(57)【要約】【課題】  ドライバーの操作フィーリングを容易かつ良好に改善可能なブレーキストロークシミュレータの提供。【解決手段】  ブレーキストロークシミュレータ１０は、マスターシリンダ１に接続され、ブレーキペダル３の操作力に応じたペダルストロークを発生させるものであり、マスターシリンダ１からの作動液が導入される液室１２を有するハウジング１１と、ハウジング１１内に摺動自在に配置されており、液室１２内の作動液の圧力に応じて摺動するピストン１４と、ピストン１４を介して液室１２の反対側に位置するようにハウジング１１内に画成されており、所定のガスが封入されたガス室１５とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスターシリンダに接続され、ブレーキペダルの操作力に応じたペダルストロークを発生させるブレーキストロークシミュレータにおいて、
前記マスターシリンダからの作動液が導入される液室を有するハウジングと、
前記ハウジング内に摺動自在に配置されており、前記液室内の作動液の圧力に応じて摺動するピストンと、
前記ピストンを介して前記液室の反対側に位置するように前記ハウジング内に画成されており、所定のガスが封入されたガス室とを備えることを特徴とするブレーキストロークシミュレータ。
【請求項２】
前記ガス室の内部には、前記ピストンと当接可能な弾性体が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のブレーキストロークシミュレータ。
【請求項３】
前記ハウジングを覆う保温手段を更に備えることを特徴とする請求項１または２に記載のブレーキストロークシミュレータ。
【請求項４】
前記ペダルストロークを調節するためのペダルストローク調節手段を更に備えることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のブレーキストロークシミュレータ。
【請求項５】
前記ペダルストローク調節手段は、前記ガス室内のガス温度を調節するためのガス温度調節手段であることを特徴とする請求項４に記載のブレーキストロークシミュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスターシリンダに接続され、ブレーキペダルの操作力に応じたペダルストロークを発生させるブレーキストロークシミュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、いわゆるブレーキバイワイヤ方式のブレーキシステムが普及しつつあるが、ドライバーの操作力（踏力）を電気信号に置き換える関係上、この種のブレーキシステムでは、ドライバーによるブレーキペダルの操作力に応じたペダルストロークを発生させるブレーキストロークシミュレータ（以下、適宜「ストロークシミュレータ」という）が必須となる。従来の一般的なストロークシミュレータは、マスターシリンダからの作動液の圧力によってハウジング内を摺動するピストンと、ピストンからの圧力を受けて反力を発生するスプリングやクッション材等を含む。このように、スプリング等の弾性体を含むストロークシミュレータでは、スプリングのバネ定数の違い等に起因して、ドライバーに対して、ブレーキペダルの踏み込み時の軽い違和感である、いわゆる段付き感を与えてしまうこともあった。
【０００３】
このため、従来から、ドライバーの操作フィーリングを改善するために、少なくとも１つの可変流れ抵抗を介して他の液圧室に接続された液圧室の内部にスプリングが配置されているストロークシミュレータが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、ストロークシミュレータとしては、２体のエアシリンダと、何れか一方のエアシリンダのシリンダ圧力を制御する手段とを備えたものも知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特表２００１−５２５７５２号公報
【特許文献２】特開２００１−１３８８８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の従来のストロークシミュレータのように、液圧室内にスプリングを配置しても、上述の段付き感を十分に除くことは困難であり、依然として操作フィーリングを改善する余地が残されている。また、上述のエアシリンダを備えたストロークシミュレータでは、操作フィーリングの改善はある程度図られるものの、シリンダ圧力の制御が煩雑となる。
【０００５】
