DE102010046835A1

DE102010046835A1 - Elektrischer Verstärker

Info

Publication number: DE102010046835A1
Application number: DE102010046835A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Kawasaki-shi Ohno; Naoki Kawasaki-shi Shirakawa; Yukio Kawasaki-shi Ohtani; Takuya Kawasaki-shi Usui
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2011-05-12
Also published as: CN102050107A; JP2011093472A; US20110152027A1

Abstract

In einem elektrischen Verstärker gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Bremspedal (PD) mit einem Sonnenrad (11) eines Differentialübertragungsmechanismus (10) verbunden, der einem Planetenradmechanismus entspricht. Ein Elektromotor (8) ist mit einem Hohlrad (14) verbunden, und eine Ausgabestange (9) ist mit einem Planetenträger (16) verbunden, und die Ausgabestange (9) ist mit einem Kolben eines Hauptzylinders (3) verbunden. Wenn das Bremspedal (PD) betätigt wird, um das Sonnenrad (11) zu drehen, drehen sich Planetenräder (12) und umlaufen das Sonnenrad (11). Als Folge davon dreht sich der Planetenträger (16), um die Ausgabestange (9) nach vorn zu bewegen, wodurch der Kolben gedrückt wird. Als Folge davon wird in dem Hauptzylinder (3) ein Hydraulikdruck erzeugt. Zu der Zeit wird der Elektromotor (8) gemäß der Drehung des Sonnenrads (11) gesteuert, um das Hohlrad (14) so zu drehen, dass das Hohlrad dem Sonnenrad (11) folgt. Auf diese Weise wird eine Servokraft des Elektromotors (8) auf die Drehung des Planetenträgers (16) angewendet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Verstärker und eine Betätigungskraftübertragungseinrichtung.
Als Verstärker, der für ein Fahrzeugbremssystem verwendet wird, ist ein elektrischer Verstärker bekannt, der einen Elektromotor als Verstärkerquelle verwendet, wie es beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2007-191133 beschrieben ist. Der elektrische Verstärker betreibt den Elektromotor gemäß einer Bewegung eines Eingabekolbens, der sich in Verbindung mit einer Betätigung eines Bremspedals bewegt, um dadurch einen Kolben eines Hauptzylinders über Vermittlung eines Kugelgewindetriebs (Dreh-/Linear-Bewegungsumwandlungsmechanismus) nach vorn zu schieben. Auf diese Weise erzeugt der elektrische Verstärker einen gewünschten Hydraulikdruck und führt den erzeugten Hydraulikdruck zum Bremssattel jedes Rades zu. Zu dieser Zeit wird der Hydraulikdruck in dem Hauptzylinder teilweise von dem Eingabekolben aufgenommen, der durch den Kolben tritt, um in eine Druckkammer des Hauptzylinders eingebracht zu werden. Auf diese Weise wird eine Reaktionskraft, die zu der Zeit des Bremsens erzeugt wird, teilweise zum Bremspedal zugeführt.
Allerdings weist der elektrische Verstärker, der in der oben zitierten japanischen Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2007-191133 beschrieben ist, eine Struktur auf, bei welcher der Hydraulikdruck in dem Hauptzylinder direkt von dem Eingabekolben aufgenommen wird und es folglich schwierig ist, vom Hauptzylinder getrennt zu werden. Folglich weist der elektrische Verstärker ein Problem hinsichtlich einer geringen Gestaltungsfreiheit auf.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen elektrischen Verstärker bereitzustellen, der von einem Hauptzylinder strukturell einfach zu trennen ist.
Um die oben erwähnten Aufgaben zu erfüllen, enthält ein elektrischer Verstärker gemäß der vorliegenden Erfindung: einen Elektromotor; einen Differentialübertragungsmechanismus, der enthält: eine erste Eingabewelle, die mit einem Bremspedal verbunden ist; eine zweite Eingabewelle, mit welcher der Elektromotor verbunden ist; und eine Ausgabewelle zum Ausgeben einer Drehkraft, die durch Kombinieren einer Drehkraft der ersten Eingabewelle und einer Drehkraft der zweiten Eingabewelle erhalten wird, wobei die erste Eingabewelle, die zweite Eingabewelle und die Ausgabewelle Differentialbewegungen bzw. Ausgleichsbewegungen relativ zueinander ausführen; und einen Ausgabemechanismus zum Umwandeln einer Drehung der Ausgabewelle in eine lineare Bewegung, um einen Kolben eines Hauptzylinders zu schieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Längsschnittansicht einer rechtsseitigen Fläche eines elektrischen Verstärkers gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 ist eine Längsschnittansicht einer linksseitigen Fläche des elektrischen Verstärkers, der in 1 dargestellt ist;
3 ist eine Längsschnittansicht einer Vorderfläche des elektrischen Verstärkers, der in 1 dargestellt ist;
4 ist eine Längsschnittansicht, welche einen Differentialübertragungsmechanismus darstellt, der einem Hauptteil des elektrischen Verstärkers, der in 1 dargestellt ist, entspricht;
5 ist eine quer verlaufende Schnittansicht, welche den Differentialübertragungsmechanismus darstellt, der dem Hauptteil des elektrischen Verstärkers, der in 1 dargestellt ist, entspricht;
6 ist ein Graph, der Eingabe-/Ausgabeversetzungscharakteristika des elektrischen Verstärkers, der in 1 dargestellt ist, zeigt;
7 ist eine quer verlaufende Schnittansicht, welche einen Differentialübertragungsmechanismus darstellt, der einem Hauptteil eines elektrischen Verstärkers gemäß einer zweiten Ausführungsform entspricht;
8 ist eine Seitenansicht eines elektrischen Verstärkers gemäß einer dritten Ausführungsform;
9 ist eine Vorderansicht des elektrischen Verstärkers, der in 8 dargestellt ist;
10 ist eine Längsschnittansicht des elektrischen Verstärkers, der in 8 dargestellt ist;
11 ist ein Blockdiagramm, das einen schematischen Aufbau des elektrischen Verstärkers darstellt;
12 ist eine perspektivische Ansicht, die einen schematischen Aufbau einer elektrischen Servolenkungseinrichtung für ein Fahrzeug darstellt, wenn ein elektrischer Hilfsmechanismus, der in 10 dargestellt ist, für die elektrische Servolenkungseinrichtung für ein Fahrzeug verwendet wird; und
13 ist eine Längsschnittansicht des elektrischen Hilfsmechanismus, der in der Servolenkungseinrichtung, die in 12 dargestellt ist, vorgesehen ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail basierend auf den Zeichnungen beschrieben. Ein elektrischer Verstärker 1 gemäß einer ersten Ausführungsform wird mit Bezug auf die 1 bis 6 beschrieben. Der elektrische Verstärker 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist an einem Fahrzeugbremssystem angebracht. Wie es in den 1 bis 3 dargestellt ist, enthält der elektrische Verstärker einen elektrischen Hilfsmechanismus 2, der auf der Seite eines Armaturenträgers D oder eines Fahrzeuginnenraums C angebracht ist. Der Armaturenträger D entspricht einer Trennwand zwischen einem Motorraum E und dem Fahrzeuginnenraum C. Der elektrische Hilfsmechanismus 2 ist mit einem Bremspedal PD verbunden und ist ferner mit einem Hauptzylinder 3 verbunden, der auf der Seite des Motorraums E mit dazwischen vorgesehenem Armaturenträger D angebracht ist.
Der Hauptzylinder 3 entspricht einem Tandemhauptzylinder, der im Allgemeinen für ein hydraulisches Bremssystem für Fahrzeuge verwendet wird. Durch eine Vorwärtsbewegung eines Kolbens P führt der Hauptzylinder 3 Hydraulikdruck von einem primären Anschluss 4 und einem sekundären Anschluss 5 zu einem Bremssattel für jedes Rad oder dergleichen (nicht gezeigt) vermittels eines Dualsystem-Hydraulikkreises zu. Als Folge davon wird eine Bremskraft erzeugt. Wenn der Kolben P zurückbewegt wird, füllt der Hauptzylinder 3 Bremsfluid von einem Reservoir 6 auf, sofern erforderlich.
Der elektrische Hilfsmechanismus 2 enthält einen Elektromotor 8 und einen Differentialübertragungsmechanismus 10. Der Elektromotor 8 ist auf der Außenseite eines Gehäuses 7 vorgesehen, das an dem Armaturenträger D angebracht ist. Der Differentialübertragungsmechanismus 10 ist in dem Gehäuse 7 aufgenommen. Der elektrische Hilfsmechanismus 2 ist aufgebaut, um eine Betätigung des Bremspedals PD als Dreheingabe aufzunehmen, um eine verstärkte Kraft an eine Ausgabestange 9, die mit dem Kolben P des Hauptzylinders 3 verbunden ist, auszugeben.
