JP4944110B2 - 自動車用の電気油圧式ブレーキシステム - Google Patents

Description

本発明は、「ブレーキバイワイヤ」タイプの自動車用電気油圧式ブレーキシステムに関する。このブレーキシステムは、ブレーキペダルによって操作可能であると共に少なくとも１つの圧力チャンバを有するマスタブレーキシリンダと、非加圧型の圧力流体供給タンクと、「ブレーキバイワイヤ」モードにおいてマスタブレーキシリンダと相互作用してブレーキペダルにおける通常の感覚（ブレーキペダルの予め選択された踏み込みやすさ）を運転者に付与するストロークシミュレータと、電子制御調整ユニットによって駆動し得る油圧源であり、油圧ポンプおよびそのポンプによって蓄圧可能な高圧アキュムレータから構成される油圧源であって、その圧力を車両の車輪ブレーキに印加し得る油圧源と、を含む。この車輪ブレーキは、閉止弁によって閉じることができる少なくとも１つの接続ラインによってマスタブレーキシリンダに接続され、かつ、この車輪ブレーキには、電子制御調整ユニットによって操作することができる圧力制御弁（入口弁、出口弁）が配備される。

このタイプの電気油圧式ブレーキシステムが、国際公開第０３／０４７９３６号パンフレットに開示されている。この先行技術のブレーキシステムは、電気油圧系の構成部品の故障がきっかけとなる緊急時または予備運転モードにおいて、高圧アキュムレータ内に存在する油圧を使用する油圧手段を備える。この油圧の使用は、先行の「ブレーキバイワイヤ」モードにおける正常なブレーキ運転の間にマスタシリンダからストロークシミュレータに排出されたブレーキ流体を、機械油圧式の補助ブレーキ運転用に利用可能にするためであり、これを次のように行う。すなわち、高圧アキュムレータ圧力を、正常運転においてはブレーキ流体供給タンクに接続されるストロークシミュレータの油圧チャンバに油圧弁によって制御しながら供給することによって、圧力流体を、マスタシリンダに接続されるストロークシミュレータの油圧チャンバからマスタブレーキシリンダおよびそれに接続される補助ブレーキ回路に排出するのである。その結果、車輪ブレーキは、運転者がブレーキペダルを踏む際に用いる筋力によって決定される油圧によって作動する。「ブレーキバイワイヤ」タイプの自動車用の電気油圧式ブレーキシステムにおける人間工学的な力の比率は、周知のように、車輪ブレーキの圧力が、正常なブレーキ運転においてマスタシリンダ圧力の何倍にも達するようなブレーキシステムの構成を必要とする。

電気油圧系の構成部品の故障時には、「ブレーキバイワイヤ」モードにおいて同じ作動力の場合に実現される値よりも遥かに低いブレーキ圧力でしか車両のブレーキ操作ができない、という事実は、先行技術のブレーキシステムにおける欠点であると考えられる。運転者がブレーキペダルによってマスタブレーキシリンダに導入する圧力を超える車輪ブレーキ圧力によってブレーキ力を増大させることは、電気油圧系の構成部品が完全に機能しなければ実現することができない。さらに、ストロークシミュレータからマスタブレーキシリンダへの圧力流体の前記の突然の戻りの流れによって、ブレーキ力増大の不能と共に運転者を困惑させる可能性があるブレーキペダルへの反作用が生じることも短所と考えられる。

上記の観点から、本発明の目的は、確実に機能する上記のタイプのブレーキシステムを利用可能にすること、すなわち、電気油圧系の構成部品の故障時に、運転者の筋力による所定のマスタブレーキシリンダ圧力よりも高いブレーキ圧力によって車両のブレーキ操作を可能にするような別の予備運転モードを備えたブレーキシステムを開示することにある。

