(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレーキペダルに連結されていて、前記ブレーキペダルの操作に応じて反力を発生させるストロークシミュレータにおいて、
前記ブレーキペダルの移動に応じて可動するピストン部材と、
このピストン部材を収納するシリンダ部材と、
前記シリンダ部材の中に収納され、一方の端部がピストン部材に支持されるバネ部材と、
前記バネ部材の他方の端部を支持し、且つ、バネ部材の圧縮及び引っ張り方向に摺動可能な位置を初期設定位置として配置された可動部材と、
前記バネ部材を圧縮する方向または前記バネ部材を引っ張る方向へ前記可動部材を移動させると共に、可動部材からの逆入力に対して非逆性を持つアクチュエータと、
前記ブレーキペダルのペダル位置を検出するペダル位置検出手段と、
ペダル位置の増加に対しペダル反力が減少する特性を含み、ペダル反力の要求ストローク特性を得るように、前記ペダル位置検出手段により検出されるペダル位置の変化に追従して前記アクチュエータの駆動を制御する制御手段と、
を有することを特徴とするストロークシミュレータ。
【請求項２】
請求項１に記載のストロークシミュレータにおいて、
前記制御手段は、ペダル位置が前期ストローク域の場合、前記アクチュエータを駆動せず、ペダル位置が後期ストローク域になると、ペダル位置の増加に対し、前記バネ部材を圧縮する方向にアクチュエータを駆動する手段であることを特徴とするストロークシミュレータ。
【請求項３】
請求項１に記載のストロークシミュレータにおいて、
前記制御手段は、ペダル位置の増加に対し、一旦前記バネ部材を引っ張る方向へアクチュエータを駆動した後、前記バネ部材を圧縮する方向にアクチュエータを駆動する手段であることを特徴とするストロークシミュレータ。
【請求項４】
請求項１に記載のストロークシミュレータにおいて、
前記ブレーキペダルのペダル速度を検出するペダル速度検出手段を設け、
前記制御手段は、ブレーキペダルがゆっくり踏まれる緩制動時、ペダル位置の増加に対し、一旦前記バネ部材を引っ張る方向へアクチュエータを駆動した後、前記バネ部材を圧縮する方向にアクチュエータを駆動する手段であることを特徴とするストロークシミュレータ。
【請求項５】
請求項１に記載のストロークシミュレータにおいて、
前記ブレーキペダルのペダル速度を検出するペダル速度検出手段を設け、
前記制御手段は、ブレーキペダルが速く踏み込まれる急制動時、ペダル速度が速い場合、ペダル位置の増加に対し、前記バネ部材を圧縮する方向にアクチュエータを駆動する手段であることを特徴とするストロークシミュレータ。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載のストロークシミュレータにおいて、
前記バネ部材を、ペダル反力が最大となる特性が得られるように設定し、
前記制御手段は、ペダル位置の増加に対し、前記バネ部材を引っ張る方向にアクチュエータを駆動すると共に、ペダル速度が遅いほど、前記バネ部材を引っ張る量を増加させる手段であることを特徴とするストロークシミュレータ。
【請求項７】
請求項１に記載のストロークシミュレータにおいて、
車両速度を検出する車両速度検出手段を設け、
前記制御手段は、低速走行状態での制動時、ペダル位置の増加に対し、一旦前記バネ部材を引っ張る方向へアクチュエータを駆動した後、前記バネ部材を圧縮する方向にアクチュエータを駆動する手段であることを特徴とするストロークシミュレータ。
【請求項８】
請求項１に記載のストロークシミュレータにおいて、
車両速度を検出する車両速度検出手段を設け、
前記制御手段は、高速走行状態での制動時、ペダル位置の増加に対し、前記バネ部材を圧縮する方向にアクチュエータを駆動する手段であることを特徴とするストロークシミュレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブレーキペダルと独立した制動力発生装置を持つブレーキシステム、所謂、ブレーキ・バイ・ワイヤに適用され、ブレーキペダルの操作に応じて反力を発生させるストロークシミュレータの技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ストロークシミュレータとしては、例えば、特開２０００−２８０８７２号公報に記載のものが知られている。
【０００３】
この公報には、液圧を用いないブレーキ装置にも適用できる上、運転者に良好な操作感を与えることが可能となり、さらに関連機器と合わせたスペースを小さくできるストロークシミュレータを提供することを目的とし、ブレーキペダルに直接連結されて該ブレーキペダルにその操作に対する反力を与えるものであって、液圧を必要とせず、また反力特性を細かく制御することが可能で、さらにブレーキペダルの操作量を電気的に検出可能な電動アクチュエータによりブレーキペダルに反力を与える技術が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のストロークシミュレータにあっては、電動アクチュエータのみによりブレーキペダルに反力を与えるものであるため、下記に列挙するような問題点がある。
(1) ブレーキペダル操作において、ペダル端の押し付け力が最大200kgf、ペダル端の押し込み速度は最大400mm/secにもなるため、ブレーキ操作時の反力を電動アクチュエータのみで実現するには非常に大きな電気モータが必要になる。
(2) ブレーキペダルへの操作が発生した場合、定格容量の大きな電気モータを駆動させる必要があるし、また、如何なる場合も電気モータを駆動し反力を発生させるものであるため、消費電力が多くなる。
(3) 電動アクチュエータのみに依存してペダル反力を発生させているため、電動アクチュエータの制御系に故障が発生すると、ペダルの動きやペダル反力が不自然なものとなり、ブレーキ操作フィーリングが損なわれてしまう。
