JP4556186B2

JP4556186B2 - 制御ブースタ

Info

Publication number: JP4556186B2
Application number: JP2005361823A
Authority: JP
Inventors: 賢佐久間
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2005-12-15
Filing date: 2005-12-15
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2025-12-15
Also published as: JP2007161150A

Description

本発明は、自動車等のブレーキ装置に装着されるブレーキブースタにおいて、運転者による操作とは別に、コントローラからの制御信号によって制御可能な制御ブースタに関するものである。

一般的に、自動車のブレーキ装置には、制動力を高めるために気圧式倍力装置が装着されている。気圧式倍力装置は、ハウジング内をパワーピストンによって定圧室（エンジン吸気負圧によって常時負圧に維持されている）と変圧室とに画成し、パワーピストンに連結されたバルブボディ内に、プランジャ及び制御バルブを設け、更に、バルブボディにリアクション部材を介して出力ロッドを連結し、プランジャに入力ロッドを連結した構造となっている。そして、出力ロッドには、液圧ブレーキ装置のマスタシリンダが連結され、入力ロッドには、ブレーキペダルが連結される。

この構成により、ブレーキペダルを踏込んで入力ロッドによってプランジャを移動させると、制御バルブが定圧室と変圧室との間を遮断すると共に変圧室を大気に連通させる。これにより、変圧室に大気（正圧）が導入され、定圧室（負圧）と変圧室（正圧）との間に差圧が生じてパワーピストンに推力が発生する。このパワーピストンの推力によって出力ロッドによってマスタシリンダを作動させて制動力を発生させる。このとき、出力ロッドからリアクション部材に作用する反力の一部をプランジャ及び入力ロッドを介してブレーキペダルにフィードバックする。

また、車速を自動的に一定に維持するクルーズコントロール等の自動運転制御において、自動的に先行車両との車間を適切に維持する車間制御等を実行するために、運転者のブレーキ操作とは別に、車載コントローラからの制御信号によって制動力を制御可能な制御ブースタが知られている。

制御ブースタは、例えば特許文献１に記載されているように、気圧式倍力装置のバルブボディにソレノイドアクチュエータを設け、ソレノイドアクチュエータのアーマチャを制御バルブに連結した構造のものが知られている。そして、ソレノイドへの通電によってアーマチャを移動させて、制御バルブによる定圧室、変圧室及び大気間の連通、遮断を行うことにより制動力を制御する。
特開２００１−７１８８８号公報

ところで、上述の制御ブースタによる自動ブレーキ制御において、運転者によってブレーキペダルが操作された場合、運転者によるブレーキ操作がコントローラによる自動制御よりも優先されることが望ましい。そこで、上記特許文献１に記載された制御ブースタでは、バルブボディの内部に、バルブボディと入力ロッドとの相対変位を検知するブレーキスイッチが設けられており、運転者のブレーキペダル操作による入力ロッドの移動をバルブボディとの相対変位としてブレーキスイッチによって検知したとき、コントローラによる自動制御を解除して、ブレーキ操作を運転者に戻すようにしている。

しかしながら、上記特許文献１に記載された制御ブースタでは、次のような問題がある。ブレーキスイッチが、可動部であるバルブボディの内部に設けられているので、ブレーキスイッチに接続されるリード線の配線が煩雑となり、また、バルブボディの作動時の振動の影響によってブレーキスイッチが故障しやすくなる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、配線が容易であり、かつ、振動等による故障の可能性を低減することができる制御ブースタを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、ハウジング内をパワーピストンによって定圧室と変圧室とに画成し、ブレーキペダルに連結された入力ロッドへの入力に応じてバルブ手段によって変圧室に作動気体を導入して、前記定圧室と前記変圧室とに生じた差圧によって前記パワーピストンに推力を発生させてサーボ力を得るブレーキブースタであって、更に、コントローラからの制御信号によって、前記入力ロッドへの入力とは別に、前記バルブ手段を操作して前記パワーピストンに推力を発生させる自動ブレーキ装置と、前記自動ブレーキ装置の作動中における前記ブレーキペダルへの入力の有無を検知する検知手段とを備えた制御ブースタにおいて、
前記ブレーキペダルと前記入力ロッドとは、一定範囲だけ相対変位可能に連結されており、前記検知手段は、車体の固定部に取付けられて前記入力ロッドの変位を検出するロッド変位センサと、前記車体の固定部に取付けられて前記ブレーキペダルの変位を検出するペダル変位センサとを含み、前記ロッド変位センサの検出値と前記ペダル変位センサの検出値とを比較して得た前記入力ロッドと前記ブレーキペダルとの相対変位に基づいて、前記自動ブレーキ装置の作動中における前記ブレーキペダルへの入力の有無を判定することを特徴とする。
請求項２の発明に係る制御ブースタは、上記請求項１の構成において、前記ロッド変位センサ及び前記ペダル変位センサは、前記ブレーキペダルを前記車体に支持する支持部材に固定されていることを特徴とする。
請求項３の発明に係る制御ブースタは、上記請求項１又は２の構成において、前記自動ブレーキ装置の作動中において、前記入力ロッドと前記ブレーキペダルとの相対変位が所定値に達したとき、前記ブレーキペダルへの入力があったと判定することを特徴とする。
請求項４の発明に係る制御ブースタは、上記請求項１乃至３のいずれかの構成において、前記入力ロッドと前記ブレーキペダルとの相対変位が所定値を超えたとき、前記ロッド変位センサ又は前記ペダル変位センサのいずれかが故障したと判定することを特徴とする。

