JP2012035735A - 電動制動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】正常作動時のペダルシミュレート機能を有しつつブレーキ液圧を運転者の操作入力にかかわらず自動制御でき、かつ回生協調制御し得ると共に、構造を簡素化する。
【解決手段】マスターシリンダ５に、ストロークに応じて反力付与されたブレーキペダル１の空走後に変位し得る第１ピストン６と第１ピストンに向けてばね付勢される第２ピストンを設け、ブレーキペダルの変位検出値に応じてスレーブシリンダ１５を電動モータ１７で駆動してブレーキ液圧を発生し、マスターシリンダの両ピストン間の第１液室１３を介し、また第２ピストンにより第２液室の液圧を増大して各ホイールシリンダにブレーキ液圧を供給する。適切な反力を設定でき、システム異常時には、ブレーキペダルにより両ピストンを機械的に変位させて、ブレーキ液圧を発生させることができ、従来のシミュレータ遮断弁を用いた構成のように電気的な制御を必要とせず、構成を簡素化し得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、運転者の制動操作にかかわらず制動力を制御し得る電動制動装置に関するものである。

従来、運転者の制動操作を電気信号に変換して、電動モータにより駆動されるスレーブシリンダを作動させ、スレーブシリンダが発生するブレーキ液圧で各輪のホイールシリンダを作動させるようにした電動制動装置（ブレーキ・バイ・ワイヤ式ブレーキ装置）がある（例えば特許文献１参照）。

特開２００９−１３７３７７号公報

上記電動制動装置によれば、スレーブシリンダを電動モータにより駆動して自動制御することから、ＶＳＡ（ビークル・スタビリティ・アシスト）・ＡＢＳ（アンチロック・ブレーキ・システム）・回生協調制御（ハイブリッド車の回生ブレーキ協調制御）が可能である。上記特許文献１では、運転者が操作するマスターシリンダと、マスターシリンダの液室と連通してブレーキペダルのストロークに応じてブレーキペダルに反力を発生させるペダルシミュレータと、マスターシリンダにマスターシリンダ遮断バルブを介して接続されたスレーブシリンダと、スレーブシリンダと各ホイールシリンダとの間に設けられたＶＳＡ制御ユニットとにより構成したものが開示されている。

その制御では、正常作動時には、運転者の操作入力（ブレーキペダル踏み込み量）に依存せずにブレーキ圧力源（スレーブシリンダ）の発生圧力を任意の圧力に制御することで、通常制動と回生制動とを可能にすると共にＡＢＳとＶＳＡとの制御も可能とし、異常作動時には、ペダルシミュレータへの連通を遮断して、マスターシリンダにより通常制動を行うこと（液圧バックアップ）ができるようにしている。

上記電動制動装置においては、マスターシリンダの液圧昇圧とは別個にブレーキ液圧を昇圧させるスレーブシリンダを設けて、運転者のペダル踏み込み動作（マスターシリンダのピストン変位）に対するペダル反力を発生させるためのペダルシミュレータを設けている。そのペダルシミュレータは、マスターシリンダからのブレーキ液が導入可能にされ、その導入量の増減に応じて反力を増減させる。したがって、回生協調制御を行う場合には、運転者のペダル踏み込み動作で発生するマスターシリンダの液圧を封止してホイールシリンダへ液圧を伝達させないようにするマスターシリンダ遮断弁が必要である。また、マスターシリンダにより液圧を発生させる場合、スレーブシリンダにより液圧を発生させる場合のいずれにおいても、複数系統のうち１つの系統に液圧失陥が発生した状況において他の系統の液圧を確保するため、モータ駆動のスレーブシリンダをタンデム型にする必要がある。さらに、システムの停止時や異常時の液圧バックアップを可能にするためにマスターシリンダとペダルシミュレータとの間を遮断するシミュレータ遮断弁が必要である。このように、電動制動装置に求められる各機能を達成しつつ構造を簡素化することは困難であるという問題があった。

