JP2019514789A - ペダル踏力シミュレーション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ペダル踏力シミュレーション装置（１）であって、ハウジング（３）と少なくとも２つのコイルばね（５，６，７）とを有しており、前記ハウジング（３）内に操作可能な圧力ピストン（４）が軸方向に摺動可能に支承されており、前記コイルばねが、前記圧力ピストン（４）の端面側（１３）と前記ハウジング（３）の軸方向ストッパ（９）との間に互いに平行に配置されている形式のものに関する。【解決手段】前記コイルばね（５，６，７）と前記軸方向ストッパ（９）との間、および／または前記コイルばね（５，６，７）と前記圧力ピストン（４）との間に、それぞれ少なくとも１つの皿ばね（１０，１１）が挿入されているように構成されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、ペダル踏力シミュレーション装置であって、ハウジングと少なくとも２つのコイルばねとを有しており、ハウジング内に操作可能な圧力ピストンが軸方向に摺動可能に支承されており、コイルばねが、圧力ピストンの端面側とハウジングの軸方向ストッパとの間に互いに平行に配置されている形式のものに関する。

さらに本発明は、このようなペダル踏力シミュレーション装置を有する車両、特に自動車に関する。

冒頭に述べた形式のペダル踏力シミュレーション装置は従来技術により公知である。このペダル踏力シミュレーション装置は、一般的な形式で、電子ブレーキシステム、いわゆるブレーキバイワイヤ式ブレーキシステムを備えた車両において使用される。この場合、ペダル踏力シミュレーション装置は、車両の運転者によるブレーキペダルの操作時にブレーキペダルの戻し力をシミュレートし、または生ぜしめる。この場合、生ぜしめられた戻し力は、通常の液圧式のブレーキシステムを備えた車両の運転により運転者に知られているブレーキペダル踏力感覚をシミュレートする。特許文献１によれば、互いに平行に配置された３つのコイルばねを備えたペダル踏力シミュレーション装置が開示されており、前記コイルばねは、軸方向に摺動可能な圧力ピストンの端面側とペダル踏力シミュレーション装置のハウジングの軸方向ストッパとの間に配置されている。ブレーキペダルの操作時に、圧力ピストンは、第１のコイルばねを圧縮若しくは押し縮めるように移動させ、この場合、圧力ピストンをさらに変位させると、第１のコイルばねおよび第２のコイルばねは一緒に圧縮され、圧力ピストンのさらなる変位後に、第１のコイルばね、第２のコイルばねおよび第３のコイルばねが一緒に圧縮される。同時に圧縮されたコイルばねに依存して、ブレーキペダルのさらなる操作に抗して作用しそれによってブレーキペダル踏力感覚をシミュレートする、合成された戻し力が発生される。特許文献２には、別のペダル踏力シミュレーション装置が開示されている。

米国特許第６３４７５１８号明細書 米国特許第７３５７４６５号明細書

本発明によれば、コイルばねと軸方向ストッパとの間、および／またはコイルばねと圧力ピストンとの間にそれぞれ少なくとも１つの皿ばねが挿入されている。請求項１の特徴を有する本発明によるペダル踏力シミュレーション装置は、皿ばねが簡単に制作可能であって、僅かな取り付けスペースを必要とするだけであり、強い圧縮力で負荷可能である、という利点を有している。一般的に、皿ばねは、軸方向の大きさが僅かである円錐台形の形で構成されているので、ペダル踏力シミュレーション装置のハウジング内に場所をとらずに配置することができる。しかも、皿ばねは、一般的に高い機械的なプリロードを有しているので、強い圧縮力で負荷されると、僅かに変位せしめられるだけであって、同時に高い戻し力を生ぜしめる。ばね装置は、少なくとも１つのコイルばねと少なくとも１つの皿ばねとから成っており、従って、例えば、コイルばねが既に完全に圧力ピストンによって圧縮されて最大の戻し力を生ぜしめると、皿ばねによって追加的な戻し力が生ぜしめられる可能性を提供する。これは、特に、制動しようとする車両のブレーキペダルが運転者により強い力で操作されるブレーキ操作時において、ブレーキペダル踏力感覚を改善する。

