旋转运动输入型操作模拟器的制作方法

专利名称：旋转运动输入型操作模拟器的制作方法
技术领域：
本发明涉及操作模拟器，更详细地说涉及如汽车等车辆的制动装置的 制动行程模拟器那样在允许操作者对操作单元的操作的同时经由操作单元 将所需要的操作反力施加给操作者的旋转运动输入型操作模拟器。
背景技术：
在汽车等车辆的制动装置中，在驾驶者通过踩下制动踏板而进行制动 操作、并基于驾驶者的制动操作量来控制各车轮的制动压的制动装置中， 一般来说所希望的是驾驶者所感觉到的操作反力的增大率随着驾驶者的 制动操作量的增大而逐渐地增大，由此驾驶者的制动操作量(制动行程) 与操作反力(制动反力)的关系为非线性。关于实现这种制动行程-制动反力的非线性特性的制动行程模拟器， 以往提出了各种构成方式的制动行程模拟器，例如在日本专利文献特开2005 - 112034号公报中记载了构成为能够调节制动行程-制动反力的非线 性特性的制动行程模拟器。一般来说，制动行程-制动反力的关系为非线性的以往的制动行程模 拟器具有弹簧系数恒定并互不相同的多个反力产生弹簧，通过根据制动行 程而不同的反力产生弹簧来产生反力，由此实现非线性特性。因此，存在 着制动反力与制动行程的关系是不连续的非线性而不是所希望的连续的非 线性的问题。另外，为了使制动反力与制动行程的关系成为连续的非线性而可以考 虑使用具有非线性的弹簧特性的一个反力产生弹簧，但是形成在制动行程 的整个区域制动反力与制动行程的关系为希望的连续的非线性的反力弹簧 是非常困难的。另外，与制动行程-制动反力的非线性特性相关的上述问题不限于制动行程模拟器，如由操作者操作操作单元、在允许操作者对操作单元进行 操作的同时经由操作单元向操作者施加操作反力的飞行模拟器那样的其它 的操作模拟器也同样存在该问题。发明内容本发明的主要目的在于提供一种旋转运动输入型操作模拟器，该旋转 运动输入型操作模拟器使操作者对操作单元的操作量与反力产生弹簧的变 形量的关系为连续的非线性的关系，由此即使反力产生弹簧是具有线性的 弹簧特性的弹簧，也能够在对操作单元进行操作的整个区域使操作量与制 动反力的关系为优选的连续的非线性特性。本发明提供一种旋转运动输入型操作模拟器，该旋转运动输入型操作 模拟器包括输入部件，绕轴线进行旋转运动；操作单元，通过被操作者 操作而绕轴线旋转并使所述输入部件进行旋转运动；输出部件，通过进行 直线运动而使反力产生单元变形，所述反力产生单元根据变形量而产生反 力；以及传递单元，设置在所述输入部件与所述输出部件之间，将所述输 入部件的旋转运动转换成直线运动并传递给所述输出部件，并且将所述反 力产生单元的反力经由所述输出部件传递给所述输入部件；所述旋转运动 输入型操作模拟器允许操作者对所述操作单元进行操作并经由所述操作单 元将操作反力施加给操作者，所述旋转运动输入型操作模拟器的特征在 于，所述反力产生单元根据变形量而线性地产生反力，所述传递单元使所 述输出部件的直线运动量相对于所述输入部件的旋转运动量的比根据所述 输入部件的旋转运动量而连续地非线性地改变。根据该构成方式，能够使反力产生单元的变形量相对于输入部件的旋 转运动量的比根据输入部件的旋转运动量而连续地非线性地改变，因此即 使反力产生单元根据其变形量而线性地产生反力，也能够使反力产生单元 的反力与输入部件的旋转运动量的关系成为希望的连续的非线性的关系。 因此，能够在对操作单元进行操作的整个区域使操作量与操作反力的关系 为希望的连续的非线性特性。可以采用以下方式，即，所述传递单元包括凸轮，设置在所述输入部件上；以及凸轮从动件，设置在所述输出部件上并与所述凸轮相配合； 通过所述凸轮从动件从动于所述凸轮，使所述输出部件的直线运动量相对 于所述输入部件的旋转运动量的比根据所述输入部件的旋转运动量而连续 地非线性地改变。根据该构成方式，能够可靠地使输出部件的直线运动量相对于输入部 件的旋转运动量的比根据输入部件的旋转运动量而连续地非线性地改变， 并且能够通过对凸轮和凸轮从动件的设定而实现希望的连续的非线性特 性。可以采用以下方式，即，所述输入部件和所述输出部件以将所述轴线作为共同的轴线、并且彼此能够相对于对方进行相对运动的方式相互嵌 合。根据该构成方式，例如与输入部件和输出部件沿轴线设置的构造相 比，减小了操作模拟器的沿轴线方向的长度，从而能够使操作模拟器小型 化。另外，可以采用以下方式，即，所述传递单元将所述输入部件的旋转 运动转换成直线运动并传递给所述输出部件，并且将所述输出部件从所述 反力产生单元接受到的反力转换成与所述输入部件的旋转运动量的增大方 向相反的方向的反力转矩并传递给所述输入部件。