JP4491440B2 - 負圧式ブレーキ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ブレーキ操作力に応じた気圧を発生させることで操作力を助勢する倍力装置を備え、この気圧を電子制御弁によって調圧して気圧シリンダを作動させて、ブレーキ液圧を発生させる車両用の負圧式ブレーキ装置に関する。

負圧式倍力装置は、ブレーキ操作力を倍力機構で増幅してマスタシリンダを作動させて、ブレーキ操作力に応じたブレーキ力が発生する仕組みになっている。ブレーキ操作力とブレーキ力の関係は倍力機構の構造によって固定されるため、ブレーキ操作力を変化させずにブレーキ力を低減するような動作は困難になっている。したがって、電気モータの回生ブレーキが作動するときに、操作フィーリングを変化させずに摩擦ブレーキを低減する回生協調ブレーキへの対応は困難である。

このような制限に対応するため、特許文献１に記載されたブレーキ液圧発生装置では、ブレーキ操作力に応じた反力を与えるストロークシミュレータと、負圧式倍力装置と、マスタシリンダと、マスタシリンダの液圧に応じた反力を負圧式倍力装置に加える圧力検出部材とを設け、負圧式倍力装置の制御弁で、ブレーキ操作入力と圧力検出部材からの反力を対抗して受けて、ブレーキ操作入力に対してマスタシリンダ液圧の反力をバランスさせるようにしている。

これにより、マスタシリンダの液圧が減少すると制御弁に加わる反力も減少するが、制御弁がブレーキ操作入力に対して反力をバランスさせるので、反力の変動とその反力の変動による圧力検出部材の変位が小さく抑えられ、ブレーキ操作力とブレーキ操作量の変動が抑制される。したがって、ブレーキペダルのストロークとブレーキ操作力との関係をマスタシリンダ液圧と無関係に設定できることになり、回生協調ブレーキにも対応できる。

特開２００５−５３３０２号公報

上記特許文献１が開示している負圧式ブレーキ装置は、マスタシリンダの液圧を負圧式倍力装置の弁部材に作用させるために、マスタシリンダのピストンが同軸の２つピストンとなり、そのうち１つが中空構造を有している。これら同軸複筒のピストンを負圧式倍力装置と接続するためには、高圧に及ぶブレーキ液の密閉性を確保しながら、負圧倍力装置側の２つのピストンと連結しなければならないため、コストや組立性の面で不利なものになっている。

本発明は、負圧式倍力装置を備えた簡素な構造によって、回生協調ブレーキ時にマスタシリンダ液圧が減少してもブレーキ操作力とストロークの変動を抑制できる負圧式ブレーキ装置を提供することを課題としている。

上記目的は、倍力ピストンと出力ピストンが軸方向に相対移動可能なように弾性体で接続され、倍力ピストンには第２変圧室の圧力が入力軸方向に作用する受圧部を有することにより達成される。

これにより、第２変圧室の気圧増減に伴ってマスタシリンダ液圧が変化しても、第２変圧室から気圧を受ける受圧部によって倍力ピストンの変位が抑えられるため、ブレーキ操作量の変動を抑制できる負圧式ブレーキ装置を提供できる。

また、上記目的は、第１変圧室の気圧によって倍力ピストンをマスタシリンダ方向に駆動するために有効な受圧投影面積が、第２変圧室の気圧によって倍力ピストンを入力軸方向に駆動するために有効な受圧投影面積よりも大きいことにより達成される。

これにより、強ブレーキ時には、第１変圧室の気圧による倍力ピストンの推進力が、倍力ピストンと出力ピストンを接続する弾性体の反力を上回り、倍力ピストンの推進力がマスタシリンダ液圧の増加に寄与する。したがって、最大ブレーキ力が大きく、ブレーキ操作量の変動を抑制できる負圧式ブレーキ装置を提供できる。