このような課題を解決して、正常作動時のペダルシミュレート機能を有しつつブレーキ液圧を運転者の操作入力にかかわらず自動制御でき、かつ回生協調制御が可能であると共に、構造を簡素化し得るために、本発明に於いては、車両の制動時に運転者により操作される制動操作部材（１）と、前記制動操作部材の操作量を検出する操作量センサ（２）と、前記操作量センサにより検出された操作量検出値に応じて電動モータ（１７）を駆動してブレーキ液圧を発生する液圧発生手段（１５）と、前記液圧発生手段と２系統に分けられた複数のホイールシリンダ（２０ａ・２０ｂ・２０ｃ・２０ｄ）との間に配管されたマスターシリンダ（５）と、前記制動操作部材の前記操作に対して反力を与える反力付与手段（４・８）とを有し、前記マスターシリンダが、非操作状態の前記制動操作部材に対して離間して位置すると共に前記制動操作部材に押されることにより当該離間した位置から一体的に変位する第１ピストン（６）と、前記第１ピストンの前記制動操作部材側とは相反する側に直列かつ変位可能に設けられると共に前記第１ピストンに当接する向きにばね付勢された第２ピストン（７）と、前記第１ピストンと前記第２ピストンとにより区画されかつ前記液圧発生手段のブレーキ液圧が発生するブレーキ液圧発生室（１６）と連通する第１液室（１３）と、前記第２ピストンの前記第１液室とは相反する側に区画された第２液室（１４）とを有し、前記第１液室と前記第２液室とが、前記複数のホイールシリンダの系統別に配管されているものとした。

これによれば、運転者による制動操作部材の操作において、制動操作部材と第１ピストンとが離間して設けられていることから、制動操作部材は第１ピストンを押すまでの間に空走区間があり、その空走区間においても、制動操作部材には反力付与手段により反力が与えられるため運転者は制動操作をしていることを認識できると共に、操作量検出値に応じて液圧発生手段によりブレーキ液圧を発生して、ホイールシリンダにブレーキ液圧を伝えることができ、また、ハイブリッド車の回生ブレーキ協調制御において液圧発生手段によりブレーキ液圧を発生せずに回生ブレーキをかけることができる。この場合、第１ピストンを押すことなくブレーキ制御を行うことから、制動操作部材の反力を弱く設定しても何等問題が無く、適切な反力設定を行うことができる。さらに、液圧発生手段が何等かの原因により作動しなくなった場合には、制動操作部材の操作力を機械的に第１ピストンを介して第２ピストンに伝達させて、制動操作部材の操作により第２ピストンを変位させて、第２液室にブレーキ液圧を発生させることができ、それにより液圧発生手段が作動しなくても、ブレーキ液圧を発生させることができ、従来のシミュレータ遮断弁を用いた構成のように電気的な制御を必要とせず、油圧回路の部品点数を減少して構成を簡素化し得る。

特に、前記反力付与手段が、前記制動操作部材が前記第１ピストンを押すまでは弱い力で弾性変形する第１反力付与手段（４）と、前記制動操作部材が前記第１ピストンに当接しかつ前記一体的に変位し始めるまでは前記第１反力付与手段よりも強い力で弾性変形する第２反力付与手段（８）とを有すると良い。これによれば、例えば第１反力発生手段として小さなばね定数のばねを用い、第２反力発生手段として大きなばね定数のばねを用いることにより、従来のようなペダルシミュレータのような装置を用いることなく、簡単な構成で制動操作部材に対する反力を与えることができる。この場合、制動操作部材の操作量検出値に応じて液圧発生手段で発生するブレーキ液圧が第１液室に供給されると、そのブレーキ圧により第１ピストンが制動操作部材側に付勢されるため、第１ピストンは制動操作部材からの押圧力に抗することができ、第２反力付与手段が弾性変形し得る。

また、前記第１ピストンを前記離間した位置となる基準位置から前記制動操作部材側への変位を規制する規制手段（５ａ）が設けられていると良い。規制手段として、例えばマスターシリンダの端壁にすることができ、そのような簡単な構造で、基準位置が第１ピストンが制動操作部材により押されて変位を開始する位置を規制することができ、かつ制動操作部材が変位して第１ピストンを押すことになるまでの空走距離を高精度に設定することができるため、制動操作部材の変位の小さな区間である制動力の弱い場合のブレーキ液圧制御を高精度化でき、品質の高い制動制御を行うことができる。

