電動倍力装置
【課題】電動倍力装置において、電気系統の失陥等により、電動モータが作動不能になった場合における操作力を軽減する。
【解決手段】ブレーキペダルのストロークに基づき、コントローラにより電動モータ１０５の作動を制御して、ベルト伝動機構１１３及びボール−ネジ機構１２０を介して押圧部材１４０を推進し、プライマリピストン１７８を押圧してブレーキ液圧を発生させる。ブレーキペダルのストロークに対して、反力バネ１５２により一定の反力を付与する。電動モータ１０５が作動不能になった場合、ブレーキペダルに連結されたプランジャ１０４が押圧部材１４０に当接して、プライマリピストン１７８を直接推進して制動機構を維持する。このとき、連結切換機構１９０により、プランジャ１０４と可動バネ受１５１との連結を解除して、反力バネ１５２の反力がプランジャ１０４に作用しないようにする。
【解決手段】ブレーキペダルのストロークに基づき、コントローラにより電動モータ１０５の作動を制御して、ベルト伝動機構１１３及びボール−ネジ機構１２０を介して押圧部材１４０を推進し、プライマリピストン１７８を押圧してブレーキ液圧を発生させる。ブレーキペダルのストロークに対して、反力バネ１５２により一定の反力を付与する。電動モータ１０５が作動不能になった場合、ブレーキペダルに連結されたプランジャ１０４が押圧部材１４０に当接して、プライマリピストン１７８を直接推進して制動機構を維持する。このとき、連結切換機構１９０により、プランジャ１０４と可動バネ受１５１との連結を解除して、反力バネ１５２の反力がプランジャ１０４に作用しないようにする。
【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組込まれる倍力装置において、倍力源として電動モータを用いた電動倍力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動倍力装置として、例えば特許文献１に記載されたものが公知である。この電動倍力装置は、ブレーキペダルに連結された入力ロッドと、マスタシリンダのピストンを押圧する押圧部材と、回転−直動変換機構を介して押圧部材を駆動する電動モータと、入力ロッドに一定の反力を付与するストロークシミュレータと、入力ロッドの移動に応じて電動モータの作動を制御するコントローラとを備えている。これにより、ブレーキペダルの操作量に応じて、コントローラによって電動モータの作動を制御して押圧部材によってマスタシリンダのピストンを推進してブレーキ液圧を発生させて所望の制動力を得る。
【０００３】
そして、ブレーキペダルの操作量に対して、コントローラにより電動モータの出力を適宜調整することにより、入力に対する出力の比率、いわゆる倍力比を変化させることができ、倍力制御、ブレーキアシスト制御、回生協調制御等の種々のブレーキ制御を実行することができる。このとき、回生協調制御等によって電動モータの出力が変動した場合でも、ブレーキペダルの操作量に対して、ストロークシミュレータによって一定の反力を付与しているので運転者に違和感を与えることがない。
【０００４】
また、万一、電気系統等の失陥により、電動モータが作動不能になった場合には、ブレーキペダルに連結された入力ロッドによって押圧部材を直接押圧することで、マスタシリンダのピストンを前進させることができ、制動機能を維持できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３０５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載された電動倍力装置では、次のような問題がある。万一、電動モータが作動不能になり、ブレーキペダルに連結された入力ロッドによって押圧部材を直接押圧せざるを得ない場合、電動モータの正常時よりも入力ロッドのストロークを大きくすると共に、大きな操作力を必要とすることになる。この場合にも入力ロッドのストロークに対してストロークシミュレータによる反力がブレーキペダルに作用するため、その分、ブレーキペダルを操作するための必要踏力が大きくなり、運転者への負担が大きくなる。
【０００７】
本発明は、電気系統の失陥等により、電動モータが作動不能になった場合における操作力を軽減し得る電動倍力装置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】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明に係る電動倍力装置は、ハウジングと、該ハウジングに設けられてブレーキペダルに連結される入力部材と、前記ブレーキペダルの操作に応じて作動する電動モータと、該電動モータの作動により、マスタシリンダのピストンを推進する伝達機構と、前記ハウジングに対する前記入力部材の移動に対して反力を発生する反力発生機構とを備え、
前記伝達機構は、前記入力部材に対して相対移動可能に設けられて前記電動モータの作動により直線運動する直動部材と、前記直動部材と前記ピストンとの間に介装された押圧部材とを備え、
前記反力発生機構は、前記入力部材と前記出力部材との相対位置に応じて、前記入力部材又は前記出力部材のいずれかに選択的に連結するための連結切換機構を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る電動倍力装置によれば、電気系統の失陥等により、電動モータが作動不能になった場合における操作力を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動倍力装置が組込まれた自動車のブレーキシステムの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る電動倍力装置のマスタシリンダに連結された状態を示す縦断面図である。
【図３】図２に示す電動倍力装置のプランジャ、可動バネ受、直動部材及び押圧部材が組立てられた状態を一部破断して示す斜視図である。
【図４】図２に示す電動倍力装置の可動バネ受の斜視図である。
【図５】図２に示す電動倍力装置のストロークシミュレータの連結切換機構の各作動状態を示す説明図である。
【図６】図２に示す電動倍力装置の倍力制御状態を示す縦断面図である。
【図７】図２に示す電動倍力装置の回生協調制御状態を示す縦断面図である。
【図８】図２に示す電動倍力装置において、倍力制御中において、電動モータの駆動力が消失した状態を示す縦断面図である。
【図９】図２に示す電動倍力装置において、倍力制御中において、電動モータの駆動力が消失し、連結切換機構によってプランジャが直動部材に連結された状態を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る電動倍力装置を示す縦断面図である。
【図１１】図１０に示す電動倍力装置のプランジャ、可動バネ受、直動部材及び押圧部材が組立てられた状態を一部破断して示す斜視図である。
【図１２】図１０に示す電動倍力装置のストロークシミュレータの連結切換機構の各作動状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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９を参照して説明する。
本実施形態に係る電動倍力装置が組込まれた車両３を図１に示す。図１は、車両３が搭載しているブレーキシステム１および走行用駆動システム７０の概要を示すシステム図である。本発明に係る電動倍力装置は、乗用車を含め、トラックあるいはバスなど、様々な種類の車両に適用することができる。以下、これらの代表例として、前輪駆動の乗用車に本発明を適用した例を用いて、本実施形態について説明する。また、本発明は、エンジンのみが発生するトルクに基づき走行する車両（以下エンジン車という）、エンジンと電動機の両方が発生するトルクに基づき走行するハイブリッド車、あるいは、電動機のみが発生するトルクに基づき走行する純粋な電気自動車（以下ＥＶという）等、走行システムの種類に制限されることなく、様々な走行方式の車両に適用することができる。これらの車両を代表例して、以下、ＥＶに適用した例を用いて本発明に係る実施形態を説明する。なお、本発明をエンジン車、ハイブリッド車、あるいはＥＶ等、本発明の適用車両の種類が変わっても、以下に説明の基本部分は、略そのまま適用可能である。
【００１２】
〔走行用駆動システム７０〕
車両３に搭載された走行用駆動システム７０は、例えば数百ボルトの高電圧直流電力を蓄電する蓄電システム７２と、交流電力を受けて車両３を走行するためのトルクを発生するモータの機能と車両の走行エネルギーに基づき交流電力を発生するゼネレータの機能を有する回転電気機械（以下モータゼネレータという）８２と、蓄電システム７２からの高電圧直流電力を受けてモータゼネレータ８２に供給する交流電力を発生し、またモータゼネレータ８２が発生した交流電力を直流電力に変換する電力変換装置７４と、外部から商用電力を受電するための受電用コネクタ８４と、受電した電力に基づいて蓄電システム７２を充電する充電装置８６と、を備えている。
【００１３】
〔走行用駆動システム７０の充電動作〕
受電用コネクタ８４は、蓄電システム７２に蓄電するための電力を車外の商用電源から受電するための電力用コネクタである。操作者によって受電用コネクタ８４が車外の商用電源に接続されると、交流電力が受電用コネクタ８４を介して充電装置８６に供給される。充電装置８６は、交流電力を直流電力に変換すると共に、蓄電システム７２へ供給する電流が予め定められた範囲内となるように供給する電流値を制御する。また、蓄電システム７２の充電状態（以下、ＳＯＣという）を表す情報が蓄電システム７２から充電装置８６へ以下で述べる情報伝送線２３を介して伝送され、充電装置８６は蓄電システム７２のＳＯＣが規定値、例えば満充電に対し８０パーセントのＳＯＣに達するまで蓄電システム７２の充電動作を続け、蓄電システム７２のＳＯＣが規定値に達すると蓄電システム７２への充電動作を停止する。また、充電装置８６の上記充電動作中には、必要に応じ、搭載されている様々なシステムを動作させるための制御装置の電源用電力を電力供給線２１に供給する。この制御電力を受け、仮に低電圧電源４０の電力供給が十分でない状態であっても、蓄電システム７２の制御装置は正常に動作することができる。上記蓄電システム７２は、例えばリチウムイオン二次電池を備えており、リチウムイオン二次電池の端子電圧から上記ＳＯＣを求めることができる。
【００１４】
〔走行用駆動システム７０の走行動作〕
次に車両３の走行状態における走行用駆動システム７０の動作を説明する。車両３の走行状態では、モータゼネレータ８２は、モータとして走行用のトルクを発生する力行運転状態とゼネレータとして運転し交流電力を発生する回生運転状態とがある。モータゼネレータ８２は、永久磁石を備えた回転子を有する永久磁石モータであってもよいし、誘導電動機であってもよい。永久磁石モータの方が誘導電動機よりも小型で大きなトルクを発生することができる。
【００１５】
力行運転状態では、図示しないアクセルペダル等の操作部の操作量に基づき、モータゼネレータ８２が発生する目標トルクが図示しない制御装置で演算される。電力変換装置７４の制御装置７６は、情報伝送線２３を介して上記目標トルクを受信し、受信した目標トルクに基づき電力変換装置７４のインバータ回路７８の電力変換動作を制御する。インバータ回路７８は、蓄電システム７２から高電圧の直流電力を受け、上記制御装置７６の制御に基づいて交流電力を発生し、モータゼネレータ８２に供給する。モータゼネレータ８２は、インバータ回路７８が発生した交流電力を受け、前記目標トルクを発生する。一方、回生運転（回生制動）時には、モータゼネレータ８２は、車両３の運動エネルギーを電力に変換する、すなわち、ブレーキ操作による減速中に発電機として動作して蓄電システム７２に電力を回生する。
【００１６】