そこで、本発明は、ドライバーの操作フィーリングを容易かつ良好に改善可能なブレーキストロークシミュレータの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によるブレーキストロークシミュレータは、マスターシリンダに接続され、ブレーキペダルの操作力に応じたペダルストロークを発生させるブレーキストロークシミュレータにおいて、マスターシリンダからの作動液が導入される液室を有するハウジングと、ハウジング内に摺動自在に配置されており、液室内の作動液の圧力に応じて摺動するピストンと、ピストンを介して液室の反対側に位置するようにハウジング内に画成されており、所定のガスが封入されたガス室とを備えることを特徴とする。
【０００７】
このブレーキストロークシミュレータでは、マスターシリンダからの作動液の圧力に応じてハウジング内でピストンが摺動すると、ピストンの移動量に応じてガス室内のガスの体積が変化する。これにより、ピストンには、ガス室内のガスからその体積変化に応じた反力が与えられ、その結果、ブレーキペダルの操作力に応じたペダルストロークを得ることができる。このように、このブレーキストロークシミュレータでは、ガス室内のガスの体積変化を利用してブレーキペダルの操作力に応じたペダルストロークを発生させるので、ブレーキペダルの踏み込み時の軽い違和感である段付き感を良好に除くことができる。従って、このブレーキストロークシミュレータによれば、ドライバーの操作フィーリングを容易かつ良好に改善することが可能となる。
【０００８】
この場合、ガス室の内部には、ピストンと当接可能な弾性体が配置されてもよい。
【０００９】
このような構成を採用すれば、上述の段付き感を抑えつつ、ブレーキペダルの操作力とペダルストロークとの相関を理想的なものへと近づけることが可能となるので、ブレーキペダルの操作フィーリングをより一層良好なものとすることができる。
【００１０】
また、本発明によるブレーキストロークシミュレータは、ハウジングを覆う保温手段を更に備えてもよい。
【００１１】
ガス室内のガスからピストンに与えられる反力は、ガス室内のガス温度に依存することから、ガス温度の変化が著しい場合、ブレーキペダルの操作力に応じた適切なペダルストロークを得られなくなることも想定される。これに対して、ハウジングを保温手段で覆うことにより、ガス室内のガス温度を好適範囲内に保つことができるので、ブレーキペダルの操作力に応じた適切なペダルストロークを得ることが可能となる。
【００１２】
更に、本発明によるブレーキストロークシミュレータは、ペダルストロークを調節するためのペダルストローク調節手段を更に備えてもよい。
【００１３】
この場合、ペダルストローク調節手段は、ガス室内のガス温度を調節するためのガス温度調節手段であると好ましい。
【００１４】
ガス室内のガスからピストンに与えられる反力は、ガス室内のガス温度に依存することから、逆に、ガス温度を調節することにより、ガス室内のガスからピストンに与えられる反力を変化させてペダルストロークを調節することができる。従って、ガス室内のガス温度を調節するためのガス温度調節手段を用いれば、ペダルストロークを自在に調節することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ドライバーの操作フィーリングを容易かつ良好に改善可能なブレーキストロークシミュレータの実現が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明によるブレーキストロークシミュレータの第１の実施形態を示す概略構成図である。同図に示されるブレーキストロークシミュレータ１０は、車両に適用されるブレーキバイワイヤ方式のブレーキシステムに組み込まれるものである。ストロークシミュレータ１０は、当該ブレーキシステムのマスターシリンダ１に接続され、マスターシリンダ１のロッド２に連結されたブレーキペダル３の操作力に応じたペダルストロークを発生させる。図１に示されるように、ストロークシミュレータ１０は、シリンダ状のハウジング１１を有し、ハウジング１１の内部には、マスターシリンダ１からブレーキペダル３の操作力に応じた量の作動油が作動油通路４を介して導入される液室１２が画成されている。
【００１８】
また、ハウジング１１の内部には、ピストン１４が摺動自在に配置されており、このピストン１４によって、ハウジング１１の内部には、ピストン１４を介して液室１２の反対側に位置するようにガス室１５が画成されている。ピストン１４は、液室１２内の作動液の圧力に応じて摺動自在である。また、ピストン１４の外周には、図示されないシール材が配置されており、当該シール材により、液室１２からガス室１５への作動油の流入が阻止される。これにより、ガス室１５の内部は、実質的に気密状態とされ、ガス室１５の内部には、例えば窒素等のガスが封入される。
