JP4496969B2 - 車両用ブレーキ装置 - Google Patents

Description

本発明は、運転者のブレーキ操作に対して適度なストロークや反力を生成するストロークシミュレータを備えた車両用ブレーキ装置に関するものである。

一般に、油圧回路を用いたブレーキバイワイヤシステムは、通常時には、マスターシリンダからホイールシリンダへの液圧経路を遮断した状態でブレーキ操作に応じた液圧をポンプ等によってホイールシリンダへ伝達し、フェールセーフ時には、マスターシリンダからホイールシリンダへの液圧経路を開放し、ブレーキ操作に応じた液圧をマスターシリンダからホイールシリンダへ伝達するように構成されている。

このようなブレーキバイワイヤシステムでは、マスターシリンダからホイールシリンダへの液圧経路を遮断した通常時に、運転者のブレーキ操作に対して適度なペダルストロークやペダル反力を生成するために、マスターシリンダの液圧に応じて弾性収縮可能なストロークシミュレータが設けられている（特許文献１参照）。
特開平５−１７６４０７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された従来例にあっては、ブレーキバイワイヤのフェールセーフ時に、マスターシリンダの液圧はホイールシリンダのみならずストロークシミュレータにも伝達されてしまうので、このストロークシミュレータが弾性収縮する分だけ、必要な減速度を得るためのペダルストロークが増加してしまう。
そこで、本発明は上記の問題に着目してなされたものであり、運転者のブレーキ操作に対して適度なストロークや反力を生成するストロークシミュレータを設ける場合、ブレーキバイワイヤのフェールセーフ時にブレーキ操作のストローク増加を抑制できる車両用ブレーキ装置の提供を課題としている。

上記の課題を解決するために、本発明に係る車両用ブレーキ装置は、運転者のブレーキ操作に応じて第１のピストンが押圧されるときに流体圧を発生するマスターシリンダと、マスターシリンダで発生した流体圧に応じて第２のピストンが押圧されることで当該流体を貯留すると共に、当該第２のピストンの押圧方向が前記第１のピストンの押圧方向と対向するように配置されたストロークシミュレータと、マスターシリンダで発生した流体圧が伝達されるときに制動力を発生するホイールシリンダと、マスターシリンダ及びホイールシリンダ間で流体圧を伝達するための流路を開閉可能な開閉バルブと、前記第１及び前記第２のピストンの間に介在し当該第１及び第２のピストンの押圧方向に進退可能なロッドと、を備えることを特徴とする。

本発明に係る車両用ブレーキ装置によれば、開閉バルブが開放されている状態で第１のピストンが押圧される際、この第１のピストンと、第１のピストンと第２のピストンとの間にあるロッドが前進することによって、ストロークシミュレータ内の第２のピストンを押圧して、ストロークシミュレータに貯留可能な流体量を制限することで、簡素な構造で確実にストロークシミュレータへの流体の貯留に伴う無駄なストローク増加を抑制することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、ブレーキシステムの概略構成図である。運転者のブレーキ操作が入力されるブレーキペダル１は、インプットロッド１ａを介してタンデム式のマスターシリンダ２に連結されている。
マスターシリンダ２には、セカンダリリターンスプリング２ａ、セカンダリピストン２ｂ、プライマリリターンスプリング２ｃ、プライマリピストン２ｄが順に挿入されており、このプライマリピストン２ｄにプッシュロッド１ａの先端が接続されている。セカンダリリターンスプリング２ａが介在されたセカンダリ圧力室２ｅ、及びプライマリリターンスプリング２ｃが介在されたプライマリ圧力室２ｆは、夫々、リリーフポートを経てリザーバタンク２ｇに連通している。

このマスターシリンダ２では、プッシュロッド１ａの前進により、ピストン２ｄ・２ｂが押圧されリターンスプリング２ｃ・２ａの弾性力に抗して前進すると、各ピストン２ｄ・２ｂがリリーフポートを閉鎖して圧力室２ｆ・２ｅを密封し、以降のピストン２ｄ・２ｂの前進に応じて圧力室２ｆ・２ｅで液圧が発生する。また、上昇していた液圧やリターンスプリング２ｃ・２ａの弾性力によって各ピストン２ｄ・２ｂが後退するときに、圧力室２ｆ・２ｅで発生している液圧が減少し、再びリリーフポートが開放されてリザーバタンク２ｇと連通したときに、圧力室２ｆ・２ｅで発生していた液圧が完全に消失する。

