JP2011093472A - 電動倍力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動車のブレーキシステムの電動倍力装置において、構造上、マスタシリンダとの分離が容易となるようにする。
【解決手段】遊星歯車機構である差動伝達機構１０のサンギヤ１１にブレーキペダルＰＤを連結し、リングギヤ１４に電動モータ８を連結し、プラネタリキャリア１６に出力ロッド９を連結し、また、出力ロッド９をマスタシリンダ３のピストンに連結する。ブレーキペダルＰＤを操作してサンギヤ１１を回転させると、プラネタリピニオン１２が自転及び公転し、プラネタリキャリア１６が回転して出力ロッド９を前進させ、ピストンを押圧してマスタシリンダ３に液圧を発生させる。このとき、サンギヤ１１の回転に応じて電動モータ８を制御してリングギヤ１４を回転させ、サンギヤ１１に追従させることにより、プラネタリキャリア１６の回転に電動モータ８のサーボ力を付与する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動倍力装置に関するものである。

自動車のブレーキシステムに用いられる倍力装置において、例えば特許文献１に記載されたもののように、電動モータを倍力源として利用する電動倍力装置が知られている。この電動倍力装置は、ブレーキペダルの操作と連動する入力ピストンの移動に応じて電動モータを駆動してボールネジ（回転直動変換機構）を介してマスタシリンダのピストンを推進し、所望の液圧を発生させて、各車輪のブレーキキャリパに供給する。このとき、ピストンを貫通してマスタシリンダの圧力室内に挿入される入力ピストンによって、マスタシリンダ内の液圧の一部を受圧することにより、制動時の反力の一部をブレーキペダルにフィードバックするようになっている。

特開２００７−１９１１３３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された電動倍力装置では、マスタシリンダ内の液圧を入力ピストンによって直接受ける構造であるため、マスタシリンダとの分離が困難であり、設計の自由度が低いという問題がある。

本発明は、構造上、マスタシリンダとの分離が容易な電動倍力装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電動倍力装置は、上記課題を解決するために、電動モータと、
ブレーキペダルに連結される第１入力軸と、前記電動モータが連結される第２入力軸と、前記第１入力軸の回転力と第２入力軸の回転力とを合成した回転力を出力する出力軸とを有し、前記第１、第２入力軸及び前記出力軸が互いに差動運動する差動伝達機構と、前記出力軸の回転を直線運動に変換してマスタシリンダのピストンを推進する出力機構と備えていることを特徴とする。

本発明の電動倍力装置によれば、マスタシリンダとの分離が容易となる。

第１実施形態に係る電動倍力装置の右側面の縦断面図である。 図１に示す電動倍力装置の左側面の縦断面図である。 図１に示す電動倍力装置の正面の縦断面図である。 図１に示す電動倍力装置の要部である差動伝達機構を示す縦断面図である。 図１に示す電動倍力装置の要部である差動伝達機構を示す横縦断面図である。 図１に示す電動倍力装置の入出力特性を示すグラフ図である。 第２実施形態に係る電動倍力装置の要部である差動伝達機構を示す横断面図である。 第３実施形態に係る電動倍力装置の側面図である。 図８に示す電動倍力装置の正面図である。 図８に示す電動倍力装置の縦断面図である。 電動倍力装置の概略構成を示すブロック図である。 図１０に示す電動アシスト機構を車両用電動パワーステアリング装置に応用した場合の車両用電動パワーステアリング装置の概略構成を示す斜視図である。 図１２に示すパワーステアリング装置に組込まれた電動アシスト機構の縦断面図である。

以下、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。第１実施形態に係る電動倍力装置１について、図１乃至図６を参照して説明する。本第１実施形態に係る電動倍力装置１は、自動車のブレーキシステムに装着されるものであって、図１乃至図３に示すように、エンジンルームＥと車室Ｃとの隔壁であるダッシュパネルＤの車室Ｃ側に取付けられる電動アシスト機構２を備えている。この電動アシスト機構２は、ブレーキペダルＰＤに連結され、また、ダッシュパネルＤを挟んでエンジンルームＥ側に取付けられたマスタシリンダ３に連結されている。

マスタシリンダ３は、一般的な自動車の液圧ブレーキシステムに使用するタンデム型マスタシリンダと同様のものであり、ピストンＰの前進により、プライマリポート４及びセカンダリポート５から２系統の液圧回路を介して各車輪のブレーキキャリパ等に液圧を供給して制動力を発生させる。また、ピストンＰの後退時にリザーバ６から適宜、ブレーキ液を補充するようになっている。

電動アシスト機構２は、ダッシュパネルＤに取付けられるケース７の外側に設置される電動モータ８と、ケース７内に収容される差動伝達機構１０とを備えており、ブレーキペダルＰＤの操作を回転入力で受けてマスタシリンダ３のピストンに連結する出力ロッド９へ倍力された力を出力するように構成されている。

