JP2011060099A - ペダル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ペダル位置の調整とペダル反力の調整を同時に行えるペダル装置を提供する。
【解決手段】電動モータ１３、ネジ機構１４およびストッパ部１５により構成されるペダル位置・反力調整装置７により、ペダルアーム４を踏み込み方向前後に移動させる。これにより、ペダルアーム４に備えられたカムフォロワ１６も移動し、カム１７を移動させる。このため、カム１７の移動に伴ってバネ１９が撓み、バネ１９の弾性力がカム１７に反力として加えられる。この反力がカム１７およびカムフォロワ１６を介してブレーキペダル２に加えられる。さらに、ペダル位置・反力調整装置７によってペダルアーム４を移動させれば、反力調整を同時に行うことが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ブレーキペダルやアクセルペダルといった車両用のペダル装置に関するものである。

従来、特許文献１において、電気式ブレーキ装置に使用されるペダル装置として、操作ペダルの踏み込み操作に伴う反力特性を油圧式ブレーキ装置のペダル装置と同様にできる構造が提案されている。このペダル装置は、車体壁面に保持される回転軸を中心として揺動するペダルアームおよびペダルアームに固定されたペダル部と、ペダルアームに備えられた凸状係合部からなるカムフォロワと、固定端が車体壁面に固定され自由端がカムフォロワに当接される捩りバネとを備えた構成とされている。

このような構成では、ドライバによるペダル部の踏み込みに伴ってペダルアームが回転軸を中心として揺動させられると、ペダルアームの揺動に伴ってカムフォロワも揺動させられる。これにより、カムフォロワに対して捩りバネからペダル部の踏み込みに対応した反力が付与される。この反力は、ペダル部の踏み込み量の増大に伴って増加することから、油圧式ブレーキ装置のペダル装置に近い反力特性を得ることができる。

特開２００１−２３９９３０号公報

しかしながら、特許文献１のペダル装置では、油圧式ブレーキ装置のペダル装置に近い反力特性を得るのは十分ではなかった。つまり、ペダルストロークに対する踏力特性（＝反力特性）について、ペダルストロークが増加するほど徐々に踏力（＝反力）の増加量が増えていく関係になるのが好ましいが、特許文献１のペダル装置では、その増加量の増加割合が小さく、踏力（＝反力）の増加効率が悪かった。

なお、ここではペダル装置として、ブレーキ装置に適用されるものを例に挙げて説明したが、アクセルペダルにおいても、同様の反力特性を得たい場合には、上記問題が発生する。

本発明は上記点に鑑みて、ペダルストロークの増加に対する踏力（＝反力）の増加効率を高くできるペダル装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明者は、特許文献１に示すペダル装置について、ペダルストロークの増加に対する踏力（＝反力）の増加効率が悪くなっている原因について検討した。そして、鋭意検討を行った結果、以下のような結果が得られた。これについて、図１２に特許文献１のペダル装置の作動の様子を示し、この図を参照して説明する。

図１２に示すように、ドライバの踏み込みによってペダル部Ｊ１およびペダルアームＪ２が実線位置から破線位置に移動したとする。これらの場合において、ペダル部Ｊ１に加えられる踏力Ｆは、数式１で表される。なお、数式１において、ペダルアームＪ２に固定されたカムフォロワＪ３の軌道の接線方向とカムフォロワＪ３が捩りバネＪ４から受ける力方向とのなす軸受角度をθ１、捩りバネＪ４がカムフォロワＪ３から受ける力方向と捩りバネＪ４の回転方向との為す接触角度をθ２、捩りバネＪ４の支持軸Ｊ５の中心から捩りバネＪ４とカムフォロワＪ３との接触点との距離をＬ、捩りバネＪ４のトルクをＴ、ペダル比をＧとしている。ペダル比Ｇについては、踏力Ｆが加えられるペダル部Ｊ１からペダルアームＪ２の揺動中心までの距離Ｌ１に対するペダルアームＪ２の揺動中心から捩りバネＪ４に対して力を加えるカムフォロワＪ３と捩りバネＪ４との接触点までの距離Ｌ２の比（＝Ｌ１／Ｌ２）で表される。