請求項１の発明に係る制御ブースタによれば、ロッド変位センサ及びペダル変位センサが車体の固定部に取付けられているので、これらのセンサへの配線が容易であり、また、これらのセンサへの振動の影響を小さくすることができる。
請求項２の発明に係る制御ブースタによれば、ロッド変位センサ及びペダル変位センサを支持部材によってブレーキペダルと共に支持することができる。
請求項３の発明に係る制御ブースタによれば、入力ロッドとブレーキペダルとの相対変位を所定値と比較することによって、容易にブレーキペダルへの入力の有無を判定することができる。
請求項４の発明に係る制御ブースタによれば、入力ロッドとブレーキペダルとの相対変位を所定値と比較することによって、これらのセンサの故障の有無を容易に判定することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る気圧式倍力装置１（制御ブースタ）は、タンデム型気圧式倍力装置（ブレーキブースタ）であって、シェル２（ハウジング）の内部が隔壁３によって前室４と後室５との２室に区画されている。前室４及び後室５は、それぞれパワーピストン６、７によって定圧室４Ａ、５Ａと変圧室４Ｂ、５Ｂとに画成されている。定圧室４Ａ、５Ａ間は、通路（図示せず）によって連通され、また、変圧室４Ｂ、５Ｂ間は、通路８によって連通されている。パワーピストン６、７には、略円筒状のバルブボディ９が連結され、バルブボディ９は、シェル２の隔壁３及び後壁１０に摺動可能かつ気密的に挿通されており、その後端部が後壁１０から外部へ延出されている。バルブボディ９の前部には、リアクションディスク１１を介して出力ロッド１２が連結されており、出力ロッド１２の先端部は、シェル２の前壁に取付けられるマスタシリンダ１３のピストン（図示せず）に連結されている。

バルブボディ９内には、プランジャ１４、制御バルブ１５（バルブ手段）及び入力ロッド１６が設けられている。プランジャ１４の一端部は、所定の隙間（ジャンプインクリアランス）をもってリアクションディスク１１に対向しており、他端部には入力ロッド１６の先端部が連結されている。入力ロッド１６の基端部は、バルブボディ９の後端部に装着された通気性のダストシール１７に挿通されて外部へ延出されている。制御バルブ１５は、プランジャ１４の移動によって、バルブボディ９及びプランジャ１４のそれぞれに形成されたシート部に離着座して、定圧室４Ａ、５Ａと変圧室４Ｂ、５Ｂとの間及び変圧室４Ｂ、５Ｂと大気との間の連通、遮断を行うようになっている。

バルブボディ９と、プランジャ１４との間には、ストップキー１８が係合されて、バルブボディ９の後退位置及びプランジャ１４とバルブボディ９との相対位置を規定している。なお、図１において、符号１９はエンジンの吸気管等の負圧源に接続されて定圧室４Ａに負圧を導入する負圧導入口、２０はバルブボディ９の戻しばね、２１は入力ロッド１７の戻しばねを示す。

