JP4239118B2 - ブレーキ液圧制御システム用シリンダ装置 - Google Patents

ブレーキ液圧制御システム用シリンダ装置 Download PDF

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    • B60T8/4086Systems with stroke simulating devices for driver input the stroke simulating device being connected to, or integrated in the driver input device

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のブレーキ系統に係り、特にブレーキペダルの操作に応じて液圧源からの液圧を制御しホイールシリンダへ供給するブレーキ液圧制御システム、いわゆるブレーキバイワイヤ(BBW)システムに用いるシリンダ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種のBBWシステムには、通常、システムが失陥した時に作動するフェイルセイフ用のマスタシリンダとシステムの正常動作時にブレーキペダルの必要なストロークを確保するストロークシミュレータとが装備されている。このようなBBWシステムにおいて、前記ストロークシミュレータとしては、従来一般にはマスタシリンダの液圧に応じて容積変化するアキュムレータまたはダンパが用いられていたが、このものでは、アキュムレータまたはダンパへ供給する液量に加えてホイールシリンダへ供給する液量をマスタシリンダに確保しなければならず、大型のマスタシリンダが必要になって、装置の大型化が避けられないようになる。
【0003】
そこで、例えば、特開平7−165031号公報に記載のブレーキ制御装置(BBWシステム)では、同公報から抜粋して図4に示すように、ブレーキペダルaとマスタシリンダbとの間に、マスタシリンダb側の第1ロッドf1と、ブレーキペダルa側の第2ロッドf2と、第1および第2のロッドf1とf2との間に介装したスプリングf3とからなるペダルフィーリング調整機構(ストロークシミュレータ)fを設け、システムの正常動作時には、前記スプリングf3を短縮させてブレーキペダルaの必要なストロークを確保し、システムの失陥時すなわちフェイルセーフ時には、第1ロッドf1に第2ロッドf2を当接させて、ブレーキペダルaの踏力を直接マスタシリンダbに伝えるようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載のストロークシミュレータによれば、フェイルセーフ時にマスタシリンダが作動する場合、運転者は、システムの正常動作時にストロークシミュレータfによって消費されるストロークにマスタシリンダ(ピストン)のストローク分を上乗せした分だけブレーキペダルaを踏込む必要があり、いわゆる無効ストロークが大きくなって、同一減速度を得るのに通常制動時よりも大きくかつ強くブレーキペダルaを踏み込まなければならず、ブレーキ操作が極めて難しくなるという問題があった。
【0005】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、フェイルセーフ時の無効ストロークを大幅に低減し、もってブレーキ操作性を犠牲にすることなくブレーキペダルの必要なストロークを確保できるストロークシミュレータ機能を備えたブレーキ液圧制御システム用シリンダ装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、ブレーキペダルの操作に応じて液圧源からの液圧を制御しホイールシリンダへ供給するブレーキ液圧制御システムに用いるシリンダ装置であって、前記ブレーキ液圧制御システムの失陥時に前記ホイールシリンダへ液を供給するタンデムマスタシリンダを備え、該タンデムマスタシリンダには、シリンダ本体内を摺動するプライマリピストンとセコンダリピストンとが設けられ、前記プライマリピストンと前記セコンダリピストンとの間にプライマリ圧力室が形成されて第1スプリングが配置されるとともに前記セコンダリピストンと前記シリンダ本体との間にセコンダリ圧力室が形成されて第2スプリングが配置されており、前記セコンダリピストンのストローク量が所定量以下の場合に前記プライマリ圧力室をリザーバへ連通させる連通手段が設けられるとともに、前記セコンダリピストンのストローク量が所定量を超える場合に前記連通手段の連通を遮断する連通遮断手段が前記セコンダリピストンに設けられ、該連通遮断手段が前記連通手段の連通を遮断していないときに前記第1スプリングのみにより前記ブレーキペダルへの反力を発生させることを特徴とする。
