JP4826952B2 - 電動倍力装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のブレーキ機構に用いられる倍力装置に係り、より詳しくは電動モータを倍力源として利用する電動倍力装置に関する。

従来、自動車のブレーキ機構には、エンジンの吸気管負圧を利用して入力に対し倍力した出力を発生し得るようにした真空倍力装置が多く用いられていた。ところで、近年、エンジンについて燃費改善、排気ガス浄化などの面で開発が進み、これに伴い、吸気管負圧が小さくなる傾向にある。このため、真空倍力装置として所望の倍力性能あるいは応答性を確保するには、例えば、サイズの拡大を図る、エジェクタで負圧を増強する、エンジン駆動の真空ポンプを設ける、などの対策が必要で、車両搭載性の悪化やコスト負担の増大が避けられない状況にある。

そこで、最近、電動モータを倍力源として利用した電動倍力装置が注目されている。この電動倍力装置としては、例えば、特許文献１、２に記載されたものがあり、このものは、ブレーキペダルの操作により進退移動する主ピストン（軸部材）と、該主ピストンに相対移動可能に外嵌されたブースタピストン（筒状部材）と、該ブースタピストンを進退移動させる電動モータとを備え、主ピストンとブースタピストンとをマスタシリンダのピストンとして、それぞれの前端部をマスタシリンダの圧力室に臨ませ、ブレーキペダルから主ピストンに伝わる入力推力と電動モータからブースタピストンに伝わるブースタ推力とにより、マスタシリンダ内にブレーキ液圧を発生させる構造となっている。

特開平１０−１３８９０９号公報 特開平１０−１３８９１０号公報

しかるに、上記特許文献１、２に記載に記載される電動倍力装置によれば、マスタシリンダの圧力室に発生するブレーキ液圧による反力の一部が主ピストン（軸部材）に、他の一部がブースタピストン（筒状部材）にそれぞれ伝達されるようになっているため、ブレーキアシストを働かせるべくブースタピストンの推力を大きくしてマスタシリンダ内のブレーキ液圧を高めようとすると、その液圧が主ピストンに反力として作用し、ブレーキペダルと連動する主ピストンを後退させてしまう。換言すれば、所望の制動力を確保するには、主ピストンが後退しないように入力（ペダル踏力）を増大させる必要があり、結果として、入力に対して倍力比を大きくできない、という問題があった。また、逆にブースタピストンの推力を小さくしてマスタシリンダ内のブレーキ液圧を下げようとすると、主ピストンに伝わる反力が小さくなるため、入力に対して倍力比を小さくできない、という問題があった。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、電動モータを倍力源として働かせる際に、入力に対して所望の倍力比を得ることができるようにし、もってペダル操作性の向上に寄与する電動倍力装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、車両に固定されるハウジングと、ブレーキペダルの操作により進退移動する第１の部材と、該第１の部材に相対移動可能に配置された第２の部材と、該第２の部材を進退移動させる回転−直動変換機構と、該回転−直動変換機構に回転力を付与する電動モータとを備え、前記ブレーキペダルから前記第１の部材に付与される入力推力と前記電動モータから前記第２の部材に付与されるブースタ推力とにより、マスタシリンダ内にブレーキ液圧を発生させ、該ブレーキ液圧による反力の一部を前記第１の部材に、他の一部を前記第２の部材にそれぞれ伝達する電動倍力装置において、前記第１の部材と前記第２の部材との間に、前記第１の部材と前記第２の部材とが少なくとも一の方向に相対変位した状態にあるとき、前記第１の部材に対する、前記第２の部材の変位方向への付勢力を前記両部材の相対変位前の状態よりも強くする付勢手段を設ける共に、前記電動モータを、前記第１、第２の部材および前記回転−直動変換機構と同軸に前記ハウジング内に重合配置し、さらに、前記ハウジング内に、前記第２の部材および前記回転−直動変換機構の直動部材をブレーキペダル側へ付勢する戻しばねが設けられ、前記戻しばねのセット荷重は、前記第１の部材が回生制動時のブレーキ液圧に相当する変位まで移動したときの前記付勢手段のばね荷重よりも大きく設定されていることを特徴とする。

上記本発明において、前記戻しばねは、ブレーキ非作動時に前記直動部材を後退端まで移動させる構成とすることができる。また、上記本発明において、前記戻しばねは、回生制動時の減速度に相当するブレーキ液圧に達するまでは、前記第１の部材によるブレーキ液圧を発生させないように、ばね力が設定されている構成とすることができる。また、上記本発明において、前記戻しばねは、前記第２の部材に当接し、該第２の部材を付勢することで前記直動部材も付勢する構成とすることができる。さらにまた、前記戻しばねは、前記第２の部材の外周で前記直動部材の内周に配置される構成とすることができる。

