JP2021119066A - ストロークシミュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】ボトミング時の操作フィーリングを向上させることができるストロークシミュレータを提供する。【解決手段】本発明は、シリンダ２と、ブレーキペダル９１の操作に応じてシリンダ２内を移動するピストン３と、シリンダ２内に配置され、ピストン３の一方側への移動により圧縮されてピストン３に反力を付与する反力ゴム６と、反力ゴム６の外周面を囲むようにシリンダ２内に配置され、反力ゴム６が圧縮されるほど反力ゴム６の一方側への移動に対する摺動抵抗を増大させるプラグ７と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ストロークシミュレータに関する。

ブレーキペダルの操作に対して反力（荷重）を発生させる装置として、ストロークシミュレータが知られている。一般に、ストロークシミュレータは、シリンダと、ピストンと、反力を発生させる弾性部材と、を備えている。弾性部材は、例えば、ばねやゴムにより構成されている。例えば独国特許出願公開第１０ ２０１６ ２２１ ４０３号明細書には、ゴムとばねを用いたストロークシミュレータが記載されている。

独国特許出願公開第１０ ２０１６ ２２１ ４０３号明細書

ここで、ピストンが可動範囲の最大値となりボトミングした際、ピストンが底面に当接する衝撃が、運転者のブレーキフィーリングを損なうおそれがある。例えば、ピストンの移動距離（ペダルストローク）と反力との関係が線形関係である場合、運転者が一定の踏力増大勾配でブレーキペダルを操作すると、ピストンがボトミングする際の勾配変化が大きくなる。

本発明の目的は、ボトミング時の操作フィーリングを向上させることができるストロークシミュレータを提供することである。

本発明のストロークシミュレータは、シリンダと、ブレーキペダルの操作に応じて前記シリンダ内を移動するピストンと、前記シリンダ内に配置され、前記ピストンの一方側への移動により圧縮されて前記ピストンに反力を付与する反力ゴムと、前記反力ゴムの外周面を囲むように前記シリンダ内に配置され、前記反力ゴムが圧縮されるほど前記反力ゴムの前記一方側への移動に対する摺動抵抗を増大させるプラグと、を備える。

本発明によれば、ピストンに加わる主な反力（荷重）は、反力ゴムの復元力と、反力ゴムとプラグとの間の摺動抵抗による摩擦力との合計となる。そして、ピストンが一方側に移動し反力ゴムが圧縮されるほど、プラグと反力ゴムとの間の摺動抵抗が増大する。つまり、ピストンがボトミング位置に近づくほど、反力ゴムの移動（変形）に対する摩擦力が増大し、反力が増大する。これにより、ピストンの移動に対する反力の増大量は、ボトミング位置に近づくほど大きくなる。本発明によれば、ボトミング時の衝撃を抑制でき、ボトミング時の操作フィーリングを向上させることができる。

本実施形態のストロークシミュレータの構成図（断面図）である。 本実施形態の反力ゴムをその中心軸に直交する平面で切断した断面図である。 本実施形態のストロークと反力の関係を示す図である。 本実施形態の変形例に係る反力ゴムをその中心軸に直交する平面で切断した断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。説明に用いる各図は概念図である。また、断面図は主に切断された面を表し、紙面奥側に見えるべき線は一部省略されている。また、説明において、「一方側」はシリンダ２の軸方向一方側（図１の右側）を意味し、「他方側」はシリンダ２の軸方向他方側（図１の左側）を意味する。

本実施形態のストロークシミュレータ１は、図１に示すように、シリンダ２と、ピストン３と、ストッパ４と、反力ばね（「弾性部材」に相当する）５と、反力ゴム６と、プラグ７と、を備えている。シリンダ２は、一端部（一方側端部）が開口し他端部（他方側端部）に底面を有する有底円筒状の金属製シリンダ部材である。シリンダ２の底面には貫通孔２ａが形成されている。

