JP3726361B2

JP3726361B2 - 倍力装置の反力機構

Info

Publication number: JP3726361B2
Application number: JP18143596A
Authority: JP
Inventors: 透佐藤; 一夫小林
Original assignee: Bosch Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1996-06-21
Filing date: 1996-06-21
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2016-06-21
Also published as: JPH106972A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は自動車のブレーキ等に用いられる倍力装置に関し、より詳しくは、倍力装置を作動させる操作杆に反力を付与する倍力装置の反力機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般に、ブレーキ倍力装置は、シェル内に摺動自在に設けたバルブボデイと、このバルブボデイに設けたパワーピストンと、このパワーピストンの前後に形成した定圧室と変圧室と、上記バルブボデイ内に設けた弁機構と、操作杆としてのブレーキペダルに連動され、上記弁機構を構成する弁プランジャを進退動させて弁機構の流路を切換える入力軸と、上記バルブボデイの前進によって前進され、マスターシリンダのピストンを前進させてブレーキ液圧を発生させる出力軸とを備えている。
そして従来一般の反力機構は、上記出力軸と弁プランジャとの間に配置したゴム製のリアクションディスクを備えており、ブレーキ倍力装置の作動時には上記リアクションディスクにバルブボデイと弁プランジャとを同時に接触させ、出力軸に加わるブレーキ反力の一部をバルブボデイで受けさせるとともに、残部を弁プランジャに伝達させ、この弁プランジャに加わるブレーキ反力を入力軸およびブレーキペダルを介して運転者に感知させるようにしている。
このとき、上記バルブボデイで受ける反力と、弁プランジャで受ける反力との比率、より具体的には両者の受圧面積の比率を変えることにより、ブレーキ倍力装置のサーボ比を変更することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記ブレーキ倍力装置のサーボ比は、一般に小さなブレーキペダルの踏力で大きなブレーキ液圧を発生させることができるように大きく設定されているが、急制動時にはブレーキ倍力装置の作動遅れから予定した大きなサーボ比が得られず、老人や女性等の非力な運転者では急制動を行なうことが困難であることが判明した。
すなわち、ブレーキペダルを踏込んだ際には入力軸を介して弁機構の流路が切換えられ、それにより変圧室に圧力流体が導入されてパワーピストンおよびバルブボデイが前進されるようになる。そしてバルブボデイが前進するとリアクションディスクを介して出力軸が前進され、該出力軸の前進によりブレーキ液圧が発生してその反力が出力軸に加わると、上述したように出力軸に加わるブレーキ反力がバルブボデイと弁プランジャとに分配されるようになる。
しかしながら、急制動時には変圧室に導入される圧力流体によってパワーピストンおよびバルブボデイが前進される前に、ブレーキペダルに入力軸を介して連動している弁プランジャが前進されてしまうので、出力軸に加わるブレーキ反力はその大部分が弁プランジャに伝達されてしまい、その結果、運転者に伝達されるブレーキ反力は異常に大きなものとなる。
その結果、急制動を行なう際にはその異常に大きなブレーキ反力に打勝ってブレーキペダルを踏込まなければならず、徐々にブレーキペダルを踏込んで大きな制動力を得ている通常のブレーキ作動の場合に比較して、遥かに大きな力でブレーキペダルを踏込まなければ急制動に必要な大きな制動力が得られなかった。
