ストロークシミュレータ
【課題】ブレーキペダルの操作に反力を付与するストロークシミュレータにおいて、ブレーキペダルの操作量を検出することができ、かつ、小型化を可能にする。
【解決手段】ブレーキペダル１３の操作量に基づき、コントローラ６０により電動モータ１４を制御して、ボール−ネジ機構１６を介して押圧部材１７を推進し、ピストン７を押圧してブレーキ液圧を発生させる。ブレーキペダル１３の操作に反力を付与する反力バネ３４を受ける固定バネ受部５０に歪センサ７０を取付ける。歪センサ７０の検出信号に基づき、コントローラ６０により、固定バネ受部５０の歪を演算し、演算した歪から、反力バネ３４のバネ力（ブレーキペダル踏力）、更に、反力バネ３４のバネ特性からブレーキペダル１３のストロークを演算する。歪センサ７０は、小型で可動部も不要であるため、ストロークシミュレータ１８の小型化が可能となり、センサの配線処理も容易になる。
【解決手段】ブレーキペダル１３の操作量に基づき、コントローラ６０により電動モータ１４を制御して、ボール−ネジ機構１６を介して押圧部材１７を推進し、ピストン７を押圧してブレーキ液圧を発生させる。ブレーキペダル１３の操作に反力を付与する反力バネ３４を受ける固定バネ受部５０に歪センサ７０を取付ける。歪センサ７０の検出信号に基づき、コントローラ６０により、固定バネ受部５０の歪を演算し、演算した歪から、反力バネ３４のバネ力（ブレーキペダル踏力）、更に、反力バネ３４のバネ特性からブレーキペダル１３のストロークを演算する。歪センサ７０は、小型で可動部も不要であるため、ストロークシミュレータ１８の小型化が可能となり、センサの配線処理も容易になる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両のブレーキ装置において、ブレーキペダルの操作に対して反力を付与するためのストロークシミュレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車のブレーキ装置において、ブレーキペダルの操作量を検出し、コントローラによってブレーキペダルの操作量に応じてアクチュエータの作動を制御し、アクチュエータが各車輪に設けられた摩擦ブレーキを作動させることによって制動を行うようにした、いわゆる「ブレーキ・バイ・ワイヤ」を適用したものが知られている。ブレーキ・バイ・ワイヤによるブレーキ装置においては、ブレーキペダルに踏み代（ストローク）を与えると共に、踏込みに対して適度な反力を付与するためにストロークシミュレータが用いられている。
【０００３】
特許文献１には、ブレーキペダルと連動するマスタシリンダのピストンのストロークを検出するストロークセンサを設けて、ブレーキペダルの操作量を検出するようにしたストロークシミュレータが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１０４３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載されたものでは、ピストンのストロークを直接検出するため、ストロークセンサが大きくなり、結果として、ストロークシミュレータが大型化するという課題がある。また、前述のブレーキ・バイ・ワイヤにおいては、ブレーキペダルの踏力を検出すると、さらに精度よくブレーキ制御を行うことができるが、上記特許文献１に記載されたストロークセンサでは、ブレーキペダルの踏力を直接検出することができず、踏力を検出するセンサが別途必要になり、さらにストロークシミュレータが大形化してしまうという課題がある。
【０００６】
本発明は、ブレーキペダルの操作量を検出することができ、かつ、小型化が可能なストロークシミュレータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明は、ブレーキペダルが連結される入力部材と、該入力部材の移動に対して反力を作用させる反力付与部材とを備えたストロークシミュレータにおいて、
前記反力付与部材の反力が作用する部位に、該反力による変形を測定する歪検出手段を設け、該歪検出手段の測定信号に基づき、少なくとも２種類の前記ブレーキペダルの操作量を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るストロークシミュレータによれば、ブレーキペダルの操作量を検出することができ、かつ、小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るストロークシミュレータが組込まれた電動倍力装置の縦断面図である。
【図２】図１に示す電動倍力装置の要部であるストロークシミュレータを拡大して示す縦断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るストロークシミュレータの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の第１実施形態について、図１乃至図２を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る電動倍力装置１は、マスタシリンダ２に結合される。マスタシリンダ２は、タンデム型であり、プライマリ及びセカンダリの２つの液圧ポート３、４を有し、液圧ポート３、４には、２系統の液圧回路を有する液圧制御ユニット５を介して、４つの車輪にそれぞれ設けられた液圧式のブレーキ装置６が接続されている。ブレーキ装置６は、液圧によって制動力を発生する例えば公知のディスクブレーキ又はドラムブレーキとすることができる。なお、以下の説明において、「前方」、「前側」という場合には、車両の前進方向を示し、また、「後方」、「後側」という場合には、車両の後退方向を示すこととする。
