter 32. However, the present invention is not limited to this, and the low-pass filter 32 may be eliminated. It is also possible to enter the motor current to the friction torque loss equivalent current calculating section 31 through a low-pass filter.

コントローラ20は、電流指令値信号に応じた駆動電力を電動モータ11に出力し、電動モータ11を回転作動させる。電動モータ11の駆動力は、減速機10とボールスクリュ・ナット機構2を介してピストン1に伝えられ、ピストン押付力が発生する。   The controller 20 outputs drive power corresponding to the current command value signal to the electric motor 11 to rotate the electric motor 11. The driving force of the electric motor 11 is transmitted to the piston 1 via the speed reducer 10 and the ball screw / nut mechanism 2, and a piston pressing force is generated.

ピストン押付力制御器22は、予め設定されたマップに基づきピストン押付力指令値に応じて制御指令値を演算し、制御指令値信号を出力する。   The piston pressing force controller 22 calculates a control command value according to the piston pressing force command value based on a preset map, and outputs a control command value signal.

押付力電流変換ゲイン23は、予め設定されたゲインに基づき制御指令値を電流指令値に変換し、電流指令値信号を出力する。   The pressing force current conversion gain 23 converts a control command value into a current command value based on a preset gain, and outputs a current command value signal.

モータドライバ24は、電流指令値信号と電動モータ11のモータ回転角θmの検出信号と電動モータ11に流れるモータ電流imの検出値信号とをそれぞれ入力して電動モータ11のモータ電流imをフィードバック制御する。 Motor driver 24, motor current i m of the electric motor 11 to input the detection value signal of the motor current i m flowing to the detection signal and the electric motor 11 of the motor rotational angle theta m of the current command value signal and the electric motor 11, respectively Feedback control.

駆動電力は例えば駆動電圧をPWM(Pluse Width Modulation)制御することにより、そのON・OFF時間に応じた平均電流が流れて制御される。   The drive power is controlled by, for example, controlling the drive voltage by PWM (Plus Width Modulation), so that an average current corresponding to the ON / OFF time flows.

摩擦トルク損失相当電流算出手段31は、電動モータ11に流れるモータ電流imの検出信号と電動モータ11のモータ回転速度dθm/dtとを入力して摩擦トルク損失相当電流ifを算出し、摩擦トルク損失相当電流指令値信号を出力する。
摩擦トルク損失相当電流ifは、次式で計算される。
Friction torque loss equivalent current calculating section 31 inputs the motor rotation speed d [theta] m / dt of the detection signal and the electric motor 11 of the motor current i m flowing through the electric motor 11 to calculate the friction torque loss equivalent current i f, The friction torque loss equivalent current command value signal is output.
The friction torque loss equivalent current if is calculated by the following equation.

f=(1−ηm)×im×sgn(dθm/dt) …(1) i f = (1−η m ) × i m × sgn (dθ m / dt) (1)

ここで、ηmは、ボールスクリュ・ナット機構2の回転運動と往復運動変換部の機械効率である。
また、sgn(dθm/dt)は、電動モータ11の回転方向を表す値であり、次式で計算される。
Here, η m is the rotational efficiency of the ball screw / nut mechanism 2 and the mechanical efficiency of the reciprocating motion conversion unit.
Further, sgn (dθ m / dt) is a value representing the rotation direction of the electric motor 11 and is calculated by the following equation.

sgn(dθm/dt)=|(dθm/dt)|/(dθm/dt) …(2) sgn (dθ m / dt) = | (dθ m / dt) | / (dθ m / dt) ... (2)

このsgn(dθm/dt)は、電動モータ3の正回転加速時(制動力増加時)に+1となり、電動モータ3の正回転減速時(制動力減少時)に−1となる。 The sgn (dθ m / dt) becomes +1 when the electric motor 3 is accelerated in the positive rotation (when the braking force is increased), and becomes -1 when the electric motor 3 is decelerated in the positive rotation (when the braking force is reduced).

