JP5570783B2 - 油圧式動力伝達装置を備える電気式倍力装置 - Google Patents

Description

本発明は車両制動システムに関し、さらに詳細には改良された電動式ブレーキに関する。

車両制動システムは、単純な機械式ブレーキから油圧式ブレーキに、次いでパワーアシスト式油圧ブレーキに進化してきた。１つの非常に一般的な動力ブレーキ機構は、運転者ブレーキ駆動ペダル機構と、動作可能にされるときに流体圧を個別の車輪ブレーキシリンダまたはアクチュエータに供給するマスターシリンダとの中間にある筐体を使用する。この筐体は、通常では車両マニホルド真空に両側が露出されたピストンまたは隔膜を具備する。運転者がブレーキペダルを駆動するとき、大気圧が、このピストンの片側に通されて、マスターシリンダピストンに追加的な力と個別の車輪シリンダに高められたブレーキ管路圧とを供給する。運転者が加えるペダル力（倍力なし）は、真空が利用可能でなければ、倍力機構を介してマスターシリンダに伝達される。この種の真空倍力装置が、数多くの特許、例えば、米国特許第５９４３８６３号に例示されている。

多くの車両、例えば、ハイブリッド車またはディーゼル機関を用いるものは、真空源を欠き、油圧源としてパワーステアリングポンプもしくは別体の専用ポンプが利用可能であるか、または空気式ブレーキ用に別体の空気圧縮機が使用可能である。これらのシステムのすべては、運転者ブレーキペダル入力の力を増加するために、車両機関の動作に頼る。

いくつかの特許されたシステムは、上述の真空倍力装置に代えて電気機械式機構を用いることによって、マニホルド真空に対するまたは機関動作に依存する他の動力源に対する依存性を排除する。例えば、米国特許第４３９５８８３号では、ブレーキペダル力が、歯車の組を介して作用する電気モータによって増幅されるが、これらの歯車の組は、マスターシリンダピストンにエネルギーを与えるために、ボールねじ構成を経由して、このモータからの回転運動およびトルクを直線運動および力に変換する。運転者から入力される押しロッド力が、電子的手段によって検知、増幅、および変調される。電気モータは、休止状態ではまたは電気的不具合が発生すれば、この歯車組から切り離されて、必要なときに利用可能な手動操作様式が存在するようになっている。電力印加様式と非電力印加様式とを分離するために、ソレノイドを使用して電動クラッチを操作する。適切な制御装置が、圧電結晶また何らかの他の適切な圧力変換素子のような力検知手段と、マイクロプロセッサに似た制御論理を含む適切な回路とによって設けられる。

米国特許第６５７４９５９（Ｂ２）号および同第６７５８０４１（Ｂ２）号が、同様のシステムを開示する。第６５７４９５９号特許の構成は、プーリ回りに巻かれたベルトを具備する動力伝達システムを使用して動力をモータからボールねじに伝達し、ベルト、歯付きベルト、チェーンベルト、または歯車を示唆しかつプーリはスプロケットまたは同様物でありうることを示唆する。第６７５８０４１号特許では、電気モータからのトルクを倍力装置シャフトに印加される軸方向力に変換するために、ボールねじアセンブリが、このモータの出力シャフトと倍力装置シャフトとの間で、ピニオンおよびボールねじ駆動歯車によって動作可能に連結される。ブレーキペダル入力の力は、圧電または磁気抵抗検知器によって測定される。倍力装置シャフトがその軸に沿って後退する速度を増大させるために、かつ倍力装置シャフトが完全に後退した位置に移動することを保証するために、この倍力装置は、ボールねじ駆動歯車と筐体との間で動作可能に連結された捻りばねまたはクラッチスプリングの形態にある後退ばねを具備する。

これらの特許の電気式倍力装置構成のそれぞれは、ちょうど従来の真空倍力装置の場合におけるように、ブレーキペダル押しロッドとマスターシリンダ入力ピストンロッドとの中間に配置される。それぞれが、モータとマスターシリンダピストンロッドとの間に、かなり複雑な機械式結合部を使用する。制動表面を強制的に合わせるために、個別車輪ブレーキの箇所に電磁石を使用する電気式ブレーキも示唆されてきた。

機関動作からの独立性を保持し、かついかなる倍力源の不具合にもかかわらず車両制動能力を保持しながら、例えば、複雑な駆動用動力伝達装置、ソレノイド動作式クラッチ、および同様物を排除することによって、複雑な駆動機構を簡素化することが望まれる。