【００１１】
タンデム型のマスタシリンダ２には、直列に配置されたプライマリ及びセカンダリの一対のピストン７（プライマリ側のみを図示する）が挿入され、これらのピストン７の前進により、２つの液圧ポート３、４から同じ液圧を供給し、ピストン７の後退時には、ブレーキパッドの摩耗等に応じてリザーバ８から適宜ブレーキ液を補充する。そして、万一、２系統の液圧回路の一方が失陥した場合でも、他方の液圧回路に液圧が供給されるので、制動機能を維持することができる。
【００１２】
液圧制御ユニット５は、液圧源である電動ポンプ及び増圧弁、減圧弁等の電磁制御弁を備え、各車輪のブレーキ装置６に供給する液圧を、減圧する減圧モード、保持する保持モード及び増圧する増圧モードを適宜実行して、制動力配分制御やアンチロックブレーキ制御等の各種制御を行う。
【００１３】
本電動倍力装置１は、エンジンルームと車室とを区画する隔壁であるダッシュパネル（図示せず）を貫通して、マスタシリンダ２側をエンジンルーム内に、その反対側の入力ロッド１０側を車室内に配置して、ダッシュパネルに固定される。入力部材である入力ロッド１０には、クレビス１２を介してブレーキペダル１３が連結される。
【００１４】
本電動倍力装置１は、マスタシリンダ２のピストン７を駆動するための電動モータ１４と、電動モータ１４によってベルト伝動機構１５を介して駆動される回転−直動変換機構であるボールネジ機構１６と、ボールネジ機構１６によって推進されてピストン７を押圧する押圧部材１７と、入力ロッド１０に連結される反力発生機構であるストロークシミュレータ１８とを備えている。
【００１５】
ボールネジ機構１６、押圧部材１７及びストロークシミュレータ１８は、同軸上に配置されてハウジング１９に収容されている。このハウジング１９の、ボールネジ機構１６の軸方向における一端側１９Ａにマスタシリンダ２が結合され、一方、ハウジング１９の、ボールネジ機構１６の軸方向における他端部１９Ｂには後方に突設された円筒部１９Ｃが形成される。この円筒部１９Ｃの後端から入力ロッド１０が突出している
【００１６】
押圧部材１７は、ピストン７の後方にピストン７と同軸上に配置され、ピストン７の円筒状の後端部側に挿入されてピストン７を押圧する前側小径ロッド部１７Ａと、該後側小径ロッド部１７Ｂと、これらの間に配置された大径ロッド部１７Ｃとが一体に形成されている。
【００１７】
ボールネジ機構１６は、円筒状の直動部材２２と、直動部材２２が挿入される円筒状の回転部材２３と、これらの間に形成された螺旋状のネジ溝に装填された複数の転動体であるボール２４（鋼球）とを備えた中空構造となっている。直動部材２２は、ハウジング１９内で軸方向に沿って移動可能に支持され、且つ、軸回りに回転しないように支持されている。直動部材２２の軸方向略中央部位には、その内周面に内方に突設する案内部２８が形成される。回転部材２３は、ハウジング１９内でベアリング２７、２７によって軸回りに回転可能に、且つ、軸方向に移動しないように支持されている。そして、回転部材２３を回転させることにより、ネジ溝内をボール２４が転動して直動部材２２が軸方向に移動する。
【００１８】
直動部材２２の内部に、押圧部材１７の後側小径ロッド１７Ｂ及び大径ロッド部１７Ｃが挿入され、直動部材２２の案内部２８から前側の内周面に大径ロッド部１７Ｃが、また、案内部２８の内周面に後側小径ロッド１７Ｂが軸方向に沿って摺動可能に支持される。そして、直動部材２２の案内部２８の前端環状面２８Ａに押圧部材１７の大径ロッド部１７Ｃの後端環状面１７Ｃ´が当接している。この当接により、直動部材２２がマスタシリンダ２側へ前進して大径ロッド部１７Ｃの後端環状面１７Ｃ´を押圧することになり、押圧部材１７が直動部材２２と共に前進して前側小径ロッド部１７Ａがマスタシリンダ２のピストン７を押圧する。また、押圧部材１７は、その大径ロッド部１７Ｃが直動部材２２から離間することにより、直動部材２２の移動を伴わずに単独で前進することができる。ハウジング１９の一端部１９Ａと直動部材２２の前端に設けた受け部材２２Ａとの間には、圧縮コイルバネである戻しバネ２９が介装されて、直動部材２２をブレーキペダル１３が配置されるハウジング１９の他端部１９Ｂ側、すなわち、後方に常時付勢している。
【００１９】
ベルト伝達機構１５は、回転部材２３に一体的に固定される回転部材側プーリ３０と、電動モータ１４の出力軸４０に一体的に固定されるモータ側プーリ３２と、これら回転部材側プーリ３０とモータ側プーリ３２とに巻装されるベルト３１とから構成される。なお、電動モータ１４は、例えば公知のＤＣモータ、ＤＣブラシレスモータ、ＡＣモータ等とすることができるが、制御性、静粛性、耐久性等の観点から本実施形態ではＤＣブラシレスモータを採用している。
【００２０】
回転部材側プーリ３０は、回転部材２３の外周面でベアリング２７、２７の間の位置に固定される。なお、ハウジング１９の一端部１９Ａ´、すなわち、ボールネジ機構１６の軸方向における一端部１９Ａから側方に、且つ後方に位置する一端部１９Ａ´に、電動モータ１４取付用のモータ用フランジ１９Ｄが固定される。モータ用フランジ１９Ｄには、後方に突設する円筒部２０が形成される。モータ用フランジ１９Ｄは、その円筒部２０がハウジング１９内に延びるようにハウジング１９の一端部１９Ａ´に固定される。そして、電動モータ１４の本体部がハウジング１９のモータ用フランジ１９Ｄに連結され、その出力軸４０がハウジング１９内の円筒部２０内に挿通される。出力軸４０は、円筒部２０との間に設置されたベアリング４１により回転自在に支持される。また、ベアリング４１より後方で、モータ用フランジ１９Ｄの円筒部２０と出力軸４０との間には、出力軸４０の回転角度を検出するレゾルバ４２が配置されている。レゾルバ４２は、出力軸４０と共に回転するレゾルバロータ４３と、モータ用フランジ１９Ｄの円筒部２０に固定されるレゾルバステータ４４とからなる。さらに、電動モータ１４の出力軸４０の先端にモータ側プーリ３２が一体的に固定される。そして、電動モータ１４の出力軸４０からの回転駆動がベルト３１を介して回転部材２３に伝達されるようになる。