ピストン３は、円柱状の金属製ピストン部材である。ピストン３は、ブレーキペダル９１の操作に応じてシリンダ２内を移動する。なお、ブレーキペダル９１は、一例として、液圧室９０を介してストロークシミュレータ１に接続されている。液圧室９０は、例えば、図示略のシリンダ及びピストン等で形成されている。液圧室９０は、ブレーキペダル９１の踏み込みに応じてピストンがシリンダ内を移動し、シリンダ内のフルードを流出させるように構成されている。液圧室９０は、ブレーキペダル９１のストロークに応じてストロークシミュレータ１にフルードを供給する。

ピストン３は、ブレーキペダル９１の踏み込みにより貫通孔２ａに流入するフルードによって一方側に摺動する。本実施形態のピストン３は、本体部３１と、本体部３１の中央から他方側に突出した突出部３２と、本体部３１の外周縁部から一方側に円筒状に突出した円筒部３３と、本体部３１の外周面の環状溝に設けられた環状のシール部材３４と、を備えている。

本体部３１は、シリンダ２の内周面に沿った円柱状に形成されている。突出部３２は、ピストン３の初期位置（ストローク＝０）においてシリンダ２の底面に当接し、本体部３１とシリンダ２の底面との間に入力室２１を形成する。円筒部３３の径方向内側には、反力ばね５の他端部が配置されている。シール部材３４は、例えばカップシール及び樹脂製バックアップリングで構成されている。シール部材３４は、本体部３１とシリンダ２の内周面とに当接して、入力室２１と後述する第１室２２との間をシールしている。

ストッパ４は、ピストン３とプラグ７との間に反力ばね５を介して配置された中間部材である。ストッパ４は、シリンダ２の内周面に当接しないように、シリンダ２内に配置されている。ストッパ４の一方側の端面には、凹部４ａが形成されている。本実施形態のストッパ４は、金属製の円柱状部材である本体部４１と、本体部４１の他方側部位に設けられた緩衝ゴム４２と、本体部４１の一端部から径方向外側に突出した金属製且つ環状のフランジ部４３と、を備えている。

本体部４１の一端面の中央（中心軸上）には、凹部４ａが形成されている。凹部４ａには、後述する凸部６３が嵌合されている。緩衝ゴム４２は、ピストン３とストッパ４とが当接する際に衝撃を弱めるためのゴム部材である。フランジ部４３は、反力ばね５の一端部を支持している。

反力ばね５は、ピストン３の一方側への移動により圧縮されてピストン３に反力を付与する弾性部材である。反力ばね５は、ピストン３とストッパ４との間に配置されている。反力ばね５の弾性係数は、反力ゴム６の弾性係数よりも小さい。なお、本開示における「反力」は、「荷重」又は「シミュレータ荷重」と言い換えることができる。また、本開示における「圧縮」は、軸方向への圧縮を意味する。

反力ゴム６は、シリンダ２内に配置され、ピストン３の一方側への移動により圧縮されてピストン３に反力を付与するゴム部材である。反力ゴム６は、円柱状の本体部６１と、本体部６１に形成された連通溝６２と、凹部４ａに嵌合される凸部６３と、を備えている。本体部６１の軸方向両端の縁部には、面取りが施されている。換言すると、本体部６１の軸方向両端部には面取り部が設けられている。本体部６１の外周面（連通溝６２を除く部分）は、プラグ７の内周面に当接している。また、本体部６１の一端面は、プラグ７の底面に当接している。凸部６３は、反力ゴム６の中心軸上に設けられている。凸部６３と凹部４ａとが嵌合することで、ストッパ４の中心軸と反力ゴム６の中心軸とが一致する。

連通溝６２は、図１及び図２に示すように、シリンダ２内において、反力ゴム６の一方側に形成された第１室２２と反力ゴム６の他方側に形成された第２室２３とを連通させる溝（流路）である。連通溝６２は、本体部６１の外周面の周方向の一部に形成されている。連通溝６２は、軸方向に延びる縦溝である。本実施形態では、複数の連通溝６２が周方向に等間隔で形成されている。なお、連通溝６２は、１つであってもよい。

