JP2008162482A - Electric booster - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車のブレーキ機構に用いられる倍力装置に係り、より詳しくは電動モータを倍力源として利用する電動倍力装置に関する。 The present invention relates to a booster used for a brake mechanism of an automobile, and more particularly to an electric booster that uses an electric motor as a booster source.
従来、自動車のブレーキ機構には、エンジンの吸気管負圧を利用して入力に対し倍力した出力を発生し得るようにした真空倍力装置が多く用いられていた。ところで、近年、エンジンについて燃費改善、排気ガス浄化などの面で開発が進み、これに伴い、吸気管負圧が小さくなる傾向にある。このため、真空倍力装置として所望の倍力性能あるいは応答性を確保するには、例えば、サイズの拡大を図る、エジェクタで負圧を増強する、エンジン駆動の真空ポンプを設ける、などの対策が必要で、車両搭載性の悪化やコスト負担の増大が避けられない状況にある。 Conventionally, a vacuum booster that can generate an output boosted with respect to an input by using a negative pressure of an intake pipe of an engine is often used for a brake mechanism of an automobile. By the way, in recent years, the development of engines has progressed in terms of fuel efficiency improvement, exhaust gas purification, and the like, and accordingly, the intake pipe negative pressure tends to decrease. Therefore, in order to ensure the desired boosting performance or responsiveness as a vacuum booster, for example, measures such as increasing the size, increasing the negative pressure with an ejector, or providing an engine-driven vacuum pump are taken. It is necessary, and it is inevitable that the vehicle mountability deteriorates and the cost burden increases.
そこで、最近、電動モータを倍力源として利用した電動倍力装置が注目されている。この電動倍力装置としては、例えば、特許文献1、2に記載されたものがあり、このものは、ブレーキペダルの操作により進退移動する主ピストン(軸部材)と、該主ピストンに相対移動可能に外嵌されたブースタピストン(筒状部材)と、該ブースタピストンを進退移動させる電動モータとを備え、主ピストンとブースタピストンとをマスタシリンダのピストンとして、それぞれの前端部をマスタシリンダの圧力室に臨ませ、ブレーキペダルから主ピストンに伝わる入力推力と電動モータからブースタピストンに伝わるブースタ推力とにより、マスタシリンダ内にブレーキ液圧を発生させる構造となっている。
Therefore, recently, an electric booster using an electric motor as a boost source has attracted attention. As this electric booster, for example, there are those described in
しかるに、上記特許文献1、2に記載に記載される電動倍力装置によれば、マスタシリンダの圧力室に発生するブレーキ液圧による反力の一部が主ピストン(軸部材)に、他の一部がブースタピストン(筒状部材)にそれぞれ伝達されるようになっているため、ブレーキアシストを働かせるべくブースタピストンの推力を大きくしてマスタシリンダ内のブレーキ液圧を高めようとすると、その液圧が主ピストンに反力として作用し、ブレーキペダルと連動する主ピストンを後退させてしまう。換言すれば、所望の制動力を確保するには、主ピストンが後退しないように入力(ペダル踏力)を増大させる必要があり、結果として、入力に対して倍力比を大きくできない、という問題があった。また、逆にブースタピストンの推力を小さくしてマスタシリンダ内のブレーキ液圧を下げようとすると、主ピストンに伝わる反力が小さくなるため、入力に対して倍力比を小さくできない、という問題があった。
However, according to the electric booster described in
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、電動モータを倍力源として働かせる際に、入力に対して所望の倍力比を得ることができるようにし、もってペダル操作性の向上に寄与する電動倍力装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and the problem is that when the electric motor is used as a boost source, a desired boost ratio can be obtained with respect to the input. Thus, an object of the present invention is to provide an electric booster that contributes to an improvement in pedal operability.
上記課題を解決するため、第1の発明は、ブレーキペダルの操作により進退移動する第1の部材と、該第1の部材に相対移動可能に配置された第2の部材と、該第2の部材を進退移動させる回転−直動変換機構と、該回転−直動変換機構に回転力を付与する電動モータとを備え、前記ブレーキペダルから前記第1の部材に付与される入力推力と前記電動モータから前記第2の部材に付与されるブースタ推力とにより、マスタシリンダ内にブレーキ液圧を発生させ、該ブレーキ液圧による反力の一部を前記第1の部材に、他の一部を前記第2の部材にそれぞれ伝達する電動倍力装置において、前記第1の部材と前記第2の部材との間に、前記第1の部材と前記第2の部材とが少なくとも一の方向に相対変位した状態にあるとき、前記第1の部材に対する、前記第2の部材の変位方向への付勢力を前記両部材の相対変位前の状態よりも強くする付勢手段を設ける共に、前記電動モータを、前記第1、第2の部材および前記回転−直動変換機構と同軸に重合配置したことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, a first invention is a first member that moves forward and backward by operating a brake pedal, a second member that is arranged to be relatively movable with respect to the first member, and the second member A rotation-linear motion conversion mechanism for moving the member forward and backward, and an electric motor for applying a rotational force to the rotation-linear motion conversion mechanism, and an input thrust applied to the first member from the brake pedal and the electric motor The brake fluid pressure is generated in the master cylinder by the booster thrust applied from the motor to the second member, a part of the reaction force due to the brake fluid pressure is applied to the first member, and the other part is In the electric booster respectively transmitting to the second member, the first member and the second member are relative to each other in at least one direction between the first member and the second member. When in a displaced state, the first member On the other hand, there is provided urging means for making the urging force of the second member in the displacement direction stronger than the state before the relative displacement of the two members, and the electric motor is connected to the first and second members and It is characterized by being superposed on the same axis as the rotation-linear motion conversion mechanism.