上記のように構成した本発明においては、電動モータを倍力源とすべく、例えばブレーキ液圧を増加させる方向または低下させる方向へ第２の部材を相対変位させると、ブレーキペダルと連動する第１の部材には付勢手段から同じ方向への付勢力がより強く働き、この付勢力によって第１の部材に作用するブレーキ液圧による反力が付勢力の分だけ相殺され、結果として入力に対して所望の倍力比を得ることができる。また、電動モータと、第１の部材と、第２の部材と、回転−直動変換機構とを同軸に重合配置したことで、軸方向寸法を短縮することができる。

また、上記本発明において、第２の部材と回転−直動変換機構の直動部材とをブレーキペダル側へ付勢する戻しばねが設けられているので、モータのフェール時に、戻しばねの付勢力で前記各部材を戻し方向へ移動させてブレーキ液圧を低下させることができる。

また、上記本発明において、戻しばねのセット荷重は、第１の部材の変位が回生制動力に相当する液圧に達するときの付勢手段のばね荷重よりも大きく設定される構成としたので、回生制動時にペダル入力による液圧を発生させないようにすることができる。

本発明に係る電動倍力装置によれば、ブレーキペダルと連動する部材と、電動モータにより駆動される部材との間に設けた付勢手段によって、入力に対して所望の倍力比を得ることができるので、良好なペダル操作性を確保できる。また、電動モータと、前記両部材と回転−直動変換機構とを同軸に配置したので、軸方向寸法を短縮することができ、車両への搭載性が向上する。また、電動モータにより回転−直動変換機構を直接駆動するため、静粛性、信頼性に優れたものとなる。

また、第２の部材または筒状部材と回転−直動変換機構の直動部材とをブレーキペダル側へ付勢する戻しばねを設けた場合は、モータのフェール時に、戻しばねの付勢力でブレーキ液圧を低下させることができるので、ブレーキの自動解除が可能になり、信頼性が向上する。

また、上記戻しばねのセット荷重を、第１の部材の変位が回生制動力に相当する液圧に達するときの付勢手段のばね荷重よりも大きく設定した場合は、回生制動時にペダル入力による液圧を発生させないようにすることができるので、回生制動時のブレーキフィーリング性が向上する。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１〜３は、本発明に係る電動倍力装置の一つの実施形態を示したものである。本電動倍力装置１は、後述のタンデム型のマスタシリンダ１０のプライマリピストンとして共用される後述のピストン組立体３０を内装したハウジング２を備えている。ハウジング２は、有底筒状のハウジング本体３と、このハウジング本体３の底板部３ａに形成した開口部３ｂに環状ボス部４ａを嵌合させて径方向に位置決めされると共に、図示を略すボルト（図示略）により該底板部３ａに重ねて固定されたフロントカバー４と、ハウジング２の後端開口部に嵌合されると共に、ボルト５によりハウジング本体３の端面に固定されたカップ形状のリヤカバー６とからなっている。ハウジング２は、そのリヤカバー６に植立したスタッドボルトＳを利用して、エンジンルームと車室とを仕切る隔壁Ｗに固定され、一方、このハウジング２には、そのフロントカバー４に植立したスタッドボルトＳ´を利用してマスタシリンダ１０が連結される。

上記ハウジング２を構成するフロントカバー４は、その中心部にハウジング本体３内に延びる段付きの筒状ガイド部７を備えており、この筒状ガイド部７内には、前記ピストン組立体３０が嵌挿されている。一方、ハウジング２を構成するリヤカバー６は、その中心部に隔壁Ｗを挿通して車室内へ延ばされる筒状ガイド部８を備えており、この筒状ガイド部８には、ブレーキペダルＢと連動する入力ロッド９が挿入されている。なお、前記２つの筒状ガイド部７、８はマスタシリンダ１０およびハウジング本体３と同軸をなすように配設されている。

タンデム型のマスタシリンダ１０は、有底のシリンダ本体１１とリザーバ１２とを備えており、そのシリンダ本体１１内の奥側には、図３によく示されるように、前記プライマリピストンとしてのピストン組立体３０と対をなすセカンダリピストン１３が配設されている。本実施形態において、ピストン組立体３０およびセカンダリピストン１３は、シリンダ本体１１内に嵌合したスリーブ１４の両端側に配置した２つのリングガイド１５、１６により摺動案内されるようになっている。シリンダ本体１１内には、前記ピストン組立体３０とセカンダリピストン１３とにより２つの圧力室１７、１８が画成されており、また、シリンダ本体１１の壁には、各圧力室１７、１８内を対応するホイールシリンダ（図示略）へ連通させる吐出ポート１９，２０が穿設されている。

