(57)【要約】  本発明は、シリンダ（４２）と；シリンダ（４２）の液圧液を収容および放出するために移動可能なピストン（４３）と；駆動装置とを備える、特に、ハイブリッド車または電気自動車のための、液圧液を収容および放出するための装置において、斜面機構（４７）が設けられており、斜面機構が少なくとも１つの斜面（５３，５３′）を備え、斜面で少なくとも１つの転動体（５１）がピストン（４３）を移動させるために転動し、斜面機構（４７）が、前記ピストン（４３）の端面（６２）と、駆動装置（４６）によって駆動される歯車（６１）の端面（６３）との間に配置されている装置を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に、ハイブリッド車または電気自動車のための、液圧液を収容および放出するための装置（４０）であって、
シリンダ（４２）と；
液圧液を収容および放出するために該シリンダ（４２）で移動可能なピストン（４３）と；
駆動装置（４６）と
を備える装置において、
斜面機構（４７）が設けられており、該斜面機構が、少なくとも１つの斜面（５３，５３′）を備え、該斜面で、少なくとも１つの転動体（５１）が前記ピストン（４３）を移動させるために転動し、前記斜面機構（４７）が、前記ピストン（４３）の端面（６２）と、前記駆動装置（４６）によって駆動される歯車（６１）の端面（６３）との間に配置されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
前記少なくとも１つの斜面（５３，５３′）が、前記ピストン（４３）または前記歯車（６１）と一体的に形成されている装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の装置において、
斜面対（５２）が、向かい合った斜面（５３，５３′）を備え、前記一方の斜面（５３）が前記ピストン（４３）に結合されており、前記他方の斜面（５３′）が前記歯車（６１）に結合されている装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置において、
前記２つまたは３つの斜面対（５２）が、向かい合った前記斜面（５３，５３′）を備え、前記斜面対（５２）が、前記ピストン（４３）の中心軸線（５４）を中心として約１８０°もしくは１２０°だけ互いにずらされている装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に記載の装置において、
前記少なくとも１つの斜面（５３，５３′）が、少なくとも１つの転動体（５１）と係合するための少なくとも１つの凹部（５５，５６，５７）を備える装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置において、
第１、第２および／または第３凹部（５５，５７，５６）が設けられており、前記第１凹部（５５）が、前記シリンダ（４２）が実質的に空になっている前記ピストン（４３）の位置に相当し、前記第２凹部（５７）が、前記シリンダ（４２）が部分的に充填されている前記ピストン（４３）の位置に相当し、前記第３凹部（５６）が、前記シリンダ（４２）が実質的に充填されている前記ピストン（４３）の位置に相当する装置。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか一項に記載の装置において、
前記歯車（６１）が、金属からなるディスク部材（６４）と、好ましくはプラスチックからなるギアリング（６５）とを備え、前記歯車（６１）が、好ましくは、特に金属からなるウォームギア（７５）を用いて、前記駆動装置（４６）によって駆動される装置。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか一項に記載の装置において、
前記駆動装置（４６）が電動機として構成されており、前記シリンダ（４２）の充填率を検出するためのロータ位置センサ（７８）を備える装置。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか一項に記載の装置（４０）を備える、ハイブリッド車または電気自動車のためのブレーキシステム（１）。
【請求項１０】
請求項９に記載のブレーキシステムにおいて、
チャンバ（３）を有するブレーキマスタシリンダ（２）を備え、前記チャンバ（３）が、車両の車輪（２１，２２）を制動するために車両の車軸（２３）に割り当てられた車輪ブレーキシリンダ（４，５）に液圧接続されており、前記車軸（２３）が、回生のための電流を生成するための発電機（２５）に接続可能であり、
