電動倍力装置
【課題】電動モータからアシスト機構へ動力を伝達するベルトに異常が発生した場合、その異常を速やかに運転者に警告することのできる電動倍力装置を提供する。
【解決手段】本電動倍力装置は、歪センサ４５からの測定結果に基づいて、電動モータ１４からの出力をボールねじ機構１６に伝達するベルト３１の張力を推定するので、ベルト３１の張力に異常が発生した場合、その異常を速やかに運転者に警告することが可能になる。
【解決手段】本電動倍力装置は、歪センサ４５からの測定結果に基づいて、電動モータ１４からの出力をボールねじ機構１６に伝達するベルト３１の張力を推定するので、ベルト３１の張力に異常が発生した場合、その異常を速やかに運転者に警告することが可能になる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動倍力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力倍力装置として、例えば特許文献１に記載されたものが公知である。該電動倍力装置は、ブレーキペダルから入力ピストンに付与される入力推力と、電動アクチュエータからブースタピストンに付与されるブースタ推力とにより、マスタシリンダの圧力室内にブレーキ液圧を発生させるもので、電動アクチュエータを構成する動力伝達機構は、電動モータの出力軸に取付けられた駆動側プーリと、ボールねじ機構のナット部材に回転不能に嵌合された従動側プーリと、これらのプーリ間に巻装されたベルトとからなり、該ベルトの切断時には、歯車機構を作動させてブースタピストンに電動アクチュエータの動力を伝達している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１０１９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の発明に係る電動倍力装置では、その構造が複雑であり、コストアップの要因となり、簡素化する必要がある。しかも、ベルトの張力に異常が発生した時点で、その異常を速やかに運転者に警告する必要があった。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、電動モータからアシスト機構へ動力を伝達するベルトに異常が発生した場合、その異常を速やかに運転者に警告することのでき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】
【０００６】
上記課題を解決するための手段として、本発明は、ブレーキペダルの操作に基づいて駆動する電動モータと、該電動モータによって駆動されて、マスタシリンダのピストンを推進するアシスト機構と、前記電動モータからの出力を前記アシスト機構に伝達するベルトとを備えた電動倍力装置において、該電動倍力装置は歪量測定手段を備え、該歪量測定手段からの測定結果に基づいて、ベルトの張力を推定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る電動倍力装置によれば、電動モータからアシスト機構へ動力を伝達するベルトに異常が発生した場合、その異常を速やかに運転者に警告することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係る電動倍力装置の側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る電動倍力装置の断面図である。
【図３】図２の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態を図１〜図３に基づいて詳細に説明する。
本発明の実施形態に係る電動倍力装置１を図１〜図３に基づいて説明する。
図１及び図２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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
本電動倍力装置１は、図２に示すように、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アシスト機構としての回転−直動変換機構であるボールねじ機構１６と、ボールねじ機構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。
ボールねじ機構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、ボールねじ機構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、ボールねじ機構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
【００１４】
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。
【００１５】
ボールねじ機構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。
【００１６】
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をハウジング１９の他端部１９Ｂ側、ブレーキペダル１３側、若しくは、後方に常時付勢している。
【００１７】
ベルト伝達機構１５は、図２及び図３に示すように、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。
【００１８】
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、ボールねじ機構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。
【００１９】
また、図２及び図３に示すように、モータ用フランジ１９Ｄの円筒部２０のボールねじ機構１６側の外周面には、歪量測定手段である歪センサ４５が取り付けられている。
ここで、本実施の形態に係る歪量測定手段としての歪センサ４５について詳述する。本実施の形態に係る歪センサ４５は、半導体歪ゲージを用いている。なお、この他、歪センサ４５としては、従来から知られている歪ゲージを用いてもよい。
