JP4131423B2 - 流体反力を改善したブースト式ブレーキ装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両のブレーキに接続された流体回路内の流体圧力を制御するマスターシリンダを包含し、車両の運転者がブレーキペダルを踏み込んだ時にこのマスターシリンダを空気圧ブースタによって駆動でき、このペダルに反力を流体的に伝達するようにした、自動車用ブースト式ブレーキ装置に関する。
より詳細には、本発明は、一方において、ブレーキ流体を満たされ、共に軸線方向に作用する入力とブースト力から成る駆動力を受けてブレーキ流体の圧力を増大させるようになっている主流体ピストンを備えたマスターシリンダと、他方において、三方弁の開放を制御するプランジャに一体の制御ロッドに入力を加えることにより制御されて主流体ピストンに駆動力を発揮できる空気圧ブースタとを包含し、ブースタが、少なくとも１つの可動隔壁によって少なくとも２つの室に密封態様で区分された剛性ケーシングを包含し、可動隔壁が、三方弁の開放から生じる２つの室の圧力差によって作用され、三方弁を支持しブースト力を少なくとも伝達できケーシングに対して移動可能な空気圧ピストンと駆動でき、マスターシリンダの主流体ピストン自体が、ブースト力の少なくとも一部を受ける中空可動シリンダを含み、この可動シリンダ内では、少なくとも入力を受け得る反動ピストンが密封態様で軸線方向に摺動し、反動ピストンがプランジャと一体をなして、マスターシリンダの内部容積室に連通する反動室を可動シリンダ内に画定するようにした自動車用ブースト式ブレーキ装置に関する。
このような装置が、例えば、文献ＤＥ−３,９３３,６３６に記載されている。
流体反力を備えたこれらの装置は、ブレーキペダルに発揮された力によるブレーキ流体の圧力を最適に制御するとともに、作動の状態とは無関係に、ブレーキペダルに発揮された入力の関数としてマスターシリンダに圧力を与える作動特性曲線が一定であるという利点を有する。
しかしながら、これらの装置は、反動ピストンがプランジャに反力を伝える際、入力の作用速度に依存して起こる幾分急激な衝撃が、プランジャに一体の制御ロッド及びこの制御ロッドに関節連結されたブレーキペダルに伝達され、車両の運転者にはかえって不快な感覚として感じられるという欠点がある。さらに、これらの衝撃はプランジャ及び／又は反動ピストンを損傷し、ブレーキ装置の正確な作動を損ね、あるいは、いずれにしてもその寿命を短縮させ得るものである。
本発明はこれに関連するもので、その目的は、ブレーキペダルを踏み込んだ時に運転者により感じられる感覚が改善され、さらに、あらゆる状況のもとで高い信頼性をもって作動する一方、低コストとした、ブースト式ブレーキ装置を提案することにある。
この目的のため、上記序文における記載に一致する本発明によるブースト式ブレーキ装置は、本質的に、反動室とマスターシリンダの内部容積室との間に圧力調整装置が挿設され、この圧力調整装置を介して反動室がマスターシリンダの内部容積室に連通し、前記圧力調整装置が、第１弾性装置により前方へ押圧され第１停止部と第２停止部との間で移動できる浮動ピストンを包含し、この浮動ピストンが、反動室からマスターシリンダの内部容積室への連通を許容するが逆方向の連通を阻止する常閉の逆止弁を含み、この逆止弁が、所定値を超えるマスターシリンダの内部容積室内の圧力の作用のもとで浮動ピストンが後方へ移動された時に開放することを特徴としている。
この構成により、反力の変化は漸進的で、物理的パラメータすなわち反動室に流通する流体圧力の変化から生じており、前記文献に記載した装置の場合のように急激ではない。
有益的には、圧力調整装置は、マスターシリンダの内部容積室に流通する圧力と反動室に流通する圧力との一定の差を生起する。
本発明の更なる目的、特徴及び利点は、非限定的な例として添付図面を参照して行う一実施例の下記説明から明らかとなるであろう。
図１は、本発明に従って製作したブースト式ブレーキ装置の断面図である。
図２は、図１のブレーキ装置の中央部分の拡大断面図である。
図３は、ブレーキペダルに加えられた力の関数としてマスターシリンダにより発生された圧力の変化を表す、本発明によるブースト式ブレーキ装置の作動特性曲線図である。