本発明の好適な実施態様によれば、少なくとも１つの皿ばね上に少なくとも１つの別の皿ばねが載っており、それによってこれらの皿ばねが積み重ねられた皿ばね装置を形成し、この場合、皿ばねと少なくとも１つの別の皿ばねとが、互いに平行におよび／または鏡像対称的に整列されている。この場合、利点は、互いに上下に位置する少なくとも２つの皿ばねの組合せによって、複数の皿ばねの合成されたばね硬さが調節可能である、という点にある。従って、１つの皿ばねは、この皿ばねに作用する力、特に圧縮力に依存した弾性的な変形が小さければ小さいほど、より硬い。２つの皿ばねが互いに上下に並行に位置している場合、これらの皿ばねは同じ方向で互いに上下に層状に配置されている。この場合、好適には、上側の皿ばねはその周面が、下側に位置する皿ばねの周面上に当接している。このような形式で互いに平行に配置された２つの皿ばねは、例えば個別の皿ばねよりも大きいばね硬さを有している。一方の皿ばねが他方の皿ばねに対して鏡像対称的に配置されている場合、これらの皿ばねは異なる方向で互いに上下に層状に配置されている。このような形式の互いに鏡像対称的に配置された２つの皿ばねは全体的に、個別の皿ばねよりも小さいばね硬さを有している。個別の皿ばねおよび互いに鏡像対称的に配置された２つの皿ばねが同じ圧縮力で負荷されると、鏡像対称的に配置された皿ばねは、個別の皿ばねよりも大きく変位せしめられる。従って、皿ばねの配置によって、様々なばね硬さ若しくは様々な勾配のばね特性曲線を設定することができる。機械的な摩擦を最小にするために、平行に積み重ねられ、かつ平行に整列された皿ばねは、その周面に、好適には潤滑剤、例えば潤滑油を有している。

特に好適には、それぞれの皿ばねは、金属、金属合金および／またはプラスチックを有するように構成されている。これによって、好適には、皿ばねが、機械的に負荷可能かつ弾性的に変形可能な、長い耐用年数を有する材料より製造されることが保証される。適切な材料は例えばばね鋼である。好適には、この材料は、耐食性および／または高い耐熱性等の追加的な特性を有している。

本発明の好適な実施態様によれば、コイルばねの応力除去された状態または圧力ピストンの操作されていない状態で、コイルばねのうちの少なくとも１つが圧力ピストンの端面側および／または軸方向ストッパに対して軸方向に間隔を保って配置されている。この場合、コイルばねは圧力ピストンの操作時に相前後して圧縮され、それによってばね特性曲線に明確に影響を与える、という利点が得られる。この場合、特に、得られたばね硬さはコイルばねの軸方向長さおよびばね定数に依存している。ばね定数は一定および／または可変であってよい。例えば一定のばね定数を有する唯一のコイルばねが圧力ピストンによって変位せしめられると、圧力ピストンがコイルばねを押圧する圧縮力は変位に対して比例する。次いで、同様に一定のばね定数を有する第２のコイルばねが変位せしめられると、それぞれのばね定数は、第１および第２のコイルばねが一緒に変位される時点から重なり合う。圧縮力と変位との間の変化は、１つだけの変位されたコイルばねの比例的な変化とは異なる。従って、コイルばねと皿ばねとから成る組合せは、任意のばね硬さを生ぜしめるか、若しくはばね特性曲線、例えばプログレッシブなばね特性曲線を得ることを可能にする。

特に好適には、コイルばねは互いに同軸的に配置されているように構成されている。この場合、コイルばねをペダル踏力シミュレーション装置のハウジング内に配置することによって、特に場所をとらない、という利点が得られる。このために、コイルばねの直径は好適には、それぞれ隣接し合うコイルばねが互いに自由に、かつ予め設定可能な半径方向の間隔を互いに保って配置されるように、選定されている。選択的に、コイルばねの直径は、同軸的に内側に配置されたコイルばねの外径と同軸的に外側に配置されたコイルばねの内径とが、少なくとも領域的に軸方向で重なり合うように、選定されている。これによって、例えば、より長い内側のコイルばねが僅かに変位するだけで既に、外側のコイルばね自体が圧力ピストンにより圧縮力で負荷されないうちに、より短い外側のコイルばねが変位せしめられることが保証される。