マスターシリンダ２で発生する液圧は、車輪に配設されたホイールシリンダ３ＦＬ〜３ＲＲへの伝達が可能になっている。具体的には、プライマリ圧力室２ｆの液圧がリア左右のホイールシリンダ３ＲＬ・３ＲＲに伝達可能で、セカンダリ圧力室２ｅの液圧がフロント左右のホイールシリンダ３ＦＬ・３ＦＲに伝達可能に構成されている。ここでは、ブレーキ系統を前後輪で分割する前後スプリット方式を採用しているが、勿論、前左と後右そして前右と後左で分割するダイアゴナルスプリット方式を採用してもよい。

各ホイールシリンダ３ＦＬ〜３ＲＲは、ディスクロータをブレーキパッドで挟圧して制動力を発生させるディスクブレーキや、ブレーキドラムの内周面にブレーキシューを押圧して制動力を発生させるドラムブレーキに内蔵されている。
プライマリ側の液圧系統では、マスターシリンダ２及びホイールシリンダ３ＲＬ・３ＲＲ間の流路を閉鎖可能なゲートバルブ４ｒと、ゲートバルブ４ｒ及びホイールシリンダ３ＲＬ（３ＲＲ）間の流路を閉鎖可能なインレットバルブ５ＲＬ（５ＲＲ）と、インレットバルブ５ＲＬ（５ＲＲ）及びホイールシリンダ３ＲＬ（３ＲＲ）間とマスターシリンダ２のリザーバタンク２ｇとを連通した流路を開放可能なアウトレットバルブ６ＲＬ（６ＲＲ）と、アウトレットバルブ６ＲＬ・６ＲＲ及びリザーバタンク２ｇ間に吸入側を連通し、且つゲートバルブ４ｒ及びインレットバルブ５ＲＬ・５ＲＲ間に吐出側を連通したポンプ７ｒと、を備えている。

ここで、ゲートバルブ４ｒ、インレットバルブ５ＲＬ・５ＲＲ、及びアウトレットバルブ６ＲＬ・６ＲＲは、夫々、２ポート２ポジション切換、スプリングオフセット式の電磁操作弁であって、ゲートバルブ４ｒ及びインレットバルブ５ＲＬ・５ＲＲは、非励磁のノーマル位置で流路を開放し、アウトレットバルブ６ＲＬ・６ＲＲは、非励磁のノーマル位置で流路を閉鎖するように構成されている。なお、各バルブは、流路の開閉を行うことができればよいので、ゲートバルブ４ｒ及びインレットバルブ５ＲＬ・５ＲＲが、励磁したオフセット位置で流路を開放し、アウトレットバルブ６ＲＬ・６ＲＲが、励磁したオフセット位置で流路を閉鎖するようにしてもよい。
また、ポンプ７ｒは、負荷圧力に係りなく略一定の吐出量を確保できる歯車ポンプ、ピストンポンプ等、容積型のポンプで構成されている。

以上の構成により、インレットバルブ５ＲＬ（５ＲＲ）、及びアウトレットバルブ６ＲＬ（６ＲＲ）を非励磁のノーマル位置にしたまま、ゲートバルブ４ｒを励磁して閉鎖すると共に、ポンプ７ｒを駆動することで、リザーバタンク２ｇのブレーキ液を吸入し、その吐出圧によって、ホイールシリンダ３ＲＬ（３ＲＲ）の液圧を増圧することができる。

また、アウトレットバルブ６ＲＬ（６ＲＲ）を非励磁のノーマル位置にしたまま、ゲートバルブ４ｒ及びインレットバルブ５ＲＬ（５ＲＲ）を励磁して夫々を閉鎖することで、ホイールシリンダ３ＲＬ（３ＲＲ）からリザーバタンク２ｇ及びポンプ７ｒへの各流路を遮断し、ホイールシリンダ３ＲＬ（３ＲＲ）の液圧を保持することができる。
さらに、アウトレットバルブ６ＲＬ（６ＲＲ）を励磁して開放すると共に、ゲートバルブ４ｒ及びインレットバルブ５ＲＬ（５ＲＲ）を励磁して夫々を閉鎖することで、ホイールシリンダ３ＲＬ（３ＲＲ）の液圧をリザーバタンク２ｇに開放して減圧することができる。

さらに、ゲートバルブ４ｒ、インレットバルブ５ＲＬ（５ＲＲ）、及びアウトレットバルブ６ＲＬ（６ＲＲ）の全てを非励磁のノーマル位置にすることで、マスターシリンダ２からの液圧がホイールシリンダ３ＲＬ（３ＲＲ）に伝達され、フェールセーフ時のブレーキ回路となる。
なお、セカンダリ側の液圧系統でも、プライマリ側と同様のゲートバルブ４ｆ、インレットバルブ５ＦＬ・５ＦＲ、アウトレットバルブ６ＦＬ・６ＦＲ、及びポンプ７ｆを備えており、各動作に関してもプライマリ側と同様であるため、その詳細説明は省略する。