これにより、図3に破線で示すように、ピストン押付力指令値が周期的に変化する場合、ピストン押付力指令値が増加する制動力増加時には、正の値となる摩擦トルク損失相当電流値ifが電流指令値に加算されることによって正のヒステリシスHが解消される。一方、ピストン押付力が減少する制動力減少時には、摩擦トルク損失相当電流値ifが電流指令値に加算されることによって、負のヒステリシスHが解消される。 Thereby, as shown by a broken line in FIG. 3, when the piston pressing force command value periodically changes, the friction torque loss equivalent current value i becomes a positive value when the braking force increases so that the piston pressing force command value increases. By adding f to the current command value, the positive hysteresis H is eliminated. On the other hand, when the braking force is reduced to reduce the piston pressing force, the friction hysteresis loss equivalent current value if is added to the current command value, thereby eliminating the negative hysteresis H.

そして、摩擦トルク損失相当電流値ifが電動モータ11に流れるモータ電流imに応じて増減するため、ピストン1の押付力に応じて増減するヒステリシスHが的確に解消される。 The friction torque loss equivalent current value i f is to increase or decrease depending on the motor current i m flowing through the electric motor 11, the hysteresis H which increases or decreases according to the pressing force of the piston 1 is eliminated accurately.

(1)式で示す摩擦トルク損失相当電流値ifはモータ電流imに比例する形であるが、ヒステリシスHがモータ電流imに対して非線形性が強い場合には、違う関数を用いてもよい。 Although friction torque loss equivalent current value i f shown in equation (1) it is in the form proportional to the motor current i m, if the hysteresis H is a strong non-linearity with respect to the motor current i m, using different functions Also good.

以上のように本実施の形態は、車輪と共に回転する回転ブレーキディスク6と、この回転ブレーキディスク6に向けて変位可能かつ回転不能に支持される非回転ブレーキディスク9と、モータ電流によって回転作動する電動モータ11と、この電動モータ11の回転作動によって非回転ブレーキディスク9に対して押付けられるピストン1と、ピストン押付力指令値に基づいて電動モータ11を駆動するコントローラ20とを備え、このコントローラ20は電動モータ11のモータ電流imと電動モータ11のモータ回転速度dθm/dtとに基づいて電動モータ11の発生トルクをピストン1に伝達する過程で生じる摩擦トルク損失を補う摩擦トルク損失相当電流値ifを算出する摩擦トルク損失相当電流算出手段31を備え、摩擦トルク損失相当電流値ifをモータ電流imに加算して電動モータ11を駆動する構成とした。 As described above, in the present embodiment, the rotary brake disc 6 that rotates together with the wheels, the non-rotary brake disc 9 that is supported so as to be displaceable and non-rotatable toward the rotary brake disc 6, and the motor current rotates. An electric motor 11, a piston 1 that is pressed against the non-rotating brake disk 9 by the rotation of the electric motor 11, and a controller 20 that drives the electric motor 11 based on a piston pressing force command value are provided. friction torque loss equivalent current to compensate for the frictional torque loss caused in the process of transmitting the torque generated by the electric motor 11 to the piston 1 based on the motor rotation speed d [theta] m / dt of the motor current i m and the electric motor 11 of the electric motor 11 comprising a friction torque loss equivalent current calculating section 31 for calculating the value i f, friction torque loss And configured to drive the electric motor 11 a corresponding current value i f is added to the motor current i m.

これにより、電動モータ11の発生トルクを各ピストン1に伝達する過程で生じる摩擦トルク損失に起因するヒステリシスが解消され、ピストン1の押付力fpを的確に制御することができ、電動ブレーキが発生する制動力の制御応答性、正確性を高められる。   As a result, the hysteresis caused by the loss of friction torque generated in the process of transmitting the torque generated by the electric motor 11 to each piston 1 is eliminated, the pressing force fp of the piston 1 can be accurately controlled, and an electric brake is generated. Control response and accuracy of braking force can be improved.

