(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペダルストロークに応じてブレーキペダルを押し戻す方向の反力を発生するブレーキバイワイヤ用ストロークシミュレータにおいて、ケーシング内に、その一側から他側へ順に、ダイラタント流体を内包する独立気泡の発泡体と該発泡体を押圧するピストンとを配設し、前記ピストンには、ブレーキペダルから延ばした入力ロッドを作動連結したことを特徴とするストロークシミュレータ。
【請求項２】
前記ピストンと前記入力ロッドとの間には、前記入力ロッドを常時ブレーキペダル方向へ付勢する戻しばねよりもばね定数の大きいばねが介装さ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。
【請求項３】
前記独立気泡の発泡体は、ケーシング内に拡径方向に変形可能な空間を有して配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の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、自動車の制動を電子的に制御するブレーキバイワイヤに用いられるストロークシミュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ブレーキバイワイヤシステムにおいては、ブレーキペダルは、ドライバの意図する制動減速度を電気信号に直すだけで、実際の制動とは無関係であるが、ドライバのブレーキ操作感を良くするため、従来の液圧ブレーキシステムに似せたペダルストローク／反力の関係をストロークシミュレータにより実現している。
【０００３】
そして従来、この種のストロークシミュレータとしては、たとえば、特許文献１に記載されるものがあった。このものは、バネ定数の異なる金属ばね（コイルばね）を直列に３段に配列し、ブレーキペダルと連動するピストンの移動によりこれら金属ばねをバネ定数の低いものから順に働かせて、反力特性に非線形特性を与える構造となっている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２６１０１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に示されるストロークシミュレータによれば、ペダルストローク／反力の関係（反力特性）は、途中で２段に折れ曲がった直線になり、滑らかな非線形特性を得ることができないという問題があった。また、液圧ブレーキシステムでは、急速にブレーキペダルを踏み込むと反力が急増して踏み応え感が現出するが、前記金属ばねに頼る構成では、反力特性に速度依存性を与えることはできず、踏み応え感の実現は困難となっていた。
【０００６】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、反力特性に滑らかな非線形特性と速度依存性とを与えることができ、もってドライバのブレーキ操作感の向上に大きく寄与するブレーキバイワイヤ用ストロークシミュレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、ケーシング内に、その一側から他側へ順に、ダイラタント流体を内包する独立気泡の発泡体と該発泡体を押圧するピストンとを配設し、前記ピストンには、ブレーキペダルから延ばした入力ロッドを作動連結したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るストロークシミュレータによれば、ダイラタント流体を内包する独立気泡の発泡体を反力発生機構としたので、反力特性に滑らかな非線形特性と速度依存性とを与えることができ、ドライバのブレーキ操作感の向上に大きく寄与する効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は、本発明の１つの実施形態としてのブレーキバイワイヤ用ストロークシミュレータを示したものである。同図において、１は、本発明に係るストロークシミュレータ、２は、ダッシュボード下の固定部３にピン４により回動可能に結合されたブレーキペダルである。本ストロークシミュレータ１は、通常の液圧ブレーキシステムにおける真空倍力装置に代えて車室前壁５に取付けられており、その内部には、前記ブレーキペダル２にクレビス６を介して一端部が結合された入力ロッド７の他端部が挿入されている。
【００１１】
本ストロークシミュレータ１は、有底筒状のケーシング１０を備えており、該ケーシング１０は、その開口側の背面に突設した筒状部１０ａを車室内へ延出させた状態で前記車室前壁５の前面に固定されている。このケーシング１０内には、その底部側から開口側へ順に、後述のダイラタント流体１１を内包する独立気泡の発泡体１２と、発泡体１２を押圧するピストン１３とが配設されている。ピストン１３は、その背面側に設けた筒状部１３ａをケーシング１０内の開口側に固設されたガイド部材１４に摺動可能に嵌合させることで、ケーシング１０の軸上を直動するようになっている。
