JP2006193012A - ペダル反力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明はアクセルペダルの踏み込み量に対する反力特性の変更の自由度を高めることを課題とする。
【解決手段】 ペダル反力制御装置１０は、アクセルペダル１２と、アクセルペダル１２と共に回動するカム１４と、カム１４が摺接するカムプロフィール１５を有する反力調整部材１６と、反力調整部材１６をカム１４に押圧するコイルバネ１８と、アクセルペダル１２を初期位置に復帰させるリターンスプリング２０と、コイルバネ１８の他端に当接する支持部材２２に減速機２４を介して反力を付与するモータ２６とを有する。カムプロフィール１５は、放物線状に湾曲した曲面に形成されており、アクセルペダル１２の回動操作に伴ってカム１４との摺接位置が変化する。このように、アクセルペダル１２の回動位置によってカム１４が回動しながらカムプロフィール１５に対する摺接位置を変化させるため、カム１４に作用する反力が変化する。
【選択図】 図１

Description

本発明はペダル反力制御装置に係り、特にペダルの回動位置に応じてペダルに付与される反力を変更するよう構成されたペダル反力制御装置に関する。

自動車を運転する場合、運転者はアクセルペダルの踏み込み量を調整することでエンジンの回転数を調整して車速をコントロールしている。このアクセルペダルは、運転者の踏力によって回動角度が変化するように設けられており、アクセルペダルに対する踏力を軽減すると、リターンスプリングのバネ力によって初期位置に復帰する。

そして、ペダル反力制御装置では、アクセルペダルにリターンスプリングのバネ力とモータ（アクチュエータ）からの駆動力を反力として作用させており、このモータの駆動力を制御することによりアクセルペダルの操作位置（回動角度）に応じた反力を発生させて運転者にアクセルペダルの操作位置を知らせるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開平３−２１７６２７号公報

従来のペダル反力制御装置では、アクセルペダルの踏み込み量を検出してモータによりアクセルペダルの反力を増大するように制御しているので、反力の大きさ（絶対値）を変更することができるものの、アクセルペダルの踏み込み量に対する反力特性を任意のパターンになるように変更することが難しく変更の自由度が狭かった。

また、モータからの駆動力を制御してアクセルペダルの踏み込み量に対する反力特性を任意のパターンに変更しようとした場合には、モータの消費電力が増大し、且つモータの通電時間が延長されて発熱による温度上昇が生じるという問題がある。

また、モータによる反力制御の応答性を高めようとした場合、モータトルクを上げるため、モータが大型化する。一方、モータの小型化を図ると、回転数を上げて高減速比にするため、ペダルの追従性が低下して反力による操作感が悪化する。

そこで、本発明は上記課題を解決したペダル反力制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。

請求項１記載の発明は、踏力を受けて軸を中心に回動するペダルの回動位置に応じた反力を該ペダルに付与するペダル反力制御装置において、前記ペダルの回動位置に応じて前記軸を中心に回動変位する回動部材と、該回動部材に摺接する摺接部を有し、前記回動部材と前記摺接部との接触角に応じた反力を発生する反力調整部材と、該反力調整部材を前記回動部材に押圧する付勢部材と、を備えたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、前記回動部材が、前記カムまたは前記カムプロフィールの何れか一方からなり、前記摺接部が、前記カムまたは前記カムプロフィールの何れか他方からなることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、前記ペダルの回動位置に応じた前記付勢部材による付勢力を調整する付勢力調整手段を有することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、前記ペダルの操作位置に対する前記回動部材と前記摺接部との相対位置を変更する変更手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、ペダルの回動位置に応じて軸を中心に回動変位する回動部材が付勢部材に付勢された反力調整部材の摺接部に摺接し、回動部材と摺接部との接触角に応じた反力を発生するため、ペダルの回動位置に応じた反力特性を回動部材または摺接部の形状によって任意のパターンに設定することが可能になり、反力特性の変更の自由度を高められると共に、アクチュエータの制御により反力特性を変更する場合よりもアクチュエータの消費電力や発熱が問題とならず、アクチュエータの小型化及び操作感の向上にも寄与しうる。