本発明によれば、この目的は、車輪ブレーキと圧力源との間の接続ラインに、マスタブレーキシリンダが供給する圧力によって油圧作動させることが可能でありかつ外部の力によっても作動させることが可能なバルブ機構を配置することによって達成される。このバルブ機構は、車輪ブレーキに印加し得るアナログ制御可能な油圧ブレーキ圧力を供給するものが好ましい。

本発明のアイディアをさらに具体的なものにするため、外部の力発生用として電気アクチュエータの利用が提案される。

本発明の対象物の別の好ましい設計変形態においては、外部の力発生用として電気油圧手段が設けられ、この電気油圧手段は、電気的にアナログ制御可能な圧力を供給する。これは、外部の力供給用の設定エネルギーが高圧アキュムレータから取られ、電子制御調整ユニットの電力消費における大きな変動が避けられるので有利である。

本発明の対象物の好ましい改良形態においては、電気油圧手段が、圧力源および圧力流体供給タンクに油圧接続されるアナログ制御可能なソレノイド弁である。この制御可能なソレノイド弁はブレーキシステムの構成部品としてすでに実証されており、異なる位置および異なる機能ではあるが、先行技術のブレーキシステムにおいても用いられている。

本発明の対象物の別の好ましい改良形態においては、バルブ機構の作動を、バルブ機構の弁部材に力伝達連結される作動要素によって行う方策が採られる。油圧作用する作動要素の断面積が、マスタブレーキシリンダ圧力と伝達される弁作動力との間の比例因子を規定する。

本発明のさらに別の好ましい実施形態においては、バルブ機構がスライド弁として構成される。スライド弁は、単一部品構造であるので、同様にこの箇所によく用いられる他の種類の弁構造で、弁座、もしくは弁座とスライド構造における制御端部との組合せを有する他の種類の弁構造に対して有利な点を有する。

本発明の対象物のさらに別の実施形態においては、上記の作動要素が油圧ピストンとして構成される。このピストンには、マスタブレーキシリンダが供給する圧力を作用させることが可能であり、かつ、電気的に制御可能な圧力を作用させることもできる。油圧ピストンは、任意の利用可能な圧力を印加し得る油圧チャンバを画成することが望ましい。電気的にアナログ制御可能な圧力を供給すると、ブレーキシステムは「ブレーキバイワイヤ」運転モードにおいて作動し、一方、前記の予備運転モードにおけるマスタシリンダ圧力を供給すると、ブレーキシステムは、純粋に油圧式の圧力増大装置を備えたブレーキシステムとして機能する。

本発明の別の好適な改良形態においては、マスタブレーキシリンダと油圧チャンバとの間、および、電気油圧手段と油圧チャンバとの間の接続ラインにシャトル弁が挿入される。このシャトル弁は、マスタブレーキシリンダが供給する圧力と電気的に制御可能な圧力との間の圧力差によって作動する。

この構成においては、シャトル弁の油圧作動は、それぞれ高い方の圧力が油圧チャンバに印加されるように行われる。従って、「ブレーキバイワイヤ」運転モードと、油圧による圧力増大運転モードとの間の自動的な切り換えが、それぞれ高い方のブレーキ圧力の要求が優先するように行われる。

本発明の対象物の別の好ましい構成形態においては、油圧ピストンを段付きピストンとして構成する方策が採られる。この段付きピストンの環状の表面にはマスタブレーキシリンダが供給する圧力を作用させ、一方、電気的にアナログ制御可能な圧力を小さい方の直径のピストンの面に作用させることができる。この変形態は、それぞれ高い方の車輪ブレーキ圧力を要求するという選択のためのシャトル弁を不要にする。

一方、前記の油圧チャンバは、バネによって付勢される付加的なピストンによって画成される。バネの力と反対向きのこの付加的ピストンの動きによって、電気油圧手段が供給する圧力流体用の容積の吸収が可能になる。このような容積の吸収は、「ブレーキバイワイヤ」運転モードにおける電気油圧圧力制御の制御品質を改善する。