Der Differentialübertragungsmechanismus 10 ist in dieser Ausführungsform ein Planetengetriebe. Der Differentialübertragungsmechanismus 10 enthält ein Sonnenrad 11, drei Planetenräder 12, einen Planetenträger 16 und ein Hohlrad 14. Das Sonnenrad 11 ist im Zentrum vorgesehen und dient als eine erste Eingabewelle, die mit dem Bremspedal PD verbunden ist. Die Planetenräder 12 sind um das Sonnenrad 11 angeordnet, um mit diesem im Zahneingriff zu stehen. Der Planetenträger 16 unterstützt die Planetenräder 12 auf eine drehende Weise und dient als Ausgabewelle. Das Hohlrad 14 ist so um die drei Planetenräder 12 vorgesehen, um mit diesen im Zahneingriff zu stehen, und dient als zweite Eingabewelle. Das Drehzentrum des Sonnerads 11, das des Planetenträgers 16 und das des Hohlrads 14 sind konzentrisch vorgesehen.
Das Sonnenrad 11 weist einen Wellenabschnitt 11A auf. Beide Enden des Wellenabschnitts 11A werden von Lagerabschnitten 13, die an dem Gehäuse 7 ausgebildet sind, drehbar gelagert. Ein Basisabschnitt des Bremspedals PD ist auf einer Endseite des Wellenabschnitts 11A fixiert, wohingegen das andere Ende des Wellenabschnitts 11A durch ein entsprechendes der Lagerabschnitte 13 tritt, um sich von dem Gehäuse 7 nach außen zu erstrecken. Ein Drehpositionssensor 15 zum Detektieren einer Drehposition des Sonnenrads 11 ist an einem entfernten Endabschnitt des anderen Endes der Welle 11A vorgesehen.
In der ersten Ausführungsform ist der Basisabschnitt des Bremspedals PD direkt fixiert, um mit einer Endseite des Wellenabschnitts 11A verbunden zu sein. Allerdings können andere Verbindungsstrukturen verwendet werden, solang eine Schwenkbewegung des Bremspedals PD zu einer Endseite des Wellenabschnitts 11A übertragen wird. Beispielsweise kann die folgende Verbindungsstruktur verwendet werden: Eine Drehverbindung ist so zwischen dem einen Ende des Wellenabschnitts 11A und dem Bremspedal PD vorgesehen, dass eine Drehung des einen Endes des Wellenabschnitts 11A und eine Drehung des Basisabschnitts des Bremspedals PD relativ zueinander ermöglicht wird. Ferner ist ein Angrenzungsabschnitt, der gegen die Drehverbindung und/oder die eine Endseite des Wellenabschnitts 11A in einer Richtung, in die das Bremspedal PD gedrückt wird, in Angrenzung gerät, zwischen dem einen Ende der Drehverbindung oder dem Wellenabschnitt 11A und dem Basisabschnitt des Bremspedals PD vorgesehen, sodass der Wellenabschnitt 11A der Schwenkbewegung des Bremspedals PD folgt. Auf der anderen Seite, wenn der Wellenabschnitt 11A von dem Elektromotor 8 gedreht wird, während das Bremspedal PD nicht betätigt wird, wird ein Angrenzungsflächenbereich des Angrenzungsabschnitts getrennt, um allein dem Wellenabschnitt 11A zu ermöglichen, gedreht zu werden. In diesem Fall, in dem die oben beschriebene Verbindungsstruktur verwendet wird, wird das Bremspedal PD nicht bewegt, selbst wenn der Elektromotor zur Zeit der Fahrzeugstabilitätskontrolle, adaptiven Fahrsteuerung oder automatische Bremssteuerung, die jeweils einer Bremssteuerung entsprechen, die ohne Betätigung des Bremspedal PD ausgeführt wird, betrieben wird. Folglich erfährt der Fahrer kein ungewohntes Verhalten.
Die drei Planetenräder 12 werden von den drei Planetenräderwellen 16A entsprechend drehbar gelagert, die an dem Planetenträger 16 fixiert sind, der auf der Seite des Sonnenrads 11 vorgesehen ist, die der Seite gegenüberliegt, auf der das Bremspedal PD fixiert ist. Der Planetenträger 16 enthält einen Abschnitt des großen Durchmessers 17, einen Abschnitt des kleinen Durchmessers 18, einen Hohlwellenabschnitt 19 und einen Ritzelabschnitt 20, die auf eine integrierte Weise konzentrisch ausgebildet sind. Die Planetenwellen 16A sind an dem Abschnitt des großen Durchmessers 17 fixiert. Der Abschnitt des kleinen Durchmessers 18 ist zum Abschnitt des großen Durchmessers 17 benachbart. Der Hohlwellenabschnitt 19 steht von dem Abschnitt des kleinen Durchmessers 18 hervor. Der Ritzelabschnitt 20 ist an einem entfernten Endabschnitt des Hohlwellenabschnitts 19 ausgebildet. Der Abschnitt des kleinen Durchmessers 18 des Planetenträgers 16 ist an einem Lagerabschnitt 21 des Gehäuses 7 mittels eines Lagers 22 drehbar gelagert. Der Wellenabschnitt 11A des Sonnenrads 11 ist drehbar durch den Hohlwellenabschnitt 19 eingebracht.
Innenzähne 23, die mit den drei Planetenrädern 12 im Zahneingriff stehen, sind an einem Innenumfang des Hohlrads 14 ausgebildet. An einem Außenumfang des Ringrads 14 sind Außenzähne 26 ausgebildet, die mit einem Schneckenrad 25 im Zahneingriff stehen, das an einer Welle 24 des Elektromotors 8 angebracht ist. Ferner ist ein zylindrischer Abschnitt 27, der an einem Seitenabschnitt des Hohlrads 14 ausgebildet ist, an dem Abschnitt des großen Durchmessers 17 des Planetenträgers 16 mittels eines Lagers 28 drehbar gelagert.
Die Welle 24, die sich von einem Gehäuseabschnitt 8A erstreckt, ist an dem Elektromotor 8 vorgesehen. Der Gehäuseabschnitt 8A ist auf der Außenseite des Gehäuses 7 angebracht. Die Welle 24 tritt durch eine Wand des Gehäuses 7, um sich bezüglich des Gehäuses 7 nach innen zu erstrecken. Als Folge davon steht das Schneckenrad 25, das an der Welle 24 angebracht ist, mit den Außenzähnen 26 des Hohlrads 14 im Zahneingriff. In dieser Ausführungsform bilden das Schneckenrad 25 und die Außenzähne 26 des Hohlrads 14 einen Untersetzungsmechanismus. Ein entfernter Endabschnitt der Welle 24 wird von einem Lagerabschnitt 29, der an dem Gehäuse 7 ausgebildet ist, drehbar gelagert.
Ein Ende der Ausgabestange 9 ist in den Hauptzylinder 3 eingebracht, um dadurch gegen den Kolben P des Hauptzylinders 3 so anzugrenzen, dass diese damit verbunden ist. Das andere Ende der Ausgabestange ist in einen Führungsabschnitt 30, der in dem Gehäuse 7 ausgebildet ist, verschiebbar eingebracht. Auf diese Weise wird die Ausgabestange 9 so geführt, um im Stande zu sein, sich entlang einer axialen Richtung des Hauptzylinders 3 vor und zurück zu bewegen. An einem axialen Zwischenabschnitt der Ausgabestange 9 ist ein Zahnstangenabschnitt 31, der mit dem Ritzelabschnitt 20 des Planetenträgers 16 im Zahneingriff steht, ausgebildet. Ein Dreh-/Linear-Bewegungsumwandlungsmechanismus, der den Ritzelabschnitt 20 und den Zahnstangenabschnitt 31 enthält, bildet in dieser Ausführungsform einen Ausgabemechanismus. In dem Fall, in dem ein Zahnstangenbereich direkt an dem Kolben P selbst ausgebildet ist, bildet der Ritzelabschnitt 20, der mit dem Zahnstangenbereich im Zahneingriff steht, den Ausgabemechanismus. Wie es oben beschrieben ist, werden der Ritzelabschnitt 20 und der Zahnstangenabschnitt 31 in der ersten Ausführungsform als Dreh-/Linear-Bewegungsumwandlungsmechanismus verwendet. Folglich ist die Verwendung eines Kugelgewindetriebs, der in dem elektrischen Verstärker verwendet wird, der in der japanischen Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2007-191133 verwendet wird, nicht erforderlich. Folglich können die Anzahl der Komponenten und die Kosten verringert werden. Ferner ist es einfach, das Schmiermittel zu ersetzen, wodurch die Wartbarkeit verbessert wird.