【００１９】
このように構成されるストロークシミュレータ１０において、ドライバーによってブレーキペダル３に踏力が与えられ、マスターシリンダ１からの作動油の圧力に応じてハウジング１１内でピストン１４が図中左側に移動すると（図１における破線参照）、ピストン１４によってガス室１５内のガスが圧縮され、ガスの体積が減少する。これにより、ピストン１４には、ガス室１５内のガスからその体積変化に応じた反力が与えられ、その結果、ブレーキペダル３の操作力に応じたペダルストロークを得ることができる。
【００２０】
ここで、上述のストロークシミュレータ１０において、ガス室１５の初期状態の容積をＶ０とし、初期状態におけるガス室１５内のガス圧力をＰ０とし、ガス室１５内のガス温度をＴとし、気体の状態方程式を用いれば、Ｐ０・Ｖ０＝ｎＲＴという関係が成立する（ただし、ｎは、ガスのモル数であり、Ｒは、気体定数である）。また、かかる初期状態において、ブレーキペダル３を介してロッド２に加えられている荷重をＦ０とし、マスターシリンダ１のシリンダ内径をＤｍとすると、次の（１）式に示される関係が成立する。
【００２１】
【数１】
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【００２２】
また、ドライバーによってブレーキペダル３が操作されてロッド２に加えられた荷重をＦとし、マスターシリンダ１のロッド２のストロークをＳｍとし、ピストン１４の直径をＤｓとし、ピストン１４の移動量であるピストンストロークをＳｓとすれば、次の（２）式に示される関係が成立する。更に、マスターシリンダ１から液室１２に流れ込んだ作動油の量より、次の（３）式に示される関係が成立する。そして、上記（１）から（３）式を用いれば、ペダルストロークに対応するマスターシリンダ１のロッド２のストロークＳｍと、ブレーキペダル３を介してロッド２に加えられた荷重Ｆとの関係は、次の（４）式により表される。
【００２３】
【数２】
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【００２４】
【数３】
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【００２５】
【数４】
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【００２６】
図２において実線で示されるように、（４）式の関係は、ロッド２に加えられた荷重Ｆを緯軸にとり、ロッド２のストロークＳｍを横軸にとれば、複数の弾性体を備えたストロークシミュレータの場合（図２における破線参照）とは異なり、滑らかな曲線として図示され得る。すなわち、図２からわかるように、ガス室１５内のガスの体積変化を利用してブレーキペダル３の操作力に応じたペダルストロークを発生させれば、複数の弾性体を備えたストロークシミュレータにおいて認められる段付き感を良好に除くことができる。従って、本発明のブレーキストロークシミュレータ１０によれば、ブレーキペダル３の踏み込み時の軽い違和感である段付き感を良好に除き、ドライバーの操作フィーリングを容易かつ良好に改善することが可能となる。
【００２７】
また、図３に示されるように、ガス室１５の内部には、ピストン１４と当接可能な弾性体が配置されてもよい。図３に示されるブレーキストロークシミュレータ１０Ａでは、ガス室１５の内部に、第１スプリング１６および第２スプリング１７が配置されている。第１スプリング１６は、比較的長尺のものであり、その一端は、ハウジング１１の内面すなわちガス室１５の端面に固定される一方、その他端は、上述の初期状態において、ピストン１４と当接している。また、第２スプリング１７は、比較的短尺のものであり、その一端は、ハウジング１１の内面すなわちガス室１５の端面に固定される。また、第２スプリングの他端は、上述の初期状態において、ピストン１４とは当接しておらず、初期状態において、第２スプリング１７の他端とピストン１４は、距離Ｓ２だけ隔てられる。
【００２８】
このように構成されるストロークシミュレータ１０Ａにおいても、ドライバーによってブレーキペダル３に踏力が与えられると、マスターシリンダ１からの作動油の圧力に応じてハウジング１１内でピストン１４が図中左側に移動する。そして、ペダルストロークに対応するマスターシリンダ１のロッド２のストロークＳｍと、ブレーキペダル３を介してロッド２に加えられた荷重Ｆとの関係は、第２スプリング１７とピストン１４とが当接するまでの間については、次の（５）式により表され、第２スプリング１７とピストン１４とが当接した後については、次の（６）式により表される。ただし、（５）および（６）式において、長尺の第１スプリング１６のバネ定数をｋ１とし、短尺の第２スプリング１７のバネ定数をｋ２とする。