また、前記第２ピストンは、前記第１液室に前記液圧発生手段で発生したブレーキ液圧が入り込むことにより前記第１ピストンから離間する向きに変位して、前記第２液室にブレーキ液圧を発生させると良い。これによれば、第１液室にブレーキ液圧が供給された場合には、そのブレーキ液圧で第２ピストンを押すことができ、それにより第２液室にブレーキ液圧を発生させることができるため、第１液室と第２液室とからの２系統で複数のホイールシリンダにブレーキ液圧を供給することができる。したがって、液圧発生手段とマスターシリンダとの間では、液圧発生手段から第１液室に連通する１系統の配管で良く、従来のようにスレーブシリンダをタンデム型にする必要が無く、構成を簡素化し得る。

また、前記第１ピストンの前記第１液室に臨む先端部（６ｂ）の外形が小さく形成されていると良い。本発明では、液圧発生手段からのブレーキ液をマスターシリンダの第１液室を通過させてホイールシリンダに供給するが、第１ピストンの先端部に、例えば第１ピストンの外形幅（円筒形の場合には外径）よりも幅狭の半球状やボス状の突部を形成することにより、先端部まで同じ外形の場合よりも先端部側の流路を広くすることができ、第２ピストンの後方から前方に向けて第２ピストンを押す液圧の作用面積を拡大でき、これにより、ホイールシリンダのブレーキ液圧発生の立ち上がりの遅れを防止し得る。

このように本発明によれば、従来のシミュレータ遮断弁を用いた構成のように電気的な制御を必要とせず、油圧回路の部品点数を減少し得ることから、電動制動装置の構成を簡素化し得る。

本発明が適用された自動車の電動制動装置を模式的に示す油圧回路図である。 通常時の動作を示す図１に対応する図である。 回生制御における動作を示す図１に対応する図である。 システム異常状態における動作を示す図１に対応する図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明が適用されたハイブリッド型自動車の電動制動装置を模式的に示す油圧回路図である。本実施形態の制動システムは、制動操作部材としてのブレーキペダル１の操作を機械的にブレーキ液圧発生シリンダに伝達してブレーキ液圧を発生させるのではなく、ブレーキペダル１の操作量（ペダル変位量）を操作量センサとしてのストロークセンサ２により検出し、その操作量検出値に基づいて電動サーボモータを制御してブレーキ液圧発生シリンダを駆動することによりブレーキ液圧を発生させる、いわゆるブレーキ・バイ・ワイヤにより構成されている。

図１に示されるように、車体に回動自在に支持されたブレーキペダル１にはその円弧運動を略直線運動に変換するロッド３の一端が連結されており、ロッド３の他端には直列的に連続するように第１反力付与手段としての圧縮コイルばね４と、マスターシリンダ５とが同軸的に配設されている。なお、圧縮コイルばね４が、ロッド３の他端に形成されたフランジとマスターシリンダ５の対向する外端面との間に所定の初期荷重で圧縮された状態で介装されており、これによりブレーキペダル１は、ばね付勢され、図示されないストッパにより止められて図１の状態である待機位置に位置している。

マスターシリンダ５の筒内には、ブレーキペダル１側から円柱状の第１ピストン６と有底円筒状の第２ピストン７とが同軸的かつ軸線方向変位可能に設けられている。第１ピストン６には、マスターシリンダ５の外方に突出しかつ圧縮コイルばね４内に受容される外向きロッド６ａが同軸かつ一体的に設けられており、外向きロッド６ａの突出端には、第２反力付与手段としての例えばゴム製の弾性体８が設けられている。なお、図１のシステム停止状態では、弾性体８のブレーキペダル１に対向する先端とロッド３との間には隙間があけられている。その隙間はブレーキペダル１の踏み込み開始からの空走距離Ｌ１として設定されており、ブレーキペダル１を空走距離Ｌ１以下の変位だけ踏み込んだ場合には、第１ピストン６にブレーキペダル１からの外力が伝達されない。

