(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下に、本発明に係る液圧式ブレーキシステム、自転車、及び、液圧式ブレーキシステムの制御方法について、図面を用いて説明する。
【0014】
なお、以下において、自転車とは、使用者の踏力が付与されるペダルを備えた車両全般を意味している。また、普通自転車とは、使用者の踏力のみによって推進力を得る自転車を意味している。また、電動アシスト自転車とは、使用者の踏力を電動機でアシストする機能を有している自転車を意味している。また、電動自転車とは、電動機のみによって推進力を得る機能を有している自転車を意味している。
【0015】
また、以下で説明する構成、動作等は、一例であり、本発明に係る液圧式ブレーキシステム及び自転車は、そのような構成、動作等である場合に限定されない。例えば、以下では、液圧制御装置が、アンチロックブレーキ制御を実行する場合を説明しているが、液圧制御装置が、アンチロックブレーキ制御以外を実行してもよい。
【0016】
また、各図においては、同一の又は類似する部材又は部分に同一の符号を付している。また、細かい構造については、適宜図示を簡略化又は省略している。また、重複する説明については、適宜簡略化又は省略している。
【0017】
実施の形態1.
以下に、実施の形態1に係る液圧式ブレーキシステムを説明する。
【0018】
<液圧式ブレーキシステムの自転車への適用の態様>
実施の形態1に係る液圧式ブレーキシステムの自転車への適用の態様について説明する。
図1は、本発明の実施の形態1に係る液圧式ブレーキシステムと、それが適用されている自転車と、の概略構成を示す図である。なお、
図1では、自転車200が、普通自転車である場合を示しているが、自転車200が、電動アシスト自転車、電動自転車等の他の自転車であってもよい。また、
図1では、自転車200が、二輪車である場合を示しているが、自転車200が、三輪車等の他の自転車であってもよい。
【0019】
図1に示されるように、自転車200は、フレーム1と、旋回部10と、サドル21と、ペダル22と、後輪23と、後輪制動部24と、を備えている。後輪23は、本発明における「車輪」に相当する。後輪制動部24は、本発明における「車輪制動部」に相当する。
【0020】
フレーム1は、旋回部10のステアリングコラム11を軸支するヘッドチューブ1Aと、ヘッドチューブ1Aに連結されているトップチューブ1B及びダウンチューブ1Cと、トップチューブ1B及びダウンチューブ1Cに連結され、サドル21を保持するシートチューブ1Dと、シートチューブ1Dの上下端に連結され、後輪23及び後輪制動部24が取り付けられているステー1Eと、を含む。
【0021】
旋回部10は、ヘッドチューブ1Aの上側で旋回する上側旋回部10Aと、ヘッドチューブ1Aの下側で旋回する下側旋回部10Bと、を含む。
【0022】
上側旋回部10Aには、ヘッドチューブ1Aに軸支されているステアリングコラム11のうちの、ヘッドチューブ1Aの上側に突出する部分と、それによって保持されている部材と、が含まれる。つまり、上側旋回部10Aには、ステアリングコラム11に保持されているハンドルステム12と、ハンドルステム12に保持されているハンドルバー13と、ハンドルバー13に取り付けられている制動操作部14と、が含まれる。
【0023】
下側旋回部10Bには、ヘッドチューブ1Aに軸支されているステアリングコラム11のうちの、ヘッドチューブ1Aの下方に突出する部分と、それによって保持されている部材と、が含まれる。つまり、下側旋回部10Bには、ステアリングコラム11に連結されているフォーク15と、フォーク15に取り付けられている前輪16及び前輪制動部17と、が含まれる。前輪16は、本発明における「車輪」に相当する。前輪制動部17は、本発明における「車輪制動部」に相当する。
【0024】
制動操作部14は、前輪制動部17の操作部として用いられる機構と、後輪制動部24の操作部として用いられる機構と、を含み、例えば、前輪制動部17の操作部として用いられる機構は、ハンドルバー13の右端側に配置され、後輪制動部24の操作部として用いられる機構は、ハンドルバー13の左端側に配置される。
