JP5828688B2

JP5828688B2 - ストロークシミュレータおよび電動アクチュエータ

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Publication number: JP5828688B2
Application number: JP2011145755A
Authority: JP
Inventors: 吉田　仁; 仁吉田
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2031-06-30
Also published as: JP2013010470A

Description

本発明は、自動車等の車両のブレーキ装置において、ブレーキペダルの操作に対して反力を付与するためのストロークシミュレータに関するものである。

自動車のブレーキ装置において、ブレーキペダルの操作量を検出し、コントローラによってブレーキペダルの操作量に応じてアクチュエータの作動を制御し、アクチュエータが各車輪に設けられた摩擦ブレーキを作動させることによって制動を行なうようにした、いわゆる「ブレーキ・バイ・ワイヤ」を適用したものが知られている。ブレーキ・バイ・ワイヤによるブレーキ装置においては、ブレーキペダルに踏み代（ストローク）を与えると共に、踏込みに対して適度な反力を付与するためにストロークシミュレータが用いられている。

特許文献１には、ブレーキペダルのストロークに対して、円筒状部材に収容したゴム状の弾性体の圧縮により反力を発生させる共に、圧縮により拡径する弾性体を円筒状部材の内周面に摺接させて摩擦力を発生させ、ブレーキペダルの踏込み時と解放時とで反力差（ヒステリシス）を設けることにより、ブレーキペダルの操作感を向上させるようにしている。

特開２００５−１６２１２７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたものでは、ゴム状の弾性体の体積弾性に依存して、ブレーキペダルのストローク及び反力を与えると共に、ヒステリシス特性を付与しているため、弾性体の体積が大きくなり、スペース効率及び重量の点で問題がある。

本発明は、小型化が可能なストロークシミュレータおよび電動アクチュエー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、本発明に係るストロークシミュレータは、ブレーキペダルが連結される入力部材と、前記入力部材の移動に対してバネ力を作用させる反力バネと、前記入力部材と共に移動する摩擦部材と、前記入力部材と共に移動する前記摩擦部材が摺接して摩擦力を発生する摺接部材とを備え、前記摩擦部材は、前記入力部材の移動によって圧縮されて前記摺接部材側へ拡径する弾性体からなり、前記反力バネのバネ力を受けて該バネ力の増大に対して摩擦力を増大させることを特徴とする。
また、本発明に係る電動アクチュエータは、ハウジングと、ブレーキペダルに連結されて前記ハウジング内を変位する入力部材と、前記ブレーキペダルの操作に応じて作動する電動モータと、該電動モータの作動により、マスタシリンダのピストンを推進するアシスト機構と、を有し、前記ハウジング内に設けられ、前記入力部材の変位に伴って該ハウジング内で摺動することにより、前記ブレーキペダルを操作する際の踏力の増大に伴い前記ブレーキペダルに対する反力の増大割合が大きくなり、また、前記ブレーキペダルを解放する際には、前記踏力の減少に対して操作ストロークの減少割合が小さくなるヒステリシス機構を備え、該ヒステリシス機構は、前記入力部材の移動に対してバネ力を作用させる反力バネと、前記入力部材と共に移動する摩擦部材と、前記入力部材と共に移動する前記摩擦部材が摺接して摩擦力を発生する摺接部材とを備え、前記摩擦部材は、前記入力部材の移動によって圧縮されて前記摺接部材側へ拡径する弾性体からなり、前記反力バネのバネ力を受けて該バネ力の増大に対して摩擦力を増大させることを特徴とする。

本発明に係るストロークシミュレータおよび電動アクチュエータによれば、小型化が可能になる。

本発明の第１実施形態に係るストロークシミュレータが組込まれた自動車のブレーキシステムの概略構成を示す図である。本発明の第１実施形態に係るストロークシミュレータが組込まれた電動倍力装置の縦断面図である。図２に示す電動倍力装置の要部であるストロークシミュレータを拡大して示す縦断面図である。図３に示すストロークシミュレータにおいて、プランジャがストロークした状態を示す断面図である。図３に示すストロークシミュレータの連結切換機構の各作動状態を示す説明図である。図３に示すストロークシミュレータの反力特性を示すグラフ図である。本発明の第２実施形態に係るストロークシミュレータの縦断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の第１実施形態について、図１乃至図６を参照して説明する。
本実施形態に係るストロークシミュレータが組込まれた車両３を図１に示す。図１は、車両３が搭載しているブレーキシステム１および走行用駆動システム７０の概要を示すシステム図である。本発明に係るストロークシミュレータは、車両３として、電動機のみが発生するトルクに基づき走行する純粋な電気自動車に適用した例を用いて本発明に係る実施形態を説明する。