上記のゲートバルブ４ｆ・４ｒ、インレットバルブ５ＦＬ〜５ＲＲ、アウトレットバルブ６ＦＬ〜６ＲＲ、及びポンプ７ｆ・７ｒは、コントローラ８によって駆動制御され、通常時には、ゲートバルブ４ｆ・４ｒを閉鎖し、図示しないストロークセンサで検出した運転者のブレーキ操作量に応じブレーキバイワイヤによって制動力制御を行う。一方、ポンプ故障等のフェールセーフ時には、ゲートバルブ４ｆ・４ｒを開放し、マスターシリンダ２からの液圧をホイールシリンダ３ＦＬ〜３ＲＲに伝達して通常ブレーキとする。

ところで、通常時にゲートバルブ４ｆ・４ｒを閉鎖してブレーキバイワイヤを行うときに、運転者のブレーキ操作に対して適度なペダルストロークやペダル反力を生成するために、マスターシリンダ２のプライマリ圧力室２ｆで発生した液圧は、圧力室２ｆ及びゲートバルブ４ｒ間に連通した流路９を介し、ストロークシミュレータ１０へ伝達される。

ストロークシミュレータ１０は、マスターシリンダ２の躯体に延在して固定され且つ流路９に連通したシリンダ１０ａと、シリンダ１０ａ内を摺動可能なシミュレータピストン１０ｂと、シリンダ１０ａのマスターシリンダ側の面とシミュレータピストン１０ｂとの間に介装されシミュレータピストン１０ｂを後退方向に付勢する圧縮バネ１０ｃと、で構成されている。なお、シリンダ１０ａのシミュレータピストン１０ｂよりもマスターシリンダ側の区画は大気開放されている。また、シミュレータピストン１０ｂの断面積は、セカンダリピストン２ｂの断面積よりも小さくなるように構成されている。

このストロークシミュレータ１０は、プライマリ圧力室２ｆの液圧に応じてシミュレータピストン１０ｂが押圧されるときに圧縮バネ１０ｃが弾性収縮することで、その液を貯留するように構成され、更にシミュレータピストン１０ｂの押圧方向がマスターシリンダ２のセカンダリピストン２ｂの押圧方向と対向するように配置されている。

そして、セカンダリピストン２ｂには、マスターシリンダ２の躯体に摺動自在に挿通され、先端がシミュレータピストン１０ｂに当接可能なロッド１１が連結されている。したがって、シミュレータピストン１０ｂは、プライマリ圧力室２ｆで発生した液圧に応じて押圧されるとき、圧縮バネ１０ｃが収縮しきるまで、又はロッド１１の先端に当接するまでの前進が許容される。なお、ここではロッド１１の先端に当接するときに、丁度、圧縮バネ１０ｃが最小長さまで収縮する寸法としているが、これに限定されるものではない。
ここで、プライマリピストン２ｄ及びセカンダリピストン２ｂが「第１のピストン」に対応し、シミュレータピストン１０ｂが「第２のピストン」に対応し、ゲートバルブ４ｆ・４ｒが「開閉バルブ」に対応している。

次に、上記第１実施形態の動作や作用効果について説明する。
今、通常のブレーキバイワイヤを行っているとする。すなわち、ゲートバルブ４ｆ・４ｒを閉鎖した状態で、インレットバルブ５ＦＬ〜５ＲＲ、アウトレットバルブ６ＦＬ〜６ＲＲ、及びポンプ７ｆ・７ｒを駆動制御し、運転者のブレーキ操作に応じた目標ホイールシリンダ圧に調圧する。
ここで、プライマリピストン２ｄが押圧されると、プライマリ圧力室２ｆの液圧が上昇し、この液圧がストロークシミュレータ１０に伝達される。これによって、シミュレータピストン１０ｂが押圧され、図２に示すように、ストロークシミュレータ１０の圧縮バネ１０ｃが弾性収縮するときに、プライマリピストン２ｄが初期位置から前進する。
このように、ブレーキバイワイヤを行っている際には、ストロークシミュレータ１０が弾性収縮して液圧を貯留することによって、運転者のブレーキ操作に対して適度なペダルストロークとペダル反力を生成することができる。