差動伝達機構１０は、本実施形態においては遊星歯車機構であり、中心に配置され、ブレーキペダルＰＤに連結される第１入力軸となるサンギヤ１１と、その周囲に噛合わされた３つのプラネタリピニオン１２と、プラネタリピニオン１２を回転可能に支持して出力軸となるプラネタリキャリア１６と、３つのプラネタリピニオン１２の周囲に噛合って第２入力軸となるリングギヤ１４とから構成されている。これらサンギヤ１１、プラネタリキャリア１６、及びリングギヤ１４の回転中心は同心上に配置されるようになっている。

サンギヤ１１は、その軸部１１Ａの両端部がケース７に形成された軸受部１３に回転可能に支持されている。軸部１１Ａの一端側は、ブレーキペダルＰＤの基部が固定され、更に、他端側は、軸受部１３を貫通してケース７の外部へ延ばされている。また、軸部１１Ａの他端側の先端部には、サンギヤ１１の回転位置を検出する回転位置センサ１５が設けられている。

なお、本第１実施形態においては、軸部１１Ａの一端側に、ブレーキペダルＰＤの基部を直接固定させて連結しているが、ブレーキペダルＰＤの回動が軸部１１Ａの一端側に伝達されるようになっていれば、これ以外の連結構造としても良い。例えば、軸部１１Ａの一端側でブレーキペダルＰＤとの間に回転継手等を設けて軸部１１Ａの一端側とブレーキペダルＰＤの基部とを相対回転可能な構造とし、回転継手または軸部１１Ａの一端側とブレーキペダルＰＤの基部との間にブレーキペダルＰＤを踏み込む方向に当接する当接部を設け、ブレーキペダルＰＤの回動に軸部１１Ａを追従させるようにする一方、ブレーキペダルＰＤを操作しない状態で電動モータ８により軸部１１Ａが回動したときに当接部の当接部位が離間して軸部１１Ａのみが回動する連結構造としても良い。この場合には、ブレーキペダルＰＤの操作を伴わないブレーキ制御である車両安定性制御、アダプティッククルーズ制御や自動ブレーキ制御のときに、電動モータ８を駆動させたとしてもブレーキペダルＰＤが移動してしまうことがなく、運転者に違和感を与えることがない。

３つのプラネタリピニオン１２は、サンギヤ１１のブレーキペダルＰＤの反対側に配置されたプラネタリキャリア１６に固定された３つのプラネタリシャフト１６Ａにそれぞれ回転可能に支持されている。プラネタリキャリア１６には、プラネタリシャフト１６Ａが固定された大径部１７と、大径部１７に隣接する小径部１８と、小径部１８から突出する中空の中空軸部１９と、中空軸部１９の先端部に形成されたピニオン部２０とが同心上に一体的に形成されている。そして、プラネタリキャリア１６は、小径部１８がケース７の軸受部２１にベアリング２２によって回転可能に支持され、中空軸部１９にサンギヤ１１の軸部１１Ａが回転可能に挿通されている。

リングギヤ１４は、内周部に３つのプラネタリピニオン１２に噛合う内歯２３が形成されている。また、リングギヤ１４の外周部には、電動モータ８のシャフト２４に取付けられたウォームギヤ２５と噛合う外歯２６が形成されている。さらに、リングギヤ１４の側部に形成された円筒部２７がプラネタリキャリア１６の大径部１７にベアリング２８によって回転可能に支持されている。

電動モータ８には、ケース部８Ａから延出するシャフト２４が設けられている。ケース部８Ａは、ケース７の外側に取付けられている。シャフト２４は、ケース７を貫通して、その内部へ延ばされ、シャフト２４に取付けられたウォームギヤ２５がリングギヤ１４の外歯２６に噛合わされている。本実施形態においては、ウォームギヤ２５とリングギヤ１４の外歯２６とにより、減速機構を構成している。シャフト２４の先端部は、ケース７に形成された軸受部２９によって回転可能に支持されている。

出力ロッド９は、一端部がマスタシリンダ３に挿入されて、そのピストンＰに当接して連結されている。また、出力ロッド９は、他端部がケース７に形成された案内部３０に摺動可能に挿入されて、マスタシリンダ３の軸方向に沿って進退動可能に案内されるようになっている。出力ロッド９の軸方向中間部には、プラネタリキャリア１６のピニオン部２０に噛合うラック部３１が形成されており、ピニオン部２０とラック部３１とからなる回転直動変換機構で本実施形態における出力機構を構成している。なお、例えば、ピストンＰ自体にラック部位が直接形成されるような場合には、このラック部位に噛合うピニオン部２０が出力機構を構成することになる。このように、本第１実施形態においては、回転直動変換機構としてピニオン部２０とラック部３１とを用いるため、特許文献１のもののように、ボールねじを用いる必要がなく、部品点数の削減やコストの削減を図ることができるとともに、グリスの補充が容易でメンテナンス性が向上するようになっている。