上記第1の発明は、第2の部材および回転−直動変換機構の直動部材をブレーキペダル側へ付勢する戻しばねが設けられている構成とすることができる。この場合、上記戻しばねのセット荷重は、第1の部材が回生制動時のブレーキ液圧に相当する変位まで移動したときの前記付勢手段のばね荷重よりも大きく設定される構成とすることができる。 The first aspect of the invention may be configured to include a return spring that biases the second member and the linear motion member of the rotation-linear motion conversion mechanism toward the brake pedal. In this case, the set load of the return spring may be set larger than the spring load of the urging means when the first member moves to a displacement corresponding to the brake fluid pressure during regenerative braking. it can.
また、上記課題を解決するため、第2の発明は、ブレーキペダルの操作により進退移動する軸部材と、該軸部材に相対移動可能に外装された筒状部材と、該筒状部材を進退移動させる回転−直動変換機構と、該回転−直動変換機構に回転力を付与する電動モータと、前記軸部材と前記筒状部材との相対変位量を検出する変位検出手段と前記変位検出手段の検出信号に基づいて前記電動モータを制御する制御装置とを備え、前記軸部材と前記筒状部材とをマスタシリンダのピストンとして、それぞれの前端部をマスタシリンダの圧力室に臨ませ、前記ブレーキペダルから前記軸部材に付与される入力推力と前記電動モータから前記筒状部材に付与されるブースタ推力とにより、前記圧力室内にブレーキ液圧を発生させる電動倍力装置において、前記軸部材と前記筒状部材との間に、両部材の相対変位に応じて前記マスタシリンダの圧力室から前記軸部材に伝達される液圧反力の増減分を相殺する力を発生する付勢手段を設けると共に、前記電動モータを、前記軸部材、前記筒状部材および前記回転−直動変換機構と同軸に重合配置したことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the second invention is a shaft member that moves forward and backward by operation of a brake pedal, a cylindrical member that is externally mounted on the shaft member so as to be relatively movable, and moves the cylindrical member forward and backward. A rotation-to-linear motion conversion mechanism, an electric motor for applying a rotational force to the rotation-to-linear motion conversion mechanism, a displacement detection means for detecting a relative displacement amount between the shaft member and the cylindrical member, and the displacement detection means. And a control device for controlling the electric motor based on the detection signal of the shaft, the shaft member and the cylindrical member as pistons of the master cylinder, the front ends thereof facing the pressure chambers of the master cylinder, and the brake In the electric booster that generates the brake hydraulic pressure in the pressure chamber by the input thrust applied from the pedal to the shaft member and the booster thrust applied from the electric motor to the cylindrical member, A force is generated between the shaft member and the tubular member that cancels the increase / decrease of the hydraulic reaction force transmitted from the pressure chamber of the master cylinder to the shaft member in accordance with the relative displacement of both members. A biasing means is provided, and the electric motor is superposed coaxially with the shaft member, the cylindrical member, and the rotation-linear motion conversion mechanism.
上記第2の発明は、筒状部材および回転−直動変換機構の直動部材をブレーキペダル側へ付勢する戻しばねが設けられている構成とすることができる。 The second aspect of the invention may be configured to include a return spring that biases the cylindrical member and the linear motion member of the rotation-linear motion conversion mechanism toward the brake pedal.
上記のように構成した第1および第2の発明においては、電動モータを倍力源とすべく、例えばブレーキ液圧を増加させる方向または低下させる方向へ第2の部材または筒状部材を相対変位させると、ブレーキペダルと連動する第1の部材または軸部材には付勢手段から同じ方向への付勢力がより強く働き、この付勢力によって第1の部材または軸部材に作用するブレーキ液圧による反力が付勢力の分だけ相殺され、結果として入力に対して所望の倍力比を得ることができる。また、電動モータと、第1の部材または軸部材と、第2の部材または筒状部材と回転−直動変換機構とを同軸に重合配置したことで、軸方向寸法を短縮することができる。 In the first and second inventions configured as described above, in order to use the electric motor as a boosting source, for example, the second member or the cylindrical member is relatively displaced in the direction of increasing or decreasing the brake hydraulic pressure. Then, the urging force in the same direction from the urging means acts more strongly on the first member or the shaft member interlocked with the brake pedal, and due to the brake hydraulic pressure acting on the first member or the shaft member by this urging force. The reaction force is canceled by the amount of the urging force, and as a result, a desired boost ratio can be obtained with respect to the input. Further, the axial dimension can be shortened by coaxially arranging the electric motor, the first member or shaft member, the second member or cylindrical member, and the rotation-linear motion conversion mechanism.
また、上記第1および第2の発明において、第2の部材または筒状部材と回転−直動変換機構の直動部材とをブレーキペダル側へ付勢する戻しばねが設けられている構成とした場合は、モータのフェール時に、戻しばねの付勢力で前記各部材を戻し方向へ移動させてブレーキ液圧を低下させることができる。 In the first and second inventions, a return spring is provided to bias the second member or the cylindrical member and the linear motion member of the rotation-linear motion conversion mechanism toward the brake pedal. In this case, when the motor fails, the brake fluid pressure can be reduced by moving each member in the return direction by the biasing force of the return spring.