本発明の対象物のさらに別の有利な実施形態においては、シャトル弁を、マスタブレーキシリンダと車輪ブレーキとの間、および、バルブ機構１３と車輪ブレーキとの間の接続ラインに挿入する構成とする。このシャトル弁は、マスタブレーキシリンダが供給する圧力と、バルブ機構１３が出力するアナログ制御可能な油圧ブレーキ圧力との間の圧力差によって作動する。また、このシャトル弁は、第１切り換え位置においてはマスタブレーキシリンダを車輪ブレーキに接続し、第２切り換え位置においては、バルブ機構の出力を車輪ブレーキに接続する。

ハイブリッド車両におけるいわゆる回生ブレーキ操作のためには車輪ブレーキ圧力をマスタシリンダ圧力以下の値に低減することが必要であるが、この圧力低減を特に遂行するために、最後に、電気的に作動可能な２方向／２位置方向制御弁を、マスタシリンダと車輪ブレーキとの間の油圧接続ラインに挿入する方策が採られる。前記弁が作動すると、マスタブレーキシリンダと車輪ブレーキとの間、並びに、マスタブレーキシリンダとバルブ機構との間の圧力流体の交換が阻止される。

本発明のさらなる詳細、特徴および利点は、添付の図面を参照してなされる、４つの実施形態に関する以下の説明から読み取ることができる。図面においては、同様の部品には同じ参照記号を付している。

単に概略図で示される電気油圧式ブレーキシステムは、基本的に、ブレーキペダル１によって操作可能な２系統の油圧発生器またはタンデム構成のマスタブレーキシリンダ２と、タンデムマスタシリンダ２と協動するストロークシミュレータ３と、タンデムマスタシリンダ２に取り付けられる圧力流体供給タンク４と、車輪に取り付けられる車輪ブレーキ７、８、１１、１２に接続される模式フロー図表現の油圧モジュール５と、電子制御調整ユニット１６とから構成される。油圧モジュール５の中には、圧力源と、油圧制御ユニットＨＣＵ６と、参照記号１３を付したバルブ機構と、２つのシャトル弁１７、１８とが組み込まれる。油圧制御ユニットＨＣＵ６は、車輪個別の圧力制御運転に必要なすべての構成部品または圧力制御弁を含む。シャトル弁１７、１８の機能については以下に説明する。車輪の回転速度を測定するために、概略表示のみで詳しくは図示していない車輪センサを使用する。それ自体公知のタンデムマスタシリンダ２は、２つのピストン９、１０によって画成される互いに絶縁された２つの圧力チャンバ１４、１５を含む。この圧力チャンバは、圧力流体供給タンク４に接続可能であると共に、ＨＣＵ６を介して車輪ブレーキ７、８、１１、１２に接続することができる。上記の圧力源は、電気モータ２２およびその電気モータ２２によって駆動されるポンプ２３を含むモータおよびポンプ組合せ体２０と、ポンプ２３に平行に接続される圧力制限弁２４と、ポンプ２３によって蓄圧可能な高圧アキュムレータ２１とから構成される。圧力センサ２５が、高圧アキュムレータ２１内に存在する油圧を監視する。

図示の例においてはスライド弁として構成される上記のバルブ機構１３は、効果の点から圧力源２０、２１と車輪ブレーキ７、８、１１、１２との間に繋ぎ込み、１つの駆動手段として電気機械式アクチュエータ２８によって、もう１つの駆動手段としてマスタブレーキシリンダ２の第１圧力チャンバ１４において調節される油圧によって、作動させる。