また、本発明によれば、回動部材が、カムまたはカムプロフィールの何れか一方からなり、摺接部がカムまたはカムプロフィールの何れか他方からなるため、カムプロフィールの形状を任意の形状に変更することにより、ペダルの回動位置に応じた反力特性を任意のパターンに設定することが可能になり、反力特性の変更の自由度を高められる。

また、本発明によれば、ペダルの回動位置に応じた付勢部材による付勢力を調整する付勢力調整手段を有するため、付勢力を調整することで、ペダルの回動位置に応じた反力特性を変更することが可能になる。

また、本発明によれば、ペダルの操作位置に対する回動部材と摺接部との相対位置を変更する変更手段を有するため、ペダルの操作位置に対する回動部材と摺接部との接触角を変更することで、ペダルの回動位置に応じた反力特性を変更することが可能になる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は本発明になるペダル反力制御装置の実施例１を示す側面図である。図１に示されるように、ペダル反力制御装置１０は、アクセルペダル１２と、アクセルペダル１２と共に回動するカム（回動部材）１４と、カム１４が摺接するカムプロフィール（摺接部）１５を有する反力調整部材１６と、反力調整部材１６をカム１４に押圧するコイルバネ（付勢部材）１８と、アクセルペダル１２を初期位置（図１に示す位置）に復帰させるリターンスプリング２０と、コイルバネ１８の他端に当接する支持部材２２に減速機２４を介して反力を付与するモータ２６と、アクセルペダル１２の回動角度を直接的に検出するペダル位置センサ３０と、ペダル位置センサ３０により検出された回動角度に応じた反力を発生させるようにモータ２６を制御する制御回路（付勢力調整手段）３２とを有する。

制御回路３２は、ペダル位置センサ３０によりアクセルペダル１２が踏み込み方向（Ａ方向）に回動したことが検出されると、モータ２６のトルクが減速機２４及びコイルバネ１８を介してアクセルペダル１２に伝達される。また、アクセルペダル１２は、リターンスプリング２０のバネ力により復帰方向（Ｂ方向）に付勢されており、運転者が踏力を弱めてリターンスプリング２０のバネ力よりも踏力が小さくなると、初期位置に復帰する。

アクセルペダル１２は、運転者の踏力を受けるペダルプレート３４と、ペダルプレート３４を支持するペダルアーム３６とを有する。ペダルアーム３６の基端３８は、軸４０により回動可能に支持されており、カム１４は円盤状の基端３８と一体的に設けられている。また、カム１４は、円柱形状に形成されており、回動中心となる軸４０の中心に対して偏心しており、ペダルプレート３４がＡ方向に踏み込まれると、軸４０を中心に回動する。その際、カム１４は、任意の曲線形状に形成されたカムプロフィール１５を摺接する。

カム１４及び反力調整部材１６は、筒状に形成されたガイド部材４２の内部空間にＣ，Ｄ方向に摺動可能に挿入されており、且つ内部空間の形状によって回転規制されており、カム１４とカムプロフィール１５との相対位置が回転方向にずれないようにガイドしている。

カムプロフィール１５は、放物線状に湾曲した曲面（中心線に対して非対称）に形成されており、アクセルペダル１２の回動操作に伴ってカム１４との摺接位置が変化し、カム１４との接触角を変化させる。このように、アクセルペダル１２の回動位置によってカム１４が回動しながらカムプロフィール１５に対する摺接位置を変化させるため、カム１４に作用する反力が変化する。よって、ペダル反力制御装置１０では、アクセルペダル１２の踏み込み量に対する反力特性を任意のパターンになるように変更することができ、反力特性の変更の自由度が高められている。

減速機２４は、例えば、ウォームギヤからなり、モータ２６の回転軸に支持されたウォーム４４と、ウォーム４４に噛合するウォームホイール４６とから構成されている。ウォームホイール４６は、支持部材２２と一体に設けられている。また、支持部材２２は、外周にガイド部材４２の内周に設けられためねじに螺合されたおねじが形成されており、ウォームホイール４６の回動角度に応じてＣ，Ｄ方向に移動し、コイルバネ１８に対する支持位置が変更される。尚、減速機２４としては、上記のようなウォームギヤに限らず、例えば、直径の異なる平歯車を組み合わせた構成やラックとピニオンなどを用いても良い。