また、上記第1の発明において、戻しばねのセット荷重は、第1の部材の変位が回生制動力に相当する液圧に達するときの付勢手段のばね荷重よりも大きく設定される構成とした場合は、回生制動時にペダル入力による液圧を発生させないようにすることができる。 In the first invention, the set load of the return spring is set to be larger than the spring load of the urging means when the displacement of the first member reaches a hydraulic pressure corresponding to the regenerative braking force. In this case, it is possible to prevent the hydraulic pressure due to pedal input from being generated during regenerative braking.
本発明に係る電動倍力装置によれば、ブレーキペダルと連動する部材と、電動モータにより駆動される部材との間に設けた付勢手段によって、入力に対して所望の倍力比を得ることができるので、良好なペダル操作性を確保できる。また、電動モータと、前記両部材と回転−直動変換機構とを同軸に配置したので、軸方向寸法を短縮することができ、車両への搭載性が向上する。また、電動モータにより回転−直動変換機構を直接駆動するため、静粛性、信頼性に優れたものとなる。 According to the electric booster according to the present invention, a desired boost ratio is obtained with respect to the input by the urging means provided between the member interlocked with the brake pedal and the member driven by the electric motor. As a result, good pedal operability can be secured. In addition, since the electric motor, the both members, and the rotation-linear motion conversion mechanism are arranged coaxially, the axial dimension can be shortened, and the mountability to the vehicle is improved. Further, since the rotation-linear motion conversion mechanism is directly driven by the electric motor, it is excellent in quietness and reliability.
また、第2の部材または筒状部材と回転−直動変換機構の直動部材とをブレーキペダル側へ付勢する戻しばねを設けた場合は、モータのフェール時に、戻しばねの付勢力でブレーキ液圧を低下させることができるので、ブレーキの自動解除が可能になり、信頼性が向上する。 Further, when a return spring for biasing the second member or the cylindrical member and the linear motion member of the rotation-linear motion conversion mechanism to the brake pedal side is provided, the brake is applied by the biasing force of the return spring when the motor fails. Since the hydraulic pressure can be reduced, the brake can be automatically released and the reliability is improved.
また、上記戻しばねのセット荷重を、第1の部材の変位が回生制動力に相当する液圧に達するときの付勢手段のばね荷重よりも大きく設定した場合は、回生制動時にペダル入力による液圧を発生させないようにすることができるので、回生制動時のブレーキフィーリング性が向上する。 Further, when the set load of the return spring is set to be larger than the spring load of the urging means when the displacement of the first member reaches the hydraulic pressure corresponding to the regenerative braking force, Since pressure can be prevented from being generated, the brake feeling during regenerative braking is improved.
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
図1〜3は、本発明に係る電動倍力装置の一つの実施形態を示したものである。本電動倍力装置1は、後述のタンデム型のマスタシリンダ10のプライマリピストンとして共用される後述のピストン組立体30を内装したハウジング2を備えている。ハウジング2は、有底筒状のハウジング本体3と、このハウジング本体3の底板部3aに形成した開口部3bに環状ボス部4aを嵌合させて径方向に位置決めされると共に、図示を略すボルト(図示略)により該底板部3aに重ねて固定されたフロントカバー4と、ハウジング2の後端開口部に嵌合されると共に、ボルト5によりハウジング本体3の端面に固定されたカップ形状のリヤカバー6とからなっている。ハウジング2は、そのリヤカバー6に植立したスタッドボルトSを利用して、エンジンルームと車室とを仕切る隔壁Wに固定され、一方、このハウジング2には、そのフロントカバー4に植立したスタッドボルトS´を利用してマスタシリンダ10が連結される。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