モータゼネレータ８２の力行運転あるいは回生運転の切替は、モータゼネレータ８２の回転子の回転速度と交流電力による回転磁界との速度関係や位相関係を制御することにより行われる。例えば、インバータ回路７８が、モータゼネレータ８２の回転子の回転速度より早い回転磁界を発生する交流電力を発生すると、即ち回転子の磁極位置より進み位相の交流電力を発生すると、モータゼネレータ８２は、モータとして作用する。逆にインバータ回路７８が、モータゼネレータ８２の回転子の回転速度より遅い回転磁界を発生する交流電力を発生すると、即ち回転子の磁極位置より遅れ位相の交流電力を発生すると、モータゼネレータ８２は、ゼネレータとして作用する。インバータ回路７８の動作は、制御装置７６により制御される。インバータ回路７８は、上アームを構成する半導体スイッチと下アームを構成する半導体スイッチとを直列に接続した直列回路を３相分並列接続することで、ブリッジ回路を構成し、上記直列回路の両端を蓄電システム７２と接続し、各相の上下アームの接続点をモータゼネレータ８２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各端子にそれぞれ接続するように構成されている。上下アームの導通状態を制御装置７６により制御することで、上述のインバータ回路７８の制御がなされる。代表的な制御方式としてＰＷＭ制御方式がある。
【００１７】
〔低電圧電源装置４０〕
車両３は、低電圧、例えば１４ボルトあるいは２８ボルトを基準電圧とする低電圧の直流電力を蓄電する低電圧電源装置４０と、蓄電している低電圧直流電力を供給するための電力供給線２１を備えている。走行用駆動システム７０および後述するブレーキシステム１には、電力供給線２１を介して低電圧電源装置４０から直流電力が供給され、制御回路の動作電源や低電圧のモータなどの電源として使用される。
【００１８】
低電圧電源装置４０はＤＣ−ＤＣ変換装置とバッテリとを備えており、上述の高電圧蓄電システム７２に蓄電されている高電圧直流電力を受け、前記ＤＣ−ＤＣ変換装置により低電圧の直流電圧に変換し、前記バッテリに蓄電する。上記高電圧蓄電システム７２は、例えばリチウムイオン２次電池を有して上記高電圧直流電力を蓄電する。また、上記低電圧電源装置４０は、前記バッテリとして鉛バッテリを有し、鉛バッテリに上記低電圧直流電力を蓄電すると共に前記電力供給線２１を介して蓄えている低電圧の直流電力を供給する。
【００１９】
〔車載情報ネットワーク〕
車両３には情報を伝送するための情報伝送線２３が設けられている。この情報伝送線２３を介して、ブレーキシステム１、走行用駆動システム７０及び低電圧電源装置４０が、それぞれの動作に使用する情報の授受を行っている。この情報伝送線２３は、車両３に搭載された図１に記載されていない様々な装置やシステムとも繋がっており、車両３内の情報ネットワークを形成している。情報の伝送方式としては例えばＣＡＮ方式が使用される。
【００２０】
〔ブレーキシステムの構成〕
車両３のブレーキシステムは電動アクチュエータ１００と液圧制御ユニット３００と各車輪に対して制動力を発生するホイルシリンダ５０を有している。ホイルシリンダ５０は、４つの車輪にそれぞれ設けられ、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。電動アクチュエータ１００は、車両３の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５に取り付けられている。電動アクチュエータ１００は、電動倍力装置１０１と、マスタシリンダ１７１と、制御装置１６１とを備えている。電動倍力装置１０１の入力ロッド１０３は、車室内に延出してブレーキペダル７に機械的に連結されており、運転者によるブレーキペダル７の操作に基づき、変位する。運転者によるブレーキ操作量は、ブレーキペダル７の変位として入力ロッド１０３に伝達され、入力ロッド１０３の軸方向の変位として電動倍力装置１０１に伝達される。また、ブレーキペダル７の変位は、ストロークセンサ１１により検出され、電気信号に変換され、情報伝送線２３を介して制御装置１６１（以下、ＥＣＵ１６１という）に伝達される。なお、運転者によるブレーキ操作量は、ブレーキペダル７への踏力を検出する踏力センサにより検出するようにしても良い。
【００２１】
ＥＣＵ１６１はブレーキペダル７の操作量である変位（あるいは踏力）に基づいて、後述する動作により、電動倍力装置１０１を制御してマスタシリンダ１７１のピストンを制御し、マスタシリンダ１７１は、制動力発生するための液圧を発生する。電動アクチュエータ１００が発生したブレーキ液圧は、２系統のアクチュエーション管路１３、１５を介して液圧制御ユニット３００に伝えられる。液圧制御ユニット３００は、２系統のアクチュエーション管路１３、１５を介して供給されたブレーキ液圧に基づき、各車輪に制動力を発生させるための各車輪のホイルシリンダ５０に供給するブレーキ液圧を発生して、４系統のファンデーション管路３１、３３、３５、３７を介して各車輪のホイルシリンダ５０に送り、それぞれの車輪で制動力を発生させる。
【００２２】
また、液圧制御ユニット３００は、電動アクチュエータ１００の液圧に基づくことなく、各ホイルシリンダ５０の液圧を制御することができる。これにより、車両３の走行状態、運転状態等に応じて液圧制御ユニット３００の作動を制御することにより、アンチロックブレーキ制御（ＡＢＳ）、トラクション制御、あるいは、アンダーステア及びオーバステアを抑制する車両安定化制御等のブレーキ制御の実行が可能となっている。
【００２３】
液圧制御ユニット３００には、内部の電動モータ、電磁弁等の作動を制御するための制御装置３６１（以下、ＥＣＵ３６１という）が設けられている。電動倍力装置１０１及び液圧制御ユニット３００のＥＣＵ１６１、３６１は、電源装置４０から電力供給２１の電力線を介して直流電力を受け、この直流電力を交流電力に変換し、交流電力を電動モータに供給するようになっている。そして、供給する交流電力を制御することにより、電動モータの回転方向や回転トルクを制御することができるようになっている。図１では、電動アクチュエータ１００と液圧制御ユニット３００とは、電動倍力装置１０１とＥＣＵ１６１とが、また、液圧制御ユニット３００のハウジング３００ＨとＥＣＵ３６１とがそれぞれ分離して図示されているが、これらのＥＣＵ１６１、３６１は、電動倍力装置１０１、ハウジング３００Ｈに対して一体構造としても、別体構造としてもよい。なお、電源装置４０は例えば１４ボルト系のバッテリでもよいし、更に異なる電圧系の電池であってもよい。
【００２４】
そして、回生制動時には、モータゼネレータ８２の回生運転によって運動エネルギーが電力に変換された分だけ車両３に制動力が発生するので、ＥＣＵ１６１、３６１は、ブレーキ液圧による制動力が、回生が無い場合に比して回生によって発生した制動力に相当する分だけ小さくなるように電動アクチュエータ１００若しくは液圧制御ユニット３００を制御する回生協調制御を実行する。回生協調制御を行うために、制御装置７６は、回生量あるいは、回生量に相当する制動力、トルク、ブレーキ液圧などの情報を、車両通信系統２３を介して、回生制動要求としてＥＣＵ１６１、３６１へ伝達するようになっている。
【００２５】
ＥＣＵ１６１、３６１は、車両３内に張り巡らされている車両通信系統２３に接続され、時分割多重通信方式の電気信号を用いて情報を送受信するようになっている。ここで、電気信号の形式はシリアル通信でもよいし、ＣＡＮやＦｌｅｘＲａｙ、ＬＡＮ等の多重通信でもよい。なお、電力供給線２１および車両通信系統２３は万一の失陥時に備えて多重化して構成されていてもよい。例えば、電力供給線２１の電力線が、独立した二系統から成り立っており、おのおのが電力供給源となる蓄電手段あるいは発電手段を備えている構成となっていてもよい。また、例えば車両通信系統２３が独立した２系統から成り立っていてもよい。上記車両通信系統２３には、ストロークセンサ１１も接続されている。
【００２６】
〔電動倍力装置１０１の構成〕
図２に示すように、電動アクチュエータ１００は、電動倍力装置１０１にマスタシリンダ１７１が結合されて構成される。マスタシリンダ１７１は、圧力室を２室持つ、所謂、タンデム型マスタシリンダであり、そのシリンダボディ１７３には、プライマリ及びセカンダリの２つの液圧ポート１７５、１７７を有している。これら液圧ポート１７５、１７７には、それぞれ２系統の液圧回路を有する液圧制御ユニット３００が接続されている。
【００２７】
タンデム型のマスタシリンダ１７１は、シリンダボディ１７３のシリンダボア内に直列に配置された一対のプライマリピストン１７８及びセカンダリピストン１７９が摺動可能に挿入されている。プライマリ及びセカンダリピストン１７８、１７９（以下、ピストン１７８、１７９という）の前進により、２つの液圧ポート１７５、１７７から等しいブレーキ液圧を供給し、ピストン１７８、１７９の後退時には、ホイルシリンダ５０の摩擦ライニングの摩耗やブレーキ液の戻り遅れ等に応じてリザーバ１８１からリザーバポート１８２、１８３を介して適宜ブレーキ液を補充する。そして、万一、２系統の液圧回路のうち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。
【００２８】
電動倍力装置１０１は、前部の小径のフロントハウジング１１０Ａ、後部の大径のリアハウジング１１０Ｂ及びこれら間の中間ハウジング１１０Ｃからなるハウジング１１０を有しており、フロントハウジング１１０Ａの前端部に、マスタシリンダ１７１が取り付けられている。ハウジング１１０は、マスタシリンダ１７１が取付けられた前部側をエンジンルーム内へ、その反対側のリアハウジング１１０Ｂの入力ロッド１０３が突出された円筒部１１１を車室内へ配置してダッシュパネル５に固定されている。
【００２９】
電動倍力装置１０１は、マスタシリンダ１７１のピストン１７８、１７９を駆動するための電動モータ１０５と、電動モータ１０５によってベルト伝動機構１１３を介して駆動されるアシスト機構としての回転−直動変換機構であるボール−ネジ機構１２０と、ボール−ネジ機構１２０によって推進されてピストン１７８、１７９を押圧する押圧部材１４０と、入力ロッド１０３及び後述のプランジャ１０４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１５０とを備えている。ボール−ネジ機構１２０、押圧部材１４０及びストロークシミュレータ１５０は、同軸上に配置されて略円筒状のハウジング１１０に収容されている。このハウジング１１０のフロントハウジング１１０Ａの前端部には、マスタシリンダ１７１が結合され、リアハウジング１１０Ｂの円筒部１１１からは、入力ロッド１０３が突出している。電動モータ１０５は、マスタシリンダ１７１及びハウジング１１０の側部に配置されてハウジング１１０に結合されている。
【００３０】
押圧部材１４０は、プライマリピストン１７８の後方にプライマリピストン１７８と同軸上に配置され、プライマリピストン１７８の円筒状の後端部内に挿入されてプライマリピストン１７８を押圧する棒状のロッド部１４１と、他端側の当接部１４３と、これらの間に配置された大径の案内部１４５とが一体に形成されている。
【００３１】
ボール−ネジ機構１２０は、円筒状の直動部材１２１と、直動部材１２１が挿入される円筒状の回転部材１３１と、これらの間に形成された螺旋状のネジ溝１２３、１３３に装填された複数の鋼球からなるボール１３５とを備えている。直動部材１２１は、全体が筒状に形成されて外周に螺旋状のネジ溝１２３を有し、ハウジング１１０内で軸方向に沿って移動可能に支持され、軸回りに回転しないように回り止めされている。回転部材１３１は、ハウジング１０５内でベアリング１３７、１３８によって軸回りに回転可能、かつ、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１３１を回転させることにより、ネジ溝１２３、１３３内をボール１３５が転動して直動部材１２１が軸方向に移動する。
【００３２】