本発明が空気圧ブースト式ブレーキ装置に対してなした改良にのみ関し、またこのような装置の全体構成及び作動が当業者にはよく知られているので、これらのブレーキ装置は、ここでは本発明が提供する改良を十分に理解できるように簡単に記載することとする。
概略的に、この型式のシステムは、ブースタ１００と、ブレーキモータ（図示しない）を駆動するようになっているマスターシリンダ２００とを包含する。
ブースタ１００は、車両のエンジン室をこの車両の乗員室から分離する防火壁（図示しない）に通常の態様で固定され、この乗員室内に位置されているブレーキペダルＰによって駆動されるように設計されている。車両の流体ブレーキ回路を制御するマスターシリンダ２００は、ブースタ１００の前方壁に固定される。
慣例により、マスターシリンダ２００に向かって指向するブースタ／マスターシリンダ組立体の部分を“前方”と称し、ブレーキペダルに向かって指向するこの組立体の部分を“後方”と称する。従って、図１及び２において、前方が左側で、後方が右側である。
ブースタ１００自体は、可動隔壁１６によって前方室１２と後方室１４とに密封態様で区分されている剛性ケーシング１０を包含しており、この可動隔壁は隔膜１８と剛性スカート２０とから成り、ケーシング１０の内部を移動できる空気圧ピストン２２を駆動することができる。
マスターシリンダ２００により前面を密封態様で閉鎖された前方室１２は、接続部１５を介して部分真空源に常時接続されている。後方室１４内の圧力は、制御ロッド２６により制御される三方弁２４によって制御され、この制御ロッドはブレーキペダルＰに連結され、プランジャ２８に一体である。
制御ロッド２６が右方に向けて引張られている休止位置にある時、弁２４はブースタの２つの室１２及び１４の連通を確立する。後方室１４は前方室１２と同じ部分真空を受けているので、ピストン２２はスプリング２５によって休止位置へ右方に向けて押し戻される。
左方に向かう制御ロッド２６の駆動は、まず第１に、室１２及び１４を互いに隔離するように弁２４を変位させる作用をなし、次いで第２に、後方室１４を大気圧に開放するようにこの弁を変位させる作用をなす。
隔膜１８によって感知される２つの室１２及び１４の圧力差は、ピストン２２を駆動しながら可動隔壁１６を左方に向けて変位させようとするスラストをこの隔壁に発揮し、そしてこのピストンがスプリング２５を圧縮しながら変位する。
従って、可動隔壁１６のスラストから生じるブレーキ倍力Ｆ₁又は“ブースト力”及び制御ロッド２６に発揮されるブレーキ力Ｆ₂又は“入力”は、マスターシリンダ２００の方向へブースタ１００の軸線Ｘ−Ｘ′方向に一緒に加えられ、マスターシリンダへの駆動力を形成するように連合される。
より詳細には、ブレーキ技術分野においてよく知られているように、ブースト力Ｆ₁はマスターシリンダの主流体ピストン３０に加えられて、該ピストンを（図１及び２中）左方へ移動させ、この移動が、マスターシリンダ２００の内部容積室Ｖ内に存在するブレーキ流体の圧力の上昇及びこの室に接続されたブレーキモータの駆動を導くこととなる。
図２からよくわかるように、主流体ピストン３０は実際には複合体であり、一方において中空可動シリンダ３２と、他方において可動シリンダ３２内を密封態様で摺動する反動ピストン３４とを包含する。反動ピストン３４は、図１に示されているようにプランジャ２８と一体にされているか、あるいは、図２に示されているようにプランジャ自体から成っている。
中空可動シリンダ３２の内部容積室３３は、壁３８（図１）に形成した開口を介してマスターシリンダ２００の内部容積室Ｖに連通しており、この壁には、マスターシリンダの主ピストンを構成する可動シリンダ３２とマスターシリンダの副ピストン４２との間の離間を調整する装置４０が固定される。
反動ピストン３４は、可動シリンダ３２内に反動室３６を画定する環状シール４４により、可動シリンダ３２内を密封態様で摺動できる。さらに、反動ピストン３４は制御ロッド２６に一体のプランジャ２８と一体であるので、反動ピストン３４は、図２に概略的に示されているように、制御ロッド２６に発揮された入力Ｆ₂を少なくとも受ける。
可動シリンダ３２は、リング４６を介して剛性スカート２０に連結されていて、この剛性スカート２０により発揮されるブースト力Ｆ₁の少なくとも一部を受ける。