本実施形態においては、非回転ブレーキディスク9に対峙する複数のピストン1と、このピストン1に回転可能に連結されるボールスクリュ15と、1つの電動モータ11の回転を複数のボールスクリュ15に伝達する減速機構10を備えたため、減速機構10、ボールスクリュ・ナット機構2の摩擦トルク損失に起因するヒステリシスを解消し、実際のピストン押付力を的確に制御することができる。また、従来装置に比べて電動モータの使用個数を半減するとともに、電動モータのドライバ、ケーブル類の数量を削減する。これにより、製品の信頼性を高められるとともに、製品のコストダウンがはかれる。   In the present embodiment, a plurality of pistons 1 that face the non-rotating brake disk 9, a ball screw 15 that is rotatably connected to the piston 1, and the rotation of one electric motor 11 are transmitted to the plurality of ball screws 15. Therefore, the hysteresis caused by the friction torque loss of the speed reduction mechanism 10 and the ball screw / nut mechanism 2 can be eliminated, and the actual piston pressing force can be accurately controlled. In addition, the number of electric motors used is halved compared to conventional devices, and the number of electric motor drivers and cables is reduced. Thereby, the reliability of the product can be improved and the cost of the product can be reduced.

本実施の形態では、摩擦トルク損失相当電流算出手段31は電動モータ11に流れるモータ電流imの検出値信号に応じて摩擦トルク損失相当電流値ifを算出する構成とした。 In this embodiment, the friction torque loss equivalent current calculating section 31 was configured to calculate a frictional torque loss equivalent current value i f in accordance with the detection value signal of the motor current i m flowing through the electric motor 11.

他の実施の形態として、図4に示すように、摩擦トルク損失相当電流算出手段31は、押付力電流変換ゲインから出力される電流の指令値信号と電動モータ11のモータ回転速度dθm/dtとを入力して摩擦トルク損失相当電流ifを算出し、摩擦トルク損失相当電流指令値信号を出力してもよい。 As another embodiment, as shown in FIG. 4, the friction torque loss equivalent current calculation means 31 includes a command value signal of the current output from the pressing force current conversion gain and the motor rotational speed dθ m / dt of the electric motor 11. preparative enter calculates the friction torque loss equivalent current i f, may output a frictional torque loss equivalent current command value signal.

次に図5に示す他の実施の形態を説明する。これは基本的には図2の実施の形態と同じ構成を有し、相違する部分のみ説明する。なお、前記実施の形態と同一構成部には同一符号を付す。   Next, another embodiment shown in FIG. 5 will be described. This basically has the same configuration as that of the embodiment of FIG. 2, and only different portions will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same structure part as the said embodiment.

ピストン押付力推定器21は、電動モータ11のモータ回転角θmの検出信号を入力し、このモータ回転角θmに応じてピストン1の押付力fpの推定値を算出し、ピストン押付力制御器22は、このピストン押付力fpの推定値をピストン押付力指令値に近づけるように電動モータ11に対する制御指令値をフィードバック制御する。
The piston pressing force estimator 21 receives a detection signal of the motor rotation angle θm of the electric motor 11, calculates an estimated value of the pressing force fp of the piston 1 according to the motor rotation angle θm, and a piston pressing force controller 22. feedback controls the control command value for the electric motor 11 so as to approach the estimated value of the piston pressing force fp to the piston pressing force command value.