Ein Paar von Arretierabschnitten 32 und 33 sind an dem Hohlrad 14 angebracht. Ein Paar von Stellfedern 34 und 35 (Drängmittel; erstes Federmittel und zweites Federmittel) sind vorgesehen. Die Stellfeder 34 ist zwischen dem Arretierabschnitt 32 und dem Bremspedal PD vorgesehen, das sich gemeinsam mit dem Sonnenrad 11 dreht, wohingegen die Stellfeder 35 zwischen dem Arretierabschnitt 33 und dem Bremspedal PD vorgesehen ist. Die Stellfeder 34 legt eine Federkraft an, sodass das Bremspedal PD, d. h. das Sonnenrad 11 und das Hohlrad 14 sich in einer Richtung relativ zueinander drehen, wohingegen die Stellfeder 35 die Federkraft so aufbringt, dass das Sonnenrad 11 und das Hohlrad 14 sich in entgegengesetzter Richtung relativ zueinander drehen. Auf diese Weise halten die Stellfedern 34 und 35 das Sonnerad 11 und das Hohlrad 14 elastisch in neutralen Positionen, wie es in 1 dargestellt ist.
Eine der Stellfedern 34 und 35 kann weggelassen werden, sodass das Sonnenrad 11 und das Hohlrad 14 mittels einer einzigen Rückstellfeder in bestimmten Positionen elastisch gehalten werden. Ferner wird in dieser Ausführungsform das Bremspedal PD, das auf die gleiche Weise wie das Sonnenrad 11, das die erste Eingabewelle bildet, schwenkt, als ein Teil der ersten Eingabewelle angesehen. Zwischen dem Bremspedal PD und dem Hohlrad 14, das die zweite Eingabewelle bildet, sind das Paar von Stellfedern 34 und 35, welche die Drängmittel bilden, vorgesehen. Allerdings ist die Struktur, in der das Paar von Stellfedern 34 und 35 vorgesehen ist, darauf nicht beschränkt. Das Paar von Stellfedern 34 und 35 kann zwischen dem Sonnenrad 11 und dem Hohlrad 14 vorgesehen sein. Alternativ kann das Paar von Stellfedern 34 und 35 zwischen dem Planetenträger 16, der die Ausgabewelle bildet und dem Sonnenrad 11 oder zwischen dem Planetenträger 16 und dem Bremspedal PD vorgesehen sein.
Eine Rückstellfeder 36 zum Vorspannen des Bremspedals PD in eine Nicht-Bremsposition, die in 1 dargestellt ist, ist zwischen dem Bremspedal PD und dem Gehäuse 7 vorgesehen.
Wie es in 3 dargestellt ist, ist neben dem Drehpositionssensor 15 ein Motordrehpositionssensor 37 zum Detektieren einer Drehposition der Welle 24 des Elektromotors 8 an dem elektrischen Verstärker 1 vorgesehen. Ferner ist eine Steuereinheit 38 an dem elektrischen Verstärker 1 vorgesehen. Die Steuereinheit 38 steuert die Drehung des Elektromotors 8 basierend auf Detektionssignalen von dem Drehpositionssensor 15, dem Motordrehpositionssensor 37 und verschiedenen Sensoren zum Detektieren anderer notwendiger Zustandsvariablen (beispielsweise ein Hauptzylinderdruck und dergleichen) und Signalen von einer ECU eines Fahrzeugverhaltensteuersystems und einer ECU eines Fahrzeugsteuersystems.
Die Funktionen des elektrischen Verstärkers 1 dieser Ausführungsform, die wie oben beschreiben aufgebaut ist, werden im Folgenden beschrieben.
Das Sonnenrad 11 wird bei Betätigung des Bremspedals PD gedreht (Betätigung von links nach rechts in 1 und von rechts nach links in 2), was für das Bremsen von dem Fahrer ausgeführt wird. Durch Drehung des Sonnenrads 11 laufen die Planetenräder um das Sonnenrad 11, während sich dieses dreht. Mit dem Umlauf der Planetenräder 12 um das Sonnenrad 11 dreht sich der Planetenträger 16. Mit der Drehung des Planetenträgers 16 wird die Ausgabestange 9 durch den Zahneingriff zwischen dem Ritzelabschnitt 20 und dem Zahnstangenabschnitt 31 der Ausgabestange 9 nach vorn bewegt. Auf diese Weise wird der Kolben P von der Ausgabestange 9 gedrückt, um in dem Hauptzylinder 3 einen Hydraulikdruck zu erzeugen. Anschließend wird der Hydraulikdruck in dem Hauptzylinder 3 zum Bremssattel jedes Rades oder dergleichen zugeführt, vermittels des Hydraulikkreises. Als Folge davon wird eine Bremskraft erzeugt.
Zu der Zeit detektiert die Steuereinheit 38 die Drehung des Sonnenrads 11 mittels des Drehpositionssensors 15 als Betrag der Betätigung des Bremspedals PD. Gemäß der Drehposition des Sonnenrads 11 steuert die Steuereinheit 38 den Elektromotor 8, um dadurch die Welle 24 zu drehen, sodass der Drehbetrag des Sonnenrads 11 und der des Hohlrads 14 gleich werden. Durch die Drehung der Welle 24 dreht sich das Hohlrad 14 mit einem konstanten Untersetzungsverhältnis über den Zahneingriff zwischen dem Schneckenrad 25 und den äußeren Zähnen 26 des Hohlrads 14. Zu der Zeit werden der Drehwinkel des Sonnenrads 11 und der des Hohlrads 14 gleich. Somit wird eine Steuerung ohne relative Versetzung ausgeführt. Anschließend werden die Planetenräder 12 veranlasst, um das Sonnenrad 11 umzulaufen, während sich dieses dreht. Der Planetenträger 16 wird gedreht, und die Drehung des Planetenträgers 16 folgt der Drehung des Sonnenrads 11, die von der Betätigung des Bremspedals PD bewirkt wird. Als Folge davon wird eine Drehkraft des Planetenträgers 16, die durch Betätigung des Bremspedals PD erhalten wird, mit einer Drehkraft der Welle 24 des Elektromotors 8 kombiniert, um dadurch die Ausgabestange 9 zu schieben. Die Beziehung zwischen dem Eingabeversetzungsbetrag, der einem Versetzungsbetrag des Bremspedals PD entspricht, und einem Ausgabeversetzungsbetrag, der einem Versetzungsbetrag der Ausgabestange 9 entspricht, wird von einer Linie X, die in 6 gezeigt ist, gekennzeichnet.
Wenn die Ausgabestange 9, wie oben beschrieben, geschoben wird, wird eine Reaktionskraft von dem Kolben P des Hauptzylinders 3 auf den Planetenträger 16 über die Ausgabestange 9 ausgeübt. Die Reaktionskraft wird mit einem konstanten Verhältnis basierend auf dem oben erwähnten Untersetzungsverhältnis durch den Differentialübertragungsmechanismus 10, der dem Planetenradmechanismus entspricht, zum Hohlrad 14 und dem Sonnenrad 11 verteilt. Folglich wird eine Kraft zum Betätigen des Bremspedals PD, das mit dem Sonnenrad 11 verbunden ist, vorteilhaft verringert. Im Besonderen ist das konstante Verhältnis, das auf dem oben beschriebenen Untersetzungsverhältnis basiert, ein Grundverstärkungsverhältnis in dem elektrischen Verstärker 1 und dem elektrischen Hilfsmechanismus 2. In dem Differentialübertragungsmechanismus 10 dieser Ausführungsform führen das Sonnenrad 11, das Hohlrad 14 und der Planetenträger 16, die drei Eingabe-/Ausgabe-Wellen des Planetenradmechanismus entsprechen, Differentialbewegungen relativ zueinander aus. Ein Verhältnis der Drehkraft bzw. Schwenkkraft des Bremspedals PD, das mit dem Sonnenrad 11 verbunden ist, und der des Elektromotors 8, der mit dem Hohlrad 14 verbunden ist, kann basierend auf dem Untersetzungsverhältnis des Planetenradmechanismus bestimmt werden. Vorzugsweise wird das Verhältnis der Drehkraft so bestimmt, dass die Drehkraft des Hohlrads 14 größer als die des Sonnenrads 11 ist, d. h. ungefähr 1:3 bis 1:4. In diesem Fall ist das Pedalverhältnis basierend auf dem oben erwähnten Untersetzungsverhältnis des Bremspedals PD der ersten Ausführungsform 1:7 bis 1:8.