【００２１】
次に主に図２を参照してストロークシミュレータ１８について説明する。
図２に示すように、ストロークシミュレータ１８は、ハウジング１９の他端部１９Ｂから後方に向けて突設された円筒部１９Ｃ内に配置されている。ストロークシミュレータ１８は、円筒部１９Ｃ内に軸方向に沿って摺動可能に挿入された有底円筒状の可動バネ受部材３３と、円筒部１９Ｃ内に挿入されて、円筒部１９Ｃの前端内周部に形成されたフランジ状の固定バネ受部５０と、可動バネ受部材３３の環状底部３３Ａとの間に介装され、反力付与部材としての圧縮コイルバネである反力バネ３４と、を備えている。
【００２２】
可動バネ受部材３３は、環状底部３３Ａの内周端から前方へ延びる円筒状のロッド受部３３Ｂと、環状底部３３Ａの外周端から前方へ延びその外周面が円筒部１９Ｃの内周面に摺動する円筒状の摺動筒部３３Ｃと、ロッド受部３３Ｂの前端部に嵌合固定されるロッド受部材３５とから構成される。このロッド受部材３５に入力ロッド１０の先端部が連結されている。可動バネ受部材３３のロッド受部材３５（ロッド受部３３Ｂ）は、押圧部材１７と同軸上に配置されて、押圧部材１７の後側小径ロッド部１７Ｂの後端面とロッド受部材３５の前端面とが互いに対向している。可動バネ受部材３３は、環状底部３２Ａがストッパ５１に当接することにより、その後退位置が規制されている。そして、可動バネ受部材３３が、図２に示す非制動位置（ストッパ５１に当接して最も後退した位置）にあるときには、押圧部材１７の後側小径ロッド部１７Ｂの後端面と、可動バネ受部材３３のロッド受部材３５の前端面との間に所定の隙間Ｓが形成される。
【００２３】
反力バネ３４の一端部を支持する固定バネ受部５０の反力バネ３４とは反対側の端部には、歪センサ７０が装着されている。歪センサ７０は、反力バネ３４のバネ力が作用する部位である固定バネ受部５０に設けられ、ブレーキペダル１３の踏力によって圧縮される反力バネ３４が発生するバネ力によって固定バネ受部５０に生じる変形、すなわち歪の量を測定するものである。歪センサ７０は、車載のコントローラ６０に接続されている。
【００２４】
そして、コントローラ６０により、歪センサ７０の測定信号に基づいて固定バネ受部５０の変形量すなわち歪量を演算し、この演算した歪量から、反力バネ３４のバネ力、すなわち、ブレーキペダル１３の操作量である踏力、更に、反力バネ３４のバネ特性からブレーキペダルの操作量であるペダルストロークを演算する。このとき、例えば、固定バネ受部５０の歪と、反力バネ３４のバネ力あるいはストロークとの関係を表すマップ又はテーブルを予め作成し、このマップ又はテーブルを用いてブレーキペダル１３の操作量を演算してもよい。
【００２５】
歪センサ７０としては、金属薄膜による通常の歪ゲージを用いることができるが、ここでは、半導体歪ゲージを用いることが望ましい。従来から知られている通常の歪ゲージは、Ｃｕ−Ｎｉ系合金やＮｉ−Ｃｒ系合金の金属薄膜の配線パターンを可撓性のあるポリイミドやエポキシ樹脂フィルムで覆った構造である。歪ゲージは、被測定物に接着剤で接着して使用し、金属薄膜が歪を受けて変形した時の抵抗変化から歪量を算出するものである。また、金属薄膜の歪ゲージでは、抵抗変化が小さいため、得られる電気信号を増幅する必要があり、そのため外部のアンプが必要となる。
【００２６】
これに対して、半導体歪ゲージは、検知部が金属薄膜ではなく、シリコン等の半導体に不純物をドープして形成した半導体ピエゾ抵抗を利用したものである。半導体歪ゲージは、歪に対する抵抗変化率が金属薄膜を用いた従前の歪ゲージの数十倍と大きく、微小な歪、例えば、１με程度の歪を測定することが可能である。また、半導体歪ゲージは抵抗変化が大きいため、得られた電気信号を外部のアンプを用いずに使用することもでき、また、半導体歪ゲージの数ミリ角のチップにアンプ回路や温度センサ及び温度補償回路等を作りこむことも可能である。さらには、無線回路等を設けて、被接触でデータを取り出すことも可能である。
【００２７】
この半導体歪ゲージは、被測定物に接着剤や金属接合により固定することも可能であり、また、半導体歪ゲージを金属板に接着し、スポット溶接により固定することも可能である。
【００２８】
本実施形態においては、半導体歪ゲージを用いることにより、通常の金属薄膜による歪ゲージを用いた場合に比して、歪量の測定精度を高め、また、取付スペースを小さくすることができるので、半導体歪ゲージを用いることが望ましいが、必要な測定精度及び取付スペースが得られれば、通常の歪ゲージを用いてもよい。
【００２９】
コントローラ６０には、上記の歪センサ７０のほか、レゾルバ４２及びマスタシリンダ２の液圧を検出する液圧センサ（図示せず）等の各種センサが設けられる。そして、コントローラ６０は、これらのセンサの検出に基づいて電動モータ１４の作動を制御する。
【００３０】
次に、本実施の形態に係る電動倍力装置１の作用について説明する。