〔走行用駆動システム７０〕
車両３に搭載された走行用駆動システム７０は、例えば数百ボルトの高電圧直流電力を蓄電する蓄電システム７２と、交流電力を受けて車両３を走行するためのトルクを発生するモータの機能と車両の走行エネルギーに基づき交流電力を発生するゼネレータの機能を有する回転電気機械（以下モータゼネレータという）８２と、蓄電システム７２からの高電圧直流電力を受けてモータゼネレータ８２に供給する交流電力を発生し、またモータゼネレータ８２が発生した交流電力を直流電力に変換する電力変換装置７４と、外部から商用電力を受電するための受電用コネクタ８４と、受電した電力に基づいて蓄電システム７２を充電する充電装置８６と、を備えている。

〔低電圧電源装置４０〕
車両３は、低電圧、例えば１４ボルトあるいは２８ボルトを基準電圧とする低電圧の直流電力を蓄電する低電圧電源装置４０と、蓄電している低電圧直流電力を供給するための電力供給線２１を備えている。走行用駆動システム７０および後述するブレーキシステム１には、電力供給線２１を介して低電圧電源装置４０から直流電力が供給され、制御回路の動作電源や低電圧のモータなどの電源として使用される。

〔車載情報ネットワーク〕
車両３には情報を伝送するための情報伝送線２３が設けられている。この情報伝送線２３を介して、ブレーキシステム１、走行用駆動システム７０及び低電圧電源装置４０が、それぞれの動作に使用する情報の授受を行っている。この情報伝送線２３は、車両３に搭載された図１に記載されていない様々な装置やシステムとも繋がっており、車両３内の情報ネットワークを形成している。情報の伝送方式としては例えばＣＡＮ方式が使用される。

〔ブレーキシステムの構成〕
車両３のブレーキシステムは電動アクチュエータ１００と液圧制御ユニット３００と各車輪に対して制動力を発生するホイルシリンダ５０を有している。ホイルシリンダ５０は、４つの車輪にそれぞれ設けられ、液圧によって制動力を発生する例えば公知のディスクブレーキ又はドラムブレーキとすることができる。電動アクチュエータ１００は、車両３のエンジンルームと車室とを区画する隔壁であるダッシュパネル５に取り付けられている。電動アクチュエータ１００は、電動倍力装置１０１と、マスタシリンダ１７１と、制御装置１６１とを備えている。電動倍力装置１０１の入力ロッド１０３は、車室内に延出してブレーキペダル７に機械的に連結されており、運転者によるブレーキペダル７の操作に基づき、変位する。運転者によるブレーキ操作量は、ブレーキペダル７の変位として入力ロッド１０３に伝達され、入力ロッド１０３の軸方向の変位として電動倍力装置１０１に伝達される。また、ブレーキペダル７の変位は、ストロークセンサ１１により検出され、電気信号に変換され、情報伝送線２３を介して制御装置１６１（以下、ＥＣＵ１６１という）に伝達される。

ＥＣＵ１６１はブレーキペダル７の操作量である変位に基づいて、後述する動作により、電動倍力装置１０１を制御してマスタシリンダ１７１のピストンを制御し、マスタシリンダ１７１は、制動力発生するための液圧を発生する。電動アクチュエータ１００が発生したブレーキ液圧は、２系統のアクチュエーション管路１３、１５を介して液圧制御ユニット３００に伝えられる。液圧制御ユニット３００は、２系統のアクチュエーション管路１３、１５を介して供給されたブレーキ液圧に基づき、各車輪に制動力を発生させるための各車輪のホイルシリンダ５０に供給するブレーキ液圧を発生して、４系統のファンデーション管路３１、３３、３５、３７を介して各車輪のホイルシリンダ５０に送り、それぞれの車輪で制動力を発生させる。

また、液圧制御ユニット３００は、電動アクチュエータ１００の液圧に基づくことなく、各ホイルシリンダ５０の液圧を制御することができる。これにより、車両３の走行状態、運転状態等に応じて液圧制御ユニット３００の作動を制御することにより、アンチロックブレーキ制御（ＡＢＳ）、トラクション制御、あるいは、アンダーステア及びオーバステアを抑制する車両安定化制御等のブレーキ制御の実行が可能となっている。

液圧制御ユニット３００には、内部の電動モータ、電磁弁等の作動を制御するための制御装置３６１（以下、ＥＣＵ３６１という）が設けられている。電動倍力装置１０１及び液圧制御ユニット３００のＥＣＵ１６１、３６１は、電源装置４０から電力供給２１の電力線を介して直流電力を受け、この直流電力を交流電力に変換し、交流電力を電動モータに供給するようになっている。そして、供給する交流電力を制御することにより、電動モータの回転方向や回転トルクを制御することができるようになっている。図１では、電動アクチュエータ１００と液圧制御ユニット３００とは、電動倍力装置１０１とＥＣＵ１６１とが、また、液圧制御ユニット３００のハウジング３００ＨとＥＣＵ３６１とがそれぞれ分離して図示されているが、これらのＥＣＵ１６１、３６１は、電動倍力装置１０１、ハウジング３００Ｈに対して一体構造としても、別体構造としてもよい。なお、電源装置４０は例えば１４ボルト系のバッテリでもよいし、更に異なる電圧系の電池であってもよい。