【００１２】
上記ピストン１３の筒状部１３ａには入力ロッド７の他端部が挿入されている。入力ロッド７の途中にはフランジ７ａが設けられており、このフランジ７ａとケーシング１０との間には、該入力ロッド７を常時ブレーキペダル２側へ付勢する、比較的バネ定数の小さい（軟らかい）戻しばね１５が介装されている。また、入力ロッド７の他端とピストン１３との間には、前記戻しばね１５よりもバネ定数の大きい（硬い）ばね１６が介装されている。
【００１３】
独立気泡の発泡体１２は、円錐台形状をなしており、その頂面の直径はピストン１３の直径よりも十分に小さなくなっている。一方、ピストン１３の直径は、ケーシング１０の内径よりも十分に小さくなっており、これらによって、ピストン１３とケーシング１０との間に独立気泡の発泡体１２が噛込まれる危険が回避されている。ダイラタント流体１１は、独立気泡の発泡体１２の基部側に形成した円錐台形状の凹部１２ａに収納され、その背面をケーシング１０の内底に当接させている。このダイラタント流体１１の高さは、発泡体１２の高さより低くなっており、これによりダイラタント流体１１の上面と発泡体１２の頂面（ピストン１３との接触面）との間には、所定の間隙が確保されている。
【００１４】
独立気泡の発泡体１２は、内部の独立気泡が微細なガス室を形成して、エアばねと同様のガス反力を発生するようになっており、その独立気泡は、体積比で７０〜９０％を占めている。発泡体１２は、ここではゴムスポンジからなっており、高温で熱分解してガスを発生する発泡剤をゴム（基材）に混練して、加熱成形時に発泡させることにより製造される。発泡剤としては、通常窒素ガスを分解生成するものが用いられ、独立気泡の大半は窒素ガスとなっている。本実施形態において、基材としてのゴム材の種類は、加熱成形が可能で、発泡剤の添加により独立気泡を作るものであれば任意である。このようなゴム材としては、エネルギー吸収の大きいウレタンゴム（Ｕ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）等があるが、使用温度範囲が広く（低温で硬化しにくく）、かつ圧縮永久歪が小さいことから、シリコンゴムを使用するのが望ましい。
【００１５】
ダイラタント流体１１は、変形速度が速くなるとせん断応力、つまり変形抵抗が大きくなる特性（ダイラタンシー）を有する材料であり、ここでは、シリコンパテが用いられている。ダイラタント流体１１としてのシリコンパテは、シリコンオイルをホウ酸水または硼砂でスライム化してなるもので、耐久性に富んでいる。このダイラタント流体１１は、速い変形には強く抵抗するが、遅い変形には自由な形状となり、発泡体１２の変形に追従する。
【００１６】
ここで、ケーシング１０内に納めた独立気泡の発泡体１２の全体をエアばね（エアシリンダ）１０Ａとみなせば、本ストロークシミュレータ１は、図２に示すようなばね系となる。このばね系において、シリンダ断面積をＡ、空気体積をＶ、初期空気体積をＶ０、初期シリンダ長をＸａ、ピストン１３の変位をＸ２、初期空気圧をＰ０とすれば、Ｖ＝Ａ×（Ｘａ−Ｘ２）、Ｖ０＝Ａ×Ｘａなので、シリンダ内空気圧Ｐは、下記（１）のようになる。
Ｐ＝Ｐ０×Ｖ０／Ｖ＝Ｐ０×Ｘａ／（Ｘａ−Ｘ２）                        （１）
【００１７】
一方、エアシリンダ１０Ａのエア反力Ｆ２は、下記（２）式となっているので、これに上記（１）式のＰを代入すると（３）式のようになる。
Ｆ２＝Ａ×（Ｐ−Ｐ０）                                                （２）
Ｆ２＝ＡＰ０×｛Ｘａ／（Ｘａ−Ｘ２）−１｝
＝ＡＰ０×Ｘ２／（Ｘａ−Ｘ２）            （３）
【００１８】
すなわち、エアシリンダ１０Ａのエア反力Ｆ２は、図３の太い実線のように、初期のピストン変位Ｘ２＝０では、ＰとＰ０とがバランスして反力０であり、ピストン変位Ｘ２の増加に従って、シリンダ長Ｘａの垂線に漸近する双曲線になる。この場合、エアシリンダの断面積Ａを変化させると、反力Ｆ２は、断面積Ａが小さすぎるときは、同図の細い実線のように非線形性が強く（勾配変化が急）になり、逆に断面積Ａが大きすぎるときは、同図の破線のように非線形性が弱く（勾配変化が緩）なる。
【００１９】
ところで、ユーザ要求の反力Ｆ１、すなわち入力変位Ｘ１と反力Ｆ１との関係は、図４に太い実線で示すようになっており、これに、上記（３）式で適正な断面積Ａを選択して得られるエア反力Ｆ２を重ねると、その反力Ｆ２はユーザ要求の反力特性に近い特性となる。
【００２０】
一方、図４に示すユーザ要求の反力特性との関係で、その小ストローク部の勾配に合せて、前記軟らかい戻しばね１５のばね定数Ｋ１を決める。また、同じユーザ要求の反力特性の大ストローク（高踏力）部の勾配に合せて、前記硬いばね１６のバネ定数Ｋ２を決める。硬いばね１６をエアシリンダ１０Ａに直列に設けると、エア反力Ｆ２と入力変位Ｘ１およびピストン変位Ｘ２との間に、Ｆ２＝Ｋ２（Ｘ１−Ｘ２）の関係が成立する。これを変形すると、Ｘ２＝Ｘ１−Ｆ２／Ｋ２となり、これを前記（３）式に代入すると下記（４）式となり、さらにこれを整理すると（５）式が得られる。