通常の制動時には、運転者により、ブレーキペダル１３が操作されると、その操作量を歪センサ７０によって検出し、コントローラ６０により、ブレーキペダル１３の操作量に応じて、レゾルバ４２の検出を監視しながら、電動モータ１４の作動を制御する。そして、電動モータ１４によってベルト伝動機構１５を介してボールネジ機構１６を駆動し、戻しバネ２９のバネ力に抗して直動部材２２を前進させ、押圧部材１７によってピストン７を押圧してマスタシリンダ２に液圧を発生させ、液圧制御ユニット５を介して各車輪のブレーキ装置６に液圧を供給して車両に制動力を発生させる。このとき、押圧部材１７の後側小径ロッド部１７Ｂの後端面と、可動バネ受部材３３のロッド受部材３５の前端面との間の隙間Ｓが維持される。そして、ブレーキペダル１３には、その操作量に応じてストロークシミュレータ１８の反力バネ３４のバネ力による一定の反力が付与されるので、運転者は、ブレーキペダル１３の操作量を調整することにより、所望の制動力を発生させることができる。
【００３１】
また、コントローラ６０が、ブレーキペダル１３の操作量に対する電動モータ１４の制御量を変化させることにより、ハイブリッド自動車や電気自動車において減速時に車輪の回転によって発電機を駆動して、運動エネルギーを電力として回収する回生制動時に回生制動分だけマスタシリンダ２の液圧を減圧して所望の制動力を得る回生協調制御を実行することができる。この場合にも、押圧部材１７の後側小径ロッド部１７Ｂの後端面と、可動バネ受部材３３のロッド受部材３５の前端面とが当接することなく、一定量ではないが隙間Ｓが維持される。この場合、回生制動分だけマスタシリンダ２の液圧が変動しても車両の減速度はブレーキペダル１３の操作量に応じたものとなるため、ストロークシミュレータ１８の反力バネ３４によって付与されるブレーキペダル１３の反力が運転者に違和感を与えることがない。
【００３２】
ブレーキペダル１３の操作量を検出する検出手段として、歪センサ７０を用いたことにより、特許文献１に示されるようなストロークセンサを用いる場合に比して、センサが小型であり、また、可動部が不要であるため、ストロークシミュレータの小型化が可能になると共に、構造が簡素になり、センサの配線処理も容易になる。また、歪センサ７０は、半導体式であるため、内部に無線回路（図示せず）等を搭載し、コントローラ６０側に無線受信回路を設けることにより、歪センサ７０とコントローラ６０との間で無線通信によって非接触で検出信号を授受することが可能となる。
【００３３】
本実施形態において、歪センサ７０は、固定バネ受部５０の他、可動バネ受部材３３、ロッド受部材３５、入力ロッド１０等の反力バネ３４のバネ力が作用する可動部材に設け、これらの部材の歪、すなわち変形量を測定することにより、ブレーキペダル１３の操作量を検出することもできる。可動バネ受部材３３、入力ロッド１０等の可動部材に歪センサ７０を設ける場合には、歪センサ７０の移動を許容するように配線を行うか、あるいは、上述の無線通信による信号伝達を行うようにする。
【００３４】
次に、本発明の第２実施形態について、図３を参照して説明する。
なお、以下の説明において、ストロークシミュレータ部のみを図示し、上記第１実施形態のものに対して、同様の部分には、同じ参照符号を用いて、異なる部分についてのみ詳細に説明する。
【００３５】
図３に示すように、本実施形態に係るストロークシミュレータ１８´では、歪センサ７０は、固定バネ受部５０に代えて反力バネ３４自体に装着されている。このとき、歪センサ７０を反力バネ３４の固定バネ受部５０との当接部の付近に取付けることにより、反力バネ３４の伸縮による歪センサ７０の移動量が小さくなり、有線接続の場合の配線処理が容易になる。そして、歪センサ７０により、反力バネ３４の撓み、すなわち、歪を直接検出し、コントローラ６０により、歪センサ７０の検出信号に基づき、反力バネ３４のバネ力、すなわち、ブレーキペダル１３の操作量である踏力、更に、反力バネ３４のバネ特性からブレーキペダル１３の操作量であるペダルストロークを演算する。これにより、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００３６】
なお、本発明に係るストロークシミュレータは、上記第１及び第２実施形態の他、様々な形式のブレーキ・バイ・ワイヤ型のブレーキシステムに組込んで使用することができる。例えば、ブレーキキャリパに設けられた電動モータによって摩擦パッドを推進して車輪と共に回転するディスクロータに押圧して制動力を得る電動ディスクブレーキを用いたブレーキシステム、あるいは、ブレーキペダルの操作量に応じて、ポンプ等の液圧源によってブレーキ液圧を発生させて、液圧式ブレーキを作動させるブレーキシステムに適用することができる。
【００３７】
なお、本実施形態においては、反力付与部材として圧縮コイルバネである反力バネ３４を用いたが、踏力に対する反力を付与できるものであれば、これに限ることはなく、巻きばねや皿ばね等の金属ばねのほか、合成樹脂、ゴム等の弾性体や、空気ばねや油圧ばね等の流体ばねとしてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１３…ブレーキペダル、７０…歪センサ（歪検出手段）、１０…入力ロッド（入力部材）、３４…反力バネ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両のブレーキ装置において、ブレーキペダルの操作に対して反力を付与するためのストロークシミュレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車のブレーキ装置において、ブレーキペダルの操作量を検出し、コントローラによってブレーキペダルの操作量に応じてアクチュエータの作動を制御し、アクチュエータが各車輪に設けられた摩擦ブレーキを作動させることによって制動を行うようにした、いわゆる「ブレーキ・バイ・ワイヤ」を適用したものが知られている。ブレーキ・バイ・ワイヤによるブレーキ装置においては、ブレーキペダルに踏み代（ストローク）を与えると共に、踏込みに対して適度な反力を付与するためにストロークシミュレータが用いられている。