根据该构成方式，反力产生单元在输出部件的直线运动方向上变形， 由此能够可靠地将所产生的反力作为与操作单元的枢动操作量增大方向相 反的方向的反力传递给操作单元。另外，可以采用以下方式，即，所述凸轮和所述凸轮从动件中的一者 是凸轮槽，所述凸轮和所述凸轮从动件中的另一者是与所述凸轮槽相配合 并沿所述凸轮槽移动的凸轮槽配合部件，所述凸轮槽相对于绕所述轴线的 圆周方向倾斜地延伸，并且以相对于圆周方向的倾斜角连续地逐渐变化的 方式弯曲。根据该构成方式，凸轮槽配合部件以与凸轮槽相配合的状态沿凸轮槽 移动，由此能够使输出部件的直线运动量相对于输入部件的旋转运动量的 比根据输入部件的旋转运动量而连续地非线性地改变，从而能够通过对凸轮槽的弯曲形状的设定来实现希望的连续的非线性特性。另外，可以采用以下方式，S卩，所述反力产生单元通过在沿所述轴线的方向上变形而根据变形量线性地产生沿所述轴线方向的反力。根据该构成方式，能够将根据输出部件沿轴线方向的直线运动量而线性地增减的沿轴线方向的反力施加给输出部件。另外，可以采用以下方式，即，所述输入部件以能够进行直线运动的方式由壳体支撑，并与所述壳体一起在两侧划分出两个气缸(cylinder) 室，容积随着所述输入部件的旋转运动量的增大而减小的一侧的气缸室填 充有工作流体并与通过工作流体的压力而工作的装置连通连接。根据该构成方式，能够向通过工作流体的压力工作的装置供应工作流 体，使得工作流体的供应量相对于输入部件的旋转运动量的比随着输入部 件的旋转运动量的增大而逐渐地增大。因此，能够向通过工作流体的压力 工作的装置供应工作流体，使得工作流体的供应量相对于操作者对操作单 元的操作量的比随着输入部件的旋转运动量的增大而逐渐地增大。另外，可以采用以下方式，即，容积随着所述输入部件的旋转运动量 的增大而增大的一侧的气缸室与控制该气缸室内的压力的单元连通连接。根据该构成方式，能够控制容积随着输入部件的旋转运动量的增大而 增大的一侧的气缸室内的压力，由此能够辅助操作者对操作单元的操作， 并且能够在不依赖于驾驶者对操作单元的操作的情况下向通过工作流体的 压力工作的装置供应工作流体。另外，可以采用以下方式，即，所述传递单元将所述输入部件的旋转 运动转换成横切所述轴线的方向的直线运动并传递给所述输出部件。根据该构成方式，能够将输出部件的直线运动的方向设定为横切轴线 的方向，因此能够将输出部件使反力产生单元变形的方向设定为横切轴线 的方向。另外，可以采用以下方式，即，所述凸轮槽配合部件包括轴部件，固定在所述输出部件上并在径向上延伸；以及凸轮辊，以能够旋转的方式 由所述轴部件支撑并以能够滚动的方式与所述凸轮槽的壁面相配合。根据该构成方式，与凸轮槽配合部件不以能够滚动的方式与凸轮槽的壁面相配合的构造相比，降低了凸轮槽配合部件与凸轮槽的壁面之间的摩 擦，从而能够使输入部件的旋转运动与输出部件的直线运动之间的运动转 换顺利地进行。
另外，可以采用以下方式，即，所述凸轮槽配合部件包括导向辊，该 导向辊以能够旋转的方式由所述轴部件支撑并以能够滚动的方式与沿所述 输出部件的直线运动的方向延伸的导向槽的壁面相配合。
根据该构成方式，与不设置以能够滚动的方式与导向槽的壁面相配合 的导向辊的构造相比，能够可靠地使轴部件沿输出部件的直线运动的方向 移动，由此能够使输入部件的旋转运动与输出部件的直线运动之间的运动 转换顺利地进行。
另外，可以采用以下方式，S卩，传递单元使输出部件的直线运动量相 对于输入部件的旋转运动量的比根据输入部件的旋转运动量而连续地非线 性地改变，使得输出部件的直线运动量相对于输入部件的旋转运动量的比 随着输入部件的旋转运动量的增大而逐渐地增大。
另外，可以采用以下方式，即，操作单元绕轴线枢动。
另外，可以采用以下方式，即，操作单元通过一端与输入部件一体地 连结。
另外，可以采用以下方式，即，输入部件以围绕壳体的状态并以能够 绕轴线旋转的方式由壳体支撑，输出部件以能够在壳体内沿轴线进行直线 运动的方式由壳体支撑。
另外，可以采用以下方式，即，绕轴线等间隔地配置有多个凸轮槽和 凸轮槽配合部件。
另外，可以采用以下方式，即，凸轮槽设置在输入部件上，凸轮槽配 合部件由输出部件支撑。
另外，可以采用以下方式，即，通过工作流体的压力工作的装置通过 将与工作流体的压力相对应的反力施加给输出部件而作为反力产生单元发 挥作用。
另外，可以采用以下方式，即，传递单元通过偏心凸轮将输入部件的 旋转运动转换成横切轴线的方向的直线运动并传递给输出部件。另外，可以采用以下方式，即，输入部件以围绕壳体的状态并以能够 绕轴线旋转的方式由壳体支撑，导向槽设置在壳体上。