また、上記目的は、第１定圧室と第２変圧室とが、同一部材の隔壁によって区画されていることことにより達成される。

これにより、倍力ピストンと出力ピストンの構成部材を共通化することができ、倍力ピストンと出力ピストンを個別の隔壁で構成するときよりも小型で簡素な構造によって、回生協調ブレーキ時にマスタシリンダ液圧が減少してもブレーキ操作量の変動を抑制できる負圧式ブレーキ装置を提供できる。

本発明によれば、簡素な構造によって、回生協調ブレーキ時にマスタシリンダ液圧が減少してもブレーキ操作量の変動を抑制できる負圧式ブレーキ装置を提供できる。

本発明の負圧式ブレーキ装置の実施の形態を図１に示す。図示の負圧式ブレーキ装置は、負圧式倍力装置の出力でマスタシリンダを作動させてブレーキ液圧を発生させるものである。

負圧式ブレーキ装置は、ブレーキペダル１と、負圧式倍力装置２と、リザーバ３と、マスタシリンダ４と、液圧制御回路５と、ホイールシリンダ６，電子制御弁７と、負圧源８と、コントローラ９で構成されている。

負圧式倍力装置２は、ブレーキペダル１から操作力を受けて作動する入力軸１１と、この入力軸１１にブレーキ操作力に応じたストロークを与えるストロークシミュレータ１２と、エンジンの吸気管などの負圧源８に接続される第１定圧室１３，第２定圧室１４と、ブレーキ操作力に応じた大気が導入される第１変圧室１５と、第１変圧室１５から電子制御弁７を介して大気が導入される第２変圧室１６と、各気圧室１３〜１６と大気を区画するハウジング１７と、第１定圧室１３の圧力と第１変圧室１５の圧力を対抗して受ける第１ダイヤフラム１８と、第２定圧室１４の圧力と第２変圧室１６の圧力を対抗して受ける第２ダイヤフラム１９と、第１定圧室１３の圧力と第１変圧室１５との間の差圧を調節する倍力制御弁２０と、第１ダイヤフラム１８と倍力制御弁２０が固定されるバルブボディ２１と、バルブボディ２１と第２ダイヤフラム１９との間に配置され、バルブボディ２１と第２ダイヤフラム１９に対して軸方向に相対移動できる倍力支持ピストン２２と、バルブボディ２１と倍力支持ピストン２２の間に配置される弾性部材のリアクションディスク２３と、第１ダイヤフラム１９とバルブボディ２１を図中右方向（入力軸１１方向）に付勢する弾性体の第１リターンスプリング２４と、第２ダイヤフラム１９を図中右方向に付勢する弾性体の第２リターンスプリング２５と、バルブボディ２１を図中右方向に付勢する弾性体のスプリング２６と、第２ダイヤフラム１９の推進力をマスタシリンダ４へ伝達する出力ロッド２７と、を備えている。

ダイヤフラム１８と、倍力制御弁２０と、バルブボディ２１と、倍力支持ピストン２２と、リアクションディスク２３とは、多少の相対移動はあるが、ほぼ一体となって動く倍力ピストン５１を構成している。第２ダイヤフラム１９と出力ロッド２７は一体となって動き、出力ピストン５２を構成している。マスタシリンダ４には、ブレーキ液を圧送するマスタシリンダピストン５３が内蔵されている。

ストロークシミュレータ１２は、相対運動可能な入力部３１と出力部３２との間に反力スプリング３３が配置されており、出力部３２が図中左方向へ移動しなくとも、ブレーキ操作力に対して入力部がストロークするように構成されている。

倍力制御弁２０を内蔵するバルブボディ２１と第１ダイヤフラム１８は、倍力支持ピストン２２と第２ダイヤフラム１９に対して軸方向に相対移動が許容されるように挿入される。バルブボディ２１には、第１リターンスプリング２４と第２リターンスプリング２５の力がリアクションディスク２３を介して付勢され、図示の位置に保持されている。