直動部材１２１の前部に形成された案内ボア１２６内には、押圧部材１４０の案内部１４５が軸方向に沿って摺動可能、すなわち直動部材１２１に対して後退端を有して相対移動可能に挿入されている。案内ボア１２６の後端部には、ボア径が縮径された段部１２７が形成されている。段部１２７には、押圧部材１４０の後部の当接部１４３が挿通され、案内部１４５の後端部が当接している。これにより、直動部材１２１がマスタシリンダ１７１側へ前進したときに、段部１２７が案内部１４５を押圧し、押圧部材１４０が直動部材１２１と共に前進してロッド部１４１がマスタシリンダ１７１のプライマリピストン１７８を押圧する。また、押圧部材１４０は、案内部１４５が段部１２７から離間することにより、直動部材１２１の移動を伴わずに単独で前進することができる。フロントハウジング１１０Ａの前端部と直動部材１２１との間には、圧縮コイルバネである戻しバネ１３９が設けられている。圧縮コイルばね１３９と直動部材１２１との間には、環状のバネ受１３９Ａが介装されている。戻しバネ１３９は、直動部材１２１をハウジング１１０の後部側に付勢し、バネ受１３９Ａが中間ハウジング１１０Ｃに当接することにより、直動部材１２１の後退位置を規定している。なお、上記押圧部材１４０には、戻しバネ１３９の付勢力が付与されないようになっている。
【００３３】
回転部材１３１の外周部には、プーリ１３４が取付けられ、このプーリ１３４及び電動モータ１０５の出力軸に取付けられたプーリ（図示せず）にベルト１３６が巻装されている。これらによってベルト伝動機構１１３が構成され、電動モータ１０５によって回転部材１３１が回転駆動される。なお、ベルト伝動機構１１３に、歯車減速機構等の減速機構を組み合わせてもよい。ベルト伝動機構１１３の代りに、歯車伝動機構、チェーン伝動機構等の他の公知の伝動機構を用いることができる。また、伝達機構を介さずに電動モータ１０５によって回転部材１３１を直接駆動するようにしてもよい。
【００３４】
電動モータ１０５は、例えば公知のＤＣモータ（ブラシ付き）、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。
【００３５】
次に、図３乃至図５も参照してストロークシミュレータ１５０について説明する。図２乃至図５を参照して、ストロークシミュレータ１５０は、リアハウジング１１０Ｂの円筒部１１１内に設けられた可動バネ受１５１、反力バネ１５２、及び鋼球からなる係合ボール（係合部材、転動体）１５４を備えている。また、ストロークシミュレータ１５０の内部には、入力ロッド１０３と連結されて、該入力ロッド１０３とともに入力部材を構成するプランジャ１０４が設けられている。なお、本発明の転動体としては、球体でなくとも、例えば、円柱形状のコロでもよい。
【００３６】
可動バネ受１５１は、小径部１５５及び大径部１５６を有する段付の円筒状で、大径部１５６が円筒部１１１内に嵌合して軸方向に沿って摺動可能に案内されている。円筒部１１１の前端部の内周部には、段部１５７が形成され、段部１５７と可動バネ受１５１と間に圧縮コイルばねである反力バネ１５２が設けられている。そして、反力バネ１５２のバネ力によって可動バネ受１５１が後方に付勢されている。本実施形態では、反力バネ１５２として、コイルドウェーブスプリングを用いている。可動バネ受１５１は、円筒部１１１内の後端部の内周溝に嵌合された止輪１５８に当接することによって後退位置が規定されている。可動バネ受１５１の小径部１５５は、円筒部１１１内に挿入された直動部材１４５の後部の案内ボア１２８内に摺動可能に挿入されている。
【００３７】
プランジャ１０４は、可動バネ受１５１の小径部１５５内に軸方向に沿って摺動可能に嵌合されている。プランジャ１０４の前部には、押圧部材１４０の当接部１４３の後端部に対向する小径部１５９が一体に形成され、小径部１５９の基部には、テーパ部１６０が形成されている。プランジャ１０４の後端部には、凹部１０４Ａが形成され、凹部１０４Ａに入力ロッド１０３の先端部が連結されている。直動部材１２１内には、後部の案内ボア１２８と段部１２７との間に大径の係合ボア１６２が形成され、係合ボア１６２と後部の案内ボア１２８との間にはテーパ部１６３が形成されている。可動バネ受１５１の小径部１５５の側壁の前部には、円周方向に沿って等間隔で配置されたボール穴１６４が設けられ、各ボール穴１６４内には、それぞれ係合ボール１５４が装填され、該係合ボール１５４が可動バネ受１５１の小径部１５５の径方向、ひいてはプランジャ（入力部材）１０４の径方向に移動可能に案内されている。
【００３８】
プランジャ１０４の小径部１５９の外径（半径）と直動部材１２１の後部の案内ボア１２８の内径（半径）との差は、係合ボール１５４の直径と略等しくなっている。また、プランジャ１０４の可動バネ受１５１の小径部１５５内に嵌合する嵌合部１０４Ｂの外径（半径）と直動部材１２１の係合ボア１６２の内径（半径）との差も係合ボール１５４の直径に略等しくなっている。
【００３９】
そして、プランジャ１０４の小径部１５９、テーパ部１６０、係合ボール１５４、バネ受部材１５１のボール穴１６４、直動部材１２１の係合ボア１６２及びテーパ部１６３により、連結切換機構１９０が構成されている。連結切換機構１９０は、次のように作動する。図５（Ａ）に示すように、ボール穴１６４に装填された係合ボール１５４が、プランジャ１０４の小径部１５９と直動部材１２１の案内ボア１２８との間にある状態では、案内ボア１２８によって係合ボール１５４の径方向外側への移動が阻止される。このため、プランジャ１０４の前進に対して、係合ボール１５４、ボール穴１６４及びテーパ部１６０が係合することにより、プランジャ１０４と可動バネ受１５１とが連結して、可動バネ受１５１がプランジャ１０４と共に前進する。このとき、プランジャ１０４と共に移動する可動バネ受１５１は、直動部材１２１に対して軸方向に自由に移動することができる。
【００４０】
また、図５（Ｅ）に示すように、プランジャ１０４の前進により、ボール穴１６４に装填された係合ボール１５４がプランジャ１０４の嵌合部１０４Ｂと係合ボア１６２との間にある状態では、プランジャ１０４の前進に対して、テーパ部１６０によって押圧された係合ボール１５４が径方向外側に移動してテーパ部１６０から離脱している。このため、プランジャ１０４は、可動バネ受１５１から離脱して、単独で前進する。このとき、プランジャ１０４の嵌合部１０４Ｂによってボール穴１６４内の係合ボール１５４の径方向内側への移動が阻止される。このため、直動部材１２１の前進に対して、係合ボール１５４、ボール穴１６４及びテーパ部１６４が係合することにより、可動バネ受１５１は、直動部材１２１に連結されて、直動部材１２１と共に前進する。
【００４１】
そして、初期状態では、図２及び図５（Ａ）に示すように、直動部材１２１及び可動バネ受１５１が戻しバネ１３９及び反力バネ１５２のバネ力により後退位置にある。この状態では、ボール穴１６４内の係合ボール１５４は、直動部材１２１の案内ボア１２８とプランジャ１０４の小径部１５９との間でテーパ部１６０に当接している。このとき、プランジャ１０４の小径部１５９の先端部と押圧部材１４０の当接部１４３の後端部との間には所定の隙間ｃが形成されている。そして、図５（Ｃ）に示すように、直動部材１２１に対して、プランジャ１０４が前進して、小径部１５９の先端部が押圧部材１４０の当接部１４３の後端部に当接したとき、係合ボール１５４がプランジャ１０４の小径部１５９と直動部材１２１の係合ボア１６２との間に移動するようになっている。
【００４２】
〔電動倍力装置１０１の作動〕
以上のように構成した電動倍力装置１０１は、上述したＥＣＵ１６１によって電動モータ１０５が制御されて車両３を制動することになる。ＥＣＵ１６１が行う制御と共に電動倍力装置１０１の作動について次に説明する。
【００４３】
（通常制動時）
通常の制動時には、運転者により、ブレーキペダル７が操作されると、その操作量がストロークセンサ１１によって検出される。検出された信号は、車両通信系統２３を介してＥＣＵ１６１で受信され、ブレーキペダル７の操作量に応じて、出力センサ（電動モータ１０５の回転位置、電動モータ１０５の電流値、若しくは、アクチュエーション管路１３、１５中に設けられる液圧センサの液圧値等）の検出を監視しながら、電動モータ１０５の作動を制御する。
【００４４】
電動倍力装置１０１においては、電動モータ１０５によってベルト伝動機構１１３を介してボール−ネジ機構１２０が駆動され、戻しバネ１３９のバネ力に抗して直動部材１２１が前進する。この直動部材１２１の前進によって押圧部材１４０がプライマリピストン１７８を押圧し、マスタシリンダ１７１に液圧を発生させる。この液圧が液圧制御ユニット３００を介して各車輪のホイルシリンダ５０に供給されて車両３に制動力を発生させる。これにより、図５（Ａ）及び図６に示すように、ブレーキペダル７の操作によるプランジャの前進に対して、直動部材１２１及び押圧部材１４０が前進するので、押圧部材１４０の当接部１４３の後端部とプランジャ１０４の小径部１５９の先端部との間の隙間ｃが維持される。なお、上記隙間ｃは、必ずしも一定量が維持されるわけではなく、入力に対する出力の比率を可変として電動モータ１０５を制御する場合には、ブレーキペダル７の非操作時の隙間ｃよりも大きくなったり、あるいは、小さくなったりしえるものとなっている。
【００４５】
このとき、ストロークシミュレータ１５０においては、ボール穴１６４に装填された係合ボール１５４が、プランジャ１０４の小径部１５９と直動部材１２１の案内ボア１２８との間にあるので、連結切換機構１９０によって可動バネ受１５１とプランジャ１０４とが連結されて一体に移動する。これにより、プランジャ１０４の前進、すなわち、ブレーキペダル７の踏込みに対して、反力バネ１５２のバネ力により、踏込量に応じた一定の反力が付与される。このため、運転者は、その反力に応じてブレーキペダル７の操作量を調整することができ、所望の制動力を発生させることができる。
【００４６】
（回生制動時）
ＥＣＵ１６１が、ブレーキペダル７の操作量に対する電動モータ１０５の制御量を変化させることにより、車両３において減速時に車輪の回転によって発電機として駆動電動アクチュエータ７１を駆動する回生制動時に回生制動分だけマスタシリンダ１７１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、図５（Ｂ）及び図７に示すように、直動部材１２１の前進量が減少する分だけ隙間ｃが小さくなるが、押圧部材１４０の当接部１４３の後端部とプランジャ１０４の小径部１５９の先端部とが当接することなく、隙間ｃが維持される。したがって、連結切換機構１９０は、上述の通常制動時と同様、プランジャ１０４と可動バネ受１５１との連結状態を維持するので、反力バネ１５２によりブレーキペダル７の踏込量に応じた一定の反力が付与される。このとき、回生制動分だけマスタシリンダ１７１の液圧が変動するが、車両の減速度はブレーキペダル７の操作量に応じたものとなり、ブレーキペダル７の踏力に対する反力バネ１５７による反力は変動しないので、運転者に違和感を与えることがない。
【００４７】
（失陥時）
電動倍力装置１０１においては、万一、電動モータ１０５、ＥＣＵ１６１あるいはボール−ネジ機構１２０等の失陥により、電動モータ１０５による制御が不可能になった場合、運転者がブレーキペダル７を操作しても、電動モータ１０５が作動せず、ボール−ネジ機構１２０の直動部材１２１が前進しなくなる。この場合には、ブレーキペダル７が踏込まれると、図５（Ｃ）に示すように、直動部材１２１に対してプランジャ１０４が前進して、プランジャ１０４の小径部１５９の先端部が押圧部材１４０の当接部１４３に当接する。
【００４８】
このとき、ボール穴１６４に装填された係合ボール１５４がプランジャ１０４の大径部と係合ボア１６２との間に移動する。そして、ブレーキペダル７が更に踏込まれると、図５（Ｄ）及び（Ｅ）に示すように、プランジャ１０４の前進に対して、テーパ部１６０によって押圧された係合ボール１５４が径方向外側に移動してテーパ部１６０から離脱する。このため、プランジャ１０４は、可動バネ受１５１との連結が解除されて単独で前進する。そして、プランジャ１０４によって押圧された押圧部材１４０が直動部材１２１の段部１２７から離間して前進し、押圧部材１４０のロッド部１４１がマスタシリンダ１７１のプライマリピストン１７８を押圧してブレーキ液圧を発生させる。
【００４９】