第１室２２は、シリンダ２の内周面、ピストン３の一端面、反力ゴム６の他端面、及びプラグ７の開口端面（他端面）により区画されている。ストッパ４及び反力ばね５は、第１室２２に配置されている。第２室２３は、反力ゴム６の一端面と、プラグ７の底面及び内周面とにより区画されている。

本実施形態では、入力室２１、第１室２２、及び第２室２３は、フルードで満たされている。また、シリンダ２には、第１室２２と外部のリザーバ９２とを接続するための貫通孔２ｂが形成されている。リザーバ９２は、フルードを貯留し、且つ大気に開放されている。つまり、リザーバ９２及び第１室２２は、大気圧に保たれる。

プラグ７は、反力ゴム６の外周面を囲むようにシリンダ２内に配置され、反力ゴム６が圧縮されるほど反力ゴム６の一方側への移動に対する摺動抵抗を増大させる部材である。プラグ７は、一端部に底面を有し他端部が開口している有底円筒状の金属部材である。プラグ７は、シリンダ２の一端部に固定され、シリンダ２の開口を塞いでいる。反力ゴム６が当接するプラグ７の内周面は、摺動抵抗を発生させる摺動面７１を構成する。摺動面７１は、プラグ７の内周面のうち、反力ゴム６と当接する部分といえる。プラグ７の底面と反力ゴム６の一端面とは当接している。

プラグ７の底面の外周部には、窪み７２が形成されている。本実施形態の窪み７２は、ピストン３が初期位置にある状態で、反力ゴム６が当接しない位置に形成されている。つまり、窪み７２は、反力ゴム６の面取り部に対向する位置に形成されている。窪み７２は、底面の中央部を囲むように環状に形成されてもよいし、底面に１つ又は複数形成されてもよい。

（動作）
ブレーキペダル９１が踏み込まれると、フルードが貫通孔２ａに流入しピストン３を押圧する。そして、ピストン３の押圧力が反力ばね５の反力を上回り、反力ばね５が圧縮されつつピストン３が一方側に移動（摺動）し、フルードが入力室２１に流入する。つまり、ピストン３の移動に対して、反力ばね５が最初にピストン３に反力を付与する。図３に示すように、反力ばね５によって生じる、ブレーキペダル９１のストローク（ピストン３の移動距離）と反力との関係は、ほぼ線形関係となる。なお、厳密には、ピストン３の摺動による摩擦力等も反力となる。

そして、ピストン３は、一方側への移動によりストッパ４に当接し、ストッパ４とともに一方側に移動しようとする。ピストン３とストッパ４とが当接すると、他方側に膨らんだ曲面であるストッパ４の他端面が、ピストン３の一端面に形成された凹状の曲面に収まる。このようにピストン３とストッパ４とが係合（フィット）し、両者が一体的に一方側に移動する。

ブレーキペダル９１の操作に応じて、ピストン３及びストッパ４は、反力ゴム６を圧縮させつつ一方側に移動する。反力ゴム６は、軸方向に圧縮されることで、径方向に膨らもうとする。つまり、反力ゴム６が軸方向に圧縮されるほど、反力ゴム６のプラグ７への押圧力が増大する。これにより、反力ゴム６の一方側への移動（変形）に対するプラグ７の摺動抵抗が増大し、摩擦力も増大する。つまり、反力ゴム６は、圧縮されるほど、一方側に移動（変形）しづらくなる。反力ゴム６が圧縮されるほど、反力ゴム６の他端部が一方側に移動しづらくなる。ピストン３に加わる反力は、フルードを介してブレーキペダル９１への反力となる。

