JP4756247B2

JP4756247B2 - 電動倍力装置

Info

Publication number: JP4756247B2
Application number: JP2006206161A
Authority: JP
Inventors: 康夫烏谷; 卓也小畑
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2026-07-28
Also published as: JP2008030599A

Description

本発明は、電動アクチュエータを倍力源として利用する電動倍力装置に関する。

従来、この種の電動倍力装置としては、例えば、特許文献１に記載されるものがあった。このものは、ブレーキペダルの操作により進退移動する入力部材（軸部材）と、該入力部材に相対移動可能に外装された外筒（筒状部材）と、該筒状部材を進退移動させる電動アクチュエータと、前記軸部材の移動に応じて前記電動アクチュエータを制御するコントロールユニット（制御手段）とを備え、ブレーキペダルから前記軸部材に付与される操作力（入力）と電動アクチュエータから前記筒状部材に付与される推力とによりマスタシリンダのピストンを駆動し、該マスタシリンダ内にブレーキ液圧を発生させる構造となっている。

特開平１１−３０１４６１号公報

ところで、電力を駆動源とする電気自動車やハイブリット車においては、制動時の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回収する回生ブレーキ装置が装備されるのが一般である。そして、上記した電動倍力装置をこのような回転ブレーキ装置と併用する場合は、運転者に違和感を与えないように、回生ブレーキ装置で得られる制動力の分だけマスタシリンダ内のブレーキ液圧を減じる制御、いわゆる回生協調が行われる。この場合、電動アクチュエータによって前記筒状部材が後退方向へ駆動されることになり、この筒状部材の後退にマスタシリンダ内のピストンが追従する。

しかるに、上記特許文献１に記載された電動倍力装置においては、ブレーキペダルの操作により進退移動する軸部材（入力部材）がマスタシリンダのピストンに連結されているため、回生協調を行うと前記ピストンと一体に軸部材も後退してしまい、ブレーキペダルに戻し方向の力が働いて運転者に違和感を与えるという問題があった。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、回生協調を行う場合でも運転者に違和感を与えることがなく、また、フェイルセーフ時にはブレーキペダルの操作で速やかにブレーキ液圧を発生させることができる電動倍力装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、ブレーキペダルの操作により進退移動する軸部材と、該軸部材に相対移動可能に外装された筒状部材と、該筒状部材を進退移動させる電動アクチュエータと、前記軸部材の移動に応じて前記電動アクチュエータを制御する制御手段とを備え、前記ブレーキペダルの操作に応じて前記制御手段が前記電動アクチュエータを起動して前記電動アクチュエータから前記筒状部材に付与される推力によりマスタシリンダのピストンを駆動し、該マスタシリンダ内にブレーキ液圧を発生させる電動倍力装置において、前記ブレーキペダルの踏力に対抗する反力を発生して前記ブレーキペダルに伝達するシミュレータを設け、前記ブレーキペダルが操作されていないブレーキ非作動状態では、前記軸部材が前記マスタシリンダのピストンに当接して配置され、前記制御手段は、前記ブレーキペダルの操作時には、前記軸部材のストロークに応じて前記筒状部材を前記軸部材よりも大きく移動し、前記軸部材のストロークが大きくなるに従って前記ピストンと前記軸部材との間のストローク差を増大させ、また、前記ブレーキペダルの操作中に回生協調が行われるときには、前記筒状部材を後退方向に移動することで前記ピストンを後退させるように前記電動アクチュエータを制御することを特徴とする。

上記のように構成した電動倍力装置においては、ブレーキペダルの操作時に、軸部材のストロークに応じて軸部材よりも筒状部材が大きく前進し、前記軸部材のストロークが大きくなるに従って前記ピストンと前記軸部材との間のストローク差が増大する。したがって、その後の回生協調時に筒状部材と一体的にマスタシリンダのピストンが後退しても、該ピストンから軸部材に戻し方向の力が働くことはなく、運転者に違和感を与えることはない。また、ブレーキペダルの操作に応じて、その踏力に対抗する反力がシミュレータに発生するので、所望のペダルフィーリングが確保される。
本発明において、ブレーキ非作動状態で軸部材がマスタシリンダのピストンに当接する状態を維持しているので、万一電動アクチュエータが失陥した場合には、該軸部材が空走することなくピストンを押圧し、マスタシリンダ内に速やかにブレーキ液圧を発生させることができる。