本発明はそのような事情に鑑み、通常の倍力装置の操作フィーリングを損なうことなく、急作動時にも軽い踏力で大きな出力が得られるようにした倍力装置の反力機構を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、シェル内に摺動自在に設けたバルブボデイと、このバルブボデイに設けたパワーピストンと、このパワーピストンの前後に形成した定圧室と変圧室と、上記バルブボデイ内に設けた弁機構と、操作杆に連動され、上記弁機構を構成する弁プランジャを進退動させて弁機構の流路を切換える入力軸と、上記バルブボデイの前進によって前進される出力軸とを備えた倍力装置において、
上記出力軸に加わる反力を上記バルブボディで受けさせて倍力装置の作動中に該反力が上記弁プランジャに伝達されないようにし、かつ上記操作杆の移動量が小さいときに小さな増加率の擬似反力を、操作杆の移動量が大きいときに大きな増加率の擬似反力を該操作杆に付与する擬似反力付与手段を設けたものである。
【０００５】
【作用】
上記構成によれば、倍力装置の作動中に上記出力軸に加わる反力は上記バルブボディで受けられるので該反力が弁プランジャに伝達されることはなく、したがって急作動時に、変圧室に導入される圧力流体によってパワーピストンおよびバルブボデイが前進される前に、操作杆に入力軸を介して連動している弁プランジャが前進されたとしても、出力軸に加わる反力が弁プランジャ、入力軸および操作杆を介して運転者に伝達されることはない。
他方、擬似反力付与手段は、操作杆の移動量に応じた擬似反力を操作杆を介して運転者に伝達させることになるので、従来のように急作動時に反力が異常に大きくなることがなく、急作動時にも、通常の作動時と同様に、軽い操作力で大きな出力を得ることができる。
そして特に、上記擬似反力付与手段は、上記操作杆の移動量が小さいときに小さな増加率の擬似反力を、操作杆の移動量が大きいときに大きな増加率の擬似反力を該操作杆に付与するようにしているので、急制動時と緩制動時とに関係なく、従来一般の通常作動時と同じような操作フィーリングを得ることができる。つまり、例えば操作杆がブレーキペダルの場合、その制動初期にはブレーキペダルが比較的大きく踏込まれても擬似反力の増加は小さいが、ある程度のブレーキ力が発生した後はブレーキペダルの踏込み量が小さくても擬似反力が相対的に増大する。上記特性を有する擬似反力付与手段は、そのような従来の操作フィーリングを実現するのに効果的である。
【０００６】
【実施例】
以下、本発明をブレーキ倍力装置に適用した実施例について説明すると、図１において、フロントシェル１とリヤシェル２とで構成した密封容器内に概略筒状のバルブボデイ３を摺動自在に設け、このバルブボデイ３の外周部に設けたパワーピストン４とそのリヤ側に添設したダイアフラム５とによって密封容器内を前方側の定圧室６と後方側の変圧室７とに区画している。
上記バルブボデイ３内には、流体回路を切換える弁機構９を収容してあり、この弁機構９は、バルブボデイ３の内周に形成した環状の第１弁座１０と、このバルブボデイ３内に摺動自在に嵌合した弁プランジャ１１の右端部に形成した環状の第２弁座１２と、さらにこれら両弁座１０、１２に図１の右方からポペットリターンスプリング１３によって着座する弁体１４とを備えている。
そして上記第１弁座１０よりも外周側をバルブボデイ３に形成した軸方向の定圧通路１５を介して上記定圧室６に連通させ、この定圧室６をフロントシェル１に設けた負圧導入管１６を介してエンジンのインテークマニホールドに連通させることにより、該定圧室６に常時負圧を導入している。また、上記第１弁座１０と第２弁座１２との中間部分はバルブボデイ３に形成した半径方向の変圧通路１７を介して上記変圧室７に連通させ、さらに上記第２弁座１２よりも内周側はバルブボデイ３内に形成した圧力通路１８を介して大気に連通させている。
【０００７】