図1はNm個の電動モータ11とNp個のピストン1で構成される電動ブレーキのモデル図を示す。電動モータ11のロータや減速機構10の慣性モーメントや回転ブレーキディスク6の質量からなる等価慣性質量Meの運動方程式は次式で表される。

Figure 0005249690
FIG. 1 shows a model diagram of an electric brake composed of Nm electric motors 11 and Np pistons 1. The equation of motion of the equivalent inertia mass Me composed of the rotor of the electric motor 11 and the inertia moment of the speed reduction mechanism 10 and the mass of the rotary brake disc 6 is expressed by the following equation.
Figure 0005249690

ただし、
c:等価慣性質量
e:等価粘性抵抗係数
e:ブレーキ構造部のバネ定数
g:減速機構10の減速比
b:ボールスクリュ・ナット機構2のリード
T:電動モータ11のトルク定数
p:ピストン1のストローク
θm:電動モータ11の回転角
a:ピストン1の1個あたりの理論推力
f:ピストン1の1個あたりの摩擦力
m:電動モータ11の1個あたりの電流
τf:減速機構10の1個あたりの摩擦トルク
(3)式の粘性項とバネ項の和がピストン1の総押付力fpであり、この総押付力fpは次式で表される。

Figure 0005249690
However,
M c : Equivalent inertia mass C e : Equivalent viscous resistance coefficient K e : Spring constant of brake structure R g : Reduction ratio of reduction mechanism 10 L b : Lead of ball screw / nut mechanism 2 K T : Torque of electric motor 11 constant y p: stroke of the piston 1 theta m: rotation angle of the electric motor 11 f a: 1 per theoretical thrust f f of the piston 1: friction force per one piston 1 i m: 1 of the electric motor 11 Current τ f per unit: friction torque per deceleration mechanism 10 The sum of the viscosity term and the spring term in equation (3) is the total pressing force fp of the piston 1, and this total pressing force fp is expressed by the following equation: The
Figure 0005249690

以上のように、電動モータ11の回転角θmを検出し、回転速度dθm/dtを計算すれば、(7)式からピストン1の総押付力fpを推定できる。 As described above, if the rotation angle θ m of the electric motor 11 is detected and the rotation speed dθ m / dt is calculated, the total pressing force fp of the piston 1 can be estimated from the equation (7).

本実施の形態においては、電動モータ11のモータ回転角θmに応じてピストン1の非回転ブレーキディスク9に対するピストン押付力fpを推定し、このピストン押付力fpの推定値をピストン押付力指令値に近づけるように電動モータ11に対する制御指令値をフィードバック制御するため、外乱に影響されることなく、電動ブレーキが発生する制動力の制御応答性、正確性を高められる。また、上記構成により、ピストン1の押付力fpを測定するロードセンサを設ける必要がないため、製品のコストアップを回避できる。 In the present embodiment, the piston pressing force fp of the piston 1 against the non-rotating brake disk 9 is estimated according to the motor rotation angle θ m of the electric motor 11, and the estimated value of this piston pressing force fp is used as the piston pressing force command value. Since the control command value for the electric motor 11 is feedback-controlled so as to be close to, the control responsiveness and accuracy of the braking force generated by the electric brake can be improved without being affected by disturbance. Moreover, since it is not necessary to provide the load sensor which measures the pressing force fp of piston 1 by the said structure, the cost increase of a product can be avoided.

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.

本発明の電動ブレーキは、航空機用の車輪を制動するものに限らず、他の車両等に設けられるものにも利用できる。   The electric brake of the present invention can be used not only for braking aircraft wheels but also for other vehicles.

本発明の実施の形態を示す電動ブレーキの構成図。The block diagram of the electric brake which shows embodiment of this invention. 同じくコントローラのブロック線図。The block diagram of a controller similarly. 従来の制御によるピストン押付力指令値と実際のピストン押付力が変化する様子を示す線図。The diagram which shows a mode that the piston pressing force command value by the conventional control and an actual piston pressing force change. 他の実施の形態を示すコントローラのブロック線図。The block diagram of the controller which shows other embodiment. 他の実施の形態を示すコントローラのブロック線図。The block diagram of the controller which shows other embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 ピストン
2 ボールスクリュ・ナット機構
3 電動モータ
6 回転ブレーキディスク
7 ハウジング
9 非回転ブレーキディスク
10 減速機構
11 電動モータ
20 コントローラ
21 ピストン押付力推定器
22 ピストン押付力制御器
24 モータドライバ
31 摩擦トルク損失相当電流算出手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piston 2 Ball screw / nut mechanism 3 Electric motor 6 Rotating brake disk 7 Housing 9 Non-rotating brake disk 10 Deceleration mechanism 11 Electric motor 20 Controller 21 Piston pressing force estimator 22 Piston pressing force controller 24 Motor driver 31 Corresponding to friction torque loss Current calculation means

