JP2009251773A - 足踏み式操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】足踏み式ペダルの踏面における踏み込み位置に応じた適切な反力を付与することが可能な足踏み式操作装置を提供する。
【解決手段】足踏み式操作装置は、運転者の踏力に応じてストローク可能な足踏み式ペダル（アクセルペダルなど）を備え、車両の運転操作に好適に利用される。反力付与制御手段は、足踏み式ペダルのストロークに対して反力を付与する制御を行う。具体的には、反力付与制御手段は、足踏み式ペダルの踏面上における踏力の入力位置（踏み込み位置）に応じて反力を変化させる。これにより、踏力の入力位置に応じて適切な反力を付与することができ、足踏み式ペダルの操作フィーリングを向上させることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、運転者の踏力に応じてストローク可能な足踏み式ペダルを備え、車両の運転操作に使用される足踏み式操作装置に関する。

この種の技術が、例えば特許文献１に記載されている。具体的には、特許文献１には、アクセルペダルの踏み込み量に応じて、アクセルペダルに反力を与える技術が記載されている。

特開２００３−２９１６８２号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載された技術では、同じアクセル開度であってもアクセルペダル踏面における踏み込み位置の違いによって、運転者の踏力が変化する傾向にあった。つまり、アクセルペダル踏面のどの位置を踏み込むかによって、アクセルペダルにおける回転軸からの距離が異なるため、所望の操作量を得るために必要な踏力が変化する傾向にあった。例えば、アクセルペダル回転軸に近い位置を踏み込んだ場合には、アクセルペダル回転軸に遠い位置を踏み込んだ場合に比して、大きな踏力を付与する必要があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、足踏み式ペダルの踏面における踏み込み位置に応じた適切な反力を付与することが可能な足踏み式操作装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、車両に付与する制駆動力を変化させるために運転者により操作され、前記運転者の踏力に応じてストローク可能な足踏み式ペダルと、前記足踏み式ペダルのストロークに対して反力を付与する制御を行う反力付与制御手段と、を備える足踏み式操作装置は、前記反力付与制御手段は、前記足踏み式ペダルの踏面上における前記踏力の入力位置に応じて、前記反力を変化させる。

上記の足踏み式操作装置は、運転者の踏力に応じてストローク可能な足踏み式ペダルを備え、車両の運転操作に好適に利用される。反力付与制御手段は、足踏み式ペダルのストロークに対して反力を付与する制御を行う。具体的には、反力付与制御手段は、足踏み式ペダルの踏面上における踏力の入力位置（踏み込み位置）に応じて、付与する反力を変化させる。これにより、踏力の入力位置に応じて適切な反力を付与することができ、足踏み式ペダルの操作フィーリングを向上させることが可能となる。

上記の足踏み式操作装置の一態様では、前記足踏み式ペダルは、前記踏面が回転軸を中心に回転するように構成され、前記反力付与制御手段は、前記踏力の入力位置が前記回転軸に近い場合には遠い場合よりも、前記反力を小さくする。これにより、踏力の入力位置が回転軸に近い場合であっても、このような反力の制御を行わない場合と比較して、小さい踏力で所望のストロークを得ることができる。

上記の足踏み式操作装置の他の一態様では、前記反力付与制御手段は、前記ストロークと前記踏力との関係が前記入力位置によらずに所定の関係となるように、前記反力を付与する。

この態様によれば、踏力の入力位置が異なる場合であっても、ストロークと踏力との関係を一定にすることができるため、運転者は常にイメージ通りの操作が可能となる。つまり、運転者の操作フィーリングの変化を少なくすることができる。また、車両の運転制御性も良好に確保することが可能となる。更に、上記の足踏み式操作装置によれば、運転者の体形（大柄な運転者や小柄な運転者など）や姿勢に影響されることなく、理想的なアクセル踏力特性を実現することが可能となる。

上記の足踏み式操作装置において好適には、前記踏力の入力位置は、前記踏面上における複数点への荷重入力の平均に基づいて求められる。

好適な実施例では、足踏み式ペダルとして、アクセルペダルやブレーキペダルを用いることができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［装置構成］
図１は、本実施形態に係る足踏み式操作装置２０の概略構成図を示す。なお、図１においては、破線矢印は信号の入出力を示している。

足踏み式操作装置２０は、主に、アクセルペダル１と、回転軸２と、反力付与装置４と、アクセル開度センサ５と、踏み込み位置検出センサ６と、コントローラ１０と、を備える。足踏み式操作装置２０は、車両に設けられる、詳しくは運転席の前方下方に設けられる。

