JP6747282B2 - ブレーキ装置 - Google Patents

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Description

この発明は、運転者によるブレーキペダルの踏み込み操作に基づいて車両の制動力を制御するブレーキ装置に関するものである。
特許文献1には、安価で信頼性が高いシステムを提供することを目的とした車両用電気制御システムにおけるブレーキ装置が記載されている。この特許文献1に記載されたブレーキ装置は、電動ブレーキを電気的に制御するモータ制御装置と、モータ制御装置に接続する中央制御装置と、ストロークセンサおよび踏力センサとを備えている。中央制御装置およびモータ制御装置は、ストロークセンサおよび踏力センサからの入力に基づいて、共同して電動ブレーキを制御する。ストロークセンサおよび踏力センサは、それぞれ、中央制御装置およびモータ制御装置の両方に接続されている。
また、特許文献2には、ブレーキ操作センサが故障した場合であっても電動キャリパの制御を可能にすることを目的としたブレーキ装置が記載されている。この特許文献2に記載されたブレーキ装置は、ブレーキペダルの操作状況を検出する複数のブレーキ操作センサを備えている。ブレーキ操作センサは、ストロークセンサおよび踏力センサを有している。ブレーキ装置は、ストロークセンサからのストローク出力値および踏力センサからの踏力出力値に基づいてピストン推力値を算出し、そのピストン推力値に基づいて電動キャリパを制御する。
特開2001−138882号公報 特開2002−240692号公報
上記の特許文献1に記載されたブレーキ装置は、中央制御装置およびモータ制御装置の両方で電動ブレーキを制御することが可能な構成であるので、例えば、中央制御装置が故障したとしても、モータ制御装置で電動ブレーキを制御することができる。また、中央制御装置およびモータ制御装置の両方にストロークセンサおよび踏力センサが接続されているため、ストロークセンサまたは踏力センサのいずれか一方のセンサが故障したとしても、故障していない他方のセンサからの入力に基づいて、電動ブレーキを制御することができる。また、特許文献2に記載されたブレーキ装置も、ストロークセンサおよび踏力センサを備えている。したがって、上記の特許文献1や特許文献2に記載されたブレーキ装置のように、ブレーキペダルにストロークセンサおよび踏力センサを設けた構成であれば、いずれか一方のセンサが故障した場合であっても、故障していない他方のセンサを用いて電動ブレーキを制御することができる。そして、車両を退避走行させることができる。しかしながら、ストロークセンサと踏力センサとでは、それぞれが検出するブレーキの動作特性が異なることから、いずれか一方のセンサが故障してしまうと、正常時と比較してブレーキ操作のフィーリングが変化してしまう。そのため、上記のように車両を退避走行させることができたとしても、運転者に違和感を与えてしまうおそれがある。
また、装置の信頼性を向上させるための冗長設計においては、同種のセンサを二つ設ける場合がある。その場合の二つのセンサは、通常は同じ故障が同時に起こらないことを前提として設計される。例えば、上記の特許文献1および特許文献2に記載されたブレーキ装置のように、ストロークセンサおよび踏力センサを用いる場合、冗長設計では、ストロークセンサおよび踏力センサがそれぞれ二つずつ設けられる。ただし、特許文献1および特許文献2では、上記のようにストロークセンサおよび踏力センサを設けることの記載はあるものの、それらストロークセンサおよび踏力センサの具体的な設置部位や構成などについては言及されていない。そのため、例えば、同じ部位に設けられた同種の二つのセンサが共に故障した場合は、上述したように運転者に違和感を与えてしまうおそれがある。このように、車両のいわゆる重要保安部品であるブレーキ装置の信頼性を高めるとともに、センサが故障した場合であってもブレーキ操作のフィーリングを維持して安定した退避走行を可能にするためには、未だ改良の余地がある。