浮動ピストン５０が可動シリンダ３２内に配設されていて、例えば止め輪により形成された第１停止部５２と後述する第２停止部５４との間で変位することができる。浮動ピストン５０は、可動シリンダ３２の肩部又は図示のように停止部５４に対して休止する第１スプリング５６によって前方へ押圧されるとともに、可動シリンダ３２に一体の停止部６０上に休止する第２スプリング５８によって後方へ押圧されている。
第１スプリング５６の休止時での予負荷Ｒ₁は、第２スプリング５８の休止時での予負荷Ｒ₂よりも大きく、このことは、休止時に浮動ピストンが第１停止部５２上に休止することを意味している。
浮動ピストン５０は中空であり、その内部には、図示の例ではボール弁により形成された逆止弁６２を含んでおり、この逆止弁のボール６４はスプリング６６によって浮動ピストン５０の弁座６８の方向に押圧されている。第２停止部５４は、この停止部５４の各側でブレーキ流体を自由に流通させ得る開口５３と、浮動ピストン５０が後方へ変位した時にボール６４をその弁座６８から持ち上げるようにこのボールに相互作用できる中央突起７２とを形成されており、休止時ボール６４と中央突起７２の前方端部との間には間隙Ｊが存在する。最後に、浮動ピストン５０は、可動シリンダ３２の断面積Ｓの孔５５内を環状シール７０により密封態様で摺動する。
次に、ここまで述べたブースト式ブレーキ装置の作動について説明する。
休止時、多数の可動部品は図１及び２に示した位置を占めており、特に、浮動ピストン５０は、スプリング５８の作用を差し引いたスプリング５６の作用のもとで、可動シリンダ３２の停止部５２に対し前方に向かって当接し、逆止弁６２は閉じている。さらに、弁２４は２つの室１２及び１４の連通を許容し、従って、これらの室は同じ低圧力にある。
ブレーキペダルへの初期の力は、制御ロッド２６のスプリングの予負荷を克服して、２つの室１２及び１４を互いに隔離する位置へ弁２４をもたらすように働く。従って、ブレーキペダルへのこの力の増大はマスターシリンダ内の圧力を増大させることはなく、ブースト式ブレーキ装置の無効行程として知られているものに相当する。これが図３の曲線上でセグメントＯＡで表されている。制御ロッド２６のスプリングの休止時での予負荷を調整することは、無効行程そしてセグメントＯＡの長さを所望の値に設定することを可能にしている。
制御ロッド２６がこの所定の距離を移動した後、弁２４は後方室１４を大気に開放し、ブースタの２つの室１２及び１４の間で圧力差が確立される。この圧力差は、剛性スカート２０及び可動シリンダ３２を前進させるブースト力Ｆ₁を生じさせる。
従って、マスターシリンダ２００の内部容積室Ｖ内の流体圧力Ｐ₁は上昇し、管（図示しない）によって車両のブレーキ伝達される。この圧力Ｐ₁はまた中空可動シリンダ３２の内部容積室３３にも伝達され、浮動ピストン５０の断面積Ｓに発揮される。
まず第１に、断面積Ｓに発揮されたこの圧力Ｐ₁によって発生される力は、浮動ピストンが受ける予負荷Ｒ、すなわち、スプリング５６及び５８の休止時での予負荷の差Ｒ＝（Ｒ₁−Ｒ₂）を超えることはなく、このことは、浮動ピストン５０が可動シリンダ３２に対して不動状態に保たれ、ボール６４がその弁座６８に対して休止しているため反動室３６内の圧力Ｐ₂が不変のままであることを意味している。従って、ブレーキペダルには反力は感知されない。この作動の第１位相は図３の曲線のセグメントＡＢで表されており、ここでは、入力の変化を伴うことなしに、マスターシリンダ２００及びブレーキ内の圧力Ｐ₁の増大が生じる。セグメントＡＢの長さはブースタの“ジャンプ”と称されている。
ブースタのジャンプは、浮動ピストン５０が受ける休止時での予負荷を調整することによって、所望の値に設定されてよい。例えば、図２に示されているように、停止部６０にねじを設けて可動シリンダ３２に形成したタッピング内へ螺入すればよい。
このように、可動シリンダ３２内へ停止部６０を螺入又は螺出することは、スプリング５８を圧縮又は弛緩し、従って浮動ピストン５０にこのスプリングが発揮する予負荷Ｒ₂を増大又は減少させる作用、すなわちジャンプの値をさらに増大又は減少させる作用を有する。