【0007】
このように構成したシリンダ装置においては、BBWシステムの正常動作時は、セコンダリピストンのストローク量がわずかであるので、連通遮断手段によってプライマリ圧力室内の液がリザーバへ排出され、該プライマリ圧力室内のリターンスプリングが短縮してブレーキペダルの必要なストロークが確保され、その全体がストロークシミュレータとして機能する。一方、BBWシステムの失陥時いわゆるフェイルセーフ時は、セコンダリ圧力室内の液が一系統のホイールシリンダへ供給されることでセコンダリピストンのストローク量が大きくなるので、連通遮断手段がプライマリ圧力室とリザーバとの連通を遮断し、これにより該プライマリ圧力室内の液も他系統のホイールシリンダへ供給可能となり、その全体がフェイルセーフ用マスタシリンダとして、かつホイールブレーキ系統の失陥にも対処できるタンデムマスタシリンダとして機能する。しかも、このタンデムマスタシリンダとして機能する際は、ストロークシミュレータとして機能するプライマリ圧力室内のリターンスプリングの短縮は必要最小限となるので、無効ストロークが減じ、ブレーキ操作性が犠牲になることはない。
【0008】
本発明において、上記連通手段には、オリフィス状に絞ったポートが設けられていることが望ましい。また、上記連通手段は、前記リザーバに連通する第1のポートと、前記プライマリ圧力室に連通する第2のポートと、前記セコンダリピストンの周りに設けられ前記第1のポートと第2のポートとの間を連通する環状室とを有し、前記連通遮断手段は、前記セコンダリピストンに設けられ該セコンダリピストンのストローク量に応じて前記第1のポートと第2のポートとの間を連通・遮断するシール部材により構成されることが望ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0010】
図2は、本発明に係るシリンダ装置を含むブレーキ液圧制御システム(BBWシステム)の全体的構成を示したものである。同図において、1は、ブレーキペダル2に作動連結された本発明に係るシリンダ装置、3は、ブレーキペダル2の操作に応じて所定の液圧を発生し四輪のホイールシリンダ4(4A,4B,4C,4D)に供給する液圧制御装置、5(5A,5B,5C,5D)は、各ホイールシリンダ4に対してシリンダ装置1と液圧制御装置3とを選択的に接続するフェイルセーフ弁である。本シリンダ装置1は、後に詳述するようにタンデムマスタシリンダとしての機能とストロークシミュレータとしての機能とを併せ持つもので、その発生液圧は、前・後輪単位でまたはX型配列で集約した二系統のホイールシリンダ4Aと4B並びに4Cと4Dへ配管6、7を通じて供給されるようになっている。なお、各フェイルセーフ弁5は、常時は各ホイールシリンダ4を本シリンダ装置1に接続するようにその位置が設定されている。
【0011】
本実施の形態において、上記液圧制御装置3は液圧源8と、液圧制御弁9と電子制御ユニット(ECU)10とを備えている。液圧制御弁9は、ここでは電子制御ユニット10からの指令で作動するリニアソレノイド(図示略)の推力に応じて液圧源8からの液圧を調圧(制御)する機能を有している。電子制御ユニット10、ブレーキペダルの踏込みを検知するブレーキランプスイッチ11からの信号に基づき各フェイルセーフ弁5(5A,5B,5C,5D)を液圧制御装置3側へ切換えると共に、液圧制御弁9内の前記リニアソレノイドに供給する電流を制御し、これにより液圧制御弁9は所定の液圧を発生し、該液圧は各フェイルセーフ弁5を介して四輪のホイールシリンダ4(4A,4B,4C,4D)へ均等に供給されるようになる。なお、この液圧供給によっても各ホイールシリンダ4への液圧が上昇しないことが、対応する液圧センサ12によって確認されると、電子制御ユニット10は、フェイルセーフ弁5を図示の位置に復帰させて、本シリンダ装置1の発生液圧を直接各ホイールシリンダ4へ供給できるようにする。
【0012】