リングギヤ１４に取付けられた一対の係止部３２、３３とサンギヤ１１とともに回動するブレーキペダルＰＤとの間に、一対のオフセットバネ３４，３５（付勢手段；第１、第２バネ手段）が設けられている。これらのオフセットバネ３４，３５は、ブレーキペダルＰＤすなわちサンギヤ１１とリングギヤ１４とを一方へ相対回転させる方向及び他方へ相対回転させる方向にそれぞれバネ力を付与して、これらを図１に示すような中立位置に弾性的に保持している。

なお、これらのオフセットバネ３４，３５の一方を省略して、１つの戻しバネによって、これらを所定位置に弾性的に保持するようにしてもよい。また、本実施形態においては、第１入力軸を構成するサンギヤ１１と同様に回動するブレーキペダルＰＤを第１入力軸の一部として、このブレーキペダルＰＤと第２入力軸を構成するリングギヤ１４との間に、付勢手段を構成する一対のオフセットバネ３４，３５を設けるようにしている。しかし、このような構造に限らず、サンギヤ１１とリングギヤ１４との間に一対のオフセットバネ３４，３５を設けるようにしても良い。また、出力軸を構成するプラネタリキャリア１６とサンギヤ１１との間、または、プラネタリキャリア１６とブレーキペダルＰＤとの間に、一対のオフセットバネ３４，３５を設けるようにしても良い。

ブレーキペダルＰＤとケース７との間には、ブレーキペダルＰＤを図１に示す非制動位置に付勢する戻しバネ３６が設けられている。

図３に示すように、電動倍力装置１には、回転位置センサ１５に加えて、電動モータ８のシャフト２４の回転位置を検出するモータ回転位置センサ３７が設けられ、更に、回転位置センサ１５、モータ回転位置センサ３７及びその他の必要な状態量（例えば、マスタシリンダ圧等）を検出する各種センサからの検出信号や、車両姿勢制御システムのＥＣＵ及び車両制御システムのＥＣＵからの信号に基づいて電動モータ８の回転を制御するコントローラ３８が設けられている。

以上のように構成した本実施形態の作用について次に説明する。
運転者が制動を行なうために行なうブレーキペダルＰＤの操作（図１では図中左から右へ、図２では図中右から左への作動）によってサンギヤ１１が回転する。このサンギヤ１１の回転により、プラネタリピニオン１２が自転しながら公転し、プラネタリピニオン１２の公転に伴なってプラネタリキャリア１６が回転する。プラネタリキャリア１６が回転すると、そのピニオン部２０とラック３１との噛合いによって、出力ロッド９が前進してピストンを押圧し、マスタシリンダ３に液圧が発生する。そして、マスタシリンダ３の液圧が液圧回路を介して各車輪のブレーキキャリパ等に供給されて制動力を発生させる。

このとき、コントローラ３８は、サンギヤ１１の回転をブレーキペダルＰＤの操作量として回転位置センサ１５によって検出し、サンギヤ１１の回転位置に応じて、サンギヤ１１の回転量とリングギヤ１４との回転量が等しくなるように電動モータ８を制御してシャフト２４を回転させる。このシャフト２４の回転によりウォームギヤ２５と外歯２６との噛合いで一定の減速比でリングギヤ１４が回転する。このとき、サンギヤ１１の回転角とリングギヤとの回転角とは等しくなり、相対変位ゼロの制御が行われることになる。そして、プラネタリピニオン１２を自転及び公転させ、プラネタリキャリア１６を回転させて、ブレーキペダルＰＤの操作によるサンギヤ１１の回転に追従させる。これにより、ブレーキペダルＰＤの操作によるプラネタリキャリア１６の回転力に電動モータ８のシャフト２４の回転力を合成して出力ロッド８を推進する。このとき、ブレーキペダルＰＤの変位量である入力変位量と出力ロッド８の変位量である出力変位量との関係は、図６の線Ｘに示されるような特性となっている。

このように出力ロッド８が推進すると、マスタシリンダ３のピストンＰから出力ロッド９を介してプラネタリキャリア１６に反力が作用する。この反力は、遊星歯車機構である差動伝達機構１０によってリングギヤ１４とサンギヤ１１に減速比に基づく一定の割合で分配されるため、サンギヤ１１に連結されたブレーキペダルＰＤの操作力が軽減されることになる。すなわち、上記の減速比に基づく一定の割合が電動倍力装置１および電動アシスト機構２における基本的な倍力比となる。本実施形態における差動伝達機構１０では、遊星歯車機構の３つの入出力軸であるサンギヤ１１と、リングギヤ１４と、プラネタリキャリア１６とが相互に差動運動を行い、サンギヤ１１に連結されたブレーキペダルＰＤとリングギヤ１４に連結された電動モータ８との回転力の配分は、遊星歯車機能の減速比によって決定することができ、サンギヤ１１に対してリングギヤ１４の配分を大きくし、その配分は、１対３乃至１対４程度とするとよい。この場合、本第１実施形態のブレーキペダルＰＤのペダル比は１対７乃至１対８となっている。