本発明において、前記ブレーキペダルの操作時に、前記筒状部材を前記軸部材よりも大きく移動させる制御は、マスタシリンダ内に発生するブレーキ液圧が所定液圧になるまで継続されるのが望ましい。マスタシリンダは、ブレーキ液圧が所定液圧になるまでは、ブレーキ液の吐出によって大きなピストンストロークが生じるので、少なくとも所定液圧となるまで前記制御を継続することで、ピストンと軸部材との間に、回生協調時に生じるピストンの戻り量よりも大きな間隙を確保することができ、回生協調時にピストンから軸部材に働く戻し方向の力を確実に解消することができる。

本発明は、前記軸部材とマスタシリンダのピストンとの間に弾性体が設けられている構成とすることができる。この場合は、軸部材の動き始めに弾性体がたわむことで、ピストンを直接押すときの重さを運転者に感じさせることがなくなる。
本発明において、前記制御手段は、前記軸部材の変位を検出する変位検出手段の検出値に基づいて前記電動アクチュエータを制御するのが望ましい。

本発明に係る電動倍力装置によれば、回生協調時にマスタシリンダのピストンから軸部材に戻し方向の力が働くことがないようにすることができるので、運転者に違和感を与えることはなく、回生ブレーキ装置を搭載した自動車に適用して好適となる。また、フェイルセーフ時にはブレーキペダルの操作で速やかにブレーキ液圧を発生させることができるので、装置に対する信頼性が向上する。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一つの実施形態である電動倍力装置を含むブレーキシステムを示したものである。同図中、１０は、本発明に係る電動倍力装置であり、マスタシリンダ１と結合された装置本体１１を主体として構成されている。マスタシリンダ１は、ここでは、タンデム型として構成されており、二つのピストン２（図では、プライマリ側のみ示す）を内装するシリンダ本体３とこのシリンダ本体３内の二つの圧力室４（図では、プライマリ側のみ示す）にブレーキ液を給排するリザーバ５とからなっている。シリンダ本体３には、前記二つの圧力室４にそれぞれ連通する吐出ポート６ａ、６ｂが設けられており、各圧力室４に発生したブレーキ液圧は、各吐出ポート６ａ、６ｂからブレーキ配管７ａ、７ｂを介してリア側ホイールシリンダ８ａ、フロント側ホイールシリンダ８ｂへ供給されるようになっている。なお、図示例では、ブレーキ配管７ａ、７ｂの途中に、ホイールシリンダ８ａ、８ｂに供給される液圧を制御可能な液圧ユニット９が設けられているが、これは、必要に応じて設置される。

本電動倍力装置１０は、上記マスタシリンダ１に結合された装置本体１１のほか、該装置本体１１に設けられた電動アクチュエータ１２を制御するコントローラ（制御手段）１３および車室１４内のブレーキペダル１５の踏力に対抗する反力を発生するシミュレータ１６とを備えている。装置本体１１は、図２によく示されるように、後端が車室壁１４ａに固定されたハウジング１７内に、前記ブレーキペダル１５と連動するプッシュロッド（軸部材）１８と、前記電動アクチュエータ１２によって駆動される筒状のブースタピストン（筒状部材）１９と、前記電動アクチュエータ１２を構成するボールねじ機構（回転−直動変換機構）２０とを配設してなっている。ハウジング１７の前端には前記マスタシリンダ３が固結されるようになっており、この固結状態で、ハウジング１７内の前部側には、前記マスタシリンダ１のピストン（プライマリピストン）２が導入される。

上記プッシュロッド１８は、その後端部がブレーキペダル１５にピン２１により軸着されると共に、その先端がハウジング１７内に導入されたピストン２の後端部に形成した凹部２ａの底面に突き当てられている。一方、ブースタピストン１９は、その前端側がハウジング１７に摺動可能に嵌合されると共に、その後端側がプッシュロッド１８を囲む態様で車室１４内まで延ばされている。ブースタピストン１９の前端側内周には、その軸方向に延ばして環状ボス部２２が形成されており、ブースタピストン１９は、その環状ボス部２２を前記マスタシリンダ１のピストン２の後端外周縁部に当接させている。ブースピストン１９はまた、その前端外周に突設した突起２３をハウジング１７の内周面に形成した軸方向溝２４に係合させることによりその回転が規制されている。