更に、バルブボディ９のプランジャ１４の周囲には、自動ブレーキ装置２２が設けられている。自動ブレーキ装置２２は、プランジャ１４の周囲に配置されたソレノイド２３と、ソレノイド２３によって駆動されるアーマチャ２４と、アーマチャ２４に連結されて制御バルブ１５を操作する制御部材２５とを備えている。ソレノイド２３は、シェル２の前壁に取付けられたコネクタ２６にリード線（図示せず）によって接続されている。アーマチャ２４は、ソレノイド２３の磁界によって駆動され、ソレノイド２３への通電によって進退動させることができる。制御部材２５は、アーマチャ２４に連結されて制御バルブ１５まで延ばされており、アーマチャ２４の移動によって、プランジャ１４を移動させることなく、制御バルブ１５を操作して、定圧室４Ａ、５Ａと変圧室４Ｂ、５Ｂとの間及び変圧室４Ｂ、５Ｂと大気との間の連通、遮断を行うことができる。

気圧式倍力装置１は、シェル２の後壁１０が車体のダッシュパネル２７に結合されて、車体に取付けられており、シェル２の後壁から突出されたバルブボディ９の後端部がダッシュパネル２７の開口に挿通されて車室内へ延ばされている。バルブボディ９の後端部から突出された入力ロッド１６の先端部は、クレビス２８及びピン２９によってブレーキペダル３０に連結されている。ブレーキペダル３０は、ダッシュパネル２７に固定されたブラケット３１（支持部材）によって上端部が回動可能に支持されており、通常は、戻しばね３２のばね力によってストッパ３３に当接した状態で保持されている。そして、ブレーキペダル３０を踏込んで戻しばね３２のばね力に抗して回動させることにより、入力ロッド１６及びプランジャ１４を出力ロッド１２側へ移動させる。

ブレーキペダル３０と入力ロッド１６とを連結するピン２９は、ブレーキペダル３０に固定されてクレビス２８の長穴３４内に挿入されており、ブレーキペダル３０と入力ロッド１６とは、ピン２９が長穴３４内を移動することによって、入力ロッド１６の軸方向に沿って一定距離だけ相対移動可能となっている。そして、通常は、図１に示すように、ピン２９は、長穴３４の入力ロッド１６側の端部に近接しており、ブレーキペダル３０が踏込まれたとき、ブレーキペダル３０と入力ロッド１６とが相対移動することなく、入力ロッド１６が出力ロッド１２側へ移動する。

ダッシュパネル２７に固定されたブラケット３１には、ペダル変位センサ３５及びロッド変位センサ３６の２つの変位センサが取付けられている。ペダル変位センサ３５は、その検出子３７の先端部がブレーキペダル３０に連結されており、ブレーキペダル３０の変位を検出し、その変位に応じた電気信号を出力できるようになっている。また、ロッド変位センサ３６は、その検出子３８の先端部が入力ロッド１６に連結されており、入力ロッド１６の変位を検出し、その変位に応じた電気信号を出力できるようになっている。

自動ブレーキ装置２２のソレノイド２３に接続されたコネクタ２６、ペダル変位センサ３５及びロッド変位センサ３６は、車載のコントローラ３９に接続されている。コントローラ３９は、車速を一定に維持するクルーズコントロール等の自動運転制御において、車間調整等を行うために、運転者によるブレーキペダル３０の操作とは別に、適宜、自動ブレーキ装置２２を作動させて制動力を制御する。

また、ペダル変位センサ３５からの入力信号とロッド変位センサ３６からの入力信号に基づいて、ブレーキペダル３０の変位と入力ロッド１６の変位とを比較して、これらの相対変位を計算する。そして、この相対変位に基づいて、自動ブレーキ装置２２の作動時における運転者によるブレーキペダル３０の操作の有無を判定し、運転者によるブレーキペダル３０の操作があったと判定した場合には、自動ブレーキ装置２２の作動を停止する。

以上のように構成した本実施形態の具体的な作動について次に説明する。
非制動状態においては、制御バルブ１５によって、変圧室４Ｂ、５Ｂが、定圧室４Ａ、５Ａに連通されると共に、大気から遮断されて、定圧室４Ａ、５Ａと変圧室４Ｂ、５Ｂとの間に差圧が発生せず、パワーピストン６、７に推力は生じない。