このようにして、ブレーキペダル７の操作、すなわち運転者の踏力によってプライマリピストン１７８を前進させることができ、マスタシリンダ１７１に液圧を発生させて制動機能を維持することができる。このとき、プランジャ１０４が可動バネ受１５１から離脱することにより、ブレーキペダル７の踏込みに対して反力バネ１５７の反力が付与されなくなるので、電動モータ１０５、ＥＣＵ１６１あるいはボール−ネジ機構１２０等の失陥時において、ブレーキペダル７の操作力を軽減することができる。また、上記押圧部材１４０には、戻しバネ１３９の付勢力が付与されないようになっているので、この点においても、ブレーキペダル７の操作力を軽減することができる。
【００５０】
この場合、図５（Ｅ）に示すように、ボール穴１６４内の係合ボール１５４がプランジャの１０４の嵌合部１０４Ｂと直動部材１２１の係合ボア１６２との間にある状態では、可動バネ受１５１は、係合ボール１５４が直動部材１２１のテーパ部１６３に当接することにより、直動部材１２１に対して後退方向の移動が阻止される。このため、可動バネ受１５１は、直動部材１２１の前進により、直動部材１２１と共に前進することになる。
【００５１】
また、上述の通常制動時（図６参照）において、失陥により電動モータ１０５による制御が不可能になった場合、電動モータ１０５による駆動力の喪失により、図８に示すように、戻しバネ１３９のバネ力により、直動部材１２１及び押圧部材１４０が後退して、マスタシリンダ１７１のブレーキ液圧が低下する。これに対して、運転者が制動力を維持しようとしてブレーキペダル７を更に踏込むと、図９に示すように、プランジャ１０４が前進して押圧部材１４０の当接部１４３に当接する。その後は、プランジャ１０４によって押圧部材１４０を直接押圧することにより、マスタシリンダ１７１でブレーキ液圧を発生させることになり、制動機能を維持することができる。このとき、連結切換機構１９０では、上述のようにボール穴１６４内の係合ボール１５４が移動してプランジャ１０４が可動バネ受１５１から離脱することにより、プランジャ１０４が、反力バネ１５２による反力を受けることなく前進することができるので、ブレーキペダル７の操作力を軽減することができる。
【００５２】
そして、プランジャ１０４によって押圧部材１４０を直接押圧している状態で電動モータ１０５による制御が失陥から回復した場合、電動モータ１０５の駆動により直動部材１２１が前進し、ストロークセンサ１１が検出するブレーキペダル７のストロークに応じた通常の倍力制御による位置まで移動する。このとき、可動バネ受１５１は、連結切換機構１９０により直動部材１２１と共に前進する。その後、直動部材１２１がプランジャ１０４に対して、通常の制御位置まで移動すると、係合ボール１５４が移動して、可動バネ受１５１は、直動部材１２１との連結が解除され、プランジャ１０４に連結される。その結果、反力バネ１５２による反力がプランジャ１０４に作用する。このようにして、円滑に通常の制御状態に復帰することができる。
【００５３】
上記実施形態の電動倍力装置１０１によれば、電気系統の失陥等により、電動モータ１０５が作動不能になった場合に、連結切換機構１９０により、プランジャ１０４と直動部材１２１との相対位置に応じて、プランジャ１０４又は直動部材１２１のいずれかに選択的に連結する。このため入力ロッド１０３を介してブレーキペダル７に連結されたプランジャ１０４が、反力バネ１５２による反力を受けることなく前進することができるので、ブレーキペダル７の操作力を軽減することができる。
【００５４】
次に、本発明の第２実施形態について、図１０乃至図１２を参照して説明する。
なお、本実施形態に係る電動倍力装置は、上記第１実施形態に対して、ストロークシミュレータの連結切換機構が異なる以下は同様の構造であるから、以下の説明においては、上記第１実施形態に対して、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。
【００５５】
図１０及び図１１に示すように、本実施形態に係る電動倍力装置２１０では、ストロークシミュレータ１５０の連結切換機構１９２は、直動部材１２１の内周部に軸方向に沿って形成された案内溝１９３と、可動バネ受１５１の小径部１５５の外周部に突出された案内溝１９３よりも幅が狭い案内凸部１９４とが係合することにより、直動部材１２１と可動バネ受１５１とは、軸方向に沿って摺動可能、かつ、軸回りに一定の範囲で相対回転可能となっている。そして、案内凸部１９４に取付けられた略Ｖ字形の板バネ１９５によって、可動バネ受１５１は、後部側から見て右回りの回転方向に付勢されている。
【００５６】
直動部材１２１の内周部には、可動バネ受１５１の小径部１５５に挿入され、その内周面に沿って軸方向に延びる案内部１９６が固定されている。プランジャ１０４の外周部には、軸方向に沿って延びる案内部１９６よりも幅広の案内溝１９７が形成されている。直動部材１２１の案内部１９６とプランジャ１０４の案内溝１９７とが係合することにより、プランジャ１０４は、可動バネ受１５１の小径部１５５内で軸方向に移動可能、かつ、軸回りに直動部材１２１に対して一定の範囲で回転可能となっている。そして、案内部１９６の側面部に取付けられた略Ｖ字形の板バネ１９８によって、プランジャ１０４は、後部側から見て左回りの回転方向に付勢されている。
【００５７】
直動部材１２１に固定された案内部１９６の基部は、板バネ１９８とは反対側に拡幅されて拡幅部１９６Ａが形成され、拡幅部１９６Ａの端部にプランジャ１０４の先端部に対向する傾斜部１９９が形成されている。また、傾斜部１９９に隣接して側面部に長方形の切欠き部２００が形成されている。プランジャ１０４の案内溝１９７に隣接する先端部は、直動部材１２１の案内部１９６に形成された傾斜部１９９に対向して、一部が傾斜部１９９と同じ角度で切欠かかれて傾斜部２０１が形成されている。可動バネ受１５１の小径部１５５の先端の内周部には、プランジャ１０４の傾斜部２０１に隣接する先端部に対向して連結切換凸部２０２が突出されている。連結切換凸部２０２は、直動部材１２１に設けられた案内部１９６の切欠き部２００に挿入可能な長方形で、プランジャ１０４の傾斜部２０１に対向する角部に、直動部材１２１及びプランジャ１０４の傾斜部１９９、２０１と同じ角度の傾斜部２０３が形成されている。なお、直動部材１２１の案内部１９６及びプランジャ１０４の案内溝１９７は、図示の例では、周方向に沿って等間隔で３組ずつ設けられているが、３組以外でもよく、１組でもよい。
【００５８】
これにより、初期状態では、図１２（Ａ）に示すように、プランジャ１０４は、板バネ１９８のバネ力により付勢されて、その傾斜部２０１が直動部材１２１の案内部１９６の傾斜部１９９に対して一定距離をもって対向する位置にある。また、可動バネ受１５１は、板バネ１９５のバネ力により付勢されて、その連結切換凸部２０２が、プランジャ１０４の先端部に対向する位置にあり、プランジャ１０４の先端部が可動バネ受けの１５１の連結切換凸部２０２に当接している。この状態では、可動バネ受１５１の連結切換凸部２０２がプランジャ１０４に当接しているので、プランジャ１０４の前進に対して、可動バネ受１５１が共に前進して反力バネを圧縮し、そのバネ力が作用する。
【００５９】
プランジャ１０４が直動部材１２１に対して一定距離だけ前進すると、図１２（Ｂ）に示すように、プランジャ１０４の傾斜部２０１が直動部材１２１の案内部１９６の傾斜部１９９に当接する。更にプランジャ１０４が前進すると、図１２（Ｃ）に示すように、プランジャ１０４が傾斜部１９９、２０１に沿って板バネ１９８のバネ力に抗して、後方から見て右回りに回転する。そして、プランジャ１０４が案内部１９６の拡幅部１９６Ａに沿って更に前進すると、プランジャ１０４の傾斜部２０１と連結切換凸部２０２の傾斜部２０３とが当接し、これらの傾斜部２０１、２０３に沿って連結切換凸部２０２が後方から見て左回りの回転方向に押圧され、可動バネ受１５１が板バネ１９５のバネ力に抗して回転することにより、連結切換凸部２０２が直動部材１２１の案内部１９６の切欠き部２００に挿入される。
【００６０】
更にプランジャ１０４が前進すると、図１２（Ｄ）に示すように、連結切換凸部２０２が切欠き部２００に格納され、プランジャ１０４は、可動バネ受１５１から離脱して移動し、プランジャ１０４の前進に対して反力バネ１５２のバネ力が作用しなくなる。この状態では、連結切換凸部２０２が案内部１９６の切欠き部２００に係合しているので、可動バネ受１５１は、直動部材１２１に連結されており、直動部材１２１と共に移動することになる。
【００６１】
また、図１２（Ｄ）に示す状態からプランジャ１０４が直動部材１２１に対して一定位置まで後退すると、連結切換凸部が傾斜部２０１に沿って移動して可動バネ受１５１が板バネ１９５のバネ力によって回転し（図１２（Ｃ）参照）、また、プランジャ１０４の傾斜部２０１が案内部１９６の傾斜部１９９に沿って移動することにより、可動バネ受１５１が板バネ１９８のバネ力により回転する（図１２（Ｂ）参照）。これにより、連結切換凸部２０２は、直動部材１２１の案内部１９６の切欠き部２００との連結が解除され、プランジャ１０４の先端部に当接するので、反力バネ１５７のバネ力がプランジャ１０４に作用することになる。
【００６２】
このようにして、連結切換機構１９２により、可動バネ受１５１は、直動部材１２１とプランジャ１０４との相対位置に応じて、プランジャ１０４と連結してプランジャ１０４と共に移動し、また、直動部材１２１と連結して直動部材１２１と共に移動する。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。
なお、本発明の反力発生機構としてのストロークシミュレータは、ハウジングに対する前記入力部材の相対移動に対して反力を発生するものであれば、よく、コイルスプリング、ガスばね、ゴム等の弾性体であってもよい。
【符号の説明】
【００６３】
７…ブレーキペダル、１０１…電動倍力装置、１０３…入力ロッド（入力部材）、１０４…プランジャ（入力部材）、１０５…電動モータ、１１０…ハウジング、１２０…ボール−ネジ機構（アシスト機構）、１２１…直動部材、１４０…押圧部材、１５０…ストロークシミュレータ（反力発生機構）、１７１…マスタシリンダ、１７８…プライマリピストン（ピストン）、１９０…連結切換機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両のブレーキ装置に組込まれる倍力装置において、倍力源として電動モータを用いた電動倍力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動倍力装置として、例えば特許文献１に記載されたものが公知である。この電動倍力装置は、ブレーキペダルに連結された入力ロッドと、マスタシリンダのピストンを押圧する押圧部材と、回転−直動変換機構を介して押圧部材を駆動する電動モータと、入力ロッドに一定の反力を付与するストロークシミュレータと、入力ロッドの移動に応じて電動モータの作動を制御するコントローラとを備えている。これにより、ブレーキペダルの操作量に応じて、コントローラによって電動モータの作動を制御して押圧部材によってマスタシリンダのピストンを推進してブレーキ液圧を発生させて所望の制動力を得る。
【０００３】
そして、ブレーキペダルの操作量に対して、コントローラにより電動モータの出力を適宜調整することにより、入力に対する出力の比率、いわゆる倍力比を変化させることができ、倍力制御、ブレーキアシスト制御、回生協調制御等の種々のブレーキ制御を実行することができる。このとき、回生協調制御等によって電動モータの出力が変動した場合でも、ブレーキペダルの操作量に対して、ストロークシミュレータによって一定の反力を付与しているので運転者に違和感を与えることがない。
【０００４】
また、万一、電気系統等の失陥により、電動モータが作動不能になった場合には、ブレーキペダルに連結された入力ロッドによって押圧部材を直接押圧することで、マスタシリンダのピストンを前進させることができ、制動機能を維持できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３０５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載された電動倍力装置では、次のような問題がある。万一、電動モータが作動不能になり、ブレーキペダルに連結された入力ロッドによって押圧部材を直接押圧せざるを得ない場合、電動モータの正常時よりも入力ロッドのストロークを大きくすると共に、大きな操作力を必要とすることになる。この場合にも入力ロッドのストロークに対してストロークシミュレータによる反力がブレーキペダルに作用するため、その分、ブレーキペダルを操作するための必要踏力が大きくなり、運転者への負担が大きくなる。