まず、従来から知られている歪ゲージは、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り、歪ゲージを被測定物に接着剤で接着して使用するもので、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。
【００２０】
それに対して、本実施の形態に係る歪センサ４５の半導体歪ゲージは、検知部が金属薄膜ではなく、シリコンなど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１０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、さらには、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。この半導体歪ゲージは、被測定物に接着材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。
本実施の形態に係る歪センサ４５では、半導体歪ゲージを用いているので、従来の歪ゲージに比べて歪量の測定精度が高く、取付スペースも少なくて済むので好ましい。なお、測定精度や取付スペースが許されれば上述したように歪ゲージを用いてもよい。
【００２１】
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内を、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部材３３と、円筒部１９Ｃ内で前側壁部５０と可動部材３３の環状底部３３Ａとの間に介装された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】
本電動倍力装置１には、ブレーキペダル１３の操作量を検出するための入力センサ３６（図１参照）、ボールねじ機構１６の変位（回転部材２３の回転角又は直動部材２２の変位）又は電動モータ１４の出力軸４０の回転角を検出するレゾルバ４２（図３参照）、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、これらのセンサの検出に基づき、電動モータ１４の作動を制御するコントローラ６０が設けられている。
【００２４】
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、その操作量を入力センサ３６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を介してボールねじ機構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。
【００２５】
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。
【００２６】
次に、本実施の形態に係る電動倍力装置１に採用した歪センサ４５の作用を説明する。
本電動倍力装置１を組み立て後には、ベルト伝動機構のベルト３１には、本電動倍力装置１を正常動作させるために推奨されている最低初期張力以上の張力が作用している。その張力は、出力軸４０を支持しているベアリング４１に対してラジアル荷重として作用する。該ベアリング４１がラジアル荷重を受けると、ベアリング４１の外輪を支持しているモータ用フランジ１９Ｄの円筒部２０に曲げ荷重が作用して該円筒部２０が弾性変形する。該円筒部２０の弾性変形を歪センサ４５により常時測定してコントローラ６０に出力する。コントローラ６０は、その測定値に基づいて、ベルト３１の張力を推定する。
そして、ベルト３１が経年的に劣化してその張力が低下してくると、ベアリング４１が受けるラジアル荷重が小さくなっていき、円筒部２０の弾性変形も小さくなってくる。コントローラ６０は、円筒部２０の弾性変形に基づいて算出されるベルト３１の推定張力が閾値以下になった場合には、ベルト３１の張力異常低下を検知（切れ予測）して、ＣＡＮを介して車室内の運転者に表示等で警告する。また、コントローラ６０は、ベルト３１の推定張力が０を検知した場合には、ベルト３１の切断による倍力失陥としてＣＡＮを介して車室内の運転者に警報音等で警告する。
【００２７】
以上説明したように、本発明の実施形態に係る電動倍力装置１では、歪センサ４５をベルト３１の張力異常が伝達される部位、例えば、ベアリング４１の外輪を支持しているモータ用フランジ１９Ｄの円筒部２０の外周面に取り付け、該歪センサ４５の測定結果に基づいて、ベルト３１の張力を推定するので、ベルト３１の張力に異常が発生した場合、その異常を速やかに運転者に警告することが可能になる。
【００２８】
なお、上記実施の形態においては、ベルト３１の張力異常をベルト３１の推定張力が閾値以下になったか否かにより判断しているが、これに限ることはなく、ベルト３１の推定張力の変化量や変化率、電動モータ１４の出力との関係で変化量や変化率等により判断するようにしてもよい。
また、ベルト３１の張力異常について、運転者に警告を行う以外に、ベルト３１の推定張力のデータをコントローラ６０内の記憶装置に格納しておき、車両のメンテナンス時にデータロガー等で読み出して、メンテナンス員がベルト３１の張力異常を判断できるようにしてもよい。
また、上記実施の形態では、ボールねじ機構１６側の外周面には、歪量測定手段である歪センサ４５が取り付けられている例を示したが、これに限らず、ベルト３１の張力により歪を発生するところに設ければよく、例えば、出力軸４０に直接設けてもよい。この場合、歪センサ４５は、半導体式であるため、内部に無線回路（図示せず）等を形成することで、無線受信回路を設けたコントローラとすれば、コントローラは非接触で歪センサ４５のデータを取得することが可能となる。
【符号の説明】
【００２９】