作動の第２位相において、容積室３３内で流体圧力Ｐ₁が上昇し、浮動ピストン５０の断面積Ｓに加えられた時に予負荷Ｒを克服するに十分となる所定の値に達する。従って、浮動ピストン５０は後方へ変位する。浮動ピストンは、図３の曲線の点Ｂで示されているように、ボール６４が突起７２に対して休止するための距離Ｊをまず最初に変位する。
圧力Ｐ₁の付加の増大は浮動ピストン５０の付加の後方変位を生じさせ、その結果、ボール６４がその弁座６８から持ち上げられ、容積室３３が反動室３６に連通せしめられる。従って、反動室３６内の圧力Ｐ₂が上昇して、反動ピストン３４の断面積Ｓ₂に発揮され、それから、この反動ピストンは後方へ指向する反力を受け、この反力を制御ロッド２６を介してブレーキペダルに伝達する。
反動室３６内の圧力のこの上昇から生じる反力の変化は、物理的パラメータすなわち反動室３６に流通する流体圧力の変化に一致するため、急激且つ連続的である。前記文献におけると同様に、マスターシリンダに流通する圧力を受けてプランジャに対して休止するようになるピストンから反力が生じる場合には、この反力は急激ではない。
こうして、ブレーキペダルで運転者により感じられる感覚が良好となる結果となり、この感覚は、弾性材料製の反動ディスクを装備したブースタにより与えられる感覚に匹敵し得るものである。
それから、反動ピストン３４は、その断面積Ｓ₂に、反動室３６に流通する流体圧力Ｐ₂を受け、この圧力Ｐ₂は、容積室３３及びマスターシリンダの容積室Ｖに流通する圧力Ｐ₁の関数であり、

に等しい。大きさ

は、構成により固定された定数である。
このように、突起７２と相互作用できるボール６４を備えた弁を含み予負荷Ｒを受ける浮動ピストン５０は、マスターシリンダ２００の内部容積室Ｖに流通する圧力Ｐ₁と反動室３６に流通する圧力Ｐ₂との一定の差を生起する圧力調整装置を構成する。
次に、上記圧力は反動ピストン３４に反力を生じさせ、この反力は入力Ｆ₁に抵抗し、従って、図３の曲線のセグメントＢＣで表されているように、マスターシリンダ及び車両のブレーキ内の流体圧力を制御すること可能にしている。
このセグメントＢＣの傾斜はブレーキ装置のブースト比を表している。このブースト比はまた、反動ピストン３４の断面積Ｓ₂に対する可動シリンダ３２の断面積Ｓ₁の比に等しい。
ブースタの後方室１４内の圧力が大気圧に達すると、ブースト力はその最大値に達し、従ってさらに増大することはできない。図３の曲線上の点Ｄで表され飽和として知られている現象が起こる。
点Ｄを越えて、すなわちセグメントＣＤでは、ブースト力Ｆ₁は一定のままであり、車両の減速度の増加は、入力Ｆ₂の相応した増大によって得られる。
上述したブレーキ装置の作動は、制御ロッド２６に対する入力の作用速度とは無関係に、各制動作用毎に繰り返される。運転者が力を釈放すると、前方及び後方室間で弁２４を介して再確立された連通は、スプリング２５の作用のもとで可動隔壁１６及び可動シリンダ３２を後方へ移動させ、マスターシリンダの内部容積室Ｖ内の圧力Ｐ₁を低下させる作用を有する。
従って、浮動ピストン５０は、スプリング５８の作用を差し引いたスプリング５６の作用のもとで戻り移動して停止部５２上に休止でき、反動室３６内の圧力Ｐ₂は、流体を反動室３６から可動シリンダ３２の内部容積室３３及びマスターシリンダの内部容積室Ｖに向けて流通できるボール６４を備えた弁を介して、低下し得る。それから、多数の可動部品が図１及び２に示されているそれらの休止位置へ戻る。
このように、本発明によると、流体反力を備えたブースト式ブレーキ装置は、ブレーキペダルへの衝撃を感じることなしに、車両の運転者がブレーキ流体の圧力を非常に正確に制御できるため、改善された作動特性を呈することを達成している。この結果を得るのに用いられる手段は、比較的簡単で低コストであり、あらゆる状況において高い信頼性をもって作動する。
勿論、本発明は、当業者には明白で且つ本発明の範囲内にある多数の変形例をも包含できるものである。従って、例えば、本発明は、同等の容易さをもって、図示したような単一のブースタにも、タンデムに装着されたブースタにも適用できる。

Claims (9)