Claims (6)

車輪と共に回転する回転ブレーキディスクと、
前記回転ブレーキディスクに向けて変位可能かつ回転不能に支持される非回転ブレーキディスクと、
モータ電流によって回転作動する電動モータと、
回転運動から往復運動に変換する際の所定の機械効率を有し、前記機械効率に基づいて前記電動モータの回転作動を往復運動に変換するボールスクリュと、
前記ボールスクリュの往復運動によって前記非回転ブレーキディスクに対して押付けられるピストンと
前記電動モータを制御して前記ピストンのピストン押付力を調節するコントローラと、を備え、
前記コントローラは
モータ電流と前記電動モータのモータ回転速度と前記ボールスクリュの機械効率とに基づいて前記電動モータの発生トルクを前記ピストンに伝達する過程で生じる摩擦トルク損失を補う摩擦トルク損失相当電流値を算出する摩擦トルク損失相当電流算出手段を備え、
前記摩擦トルク損失相当電流値をモータ電流に加算して前記電動モータを駆動することを特徴とする動ブレーキ。
A rotating brake disc that rotates with the wheels,
A non-rotating brake disks displaceably and non-rotatably supported toward the rotating brake disc,
An electric motor that rotates by a motor current;
A ball screw having a predetermined mechanical efficiency when converting from a rotational motion to a reciprocating motion, and converting a rotational operation of the electric motor to a reciprocating motion based on the mechanical efficiency;
A piston pressed against the non-rotating brake disc by reciprocating motion of the ball screw ;
And a controller for adjusting the piston pressing force of the piston by controlling the electric motor,
Wherein the controller,
Based on the motor current and the motor rotation speed of the electric motor and the mechanical efficiency of the ball screw, the friction torque loss equivalent current value of the generated torque of the electric motor supplementing the frictional torque loss caused in the process of transferring to the piston Friction torque loss equivalent current calculating means for calculating,
Dynamic brake conductive, characterized in that the frictional torque loss equivalent current value by adding to the motor current for driving the electric motor.
前記摩擦トルク損失相当電流算出手段は、
前記電動モータのモータ回転角をθmとし、前記電動モータのモータ回転速度をdθm/dtとし、前記電動モータの回転方向を表す値sgn(dθm/dt)を、
sgn(dθm/dt)=|(dθm/dt)|/(dθm/dt)
の式で算出し、
前記ボールスクリュの機械効率をηmとし、モータ電流をimとし、前記摩擦トルク損失相当電流値をifとし、前記摩擦トルク損失相当電流値ifを、
if=(1−ηm)×im×sgn(dθm/dt)
の式で算出することを特徴とする請求項1に記載の電動ブレーキ。
The friction torque loss equivalent current calculation means includes:
The motor rotation angle of the electric motor is θm, the motor rotation speed of the electric motor is dθm / dt, and a value sgn (dθm / dt) representing the rotation direction of the electric motor is
sgn (dθm / dt) = | (dθm / dt) | / (dθm / dt)
Calculated by the formula
The mechanical efficiency of the ball screw is ηm, the motor current is im, the friction torque loss equivalent current value is if, and the friction torque loss equivalent current value if is
if = (1-.eta.m) .times.im.times.sgn (d.theta.m / dt)
Dynamic braking electric according to claim 1, characterized in that calculated by the formula.