本シリンダ装置1は、図1に示すように、有底筒状のシリンダ本体20を備え、このシリンダ本体20内に二つのピストン、すなわち第1ピストン21と第2ピストン22とを配設している。各ピストン21、22は、シリンダ本体20内に嵌装した二つのスリーブ23、24によりそれぞれ摺動案内されるようになっている。二つのスリーブ23、24は、スペーサ25およびその前・後のストップリング26、27を介して連接されると共に、シリンダ本体20の開口端部に螺合したカップ状のカバー28により押えられて、その位置が不動となっている。
【0013】
上記シリンダ本体20と二つのスリーブ23、24との間は、それぞれOリング29、30によりシールされている。また、シリンダ本体20の開口端側のスリーブ(以下、第1スリーブという)23と第1ピストン21との間は該スリーブ23に保持させたシール部材31により、シリンダ本体20の内底側のスリーブ(以下、第2スリーブという)24と第2ピストン22との間は第2ピストン22に保持させたシール部材32によりそれぞれシールされている。これにより、シリンダ本体20内には、二つのピストン21と22との間、第2ピストン22とシリンダ本体20の内底との間にそれぞれ密閉の圧力室、すなわち第1圧力室33と第2圧力室34とが区画形成されている。
【0014】
上記第1圧力室33には、二つのばね体35,36からなる第1スプリング37が配設されている。二つのばね体35,36は、第1ピストン21の先端に装着したばね受け38と第2ピストン22の軸端に装着したばね受け39との間に、中間のフリーのばね受け40を介して直列に配置されている。一方、第2ピストン22の先端部(シリンダ本体20への挿入端部)はカップ部22aとなっており、このカップ部22aを含む第2圧力室34内には第2スプリング41が配設されている。この第2スプリング41は、軸部材42を介して相互に接近離間可能に連結された二つのカップ状ばね受け43と44に両端を着座させた状態で配置され、常時は第2ピストン22を第1ピストン21側へ付勢している。
【0015】
また、シリンダ本体20には、第2スリーブ24の周りであって前記Oリング30より第1圧力室33寄りの部分に形成された環状通路45に開口する第1吐出ポート46が穿設されると共に、該シリンダ本体20の先端部には前記第2圧力室34に開口する第2吐出ポート47が穿設されている。前記スリーブ24の周りの環状通路45は前記一方のストップリング26に形成した溝を介して第1圧力室33に連通しており、したがって、この第1吐出ポート46は、実質的に第1圧力室33に開口するものとなっている。そして、第2吐出ポート47には、前記一系統のホイールシリンダ4Aおよび4Bから延ばされた前記配管6の一端が接続されると共に、第1吐出ポート46には、他の系統のホイールシリンダ4Cおよび4Dから延ばされた前記配管7が接続されている。
【0016】
上記した各要素は、汎用のタンデムマスタシリンダの構成要素と実質的に同じもので、その第1、第2ピストン21、22はタンデムマスタシリンダのプライマリピストン、セコンダリピストンにそれぞれ相当し、その第1、第2圧力室33、34はタンデムマスタシリンダのプライマリ圧力室、セコンダリ圧力室にそれぞれ相当し、その第1、第2スプリング37、41はタンデムマスタシリンダのプライマリスプリングセコンダリスプリングにそれぞれ相当する。そして、第1ピストン21は、その後端部に形成した凹部21aに前記ブレーキペダル2から延ばし入力軸2a(図2)を受入れることにより、該ブレーキペダル2の踏込みに応じてシリンダ本体20内をその奥側へ前進するようになっている。
【0017】
ここで、第2圧力室34内の第2スプリング41のセット荷重は、第1圧力室33内の第1スプリング37の合成セット荷重よりも大きく設定されており、したがって、第2ピストン22は、常時は軸部材42を最大に伸長させた後退端に位置決めされている。また、第1スプリング37を構成する二つのばね体は、その一方のばね体35のばね常数が他方のばね体36のばね常数よりも小さく設定されており、したがって、第1スプリング37は二段階で伸縮するようになっている。さらに、上記シリンダ本体20内の二つのピストンは、その第1ピストン21の受圧面積Aが第2ピストン22の受圧面積Bよりも大きくなるように設定されている。
【0018】