【０００３】
特許文献１には、ブレーキペダルと連動するマスタシリンダのピストンのストロークを検出するストロークセンサを設けて、ブレーキペダルの操作量を検出するようにしたストロークシミュレータが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１０４３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載されたものでは、ピストンのストロークを直接検出するため、ストロークセンサが大きくなり、結果として、ストロークシミュレータが大型化するという課題がある。また、前述のブレーキ・バイ・ワイヤにおいては、ブレーキペダルの踏力を検出すると、さらに精度よくブレーキ制御を行うことができるが、上記特許文献１に記載されたストロークセンサでは、ブレーキペダルの踏力を直接検出することができず、踏力を検出するセンサが別途必要になり、さらにストロークシミュレータが大形化してしまうという課題がある。
【０００６】
本発明は、ブレーキペダルの操作量を検出することができ、かつ、小型化が可能なストロークシミュレータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明は、ブレーキペダルが連結される入力部材と、該入力部材の移動に対して反力を作用させる反力付与部材とを備えたストロークシミュレータにおいて、
前記反力付与部材の反力が作用する部位に、該反力による変形を測定する歪検出手段を設け、該歪検出手段の測定信号に基づき、少なくとも２種類の前記ブレーキペダルの操作量を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るストロークシミュレータによれば、ブレーキペダルの操作量を検出することができ、かつ、小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るストロークシミュレータが組込まれた電動倍力装置の縦断面図である。
【図２】図１に示す電動倍力装置の要部であるストロークシミュレータを拡大して示す縦断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るストロークシミュレータの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の第１実施形態について、図１乃至図２を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る電動倍力装置１は、マスタシリンダ２に結合される。マスタシリンダ２は、タンデム型であり、プライマリ及びセカンダリの２つの液圧ポート３、４を有し、液圧ポート３、４には、２系統の液圧回路を有する液圧制御ユニット５を介して、４つの車輪にそれぞれ設けられた液圧式のブレーキ装置６が接続されている。ブレーキ装置６は、液圧によって制動力を発生する例えば公知のディスクブレーキ又はドラムブレーキとすることができる。なお、以下の説明において、「前方」、「前側」という場合には、車両の前進方向を示し、また、「後方」、「後側」という場合には、車両の後退方向を示すこととする。
【００１１】
タンデム型のマスタシリンダ２には、直列に配置されたプライマリ及びセカンダリの一対のピストン７（プライマリ側のみを図示する）が挿入され、これらのピストン７の前進により、２つの液圧ポート３、４から同じ液圧を供給し、ピストン７の後退時には、ブレーキパッドの摩耗等に応じてリザーバ８から適宜ブレーキ液を補充する。そして、万一、２系統の液圧回路の一方が失陥した場合でも、他方の液圧回路に液圧が供給されるので、制動機能を維持することができる。
【００１２】
液圧制御ユニット５は、液圧源である電動ポンプ及び増圧弁、減圧弁等の電磁制御弁を備え、各車輪のブレーキ装置６に供給する液圧を、減圧する減圧モード、保持する保持モード及び増圧する増圧モードを適宜実行して、制動力配分制御やアンチロックブレーキ制御等の各種制御を行う。
【００１３】
本電動倍力装置１は、エンジンルームと車室とを区画する隔壁であるダッシュパネル（図示せず）を貫通して、マスタシリンダ２側をエンジンルーム内に、その反対側の入力ロッド１０側を車室内に配置して、ダッシュパネルに固定される。入力部材である入力ロッド１０には、クレビス１２を介してブレーキペダル１３が連結される。
【００１４】
本電動倍力装置１は、マスタシリンダ２のピストン７を駆動するための電動モータ１４と、電動モータ１４によってベルト伝動機構１５を介して駆動される回転−直動変換機構であるボールネジ機構１６と、ボールネジ機構１６によって推進されてピストン７を押圧する押圧部材１７と、入力ロッド１０に連結される反力発生機構であるストロークシミュレータ１８とを備えている。
【００１５】
ボールネジ機構１６、押圧部材１７及びストロークシミュレータ１８は、同軸上に配置されてハウジング１９に収容されている。このハウジング１９の、ボールネジ機構１６の軸方向における一端側１９Ａにマスタシリンダ２が結合され、一方、ハウジング１９の、ボールネジ機構１６の軸方向における他端部１９Ｂには後方に突設された円筒部１９Ｃが形成される。この円筒部１９Ｃの後端から入力ロッド１０が突出している
