JP2013154842A - 電動倍力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータを倍力源としてマスタシリンダでブレーキ液圧を発生させる電動倍力装置において、振動、騒音の発生を抑制する。
【解決手段】ストロークセンサ３６により検出したブレーキペダル１３の操作量に基づき、制御基板４０によって電動モータを制御して、ベルト伝動機構１５及びボール−ネジ機構１６を介して押圧部材１７を推進し、ピストン７を押圧してマスタシリンダ２でブレーキ液圧を発生させる。制御基板４０をハウジング１９の車体のダッシュパネルＤへの取付面１９Ｂを含む第１平面Ｐ１と、マスタシリンダ２の結合面１９３Ａとの間に配置することにより、電動倍力装置１の重心位置を取付面１９Ｂに近づけることができ、取付面１９Ｂで片持ち支持される電動倍力装置１に対して、車両の振動により作用するモーメント荷重が小さくなるので、騒音、振動の発生を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の車両のブレーキ装置に設けられ、倍力源として電動モータを使用する電動倍力装置に関するものである。

自動車等の車両のブレーキ装置に設けられて、ブレーキペダルの操作力を軽減する倍力装置において、倍力源として電動モータを使用する電動倍力装置が知られている。電動倍力装置は、例えば特許文献１に記載されているように、センサによって検出したブレーキペダルの操作量に基づき、コントローラによって電動モータの作動を制御してマスタシリンダのピストンを推進してブレーキ液圧を発生させことにより、各車輪の液圧式ブレーキにブレーキ液圧を供給して所望の制動力を発生させる。

また、特許文献１に記載された電動倍力装置では、コントローラ（ＥＣＵ）の制御基板が水平に設けられている。

特開２００９−２０２８６７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されているように、制御基板を水平に設けた電動倍力装置を車体側のダッシュパネル等に取付けた場合、制御基板の取付部が車体側のみとなり、片持ち支持となるので、車体の振動により、大きなモーメント荷重が生じて、振動、騒音を発生し易くなるため、強固な構造が必要となった。

本発明は、振動、騒音発生の抑制を容易にした電動倍力装置を提供することを目的とする。

本発明は、車両のブレーキペダルの操作に基づき、制御手段によって電動モータを制御してマスタシリンダのピストンを推進する電動倍力装置において、
前記電動モータと、前記電動モータの駆動力を前記ピストンの推進力に変換する変換機構と、前記制御手段とが設けられ、一端部に前記マスタシリンダが結合され、他端側に前記車両への取付面を有するハウジングを備え、
前記制御手段は、平板状の制御基板によって構成され、該制御基板は、前記ハウジングの前記取付面を含む第１平面と、前記マスタシリンダの結合面を含む第２平面との間に収まるように配置されていることを特徴とする。

本発明に係る電動倍力装置によれば、振動、騒音の発生を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る電動倍力装置の縦断面図である。 図１に示す電動倍力装置の側面図である。 図１に示す電動倍力装置の平面図である。 図１に示す電動倍力装置の斜視図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本実施形態に係る電動倍力装置は、自動車（車両）のブレーキ装置に用いられるものである。図１は、本実施形態に係る電動倍力装置１にマスタシリンダ２及びブレーキペダル１３が装着された状態を示しており、マスタシリンダ２は、液圧制御ユニット５を介して各車輪の液圧ブレーキ６が接続されている。なお、電動倍力装置１とマスタシリンダ２を一体化して、1つの電動倍力装置としてもよい。
図２乃至図４は、電動倍力装置１及びマスタシリンダ２のみを示している。なお、以下の説明において、「前方」、「前側」という場合には、電動倍力装置１が装着された車両の前方へ向う方向を示し、また、「後方」、「後側」という場合には、同車両の後方へ向かう方向を示すこととする。

図１乃至図４を参照して、マスタシリンダ２は、タンデム型であり、プライマリ及びセカンダリの２つの液圧ポート３、４を有し、液圧ポート３、４には、２系統の液圧回路を有する液圧制御ユニット５を介して、４つの車輪にそれぞれ設けられた液圧式ブレーキ６が接続されている。液圧式ブレーキ６は、液圧によって制動力を発生する例えば公知のディスクブレーキ又はドラムブレーキとすることができる。なお、マスタシリンダ２は、シングル型でもよく、また、液圧式ブレーキ６は、前輪２輪のみに用いて、後輪を電動ブレーキ等にしてもよい。