シリンダ本体20にはまた、第2ピストン22のカップ部22aとの間をシールするシール部材50が保持されている。また、第2スリーブ24の先端側の周りには、前記Oリング30により一端が閉止された環状室51が形成されている。一方、シリンダ本体20には、その前・後部に離間してリザーバ52(図)内の独立の室にそれぞれ連通する二つのリザーバポート53、54が設けられており、その前側のリザーバポート53が前記環状室51に開口している。また、この環状室51は、第2スリーブ24に設けたポート55と第2ピストン22のカップ部22aに設けたポート56とにより前記第2圧力室34に連通させられている。第2ピストン22のカップ部22aに設けたポート56は、前記した第2ピストン22の後退端において前記シール部材50からわずか後方へ離間する位置に設定されており、したがって、第2ピストン22がその後退端からわずか前進すると、該ポート56がシール部材50にラップし、第2圧力室34は密閉室として区画されるようになる。
【0019】
また、第2ピストン22の周りには環状室57が形成されており、この環状室57は、第2スリーブ24に設けたポート58,59を通じて第2スリーブ24の周りの前記環状室51、環状通路45にそれぞれ連通させられている。第2ピストン22に保持させた上記シール部材(連通遮断手段)32は、第2ピストン22の後退端において、前記環状通路45に連通するポート59よりもわずか後方(第1圧力室33側)となる位置に設けられており、第2ピストン22の後退端において、第1圧力室33内が第2スリーブ24の周りの環状通路45、第2スリーブ24の一方のポート59、第2ピストン22の周りの環状室57、第2スリーブ24の他方のポート58、第2スリーブ24の周りの環状室51およびシリンダ本体20の前部側のリザーバポート53を通じてリザーバ52に連通する状態となる。上記の通路、室、ポートが本実施の形態における連通手段を構成している。なお、第2スリーブ24の一方のポート59は、その一部がオリフィス状に絞られている。
【0020】
一方、上記第1スリーブ23の前側に配置したストッパリング27には、シリンダ本体20との間をシールするOリング60と第1ピストン21との間をシールするシール部材61とが保持されている。また、第1スリーブ23と前記ストッパリング27の周りには、2つのOリング29と60の間に位置して共通の環状室62が設けられており、この環状室62には、シリンダ本体20に設けられた後部側のリザーバポート54が開口している。また、第1ピストン21の先端部には、前記第1圧力室33に連通する凹部21bが設けられており、この凹部21b内と前記環状室62との間は、第1ピストン21に設けたポート63および第1スリーブ23に設けたポート64とにより連通させられている。第1ピストン21の後退端において、そのポート63はストッパリング27に保持されたシール部材61よりわずか後方(シリンダ本体20の開口端側)に位置決めされるようになっており、第1ピストン21の後退端において、第1圧力室33内が第1ピストン21のポート63、第1スリーブ23のポート64、第1スリーブ23の周りの環状室62およびシリンダ本体20の後部側のリザーバポート54を通じてリザーバ52に連通する状態となる。
【0021】
以下、上記のように構成したシリンダ装置1を含むBBWシステムの作用を説明する。
先ず、液圧制御装置3が正常に動作している場合について説明する。この場合は、フェイルセーフ弁5が液圧制御装置3側へ切換えられるため、シリンダ装置1内の第1、第2圧力室33、34内の液の吐出は遮られている。この状態の基、ブレーキペダル2が踏込まれると第1ピストン21が前進して第1スプリング37の反力が高まり、これに応じて第2ピストン22も前進する。そして、両ピストン21、22が前進すると、第1ピストン21のポート63がシール部材61にラップして、第1圧力室33とシリンダ本体20の後部側のリザーバポート54との連通が遮断される一方で、第2ピストン22のポート56がシール部材50にラップし、これにより第2圧力室34内に液が封じ込められて、第2ピストン22は直ちに前進を停止する。
【0022】