图1是表示作为用于线控制动式制动装置的制动行程模拟器而构成的 本发明的操作模拟器的第一实施例并沿轴线截取的截面图2是将第一实施例的输出旋转部件展开成平面来表示的展开图； 图3是表示装载在车辆上的状态下的第一实施例的操作模拟器的分解 侧面图4是表示输入旋转部件的旋转运动量与输出活塞的直线运动量之间 的关系的曲线图5是表示制动踏板的踩下量与踏板反力之间的关系的曲线图6是表示作为用于线控制动式制动装置的制动行程模拟器而构成的 本发明的操作模拟器的第二实施例并沿轴线截取的截面图7是表示作为主缸内置型的制动行程模拟器而构成的本发明的操作 模拟器的第三实施例并沿轴线截取的截面图。
具体实施例方式
下面，参照附图来详细地说明本发明的几个优选的实施例。 (第一实施例)
图1是表示作为用于线控制动式制动装置的制动行程模拟器而构成的 本发明的操作模拟器的第一实施例并沿轴线截取的截面图，图2是将第一 实施例的输出旋转部件展开成平面来表示的展开图，图3是表示装载在车 辆上的状态下的第一实施例的操作模拟器的分解侧面图。
在这些图中，10表示制动行程模拟器的整体，行程模拟器10包括 作为能够绕轴线12旋转的输入部件的输入旋转部件14、作为能够沿轴线 12进行直线运动的输出部件的输出活塞16、以能够绕轴线12旋转的方式 支撑输入旋转部件14并以能够沿轴线12进行直线运动的方式支撑输出活 塞16的壳体18。
10壳体18包括在一端开口并沿轴线12延伸的圆筒形的主体18A、以及
旋入到主体18A的开口端或通过压入等方法固定的端盖18B。输入旋转部 件14与壳体18的圆筒部的外侧松动地嵌合，输入旋转部件14以能够相对 于壳体18绕轴线12旋转的方式由角接触轴承20和22支撑，该角接触轴 承20和22设置在输入旋转部件14的沿轴线的两个端部并设置在输入旋转 部件14与主体18A之间。
角接触轴承20和22允许输入旋转部件14相对于壳体18绕轴线12旋 转，但是阻止输入旋转部件14相对于壳体18沿轴线12移动。在比角接触 轴承20和22靠轴线方向外侧的位置安装有绕轴线12呈环状延伸的杯形密 封24和26。杯形密封24和26由如橡胶那样的弹性材料形成，在允许输 入旋转部件14相对于壳体18绕轴线12旋转的同时阻止灰尘或泥水等异物 侵入到角接触轴承20和22中。
在主体18A的端壁和端盖18B上分别一体地设置有沿轴线12向相互 远离的方向突出的支撑轴28和30。支撑轴28和30分别插穿设置在安装 支架32和34的边缘部32A和34A上的孔36和38。另外，支撑轴28和 30具有外螺纹，在这些外螺纹上，分别在相对于边缘部32A和34A与主 体18A的端壁和端盖18B相反的一侧螺合有螺母40和42，由此壳体18 被安装支架32和34支撑在它们之间。
安装支架32和34分别具有相对于边缘部32A和34A垂直地延伸的基 部32B和34B,在基部32B和34B的两端附近设置有两个螺栓孔44和 46。如图3所示，安装支架32和34通过插穿螺栓孔44和46的螺栓48被 安装在车身50上。
特别是在图示的实施例中，在主体18A和端盖18B上分别一体地设置 有突起52和54，该突起52和54在比支撑轴28和30靠径向外侧并与支 撑轴28和30间隔开的位置沿轴线12向支撑轴28和30的突出方向突出。 突起52和54分别插穿设置在安装支架32和34的边缘部32A和34A上的 结合孔56和58，由此可靠地防止了壳体18绕轴线12旋转。
输出活塞16能够沿轴线12往复移动地配置在壳体18的圆筒部内，并 具有向端盖18B侧敞开的3形的截面形状。输出活塞16与壳体18—起划分出第一气缸室60和第二气缸室62，这些气缸室通过设置在输出活塞16
中的连通孔16C而相互连通连接。在输出活塞16的两个端部的外周安装 有如特氟隆(亍7 a (注册商标名)环那样的减摩环64和66，减摩 环64和66降低输出活塞16相对于壳体18进行直线运动时的摩擦阻力。 在第二气缸室62内，在输出活塞16与端盖18B之间弹性地安装有作为反 力产生单元的压縮螺旋弹簧68，压縮螺旋弹簧68具有线性的弹簧特性并 沿轴线12延伸。
载荷传递杆70贯穿输出活塞16而与轴线12垂直地延伸，并通过压入 等方法固定在输出活塞16上。载荷传递杆70的两个端部贯穿设置在壳体 18的圆筒状的侧壁上的导槽72而延伸至设置在输入旋转部件14上的凸轮 槽74内。另外，载荷传递杆70的两个端部实质上以球形的导向辊76和凸 轮辊78能够绕载荷传递杆70的轴线70A旋转的方式支撑该导向辊76和 凸轮辊78。各导向辊76能够滚动地与对应的导槽72的壁面配合，各凸轮 辊78能够滚动地与凸轮槽74的壁面配合。导槽72和凸轮槽74的宽度分 别被设定为比导向辊76和凸轮辊78的最大直径稍大的值。