【０００５】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、良好なブレーキペダルフィーリングを得る調整機能を持ちながら、アクチュエータの小型化と省電力を図ることができると共に、アクチュエータが故障しても最小限のブレーキ操作性を確保することができるストロークシミュレータを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
ブレーキペダルに連結されていて、前記ブレーキペダルの操作に応じて反力を発生させるストロークシミュレータにおいて、
前記ブレーキペダルの移動に応じて可動するピストン部材と、
このピストン部材を収納するシリンダ部材と、
前記シリンダ部材の中に収納され、一方の端部がピストン部材に支持されるバネ部材と、
前記バネ部材の他方の端部を支持し、且つ、バネ部材の圧縮及び引っ張り方向に摺動可能な位置を初期設定位置として配置された可動部材と、
前記バネ部材を圧縮する方向または前記バネ部材を引っ張る方向へ前記可動部材を移動させると共に、可動部材からの逆入力に対して非逆性を持つアクチュエータと、
前記ブレーキペダルのペダル位置を検出するペダル位置検出手段と、
ペダル位置の増加に対しペダル反力が減少する特性を含み、ペダル反力の要求ストローク特性を得るように、前記ペダル位置検出手段により検出されるペダル位置の変化に追従して前記アクチュエータの駆動を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のストロークシミュレータにおいて、
前記制御手段は、ペダル位置が前期ストローク域の場合、前記アクチュエータを駆動せず、ペダル位置が後期ストローク域になると、ペダル位置の増加に対し、前記バネ部材を圧縮する方向にアクチュエータを駆動する手段であることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載のストロークシミュレータにおいて、
前記制御手段は、ペダル位置の増加に対し、一旦前記バネ部材を引っ張る方向へアクチュエータを駆動した後、前記バネ部材を圧縮する方向にアクチュエータを駆動する手段であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、請求項１に記載のストロークシミュレータにおいて、
前記ブレーキペダルのペダル速度を検出するペダル速度検出手段を設け、
前記制御手段は、ブレーキペダルがゆっくり踏まれる緩制動時、ペダル位置の増加に対し、一旦前記バネ部材を引っ張る方向へアクチュエータを駆動した後、前記バネ部材を圧縮する方向にアクチュエータを駆動する手段であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明では、請求項１に記載のストロークシミュレータにおいて、
前記ブレーキペダルのペダル速度を検出するペダル速度検出手段を設け、
前記制御手段は、ブレーキペダルが速く踏み込まれる急制動時、ペダル位置の増加に対し、前記バネ部材を圧縮する方向にアクチュエータを駆動する手段であることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明では、請求項４または請求項５に記載のストロークシミュレータにおいて、
前記バネ部材を、ペダル反力が最大となる特性が得られるように設定し、
前記制御手段は、ペダル位置の増加に対し、前記バネ部材を引っ張る方向にアクチュエータを駆動すると共に、ペダル速度が遅いほど、前記バネ部材を引っ張る量を増加させる手段であることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明では、請求項１に記載のストロークシミュレータにおいて、
車両速度を検出する車両速度検出手段を設け、
前記制御手段は、低速走行状態での制動時、ペダル位置の増加に対し、一旦前記バネ部材を引っ張る方向へアクチュエータを駆動した後、前記バネ部材を圧縮する方向にアクチュエータを駆動する手段であることを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載の発明では、請求項１に記載のストロークシミュレータにおいて、
車両速度を検出する車両速度検出手段を設け、
前記制御手段は、高速走行状態での制動時、ペダル位置の増加に対し、前記バネ部材を圧縮する方向にアクチュエータを駆動する手段であることを特徴とする。
【００１７】
【発明の作用および効果】
請求項１記載の発明にあっては、ブレーキペダルに対して踏み込み操作を行うと、ブレーキペダルの移動に応じてシリンダ部材内のピストン部材がストロークし、このピストン部材のストロークにより、ピストン部材と可動部材との間に介装されているバネ部材が圧縮される。一方、可動部材をアクチュエータにより駆動させると、ピストン部材と可動部材との間に介装されているバネ部材が圧縮または伸張される。つまり、ブレーキペダルへの操作量と可動部材の制御量に応じて、バネ部材によりペダル反力が与えられることになる。
【００１８】
例えば、可動部材の駆動により、バネ定数ｋを持つバネ部材を圧縮させると、運転者の操作量がＸのとき、圧縮量Ｘａとすると、ストロークシミュレータの発生するペダル反力Ｆは、Ｆ＝ｋ（Ｘ＋Ｘａ）となり、可動部材を固定したときよりもペダル反力は大きくなる。逆に、可動部材の駆動により、バネ定数ｋを持つバネ部材を引っ張ると、運転者の操作量がＸのとき、引っ張り量Ｘｂとすると、ストロークシミュレータの発生するペダル反力Ｆは、Ｆ＝ｋ（Ｘ−Ｘｂ）となり、可動部材を固定したときよりもペダル反力は小さくなる。以上のように、可動部材の位置を制御駆動することにより、ブレーキペダルフィーリングを任意に調整することができる。
【００１９】
また、ブレーキペダルを電動アクチュエータで直接駆動する従来のストロークシミュレータの場合、ペダル反力をモータのみで受け持つため、非常に大きなモータが必要となるのに対し、請求項１に係る発明では、ペダル反力はバネ部材とアクチュエータとで受け持つため、アクチュエータの構成要素として用いられるモータの出力は、従来に比べて大幅に低減し、小型のモータで十分に可動部材を駆動可能である。
【００２０】