タンデム型のマスタシリンダ２には、直列に配置されたプライマリ及びセカンダリの一対のピストン７（プライマリ側の突出端のみを図示する）が挿入され、これらのピストン７の前進により、２つの液圧ポート３、４から同じ液圧を供給し、ピストン７の後退時には、液圧式ブレーキ６のブレーキパッドの摩耗等に応じてリザーバ８から適宜ブレーキ液を補充する。そして、万一、２系統の液圧回路の一方が失陥した場合でも、他方の液圧回路に液圧が供給されるので、制動機能を維持することができる。

液圧制御ユニット５は、液圧源である電動ポンプ及び増圧弁、減圧弁等の電磁制御弁を備え、各車輪の液圧式ブレーキ６に供給する液圧を、減圧する減圧モード、保持する保持モード及び増圧する増圧モードを適宜実行して、制動力配分制御やアンチロックブレーキ制御等の各種制御を行う。

電動倍力装置１は、車両のエンジンルームと車室とを区画する隔壁であるダッシュパネルＤを貫通して、マスタシリンダ２側をエンジンルーム内に、その反対側の入力ロッド１０側を車室内に配置して、ダッシュパネルに固定される。入力部材である入力ロッド１０には、クレビス１２を介してブレーキペダル１３が連結される。

電動倍力装置１は、マスタシリンダ２のピストン７を駆動するための電動モータ１４と、電動モータ１４によってベルト伝動機構１５を介して駆動される回転−直動変換を行う変換機構であるボール−ネジ機構１６と、ボール−ネジ機構１６によって推進されてピストン７を押圧する押圧部材１７と、入力ロッド１０に連結される反力発生機構であるストロークシミュレータ１８と、電動モータ１４を制御する制御手段である制御基板４０とを備えている。図示の例では、ベルト伝動機構１５、ボール−ネジ機構１６、押圧部材１７、ストロークシミュレータ１８及び制御基板４０がハウジング１９に収容され、電動モータ１４は、ハウジング１９の外部に配置されているが、電動モータ１４のケースをハウジング１９と一体化することで、電動モータ１４をハウジング１９の内部に収容してもよい。

ボール−ネジ機構１６、押圧部材１７及びストロークシミュレータ１８は、ハウジング１９内において同軸上に配置されている。ハウジング１９の前部に突出された円筒前部１９Ａの前端部にマスタシリンダ２が結合され、ハウジング１９の後部に形成された平坦な取付面１９Ｂに突出された円筒後部１９Ｃから入力ロッド１０が後方に延出されている。

押圧部材１７は、ピストン７の後方にピストン７と同軸上に配置され、ピストン７の円筒状の後端部に挿入されてピストン７を押圧する前部側の小径ロッド部１７Ａと、後部側の小径部１７Ｂと、これらの間に配置された大径部１７Ｃとが一体に形成されている。

ボール−ネジ機構１６は、円筒状の直動部材２２と、直動部材２２が挿入される円筒状の回転部材２３と、これらの間に形成された螺旋状のネジ溝に装填された複数の転動体であるボール２４（鋼球）とを備えた中空構造となっている。直動部材２２は、ハウジング１９内で軸方向に沿って移動可能に支持され、且つ、軸回りに回転しないように支持されている。直動部材２２の軸方向略中央部位には、その内周面に内方に突設する案内部２８が形成される。回転部材２３は、ハウジング１９内でベアリング２７、２７によって軸回りに回転可能に、且つ、軸方向に移動しないように支持されている。そして、回転部材２３を回転させることにより、ネジ溝内をボール２４が転動して直動部材２２が軸方向に移動する。