1-3 show one embodiment of the electric booster according to the present invention. The electric booster 1 includes a
上記ハウジング2を構成するフロントカバー4は、その中心部にハウジング本体3内に延びる段付きの筒状ガイド部7を備えており、この筒状ガイド部7内には、前記ピストン組立体30が嵌挿されている。一方、ハウジング2を構成するリヤカバー6は、その中心部に隔壁Wを挿通して車室内へ延ばされる筒状ガイド部8を備えており、この筒状ガイド部8には、ブレーキペダルBと連動する入力ロッド9が挿入されている。なお、前記2つの筒状ガイド部7、8はマスタシリンダ10およびハウジング本体3と同軸をなすように配設されている。
The
タンデム型のマスタシリンダ10は、有底のシリンダ本体11とリザーバ12とを備えており、そのシリンダ本体11内の奥側には、図3によく示されるように、前記プライマリピストンとしてのピストン組立体30と対をなすセカンダリピストン13が配設されている。本実施形態において、ピストン組立体30およびセカンダリピストン13は、シリンダ本体11内に嵌合したスリーブ14の両端側に配置した2つのリングガイド15、16により摺動案内されるようになっている。シリンダ本体11内には、前記ピストン組立体30とセカンダリピストン13とにより2つの圧力室17、18が画成されており、また、シリンダ本体11の壁には、各圧力室17、18内を対応するホイールシリンダ(図示略)へ連通させる吐出ポート19,20が穿設されている。
The
また、シリンダ本体11、スリーブ14およびリングガイド15、16には、各圧力室17、18内とリザーバ12とを連通するリリーフポート21、22が形成され、さらに、各リングガイド15、16の前後には、前記リリーフポート21、22を挟む態様で、ピストン組立体30、セカンダリピストン13との間をシールする各一対のシール部材23、24が配設されている。各圧力室17、18は、前記両ピストン30、13の前進に応じて、前記各一対のシール部材23、24が対応するピストン30、13の外周面に摺接することで、リリーフポート21、22に対して閉じられるようになる。また、各圧力室17、18内には、前記プライマリピストンとしてのピストン組立体30、セカンダリピストン13を後退方向へ付勢する戻しばね25、26がそれぞれ配設されている。前記したマスタシリンダ1の構成は、プライマリピストンとしてのピストン組立体30を除けば、従来汎用のタンデム型のマスタシリンダと同じであり、両ピストン30、13の前進に応じて各圧力室17、18内に封じ込められているブレーキ液が、吐出ポート19、20から対応するホイールシリンダへ圧送される。
The
ピストン組立体30は、図2によく示されるように、筒状をなすブースタピストン(第2の部材、筒状部材)31とこのブースタピストン31内にこれと相対移動可能に配設された入力ピストン(第1の部材、軸部材)32とからなっている。ブースタピストン31は、前記フロントカバー4の筒状ガイド部7およびマスタシリンダ10内のリングガイド15に摺動可能に嵌挿されており、その前端部がマスタシリンダ10の圧力室(プライマリ室)17内に延出されている。一方、入力ピストン32は、ブースタピストン31の内周に形成した環状壁31aに摺動可能に嵌挿されており、その前端部が同じく圧力室27内に延出されている。なお、ブースタピストン31の前端部およびセカンダリピストン22の前端部には、前記マスタシリンダ6内のリリーフポート21、22に連通可能な貫通孔33、34(図3)がそれぞれ穿設されており、ブレーキ非作動時には、これら貫通孔33、34を通じて各圧力室17、18とリザーバタンク12とが連通状態となる。
As shown well in FIG. 2, the
ここで、上記ピストン組立体30を構成するブースタピストン31と入力ピストン32との間は、ブースタピストン31の環状壁31aの前側に配置したシール部材35によりシールされており、このシール部材35と前記したリングガイド15の両端側のシール部材23とにより、圧力室17からマスタシリンダ10外へのブレーキ液の漏出が防止されている。前記シール部材35は、ブースタピストン31に内装され、前記圧力室17内の戻しばね25の一端を受ける筒状部材36によって位置固定されている。また、ハウジング2のフロントカバー4の筒状ガイド部7の内周面とブースタピストン31との間には、両者の間への異物の侵入を防止するシール部材37が介装されている。
Here, the
一方、上記入力ピストン32の後端部には、前記ブレーキペダルBと連動する入力ロッド9の先端部がかしめにより連結されており、入力ピストン32は、ブレーキペダルBの操作(ペダル操作)によりブースタピストン31内を進退移動するようになっている。また、入力ロッド9の途中には、フランジ部38が一体に形成されており、入力ロッド9は、そのフランジ部38を前記リヤカバー6の筒状ガイド部8の後端に一体に形成した内方突起39に当接させることにより後方(車室側)への移動が規制されており、入力ロッド9および入力ピストン32の後退端規定されている。なお、入力ロッド9は、その先端の球形部9aを入力ピストン32の後端に形成された球面状凹部32aに嵌合させた状態で連結されており(図2)、これにより入力ロッド9の揺動が許容されている。
On the other hand, the rear end portion of the
本電動倍力装置1のハウジング2内にはまた、電動モータ40とこの電動モータ40の回転を直線運動に変換して上記ピストン組立体30を構成するブースタピストン31に伝達するボールねじ機構(回転−直動変換機構)50とが配設されている。電動モータ40は、ステータ41と中空のロータ42とからなっており、そのステータ41がハウジング本体3およびリヤカバー6の相互間に位置固定的に配設されると共に、そのロータ42がハウジング本体3およびリヤカバー6に軸受43、44を介して回動自在に支持されている。
In the