加えて、制御手段において、ペダル位置の増加に対しペダル反力が減少する特性を含み、ペダル反力の要求ストローク特性を得るように、ペダル位置検出手段により検出されるペダル位置の変化に追従してアクチュエータの駆動が制御される。例えば、請求項２に記載の発明のように、ペダル位置が前期ストローク域の場合、アクチュエータを駆動せず、ペダル位置が後期ストローク域になると、ペダル位置の増加に対し、バネ部材を圧縮する方向にアクチュエータが駆動されたり、また、請求項３に記載の発明のように、ペダル位置の増加に対し、一旦前記バネ部材を引っ張る方向へアクチュエータを駆動した後、バネ部材を圧縮する方向にアクチュエータが駆動される。
【００２１】
このように、ペダル位置の増加に対しペダル反力が減少する特性を含み、ペダル反力の要求ストローク特性を得るように、ペダル位置検出手段により検出されるペダル位置の変化に追従してアクチュエータの駆動を制御するようにしたため、ブレーキペダルの反力の大きさだけではなく、ペダル反力のストローク特性も微妙に調整することができる。
【００２２】
請求項４，５に記載の発明にあっては、制御手段において、ペダル位置検出手段により検出されるペダル位置とペダル速度検出手段により検出されるペダル速度の変化に応じてアクチュエータの駆動が制御される。例えば、請求項４に記載の発明のように、ブレーキペダルがゆっくり踏まれる緩制動時、ペダル位置の増加に対し、一旦バネ部材を引っ張る方向へアクチュエータを駆動した後、バネ部材を圧縮する方向にアクチュエータが駆動されたり、また、請求項５に記載の発明のように、ブレーキペダルが速く踏み込まれる急制動時、ペダル位置の増加に対し、バネ部材を圧縮する方向にアクチュエータが駆動される。
【００２３】
このように、検出されるペダル位置とペダル速度の変化に応じてアクチュエータの駆動を制御するようにしたため、ブレーキペダルがゆっくり踏まれる場合には、反力を小さくし、ブレーキペダルフィーリングとして柔らかい感じを出し、一方、ブレーキペダルが速く踏み込まれる場合には、反力を大きくし、ブレーキペダルフィーリングとしてしっかり感を出すというように、ペダル速度に応じてペダル反力のストローク特性を微妙に調整することができる。
【００２４】
請求項６に記載の発明にあっては、予めバネ部材が、ペダル反力が最大となる特性が得られるように設定され、制御手段において、ペダル位置の増加に対し、バネ部材を引っ張る方向にアクチュエータが駆動されると共に、ペダル速度が遅いほど、バネ部材を引っ張る量が増加される。
【００２５】
すなわち、ペダル速度が高速の場合は、バネ部材のみでペダル反力を発生することになり、ペダル速度が常用域では、バネ部材による反力を下げる引っ張り方向のみの制御によりペダル反力を発生することになる。
【００２６】
よって、アクチュエータは最高速度で最大トルクを出す必要がなく、ペダル速度の常用域程度で最大トルクを出せばよいため、アクチュエータの大幅な小型化を図ることができる。
【００２７】
請求項７，８に記載の発明にあっては、制御手段において、ペダル位置検出手段により検出されるペダル位置と車両速度検出手段により検出される車両速度の変化に応じてアクチュエータの駆動が制御される。例えば、請求項７に記載の発明のように、低速走行状態での制動時、ペダル位置の増加に対し、一旦バネ部材を引っ張る方向へアクチュエータを駆動した後、バネ部材を圧縮する方向にアクチュエータが駆動されたり、また、請求項８に記載の発明のように、高速走行状態での制動時、ペダル位置の増加に対し、バネ部材を圧縮する方向にアクチュエータが駆動される。
【００２８】
このように、検出されるペダル位置と車両速度の変化に応じてアクチュエータの駆動を制御するようにしたため、低速走行状態でのブレーキ操作時には、反力を小さくし、ブレーキペダルフィーリングとして柔らかい感じを出し、一方、高速走行状態でのブレーキ操作時には、反力を大きくし、ペダルフィーリングとしてしっかり感を出すというように、車両速度に応じてペダル反力のストローク特性を微妙に調整することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明におけるストロークシミュレータを実現する実施の形態を、請求項１及び請求項２に対応する第１実施例と、請求項３に対応する第２実施例と、請求項４及び請求項５に対応する第３実施例と、請求項６に対応する第４実施例と、請求項７及び請求項８に対応する第５実施例とに基づいて説明する。
【００３０】
（第１実施例）
まず、構成を説明する。
図１は第１実施例のストロークシミュレータ１が適用されたブレーキ操作部２を示す全体図であり、図１において、３はブレーキペダル、４は回転軸、５は車体、６は支持部材、７は回転軸、８はクレビス、１２は電気モータ、１４は減速機、２６はストロークセンサ（ペダル位置検出手段）、２７は車両速度センサ（車両速度検出手段）、２８はコントローラ（制御手段）である。
【００３１】
前記ブレーキ操作部２は、運転者により踏み込まれるブレーキペダル３と、該ブレーキペダル３に固定された回転軸４と、該回転軸４を車体５に回転可能に支持する支持部材６と、前記ブレーキペダル３とストロークシミュレータ１を連結するために、ブレーキペダル３上に設けられた回転軸７と、該回転軸７のペダル操作時における軌跡を直線運動に変換するクレビス８と、該クレビス８に連結され、ペダル操作に対する反力を発生するストロークシミュレータ１とから構成される。前記ストロークシミュレータ１は、車体５に固定されることでブレーキ操作部２の反力を受け止める。また、前記ストロークシミュレータ１の車体５側には、電気モータ１２と減速機１４が設けられている。
【００３２】
前記ブレーキペダル３には、ペダル位置を検出するためにストロークセンサ２６が取り付けられており、車両には車両速度を検出するために車両速度センサ２７が取り付けられている。これらのセンサ信号を受け、アクチュエータの電気モータ１２を制御駆動するコントローラ２８が、両センサ２６，２７と電気モータ１２との間に電気的に配置されている。
【００３３】
前記コントローラ２８は、マイクロコンピュータ等の演算処理装置にて構成され、ストロークセンサ２６の信号によりペダル速度を算出したり、各種信号や内部算出した信号に基づき電気モータ１２を駆動制御することにより、任意のペダル反力を発生させる。こうした基本的な制御の演算処理は、コントローラ２８内の所定のロジックに従って行われるが、その制御形態は、従来から知られているフィードバック制御やオープン制御等を用いることが可能である。