两个导槽72绕轴线12彼此间隔180°并在与轴线12平行的方向上直 线延伸，因此导向辊76除了绕载荷传递杆70的旋转运动以外，仅能够在 导槽72内沿轴线12进行直线运动。两个凸轮槽74也绕轴线12彼此间隔 180° ，但是如图2所示凸轮槽74以相对于轴线12和圆周方向倾斜的状态 弯曲地延伸。因此，凸轮辊78除了绕载荷传递杆70旋转的旋转运动，仅 能够在凸轮槽74内沿相对于轴线12和圆周方向倾斜的弯曲的运动轨迹运 动。
制动踏板80的圆筒部80A绕输入旋转部件14沿轴线12延伸，圆筒 部80A通过压入等方法一体地固定在输入旋转部件14上，由此制动踏板 80能够绕轴线12枢动。圆筒部80A封闭凸轮槽74的外周，由此凸轮槽 74被与外部隔绝。制动踏板80在与圆筒部80A相反的端部具有由驾驶者 的脚进行踩下操作的踏板部80B，圆筒部80A与踏板部80B通过臂部80C 一体地连接。另外，通过未图示的止动器来限制制动踏板80的返回方向 的枢动，由此在非制动时制动踏板80被定位在通过止动器设定的初始位置。
这样，在图示的第一实施例中，载荷传递杆70、导槽72、凸轮槽
74、导向辊76等相互合作而作为传递单元82发挥功能，所述传递单元82 将输入旋转部件14绕轴线12的旋转运动转换成沿轴线12的直线运动并传 递给输出活塞16，经由输出活塞16使压縮螺旋弹簧68变形，并且将压縮 螺旋弹簧68的轴线方向的反力作为绕轴线12作用在使制动踏板80返回的 方向上的反力而传递给输入旋转部件14。
特别是本实施例中的传递单元82根据输入旋转部件14的旋转运动量 来改变输出活塞16的直线运动量相对于输入旋转部件14的旋转运动量的 比，使输出活塞16的直线运动量相对于输入旋转部件14的旋转运动量的 比随着输入旋转部件14的旋转运动量的增大而逐渐地增大，由此根据输 入旋转部件14的旋转运动量来改变压縮螺旋弹簧68的变形量相对于输入 旋转部件14绕轴线12的旋转运动量的比，使压縮螺旋弹簧68的变形量相 对于输入旋转部件14绕轴线12的旋转运动量的比随着输入旋转部件14的 旋转运动量的增大而逐渐地增大。
特别是在图示的第一实施例中，两个导槽72和两个凸轮槽74分别设 置在绕轴线12彼此间隔180°的位置，导槽72和凸轮槽74的图中的右端 位于沿轴线12的方向上的相同的位置。另外，在对制动踏板80不施加踩 下力的非制动时，压縮螺旋弹簧68的弹簧力施加在输出活塞16上，由此 导向辊76和凸轮辊78分别位于与导槽72和凸轮槽74的图中的右端相抵 接的初始位置。另外，当导向辊76和凸轮辊78位于初始位置时，输出活 塞16被定位在第一气缸室60的容积最小且第二气缸室62的容积最大、压 縮螺旋弹簧68的压縮变形量最小的初始位置。
另外，各凸轮槽74在图2中以相对于圆周方向的倾斜角随着从右端 接近左端而逐渐变小的方式弯曲地延伸。因此，如图4所示，传递单元82 随着输入旋转部件14绕轴线12的旋转运动量的增大而使输出活塞16的直 线运动量相对于输入旋转部件14的旋转运动量的比逐渐地增大，由此逐 渐地增大压縮螺旋弹簧68的压縮变形量相对于输入旋转部件14的旋转运 动量的比。
13另外，驾驶者的制动操作量作为由驾驶者施加给制动踏板80的踏板
部80B的踩下力或如制动踏板80的枢动角度那样的变位量而被检测，并
由未图示的控制装置根据驾驶者的制动操作量来控制各车轮的制动压，由 此控制各车轮的制动力。关于这一点，后述的第二实施例也相同。
在如上构成的第一实施例中， 一旦制动踏板80由于驾驶者踩下了制 动踏板80的踏板部80B而绕轴线12枢动，则输入旋转部件14绕轴线12 被旋转驱动与制动踏板80的枢动角度相同的旋转角度，输入旋转部件14 的旋转运动被传递单元82转换成沿轴线12的直线运动并被传递给输出活 塞16，压縮螺旋弹簧68由于输出活塞16的直线运动而变形。然后，压縮 螺旋弹簧68的轴线方向的反力通过传递单元82从输出活塞16作为绕轴线 12的反力转矩而传递到输入旋转部件14，并作为与制动踏板80的踩下方 向相反的方向的载荷而从输入旋转部件14传递到制动踏板80，由此向驾 驶者施加踩下操作的反力。
在该情况下，随着制动踏板80的踩下量的增大，通过传递单元82使 压縮螺旋弹簧68的变形量相对于输入旋转部件14绕轴线12的旋转运动量 的比逐渐地增大，因此踏板反力相对于制动踏板80的踩下量的比逐渐地 增大，因而虽然压縮螺旋弹簧68自身的弹簧特性是线性的弹簧特性，但 是对于制动踏板80的踩下量的踏板反力的特性为如图5所示那样的连续 的非线性的特性。