本発明の好適な実施態様によれば、それぞれ互いに同軸的に配置されたコイルばねが逆向きに巻かれるように構成されている。これによって、コイルばねの操作時にコイルばねの絡まりが避けられるように保証される。これは、特にコイルばねの耐用年数を高め、ペダル踏力シミュレーション装置の正常な運転を保証する。

好適な形式で、圧力ピストンの端面側が少なくとも１つの軸方向に突き出す、特に環状のストッパ段を有しており、このストッパ段が軸方向に間隔を保って配置されたコイルばねに対応配設されているように構成されている。これによって、圧力ピストンが長さの異なる少なくとも２つのコイルばねを圧縮力で負荷するまでの、圧力ピストンの変位が減少される、という利点が得られる。従って、圧力ピストンの僅かな変位で既に高いばね硬さを得ることが可能である。それぞれ同じ長さのコイルばね、しかしながら異なる長さのストッパ段を設けることも可能であるので、この場合、個別のコイルばねを相次いで操作することが可能である。ストッパ段の軸方向長さは、それぞれ軸方向で間隔を保ったコイルばねに対する圧力ピストンの端面側の間隔に少なくとも概ね相当する。選択的に、単数または複数のストッパ段を軸方向ストッパに配置することも可能である。

本発明の好適な実施態様によれば、圧力ピストンの運動を軸方向ストッパの方向に制限するストッパが設けられている。この場合の利点は、コイルばねと皿ばねとがストッパの位置に依存して限定的にのみ圧縮可能であり、それによって最大ばねストロークが調節可能である、という点にある。これによって、例えばコイルばねおよび／または少なくとも１つの皿ばねの完全な圧縮が避けられる。ストッパは好適にはストッパリングとして、ペダル踏力シミュレーション装置のハウジングのハウジング内壁に沿って配置されているので、圧力ピストン、特にその外径は、ストッパリングに達する変位後にストッパリングに接触する。追加的に、ストッパは好適には軸方向で移動可能に支承されている。これは例えばストッパをハウジングにねじ結合することによって可能であり、この場合、ストッパリングをハウジング内の様々な位置に配置するために、少なくとも２つのねじ孔が軸方向で間隔を保ってハウジングのハウジング壁部に配置されている。ストッパは選択的に、ハウジング内壁と一体的に構成されているか、または例えば特にはんだ付け、溶接若しくは接着によってハウジング内壁に素材結合により固定されている。

特に好適には、圧力ピストンがストッパとして、圧力ピストンの端面側から中心を通って軸方向に延在するロッドを有しており、このロッドが圧力ピストンの運動を軸方向で制限するように構成されている。この場合の利点は、ロッドがハウジング内でハウジングの中心に配置されていることに基づいて、僅かな取り付けスペースしか必要としない、という点にある。好適には、このロッドはコイルばね内を同軸的に延在しており、従って、コイルばねはロッドに沿ってガイドされる。これは、コイルばね装置のより高い形状安定性を保証する。ロッドの直径は、好適には、ロッドとガイドされたコイルばねの内径との間に半径方向の間隔が存在するように選定されており、従って、ロッドとコイルばねとの間の機械的な摩擦が最小化される。追加的にまたは選択的に、皿ばねは、ロッドの少なくとも一部を受けるための切欠を有しているので、ロッドはハウジングの軸方向ストッパに接触し得る。この切欠の直径は好適には、少なくとも概ねロッドの直径に相当する。

請求項１０の特徴を有する、車両、特に自動車のための本発明によるブレーキシステムは、ペダル踏力シミュレーション装置を有することを特徴とする。これによって、前記利点が得られる。その他の利点および好適な特徴は、前記説明および請求項に記載されている。