図３に示すように、反力ゴム６におけるブレーキペダル９１のストロークの単位増大量あたりの反力の増大量は、ストロークが大きいほど大きくなる。本実施形態の特性におけるストロークの単位増大量あたりの反力の増大量は、ピストン３とストッパ４との当接後に反力ゴム６だけで反力を発生させた場合の特性（図３の点線参照）におけるストロークの単位増大量あたりの反力の増大量よりも大きい。さらに、本実施形態の特性によれば、ボトミング時の反力（最大反力）が、摩擦力がなく反力ゴム６だけの特性よりも大きくなる。ピストン３がストッパ４とともに一方側に移動し、ストッパ４がプラグ７の他端面（開口端面）に当接すると、ピストン３はボトミング状態となる。

（本実施形態の効果）
本実施形態によれば、ピストン３に加わる主な反力は、反力ゴム６の復元力と、反力ゴム６とプラグ７との間の摺動抵抗による摩擦力との合計となる。そして、ピストン３が一方側に移動し反力ゴム６が圧縮されるほど、プラグ７と反力ゴム６との間の摺動抵抗が増大する。つまり、ピストン３がボトミング位置（ボトミングストローク）に近づくほど、反力ゴム６の移動（変形）に対する摩擦力が増大し、反力が増大する。これにより、ピストン３の単位移動あたりの反力の増大量は、ボトミング位置に近づくほど大きくなる。つまり、本実施形態によれば、ボトミング時の衝撃を抑制でき、ボトミング時の操作フィーリングを向上させることができる。

また、本実施形態の構成は、反力ゴム６とプラグ７との間の摩擦力を反力として積極的に利用するように構成されている。具体的に、図３に示すように、反力ゴム６の圧縮により反力が発生するピストン３の移動距離（ブレーキペダル９１のストローク）ｄ２は、反力ゴム６以外の弾性部材（ここでは反力ばね５）の圧縮により反力が発生するピストン３の移動距離ｄ１以上である（ｄ２≧ｄ１）。換言すると、本実施形態のストロークシミュレータ１は、ピストン３（ストローク）の可動範囲（ｄ１＋ｄ２）の半分以上において、反力ゴム６の圧縮による反力（復元力＋摩擦力）が発生するように構成されている。

この構成により、ピストン３の可動範囲の多くの区間でプラグ７の摩擦力を反力として作用させることができ、上記特性をより有効（積極的に）に利用することができる。なお、反力ゴム６以外の弾性部材は、複数の弾性部材により構成されてもよい。つまり、ストロークシミュレータ１は、反力ゴム６とは別に反力を発生させる１つ又は複数の弾性部材を備え、反力ゴム６が作用する移動距離ｄ２は、他の弾性部材が作用する移動距離ｄ１以上となっている。

また、反力ゴム６は連通溝６２を有するため、反力ゴム６が移動する際に第２室２３内のフルードを第１室２２に逃がすことができる。つまり、反力ゴム６の移動が第２室２３のフルードに阻害されず、目標の特性を実現しやすくなる。

また、ストッパ４と反力ゴム６とは、凹部４ａと凸部６３との嵌合により固定されている。これにより、シリンダ２の内周面に当接しないストッパ４の移動時の軸ずれが抑制される。つまり、この構成により、ストッパ４を精度良く軸方向に移動させることができる。

また、本実施形態では、ピストン３がボトミングした状態（ピストン３の移動距離が可動範囲の最大値になった状態）における反力ゴム６の体積は、プラグ７の容積以下である。つまり、ピストン３の可動範囲内で最大圧縮された反力ゴム６は、プラグ７内に収容可能である。これにより、ボトミング時の反力ゴム６のプラグ７からのはみ出しを抑制でき、かじれ異物発生を抑制することができる。