Ｆ２＝ＡＰ０×（Ｘ１−Ｆ２／Ｋ２）／（Ｘａ−Ｘ１＋Ｆ２／Ｋ２）        （４）
Ｆ２２＋｛ＸＫ２×（Ｘａ−Ｘ１）＋ＡＰ０｝×Ｆ２−ＡＰ０×Ｘ１×Ｋ２  （５）
【００２１】
ここで、Ｆ１＝Ｆ２＋Ｋ１×Ｘ１なので、上記（５）式によりエアシリンダ断面積Ａのときの、入力変位Ｘ１に対する反力Ｆ１を計算することができ、前出図４の太い実線のような、ユーザ要求の反力特性にほぼ一致した特性を得ることができる。
【００２２】
本実施形態においては、ケーシング１０内に独立気泡の発泡体１２を納めているので、上記したエアシリンダ１０Ａと同じエア反力Ｆ２を得るには、前記エアシリンダ長Ｘａ（図２）にその発泡率の逆数を乗じた値となるように該発泡体１２の高さを設定すればよい。一例として、発泡率が８０％の場合は、１．２５×Ｘａの高さとなる。また、該発泡体１２の頂面（ピストン１３との接触面）の面積は、前記したエアシリンダ１０Ａの断面積Ａに合わせた大きさとする。
【００２３】
上記のように構成したストロークシミュレータ１においては、ドライバがブレーキペダル２を踏み込むと、入力ロッド７が移動してピストン１３が前進し、独立気泡の発泡体１２が圧縮する。このとき、入力がゆるやかであると、発泡体１２内のダイラタント流体１１が自由に変形するので、実質エアばねと同じになり、図５に太い実線で示すように液圧ブレーキシステムと類似の反力特性（滑らかな非線形特性）となる。また、発泡体１２と並列に戻しばね１５が配置されているので、発泡体自体がもつヒステリシス特性と合せて、所望のヒステリシス特性が得られるようになる。このとき、独立気泡の発泡体１２とケーシング１０との間に大きな空間があるので、該発泡体１２は拡径方向へも変形する。さらに、ピストン１３と入力ロッド７との間に硬いばね１６が存在するので、両者が直結される場合よりも、高踏力時の剛性が低くなり、結果として不自然な壁当り感はなくなる。
【００２４】
一方、急速にブレーキペダル１が踏み込まれる場合は、発泡体１２が所定の厚さ分だけ潰れるまでは、上記したゆるやかな入力の場合と反力特性は同じである。しかし、発泡体１２が所定の厚さ以上に潰れると、ダイラタント流体１１に直接入力が伝わってその変形速度が速くなるので、その変形抵抗が大きくなり、図５に細線で示すように反力Ｆが急増する。すなわち、反力特性に速度依存性が付与され、この結果、所望の踏み応え感が得られるようになる。なお、入力変位を０に戻すと、発泡体１２の復元力によりダイラタント流体１１は、遅れながら元の形状に戻るが、発泡体１２は独立気泡のガス圧による回復が早いので、ピストン１３すなわちブレーキペダル２に戻し遅れは感じない。
【００２５】
このように本ストロークシミュレータ１によれば、反力特性に滑らかな非線形特性が付与されるばかりか、明瞭なヒステリシス特性、速度依存性が付与されるので、ドライバのブレーキ操作感（ペダルフィーリング）は良好となる。また、独立気泡の発泡体１２をエアばねとして用いるので、シリンダ内にエアを封入する汎用のエアシリンダにおけるようなシールが不要になる。
【００２６】
なお、独立気泡の発泡体１２に内包されるダイラタント流体１１は、図６（Ａ）に示すように、球形として発泡体１２の内部に埋め込むようにしても、あるいは図６（Ｂ）に示すように球形のゴム袋２０に封入して発泡体１２の凹部１２ａに納めるようにしてもよい。前者の場合は、上記実施形態の場合よりも速度依存性は低くなり、後者の場合は、ゴム袋２０によりダイラタント流体１１の形状復元速度が高まる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一つの実施形態としてのストロークシミュレータの構造を示す断面図である。
【図２】本ストロークシミュレータにおけるばね系を示す模式図である。
【図３】本エアシリンダにおける反力特性を示すグラフである。
【図４】ユーザ要求の反力特性とエアシリンダの反力特性とを対比する共に、ユーザ要求の反力特性に基づくバネ定数の決定要領を示すグラフである。
【図５】本ストロークシミュレータの反力特性を示すグラフである。
【図６】本ストロークシミュレータにおけるダイラタント流体の他の設置構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    ストロークシミュレータ
２    ブレーキペダル
７    入力ロッド
１０  ケーシング
１１  ダイラタント流体
１２  独立気泡の発泡体
１３  ピストン
１５  戻しばね
１６  反力ばね
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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