【0025】
自転車200の旋回部10のうちの上側旋回部10Aには、前輪制動部17へ供給されるブレーキ液の液圧を制御する液圧制御装置110が連結されている。液圧制御装置110が、前輪制動部17へ供給されるブレーキ液の液圧と、後輪制動部24へ供給されるブレーキ液の液圧と、を制御するものであってもよい。また、後輪制動部24が、ブレーキ液が供給されないタイプの制動部(例えば、ワイヤに張力を生じさせることによって制動力を変化させるタイプの制動部等)であってもよい。
【0026】
電源ユニット150は、液圧制御装置110の電源として機能する。電源ユニット150は、自転車200の走行によって発電する発電機151と、バッテリ152と、を備えている。発電機151は、前輪16に取り付けられているハブダイナモであり、前輪16の回転によって発電する。バッテリ152は、自転車200のフレーム1のうちのダウンチューブ1Cに取り付けられている。なお、発電機151(ハブダイナモ)が、後輪23に取り付けられているハブダイナモであり、後輪23の回転によって発電するものであってもよい。また、電源ユニット150が、液圧制御装置110に加えて、液圧制御装置110以外の他の機器(前照灯等)の電源として機能してもよい。
【0027】
また、自転車200のフォーク15には、前輪16の回転速度を検出するための回転速度センサ180が設けられている。
【0028】
つまり、自転車200には、制動操作部14と、前輪制動部17及び後輪制動部24と、液圧制御装置110と、電源ユニット150と、回転速度センサ180と、を含む、液圧式ブレーキシステム100が適用されており、そのブレーキ液の液圧が、液圧制御装置110によって制御される。
【0029】
<液圧式ブレーキシステムの構成>
実施の形態1に係る液圧式ブレーキシステムの構成について説明する。
図2は、本発明の実施の形態1に係る液圧式ブレーキシステムの、概略構成を示す図である。
【0030】
図2に示されるように、液圧式ブレーキシステム100は、自転車200の少なくとも前輪16に制動力を生じさせる。液圧式ブレーキシステム100は、特に、ポンプレス式であるとよい。
【0031】
液圧制御装置110は、後述される基部121に形成されている、ポート111Aと、ポート111Bと、を備えている。ポート111Aとポート111Bとは、後述される基部121の内部に形成されている、部分流路112A、112Bによって連通されている。また、部分流路112Bの途中部は、後述される基部121の内部に形成されている、部分流路112Cに連通し、部分流路112Aの途中部は、後述される基部121の内部に形成されている、部分流路112Dに連通する。部分流路112A、112B、112C、112Dのそれぞれは、本発明における「流路」の一部に相当する。
【0032】
ポート111Aには、ブレーキ液管18を介して制動操作部14が接続される。制動操作部14は、ブレーキレバー14Aと、マスタシリンダ14Bと、リザーバ14Cと、を有する。マスタシリンダ14Bは、ブレーキレバー14Aの使用者の操作に連動して移動するピストン部(図示省略)を備えており、ブレーキ液管18及びポート111Aを介して、部分流路112Aの入口側に接続されている。ピストン部の移動によって、部分流路112Aのブレーキ液の液圧が上昇又は減少する。また、リザーバ14Cには、マスタシリンダ14Bのブレーキ液が蓄えられる。
【0033】
ポート111Bには、ブレーキ液管19を介して前輪制動部17が接続される。前輪制動部17は、ホイールシリンダ17Aと、ブレーキディスク17Bと、を有する。ホイールシリンダ17Aは、フォーク15によって保持されている。ホイールシリンダ17Aは、ブレーキ液管19の液圧に連動して移動するピストン部(図示省略)を備えており、ブレーキ液管19及びポート111Bを介して、部分流路112Bの出口側に接続されている。ブレーキディスク17Bは、前輪16に取り付けられ、前輪16と共に回転する。ピストン部の移動によって、ブレーキディスク17Bにブレーキパッド(図示省略)が押し付けられることで、前輪16が制動される。なお、前輪制動部17は、ブレーキディスク17Bを有しないものであってもよい。