ブレーキペダル３０による作動について説明する。
運転者がブレーキペダル３０を踏込むと、入力ロッド１６及びプランジャ１４が前進して、制御バルブ１５が定圧室４Ａ、５Ａと変圧室４Ｂ、５Ｂとの間を遮断し、更に、変圧室４Ｂ、５Ｂを大気に連通させる。これにより、変圧室４Ｂ、５Ｂに大気が導入されて、定圧室４Ａ、５Ａ（負圧）との間に差圧が生じる。この差圧によってパワーピストン６、７に推力（サーボ力）が発生して、バルブボディ９が前進してリアクションディスク１１を介して出力ロッド１２を押圧してマスタシリンダ１３を作動させる。そして、バルブボディ９が前進すると、制御バルブ１５が変圧室４Ｂ、５Ｂへの大気の導入を遮断して、定圧室４Ａ、５Ａと変圧室４Ｂ、５Ｂとの差圧を維持することよって制動力を維持する。このとき、出力ロッド１２からリアクションディスク１１に作用する反力の一部がプランジャ１４及び入力ロッド１６を介してブレーキペダル３０にフィードバックされる。これにより、ブレーキペダル踏力に応じたサーボ力を発生させることができる。

ブレーキペダル３０の踏込みを解除すると、戻しばね２１によって、プランジャ１４及び入力ロッド１７が後退して、制御バルブ１５が変圧室４Ｂ、５Ｂを大気から遮断し、更に、定圧室４Ａ、５Ａと連通させることにより、定圧室４Ａ、５Ａと変圧室４Ｂ、５Ｂとの間の差圧が解消される。これにより、パワーピストン６、７の推力が消失して、戻しばね２０によってバルブボディ９及び出力ロッド１２が後退して、マスタシリンダ１３の作動（制動）が解除される。

自動ブレーキ装置２２による作動について説明する。
コントローラ３９によってソレノイド２３に通電して、アーマチャ２４を駆動し、制御部材２５によって、制御バルブ１５を操作する。制動時には、制御バルブ１５によって定圧室４Ａ、５Ａと変圧室４Ｂ、５Ｂとの間を遮断し、変圧室４Ｂ、５Ｂを大気に連通させる。これにより、変圧室４Ｂ、５Ｂに大気が導入されて、定圧室４Ａ、５Ａ（負圧）との間に差圧が生じる。この差圧によってパワーピストン６、７に推力が発生して、バルブボディ９が前進し、リアクションディスク１１を介して出力ロッド１２を押圧してマスタシリンダ１３を作動させる。

ソレノイド２３への通電を停止すると、アーマチャ２４及び制御部材２５が後退（図１中左側へ移動）して、制御バルブ１５が変圧室４Ｂ、５Ｂを大気から遮断し、更に、定圧室４Ａ、５Ａと連通させることにより、定圧室４Ａ、５Ａと変圧室４Ｂ、５Ｂとの間の差圧が解消される。これにより、パワーピストン６、７の推力が消失して、戻しばね２０によってバルブボディ９及び出力ロッド１２が後退（図１中右側へ移動）して、マスタシリンダ１３の作動（制動）が解除される。
このようにして、ブレーキペダル３０の操作によらず、ソレノイド２３への通電電流に応じて制動力を制御することができる。

次に、コントローラ３９による自動ブレーキ作動時における運転者によるブレーキペダル３０の操作の有無の判定について、図２を参照して説明する。

非制動時には、図２（Ａ）に示すように、ブレーキペダル３０に固定されたピン２９は、クレビス２８の長穴３４の図中左側端部に近接している。自動ブレーキ装置２２の作動時には、図２（Ｂ）に示すように、バルブボディ９の前進に追従して入力ロッド１６が図中左方へ移動する。このとき、ブレーキペダル３０は、戻しばね３２のばね力によってストッパ３３側へ付勢されているので、ピン２９は長穴２８の図中右側端部に当接し、この状態で、ブレーキペダル３０が入力ロッド１６の移動に追従する。自動ブレーキ装置２２の作動時に運転者によってブレーキペダル３０が踏込まれると、図２（Ｃ）に示すように、ピン２９が長穴３４の図中左側端部に当接する。したがって、自動ブレーキ装置２２の作動時において、ピン２９が長穴３４の図中右側端部から左側端部へ移動するのを検出することにより、運転者によるブレーキペダル３０の操作があったことを判定することができる。

ここで、ペダル変位センサ３５及びロッド変位センサ３６によって、ブレーキペダル３０及び入力ロッド１６の変位をそれぞれ検出しているので、ブレーキペダル３０及び入力ロッド１６の変位から、これらの相対変位を計算し、この相対変位を所定値（長穴３４内のピン２９の最大移動距離）と比較して、相対変位がこの所定値に達したとき、運転者によるブレーキペダル３０の操作があったと判定することができる。そして、コントローラ３９は、自動ブレーキ装置２２の作動時に、運転者によるブレーキペダル３０の操作があったと判定したとき、自動ブレーキ装置２２の作動を停止して、運転者によるブレーキペダル３０の操作を優先させる。