１実施例によるペダル踏力シミュレーション装置の簡略的な側面図である。

本発明を以下に図面を用いて詳しく説明する。

唯一の図面は、ここに図示していない車両２の、ハウジング３を有するペダル踏力シミュレーション装置１を示し、ハウジング３は、操作可能かつ軸方向に摺動可能な圧力ピストン４と、第１のコイルばね５と、第２のコイルばね６と、第３のコイルばね７と、皿ばね装置８とを有している。皿ばね装置８は、コイルばね５，６，７とハウジング２の底部上に配置された軸方向ストッパ９との間に挿入されている。

皿ばね装置８は、第１の皿ばね１０および第２の皿ばね１１を有しており、この場合、第２の皿ばね１１は第１の皿ばね１０上に並列に載っている。第２の皿ばね１１上に、軸方向に移動可能な特に金属製の支持ディスク１２が配置されている。この支持ディスクは、その一方側がコイルばね５，６，７に支持面を提供し、他方側が、圧力ピストン４によってコイルばね５，６，７に加えられた圧縮力が皿ばね装置８に均一に伝達されることを保証する。

コイルばね５，６，７は、互いに同軸的に配置されていて、それぞれ異なる長さ、直径、および実施例に従って異なる一定のばね定数を有しており、この場合、代替的に少なくとも１つのコイルばね５，６，７が可変なばね定数を有していてよい。最も長いコイルばね５は、圧力ピストン４の端面側１３と支持ディスク１２との間でプリロードをかけられていて、これに対して、コイルばね６，７は、圧力ピストン４の端面側１３に対して軸方向で間隔を保って配置されている。圧縮若しくは圧縮解除時におけるコイルばね５，６，７のもつれを避けるために、コイルばね６はコイルばね５に対して逆向きに巻かれていて、コイルばね７はコイルばね６に対して逆向きに巻かれている。

圧力ピストン４の端面側１３は、端面側１７を備えた第１のストッパ段１５と、端面側１８を備えた第２のストッパ段１６とを有している。この場合、特に環状のストッパ段１５がこのストッパ段１５に対して軸方向に間隔を保ったコイルばね６に対応配設されていて、特に環状のストッパ段１６がこのストッパ段１６に対して軸方向に間隔を保っているコイルばね７に対応配設されている。

ストッパ段１５の軸方向長さは好適には、ストッパ段１５の端面側１７およびこの端面側１７に対応配設されたコイルばね６が予め設定可能な間隔を互いに有するように選定されており、この場合、コイルばね６に対する端面側１７の間隔は符号ｘ_１で示されている。同様に、ストッパ段１６の軸方向長さは好適には、ストッパ段１６の端面側１８およびこの端面側１８に対応配設されたコイルばね７が予め設定可能な間隔を互いに有するように選定されており、この場合、コイルばね７に対する端面側１８の間隔は符号ｘ_２で示されていて、この場合、間隔ｘ_２は好適には間隔ｘ_１よりも大きい。ストッパ段１５，１６は、圧力ピストン４が３つのコイルばね５，６，７に同時に圧縮力を加えるまでの、圧力ピストン４の軸方向の変位が減少されることを保証する。これによって、圧力ピストン４の僅かな変位から既に大きいばね硬度を得ることが可能である。

圧力ピストン４はロッド１４を有しており、このロッド１４は、圧力ピストン４の端面側１３から軸方向ストッパ９に向かってコイルばね５の中心を通って延在していて、圧力ピストン４の運動を軸方向で制限する。ロッド１４がハウジング３の軸方向ストッパ９と協働できるようにするために、皿ばね装置８、特に皿ばね１０，１１および支持ディスク１２はそれぞれ、少なくとも概ねロッド１４の直径に相当する中央の切欠若しくは内径を有している。

車両２のブレーキペダル１９を力で操作すると、圧力ピストン４は変位せしめられ、コイルばね５を圧縮力で負荷し、これによりコイルばね５は圧縮せしめられる。ブレーキペダル１９を操作する力が大きければ大きいほど、圧力ピストン４によってコイルばね５に作用する圧縮力は大きい。コイルばね５は一定のばね定数を有しているので、コイルばね５の変位はまず圧縮力に比例する。