【0034】
また、液圧制御装置110は、インレットバルブ113Aと、アウトレットバルブ113Bと、を備えている。インレットバルブ113Aは、部分流路112Aの出口側と部分流路112Bの入口側との間に設けられており、部分流路112Aと部分流路112Bとの間を開放及び閉止する。アウトレットバルブ113Bは、部分流路112Cの出口側と部分流路112Dの入口側との間に設けられており、部分流路112Cと部分流路112Dとの間を開放及び閉止する。インレットバルブ113A及びアウトレットバルブ113Bの開閉動作によって、ブレーキ液の液圧が制御される。インレットバルブ113A及びアウトレットバルブ113Bは、本発明の「バルブ」に相当し、本発明の「流路」を開放及び閉止するものである。
【0035】
インレットバルブ113Aは、例えば、非通電時開の電磁弁であり、非通電時には双方向へのブレーキ液の流れを開放する。インレットバルブ113Aが通電されると、インレットバルブ113Aはソレノイドによって閉止状態となって、ブレーキ液の流れを遮断する。
【0036】
アウトレットバルブ113Bは、例えば、非通電時閉の電磁弁であり、非通電時にはブレーキ液の流れを遮断する。アウトレットバルブ113Bが通電されると、アウトレットバルブ113Bはソレノイドによって開放状態となって、ブレーキ液の流れを開放する。
【0037】
また、液圧制御装置110は、アキュムレータ114を備えている。アキュムレータ114は、部分流路112Dの途中部に接続されており、アウトレットバルブ113Bを通過したブレーキ液が蓄えられる。
【0038】
また、液圧制御装置110は、制御部115(ECU)を備えている。なお、制御部115は、自転車200に、液圧制御装置110の制御部115以外の部材と一体的に配設されていてもよく、また、別体的に配設されていてもよい。また、制御部115の各部が、別々に配設されていてもよい。制御部115の一部又は全ては、例えば、マイコン、マイクロプロセッサユニット等で構成されてもよく、また、ファームウェア等の更新可能なもので構成されてもよく、また、CPU等からの指令によって実行されるプログラムモジュール等であってもよい。
【0039】
制御部115は、液圧制御装置110のインレットバルブ113A及びアウトレットバルブ113Bの開閉動作を制御することによって、ブレーキ液の液圧、つまり、前輪16の制動力を制御する。また、制御部115には、回転速度センサ180の信号が入力される。
【0040】
例えば、自転車200が、使用者によるブレーキレバー14Aの操作によって制動されている際に、回転速度センサ180によって前輪16のロック又はロックの可能性が検知されると、制御部115は、アンチロックブレーキ制御を開始する。
【0041】
アンチロックブレーキ制御が開始されると、制御部115は、インレットバルブ113Aを通電状態にして閉止させ、ホイールシリンダ17Aへのブレーキ液の供給を遮断することで、ホイールシリンダ17Aにおけるブレーキ液の増圧を停止する。一方、制御部115は、アウトレットバルブ113Bを通電状態にして開放させ、ホイールシリンダ17Aからアキュムレータ114へのブレーキ液の流動を可能にすることで、ホイールシリンダ17Aにおけるブレーキ液の減圧を行う。これにより、前輪16のロックが解除又は回避される。制御部115は、ホイールシリンダ17Aにおけるブレーキ液が所定の値まで減圧されたと判断すると、アウトレットバルブ113Bを非通電状態にして閉止させ、短時間の間、インレットバルブ113Aを非通電状態にして開放させて、ホイールシリンダ17Aにおけるブレーキ液の増圧を行う。制御部115は、ホイールシリンダ17Aの増減圧を1回のみ行ってもよく、また、複数回繰り返してもよい。
【0042】