前記装置（４０）が前記チャンバ（３）に直接に液圧接続されており、前記チャンバ（３）から液圧液を収容し、または液圧液を前記チャンバ（３）に放出するブレーキシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にハイブリッド車または電気自動車のための、液圧液を収容および放出するための装置、ならびにハイブリッド車または電気自動車のためのブレーキシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車または電気自動車は、回生によるブレーキによってエネルギーを回収する。この場合、例えば、車両の電気駆動モータは発電式に作動され、生成された電気エネルギーは蓄積器、特にアキュムレータに蓄積され、このエネルギーは、必要に応じて再び取り出すことができる。回生により制動時の車両の消費出力が低減されるので、回生は消費量および排出量を低減するための手段として適している。
【０００３】
回生ブレーキでは、摩擦に基づくブレーキトルクを生成するブレーキシステムの構成要素と回生ブレーキトルクを生成する構成要素との相互作用に高い要求が課される。なぜなら、回生ブレーキトルクは多数の因子に依存しているからである。例えば、アキュムレータが充填されている場合には回生ブレーキトルクは使用することができず、したがって、総ブレーキトルクは摩擦に基づくブレーキによって加えられる必要がある。さらに、回生ブレーキトルクは発電機の回転数、ひいては車両の速度に依存しており、したがって、回転ブレーキトルクは一定不変ではない。例えば、回転数が小さい場合には回生ブレーキトルクはほとんど使用することができない。さらに、たとえば１つの構成要素が停止しているために回生ブレーキが使用不可能となっている場合には、ブレーキストロークを延長することはできない。
【０００４】
回生ブレーキトルクは、既存の摩擦に基づくブレーキトルクに対して常に付加的に使用することができるか、または回生ブレーキトルクおよび摩擦に基づくブレーキトルクは、これらのブレーキトルクの合計が常に実際の運転手要求に対応しているように制御（閉ループ制御）される。後者の手法は、ＣＲＢＳ（英語：Corporative Regenerative Break System（協調回生ブレーキシステム））と呼ばれる。
【０００５】
ペダル力シミュレータおよび外力ブレーキシステムと連係してＣＲＢＳを実施するための様々な手法が知られている。これらの手法は、ブレーキシステムにおける回生に関連した圧力変化（ブレーキ圧変調）に基づいてブレーキペダルによって生じる運転手に対する反作用力を完全または部分的に分離することを保障する。しかしながら、特にＣＲＢＳが従来のブレーキブースタ、例えば負圧ブレーキブースタと連係して使用される場合には、ブレーキシステムが回生作動している場合にブレーキシステムで圧力を制御（閉ループ制御）し、運転手がブレーキペダルで反作用を決して感じないようにすることは極めて難しい。反作用が運転手を動揺させる場合があることは問題である。
【０００６】
ドイツ国特許出願公開第１０２００７０３０４４１号明細書により、請求項１の上位概念部に記載の装置が既知である。
【０００７】
既知の装置は、シリンダと、液圧液を収容および放出するためにシリンダ内で移動可能なピストンと、電動機の形態の駆動装置とを備える。電動機は、ねじ山付きスピンドルによってピストンを運動させるためにピストンに連結されている。既知の装置に対して、ハイブリッド車または電気自動車で、回生が行われているか否かに関わらずブレーキペダルで一定不変のペダル感覚を運転手に提供することが課題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ドイツ国特許第１０２００７０３０４４１号明細書
【発明の概要】
【０００９】
請求項１に記載の装置および請求項９に記載のブレーキ装置は、比較的小型であり、安価に製造することができる。これは、ピストンの端面と歯車の端面との間に配置された斜面機構が、従来技術により既知のねじ山付きスピンドルよりも著しく短く構成されていることに基づいている。さらに、本発明による斜面機構はねじ山付きスピンドルに比べて簡単に作製することができる。
【００１０】
それぞれの従属請求項に記載の特徴は、本発明の対象の有利な他の構成および改良形態に関する。
【００１１】
「回生」とは、本明細書では車両の車輪が制動される際に電気エネルギーの形態で車両の動的エネルギーを回収することである。
【００１２】
本発明の実施例を図面に示し、以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例によるブレーキシステムの概略図である。
【図２】本発明の実施例による装置の断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面では、同じ符号は、特に相反する記載がない限り、同じ部材または同じ機能を備える部材を示す。