また、シリンダ本体１１、スリーブ１４およびリングガイド１５、１６には、各圧力室１７、１８内とリザーバ１２とを連通するリリーフポート２１、２２が形成され、さらに、各リングガイド１５、１６の前後には、前記リリーフポート２１、２２を挟む態様で、ピストン組立体３０、セカンダリピストン１３との間をシールする各一対のシール部材２３、２４が配設されている。各圧力室１７、１８は、前記両ピストン３０、１３の前進に応じて、前記各一対のシール部材２３、２４が対応するピストン３０、１３の外周面に摺接することで、リリーフポート２１、２２に対して閉じられるようになる。また、各圧力室１７、１８内には、前記プライマリピストンとしてのピストン組立体３０、セカンダリピストン１３を後退方向へ付勢する戻しばね２５、２６がそれぞれ配設されている。前記したマスタシリンダ１の構成は、プライマリピストンとしてのピストン組立体３０を除けば、従来汎用のタンデム型のマスタシリンダと同じであり、両ピストン３０、１３の前進に応じて各圧力室１７、１８内に封じ込められているブレーキ液が、吐出ポート１９、２０から対応するホイールシリンダへ圧送される。

ピストン組立体３０は、図２によく示されるように、筒状をなすブースタピストン（第２の部材、筒状部材）３１とこのブースタピストン３１内にこれと相対移動可能に配設された入力ピストン（第１の部材、軸部材）３２とからなっている。ブースタピストン３１は、前記フロントカバー４の筒状ガイド部７およびマスタシリンダ１０内のリングガイド１５に摺動可能に嵌挿されており、その前端部がマスタシリンダ１０の圧力室（プライマリ室）１７内に延出されている。一方、入力ピストン３２は、ブースタピストン３１の内周に形成した環状壁３１ａに摺動可能に嵌挿されており、その前端部が同じく圧力室２７内に延出されている。なお、ブースタピストン３１の前端部およびセカンダリピストン２２の前端部には、前記マスタシリンダ６内のリリーフポート２１、２２に連通可能な貫通孔３３、３４（図３）がそれぞれ穿設されており、ブレーキ非作動時には、これら貫通孔３３、３４を通じて各圧力室１７、１８とリザーバタンク１２とが連通状態となる。

ここで、上記ピストン組立体３０を構成するブースタピストン３１と入力ピストン３２との間は、ブースタピストン３１の環状壁３１ａの前側に配置したシール部材３５によりシールされており、このシール部材３５と前記したリングガイド１５の両端側のシール部材２３とにより、圧力室１７からマスタシリンダ１０外へのブレーキ液の漏出が防止されている。前記シール部材３５は、ブースタピストン３１に内装され、前記圧力室１７内の戻しばね２５の一端を受ける筒状部材３６によって位置固定されている。また、ハウジング２のフロントカバー４の筒状ガイド部７の内周面とブースタピストン３１との間には、両者の間への異物の侵入を防止するシール部材３７が介装されている。

一方、上記入力ピストン３２の後端部には、前記ブレーキペダルＢと連動する入力ロッド９の先端部がかしめにより連結されており、入力ピストン３２は、ブレーキペダルＢの操作（ペダル操作）によりブースタピストン３１内を進退移動するようになっている。また、入力ロッド９の途中には、フランジ部３８が一体に形成されており、入力ロッド９は、そのフランジ部３８を前記リヤカバー６の筒状ガイド部８の後端に一体に形成した内方突起３９に当接させることにより後方（車室側）への移動が規制されており、入力ロッド９および入力ピストン３２の後退端規定されている。なお、入力ロッド９は、その先端の球形部９ａを入力ピストン３２の後端に形成された球面状凹部３２ａに嵌合させた状態で連結されており（図２）、これにより入力ロッド９の揺動が許容されている。

本電動倍力装置１のハウジング２内にはまた、電動モータ４０とこの電動モータ４０の回転を直線運動に変換して上記ピストン組立体３０を構成するブースタピストン３１に伝達するボールねじ機構（回転−直動変換機構）５０とが配設されている。電動モータ４０は、ステータ４１と中空のロータ４２とからなっており、そのステータ４１がハウジング本体３およびリヤカバー６の相互間に位置固定的に配設されると共に、そのロータ４２がハウジング本体３およびリヤカバー６に軸受４３、４４を介して回動自在に支持されている。

ボールねじ機構５０は、図２によく示されるように、上記電動モータ４０のロータ４３にキー５１を介して回転不能に嵌合されたナット部材５２と、このナット部材５２にボール５３を介して噛合わされた中空のねじ軸（直動部材）５４とからなっている。ねじ軸５４の後端部には軸方向に延びるスリット５５が形成されており、このスリット５５には前記リヤカバー６の後端の内方突起３９が挿入されている（図１）。すなわち、ねじ軸５４は、ハウジング２内に回動不能にかつ軸方向移動可能に配設されており、これによりロータ４２と一体にナット部材５２が回転すると、ねじ軸５４が直動するようになる。一方、ねじ軸５４は、そのスリット５５の始端部分に内方フランジ５６を備えており、この内方フランジ部５６に前記ブースタピストン３１の延長筒部５７の後端に形成した外方フランジ部５７ａが当接するようになっている。