米国特許第５９４３８６３号 米国特許第４３９５８８３号 米国特許第６５７４９５９（Ｂ２）号 米国特許第６７５８０４１（Ｂ２）号

本発明は、機関動作に依存することなく、または特定の機関構成要素の存在を必要とすることなくコンパクトで信頼性のある倍力装置を提供する。

本発明は、その１つの形態では、マスターシリンダと、運転者ブレーキペダルと、個別車輪ブレーキアクチュエータとを有する電気倍力式車両ブレーキシステムを備える。略円筒形ボアを有するマスターシリンダ筐体が存在し、このボアの中で往復動可能に配置されたピストンが、そのボアと共に可変容積チャンバを画定する。電気機械装置がピストンに結合され、この構成は、チャンバの容積を減少させて車輪ブレーキアクチュエータのうちの特定のアクチュエータに流体圧を加える方向へ第１のピストンを押圧するために、運転者ブレーキペダル力に応答して動作可能である。この電気機械装置は、ボアの中へ延びるねじ付き部分を備える出力シャフトを有する可逆電気モータと、このねじ付き部分の上に螺合して受け入れられるナットとを具備する。このナットは、シャフト回りに回転することが防止される。ナットは、第１の検知においてシャフト回転に応答して、チャンバの容積を減少させて倍力流体圧を車輪ブレーキアクチュエータのうちの特定のアクチュエータに加える方向へピストンに係合してピストンを移動させ、かつ第２の検知においてシャフト回転に応答して、ピストンを解放してチャンバの容積の増大を可能にする。

別の形態では、運転者ブレーキペダルと、個別の車輪ブレーキアクチュエータとを有する車両ブレーキシステムで使用するマスターシリンダが、第１および第２の略円筒形ボアを内部に有するマスターシリンダ筐体を具備する。第１のピストンが、第１のボアの中で往復動可能に配置されて、第１のボアと共に第１の可変容積チャンバを画定し、第２のピストンが、第２のボアの中で往復動可能に配置されて、第２のボアと共に第２および第３の可変容積チャンバを画定する。第１および第２のチャンバは、流体を受け取ってブレーキシステム中の流体レベルを所望のレベルに維持するために貯槽に連結され、かつブレーキを効かせるように加圧流体を供給するために後輪および前輪ブレーキアクチュエータにそれぞれ連結される。電気機械装置が第１のピストンに結合されて、この構成は、第１のチャンバの容積を減少させて流体圧を後輪ブレーキアクチュエータに加える方向へ第１のピストンを押圧するために、運転者ブレーキペダル力に応答して動作可能である。第２のピストンと運転者ブレーキペダルとの間には、第２のチャンバの容積を減少させて流体圧を前輪ブレーキアクチュエータに加える方向へ、運転者ブレーキペダル力に応答して第２のピストンを押圧する機械式結合部が存在する。第１のチャンバと第３のチャンバとを相互連結する流体結合導管が、第２のチャンバの容積を減少させて流体圧を前輪ブレーキアクチュエータに加える方向へ第２のピストンを押圧することによって、運転者ブレーキペダル力を補うために第１のチャンバからの流体圧を第２のチャンバに加える。

本発明の利点は、機関動作に対する依存性が排除されることである。

電気倍力を有する油圧式ブレーキマスターシリンダの模式的な部分断面図である。

ここで図面を参照すると、筐体１６の上に支持された流体貯槽１４を有するマスターシリンダ１２を具備する車両ブレーキシステムの一部が示されている。筐体１６は、往復動可能に内部配置された第１のピストン２２および第２のピストン２４をそれぞれ具備する略円筒形ボア１８および２０を含む。ボア１８はピストン２２と共に可変容積チャンバ２６を画定し、一方、ピストン２４の両面がボア２０内部の２つの可変チャンバ２８および３０を画定する。チャンバ内部の戻しばね３２が、チャンバ２６の容積を最大化するように、図の左方へピストン２２を押圧する。同様に、戻しばね３４が、チャンバ２８の容積を最大化しかつチャンバ３０の容積を最小化するように、図の右に向かってピストン２４を押圧する。マスターシリンダはその休止状態で示されており、このとき、必要に応じて貯槽からの流体がチャンバ２６および２８を満たすことを可能にするように、ポペット弁３６および３８が開いた状態に保持されている。これらのポペット弁は、ばねの付勢によって閉じられるが、これらのそれぞれの弁棒４０および４２によって開いた状態に保持される。これらの弁棒は、それぞれのピストンが図示の箇所から移動するときに解放される。ピストンロッド４４および押しロッド４６は、従来の足踏みペダル８０のような車両運転者入力ブレーキ力４８の供給源にピストン２４を機械式に結合する。