【００３４】
図２は第１実施例のストロークシミュレータ１を示す断面図であり、図２において、９はシリンダ部材、１０はペダル側開口部、１１はピストン、１２は電気モータ、１３はモータ軸、１４は減速機、１５は一次歯車、１６は二次歯車、１７は回転軸、１８はモータ側開口部、１９は雄ネジ、２０はボール、２１は可動部材、２２は切り欠き部、２３は突起、２４はバネ部材、２５はスカート部、２９は直線変換機構である。
【００３５】
前記シリンダ部材９は、両端が閉じられた円筒状部材であり、正面側にはピストン部材１１の軸部が挿通するペダル側開口部１０が形成され、背面側にはアクチュエータの回転軸１７が挿通するモータ側開口部１８が形成され、内部には、ピストン部材１１、可動部材２１及びバネ部材２４が収容されている。
【００３６】
前記ピストン部材１１は、前記クレビス８に連結され、ブレーキペダル３の移動に連動して摺動可能な部材であり、クレビス８と連結される側の軸部１１ａはシリンダ部材９のペダル側開口部１０から突出され、シリンダ部材９に収納される側のピストン部１１ｂはバネ部材２４により付勢されている。
【００３７】
前記バネ部材２４は、シリンダ部材９の中に収納され、一方のバネ端部がピストン部材１１のピストン部１１ｂに支持され、他方のバネ端部が可動部材２１のスカート部２５に支持されている。
【００３８】
前記可動部材２１は、バネ部材２４の他方のバネ端部を支持し、且つ、回転軸１７に対し直線変換機構２９を介し、バネ部材２４の圧縮及び引っ張り方向に摺動可能に配置されている。
【００３９】
前記電気モータ１２と減速機１４と直線変換機構２９により可動部材２１を可動方向へ移動させると共に、電気モータ１２からの回転力は伝達するが、バネ部材２４による可動部材２１からの逆入力に対しては伝達効率の低い非逆性を持つアクチュエータが構成されている。
【００４０】
前記減速機１４は、電気モータ１２のモータ軸１３に設けられた一次歯車１５と、この一次歯車１５に噛み合い、回転軸１７に設けられた二次歯車１６により構成される。なお、二次歯車１６の回転軸１７は、シリンダ部材９のモータ側開口部１８を貫通してシリンダ部材９内に突出している。
【００４１】
前記直線変換機構２９は、回転軸１７と可動部材２１とを螺合するボールネジと、可動部材２１の回転を規制するストッパ構造とにより構成されている。前記ボールネジは、回転軸１７の先端部に形成された雄ネジ１９と、雄ネジ１９の外周に配置された可動部材２１に形成された雌ネジと、雄ネジ１９と雌ネジとの間に介装されたボール２０とを有する。前記ストッパ構造は、可動部材２１のスカート部２５に形成された切り欠き部２２と、シリンダ部材９に固定され、切り欠き部２２に嵌まる突起２３とを有する。
【００４２】
なお、図３に示す例は、電気モータ１２を減速機１４に対してペダル側に配置し、軸方向の短縮化を図った例であり、図４に示す例は、電気モータ１２をペダルストローク方向と直交する方向に配置し、減速機１４の形式を異ならせ、車体５に対する電気モータ１２の取付性を高めた例であり、ストロークシミュレータ１は図２に示す例と全く同様である。つまり、図２〜図４に示す例は、減速機１４の形式や電気モータ１２の配置が異なるだけであり、適用車種等によって、いずれを選択しても良い。
【００４３】
次に、作用を説明する。
【００４４】
［ペダル反力特性制御処理］
図５はコントローラ２８で実行される第１実施例のペダル反力特性制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
【００４５】
ステップ５０では、ストロークセンサ２６によりペダル操作量Ｐが読み込まれる。次のステップ５１では、ペダル操作量Ｐが第１設定値Ｐ１（制動時かどうかを判断するしきい値）を超えているかどうかが判断され、ＹＥＳの場合はステップ５２へ進み、ＮＯの場合はステップ５０へ戻る。次のステップ５２では、ペダル操作量Ｐが第２設定値Ｐ２（モータ駆動かどうかを判断するしきい値）を超えているかどうかが判断され、ＹＥＳの場合はステップ５３へ進み、ＮＯの場合はステップ５０へ戻る。次のステップ５３では、モータ指令値Ｘ＊（可動部材２１を圧縮方向に移動させるアクチュエータ位置）が、Ｘ＊＝Ｘ１（Ｐ）の一次関数の式により算出される。次のステップ５４では、モータ指令値Ｘ＊による駆動指令が電気モータ１２に対して出力される。
【００４６】
［ペダル反力特性制御作用］
ブレーキペダル３に対して踏み込み操作を行うと、まず、ペダル操作量Ｐが第２設定値Ｐ２以下の領域では、図５のフローチャートにおいて、ステップ５０→ステップ５１→ステップ５２の処理が繰り返され、電気モータ１２は非駆動のままで、可動部材２１は初期設定位置に固定されたままである。よって、ブレーキペダル３の移動に応じてシリンダ部材９内のピストン部材１１がストロークし、このピストン部材１１のストロークにより、ピストン部材１１と可動部材２１との間に介装されているバネ部材２４が圧縮され、ペダル操作量Ｐに応じてバネ部材２４によりペダル反力が与えられる。
【００４７】
そして、ペダル操作量Ｐが第２設定値Ｐ２を超える領域では、図５のフローチャートにおいて、ステップ５０→ステップ５１→ステップ５２→ステップ５３→ステップ５４の処理が繰り返され、電気モータ１２はペダル操作量Ｐの大きさに応じて駆動され、可動部材２１は初期設定位置からバネ部材２４を圧縮させる方向に摺動される。よって、ペダル操作量Ｐと可動部材２１の圧縮方向の制御量に応じて、バネ部材２４によりペダル反力が与えられる。
【００４８】
すなわち、モータ指令値Ｘ＊をアクチュエータ位置Ｘ＊とし、ペダル操作量Ｐをペダル位置Ｐと言い換えた場合、図６（イ）に示すように、ペダル位置ＰがＰ１となるまでは、アクチュエータ位置Ｘ＊を、バネ部材２４を圧縮も引っ張りもしない初期位置のままとし、ペダル位置ＰがＰ１を超えると、アクチュエータ位置Ｘ＊を、ペダル位置Ｐに比例してバネ圧縮側に移動させる制御が行われる。
【００４９】