倍力制御弁２０は、ハウジング外部の大気と第１変圧室３１との間の通路を開閉する大気弁４１と、第１変圧室１７と第１定圧室１３との間の通路を開閉する真空弁４５とで構成されている。大気弁４１は、バルブボディ２１の内部に配置した伸縮可能な弁体４２と、ストロークシミュレータ出力部３２に形成した弁座４３と、弁体４２とバルブボディ
２１との間に設置されて弁体４２を閉弁方向に付勢する閉弁スプリング４４とで構成されている。真空弁４５は、前記弁体４２とバルブボディ２１に形成した弁座４６とで構成されている。

ストロークシミュレータ出力部３２とバルブボディ２１は軸方向に相対移動可能であり、相対移動によって大気弁４１と真空弁４５が開閉される。

第１ダイヤフラム１８は、第１変圧室１５と第１定圧室１３との間の差圧を受けて前進し、ブレーキ操作力を増幅した力をリアクションディスク２３に出力する。第１変圧室
１５の気圧を受けて推進力が発生するために有効な第１ダイヤフラム１８の受圧投影面積は有効受圧投影面積Ａ１である。ブレーキ操作力と第１ダイヤフラム１８の合力がリアクションディスク２３を介して倍力支持ピストン２２へ伝達される。弾性部材であるリアクションディスク２３が圧縮されると、ストロークシミュレータ出力部３２の受圧部とバルブボディ２１の受圧部には均等の圧力が作用し、ブレーキ操作力に対して第１ダイヤフラム１８の推進力がバランスするように第１変圧室１５と第１定圧室１３との差圧を調節する。

出力ピストン５２は、第２変圧室１６と第２定圧室１８との間の差圧を受けて前進し、マスタシリンダピストン５３を駆動する。マスタシリンダピストン５０はリザーバ３からのブレーキ液を液圧制御回路５へ圧送する。液圧制御回路５によって、車輪のロックや車両の不安定挙動を防止するように、複数の車輪のホイールシリンダ６へ圧送するブレーキ液を調節する。

増圧制御弁４７は、通電しないときは開弁状態となり、通電すると閉弁状態となる電子制御弁である。減圧制御弁４８は、通電しないときは閉弁状態となり、通電すると開弁状態となる電子制御弁である。大気制御弁４９は、通電しないときは閉弁状態となり、通電すると開弁状態となる電子制御弁である。コントローラ９は、第１変圧室１５から第２変圧室１６へ導入される大気を、増圧制御弁４７によって調節する。また、コントローラ９は、第２変圧室１６から負圧源８へ吸引される大気を減圧制御弁４８によって調節する。また、増圧制御弁４７が開弁状態のとき、第２変圧室１６の大気は、倍力制御弁２０の真空弁４５からも負圧源８へ吸引される。コントローラ９は、ハウジング１７の外部から第２変圧室１６へ導入される大気を大気制御弁４９によって調節する。

倍力ピストン５１と出力ピストン５２は軸方向に相対移動可能なように弾性体の第１リターンスプリング２４で接続され、倍力ピストン５１には第２変圧室１６の圧力が図中右方向へ作用する受圧部５５を有する。倍力ピストン５１を後退させる力として有効な受圧部５５の面積は有効受圧投影面積Ａ２である。倍力ピストン５１は、第１リターンスプリング２４からも後退力（図中右方向への力）を受けており、非作動時には図１の位置に固定されている。

第１定圧室と第２変圧室とは、同一部材の隔壁によって区画されている。このため、倍力ピストンと出力ピストンを個別の隔壁で構成するときよりも小型で簡素な構造によって、回生協調ブレーキ時にマスタシリンダ液圧が減少してもブレーキ操作量の変動を抑制できる負圧式ブレーキ装置を提供できる。