電動アクチュエータ１２を構成するボールねじ機構２０は、前記ブースタピストン１９の外周面に形成されたオネジ部２５と、ハウジング１７の内面に軸受２６を介して回動自在に支持されたナット部材２７と、前記オネジ部２５とナット部材２７のメネジ部との間に介装されたボール２８とからなっている。オネジ部２５を有するブースタピストン１９は、前記したように摺動可能にかつ回動不能にハウジング１７に支持されており、これによりナット部材２７の回転に応じてブースタピストン１９が直動するようになる。

なお、車室１４内に延出されたブースタピストン１９の周りは、ハウジング１７に開口端部が固定されたダストブーツ２９により覆われている。また、ブースタピストン１９とマスタシリンダ１のシリンダ本体３との間には、ブースタピストン１９を常時後方へ付勢する戻しばね（付勢手段）３０が介装されている。また、軸受２６およびナット部材２７はハウジング１７の内面に嵌着したスナップリング３１により位置固定されており、ブースタピストン１９は、その突起２３をナット部材２７に当接させる位置が後退端となっている。

電動アクチュエータ１２は、ハウジング１７に固定した取付板３２に取付けられた電動モータ３３を駆動源とし、その電動モータ３３の回転を回転伝達機構３４を介して前記ボールねじ機構２０のナット部材２８に伝える構成となっている。回転伝達機構３４（図１）は、電動モータ３３の出力軸３３ａに取付けられた第１プーリ３５と、前記ナット部材２７に嵌着された第２プーリ３６と、前記２つのプーリ３５、３６間に掛け回されたベルト（タイミングベルト）３７とからなっている。第２プーリ３６は第１プーリ３５に比べて大径となっており、これにより電動モータ３３の回転は減速してボールねじ機構２０のナット部材２７に伝達される。

一方、ブレーキペダル１５の踏力に対抗する反力を発生するシミュレータ１６は、車室壁１４ａに取付けられている。このシミュレータ１６は、ここではばね付勢された作動ロッド１６ａを有する機械式構成となっており、車室１４内に延ばされた作動ロッド１６ａの先端部がレーキペダル１５の先端部にピン３８により軸着されている。ブレーキペダル１５は、このシミュレータ１６の作動ロッド１６ａの軸着点（ピン３８）と前記プッシュロッド１８の軸着点（ピン２１）とを結ぶ中間部位が、車室壁４ａに固定したブラケット３９に回動可能に支持されており、ブレーキ非作動状態では、図示のようにプッシュロッド１８の先端をマスタシリンダ１のピストン２に当接させた状態を維持するようになっている。

上記シミュレータ１６にはストロークセンサ４０が内蔵され、一方、電動アクチュエータ１２を構成する電動モータ３３にはレゾルバ４１が内蔵されている。前記ストロークセンサ４０は、シミュレータ１６の作動ロッド１６ａおよびブレーキペダル１５を介してプッシュロッド１８の絶対変位を検出する絶対変位検出手段としての機能を有し、一方、前記レゾルバ４１は、電動モータ３３の回転変位からブースタピストン１９の絶対変位を検出する絶対変位検出手段としての機能を有している。さらに、マスタシリンダ１の圧力室４に通じる一方のブレーキ配管７ａには、前記圧力室４内のブレーキ液圧を検出する圧力センサ４２（図１）が設けられている。

本電動倍力装置１０において、上記ストロークセンサ４０、レゾルバ４１および圧力センサ４２の検出信号は、前記コントローラ１３に送出されるようになっている。コントローラ１３は、ブレーキペダル１５の操作すなわちプッシュロッド１８の移動に応じて電動アクチュエータ１２を制御する機能を有している。より詳しくは、コントローラ１３は、前記ブレーキペダル１５の操作時に、マスタシリンダ１内の圧力室４に所定のブレーキ液圧が発生するまでは、前記ブースタピストン１９をプッシュロッド１８よりも大きく移動させる制御を行う機能を有している。