这样，根据图示的第一实施例，在驾驶者踩下了制动踏板80的踏板 部80B的情况下，行程模拟器10允许基于驾驶者的操作实现的制动踏板 80的踩下行程并使驾驶者从制动踏板80感觉到的制动操作反力随着制动 踏板80的踩下量的增大而以连续的非线性的特性增大，由此能够实现最 佳的制动操作感。
特别是根据图示的第一实施例，输入旋转部件14绕轴线12的旋转运 动被传递单元82转换成输出活塞16沿轴线12的直线运动，作为反力产生 单元的压縮弹簧68沿轴线12变形，因此例如与反力产生单元在径向上变 形的后述的第二实施例的情况相比，能够縮小制动行程模拟器10的直 径。另外，根据图示的第一实施例，输入旋转部件14在壳体18外能够旋
转地被壳体18支撑，输入活塞16在壳体18内能够往复移动地被壳体18 支撑，输入旋转部件14、输出活塞16、壳体18以轴线12为基准而相互 嵌合，因此例如与输入旋转部件14和输出活塞16沿轴线12配置的情况相 比，能够縮小行程模拟器10的沿轴线方向的长度。关于这一点，后述的 第三实施例也相同。
另外，根据图示的第一实施例，输入旋转部件14在壳体18外能够旋 转地被壳体18支撑，输出活塞16在壳体18内能够往复移动地被壳体18 支撑，因此与输入旋转部件14和输出活塞16在壳体内彼此相对于对方能 够旋转并能够进行往复移动地被壳体支撑的构造相比，能够提高对输入旋 转部件14和输出活塞16的支撑刚性。关于这一点，后述的第三实施例也 相同。
(第二实施例)
图6是表示作为用于线控制动式制动装置的制动行程模拟器而构成的 本发明的操作模拟器的第二实施例并沿轴线截取的截面图。在图6中，对 与图1中表示的部件相同的部件标注了与在图1中标注的标号相同的标 号。关于这一点，后述的第三实施例也相同。
在该第二实施例中，输入旋转部件14能够绕轴线12旋转地经由角接 触轴承20和22被圆柱状的轴部件84支撑。轴部件84具有与第一实施例 的支撑轴28和30相同的支撑轴86和88，支撑轴86和88沿轴线12向轴 部件84的两侧突出。另外，支撑轴86和88具有外螺纹，在这些外螺纹 上，分别在相对于安装支架32和34的边缘部32A和34A与轴部件84相 反的一侧螺合有螺母40和42，由此轴部件84无法绕轴线12旋转地被安 装支架32和34支撑在它们之间。另外，虽然在轴部件84上未设置有与第 一实施例的突起52和54相对应的突起，但是也可以通过与突起52和54 相同的突起来可靠地防止轴部件84绕轴线12旋转。
在输入旋转部件14的径向外侧嵌合有偏心凸轮部件90，该偏心凸轮 部件90通过压入等方法固定在输入旋转部件14上。偏心凸轮部件90具有 以相对于轴线12平行地偏心的轴线92为中心的圆筒状的外周面，在小径部上以与大径部相抵接的状态固定有球轴承94的内圈。球轴承94的外圈
通过压入等方法固定在以围绕偏心凸轮部件90的方式沿轴线92延伸的圆 筒体96的一个端部的内周面上。在圆筒体96的另一端上可以通过压入等
方法固定有防止如灰尘或泥水那样的异物侵入到圆筒体96的内侧的端
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另外，在轴部件84上设置有相对于轴线12垂直地延伸的导向孔98， 导向孔98以能够往复移动的方式支撑在径向上延伸的弹簧支撑杆100的 径向内端部。弹簧支撑杆100的径向外端部通过压入等方法固定在圆筒体 96的另一个端部上，因此圆筒体96和弹簧支撑杆100以不会相对于轴部 件84旋转并能够相对于轴部件84沿弹簧支撑杆100进行直线运动的方式 被支撑。
在弹簧支撑杆100上，在轴部件84与圆筒体96之间嵌合有两个弹簧 座部件102和104。弹簧座部件102和104以能够在弹簧支撑杆100的长 度方向上相对于弹簧支撑杆100进行移动的方式与弹簧支撑杆100相嵌 合，但是圆筒体96侧的弹簧座部件102也可以固定在弹簧支撑杆100或圆 筒体96上。在弹簧座部件102与104之间以围绕弹簧支撑杆IOO的状态弹 性地安装有作为反力产生部件的压縮螺旋弹簧106。
特别是在图示的实施例中，轴线92相对于轴线12的偏心方向、换句 话说偏心凸轮部件90的偏心方向与弹簧支撑杆100的外端的方向相一 致。因此，当制动踏板80未承受踩下力、输入旋转部件14位于其初始位 置时，弹簧支撑杆100的位置处的轴部件84与圆筒体96的距离变得最 大，由此弹簧座部件102和104的间隔变得最大，压縮螺旋弹簧106的压