図２に示されるように、コイルバネ１８は、支持部材２２の位置が変更されることによってばね定数が変化する。さらにアクセルペダル１２の回動位置によってカム１４が回動することによって反力調整部材１６がＣ，Ｄ方向に摺動するため、カム１４に対するコイルバネ１８のバネ力がカムプロフィール１５との摺接位置の変化に応じて変化する。

従って、ペダル反力制御装置１０では、コイルバネ１８のバネ力が支持部材２２の支持位置によって変更されると共に、コイルバネ１８に押圧された反力調整部材１６のカムプロフィール１５からカム１４に付与されるバネ力（反力）がカム１４とカムプロフィール１５との相対位置によって変化されるように構成されている。

また、アクセルペダル１２の回動角度は、運転者の踏力と反力（コイルバネ１８のバネ力）とが釣り合う位置に決まる。そのため、例えば、無負荷状態（踏力が付加されない状態）でモータ２６を駆動して支持部材２２の位置をＣ，Ｄ方向に移動させることにより、コイルバネ１８のバネ力とリターンスプリング２０のバネ力とが釣り合う任意の位置にアクセルペダル１２を回動させることが可能になる。よって、アクセルペダル１２の初期位置を引き込み方向（Ａ方向）または押し出し方向（Ｂ方向）に調整することが可能になる。

図３は変形例１を示す側面図である。図３に示されるように、反力調整部材１６のカムプロフィール５０は、Ｕ字状の凹曲面（中心線に対して対称）に形成されている。このようにカムプロフィール５０がＵ字状に形成されているので、カム１４の当接位置をカムプロフィール５０の中心凹部に位置させることが可能になり、コイルバネ１８のバネ力を与圧としてカム１４に付勢することができる。

この変形例１では、アクセルペダル１２が初期位置にあるときは、カム１４がカムプロフィール５０の中心凹部に当接しており、コイルバネ１８のバネ力がアクセルペダル１２の回動中心である軸４０に向けて作用している。そのため、運転者がアクセルペダル１２をＡ方向に踏み込んで回動させると、アクセルペダル１２を初期位置に復帰させようとする反力が作用することになる。従って、アクセルペダル１２を踏み込み始めたときの初期荷重に対してより大きな反力を発生させることが可能になる。これにより、アクセルペダル１２を操作する初期段階での反力増大による操作感の演出が行える。

図４は実施例１の反力特性と変形例１の反力特性を示す図である。図４において、実施例１のアクセルペダル１２の回動に応じた反力は、グラフI，IIに示すように非線形で変化する。そして、反力特性は、グラフIからグラフIIの範囲（実線で示す）で設定することができる。一方、図３に示す変形例のアクセルペダル１２の回動に応じた反力特性は、グラフIIIからグラフIVの範囲（一点鎖線で示す）で設定することができる。

従って、カムプロフィール１５からカムプロフィール５０に替えることにより、アクセルペダル１２の回動位置に応じた反力特性をグラフI〜IIの範囲からグラフIII〜IVの範囲に切り替えることができる。このように変形例１では、カムプロフィール５０の形状によりアクセルペダル１２の踏み込み量に対する反力特性を任意のパターンになるように変更することができ、反力特性の変更の自由度を高められる。

図５はカムプロフィール１５の一例を拡大して示す図である。図５に示されるように、カムプロフィール１５が円弧状の曲面に形成されている場合には、カム１４の外周が１点でカムプロフィール１５に接触している。この１点接触状態では、カム１４とカムプロフィール１５との摩擦が一定であるので、アクセルペダル１２を踏み込み始めた初期段階の反力特性は、図４のグラフIからグラフIIの範囲（実線で示す）で変化することになる。

図６はカムプロフィール５０の一例を拡大して示す図である。図６に示されるように、カムプロフィール５０は、カム１４の直径に近い曲率半径を有する凹部５０ａと、カム１４の直径よりも大きい曲率半径を有するＵ字状の凹曲面５０ｂとを有する。