【０００７】
本発明は、電気系統の失陥等により、電動モータが作動不能になった場合における操作力を軽減し得る電動倍力装置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】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明に係る電動倍力装置は、ハウジングと、該ハウジングに設けられてブレーキペダルに連結される入力部材と、前記ブレーキペダルの操作に応じて作動する電動モータと、該電動モータの作動により、マスタシリンダのピストンを推進する伝達機構と、前記ハウジングに対する前記入力部材の移動に対して反力を発生する反力発生機構とを備え、
前記伝達機構は、前記入力部材に対して相対移動可能に設けられて前記電動モータの作動により直線運動する直動部材と、前記直動部材と前記ピストンとの間に介装された押圧部材とを備え、
前記反力発生機構は、前記入力部材と前記出力部材との相対位置に応じて、前記入力部材又は前記出力部材のいずれかに選択的に連結するための連結切換機構を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る電動倍力装置によれば、電気系統の失陥等により、電動モータが作動不能になった場合における操作力を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動倍力装置が組込まれた自動車のブレーキシステムの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る電動倍力装置のマスタシリンダに連結された状態を示す縦断面図である。
【図３】図２に示す電動倍力装置のプランジャ、可動バネ受、直動部材及び押圧部材が組立てられた状態を一部破断して示す斜視図である。
【図４】図２に示す電動倍力装置の可動バネ受の斜視図である。
【図５】図２に示す電動倍力装置のストロークシミュレータの連結切換機構の各作動状態を示す説明図である。
【図６】図２に示す電動倍力装置の倍力制御状態を示す縦断面図である。
【図７】図２に示す電動倍力装置の回生協調制御状態を示す縦断面図である。
【図８】図２に示す電動倍力装置において、倍力制御中において、電動モータの駆動力が消失した状態を示す縦断面図である。
【図９】図２に示す電動倍力装置において、倍力制御中において、電動モータの駆動力が消失し、連結切換機構によってプランジャが直動部材に連結された状態を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る電動倍力装置を示す縦断面図である。
【図１１】図１０に示す電動倍力装置のプランジャ、可動バネ受、直動部材及び押圧部材が組立てられた状態を一部破断して示す斜視図である。
【図１２】図１０に示す電動倍力装置のストロークシミュレータの連結切換機構の各作動状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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９を参照して説明する。
本実施形態に係る電動倍力装置が組込まれた車両３を図１に示す。図１は、車両３が搭載しているブレーキシステム１および走行用駆動システム７０の概要を示すシステム図である。本発明に係る電動倍力装置は、乗用車を含め、トラックあるいはバスなど、様々な種類の車両に適用することができる。以下、これらの代表例として、前輪駆動の乗用車に本発明を適用した例を用いて、本実施形態について説明する。また、本発明は、エンジンのみが発生するトルクに基づき走行する車両（以下エンジン車という）、エンジンと電動機の両方が発生するトルクに基づき走行するハイブリッド車、あるいは、電動機のみが発生するトルクに基づき走行する純粋な電気自動車（以下ＥＶという）等、走行システムの種類に制限されることなく、様々な走行方式の車両に適用することができる。これらの車両を代表例して、以下、ＥＶに適用した例を用いて本発明に係る実施形態を説明する。なお、本発明をエンジン車、ハイブリッド車、あるいはＥＶ等、本発明の適用車両の種類が変わっても、以下に説明の基本部分は、略そのまま適用可能である。
【００１２】
〔走行用駆動システム７０〕
車両３に搭載された走行用駆動システム７０は、例えば数百ボルトの高電圧直流電力を蓄電する蓄電システム７２と、交流電力を受けて車両３を走行するためのトルクを発生するモータの機能と車両の走行エネルギーに基づき交流電力を発生するゼネレータの機能を有する回転電気機械（以下モータゼネレータという）８２と、蓄電システム７２からの高電圧直流電力を受けてモータゼネレータ８２に供給する交流電力を発生し、またモータゼネレータ８２が発生した交流電力を直流電力に変換する電力変換装置７４と、外部から商用電力を受電するための受電用コネクタ８４と、受電した電力に基づいて蓄電システム７２を充電する充電装置８６と、を備えている。
【００１３】
〔走行用駆動システム７０の充電動作〕
受電用コネクタ８４は、蓄電システム７２に蓄電するための電力を車外の商用電源から受電するための電力用コネクタである。操作者によって受電用コネクタ８４が車外の商用電源に接続されると、交流電力が受電用コネクタ８４を介して充電装置８６に供給される。充電装置８６は、交流電力を直流電力に変換すると共に、蓄電システム７２へ供給する電流が予め定められた範囲内となるように供給する電流値を制御する。また、蓄電システム７２の充電状態（以下、ＳＯＣという）を表す情報が蓄電システム７２から充電装置８６へ以下で述べる情報伝送線２３を介して伝送され、充電装置８６は蓄電システム７２のＳＯＣが規定値、例えば満充電に対し８０パーセントのＳＯＣに達するまで蓄電システム７２の充電動作を続け、蓄電システム７２のＳＯＣが規定値に達すると蓄電システム７２への充電動作を停止する。また、充電装置８６の上記充電動作中には、必要に応じ、搭載されている様々なシステムを動作させるための制御装置の電源用電力を電力供給線２１に供給する。この制御電力を受け、仮に低電圧電源４０の電力供給が十分でない状態であっても、蓄電システム７２の制御装置は正常に動作することができる。上記蓄電システム７２は、例えばリチウムイオン二次電池を備えており、リチウムイオン二次電池の端子電圧から上記ＳＯＣを求めることができる。
【００１４】
〔走行用駆動システム７０の走行動作〕
次に車両３の走行状態における走行用駆動システム７０の動作を説明する。車両３の走行状態では、モータゼネレータ８２は、モータとして走行用のトルクを発生する力行運転状態とゼネレータとして運転し交流電力を発生する回生運転状態とがある。モータゼネレータ８２は、永久磁石を備えた回転子を有する永久磁石モータであってもよいし、誘導電動機であってもよい。永久磁石モータの方が誘導電動機よりも小型で大きなトルクを発生することができる。
【００１５】
力行運転状態では、図示しないアクセルペダル等の操作部の操作量に基づき、モータゼネレータ８２が発生する目標トルクが図示しない制御装置で演算される。電力変換装置７４の制御装置７６は、情報伝送線２３を介して上記目標トルクを受信し、受信した目標トルクに基づき電力変換装置７４のインバータ回路７８の電力変換動作を制御する。インバータ回路７８は、蓄電システム７２から高電圧の直流電力を受け、上記制御装置７６の制御に基づいて交流電力を発生し、モータゼネレータ８２に供給する。モータゼネレータ８２は、インバータ回路７８が発生した交流電力を受け、前記目標トルクを発生する。一方、回生運転（回生制動）時には、モータゼネレータ８２は、車両３の運動エネルギーを電力に変換する、すなわち、ブレーキ操作による減速中に発電機として動作して蓄電システム７２に電力を回生する。
【００１６】
モータゼネレータ８２の力行運転あるいは回生運転の切替は、モータゼネレータ８２の回転子の回転速度と交流電力による回転磁界との速度関係や位相関係を制御することにより行われる。例えば、インバータ回路７８が、モータゼネレータ８２の回転子の回転速度より早い回転磁界を発生する交流電力を発生すると、即ち回転子の磁極位置より進み位相の交流電力を発生すると、モータゼネレータ８２は、モータとして作用する。逆にインバータ回路７８が、モータゼネレータ８２の回転子の回転速度より遅い回転磁界を発生する交流電力を発生すると、即ち回転子の磁極位置より遅れ位相の交流電力を発生すると、モータゼネレータ８２は、ゼネレータとして作用する。インバータ回路７８の動作は、制御装置７６により制御される。インバータ回路７８は、上アームを構成する半導体スイッチと下アームを構成する半導体スイッチとを直列に接続した直列回路を３相分並列接続することで、ブリッジ回路を構成し、上記直列回路の両端を蓄電システム７２と接続し、各相の上下アームの接続点をモータゼネレータ８２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各端子にそれぞれ接続するように構成されている。上下アームの導通状態を制御装置７６により制御することで、上述のインバータ回路７８の制御がなされる。代表的な制御方式としてＰＷＭ制御方式がある。
【００１７】
〔低電圧電源装置４０〕
車両３は、低電圧、例えば１４ボルトあるいは２８ボルトを基準電圧とする低電圧の直流電力を蓄電する低電圧電源装置４０と、蓄電している低電圧直流電力を供給するための電力供給線２１を備えている。走行用駆動システム７０および後述するブレーキシステム１には、電力供給線２１を介して低電圧電源装置４０から直流電力が供給され、制御回路の動作電源や低電圧のモータなどの電源として使用される。
【００１８】
低電圧電源装置４０はＤＣ−ＤＣ変換装置とバッテリとを備えており、上述の高電圧蓄電システム７２に蓄電されている高電圧直流電力を受け、前記ＤＣ−ＤＣ変換装置により低電圧の直流電圧に変換し、前記バッテリに蓄電する。上記高電圧蓄電システム７２は、例えばリチウムイオン２次電池を有して上記高電圧直流電力を蓄電する。また、上記低電圧電源装置４０は、前記バッテリとして鉛バッテリを有し、鉛バッテリに上記低電圧直流電力を蓄電すると共に前記電力供給線２１を介して蓄えている低電圧の直流電力を供給する。
【００１９】
〔車載情報ネットワーク〕
車両３には情報を伝送するための情報伝送線２３が設けられている。この情報伝送線２３を介して、ブレーキシステム１、走行用駆動システム７０及び低電圧電源装置４０が、それぞれの動作に使用する情報の授受を行っている。この情報伝送線２３は、車両３に搭載された図１に記載されていない様々な装置やシステムとも繋がっており、車両３内の情報ネットワークを形成している。情報の伝送方式としては例えばＣＡＮ方式が使用される。
【００２０】
〔ブレーキシステムの構成〕
車両３のブレーキシステムは電動アクチュエータ１００と液圧制御ユニット３００と各車輪に対して制動力を発生するホイルシリンダ５０を有している。ホイルシリンダ５０は、４つの車輪にそれぞれ設けられ、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。電動アクチュエータ１００は、車両３の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５に取り付けられている。電動アクチュエータ１００は、電動倍力装置１０１と、マスタシリンダ１７１と、制御装置１６１とを備えている。電動倍力装置１０１の入力ロッド１０３は、車室内に延出してブレーキペダル７に機械的に連結されており、運転者によるブレーキペダル７の操作に基づき、変位する。運転者によるブレーキ操作量は、ブレーキペダル７の変位として入力ロッド１０３に伝達され、入力ロッド１０３の軸方向の変位として電動倍力装置１０１に伝達される。また、ブレーキペダル７の変位は、ストロークセンサ１１により検出され、電気信号に変換され、情報伝送線２３を介して制御装置１６１（以下、ＥＣＵ１６１という）に伝達される。なお、運転者によるブレーキ操作量は、ブレーキペダル７への踏力を検出する踏力センサにより検出するようにしても良い。