このように、本実施形態においては、サンギヤ１１によりブレーキペダルに連結される第１入力軸が構成されている。また、リングギヤ１４により電動モータが連結される第２入力軸が構成されている。そして、プラネタリキャリア１６により前記第１入力軸の回転力と第２入力軸の回転力とを合成した回転力を出力する出力軸が構成されている。なお、上記遊星歯車機構の３つの入出力軸であるサンギヤ１１、リングギヤ１４、及びプラネタリキャリア１６と各接続要素であるブレーキペダルＰＤ、電動モータ８、及び出力ロッド９との関係は上述したものが大きな減速比を取れる関係となっているが、これに限らず、減速比が小さくなるが、例えば、プラネタリキャリア１６にブレーキペダルＰＤを連結し、サンギヤ１１に出力ロッド９を接続するようにしても良い。この場合には、プラネタリキャリア１６が第１入力軸を、サンギヤ１１が出力軸を構成することになる。

ここで、本実施形態における電動倍力装置１および電動アシスト機構２の入力変位量と出力変位量との関係は、上述したように入力変位量であるサンギヤ１１の回転量に対してリングギヤ１４の回転量を等しくする、相対変位ゼロの関係で作動させる場合以外に自由に変えることができる。すなわち、ブレーキペダルＰＤの変位量に対して出力ロッド９の変位量を変化させることができる。図６を参照して、ブレーキペダルＰＤの変位量（入力変位量；サンギヤ１１の回転量）に対する出力ロッド９の変位量（出力変位量；プラネタリキャリア１６の回転量）の関係を説明する。ブレーキペダルＰＤの変位量に対する出力ロッド９の変位量は比例するようになっている。その傾きは、電動モータ８の出力シャフト２４の回転量（リングギヤ１４の回転量）によって決まり、電動モータ８の回転量が大きいほど傾きが大きくなって図６の線Ｙで示すような特性となり、電動モータ８の回転量が小さいほど傾きが小さくなって図６の線Ｙで示すような特性となる。このように、ブレーキペダルＰＤの変位量に対して電動モータ８の回転量を大きくして出力ロッド９の変位量を大きくする、いわゆる進み制御を行なうことで、ブレーキアシスト制御が可能となる。また、ブレーキペダルＰＤの変位量に対して電動モータ８の回転量を小さくして出力ロッド９の変位量を小さくする、いわゆる遅れ制御を行なうことで、回生協調制御における減圧制御が可能となる。

ここで、本第１実施形態における電動倍力装置１および電動アシスト機構２の入出力特性は、遊星歯車機構である差動伝達機構１０の減速比に基づく倍力比となる。上述したようにサンギヤ１１の回転量である入力変位量に対してリングギヤ１４の回転量を等しくする、相対変位ゼロの関係で作動させる場合以外でも、差動伝達機構１０の減速比が一定であるため基本的な倍力比は変化しない。上述したようなブレーキペダルＰＤの変位量に対して出力ロッド９の変位量を可変とする進み制御や遅れ制御を行なうとき、ブレーキペダルＰＤの操作によるサンギヤ１１の回転位置に対するプラネタリキャリア１６の追従位置が変化することで、ブレーキペダルＰＤに作用するオフセットバネ３４，３５のバネ力が加減することで入出力特性を変化させるにようになっている。

具体的には、ブレーキアシスト制御を行なうための進み制御の場合には、ブレーキペダルＰＤの変位量よりも出力ロッド９の変位量が大きくなるため、マスタシリンダ３からのブレーキペダルＰＤに伝達される反力がブレーキペダルＰＤの変位量に対して増加することになる。しかし、出力ロッド９の変位量、すなわち電動モータ８により回動するリングギヤ１４の回転量とブレーキペダルＰＤの変位量との相対変位量が大きくなるため、その相対変位量分だけ、オフセットばね３４が短縮し、オフセットばね３５が伸長して上記反力の増加分を相殺する方向のばね力（ブレーキペダルＰＤを踏み込む方向の力；ペダル操作力を増やす方向の力）を発生することになり、ブレーキペダルＰＤの変位量に対する反力が調整されるようになっている。

また、回生協調制御を行なうための遅れ制御の場合には、ブレーキペダルＰＤの変位量よりも出力ロッド９の変位量が小さくなるため、マスタシリンダ３からのブレーキペダルＰＤに伝達される反力がブレーキペダルＰＤの変位量に対して減少することになる。しかし、出力ロッド９の変位量、すなわち電動モータ８により回動するリングギヤ１４の回転量とブレーキペダルＰＤの変位量との相対変位量が小さくなるため、その相対変位量分だけ、オフセットばね３４が伸長し、オフセットばね３５が短縮して上記反力の減少分を相殺する方向のばね力（ブレーキペダルＰＤを開放する方向の力；ペダル操作力を押し戻す方向の力）を発生することになり、ブレーキペダルＰＤの変位量に対する反力が調整されるようになっている。