マスターシリンダ１２は、チャンバ２６から、個別の車輪ディスクおよびキャリパブレーキアセンブリ７６および７８を駆動するための後部ブレーキ回路に至る増強圧力出力口７２を含む。前輪（図示せず）用の同様のブレーキアセンブリが、前部ブレーキ回路を経由してチャンバ２８の出口７４から駆動流体を受け取る。別法としてドラムブレーキが使用されてもよく、ディスク前部ブレーキおよびドラム後部ブレーキは、しばしば見られる１つの組合せである。導管８２が、後部制動回路の増強された出力を前部制動回路の倍力入力チャンバ３０に結合する。

可逆サーボモータ５０が、ボア１８の中へ延びるねじ付き部分５４を含むシャフト５２を有する。シャフト５２は、軸受６８および７０によってのように、適切にジャーナル軸受される。ナット５６が、シャフト部分５４上に螺合して受け入れられ、長手方向へ延びるボア側壁溝穴またはキー溝６０に係合する回転防止キー５８を有する。ナットおよびねじ付きシャフト部分は、一体としてボールねじ機構を備える。サーボモータ５０は電子制御ユニット６２からの入力を受け取り、次に電子制御ユニットは、電圧変換素子６４に対する力および電圧変換素子６６に対する圧力からの入力を受け取る。

動作に際して、車両運転者は、ばね３４の付勢力に対抗してピストン２４を移動させる押しロッド４６およびピストンロッド４４経由で、弁３８を閉鎖させてチャンバ２８内の流体圧を増大させる力４８を供給する足踏みペダル８０を踏み込む。この増大した圧力は、出口７４を経由して前部ブレーキ管路および前輪ブレーキアクチュエータに伝達され、それによって前輪ブレーキを効かせる。これが行われるのに電気的倍力は必要とされない。運転者の指令によるブレーキ力４８も任意適切な手段によって検知され、変換素子６４によって、大きさを示す電気信号に変換される。この検知および変換は、例えば、米国特許第４３９５８８３号に示されたように、圧電デバイスによって実現されてよい。後部ブレーキ回路圧は検知され、かつ変換素子６６によって、それを示す信号に変換されて、これらの信号は、後輪回路がこの運転者の指令による制動力によって要求された圧力を受け取っているかどうかを判定するために、電子制御ユニット６２において比較される。電子制御ユニット６２は、車両蓄電池のような任意の適切な電源に結合される。後輪回路圧が不適当であれば、電子制御ユニット６２はサーボモータを動作可能にして、図の右にボールねじユニットのナット５６を前進させる方向へねじ付きシャフト５４を回転させて、ばね３２の付勢力に対抗してピストンを押圧し、それによってチャンバ２６内の圧力および後輪制動力を増大させる。検知された後輪回路圧が不適当であれば、電子制御ユニット６２はサーボモータを動作可能にして、図の左に戻るようにボールねじユニットのナット５６を後退させる方向へねじ付きシャフト５４を回転させて、ばね３２の付勢力がピストンを左方へ押すことを可能にし、それによってチャンバ２６内の圧力および後輪制動力を減少させる。ばね３２の付勢力はピストン２２をナット５６と接触状態に維持するが、他の適切な結合構成が使用されてよい。モータおよびボールねじ駆動装置によって実現可能な制動圧は、運転者が押しロッド４６およびピストンロッド４４の機械式結合部を介して通常もたらす圧力を超える。すなわち、導管８２が備わっていなければ、チャンバ２６内の圧力は、制動中ではチャンバ２８内の圧力よりも実質的に大きい。しかし、導管８２は、チャンバ２６の圧力をチャンバ３０とピストン２４の右側の面とに供給して、所望通りに当該ピストンに対する運転者によってもたらされた機械力を増加し、チャンバ２８の圧力を増大させる。

このように、推奨される実施形態が開示されたが、当業者ならば数多くの変更を想到しよう。したがって、本発明の範囲は、以下に続く特許請求の範囲によって判断されるべきである。