以上の構成の負圧式ブレーキ装置に関する動作について、通常作動の弱ブレーキ時，通常作動の強ブレーキ時，回生協調ブレーキ時，自動ブレーキ時，負圧源失陥時に分けして説明する。

（通常作動の弱ブレーキ時）
非作動時には、図１に示すように大気弁４１が閉じ、真空弁４５が開いている。また、増圧制御弁４７が開いており、減圧制御弁４８が閉じている。従って、各気圧室１３〜
１６は互いに連通して同じ圧力になっており、倍力ピストン５１と出力ピストン５２は、リターンスプリング２４，２５によって図示の位置に保持されている。

この状態からブレーキペダル１が踏み込まれると、図２に示すように、ストロークシミュレータ１２を介して伝達されるブレーキ操作力によって大気弁４１の弁座４３が図中左方向に駆動され、真空弁４５が閉じ、変圧室１５，１６と定圧室１３，１４の連通を遮断する。その後、弁座４３が弁体４２から離れて大気弁４１が開き、第１変圧室１５に大気が流入する。第１変圧室１５に流入した大気は、増圧制御弁４７を通って第２変圧室１６に流入する。このために、第２変圧室１６と第２定圧室１４との間に差圧が生じ、その差圧を出力ピストン５２が前進してマスタシリンダピストン５３を図中左方向に駆動する。これによりマスタシリンダ４が作動して液圧制御回路５とホイールシリンダ６へブレーキ液を圧送する。

このとき、第１変圧室１５と第１定圧室１３との間にも差圧が生じ、この差圧を受けた第１ダイヤフラム１８が若干前進する。その推進力とブレーキ操作力の合力が、リアクションディスク２３を介して倍力支持ピストン２２へ伝達される。一方、倍力支持ピストン２２には、第２リターンスプリング２５の付勢力と、上昇した第２変圧室１６の気圧によって、図中右方向への後退力が作用する。弱ブレーキ時には、第１変圧室１５の気圧上昇による推進力（図中左方向への力）よりも、第２リターンスプリング２５と第２変圧室
１６の気圧上昇による後退力の方が大きいので、倍力ピストン５１は移動せず、ほぼ初期位置を維持する。

バルブボディ２１によってリアクションディスク２３が圧縮されると、バルブボディ
２１とストロークシミュレータ出力部３２に作用する圧力が均一になり、大気弁４１の弁座４３がバルブボディ２１に対して相対的に図中左方に押し動かされ、大気弁４１が閉じられる。リアクションディスク２３は、ブレーキ操作力に対して第１ダイヤフラム１８の推進力がバランスするように第１変圧室１５と第１定圧室１３との間に発生した差圧を調節する。

以上のように、通常作動の弱ブレーキ時には、倍力ピストン５１がほぼ固定された状態で、倍力ピストン５１の推進によってブレーキ液圧を発生できるので、ブレーキペダル１に伝わる反力は、出力ピストン５２からホイールシリンダ６までの特性とは無関係に、反力スプリング３３の特性によって任意に設計することができる。

（通常作動の強ブレーキ時）
弱ブレーキ時より強くブレーキペダル１が踏み込まれると、図３に示すように、２つの変圧室１５，１６の気圧が弱ブレーキ時よりも高くなる。第１変圧室の気圧が倍力ピストン５１に作用する有効受圧投影面積Ａ１は、第２変圧室の気圧が倍力ピストン５１に作用する有効受圧投影面積Ａ２よりも大きいため、第１変圧室の気圧が倍力ピストンをマスタシリンダ方向に押す力は、第２変圧室の気圧が倍力ピストンを入力軸方向に押す力よりも常に大きくなり、２つの変圧室１５，１６の気圧上昇によって倍力ピストン５１の推進力が増加する。気圧による推進力と後退力との合力が第１リターンスプリング２４の付勢力よりも大きくなった時点で、第１ダイヤフラム１８は前進移動を開始する。さらにブレーキペダル１が強く踏み込まれると、倍力ピストン５１が出力ピストン５２に接触し、ブレーキ操作力と第１ダイヤフラム１８の推進力が、第２ダイヤフラム１９へ伝達される。