直動部材２２の内部に、押圧部材１７の小径部１７Ｂ及び大径部１７Ｃが挿入され、直動部材２２の案内部２８から前側の内周面に大径部１７Ｃが摺動可能に支持される。また、案内部２８の内周面に小径部１７Ｂが軸方向に沿って摺動可能となっている。そして、直動部材２２の案内部２８の前端環状面２８Ａに押圧部材１７の大径部１７Ｃの後端環状面１７Ｃ´が当接している。この当接により、直動部材２２がマスタシリンダ２側へ前進して大径部１７Ｃの後端環状面１７Ｃ´を押圧することになり、押圧部材１７が直動部材２２と共に前進して小径ロッド部１７Ａがマスタシリンダ２のピストン７を押圧する。また、押圧部材１７は、その大径部１７Ｃが直動部材２２から離間することにより、直動部材２２の移動を伴わずに単独で前進することができる。ハウジング１９の円筒前部１９Ａ内の前端部と直動部材２２の前端に設けた受け部材２２Ａとの間には、圧縮コイルバネである戻しバネ２９が介装されて、直動部材２２を後方、すなわち、ハウジング１９の円筒後部１９Ｃ側に常時付勢している。

ベルト伝達機構１５は、回転部材２３に一体的に固定される回転部材側プーリ３０と、電動モータ１４の出力軸に一体的に固定されるモータ側プーリ（図示せず）と、これらに巻装されるベルト３１とから構成される。なお、電動モータ１４は、例えば公知のＤＣモータ、ＤＣブラシレスモータ、ＡＣモータ等とすることができるが、制御性、静粛性、耐久性等の観点から本実施形態ではＤＣブラシレスモータを採用している。

回転部材側プーリ３０は、回転部材２３の外周面でベアリング２７、２７の間の位置に固定される。なお、ハウジング１９には、電動モータ１４を取付けるためのモータ用フランジ１９Ｄが設けられている。電動モータ１４は、ハウジング１９の側部、すなわち、マスタシリンダ２及びボール−ネジ機構１６の軸の周りに配置されて、モータ用フランジ１９Ｄを介してハウジング１９に取付けられ。そして、電動モータ１４の回転駆動力がベルト伝動機構１５を介して回転部材２３に伝達される。

ストロークシミュレータ１８は、ハウジング１９の円筒後部１９Ｃ内に配置されている。ストロークシミュレータ１８は、円筒後部１９Ｃ内に軸方向に沿って摺動可能に挿入された有底円筒状の可動バネ受部材３３と、円筒後部１９Ｃ内に挿入されて、円筒後部１９Ｃの前端内周部に形成されたフランジ状の固定バネ受部３７と、可動バネ受部材３３の環状底部３３Ａとの間に介装される圧縮コイルバネである反力バネ３４とを備えている。

可動バネ受部材３３は、環状底部３３Ａの内周端から前方へ延びる円筒状のロッド受部３３Ｂと、環状底部３３Ａの外周端から前方へ延びその外周面が円筒後部１９Ｃの内周面に摺動する円筒状の摺動筒部３３Ｃと、ロッド受部３３Ｂの前端部に嵌合固定されるロッド受部材３５とから構成される。このロッド受部材３５に入力ロッド１０の先端部が連結される。可動バネ受部材３３のロッド受部材３５（すなわち、ロッド受部３３Ｂ）は、押圧部材１７と同軸上に配置されて、押圧部材１７の小径部１７Ｂの後端面とロッド受部材３５の前端面とが互いに対向している。可動バネ受部材３３は、環状底部３３Ａがストッパ３８に当接することにより、その後退位置が規制されている。そして、可動バネ受部材３３が、図１に示す非制動位置（ストッパ３８に当接して最も後退した位置）にあるときには、押圧部材１７の小径部１７Ｂの後端面と、可動バネ受部材３３のロッド受部材３５の前端面との間に所定の隙間Ｓが形成される。

電動倍力装置１には、電動モータ１４の出力軸の回転角を検出するレゾルバ（図示せず）、及び、入力ロッド１０のストローク、すなわち、ブレーキペダル１３の操作量を検出するためのストロークセンサ３６が設けられており、更に、マスタシリンダ２の液圧等の状態量を検出するための各種センサを適宜設けることができる。そして、電動モータ１４の出力軸の回転角を検出するレゾルバ及びストロークセンサ３６を含む上述の各種センサの出力信号に基づき、コントローラである制御基板４０により電動モータ１４を制御する。