ＥＣＵ１６１、３６１は、車両３内に張り巡らされている車両通信系統２３に接続され、時分割多重通信方式の電気信号を用いて情報を送受信するようになっている。ここで、電気信号の形式はシリアル通信でもよいし、ＣＡＮやＦｌｅｘＲａｙ、ＬＡＮ等の多重通信でもよい。なお、電力供給線２１および車両通信系統２３は万一の失陥時に備えて多重化して構成されていてもよい。例えば、電力供給線２１の電力線が、独立した二系統から成り立っており、おのおのが電力供給源となる蓄電手段あるいは発電手段を備えている構成となっていてもよい。また、例えば車両通信系統２３が独立した２系統から成り立っていてもよい。上記車両通信系統２３には、ストロークセンサ１１も接続されている。

〔電動倍力装置１０１の構成〕
図２に示すように、電動アクチュエータ１００は、電動倍力装置１０１にマスタシリンダ１７１が結合されて構成される。マスタシリンダ１７１は、圧力室を２室持つ、所謂、タンデム型マスタシリンダであり、そのシリンダボディ１７３には、プライマリ及びセカンダリの２つの液圧ポート１７５、１７７を有している。これら液圧ポート１７５、１７７には、それぞれ２系統の液圧回路を有する液圧制御ユニット３００が接続されている。

タンデム型のマスタシリンダ１７１は、シリンダボディ１７３のシリンダボア内に直列に配置された一対のプライマリピストン１７８及びセカンダリピストン１７９が摺動可能に挿入されている。プライマリ及びセカンダリピストン１７８、１７９（以下、ピストン１７８、１７９という）の前進により、２つの液圧ポート１７５、１７７から等しいブレーキ液圧を供給し、ピストン１７８、１７９の後退時には、ホイルシリンダ５０の摩擦ライニングの摩耗やブレーキ液の戻り遅れ等に応じてリザーバ１８１からリザーバポート１８２、１８３を介して適宜ブレーキ液を補充する。そして、万一、２系統の液圧回路の一方が失陥した場合でも、他方の液圧回路に液圧が供給されるので、制動機能を維持することができる。

電動倍力装置１０１は、前部の小径のフロントハウジング１１０Ａ、後部の大径のリアハウジング１１０Ｂ及びこれら間の中間ハウジング１１０Ｃからなるハウジング１１０を有しており、フロントハウジング１１０Ａの前端部に、マスタシリンダ１７１が取り付けられている。ハウジング１１０は、マスタシリンダ１７１が取付けられた前部側をエンジンルーム内へ、その反対側のリアハウジング１１０Ｂの入力ロッド１０３が突出された円筒部１１１を車室内へ配置してダッシュパネル５に固定されている。

電動倍力装置１０１は、マスタシリンダ１７１のピストン１７８、１７９を駆動するための電動モータ１０５と、電動モータ１０５によってベルト伝動機構１１３を介して駆動されるアシスト機構としての回転−直動変換機構であるボール−ネジ機構１２０と、ボール−ネジ機構１２０によって推進されてピストン１７８、１７９を押圧する押圧部材１４０と、入力ロッド１０３及び後述のプランジャ１０４に連結されるストロークシミュレータ１５０とを備えている。ボール−ネジ機構１２０、押圧部材１４０及びストロークシミュレータ１５０は、同軸上に配置されて略円筒状のハウジング１１０に収容されている。このハウジング１１０のフロントハウジング１１０Ａの前端部には、マスタシリンダ１７１が結合され、リアハウジング１１０Ｂの円筒部１１１からは、入力ロッド１０３が突出している。電動モータ１０５は、マスタシリンダ１７１及びハウジング１１０の側部に配置されてハウジング１１０に結合されている。

押圧部材１４０は、プライマリピストン１７８の後方にプライマリピストン１７８と同軸上に配置され、プライマリピストン１７８の円筒状の後端部内に挿入されてプライマリピストン１７８を押圧する棒状のロッド部１４１と、他端側の当接部１４３と、これらの間に配置された大径の案内部１４５とが一体に形成されている。

ボール−ネジ機構１２０は、円筒状の直動部材１２１と、直動部材１２１が挿入される円筒状の回転部材１３１と、これらの間に形成された螺旋状のネジ溝１２３、１３３に装填された複数の鋼球からなるボール１３５とを備えている。直動部材１２１は、全体が筒状に形成されて外周に螺旋状のネジ溝１２３を有し、ハウジング１１０内で軸方向に沿って移動可能に支持され、軸回りに回転しないように回り止めされている。回転部材１３１は、ハウジング１０５内でベアリング１３７、１３８によって軸回りに回転可能、かつ、軸方向に移動しないように支持されている。そして、回転部材１３１を回転させることにより、ネジ溝１２３、１３３内をボール１３５が転動して直動部材１２１が軸方向に移動する。