Wie es oben beschrieben ist, wird in der ersten Ausführungsform die erste Eingabewelle, die mit dem Bremspedal PD verbunden ist, von dem Sonnenrad 11 gebildet. Die zweite Eingabewelle, mit welcher der Elektromotor verbunden ist, wird von dem Hohlrad 14 gebildet. Die Ausgabewelle zum Ausgeben der Drehkraft, die durch Kombinieren der Drehkraft der ersten Eingabewelle und der Drehkraft der zweiten Eingabewelle erhalten wird, wird von dem Planetenträger 16 gebildet. Aufgrund der Beziehung zwischen dem Sonnenrad 11, dem Hohlrad 14 und dem Planetenträger 16, welche den drei Eingabe-/Ausgabe-Wellen des Planetenradmechanismus entsprechen, und dem Bremspedal PD, dem Elektromotor 8 und der Ausgabestange 9, die jeweils einem Verbindungselement mit den drei Eingabe-/Ausgabe-Wellen entsprechen, ermöglicht die oben erwähnte Beziehung ein großes Untersetzungsverhältnis. Allerdings ist die Zuordnung darauf nicht beschränkt. Beispielsweise kann das Bremspedal PD mit dem Planetenträger 16 verbunden sein und die Ausgabestange 9 kann mit dem Sonnenrad 11 verbunden sein, wenngleich das Untersetzungsverhältnis verringert wird. In diesem Fall bildet der Planetenträger 16 die erste Eingabewelle, wohingegen das Sonnenrad 11 die Ausgabewelle bildet.
Das Verhältnis zwischen dem Eingabeversetzungsbetrag und dem Ausgabeversetzungsbetrag des elektrischen Verstärkers 1 und des elektrischen Hilfsmechanismus 2 gemäß der ersten Ausführungsform kann zusätzlich zu dem Fall frei geändert werden, bei dem der Betrieb ohne relative Versetzung ausgeführt wird, d. h., der Drehbetrag des Hohlrads 14 ist gleich dem Drehbetrag des Sonnenrads 11 vorgesehen, was dem Eingabeversetzungsbetrag entspricht, wie es oben beschrieben ist. Im Besonderen kann der Versetzungsbetrag der Ausgabestange 9 bezüglich des Versetzungsbetrags des Bremspedals PD geändert werden. Mit Bezug auf 6 wird die Beziehung des Versetzungsbetrags der Ausgabestange 9 (Ausgabeversetzungsbetrag; der Drehbetrag des Planetenträgers 16) mit Bezug auf den Versetzungsbetrag des Bremspedals PD (Eingabeversetzungsbetrag; Drehbetrag des Sonnenrads 11) beschrieben. Der Versetzungsbetrag der Ausgabestange 9 ist zum Versetzungsbetrag des Bremspedals PD proportional. Der Liniengradient, welcher die Beziehung zwischen dem Ausgabeversetzungsbetrag und dem Eingabeversetzungsbetrag kennzeichnet, wird von dem Drehbetrag der Ausgabewelle 24 des Elektromotors 8 bestimmt (Drehbetrag des Hohlrads 14). Indem sich der Drehbetrag des Elektromotors 8 erhöht, wird der Gradient größer, um in eine Charakteristik zu münden, welche von der Linie Y in 6 dargestellt ist. Indem sich der Drehbetrag des Elektromotors 8 verringert, wird der Gradient kleiner, um in eine Charakteristik zu münden, welche von einer Linie Z in 6 dargestellt ist. Wie es oben beschrieben ist, wird eine sogenannte Vorschubsteuerung zum Erhöhen des Drehbetrags des Elektromotors 8 mit Bezug auf den Versetzungsbetrag des Bremspedals PD zum Erhöhen des Versetzungsbetrags der Ausgabestange 9 ausgeführt. Als Folge davon wird eine Druckvergrößerungssteuerung ermöglicht. Auf der anderen Seite wird eine sogenannte Verzögerungssteuerung zum Verringern des Drehbetrags des Elektromotors 8 mit Bezug auf den Versetzungsbetrag des Bremspedals PD zur Verringerung des Versetzungsbetrags der Ausgabestange 9 ausgeführt. Als Folge davon wird eine Druckverringerungssteuerung in einer regenerativen zusammenwirkenden Steuerung ermöglicht.
Die Eingabe-/Ausgabe-Charakteristik (Beziehung zwischen Pedaldruckkraft und Bremshydraulikdruck) des elektrischen Verstärkers 1 und des elektrischen Hilfsmechanismus 2 in der ersten Ausführungsform wird von dem Verstärkungsverhältnis basierend auf dem Untersetzungsverhältnis des Differentialübertragungsmechanismus 10, der dem Planetenradmechanismus entspricht, dargestellt. Wie es oben beschrieben ist, bleibt das Grundverstärkungsverhältnis unverändert, selbst in dem Fall, der sich von der Betätigung ohne relative Versetzung unterscheidet, d. h. der Drehbetrag des Hohlrads 14 ist gleich dem Eingabeversetzungsbetrag vorgesehen, der dem Drehbetrag des Sonnenrads 11 entspricht, da das Untersetzungsverhältnis des Differentialübertragungsmechanismus 10 konstant ist. Wenn die Vorschubsteuerung oder Verzögerungssteuerung zum Variieren des Versetzungsbetrags der Ausgabestange 9 bezüglich des Versetzungsbetrags des Bremspedals PD, wie es oben beschrieben ist, ausgeführt wird, wird die Position des Planetenträgers 16, welcher dem Sonnenrad 11 folgt, bezüglich der Drehposition des Sonnenrads 11 geändert, was von der Betätigung des Bremspedals PD bewirkt wird. Als Folge davon wird eine Federkraft der Stellfedern 34 und 35, die auf das Bremspedal PD wirken, erhöht oder verringert, um die Eingabe-/Ausgabe-Charakteristik zu ändern.
Genauer gesagt wird bezüglich der Vorschubsteuerung zum Ausführen der Bremshilfssteuerung bzw. Bremsunterstützungssteuerung (Linie Y der 6) der Versetzungsbetrag der Ausgabestange 9 bezüglich des Versetzungsbetrags des Bremspedals PD größer als bei der Steuerung ohne relative Versetzung (Linie X der 6). Folglich erhöht sich die Reaktionskraft, die von dem Hauptzylinder 3 auf das Bremspedal PD übertragen wird, bezüglich des Versetzungsbetrags des Bremspedals PD. Allerdings wird der Betrag der relativen Versetzung zwischen dem Drehbetrag des Hohlrads 14, das von dem Elektromotor 8 gedreht wird, und dem Versetzungsbetrag des Bremspedals PD groß (Drehbetrag des Hohlrads 14 wird größer als der des Sonnenrads 11). Somit wird die Stellfeder 34 zusammengedrückt und die Stellfeder 35 erweitert sich um den relativen Versetzungsbetrag, um dadurch eine Federkraft in einer Richtung zur erzeugen, in welcher der Vergrößerungsvertrag der Reaktionskraft aufgehoben wird (Kraft, die in einer Richtung ausgeübt wird, in die das Bremspedal PD gedrückt wird; Kraft, die in einer Richtung ausgeübt wird, in der sich eine Pedalbetätigungskraft vergrößert). Auf diese Weise wird die Reaktionskraft bezüglich des Versetzungsbetrags des Bremspedals PD eingestellt.
Ferner wird für die Verzögerungssteuerung zum Ausführen der regenerativen zusammenwirkenden Steuerung (Linie Z der 6) der Versetzungsbetrag der Ausgabestange 9 bezüglich des Versetzungsbetrags des Bremspedals PD kleiner als bei der Steuerung ohne relative Versetzung (Linie X der 6). Folglich verringert sich die Reaktionskraft, die von dem Hauptzylinder 3 auf das Bremspedal PD übertragen wird, mit Bezug auf den Versetzungsbetrag des Bremspedals PD. Allerdings wird der Versetzungsbetrag der Ausgabestange 9, d. h. der Betrag der relativen Versetzung zwischen dem Drehbetrag des Hohlrads 14, das von dem Elektromotor 8 gedreht wird, und dem Versetzungsbetrag des Bremspedals PD klein (Drehbetrag des Hohlrads 14 wird kleiner als der des Sonnenrads 11). Somit dehnt sich die Stellfeder 34 und die Stellfeder 35 wird zusammengedrückt, um den relativen Versetzungsbetrag, um dadurch eine Federkraft in einer Richtung des Aufhebens des Erhöhungsbetrags der Reaktionskraft zu erzeugen (Kraft, die in einer Richtung ausgeübt, in der das Bremspedal PD losgelassen wird; Kraft, die in einer Richtung ausgeübt wird, in der eine Pedalbetätigungskraft verringert wird). Auf diese Weise wird die Reaktionskraft mit Bezug auf den Versetzungsbetrag des Bremspedals PD eingestellt.