次に、ハウジング１９について、更に詳細に説明する。
ハウジング１９は、後部側のリアハウジング１９１と、前部側のフロントカバー１９２と、フロントカバー１９２の中央部から前方に突出して円筒前部１９Ａを形成するセンタハウジング１９３とから構成されている。リアハウジング１９１は、略有底円筒状で、ベルト伝動機構１５及びボール−ネジ機構１６を収容し、その底部１９４の後端面がダッシュパネルＤへの取付面１９Ｂを形成し、底部１９４の中央部から円筒後部１９Ｃが突出されている。

フロントカバー１９２は、リアハウジング１９１の開口部１９５に結合される蓋状部材であり、中央部にセンタハウジング１９３が結合される中央開口部１９６を有し、中央開口部１９６の側部に隣接して電動モータ１４が結合されるモータ用フランジ１９Ｄが設けられている。フロントカバー１９２は、前部の上部に制御基板４０を収容する略直方体で前部が開口されたケース部１９７が一体に形成されている。ケース部１９７内の底部１９８に沿って制御基板４０が取付けられている。ケース部１９７の開口部には、カバー１９９が取付けられている。ケース部１９７の電動モータ１４側とは反対側の側面部に、制御基板４０への結線用のコネクタ４１（図４参照）が取付けられている。

ケース部１９７の底部１９８及び制御基板４０は、マスタシリンダ２及びボール−ネジ機構１６の軸の周りで、マスタシリンダ２及びボール−ネジ機構１６の軸方向（以下、軸方向という）に垂直な平面、すなわち、ハウジング１９のダッシュパネルＤへの取付面１９Ｂに平行な平面に沿って配置されている。これにより、ケース部１９７は、軸方向の寸法が充分小さくなっており、ハウジング１９の取付面１９Ｂを含む第１平面Ｐ１とセンタハウジング１９３に形成されたマスタシリンダ２の結合面１９３Ａを含む第２平面Ｐ２との間に配置されている。

制御基板４０は、パワー半導体素子等が実装された制御回路を備え、電力及び各種センサからの検出信号及び制御信号がコネクタ４１を介して入力され、電動モータ１４に制御電流を供給する。制御基板４０は、フロントカバー１９２のケース部１９７内の底部１９８に密着され、パワー半導体素子等によって発生する熱をハウジング１９に伝達して放熱するようになっている。

センタハウジング１９３は、略円筒状で、フロントカバー１９２の中央開口１９６に結合されて、押圧部材１７の小径ロッド部１７Ａ及び戻しバネ２９を収容する。センタハウジング１９３には、前端部の結合面１９３Ａにマスタシリンダ２が結合され、プライマリ側のピストン７の後部が挿入される。

なお、本実施形態では、ハウジング１９は、リアハウジング１９１、フロントカバー１９２及びセンタハウジング１９３が一体に結合された分割構造となっており、ケース部１９７がフロントカバー１９２に一体に形成されているが、これらの各部は、適当な組合せで一体に形成され、又は、分割され、あるいは、各部が更に分割されるように構成してもよい。また、制御基板４０は、ハウジング1９に一体に形成されたケース部１９７内に収容されているが、ハウジング１９の外部に取付けてもよい。

次に、電動倍力装置１の作動について説明する。
通常の制動時には、運転者により、ブレーキペダル１３が操作されると、その操作量をストロークセンサ３６によって検出し、制御基板４０により、ブレーキペダル１３の操作量に応じて、レゾルバにより電動モータ１４の回転位置を監視しながら、電動モータ１４の作動を制御する。そして、電動モータ１４によってベルト伝動機構１５を介してボール−ネジ機構１６を駆動し、戻しバネ２９のバネ力に抗して直動部材２２を前進させ、押圧部材１７によってピストン７を押圧してマスタシリンダ２に液圧を発生させ、液圧制御ユニット５を介して各車輪の液圧式ブレーキ６に液圧を供給して車両に制動力を発生させる。このとき、押圧部材１７の小径部１７Ｂの後端面と、可動バネ受部材３３のロッド受部材３５の前端面との間の隙間Ｓが維持される。そして、ブレーキペダル１３には、その操作量に応じてストロークシミュレータ１８の反力バネ３４のバネ力による一定の反力が付与されるので、運転者は、ブレーキペダル１３の操作量を調整することにより、所望の制動力を発生させることができる。