この発明は上記の技術的課題に着目して考え出されたものであり、センサに対する冗長系を構成して信頼性を高めるとともに、センサが故障した場合であってもブレーキ操作のフィーリングを維持して安定した退避走行が可能なブレーキ装置を提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するために、この発明は、運転者によるブレーキペダルの踏み込み操作におけるストロークおよび踏力を検出するブレーキセンサと、前記ストロークに応じて前記踏力に対抗する反力を発生する反力付与機構と、前記ブレーキペダルと前記反力付与機構との間で力を伝達する伝動部材と、前記ブレーキセンサによって検出した前記ストロークおよび前記踏力に基づいて車両の制動力を制御するコントローラとを備えたブレーキ装置において、前記ブレーキペダルは、前記ブレーキペダルを回転可能に車体に支持する支点部と、前記ブレーキペダルと前記伝動部材とを連結して前記踏力を前記伝動部材へ伝達する出力部とを有し、前記反力付与機構は、前記踏力によって圧縮されて弾性変形する弾性部材と、前記伝動部材と前記弾性部材とを連結して前記踏力を前記弾性部材へ伝達する入力部と、前記弾性部材が圧縮される際の反力を受ける固定部とを有し、前記ブレーキセンサは、前記支点部に設けられ、前記ストロークを検出する第1ストロークセンサと、前記出力部に設けられ、前記踏力を検出する第1踏力センサと、前記入力部に設けられ、前記ストロークを検出する第2ストロークセンサと、前記固定部に設けられ、前記踏力を検出する第2踏力センサとを有し、前記コントローラは、前記第1ストロークセンサおよび前記第1踏力センサが接続され、前記第1ストロークセンサおよび前記第1踏力センサから入力されたデータに基づいて演算を行って制御指令信号を出力する第1コントローラと、前記第2ストロークセンサおよび前記第2踏力センサが接続され、前記第2ストロークセンサおよび前記第2踏力センサから入力されたデータに基づいて演算を行って制御指令信号を出力する第2コントローラとを備えていることを特徴とするものである。
この発明のブレーキ装置では、ブレーキセンサにより、運転者がブレーキペダルを踏み込み操作する際のストローク(または操作量)および踏力が検出される。そして、検出されたストロークおよび踏力に基づいて、車両の制動力が制御される。例えば、車輪に装着されたブレーキアクチュエータの動作が制御される。そして、この発明のブレーキ装置では、第1ストロークセンサ、第1踏力センサ、第2ストロークセンサ、および、第2踏力センサにより、ブレーキセンサが構成される。第1ストロークセンサは、ブレーキペダルの支点部に設けられる。第1踏力センサは、ブレーキペダルの出力部に設けられる。一方、第2ストロークセンサは、反力付与機構の入力部に設けられる。第2踏力センサは、反力付与機構の固定部に設けられる。すなわち、第1ストロークセンサ、第1踏力センサ、第2ストロークセンサ、および、第2踏力センサは、それぞれ、ブレーキペダルおよび反力付与機構の異なる位置で、かつ、動作が異なる部位に設置される。そして、第1ストロークセンサおよび第1踏力センサで検出されたデータが第1コントローラに入力されて第1コントローラが制御指令信号を出力する。また、第2ストロークセンサおよび第2踏力センサで検出されたデータが第2コントローラに入力されて第2コントローラが制御指令信号を出力する。そのため、この発明のブレーキ装置によれば、ストロークセンサと踏力センサとを備えた2系統のブレーキセンサを構成することができ、ブレーキセンサの故障に対する信頼性を向上させることができる。また、いずれかのセンサが故障した場合であっても、正常な他のセンサによって適切にバックアップすることができる。そのため、ブレーキ操作のフィーリングを維持して安定した退避走行を行うことができる。
この発明のブレーキ装置の構成および制御系統の一例を説明するための図である。 この発明のブレーキ装置における第1コントローラ(1st-ECU)および第2コントローラ(2nd-ECU)の構成を説明するためのブロック図である。 この発明のブレーキ装置における入力モジュール(ブレーキペダル、反力付与機構、ブレーキセンサ等)の構成の一例を説明するための図である。
図1に、この発明を適用したブレーキ装置の概要を示してある。この発明の実施形態におけるブレーキ装置は、ブレーキセンサによって検出するブレーキペダルのストロークおよび踏力に基づいて、車両の制動力を制御する。図1に示すブレーキ装置1は、代表的に、ブレーキアクチュエータ2、コントローラ3、電源4、および、入力モジュール5を備えている。