直動部材１２１の前部に形成された案内ボア１２６内には、押圧部材１４０の案内部１４５が軸方向に沿って摺動可能、すなわち直動部材１２１に対して後退端を有して相対移動可能に挿入されている。案内ボア１２６の後端部には、ボア径が縮径された段部１２７が形成されている。段部１２７には、押圧部材１４０の後部の当接部１４３が挿通され、案内部１４５の後端部が当接している。これにより、直動部材１２１がマスタシリンダ１７１側へ前進したときに、段部１２７が案内部１４５を押圧し、押圧部材１４０が直動部材１２１と共に前進してロッド部１４１がマスタシリンダ１７１のプライマリピストン１７８を押圧する。また、押圧部材１４０は、案内部１４５が段部１２７から離間することにより、直動部材１２１の移動を伴わずに単独で前進することができる。フロントハウジング１１０Ａの前端部と直動部材１２１との間には、圧縮コイルバネである戻しバネ１３９が設けられている。圧縮コイルばね１３９と直動部材１２１との間には、環状のバネ受１３９Ａが介装されている。戻しバネ１３９は、直動部材１２１をハウジング１１０の後部側に付勢し、バネ受１３９Ａが中間ハウジング１１０Ｃに当接することにより、直動部材１２１の後退位置を規定している。なお、上記押圧部材１４０には、戻しバネ１３９の付勢力が付与されないようになっている。

回転部材１３１の外周部には、プーリ１３４が取付けられ、このプーリ１３４及び電動モータ１０５の出力軸に取付けられたプーリ（図示せず）にベルト１３６が巻装されている。これらによってベルト伝動機構１１３が構成され、電動モータ１０５によって回転部材１３１が回転駆動される。なお、ベルト伝動機構１１３に、歯車減速機構等の減速機構を組み合わせてもよい。ベルト伝動機構１１３の代りに、歯車伝動機構、チェーン伝動機構等の他の公知の伝動機構を用いることができる。また、伝達機構を介さずに電動モータ１０５によって回転部材１３１を直接駆動するようにしてもよい。

電動モータ１０５は、例えば公知のＤＣモータ、ＤＣブラシレスモータ、ＡＣモータ等とすることができるが、制御性、静粛性、耐久性等の観点から本実施形態ではＤＣブラシレスモータを採用している。

〔ストロークシミュレータ１５０の構成〕
次に、図３乃至図５も参照してストロークシミュレータ１５０について説明する。図２に示すように、ストロークシミュレータ１５０は、リアハウジング１１０Ｂの円筒部１１１内に設けられた可動バネ受１５１、反力バネ１５２、鋼球からなる係合ボール１５４、及び、可動バネ受１５１と反力バネ１５２との間に介装されたヒステリシス機構４００を備えている。また、ストロークシミュレータ１５０の内部には、入力ロッド１０３と連結されて、該入力ロッド１０３とともに入力部材を構成するプランジャ１０４が設けられている。

可動バネ受１５１は、小径部１５５及び大径部１５６を有する段付の円筒状で、大径部１５６が円筒部１１１内に嵌合して軸方向に沿って摺動可能に案内されている。円筒部１１１の前端部の内周部には、段部１５７が形成され、段部１５７と可動バネ受１５１と間に圧縮コイルばねである反力バネ１５２が設けられている。そして、反力バネ１５２のバネ力によって可動バネ受１５１が後方に付勢されている。本実施形態では、反力バネ１５２として、複数のウェーブスプリングをコイル状に連続して一体化したコイルドウェーブスプリングを用いている。可動バネ受１５１は、円筒部１１１内の後端部の内周溝に嵌合された止輪１５８に当接することによって後退位置が規定されている。可動バネ受１５１の小径部１５５は、円筒部１１１内に挿入された直動部材１４５の後部の案内ボア１２８内に摺動可能に挿入されている。

プランジャ１０４は、可動バネ受１５１の小径部１５５内に軸方向に沿って摺動可能に嵌合されている。プランジャ１０４の前部には、押圧部材１４０の当接部１４３の後端部に対向する小径部１５９が一体に形成され、小径部１５９の基部には、テーパ部１６０が形成されている。プランジャ１０４の後端部には、凹部１０４Ａが形成され、凹部１０４Ａに入力ロッド１０３の先端部が連結されている。直動部材１２１内には、後部の案内ボア１２８と段部１２７との間に大径の係合ボア１６２が形成され、係合ボア１６２と後部の案内ボア１２８との間にはテーパ部１６３が形成されている。可動バネ受１５１の小径部１５５の側壁の前部には、円周方向に沿って等間隔で配置されたボール穴１６４が設けられ、各ボール穴１６４内には、それぞれ係合ボール１５４が装填され、該係合ボール１５４が可動バネ受１５１の小径部１５５の径方向、ひいてはプランジャ（入力部材）１０４の径方向に移動可能に案内されている。