【００１６】
押圧部材１７は、ピストン７の後方にピストン７と同軸上に配置され、ピストン７の円筒状の後端部側に挿入されてピストン７を押圧する前側小径ロッド部１７Ａと、該後側小径ロッド部１７Ｂと、これらの間に配置された大径ロッド部１７Ｃとが一体に形成されている。
【００１７】
ボールネジ機構１６は、円筒状の直動部材２２と、直動部材２２が挿入される円筒状の回転部材２３と、これらの間に形成された螺旋状のネジ溝に装填された複数の転動体であるボール２４（鋼球）とを備えた中空構造となっている。直動部材２２は、ハウジング１９内で軸方向に沿って移動可能に支持され、且つ、軸回りに回転しないように支持されている。直動部材２２の軸方向略中央部位には、その内周面に内方に突設する案内部２８が形成される。回転部材２３は、ハウジング１９内でベアリング２７、２７によって軸回りに回転可能に、且つ、軸方向に移動しないように支持されている。そして、回転部材２３を回転させることにより、ネジ溝内をボール２４が転動して直動部材２２が軸方向に移動する。
【００１８】
直動部材２２の内部に、押圧部材１７の後側小径ロッド１７Ｂ及び大径ロッド部１７Ｃが挿入され、直動部材２２の案内部２８から前側の内周面に大径ロッド部１７Ｃが、また、案内部２８の内周面に後側小径ロッド１７Ｂが軸方向に沿って摺動可能に支持される。そして、直動部材２２の案内部２８の前端環状面２８Ａに押圧部材１７の大径ロッド部１７Ｃの後端環状面１７Ｃ´が当接している。この当接により、直動部材２２がマスタシリンダ２側へ前進して大径ロッド部１７Ｃの後端環状面１７Ｃ´を押圧することになり、押圧部材１７が直動部材２２と共に前進して前側小径ロッド部１７Ａがマスタシリンダ２のピストン７を押圧する。また、押圧部材１７は、その大径ロッド部１７Ｃが直動部材２２から離間することにより、直動部材２２の移動を伴わずに単独で前進することができる。ハウジング１９の一端部１９Ａと直動部材２２の前端に設けた受け部材２２Ａとの間には、圧縮コイルバネである戻しバネ２９が介装されて、直動部材２２をブレーキペダル１３が配置されるハウジング１９の他端部１９Ｂ側、すなわち、後方に常時付勢している。
【００１９】
ベルト伝達機構１５は、回転部材２３に一体的に固定される回転部材側プーリ３０と、電動モータ１４の出力軸４０に一体的に固定されるモータ側プーリ３２と、これら回転部材側プーリ３０とモータ側プーリ３２とに巻装されるベルト３１とから構成される。なお、電動モータ１４は、例えば公知のＤＣモータ、ＤＣブラシレスモータ、ＡＣモータ等とすることができるが、制御性、静粛性、耐久性等の観点から本実施形態ではＤＣブラシレスモータを採用している。
【００２０】
回転部材側プーリ３０は、回転部材２３の外周面でベアリング２７、２７の間の位置に固定される。なお、ハウジング１９の一端部１９Ａ´、すなわち、ボールネジ機構１６の軸方向における一端部１９Ａから側方に、且つ後方に位置する一端部１９Ａ´に、電動モータ１４取付用のモータ用フランジ１９Ｄが固定される。モータ用フランジ１９Ｄには、後方に突設する円筒部２０が形成される。モータ用フランジ１９Ｄは、その円筒部２０がハウジング１９内に延びるようにハウジング１９の一端部１９Ａ´に固定される。そして、電動モータ１４の本体部がハウジング１９のモータ用フランジ１９Ｄに連結され、その出力軸４０がハウジング１９内の円筒部２０内に挿通される。出力軸４０は、円筒部２０との間に設置されたベアリング４１により回転自在に支持される。また、ベアリング４１より後方で、モータ用フランジ１９Ｄの円筒部２０と出力軸４０との間には、出力軸４０の回転角度を検出するレゾルバ４２が配置されている。レゾルバ４２は、出力軸４０と共に回転するレゾルバロータ４３と、モータ用フランジ１９Ｄの円筒部２０に固定されるレゾルバステータ４４とからなる。さらに、電動モータ１４の出力軸４０の先端にモータ側プーリ３２が一体的に固定される。そして、電動モータ１４の出力軸４０からの回転駆動がベルト３１を介して回転部材２３に伝達されるようになる。
【００２１】
次に主に図２を参照してストロークシミュレータ１８について説明する。
図２に示すように、ストロークシミュレータ１８は、ハウジング１９の他端部１９Ｂから後方に向けて突設された円筒部１９Ｃ内に配置されている。ストロークシミュレータ１８は、円筒部１９Ｃ内に軸方向に沿って摺動可能に挿入された有底円筒状の可動バネ受部材３３と、円筒部１９Ｃ内に挿入されて、円筒部１９Ｃの前端内周部に形成されたフランジ状の固定バネ受部５０と、可動バネ受部材３３の環状底部３３Ａとの間に介装され、反力付与部材としての圧縮コイルバネである反力バネ３４と、を備えている。
【００２２】
可動バネ受部材３３は、環状底部３３Ａの内周端から前方へ延びる円筒状のロッド受部３３Ｂと、環状底部３３Ａの外周端から前方へ延びその外周面が円筒部１９Ｃの内周面に摺動する円筒状の摺動筒部３３Ｃと、ロッド受部３３Ｂの前端部に嵌合固定されるロッド受部材３５とから構成される。このロッド受部材３５に入力ロッド１０の先端部が連結されている。可動バネ受部材３３のロッド受部材３５（ロッド受部３３Ｂ）は、押圧部材１７と同軸上に配置されて、押圧部材１７の後側小径ロッド部１７Ｂの後端面とロッド受部材３５の前端面とが互いに対向している。可動バネ受部材３３は、環状底部３２Ａがストッパ５１に当接することにより、その後退位置が規制されている。そして、可動バネ受部材３３が、図２に示す非制動位置（ストッパ５１に当接して最も後退した位置）にあるときには、押圧部材１７の後側小径ロッド部１７Ｂの後端面と、可動バネ受部材３３のロッド受部材３５の前端面との間に所定の隙間Ｓが形成される。