【００２９】
【数５】
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【００３０】
【数６】
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【００３１】
かかる（５）および（６）式の関係は、ロッド２に加えられた荷重Ｆを緯軸にとり、ロッド２のストロークＳｍを横軸にとれば、図２において二点鎖線で示されるように、上述のストロークシミュレータ１０の場合（図２における実線参照）と同様に、滑らかな曲線として図示され得る。そして、図２からわかるように、ガス室１５とスプリング１６，１７とを組みあわせることにより、ブレーキペダル３の操作力に対応するロッド２への荷重と、ペダルストロークに対応するロッド２のストロークとの相関を、複数の弾性体を備えたストロークシミュレータの特性（図２における破線参照）から上述の段付き感を除いた理想的なものへと近づけることが可能となる。従って、図３のストロークシミュレータ１０Ａによれば、ブレーキペダル３の操作フィーリングをより一層良好なものとすることができる。
【００３２】
図４は、本発明によるブレーキストロークシミュレータの第２の実施形態を示す概略構成図である。なお、先の実施形態に関連して説明されたものと同一の要素には同一の参照符号が付され、重複する説明は省略される。
【００３３】
上記（２）式等からわかるように、ハウジング１１のガス室１５内のガスからピストン１４に与えられる反力は、ガス室１５内のガス温度に依存する。また、ブレーキストロークシミュレータは、一般に、車両のエンジンコンパートメント内に配置されるが、エンジンコンパートメント内の温度は、およそ−４０℃〜１５０℃の範囲内で変化すると考えられる。このため、ガス室１５内のガス温度の変化が著しくなり、ブレーキペダル３の操作力に応じた適切なペダルストロークを得られなくなることも想定される。
【００３４】
このような点を考慮して、本実施形態のブレーキストロークシミュレータ１０Ｂでは、ハウジング１１の概ね全体が保温容器２０によって覆われている。本実施形態では、保温容器２０は、魔法瓶と同様の構造を有するものが採用されるが、保温容器２０の代わりに、適切な断熱材によってハウジング１１を覆ってもよい。このように、ハウジング１１を保温手段として機能する保温容器２０で覆うことにより、ガス室１５内のガス温度を常時好適な範囲内に保つことが可能となるので、ストロークシミュレータ１０Ｂによれば、ブレーキペダル３の操作力に応じた適切なペダルストロークを常時得ることができる。
【００３５】
図５は、本発明によるブレーキストロークシミュレータの第３の実施形態を示す概略構成図である。なお、先の実施形態に関連して説明されたものと同一の要素には同一の参照符号が付され、重複する説明は省略される。
【００３６】
上述のように、ハウジング１１のガス室１５内のガスからピストン１４に与えられる反力は、ガス室１５内のガス温度に依存することから、逆に、ガス温度を調節することにより、ガス室１５内のガスからピストン１４に与えられる反力を変化させてペダルストロークを調節することができる。このような点に鑑みて、図５に示される本実施形態のブレーキストロークシミュレータ１０Ｃは、ガス室１５内のガス温度を調節できるように構成されている。
【００３７】
図５のストロークシミュレータ１０Ｃでは、ハウジング１１Ｃが比較的良好な伝熱性を有する素材により形成されており、ハウジング１１Ｃの周囲には、図５において破線で示される伝熱管２１が巻回されている。そして、伝熱管２１の流体入口には、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）３０によって開閉制御される開閉弁２２を介して図示されない冷媒供給ユニットが接続されている。これらの伝熱管２１、開閉弁２２および冷媒供給ユニット等は、ガス室１５内のガスを冷却するガス温度調節手段として機能する。なお、開閉弁２２の代わりに、流量調整弁が用いられてもよい。
【００３８】
また、ハウジング１１Ｃの周囲には、図５において実線で示される電熱線等のヒータ２３が巻回されている。そして、ヒータ２３は、ＥＣＵ３０によってＯＮ／ＯＦＦ制御されるスイッチ２４を介して図示されない電源ユニットに接続されている。これらのヒータ２３、スイッチ２４および電源ユニット等は、ガス室１５内のガスを加熱するガス温度調節手段として機能する。更に、ハウジング１１には、ガス室１５内の温度を検出する温度センサ２５が設けられている。温度センサ２５は、ガス室１５内の温度を検知し、検知した値を示す信号をＥＣＵ３０に与える。
