JP5349597B2 - 車両ブレーキ装置の操作力を測定する連結エレメント - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載された形式の連結エレメント、すなわち車両ブレーキ装置の操作力を測定する連結エレメントであって、この連結エレメントが車両ブレーキ装置の操作エレメントを車両ブレーキ装置の入力エレメントと連結していて、操作力を操作エレメントから入力エレメントに伝達するようになっており、操作力による連結エレメントの変形を測定する変形測定装置が設けられている形式のものに関する。

液圧式の車両ブレーキ装置は、通常ペダルロッド又はピストンロッドと呼ばれる連結エレメントを有しており、この連結エレメントは、車両ブレーキ装置の操作エレメントを車両ブレーキ装置の入力エレメントと接続もしくは連結している。操作エレメントは、そこで車両ブレーキ装置に操作力が導入されるエレメント又は部材である。汎用の車両ブレーキ装置では、このような操作エレメントは、（フット）ブレーキペダルであるか又は、特にオートバイでは（ハンド）ブレーキレバーである。汎用の液圧式の車両ブレーキ装置の入力エレメントは、マスタブレーキシリンダの一次ピストン又はロッドピストンであり、連結エレメントつまりペダルロッド又はピストンロッドによって、ブレーキペダル又はブレーキレバーと連結されている。連結エレメントは操作力、つまりブレーキペダル又はブレーキレバーに作用する筋力を、入力エレメント、つまり例えばマスタブレーキシリンダの一次ピストン又はロッドピストンに伝達する。しかしながら本発明は、ペダルロッドやピストンロッドとして形成された連結エレメントに制限されるものではなく、一般的に、車両ブレーキ装置に加えられる操作力を伝達する連結エレメントを対象とするものである。

車両ブレーキ装置の操作力の測定に関しては、様々な刊行物に記載されており、この場合通常、その構造や作用形式については記載されることなく、力センサ又はこれに類したものが問題となっている。例えば電気機械式のブレーキ倍力装置を対象とするＤＥ１０３２７５５３Ａ１には、ピストンロッドに配置された力センサが開示されている。

また電気機械式のブレーキ倍力装置を対象とするＤＥ１９９３６４３３Ａ１は、力・電圧コンバータを有していて、この圧力コンバータは、ペダルロッドとピストンロッドとの間においてペダルロッドの延長部に配置されている。

ＤＥ１０３１８８５０Ａ１の対象は、液圧式のブレーキ倍力装置を備えた車両ブレーキ装置である。この車両ブレーキ装置はマスタブレーキシリンダを有しており、このマスタブレーキシリンダの一次ピストン又はロッドピストンは、ブレーキペダルに向けられた背側において、外部エネルギ源によって液圧式に圧力負荷されるようになっている。マスタブレーキシリンダは、シミュレータばねを備えたペダル移動距離シミュレータを有している。ペダル移動距離シミュレータは、ブレーキ倍力装置を備えた又はブレーキ倍力装置のない汎用の液圧式の車両ブレーキ装置における作用に可能な限り近似した形で、ペダル力／移動距離特性をシミュレートする。これによってドライバは今まで慣れたペダル感覚を得ることができる。この公知のマスタブレーキシリンダはつまり、剛性のピストンロッドを有しておらず、力の負荷時にはシミュレータばねに基づいてばね弾性的に短縮するペダルロッド又はピストンロッドを有している。そして操作力の測定については開示されておらず、その代わりにペダルロッド又はピストンロッドの終端部の移動距離、つまりペダル移動距離が測定されるようになっている。

ＤＥ１００５７５５７Ａ１に開示された電気機械式のブレーキ倍力装置では、力センサが、ペダルロッドと、このペダルロッドの延長部に配置されたピストンロッドとの間に配置されている。さらに反応ディスクがペダルロッドとピストンロッドとの間に、快適な操作性を得るために配置されている。この配置形式によって反応ディスクは力センサに対して直列に配置されている。

発明の開示
本発明は、冒頭に述べた形式の連結装置において、連結エレメントが、逓増的なばね特性線を備えたばね弾性を有していることを特徴とする。本発明による、車両ブレーキ装置の操作力を測定する連結エレメントは、逓増的なばね特性線を備えたばね弾性と、連結エレメントに対して作用した操作力に起因する、連結エレメントの変形を測定する変形測定装置とを有している。この場合連結エレメント自体がばね弾性を有していても、連結エレメントが単数又は複数のばねエレメントを有していてもよい。操作力が本発明による連結エレメントに対して加えられると、連結エレメントはばね弾性的に変形し、特に短縮する。変形測定装置によって連結エレメントのこのような変形、例えば短縮が測定される。この変形もしくは短縮は、操作力のための１つの尺度もしくは値であり、本発明では連結エレメントのばね特性線が逓増的に変化することに基づいて、連結エレメントの変形と連結エレメントに対して作用する操作力との間には直線的な関係が生じない。