このように、電動倍力装置１の入出力変位特性を変化させた場合でも、ブレーキペダルＰＤの操作に対する反力がオフセットバネ３４，３５によって調整されて、電動倍力装置１の入出力特性が変化しないようになる。したがって、入出力変位特性を変化させてブレーキアシスト制御、回生協調制御、ビルドアップ制御等の電動倍力装置によるブレーキ制御を、運転者にブレーキペダル反力の違和感を与えずに行なうことができるようになっている。本実施例においては、オフセットバネ３４，３５が付勢手段を構成している。

なお、上述したオフセットバネ３４，３５は、必ずしも設ける必要はなく、オフセットバネ３４，３５を設けない場合に、コントローラ３８が行なう電動モータ８の制御は、上述した相対変位ゼロの制御に限る必要もない。例えば、上述の進み制御を標準として、ブレーキペダルＰＤのショートストローク化を図り、ブレーキフィーリングの向上を図るようにしてもよい。

また、電動モータ８、コントローラ３８等の故障やウォームギヤ２５と外歯２６との噛み込み等により電動モータ８のシャフト２４が回転不能となった場合、ウォームギヤ２５と外歯２６との噛合いにより、リングギヤ１４が固定されることになる。しかしながら、この状態でも、ブレーキペダルＰＤの操作により、プラネタリピニオン１２が自転しながら公転してプラネタリキャリア１６を一定の減速比で回転させるので、出力ロッド９を前進させることで、マスタシリンダ２およびホイールシリンダを介して車両に制動力を発生させることができるようになっている。本実施形態においては、減速機構として逆効率のよくないウォーム機構を用いているため、電動モータ８の失陥時にブレーキペダルＰＤの操作力を電動モータ８側に逃がすことなく、上記操作力をロスせずに出力ロッド９に伝達することができる。

上述したように本第１実施形態の電動倍力装置１においては、差動伝達機構１０によって、マスタシリンダ３のピストンＰからの反力が分配されるようになっているため、従来のように反力分配のために入力ピストンをマスタシリンダの圧力室内に挿入する必要がなく、マスタシリンダとの分離が容易となる。このため、電動倍力装置１とマスタシリンダ３とを別々に組み立てられるので、製造効率が向上する。また、電動倍力装置１のメンテナンス時に、マスタシリンダ３内のブレーキ液を抜く必要がなく、整備が容易となる。さらに、入力変位量に対する出力変位量を可変にできるので、各種のブレーキ制御が可能となる。また、本第１実施形態の電動アシスト機構２においては、入力変位量に対する出力変位量を可変にすることができる。

次に、第２実施形態について、図７を参照して説明する。なお、上述の第１実施形態に対して、同様の部分には同じ符号を用いて、異なる部分についてのみ詳細に説明する。図７に示すように、第２実施形態では、電動モータ８のシャフト２４には、ウォームギヤ２５の代りにピニオン３９が取付けられ、ピニオン３９は、リングギヤ１４の外歯２６に噛合わされている。これにより、電動モータ８の駆動力は、ピニオン３９とリングギヤ１４の外歯２６との噛合いによって減速されてリングギヤ１４に伝達される。本第２実施形態においては、ピニオン３９とリングギヤ１４の外歯２６とにより、減速機構を構成している。このように、ピニオン３９とリングギヤ１４の外歯２６とを用いたことにより、電動モータ８が、差動伝達機構１０の公転軸と電動モータ８の回転軸とが平行となるように配置されるため、第１実施形態に比して電動倍力装置１および電動アシスト機構２の重力方向の寸法を抑制することができ、車両搭載性が向上する。

次に、第３実施形態について、図８乃至図１０を参照して説明する。なお、上述の第１実施形態に対して、同様の部分には同じ符号を用いて、異なる部分についてのみ詳細に説明する。図８乃至図１０に示すように、本実施形態に係る電動倍力装置１´および電動アシスト機構２’では、差動伝達機構１０において、リングギヤ１４は、出力軸であり、その外歯２６が出力ロッド９のラック３１に噛合わされている。また、プラネタリキャリア１６は、第２入力軸として、電動モータ８’のシャフト２４’の回転が第１及び第２遊星歯車減速機構４１、４２を介して２段階に減速されて伝達されるようになっている。

第１遊星歯車減速機構４１は、電動モータ８’のシャフト２４’に取付けられたサンギヤ４３と、サンギヤ４３の周囲に噛合わされた複数のプラネタリピニオン４４と、サンギヤ４３及びプラネタリピニオン４４に隣接して回転可能に設けられてピニオンシャフト４５によってプラネタリピニオン４４を回転可能に支持するプラネタリキャリア４６と、プラネタリキャリア４６の外周部にベアリング４７によって回転可能に支持されて複数のプラネタリピニオン４４の外周部に噛合う内歯を有するリングギヤ４８とを備えている。