【００１５】
図１は、本発明の実施例によるブレーキシステム１を概略的に示している。
【００１６】
特に補助ブレーキシステムとして構成されたブレーキシステム１は、好ましくは、ハイブリッド車または電気自動車（さらに図示しない）で使用される。
【００１７】
ブレーキシステム１は、２つのチャンバ３を有するブレーキマスタシリンダ２を備え、チャンバ３は、管路７によってハイブリッド車または電気自動車の車輪２１を制動するための２つの車輪ブレーキシリンダ４，５にそれぞれ液圧接続されている。ブレーキマスタシリンダ２は、好ましくは、浮動ピストン１１を備えるタンデム式マスタシリンダ（ＴＭＣ）である。それぞれの管路７は、入口弁１２によって車輪ブレーキシリンダ４，５に接続されている。図１に示すように、入口弁１２は、非通電状態で開かれている２ポート２位置方向制御弁として構成されていてもよい。さらに、逆止弁１３は入口弁１２に対して平行に配置されている。それぞれの管路７は、２つのブレーキシリンダ４，５に液圧液を供給するために分岐された構成となっていてもよい。
【００１８】
車輪ブレーキシリンダ４は、さらに、出口弁１４、低圧アキュムレータ１５、ポンプ１６および管路１７によってチャンバ３に接続されている。以下の実施形態は、理解しやすくするために図１の左側に示した回路のみに関連付けられているが、右側に示したブレーキ回路についても同様のことがいえる。図１に示すように、出口弁１４は、非通電状態で閉じられている２ポート２位置方向制御弁として構成されていてもよい。ポンプ１６は、ブレーキシステム１のアンチロックモードで、液圧液をチャンバ３の内部へ移送する。チャンバ３内の圧力はブレーキ圧センサ１８によって測定される。
【００１９】
車輪ブレーキシリンダ４は、ハイブリッド車または電気自動車の非駆動車軸の車輪２１に配属されており、車輪２２を制動するための車輪ブレーキシリンダ５は駆動車軸２３に
配設されている。駆動車軸２３は、例えば、内燃機関（図示しない）によって駆動可能である。駆動車軸２３は、アキュムレータ（図示しない）を充電するために連結器２４によってハイブリッド車または電気自動車の発電機２５に連結可能である。
【００２０】
ブレーキシステム１は、さらにブレーキブースタ２６を備える。ブレーキブースタ２６は、ハイブリッド車または電気自動車の運転手がブレーキペダル２７によってブレーキマスタシリンダ２のピストン３１に足で加えた力を増幅する。ピストン３１の作動によってチャンバ３内の液圧液が加圧される。例えば、ペダルロッド３２とブレーキブースタ２６との間に配置されたペダルセンサ３３は、運転手によって加えられたペダル力、ひいては運転手のブレーキ要求を感知する。
【００２１】
ペダルセンサ３３が運転手ブレーキ要求を感知した場合、発電機２５によってブレーキ出力の一部を加えることができ、発電機２５は、この場合に得られたブレーキエネルギーを電気エネルギーとしてアキュムレータ（図示しない）に蓄積する。このために、発電機２５は連結器２４によって駆動車軸２３に連結される。しかしながら、これに対応して、ブレーキ出力を全体として一定不変に保持するためには、車輪ブレーキシリンダ５に滞留している液圧液の圧力が減衰される必要がある。
【００２２】
このために、ブレーキシステム１は装置４０を備える。この装置４０は、管路４１によってチャンバ３に液圧接続されている。この場合に、チャンバ３との直接的な接続が行われ、したがって、遮断弁は両者の間に配置されていない。このことは、冒頭で述べた従来技術、ドイツ国特許出願公開第２００７０３０４４１号明細書とは異なる。
【００２３】
装置４０は、チャンバ３からの液圧液を収容するか、またはチャンバ３に液圧液を放出するために用いられる。
【００２４】
以下に図２〜図４に基づいて装置４０を詳細に説明する。図２は、装置４０の断面図を示し、図３は、図２のＡ−Ａに沿った断面図を示し、図４は、図３のＢ−Ｂに沿った断面図を示す。
【００２５】
装置４０は、シリンダ４２を備える（図３参照）。シリンダ４２の内部にはピストン４３が設けられており、ピストン４３は液圧液を収容および放出するために移動可能である。ピストン４３は、シリンダ４２と共に、上述のように液圧液を収容および放出するためのチャンバ４４を形成している。チャンバ４４は、接続部４５によって管路４１（図１参照）に接続されている。ピストン４３は、特に電動機として構成された駆動装置４６（図２参照）によって移動可能である。ピストン４３のピストンシール（図３に符号４８により示されている）は、ピストン４３とシリンダ４２との間の間隙をシールする。
【００２６】