逓増的なばね特性線というのは、連結エレメントのばね定数が連結エレメントの変形の増大に連れて大きくなるということを意味している。ばね定数はばね強さもしくはばね剛性とも呼ばれ、ばね定数が一定の場合（本発明ではそうなっていない！）には、コンスタントなばね定数とも呼ばれる。本発明による連結エレメントのばね特性線は、連続的であっても又は非連続的であってもよい。後者の場合にばね特性線は、１つの範囲から別の範囲へと急勾配になるばね特性線を備えた複数の直線的な範囲から成っており、１つの範囲と別の範囲とは屈曲箇所を介して互いに移行している。さらに階段状に上昇するようなばね特性線も可能である。非連続的な経過の場合に、ばね特性線は、ばね定数の異なる少なくとも２つの範囲を有している。コンスタントなばね定数というのは、一定の勾配を有する真っ直ぐなばね特性線を意味し、ばね特性線の勾配もしくは上昇は、ばね定数、つまりばねの変形もしくは圧縮あるいは運動距離に関連した力変化である。

逓増的なばね特性線に基づいて、本発明によるばね弾性的な連結エレメントは、小さな操作力の場合でも力変化時に比較的大きな変形を有している。測定信号の分解能もしくは精度、つまり変形測定の信号品質は、これによって高められる。このことはブレーキ力調整のために有利である。なぜならば一方では、小さな操作力の場合には力変化は通常同様に小さいからであり、かつ道路交通において制動は大部分が小さな操作力から中位の操作力によって行われるからである。

高い操作力の場合、本発明による連結装置はその逓増的なばね特性線に基づいて硬くなり、力変化時における変形は小さい。これによってブレーキペダル又はブレーキレバーがさらに運動する必要がある操作運動距離は、操作力が大きい場合でも短くなる。

本発明による連結エレメントのばね定数が、小さな操作力の場合に低いことに基づいて、ブレーキペダル又はブレーキレバーに対する反力が、ブレーキ倍力装置の慣性に基づいて減じられる。

本発明の別の有利な構成は、請求項２以下に記載されている。

次に図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

本発明による連結エレメントを概略的に示す図である。 図１に示した連結エレメントのばね特性線を示す図である。

本発明の実施の形態
図１に示された本発明による連結エレメント１は、ブレーキペダル２又はその他の操作エレメントを、一部だけが示された車両ブレーキ装置のブレーキ倍力装置３又はその他の入力エレメントの入力部と連結もしくは結合している。入力エレメントは例えばマスタブレーキシリンダ（図示せず）の一次ピストン又はロッドピストンであってもよい。連結エレメント１はペダルロッド４を有しており、このペダルロッド４はブレーキペダル２と枢着結合されている。ペダルロッド４はばね受として働く皿形プレート５をその長手方向中心に有しており、この皿形プレート５は、ペダルロッド４と剛性に、例えば一体に形成されている。連結エレメント１はブレーキペダル２からの操作力をブレーキ倍力装置３に伝達する。

ペダルロッド４に対して同軸的に第１のばねエレメント６が配置されており、この第１のばねエレメント６は一端で、ばね受である皿形プレート５に支持されている。本発明の図示及び記載の実施形態では、第１のばねエレメント６は圧縮コイルばね７として形成されており、この圧縮コイルばね７の一方の端部巻条は、ペダルロッド４の皿形プレート５に支持されている。

圧縮コイルばね７の他方の端部巻条は、孔付ディスク８に支持されており、この孔付ディスク８は一般的に中間部材とも呼ぶことができる。孔付ディスク８は両端面に円筒形の凹部９を有しており、圧縮コイルばね７は、孔付ディスク８の、該圧縮コイルばね７に向けられた凹部９の底部に載置される。孔付ディスク８は同様に、第１のばねエレメント６を形成する圧縮コイルばね７に対して及びペダルロッド４に対して同軸的に、配置されている。