以下、上記のように構成した電動倍力装置１０の作用を説明する。

（通常ブレーキ時）
通常ブレーキ時には、ブレーキペダル１５が操作されると、プッシュロッド１８が移動し、その動きがシミュレータ１６内のストロークセンサ４０により検出される。すると、このストロークセンサ４０からの信号を受けてコントローラ１３が電動アクチュエータ１２内の電動モータ３３に起動指令を出力し、これにより電動モータ３３が回転して、その回転が回転伝達機構３４を介してボールねじ機構２０に伝達され、ブースタピストン１９が前進する。すると、このブースタピストン１９に押されてマスタシリンダ１のピストン２が前進し、圧力室４内のブレーキ液がブレーキ配管７ａ、７ｂから液圧ユニット９を経てホイールシリンダ８ａ、８ｂに供給（吐出）され、さらに圧力室４内の液圧が高まって制動力が発生する。

このとき、コントローラ１３は、ブースタピストン１９をプッシュロッド１８よりも大きく移動させるように電動アクチュエータ１２の電動モータ３３を制御しており、これによりマスタシリンダ１の圧力室４内に発生するブレーキ液圧はブースタピストン１９の推力に応じた大きさとなる。一方、ブースタピストン１９がプッシュロッド１８よりも大きく移動することで、マスタシリンダ１のピストン２とプッシュロッド１８との間に間隙が形成され、したがってブレーキペダル１５には、ブレーキ液圧の反力が伝達されない状態となる。しかし、ブレーキペダル１５には、シミュレータ１６から踏力に応じた反力が伝達されるので、マスタシリンダ１のピストン２からプッシュロッド１８が切り離されても、所望のペダルフィーリングが確保される。

（回生協調時）
上記したブレーキペダル１５の操作時に回生ブレーキが作動すると、回生ブレーキで得られる制動分だけブレーキ液圧を減じる制御すなわち回生協調が行われる。すなわち、コントローラ１３は、前記電動モータ３３内のレゾルバ４１からの信号に基づいて、前記減圧に必要とする分だけブースタピストン１９を後退させるように電動アクチュエータ１２の電動モータ３３を制御し、これに応じてマスタシリンダ１のピストン２が所定ストロークだけ後退する。このとき、ピストン２とプッシュロッド１８との間には所定の間隙が形成されているので、ピストン２からプッシュロッド１８に戻し方向の力が働くことはなく、したがって運転者に違和感を与えることはない。

ここで、マスタシリンダ１のブレーキ液特性は、一般に図３に示されるように、所定のブレーキ液圧Ｐｘが発生するまでは、圧力室４内のブレーキ液がホイールシリンダ８ａ、８ｂ側への吐出に消費されるため、ブレーキ液圧があまり上昇しない。換言すれば、所定のブレーキ液圧Ｐｘが発生するまでは、大きなピストン２のストローク（ピストンストローク）が得られる。

本実施形態においては、上記したマスタシリンダ１のブレーキ液特性に着目し、図４に実線Ａにて示すように、上記した所定のブレーキ液圧Ｐｘが発生するまでに、プッシュロッド１８のストローク（ロッドストローク）に対してピストンストロークを大きくする制御を行う。なお、この場合の制御は、圧力センサ４２の検出信号に基いて行う。因みに、プッシュロッド１８と一体にピストン２を前進させた場合は、同図に点線Ｂにて示すように、ロッドストロークとピストンストロークとは、１：１の関係となる。前記した制御を行うことで、ピストン２とプッシュロッド１８との間に十分に大きなストローク差ΔＳを発生させることができ、これによって上記した回生協調時の間、ピストン２からプッシュロッド１８に働く戻し方向の力を確実に解消することができる。また、ＡＢＳ作動時のポンプ還流により液圧変動が発生したときでも、ピストン２の振動がプッシュロッド１８に伝わることがなく、運転者に違和感を与えることはない。

（フェイルセーフ時）
電動アクチュエータ１２やセンサ類４０〜４２が失陥した場合は、ブレーキペダル１５の操作によりプッシュロッド１８が移動し、このプッシュロッド１８に押されてマスタシリンダ１のピストン２が前進する。これにより圧力室４内のブレーキ液がブレーキ配管７ａ、７ｂから液圧ユニット９を経てホイールシリンダ８ａ、８ｂに供給され、さらに圧力室４内の液圧が高まって制動力が発生する。しかして、ブレーキ非作動状態では、プッシュロッド１８の先端がマスタシリンダ１のピストン２の後端に当接する状態を維持しているので、該プッシュロッド１８は空走することなくピストン２を押圧し、これによりマスタシリンダ１の圧力室４内に速やかにブレーキ液圧を発生させることができる。なお、このようにブレーキ非作動状態で、プッシュロッド１８の先端をマスタシリンダ１のピストン２の後端に当接させない場合は、空走を防止するための特別の機器が必要になる。