【００２３】
反力バネ３４の一端部を支持する固定バネ受部５０の反力バネ３４とは反対側の端部には、歪センサ７０が装着されている。歪センサ７０は、反力バネ３４のバネ力が作用する部位である固定バネ受部５０に設けられ、ブレーキペダル１３の踏力によって圧縮される反力バネ３４が発生するバネ力によって固定バネ受部５０に生じる変形、すなわち歪の量を測定するものである。歪センサ７０は、車載のコントローラ６０に接続されている。
【００２４】
そして、コントローラ６０により、歪センサ７０の測定信号に基づいて固定バネ受部５０の変形量すなわち歪量を演算し、この演算した歪量から、反力バネ３４のバネ力、すなわち、ブレーキペダル１３の操作量である踏力、更に、反力バネ３４のバネ特性からブレーキペダルの操作量であるペダルストロークを演算する。このとき、例えば、固定バネ受部５０の歪と、反力バネ３４のバネ力あるいはストロークとの関係を表すマップ又はテーブルを予め作成し、このマップ又はテーブルを用いてブレーキペダル１３の操作量を演算してもよい。
【００２５】
歪センサ７０としては、金属薄膜による通常の歪ゲージを用いることができるが、ここでは、半導体歪ゲージを用いることが望ましい。従来から知られている通常の歪ゲージは、Ｃｕ−Ｎｉ系合金やＮｉ−Ｃｒ系合金の金属薄膜の配線パターンを可撓性のあるポリイミドやエポキシ樹脂フィルムで覆った構造である。歪ゲージは、被測定物に接着剤で接着して使用し、金属薄膜が歪を受けて変形した時の抵抗変化から歪量を算出するものである。また、金属薄膜の歪ゲージでは、抵抗変化が小さいため、得られる電気信号を増幅する必要があり、そのため外部のアンプが必要となる。
【００２６】
これに対して、半導体歪ゲージは、検知部が金属薄膜ではなく、シリコン等の半導体に不純物をドープして形成した半導体ピエゾ抵抗を利用したものである。半導体歪ゲージは、歪に対する抵抗変化率が金属薄膜を用いた従前の歪ゲージの数十倍と大きく、微小な歪、例えば、１με程度の歪を測定することが可能である。また、半導体歪ゲージは抵抗変化が大きいため、得られた電気信号を外部のアンプを用いずに使用することもでき、また、半導体歪ゲージの数ミリ角のチップにアンプ回路や温度センサ及び温度補償回路等を作りこむことも可能である。さらには、無線回路等を設けて、被接触でデータを取り出すことも可能である。
【００２７】
この半導体歪ゲージは、被測定物に接着剤や金属接合により固定することも可能であり、また、半導体歪ゲージを金属板に接着し、スポット溶接により固定することも可能である。
【００２８】
本実施形態においては、半導体歪ゲージを用いることにより、通常の金属薄膜による歪ゲージを用いた場合に比して、歪量の測定精度を高め、また、取付スペースを小さくすることができるので、半導体歪ゲージを用いることが望ましいが、必要な測定精度及び取付スペースが得られれば、通常の歪ゲージを用いてもよい。
【００２９】
コントローラ６０には、上記の歪センサ７０のほか、レゾルバ４２及びマスタシリンダ２の液圧を検出する液圧センサ（図示せず）等の各種センサが設けられる。そして、コントローラ６０は、これらのセンサの検出に基づいて電動モータ１４の作動を制御する。
【００３０】
次に、本実施の形態に係る電動倍力装置１の作用について説明する。
通常の制動時には、運転者により、ブレーキペダル１３が操作されると、その操作量を歪センサ７０によって検出し、コントローラ６０により、ブレーキペダル１３の操作量に応じて、レゾルバ４２の検出を監視しながら、電動モータ１４の作動を制御する。そして、電動モータ１４によってベルト伝動機構１５を介してボールネジ機構１６を駆動し、戻しバネ２９のバネ力に抗して直動部材２２を前進させ、押圧部材１７によってピストン７を押圧してマスタシリンダ２に液圧を発生させ、液圧制御ユニット５を介して各車輪のブレーキ装置６に液圧を供給して車両に制動力を発生させる。このとき、押圧部材１７の後側小径ロッド部１７Ｂの後端面と、可動バネ受部材３３のロッド受部材３５の前端面との間の隙間Ｓが維持される。そして、ブレーキペダル１３には、その操作量に応じてストロークシミュレータ１８の反力バネ３４のバネ力による一定の反力が付与されるので、運転者は、ブレーキペダル１３の操作量を調整することにより、所望の制動力を発生させることができる。
【００３１】
また、コントローラ６０が、ブレーキペダル１３の操作量に対する電動モータ１４の制御量を変化させることにより、ハイブリッド自動車や電気自動車において減速時に車輪の回転によって発電機を駆動して、運動エネルギーを電力として回収する回生制動時に回生制動分だけマスタシリンダ２の液圧を減圧して所望の制動力を得る回生協調制御を実行することができる。この場合にも、押圧部材１７の後側小径ロッド部１７Ｂの後端面と、可動バネ受部材３３のロッド受部材３５の前端面とが当接することなく、一定量ではないが隙間Ｓが維持される。この場合、回生制動分だけマスタシリンダ２の液圧が変動しても車両の減速度はブレーキペダル１３の操作量に応じたものとなるため、ストロークシミュレータ１８の反力バネ３４によって付与されるブレーキペダル１３の反力が運転者に違和感を与えることがない。
【００３２】