図に見られるように、車輪ブレーキ７、８は、導管２６を通って第１圧力チャンバ１４に繋がっている。この導管２６に第１シャトル弁１７が挿入され、この第１シャトル弁１７は、第１切り換え位置において、第１圧力チャンバ１４を車輪ブレーキ７、８に接続し、第２切り換え位置においては、バルブ機構１３の出側を車輪ブレーキ７、８に接続する。この場合同時に導管２６を遮断する。シャトル弁１７の前で別の導管２７が分岐しているが、この導管２７は、バルブ機構１３に繋がっており、バルブ機構１３を油圧作動させる役割を有する。図１から、シャトル弁１７が、マスタブレーキシリンダ２が供給する圧力と、バルブ機構１３によってアナログ制御可能な油圧ブレーキ圧力との間の圧力差によって作動することが分かる。このシャトル弁１７の作動は、それぞれ高い方の圧力が車輪ブレーキ７、８に印加されるように行われる。第１圧力チャンバ１４において調節される圧力は圧力センサ１９によって監視され、一方、バルブ機構１３が供給する圧力は圧力センサ２９によって検知される。上記の説明は、第２圧力チャンバ１５と、第２シャトル弁１８と、第２圧力チャンバ１５に接続される車輪ブレーキ１１、１２にも対応して当てはまる。

前記の電子制御調整ユニット１６には、圧力センサ１９、２５、２９と、車輪の回転速度センサと、マスタブレーキシリンダ２に取り付けられる好ましくは冗長装置としてのブレーキ操作要求検知装置３５との出力信号が送られるが、この電子制御調整ユニット１６が、モータおよびポンプ組合せ体２０と、アクチュエータ２８と、油圧制御ユニットＨＣＵ６とを駆動する役割を果たす。

特に図２から理解し得るように、バルブ機構１３は弁部材３０を含んでおり、この弁部材３０は、図示の切り換え位置において、出口チャンバ３１および油圧チャンバ３２の間の油圧接続を可能にする。出口チャンバ３１は導管３４を経由してシャトル弁１７の入口ポートに接続され、油圧チャンバ３２は圧力流体供給タンク４と連絡する。チャンバ３２は油圧ピストン３３によって画成される。この油圧ピストン３３には、１つの駆動手段として、上記のように、マスタブレーキシリンダ２において調節される圧力を導管２７経由で負荷し、もう１つの駆動手段として、電気機械式アクチュエータ２８を力伝達連結する。

図３および４に示す構成においては、図１および２に関連して述べたバルブ機構１３を、マスタブレーキシリンダ２による油圧作動に加えて、図示の例では電気操作式のアナログ制御可能な２方向／２位置方向制御弁３５、３６から構成される電気油圧手段によって駆動する。圧力源２０または２１の出力側に接続される２方向／２位置方向制御弁３５は、通常閉（ｎｏｒｍａｌｌｙ ｃｌｏｓｅｄ：ＮＣ）の弁として構成され、もう一方の２方向／２位置方向制御弁３６は通常開（ｎｏｒｍａｌｌｙ ｏｐｅｎ：ＮＯ）の弁として構成される。最初に述べた弁３５の出側と２番目の弁３６の入り側とは油圧チャンバ３７と連絡する。この油圧チャンバ３７は、一方がピストン３３によって、もう一方が付加的なピストン３８によって画成される。追加の圧力センサ３９が、弁３５、３６によって電気的にアナログ制御可能なチャンバ３７内の圧力を監視する。特に図４に見られるように、ピストン３３を段付きピストンとして構成し、その環状の表面４０にマスタブレーキシリンダ２から供給される圧力を作用させる。一方、２方向／２位置方向制御弁３５、３６によって電気的にアナログ制御可能な圧力を小さい方の直径のピストンの面４１に作用させる。もう１つのピストン３８は圧縮バネ４２によって付勢される。バネ４２の力と反対向きのピストン３８の動きによって油圧チャンバ３７が拡大し、従って、弁３５、３６によって供給される圧力流体容積の吸収が可能になる。