アクセルペダル１は、足踏み式ペダルに相当し、車両に付与する駆動力（言い換えると、エンジン出力）を変化させるために運転者により操作される。アクセルペダル１は、白抜き矢印Ａ２で示すような運転者の踏力（運転者の足による踏み込みにより、踏面１ａを介して入力される力に相当する）に応じてストローク可能に構成されている。具体的には、アクセルペダル１は、回転軸２を中心軸にして、矢印Ａ１で示すように揺動する。回転軸２には、アクセルペダル１のストローク量（踏み込み量）に相当するアクセル開度を検出可能なアクセル開度センサ５が設けられている。例えば、アクセル開度センサ５は、回転軸２の回転角度を検出可能なセンサによって構成される。なお、アクセル開度センサ５は、検出したアクセル開度に対応する検出信号をコントローラ１０に供給する。基本的には、車両においては、アクセル開度に応じてスロットルバルブ（不図示）の開度を変更することで、エンジン出力の制御が行われる。

また、アクセルペダル１には、踏面１ａ上における踏力の入力位置（以下では、「踏み込み位置」とも呼ぶ。）を検出可能な踏み込み位置検出センサ６が設けられている。踏み込み位置検出センサ６は、例えば圧力センサなどを備えて構成され、踏面１ａ上における圧力中心を検出する。踏み込み位置検出センサ６は、検出した踏み込み位置に対応する検出信号をコントローラ１０に供給する。

反力付与装置４は、アクセルペダル１のストロークに対して反力を付与可能に構成された装置である。ここでは、反力とは、白抜き矢印Ａ３で示すように、アクセルペダル１を踏み込む際に運転者より作用される踏力とは反対方向の力に相当する。具体的には、反力付与装置４は、アクセルペダル１に対して付与する反力を可変に構成されている。例えば、反力付与装置４は、弾性体（バネなど）の剛性値を変化させたり、空気圧を変化させたり、モータにより付与させるトルクや力を変化させたりすることで、アクセルペダル１に対して付与する反力を変化させる。反力付与装置４は、コントローラ１０から供給される制御信号によって制御される。つまり、反力付与装置４は、コントローラ１０から供給される制御信号に応じた反力を発生する。なお、反力付与装置４及びコントローラ１０は、本発明における反力付与制御手段に相当する。

コントローラ１０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えた電子制御ユニットである。本実施形態では、コントローラ１０は、アクセルペダル１の踏面上における踏力の入力位置（踏み込み位置）に応じて、アクセルペダル１に付与する反力を変化させる制御を行う。具体的には、コントローラ１０は、踏み込み位置検出センサ６から取得された踏み込み位置に基づいて、反力付与装置４に対して制御信号を供給する。なお、コントローラ１０が行う制御・処理については、詳細は後述する。

ここで、図２を参照して、踏み込み位置を検出する方法の具体例について説明する。ここでは、アクセルペダル１の踏面１ａ上における複数点への荷重入力の平均に基づいて、踏面１ａ上の踏み込み位置（踏力の入力位置）を求める例について説明する。

図２は、主に、アクセルペダル１及び踏み込み位置検出センサ６を示している。具体的には、図２の左に側面図を示し、右に正面図を示している。図示のように、アクセルペダル１は２枚の板状部材１ｘ、１ｙを備えており、踏み込み位置検出センサ６は、４つの圧力センサ６ａ〜６ｄを備えている。圧力センサ６ａ〜６ｄは、板状部材１ｘ、１ｙの間に挟み込まれていると共に、板状部材１ｘ、１ｙの４隅付近に配置されており、それぞれ付与される圧力（荷重）を検出する。なお、板状部材１ｙの上面が、アクセルペダル１の踏面１ａに相当する。

ここで、回転軸２の中心軸と圧力センサ６ｃ、６ｄの中心位置との距離を「Ｌ１」とし、圧力センサ６ａ、６ｂの中心位置と圧力センサ６ｃ、６ｄの中心位置との距離を「Ｌ２」とする。また、圧力センサ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄがそれぞれ検出した圧力を「ｐ１」、「ｐ２」、「ｐ３」、「ｐ４」とする。この場合において、運転者による踏み込み位置ａ（圧力中心に相当する点）を回転軸２の中心軸からの距離Ｌａで表すと、当該距離Ｌａは以下の式（１）より求められる。

Ｌａ＝Ｌ２×ｐ_ｕ／ｐ＋Ｌ１ 式（１）
式（１）において、「ｐ＝ｐ１＋ｐ２＋ｐ３＋ｐ４」であり、「ｐ_ｕ＝ｐ１＋ｐ２」である。前述したコントローラ１０は、圧力センサ６ａ〜６ｄが検出した圧力ｐ１〜ｐ４を式（１）に代入することによって、アクセルペダル１の踏面１ａ上の踏み込み位置ａ（即ち、距離Ｌａ）を求める。