ボールねじ機構50は、図2によく示されるように、上記電動モータ40のロータ43にキー51を介して回転不能に嵌合されたナット部材52と、このナット部材52にボール53を介して噛合わされた中空のねじ軸(直動部材)54とからなっている。ねじ軸54の後端部には軸方向に延びるスリット55が形成されており、このスリット55には前記リヤカバー6の後端の内方突起39が挿入されている(図1)。すなわち、ねじ軸54は、ハウジング2内に回動不能にかつ軸方向移動可能に配設されており、これによりロータ42と一体にナット部材52が回転すると、ねじ軸54が直動するようになる。一方、ねじ軸54は、そのスリット55の始端部分に内方フランジ56を備えており、この内方フランジ部56に前記ブースタピストン31の延長筒部57の後端に形成した外方フランジ部57aが当接するようになっている。
As shown well in FIG. 2, the
本実施形態において、上記ブースタピストン31の延長筒部57の後端の外方フランジ部57aと前記フロントカバー3の筒状ガイド部3aとの間には戻しばね(付勢手段)58が介装されている。ねじ軸54は、ブレーキ非作動時には前記戻しばね58により、その内方フランジ部56の端面(スリット55の始端)をリヤカバー6の内方突起39に当接させる後退端に位置決めされ、これに応じてブースタピストン31も、図1に示す原位置に位置決めされる。したがって、この状態からねじ軸54が前進すると、ブースタピストン31も前進する。
In the present embodiment, a return spring (biasing means) 58 is interposed between the
また、ピストン組立体30を構成するブースタピストン31と入力ピストン32との相互間には、図2によく示されるように、一対のばね(付勢手段)60(60A、60B)が配設されている。この一対のばね60のうち、一方のばね60Aは、入力ピストン32の後端部に突設したフランジ部61とブースタピストン31内の縦壁62との間に、他方のばね60Bは、前記フランジ部61とブースタピストン31と一体の延長筒部57に形成した環状突起62との間にそれぞれ介装されている。この一対のばね60は、ブレーキ非作動時にブースタピストン31と入力ピストン32とを相対移動の中立位置に保持する役割をなすものであるが、これについては、後に詳述する。
A pair of springs (biasing means) 60 (60A, 60B) are disposed between the
本実施形態において、車室内の固定部には、ブレーキペダルBに係合し、該ブレーキペダルBを介して車体に対する入力ピストン32の絶対変位を検出するポテンショメータ(変位検出手段)65が配設されている。一方、ハウジング2内には前記電動モータ40の回転変位を検出する回転センサ66が配設されている。この回転センサ66は、ハウジング本体3に固定されたレゾルバステータ67とロータ42の外周面に固定されたレゾルバロータ68とからなっている。これらポテンショメータ65と回転センサ66の検出信号は、別途設置したコントローラ70に送出されるようになっている。コントローラCには、マスタシリンダ10内の圧力室17、18のブレーキ液圧を検出する圧力センサ69(図1)も接続されており、コントローラCは、これらポテンショメータ65、回転センサ66および圧力センサ69からの信号に基づいて電動モータ40(ロータ43)の回転を制御する。
In the present embodiment, a potentiometer (displacement detecting means) 65 that engages with the brake pedal B and detects the absolute displacement of the
本電動倍力装置1を組立てるには、図4に示すように、回転センサ66を構成するレゾルバステータ67を組付けたハウジング本体3と、電動モータ40を構成するステータ41、ロータ支持用の一方の軸受44およびスタッドボルトSを組付けたリヤカバー6と、ロータ支持用の他方の軸受43を組付けたロータ42とを用意する。そして、リヤカバー6内にロータ42を装入した後、その上にハウジング本体3を被せ、該ハウジング本体3とリヤカバー6とをボルト5により締付け固定し、これによって電動モータ40を組付けたサブアセンブリ体70(図5)が完成する。
In order to assemble the electric booster 1, as shown in FIG. 4, the housing
次に、図5に示すように、予め入力ロッド9を連結した入力ピストン32とブースタピストン31とを一対のばね60(60A、60B)を介して組付けると共に、ブースタピストン31の外周に戻しばね58を巻装したピストン組立体30と、ねじ軸54にボール53を介してナット部材53を組付けたボールねじ機構50とを用意する。そして、電動モータ40を組付けたサブアセンブリ体70に対し、先ずボールねじ機構50を装入し、続いてピストン組立体30を装入し、最終的にサブアセンブリ体70のハウジング本体3の全体にフロントカバー4(図1)をボルト止めし、これにて本電動倍力装置1は完成する。
Next, as shown in FIG. 5, the
以下、上記のように構成した電動倍力装置1の作用を説明する。
ブレーキペダルBが操作されると、入力ロッド9と一体に入力ピストン32が前進し、その動きがポテンショメータ65により検出される。すると、ポテンショメータ65からの信号を受けてコントローラCが電動モータ40に起動指令を出力し、これにより電動モータ40のロータ42が回転して、その回転がボールねじ機構50に伝達され、ねじ軸54が前進してその動きにブースタピストン31が追従する。すなわち、入力ピストン32とブースタピストン31とが一体的に前進し、ブレーキペダルBから入力ピストン32に付与される入力推力と電動モータ40からブースタピストン31に付与されるブースタ推力とに応じたブレーキ液圧がタンデムマスタシリンダ10内の圧力室17、18に発生する。
Hereinafter, the operation of the electric booster 1 configured as described above will be described.