プランジャ１０４の小径部１５９の外径（半径）と直動部材１２１の後部の案内ボア１２８の内径（半径）との差は、係合ボール１５４の直径と略等しく、また、プランジャ１０４の可動バネ受１５１の小径部１５５内に嵌合する嵌合部１０４Ｂの外径（半径）と直動部材１２１の係合ボア１６２の内径（半径）との差も係合ボール１５４の直径に略等しくなっている。

そして、プランジャ１０４の小径部１５９、テーパ部１６０、係合ボール１５４、バネ受部材１５１のボール穴１６４、直動部材１２１の係合ボア１６２及びテーパ部１６３により、連結切換機構１９０が構成されている。連結切換機構１９０は、次のように作動する。図５（Ａ）に示すように、ボール穴１６４に装填された係合ボール１５４が、プランジャ１０４の小径部１５９と直動部材１２１の案内ボア１２８との間にある状態では、案内ボア１２８によって係合ボール１５４の径方向外側への移動が阻止される。このため、プランジャ１０４の前進に対して、係合ボール１５４、ボール穴１６４及びテーパ部１６０が係合することにより、プランジャ１０４と可動バネ受１５１とが連結して、可動バネ受１５１がプランジャ１０４と共に前進する。このとき、プランジャ１０４と共に移動する可動バネ受１５１は、直動部材１２１に対して軸方向に自由に移動することができる。

また、図５（Ｃ）に示すように、プランジャ１０４の前進により、ボール穴１６４に装填された係合ボール１５４がプランジャ１０４の嵌合部１０４Ｂと係合ボア１６２との間にある状態では、プランジャ１０４の前進に対して、テーパ部１６０によって押圧された係合ボール１５４が径方向外側に移動してテーパ部１６０から離脱している。このため、プランジャ１０４は、可動バネ受１５１から離脱して、単独で前進する。このとき、プランジャ１０４の嵌合部１０４Ｂによってボール穴１６４内の係合ボール１５４の径方向内側への移動が阻止される。このため、直動部材１２１の前進に対して、係合ボール１５４、ボール穴１６４及びテーパ部１６４が係合することにより、可動バネ受１５１は、直動部材１２１に連結されて、直動部材１２１と共に前進する。

そして、初期状態では、図２及び図５（Ａ）に示すように、直動部材１２１及び可動バネ受１５１が戻しバネ１３９及び反力バネ１５２のバネ力により後退位置にある。この状態では、ボール穴１６４内の係合ボール１５４は、直動部材１２１の案内ボア１２８とプランジャ１０４の小径部１５９との間でテーパ部１６０に当接している。このとき、プランジャ１０４の小径部１５９の先端部と押圧部材１４０の当接部１４３の後端部との間には所定の隙間ｃが形成されている。そして、図５（Ｂ）に示すように、直動部材１２１に対して、プランジャ１０４が前進して、小径部１５９の先端部が押圧部材１４０の当接部１４３の後端部に当接した後に、さらにプランジャ１０４が前進したときに、図５（Ｃ）に示すように、係合ボール１５４がプランジャ１０４の小径部１５９と直動部材１２１の係合ボア１６２との間に移動するようになっている。

次に、ヒステリシス機構４００について説明する。ヒステリシス機構４００は、摩擦部材である弾性摩擦部材４０１と、バネ受部材４０２と、ウェーブスプリング４０３とを備えている。円筒部１１１内に摺動可能に嵌合された可動バネ受１５１の大径部１５６の前端部が縮径されて段部が形成され、段部と円筒部１１１の内周面との間に環状溝４０４が形成されている。環状溝４０４内に、ゴム等の弾性体からなるリング状の弾性摩擦部材４０１が嵌合されている。弾性摩擦部材４０１は、プランジャ１０４を介してブレーキペダル７に連結された入力部材である可動バネ受１５１と共に円筒部１１１内を移動して、摺接部材となる円筒部１１１の内周面に摺接して摩擦力を発生させる。

バネ受部材４０２は、一端部の内周にフランジ部４０２Ａを有する円筒状の部材であり、端側の円筒部が環状溝４０４内に摺動可能に嵌合して弾性摩擦部材４０１に当接し、フランジ部４０２Ａ側に反力バネ１５２が当接している。フランジ部４０２Ａの内側端面と可動バネ受１５１の大径部１５６の端面との間にウェーブスプリング４０３が介装されている。ヒステリシス機構４００は、このように可動バネ受１５１と反力バネ１５２との間に介装され、可動バネ受１５１及び反力バネ１５２に作用する軸方向の力を受けて弾性摩擦部材４０１及び弾性摩擦部材４０１と並列に配置されたバネ手段であるウェーブスプリング４０３が圧縮されるようになっている。