なお、上記のように踏面１ａ上における複数点（具体的には４点）への荷重入力の平均に基づいて、アクセルペダル１の踏面１ａ上の踏み込み位置ａを求めることに限定されない。他の例では、踏面１ａの圧力分布を検出可能なシート状の圧力センサを用い、当該圧力分布に基づいてアクセルペダル１の踏面１ａ上の踏み込み位置ａを求めることができる。この場合には、踏面１ａのサイズと概ね同一のサイズを有するシート状の圧力センサを板状部材１ｘ、１ｙの間に挟み込み、当該シート状の圧力センサの出力により圧力中心を求めることで、踏み込み位置ａを得ることができる。

［反力付与制御方法］
次に、本実施形態における反力付与制御方法について説明する。本実施形態では、アクセルペダル１の踏面１ａ上における踏力の入力位置（踏み込み位置）に応じて、アクセルペダル１に付与する反力を変化させる制御を行う。具体的には、コントローラ１０は、アクセル開度と運転者による踏力との関係が踏み込み位置によらずに所定の関係となるように、反力付与装置４から反力を付与させる。つまり、コントローラ１０は、踏面１ａのどの位置を踏み込んでも、当該所定の関係よりアクセル開度から一義的に定まる踏力によってアクセル１が操作されるように反力を付与させる。例えば、踏み込み位置が回転軸２に近い場合には遠い場合よりも、アクセルペダル１に付与する反力を小さくする。こうすることにより、アクセルペダル１の踏み込み位置によらず、アクセル開度と踏力との関係を一定にすることができ、アクセルペダル１の操作フィーリングを向上させることが可能となる。

図３は、本実施形態における反力付与制御方法を具体的に説明するための図である。図３は、図１に対応する図である。ここでは、剛性値を変化させることで、アクセルペダル１に付与する反力を変化させる反力付与装置４を一例に挙げて説明する。

まず、アクセルペダル１に付与する反力を踏み込み位置に応じて変化させない場合について説明する。つまり、踏み込み位置によらず、剛性値を一定値にした場合について説明する。ここで、剛性値を「Ｋ_θ」とすると（剛性値Ｋ_θは一定値）、踏み込み位置ｂ、ｃにおいてアクセルペダル１を同一のアクセル開度θに操作した場合に必要な踏力Ｆｂ、Ｆｃは、それぞれ以下の式（２）、式（３）で表される。

Ｆｂ＝Ｋ_θ／Ｌｂ×θ 式（２）
Ｆｃ＝Ｋ_θ／Ｌｃ×θ 式（３）
式（２）中の「Ｌｂ」は、回転軸２の中心から踏み込み位置ｂまでの距離に相当し、式（３）中の「Ｌｃ」は、回転軸２の中心から踏み込み位置ｃまでの距離に相当する。図３に示すように、踏み込み位置ｂは踏み込み位置ｃよりも回転軸２に近い、即ち「Ｌｂ＜Ｌｃ」である。そのため、式（２）及び式（３）より、「Ｆｂ＞Ｆｃ」となることがわかる。つまり、踏み込み位置が回転軸２に近い場合には遠い場合よりも、所望の操作量（アクセル開度θ）を得るために必要な踏力が大きくなると言える。即ち、同じアクセル開度θであってもアクセルペダル１の踏面１ａにおける踏み込み位置の違いによって、運転者の踏力が異なると言える。

したがって、本実施形態では、アクセル開度と運転者による踏力との関係が踏み込み位置によらずに所定の関係となるように、反力付与装置４から反力を付与させる。具体的には、コントローラ１０は、回転軸２の中心から踏み込み位置までの距離に応じて、反力付与装置４における剛性値Ｋ_θを変化させる制御を行う。より具体的に説明すると、以下の通りである。

前述した踏み込み位置ｂ、ｃにおいて同一のアクセル開度θに操作した場合に、踏力Ｆｂと踏力Ｆｃとを等しくすることを考える。つまり、剛性値Ｋ_θを変化させることで、踏力Ｆｂと踏力Ｆｃとを等しくすることを考える。こうするためには、踏み込み位置ｂでの剛性値を「Ｋ_θｂ」とし、踏み込み位置ｃでの剛性値を「Ｋ_θｃ」とすると、剛性値Ｋ_θｂと剛性値Ｋ_θｃとの間に、以下の式（４）が成立する必要がある。