縮变形量变得最小。
一旦驾驶者踩下了制动踏板80而输入旋转部件14绕轴线12旋转、从 而偏心凸轮部件90绕轴线12旋转而使轴线92绕轴线12旋转，则圆筒体 96沿弹簧支撑杆100向图6中的下方进行直线运动，由此弹簧支撑杆100 的位置处的轴部件84与圆筒体96的距离减小，该距离的减小率随着偏心 凸轮部件90的旋转量的变大而变大。该第二实施例的其它方面与上述第 一实施例相同。
16在该第二实施例中，偏心凸轮部件90、球轴承94、圆筒体96、弹簧 支撑杆100等相互合作而构成了将输入旋转部件14绕轴线12的旋转运动 转换成圆筒体96的与轴线12相垂直方向的直线运动的传递单元108，圆 筒体96作为输出部件而发挥功能，所述输出部件使作为反力产生单元的 压縮螺旋弹簧106产生压縮变形。另外，传递单元108将由压縮螺旋弹簧 106产生的反力作为绕轴线12的反力转矩而向偏心凸轮部件90和输入旋 转部件14传递，传递到输入旋转部件14的反力转矩作为使制动踏板80绕 轴线12返回的转矩而向制动踏板80传递。
另外，在该第二实施例中，传递单元108随着输入旋转部件14绕轴 线12的旋转运动量的增大而使弹簧座部件102和104的向相互接近的方向 的相对直线运动量相对于输入旋转部件14的旋转运动量的比逐渐地增 大，由此逐渐地增大压縮螺旋弹簧68的压縮变形量相对于输入旋转部件 14的旋转运动量的比，从而使反力转矩相对于输入旋转部件14的旋转运 动量的比逐渐地增大。
这样，根据图示的第二实施例，与上述第一实施例相同，在驾驶者踩 下制动踏板80的踏板部80B的情况下，行程模拟器10允许基于驾驶者的 操作实现的制动踏板80的踩下行程并使驾驶者从制动踏板80感觉到的制 动操作反力随着制动踏板80的踩下量的增大而以连续的非线性的特性增 大，由此能够实现最佳的制动操作感。
特别是根据图示的第二实施例，与制动踏板80—起绕轴线12旋转的 输入旋转部件14不构成传递单元108，在输入旋转部件14上未设置上述 第一实施例中的凸轮槽74，输入旋转部件14只是以能够绕轴线12旋转的 方式由轴部件84支撑，因此与上述第一实施例相比，能够提高制动踏板 80的支撑刚性。
(第三实施例)
图7是表示作为主缸内置型的制动行程模拟器而构成的本发明的操作 模拟器的第三实施例并沿轴线截取的截面图。
在该第三实施例中，在壳体18的主体18A的端壁和支撑轴28上设置 有沿轴线12延伸并在一端与第一气缸室60连通的连通孔110，连通孔
17110与高压导管112的一端连接。同样，在壳体18的端盖18B和支撑轴
30上设置有沿轴线12延伸并在一端与第二气缸室62连通的连通孔114， 连通孔114与制动液压供应导管116的一端连接。制动液压供应导管116 的另一端经由与车辆的各车轮相对应地设置的公知的增减压控制阀118连 接在制动力产生装置120的轮缸122上。
高压导管112的另一端与机油泵124的喷出口连接，机油泵124的吸 入口通过低压导管126与贮存机油的储存器128连接。高压导管112与回 流导管130的一端连接，回流导管130的另一端与储存器128连接。在回 流导管130的中途设置有常开型线性电磁阀132。线性电磁阀132由未图 示的电子控制装置控制，由此控制线性电磁阀132中的差压，从而控制高 压导管112内的压力和第一气缸室60内的机油的压力。因此，机油泵 124、线性电磁阀132、电子控制装置等相互合作而构成了根据需要控制第 一气缸室60内的机油的压力的压力控制装置134。
可以如辅助驾驶者对制动踏板80的踩下操作的控制那样以任意的方 式来控制压力控制装置134。例如，通过图7中未图示的踩下力传感器或 行程传感器检测出驾驶者踩下制动踏板80所产生的制动操作量，基于制 动操作量计算出目标制动压、即轮缸122内的目标压力，并计算出目标压 力与通过压力传感器检测出的轮缸122内的实际压力的偏差，控制第一气 缸室60内的压力以使该偏差为0。
另外，如图7所示，在该第三实施例的输出活塞16上未设置与上述 第一实施例的连通孔16C相当的连通孔和减摩环66，在输出活塞16的第 二气缸室62侧的端部安装有绕轴线12呈环状地延伸的杯形密封136。杯 形密封136由如橡胶那样的弹性材形成，在允许输出活塞16相对于壳体 18沿轴线12进行直线运动的同时使第二气缸室62与第一气缸室60和导 向槽72隔绝。另外，第二气缸室62也填充有机油。另外，该第三实施例 的其它方面与上述第一实施例相同。