圧力ピストン４の変位が間隔ｘ_１を超えると直ちに、第１のコイルばね５と第２のコイルばね６とが一緒に圧縮される。コイルばね５，６のばね定数は、発生したばね硬度が増大するように重畳されるので、コイルばねのそれ以上の変位は、１つのコイルばね５だけにこれまで加えられた圧縮力よりも大きい圧縮力でのみ可能である。次いで圧力ピストン４が変位によって間隔ｘ_２も超えると、第１のコイルばね５、第２のコイルばね６および第３のコイルばね７が一緒に圧縮される。発生したばね硬度はさらに増大する。

第１のコイルばね５の圧縮時に既に、圧力ピストン４によって加えられた圧縮力が皿ばね装置８にも作用する。しかしながら好適には、皿ばね１０，１１は、すべての３つのコイルばね５，６，７が圧縮される程度に圧縮力が大きいときに初めて皿ばね１０，１１が変位されるように、プリロードをかけられている。圧力ピストン４をさらに最小変位させるためには、コイルばね５，６，７および皿ばね装置８に圧力ピストン４の最大圧縮力を作用させる必要がある。これによって、ブレーキペダル１９の終端ストッパの近くになって初めてブレーキペダル１９に最大戻し力が逆作用するようになり、それによって、通常の液圧式ブレーキシステムを備えた車両のブレーキペダル踏力感覚に相当するブレーキペダル踏力感覚がシミュレートされる。

ロッド１４の代わりに、圧力ピストン４の運動を制限するストッパ２２を設けることも可能であり、このストッパ２２はハウジング３のハウジング内壁にストッパリングとして配置されている。この場合、ストッパ２２はねじ継手装置２３によってハウジング３に固定されていて、好適には、例えば別のねじ継手装置２４によって固定することによって軸方向で移動可能に配置されている。

選択的に、圧力ピストン４を段部１５，１６なしで構成することも可能である。それによって、間隔ｘ_１およびｘ_２は拡大するので、コイルばね５，６，７の共通の圧縮は、圧力ピストン４のより大きい変位後に初めて作用する。コイルばね５，６，７を同じ長さで構成することも可能であり、この場合、圧力ピストン４の変位時にコイルばね５，６，７は一緒に圧縮される。

追加的に、皿ばね１１に対して鏡像対称的に、ここには図示されていない少なくとも１つの第３の皿ばねが皿ばね１１上に配置されていてよい。これによって、生ぜしめられたばね硬度若しくはばね特性曲線を調整することができる。少なくとも１つの第３の皿ばねも、また皿ばね１０，１１も好適には、金属、金属合金および／またはプラスチックより製作されている。

選択的にまたは追加的に、ここには図示されていない、支持ディスクを備えた別の皿ばね装置をコイルばね５，６，７と圧力ピストン４との間に配置してもよい。このために、圧力ピストンの端面側１３は、圧力ピストン４上への別の皿ばね装置の良好な載設を保証するために、好適にはストッパ段１５，１６なしで構成されている。この場合、コイルばね５は好適には、別の皿ばね装置と軸方向ストッパ９との間、または別の皿ばね装置と皿ばね装置８との間でプリロードをかけられているので、別の皿ばね装置はコイルばね５によって摩擦締結式に圧力ピストン４に押し付けられる。別の皿ばね装置を圧力ピストン４に形状締結式または素材結合式に固定することも可能である。

好適には、圧力ピストン４はハウジング３のハウジング内壁と圧力ピストン４の周壁外側面との間に半径方向の切欠２０を有しており、この切欠２０内にシールリング２１が配置されている。シールリング２１は、好適にはハウジング３のハウジング内壁と、このハウジング内壁に向き合う、切欠２０の壁側との間で弾性的にプリロードをかけられている。

前記実施例は、互いに任意に組合せ可能であり、前記実施例に限定されるものではない。前記ペダル踏力シミュレーション装置１によって、液圧式のブレーキングに対応するブレーキペダル踏力感覚を生ぜしめるために、任意のばね特性曲線若しくはばね硬度を実現することが可能である。特に、終端ストッパ領域内において、ブレーキペダル１９およびひいては圧力ピストン４がほぼ完全に変位せしめられたときに、ブレーキペダル１９に高い最終的な力若しくは戻し力が生ぜしめられ、ブレーキペダル踏力感覚が改善され得る。ペダル踏力シミュレーション装置１は、例えば部分的にまたは完全に「ブレーキバイワイヤ」ブレーキシステムによって駆動され得るすべての電気液圧式のブレーキシステムに使用可能である。