また、第２遊星歯車減速機構４２は、第１遊星歯車減速機構４１のプラネタリキャリア４６に取付けられたサンギヤ４９と、サンギヤ４９の周囲に噛合わされた複数のプラネタリピニオン５０と、サンギヤ４９及びプラネタリピニオン５０に隣接して回転可能に設けられてピニオンシャフト５１によってプラネタリピニオン５０を回転可能に支持するプラネタリキャリア５２と、プラネタリキャリア５２の外周部にベアリング５３によって回転可能に支持されて複数のプラネタリピニオン５０の外周部に噛合う内歯を有するリングギヤ５４とを備えている。

そして、第２遊星歯車減速機構４２のプラネタリキャリア５２と差動伝達機構１０のプラネタリキャリア１６とがシャフト５５によって連結され、また、第１及び第２遊星歯車機構４１、４２のリングギヤ４８、５４は、固定されている。これにより、電動モータ８’のシャフト２４’の回転が第１及び第２遊星歯車機構４１、４２によって所定の減速比で２段階に減速されて差動伝達機構１０のプラネタリキャリア１６に伝達される。

そして、オフセットバネ３４，３５は、ブレーキペダルＰＤとリングギヤ１４との間に設けられ、コントローラ３８は、ブレーキペダルＰＤの操作量、すなわち、サンギヤ１１の回転位置に応じて電動モータ８’を制御してリングギヤ１４をサンギヤ１１の回転に追従させる。これにより、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏する。また、第１及び第２遊星歯車機構４１、４２を設けたことにより、第１、２実施形態に比して電動モータ８’の体格を小さくすることが可能となり、電動倍力装置１’および電動アシスト機構２’の小型化を図ることができる。

次に、電動倍力装置の構成要素について図１１を参照して説明する。なお、上記第１乃至第３実施形態に対して、対応する構成要素には適宜同じ参照符号を用いて説明する。図１３に示すように、電動倍力装置（１）は、電動モータ（８）と、ブレーキペダル（２）に連結される第１入力軸（１１）と、電動モータ（８）が連結される第２入力軸（１４）と、第１入力軸（１１）の回転力と第２入力軸（１４）の回転力とを合成した回転力を出力する出力軸（１６）とを有し、第１、第２入力軸（１１、１４）及び出力軸（１６）が互いに差動運動する差動伝達機構（１０）と、出力軸（１６）の回転を直線運動に変換してマスタシリンダ（３）のピストンを推進する出力機構（２０、３１）と備えている。このうち、電動モータ（８）と、ブレーキペダル（２）に連結される第１入力軸（１１）と、電動モータ（８）が連結される第２入力軸（１４）と、第１入力軸（１１）の回転力と第２入力軸（１４）の回転力とを合成した回転力を出力する出力軸（１６）とを有し、第１、第２入力軸（１１、１４）及び出力軸（１６）が互いに差動運動する差動伝達機構（１０）と、出力軸（１６）とにより、電動アシスト機構２が構成されるようになっている。

このため、電動倍力装置（１）においては、差動伝達機構（１０）によってマスタシリンダ（３）のピストン（Ｐ）からの反力が分配されるようになっているため、従来のように反力分配のために入力ピストンをマスタシリンダの圧力室内に挿入する必要がなく、マスタシリンダとの分離が容易となる。差動伝達機構（１０）の第２入力軸（１４）と電動モータ（８）との間に減速機構（１４、２５）を介装してもよい。このようにした場合には、電動モータ（８）の体格を小さくすることが可能となり、電動倍力装置の小型化を図ることができる。

そして、ブレーキペダル（２）が操作されたとき、その操作量（第１入力軸（１１）の回転量）を位置センサ（１５）によって検出して、位置センサ（１５）が検出する操作量（変位量）に応じて制御装置（３８）によって第１入力軸（１１）の回転量に応じて電動モータ（８）の駆動を制御する。詳細には、位置センサ（１５）が検出する操作量により、所望の制動力（減速度若しくは制動液圧）を算出し、算出した制動力となるように電動モータ（８）のシャフト（２４）の回転位置をフィードバック制御する。このような制御により、ブレーキペダル（２）の操作力と電動モータ（８）の回転力とを差動伝達機構（１０）によって合成して出力し、更に、出力機構（２０、３１）によって直線運動に変換し、マスタシリンダ（３）のピストンを前進させて、液圧を発生させ、この液圧を各車輪のブレーキキャリパ等へ供給して制動力を付加するようになっている。なお、電動倍力装置（１）の制御は、上述した電動モータ（８）の回転位置制御に限らず、マスタシリンダ（３）に圧力センサ（７０）を設け、その液圧に基づいて制御装置（３８）によりフィードバック制御を行なうこともできる。

電動倍力装置（１）の構成要素として、上記第１実施形態では、差動減速機構１０として遊星歯車機構を用いて、サンギヤ１１及びリングギヤ１４を第１及び第２入力軸とし、プラネタリキャリア１６を出力軸としている。また、減速機構として、外歯１４及びウォームギヤ２５を用い、回転直動変換機構として、ピニオン部２０及びラック部３１（ラックピニオン機構）を用いている。また、第２実施形態では、減速機構として、外歯１４及びピニオン３９（平歯車）を用いている。