この第2ピストン22が停止した状態では、第2ピストン22に保持させたシール部材32は第2スリーブ24のポート59にラップしておらず、これにより第1圧力室33内の液は、環状通路45、ポート59、環状室57、ポート58および環状室51を経てシリンダ本体20の前部側のリザーバポート53からリザーバ52へ逃がされる。したがって、第1スプリング37は自由に短縮できる状態となり、この第1スプリング37の短縮によりブレーキペダル2の必要なストロークが確保され、本シリンダ装置はストロークシミュレータとして機能する。この時、第1スプリング37を構成する二つのばね体35、36にばね常数の差があるので、先ず、ばね常数の小さい一方のばね体35が主となり短縮し、続いてばね常数の大きい他方のばね体36のみが短縮する。すなわち、ブレーキペダル2の踏込みに応じてその途中から反力の増加割合が増大し、実際に則したペダルフィーリング性が確保される。また、急制動の場合は、オリフィス状に絞ったポート59が第1圧力室33からリザーバ52へ排出される液の大きな流通抵抗となるので、ブレーキペダル2の操作スピードに応じた反力成分が発生し、同様に実際に則したペダルフィーリング性が確保される。
【0023】
次に、液圧制御装置3が失陥した場合について説明する。この場合は、図2に示すように、フェイルセーフ弁5が切換わってシリンダ装置1がホイールシリンダ4へ接続される。この状態でブレーキペダル2が踏込まれると第1ピストン21と第2ピストン22とが一体的に前進し、第2圧力室34内の液が吐出ポート47を通じて一系統のホイールシリンダ4A,4Bへ供給される。この結果、第2ピストン22に保持されたシール部材32が第2スリーブ24のポート59にラップし、第1圧力室33はリザーバ52と遮断される一方で、他系統のホイールシリンダ4C,4Dに接続された状態となる。この場合、第1圧力室33は、第2ピストン22よりも受圧面積の大きい第1ピストン21の前進でその容積が縮小し、必要な液量が他系統のホイールシリンダ4C,4Dへ供給され、本シリンダ装置は一般的なタンデムマスタシリンダとして機能する。すなわち、本シリンダ装置は、液圧制御装置3の失陥に対してはもちろん、ホイールブレーキ系統の失陥に対しても有効にフェイルセーフ機能を発揮するものとなる。しかも、前記した受圧面積差により第1、第2ピストン21、22はその間隔をほぼ一定としたまま移動するので、第1スプリング37はほとんど短縮せず、したがって、無効ストロークがほとんどなくなって所望のブレーキ操作性が確保されるばかりか、この第1スプリング37からの反力で第1圧力室33内の液圧発生効率が低下することもなくなる。
【0024】
図3は、本発明の他の実施の形態としてのシリンダ装置の構造を示したものである。なお、本シリンダ装置1′の基本構造は前出図1に示したシリンダ装置1と同じであるので、ここでは、同一構成要素には同一符号を付し、その説明は省略することとする。本実施の形態の特徴とするところは、上記第1圧力室33を前部側のリザーバポート53に連通する流通路を完全に遮断して、該第1圧力室33を後部側のリザーバポート54に通じるリザーバ52内の一室に連通させるようにした点にある。このため、本実施の形態では、該リザーバポート54に通じる第2スリーブ24の周りの環状室51を、第2スリーブ24に保持させた他のOリング70により前後に二分割し、この分割により形成された新たな環状室(二つのOリング70と30との間の室)71を、シリンダ本体20の壁内に形成した軸方向通路72を介して、後部側のリザーバポート54が開口するリザーバ取付部73内に連通させるようにしている。
【0025】
本シリンダ装置1′によれば、非作動中は、第1圧力室33と第2圧力室34とがリザーバ52内の独立の室に連通された状態となるので、例えば、第2圧力室34に通じる配管6が失陥して、非作動中にリザーバ52内の一室の液が自然に空になったとしても、リザーバ52内の他の室に連通する第1圧力室33内には十分な液が蓄えられる、フェイルセーフ用マスタシリンダとしての機能が維持されることとなって、装置に対する信頼性は向上する。因みに、上記実施の形態におけるシリンダ装置1(図1)の場合は、非作動中は、第1圧力室33と第2圧力室34とが相互に連通し、かつ共にリザーバ52内の一室に連通された状態となるので、前記した事態が起こるとリザーバ52内の液が完全に外部に漏出する状態となる。
【0026】
なお、ホイールブレーキ側に失陥がない場合における本シリンダ装置1′の作用は、上記実施の形態におけるシリンダ装置1と実質同じであり、ストロークシミュレータとして機能する際は、第1圧力室33内の液が新たな環状室71、軸方向通路72およびリザーバ取付部73を介してリザーバ52に連通され、また、フェイルセーフ用タンデムマスタシリンダとして機能する際は、第2スリーブ24のポート59に対するシール部材32のラップにより第1圧力室33とリザーバ52との連通が遮断される。