【００２１】
ＥＣＵ１６１はブレーキペダル７の操作量である変位（あるいは踏力）に基づいて、後述する動作により、電動倍力装置１０１を制御してマスタシリンダ１７１のピストンを制御し、マスタシリンダ１７１は、制動力発生するための液圧を発生する。電動アクチュエータ１００が発生したブレーキ液圧は、２系統のアクチュエーション管路１３、１５を介して液圧制御ユニット３００に伝えられる。液圧制御ユニット３００は、２系統のアクチュエーション管路１３、１５を介して供給されたブレーキ液圧に基づき、各車輪に制動力を発生させるための各車輪のホイルシリンダ５０に供給するブレーキ液圧を発生して、４系統のファンデーション管路３１、３３、３５、３７を介して各車輪のホイルシリンダ５０に送り、それぞれの車輪で制動力を発生させる。
【００２２】
また、液圧制御ユニット３００は、電動アクチュエータ１００の液圧に基づくことなく、各ホイルシリンダ５０の液圧を制御することができる。これにより、車両３の走行状態、運転状態等に応じて液圧制御ユニット３００の作動を制御することにより、アンチロックブレーキ制御（ＡＢＳ）、トラクション制御、あるいは、アンダーステア及びオーバステアを抑制する車両安定化制御等のブレーキ制御の実行が可能となっている。
【００２３】
液圧制御ユニット３００には、内部の電動モータ、電磁弁等の作動を制御するための制御装置３６１（以下、ＥＣＵ３６１という）が設けられている。電動倍力装置１０１及び液圧制御ユニット３００のＥＣＵ１６１、３６１は、電源装置４０から電力供給２１の電力線を介して直流電力を受け、この直流電力を交流電力に変換し、交流電力を電動モータに供給するようになっている。そして、供給する交流電力を制御することにより、電動モータの回転方向や回転トルクを制御することができるようになっている。図１では、電動アクチュエータ１００と液圧制御ユニット３００とは、電動倍力装置１０１とＥＣＵ１６１とが、また、液圧制御ユニット３００のハウジング３００ＨとＥＣＵ３６１とがそれぞれ分離して図示されているが、これらのＥＣＵ１６１、３６１は、電動倍力装置１０１、ハウジング３００Ｈに対して一体構造としても、別体構造としてもよい。なお、電源装置４０は例えば１４ボルト系のバッテリでもよいし、更に異なる電圧系の電池であってもよい。
【００２４】
そして、回生制動時には、モータゼネレータ８２の回生運転によって運動エネルギーが電力に変換された分だけ車両３に制動力が発生するので、ＥＣＵ１６１、３６１は、ブレーキ液圧による制動力が、回生が無い場合に比して回生によって発生した制動力に相当する分だけ小さくなるように電動アクチュエータ１００若しくは液圧制御ユニット３００を制御する回生協調制御を実行する。回生協調制御を行うために、制御装置７６は、回生量あるいは、回生量に相当する制動力、トルク、ブレーキ液圧などの情報を、車両通信系統２３を介して、回生制動要求としてＥＣＵ１６１、３６１へ伝達するようになっている。
【００２５】
ＥＣＵ１６１、３６１は、車両３内に張り巡らされている車両通信系統２３に接続され、時分割多重通信方式の電気信号を用いて情報を送受信するようになっている。ここで、電気信号の形式はシリアル通信でもよいし、ＣＡＮやＦｌｅｘＲａｙ、ＬＡＮ等の多重通信でもよい。なお、電力供給線２１および車両通信系統２３は万一の失陥時に備えて多重化して構成されていてもよい。例えば、電力供給線２１の電力線が、独立した二系統から成り立っており、おのおのが電力供給源となる蓄電手段あるいは発電手段を備えている構成となっていてもよい。また、例えば車両通信系統２３が独立した２系統から成り立っていてもよい。上記車両通信系統２３には、ストロークセンサ１１も接続されている。
【００２６】
〔電動倍力装置１０１の構成〕
図２に示すように、電動アクチュエータ１００は、電動倍力装置１０１にマスタシリンダ１７１が結合されて構成される。マスタシリンダ１７１は、圧力室を２室持つ、所謂、タンデム型マスタシリンダであり、そのシリンダボディ１７３には、プライマリ及びセカンダリの２つの液圧ポート１７５、１７７を有している。これら液圧ポート１７５、１７７には、それぞれ２系統の液圧回路を有する液圧制御ユニット３００が接続されている。
【００２７】
タンデム型のマスタシリンダ１７１は、シリンダボディ１７３のシリンダボア内に直列に配置された一対のプライマリピストン１７８及びセカンダリピストン１７９が摺動可能に挿入されている。プライマリ及びセカンダリピストン１７８、１７９（以下、ピストン１７８、１７９という）の前進により、２つの液圧ポート１７５、１７７から等しいブレーキ液圧を供給し、ピストン１７８、１７９の後退時には、ホイルシリンダ５０の摩擦ライニングの摩耗やブレーキ液の戻り遅れ等に応じてリザーバ１８１からリザーバポート１８２、１８３を介して適宜ブレーキ液を補充する。そして、万一、２系統の液圧回路のうち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。
【００２８】
電動倍力装置１０１は、前部の小径のフロントハウジング１１０Ａ、後部の大径のリアハウジング１１０Ｂ及びこれら間の中間ハウジング１１０Ｃからなるハウジング１１０を有しており、フロントハウジング１１０Ａの前端部に、マスタシリンダ１７１が取り付けられている。ハウジング１１０は、マスタシリンダ１７１が取付けられた前部側をエンジンルーム内へ、その反対側のリアハウジング１１０Ｂの入力ロッド１０３が突出された円筒部１１１を車室内へ配置してダッシュパネル５に固定されている。
【００２９】
電動倍力装置１０１は、マスタシリンダ１７１のピストン１７８、１７９を駆動するための電動モータ１０５と、電動モータ１０５によってベルト伝動機構１１３を介して駆動されるアシスト機構としての回転−直動変換機構であるボール−ネジ機構１２０と、ボール−ネジ機構１２０によって推進されてピストン１７８、１７９を押圧する押圧部材１４０と、入力ロッド１０３及び後述のプランジャ１０４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１５０とを備えている。ボール−ネジ機構１２０、押圧部材１４０及びストロークシミュレータ１５０は、同軸上に配置されて略円筒状のハウジング１１０に収容されている。このハウジング１１０のフロントハウジング１１０Ａの前端部には、マスタシリンダ１７１が結合され、リアハウジング１１０Ｂの円筒部１１１からは、入力ロッド１０３が突出している。電動モータ１０５は、マスタシリンダ１７１及びハウジング１１０の側部に配置されてハウジング１１０に結合されている。
【００３０】
押圧部材１４０は、プライマリピストン１７８の後方にプライマリピストン１７８と同軸上に配置され、プライマリピストン１７８の円筒状の後端部内に挿入されてプライマリピストン１７８を押圧する棒状のロッド部１４１と、他端側の当接部１４３と、これらの間に配置された大径の案内部１４５とが一体に形成されている。
【００３１】
ボール−ネジ機構１２０は、円筒状の直動部材１２１と、直動部材１２１が挿入される円筒状の回転部材１３１と、これらの間に形成された螺旋状のネジ溝１２３、１３３に装填された複数の鋼球からなるボール１３５とを備えている。直動部材１２１は、全体が筒状に形成されて外周に螺旋状のネジ溝１２３を有し、ハウジング１１０内で軸方向に沿って移動可能に支持され、軸回りに回転しないように回り止めされている。回転部材１３１は、ハウジング１０５内でベアリング１３７、１３８によって軸回りに回転可能、かつ、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１３１を回転させることにより、ネジ溝１２３、１３３内をボール１３５が転動して直動部材１２１が軸方向に移動する。
【００３２】
直動部材１２１の前部に形成された案内ボア１２６内には、押圧部材１４０の案内部１４５が軸方向に沿って摺動可能、すなわち直動部材１２１に対して後退端を有して相対移動可能に挿入されている。案内ボア１２６の後端部には、ボア径が縮径された段部１２７が形成されている。段部１２７には、押圧部材１４０の後部の当接部１４３が挿通され、案内部１４５の後端部が当接している。これにより、直動部材１２１がマスタシリンダ１７１側へ前進したときに、段部１２７が案内部１４５を押圧し、押圧部材１４０が直動部材１２１と共に前進してロッド部１４１がマスタシリンダ１７１のプライマリピストン１７８を押圧する。また、押圧部材１４０は、案内部１４５が段部１２７から離間することにより、直動部材１２１の移動を伴わずに単独で前進することができる。フロントハウジング１１０Ａの前端部と直動部材１２１との間には、圧縮コイルバネである戻しバネ１３９が設けられている。圧縮コイルばね１３９と直動部材１２１との間には、環状のバネ受１３９Ａが介装されている。戻しバネ１３９は、直動部材１２１をハウジング１１０の後部側に付勢し、バネ受１３９Ａが中間ハウジング１１０Ｃに当接することにより、直動部材１２１の後退位置を規定している。なお、上記押圧部材１４０には、戻しバネ１３９の付勢力が付与されないようになっている。
【００３３】
回転部材１３１の外周部には、プーリ１３４が取付けられ、このプーリ１３４及び電動モータ１０５の出力軸に取付けられたプーリ（図示せず）にベルト１３６が巻装されている。これらによってベルト伝動機構１１３が構成され、電動モータ１０５によって回転部材１３１が回転駆動される。なお、ベルト伝動機構１１３に、歯車減速機構等の減速機構を組み合わせてもよい。ベルト伝動機構１１３の代りに、歯車伝動機構、チェーン伝動機構等の他の公知の伝動機構を用いることができる。また、伝達機構を介さずに電動モータ１０５によって回転部材１３１を直接駆動するようにしてもよい。
【００３４】
電動モータ１０５は、例えば公知のＤＣモータ（ブラシ付き）、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。
【００３５】
次に、図３乃至図５も参照してストロークシミュレータ１５０について説明する。図２乃至図５を参照して、ストロークシミュレータ１５０は、リアハウジング１１０Ｂの円筒部１１１内に設けられた可動バネ受１５１、反力バネ１５２、及び鋼球からなる係合ボール（係合部材、転動体）１５４を備えている。また、ストロークシミュレータ１５０の内部には、入力ロッド１０３と連結されて、該入力ロッド１０３とともに入力部材を構成するプランジャ１０４が設けられている。なお、本発明の転動体としては、球体でなくとも、例えば、円柱形状のコロでもよい。
【００３６】
可動バネ受１５１は、小径部１５５及び大径部１５６を有する段付の円筒状で、大径部１５６が円筒部１１１内に嵌合して軸方向に沿って摺動可能に案内されている。円筒部１１１の前端部の内周部には、段部１５７が形成され、段部１５７と可動バネ受１５１と間に圧縮コイルばねである反力バネ１５２が設けられている。そして、反力バネ１５２のバネ力によって可動バネ受１５１が後方に付勢されている。本実施形態では、反力バネ１５２として、コイルドウェーブスプリングを用いている。可動バネ受１５１は、円筒部１１１内の後端部の内周溝に嵌合された止輪１５８に当接することによって後退位置が規定されている。可動バネ受１５１の小径部１５５は、円筒部１１１内に挿入された直動部材１４５の後部の案内ボア１２８内に摺動可能に挿入されている。
【００３７】
プランジャ１０４は、可動バネ受１５１の小径部１５５内に軸方向に沿って摺動可能に嵌合されている。プランジャ１０４の前部には、押圧部材１４０の当接部１４３の後端部に対向する小径部１５９が一体に形成され、小径部１５９の基部には、テーパ部１６０が形成されている。プランジャ１０４の後端部には、凹部１０４Ａが形成され、凹部１０４Ａに入力ロッド１０３の先端部が連結されている。直動部材１２１内には、後部の案内ボア１２８と段部１２７との間に大径の係合ボア１６２が形成され、係合ボア１６２と後部の案内ボア１２８との間にはテーパ部１６３が形成されている。可動バネ受１５１の小径部１５５の側壁の前部には、円周方向に沿って等間隔で配置されたボール穴１６４が設けられ、各ボール穴１６４内には、それぞれ係合ボール１５４が装填され、該係合ボール１５４が可動バネ受１５１の小径部１５５の径方向、ひいてはプランジャ（入力部材）１０４の径方向に移動可能に案内されている。