図５〜７に示す実施形態においては、アナログ制御可能な２方向／２位置方向制御弁３５、３６と、ピストン３３によって画成されるチャンバ３７ａ（図７参照）との間の導管にシャトル弁４３が挿入される。このシャトル弁は、マスタブレーキシリンダ２が供給する圧力と、電気油圧手段３５、３６から出力される電気的にアナログ制御可能な油圧圧力との間の圧力差によって操作することができる。シャトル弁４３の作動は、それぞれ高い方の圧力がピストン３３に印加されるように行われる。さらに、容積吸収要素４４が上記の導管に接続される。

運転者の減速要求に合致する圧力値よりも低いブレーキ圧力を設定するために、図６に示す実施形態においては、マスタブレーキシリンダ２の圧力チャンバ１４、１５に接続される２つの通常開（ＮＯ）の２方向／２位置方向制御弁４５、４６が設けられ、それが作動すると、マスタブレーキシリンダ２と車輪ブレーキ７、８、１１、１２との間、並びに、マスタブレーキシリンダ２とバルブ機構１３との間の圧力流体の交換が阻止される。このタイプのブレーキシステムは、特に、付加的な回生ブレーキを備えた車両（いわゆるハイブリッド車両）に用いられる。

本発明のブレーキシステムの第１実施形態の非作動およびエネルギー供給しない状態の概略図を示す。 図１に示すバルブ機構の拡大図である。 本発明のブレーキシステムの第２実施形態の非作動およびエネルギー供給しない状態の概略図を示す。 図３に示すバルブ機構の拡大図である。 本発明のブレーキシステムの第３実施形態の非作動およびエネルギー供給しない状態の概略図を示す。 本発明のブレーキシステムの第４実施形態の非作動およびエネルギー供給しない状態の概略図を示す。 図５および６に示すバルブ機構の拡大図である。

Claims (15)