ブレーキアクチュエータ2は、各車輪(図示せず)に装着されるブレーキ(図示せず)を動作させる。この発明の実施形態におけるブレーキ装置1は、電動ブレーキ、あるいは、電磁ブレーキによって構成される。電動ブレーキは、電動サーボモータによってブレーキキャリパのブレーキパッドを作動させ、ブレーキディスクすなわち車輪を制動する。電磁ブレーキは、ソレノイドに通電することによって発生する磁気吸引力により、ブレーキロータとブレーキステータとを摩擦係合させ、ブレーキロータすなわち車輪を制動する。したがって、電動ブレーキの場合、ブレーキアクチュエータ2は、電動サーボモータによって構成される。電磁ブレーキの場合は、ブレーキアクチュエータ2は、ソレノイドによって構成される。
また、ブレーキアクチュエータ2は、主に通常時に作動するメインの第1ブレーキアクチュエータ2a,2b,2c,2dと、主に異常時に作動する冗長系の第2ブレーキアクチュエータ2e,2f,2g,2hとを備えている。第1ブレーキアクチュエータ2a,2b,2c,2dは、それぞれ、左右の前輪(FL,FR)および左右の後輪(RL,RR)の各車輪毎に設置されている。同様に、第2ブレーキアクチュエータ2e,2f,2g,2hは、それぞれ、左右の前輪(FL,FR)および左右の後輪(RL,RR)の各車輪毎に設置されている。なお、後述するように、ブレーキ装置1をパーキングブレーキとして作動させる場合にも、第2ブレーキアクチュエータ2e,2f,2g,2hが作動する。
コントローラ3は、例えばマイクロコンピュータを主体にして構成される電子制御装置である。図2のブロック図に示すように、コントローラ3は、主に通常時に稼動するメインの第1コントローラ(1st-ECU)3aと、主に異常時およびパーキングブレーキの作動時に稼動する冗長系の第2コントローラ(2nd-ECU)3bとを備えている。
第1コントローラ3aには、後述するブレーキセンサ10の第1ストロークセンサ10aおよび第1踏力センサ10bが接続されている。第1コントローラ3aには、第1ストロークセンサ10aで検出したブレーキペダル7のストロークに関連するデータ、および、第1踏力センサ10bで検出したブレーキペダル7の踏力に関連するデータがそれぞれ入力される。一方、第2コントローラ3bには、後述するブレーキセンサ10の第2ストロークセンサ10cおよび第2踏力センサ10dが接続されている。第2コントローラ3bには、第2ストロークセンサ10cで検出したブレーキペダル7のストロークに関連するデータ、および、第2踏力センサ10dで検出したブレーキペダル7の踏力に関連するデータがそれぞれ入力される。なお、第2コントローラ3bには、パーキングブレーキスイッチ(EPB-SW)6のON−OFF信号が入力される。パーキングブレーキスイッチ6は、ブレーキ装置1をパーキングブレーキとして作動させる際にONにされるスイッチである。
第1コントローラ3aは、入力された各種データ、ならびに、予め記憶させられているデータおよび計算式やマップ等を使用して演算を行う。それと共に、その演算結果を制御指令信号として第1ブレーキアクチュエータ(1st-ACT)2a,2b,2c,2dに出力し、それら第1ブレーキアクチュエータ2a,2b,2c,2dの動作をそれぞれ制御する。一方、第2コントローラ3bは、入力された各種データ、ならびに、予め記憶させられているデータおよび計算式やマップ等を使用して演算を行う。それと共に、その演算結果を制御指令信号として第2ブレーキアクチュエータ(2nd-ACT)2e,2f,2g,2hに出力し、それら第2ブレーキアクチュエータ2e,2f,2g,2hの動作をそれぞれ制御する。また、第2コントローラ3bは、パーキングブレーキスイッチ6から入力されるON−OFF信号に基づいて、第2ブレーキアクチュエータ2e,2f,2g,2hの動作をそれぞれ制御する。