孔付ディスク８の、圧縮コイルばね７とは反対側の凹部には、反応ディスク（Reaktionsscheibe）１０が配置されている。この反応ディスク１０はゴム弾性的な第２のばねエレメント１１であり、第１のばねエレメント６を形成する圧縮コイルばね７よりも高いばね定数を有しており、つまり反応ディスク１０は圧縮コイルばね７よりも硬い。そしてこの反応ディスク１０は孔付ディスク８の凹部から突出している。第２のばねエレメント１１を形成している反応ディスク１０は、有利には、第１のばねエレメント６を形成する圧縮コイルばね７よりも著しく硬く、つまり著しく大きなばね定数を有している。ゴム又は弾性プラスチックから成っている反応ディスク１０は、一定のばね定数を有しているのではなく、負荷及び変形の上昇と共に上昇するばね定数を有している。反応ディスク１０のばね定数は直線的に上昇しても、逓増的又は逓減的に上昇してもよく、反応ディスク１０のばね特性線、つまり変形後の力の変化は、上昇する曲線を描く。反応ディスク１０の変形はまた、該反応ディスク１０のばね弾性的な圧縮もしくは運動距離と理解することもできる。反応ディスク１０は孔付ディスク８、圧縮コイルばね７及びペダルロッド４に対して同軸的に配置されている。

反応ディスク１０の、ペダルロッド４及び圧縮コイルばね７とは反対側の端面には、ピストンロッド１２が配置されており、このピストンロッド１２は、該ピストンロッド１２と堅く結合された、例えば該ピストンロッド１２と一体の皿形プレート１３を、反応ディスク１０に向いた側の端部に有しており、この皿形プレート１３でピストンロッド１２は反応ディスク１０に接触している。ピストンロッド１２はブレーキ倍力装置３の入力部と結合されている。このピストンロッド１２もまた連結エレメント１の部分に対して同軸的に、つまり反応ディスク１０、孔付ディスク８、圧縮コイルばね７及びペダルロッド４に対して同軸的に配置されている。

結合エレメント１は変形測定装置１４を有しており、この変形測定装置１４は距離センサ１５を備えており、この距離センサ１５はペダルロッド４の皿形プレート５と結合されていて、ペダルロッド４の皿形プレート５とピストンロッド１２の皿形プレート１３との間の距離を測定する。これにより変形測定装置１４を用いて、連結エレメント１の変形、つまり長さ変化が測定可能である。この測定は、互いに間隔をおいて位置する２つの箇所において、つまりペダルロッド４の皿形プレート５とピストンロッド１２の皿形プレート１３とにおいて行われる。すなわち測定は、連結エレメント１の両端部の近傍において、かつ、両ばねエレメント６，１１、つまり圧縮コイルばね７と反応ディスク１０とが生ぜしめる全ばね弾性変形を含めて行われる。全ばね弾性変形を含む大きな測定長さに基づいて、大きな変形、つまり長さ変化が測定され、これによって変形測定装置１４は高い分解能もしくは精度と信号品質とを有する。ペダルロッド４とピストンロッド１２とは、ばねエレメント６，１１とは異なり剛性であると見なすことができるので、連結エレメント１のさらに大きな間隔をおいて位置する箇所における距離測定は、測定の精度及び信号品質を高めることにならない。択一的に変形測定を、第１のばねエレメント６に比べて硬い反応ディスク１０を除いて、軟らかい第１のばねエレメント６だけを含めた形態で、距離センサ１６を用いて、行うことも可能である。信号品質はこれによって無視できるほどしか劣化しない。なぜならば、変形の大部分は軟質のばねエレメント６において生じるからである。

ブレーキペダル２を踏み込むことによるブレーキ操作時に、ブレーキペダル２に作用する筋力は、操作力としてブレーキペダル２から連結エレメント１を介してブレーキ倍力装置３に伝達される。この場合連結エレメント１は両ばねエレメント６，１１におけるばね弾性に基づいて、短縮する。操作力が小さい場合には、第２のばねエレメント１１を形成する反応ディスク１０は、その高いばね定数に基づいてほぼ剛性と見なすことができ、従って小さい操作力の場合には、実質的に、第１のばねエレメント６を形成する圧縮コイルばね７だけが変形する。図２に示された連結エレメント１のばね特性線は従って小さい操作力時にはほぼ直線であり、つまり小さい操作力時において連結エレメント１の全ばね定数はほぼ一定である。