第２ピストン７の有底円筒状の底となる端面が第１ピストン６に対向し、有底円筒の開口側はマスターシリンダ５のブレーキペダル１とは相反する側の端壁に対向し、その端壁と筒内の底面との間に圧縮コイルばねからなる戻しばね９が介装されている。これにより、図１の状態では、第２ピストン７は第１ピストン６に当接するまでばね付勢されている。なお、第１ピストン６の先端部（第２ピストン７と当接する側）には、第１ピストン６の本体となる外径よりも小径の半球状突部６ｂが形成されており、その半球状突部６ｂの突出端が第２ピストン７と当接する。

また、マスターシリンダ５には、第１ピストン６と第２ピストン７とのそれぞれに対応して、リザーバタンク１１と連通する各油路１２ａ・１２ｂが接続されている。各油路１２ａ・１２ｂと各ピストン６・７との間にははそれぞれ公知構造のシール部材が設けられている。そしてマスターシリンダ５の筒内には、第１ピストン６と第２ピストン７とそれぞれ対応する上記各シール部材とにより区画された空間が第１液室１３として設けられ、第２ピストン１２の第１液室１３とは相反する側に、第２ピストン１２とそれに対応する上記シール部材とにより区画された空間が第２液室１４として設けられている。

第１液室１３は、液圧発生手段としてのスレーブシリンダ１５のブレーキ液圧発生室１６と油路２１を介して連通している。スレーブシリンダ１５は電動サーボモータ１７により駆動され、電動サーボモータ１７は液圧制御ユニット１８により制御されるようになっている。

液圧制御ユニット１８には、上記したストロークセンサ２の検出信号が入力し、また車両の挙動を検出するための各種センサ（図示せず）からの検出信号も入力している。液圧制御ユニット１７では、ストロークセンサ２からの検出信号に基づくと共に各種センサからの検出信号から判断した走行状況に応じて、スレーブシリンダ１５により発生するブレーキ液圧を制御する。本実施形態の対象車両となるハイブリッド車の場合には、電動モータによる回生制御を行うようにしており、液圧制御ユニット１８では、回生制御を行う場合の回生の大きさに対するスレーブシリンダ１５によるブレーキ液圧の大きさの配分制御も行う。

スレーブシリンダ１５には、電動サーボモータ１７にギア結合されたボールネジ機構の軸線方向変位ロッド１５ａと、軸線方向変位ロッド１５ａと同軸かつ直列的に設けられたピストン１５ｂと、ピストン１５ｂにより区画された上記ブレーキ液圧発生室１６と、ブレーキ液圧発生室１６に受容されてピストン１５ｂを軸線方向変位ロッド１５ａに押し当てる向きに付勢する戻しばね１５ｃとが設けられている。なお、スレーブシリンダ１５も油路１２ｃを介してリザーバタンク１１と連通している。

また、マスターシリンダ５の第１液室１３と第２液室１４とは、それぞれ本実施形態における例えばＡＢＳ装置１９を介して複数（図示例では４つ）の各ホイールシリンダ２０ａ・２０ｂ・２０ｃ・２０ｄに連通するように配管されている。なお、ＡＢＳ装置１９は、公知のものであって良く、前輪の各ホイールシリンダ２０ａ・２０ｂに対応する第１系統と、後輪の各ホイールシリンダ２０ｃ・２０ｄに対応する第２系統とをそれぞれ制御する各ブレーキアクチュエータが各種油圧素子を用いて構成されている。

このようにして構成された電動制動装置の動作について以下に説明する。図１は、上記したようにシステム停止状態であり、運転者が車両を止めるためにブレーキペダル１を操作していない状態である。ストロークセンサ２の検出値は初期値（＝０）であり、液圧制御ユニット１８からブレーキ液圧発生信号は出力されない。この状態では、図１に示されるように、スレーブシリンダ１５では、軸線方向変位ロッド１５ａが最も後退した位置にあり、それに伴って戻しばね１５ｃにより付勢されているピストン１５ｂも後退しており、ブレーキ液圧発生室１６にブレーキ液圧は発生していない。