1. 一方において、ブレーキ流体を満たされ、共に軸線方向（Ｘ−Ｘ′）に作用する入力（Ｆ₂）とブースト力（Ｆ₁）とから成る駆動力（Ｆ）を受けてブレーキ流体の圧力（Ｐ₁）を増大させるようになっている主流体ピストン（３０）を備えたマスターシリンダ（２００）と、他方において、三方弁（２４）の開放を制御するプランジャ（２８）に一体の制御ロッド（２６）に入力（Ｆ₂）を加えることにより制御されて主流体ピストン（３０）に駆動力（Ｆ）を発揮できる空気圧ブースタ（１００）とを包含し、ブースタが、少なくとも１つの可動隔壁（１６）によって少なくとも２つの室（１２，１４）に密封態様で区分された剛性ケーシング（１０）を包含し、可動隔壁が、三方弁（２４）の開放から生じる２つの室（１２，１４）の圧力差によって作用され、三方弁（２４）を支持しブースト力（Ｆ₁）を少なくとも伝達できケーシング（１０）に対して移動可能な空気圧ピストン（２２）を駆動でき、マスターシリンダ（２００）の主流体ピストン（３０）自体が、ブースト力（Ｆ₁）の少なくとも一部を受ける中空可動シリンダ（３２）を含み、この可動シリンダ内では、少なくとも入力（Ｆ₂）を受け得る反動ピストン（３４）が密封態様で軸線方向に摺動し、反動ピストン（３４）がプランジャ（２８）と一体をなして、マスターシリンダ（２００）の内部容積室（Ｖ）に連通する反動室（３６）を可動シリンダ（３２）内に画定するようにした自動車用ブースト式ブレーキ装置において、反動室（３６）とマスターシリンダ（２００）の内部容積室（Ｖ）との間に圧力調整装置（５０，６４，７２）が挿設され、この圧力調整装置を介して反動室（３６）がマスターシリンダ（２００）の内部容積室（Ｖ）に連通し、前記圧力調整装置（５０，６４，７２）が、第１弾性装置（５６，５８）により前方へ押圧され第１停止部（５２）と第２停止部（５４）との間で移動できる浮動ピストン（５０）を包含し、この浮動ピストンが、反動室（３６）からマスターシリンダ（２００）の内部容積室（Ｖ）への連通を許容するが逆方向の連通を阻止する常閉の逆止弁（６４，６８）を含み、この逆止弁（６４，６８）が、所定値を超えるマスターシリンダ（２００）の内部容積室（Ｖ）内の圧力（Ｐ ₁ ）の作用のもとで浮動ピストン（５０）が後方へ移動された時に開放することを特徴とするブースト式ブレーキ装置。
2. 請求項１記載のブレーキ装置において、圧力調整装置（５０，６４，７２）が、マスターシリンダ（２００）の内部容積室（Ｖ）に流通する圧力（Ｐ₁）と反動室（３６）に流通する圧力（Ｐ₂）との一定の差を生起することを特徴とするブースト式ブレーキ装置。
3. 請求項２記載のブレーキ装置において、逆止弁（６４，６８）がボール弁を包含し、このボール弁のボール（６４）が第２弾性装置（６６）により浮動ピストン（５０）に形成した弁座（６８）に向けて押圧されていることを特徴とするブースト式ブレーキ装置。
4. 請求項３記載のブレーキ装置において、第２停止部（５４）が、この第２停止部（５４）に向けて浮動ピストン（５０）が移動される時にボール（６４）をその弁座（６８）から持ち上げることができる突起（７２）を含んでいることを特徴とするブースト式ブレーキ装置。
5. 請求項２記載のブレーキ装置において、第１弾性装置が、浮動ピストン（５０）を第１停止部（５２）に対して休止する休止位置へ前方に押圧するスプリング（５６）を含んでいることを特徴とするブースト式ブレーキ装置。
6. 請求項２記載のブレーキ装置において、第１弾性装置が、浮動ピストン（５０）を第１停止部（５２）に対して休止する休止位置へ前方に押圧する第１スプリング（５６）と、浮動ピストン（５０）を後方へ押圧する第２スプリング（５８）とを含んでおり、第１スプリング（５６）の休止時での予負荷（Ｒ₁）が第２スプリング（５８）の休止時での予負荷（Ｒ₂）よりも大きいことを特徴とするブースト式ブレーキ装置。
7. 請求項６記載のブレーキ装置において、第２スプリング（５８）の休止時での予負荷（Ｒ２）が調整可能であることを特徴とするブースト式ブレーキ装置。
8. 請求項７記載のブレーキ装置において、第２スプリング（５８）が、可動シリンダ（３２）内にその軸線方向位置を調整できるように形成された第３停止部（６０）と浮動ピストン（５０）との間の配設されていることを特徴とするブースト式ブレーキ装置。
9. 請求項８記載のブレーキ装置において、第３停止部（６０）がねじを設けられ、可動シリンダ（３２）に形成したタッピング内へ螺入することを特徴とするブースト式ブレーキ装置。

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