上記弁プランジャ１１の右端部には入力軸１９の先端部を枢支連結してあり、この入力軸１９とバルブボデイ３との間に、上記ポペットリターンスプリング１３の弾撥力よりも大きな弾撥力を有するバルブリターンスプリング２０を弾装して、通常は弁プランジャ１１の第２弁座１２に弁体１４を着座させ、かつ弁体１４をバルブボデイ３の第１弁座１０から離座させている。そして上記入力軸１９の末端部は、後に詳述するように、ブレーキペダル２１に連動させている。
また、上記弁プランジャ１１は、キー部材２２によってバルブボデイ３から抜出るのを防止している。上記キー部材２２は、図示しないが、その中央部から先端部にかけて二股状に形成してあり、該キー部材２２をバルブボデイ３の直径方向に形成した挿入孔２３内に挿入して、その二股状部分の基部を弁プランジャ１１の小径部１１ａに係合させている。
このとき、上記挿入孔２３と変圧通路１７とをバルブボデイ３の軸方向に隣接させて一体に形成しているが、挿入孔２３の幅、すなわちバルブボデイ３の軸方向に直交し、かつキー部材２２の挿入孔２３への挿入方向と直交する方向の幅は、変圧通路１７の同方向の幅よりも広く設定してあり、それによってキー部材２２は挿入孔２３内のみでバルブボデイ３の軸方向に変位可能となっている。
また、キー部材２２と弁プランジャ１１とは、上記小径部１１ａの軸方向長さの範囲内でバルブボデイ３の軸方向に変位可能となっており、ブレーキ倍力装置の非作動時に上記キー部材２２をリヤシェル２の内面に当接させてキー部材２２および弁プランジャ１１をバルブボデイ３に対する前進位置に保持することにより、ブレーキ倍力装置の作動開始時における入力軸１９のロスストロークを減少させることができるようにしている。
さらに、上記弁プランジャ１１の左側に配置した出力軸２４の右側基部に凹部２４ａを形成するとともに、この凹部２４ａ内にゴム製の弾性体２５と金属円板からなるスペーサ２６とを順次嵌合し、さらに該凹部２４ａ内にバルブボデイ３の右端部に形成した環状突出部３ａを摺動自在に嵌合している。
上記出力軸２４の左側先端部は、シール部材２７により気密を保ってフロントシェル１から外部に突出させてあり、かつその先端部をフロントシェル１に連結した図示しないマスターシリンダのピストンに連動させている。
そして上記バルブボデイ３やパワーピストン４は、リターンスプリング２８によって通常は図示非作動位置に保持させている。
【０００８】
ところで従来は、上記スペーサ２６を省略して、弁プランジャ１１の左側面をリアクションディスクとしての弾性体２５に微少な間隙をあけて対向させ、ブレーキ倍力装置の作動時には、出力軸２４から伝達されるブレーキ反力を上記弾性体２５を介してバルブボデイ３と弁プランジャ１１とで受取り、該弁プランジャ１１で受取ったブレーキ反力を入力軸１９および図示しないブレーキペダルを介して運転者に伝達できるようにしている。
これに対し本実施例では、上記スペーサ２６を設けるとともに、急制動時でも該スペーサ２６と弁プランジャ１１とが当接しないように両者間に相対的に大きな間隔を設定することにより、上記出力軸２４から伝達されるブレーキ反力の全てを上記弾性体２５およびスペーサ２６を介してバルブボデイ３で受取るようにし、上記弁プランジャ１１には、したがってブレーキペダルにはブレーキ反力が伝達されないようにしている。そして本実施例では、上記弾性体２５は衝撃緩衝用部材として用いている。
なお、上記弾性体２５およびスペーサ２６は省略してもよく、また弁プランジャ１１の左端部を摺動自在に嵌合してある孔は、弁プランジャ１１の摺動を阻害しない範囲で、その左端開口部分を閉鎖してもよい。
【０００９】
他方、上述した構成のままでは運転者はブレーキの操作感を得ることができないので、図２に示す擬似反力付与手段３１を設けることにより、上記ブレーキペダル２１の踏込み量に応じた擬似反力を運転者に付与することができるようにしている。
すなわち図２に示すように、上記ブレーキペダル２１は、一端を連結ピン３２によって車体３３に揺動可能に連結してあり、かつ、上記入力軸１９の一端に取付けた第１クレビス３４とブレーキペダル２１とに渡ってクレビスピン３５を貫通させることにより、入力軸１９とブレーキペダル２１とを連結している。