Ｋ_θｂ＝Ｌｂ／Ｌｃ×Ｋ_θｃ 式（４）
式（４）より、踏み込み位置ｂにおいて、踏み込み位置ｃでの剛性値Ｋ_θｃに対して「Ｌｂ／Ｌｃ」倍した剛性値Ｋ_θｂにて反力付与装置４から反力を付与させると（若しくは、踏み込み位置ｃにおいて、踏み込み位置ｂでの剛性値Ｋ_θｂに対して「Ｌｃ／Ｌｂ」倍した剛性値Ｋ_θｃにて反力付与装置４から反力を付与させる）、踏み込み位置ｂ、ｃにおいてアクセル開度θに操作した場合に必要な踏力Ｆｂ、Ｆｃが等しくなると言える。

このような原理を一般化する。基準とする踏み込み位置（以下、「基準踏み込み位置」と呼ぶ。）での剛性値を「Ｋ_θ０」とし、回転軸２の中心から基準踏み込み位置までの距離を「Ｌ０」とすると、回転軸２の中心から距離Ｌだけ離れた踏み込み位置において設定すべき剛性値Ｋ_θ ^＊は、以下の式（５）で表される。なお、基準踏み込み位置は、基準としている位置であり、例えばアクセルペダル１の踏面１ａの中心位置付近に設定される。また、剛性値Ｋ_θ０は、基準踏み込み位置においてアクセル開度と踏力との理想的な関係（アクセル踏力特性）が得られるような値に設定されている。

Ｋ_θ ^＊＝Ｌ／Ｌ０×Ｋ_θ０ 式（５）
式（５）より、回転軸２の中心から距離Ｌが小さくなるほど剛性値Ｋ_θ ^＊が小さくなり、距離Ｌが大きくなるほど剛性値Ｋ_θ ^＊が大きくなることがわかる。つまり、踏み込み位置が回転軸２に近い場合には遠い場合よりも、剛性値Ｋ_θ ^＊が小さくなる。こうすることで、踏み込み位置が回転軸２に比較的近い場合には、上記のように剛性値Ｋ_θ ^＊を変化させない場合に比して、同一のアクセル開度を得るために必要な踏力を小さくすることができる。

前述したコントローラ１０は、踏み込み位置検出センサ６が検出した踏み込み位置に対応する距離Ｌを式（５）に代入することによって、剛性値Ｋ_θ ^＊を求める。そして、コントローラ１０は、当該剛性値Ｋ_θ ^＊にて反力付与装置４を制御する。つまり、反力付与装置４から剛性値Ｋ_θ ^＊に応じた反力が付与されるように制御する。この場合、剛性値Ｋ_θ ^＊及びアクセル開度に応じた反力が反力付与装置４から付与されることとなる。

図４は、上記のように踏み込み位置に応じて剛性値Ｋ_θ ^＊を制御した場合の、アクセル開度（横軸）と踏力（縦軸）との関係を示している。これより、アクセル開度と踏力との関係が踏み込み位置によらずに一定となっていることがわかる。つまり、アクセルペダル１の踏面１ａのどの位置を踏み込んでも、アクセル開度と踏力との理想的な関係が得られていると言える。なお、このように剛性値Ｋ_θ ^＊を制御しなかった場合には、踏み込み位置によって、アクセル開度と踏力との関係が複数生じることとなる。

なお、上記では、アクセル開度と踏力との関係が直線（つまり、一次関数）となるように剛性値Ｋ_θ ^＊を設定する例を示したが、これに限定はされない。他の例では、剛性値Ｋ_θ ^＊をアクセル開度の関数に設定して、アクセル開度に応じて剛性値Ｋ_θ ^＊を変化させることができる。例えば、踏力がアクセル開度に対して二次関数的に変化するように、剛性値Ｋ_θ ^＊を設定することができる。

ここで、図５を参照して、本実施形態における剛性値の制御処理について説明する。図５は、本実施形態における剛性値の制御処理を示すフローチャートである。なお、この処理は、コントローラ１０によって繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１では、コントローラ１０は、運転者によりアクセルペダル１が操作されているか否かを判定する。具体的には、運転者によってアクセルペダル１が踏み込まれているか否かを判定する。例えば、コントローラ１０は、アクセル開度センサ５からの検出信号に基づいて判定を行う。アクセルペダル１が操作されている場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０２に進み、アクセルペダル１が操作されていない場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。