１ 電動倍力装置，２ マスタシリンダ，７ ピストン（プライマリピストン），１３ ブレーキペダル，１４ 電動モータ，１５ ベルト伝動機構，１６ ボールねじ機構（アシスト機構），３１ ベルト，４５ 歪センサ（歪量測定手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動倍力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力倍力装置として、例えば特許文献１に記載されたものが公知である。該電動倍力装置は、ブレーキペダルから入力ピストンに付与される入力推力と、電動アクチュエータからブースタピストンに付与されるブースタ推力とにより、マスタシリンダの圧力室内にブレーキ液圧を発生させるもので、電動アクチュエータを構成する動力伝達機構は、電動モータの出力軸に取付けられた駆動側プーリと、ボールねじ機構のナット部材に回転不能に嵌合された従動側プーリと、これらのプーリ間に巻装されたベルトとからなり、該ベルトの切断時には、歯車機構を作動させてブースタピストンに電動アクチュエータの動力を伝達している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１０１９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の発明に係る電動倍力装置では、その構造が複雑であり、コストアップの要因となり、簡素化する必要がある。しかも、ベルトの張力に異常が発生した時点で、その異常を速やかに運転者に警告する必要があった。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、電動モータからアシスト機構へ動力を伝達するベルトに異常が発生した場合、その異常を速やかに運転者に警告することのでき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】
【０００６】
上記課題を解決するための手段として、本発明は、ブレーキペダルの操作に基づいて駆動する電動モータと、該電動モータによって駆動されて、マスタシリンダのピストンを推進するアシスト機構と、前記電動モータからの出力を前記アシスト機構に伝達するベルトとを備えた電動倍力装置において、該電動倍力装置は歪量測定手段を備え、該歪量測定手段からの測定結果に基づいて、ベルトの張力を推定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る電動倍力装置によれば、電動モータからアシスト機構へ動力を伝達するベルトに異常が発生した場合、その異常を速やかに運転者に警告することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係る電動倍力装置の側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る電動倍力装置の断面図である。
【図３】図２の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態を図１〜図３に基づいて詳細に説明する。
本発明の実施形態に係る電動倍力装置１を図１〜図３に基づいて説明する。
図１及び図２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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
本電動倍力装置１は、図２に示すように、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アシスト機構としての回転−直動変換機構であるボールねじ機構１６と、ボールねじ機構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。
ボールねじ機構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、ボールねじ機構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、ボールねじ機構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
【００１４】
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。
【００１５】
ボールねじ機構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。
【００１６】
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をハウジング１９の他端部１９Ｂ側、ブレーキペダル１３側、若しくは、後方に常時付勢している。
【００１７】
ベルト伝達機構１５は、図２及び図３に示すように、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。
【００１８】
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、ボールねじ機構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。
【００１９】
また、図２及び図３に示すように、モータ用フランジ１９Ｄの円筒部２０のボールねじ機構１６側の外周面には、歪量測定手段である歪センサ４５が取り付けられている。
ここで、本実施の形態に係る歪量測定手段としての歪センサ４５について詳述する。本実施の形態に係る歪センサ４５は、半導体歪ゲージを用いている。なお、この他、歪センサ４５としては、従来から知られている歪ゲージを用いてもよい。
まず、従来から知られている歪ゲージは、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り、歪ゲージを被測定物に接着剤で接着して使用するもので、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。
【００２０】
それに対して、本実施の形態に係る歪センサ４５の半導体歪ゲージは、検知部が金属薄膜ではなく、シリコンなど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１０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、さらには、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。この半導体歪ゲージは、被測定物に接着材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。
本実施の形態に係る歪センサ４５では、半導体歪ゲージを用いているので、従来の歪ゲージに比べて歪量の測定精度が高く、取付スペースも少なくて済むので好ましい。なお、測定精度や取付スペースが許されれば上述したように歪ゲージを用いてもよい。
【００２１】