アンチロックブレーキ制御が終了して、ブレーキレバー14Aが戻されると、マスタシリンダ14B内が大気圧状態となり、ホイールシリンダ17A内のブレーキ液が戻される。また、この大気圧状態の発生によって、アキュムレータ114内のブレーキ液が部分流路112Aに戻される。
【0043】
<液圧制御装置の構成>
実施の形態1に係る液圧式ブレーキシステムの液圧制御装置の構成について説明する。
図3は、本発明の実施の形態1に係る液圧式ブレーキシステムの、液圧制御装置の構成を示す斜視図である。
図4は、本発明の実施の形態1に係る液圧式ブレーキシステムの、液圧制御装置の構成を示す分解斜視図である。
【0044】
図3及び
図4に示されるように、液圧制御装置110は、内部に流路が形成されている基部121と、バルブケース122と、を備えている。インレットバルブ113A及びアウトレットバルブ113Bは、基部121に取り付けられ、バルブケース122に収容される。
【0045】
基部121は、例えば、アルミニウム合金等の金属製の部材であり、互いに直交する第1の面121Aと、第2の面121Bと、第3の面121Cと、を有する。インレットバルブ113A及びアウトレットバルブ113Bは、第1の面121Aに取り付けられており、ポート111A、111Bは、第2の面121Bに形成されており、アキュムレータ114は、第3の面121Cに取り付けられている。そのように構成されることで、液圧制御装置110が小型化及び軽量化される。
【0046】
バルブケース122は、例えば、樹脂製である。電源ユニット150からの電源線131は、バルブケース122に形成されている開口を貫通し、バルブケース122の内側において、制御部115に電気的に接続されている。インレットバルブ113A及びアウトレットバルブ113Bは、制御部115に電気的に接続されている。
【0047】
<液圧式ブレーキシステムのシステム構成>
実施の形態1に係る液圧式ブレーキシステムのシステム構成について説明する。
図5は、本発明の実施の形態1に係る液圧式ブレーキシステムの、システム構成を示す図である。
【0048】
図5に示されるように、制御部115には、インレットバルブ113A及びアウトレットバルブ113Bが接続されている。制御部115のバルブ開閉動作制御部115aは、インレットバルブ113A及びアウトレットバルブ113Bの開閉を、それらのソレノイドの通電状態及び非通電状態を切り替えることで制御する。
【0049】
制御部115には、回転速度センサ180が接続されている。制御部115は、回転速度センサ180の検出信号を用いて、前輪16の回転速度を取得する。制御部115のロック状態判定部115bは、その回転速度から、前輪16がロックしているか否か、又は、前輪16がロックする可能性があるか否かを判定する。
【0050】
制御部115には、制御部115、及び、制御部115に接続されている機器の電源として機能する電源ユニット150が接続されている。発電機151(ハブダイナモ)は、制御部115とバッテリ152との間に接続されている。そのため、制御部115、及び、制御部115に接続されている機器で消費される電力量が小さい場合には、発電機151(ハブダイナモ)で生じた電力がバッテリ152に蓄えられる。また、アンチロックブレーキ制御において、インレットバルブ113A及びアウトレットバルブ113Bのソレノイドを通電させる必要が生じて、制御部115、及び、制御部115に接続されている機器で消費される電力量が大きくなると、制御部115に、発電機151(ハブダイナモ)で生じている電力が供給されるとともに、バッテリ152に蓄えられた電力が供給される。なお、発電機151(ハブダイナモ)で発電される電力量が十分大きい場合には、バッテリ152が設けられなくてもよい。また、そのような場合には、発電機151(ハブダイナモ)と制御部115との間に電圧安定回路が設けられるとよい。
【0051】
<液圧式ブレーキシステムの効果>
実施の形態1に係る液圧式ブレーキシステムの効果について説明する。