Wie es oben beschrieben ist, selbst wenn die Eingabe-/Ausgabe-Versetzungscharakteristik des Elektromotors 1 geändert wird, wird die Reaktionskraft gegen die Betätigung des Bremspedals PD von den Stellfedern 34 und 35 eingestellt. Als Folge davon bleibt die Eingabe-/Ausgabe-Charakteristik des elektrischen Verstärkers 1 unverändert. Folglich wird die Eingabe-/Ausgabe-Versetzungscharakteristik geändert, um die Bremssteuerung zu ermöglichen, die von dem elektrischen Verstärker ausgeführt wird, wie beispielsweise die Bremshilfssteuerung, die regenerative zusammenwirkende Steuerung (regenerative cooperative control) und die Anstiegssteuerung (build-up control), ohne den Fahrer mit einer ungewohnte Reaktion aufgrund der Reaktionskraft des Bremspedals zu belasten. In dieser Ausführungsform bilden die Stellfedern 34 und 35 die Drängmittel.
Es ist nicht unbedingt erforderlich, die oben erwähnten Stellfedern 34 und 35 vorzusehen. Ferner, wenn die Stellfedern 34 und 35 nicht vorgesehen sind, ist es nicht erforderlich, dass die Steuerung für den Elektromotor 8, die von der Steuereinheit 38 ausgeführt wird, auf die oben erwähnte Steuerung ohne relative Versetzung begrenzt ist. Beispielsweise kann basierend auf der oben erwähnten Vorschubsteuerung als Standard ein Hub des Bremspedals PD verkürzt werden, um das Bremsempfinden zu verbessern.
Ferner, wenn sich die Welle 24 des Elektromotors 8 aufgrund eines Fehlverhaltens des Elektromotors 8, der Steuereinheit 38 oder dergleichen, oder eines Festsetzens zwischen dem Schneckenrad 25 und den Außenzähnen 26 nicht dreht, ist das Hohlrad 14 durch den Zahneingriff zwischen dem Schneckenrad 25 und den Außenzähnen 26 fixiert. Selbst in diesem Zustand laufen allerdings aufgrund der Betätigung des Bremspedals PD die Planetenräder 12 um das Sonnenrad 11, während sich dieses dreht, um den Planetenträger 16 mit einem konstanten Untersetzungsverhältnis zu drehen. Folglich kann durch Bewegung der Ausgabestange 9 nach vorn die Bremskraft für das Fahrzeug erzeugt werden, vermittels des Hauptzylinders 3 und der Radzylinder. In dieser Ausführungsform wird ein Schneckenmechanismus mit einer geringen Rückwärtseffizienz als Untersetzungsmechanismus verwendet. Folglich kann in dem Fall eines Fehlverhaltens des Elektromotors 8 die Betätigungskraft des Bremspedals PD zur Ausgabestange ohne von der Seite des Elektromotors 8 gelöst zu werden übertragen werden, d. h. ohne Verlust der Betätigungskraft.
Wie es oben beschrieben ist, wird in dem elektrischen Verstärker 1 der ersten Ausführungsform die Reaktionskraft von dem Kolben P des Hauptzylinders 3 mittels des Differentialübertragungsmechanismus 10 verteilt. Folglich ist es nicht notwendig, einen Eingabekolben in eine Druckkammer des Hauptzylinders zur Verteilung der Reaktionskraft einzubringen, wie in dem Fall der herkömmlichen elektrischen Verstärker, und folglich wird die Trennbarkeit des elektrischen Verstärkers 1 von dem Hauptzylinder 3 vereinfacht. Somit wird die Herstellungseffizienz verbessert, da der elektrische Verstärker 1 und der Hauptzylinder 3 getrennt montiert werden können. Ferner ist es nicht notwendig, das Bremsfluid in dem Hauptzylinder 3 für die Wartung des elektrischen Verstärkers 1 abzulassen, wodurch eine einfache Wartbarkeit bereitgestellt wird. Ferner können verschiedene Arten der Bremssteuerung ausgeführt werden, da der Ausgabeversetzungsbetrag bezüglich des Eingabeversetzungsbetrags variiert werden kann. Ferner kann in dem elektrischen Unterstützungsmechanismus 2 der ersten Ausführungsform der Ausgabeversetzungsbetrag mit Bezug auf den Eingabeversetzungsbetrag variiert werden.
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform mit Bezug auf 7 beschrieben. Die gleichen Teile der oben beschriebenen ersten Ausführungsform sind mit denselben Referenzzeichen bezeichnet und lediglich unterschiedliche Teile werden unten im Detail beschrieben. Wie es in 7 dargestellt ist, ist in der zweiten Ausführungsform anstelle des Schneckenrads 25 ein Ritzel 39 an der Welle 24 des Elektromotors 8 angebracht. Das Ritzel 39 steht mit den Außenzähnen 26 des Hohlrads 14 im Zahneingriff. Als Folge davon wird, nachdem die Geschwindigkeit der Drehung des Elektromotors 8 aufgrund des Zahneingriffs zwischen dem Ritzel 39 und den Außenzähnen 26 des Hohlrads 14 verringert wurde, die Antriebskraft zum Hohlrad 14 übertragen. In der zweiten Ausführungsform bilden das Ritzel 39 und die Außenzähne 26 des Hohlrads 14 den Untersetzungsmechanismus. Wie es oben beschrieben ist, ist unter Verwendung des Ritzels 39 und der Außenzähne 26 des Hohlrads 14 der Elektromotor 8 so angeordnet, dass eine Umlaufachse des Differentialübertragungsmechanismus 10 und eine Drehachse des Elektromotors 8 parallel zueinander werden. Folglich können die Abmessungen des elektrischen Verstärkers 1 und des elektrischen Hilfsmechanismus 2 in der Richtung der Schwerkraft verringert werden, verglichen mit dem Fall der ersten Ausführungsform. Somit wird die Fahrzeugmontierbarkeit verbessert.
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform mit Bezug auf die 8 bis 10 beschrieben. Die gleichen Teile der ersten Ausführungsform sind mit denselben Referenzzeichen bezeichnet, und lediglich unterschiedliche Teile werden unten im Detail beschrieben. Wie es in den 8 bis 10 dargestellt ist, dient in dem Differentialübertragungsmechanismus 10 eines elektrischen Verstärkers 1' und eines elektrischen Hilfsmechanismus 2' gemäß dieser Ausführungsform das Hohlrad 14 als Ausgabewelle und weist Außenzähne 26 auf, die mit dem Zahnstangenabschnitt 31 der Ausgabestange 9 im Zahneingriff stehen. Der Planetenträger 16 dient als zweite Ausgabewelle. Die Drehung der Welle 24' eines Elektromotors 8' wird zum Planetenträger 16 übertragen, nachdem die Geschwindigkeit davon in zwei Stufen vermittels eines ersten Planetenraduntersetzungsmechanismus 41 und eines zweiten Planetenraduntersetzungsmechanismus 42 verringert wurde.
Der erste Planetenraduntersetzungsmechanismus 41 enthält ein Sonnenrad 43, eine Mehrzahl von Planetenrädern 44, einen Planetenträger 46 und ein Hohlrad 48. Das Sonnenrad 43 ist an der Welle 24' des Elektromotors 8' angebracht. Die mehreren Planetenräder 44 sind um das Sonnenrad 43 vorgesehen, um mit diesem im Zahneingriff zu stehen. Der Planetenträger 46 ist drehbar vorgesehen, sodass dieser zum Sonnenrad 43 und den Planetenrädern 44 benachbart ist, um die Planetenräder 44 mit den Radwellen 45 drehbar zu lagern. Das Hohlrad 48 ist an einem Außenumfangsabschnitt des Planetenträges 46 mittels eines Lagers 47 drehbar gelagert und weist Innenzähne auf, die mit Außenumfangsabschnitten der Mehrzahl von Planetenrädern 44 im Zahneingriff stehen.
Ferner erhält der zweiten Planetenraduntersetzungsmechanismus 42 ein Sonnenrad 49, eine Mehrzahl von Planetenrädern 50, einen Planetenträger 52 und ein Hohlrad 54. Das Sonnenrad 49 ist an dem Planetenträger 46 des ersten Planetenraduntersetzungsmechanismus 41 angebracht. Die mehreren Planetenräder 50 sind so um das Sonnenrad 49 vorgesehen, um damit im Zahneingriff zu stehen. Der Planetenträger 52 ist drehbar vorgesehen, um zum Sonnenrad 49 und den Planetenrädern 50 benachbart zu sein, um die Planetenräder 50 mit Radwellen 51 drehbar zu lagern. Das Hohlrad 54 ist mittels eines Lagers 53 an einem Außenumfangsabschnitt des Planetenträgers 52 drehbar gelagert und weist Innenzähne auf, die mit Außenumfangsabschnitten der Mehrzahl von Planetenrädern 50 im Zahneingriff stehen.