図２、図３に示すように、上記クレビスピン３５と車体３３との間には小さな弾撥力を有する第１スプリング３６を張設してあり、この第１スプリング３６の引張り力によりブレーキペダル２１を通常は車体３３に設けた第１ストッパ３７（図２）に当接させている。上記第１スプリング３６は、クレビスピン３５ではなく、直接ブレーキペダル２１に連結し、或いは第１クレビス３４又は入力軸１９に連結してもよい。
上記第１クレビス３４は第２クレビス４１内に上記入力軸１９の軸方向に進退動可能に設けてあり、かつ上記クレビスピン３５の両端部を、第２クレビス４１に入力軸１９の軸方向に形成した長穴４１ａに係合させることにより、第１クレビス３４と第２クレビス４１とが長穴４１ａの長さの範囲内で相対移動できるようにしている。
さらに上記第２クレビス４１と車体３３との間には、上記第１スプリング３６の弾撥力よりも大きな弾撥力を有する第２スプリング４２を第１スプリング３６と平行に配置してあり、この第２スプリング４２の引張り力により第２クレビス４１を通常は車体３３に設けた第２ストッパ４３に当接させている。そしてこの状態では、上記クレビスピン３５は長穴４１ａのリヤ側に位置するようにしている。
【００１０】
以上の構成において、ブレーキペダル２１を踏込んで入力軸１９および弁プランジャ１１を前進させれば、従来周知のブレーキ倍力装置と同様に、弁機構９の流路が切換わって変圧室７に大気が導入されるので、定圧室６と変圧室７との圧力差によりパワーピストン４およびバルブボデイ３が前進され、それによって出力軸２４が前進されるので、マスターシリンダにブレーキ液圧が発生する。
そしてそのブレーキ液圧によるブレーキ反力は出力軸２４、弾性体２５およびスペーサ２６を介してバルブボデイ３で全て受け止められ、弁プランジャ１１に伝達されることはない。
他方、ブレーキペダル２１が踏込まれると、該ブレーキペダル２１は最初に第１スプリング３６を、次に第２スプリング４２を引っ張ることになるので、ブレーキペダル２１にはその引っ張り力に応じた擬似反力が生じることになる。
より具体的には、ブレーキペダル２１を踏込んだ際には、該ブレーキペダル２１には先ず第１スプリング３６の弾撥力が作用することになる。そしてさらにブレーキペダル２１が踏込まれ、該ブレーキペダル２１と一体のクレビスピン３５が第２クレビス４１の長穴４１ａの先端部まで移動すると、該クレビスピン３５が第２スプリング４２に抗して第２クレビス４１を前進させるようになるので、ブレーキペダル２１には平行に配置された第１スプリング３６と第２スプリング４２との弾撥力が同時に作用することになる。
このときのブレーキペダル２１のストロークと踏力との関係は、図４に示してある。同図において、直線Ａは第１スプリング３６によって得られる直線であり、その傾きは第１スプリング３６のばね常数ｋ₁ によって、また直線Ａと横軸との交点Ｂは第１スプリング３６のセット荷重によって設定することができる。直線Ａで理解されるように、上記第１スプリング３６の弾撥力は小さく設定してあるので、制動初期にはブレーキペダル２１の小さな踏力の増加によってストロークは大きく増大することになる。
次に、図４における点Ｃは、ブレーキペダル２１に第１スプリング３６と第２スプリング４２との弾撥力が同時に作用するようになる点であり、また直線Ｄは第１スプリング３６と第２スプリング４２とによって得られる直線で、その傾きは、第１スプリング３６のばね常数ｋ₁ と第２スプリング４２のばね常数ｋ₂ との合成ばね常数ｋによって設定することができる。この合成ばね常数ｋは、ｋ＝ｋ₁ ＋ｋ₂ によって得られ、また第２スプリング４２の弾撥力は第１スプリング３６よりも大きく設定してあるので、上記点Ｃ以降は、相対的に踏力を大きく増大させてもストロークは小さく増大することになる。
上述した直線Ａ、Ｂの組合わせにより、１つの直線すなわち１つのスプリングでストロークと踏力との関係を設定するよりも、より優れたブレーキ操作感覚を得ることが可能となる。