When the brake pedal B is operated, the
このとき、ポテンショメータ65と回転センサ66との検出信号に基づき、入力ピストン32の絶対変位とブースタピストン31の絶対変位との差により両ピストンの相対変位量が分かる。そこで、入力ピストン32とブースタピストン31との間に相対変位が生じないように電動モータ40のロータ42の回転を制御すると、両ピストン32と31との間に介装した一対のばね60(60A、60B)が中立位置を維持する。このときの倍力比は、両ピストンの相対変位量がゼロであることから、ブースタピストン31の受圧面積と入力ピストン32の受圧面積との面積比で一義的に定まり、汎用の真空倍力装置と同様となる。
At this time, based on the detection signals of the
一方、上記中立位置からブースタ推力によりブレーキ液圧を増加させる方向(前方)へブースタピストン31を相対変位させると、倍力比が大きくなり、電動モータ40が倍力源として働いて、ペダル踏力(ペダル入力)の大きな低減を図ることができる。また、この場合、ブースタピストン31の相対変位に応じて、後側のばね60Bの付勢力が増大し、この付勢力によって入力ピストン32に伝わるブレーキ液圧の反力が付勢力の分だけ相殺され、これによりペダル踏力(入力)に対して倍力比を十分に大きくすることができる。逆に、中立位置からブースタ推力によりブレーキ液圧を減少させる方向(後方)へブースタピストン31を相対変位させると、このブースタピストン31の相対変位に応じて前側のばね60Aの付勢力が増大する。そして、この付勢力によって入力ピストン32に伝わる反力が強まり、ペダル踏力(入力)に対して倍力比を小さくすることができる。
On the other hand, when the
上記ブレーキの解除すなわちブースタピストン31の後退は、電動モータ40のロータ42を逆方向に回転させてボールねじ機構50のねじ軸54を後退させることにより行われるが、前記ブースタピストン31にはマスタシリンダ10内の液圧による反力と戻しばね58のばね力とがかかっているので、前記ねじ軸54の動きに追従してブースタピストン31が後退する。
The release of the brake, that is, the retraction of the
ここで、ブースタピストン31とボールねじ機構50のねじ軸(直動部材)54とは、フランジ部材78を介して当接しているだけであるので、万一、電動モータ40が故障(フェール)した場合には、ブレーキペダルBの踏込みに応じて前進する入力ピストン32の動きにばね60を介してブースタピストン31が追従し、これによって入力ピストン32とブースタピストン31とが一体的に前進して所定の制動力が得られる。また、制動中、万一電動モータ40に故障が発生しても、前記戻しばね58のばね力によってブースタピストン31と一体にねじ軸54が後退するので、ブレーキが自動的に解除される。
Here, since the
本実施形態においては特に、電動モータ40の回転が、ボールねじ機構50により運動変換してブースタピストン31に伝達されるので、電動モータ40からブースタピストン31への駆動伝達は円滑となり、ブースタ推力の付与は安定する。また、ボールねじ機構50の採用により、ブースタピストン31から電動モータ40にモーメントが作用することがなくなるので、その分、電動モータ40にかかる負荷も低減する。また、電動モータ40によりボールねじ機構50を直接駆動するので、静粛性、信頼性に優れたものとなる。
Particularly in the present embodiment, the rotation of the
ところで、本実施形態では、車両に対する入力ピストン32の絶対変位およびブースタピストン31の絶対変位を検出するポテンショメータ65、回転センサ66を設けているので、入力ピストン32(ブレーキペダルB)のストロークや踏込み速度に応じたブレーキアシスト制御、回生協調制御、車両追従(ACC)制御等にこれらの検出結果を有効に活用できる。
By the way, in this embodiment, since the
すなわち、図6の模式図に示すように、マスタシリンダ10の圧力室17、18とこれに連通する配管やディスクブレーキなど全ての負荷側要素の剛性(液量対発生液圧)との関係を、マスタシリンダ圧力室17の断面積(Ai+Ab)に等しい断面積を有するピストン10Bの変位Xmとそれに取付けられたばね要素10Cのばね定数kmとに置換えて考察する。この場合、前記入力ピストン32およびブースタピストン31の変位(ストローク)をそれぞれXi,Xb、最終的にマスタシリンダ圧力室17に面している部分での入力ピストン32の発生力(入力推力)およびブースタピストン31の発生力(ブースタ推力)をそれぞれFi,Fbとすると、力の釣合いから下記(1)式の関係が得られる。
That is, as shown in the schematic diagram of FIG. 6, the relationship between the
Fi+Fb=(Ab×Xb+Ai×Xi)/(Ab+Ai)×km …(1)
ここで、Fb=Ab/Ai×Fiだから、この(1)式は、下記(2)式のようになる。
Fi + Fb = (Ab × Xb + Ai × Xi) / (Ab + Ai) × km (1)
Here, since Fb = Ab / Ai × Fi, the equation (1) becomes the following equation (2).
Fi=(Ab×Xb+Ai×Xi)/(Ab+Ai)2×Ai×km …(2)
一方、ブレーキペダルBからの入力(ペダル入力)をFiBとし、入力ピストン32とブースタピストン31との間に介装したばね85のばね定数をksとすると、FiBは以下の(3)式で与えられるので、上記(1)式とこの(2)式との関係から、下記(4)式が得られる。
FiB=Fi−ks×(Xb−Xi) …(3)
FiB=(Ab×Xb+Ai×Xi)/(Ab+Ai)2×Ai×km−ks×(Xb−Xi) …(4)
Fi = (Ab × Xb + Ai × Xi) / (Ab + Ai) 2 × Ai × km (2)
On the other hand, if the input from the brake pedal B (pedal input) is Fi B and the spring constant of the spring 85 interposed between the
Fi B = Fi−ks × (Xb−Xi) (3)
Fi B = (Ab × Xb + Ai × Xi) / (Ab + Ai) 2 × Ai × km−ks × (Xb−Xi) (4)
ここで、Xb=Xi(相対変位なし)とすると、(4)式は次の(5)式となり、所定の倍力比となるペダルフィーリング(ペダル入力とストロークの関係)が得られる。
FiB=Ai/(Ab+Ai)×Xi×km …(5)
一方、倍力比を変えるために、入力ピストン32とブースタピストン31との相対変位(Xb−Xi)を与えるようにブースタピストン31を制御すると、(5)式より負荷側のばね定数kmとばね60のばね定数ksとによりペダルフィーリングが変化することがわかる。
Here, if Xb = Xi (no relative displacement), the equation (4) becomes the following equation (5), and a pedal feeling (relation between pedal input and stroke) having a predetermined boost ratio is obtained.