よって、図６（ロ）に示すように、ペダル位置ＰがＰ１となるまでは、バネ単品によるペダル反力特性となり、ペダル位置ＰがＰ１を超えると、バネ単品によるペダル反力にアクチュエータによる圧縮分のペダル反力が加わったペダル反力特性となる。
つまり、可動部材２１の駆動により、バネ定数ｋを持つバネ部材２４を圧縮させると、運転者のペダル操作量がＰのとき、圧縮量Ｘａとすると、ストロークシミュレータ１の発生するペダル反力Ｆは、Ｆ＝ｋ（Ｐ＋Ｘａ）となり、可動部材２１を固定の状態のままとする非制御時よりもペダル反力は大きくなる。
【００５０】
次に、効果を説明する。
【００５１】
(1) ブレーキペダル３に連結されていて、ブレーキペダル３の操作に応じて反力を発生させるストロークシミュレータ１を、ピストン部材１１と、シリンダ部材９と、バネ部材２４と、可動部材２１と、電気モータ１２と、減速機１４と、直線変換機構２９と、ストロークセンサ２６からのセンサ信号に応じて電気モータ１２の駆動を制御するコントローラ２８とを有する構成としたため、良好なブレーキペダルフィーリングを得る調整機能を持ちながら、電気モータ１２の小型化と省電力を図ることができると共に、アクチュエータ系が故障しても最小限のブレーキ操作性を確保することができる。
【００５２】
つまり、可動部材２１の駆動によりバネ部材２４を圧縮するとペダル反力は大きくなり、逆に、バネ部材２４を引っ張るとペダル反力は小さくなるというように、可動部材２１の位置を制御駆動することにより、ブレーキペダルフィーリングを任意に調整することができる。
【００５３】
また、ブレーキペダルを電動アクチュエータで直接駆動する従来のストロークシミュレータの場合、ペダル反力をモータのみで受け持つため、非常に大きなモータが必要となるのに対し、ペダル反力はバネ部材２４と可動部材２１を移動させるアクチュエータで受け持つため、アクチュエータの構成要素として用いられる電気モータ１２の出力は、従来に比べて大幅に低減し、小型の電気モータ１２で十分に可動部材２１を駆動可能である。
【００５４】
また、小型の電気モータ１２の駆動であることで、ブレーキ操作が行われると常に駆動させたとしても省電力である。加えて、第１実施例のように、ブレーキペダル３の前期ストローク域では可動部材２１を固定にしたままとし、ブレーキペダル３の後期ストローク域でおいてのみアクチュエータにより可動部材２１を駆動制御することで、ブレーキ操作が行われると、常に電動アクチュエータを駆動させる必要がある従来のストロークシミュレータに比べ、省電力を図ることができる。
【００５５】
さらに、アクチュエータの故障により可動部材２１が固定状態になったと仮定しても、アクチュエータの非可逆性により、ブレーキペダル３からのペダル踏力は、バネ部材２４を介して可動部材２１にて受け止められる。すなわち、アクチュエータ故障後のブレーキ操作において、少なくともバネ部材２４の単品によるペダル反力特性を確保することができる。
【００５６】
(2) ストロークセンサ２６により検出されるペダル操作量Ｐの変化に応じて電気モータ１２の駆動を制御するようにしたため、ブレーキペダル３の反力の大きさだけではなく、ペダル反力のストローク特性も要求性能等に応じて微妙に調整することができる。
【００５７】
(3) ペダル操作量Ｐが第２設定値Ｐ２以下の場合、電気モータ１２を駆動しないで、ペダル操作量Ｐが第２設定値Ｐ２を超えると、ペダル操作量Ｐの増加に対し、バネ部材２４を圧縮する方向に電気モータ１２を駆動するようにしたため、図６（ロ）に示すように、ブレーキペダル３の前期ストローク域では踏み込み操作量に対してペダル反力の増加率が小さく、ブレーキペダル３の後期ストローク域では踏み込み操作量に対してペダル反力の増加率が大きなペダル反力特性を得ることができる。
【００５８】
（第２実施例）
第２実施例は、踏み込み量の少ないブレーキペダル３の前期ストローク域で、第１実施例よりさらにペダルフィーリングを柔らかくする電気モータ１２の駆動制御を行う例である。
【００５９】
第２実施例の構成については、第１実施例（図１〜図４）と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００６０】
次に、作用を説明する。
【００６１】
［ペダル反力特性制御処理］
図７はコントローラ２８で実行される第２実施例のペダル反力特性制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
【００６２】
ステップ７０では、ストロークセンサ２６によりペダル操作量Ｐが読み込まれる。次のステップ７１では、ペダル操作量Ｐが第１設定値Ｐ１（制動時かどうかを判断するしきい値）を超えているかどうかが判断され、ＹＥＳの場合はステップ７２へ進み、ＮＯの場合はステップ７０へ戻る。次のステップ７２では、モータ指令値Ｘ＊（可動部材２１を圧縮または引っ張り方向に移動させるアクチュエータ位置）が、Ｘ＊＝Ｘ２（Ｐ）の二次関数による式により算出される。次のステップ７３では、モータ指令値Ｘ＊による駆動指令が電気モータ１２に対して出力される。
【００６３】
［ペダル反力特性制御作用］
ブレーキペダル３に対して踏み込み操作を行うと、図７のフローチャートにおいて、ステップ７０→ステップ７１→ステップ７２→ステップ７３の処理が繰り返され、電気モータ１２はペダル操作量Ｐの大きさに応じて駆動される。
【００６４】
すなわち、モータ指令値Ｘ＊をアクチュエータ位置Ｘ＊とし、ペダル操作量Ｐをペダル位置Ｐと言い換えた場合、図８（イ）に示すように、ペダル位置ＰがＰ３となるまでは、アクチュエータ位置Ｘ＊をバネ引張側とし、ペダル位置ＰがＰ３を超えると、アクチュエータ位置Ｘ＊をバネ圧縮側とするというように、ペダル位置Ｐとは二次関数的な関係で移動させる制御が行われる。
【００６５】
よって、図８（ロ）に示すように、ペダル位置ＰがＰ３となるまでは、バネ単品によるペダル反力にアクチュエータによる引っ張り分のペダル反力を減じた特性となり、ペダル位置ＰがＰ３を超えると、バネ単品によるペダル反力にアクチュエータによる圧縮分のペダル反力が加わったペダル反力特性となる。