【００３９】
このように構成されるストロークシミュレータ１０Ｃでは、温度センサ２５によって検知されるガス室１５内のガス温度が例えば所定範囲内に維持されるようにＥＣＵ３０によって上述の開閉弁２２やスイッチ２４が制御される。すなわち、温度センサ２５によって検出されるガス室１５内のガス温度が例えば所定の閾値を上回ると、ＥＣＵ３０は、開閉弁２２を開放させる。これにより、冷媒供給ユニットから例えば冷却水等の冷却媒体がハウジング１１Ｃの周囲の伝熱管２１に供給され、伝熱管２１を流通する冷却媒体を用いてハウジング１１Ｃ内のガス室１５内を冷却することができる。なお、伝熱管２１を通過した冷却媒体は、配管を介して冷媒供給ユニットに戻される。
【００４０】
また、温度センサ２５によって検出されるガス室１５内のガス温度が例えば所定の閾値を下回ると、ＥＣＵ３０は、スイッチ２４をＯＮする。これにより、ハウジング１１Ｃの周囲のヒータ２３に電力が供給され、ハウジング１１Ｃ内のガス室１５内を加熱することが可能となる。この結果、図５のストロークシミュレータ１０Ｃでは、ガス室１５内のガス温度を調節することにより、ガス室１５内のガスからピストン１４に与えられる反力を変化させることができる。
【００４１】
そして、上述のように、ガス室１５内のガス温度を調節できるように構成されたストロークシミュレータ１０Ｃでは、開閉弁２２やスイッチ２４を操作してガス室１５内のガス温度を調節することにより、ガス室１５内のガスからピストン１４に与えられる反力を変化させてペダルストロークを自在に調節することが可能である。すなわち、ガス室１５内の温度が例えば−４０℃から３００℃の範囲で変化すると、ブレーキペダル３の操作力に対応するロッド２への荷重と、ペダルストロークに対応するロッド２のストロークとの相関は、図６に例示されるように変化する。
【００４２】
例えば、ブレーキペダル３の操作力に対応するロッド２への荷重がおよそ６０Ｎである場合、ガス室１５内のガス温度がおよそ２０℃であると、ペダルストロークに対応するロッド２のストロークは、およそ８．５ｍｍとなるのに対して、ガス室１５内のガス温度をおよそ３００℃とすれば、ロッド２のストロークは、およそ４．０ｍｍとなる。従って、仮にペダル比が４．０であるとすれば、この場合、ガス室１５内のガス温度をおよそ２０℃から３００℃へと上昇させることにより、ペダルストロークを、
（８．５−４．０）×４．０＝１８（ｍｍ）
だけ確保することができる。このように、ストロークシミュレータ１０Ｃによれば、連続的なブレーキ操作によりフェードが発生したような場合に、ガス室１５内のガス温度を調節することにより、十分なペダルストロークを確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明によるブレーキストロークシミュレータの第１の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明によるブレーキストロークシミュレータにおけるロッド荷重とロッドストロークとの相関を示すグラフである。
【図３】本発明によるブレーキストロークシミュレータの第１の実施形態における変形例を示す概略構成図である。
【図４】本発明によるブレーキストロークシミュレータの第２の実施形態を示す概略構成図である。
【図５】本発明によるブレーキストロークシミュレータの第３の実施形態を示す概略構成図である。
【図６】本発明によるブレーキストロークシミュレータにおいてガス室内のガス温度を変化させた場合のロッド荷重とロッドストロークとの相関を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１  マスターシリンダ、２  ロッド、３  ブレーキペダル、４  作動油通路、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ  ブレーキストロークシミュレータ、１１，１１Ｃ  ハウジング、１２  液室、１４  ピストン、１５  ガス室、１６  第１スプリング、１７  第２スプリング、２０  保温容器、２１  伝熱管、２２  開閉弁、２３  ヒータ、２４  スイッチ、２５  温度センサ、３０  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
2006142939.tif 000010
【図３】
2006142939.tif 000011
【図４】
2006142939.tif 000012
【図５】
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【図６】
2006142939.tif 000014