Fi B = Ai / (Ab + Ai) × Xi × km (5)
On the other hand, when the
図7は、ペダル入力FiBを一定速度で増加させ、その途中で電動モータ40によるブレーキアシストを作動させたときの推力Fの変化を、図8は、そのときの入力ピストン32のストローク(ペダルストローク)Xiの変化をそれぞれみたものである。これより、入力ピストン32とブースタピストン31との間に介装したばね60のばね定数ksが大きいとブレーキペダルBは前に進み(図8(a))、従来のブレーキアシストが作動したときのペダルフィーリングを実現できる。これに対し、ばね定数ksが小さいとブレーキペダルBは逆に戻され(図8(b))、緊急時にブレーキアシストを作動させつつブレーキペダルBのショートストローク化が可能になる。一方、ばね定数ksを適当な大きさに設定すると、入力ピストン32は連続的に変化し(図8(c))、ブレーキアシストを作動させてもブレーキペダルBへの影響はほとんどなくなる。すなわち、ブレーキアシストの作動(ブースタピストン31の前方への移動)によりマスタシリンダ10の圧力室17から入力ピストン32にかかる液圧反力が増加しても、その増加分の液圧反力と相対変位により入力ピストン32を前方に付勢するばね60のばね力とがほぼ等しくなり、増加分の液圧反力がばね力によってほぼ完全に相殺され、ブレーキペダルBへの影響を解消することが可能になる。
FIG. 7 shows the change in thrust F when the pedal input Fi B is increased at a constant speed and the brake assist by the
ここで、ブレーキペダルBへの影響をなくするために要求されるばね60のばね定数ksは、上記(5)式を下記(6)式とするために必要な大きさであり、(7)式のように決めることができる。
Here, the spring constant ks of the
FiB=Ai/(Ab+Ai)×Xi×km …(6)
ks=(Ab×Ai)/(Ab+Ai)2×km …(7)
Fi B = Ai / (Ab + Ai) × Xi × km (6)
ks = (Ab × Ai) / (Ab + Ai) 2 × km (7)
一方、ブレーキ液圧Pm、圧力室17の液量Vmは、下記(8)式、(9)式のように表わされる。
Pm=(Ab×Xb+Ai×Xi)/(Ab+Ai)2×km …(8)
Vm=Ab×Xb+Ai×Xi …(9)
よって、PmとVmとは、下記(10)式の関係となり、これを変換すると下記(11)式が得られる。
Pm=Vm/(Ab+Ai)2×km …(10)
km=Pm/Vm×(Ab+Ai)2 …(11)
したがって、このkmを上記(7)式に代入すれば、下記(12)式が得られる。
ks=Ai×Ab×Pm/Vm …(12)
On the other hand, the brake fluid pressure Pm and the fluid volume Vm in the
Pm = (Ab × Xb + Ai × Xi) / (Ab + Ai) 2 × km (8)
Vm = Ab × Xb + Ai × Xi (9)
Therefore, Pm and Vm have the relationship of the following equation (10), and when this is converted, the following equation (11) is obtained.
Pm = Vm / (Ab + Ai) 2 × km (10)
km = Pm / Vm × (Ab + Ai) 2 (11)
Therefore, if this km is substituted into the above equation (7), the following equation (12) is obtained.
ks = Ai × Ab × Pm / Vm (12)
すなわち、入力ピストン32とブースタピストン31との間に介装されるばね(付勢手段)60のばね定数ksを、マスタシリンダ10の圧力室17に臨む入力ピストン32およびブースタピストン31の受圧面積Ai、Abと、マスタシリンダ10のブレーキ液圧Pmおよび液量Vmとに基づいて決定することが可能になる。すなわち、入力ピストン32およびブースタピストン31の受圧面積Ai、Abは既知であり、また、マスタシリンダの液量Vmの増減に伴うブレーキ液圧Pmの増減の比率は適用車両によって決まっているので、これらから求まる設定値とばね定数ksとが一致するようにすれば、図8の(c)の関係とすることができる。つまり、ブレーキアシストの作動(ブースタピストン31の前方への移動)によりマスタシリンダ圧力室17から入力ピストン32にかかる液圧反力の増加分と、ブースタピストン31と入力ピストン32との相対変位により入力ピストン32を前方に付勢するばね60のばね力とをほぼ等しくすることが可能になる。なお、ばね定数ksが上記設定値よりも大きい場合には図8の(a)の関係となり、逆に、ばね定数ksが上記設定値よりも小さい場合には図8の(b)の関係となる。
That is, the spring constant ks of the spring (biasing means) 60 interposed between the
ところで、本電動倍力装置1を回生協調ブレーキシステムに組込む場合、ペダル入力FiBとブレーキ液圧Pmとの関係は図9に示すようになる。図9において、Preは回生制動により発生するブレーキ液圧であり、ペダル入力FiBがFaのときに回生制動を作動させたとすると、本電動倍力装置1は、ブースタピストン31を後方にPre相当分だけ変位させればよいことになる。この場合、ばね定数ksが上記(12)式の関係にあれば、ブレーキ液圧Pmは、Pre相当分だけ低下するが、この低下したPre相当分とほぼ等しいばね60のばね力が入力ピストン32を後方に付勢するように作用するので、全体では、ペダルストロークXi相当の制動力に見合う反力がブレーキペダルB(入力ピストン32)に維持される。このとき、ペダル入力FiBは、(6)式に従いXiとkmとで決定される値に維持される。この結果、マスタシリンダ10からブレーキペダルB(入力ピストン32)にかかる、液圧とばね60のばね力との総和による反力を変えることなく、マスタシリンダ10で発生する制動力(液圧)を増減できる。