【００３８】
プランジャ１０４の小径部１５９の外径（半径）と直動部材１２１の後部の案内ボア１２８の内径（半径）との差は、係合ボール１５４の直径と略等しくなっている。また、プランジャ１０４の可動バネ受１５１の小径部１５５内に嵌合する嵌合部１０４Ｂの外径（半径）と直動部材１２１の係合ボア１６２の内径（半径）との差も係合ボール１５４の直径に略等しくなっている。
【００３９】
そして、プランジャ１０４の小径部１５９、テーパ部１６０、係合ボール１５４、バネ受部材１５１のボール穴１６４、直動部材１２１の係合ボア１６２及びテーパ部１６３により、連結切換機構１９０が構成されている。連結切換機構１９０は、次のように作動する。図５（Ａ）に示すように、ボール穴１６４に装填された係合ボール１５４が、プランジャ１０４の小径部１５９と直動部材１２１の案内ボア１２８との間にある状態では、案内ボア１２８によって係合ボール１５４の径方向外側への移動が阻止される。このため、プランジャ１０４の前進に対して、係合ボール１５４、ボール穴１６４及びテーパ部１６０が係合することにより、プランジャ１０４と可動バネ受１５１とが連結して、可動バネ受１５１がプランジャ１０４と共に前進する。このとき、プランジャ１０４と共に移動する可動バネ受１５１は、直動部材１２１に対して軸方向に自由に移動することができる。
【００４０】
また、図５（Ｅ）に示すように、プランジャ１０４の前進により、ボール穴１６４に装填された係合ボール１５４がプランジャ１０４の嵌合部１０４Ｂと係合ボア１６２との間にある状態では、プランジャ１０４の前進に対して、テーパ部１６０によって押圧された係合ボール１５４が径方向外側に移動してテーパ部１６０から離脱している。このため、プランジャ１０４は、可動バネ受１５１から離脱して、単独で前進する。このとき、プランジャ１０４の嵌合部１０４Ｂによってボール穴１６４内の係合ボール１５４の径方向内側への移動が阻止される。このため、直動部材１２１の前進に対して、係合ボール１５４、ボール穴１６４及びテーパ部１６４が係合することにより、可動バネ受１５１は、直動部材１２１に連結されて、直動部材１２１と共に前進する。
【００４１】
そして、初期状態では、図２及び図５（Ａ）に示すように、直動部材１２１及び可動バネ受１５１が戻しバネ１３９及び反力バネ１５２のバネ力により後退位置にある。この状態では、ボール穴１６４内の係合ボール１５４は、直動部材１２１の案内ボア１２８とプランジャ１０４の小径部１５９との間でテーパ部１６０に当接している。このとき、プランジャ１０４の小径部１５９の先端部と押圧部材１４０の当接部１４３の後端部との間には所定の隙間ｃが形成されている。そして、図５（Ｃ）に示すように、直動部材１２１に対して、プランジャ１０４が前進して、小径部１５９の先端部が押圧部材１４０の当接部１４３の後端部に当接したとき、係合ボール１５４がプランジャ１０４の小径部１５９と直動部材１２１の係合ボア１６２との間に移動するようになっている。
【００４２】
〔電動倍力装置１０１の作動〕
以上のように構成した電動倍力装置１０１は、上述したＥＣＵ１６１によって電動モータ１０５が制御されて車両３を制動することになる。ＥＣＵ１６１が行う制御と共に電動倍力装置１０１の作動について次に説明する。
【００４３】
（通常制動時）
通常の制動時には、運転者により、ブレーキペダル７が操作されると、その操作量がストロークセンサ１１によって検出される。検出された信号は、車両通信系統２３を介してＥＣＵ１６１で受信され、ブレーキペダル７の操作量に応じて、出力センサ（電動モータ１０５の回転位置、電動モータ１０５の電流値、若しくは、アクチュエーション管路１３、１５中に設けられる液圧センサの液圧値等）の検出を監視しながら、電動モータ１０５の作動を制御する。
【００４４】
電動倍力装置１０１においては、電動モータ１０５によってベルト伝動機構１１３を介してボール−ネジ機構１２０が駆動され、戻しバネ１３９のバネ力に抗して直動部材１２１が前進する。この直動部材１２１の前進によって押圧部材１４０がプライマリピストン１７８を押圧し、マスタシリンダ１７１に液圧を発生させる。この液圧が液圧制御ユニット３００を介して各車輪のホイルシリンダ５０に供給されて車両３に制動力を発生させる。これにより、図５（Ａ）及び図６に示すように、ブレーキペダル７の操作によるプランジャの前進に対して、直動部材１２１及び押圧部材１４０が前進するので、押圧部材１４０の当接部１４３の後端部とプランジャ１０４の小径部１５９の先端部との間の隙間ｃが維持される。なお、上記隙間ｃは、必ずしも一定量が維持されるわけではなく、入力に対する出力の比率を可変として電動モータ１０５を制御する場合には、ブレーキペダル７の非操作時の隙間ｃよりも大きくなったり、あるいは、小さくなったりしえるものとなっている。
【００４５】
このとき、ストロークシミュレータ１５０においては、ボール穴１６４に装填された係合ボール１５４が、プランジャ１０４の小径部１５９と直動部材１２１の案内ボア１２８との間にあるので、連結切換機構１９０によって可動バネ受１５１とプランジャ１０４とが連結されて一体に移動する。これにより、プランジャ１０４の前進、すなわち、ブレーキペダル７の踏込みに対して、反力バネ１５２のバネ力により、踏込量に応じた一定の反力が付与される。このため、運転者は、その反力に応じてブレーキペダル７の操作量を調整することができ、所望の制動力を発生させることができる。
【００４６】
（回生制動時）
ＥＣＵ１６１が、ブレーキペダル７の操作量に対する電動モータ１０５の制御量を変化させることにより、車両３において減速時に車輪の回転によって発電機として駆動電動アクチュエータ７１を駆動する回生制動時に回生制動分だけマスタシリンダ１７１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、図５（Ｂ）及び図７に示すように、直動部材１２１の前進量が減少する分だけ隙間ｃが小さくなるが、押圧部材１４０の当接部１４３の後端部とプランジャ１０４の小径部１５９の先端部とが当接することなく、隙間ｃが維持される。したがって、連結切換機構１９０は、上述の通常制動時と同様、プランジャ１０４と可動バネ受１５１との連結状態を維持するので、反力バネ１５２によりブレーキペダル７の踏込量に応じた一定の反力が付与される。このとき、回生制動分だけマスタシリンダ１７１の液圧が変動するが、車両の減速度はブレーキペダル７の操作量に応じたものとなり、ブレーキペダル７の踏力に対する反力バネ１５７による反力は変動しないので、運転者に違和感を与えることがない。
【００４７】
（失陥時）
電動倍力装置１０１においては、万一、電動モータ１０５、ＥＣＵ１６１あるいはボール−ネジ機構１２０等の失陥により、電動モータ１０５による制御が不可能になった場合、運転者がブレーキペダル７を操作しても、電動モータ１０５が作動せず、ボール−ネジ機構１２０の直動部材１２１が前進しなくなる。この場合には、ブレーキペダル７が踏込まれると、図５（Ｃ）に示すように、直動部材１２１に対してプランジャ１０４が前進して、プランジャ１０４の小径部１５９の先端部が押圧部材１４０の当接部１４３に当接する。
【００４８】
このとき、ボール穴１６４に装填された係合ボール１５４がプランジャ１０４の大径部と係合ボア１６２との間に移動する。そして、ブレーキペダル７が更に踏込まれると、図５（Ｄ）及び（Ｅ）に示すように、プランジャ１０４の前進に対して、テーパ部１６０によって押圧された係合ボール１５４が径方向外側に移動してテーパ部１６０から離脱する。このため、プランジャ１０４は、可動バネ受１５１との連結が解除されて単独で前進する。そして、プランジャ１０４によって押圧された押圧部材１４０が直動部材１２１の段部１２７から離間して前進し、押圧部材１４０のロッド部１４１がマスタシリンダ１７１のプライマリピストン１７８を押圧してブレーキ液圧を発生させる。
【００４９】
このようにして、ブレーキペダル７の操作、すなわち運転者の踏力によってプライマリピストン１７８を前進させることができ、マスタシリンダ１７１に液圧を発生させて制動機能を維持することができる。このとき、プランジャ１０４が可動バネ受１５１から離脱することにより、ブレーキペダル７の踏込みに対して反力バネ１５７の反力が付与されなくなるので、電動モータ１０５、ＥＣＵ１６１あるいはボール−ネジ機構１２０等の失陥時において、ブレーキペダル７の操作力を軽減することができる。また、上記押圧部材１４０には、戻しバネ１３９の付勢力が付与されないようになっているので、この点においても、ブレーキペダル７の操作力を軽減することができる。
【００５０】
この場合、図５（Ｅ）に示すように、ボール穴１６４内の係合ボール１５４がプランジャの１０４の嵌合部１０４Ｂと直動部材１２１の係合ボア１６２との間にある状態では、可動バネ受１５１は、係合ボール１５４が直動部材１２１のテーパ部１６３に当接することにより、直動部材１２１に対して後退方向の移動が阻止される。このため、可動バネ受１５１は、直動部材１２１の前進により、直動部材１２１と共に前進することになる。
【００５１】
また、上述の通常制動時（図６参照）において、失陥により電動モータ１０５による制御が不可能になった場合、電動モータ１０５による駆動力の喪失により、図８に示すように、戻しバネ１３９のバネ力により、直動部材１２１及び押圧部材１４０が後退して、マスタシリンダ１７１のブレーキ液圧が低下する。これに対して、運転者が制動力を維持しようとしてブレーキペダル７を更に踏込むと、図９に示すように、プランジャ１０４が前進して押圧部材１４０の当接部１４３に当接する。その後は、プランジャ１０４によって押圧部材１４０を直接押圧することにより、マスタシリンダ１７１でブレーキ液圧を発生させることになり、制動機能を維持することができる。このとき、連結切換機構１９０では、上述のようにボール穴１６４内の係合ボール１５４が移動してプランジャ１０４が可動バネ受１５１から離脱することにより、プランジャ１０４が、反力バネ１５２による反力を受けることなく前進することができるので、ブレーキペダル７の操作力を軽減することができる。
【００５２】
そして、プランジャ１０４によって押圧部材１４０を直接押圧している状態で電動モータ１０５による制御が失陥から回復した場合、電動モータ１０５の駆動により直動部材１２１が前進し、ストロークセンサ１１が検出するブレーキペダル７のストロークに応じた通常の倍力制御による位置まで移動する。このとき、可動バネ受１５１は、連結切換機構１９０により直動部材１２１と共に前進する。その後、直動部材１２１がプランジャ１０４に対して、通常の制御位置まで移動すると、係合ボール１５４が移動して、可動バネ受１５１は、直動部材１２１との連結が解除され、プランジャ１０４に連結される。その結果、反力バネ１５２による反力がプランジャ１０４に作用する。このようにして、円滑に通常の制御状態に復帰することができる。
【００５３】
上記実施形態の電動倍力装置１０１によれば、電気系統の失陥等により、電動モータ１０５が作動不能になった場合に、連結切換機構１９０により、プランジャ１０４と直動部材１２１との相対位置に応じて、プランジャ１０４又は直動部材１２１のいずれかに選択的に連結する。このため入力ロッド１０３を介してブレーキペダル７に連結されたプランジャ１０４が、反力バネ１５２による反力を受けることなく前進することができるので、ブレーキペダル７の操作力を軽減することができる。
【００５４】
次に、本発明の第２実施形態について、図１０乃至図１２を参照して説明する。
なお、本実施形態に係る電動倍力装置は、上記第１実施形態に対して、ストロークシミュレータの連結切換機構が異なる以下は同様の構造であるから、以下の説明においては、上記第１実施形態に対して、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。
【００５５】