このとき、セカンダリ圧力室２ｅの液圧伝達経路は、ゲートバルブ４ｆによって遮断されているので、セカンダリピストン２ｂの前進は阻止されている。したがって、セカンダリピストン２ｂに連結されたロッド１１も不動状態となるので、シミュレータピストン１０ｂは、ロッド１１の先端に当接するまでの前進が許容される。
なお、運転者がブレーキ操作をしていない初期位置からのプライマリピストン２ｄの移動量と、運転者がブレーキ操作をしてない初期位置からのシミュレータピストン１０ｂの移動量との関係は、下記（１）式で表される。
Ｘｓ＝Ａｐ・Ｘｐ／Ａｓ ………（１）
Ｘｐ：プライマリピストン２ｄの初期位置からの移動量
Ｘｓ：シミュレータピストン１０ｂの初期位置からの移動量
Ａｐ：プライマリピストン２ｄの断面積
Ａｓ：シミュレータピストン１０ｂの断面積

続いて、ブレーキバイワイヤを行っている状態から、例えばポンプ故障等が発生したときには、フェールセーフによってゲートバルブ４ｆ・４ｒを開放し、マスターシリンダ２の液圧によって制動力を発生させる。
ここで、プライマリピストン２ｄが押圧されると、プライマリ圧力室２ｆの液圧がホイールシリンダ３ＲＬ・３ＲＲのみならずストロークシミュレータ１０にも伝達される。これによって、前述したようにシミュレータピストン１０ｂが押圧され、図３に示すように、ストロークシミュレータ１０の圧縮バネ１０ｃが弾性収縮することで液が貯留されるときに、プライマリピストン２ｄが初期位置から前進する。

このブレーキバイワイヤのフェールセーフ時では、ストロークシミュレータ１０が弾性収縮して液を貯留した分だけ、ペダルストロークを無駄に増加させてしまうことになる。
しかしながら、このとき、プライマリピストン２ｄが押圧されると共に、セカンダリピストン２ｂも押圧されて初期位置から前進する。シミュレータピストン１０ｂは、ロッド１１の先端に当接するまでの前進が許容されるので、セカンダリピストン２ｂと共にロッド１１が前進することで、シミュレータピストン１０ｂの移動可能量を減少させる。

これにより、ストロークシミュレータ１０に貯留可能な液量を制限することができるので、結果としてペダルストロークの無駄な増加を抑制することができる。
しかも、その後、ロッド１１の先端がシミュレータピストン１０ｂに当接してから更にセカンダリピストン２ｂが前進すると、図４に示すように、このロッド１１によって、セカンダリピストン２ｂとシミュレータピストン１０ｂとが当接した状態で、シミュレータピストン１０ｂを押し返す。

これにより、ストロークシミュレータ１０に貯留されていた液圧（ストロークシミュレータ１０で制限された分の流体）が排出され、ホイールシリンダ３ＲＬ・３ＲＲへ供給されるので、ストロークシミュレータ１０の弾性収縮に伴ってロスしていたストロークを挽回するかのように制動力を増加させることができる。
ここで、プライマリピストン２ｄの移動量（ペダルストローク）と、ホイールシリンダ圧（制動力）との関係を図５に示す。但し、分かりやすく説明するためにストロークシミュレータやマスターシリンダの特性つまりシリンダサイズやバネ特性などが同一条件であるものとする。

図５のＡ点は、本実施形態で、ロッド１１とシミュレータピストン１０ｂとが当接したときを示し、またＢ点は、従来技術で、シミュレータピストンがフルストロークしたときを示している。
この図５からも明らかなように、本実施形態ではシミュレータピストン１０ｂの移動可能量を減少させることができるので（Ｂ点からＡ点まで）、ペダルストロークの無駄な増加を抑制しつつホイールシリンダ圧を増加させることができる。また、それ以後は、シミュレータピストン１０ｂを押し返すことで、ロスしていたストロークを挽回するかのようにホイールシリンダ圧を増加させる（Ａ点以降の傾きをＢ点以降の傾きよりも大きくする）ことができる。

以上のように、ゲートバルブ４ｆ・４ｒが開放されている状態でセカンダリピストン２ｂが押圧される際、ロッド１１によってシミュレータピストン１０ｂのストローク（ストロークシミュレータ１０に貯留できる流体量）を規制（制限）し、シミュレータピストン２ｂを反押圧方向に押し返すことで、弾性収縮した圧縮バネ１０ｃを伸長させることができる。したがって、ストロークシミュレータ１０の弾性収縮に伴う無駄なストローク増加を抑制することができる。