１ ペダル踏力シミュレーション装置
２ 車両
３ ハウジング
４ 圧力ピストン
５ 第１のコイルばね
６ 第２のコイルばね
７ 第３のコイルばね
８ 皿ばね装置
９ 軸方向ストッパ
１０ 第１の皿ばね
１１ 第２の皿ばね
１２ 支持ディスク
１３ 端面側
１４ ロッド
１５ 第１のストッパ段、段部
１６ 第２のストッパ段、段部
１７，１８ 端面側
１９ ブレーキペダル
２０ 切欠
２１ シールリング
２２ ストッパ
２３，２４ ねじ継手装置
ｘ_１，ｘ_２ 間隔

Claims (10)

1. ペダル踏力シミュレーション装置（１）であって、ハウジング（３）と少なくとも２つのコイルばね（５，６，７）とを有しており、前記ハウジング（３）内に操作可能な圧力ピストン（４）が軸方向に摺動可能に支承されており、前記コイルばね（５，６，７）が、前記圧力ピストン（４）の端面側（１３）と前記ハウジング（３）の軸方向ストッパ（９）との間に互いに平行に配置されている形式のものにおいて、
   前記コイルばね（５，６，７）と前記軸方向ストッパ（９）との間、および／または前記コイルばね（５，６，７）と前記圧力ピストン（４）との間に、それぞれ少なくとも１つの皿ばね（１０，１１）が挿入されていることを特徴とする、ペダル踏力シミュレーション装置。
2. 前記少なくとも１つの皿ばね（１０，１１）上に少なくとも１つの別の皿ばね（１０，１１）が載っており、それによって前記皿ばね（１０，１１）が積み重ねられた皿ばね装置（８）を形成し、この場合、前記皿ばね（１０，１１）と前記少なくとも１つの別の皿ばね（１０，１１）とが、互いに平行におよび／または鏡像対称的に整列されていることを特徴とする、請求項１記載のペダル踏力シミュレーション装置。
3. 前記皿ばね（１０，１１）が、金属、金属合金および／またはプラスチックを有していることを特徴とする、請求項１または２記載のペダル踏力シミュレーション装置。
4. 前記コイルばね（５，６，７）の応力除去された状態または前記圧力ピストン（４）の操作されていない状態で、前記コイルばね（５，６，７）のうちの少なくとも１つが前記圧力ピストン（４）の前記端面側（１３）および／または前記軸方向ストッパ（９）に対して軸方向に間隔を保って配置されていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載のペダル踏力シミュレーション装置。
5. 前記コイルばね（５，６，７）が互いに同軸的に配置されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のペダル踏力シミュレーション装置。
6. 前記コイルばね（５，６，７）が逆向きに巻かれていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載のペダル踏力シミュレーション装置。
7. 前記圧力ピストン（４）の前記端面側（１３）が少なくとも１つの軸方向に突き出すストッパ段（１５，１６）を有しており、該ストッパ段（１５，１６）が軸方向に間隔を保って配置された前記コイルばね（６，７）に対応配設されていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載のペダル踏力シミュレーション装置。
8. 前記圧力ピストン（４）の運動を前記軸方向ストッパ（９）の方向に制限するストッパ（２２）が設けられていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載のペダル踏力シミュレーション装置。
9. 前記圧力ピストン（４）がストッパとして、前記圧力ピストン（４）の前記端面側（１３）から中心を通って軸方向に延在するロッド（１４）を有しており、該ロッド（１４）が前記圧力ピストン（４）の運動を軸方向で制限することを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載のペダル踏力シミュレーション装置。
10. 車両、特に自動車のためのブレーキシステムにおいて、請求項１から９までのいずれか１項記載のペダル踏力シミュレーション装置（１）が設けられていることを特徴とする、車両のためのブレーキシステム。

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