When the electric booster 1 is incorporated in the regenerative cooperative brake system, the relationship between the pedal input Fi B and the brake hydraulic pressure Pm is as shown in FIG. In FIG. 9, Pre is a brake fluid pressure generated by regenerative braking, and when the regenerative braking is activated when the pedal input Fi B is Fa, the electric booster 1 corresponds to the
本実施形態において、ブースタピストン31およびボールねじ機構50のねじ軸(直動部材)54に戻し方向の付勢力を付与する戻しばね58は、上記回生制動時の減速度(例えば、0.3G)に相当するブレーキ液圧に達するまでは、入力ピストン(第1の部材、軸部材)32によるブレーキ液圧を発生させないようにセット荷重が設定されている。すなわち、ばね60のばね定数ksに、回生制動をするブレーキ液圧の上限に相当する入力ピストン32のストロークXmaxを乗じた値よりも大きくなるように戻しばね58のセット荷重Freが設定されている(Fre>ks・Xmax)。これにより、回生制動時に余分なブレーキ液圧が発生せず、良好なブレーキフィーリング性が確保される。
In this embodiment, the
また、本電動倍力装置50を先行車両追従システム(ACC)に組込む場合、ブースタピストン31の変位Xbとマスタシリンダ液圧Pmとの関係は図10に示すようになる。この場合、ある時間taから先行車両に追従して減速を開始するとすれば、図示しないECUから必要な減速度の指令を受けて、ブースタピストン31を前方に変位させ、ブレーキ液圧Pmを発生させる。すると、車両は、ブレーキ液圧Pmの発生に従い減速を始めるが、この場合も、ブースタピストン31と入力ピストン32との相対変位により入力ピストン32を前方に付勢するばね60のばね力と、マスタシリンダ圧力室17から入力ピストン32にかかる液圧反力の増加分とが等しくバランスすることによりブレーキペダルBが動くことはない(Xiは図10の変位0の位置にある)。ここで、入力ピストン32は、入力ロッド9のフランジ部38がリヤカバー6の内方突起39に当接する位置が後退端となっているので、ばね60のばね定数ksを上記設定値より少し小さめに設定することにより、入力ピストン32にかかる液圧反力の増加分を入力ピストン32を前方に付勢するばね60のばね力よりも少し大きくするようにしてもよい。このようにすることで、ブレーキパッドの厚さ変動(例えば、ブレーキパッドの偏摩耗)などで、マスタシリンダ10のばね定数kmが小さくなっても(この場合、(7)式の関係よりばね60のばね定数ksを小さくしなければならないが)、この分を予め見込んで、ばね定数ksを上記設定値より少し小さめに設定しているので、ブレーキペダルBが進まないシステムを実現できる。
When the
以上の説明においては、便宜上、マスタシリンダ10のばね定数kmは、線形(リニア)特性を有するものとして説明したが、実際には、ばね定数kmは、例えば、図11に示すようにピストン10Bの変位とこれにより生じる液圧が非線形特性となるのが一般的である。このため、ペダルフィーリングに関して特に影響を感じる回生制動の領域(例えば、減速度が0.3G以下の液圧領域)に合わせてばね60のばね定数ksを設定することにより、好ましいペダルフィーリングを得ることができる。この場合、上記(12)式のPm/Vmに代えて、上記回生制動の領域における微小液量ΔVmの増減に伴う微小ブレーキ液圧ΔPmの増減の変化率を用いた下記(13)式に基づきばね60のばね定数ksを求めればよい。
ks=Ai×Ab×ΔPm/ΔVm …(13)
なお、上記図11では図6の模式図に基づくためマスタシリンダ10の無効ストローク分は考慮していない。
In the above description, for the sake of convenience, the spring constant km of the
ks = Ai × Ab × ΔPm / ΔVm (13)
In FIG. 11, the invalid stroke of the
このように本実施形態の電動倍力装置1によれば、電動モータ40によるブレーキ操作が行われても、ブレーキペダルBが影響を受けることがないので、良好なペダルフィーリングが維持され、ブレーキアシストシステムはもちろん、回生協調ブレーキシステムや先行車両追従システムなどへの適用において装置に対する信頼性が向上する。また、入力ピストン32およびブースタピストン31との間に所定のばね定数を有するばね60を介装するだけなので、構造が複雑大型になることはなく、コスト面並びに車両搭載性の面での利点も大きい。
Thus, according to the electric booster 1 of the present embodiment, even if the brake operation by the
1 電動倍力装置
2 ハウジング
9 入力ロッド
10 タンデムマスタシリンダ
17、18 マスタシリンダの圧力室
21 ブースタピストン(筒状部材、第2の部材)
22 入力ピストン(軸部材、第1の部材)
30(30A、30B) ばね(付勢手段)
40 電動モータ
42 電動モータのロータ
50 ボールねじ機構(回転−直動変換機構)
54 ボールねじ機構のねじ軸(直動部材)
58 戻しばね
65 ポテンショメータ
66 回転センサ
B ブレーキペダル
C コントローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
22 Input piston (shaft member, first member)
30 (30A, 30B) Spring (biasing means)
40
54 Screw shaft of ball screw mechanism (linear motion member)
58
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