装置４０は、さらに斜面機構４７を備える。この斜面機構４７は、好ましくは３つの球５１を備え（図面には２つの球５１のみが示されている）、これらの球５１はそれぞれ斜面対５２の斜面５３，５３′（図４参照）の間で転動する。図４は、球５１を備えるこのような斜面対５２を１つのみ示す。しかしながら、図４に示すように、３つのこのような装置がピストン中心軸５４（図３参照）を中心として配置されている。この場合、３つの斜面対５２は、中心軸線５４を中心として周方向に互いに１２０°の間隔を有する。
【００２７】
代替的には、それぞれ１つの球５１を備える斜面対５２を２つのみ使用してもよい。この場合には、２つの斜面対５２は、互いに１８０°だけずらして配置されている。したがって、有利には斜面５３，５３′の互いの旋回角度がより大きくなり、これにより、ピストン４３の行程を拡大することができる。
【００２８】
それぞれの斜面５３は、２つの凹部５５および５６を備える。凹部５５は、ピストン４３の第１位置に配置されている。ピストンのこの第１位置は、シリンダ４２が完全に空になっている位置に相当する。すなわち、全ての液圧液はマスタシリンダ２のチャンバ３（図１参照）内に押し込まれている。凹部５６は、破線で示した球５１の位置に対応する。球５１のこの位置では、ピストン４３は、シリンダ４２が液圧液によって完全に充填されている第２位置に位置する。
【００２９】
さらに斜面５３は、凹部５５と凹部５６との間に配置された凹部５７（示唆のみする）を備えていてもよい。凹部５７は、装置１の機能を拡張するために利用することができ、例えば、「ゼロ・ドラッグ・キャリパー」において、すなわち、ブレーキシステム１が特に低い残留ブレーキトルクのための特別な車輪ブレーキシリンダを備える場合に遊びを補正する。
【００３０】
斜面機構４７は、ピストン４３の端面６２と歯車６１の端面６３との間に配置されている。斜面５３は、ピストン４３の端面６２と一体的に形成されていてもよい。すなわち、斜面５３は、例えば、ピストン４３と同じ材料により、ピストン４３と一体的に形成されていてもよい。斜面５３は、一体的に構成されていてもよいし、ピストン４３に堅固に結合された、例えば、ねじで固定された独立部品としてそれぞれ構成されていてもよい。このことは、歯車６１の端面５３に配置された斜面５３′についてもあてはまる。
【００３１】
歯車６１は、好ましくは、中央のディスク部材６４を備える。このディスク部材６４は、好ましくはプラスチックからなるギアリング６５によって取り囲まれている。ギアリング６５は、好ましくはプラスチックから作製されていることにより、騒音の少ない作動が得られる。ギアリング６５は、好ましくはディスク部材６４にモールド成型されている。これにより、歯車６１のための簡単な作製可能性が生じる。代替的には、ギアリング６５は、金属により作製されていてもよく、ディスク部材６４に嵌め込まれる。ギアリング６５は、好ましくは、斜めに歯切りされた平歯車歯列を備える。
【００３２】
歯車６１は、好ましくは、中心軸線５４に対して半径方向に転動体６７を用いてピン６６で支承されており、中心軸線５４に沿って軸線方向に支持面７１および転動体７２によって支承されている。支持面７１は、分離箇所７０を介してシリンダ４２に接続するケーシング７７に配置されている。
【００３３】
ばね７３は、球５１、歯車６１、転動体７２、支持面７１に対して、および最終的にはケーシング７７に対してピストン４３を押圧する。これにより、斜面５３，５３′が常に球５１に当接していることが確保される。
【００３４】
さらに回動防止装置７４が設けられており、回動防止装置７４は、一方ではケーシング７７に係合し、他方ではピストン４３に係合し、これにより、斜面機構４７によりピストン４３を作動した場合にピストン４３の回動を防止する。
【００３５】
歯車６１は、ウォームギア７５と噛み合う（図２参照）。ウォームギア７５は、好ましくは金属により形成されており、ウォームギア７５の向かい合った両端部はケーシング７７内で支承部７６によって支承されている。ケーシング７７とシリンダ４２とは、ピストン４３、歯車６１、および装置１の上述した他の構成部品が配置されるスペースを共に形成している。
【００３６】
ウォームギア７５は電動機４６によって駆動される。ロータ位置センサ７８（図２参照）は、電動機４６のロータの位置を検出し、これにより、シリンダ４２の液圧液の充填率を推定することができる。代替的にはこの充填率を決定するために、電動機４７によって消費された出力を考慮することもできる。なぜなら、この出力は、球５１がそれぞれ凹部５５，５６に係合するか、もしくは斜面５３，５３′の間でこれらの斜面に沿って転動した場合に変化するからである。さらに、ロータ位置センサ７８によって、凹部５５，５６，５７を簡単に突き止めることができる。
【００３７】