（その他）
本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、図４に示すように、連通溝６２は、反力ゴム６（本体部６１）の外周部に施された面取りにより形成されてもよい。反力ゴム６の周方向の一部がプラグ７の内周面から離間するように、反力ゴム６の外周面の一部が切り取られた形状であってもよい。また、連通溝６２は、プラグ７の内周面に形成されてもよく、あるいは反力ゴム６及びプラグ７の両方に形成されてもよい。つまり、連通溝６２は、反力ゴム６及びプラグ７の少なくとも一方に形成されればよい。これらの構成であっても、上記同様の効果が発揮される。

また、プラグ７の摺動面７１は、面粗度が調整された面粗度調整面であってもよい。例えば、摺動面７１は、所定の面粗度を実現させるために、ショットブラスト処理された面でもよい。これにより、摩擦力を調整することができる。また、摺動面７１は、鏡面仕上げされたものでもよい。連通溝６２を除く反力ゴム６の外周面と摺動面７１とが密着することで、両者の間へのフルードの進入が抑制され、摩擦力（摺動抵抗）を増大させることができる。

また、ブレーキペダル９１の踏み込みよるピストン３の押圧は、フルードによる押圧に限らず、ブレーキペダル９１に連動するロッドによる押圧であってもよい。また、凹部４ａ及び凸部６３は、ストッパ４の中心軸と反力ゴム６の中心軸とが合うように固定する構成であればよく、例えば中心軸の周囲に複数形成されてもよい。また、シリンダ２内（第１室２２と第２室２３）は、フルード（ブレーキ液）でなく、空気で満たされてもよい。

また、ストッパ４及び反力ばね５はなくてもよい。この場合、例えば、ピストン３と反力ゴム６とが当接しており、ピストン３が一方側に移動し、ピストン３とプラグ７の開口端面とが当接することで、ピストン３がボトミングする。このような構成であっても、反力ゴム６が圧縮されるほど摩擦力が大きくなり、ストロークシミュレータ１の反力は大きくなる。また、反力ゴム６以外の複数の弾性部材により、複数段階で反力の勾配（単位ストロークあたりの変化量）を変化させてもよい。

１…ストロークシミュレータ、２…シリンダ、２２…第１室、２３…第２室、３…ピストン、４…ストッパ、４ａ…凹部、５…反力ばね、６…反力ゴム、６２…連通溝、６３…凸部、７…プラグ、９１…ブレーキペダル。

Claims (5)

1. シリンダと、
   ブレーキペダルの操作に応じて前記シリンダ内を移動するピストンと、
   前記シリンダ内に配置され、前記ピストンの一方側への移動により圧縮されて前記ピストンに反力を付与する反力ゴムと、
   前記反力ゴムの外周面を囲むように前記シリンダ内に配置され、前記反力ゴムが圧縮されるほど前記反力ゴムの前記一方側への移動に対する摺動抵抗を増大させるプラグと、
   を備えるストロークシミュレータ。
2. 前記反力ゴムの圧縮により反力が発生する前記ピストンの移動距離は、前記反力ゴム以外の弾性部材の圧縮により反力が発生する前記ピストンの移動距離以上である請求項１に記載のストロークシミュレータ。
3. 前記反力ゴム及び前記プラグの少なくとも一方には、前記シリンダ内において前記反力ゴムの前記一方側に形成された第１室と前記反力ゴムの他方側に形成された第２室とを連通させる連通溝が形成されている請求項１又は２に記載のストロークシミュレータ。
4. 前記ピストンの前記一方側への移動により圧縮されて前記ピストンに反力を付与する弾性部材と、
   前記ピストンと前記プラグとの間に前記弾性部材を介して配置されたストッパと、
   をさらに備え、
   前記ストッパの前記一方側の端面には、凹部が形成され、
   前記反力ゴムは、前記凹部に嵌合される凸部を有する請求項１〜３の何れか一項に記載のストロークシミュレータ。
5. 前記ピストンがボトミングした状態における前記反力ゴムの体積は、前記プラグの容積以下である請求項１〜４の何れか一項に記載のストロークシミュレータ。

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