上記第３実施形態では、差動伝達機構１０として遊星歯車機構を用いて、サンギヤ１１及びプラネタリキャリア１６をそれぞれ第１及び第２入力軸とし、リングギヤ１６を出力軸としている。また、減速機構として、第１及び第２遊星歯車減速機構４１、４２を用い、回転直動変換機構として、外歯２６及びラック部３１（ラックピニオン機構）を用いている。

このほか、本発明では、例えば、差動伝達機構（１０）としては、上述の遊星歯車機構のほか、ボール減速機構、波動減速機構等を用いることができる。このうちボール減速機構を差動伝達機構として用いた場合には、一般的に現行の車両に搭載されている気圧式倍力装置の倍力比と同等の例えば１対７〜８の減速比を設定することができ、現行の車両のブレーキペダルのペダル比を変えずに車両に電動倍力装置（１）を搭載することができる。減速機構（１４、２５）としては、上述のウォーム歯車機構及び遊星歯車機構のほか、ボール減速機構、波動減速機構を用いることができる。なお、この減速機構（１４、２５）を省略して電動モータ（８）によって差動伝達機構（１０）の第２入力軸（１４）を直接駆動してもよい。また、回転直動変換機構である出力機構（２０、３１）として、上述のラックピニオン機構のほか、ボールネジ機構、ネジ機構、リンク機構等を用いることができる。

上記各実施形態による電動倍力装置は、電動モータと、ブレーキペダルに連結される第１入力軸と、前記電動モータが連結される第２入力軸と、前記第１入力軸の回転力と第２入力軸の回転力とを合成した回転力を出力する出力軸とを有し、前記第１、第２入力軸及び前記出力軸が互いに差動運動する差動伝達機構と、前記出力軸の回転を直線運動に変換してマスタシリンダのピストンを推進する出力機構と備えている。このような構成により、差動伝達機構によって、マスタシリンダのピストンからの反力が分配されるようになっているため、従来のように反力分配のために入力ピストンをマスタシリンダの圧力室内に挿入する必要がなく、マスタシリンダとの分離が容易となる。このため、電動倍力装置とマスタシリンダとを別々に組み立てられるので、製造効率が向上する。また、電動倍力装置のメンテナンス時に、マスタシリンダ内のブレーキ液を抜く必要がなく、整備が容易となる。さらに、入力変位量に対する出力変位量を可変にできるので、各種のブレーキ制御が可能となる。

上記各実施形態によれば、差動伝達機構は、前記第１入力軸に対して前記第２入力軸の回転力の配分が大きくなっている。このような構成により、マスタシリンダのピストンからの反力のうちブレーキペダルへ分配反力が小さくなり、好適な倍力比を実現しうる電動倍力装置を提供することができる。

上記各実施形態によれば、差動伝達機構は、遊星歯車機構となっている。このような構成により、比較的簡易な構造で電動倍力装置を製造することができ、製造効率が向上する。

上記各実施形態によれば、差動伝達機構（遊星歯車機構）の前記第１入力軸と前記第２入力軸との回転力の配分は、１対３乃至１対４となっている。

上記各実施形態によれば、第１、第２入力軸及び出力軸の各回転中心は、同心上に配置されている。このような構成により、比較的コンパクトな差動伝達機構を使用することが可能となり、電動倍力装置を小型化することができる。

上記各実施形態によれば、第１入力軸の回転量に対して第２入力軸の回転量が等しくなるように前記電動モータの回転を制御するようにしている。

上記各実施形態によれば、第１入力軸と第２入力軸または出力軸との間に、これらの相対回転位置を中立位置に弾性的に付勢する付勢手段を設けている。このような構成により、電動倍力装置の入出力変位特性を変化させた場合でも、ブレーキペダルの操作に対する反力が付勢手段によって調整されて、電動倍力装置の入出力特性が変化しないようになる。したがって、入出力変位特性を変化させてブレーキアシスト制御、回生協調制御、ビルドアップ制御等の電動倍力装置によるブレーキ制御を、運転者にブレーキペダル反力の違和感を与えずに行なうことができるようになっている。

上記各実施形態によれば、付勢手段は、第１入力軸と前記第２入力軸または前記出力軸との間に設けられて、これらを一方に相対回転させる方向に付勢する第１バネ手段と他方に相対回転させる方向に付勢する第２バネ手段とからなっている。

上記各実施形態によれば、第２入力軸と電動モータとの間に減速機構が設けられている。この減速機構により、電動モータの大形化を抑制することができ、ひいては、電動倍力装置の小型化を図ることができる。

上記第３実施形態に示した電動アシスト機構２´は、ブレーキシステム以外へ応用例することが可能である。例えば、電動アシスト機構２”を自動車の電動パワーステアリング装置に装着した場合の参考技術について、図１２及び図１３を参照して説明する。なお、上記第３実施形態における電動アシスト機構２’に対して、同様の部分には同じ符号を用いて、異なる部分についてのみ詳細に説明する。