Der Planetenträger 52 des zweiten Planetenradsuntersetzungsmechanismus 42 und der Planetenträger 16 des Differentialübertragungsmechanismus 10 sind mittels einer Welle 55 verbunden. Ferner sind das Hohlrad 48 des ersten Planetenraduntersetzungsmechanismus 41 und das Hohlrad 54 des zweiten Planetenraduntersetzungsmechanismus 42 fixiert. Als Folge davon, nachdem die Geschwindigkeit der Drehung der Welle 24' des Elektromotors 8' in zwei Niveaus mit einem bestimmten Untersetzungsverhältnis durch den ersten Planetenraduntersetzungsmechanismus 41 und den zweiten Planetenraduntersetzungsmechanismus 42 verringert wurde, wird die Drehung mit verringerter Geschwindigkeit zum Planetenträger 16 des Differentialübertragungsmechanismus 10 übertragen.
Wie bei der ersten Ausführungsform sind die Stellfedern 34 und 35 zwischen dem Bremspedal PD und dem Hohlrad 14 vorgesehen. Die Steuereinheit 38 steuert den Elektromotor 8', um den Planetenträger 16 zu veranlassen, sich gemäß dem Betätigungsbetrag des Bremspedals PD zu drehen, d. h. der Drehposition des Sonnenrads 11, sodass das Hohlrad 14 der Drehung des Sonnenrads 11 folgt. Auf diese Weise werden die gleichen Funktionen und Wirkungen wie in der ersten Ausführungsform erhalten. Ferner kann durch Bereitstellen des ersten Planetenraduntersetzungsmechanismus 41 und des zweiten Planetenraduntersetzungsmechanismus 42 die physische Abmessung des Elektromotors 8' verringert werden, verglichen mit der ersten und zweiten Ausführungsform. Als Folge davon kann der elektrische Verstärker 1' und der elektrische Hilfsmechanismus 2' verkleinert werden.
Als nächstes werden Komponenten des elektrischen Verstärkers mit Bezug auf 11 beschrieben. Die Komponenten, die denen der oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen entsprechen, werden jeweils mit denselben Referenzzeichen bezeichnet. Wie es in 11 dargestellt ist, enthält der elektrische Verstärker (1): den Differentialübertragungsmechanismus (10), der den Elektromotor (8), die erste Ausgabewelle (11), die mit dem Bremspedal (PD) verbunden ist, die zweite Ausgabewelle (14), mit welcher der Elektromotor (8) verbunden ist, und die Ausgabewelle (16) zur Ausgabe der Drehkraft enthält, die durch eine Kombination der Drehkraft der ersten Eingabewelle (11) und der Drehkraft der zweiten Eingabewelle (14) erhalten wird, wobei die erste Eingabewelle (11) und die zweite Eingabewelle (14) und die Ausgabewelle (16) relativ zueinander Differentialbewegungen ausführen; und den Ausgabemechanismus (20, 31) zum Umwandeln der Drehung der Ausgabewelle (16) in eine lineare Bewegung, um den Kolben des Hauptzylinders (3) zu schieben. Unter den oben erwähnten Komponenten bilden der Differentialübertragungsmechanismus (10), der den Elektromotor (8), die erste Eingabewelle (11), die mit dem Bremspedal (PD) verbunden ist, die zweiten Eingabewelle (14), mit der der Elektromotor (8) verbunden ist, und die Ausgabewelle (16) zur Ausgabe der Drehkraft enthält, die durch Kombination der Drehkraft der ersten Eingabewelle (11) und der Drehkraft der zweiten Eingabewelle (14) erhalten wird, wobei die erste Eingabewelle (11), die zweiten Eingabewelle (14) und der Ausgabewelle (16) die Differentialbewegungen relativ zueinander ausführen, und die Ausgabewelle (16) den elektrischen Hilfsmechanismus (2).
Folglich wird in dem elektrischen Verstärker (1) die Reaktionskraft von dem Kolben (P) des Hauptzylinders (3) von dem Differentialübertragungsmechanismus (10) verteilt. Folglich ist es nicht notwendig, den Eingabekolben in die Druckkammer des Hauptzylinders zur Verteilung der Reaktionskraft einzubringen, wie es bei herkömmlichen elektrischen Verstärkern erforderlich ist. Folglich wird die Trennbarkeit des elektrischen Verstärkers (1) von dem Hauptzylinder vereinfacht. Der Untersetzungsmechanismus (26, 25) kann zwischen der zweiten Eingabewelle (14) des Differentialübertragungsmechanismus (10) und dem Elektromotor (8) vorgesehen sein. In einem solchen Fall kann die physikalische Größe des Elektromotors (8) verringert werden.
Als Folge davon kann die Abmessung des elektrischen Verstärkers verringert werden.
Anschließend, wenn das Bremspedal (PD) betätigt wird, wird der Betätigungsbetrag des Bremspedals (Drehbetrag der ersten Eingabewelle (11)) von dem Drehpositionssensor (15) detektiert. Der Betrieb des Elektromotors (8) wird von der Steuereinheit (38) gemäß dem Betätigungsbetrag (Versetzungsbetrag) gesteuert, der von dem Drehpositionssensor (15) detektiert wird, d. h. gemäß dem Drehbetrag der ersten Eingabewelle (11). Genauer gesagt wird die gewünschte Bremskraft (Untersetzungsverhältnis oder Hydraulikdruck zum Bremsen) basierend auf dem Betätigungsbetrag berechnet, der von dem Drehpositionssensor (15) detektiert wird. Die Drehposition der Welle (24) des Elektromotors (8) wird einer Rückkopplungssteuerung unterzogen, um die berechnete Bremskraft zu erhalten. Als Folge der oben beschriebenen Steuerung werden die Betätigungskraft des Bremspedals (PD) und die Drehkraft des Elektromotors (8) kombiniert und von dem Differentialübertragungsmechanismus (10) ausgegeben. Ferner wird die Drehung in eine lineare Bewegung umgewandelt, um den Kolben des Hauptzylinders (3) nach vorn zu bewegen, um den Hydraulikdruck zu erzeugen. Der somit erzeugte Hydraulikdruck wird zum Bremssattel jedes Rads zugeführt, um die Bremskraft anzulegen. Die Steuerung des elektrischen Verstärkers 1 ist nicht auf die oben erwähnte Drehpositionssteuerung für den Elektromotor (8) beschränkt. Als Steuerung für den Elektromotor (1) kann ein Drucksensor (70) für den Hauptzylinder (3) bereitgestellt werden, sodass die Steuereinheit (38) eine Rückkopplungssteuerung basierend auf dem Hydraulikdruck, der von dem Drucksensor (70) detektiert wird, ausführt.
Als Komponenten für den elektrischen Verstärker 1 wird der Planetenradmechanismus als Differentialübertragungsmechanismus 10 verwendet, indem das Sonnenrad 11 als erste Eingabewelle, das Hohlrad 14 als zweite Eingabewelle und der Planetenträger 16 als Ausgabewelle fungiert. Ferner werden die Außenzähne 26 und das Schneckenrad 25 als Untersetzungsmechanismus verwendet, wohingegen der Ritzelabschnitt 20 und der Zahnstangenabschnitt 31 (Zahnstangen-/Ritzel-Mechanismus) als Dreh-/Linear-Bewegungsumwandlungsmechanismus verwendet werden. Ferner werden in der zweiten Ausführungsform die Außenzähne 26 und das Ritzel 39 (Stirnrad) als Untersetzungsmechanismus verwendet.
In der oben beschriebenen dritten Ausführungsform wird der Planetenradmechanismus als Differentialübertragungsmechanismus 10 verwendet, indem das Sonnenrad 11 als erste Eingabewelle, der Planetenträger 16 als zweite Eingabewelle und das Hohlrad 14 als Ausgabewelle fungiert. Ferner werden der erste Planetenraduntersetzungsmechanismus 41 und der zweite Planetenraduntersetzungsmechanismus 42 als Untersetzungsmechanismus verwendet, wobei die Außenzähne 26 und der Zahnstangenabschnitt 31 (Zahnstangen-/Ritzel-Mechanismus) als Dreh-/Linear-Bewegungsumwandlungsmechanismus verwendet werden.