凹部５０ａは、凹曲面５０ｂの中央（カムプロフィール５０の中心線上）に位置している。アクセルペダル１２が初期位置にあるとき、カム１４は、凹部５０ａに嵌合する。この嵌合状態では、カム１４の外周が凹部５０ａと凹曲面５０ｂとの角部５０ｃの２点に接触している。そのため、アクセルペダル１２をＡ方向に回動操作する際は、カム１４が角部５０ｃを乗り越えることになり、アクセルペダル１２を踏み込み始めた初期段階の反力を増大させることができる。

よって、反力特性は、図４のグラフIIIからグラフIVの範囲（一点鎖線で示す）で変化することになる。このように変形例１では、カムプロフィール５０の形状によりアクセルペダル１２の踏み込み量に対する反力特性を任意のパターンになるように変更することができ、反力特性の変更の自由度を高められる。

図７は変形例２を示す側面図である。図７に示されるように、変形例２のペダル反力制御装置６０は、ペダルアーム３６の基端３８にカムプロフィール１５を有する反力調整部材１６が一体的に設けられ、カムプロフィール１５に摺接するカム１４がコイルバネ１８の一端に結合されている。この変形例２では、カム１４とカムプロフィール１５との位置関係が逆転しているが、カムプロフィール１５が回動することによりカム１４との摺接位置を変更することができる。

従って、アクセルペダル１２をＡ方向に回動操作されると、カムプロフィール１５もＡ方向に回動し、カム１４との摺接位置を変化させるため、アクセルペダル１２に対する反力は、カムプロフィール１５の回動角度に応じて変化する。よって、変形例２では、反力特性を、上記実施例と同様に図４に示すように変化させることが可能になる。

図８はペダル反力制御装置の実施例２を示す側面図である。図８において、上記実施例１と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。

図８に示されるように、ペダル反力制御装置７０は、ガイド部材４２の下端が回動軸７２により回動可能に支持されている。また、ガイド部材４２の上端に挿入された支持部材２２の連結軸７４は、リンク７６を介してモータ７８の回転軸に連結されている。リンク７６は、モータ７８の回転力によって、Ｅ,Ｆ方向に回動する。これと共に、支持部材２２及びガイド部材４２は、回動軸７２を中心に回動してカム１４に対するカムプロフィール５０の摺接位置（角度）を変更することができる。

このようにペダル反力制御装置７０では、モータ７８を制御することによりカム１４に対するカムプロフィール１５の角度を任意の角度に変更する変更手段を有するため、アクセルペダル１２に対する反力特性を変更することが可能になる。このように、ペダル反力制御装置７０では、カムプロフィール１５の角度を変更することによりアクセルペダル１２の踏み込み量に対する反力特性を任意のパターンになるように変更することができ、反力特性の変更の自由度が高められている。

図９は実施例２の反力特性の変化を示す図である。図９に示されるように、例えば、リンク７６がＦ方向に回動された状態での反力特性は、グラフＶに示すように非線形で変化し、リンク７６がＥ方向に回動された状態での反力特性は、グラフVIに示すように非線形で変化する。

ガイド部材４２及びカムプロフィール５０が実線で示す位置にあるときは、アクセルペダル１２の回動角度に対する反力がグラフＶのように推移する。また、ガイド部材４２及びカムプロフィール５０が一点鎖線で示す位置に回動したときは、カム１４に対するカムプロフィール５０の角度が変更されると共に、カムプロフィール５０がカム１４から離間する方向に移動する。そのため、アクセルペダル１２の初期位置が所定角度踏み込み方向（Ａ方向）にずれることになり、アクセルペダル１２の操作始めの初期段階（アクセルペダル回動角＝α_Ａ）での反力を増大させることができる。

従って、モータ７８を制御してリンク７６及びガイド部材４２の回動角度を任意の角度に調整することで、グラフＶからグラフVIの範囲で任意の反力特性が得られる。

図１０はペダル反力制御装置の実施例３を示す側面図である。図１０において、上記実施例１と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。

図１０に示されるように、ペダル反力制御装置８０は、ガイド部材４２の側面の中間位置が回動軸８２により回動可能に支持されている。また、ガイド部材４２の上端に挿入された支持部材２２の連結軸８４は、水平方向に延在するリンク８６を介してモータ８８の回転軸にウォームギヤ機構８９を介して連結されている。リンク８６は、モータ８８の回転力がウォームギヤ機構８９を介して伝達されて水平方向に摺動する。これと共に、支持部材２２及びガイド部材４２は、回動軸８２を中心にＧ，Ｈ方向に回動してカム１４に対するカムプロフィール５０の摺接位置（角度）を変更する。