図１２に示すように、電動パワーステアリング装置６０は、自動車の操舵車輪（一般的には前輪）を操舵するためのものであって、ステアリングホイール６１の回転を自在継手６２Ａ、６２Ｂを有するステアリングコラムシャフト６２（入力部材）を介してステアリングギヤ装置６３に伝達し、ステアリングラック６４の車体左右方向の移動に変換し、ステアリングラック６４の両端部に連結されたタイロッドを介してサスペンション装置のナックルを回動させることにより、ナックルに支持された車輪を操舵する。

ステアリングギヤ装置６３は、ステアリングギヤケース６５内において、車体左右方向に移動可能に支持されたステアリングラック６４（出力部材）のラック部６４Ａに電動倍力装置１´のリングギヤ１４の外歯２６を噛合わせて、リングギヤ１４の回転により、ステアリングラック６４を車体左右方向に移動させるようにしたものであり、電動倍力装置１´のサンギヤ１１の軸部１１Ａにステアリングコラムシャフト６２の先端部が連結されている。

これにより、ステアリングホイール６１の回転に対して、電動モータ８を制御してリングギヤ１４をサンギヤ１１の回転に追従させることにより、ステアリングラック６４の移動に電動モータ８による一定比率（ステアリングギア装置６３の減速比）のサーボ力を付与することができる。また、ステアリングホイール６１の操作量を回転位置センサ６６で検出し、検出された操作量に対してＥＣＵ６７が電動モータ８を制御することでリングギヤ１４の回転量を可変にすることができる。このため、ステアリングホイール６１の操作量に応じてリングギヤ１４の回転量を加減させることで、ステアリングラック６４への可変変位量制御ができて、車両の走行状態に合わせてステアリングホイール６１の操作量を調整することができる。

ここで、電動パワーステアリング装置においては、特開２００５−１１２０２５号公報に示されるように、ステアリングホイールの操作量に対してステアリングラックの移動量を可変にする伝達比可変機構を有するものがある。しかし、このような伝達比可変機構を有する電動パワーステアリング装置では、伝達比可変用の電動モータとステアリングアシスト用の電動モータとの２つの電動モータを設けているため、構造が煩雑で生産効率が良くないという問題がある。本参考技術のように電動パワーステアリング装置６０の電動アシスト機構２”を用いることで、１つの電動モータによって、ステアリングホイール６１の操作量に対してリングギヤ１４の回転量、すなわち操舵角を可変にすることができ、構造が簡素で生産効率が向上するという効果を奏する。

なお、上記電動アシスト機構２，２’は、上述したように電動パワーステアリング装置のほか、人間の操作力を電動で助力する装置、例えば電動アシスト自転車等に用いることができる。

１ 電動倍力装置、２ 電動アシスト機構、３ マスタシリンダ、８ 電動モータ、１０ 差動伝達機構、１１ サンギヤ、１４ リングギヤ、１６ プラネタリキャリア、２６ 外歯、３１ ラック部、ＰＤ ブレーキペダル

Claims (9)

1. 電動モータと、
   ブレーキペダルに連結される第１入力軸と、前記電動モータが連結される第２入力軸と、前記第１入力軸の回転力と第２入力軸の回転力とを合成した回転力を出力する出力軸とを有し、前記第１、第２入力軸及び前記出力軸が互いに差動運動する差動伝達機構と、
   前記出力軸の回転を直線運動に変換してマスタシリンダのピストンを推進する出力機構と備えていることを特徴とする電動倍力装置。
2. 前記差動伝達機構は、前記第１入力軸に対して前記第２入力軸の回転力の配分が大きいことを特徴とする請求項１に記載の電動倍力装置。
3. 前記差動伝達機構は、遊星歯車機構であることを特徴とする請求項１または２に記載の電動倍力装置。
4. 前記差動伝達機構の前記第１入力軸と前記第２入力軸との回転力の配分は、１対３乃至１対４であることを特徴とする請求項３に記載の電動倍力装置。
5. 前記第１、第２入力軸及び前記出力軸の各回転中心は、同心上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電動倍力装置。
6. 前記第１入力軸の回転量に対して前記第２入力軸の回転量が等しくなるように前記電動モータの回転を制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電動倍力装置。
7. 前記第１入力軸と前記第２入力軸または前記出力軸との間に、これらの相対回転位置を中立位置に弾性的に付勢する付勢手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電動倍力装置。
8. 前記付勢手段は、前記第１入力軸と前記第２入力軸または前記出力軸との間に設けられて、これらを一方に相対回転させる方向に付勢する第１バネ手段と他方に相対回転させる方向に付勢する第２バネ手段とからなることを特徴とする請求項７に記載の電動倍力装置。
9. 前記第２入力軸と前記電動モータとの間に減速機構が設けられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の電動倍力装置。

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