Ferner kann neben dem oben erwähnten Planetenradmechanismus beispielsweise ein Kugeluntersetzungsmechanismus, ein Wellenuntersetzungsmechanismus oder dergleichen als Differentialübertragungsmechanismus (10) verwendet werden. Wenn der Kugeluntersetzungsmechanismus als Differentialübertragungsmechanismus verwendet wird, kann ein Verstärkungsverhältnis gleich dem des barometrischen Verstärkers, der bei bereits vorhandenen Fahrzeugen im Allgemeinen verwendet wird, beispielsweise, ein Untersetzungsverhältnis von 1:7 bis 1:8 festgelegt werden. Folglich kann der elektrische Verstärker (1) ohne Änderungen des Pedalverhältnisses des Bremspedals des bereits vorhandenen Fahrzeugs an dem Fahrzeug angebracht werden.
Neben dem oben beschriebenen Schneckenradmechanismus und Planetenradmechanismus kann der Kugeluntersetzungsmechanismus oder Wellenuntersetzungsmechanismus als Untersetzungsmechanismus (26, 25) verwendet werden. Alternativ kann der Untersetzungsmechanismus (26, 25) weggelassen werden, und die zweite Eingabewelle (14) des Differentialübertragungsmechanismus (10) kann direkt von dem Elektromotor (8) angetrieben werden. Ferner kann neben dem Zahnstangen-/Ritzel-Mechanismus, der oben beschrieben ist, ein Kugelgewindetrieb, ein Schraubenmechanismus, ein Gelenkmechanismus oder dergleichen als Ausgabemechanismus (20, 31) verwendet werden, der dem Dreh-/Linear-Bewegungsumwandlungsmechanismus entspricht.
Ein elektrischer Verstärker gemäß jeder Ausführungsform enthält: einen Elektromotor; einen Differentialübertragungsmechanismus, der enthält: eine erste Eingabewelle, welche mit einem Bremspedal verbunden ist; eine zweite Eingabewelle, mit welcher der Elektromotor verbunden ist; und eine Ausgabewelle zum Ausgeben einer Drehkraft, die durch Kombinieren einer Drehkraft der ersten Eingabewelle und einer Drehkraft der zweiten Eingabewelle erhalten wird, wobei die erste Eingabewelle, die zweite Eingabewelle und die Ausgabewelle relative zueinander differentiale Bewegungen ausführen; und einen Ausgabemechanismus zum Umwandeln der Drehung der Ausgabewelle in eine lineare Bewegung, um einen Kolben eines Hauptzylinders zu schieben. Mit dem oben beschriebenen Aufbau wird die Reaktionskraft des Kolbens des Hauptzylinders von dem Differentialübertragungsmechanismus verteilt. Folglich ist es nicht notwendig, den Eingabekolben in die Druckkammer des Hauptzylinders zur Verteilung der Reaktionskraft einzubringen, wie es bei herkömmlichen elektrischen Verstärkern erforderlich ist. Als Folge davon wird die strukturelle Trennbarkeit des elektrischen Verstärkers von dem Hauptzylinder vereinfacht. Folglich wird die Herstellungseffizienz verbessert, da der elektrische Verstärker und der Hauptzylinder getrennt montiert werde können. Ferner muss das Bremsfluid in dem Hauptzylinder für die Wartung des elektrischen Verstärkers nicht abgelassen werden, wodurch eine einfache Wartbarkeit bereitgestellt wird. Ferner können verschiedene Arten der Bremssteuerung ausgeführt werden, da der Ausgabeversetzungsbetrag mit Bezug auf den Eingabeversetzungsbetrag variiert werden kann.
Gemäß jeder Ausführungsform weist die zweite Eingabewelle ein größeres Drehkraftverhältnis als die erste Eingabewelle in dem Differentialübertragungsmechanismus auf. Mit dem oben beschriebenen Aufbau wird der Teil der Reaktionskraft, der zum Bremspedal verteilt wird, mit Bezug auf die Gesamtreaktionskraft von dem Kolben des Hauptzylinders verringert. Somit kann der elektrische Verstärker, der ein bevorzugtes Verstärkungsverhältnis realisieren kann, bereitgestellt werden.
Gemäß jeder Ausführungsform dient der Differentialübertragungsmechanismus als Planetenradmechanismus. Mit dem oben beschriebenen Aufbau kann der elektrische Verstärker mit einer vergleichsweise einfachen Struktur hergestellt werden. Als Folge davon wird die Herstellungseffizienz verbessert.
Gemäß jeder Ausführungsform beträgt ein Verhältnis der Drehkraft der ersten Eingabewelle und der Drehkraft der zweiten Eingabewelle des Differentialübertragungsmechanismus (Planetenradmechanismus) 1:3 bis 1:4.
Gemäß jeder Ausführungsform sind Drehzentren der ersten Eingabewelle, der zweiten Eingabewelle und der Ausgabewelle konzentrisch vorgesehen. Mit dem oben beschriebenen Aufbau kann ein vergleichsweise kompakter Differentialübertragungsmechanismus realisiert werden. Als Folge davon kann die Abmessung des elektrischen Verstärkers verringert werden.
Gemäß jeder Ausführungsform wird die Drehung des Elektromotors so gesteuert, dass ein Drehbetrag der zweiten Ausgabewelle gleich einem Drehbetrag der ersten Ausgabewelle wird.
Gemäß jeder Ausführungsform ist ein Drängmittel zwischen der ersten Eingabewelle und der zweiten Eingabewelle oder der Ausgabewelle vorgesehen, wobei das Drängmittel die erste Eingabewelle und die zweite Eingabewelle oder die Ausgabewelle elastisch drängt, um relative Drehpositionen der ersten Eingabewelle und der zweiten Eingabewelle oder der Ausgabewelle festzulegen. Mit dem oben beschriebenen Aufbau, selbst wenn die Eingabe-/Ausgabe-Versetzungscharakteristik des elektrischen Verstärkers geändert wird, wird die Reaktionskraft gegen die Betätigung des Bremspedals von dem Drängmittel eingestellt. Als Folge davon verbleibt die Eingabe-/Ausgabe-Charakteristik des elektrischen Verstärkers unverändert. Folglich wird die Eingabe-/Ausgabe-Versetzungscharakteristik geändert, um die Bremssteuerung zu erzielen, wie beispielsweise die Bremshilfssteuerung, die regenerative zusammenwirkende Steuerung und die Anstiegssteuerung, die von dem elektrischen Verstärker ausgeführt werden, ohne den Fahrer mit einer ungewohnten Reaktion aufgrund der Reaktionskraft des Bremspedals zu belasten.
Gemäß jeder Ausführungsform ist das Drängmittel zwischen der ersten Eingabewelle und der zweiten Eingabewelle oder der Ausgabewelle vorgesehen, und das Drängmittel enthält: ein erstes Federmittel zum Drängen der ersten Eingabewelle und der zweiten Eingabewelle oder der Ausgabewelle, sodass die erste Eingabewelle und die zweite Eingabewelle oder die Ausgabewelle sich in einer Richtung relativ zueinander drehen; und ein zweites Federmittel zum Drängen der ersten Eingabewelle und der zweiten Eingabewelle oder der Ausgabewelle, sodass die erste Eingabewelle und die zweite Eingabewelle oder die Ausgabewelle sich relativ zueinander in entgegengesetzter Richtung drehen.
Gemäß jeder Ausführungsform ist ein Untersetzungsmechanismus zwischen der zweiten Eingabewelle und dem Elektromotor vorgesehen. Der Untersetzungsmechanismus vermeidet eine Erhöhung der Abmessung des Elektromotors und ermöglicht infolgedessen eine Verkleinerung des elektrischen Verstärkers.
Der oben in der dritten Ausführungsform beschriebene elektrische Hilfsmechanismus 2' ist nicht nur im Bremssystem anwendbar. Beispielsweise wird eine Referenztechnologie, die in dem Fall angewendet wird, in dem der elektrische Hilfsmechanismus 2 an einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung für Fahrzeuge angebracht ist, mit Bezug auf die 12 und 13 beschrieben. Die Teile, die dem elektrischen Hilfsmechanismus 2' in der oben beschriebenen dritten Ausführungsform entsprechen, sind mit denselben Referenzzeichen bezeichnet, und lediglich unterschiedliche Teile werden im Detail beschrieben.
Wie es in 12 dargestellt ist, wird eine elektrische Servolenkungseinrichtung 60 zum Lenken von zu lenkenden Rädern eines Automobils (im Allgemeinen Vorderräder) verwendet. Die elektrische Servolenkungseinrichtung überträgt die Drehung eines Lenkrads 61 auf eine Lenkgetriebeeinrichtung 63 mittels einer Lenksäule 62 (Eingabeelement), welche allgemeine Verbindungen 62A und 62B enthält, um die Drehung in eine Bewegung einer Lenkstange 64 in einer horizontalen Richtung eines Fahrzeugkörpers umzuwandeln. Auf diese Weise werden Achsengelenke von Aufhängungssystemen über Gelenkstangen (nicht gezeigt), die entsprechend mit beiden Enden der Lenkstange 64 verbunden sind, geschwenkt, um die Räder, die von den Achsengelenken gelagert werden, zu lenken.