従って、ペダル反力制御装置８０は、上記実施例２と同様に、モータ８８を制御してガイド部材４２及びカムプロフィール５０の回動角度を任意の角度に変更する変更手段を有するため、図７に示すグラフＶからグラフVIの範囲で任意の反力特性が得られる。このように、ペダル反力制御装置８０では、カムプロフィール５０の角度を変更することによりアクセルペダル１２の踏み込み量に対する反力特性を任意のパターンになるように変更することができ、反力特性の変更の自由度が高められている。

図１１（Ａ）はペダル反力制御装置の実施例４を示す側面図、図１１（Ｂ）はカムプロフィール１５を拡大して示す拡大図である。図１１（Ａ）（Ｂ）において、上記実施例１と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。

図１１（Ａ）（Ｂ）に示されるように、ペダル反力制御装置９０は、カムプロフィール５０の任意の位置にＶ字状に形成された凹部９２を有する。アクセルペダル１２がＡ方向に踏み込まれて回動する過程でカム１４は、カムプロフィール５０を摺接し、凹部９２に嵌合する。

カム１４が凹部９２を通過する際にカム１４に対する反力が変動してアクセルペダル１２にクリック感が付与される。そのため、運転者は、アクセルペダル１２の操作位置（回動角度）が予め設定された領域に入ったことを感知することができ、例えば、アクセル操作位置が制動領域から加速領域に切り換わったことを認識することが可能になる。

また、凹部９２の開口幅をカム１４の直径よりも大きくすることにより、カム１４が凹部９２に係止されて、アクセルペダル１２を任意の回動位置に保持することができ、例えば、アクセルペダル１２をフットレストとして使用可能な位置に保持することも可能になる。

上記実施例では、アクセルペダルに反力を付与する構成について説明したが、これに限らず、アクセルペダル以外のペダルにも本発明を適用することができるのは勿論である。

本発明になるペダル反力制御装置の実施例１を示す側面図である。 カムプロフィールを付勢するバネ力の作用を説明する図である。 変形例１を示す側面図である。 実施例１の反力特性と変形例１の反力特性を示す図である。 カムプロフィール１５の一例を拡大して示す図である。 カムプロフィール５０の一例を拡大して示す図である。 変形例２を示す側面図である。 ペダル反力制御装置の実施例２を示す側面図である。 実施例２の反力特性の変化を示す図である。 ペダル反力制御装置の実施例３を示す側面図である。 ペダル反力制御装置の実施例４を示す図である。

符号の説明

１０，７０，８０，９０ ペダル反力制御装置
１２ アクセルペダル
１４ カム
１５，５０ カムプロフィール
１６ 反力調整部材
１８ コイルバネ
２０ リターンスプリング
２２ 支持部材
２４ 減速機
３２ 制御回路
３４ ペダルプレート
３６ ペダルアーム
３８ 基端
４２ ガイド部材
７２，８２ 回動軸
７６，８６ リンク
７８，８８ モータ
９２ 凹部

Claims (4)

1. 踏力を受けて軸を中心に回動するペダルの回動位置に応じた反力を該ペダルに付与するペダル反力制御装置において、
   前記ペダルの回動位置に応じて前記軸を中心に回動変位する回動部材と、
   該回動部材に摺接する摺接部を有し、前記回動部材と前記摺接部との接触角に応じた反力を発生する反力調整部材と、
   該反力調整部材を前記回動部材に押圧する付勢部材と、
   を備えたことを特徴とするペダル反力制御装置。
2. 前記回動部材は、前記カムまたは前記カムプロフィールの何れか一方からなり、
   前記摺接部は、前記カムまたは前記カムプロフィールの何れか他方からなることを特徴とする請求項１に記載のペダル反力制御装置。
3. 前記ペダルの回動位置に応じた前記付勢部材による付勢力を調整する付勢力調整手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載のペダル反力制御装置。
4. 前記ペダルの操作位置に対する前記回動部材と前記摺接部との相対位置を変更する変更手段を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のペダル反力制御装置。

Images