液圧式ブレーキシステム100は、基部121と、基部121に取り付けられてその内部に形成されている流路(部分流路112A、112B、112C、112D)を開放及び閉止するバルブ(インレットバルブ113A、アウトレットバルブ113B)と、バルブ(インレットバルブ113A、アウトレットバルブ113B)の開閉動作を司る制御部115と、を含む液圧制御装置110と、その電源ユニット150と、を備え、電源ユニット150は、自転車200の走行によって発電する発電機151を含む。そのため、液圧制御装置110で消費される電力の少なくとも一部が、自転車200の走行によって発電する発電機151によって賄われることとなって、電源ユニット150の大型化の影響がより深刻である自転車200において、バルブ(インレットバルブ113A、アウトレットバルブ113B)の開閉動作によって流路(部分流路112A、112B、112C、112D)を切り替える方式の液圧式ブレーキシステム100を採用する場合であっても、液圧制御装置110の電源ユニット150を小型化して、自転車200への搭載性を向上することが可能である。
【0052】
好ましくは、電源ユニット150は、発電機151で生じた電力を蓄えるバッテリ152を含む。そのように構成されることで、バルブ(インレットバルブ113A、アウトレットバルブ113B)を開閉させる時に備えて、発電機151の発電量を大きくすることの必要性が低減されることとなって、液圧制御装置110の電源ユニット150を小型化して、液圧式ブレーキシステム100の自転車200への搭載性を更に向上することが可能である。また、バッテリ152によって、液圧制御装置110に供給される電圧が安定化されることとなって、ブレーキ液の液圧の制御が安定化される。
【0053】
好ましくは、発電機151は、自転車200の車輪(前輪16、後輪23)の回転によって発電するハブダイナモである。そのように構成されることで、発電量を賄うために、液圧式ブレーキシステム100が高コスト化されてしまうことが抑制される。
【0054】
好ましくは、制御部115は、バルブ(インレットバルブ113A、アウトレットバルブ113B)を開閉させるアンチロックブレーキ制御を実行する。アンチロックブレーキ制御は、使用者の安全を保護するために行われるものであるため、それを実行する液圧制御装置110の電力を安定して供給することの必要性が、特に高い。そして、バルブ(インレットバルブ113A、アウトレットバルブ113B)を開閉させるアンチロックブレーキ制御では、バルブ(インレットバルブ113A、アウトレットバルブ113B)の開閉動作のために消費される電力量が大きいことに起因して、その必要性が更に高まる。そのため、上述の構成を採用することによる効果が格段顕著となる。
【0055】
実施の形態2.
以下に、実施の形態2に係る液圧式ブレーキシステムについて説明する。
なお、実施の形態1に係る液圧式ブレーキシステムと重複する説明は、適宜省略している。
【0056】
<液圧式ブレーキシステムの自転車への適用の態様>
実施の形態2に係る液圧式ブレーキシステムの自転車への適用の態様について説明する。
図6は、本発明の実施の形態2に係る液圧式ブレーキシステムと、それが適用されている自転車と、の概略構成を示す図である。なお、
図6では、自転車200が、電動アシスト自転車である場合を示しているが、自転車200が、電動自転車等の他の自転車であってもよい。
【0057】
図6に示されるように、電源ユニット150の発電機151は、後輪23の駆動源の電動機であり、後輪23を駆動しない時に回生電力を発電する。バッテリ152は、後輪23を駆動しない時に生じた発電機151(電動機)の回生電力を蓄える。発電機151(電動機)が、後輪23の駆動源として動作する際に、バッテリ152がその電源となってもよく、また、他のバッテリが電源となってもよい。
【0058】
自転車200のハンドルバー13には、ブレーキレバー14Aの変位量(角度変位量)を検出するブレーキレバー角度センサ190が設けられている。
【0059】
<液圧式ブレーキシステムのシステム構成及び発電動作フロー>
実施の形態2に係る液圧式ブレーキシステムのシステム構成及び発電動作フローについて説明する。