ブレーキペダル１３の操作量を検出する検出手段として、歪センサ７０を用いたことにより、特許文献１に示されるようなストロークセンサを用いる場合に比して、センサが小型であり、また、可動部が不要であるため、ストロークシミュレータの小型化が可能になると共に、構造が簡素になり、センサの配線処理も容易になる。また、歪センサ７０は、半導体式であるため、内部に無線回路（図示せず）等を搭載し、コントローラ６０側に無線受信回路を設けることにより、歪センサ７０とコントローラ６０との間で無線通信によって非接触で検出信号を授受することが可能となる。
【００３３】
本実施形態において、歪センサ７０は、固定バネ受部５０の他、可動バネ受部材３３、ロッド受部材３５、入力ロッド１０等の反力バネ３４のバネ力が作用する可動部材に設け、これらの部材の歪、すなわち変形量を測定することにより、ブレーキペダル１３の操作量を検出することもできる。可動バネ受部材３３、入力ロッド１０等の可動部材に歪センサ７０を設ける場合には、歪センサ７０の移動を許容するように配線を行うか、あるいは、上述の無線通信による信号伝達を行うようにする。
【００３４】
次に、本発明の第２実施形態について、図３を参照して説明する。
なお、以下の説明において、ストロークシミュレータ部のみを図示し、上記第１実施形態のものに対して、同様の部分には、同じ参照符号を用いて、異なる部分についてのみ詳細に説明する。
【００３５】
図３に示すように、本実施形態に係るストロークシミュレータ１８´では、歪センサ７０は、固定バネ受部５０に代えて反力バネ３４自体に装着されている。このとき、歪センサ７０を反力バネ３４の固定バネ受部５０との当接部の付近に取付けることにより、反力バネ３４の伸縮による歪センサ７０の移動量が小さくなり、有線接続の場合の配線処理が容易になる。そして、歪センサ７０により、反力バネ３４の撓み、すなわち、歪を直接検出し、コントローラ６０により、歪センサ７０の検出信号に基づき、反力バネ３４のバネ力、すなわち、ブレーキペダル１３の操作量である踏力、更に、反力バネ３４のバネ特性からブレーキペダル１３の操作量であるペダルストロークを演算する。これにより、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００３６】
なお、本発明に係るストロークシミュレータは、上記第１及び第２実施形態の他、様々な形式のブレーキ・バイ・ワイヤ型のブレーキシステムに組込んで使用することができる。例えば、ブレーキキャリパに設けられた電動モータによって摩擦パッドを推進して車輪と共に回転するディスクロータに押圧して制動力を得る電動ディスクブレーキを用いたブレーキシステム、あるいは、ブレーキペダルの操作量に応じて、ポンプ等の液圧源によってブレーキ液圧を発生させて、液圧式ブレーキを作動させるブレーキシステムに適用することができる。
【００３７】
なお、本実施形態においては、反力付与部材として圧縮コイルバネである反力バネ３４を用いたが、踏力に対する反力を付与できるものであれば、これに限ることはなく、巻きばねや皿ばね等の金属ばねのほか、合成樹脂、ゴム等の弾性体や、空気ばねや油圧ばね等の流体ばねとしてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１３…ブレーキペダル、７０…歪センサ（歪検出手段）、１０…入力ロッド（入力部材）、３４…反力バネ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレーキペダルが連結される入力部材と、該入力部材の移動に対して反力を作用させる反力付与部材とを備えたストロークシミュレータにおいて、
前記反力付与部材の反力が作用する部位に、該反力による変形を測定する歪検出手段を設け、該歪検出手段の測定信号に基づき、少なくとも２種類の前記ブレーキペダルの操作量を検出することを特徴とするストロークシミュレータ。
【請求項２】
前記歪検出手段は、前記反力付与部材が力を伝達する部位に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のストロークシミュレータ。
【請求項３】
前記歪検出手段は、前記反力付与部材に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のストロークシミュレータ。
【請求項１】
ブレーキペダルが連結される入力部材と、該入力部材の移動に対して反力を作用させる反力付与部材とを備えたストロークシミュレータにおいて、
前記反力付与部材の反力が作用する部位に、該反力による変形を測定する歪検出手段を設け、該歪検出手段の測定信号に基づき、少なくとも２種類の前記ブレーキペダルの操作量を検出することを特徴とするストロークシミュレータ。
【請求項２】
前記歪検出手段は、前記反力付与部材が力を伝達する部位に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のストロークシミュレータ。
【請求項３】
前記歪検出手段は、前記反力付与部材に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のストロークシミュレータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−７１７２２（Ｐ２０１３−７１７２２Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１４６７１（Ｐ２０１１−２１４６７１）
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
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