なお、第1コントローラ3aおよび第2コントローラ3bには、それぞれ、第1電源(1st-PWR)4aおよび第2電源(2nd-PWR)4bが接続されている。すなわち、電源4は、第1電源4aおよび第2電源4bを備えており、それぞれ、第1コントローラ3aおよび第2コントローラ3bに電力を供給する。また、第1コントローラ3aと第2コントローラ3bとは、相互に通信が可能なように接続されている。したがって、第1コントローラ3aおよび第2コントローラ3bは、それぞれ、独立してブレーキアクチュエータ2を制御することが可能である。また、例えば、第2コントローラ3bが故障した場合は、第1コントローラ3aによってブレーキアクチュエータ2の動作を制御することが可能である。あるいは、第1コントローラ3aが故障した場合には、第2コントローラ3bを第1コントローラ3aのバックアップとして機能させ、第2コントローラ3bによってブレーキアクチュエータ2の動作を制御することが可能である。
入力モジュール5は、運転者によるブレーキペダル7の踏み込み操作状態を検出し、その検出信号をコントローラ3に入力する。それとともに、入力モジュール5は、運転者がブレーキペダル7を踏み込む際に、運転者に適切なブレーキ操作のフィーリングを与えるため、踏み込み操作の際の踏力に対抗する反力を発生する。入力モジュール5は、図3に示すように、代表的に、ブレーキペダル7、ストロークシミュレータ8、オペレーションロッド9、および、ブレーキセンサ10を備えている。
ブレーキペダル7は、レバー7aおよび踏面7bから形成されている。レバー7aは、一方の端部(上端部)を中心にして回転するように吊り下げた状態で、車体11に支持されている。踏面7bは、運転者による踏み込み操作の際に踏力を受ける部分であり、レバー7aの他方の端部(下端部)形成されている。
また、ブレーキペダル7は、支点部12と、出力部13とを有している。支点部12は、ブレーキペダル7を回転可能に車体11に支持する部位であり、レバー7aの上端部に形成されている。支点部12は、例えば、レバー7aに形成された軸穴、および、その軸穴に挿入されてレバー7aを車体11に支持する軸部材から構成される。あるいは、レバー7aに形成された突出軸、および、車体11に形成され、突出軸を挿入してレバー7aを支持する軸穴から構成される。図3に示す例では、支点部12は、レバー7aに形成された穴12a、および、穴12aに挿入されるとともに車体11に固定され、レバー7aを車体11に支持するピン12bから構成されている。穴12aおよびピン12bは、互いに相対回転が可能なように形成されている。
出力部13は、ブレーキペダル7とオペレーションロッド9とを連結し、ブレーキペダル7が踏み込み操作される際の踏力を伝動部材9へ伝達する部位であり、図3に示す例では、レバー7aの中間部分に形成されている。出力部13は、例えば、レバー7aとオペレーションロッド9とにそれぞれ形成された軸穴、および、それら両方の軸穴に挿入されてレバー7aとオペレーションロッド9とを連結する軸部材から構成される。あるいは、レバー7aに形成された突出軸、および、オペレーションロッド9に形成され、突出軸を挿入してレバー7aとオペレーションロッド9とを連結する軸穴から構成される。あるいは、オペレーションロッド9に形成された突出軸、および、レバー7aに形成され、突出軸を挿入してレバー7aとオペレーションロッド9とを連結する軸穴から構成される。図3に示す例では、出力部13は、レバー7aに固定されるピン13a、および、オペレーションロッド9の一方の端部に形成され、ピン13aを挿入してレバー7aとオペレーションロッド9とを連結する穴13bから構成されている。ピン13aおよび穴13bは、互いに相対回転が可能なように形成されている。
図3に示す例では、ブレーキペダル7が踏み込み操作される際のストロークに応じて、その踏み込み操作の際の踏力に対抗する反力を発生する反力付与機構として、ストロークシミュレータ8が設けられている。ストロークシミュレータ8は、ケース8a、弾性部材8b、および、付加反力発生部8cから構成されている。ケース8aは、内部にシリンダが形成された円筒状の部材であり、シリンダの中空部分に、弾性部材8b、付加反力発生部8c、および、後述する入力部14などを収容する。弾性部材8bは、ブレーキペダル7が踏み込み操作される際の踏力によって圧縮されて弾性変形する部材である。弾性部材8bは、圧縮されることによって上記のような反力を発生するとともに、その反力によってブレーキペダル7を所定の原点位置に復帰させる。弾性部材8bは、例えば、圧縮コイルばねによって形成される。付加反力発生部8cは、弾性部材8bによる反力に加えて、上記のような踏力に対抗する力(付加反力)を発生する。付加反力発生部8cは、例えば、電気的に制御されて付加反力を発生する機構を有し、電磁気力や摩擦力などを付加反力としてブレーキペダル7に付与するように構成されている。