【0027】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係るブレーキ液圧制御システム用シリンダ装置によれば、連通手段と連通遮断手段とにより、システムの正常動作時には第1スプリングのみによりストロークシミュレータとして機能させ、システムの失陥時はストロークシミュレータの機能を停止してフェイルセーフ用マスタシリンダとして機能させることができるので、システムの正常動作時にはブレーキペダルの必要なストロークを確保することができることはもちろん、フェイルセーフ時には無効ストロークを減じてブレーキ操作性が犠牲になるのを防止することができる。また、フェイルセーフ用マスタシリンダは、そのままタンデムマスタシリンダとして機能するので、ホイールブレーキ系統の失陥にも有効に対処でき、本装置に対する信頼性は著しく向上する。また、プライマリ圧力室からリザーバへ排出される液の流通抵抗によりブレーキペダルの操作スピードに応じた反力成分が発生するので、システムの正常動作時は所望のペダルフィーリング性を確保できる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るブレーキ液圧制御システム用シリンダ装置の構造を示す断面図である。
【図2】本シリンダ装置を含むブレーキ液圧制御システムの系統図である。
【図3】本シリンダ装置の他の実施の形態を示す断面図である。
【図4】従来のストロークシミュレータの構造を示す模式図である。
【符号の説明】
1,1´ シリンダ装置
2 ブレーキペダル
3 液圧制御装置
4(4A,4B,4C,4D) ホイールシリンダ
5(5A,5B,5C,5D) フェイルセーフ弁
8 液圧源
9 液圧制御弁
10 電子制御装置
20 シリンダ本体
21 第1ピストン(プライマリピストン)
22 第2ピストン(セコンダリピストン)
23,24 スリーブ
33 第1圧力室(プライマリ圧力室)
34 第2圧力室(セコンダリ圧力室)
37 第1スプリング(プライマリスプリング)
41 第2スプリング(セコンダリスプリング)
32 シール部材(連通遮断手段)
45 環状通路(連通手段)
51,57,71 環状室(連通手段)
52 リザーバ
53,58,59,72 ポート(連通手段)

Claims (3)

  1. ブレーキペダルの操作に応じて液圧源からの液圧を制御しホイールシリンダへ供給するブレーキ液圧制御システムに用いるシリンダ装置であって、前記ブレーキ液圧制御システムの失陥時に前記ホイールシリンダへ液を供給するタンデムマスタシリンダを備え、該タンデムマスタシリンダには、シリンダ本体内を摺動するプライマリピストンとセコンダリピストンとが設けられ、前記プライマリピストンと前記セコンダリピストンとの間にプライマリ圧力室が形成されて第1スプリングが配置されるとともに前記セコンダリピストンと前記シリンダ本体との間にセコンダリ圧力室が形成されて第2スプリングが配置されており、前記セコンダリピストンのストローク量が所定量以下の場合に前記プライマリ圧力室をリザーバへ連通させる連通手段が設けられるとともに、前記セコンダリピストンのストローク量が所定量を超える場合に前記連通手段の連通を遮断する連通遮断手段が前記セコンダリピストンに設けられ、該連通遮断手段が前記連通手段の連通を遮断していないときに前記第1スプリングのみにより前記ブレーキペダルへの反力を発生させることを特徴とするブレーキ液圧制御システム用シリンダ装置。
  2. 前記連通手段には、オリフィス状に絞ったポートが設けられていることを特徴とする請求項1に記載のブレーキ液圧制御システム用シリンダ装置。
  3. 前記連通手段は、前記リザーバに連通する第1のポートと、前記プライマリ圧力室に連通する第2のポートと、前記セコンダリピストンの周りに設けられ前記第1のポートと第2のポートとの間を連通する環状室とを有し、前記連通遮断手段は、前記セコンダリピストンに設けられ該セコンダリピストンのストローク量に応じて前記第1のポートと第2のポートとの間を連通・遮断するシール部材により構成されることを特徴とする請求項1または2に記載のブレーキ液圧制御システム用シリンダ装置。
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