操作力が大きくなると、反応ディスク１０もまた弾性変形し始める。連結エレメント１のばねエレメント６，１１を形成する圧縮コイルばね７と反応ディスク１０とは、直列に接続されているので、操作力の増大時に反応ディスク１０が変形すると、連結エレメント１の全ばね定数は増大し、すなわち連結エレメント１は、ばねエレメント６，１１が異なったばね定数を有していること及び直列接続されていることに基づいて、逓増的なばね特性線を有している。反応ディスク１０自体が逓増的なばね特性線を有している場合には、連結エレメント１の全ばね特性線の逓増の程度が高められる。

ブレーキペダル２を介して連結エレメント１に加えられる操作力がさらに高められると、圧縮コイルばね７が支持されている皿形プレート５を越えて反応ディスク１０に向かって突出しているペダルロッド４が、反応ディスク１０に当接する。この所定の高さ以上の操作力では、連結エレメント１の第１のばねエレメント６を形成する圧縮コイルばね７は、ペダルロッド４の皿形プレート５によって負荷され、かつ同時に、連結エレメント１の第２のばねエレメント１１を形成する反応ディスク１０は、ペダルロッド４によって負荷される。この状態において反応ディスク１０は、圧縮コイルばね７を介して間接的に負荷されるだけではなく、ペダルロッド４によって直に負荷されるので、両ばねエレメント７，１１はこれによって並列的に負荷され、両ばねエレメント７，１１は直列的にかつ並列的に作用することになる。このように特定の操作力高さ以上においてばねエレメント７，１１が並列接続されることによって、連結エレメント１の全ばね定数はさらに高まる。図２に示されている、連結エレメント１の全ばね特性線の逓増は、さらに急勾配となる。反応ディスク１０のばね定数は、反応ディスク１０がペダルロッド４によって中心における円形面において負荷される場合、又は孔付ディスク８によって縁部における円形リング面において負荷される場合に、変化する。従って操作力が大きな場合における反応ディスク１０のばね定数は、小さな操作力から中位の操作力までの場合、つまりペダルロッド４がなお反応ディスク１０に接触していない場合と異なっている。

ペダルロッド４とピストンロッド１２の両皿形プレート５，１３の間の間隔を測定することによって、つまり連結エレメント１の長さ変化の測定に基づいて、図２に示された連結エレメント１の全ばね特性線から、操作力を検出することができる（距離センサ１５から図２に延びている破線参照）。ブレーキ力調整のためには、全ばね特性線の認識はしかしながら必ずしも必要ではなく、調整又は制御は、入力値としての連結エレメント１の長さ変化によっても行うことができる。このような入力値は調整技術及び制御技術において案内値又は目標値とも呼ばれる。択一的に既に述べたように、ペダルロッド４の皿形プレート５と中間部材と呼ばれる孔付ディスク８との間の間隔の測定を、距離センサ１６によって行うことも可能である。一方の測定方式は、重複した他方の測定を排除するものではない。

Claims (3)

1. 車両ブレーキ装置の操作力を測定する連結エレメントであって、この連結エレメントが車両ブレーキ装置の操作エレメント（２）を車両ブレーキ装置の入力エレメントと連結していて、操作力を操作エレメント（２）から入力エレメントに伝達するようになっており、操作力による連結エレメント（１）の変形を測定する変形測定装置（１４，１５，１６）が設けられている形式のものにおいて、連結エレメント（１）は、逓増的なばね特性線を備えたばね弾性を有しており、連結エレメント（１）は、互いに直列に接続されていてばね定数の異なった複数のばねエレメント（６，１１）を有しており、直列に接続された複数のばねエレメント（６，１１）のばね運動距離の後で、これらのばねエレメント（６，１１）は並列に作用し、変形測定装置（１４，１５，１６）は、連結エレメント（１）の両端部又は両端部近傍における距離変化を測定し、ひいては前記ばねエレメント（６，１１）全体のばね弾性変形を含めて距離変化を測定することを特徴とする、車両ブレーキ装置の操作力を測定する連結エレメント。
2. 連結エレメント（１）は、ばね定数の一定でない少なくとも１つのばねエレメント（１１）を有している、請求項１記載の連結エレメント。
3. 連結エレメント（１）は、互いに直列に接続されていてばね定数の異なった複数のばねエレメント（６，１１）を有しており、変形測定装置（１４，１６）は、これらのばねエレメント（６，１１）のうちのばね定数の小さなばねエレメント（６）の長さ変化を測定する、請求項１記載の連結エレメント。

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