図7は、本発明の実施の形態2に係る液圧式ブレーキシステムの、システム構成を示す図である。
図8は、本発明の実施の形態2に係る液圧式ブレーキシステムの、発電動作フローを示す図である。
【0060】
図7に示されるように、制御部115には、ブレーキレバー角度センサ190が接続されている。制御部115の制動操作状態判定部115cは、ブレーキレバー角度センサ190の検出信号を用いて、使用者による制動操作部14の操作があるか否かを判定する。
【0061】
発電機151(電動機)と、制御部115及びバッテリ152と、の間には、スイッチ153が設けられている。制御部115の発電動作制御部115dは、発電機151(電動機)が後輪23を駆動しておらず、且つ、使用者による制動操作部14の操作がない状態で、以下の発電動作フローを実行する。
【0062】
図8に示されるように、S101において、制動操作状態判定部115cは、使用者による制動操作部14の操作があるか否かを判定する。イエスの場合は、S102に進み、ノーの場合は、S101を繰り返す。
【0063】
S102において、発電動作制御部115dは、スイッチ153をオンにして、発電機151(電動機)の発電を開始して、S103に進む。つまり、発電動作制御部115dは、使用者によって制動操作部14の操作がされた後であって、且つ、前輪制動部17が制動を開始する前に、発電機151(電動機)の発電を開始する。
【0064】
S103において、制動操作状態判定部115cは、使用者による制動操作部14の操作がなくなったか否かを判定する。イエスの場合は、S104に進み、ノーの場合は、S103を繰り返す。
【0065】
S104において、発電動作制御部115dは、スイッチ153をオフにして、発電機151(電動機)の発電を終了する。つまり、発電動作制御部115dは、使用者によって制動操作部14の操作がされた状態であって、且つ、前輪制動部17が制動を開始した際に、発電機151(電動機)の発電を終了しない。
【0066】
<液圧式ブレーキシステムの効果>
実施の形態2に係る液圧式ブレーキシステムの効果について説明する。
好ましくは、発電機151は、自転車200の車輪(前輪16、後輪23)の駆動源の電動機である。そのように構成されることで、発電量を賄うために、液圧式ブレーキシステム100が高コスト化されてしまうことが抑制される。
【0067】
好ましくは、制御部115は、使用者による自転車200の制動操作部14の操作の状態に応じて発電機151の発電動作を制御する。そのように構成されることで、発電量を賄うことと、自転車200の走行性能を維持することと、の両立が可能となる。
【0068】
好ましくは、制御部115は、制動操作部14が操作されていて、且つ、車輪制動部(少なくとも前輪制動部17)が制動を開始していない状態で、発電機151の発電を開始する。そのように構成されることで、使用者が、発電機151の発電によってペダル22が重いと感じてしまうことが抑制される。また、制動操作部14が操作されていて、且つ、車輪制動部(前輪制動部17、後輪制動部24)が制動を開始していない状態で、つまり、制動操作部14のブレーキレバー14Aの角度が遊びの範囲にある状態で、発電機151の発電によって、自転車200を制動することができるため、自転車200のブレーキ性能が向上される。
【0069】
好ましくは、制御部115は、車輪制動部(前輪制動部17、後輪制動部24)が制動を開始した際に、発電機151の発電を継続する。そのため、制動操作部14が操作されていて、且つ、車輪制動部(前輪制動部17、後輪制動部24)が制動を開始した後の状態で、発電機151の発電によって、自転車200の制動を補助することができるため、自転車200のブレーキ性能が向上される。
【0070】
以上、実施の形態1及び実施の形態2について説明したが、本発明は各実施の形態の説明に限定されず、各実施の形態の全て又は一部が組み合わされてもよい。例えば、発電機151として、ハブダイナモと電動機の両方が用いられてもよい。また、実施の形態1において、発電機151(ハブダイナモ)が、実施の形態2のような発電動作で制御されてもよい。