また、ペダル変位センサ３５及びロッド変位センサ３６がダッシュパネル２７に固定されたブラケット３１に取付けられているので、これらのセンサに接続するリード線をシェル２の内部に配線する必要なく、容易に配線することができる。また、これらのセンサに加わる振動が小さくなるので、ペダル変位センサ３５及びロッド変位センサ３６が故障しにくくなる。

更に、ペダル変位センサ３５及びロッド変位センサ３６の出力信号を互いに比較することにより、これらのセンサの故障を検出することができる。すなわち、入力ロッド１６とブレーキペダル３０との相対変位が所定値（長穴３４内のピン２９の最大移動距離）を超えたとき、ペダル変位センサ３５又はロッド変位センサ３６のいずれかが故障したと判定することができる。また、マスタシリンダ１３が発生する液圧を液圧センサ（図示せず）によって検出し、この液圧と、ペダル変位センサ３５又はロッド変位センサ３６によって検出したブレーキペダル３０又は入力ロッド１６の変位とを比較することにより、液圧ブレーキ装置のエア抜きの不良やベーパーロックの発生を検出することができる。

なお、入力ロッド１６及びブレーキペダル３０の実際のストロークと、ロッド変位センサ３６及びペダル変位センサ３５の検出値との関係は、マップ補正等、ソフトウエアによって容易に補正することができるので、これらのセンサのレイアウト上の自由度が高く、様々な車両に容易に適用することができる。また、ペダル変位センサ３５及びロッド変位センサ３６を取付けるブラケットは、ブレーキペダル３０を支持するブラケット３１とは別に車体に固定されるものであっても良い。

本発明の一実施形態に係る気圧式倍力装置の縦断面図である。図１に示す気圧式倍力装置の各作動状態における入力ロッドとブレーキペダルとの相対位置関係を示す図である。

符号の説明

１気圧式倍力装置（制御ブースタ）、２シェル（ハウジング）、４Ａ、５Ａ定圧室、４Ｂ、５Ｂ変圧室、６、７パワーピストン、１５制御バルブ（バルブ手段）、１６入力ロッド、２２自動ブレーキ装置、３０ブレーキペダル、３１ブラケット（支持部材）、３５ペダル変位センサ、３６ロッド変位センサ

Claims

ハウジング内をパワーピストンによって定圧室と変圧室とに画成し、ブレーキペダルに連結された入力ロッドへの入力に応じてバルブ手段によって変圧室に作動気体を導入して、前記定圧室と前記変圧室とに生じた差圧によって前記パワーピストンに推力を発生させてサーボ力を得るブレーキブースタであって、更に、コントローラからの制御信号によって、前記入力ロッドへの入力とは別に、前記バルブ手段を操作して前記パワーピストンに推力を発生させる自動ブレーキ装置と、前記自動ブレーキ装置の作動中における前記ブレーキペダルへの入力の有無を検知する検知手段とを備えた制御ブースタにおいて、
前記ブレーキペダルと前記入力ロッドとは、一定範囲だけ相対変位可能に連結されており、前記検知手段は、車体の固定部に取付けられて前記入力ロッドの変位を検出するロッド変位センサと、前記車体の固定部に取付けられて前記ブレーキペダルの変位を検出するペダル変位センサとを含み、前記ロッド変位センサの検出値と前記ペダル変位センサの検出値とを比較して得た前記入力ロッドと前記ブレーキペダルとの相対変位に基づいて、前記自動ブレーキ装置の作動中における前記ブレーキペダルへの入力の有無を判定することを特徴とする制御ブースタ。
前記ロッド変位センサ及び前記ペダル変位センサは、前記ブレーキペダルを前記車体に支持する支持部材に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の制御ブースタ。
前記自動ブレーキ装置の作動中において、前記入力ロッドと前記ブレーキペダルとの相対変位が所定値に達したとき、前記ブレーキペダルへの入力があったと判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の制御ブースタ。
前記入力ロッドと前記ブレーキペダルとの相対変位が所定値を超えたとき、前記ロッド変位センサ又は前記ペダル変位センサのいずれかが故障したと判定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の制御ブースタ。