以下に、装置４０の機能および利点をさらに詳細に説明する。
【００３８】
斜面機構４７の使用により、比較的大きい直径を有するピストン４３を構成することができる。これによりピストン４５のための作動ストロークは減じられ、例えば、約２〜５ｍｍとなる。
【００３９】
歯車６１およびウォームギア７５と連係した斜面機構４７を使用することにより、例えば８０〜９０％の良好な効率が得られる。すなわち、電動機４６によって消費される作業の約８０〜９０％はピストン４３に到達し、またその逆のことがいえる。良好な効率に伴い、電動機４６の小さいエネルギー消費という利点が得られる。
【００４０】
しかしながら、良好な効率は、チャンバ４４内に高圧が形成された場合にピストン４３の自動的な変位がもたらされることをも意味する。したがって、斜面機構４７には、歯車６４の回転運動がピストン４３の往復運動に変換されることの他に、ピストン３２が所定の位置で自動的に変位されることを防止するという機能が得られる。このために、斜面機構４７の斜面５３は凹部５５，５６，５７を備える。
【００４１】
例えば、球５１が凹部５５に位置する場合、シリンダ４２は、実質的に完全に空である。ピストン４３は第１位置に位置している（図３参照）。ブレーキシステム１が回生されていない状態でいま運転手が全ブレーキをかけた場合、液圧管路４１、ひいてはチャンバ４４内の圧力は著しく上昇する。凹部５５は、圧力上昇もしくは高圧により図４のピストン４３を下方へ自動的に移動させることのないように、すなわち、これによりチャンバ４４内の体積を拡大することのないように作用する。なぜなら、チャンバ４４の体積のこのような拡大は、車輪ブレーキシリンダ４に滞留しているブレーキ圧を不利に減じるからである。凹部５５がなければ、全ての逆圧は電動機４６によって加えられなければならず、これにより電動機４６の給電率が過剰に高くなる。凹部５５によって、ブレーキシステム１が回生式に作動していない場合に電動機４６をスイッチオフすることもできる。
【００４２】
したがって、装置４０は上記の良好な効率を備え、継続的に通電する必要はないにもかかわらず、冒頭で述べた従来技術の場合のように、非通電状態で閉じられた遮断弁は本発明では不要である。
【００４３】
回生部分によるブレーキが得られた場合にようやく電動機４６は給電され、これにより球５１は凹部５５から外側へ移動される。このために、下側の斜面５３′は、図４に示した矢印方向に上側の斜面５３に対して回動され、戻しばね７３はピストン４３を図３の下方に押圧し、これにより、シリンダ４２は管路４１を介して液圧液を収容する。この場合、電動機４６は制御装置８１（図１参照）によって制御（開ループ制御）され、制御装置８１は圧力センサ１８（図１参照）に接続されており、回生によるブレーキの場合に圧力がチャンバ３内に一定不変に滞留し、これにより、運転手が動揺するような反作用（ブレーキ圧変調）をブレーキペダル２７において感じないように作用する。制御装置８１は、チャンバ３内の余剰圧力もしくは余剰液圧液が管路４１を介して装置４０のチャンバ４４に放出されるまで電動機４６を制御（開ループ制御）する。制御装置８１は、チャンバ３内の圧力を一定不変に保持するために電動機４６を継続的に再調整することができる。
【００４４】
球５１が凹部５６に係合するまで（図４に破線で示す）、下側の斜面５３′が図３の矢印方向に移動された場合、チャンバ４４は最大限の体積を有している。この後には凹部５６により斜面５５，５３′の自動的な変位が防止されることにより、ピストン４３のこの第２位置においても、ピストン４３がさらに移動されるという危険が生じることなしに、電動機４６をスイッチオフすることができる。
【００４５】
球５１が凹部５５と凹部５７との間に位置する場合、球５１は、電動機４６が故障した場合には凹部５７に係合し、凹部５６までは移動しない。したがって、チャンバ３からの液圧液体積の一部のみが装置４０で収容されることにより、ブレーキペダルストロークが過剰に延長されることが防止される。
【００４６】
本明細書では好ましい実施例に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されておらず、多様に変更可能である。本発明による装置について記載した他の構成および実施例は、本発明によるブレーキシステムについても対応してあてはまり、その反対も同様である。さらに、本明細書における「１つ」は、複数を除外しないことも示唆しておく。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2013545658.tif 000007
2013545658.tif 000008
2013545658.tif 000009
2013545658.tif 000010