１２ マスターシリンダ
１４ 流体貯槽
１６ 筐体
１８、２０ 略円筒形ボア
２２ 第１のピストン
２４ 第２のピストン
２６ 第１の可変容積チャンバ
２８ 第２の可変容積チャンバ
３０ 第３の可変容積チャンバ
３２、３４ 戻しばね
３６、３８ ポペット弁
４０、４２ 弁棒
４４ ピストンロッド
４６ 押しロッド
４８ 車両運転者入力ブレーキ力
５０ 電気モータ
５２ シャフト
５４ ねじ付き部分
５６ ナット
５８ 回転防止キー
６０ ボア側壁溝穴またはキー溝
６２ 電子制御ユニット
６４、６６ 電圧変換素子
６８、７０ 軸受
７２ 増強圧力出力口
７４ 第２のチャンバ出口
７６、７８ 個別車輪ディスクおよびキャリパブレーキアセンブリ
８０ 足踏みペダル
８２ 導管

Claims (11)

1. マスターシリンダ（１２）、運転者ブレーキペダル（８０）、および個別の車輪ブレーキアクチュエータ（７６、７８）を有する電気倍力式車両ブレーキシステムであって、
   マスターシリンダ筐体（１６）と、
   前記筐体中の略円筒形ボア（１８）と、
   前記ボアの中で往復動可能に配置され、前記ボアと共に第1の可変容積チャンバ（２６）を画定する第1のピストン（２２）と、
   前記第1のピストンに結合されて、前記第1の可変容積チャンバの容積を減少させて流体圧を前記車輪ブレーキアクチュエータのうち特定のアクチュエータに加える方向へ前記第１のピストンを押圧するように、運転者ブレーキペダル力に応答して動作可能な電気機械装置とを備え、
   前記電気機械装置は、前記ボアの中へ延びるねじ付き部分（５４）を備える出力シャフト（５２）を有する可逆電気モータ（５０）と、前記ねじ付き部分の上に螺合して受け入れられるナット（５６）とを備え、装置（５８、６０）が前記シャフト回りのナットの回転を防止するためにあり、前記ナットは、第１の検知においてシャフト回転に応答して、前記第1の可変容積チャンバの容積を減少させて倍力流体圧を前記車輪ブレーキアクチュエータのうち前記特定のアクチュエータに加える方向へ前記第1のピストンに係合して前記第1のピストンを移動させ、かつ第２の検知においてシャフト回転に応答して、前記第1のピストンを解放して前記第1の可変容積チャンバの容積の増大を可能にする、電気倍力式車両ブレーキシステム。
2. 前記電気機械装置は、電子制御ユニット（６２）と、運転者ブレーキペダル力を示す、前記電子制御ユニットに供給される信号を生成する第１の変換素子（６４）と、倍力流体圧を示す、前記電子制御ユニットに供給される信号を生成する第２の変換素子（６６）とをさらに備え、前記電子制御ユニットは、前記電気モータが、運転者ブレーキペダル力が増大するときに倍力流体圧を増大させ、かつ運転者ブレーキペダル力が減少するときに倍力流体圧を減少させることを可能にする、請求項１に記載の電気倍力式車両ブレーキシステム。
3. ナット回転を防止するための前記装置は、ボア軸線に平行な前記ボアの側壁に沿って長手方向へ延びる溝穴（６０）と、前記側壁溝穴の中へ延びるナット（５６）支持キー（５８）とを備える、請求項１に記載の電気倍力式車両ブレーキシステム。
4. 前記マスターシリンダ筐体は、
   往復動可能に内部配置された第２のピストン（２４）であって、前記車輪ブレーキアクチュエータのうちの前記特定のアクチュエータとは異なる他の車輪ブレーキアクチュエータに流体圧を加えるように運転者ブレーキペダル力（４８）に応答する第２のピストンを有する第２のボア（２０）と、
   前記第1の可変容積チャンバからの前記倍力流体圧を利用して倍力を前記第２のピストンに供給するための流体通路（８２）とをさらに備える、請求項１に記載の電気倍力式車両ブレーキシステム。
5. 前記マスターシリンダ筐体は、往復動可能に内部配置された第２のピストン（２４）を有して前記第２のピストンと共に第２（２８）および第３（３０）の可変容積チャンバを前記第２のピストンの両側のそれぞれに画定する第２のボア（２０）をさらに含み、前記第２のピストンは、前記第２の可変容積チャンバの前記容積を減少させて、前記車輪ブレーキアクチュエータのうちの前記特定のアクチュエータとは異なる他の車輪ブレーキアクチュエータに流体圧を加えるように、運転者ブレーキペダル力に応答する、請求項１に記載の電気倍力式車両ブレーキシステム。