前記摩擦トルク損失相当電流算出手段は、前記電動モータから出力されるモータ電流と前記電動モータの回転速度と前記ボールスクリュの機械効率とに基づいて、前記摩擦トルク損失相当電流値を算出することを特徴とする請求項1または2に記載の電動ブレーキ。The friction torque loss equivalent current calculation means calculates the friction torque loss equivalent current value based on the motor current output from the electric motor, the rotational speed of the electric motor, and the mechanical efficiency of the ball screw. The electric brake according to claim 1 or 2, characterized in that: 前記コントローラは、制御系から送られるピストン押付力指令値信号に基づく制御指令値をモータ電流に変換する押付力電流変換ゲインを更に備え、The controller further includes a pressing force current conversion gain for converting a control command value based on a piston pressing force command value signal sent from the control system into a motor current,
前記摩擦トルク損失相当電流算出手段は、前記押付力電流変換ゲインから出力されるモータ電流と前記電動モータの前記モータ回転速度と前記ボールスクリュの機械効率とに基づいて、前記摩擦トルク損失相当電流値を算出することを特徴とする請求項1または2に記載の電動ブレーキ。The friction torque loss equivalent current value is calculated based on the motor current output from the pressing force current conversion gain, the motor rotation speed of the electric motor, and the mechanical efficiency of the ball screw. The electric brake according to claim 1, wherein the electric brake is calculated.
車輪と共に回転する回転ブレーキディスクと、A rotating brake disc that rotates with the wheels,
前記回転ブレーキディスクに向けて変位可能かつ回転不能に支持される非回転ブレーキディスクと、A non-rotating brake disc supported displaceably and non-rotatably toward the rotating brake disc;
モータ電流によって回転作動する電動モータと、An electric motor that rotates by a motor current;
前記電動モータの回転作動によって前記非回転ブレーキディスクに対して押付けられるピストンと、A piston that is pressed against the non-rotating brake disc by the rotation of the electric motor;
前記電動モータを制御して前記ピストンのピストン押付力を調節するコントローラと、を備え、A controller for controlling the electric motor to adjust the piston pressing force of the piston,
前記コントローラは、The controller is
モータ電流に比例する関数であって、前記電動モータのモータ回転速度に応じて前記電動モータの正回転加速時に正の値となるとともに前記電動モータの正回転減速時に負の値となる関数に基づいて、前記電動モータの発生トルクを前記ピストンに伝達する過程で生じる摩擦トルク損失を補う摩擦トルク損失相当電流値を算出する摩擦トルク損失相当電流算出手段を備え、Based on a function that is proportional to the motor current and has a positive value during positive rotation acceleration of the electric motor and a negative value during positive rotation deceleration of the electric motor according to the motor rotation speed of the electric motor. A friction torque loss equivalent current calculating means for calculating a friction torque loss equivalent current value that compensates for a friction torque loss generated in the process of transmitting the generated torque of the electric motor to the piston,
前記摩擦トルク損失相当電流値をモータ電流に加算して前記電動モータを駆動することを特徴とする電動ブレーキ。An electric brake characterized by adding the friction torque loss equivalent current value to a motor current to drive the electric motor.
前記コントローラは、The controller is
前記電動モータのモータ回転角に応じて前記ピストン押付力の推定値を算出するピストン押付力推定器を更に備え、A piston pressing force estimator that calculates an estimated value of the piston pressing force according to a motor rotation angle of the electric motor;
前記ピストン押付力の推定値をピストン押付力指令値に近づけるように前記電動モータに対する制御指令値をフィードバック制御することを特徴とする請求項1から5のいずれか一つに記載の電動ブレーキ。6. The electric brake according to claim 1, wherein the control command value for the electric motor is feedback-controlled so that the estimated value of the piston pressing force approaches the piston pressing force command value.
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