ステップＳ１０２では、コントローラ１０は、アクセル開度センサ５よりアクセル開度を取得すると共に、踏み込み位置検出センサ６から踏み込み位置を取得する。例えば、コントローラ１０は、踏み込み位置検出センサ６から取得されたセンサ値を前述した式（１）に代入することによって、踏み込み位置を求める。そして、処理はステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、コントローラ１０は、ステップＳ１０２で取得された踏み込み位置に応じた剛性値Ｋ_θ ^＊を求める。具体的には、コントローラ１０は、踏み込み位置に対応する距離Ｌを前述した式（５）に代入することによって、剛性値Ｋ_θ ^＊を求める。そして、処理はステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、コントローラ１０は、ステップＳ１０３で求められた剛性値Ｋ_θ ^＊にて反力付与装置４を制御する。つまり、反力付与装置４から剛性値Ｋ_θ ^＊に応じた反力が付与されるように制御する。これにより、剛性値Ｋ_θ ^＊及びアクセル開度に応じた反力が反力付与装置４から付与されることとなる。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

以上より、本実施形態によれば、アクセルペダル１のどこを踏み込んでも、アクセル開度と踏力との関係がほとんど変化しないため、運転者は常にイメージ通りのアクセル操作が可能となる。つまり、アクセルペダル１の操作フィーリングを向上させることが可能となる。また、アクセルペダル１の踏み込み位置によらず、アクセル開度と踏力との関係を一定にすることができるため、車両の運転制御性も良好に確保することが可能となる。更に、本実施形態によれば、運転者の体形（大柄な運転者や小柄な運転者など）や姿勢に影響されることなく、理想的なアクセル踏力特性を実現することが可能となる。

［変形例］
上記では、所謂オルガン式ペダルで構成されたアクセルペダル１を示したが（図１参照）、本発明の適用はこれに限定されない。本発明は、所謂アーム式ペダルなど種々のアクセルペダルに対して適用することができる。

また、上記ではアクセルペダル１を足踏み式ペダルの例として示したが、本発明の適用は、アクセルペダル１に限定されない。本発明は、アクセルペダル１だけでなく、ブレーキペダルに対しても適用可能である。

更に、上記では踏み込み位置に応じて剛性値を変化させることによって反力を制御する例を示したが、これに限定はされない。言い換えると、上記では剛性値を変化させて付与する反力を変化させる反力付与装置４を示したが、これに限定はされない。他の例では、空気圧を変化させることで反力を変化させるような反力付与装置を用いた場合には、踏み込み位置に応じて空気圧を変化させることによって反力を制御することができる。更に他の例では、モータにより付与させるトルクや力を変化させることで反力を変化させるような反力付与装置を用いた場合には、踏み込み位置に応じてモータの出力などを制御することによって反力を制御することができる。

本実施形態に係る足踏み式操作装置の概略構成図を示す。 踏み込み位置を検出する方法の一例を説明するための図である。 本実施形態における反力付与制御方法を説明するための図である。 本実施形態に係る制御を行った場合の、アクセル開度と踏力との関係を示す図である。 本実施形態における剛性値の制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ アクセルペダル
１ａ 踏面
２ 回転軸
４ 反力付与装置
５ アクセル開度センサ
６ 踏み込み位置検出センサ
１０ コントローラ
２０ 足踏み式操作装置

Claims (6)

1. 車両に付与する制駆動力を変化させるために運転者により操作され、前記運転者の踏力に応じてストローク可能な足踏み式ペダルと、前記足踏み式ペダルのストロークに対して反力を付与する制御を行う反力付与制御手段と、を備える足踏み式操作装置であって、
   前記反力付与制御手段は、前記足踏み式ペダルの踏面上における前記踏力の入力位置に応じて、前記反力を変化させることを特徴とする足踏み式操作装置。
2. 前記足踏み式ペダルは、前記踏面が回転軸を中心に回転するように構成され、
   前記反力付与制御手段は、前記踏力の入力位置が前記回転軸に近い場合には遠い場合よりも、前記反力を小さくする請求項１に記載の足踏み式操作装置。
3. 前記反力付与制御手段は、前記ストロークと前記踏力との関係が前記入力位置によらずに所定の関係となるように、前記反力を付与する制御を行う請求項１又は２に記載の足踏み式操作装置。
4. 前記踏力の入力位置は、前記踏面上における複数点への荷重入力の平均に基づいて求められる請求項１乃至３のいずれか一項に記載の足踏み式操作装置。
5. 前記足踏み式ペダルは、アクセルペダルとして構成される請求項１乃至４のいずれか一項に記載の足踏み式操作装置。
6. 前記足踏み式ペダルは、ブレーキペダルとして構成される請求項１乃至４のいずれか一項に記載の足踏み式操作装置。

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