In einem Lenkgetriebegehäuse 65 stehen die Außenzähne 26 des Hohlrad 14 des elektrischen Verstärkers 1' mit einem Zahnstangenabschnitt 64A der Lenkstange 64 (Ausgabeelement) im Zahneingriff, die so gelagert wird, um in der horizontalen Richtung des Fahrzeugkörpers bewegbar zu sein. Auf diese Weise bewegt eine Lenkgetriebeeinrichtung 63 die Lenkstange 64 in einer horizontalen Richtung des Fahrzeugkörpers, durch die Drehung des Hohlrads 14. Ein entfernter Endabschnitt der Lenksäule 62 ist mit dem Wellenabschnitt 11A des Sonnenrads 11 des elektrischen Verstärkers 1'' verbunden.
Auf diese Weise wird für die Drehung des Lenkrads 61 der Elektromotor 8 so gesteuert, dass das Hohlrad 14 der Drehung des Sonnenrads 11 folgt. Eine Servokraft mit einem konstanten Verhältnis (Untersetzungsverhältnis der Lenkgetriebeeinrichtung 63), die von dem Elektromotor 8 erzeugt wird, kann für die Bewegung der Lenkstange 64 bereitgestellt werden. Ferner wird der Betätigungsbetrag des Lenkrads 61 von einem Drehpositionssensor 66 detektiert. Für den detektierten Betätigungsbetrag steuert eine ECU 67 den Elektromotor 8. Als Folge davon kann der Drehbetrag des Hohlrads 14 variiert werden. Folglich kann durch Verringerung oder Vergrößerung des Drehbetrags des Hohlrads 14 gemäß dem Betätigungsbetrag des Lenkrads 61 eine variable Steuerung des Versetzungsbetrags für die Lenkstange 64 ausgeführt werden. Als Folge davon kann der Betätigungsbetrag des Lenkrads 61 gemäß einem Laufzustand des Fahrzeugs eingestellt werden.
Als elektrische Servolenkungseinrichtung gibt es eine elektrische Servolenkungseinrichtung, die einen Mechanismus des variablen Übertragungsverhältnisses zum Variieren des Betrags der Bewegung der Zahnstange mit Bezug auf den Betätigungsbetrag des Lenkrads aufweist, wie es in der japanischen Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2005-112025 beschrieben ist. In der elektrischen Servolenkungseinrichtung, welche den variablen Übertragungsverhältnismechanismus aufweist, sind allerdings zwei Elektromotoren, d. h. ein Elektromotor zum Variieren eines Übertragungsverhältnisses und ein Elektromotor zur Lenkunterstützung, vorgesehen. Folglich weist die oben erwähnte elektrische Servolenkungseinrichtung Probleme bezüglich einer komplizierten Struktur und einer geringen Herstellungseffizienz auf. Unter Verwendung des elektrischen Hilfsmechanismus 2'' für die elektrische Servolenkungseinrichtung 60 kann wie in der vorliegenden Referenztechnologie der Drehbetrag des Hohlrads 14, d. h. ein Lenkwinkel bezüglich eines Betätigungsbetrags des Lenkrads 61, mit einem einzigen elektrischen Motor variiert bzw. eingestellt werden. Somit können die Wirkungen der Vereinfachung der Struktur und Verbesserung der Herstellungseffizienz erhalten werden.
Jeder der oben beschriebenen elektrischen Hilfsmechanismen 2 und 2' kann nicht nur für die oben beschriebene elektrische Servolenkungseinrichtung verwendet werden, sondern auch für eine Einrichtung zum elektrischen Unterstützen einer menschlichen Betätigungskraft, beispielsweise für ein elektrisch unterstütztes Fahrrad oder dergleichen.
Gemäß dem oben erwähnten elektrischen Verstärker jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die strukturelle Trennbarkeit des elektrischen Verstärkers von dem Hauptzylinder vereinfacht.
Obwohl lediglich einige beispielhafte Ausführungsformen dieser Erfindung oben im Detail beschrieben wurden, wird der Fachmann einfach anerkennen, dass viele Modifikationen in den beispielhaften Ausführungsformen möglich sind, ohne sich materiell von der neuen Lehre und den Vorteilen dieser Erfindung zu entfernen. Folglich ist beabsichtigt, dass alle solche Modifikationen im Gegenstand dieser Erfindung enthalten sind.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2009-250929 , eingereicht am 30. Oktober 2009. Die gesamte Offenbarung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2009-250929 , eingereicht am 30. Oktober 2009, enthaltend Beschreibung, Ansprüche, Zeichnungen und Zusammenfassung, ist hierin durch Bezugnahme in deren Gesamtheit einbezogen.
Die gesamte Offenbarung der japanischen Veröffentlichung Nr. 2005-112025 , enthaltend Beschreibung, Ansprüche, Zeichnungen und Zusammenfassung, ist hierin durch Bezugnahme in deren Gesamtheit einbezogen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007-191133 [0002, 0003, 0028]
JP 2005-112025 [0073, 0078]
JP 2009-250929 [0077, 0077]

Claims

Elektrischer Verstärker, der umfasst: einen Elektromotor (8); einen Differentialübertragungsmechanismus (10), der enthält: eine erste Eingabewelle (11), die mit einem Bremspedal verbunden ist; eine zweite Eingabewelle (14), mit welcher der Elektromotor verbunden ist; und eine Ausgabewelle (16) zum Ausgeben einer Drehkraft, die durch Kombinieren einer Drehkraft der ersten Eingabewelle und einer Drehkraft der zweiten Eingabewelle erhalten wird, wobei die erste Eingabewelle, die zweite Eingabewelle und die Ausgabewelle Differentialbewegungen relativ zueinander ausführen; und einen Ausgabemechanismus (20, 31) zum Umwandeln der Drehung der Ausgabewelle in eine lineare Bewegung, um einen Kolben eines Hauptzylinders (3) zu schieben.
Elektrischer Verstärker nach Anspruch 1, bei dem in dem Differentialübertragungsmechanismus das Drehkraftverhältnis der zweiten Eingabewelle größer als das Drehkraftverhältnis der ersten Eingabewelle ist.
Elektrischer Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Differentialübertragungsmechanismus als Planetengetriebe fungiert.
Elektrischer Verstärker nach Anspruch 3, bei dem ein Verhältnis der Drehkraft der ersten Eingabewelle des Differentialübertragungsmechanismus und der Drehkraft der zweiten Eingabewelle des Differentialübertragungsmechanismus 1:3 bis 1:4 beträgt.
Elektrischer Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die jeweiligen Drehzentren der ersten Eingabewelle, der zweiten Eingabewelle und der Ausgabewelle konzentrisch vorgesehen sind.
Elektrischer Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Drehung des Elektromotors so gesteuert wird, dass ein Drehbetrag der zweiten Eingabewelle gleich einem Drehbetrag der ersten Eingabewelle wird.
Elektrischer Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, der ferner ein Drängmittel (34, 35) umfasst, das zwischen der ersten Eingabewelle und der zweiten Eingabewelle oder der Ausgabewelle vorgesehen ist, wobei das Drängmittel die erste Eingabewelle und die zweite Eingabewelle oder die Ausgabewelle elastisch drängt, um die relative Drehpositionen der ersten Eingabewelle und der zweiten Eingabewelle oder der Ausgabewelle in neutralen Positionen festzulegen.
Elektrischer Verstärker nach Anspruch 7, bei dem das Drängmittel zwischen der ersten Eingabewelle und der zweiten Eingabewelle oder der Ausgabewelle angeordnet ist, und das Drängmittel enthält: ein erstes Federmittel zum Drängen der ersten Eingabewelle und der zweiten Eingabewelle oder der Ausgabewelle, sodass die erste Eingabewelle und die zweite Eingabewelle oder die Ausgabewelle sich relativ zueinander in einer Richtung drehen; und ein zweites Federmittel zum Drängen der ersten Eingabewelle und der zweiten Eingabewelle oder der Ausgabewelle, sodass die erste Eingabewelle und die zweite Eingabewelle oder die Ausgabewelle sich relativ zueinander in entgegengesetzter Richtung drehen.
Elektrischer Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, der ferner einen Untersetzungsmechanismus (26, 25; 41, 42) umfasst, der zwischen der ersten Eingabewelle und dem Elektromotor angeordnet ist.