また、ストロークシミュレータ8は、入力部14と、固定部15とを有している。入力部14は、オペレーションロッド9と弾性部材8bとを連結し、ブレーキペダル7が踏み込み操作される際の踏力を弾性部材8bへ伝達する部位である。入力部14は、ケース8aに形成されたシリンダの内周部分に収容されるピストン状の部材によって形成されている。入力部14は、例えば、入力部14とオペレーションロッド9とのそれぞれに形成された穴14a、および、それら両方の穴に挿入されるピン14bによって連結されている。入力部14は、オペレーションロッド9からの踏力を受けて弾性部材8bを圧縮するように、弾性部材8bの軸線方向(図3の左右方向)に直線運動する。したがって、入力部14は、ケース8aに対して弾性部材8bの軸線方向に相対移動が可能なように、ケース8aの内部に保持されている。
固定部15は、弾性部材8bが圧縮される際の反力を受ける部位であり、例えば、ケース8aの底面部分に形成されている。固定部15は、弾性部材8bの一方の端部と接触して反力を受ける載荷面15aを有している。ストロークシミュレータ8は、この固定部15で車体11に固定されている。
オペレーションロッド9は、ブレーキペダル7とストロークシミュレータ8との間で力を伝達する伝動部材である。上記のように、オペレーションロッド9は、両端がそれぞれレバー7aおよび入力部14に連結されている。したがって、オペレーションロッド9は、ブレーキペダル7からストロークシミュレータ8に向けて踏力を伝達するとともに、その踏力に対抗してストロークシミュレータ8が発生する反力をブレーキペダル7へ向けて伝達する。
ブレーキセンサ10は、運転者によるブレーキペダル7の踏み込み操作におけるストロークおよび踏力を検出する。この発明の実施形態におけるブレーキセンサ10は、主に通常時に機能するメインの第1ストロークセンサ(S1)10aおよび第1踏力センサ(F1)10bと、主に異常時に機能する冗長系の第2ストロークセンサ(S2)10cおよび第2踏力センサ(F2)10dとを備えている。
第1ストロークセンサ10aは、ブレーキペダル7の支点部12に設けられている。上述のように、支点部12は、レバー7aに形成された穴12aと、車体11に固定されるピン12bとから構成される部位である。したがって、第1ストロークセンサ10aは、穴12aとピン12bとが相対回転する際の回転角度を、ブレーキペダル7のストローク(操作量)として検出するように構成されている。例えば、第1ストロークセンサ10aは、可変抵抗器を用いたポテンショメータや、ロータリー・エンコーダなどによって構成することができる。
第1踏力センサ10bは、ブレーキペダル7の出力部13に設けられている。上述のように、出力部13は、オペレーションロッド9に形成された穴14aと、レバー7aに固定されるピン14bとによってレバー7aとオペレーションロッド9とを連結する部位である。したがって、第1踏力センサ10bは、出力部13の穴14aとピン14bとの間に作用する荷重もしくは発生する応力を、ブレーキペダル7の踏力として検出するように構成されている。例えば、第1ストロークセンサ10aは、歪みゲージや、感圧ダイオードなどによって構成することができる。
一方、第2ストロークセンサ10cは、ストロークシミュレータ8の入力部14に設けられている。上述のように、入力部14は、ケース8aに対して弾性部材8bの軸線方向に相対移動する部位である。したがって、第2ストロークセンサ10cは、入力部14がケース8aに対して相対移動する際の変位を、ブレーキペダル7のストローク(操作量)として検出するように構成されている。例えば、第2ストロークセンサ10cは、可変抵抗器を用いたポテンショメータや、リニア・エンコーダなどによって構成することができる。
第2踏力センサ10dは、ストロークシミュレータ8の固定部15に設けられている。上述のように、固定部15は、弾性部材8bが圧縮される際の反力を受ける部位である。したがって、第2踏力センサ10dは、固定部15の載荷面15aと弾性部材8bとの間に作用する荷重もしくは発生する応力を、ブレーキペダル7の踏力として検出するように構成されている。例えば、第2踏力センサ10dは、歪みゲージあるいは歪みゲージを用いたロードセルや、感圧ダイオードなどによって構成することができる。