そして上記擬似反力付与手段３１がブレーキペダル２１に与える擬似反力は、急制動時も通常の制動時も実質的に同一であり、従来装置のブレーキ反力のように急制動時に異常に大きくなるということがないので、急制動時においても相対的に軽い踏力で大きなブレーキ力を得ることができ、したがって老人や女性等の非力な運転者でも確実に急制動操作を行なうことができる。
【００１１】
次に、図５は本発明の第２実施例を示したもので、上記実施例が第１スプリング３６と第２スプリング４２とを並列に配置したのに対し、本実施例では２つのスプリングを直列に配置している。
すなわち、本実施例における擬似反力付与手段１３１は、ブレーキペダル１２１と車体１３３との間に直列に配置して相互に連結した２本の第１スプリング１３６と第２スプリング１４２とを備えている。そして上記両スプリング１３６、１４２の連結部にストッパプレート１５１を取付けてあり、このストッパプレート１５１は車体１３３に設けたストッパ１５２に当接するようになっている。
非作動状態では、上記ストッパプレート１５１はストッパ１５２から所定距離だけ離隔しており、この状態からブレーキペダル１２１が踏込まれると、先ず両スプリング１３６、１４２が引っ張られて上記ストッパプレート１５１がストッパ１５２に当接するようになり、この状態となるとブレーキペダル１２１側の第１スプリング１３６のみが引っ張られるようになる。
直列に接続した２本のスプリングが引っ張られる際の合成ばね常数ｋは、各スプリングのばね常数をｋ₁ 、ｋ₂ としたとき、ｋ＝ｋ₁ ・ｋ₂ ／（ｋ₁ ＋ｋ₂ ）で与えられる。この式から明らかなように、合成ばね常数ｋは、各スプリングのばね常数をｋ₁ 、ｋ₂ よりも小さくなり、その小さな合成ばね常数ｋによって図４の直線Ａが得られるように設定することができる。
他方、上記ストッパプレート１５１がストッパ１５２に当接した後は、第１スプリング１３６のみが引っ張られるので、該ばね常数ｋ₁ によって図４の直線Ｄが得られることになる。
なお、上記各実施例においては、必要に応じて、各１本のスプリング３６、４２、１３６、１４２のそれぞれを直列又は並列に接続した複数本のスプリングで置き換えることができ、それによってより柔軟に必要な合成ばね常数を得ることができる。
【００１２】
さらに、図６、図７は本発明の第３実施例を示したもので、本実施例における擬似反力付与手段２３１では第１スプリングとして図１に示すバルブリターンスプリング２０を利用し、かつ第２スプリングとしてトルクスプリング２４２を用いている。
上記トルクスプリング２４２は、車体２３３にブレーキペダル２２１を連結する連結ピン２３２の周囲に巻回してあり、その一端２４２ａをブレーキペダル２２１に設けたストッパ２５５に当接させ、他端２４２ｂは車体２３３の一部を構成するブラケット２５６に形成した円弧状溝２５６ａ内に係合させている。この円弧状溝２５６ａは、上記連結ピン２３２を中心として円弧状に形成してある。
上記ブレーキペダル２２１は、通常は上記ストッパ２５５が車体２３３側に設けたストッパ２５７に当接した状態に保持されており、この状態では、トルクスプリング２４２の他端２４２ｂは円弧状溝２５６ａの端部から所定距離δだけ離れた位置に位置している。
この状態からブレーキペダル２２１が踏込まれると、入力軸は上記バルブリターンスプリング２０に抗して前進され、次にトルクスプリング２４２の他端２４２ｂが円弧状溝２５６ａの端部に当接すると、ブレーキペダル２２１にはトルクスプリング２４２の弾撥力が作用するようになる。
したがって、上記バルブリターンスプリング２０によって図４の直線Ａを得ることができ、またバルブリターンスプリング２０とトルクスプリング２４２とによって図４の直線Ｄを得ることができる。
【００１３】