本実施形態において、上記ブースタピストン３１の延長筒部５７の後端の外方フランジ部５７ａと前記フロントカバー３の筒状ガイド部３ａとの間には戻しばね（付勢手段）５８が介装されている。ねじ軸５４は、ブレーキ非作動時には前記戻しばね５８により、その内方フランジ部５６の端面（スリット５５の始端）をリヤカバー６の内方突起３９に当接させる後退端に位置決めされ、これに応じてブースタピストン３１も、図１に示す原位置に位置決めされる。したがって、この状態からねじ軸５４が前進すると、ブースタピストン３１も前進する。

また、ピストン組立体３０を構成するブースタピストン３１と入力ピストン３２との相互間には、図２によく示されるように、一対のばね（付勢手段）６０（６０Ａ、６０Ｂ）が配設されている。この一対のばね６０のうち、一方のばね６０Ａは、入力ピストン３２の後端部に突設したフランジ部６１とブースタピストン３１内の縦壁６２との間に、他方のばね６０Ｂは、前記フランジ部６１とブースタピストン３１と一体の延長筒部５７に形成した環状突起６２との間にそれぞれ介装されている。この一対のばね６０は、ブレーキ非作動時にブースタピストン３１と入力ピストン３２とを相対移動の中立位置に保持する役割をなすものであるが、これについては、後に詳述する。

本実施形態において、車室内の固定部には、ブレーキペダルＢに係合し、該ブレーキペダルＢを介して車体に対する入力ピストン３２の絶対変位を検出するポテンショメータ（変位検出手段）６５が配設されている。一方、ハウジング２内には前記電動モータ４０の回転変位を検出する回転センサ６６が配設されている。この回転センサ６６は、ハウジング本体３に固定されたレゾルバステータ６７とロータ４２の外周面に固定されたレゾルバロータ６８とからなっている。これらポテンショメータ６５と回転センサ６６の検出信号は、別途設置したコントローラ７０に送出されるようになっている。コントローラＣには、マスタシリンダ１０内の圧力室１７、１８のブレーキ液圧を検出する圧力センサ６９（図１）も接続されており、コントローラＣは、これらポテンショメータ６５、回転センサ６６および圧力センサ６９からの信号に基づいて電動モータ４０（ロータ４３）の回転を制御する。

本電動倍力装置１を組立てるには、図４に示すように、回転センサ６６を構成するレゾルバステータ６７を組付けたハウジング本体３と、電動モータ４０を構成するステータ４１、ロータ支持用の一方の軸受４４およびスタッドボルトＳを組付けたリヤカバー６と、ロータ支持用の他方の軸受４３を組付けたロータ４２とを用意する。そして、リヤカバー６内にロータ４２を装入した後、その上にハウジング本体３を被せ、該ハウジング本体３とリヤカバー６とをボルト５により締付け固定し、これによって電動モータ４０を組付けたサブアセンブリ体７０（図５）が完成する。

次に、図５に示すように、予め入力ロッド９を連結した入力ピストン３２とブースタピストン３１とを一対のばね６０（６０Ａ、６０Ｂ）を介して組付けると共に、ブースタピストン３１の外周に戻しばね５８を巻装したピストン組立体３０と、ねじ軸５４にボール５３を介してナット部材５３を組付けたボールねじ機構５０とを用意する。そして、電動モータ４０を組付けたサブアセンブリ体７０に対し、先ずボールねじ機構５０を装入し、続いてピストン組立体３０を装入し、最終的にサブアセンブリ体７０のハウジング本体３の全体にフロントカバー４（図１）をボルト止めし、これにて本電動倍力装置１は完成する。

以下、上記のように構成した電動倍力装置１の作用を説明する。
ブレーキペダルＢが操作されると、入力ロッド９と一体に入力ピストン３２が前進し、その動きがポテンショメータ６５により検出される。すると、ポテンショメータ６５からの信号を受けてコントローラＣが電動モータ４０に起動指令を出力し、これにより電動モータ４０のロータ４２が回転して、その回転がボールねじ機構５０に伝達され、ねじ軸５４が前進してその動きにブースタピストン３１が追従する。すなわち、入力ピストン３２とブースタピストン３１とが一体的に前進し、ブレーキペダルＢから入力ピストン３２に付与される入力推力と電動モータ４０からブースタピストン３１に付与されるブースタ推力とに応じたブレーキ液圧がタンデムマスタシリンダ１０内の圧力室１７、１８に発生する。

このとき、ポテンショメータ６５と回転センサ６６との検出信号に基づき、入力ピストン３２の絶対変位とブースタピストン３１の絶対変位との差により両ピストンの相対変位量が分かる。そこで、入力ピストン３２とブースタピストン３１との間に相対変位が生じないように電動モータ４０のロータ４２の回転を制御すると、両ピストン３２と３１との間に介装した一対のばね６０（６０Ａ、６０Ｂ）が中立位置を維持する。このときの倍力比は、両ピストンの相対変位量がゼロであることから、ブースタピストン３１の受圧面積と入力ピストン３２の受圧面積との面積比で一義的に定まり、汎用の真空倍力装置と同様となる。