つまり、可動部材２１の駆動により、バネ定数ｋを持つバネ部材２４を引っ張ると、運転者のペダル操作量がＰのとき、引っ張り量Ｘｂとすると、ストロークシミュレータ１の発生するペダル反力Ｆは、Ｆ＝ｋ（Ｐ−Ｘｂ）となり、可動部材２１を固定の状態のままとする非制御時よりもペダル反力は小さくなる。
【００６６】
次に、効果を説明する。
【００６７】
この第２実施例のストロークシミュレータ１では、第１実施例の(1),(2)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００６８】
(4) ペダル操作量Ｐの増加に対し、一旦バネ部材２４を引っ張る方向へ電気モータ１２を駆動した後、バネ部材２４を圧縮する方向に電気モータ１２を駆動するようにしたため、図８（ロ）に示すように、ブレーキペダル３の前期ストローク域では踏み込み操作量に対してペダル反力が小さく抑えられ、ブレーキペダル３の後期ストローク域では踏み込み操作量に対してペダル反力の増加率が次第に大きくなるペダル反力特性を得ることができる。
【００６９】
（第３実施例）
第３実施例は、ペダル操作量Ｐとペダル速度△Ｐの変化に応じて電気モータ１２の駆動制御を行う例である。
【００７０】
第３実施例の構成については、第１実施例（図１〜図４）と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００７１】
次に、作用を説明する。
【００７２】
［ペダル反力特性制御処理］
図９（イ）はコントローラ２８で実行される第３実施例のペダル反力特性制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
【００７３】
ステップ９０では、ストロークセンサ２６によりペダル操作量Ｐが読み込まれる。次のステップ９１では、読み込まれたペダル操作量Ｐの時間変化量の演算（微分演算）によりペダル速度△Ｐが算出される。次のステップ９２では、図１０に示すアクチュエータ位置マップが読み込まれる。次のステップ９３では、モータ指令値Ｘ＊（可動部材２１を圧縮または引っ張り方向に移動させるアクチュエータ位置）が、Ｘ＊＝Ｘ３（Ｐ，△Ｐ）のアクチュエータ位置マップをあらわす式により算出される。次のステップ９４では、モータ指令値Ｘ＊による駆動指令が電気モータ１２に対して出力される。
【００７４】
［ペダル反力特性制御作用］
ブレーキペダル３に対して踏み込み操作を行うと、図９（イ）のフローチャートにおいて、ステップ９０→ステップ９１→ステップ９２→ステップ９３→ステップ９４の処理が繰り返され、電気モータ１２はペダル操作量Ｐ及びペダル速度△Ｐの大きさに応じて駆動される。
【００７５】
すなわち、モータ指令値Ｘ＊をアクチュエータ位置Ｘ＊と言い換えた場合、図１０に示すように、ペダル操作量Ｐが少なく、且つ、ペダル速度△Ｐが遅い領域では、アクチュエータ位置Ｘ＊をバネ引張側とし、ペダル操作量Ｐがそれより大きくなるとペダル速度△Ｐが速いほどアクチュエータ位置Ｘ＊をバネ圧縮側とするというように、ペダル操作量Ｐとペダル速度△Ｐとをパラメータとしてアクチュエータ位置Ｘ＊を決める制御が行われる。
【００７６】
よって、図９（ロ）に示すように、ペダル速度が遅い時、所謂、緩制動時には、例えば、ペダル操作量ＰがＰ４となるまでは、バネ単品によるペダル反力にアクチュエータによる引っ張り分のペダル反力を減じた特性となり、ペダル操作量ＰがＰ４を超えると、バネ単品によるペダル反力にアクチュエータによる圧縮分のペダル反力が加わったペダル反力特性となる。そして、ペダル速度が速い時、所謂、急制動時には、ペダル操作量Ｐにかかわらずバネ単品によるペダル反力にアクチュエータによる圧縮分のペダル反力が加わったペダル反力特性となる。
【００７７】
次に、効果を説明する。
【００７８】
この第３実施例のストロークシミュレータ１では、第１実施例の(1),(2)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００７９】
(5) ストロークセンサ２６により検出されるペダル操作量Ｐと算出されるペダル速度△Ｐの変化に応じて電気モータ１２の駆動を制御するようにしたため、ペダル速度△Ｐの変化に応じてペダル反力のストローク特性を微妙に調整することができる。
【００８０】
(6) ペダル速度△Ｐが遅い場合、ペダル操作量Ｐの増加に対し、一旦バネ部材２４を引っ張る方向へ電気モータ１２を駆動した後、バネ部材２４を圧縮する方向に電気モータ１２を駆動するようにしたため、図９（ロ）に示すように、ブレーキペダル３がゆっくり踏まれる緩制動時に、ペダル反力が小さく抑えられ、ブレーキペダルフィーリングとして柔らかい感じを出すことができる。
【００８１】
(7) ペダル速度△Ｐが速い場合、ペダル操作量Ｐの増加に対し、バネ部材２４を圧縮する方向に電気モータ１２を駆動するようにしたため、図９（ロ）に示すように、ブレーキペダル３が速く踏み込まれる急制動時に、ペダル反力が大きくなり、ブレーキペダルフィーリングとしてしっかり感を出すことができる。
【００８２】
（第４実施例）
第４実施例は、予めバネ部材２４を、ペダル反力が最大となる特性が得られるように設定しておき、コントローラ２８において、ペダル操作量Ｐの増加に対し、バネ部材２４を引っ張る方向に電気モータ１２を駆動制御すると共に、ペダル速度△Ｐが遅いほど、バネ部材２４を引っ張る量を増加させる電気モータ１２の駆動制御を行う例である。
【００８３】
第４実施例の構成については、第１実施例（図１〜図４）と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００８４】
次に、作用を説明する。
【００８５】
［ペダル反力特性制御処理］
図１１（イ）はコントローラ２８で実行される第４実施例のペダル反力特性制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
【００８６】