また、制御基板４０が、ブレーキペダル１３の操作量に対する電動モータ１４の制御量を変化させることにより、ハイブリッド自動車や電気自動車において減速時に車輪の回転によって発電機を駆動して、運動エネルギーを電力として回収する回生制動時に回生制動分だけマスタシリンダ２の液圧を減圧して所望の制動力を得る回生協調制御を実行することができる。この場合にも、押圧部材１７の小径部１７Ｂの後端面と、可動バネ受部材３３のロッド受部材３５の前端面とが当接することなく、一定量ではないが隙間Ｓが維持される。この場合、回生制動分だけマスタシリンダ２の液圧が変動しても車両の減速度はブレーキペダル１３の操作量に応じたものとなるため、ストロークシミュレータ１８の反力バネ３４によって付与されるブレーキペダル１３の反力が運転者に違和感を与えることがない。

制御基板４０を収容するハウジング１９のケース部１９７が、ダッシュパネルＤへの取付面１９Ｂを含む第１平面Ｐ１と、マスタシリンダ２の結合面１９３Ａを含む第２平面Ｐ２との間に配置されているので、電動倍力装置１の重心位置を取付面１９Ｂに近づけることができる。その結果、取付面１９Ｂで片持ち支持される電動倍力装置１に対して、車両の振動により取付面１９Ｂに作用するモーメント荷重が小さくなるので、騒音、振動の発生を抑制することができる。また、電動倍力装置１の共振周波数が車両の振動の周波数に対して充分高くなるので、共振による振動、騒音の発生を抑制することができる。制御基板４０をハウジング１９のケース部１９７の底部１９８に密着させることにより、ハウジング１９によって放熱面積を大きくすることができ、冷却効率を高めることができる。

なお、上記実施形態では、マスタシリンダ２のブレーキ液圧がブレーキペダル１３に直接伝達されない、いわゆる、「ブレーキ・バイ・ワイヤ」タイプの電動倍力装置について説明しているが、本発明は、これに限らず、マスタシリンダ２のブレーキ液圧による反力の一部をブレーキペダル１３にフィードバックするタイプの電動倍力装置にも同様に適用することができる。

また、上記実施形態では、第１平面Ｐ１と第２平面Ｐ２とが平行な平面となり、制御基板４０もこの各平面と平行に設けた例を示したが、車体のへの取付面が傾斜している車両やマスタシリンダ２を傾斜させて設けられるものにあっては、第１平面Ｐ１と第２平面Ｐ２が平行でない車両もある。このような場合も、これらの第１平面Ｐ１と第２平面Ｐ２の間であって、変換機構の周囲に制御基板４０を設ければ、制御基板４０の取付方向が第１平面Ｐ１と第２平面Ｐ２と平行でなくとも本発明の効果を得ることができる。

１…電動倍力装置、２…マスタシリンダ、７…ピストン、１３…ブレーキペダル、１４…電動モータ、１６…ボール−ネジ機構（変換機構）、１９…ハウジング、１９Ｂ…取付面、４０…制御基板（制御手段）、１９３Ａ…結合面、Ｐ１…第１平面、Ｐ２…第２平面

Claims (7)

1. 車両のブレーキペダルの操作に基づき、制御手段によって電動モータを制御してマスタシリンダのピストンを推進する電動倍力装置において、
   前記電動モータと、前記電動モータの駆動力を前記ピストンの推進力に変換する変換機構と、前記制御手段とが設けられ、一端部に前記マスタシリンダが結合され、他端側に前記車両への取付面を有するハウジングを備え、
   前記制御手段は、平板状の制御基板によって構成され、該制御基板は、前記ハウジングの前記取付面を含む第１平面と、前記マスタシリンダの結合面を含む第２平面との間に収まるように配置されていることを特徴とする電動倍力装置。
2. 前記制御基板は、前記第１または第２平面と平行に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電動倍力装置。
3. 前記電動モータ及び前記制御基板は、前記マスタシリンダの軸の周りに配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動倍力装置。
4. 前記電動モータは、前記ハウジング内に収容されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電動倍力装置。
5. 前記電動モータは、前記ハウジングの外部に取付けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電動倍力装置。
6. 前記制御基板は、前記ハウジング内に収容されてい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. 前記制御基板は、前記ハウジングの外部に取付けられてい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。

Images