図１０及び図１１に示すように、本実施形態に係る電動倍力装置２１０では、ストロークシミュレータ１５０の連結切換機構１９２は、直動部材１２１の内周部に軸方向に沿って形成された案内溝１９３と、可動バネ受１５１の小径部１５５の外周部に突出された案内溝１９３よりも幅が狭い案内凸部１９４とが係合することにより、直動部材１２１と可動バネ受１５１とは、軸方向に沿って摺動可能、かつ、軸回りに一定の範囲で相対回転可能となっている。そして、案内凸部１９４に取付けられた略Ｖ字形の板バネ１９５によって、可動バネ受１５１は、後部側から見て右回りの回転方向に付勢されている。
【００５６】
直動部材１２１の内周部には、可動バネ受１５１の小径部１５５に挿入され、その内周面に沿って軸方向に延びる案内部１９６が固定されている。プランジャ１０４の外周部には、軸方向に沿って延びる案内部１９６よりも幅広の案内溝１９７が形成されている。直動部材１２１の案内部１９６とプランジャ１０４の案内溝１９７とが係合することにより、プランジャ１０４は、可動バネ受１５１の小径部１５５内で軸方向に移動可能、かつ、軸回りに直動部材１２１に対して一定の範囲で回転可能となっている。そして、案内部１９６の側面部に取付けられた略Ｖ字形の板バネ１９８によって、プランジャ１０４は、後部側から見て左回りの回転方向に付勢されている。
【００５７】
直動部材１２１に固定された案内部１９６の基部は、板バネ１９８とは反対側に拡幅されて拡幅部１９６Ａが形成され、拡幅部１９６Ａの端部にプランジャ１０４の先端部に対向する傾斜部１９９が形成されている。また、傾斜部１９９に隣接して側面部に長方形の切欠き部２００が形成されている。プランジャ１０４の案内溝１９７に隣接する先端部は、直動部材１２１の案内部１９６に形成された傾斜部１９９に対向して、一部が傾斜部１９９と同じ角度で切欠かかれて傾斜部２０１が形成されている。可動バネ受１５１の小径部１５５の先端の内周部には、プランジャ１０４の傾斜部２０１に隣接する先端部に対向して連結切換凸部２０２が突出されている。連結切換凸部２０２は、直動部材１２１に設けられた案内部１９６の切欠き部２００に挿入可能な長方形で、プランジャ１０４の傾斜部２０１に対向する角部に、直動部材１２１及びプランジャ１０４の傾斜部１９９、２０１と同じ角度の傾斜部２０３が形成されている。なお、直動部材１２１の案内部１９６及びプランジャ１０４の案内溝１９７は、図示の例では、周方向に沿って等間隔で３組ずつ設けられているが、３組以外でもよく、１組でもよい。
【００５８】
これにより、初期状態では、図１２（Ａ）に示すように、プランジャ１０４は、板バネ１９８のバネ力により付勢されて、その傾斜部２０１が直動部材１２１の案内部１９６の傾斜部１９９に対して一定距離をもって対向する位置にある。また、可動バネ受１５１は、板バネ１９５のバネ力により付勢されて、その連結切換凸部２０２が、プランジャ１０４の先端部に対向する位置にあり、プランジャ１０４の先端部が可動バネ受けの１５１の連結切換凸部２０２に当接している。この状態では、可動バネ受１５１の連結切換凸部２０２がプランジャ１０４に当接しているので、プランジャ１０４の前進に対して、可動バネ受１５１が共に前進して反力バネを圧縮し、そのバネ力が作用する。
【００５９】
プランジャ１０４が直動部材１２１に対して一定距離だけ前進すると、図１２（Ｂ）に示すように、プランジャ１０４の傾斜部２０１が直動部材１２１の案内部１９６の傾斜部１９９に当接する。更にプランジャ１０４が前進すると、図１２（Ｃ）に示すように、プランジャ１０４が傾斜部１９９、２０１に沿って板バネ１９８のバネ力に抗して、後方から見て右回りに回転する。そして、プランジャ１０４が案内部１９６の拡幅部１９６Ａに沿って更に前進すると、プランジャ１０４の傾斜部２０１と連結切換凸部２０２の傾斜部２０３とが当接し、これらの傾斜部２０１、２０３に沿って連結切換凸部２０２が後方から見て左回りの回転方向に押圧され、可動バネ受１５１が板バネ１９５のバネ力に抗して回転することにより、連結切換凸部２０２が直動部材１２１の案内部１９６の切欠き部２００に挿入される。
【００６０】
更にプランジャ１０４が前進すると、図１２（Ｄ）に示すように、連結切換凸部２０２が切欠き部２００に格納され、プランジャ１０４は、可動バネ受１５１から離脱して移動し、プランジャ１０４の前進に対して反力バネ１５２のバネ力が作用しなくなる。この状態では、連結切換凸部２０２が案内部１９６の切欠き部２００に係合しているので、可動バネ受１５１は、直動部材１２１に連結されており、直動部材１２１と共に移動することになる。
【００６１】
また、図１２（Ｄ）に示す状態からプランジャ１０４が直動部材１２１に対して一定位置まで後退すると、連結切換凸部が傾斜部２０１に沿って移動して可動バネ受１５１が板バネ１９５のバネ力によって回転し（図１２（Ｃ）参照）、また、プランジャ１０４の傾斜部２０１が案内部１９６の傾斜部１９９に沿って移動することにより、可動バネ受１５１が板バネ１９８のバネ力により回転する（図１２（Ｂ）参照）。これにより、連結切換凸部２０２は、直動部材１２１の案内部１９６の切欠き部２００との連結が解除され、プランジャ１０４の先端部に当接するので、反力バネ１５７のバネ力がプランジャ１０４に作用することになる。
【００６２】
このようにして、連結切換機構１９２により、可動バネ受１５１は、直動部材１２１とプランジャ１０４との相対位置に応じて、プランジャ１０４と連結してプランジャ１０４と共に移動し、また、直動部材１２１と連結して直動部材１２１と共に移動する。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。
なお、本発明の反力発生機構としてのストロークシミュレータは、ハウジングに対する前記入力部材の相対移動に対して反力を発生するものであれば、よく、コイルスプリング、ガスばね、ゴム等の弾性体であってもよい。
【符号の説明】
【００６３】
７…ブレーキペダル、１０１…電動倍力装置、１０３…入力ロッド（入力部材）、１０４…プランジャ（入力部材）、１０５…電動モータ、１１０…ハウジング、１２０…ボール−ネジ機構（アシスト機構）、１２１…直動部材、１４０…押圧部材、１５０…ストロークシミュレータ（反力発生機構）、１７１…マスタシリンダ、１７８…プライマリピストン（ピストン）、１９０…連結切換機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、該ハウジングに設けられてブレーキペダルに連結される入力部材と、前記ブレーキペダルの操作に応じて作動する電動モータと、該電動モータの作動により、マスタシリンダのピストンを推進するアシスト機構と、前記ハウジングに対する前記入力部材の移動に対して反力を発生する反力発生機構とを備え、
前記アシスト機構は、前記入力部材に対して相対移動可能に設けられて前記電動モータの作動により直線運動する直動部材と、前記直動部材と前記ピストンとの間に介装された押圧部材とを備え、
前記反力発生機構は、前記入力部材と前記直動部材との相対位置に応じて、前記入力部材又は前記直動部材のいずれかに選択的に連結するための連結切換機構を備えている倍力装置。
【請求項２】
前記反力発生機構は、前記入力部材と前記直動部材とが所定の相対位置範囲にあるときに前記入力部材と係合し、前記入力部材が前記直動部材に対して所定の相対位置範囲以上に移動したときに前記入力部材から離脱する請求項１に記載の倍力装置。
【請求項３】
前記反力発生機構は、前記入力部材が前記直動部材よりも前記マスタシリンダピストンの液圧発生方向に移動したときに前記入力部材から離脱する請求項１に記載の倍力装置。
【請求項４】
前記反力発生機構に対して、前記入力部材及び前記直動部材のそれぞれの間に、前記入力部材と前記直動部材との相対移動に伴って係合解除する係合部材が設けられている請求項１乃至３のいずれか一項に記載の倍力装置。
【請求項５】
前記直動部材が筒状に形成され、該直動部材の内周に前記入力部材が配置されるとともに、前記前記反力発生機構の一部が前記直動部材と前記入力部材との間に配置され、
前記係合部材は、前記前記反力発生機構の一部に対して前記入力部材または前記直動部材のいずれかに跨るように前記入力部材の径方向に移動する転動体を有している請求項４に記載の倍力装置。
【請求項６】
前記直動部材が筒状に形成され、該直動部材の内周に前記入力部材が配置されるとともに、前記前記反力発生機構の一部が前記直動部材と前記入力部材との間に配置され、
前記係合部材は、前記入力部材または前記直動部材のいずれかに跨るように前記入力部材の周方向に移動する前記前記反力発生機構の一部に設けられた係止部である請求項４に記載の倍力装置。
【請求項７】
前記アシスト機構と前記マスタシリンダピストンとの間には、前記アシスト機構に対して相対移動可能な押圧部材が設けられ、
該押圧部材と前記入力部材との間には、少なくとも前記ブレーキペダルの非操作状態あるときに隙間が設けられ、
該隙間は、前記直動部材が前記電動モータにより移動しているときには、維持されている請求項１乃至６のいずれか一項に記載の倍力装置。
【請求項１】
ハウジングと、該ハウジングに設けられてブレーキペダルに連結される入力部材と、前記ブレーキペダルの操作に応じて作動する電動モータと、該電動モータの作動により、マスタシリンダのピストンを推進するアシスト機構と、前記ハウジングに対する前記入力部材の移動に対して反力を発生する反力発生機構とを備え、
前記アシスト機構は、前記入力部材に対して相対移動可能に設けられて前記電動モータの作動により直線運動する直動部材と、前記直動部材と前記ピストンとの間に介装された押圧部材とを備え、
前記反力発生機構は、前記入力部材と前記直動部材との相対位置に応じて、前記入力部材又は前記直動部材のいずれかに選択的に連結するための連結切換機構を備えている倍力装置。
【請求項２】
前記反力発生機構は、前記入力部材と前記直動部材とが所定の相対位置範囲にあるときに前記入力部材と係合し、前記入力部材が前記直動部材に対して所定の相対位置範囲以上に移動したときに前記入力部材から離脱する請求項１に記載の倍力装置。
【請求項３】
前記反力発生機構は、前記入力部材が前記直動部材よりも前記マスタシリンダピストンの液圧発生方向に移動したときに前記入力部材から離脱する請求項１に記載の倍力装置。
【請求項４】
前記反力発生機構に対して、前記入力部材及び前記直動部材のそれぞれの間に、前記入力部材と前記直動部材との相対移動に伴って係合解除する係合部材が設けられている請求項１乃至３のいずれか一項に記載の倍力装置。
【請求項５】
前記直動部材が筒状に形成され、該直動部材の内周に前記入力部材が配置されるとともに、前記前記反力発生機構の一部が前記直動部材と前記入力部材との間に配置され、
前記係合部材は、前記前記反力発生機構の一部に対して前記入力部材または前記直動部材のいずれかに跨るように前記入力部材の径方向に移動する転動体を有している請求項４に記載の倍力装置。
【請求項６】
前記直動部材が筒状に形成され、該直動部材の内周に前記入力部材が配置されるとともに、前記前記反力発生機構の一部が前記直動部材と前記入力部材との間に配置され、
前記係合部材は、前記入力部材または前記直動部材のいずれかに跨るように前記入力部材の周方向に移動する前記前記反力発生機構の一部に設けられた係止部である請求項４に記載の倍力装置。
【請求項７】
前記アシスト機構と前記マスタシリンダピストンとの間には、前記アシスト機構に対して相対移動可能な押圧部材が設けられ、
該押圧部材と前記入力部材との間には、少なくとも前記ブレーキペダルの非操作状態あるときに隙間が設けられ、
該隙間は、前記直動部材が前記電動モータにより移動しているときには、維持されている請求項１乃至６のいずれか一項に記載の倍力装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−１０４６９（Ｐ２０１３−１０４６９Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４５６９７（Ｐ２０１１−１４５６９７）
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
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