ステップ１１０では、ストロークセンサ２６によりペダル操作量Ｐが読み込まれる。次のステップ１１１では、読み込まれたペダル操作量Ｐの時間変化量の演算（微分演算）によりペダル速度△Ｐが算出される。次のステップ１１２では、図１２に示すアクチュエータ位置マップが読み込まれる。次のステップ１１３では、モータ指令値Ｘ＊（可動部材２１を引っ張り方向に移動させるアクチュエータ位置）が、Ｘ＊＝Ｘ５（Ｐ，△Ｐ）のアクチュエータ位置マップをあらわす式により算出される。次のステップ１１４では、モータ指令値Ｘ＊による駆動指令が電気モータ１２に対して出力される。
【００８７】
［ペダル反力特性制御作用］
ブレーキペダル３に対して踏み込み操作を行うと、図１１（イ）のフローチャートにおいて、ステップ１１０→ステップ１１１→ステップ１１２→ステップ１１３→ステップ１１４の処理が繰り返され、電気モータ１２はペダル操作量Ｐ及びペダル速度△Ｐの大きさに応じて駆動される。
【００８８】
すなわち、モータ指令値Ｘ＊をアクチュエータ位置Ｘ＊と言い換えた場合、図１２に示すように、ペダル操作量Ｐが増加するほどアクチュエータ位置Ｘ＊をバネ引張側とし、ペダル速度△Ｐが遅いほど、バネ部材２４を引っ張る量を増加するというように、ペダル操作量Ｐとペダル速度△Ｐとをパラメータとしてアクチュエータ位置Ｘ＊を決める制御が行われる。
【００８９】
よって、図１１（ロ）に示すように、ペダル速度が遅い時、所謂、緩制動時には、バネ単品による高いペダル反力から、ペダル操作量Ｐが大きくなるほどアクチュエータによる大きな引っ張り量（急制動時に比べて大きな引っ張り量）によるペダル反力を減じたペダル反力特性となる。そして、ペダル速度が速い時、所謂、急制動時には、バネ単品による高いペダル反力から、ペダル操作量Ｐが大きくなるほどアクチュエータによる大きな引っ張り量（緩制動時に比べて小さい引っ張り量）によるペダル反力を減じたペダル反力特性となる。
【００９０】
次に、効果を説明する。
【００９１】
この第４実施例のストロークシミュレータ１では、第１実施例の(1),(2)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００９２】
(8) 予めバネ部材２４を、ペダル反力が最大となる特性が得られるように設定しておき、コントローラ２８において、ペダル操作量Ｐの増加に対し、バネ部材２４を引っ張る方向に電気モータ１２を駆動制御すると共に、ペダル速度△Ｐが遅いほど、バネ部材２４を引っ張る量を増加させる電気モータ１２の駆動制御を行うようにしたため、アクチュエータとして用いられる電気モータ１２の大幅な小型化を図ることができる。
【００９３】
すなわち、ペダル速度△Ｐが高速の場合は、バネ部材２４のみでペダル反力を発生することになり、ペダル速度△Ｐが常用域では、バネ部材２４による反力を下げる引っ張り方向のみの制御によりペダル反力を発生することになり、アクチュエータとして用いられる電気モータ１２は最高速度で最大トルクを出す必要がなく、ペダル速度△Ｐの常用域程度で最大トルクを出せばよいことによる。
【００９４】
ちなみに、ブレーキペダルを電動アクチュエータで直接駆動する従来の場合、必要なモータの仕様は、以下となる。
例えば、最大踏力＝200kgf、ペダル最大速度＝400mm/secのブレーキペダルにおいて、レバー比1/4の位置に直動アクチュエータを取り付けると、直動アクチュエータの最大推力＝200×4＝800kgf、最大速度＝400/4＝100mm/secとなる。直動アクチュエータがリード4.0mmとすると、モータの最大トルクは800kgf×4mm／3.14＝1.02kgfm、最高回転数＝100mm/sec×3.14/4mm×60sec/min＝4710rpmとなる。従って、モータの出力は、1.02kgf×4710rpm×1.02374＝4.8kWと非常に大きなモータが必要となる。
一方、第４実施例のストロークシミュレータ１によると、最大踏力＝200kgf、ペダル常用域のペダル速度を40mm/sec程度とすると、同様の計算により、モータに回転数は471rpmとなり、モータの出力は0.4kWと低減する。
【００９５】
（第５実施例）
第５実施例は、ペダル操作量Ｐと車速Ｖの変化に応じて電気モータ１２の駆動制御を行う例である。
【００９６】
第５実施例の構成については、第１実施例（図１〜図４）と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００９７】
次に、作用を説明する。
【００９８】
［ペダル反力特性制御処理］
図１３（イ）はコントローラ２８で実行される第５実施例のペダル反力特性制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
【００９９】
ステップ１３０では、ストロークセンサ２６によりペダル操作量Ｐが読み込まれる。次のステップ１３１では、車両速度センサ２７により車速Ｖが読み込まれる。次のステップ１３２では、図１４に示すアクチュエータ位置マップが読み込まれる。次のステップ１３３では、モータ指令値Ｘ＊（可動部材２１を圧縮または引っ張り方向に移動させるアクチュエータ位置）が、Ｘ＊＝Ｘ４（Ｐ，Ｖ）のアクチュエータ位置マップをあらわす式により算出される。次のステップ１３４では、モータ指令値Ｘ＊による駆動指令が電気モータ１２に対して出力される。
【０１００】
［ペダル反力特性制御作用］
ブレーキペダル３に対して踏み込み操作を行うと、図１３（イ）のフローチャートにおいて、ステップ１３０→ステップ１３１→ステップ１３２→ステップ１３３→ステップ１３４の処理が繰り返され、電気モータ１２はペダル操作量Ｐ及び車速Ｖの大きさに応じて駆動される。
【０１０１】
すなわち、モータ指令値Ｘ＊をアクチュエータ位置Ｘ＊と言い換えた場合、図１４に示すように、ペダル操作量Ｐが少なく、且つ、車速Ｖが遅い領域では、アクチュエータ位置Ｘ＊をバネ引張側とし、ペダル操作量Ｐがそれより大きくなると車速Ｖが速いほどアクチュエータ位置Ｘ＊をバネ圧縮側とするというように、ペダル操作量Ｐと車速Ｖとをパラメータとしてアクチュエータ位置Ｘ＊を決める制御が行われる。
【０１０２】