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内を、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部材３３と、円筒部１９Ｃ内で前側壁部５０と可動部材３３の環状底部３３Ａとの間に介装された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】
本電動倍力装置１には、ブレーキペダル１３の操作量を検出するための入力センサ３６（図１参照）、ボールねじ機構１６の変位（回転部材２３の回転角又は直動部材２２の変位）又は電動モータ１４の出力軸４０の回転角を検出するレゾルバ４２（図３参照）、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、これらのセンサの検出に基づき、電動モータ１４の作動を制御するコントローラ６０が設けられている。
【００２４】
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、その操作量を入力センサ３６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を介してボールねじ機構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。
【００２５】
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。
【００２６】
次に、本実施の形態に係る電動倍力装置１に採用した歪センサ４５の作用を説明する。
本電動倍力装置１を組み立て後には、ベルト伝動機構のベルト３１には、本電動倍力装置１を正常動作させるために推奨されている最低初期張力以上の張力が作用している。その張力は、出力軸４０を支持しているベアリング４１に対してラジアル荷重として作用する。該ベアリング４１がラジアル荷重を受けると、ベアリング４１の外輪を支持しているモータ用フランジ１９Ｄの円筒部２０に曲げ荷重が作用して該円筒部２０が弾性変形する。該円筒部２０の弾性変形を歪センサ４５により常時測定してコントローラ６０に出力する。コントローラ６０は、その測定値に基づいて、ベルト３１の張力を推定する。
そして、ベルト３１が経年的に劣化してその張力が低下してくると、ベアリング４１が受けるラジアル荷重が小さくなっていき、円筒部２０の弾性変形も小さくなってくる。コントローラ６０は、円筒部２０の弾性変形に基づいて算出されるベルト３１の推定張力が閾値以下になった場合には、ベルト３１の張力異常低下を検知（切れ予測）して、ＣＡＮを介して車室内の運転者に表示等で警告する。また、コントローラ６０は、ベルト３１の推定張力が０を検知した場合には、ベルト３１の切断による倍力失陥としてＣＡＮを介して車室内の運転者に警報音等で警告する。
【００２７】
以上説明したように、本発明の実施形態に係る電動倍力装置１では、歪センサ４５をベルト３１の張力異常が伝達される部位、例えば、ベアリング４１の外輪を支持しているモータ用フランジ１９Ｄの円筒部２０の外周面に取り付け、該歪センサ４５の測定結果に基づいて、ベルト３１の張力を推定するので、ベルト３１の張力に異常が発生した場合、その異常を速やかに運転者に警告することが可能になる。
【００２８】
なお、上記実施の形態においては、ベルト３１の張力異常をベルト３１の推定張力が閾値以下になったか否かにより判断しているが、これに限ることはなく、ベルト３１の推定張力の変化量や変化率、電動モータ１４の出力との関係で変化量や変化率等により判断するようにしてもよい。
また、ベルト３１の張力異常について、運転者に警告を行う以外に、ベルト３１の推定張力のデータをコントローラ６０内の記憶装置に格納しておき、車両のメンテナンス時にデータロガー等で読み出して、メンテナンス員がベルト３１の張力異常を判断できるようにしてもよい。
また、上記実施の形態では、ボールねじ機構１６側の外周面には、歪量測定手段である歪センサ４５が取り付けられている例を示したが、これに限らず、ベルト３１の張力により歪を発生するところに設ければよく、例えば、出力軸４０に直接設けてもよい。この場合、歪センサ４５は、半導体式であるため、内部に無線回路（図示せず）等を形成することで、無線受信回路を設けたコントローラとすれば、コントローラは非接触で歪センサ４５のデータを取得することが可能となる。
【符号の説明】
【００２９】
１ 電動倍力装置，２ マスタシリンダ，７ ピストン（プライマリピストン），１３ ブレーキペダル，１４ 電動モータ，１５ ベルト伝動機構，１６ ボールねじ機構（アシスト機構），３１ ベルト，４５ 歪センサ（歪量測定手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレーキペダルの操作に基づいて駆動する電動モータと、該電動モータによって駆動されて、マスタシリンダのピストンを推進するアシスト機構と、前記電動モータからの出力を前記アシスト機構に伝達するベルトとを備えた電動倍力装置において、
該電動倍力装置は歪量測定手段を備え、該歪量測定手段からの測定結果に基づいて、ベルトの張力を推定することを特徴とする電動倍力装置。
【請求項１】
ブレーキペダルの操作に基づいて駆動する電動モータと、該電動モータによって駆動されて、マスタシリンダのピストンを推進するアシスト機構と、前記電動モータからの出力を前記アシスト機構に伝達するベルトとを備えた電動倍力装置において、
該電動倍力装置は歪量測定手段を備え、該歪量測定手段からの測定結果に基づいて、ベルトの張力を推定することを特徴とする電動倍力装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−７１５３６（Ｐ２０１３−７１５３６Ａ）
【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２０１１−２１０９４０（Ｐ２０１１−２１０９４０）
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【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４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【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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