这样，根据图示的第三实施例，能够获得与上述第一实施例相同的作 用效果，在驾驶者踩下制动踏板80的踏板部80B的情况下，行程模拟器 10允许基于驾驶者的操作实现的制动踏板80的踩下行程并使驾驶者从制动踏板80感觉到的制动操作反力随着制动踏板80的踩下量的增大而以连 续的非线性的特性增大，由此能够实现最佳的制动操作感。
另外，根据图示的第三实施例， 一旦输出活塞16由于制动踏板80被 踩下而被朝向端盖18B驱动，则第二气缸室62内的机油相应于对制动踏 板80的踩下力而被加压，从而能够将具有与踩下力相对应的压力的机油 供应给轮缸122,因而输出活塞16和壳体18也作为主缸138而发挥功 能，因此能够使行程模拟器10作为主缸内置型的制动行程模拟器而发挥 功能。
特别是根据图示的第三实施例，第一气缸室60经由连通孔110与压 力控制装置134连接，由此能够通过压力控制装置134来控制第一气缸室 60内的压力，因此能够辅助驾驶者对制动踏板80的踩下操作，或者能够 在不依赖于驾驶者对制动踏板80的踩下操作的情况下控制制动压。
另外，包括轮缸122的制动力产生装置120根据轮缸122内的压力并 通过将如制动块那样的摩擦材料推压在如制动旋转部件那样的与车轮一起 旋转的旋转部件上来产生制动力，此时制动力产生装置120的构成部件与 轮缸122内的压力成比例地发生弹性变形并产生反力。因此，如图7中通 过虚线表示的那样，能够将制动力产生装置120视作活塞120A被具有线 性的弹簧特性的压縮螺旋弹簧120B向气缸室120C的容积减小的方向施力 的气缸-活塞装置相等价的装置。
因此，在该第三实施例中可以认为制动力产生装置120也作为反力 产生单元而发挥作用，输出活塞16的直线运动经由制动液压供应导管116 内的机油向制动力产生装置120的活塞120A传递，活塞120A作为输出部 件而发挥功能并使压縮螺旋弹簧120B变形。另外，压縮螺旋弹簧120B的 反力经由活塞120A、制动液压供应导管116、以及第二气缸室62内的机 油的压力向输出活塞16传递。
根据上述的第一至第三实施例，通过传递单元82将输入旋转部件14 绕轴线12的旋转运动转换成输出活塞16沿轴线12的直线运动，压縮螺旋 弹簧68沿轴线12发生压縮变形，因此能够以轴线12为基准来配置所有的 构成部件。另外，根据上述的第一至第三实施例，输出活塞16被压縮螺旋弹簧 68向图中的右侧施力，由此当输入旋转部件14位于初始位置时，载荷传
递杆70等被定位在右端的初始位置，因此能够有效地防止在非制动时输 出活塞16松动的情况。
以上详细地说明了本发明的特定的实施例，但是本发明不限于上述实 施例，可以在本发明的范围内通过其它的各种实施例来实施，这对于本领 域的技术人员来说是非常明确的。
例如，在上述的第一和第二实施例中，本发明的操作模拟器作为用于 线控制动式制动装置的制动行程模拟器而构成，但是第一和第二实施例也
可以通过在制动踏板80的臂部80C枢动连结主缸装置的操作杆而适用于 液压式制动装置。
另外，在上述第三实施例中，第一气缸室60经由连通孔110与压力 控制装置134连接，通过压力控制装置134来控制第一气缸室60内的压 力，但是也可以省略连通孔IIO和压力控制装置134。相反，也可以在上 述第一实施例中增加与第三实施例中的连通孔110和压力控制装置134相 同的连通孔和压力控制装置而变更为辅助操作者的操作。
另外，在上述第三实施例中，在第二气缸室62内弹性地安装有压縮 螺旋弹簧68，但是由于如上所述制动力产生装置120作为反力产生单元而 发挥作用，因此也可以省略作为反力产生单元的压縮螺旋弹簧68。在该情 况下，可以在臂部80C与车身之间设置对制动踏板80向与踩下方向相反 的方向施力的恢复弹簧。
另外，在上述的第一和第三实施例中，输入旋转部件14在壳体18外 以能够旋转的方式被壳体18支撑，输出活塞16在壳体18内以能够往复移 动的方式被壳体18支撑，但是也可以变更为将输入旋转部件14也容纳在 壳体18内，输入旋转部件14和输出活塞16在壳体内以彼此能够相对于对 方旋转并能够往复移动的方式被壳体支撑。
另外，在上述各实施例中，操作模拟器为制动行程模拟器，通过驾驶 者的制动操作而绕轴线12旋转驱动输入旋转部件14，但是本发明的操作 模拟器例如也可以适用于如汽车的加速踏板那样的在允许操作者对操作单元进行操作的同时经由操作单元将所需要的操作反力施加给操作者的操作 模拟器，另外作为操作单元的制动踏板80是绕轴线12枢动的枢动操作单 元，但是操作单元也可以是绕轴线12旋转的旋转操作单元。
权利要求