また、ロッド１１は、一端をセカンダリピストン２ｂに連結し、他端をシミュレータピストン１０ｂに当接可能に形成しただけの構造で、上記の効果を容易に且つ確実に得ることができる。
また、マスターシリンダ２のピストン２ｂ・２ｄよりも、ストロークシミュレータ１０のシミュレータピストン１０ｂの断面積を小さくしているので、ストロークシミュレータ１０の貯留量の制限のみならず、ロッド１１とシミュレータピストン１０ｂが当接した後に更に運転者がブレーキペダル１を踏込むときに、シミュレータピストン１０ｂを押し返し、ストロークシミュレータ１０に流入していたブレーキ液を確実に排出することができる。

また、プライマリ系統の液圧をストロークシミュレータ１０に伝達しているので、ブレーキバイワイヤの正常時に、ストロークシミュレータ１０のストロークを犠牲にすることを回避できる。すなわち、セカンダリ系統の液圧をストロークシミュレータ１０に伝達してしまうと、ブレーキバイワイヤの正常時にもセカンダリピストン２ｂが前進してしまう分、シミュレータピストン１０ｂの移動可能量が減ってしまうからである。

なお、上記の第１実施形態では、セカンダリピストン２ｂに連結されたロッド１１の先端がシミュレータピストン１０ｂに当接するように構成したが、これに限定されるものではなく、ロッド１１の一端をシミュレータピストン１０ｂに連結し、他端がセカンダリピストン２ｂと当接するようにしてもよい。更には、ロッド１１は、セカンダリピストン２ｂ及びシミュレータピストン１０ｂの何れかに連結されていなくても、両端が夫々セカンダリピストン２ｂ及びシミュレータピストン１０ｂに当接可能な状態で進退自在に保持した構成でもよい。要は、セカンダリピストン２ｂが押圧される際、ロッド１１によって、シミュレータピストン１０ｂのストロークを規制し、シミュレータピストン１０ｂを押し返すことができればよい。

また、上記の第１実施形態では、タンデム式のマスターシリンダ２を採用しているが、これに限定されるものではなく、シングルマスターシリンダでも本実施形態の効果を得ることができる。
また、上記の第１実施形態では、液圧を伝達媒体にしたハイドロリックブレーキを採用しているが、これに限定されるものではなく、圧縮空気を伝達媒体にしたエアブレーキを採用してもよい。
また、上記の第１実施形態では、ストロークセンサで検出したブレーキ操作量に応じてブレーキバイワイヤを行っているが、これに限定されるものではなく、圧力センサで検出したペダル踏力やマスターシリンダ圧に応じてブレーキバイワイヤを行うようにしてもよい。

ブレーキシステムの概略構成図である。 ブレーキバイワイヤの正常時の動作を説明するである。 ブレーキバイワイヤのフェールセーフ時にシミュレータピストンの移動可能量が減少する様子を示した図である。 ブレーキバイワイヤのフェールセーフ時にシミュレータピストンが押し返される様子を示した図である。 プライマリピストンの移動量とホイールシリンダ圧との関係を示したグラフである。

符号の説明

１ ブレーキペダル
２ マスターシリンダ
２ｂ セカンダリピストン
２ｄ プライマリピストン
２ｅ セカンダリ圧力室
２ｆ プライマリ圧力室
３ＦＬ〜３ＲＲ ホイールシリンダ
４ｆ・４ｒ ゲートバルブ
５ＦＬ〜５ＲＲ インレットバルブ
６ＦＬ〜６ＲＲ アウトレットバルブ
７ｆ・７ｒ ポンプ
８ コントローラ
９ 流路
１０ ストロークシミュレータ
１０ａ シリンダ
１０ｂ シミュレータピストン
１０ｃ 圧縮バネ
１１ ロッド

Claims (3)

1. 運転者のブレーキ操作に応じて第１のピストンが押圧されるときに流体圧を発生するマスターシリンダと、該マスターシリンダで発生した流体圧に応じて第２のピストンが押圧されることで当該流体を貯留すると共に、当該第２のピストンの押圧方向が前記第１のピストンの押圧方向と対向するように配置されたストロークシミュレータと、前記マスターシリンダで発生した流体圧が伝達されるときに制動力を発生するホイールシリンダと、前記マスターシリンダ及び前記ホイールシリンダ間で流体圧を伝達するための流路を開閉可能な開閉バルブと、前記第１及び前記第２のピストンの間に介在し当該第１及び第２のピストンの押圧方向に進退可能なロッドと、を備えることを特徴とする車両用ブレーキ装置。
2. 前記ロッドは、一端側が前記第１及び第２のピストンの何れか一方に連結され他端側が他方に当接可能に構成される、又は両端側が夫々前記第１及び第２ピストンへ当接可能な状態で進退自在に構成されることを特徴とする請求項１に記載の車両用ブレーキ装置。
3. 前記第１のピストンよりも前記第２のピストンの断面積を小さくしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用ブレーキ装置。

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