6. 前記筐体は、前記第1の可変容積チャンバと前記第３の可変容積チャンバとを結合する導管（８２）を含み、それによって運転者ブレーキペダル力の印加時に、前記車輪ブレーキアクチュエータのうちの前記特定のアクチュエータに加えられた前記流体圧は、前記第２のピストンに加えられた前記運転者ブレーキペダル力を増加するために、前記第２のピストンにも加えられる、請求項５に記載の電気倍力式車両ブレーキシステム。
7. 運転者ブレーキペダル（８０）および個別の車輪ブレーキアクチュエータ（７６、７８）を有する車両ブレーキシステムで使用するマスターシリンダ（１２）であって、
   マスターシリンダ筐体（１６）と、
   前記筐体中の第１の略円筒形ボア（１８）と、
   前記第１のボアの中で往復動可能に配置されて、前記ボアと共に第１の可変容積チャンバ（２６）を画定する第１のピストン（２２）と、
   前記筐体中の第２の略円筒形ボア（２０）と、
   前記第２のボアの中で往復動可能に配置されて、前記ボアと共に第２（２８）および第３（３０）の可変容積チャンバを画定する第２のピストン（２４）とを備え、
   前記第１および第２の可変容積チャンバは、流体を受け入れて前記ブレーキシステム中の流体レベルを所望のレベルに維持するように貯槽（１４）に連結され、かつブレーキを効かせるように加圧流体を供給するために後輪および前輪ブレーキアクチュエータ（７６、７８）にそれぞれ連結されており、
   前記第１のピストンに結合され、前記第１の可変容積チャンバの容積を減少させて流体圧を前記後輪ブレーキアクチュエータに加える方向へ前記第１のピストンを押圧するように、運転者ブレーキペダル力に応答して動作可能な電気機械装置と、
   前記第２のピストンと前記運転者ブレーキペダルとの間にあって、前記第２の可変容積チャンバの容積を減少させて流体圧を前記前輪ブレーキアクチュエータに加える方向へ前記第２のピストンを押圧するように、運転者ブレーキペダル力（４８）に応答して動作可能な機械式結合部（４４、４６）と、
   前記第２の可変容積チャンバの容積を減少させて流体圧を前記前輪ブレーキアクチュエータに加える方向へ前記第２のピストンを押圧する運転者ブレーキペダル力を補うように、流体圧を前記第１の可変容積チャンバから供給するように前記第１の可変容積チャンバと前記第３の可変容積チャンバとを相互連結する流体結合導管（８２）とを備えるマスターシリンダ。
8. 前記第１の可変容積チャンバの前記容積を最大化する方向へ前記第１のピストンを付勢するために、前記第１のボアの中に配置された第１の戻しばね（３２）と、前記第２の可変容積チャンバの前記容積を最大化しかつ前記第３の可変容積チャンバの前記容積を最小化する方向へ前記第２のピストンを付勢するために、前記第２のボアの中に配置された第２の戻しばね（３４）とをさらに備える、請求項７に記載のマスターシリンダ。
9. 前記電気機械装置は、
   ボア軸線に平行な前記第１のボアの側壁に沿って長手方向へ延びる溝穴（６０）と、
   前記第１のボアの中へ延びるねじ付き部分（５４）を含む出力シャフト（５２）を有する可逆電気モータ（５０）と、
   前記ねじ付き部分の上に螺合して受け入れられて、前記シャフト回りのナットの回転を防止するために前記側壁溝穴の中へ延びるキー（５８）を含むナット（５６）とを備え、前記ナットは、第１の検知においてシャフト回転に応答して、前記第１の可変容積チャンバの容積を減少させて流体圧を前記後輪ブレーキアクチュエータに加える方向へ前記第１のピストンに係合して前記第１のピストンを移動させ、かつ第２の検知においてシャフト回転に応答して、前記第１のピストンを解放して前記第１の可変容積チャンバの容積の増大を可能にする、請求項８に記載のマスターシリンダ。
10. 前記電気機械装置は、前記後輪ブレーキアクチュエータ用の流体圧を発生させる唯一の力を供給する、請求項７に記載のマスターシリンダ。
11. 電力がない状態で、前記第２のピストンと前記運転者ブレーキペダルとの間の前記機械式結合部は、前記後輪ブレーキアクチュエータが非動作状態に留まる間、流体圧を前記前輪ブレーキアクチュエータに加えるように、運転者ブレーキペダル力に応答して動作可能である、請求項７に記載のマスターシリンダ。
    

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