〔電動倍力装置１０１の作動〕
以上のように構成した電動倍力装置１０１は、上述したＥＣＵ１６１によって電動モータ１０５が制御されて車両３を制動することになる。ＥＣＵ１６１が行う制御と共に電動倍力装置１０１の作動について次に説明する。

（通常制動時）
通常の制動時には、運転者により、ブレーキペダル７が操作されると、その操作量がストロークセンサ１１によって検出される。検出された信号は、車両通信系統２３を介してＥＣＵ１６１で受信され、ブレーキペダル７の操作量に応じて、出力センサ（電動モータ１０５の回転位置、電動モータ１０５の電流値、若しくは、アクチュエーション管路１３、１５中に設けられる液圧センサの液圧値等）の検出を監視しながら、電動モータ１０５の作動を制御する。

電動倍力装置１０１においては、電動モータ１０５によってベルト伝動機構１１３を介してボール−ネジ機構１２０が駆動され、戻しバネ１３９のバネ力に抗して直動部材１２１が前進する。この直動部材１２１の前進によって押圧部材１４０がプライマリピストン１７８を押圧し、マスタシリンダ１７１に液圧を発生させる。この液圧が液圧制御ユニット３００を介して各車輪のホイルシリンダ５０に供給されて車両３に制動力を発生させる。これにより、図４及び図５（Ａ）に示すように、ブレーキペダル７の操作によるプランジャ１０４の前進に対して、直動部材１２１及び押圧部材１４０が前進するので、押圧部材１４０の当接部１４３の後端部とプランジャ１０４の小径部１５９の先端部との間の隙間ｃが維持される。

このとき、ストロークシミュレータ１５０においては、ボール穴１６４に装填された係合ボール１５４が、プランジャ１０４の小径部１５９と直動部材１２１の案内ボア１２８との間にあるので、連結切換機構１９０によって可動バネ受１５１とプランジャ１０４とが連結されて一体に移動する。これにより、プランジャ１０４の前進、すなわち、ブレーキペダル７の踏込みに対して、反力バネ１５２のバネ力により、踏込量に応じた一定の反力が付与されるので、運転者は、その反力に応じてブレーキペダル７の操作量を調整することができ、所望の制動力を発生させることができる。

（回生制動時）
ＥＣＵ１６１が、ブレーキペダル７の操作量に対する電動モータ１０５の制御量を変化させることにより、車両３において減速時に車輪の回転によって発電機として駆動電動アクチュエータ７１を駆動する回生制動時に回生制動分だけマスタシリンダ１７１の液圧を減圧して所望の制動力を得る回生協調制御を実行することができる。この場合、直動部材１２１の前進量が減少する分だけ隙間ｃが小さくなるが、押圧部材１４０の当接部１４３の後端部とプランジャ１０４の小径部１５９の先端部とが当接することなく、隙間ｃが維持される。したがって、連結切換機構１９０は、上述の通常制動時と同様、プランジャ１０４と可動バネ受１５１との連結状態を維持するので、反力バネ１５２によりブレーキペダル７の踏込量に応じた一定の反力が付与される。このとき、回生制動分だけマスタシリンダ１７１の液圧が変動するが、車両の減速度はブレーキペダル７の操作量に応じたものとなり、ブレーキペダル７の踏力に対する反力バネ１５７による反力は変動しないので、運転者に違和感を与えることがない。

（失陥時）
電動倍力装置１０１においては、万一、電動モータ１０５、ＥＣＵ１６１あるいはボール−ネジ機構１２０等の失陥により、電動モータ１０５による制御が不可能になった場合、運転者がブレーキペダル７を操作しても、電動モータ１０５が作動せず、ボール−ネジ機構１２０の直動部材１２１が前進しなくなる。この場合には、ブレーキペダル７が踏込まれると、図５（Ｂ）に示すように、直動部材１２１に対してプランジャ１０４が前進して、プランジャ１０４の小径部１５９の先端部が押圧部材１４０の当接部１４３に当接する。

このとき、ボール穴１６４に装填された係合ボール１５４がプランジャ１０４の大径部と係合ボア１６２との間に移動するので、ブレーキペダル７が更に踏込まれると、図５（Ｃ）に示すように、プランジャ１０４の前進に対して、テーパ部１６０によって押圧された係合ボール１５４が径方向外側に移動してテーパ部１６０から離脱するので、プランジャ１０４は、可動バネ受１５１との連結が解除されて単独で前進する。そして、プランジャ１０４によって押圧された押圧部材１４０が直動部材１２１の段部１２７から離間して前進し、押圧部材１４０のロッド部１４１がマスタシリンダ１７１のプライマリピストン１７８を押圧してブレーキ液圧を発生させる。