また、マスターシリンダ５では、第１ピストン６は、戻しばね９により付勢されている第２ピストン７により押し戻されてマスターシリンダ５のブレーキペダル１側の端壁５ａに当接し、その位置を基準位置として固定状態になっている。このようにして、制動操作部材側への変位を規制する規制手段として端壁５ａが機能しており、別個にストッパ等を設けることなく、簡素な構成で規制手段を構成することができる。

次に、ブレーキペダル１を少しだけ操作した小ストローク（≦Ｌ１）時の動作について、図２を参照して説明する。なお、図２は、ブレーキペダル１が踏み込まれて、ロッド３が弾性体８に接する直前の状態である。この小ストローク時では、ストロークセンサ２で検出された操作量検出値に基づいて、液圧制御ユニット１８からブレーキ液圧発生信号が電動サーボモータ１７に出力され、電動サーボモータ１７により駆動された軸線方向変位ロッド１５ａによりピストン１５ｂが押し出されるため、ブレーキ液圧発生室１６にピストン１５ｂの変位量に応じた所定のブレーキ液圧が発生する。そのブレーキ液圧は図のＰ１の矢印に示されるようにマスターシリンダ５の第１液室１３に供給され、後輪の各ホイールシリンダ２０ｃ・２０ｄに供給されると共に、第１液室１３の液圧が増大することにより、第２ピストン７が押し出されて、第２液室１４の液圧が増大し、その液圧がブレーキ液圧として前輪の各ホイールシリンダ２０ａ・２０ｂに供給される。このようにして、制動力が発生し、通常の小ストローク時の制動制御が行われる。

このような小ストローク時には、ブレーキペダル１には圧縮コイルばね４の圧縮変形量の増大に伴って反力が作用し、運転者は、それによりブレーキペダル１がマスターシリンダ５に機械的に連結されている場合の反力を感じることができる。

さらに、ブレーキペダル１の踏み込み量を増大していった場合には、第１液室１３の液圧により押さえ込まれて第１ピストン６が基準位置に固定状態であることから、ロッド３の変位量増大により弾性体８が圧縮変形していく（図２のＬ２）。この時のブレーキペダル１の大ストロークをストロークセンサ２により検出し、その操作量検出値に応じてピストン１５ｂを図２よりさらに押し出してブレーキ液圧発生室１６のブレーキ液圧を増大し、より大きなブレーキ液圧を各ホイールシリンダ２０ａ〜２０ｄに供給する。

このような大ストローク時には、ブレーキペダル１には圧縮コイルばね４の圧縮変形量に弾性体８の圧縮変形が加わってより大きな反力が作用し、運転者は、それによりブレーキペダル１により大きな反力を感じることができる。

上記したような通常動作時には、ブレーキペダル１に対する反力を、圧縮コイルばね４と弾性体８との圧縮変形により生じさせることから、それぞれのばね定数を自由に設定でき、従来車のブレーキペダル操作に対して違和感の無い反力を付与することができる。

また、図３を参照して回生制動を行う場合について以下に説明する。回生制動はブレーキ液圧による場合に対して弱い制動力で制動制御する場合であり、上記した小ストロークの範囲で行う。なお、液圧制御ユニット１７により、回生制動と液圧による制動とによる制動力を配分制御しても良く、その場合には、ストロークセンサ２からの操作量検出値に配分に応じた係数をかける等してブレーキ液圧の大きさを低減する。

液圧制御ユニット１８で、ストロークセンサ２からの操作量検出値が小ストローク（≦Ｌ１）の範囲であり、他の各種センサからの情報により回生制動を行うと判断した場合には、電動サーボモータ１７に対してブレーキ液圧発生信号は出力されず、それによりスレーブシリンダ１５の状態は図１のシステム停止状態と同じである。したがって、各ホイールシリンダ２０ａ〜２０ｄにはブレーキ液圧は供給されない。そして、図示されないモータ制御装置により回生制動制御を行う。