一方、上記中立位置からブースタ推力によりブレーキ液圧を増加させる方向（前方）へブースタピストン３１を相対変位させると、倍力比が大きくなり、電動モータ４０が倍力源として働いて、ペダル踏力（ペダル入力）の大きな低減を図ることができる。また、この場合、ブースタピストン３１の相対変位に応じて、後側のばね６０Ｂの付勢力が増大し、この付勢力によって入力ピストン３２に伝わるブレーキ液圧の反力が付勢力の分だけ相殺され、これによりペダル踏力（入力）に対して倍力比を十分に大きくすることができる。逆に、中立位置からブースタ推力によりブレーキ液圧を減少させる方向（後方）へブースタピストン３１を相対変位させると、このブースタピストン３１の相対変位に応じて前側のばね６０Ａの付勢力が増大する。そして、この付勢力によって入力ピストン３２に伝わる反力が強まり、ペダル踏力（入力）に対して倍力比を小さくすることができる。

上記ブレーキの解除すなわちブースタピストン３１の後退は、電動モータ４０のロータ４２を逆方向に回転させてボールねじ機構５０のねじ軸５４を後退させることにより行われるが、前記ブースタピストン３１にはマスタシリンダ１０内の液圧による反力と戻しばね５８のばね力とがかかっているので、前記ねじ軸５４の動きに追従してブースタピストン３１が後退する。

ここで、ブースタピストン３１とボールねじ機構５０のねじ軸（直動部材）５４とは、フランジ部材７８を介して当接しているだけであるので、万一、電動モータ４０が故障（フェール）した場合には、ブレーキペダルＢの踏込みに応じて前進する入力ピストン３２の動きにばね６０を介してブースタピストン３１が追従し、これによって入力ピストン３２とブースタピストン３１とが一体的に前進して所定の制動力が得られる。また、制動中、万一電動モータ４０に故障が発生しても、前記戻しばね５８のばね力によってブースタピストン３１と一体にねじ軸５４が後退するので、ブレーキが自動的に解除される。

本実施形態においては特に、電動モータ４０の回転が、ボールねじ機構５０により運動変換してブースタピストン３１に伝達されるので、電動モータ４０からブースタピストン３１への駆動伝達は円滑となり、ブースタ推力の付与は安定する。また、ボールねじ機構５０の採用により、ブースタピストン３１から電動モータ４０にモーメントが作用することがなくなるので、その分、電動モータ４０にかかる負荷も低減する。また、電動モータ４０によりボールねじ機構５０を直接駆動するので、静粛性、信頼性に優れたものとなる。

ところで、本実施形態では、車両に対する入力ピストン３２の絶対変位およびブースタピストン３１の絶対変位を検出するポテンショメータ６５、回転センサ６６を設けているので、入力ピストン３２（ブレーキペダルＢ）のストロークや踏込み速度に応じたブレーキアシスト制御、回生協調制御、車両追従（ＡＣＣ）制御等にこれらの検出結果を有効に活用できる。

すなわち、図６の模式図に示すように、マスタシリンダ１０の圧力室１７、１８とこれに連通する配管やディスクブレーキなど全ての負荷側要素の剛性（液量対発生液圧）との関係を、マスタシリンダ圧力室１７の断面積（Ａｉ＋Ａｂ）に等しい断面積を有するピストン１０Ｂの変位Ｘｍとそれに取付けられたばね要素１０Ｃのばね定数ｋｍとに置換えて考察する。この場合、前記入力ピストン３２およびブースタピストン３１の変位（ストローク）をそれぞれＸｉ，Ｘｂ、最終的にマスタシリンダ圧力室１７に面している部分での入力ピストン３２の発生力（入力推力）およびブースタピストン３１の発生力（ブースタ推力）をそれぞれＦｉ，Ｆｂとすると、力の釣合いから下記（１）式の関係が得られる。

Ｆｉ＋Ｆｂ＝（Ａｂ×Ｘｂ＋Ａｉ×Ｘｉ）／（Ａｂ＋Ａｉ）×ｋｍ …（１）
ここで、Ｆｂ＝Ａｂ／Ａｉ×Ｆｉだから、この（１）式は、下記（２）式のようになる。

Ｆｉ＝（Ａｂ×Ｘｂ＋Ａｉ×Ｘｉ）／（Ａｂ＋Ａｉ）²×Ａｉ×ｋｍ …（２）
一方、ブレーキペダルＢからの入力（ペダル入力）をＦｉ_Bとし、入力ピストン３２とブースタピストン３１との間に介装したばね８５のばね定数をｋｓとすると、Ｆｉ_Bは以下の（３）式で与えられるので、上記（１）式とこの（２）式との関係から、下記（４）式が得られる。
Ｆｉ_B＝Ｆｉ−ｋｓ×（Ｘｂ−Ｘｉ） …（３）
Ｆｉ_B＝（Ａｂ×Ｘｂ＋Ａｉ×Ｘｉ）／（Ａｂ＋Ａｉ）²×Ａｉ×ｋｍ−ｋｓ×（Ｘｂ−Ｘｉ） …（４）