1. 「ブレーキバイワイヤ」タイプの自動車用電気油圧式ブレーキシステムであり、
   ブレーキペダルによって操作可能であると共に少なくとも１つの圧力チャンバを有するマスタブレーキシリンダと、
   非加圧型の圧力流体供給タンクと、
   前記マスタブレーキシリンダと相互作用しかつ「ブレーキバイワイヤ」モードにおいてブレーキペダルにおける通常の感覚（ブレーキペダルの予め選択された踏み込みやすさ）を運転者に付与するストロークシミュレータと、
   電子制御調整ユニットによって駆動し得る油圧源であり、油圧ポンプおよび前記ポンプによって蓄圧可能な高圧アキュムレータから構成される油圧源であって、その圧力を車両の車輪ブレーキに印加し得る油圧源と、
   を含み、
   前記車輪ブレーキは、閉止弁によって閉じることができる少なくとも１つの接続ラインによって前記マスタブレーキシリンダに接続され、かつ、前記車輪ブレーキには、前記電子制御調整ユニットによって操作し得る圧力制御弁（入口弁、出口弁）が配備される電気油圧式ブレーキシステムにおいて、
   前記車輪ブレーキ（７、８、１１、１２）と前記圧力源（それぞれ２０および２１）との間の接続ラインに、前記マスタブレーキシリンダ（２）が供給する圧力によって油圧作動させることが可能であり、かつ、外部の力によっても作動させることが可能なバルブ機構（１３）が配置されることを特徴とする電気油圧式ブレーキシステム。
2. 前記バルブ機構（１３）が、前記車輪ブレーキに印加し得るアナログ制御可能な油圧ブレーキ圧力を供給することを特徴とする請求項１に記載の電気油圧式ブレーキシステム。
3. 前記外部の力を発生させる電気アクチュエータ（２８）が設けられることを特徴とする請求項１に記載の電気油圧式ブレーキシステム。
4. 前記外部の力を発生させるために、電気的にアナログ制御可能な圧力を供給する電気油圧手段（３５、３６）が設けられることを特徴とする請求項１に記載の電気油圧式ブレーキシステム。
5. 前記電気油圧手段が、前記圧力源（それぞれ２０および２１）および前記圧力流体供給タンク（４）に油圧接続されるアナログ制御可能なソレノイド弁（３５、３６）であることを特徴とする請求項１に記載の電気油圧式ブレーキシステム。
6. 前記バルブ機構（１３）の作動が、前記バルブ機構（１３）の弁部材（３０）に力伝達連結される作動要素（３３）によって行われることを特徴とする請求項２に記載の電気油圧式ブレーキシステム。
7. 前記バルブ機構（１３）がスライド弁として構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気油圧式ブレーキシステム。
8. 前記作動要素（３３）が油圧ピストンとして構成され、前記油圧ピストンには、前記マスタブレーキシリンダ（２）が供給する圧力を作用させることが可能であり、かつ、前記電気的にアナログ制御可能な圧力を作用させることも可能であることを特徴とする請求項６または７に記載の電気油圧式ブレーキシステム。
9. 前記油圧ピストンが、任意の利用可能な圧力を印加し得る油圧チャンバ（３７）を画成することを特徴とする請求項８に記載の電気油圧式ブレーキシステム。
10. 前記マスタブレーキシリンダ（２）と前記油圧チャンバ（３７）との間、および、前記圧力源（それぞれ２０および２１）と前記油圧チャンバ（３７ａ）との間の接続ラインにシャトル弁（４３）が挿入され、前記シャトル弁は、前記マスタブレーキシリンダ（２）が供給する圧力と前記電気的にアナログ制御可能な圧力との間の圧力差によって作動することを特徴とする請求項９に記載の電気油圧式ブレーキシステム。
11. 前記シャトル弁（４３）の作動が、それぞれ高い方の圧力が前記油圧チャンバ（３７ａ）に印加されるように行われることを特徴とする請求項１０に記載の電気油圧式ブレーキシステム。
12. 前記油圧ピストン（３３）が段付きピストンとして構成され、前記段付きピストンの環状の表面（４０）には前記マスタブレーキシリンダ（２）が供給する圧力が印加され、一方、前記電気的にアナログ制御可能な圧力が小さい方の直径のピストンの面（４１）に作用することを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の電気油圧式ブレーキシステム。
13. 前記油圧チャンバ（３７）が、バネ（４２）によって付勢される付加的なピストン（３８）によって画成され、前記バネ（４２）の力と反対向きの前記付加的なピストンの動きによって、前記電気油圧手段（３５、３６）が供給する圧力流体用の容積の吸収が可能になることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載の電気油圧式ブレーキシステム。
14. 前記シャトル弁（１７、１８）が、前記マスタブレーキシリンダ（２）と前記車輪ブレーキ（７、８、１１、１２）との間、並びに、前記バルブ機構（１３）と前記車輪ブレーキ（７、８、１１、１２）との間の接続ライン（２６、−）に挿入され、前記シャトル弁は、前記マスタブレーキシリンダ（２）が供給する圧力と、前記バルブ機構（１３）が供給する前記アナログ制御可能な油圧ブレーキ圧力との間の圧力差によって作動し、かつ、前記シャトル弁は、第１切り換え位置においては前記マスタブレーキシリンダ（２）を前記車輪ブレーキ（７、８、１１、１２）に接続し、第２切り換え位置においては、前記バルブ機構（１３）の出側を前記車輪ブレーキ（７、８、１１、１２）に接続することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の電気油圧式ブレーキシステム。
15. 前記マスタシリンダ（２）と前記車輪ブレーキ（７、８、１１、１２）との間の油圧接続ラインに、電気的に作動可能な２方向／２位置方向制御弁（４５、４６）が挿入され、前記弁が作動すると、前記マスタブレーキシリンダ（２）と前記車輪ブレーキ（７、８、１１、１２）との間、並びに、前記マスタブレーキシリンダ（２）と前記バルブ機構（１３）との間の圧力流体の交換が阻止されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の電気油圧式ブレーキシステム。

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