なお、上記実施例では、操作杆としてブレーキペダル２１、１２１、２２１を利用しているが、この操作杆は、身体障害者に用いられている手動ブレーキレバーであってもよい。また本発明はクラッチ倍力装置に適用することができ、その場合には操作杆としてクラッチペダルを用いることができる。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、出力軸に加わる反力が弁プランジャに伝達されないようにするとともに、擬似反力付与手段によって必要な擬似反力を運転者に付与することができるので、従来のように急作動時に不必要に大きな反力が運転者に伝達されることがなく、軽い踏力で急作動時に必要な大きな出力を得ることができるという効果が得られる。
そして上記擬似反力付与手段は、入力軸の移動量が小さいときに小さな増加率の擬似反力を、操作杆の移動量が大きいときに大きな増加率の擬似反力を上記操作杆に付与するようになっているので、急制動時と緩制動時とに関係なく、従来の通常作動時と同じような操作フィーリングを実現するのが容易となるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す断面図。
【図２】図１の要部を示す拡大図。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図。
【図４】上記実施例の特性線図。
【図５】本発明の第２実施例を示す概略構成図。
【図６】本発明の第３実施例を示す正面図。
【図７】図６の側面図。
【符号の説明】
１フロントシェル
２リヤシェル
３バルブボデイ
４パワーピストン
６定圧室
７変圧室
９弁機構
１１弁プランジャ
１９、１１９、２１９入力軸
２１、２１、２２１ブレーキペダル
３１、１３１、２３１擬似反力付与手段
３３、１３３、２３３車体
２０、３６、１３６、４２、１４２、２４２スプリング
３４、４１クレビス
３５クレビスピン
３７、４３、１５２ストッパ
１５１ストッパプレート

Claims

シェル内に摺動自在に設けたバルブボデイと、このバルブボデイに設けたパワーピストンと、このパワーピストンの前後に形成した定圧室と変圧室と、上記バルブボデイ内に設けた弁機構と、操作杆に連動され、上記弁機構を構成する弁プランジャを進退動させて弁機構の流路を切換える入力軸と、上記バルブボデイの前進によって前進される出力軸とを備えた倍力装置において、
上記出力軸に加わる反力を上記バルブボディで受けさせて倍力装置の作動中に該反力が上記弁プランジャに伝達されないようにし、かつ上記操作杆の移動量が小さいときに小さな増加率の擬似反力を、操作杆の移動量が大きいときに大きな増加率の擬似反力を該操作杆に付与する擬似反力付与手段を設けたことを特徴とする倍力装置の反力機構。
上記入力軸は第１クレビスおよびクレビスピンを介して操作杆に連動しており、これらと車体との間に擬似反力付与手段を構成する第１スプリングが設けられ、また上記操作杆に対して一定の範囲で進退動可能な第２クレビスを備え、この第２クレビスと車体との間に第２スプリングを設けて通常は該第２クレビスをストッパに当接させ、上記操作杆が操作されて一定量前進した際に該操作杆と第２クレビスとを一体に前進させることを特徴とする請求項１に記載の倍力装置の反力機構。
上記入力軸は第１クレビスおよびクレビスピンを介して操作杆に連動しており、これらと車体との間に擬似反力付与手段を構成する直列に接続した第１スプリングと第２スプリングとが設けられ、両スプリングの連結部に設けたストッパプレートは車体に設けたストッパに当接可能となっていることを特徴とする請求項１に記載の倍力装置の反力機構。
上記第１スプリングと第２スプリングとの少なくともいずれか一方は、並列あるいは直列に接続された複数本のスプリングを備えることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の倍力装置の反力機構。
上記操作杆は車体に連結ピンで揺動自在に連結したペダルからなり、上記連結ピンにトルクスプリングが巻回されて該トルクスプリングの一端はペダルに、他端は車体に当接するようになっており、かついずれか一方の当接部は一定の間隙を持って、ペダルが一定量踏込まれてから当接するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の倍力装置の反力機構。