ここで、Ｘｂ＝Ｘｉ（相対変位なし）とすると、（４）式は次の（５）式となり、所定の倍力比となるペダルフィーリング（ペダル入力とストロークの関係）が得られる。
Ｆｉ_B＝Ａｉ／（Ａｂ＋Ａｉ）×Ｘｉ×ｋｍ …（５）
一方、倍力比を変えるために、入力ピストン３２とブースタピストン３１との相対変位（Ｘｂ−Ｘｉ）を与えるようにブースタピストン３１を制御すると、（５）式より負荷側のばね定数ｋｍとばね６０のばね定数ｋｓとによりペダルフィーリングが変化することがわかる。

図７は、ペダル入力Ｆｉ_Bを一定速度で増加させ、その途中で電動モータ４０によるブレーキアシストを作動させたときの推力Ｆの変化を、図８は、そのときの入力ピストン３２のストローク（ペダルストローク）Ｘｉの変化をそれぞれみたものである。これより、入力ピストン３２とブースタピストン３１との間に介装したばね６０のばね定数ｋｓが大きいとブレーキペダルＢは前に進み（図８（ａ））、従来のブレーキアシストが作動したときのペダルフィーリングを実現できる。これに対し、ばね定数ｋｓが小さいとブレーキペダルＢは逆に戻され（図８（ｂ））、緊急時にブレーキアシストを作動させつつブレーキペダルＢのショートストローク化が可能になる。一方、ばね定数ｋｓを適当な大きさに設定すると、入力ピストン３２は連続的に変化し（図８（ｃ））、ブレーキアシストを作動させてもブレーキペダルＢへの影響はほとんどなくなる。すなわち、ブレーキアシストの作動（ブースタピストン３１の前方への移動）によりマスタシリンダ１０の圧力室１７から入力ピストン３２にかかる液圧反力が増加しても、その増加分の液圧反力と相対変位により入力ピストン３２を前方に付勢するばね６０のばね力とがほぼ等しくなり、増加分の液圧反力がばね力によってほぼ完全に相殺され、ブレーキペダルＢへの影響を解消することが可能になる。

ここで、ブレーキペダルＢへの影響をなくするために要求されるばね６０のばね定数ｋｓは、上記（５）式を下記（６）式とするために必要な大きさであり、（７）式のように決めることができる。

Ｆｉ_B＝Ａｉ／（Ａｂ＋Ａｉ）×Ｘｉ×ｋｍ …（６）
ｋｓ＝（Ａｂ×Ａｉ）／（Ａｂ＋Ａｉ）²×ｋｍ …（７）

一方、ブレーキ液圧Ｐｍ、圧力室１７の液量Ｖｍは、下記（８）式、（９）式のように表わされる。
Ｐｍ＝（Ａｂ×Ｘｂ＋Ａｉ×Ｘｉ）／（Ａｂ＋Ａｉ）²×ｋｍ …（８）
Ｖｍ＝Ａｂ×Ｘｂ＋Ａｉ×Ｘｉ …（９）
よって、ＰｍとＶｍとは、下記（１０）式の関係となり、これを変換すると下記（１１）式が得られる。
Ｐｍ＝Ｖｍ／（Ａｂ＋Ａｉ）²×ｋｍ …（１０）
ｋｍ＝Ｐｍ／Ｖｍ×（Ａｂ＋Ａｉ）² …（１１）
したがって、このｋｍを上記（７）式に代入すれば、下記（１２）式が得られる。
ｋｓ＝Ａｉ×Ａｂ×Ｐｍ／Ｖｍ …（１２）

すなわち、入力ピストン３２とブースタピストン３１との間に介装されるばね（付勢手段）６０のばね定数ｋｓを、マスタシリンダ１０の圧力室１７に臨む入力ピストン３２およびブースタピストン３１の受圧面積Ａｉ、Ａｂと、マスタシリンダ１０のブレーキ液圧Ｐｍおよび液量Ｖｍとに基づいて決定することが可能になる。すなわち、入力ピストン３２およびブースタピストン３１の受圧面積Ａｉ、Ａｂは既知であり、また、マスタシリンダの液量Ｖｍの増減に伴うブレーキ液圧Ｐｍの増減の比率は適用車両によって決まっているので、これらから求まる設定値とばね定数ｋｓとが一致するようにすれば、図８の（ｃ）の関係とすることができる。つまり、ブレーキアシストの作動（ブースタピストン３１の前方への移動）によりマスタシリンダ圧力室１７から入力ピストン３２にかかる液圧反力の増加分と、ブースタピストン３１と入力ピストン３２との相対変位により入力ピストン３２を前方に付勢するばね６０のばね力とをほぼ等しくすることが可能になる。なお、ばね定数ｋｓが上記設定値よりも大きい場合には図８の（ａ）の関係となり、逆に、ばね定数ｋｓが上記設定値よりも小さい場合には図８の（ｂ）の関係となる。