1.一种旋转运动输入型操作模拟器，包括输入部件，绕轴线进行旋转运动；操作单元，通过被操作者操作而绕轴线旋转并使所述输入部件进行旋转运动；输出部件，通过进行直线运动而使反力产生单元变形，所述反力产生单元根据变形量而产生反力；以及传递单元，设置在所述输入部件与所述输出部件之间，将所述输入部件的旋转运动转换成直线运动并传递给所述输出部件，并且将所述反力产生单元的反力经由所述输出部件传递给所述输入部件；所述旋转运动输入型操作模拟器允许操作者对所述操作单元进行操作并经由所述操作单元将操作反力施加给操作者，所述旋转运动输入型操作模拟器的特征在于，所述反力产生单元根据变形量而线性地产生反力，所述传递单元使所述输出部件的直线运动量相对于所述输入部件的旋转运动量的比根据所述输入部件的旋转运动量而连续地非线性地改变。
2. 如权利要求1所述的旋转运动输入型操作模拟器，其特征在于， 所述传递单元包括凸轮，设置在所述输入部件上；以及凸轮从动件，设置在所述输出部件上并与所述凸轮相配合；通过所述凸轮从动件从 动于所述凸轮，使所述输出部件的直线运动量相对于所述输入部件的旋转 运动量的比根据所述输入部件的旋转运动量而连续地非线性地改变。
3. 如权利要求1或2所述的旋转运动输入型操作模拟器，其特征在于，所述输入部件和所述输出部件以将所述轴线作为共同的轴线、并且彼 此能够相对于对方进行相对运动的方式相互嵌合。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的旋转运动输入型操作模拟器，其 特征在于，所述传递单元将所述输入部件的旋转运动转换成直线运动并传递给所 述输出部件，并且将所述输出部件从所述反力产生单元接受到的反力转换 成与所述输入部件的旋转运动量的增大方向相反的方向的反力转矩并传递 给所述输入部件。
5. 如权利要求2至4中任一项所述的旋转运动输入型操作模拟器，其 特征在于，所述凸轮和所述凸轮从动件中的一者是凸轮槽，所述凸轮和所述凸轮 从动件中的另一者是与所述凸轮槽相配合并沿所述凸轮槽移动的凸轮槽配 合部件，所述凸轮槽相对于绕所述轴线的圆周方向倾斜地延伸，并且以相 对于圆周方向的倾斜角连续地逐渐变化的方式弯曲。
6. 如权利要求3至5中任一项所述的旋转运动输入型操作模拟器，其特征在于，所述反力产生单元通过在沿所述轴线的方向上变形而根据变形量线性 地产生沿所述轴线方向的反力。
7. 如权利要求1至6中任一项所述的旋转运动输入型操作模拟器，其 特征在于，所述输入部件以能够进行直线运动的方式由壳体支撑，并与所述壳体 一起在两侧划分出两个气缸室，容积随着所述输入部件的旋转运动量的增 大而减小的一侧的气缸室填充有工作流体并与通过工作流体的压力而工作 的装置连通连接。
8. 如权利要求7所述的旋转运动输入型操作模拟器，其特征在于， 容积随着所述输入部件的旋转运动量的增大而增大的一侧的气缸室与控制该气缸室内的压力的单元连通连接。
9. 如权利要求1至4中任一项所述的旋转运动输入型操作模拟器，其 特征在于，所述传递单元将所述输入部件的旋转运动转换成横切所述轴线的方向 的直线运动并传递给所述输出部件。
10. 如权利要求5至8中任一项所述的旋转运动输入型操作模拟器， 其特征在于，所述凸轮槽配合部件包括轴部件，固定在所述输出部件上并在径向 上延伸；以及凸轮辊，以能够旋转的方式由所述轴部件支撑并以能够滚动 的方式与所述凸轮槽的壁面相配合。
11. 如权利要求IO所述的旋转运动输入型操作模拟器，其特征在于，所述凸轮槽配合部件包括导向辊，该导向辊以能够旋转的方式由所述 轴部件支撑并以能够滚动的方式与沿所述输出部件的直线运动的方向延伸 的导向槽的壁面相配合。
全文摘要
本发明的主要目的在于即使反力产生弹簧是具有线性弹簧特性的弹簧，也能够在对操作单元进行操作的整个区域使操作量与操作反力的关系为希望的连续的非线性特性。旋转运动输入型操作模拟器包括输入部件，根据驾驶者对制动踏板的制动操作而进行旋转运动；制动踏板，绕轴线旋转并使输入部件进行旋转运动；压缩螺旋弹簧，根据变形量线性地产生反力；输出部件，使压缩螺旋弹簧变形；以及传递装置，设置在输入部件与输出部件之间，将输入部件的旋转运动转换成直线运动并传递给输出部件，并且将压缩螺旋弹簧的反力经由输出部件传递给输入部件。传递装置使输出部件的直线运动量相对于输入部件的旋转运动量的比根据输入部件的旋转运动量而连续地非线性地改变。
文档编号B60T7/06GK101557970SQ20078004535
公开日2009年10月14日 申请日期2007年11月30日 优先权日2006年12月8日
发明者矶野宏 申请人:丰田自动车株式会社