なお、上記実施形態においては、電動モータ３３の回転をブースタピストン１９の直動に変換する回転−直動変換機構としてボールねじ機構２０を用いたが、この回転−直動変換機構の種類は任意であり、例えば、ねじ送り機構や歯車機構を用いることができる。また、上記実施形態においては、プッシュロッド（軸部材）１８の絶対変位を検出するストロークセンサ４０をシミュレータ１６に内蔵させたが、このストロークセンサの設置箇所は任意であり、ブレーキペダル１５やプッシュロッド１８の周辺に配置してもよい。また、このストロークセンサ４０はポテンショメータであってもよい。さらに、ブースタピストン１９の絶対変位を検出する手段として電動モータ３３の回転変位を検出するレゾルバ４１を用いたが、このレゾルバは、回転型のポテンショメータであっても、あるいは他のストロークセンサであってもよい。

また、図５に示すように、ピストン２の凹部２ａの底面に、ゴム製の弾性体５０を設けるようにしてもよい。この弾性体５０を設けることで、プッシュロッド１８の動き始めに弾性体５０がたわむため、ピストン２を直接押すときの重さを運転者に感じさせることがなくなる。なお、弾性体５０は、可撓性を有するものであれば、樹脂や金属ばね等で構成してもよい。

本発明の一つの実施形態である電動倍力装置を含むブレーキシステムを示す系統図である。本電動倍力装置の全体構造を示す断面図である。マスタシリンダの一般的なブレーキ液特性を示すグラフである。本電動倍力装置における制御の内容を示すグラフである。本電動倍力装置の変形構造を示す要部断面図である。

符号の説明

１マスタシリンダ
２マスタシリンダのピストン
４マスタシリンダの圧力室
８ａリア側ホイールシリンダ
８ｂフロント側ホイールシリンダ
１０電動倍力装置
１１装置本体
１２電動アクチュエータ
１３コントローラ（制御手段）
１５ブレーキペダル
１６シミュレータ
１８プッシュロッド（軸部材）
１９ブースタピストン（筒状部材）
３３電動モータ
４０ストロークセンサ
４１レゾルバ
４２圧力センサ
５０弾性体

Claims

ブレーキペダルの操作により進退移動する軸部材と、該軸部材に相対移動可能に外装された筒状部材と、該筒状部材を進退移動させる電動アクチュエータと、前記軸部材の移動に応じて前記電動アクチュエータを制御する制御手段とを備え、
前記ブレーキペダルの操作に応じて前記制御手段が前記電動アクチュエータを起動して前記電動アクチュエータから前記筒状部材に付与される推力によりマスタシリンダのピストンを駆動し、該マスタシリンダ内にブレーキ液圧を発生させる電動倍力装置において、
前記ブレーキペダルの踏力に対抗する反力を発生して前記ブレーキペダルに伝達するシミュレータを設け、
前記ブレーキペダルが操作されていないブレーキ非作動状態では、前記軸部材が前記マスタシリンダのピストンに当接して配置され、
前記制御手段は、前記ブレーキペダルの操作時には、前記軸部材のストロークに応じて前記筒状部材を前記軸部材よりも大きく移動し、前記軸部材のストロークが大きくなるに従って前記ピストンと前記軸部材との間のストローク差を増大させ、また、前記ブレーキペダルの操作中に回生協調が行われるときには、前記筒状部材を後退方向に移動することで前記ピストンを後退させるように前記電動アクチュエータを制御することを特徴とする電動倍力装置。
前記ブレーキペダルの操作時に、前記筒状部材を前記軸部材よりも大きく移動させる制御は、マスタシリンダ内に発生するブレーキ液圧が所定液圧となるまで継続されることを特徴とする請求項１に記載の電動倍力装置。
前記軸部材とマスタシリンダのピストンとの間に弾性体が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電動倍力装置。
前記制御手段は、前記軸部材の変位を検出する変位検出手段の検出値に基づいて前記電動アクチュエータを制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電動倍力装置。