上記のように、この発明の実施形態におけるブレーキ装置1では、ブレーキペダル7が踏み込まれる際のストロークおよび踏力を検出するブレーキセンサ10が、第1ストロークセンサ10a、第1踏力センサ10b、第2ストロークセンサ10c、および、第2踏力センサ10dの四つの異なるセンサによって構成される。第1ストロークセンサ10a、第1踏力センサ10b、第2ストロークセンサ10c、および、第2踏力センサ10dは、それぞれ、ブレーキペダル7およびストロークシミュレータ8の異なる位置で、かつ、動作や変化が異なる部位に設置されている。したがって、例えば、第1ストロークセンサ10aおよび第1踏力センサ10bをメインのブレーキセンサ10とすれば、第2ストロークセンサ10cおよび第2踏力センサ10dによって冗長系のブレーキセンサ10を構成することができる。すなわち、2系統のブレーキセンサ10を構成することができる。そのため、ブレーキセンサ10の故障に対する信頼性を向上させることができる。また、いずれかのセンサが故障した場合であっても、正常な他のセンサによって適切にバックアップすることができ、ブレーキ操作のフィーリングを維持することができる。
1…ブレーキ装置、 2…ブレーキアクチュエータ、 2a,2b,2c,2d…第1ブレーキアクチュエータ(1st-ACT)、 2e,2f,2g,2h…第2ブレーキアクチュエータ(2nd-ACT)、 3…コントローラ、 3a…第1コントローラ(1st-ECU)、 3b…第2コントローラ(2nd-ECU)、 4…電源、 4a…第1電源(1st-PWR)、 4b…第2電源(2nd-PWR)、 5…入力モジュール、 6…パーキングブレーキスイッチ(EPB-SW)、 7…ブレーキペダル、 7a…レバー、 7b…踏面、 8…ストロークシミュレータ(反力付与機構)、 8a…ケース、 8b…弾性部材、 8c…付加反力発生部、9…オペレーションロッド(伝動部材)、 10…ブレーキセンサ、 10a…第1ストロークセンサ、 10b…第1踏力センサ、 10c…第2ストロークセンサ、 10d…第2踏力センサ、 11…車体、 12…支点部、 13…出力部、 14…入力部、 15…固定部。

Claims (1)

  1. 運転者によるブレーキペダルの踏み込み操作におけるストロークおよび踏力を検出するブレーキセンサと、前記ストロークに応じて前記踏力に対抗する反力を発生する反力付与機構と、前記ブレーキペダルと前記反力付与機構との間で力を伝達する伝動部材と、前記ブレーキセンサによって検出した前記ストロークおよび前記踏力に基づいて車両の制動力を制御するコントローラとを備えたブレーキ装置において、
    前記ブレーキペダルは、前記ブレーキペダルを回転可能に車体に支持する支点部と、前記ブレーキペダルと前記伝動部材とを連結して前記踏力を前記伝動部材へ伝達する出力部とを有し、
    前記反力付与機構は、前記踏力によって圧縮されて弾性変形する弾性部材と、前記伝動部材と前記弾性部材とを連結して前記踏力を前記弾性部材へ伝達する入力部と、前記弾性部材が圧縮される際の反力を受ける固定部とを有し、
    前記ブレーキセンサは、
    前記支点部に設けられ、前記ストロークを検出する第1ストロークセンサと、
    前記出力部に設けられ、前記踏力を検出する第1踏力センサと、
    前記入力部に設けられ、前記ストロークを検出する第2ストロークセンサと、
    前記固定部に設けられ、前記踏力を検出する第2踏力センサと
    を有し、
    前記コントローラは、
    前記第1ストロークセンサおよび前記第1踏力センサが接続され、かつ前記第1ストロークセンサおよび前記第1踏力センサから入力されたデータに基づいて演算を行って制御指令信号を出力する第1コントローラと、
    前記第2ストロークセンサおよび前記第2踏力センサが接続され、かつ前記第2ストロークセンサおよび前記第2踏力センサから入力されたデータに基づいて演算を行って制御指令信号を出力する第2コントローラと
    を備えている
    ことを特徴とするブレーキ装置。
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