次に、何等かの原因によりシステムに異常が生じた場合について、図４を参照して以下に説明する。異常時には液圧制御ユニット１８から電動サーボモータ１７に対してブレーキ液圧発生信号は出力されない。その場合に、小ストロークを越えて（＞Ｌ１）ブレーキペダル１が踏み込まれた場合には、第１液室１３にブレーキ液圧が供給されていないことから、第１ピストン６は、液圧の抵抗力を受けること無く第２ピストン７を押す方向に変位し得る。

これにより、ブレーキペダル１と第２ピストン７とが、ロッド３・弾性体８・外向きロッド６ａ・第１ピストン６を介して機械的に結合状態になって、一体的に変位し、ブレーキペダル１の踏み込み量に応じて第２液室１４の液圧が増大し、その液圧が前輪の各ホイールシリンダ２０ａ・２０ｂに供給される。したがって、異常によりスレーブシリンダ１５でブレーキ液圧が発生しない場合であっても、少なくとも前輪に制動力を発生させることができ、システム異常時の対応が可能である。

このように構成することにより、従来のように状態に応じて油路を開閉するためのバルブやタンデム型のスレーブシリンダを必要とせず、すなわち簡素な構成で、ブレーキペダル１に対する好適な反力の発生や、２系統のブレーキ液圧供給の実現や、異常時の機械的そうさによる制動制御が可能となり、電動制動装置の低コスト化を実現し得る。なお、図示例ではＡＢＳ装置１９としたが、ＶＳＡ装置にも適用可能である。

１ ブレーキペダル（制動操作部材）
２ ストロークセンサ（操作量センサ）
４ 圧縮コイルばね（反力付与手段）
５ マスターシリンダ
５ａ 端壁（規制手段）
６ 第１ピストン
６ｂ 半球状突部（先端部）
７ 第２ピストン
８ 弾性体（反力付与手段）
１３ 第１液室
１４ 第２液室
１５ スレーブシリンダ（液圧発生手段）
１６ ブレーキ液圧発生室
１７ 電動モータ
２０ａ・２０ｂ・２０ｃ・２０ｄ ホイールシリンダ

Claims (5)

1. 車両の制動時に運転者により操作される制動操作部材と、
   前記制動操作部材の操作量を検出する操作量センサと、
   前記操作量センサにより検出された操作量検出値に応じて電動モータを駆動してブレーキ液圧を発生する液圧発生手段と、
   前記液圧発生手段と２系統に分けられた複数のホイールシリンダとの間に配管されたマスターシリンダと、
   前記制動操作部材の前記操作に対して反力を与える反力付与手段とを有し、
   前記マスターシリンダが、非操作状態の前記制動操作部材に対して離間して位置すると共に前記制動操作部材に押されることにより当該離間した位置から一体的に変位する第１ピストンと、前記第１ピストンの前記制動操作部材側とは相反する側に直列かつ変位可能に設けられると共に前記第１ピストンに当接する向きにばね付勢された第２ピストンと、前記第１ピストンと前記第２ピストンとにより区画されかつ前記液圧発生手段のブレーキ液圧が発生するブレーキ液圧発生室と連通する第１液室と、前記第２ピストンの前記第１液室とは相反する側に区画された第２液室とを有し、
   前記第１液室と前記第２液室とが、前記複数のホイールシリンダの系統別に配管されていることを特徴とする電動制動装置。
2. 前記反力付与手段が、前記制動操作部材が前記第１ピストンを押すまでは弱い力で弾性変形する第１反力付与手段と、前記制動操作部材が前記第１ピストンに当接しかつ前記一体的に変位し始めるまでは前記第１反力付与手段よりも強い力で弾性変形する第２反力付与手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の電動制動装置。
3. 前記第１ピストンを前記離間した位置となる基準位置から前記制動操作部材側への変位を規制する規制手段が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動制動装置。
4. 前記第１ピストンの前記第１液室に臨む先端部の外形が小さく形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電動制動装置。
5. 前記第２ピストンは、前記第１液室に前記液圧発生手段で発生したブレーキ液圧が入り込むことにより前記第１ピストンから離間する向きに変位して、前記第２液室にブレーキ液圧を発生させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電動制動装置。

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