このようにして、ブレーキペダル７の操作、すなわち運転者の踏力のみによってプライマリピストン１７８を前進させることができ、マスタシリンダ１７１に液圧を発生させて制動機能を維持することができる。このとき、プランジャ１０４が可動バネ受１５１から離脱することにより、ブレーキペダル７の踏込みに対して反力バネ１５７の反力が付与されなくなるので、ブレーキペダル７の操作力を軽減することができる。

この場合、図５（Ｃ）に示すように、ボール穴１６４内の係合ボール１５４がプランジャの１０４の嵌合部１０４Ｂと直動部材１２１の係合ボア１６２との間にある状態では、可動バネ受１５１は、係合ボール１５４が直動部材１２１のテーパ部１６３に当接することにより、直動部材１２１に対して後退方向の移動が阻止され、直動部材１２１の前進により、直動部材１２１と共に前進することになる。

また、上述の通常制動時において、失陥により電動モータ１０５による制御が不可能になった場合、電動モータ１０５による駆動力の喪失により、戻しバネ１３９のバネ力により、直動部材１２１及び押圧部材１４０が後退して、マスタシリンダ１７１のブレーキ液圧が低下する。これに対して、運転者が制動力を維持しようとしてブレーキペダル７を更に踏込むと、図５（Ｂ）に示すように、プランジャ１０４が前進して押圧部材１４０の当接部１４３に当接し、その後は、プランジャ１０４によって押圧部材１４０を直接押圧することにより、マスタシリンダ１７１でブレーキ液圧を発生させることになり、制動機能を維持することができる。このとき、連結切換機構１９０では、上述のようにボール穴１６４内の係合ボール１５４が移動してプランジャ１０４が可動バネ受１５１から離脱することにより、プランジャ１０４は、反力バネ１５２による反力を受けることなく前進することができるので、ブレーキペダル７の操作力を軽減することができる。

そして、プランジャ１０４によって押圧部材１４０を直接押圧している状態で電動モータ１０５による制御が失陥から回復した場合、電動モータ１０５の駆動により直動部材１２１が前進し、ストロークセンサ１１が検出するブレーキペダル７のストロークに応じた通常の倍力制御による位置まで移動する。このとき、可動バネ受１５１は、連結切換機構１９０により直動部材１２１と共に前進する。その後、直動部材１２１がプランジャ１０４に対して、通常の制御位置まで移動すると、係合ボール１５４が移動して、可動バネ受１５１は、直動部材１２１との連結が解除され、プランジャ１０４に連結される。その結果、反力バネ１５２による反力がプランジャ１０４に作用する。このようにして、円滑に通常の制御状態に復帰することができる。

次に、ヒステリシス機構４００の作用について説明する。
ブレーキペダル７の操作に対して、円筒部１１１内で可動バネ受１５１と共に移動するヒステリシス機構４００の弾性摩擦部材４０１が円筒部１１１の内周面を摺動することにより、反力バネ１５２の反力に加えて弾性摩擦部材４０１による摩擦力が作用する。このとき、弾性摩擦部材４０１は、ブレーキペダル７の踏力（したがって、反力バネ１５２の反力）がバネ受部材４０２を介して作用して環状溝４０４内で軸方向に圧縮される。環状溝４０４内でバネ受部材４０２によって軸方向圧縮された弾性摩擦部材４０１は、拡径しようとして円筒部１１１の内周面に押付けられることになる。その結果、ブレーキペダル７の踏力の増大により、弾性摩擦部材４０１の摩擦力も増大することになる。

これにより、ブレーキペダル７を踏込む際には、踏力の増大に伴い反力の増大割合が大きくなり、また、ブレーキペダル７を解放する際には、踏力の減少に対して、ストロークの減少割合が小さくなるというヒステリシス特性を得ることができ、ブレーキペダル７の操作フィーリングを向上させることができる。このとき、ブレーキペダル７の踏力によってヒステリシス機構４００に作用する軸方向の力は、弾性摩擦部材４０１に作用すると共に、ウェーブスプリング４０３にも作用するので、ウェーブスプリング４０３のバネ特性により、弾性摩擦部材４０１に作用する圧縮力を制御することができるので、弾性摩擦部材４０１のみを設けた場合に比して、容易に所望のヒステリシス特性を得ることができる。

ストロークシミュレータ１５０によるブレーキペダル７のストロークＳを反力Ｆとの関係を図６に示す。図６において、曲線Ａは、ブレーキペダル７の踏込み時の特性を示し、曲線Ｂは、ブレーキペダル７の解放時の特性を示し、また、破線Ｃは、コイルドウェーブスプリングである反力バネ１５２による特性を示している。

この場合において、コイルドウェーブスプリングである反力バネ１５２により、ブレーキペダル７のストローク及び反力を得ているため、弾性摩擦部材４０１の体積が小さくてすむので、スペース効率に優れ、小型化及び軽量化が可能となる。また、ウェーブスプリング４０３により、弾性摩擦部材４０１に作用する圧縮力が軽減される共に、弾性摩擦部材４０１にかかる最大荷重を制限することができるので、弾性摩擦部材４０１の耐久性を高めることができる。