ところで、本電動倍力装置１を回生協調ブレーキシステムに組込む場合、ペダル入力Ｆｉ_Bとブレーキ液圧Ｐｍとの関係は図９に示すようになる。図９において、Ｐｒｅは回生制動により発生するブレーキ液圧であり、ペダル入力Ｆｉ_BがＦａのときに回生制動を作動させたとすると、本電動倍力装置１は、ブースタピストン３１を後方にＰｒｅ相当分だけ変位させればよいことになる。この場合、ばね定数ｋｓが上記（１２）式の関係にあれば、ブレーキ液圧Ｐｍは、Ｐｒｅ相当分だけ低下するが、この低下したＰｒｅ相当分とほぼ等しいばね６０のばね力が入力ピストン３２を後方に付勢するように作用するので、全体では、ペダルストロークＸｉ相当の制動力に見合う反力がブレーキペダルＢ（入力ピストン３２）に維持される。このとき、ペダル入力Ｆｉ_Bは、（６）式に従いＸｉとｋｍとで決定される値に維持される。この結果、マスタシリンダ１０からブレーキペダルＢ（入力ピストン３２）にかかる、液圧とばね６０のばね力との総和による反力を変えることなく、マスタシリンダ１０で発生する制動力（液圧）を増減できる。

本実施形態において、ブースタピストン３１およびボールねじ機構５０のねじ軸（直動部材）５４に戻し方向の付勢力を付与する戻しばね５８は、上記回生制動時の減速度（例えば、０．３Ｇ）に相当するブレーキ液圧に達するまでは、入力ピストン（第１の部材、軸部材）３２によるブレーキ液圧を発生させないようにセット荷重が設定されている。すなわち、ばね６０のばね定数ｋｓに、回生制動をするブレーキ液圧の上限に相当する入力ピストン３２のストロークＸｍａｘを乗じた値よりも大きくなるように戻しばね５８のセット荷重Ｆｒｅが設定されている（Ｆｒｅ＞ｋｓ・Ｘｍａｘ）。これにより、回生制動時に余分なブレーキ液圧が発生せず、良好なブレーキフィーリング性が確保される。

また、本電動倍力装置５０を先行車両追従システム（ＡＣＣ）に組込む場合、ブースタピストン３１の変位Ｘｂとマスタシリンダ液圧Ｐｍとの関係は図１０に示すようになる。この場合、ある時間ｔａから先行車両に追従して減速を開始するとすれば、図示しないＥＣＵから必要な減速度の指令を受けて、ブースタピストン３１を前方に変位させ、ブレーキ液圧Ｐｍを発生させる。すると、車両は、ブレーキ液圧Ｐｍの発生に従い減速を始めるが、この場合も、ブースタピストン３１と入力ピストン３２との相対変位により入力ピストン３２を前方に付勢するばね６０のばね力と、マスタシリンダ圧力室１７から入力ピストン３２にかかる液圧反力の増加分とが等しくバランスすることによりブレーキペダルＢが動くことはない（Ｘｉは図１０の変位０の位置にある）。ここで、入力ピストン３２は、入力ロッド９のフランジ部３８がリヤカバー６の内方突起３９に当接する位置が後退端となっているので、ばね６０のばね定数ｋｓを上記設定値より少し小さめに設定することにより、入力ピストン３２にかかる液圧反力の増加分を入力ピストン３２を前方に付勢するばね６０のばね力よりも少し大きくするようにしてもよい。このようにすることで、ブレーキパッドの厚さ変動（例えば、ブレーキパッドの偏摩耗）などで、マスタシリンダ１０のばね定数ｋｍが小さくなっても（この場合、（７）式の関係よりばね６０のばね定数ｋｓを小さくしなければならないが）、この分を予め見込んで、ばね定数ｋｓを上記設定値より少し小さめに設定しているので、ブレーキペダルＢが進まないシステムを実現できる。

以上の説明においては、便宜上、マスタシリンダ１０のばね定数ｋｍは、線形（リニア）特性を有するものとして説明したが、実際には、ばね定数ｋｍは、例えば、図１１に示すようにピストン１０Ｂの変位とこれにより生じる液圧が非線形特性となるのが一般的である。このため、ペダルフィーリングに関して特に影響を感じる回生制動の領域（例えば、減速度が０．３Ｇ以下の液圧領域）に合わせてばね６０のばね定数ｋｓを設定することにより、好ましいペダルフィーリングを得ることができる。この場合、上記（１２）式のＰｍ／Ｖｍに代えて、上記回生制動の領域における微小液量ΔＶｍの増減に伴う微小ブレーキ液圧ΔＰｍの増減の変化率を用いた下記（１３）式に基づきばね６０のばね定数ｋｓを求めればよい。
ｋｓ＝Ａｉ×Ａｂ×ΔＰｍ／ΔＶｍ …（１３）
なお、上記図１１では図６の模式図に基づくためマスタシリンダ１０の無効ストローク分は考慮していない。