このように、強ブレーキ時に倍力ピストン５１が大きく移動する場合には、ストロークシミュレータ出力部３３も同時に移動するため、ブレーキペダル１に加わる反力とストロークの関係に影響を及ぼすが、有効受圧投影面積Ａ１＞有効受圧投影面積Ａ２の関係によって、倍力ピストン５１が推進し、その推進力が出力ピストン５２の推進力に加算されるため、有効受圧投影面積Ａ１≦有効受圧投影面積Ａ２の場合より大きなブレーキ力を発生することができる。

（回生協調ブレーキ時）
回生協調ブレーキは、倍力ピストン５１がほぼ初期位置を維持する弱ブレーキ時にのみ、ブレーキ操作力とストロークの関係に影響を及ぼさないように作動できる。図４に示すように、通常作動の弱ブレーキ時に、増圧制御弁４７を閉じ、減圧制御弁４８を開くと、第２変圧室１６に導入されていた大気が負圧源８へ吸引される。これにより第２変圧室
１６の気圧は減少し、出力ピストン５２は後退し、マスタシリンダ４の液圧が減少する。第２変圧室１６の気圧が減少するものの、第１リターンスプリング２４は圧縮されるので、倍力ピストン５１を後退させる力は維持される。したがって、ストロークシミュレータ出力部３２の位置が変化せず、ブレーキペダル１に加わる反力とストロークの関係に影響を及ぼさない。

この状態から、増圧制御弁４７を開き、減圧制御弁４８を閉じれば、第１変圧室１５から第２変圧室１６に大気が導入され、第２パワーピストン１９に作用する差圧が増加し、再びブレーキ力を増加できる。第１変圧室１５の大気が減少すれば、第１パワーピストン１８の後退によって大気弁４１が開き、制御弁２７がバランスするまで、第１変圧室１５に大気が補充される。

このように、倍力ピストンと出力ピストンが軸方向に相対移動可能なように弾性体で接続され、倍力ピストンには第２変圧室の圧力が軸方向に作用するので、ブレーキペダル１に加わる反力とストロークを変化させずに、マスタシリンダ４の液圧を制御でき、回生協調ブレーキ時に摩擦ブレーキ力を低減できる。

図５に、ブレーキペダル１のストロークとブレーキ操作力とマスタシリンダ液圧の関係を示す。ブレーキ操作力とブレーキ液圧の関係の実線は、通常作動時の特性である。図中Ｆ１の時点で倍力ピストン５１が移動を始める。倍力ピストン５１の推進力が加わり、傾きが増加する。図中Ｆ２の時点で変圧室１５，１６の圧力が大気圧に一致する。この時点からは倍力装置による助勢力が増加しないため、傾きが減少する。図中の破線は、回生協調ブレーキ時の特性である。図中Ｆ１よりも小さい操作力の領域では、電子制御弁７によって、ブレーキ液圧を任意に減少できる。ブレーキ操作力とブレーキペダルストロークの関係は、倍力ピストン５１が移動を始める図中Ｆ１の時点から傾きが増加する。倍力装置による助勢力が飽和する図中Ｆ２の時点から、傾きが減少する。回生協調ブレーキは、倍力ピストン５１が移動を始める前のＦ１以前に作動されるので、ブレーキ操作力とブレーキペダルストロークの関係に変化はない。このように、本発明の負圧式ブレーキ装置は同じサイズの負圧式ブレーキ装置であっても最大ブレーキ力を大きく発生することができ、十分なブレーキ力を確保できる。