次に、本発明の第２実施形態について、図７を参照して説明する。
上記第１実施形態の説明は、電動倍力装置に組込まれたストロークシミュレータに本発明を適用した場合について説明しているのに対して、以下の説明は、独立したストロークシミュレータに本発明を適用したものである。なお、以下の説明において、上記第１実施形態のものに対して、同様の部分には、同じ参照符号を用いて、異なる部分についてのみ詳細に説明する。

図７に示すように、本実施形態に係るストロークシミュレータ４１０では、上記第１実施形態の円筒部１１１の代りに、独立した円筒状のハウジング４１１を備えている。ハウジング４１１は、一端部の内側にフランジ部４１２が形成されている。フランジ部４１２の内周部には、ハウジング４１１の円筒状の側壁の中間部まで延びる小径の円筒状の案内部４１３が同心に配置されて一体に形成されている。また、連結切換機構１９０が省略されて、可動バネ受１５１の小径部１５５の先端部が案内部４１３に摺動可能に嵌合されている。入力ロッド１０３が連結されるプランジャ４１４は、可動バネ受け１５１の小径部１５５内に嵌合されて固定されている。より詳細には、プランジャ４１４は、その小径の先端部４１５が、可動バネ受１５１の小径部１５５内に形成された小径の取付部４１６内に嵌合され、先端部４１５に取付けた止輪４１７によって固定されている。フランジ部４１２は、反力バネ１５２の一端部を受ける段部を兼ねている。また、フランジ部４１２は、一部がハウジング４１１の外周側に突出され、そこに取付用のボルト等を挿通するための取付穴４１８が設けられている。

このように構成したことにより、ブレーキペダル７の操作に対して、上記第１実施形態のストロークシミュレータ１５０と同様、反力バネ１５２による反力に加えてヒステリシス機構４００による摩擦力を付与してヒステリシス特性を得ることができ、上記第１実施形態のものと同様の作用効果を奏することができる。また、ストロークシミュレータ４１０は、様々な形式のブレーキ・バイ・ワイヤ型のブレーキシステムに組込んで使用することができ、例えば、ブレーキキャリパに設けられた電動モータによって摩擦パッドを推進して車輪と共に回転するディスクロータに押圧して制動力を得る電動ディスクブレーキを用いたブレーキシステム、あるいは、ブレーキペダルの操作量に応じて、ポンプ等の液圧源によってブレーキ液圧を発生させて、液圧式ブレーキを作動させるブレーキシステムに適用することができる。

７…ブレーキペダル、１１１…円筒部（摺接部材）、１５０…ストロークシミュレータ、１５１…可動バネ受（入力部材）、１５２…反力バネ、４０１…弾性摩擦部材（摩擦部材）、４０３…ウェーブスプリング（バネ手段）

Claims

ブレーキペダルが連結される入力部材と、前記入力部材の移動に対してバネ力を作用させる反力バネと、前記入力部材と共に移動する摩擦部材と、前記入力部材と共に移動する前記摩擦部材が摺接して摩擦力を発生する摺接部材とを備え、
前記摩擦部材は、前記入力部材の移動によって圧縮されて前記摺接部材側へ拡径する弾性体からなり、前記反力バネのバネ力を受けて該バネ力の増大に対して摩擦力を増大させることを特徴とするストロークシミュレータ。
前記摩擦部材と並列に配置されて、前記反力バネのバネ力を受けるバネ手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のストロークシミュレータ。
ハウジングと、
ブレーキペダルに連結されて前記ハウジング内を変位する入力部材と、
前記ブレーキペダルの操作に応じて作動する電動モータと、
該電動モータの作動により、マスタシリンダのピストンを推進するアシスト機構と、を有し、
前記ハウジング内に設けられ、前記入力部材の変位に伴って該ハウジング内で摺動することにより、前記ブレーキペダルを操作する際の踏力の増大に伴い前記ブレーキペダルに対する反力の増大割合が大きくなり、また、前記ブレーキペダルを解放する際には、前記踏力の減少に対して操作ストロークの減少割合が小さくなるヒステリシス機構を備え、
該ヒステリシス機構は、前記入力部材の移動に対してバネ力を作用させる反力バネと、前記入力部材と共に移動する摩擦部材と、前記入力部材と共に移動する前記摩擦部材が摺接して摩擦力を発生する摺接部材とを備え、
前記摩擦部材は、前記入力部材の移動によって圧縮されて前記摺接部材側へ拡径する弾性体からなり、前記反力バネのバネ力を受けて該バネ力の増大に対して摩擦力を増大させることを特徴とする電動アクチュエータ。
前記摩擦部材と並列に配置されて、前記反力バネのバネ力を受けるバネ手段が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の電動アクチュエータ。