このように本実施形態の電動倍力装置１によれば、電動モータ４０によるブレーキ操作が行われても、ブレーキペダルＢが影響を受けることがないので、良好なペダルフィーリングが維持され、ブレーキアシストシステムはもちろん、回生協調ブレーキシステムや先行車両追従システムなどへの適用において装置に対する信頼性が向上する。また、入力ピストン３２およびブースタピストン３１との間に所定のばね定数を有するばね６０を介装するだけなので、構造が複雑大型になることはなく、コスト面並びに車両搭載性の面での利点も大きい。

本発明の一つの実施形態としての電動倍力装置の全体構造を示す断面図である。 本電動倍力装置の要部構造を示す断面図である。 本電動倍力装置と組合せるマスタシリンダの構造を示す断面図である。 本電動倍力装置の組立手順の初期段階を示す断面図である。 本電動倍力装置の組立手順の最終段階を示す断面図である。 本電動倍力装置の基本概念を示す模式図である。 本電動倍力装置におけるブレーキアシスト作動時の入力、出力特性の経時変化を示すグラフである。 本電動倍力装置におけるブレーキアシスト作動時のペダルストロークの経時変化を示すグラフである。 本電動倍力装置を回生協調ブレーキシステムに組込んだときのペダル入力とブレーキ液圧の経時変化を示すグラフである。 本電動倍力装置を先行車両追従システムに組込んだときのブースタピストン変位とブレーキ液圧の経時変化を示すグラフである。 本電動倍力装置と組合せるマスタシリンダにおけるピストン変位と液圧との実際の相関を示すグラフである。

符号の説明

１ 電動倍力装置
２ ハウジング
９ 入力ロッド
１０ タンデムマスタシリンダ
１７、１８ マスタシリンダの圧力室
２１ ブースタピストン（筒状部材、第２の部材）
２２ 入力ピストン（軸部材、第１の部材）
３０（３０Ａ、３０Ｂ） ばね（付勢手段）
４０ 電動モータ
４２ 電動モータのロータ
５０ ボールねじ機構（回転−直動変換機構）
５４ ボールねじ機構のねじ軸（直動部材）
５８ 戻しばね
６５ ポテンショメータ
６６ 回転センサ
Ｂ ブレーキペダル
Ｃ コントローラ

Claims (5)

1. 車両に固定されるハウジングと、
   ブレーキペダルの操作により進退移動する第１の部材と、
   該第１の部材に相対移動可能に配置された第２の部材と、
   該第２の部材を進退移動させる回転−直動変換機構と、
   該回転−直動変換機構に回転力を付与する電動モータとを備え、
   前記ブレーキペダルから前記第１の部材に付与される入力推力と前記電動モータから前記第２の部材に付与されるブースタ推力とにより、マスタシリンダ内にブレーキ液圧を発生させ、該ブレーキ液圧による反力の一部を前記第１の部材に、他の一部を前記第２の部材にそれぞれ伝達する電動倍力装置において、
   前記第１の部材と前記第２の部材との間に、前記第１の部材と前記第２の部材とが少なくとも一の方向に相対変位した状態にあるとき、前記第１の部材に対する、前記第２の部材の変位方向への付勢力を前記両部材の相対変位前の状態よりも強くする付勢手段を設ける共に、
   前記電動モータを、前記第１、第２の部材および前記回転−直動変換機構と同軸に前記ハウジング内に重合配置し、さらに、
   前記ハウジング内に、前記第２の部材および前記回転−直動変換機構の直動部材をブレーキペダル側へ付勢する戻しばねが設けられ、前記戻しばねのセット荷重は、前記第１の部材が回生制動時のブレーキ液圧に相当する変位まで移動したときの前記付勢手段のばね荷重よりも大きく設定されていることを特徴とする電動倍力装置。
2. 前記戻しばねは、ブレーキ非作動時に前記直動部材を後退端まで移動させることを特徴とする請求項１に記載の電動倍力装置。
3. 前記戻しばねは、回生制動時の減速度に相当するブレーキ液圧に達するまでは、前記第１の部材によるブレーキ液圧を発生させないように、ばね力が設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電動倍力装置。
4. 前記戻しばねは、前記第２の部材に当接し、該第２の部材を付勢することで前記直動部材も付勢することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電動倍力装置。
5. 前記戻しばねは、前記第２の部材の外周で前記直動部材の内周に配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電動倍力装置。

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