よって、図１３（ロ）に示すように、車速Ｖが遅い時、所謂、低速走行状態での制動時には、例えば、ペダル操作量ＰがＰ５となるまでは、バネ単品によるペダル反力にアクチュエータによる引っ張り分のペダル反力を減じた特性となり、ペダル操作量ＰがＰ５を超えると、バネ単品によるペダル反力にアクチュエータによる圧縮分のペダル反力が加わったペダル反力特性となる。そして、車速Ｖが速い時、所謂、高速走行状態での制動時には、ペダル操作量Ｐにかかわらずバネ単品によるペダル反力にアクチュエータによる圧縮分のペダル反力が加わったペダル反力特性となる。
【０１０３】
次に、効果を説明する。
【０１０４】
この第５実施例のストロークシミュレータ１では、第１実施例の(1),(2)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【０１０５】
(9) ストロークセンサ２６により検出されるペダル操作量Ｐと車両速度センサ２７により検出される車速Ｖの変化に応じて電気モータ１２の駆動を制御するようにしたため、車速Ｖの変化に応じてペダル反力のストローク特性を微妙に調整することができる。
【０１０６】
(10) 車速Ｖが遅い場合、ペダル操作量Ｐの増加に対し、一旦バネ部材２４を引っ張る方向へ電気モータ１２を駆動した後、バネ部材２４を圧縮する方向に電気モータ１２を駆動するようにしたため、図１３（ロ）に示すように、市街地等の低速走行状態での制動時に、ペダル反力が小さく抑えられ、ブレーキペダルフィーリングとして柔らかい感じを出すことができる。
【０１０７】
(11) 車速Ｖが速い場合、ペダル操作量Ｐの増加に対し、バネ部材２４を圧縮する方向に電気モータ１２を駆動するようにしたため、図１３（ロ）に示すように、高速度路等の高速走行状態での制動時に、ペダル反力が大きくなり、ブレーキペダルフィーリングとしてしっかり感を出すことができる。
【０１０８】
（他の実施例）
以上、本発明のストロークシミュレータを第１実施例〜第５実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【０１０９】
例えば、第１〜第５実施例では、アクチュエータとして、電気モータ１２と減速機１４と直線変換機構２９により構成される例を示したが、可動部材を可動方向へ移動させると共に、可動部材からの逆入力に対して非逆性を持つアクチュエータであれば、実施例で示した構成のものに限定されない。
【０１１０】
第１〜第５実施例では、ペダル操作量、（ペダル操作量＋ペダル速度）、（ペダル操作量＋車速）に応じてアクチュエータの駆動を制御する例を示したが、車両状態検出手段としては、ペダル操作量検出手段、ペダル速度検出手段、車速検出手段以外の検出手段、例えば車両減速度検出手段等を用いても良く、さらに、例えば、（ペダル操作量＋ペダル速度＋車速）等、３つ以上の車両状態情報に応じてアクチュエータの駆動を制御するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例のストロークシミュレータが適用されたブレーキ操作部を示す全体システム図である。
【図２】第１実施例のストロークシミュレータを示す断面図である。
【図３】第１実施例のストロークシミュレータにおける他の形態例を示す断面図である。
【図４】第１実施例のストロークシミュレータにおける他の形態例を示す断面図である。
【図５】第１実施例のコントローラで行われるペダル反力制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】第１実施例のストロークシミュレータにおけるアクチュエータ位置特性図及びペダル反力特性図である。
【図７】第２実施例のコントローラで行われるペダル反力制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】第２実施例のストロークシミュレータにおけるアクチュエータ位置特性図及びペダル反力特性図である。
【図９】第３実施例のコントローラで行われるペダル反力制御処理の流れを示すフローチャートと第３実施例のストロークシミュレータにおけるペダル反力特性図である。
【図１０】第３実施例のストロークシミュレータにおけるアクチュエータ位置特性図である。
【図１１】第４実施例のコントローラで行われるペダル反力制御処理の流れを示すフローチャートと第３実施例のストロークシミュレータにおけるペダル反力特性図である。
【図１２】第４実施例のストロークシミュレータにおけるアクチュエータ位置特性図である。
【図１３】第５実施例のコントローラで行われるペダル反力制御処理の流れを示すフローチャートと第３実施例のストロークシミュレータにおけるペダル反力特性図である。
【図１４】第５実施例のストロークシミュレータにおけるアクチュエータ位置特性図である。
【符号の説明】
１  ストロークシミュレータ
２  ブレーキ操作部
３  ブレーキペダル
４  回転軸
５  車体
６  支持部材
７  回転軸
８  クレビス
９  シリンダ部材
１０  ペダル側開口部
１１  ピストン
１２  電気モータ
１３  モータ軸
１４  減速機
１５  一次歯車
１６  二次歯車
１７  回転軸
１８  モータ側開口部
１９  雄ネジ
２０  ボール
２１  可動部材
２２  切り欠き部
２３  突起
２４  バネ部材
２５  スカート部
２６  ストロークセンサ（ペダル位置検出手段）
２７  車両速度センサ（車両速度検出手段）
２８  コントローラ（制御手段）
２９  直線変換機構
【図１】
0003775236.tif 000002
【図２】
0003775236.tif 000003
【図３】
0003775236.tif 000004
【図４】
0003775236.tif 000005
【図５】
0003775236.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003775236.tif 000008
【図８】
0003775236.tif 000009
【図９】
0003775236.tif 000010
【図１０】
0003775236.tif 000011
【図１１】
0003775236.tif 000012
【図１２】
0003775236.tif 000013
【図１３】
0003775236.tif 000014
【図１４】
0003775236.tif 000015