（自動ブレーキ時）
自動ブレーキの増圧時には、減圧制御弁４８を閉弁状態に保持したまま、増圧制御弁
４７を閉弁し、大気制御弁４９を開弁する。これにより、第２変圧室に大気が導入され、ブレーキ液圧が増加する。自動ブレーキの減圧時には、増圧制御弁４７を閉じたまま、減圧制御弁４７を開弁し、大気制御弁４９を閉弁する。これにより、第２変圧室の大気が負圧源８に吸引され、ブレーキ液圧が減少する。

（負圧減失陥時）
負圧減失陥時には、定圧室１３，１４が大気圧になる。このとき、ブレーキペダル１が踏み込まれると、図３に示した通常作動の強ブレーキ時と同様に、ストロークシミュレータ１２が図中左方向に移動し、倍力ピストン５１，出力ピストン５２，マスタシリンダピストン５３を作動させる。定圧室１３，１４と変圧室１５，１６との間には差圧が発生せず、倍力装置による助勢力は得られないが、ブレーキ操作力でマスタシリンダピストン
５３を直接作動させることができるので、必要最小限の制動力を得ることはできる。

上記の実施形態では３つの電子制御弁４７〜４９によって、第１変圧室，第２変圧室，大気，負圧源の連通を制御した例を示したが、本発明の負圧式ブレーキ装置は、電子制御弁７の方式によらずに適用することができる。例えば図６に示すように、通電するコイルを２つもつ、４方向の電子制御弁６１によって、第１変圧室，第２変圧室，大気，負圧源の連通を制御することもできる。これにより、電子制御弁の数を減らすことができ、より小型な負圧式ブレーキ装置を実現することができる。

本発明の実施形態による負圧式ブレーキ装置を示す図。 本発明の実施形態による負圧式ブレーキ装置の動作を示す図。 本発明の実施形態による負圧式ブレーキ装置の動作を示す図。 本発明の実施形態による負圧式ブレーキ装置の動作を示す図。 本発明の実施形態による負圧式ブレーキ装置の特性を示す図。 本発明の別の電子制御弁を有する負圧式ブレーキ装置を示す図。

符号の説明

１…ブレーキペダル、２…負圧式倍力装置、４…マスタシリンダ、７…電子制御弁、８…負圧源、９…コントローラ、１２…ストロークシミュレータ、１３…第１定圧室、１４…第２定圧室、１５…第１変圧室、１６…第２変圧室、２０…倍力制御弁、２４…第１リータンスプリング、５１…倍力ピストン、５２…出力ピストン、５３…マスタシリンダピストン。

Claims (3)

1. ブレーキ操作力によって作動する入力軸と、前記入力軸に対してブレーキ操作力に応じた変位を与えるストロークシミュレータと、ブレーキ操作力に応じて大気の導入がなされる第１変圧室と負圧源に接続された第１定圧室との間の差圧を受けて作動する倍力ピストンと、電子制御弁を介して前記第１変圧室と連通される第２変圧室と負圧源に接続された第２定圧室との間の差圧を受けて作動する出力ピストンと、前記出力ピストンの出力を受けてブレーキ液圧を発生させるマスタシリンダとを有し、前記倍力ピストンと前記出力ピストンが弾性体によって軸方向に相対移動可能なように接続され、前記倍力ピストンには前記第２変圧室の圧力が前記入力軸方向に作用する受圧部を有することを特徴とする負圧式ブレーキ装置。
2. 請求項１に記載の負圧式ブレーキ装置において、前記第１変圧室の気圧によって前記倍力ピストンを前記マスタシリンダ方向に駆動するために有効な受圧投影面積が、前記第２変圧室の気圧によって前記倍力ピストンを前記入力軸方向に駆動するために有効な受圧投影面積よりも大きいことを特徴とする負圧式ブレーキ装置。
3. 請求項１又は２に記載の負圧式ブレーキ装置において、前記第１定圧室と前記第２変圧室とが、同一部材の隔壁によって区画されていることを特徴とする負圧式ブレーキ装置。

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