（数１） Ｆ＝Ｔ・ｃｏｓθ１／（Ｌ・ｃｏｓθ２・Ｇ）
この数式１において、ペダル比Ｇは定数であるため、踏力Ｆは、ｃｏｓθ１、Ｌ、ｃｏｓθ２および捩りバネＪ４のトルクＴを変数として、つまり捩りバネＪ４のトルクＴ、軸受角度θ１、接触角度θ２、距離Ｌを変数として変動することになる。

ここで、ペダル踏み込みが為されて図１２中の実線位置から破線位置にブレーキペダルが移動させられた場合について検討してみると、移動に伴って、捩りバネＪ４のトルクＴ、軸受角度θ１および接触角度θ２は共に増加し、距離Ｌは減少する。そして、数式１において、ｃｏｓθ１は分子、Ｌおよびｃｏｓθ２は分母に含まれることから、捩りバネＪ４のトルクＴ、接触角度θ２の増加および距離Ｌの減少は踏力Ｆを増加させることに寄与するが、軸受角度θ１の増加は踏力Ｆを減少させる方向に作用する。すなわち、ブレーキペダル踏み込みに伴って軸受角度θ１が増加していく構造となっていることが、踏力Ｆの増加効率を低下させていると考えられる。したがって、踏力Ｆの増加効率を向上させるためには、軸受角度θ１がブレーキペダル踏み込みに伴って増加するのではなく、減少する構造とすれば良いと言える。

そこで、請求項１に記載の発明では、ペダル（２）の揺動に伴って、回転軸を中心とする移動軌跡で移動させられるカムフォロワ（１６）により、車体壁面（１０）に保持される支持軸（１８）に回動可能に支持されたカム（１７）を移動させると共に、ペダル（２）が踏み込まれてカム（１７）が支持軸（１８）に対して回転させられる方向と反対方向に回転させられるときに、バネ手段（１９、４０）により、カム（１７）の回転角が大きくなるほど大きな付勢力をカム（１７）に対して付与させるようにしたペダル装置において、カムフォロワ（１７）の軌道の接線方向とカムフォロワ（１６）がカム（１７）から受ける力方向とのなす軸受角度（θ１）をペダル（２）のペダルストロークの増加に伴って減少させることを特徴としている。

このように、カムフォロワ（１６）の軌道の接線方向とカムフォロワ（１６）がカム（１７）から受ける力方向とのなす軸受角度（θ１）が、ペダル踏み込みに伴って増加するのではなく、減少する構造とされている。このため、軸受角度（θ１）の減少が踏力を増加させることに寄与させられ、踏力の増加効率を向上させることが可能となる。

そして、請求項２に記載したように、カム（１７）がカムフォロワ（１６）から受ける力方向とカム（１７）の回転方向との為す接触角度（θ２）が、ペダル（２）のペダルストロークの増加に伴って増加する。このため、より踏力の増加率を向上させることができる。

さらに、請求項３に記載したように、支持軸（１８）の中心からカム（１７）とカムフォロワ（１６）との接触点との距離（Ｌ）が、ペダル（２）のペダルストロークの増加に伴って減少するようにすれば、軸受角度（θ１）の減少、接触角度（θ２）の増加および距離（Ｌ）の減少がすべて踏力Ｆを増加させることに寄与する。このため、より踏力の増加効率を向上させることが可能となる。

請求項４に記載の発明では、カム（１７）におけるカムフォロワ（１６）と接する面（１７ａ）は、ペダル（２）のペダルストロークの増加に対するカム（１７）の回転角度の増加率が大きくなる形状とされていることを特徴としている。

このように、ペダルストロークの増加に対するカム（１７）の回転角度の増加率を大きくすることで、さらに踏力の増加効率を向上させることが可能となる。

請求項５に記載の発明では、カム（１７）は、回転軸（１２）とカムフォロワ（１６）との間に延在することを特徴としている。

このような配置とすることで、ペダルストロークの増加に伴い軸受角度（θ１）を減少させ、接触角度（θ２）を増加させ、距離（Ｌ）を減少させる構成を容易に実現することができる。

例えば、請求項６に記載したように、カム（１７）におけるカムフォロワ（１６）と接する面（１７ａ）を、ペダル（２）が踏み込まれる前の初期位置においてカムフォロワ（１６）と接触する平坦面（１７ｂ）と、カムフォロワ（１６）がペダル（２）が踏み込まれて平坦面（１７ｂ）を摺動移動させられてから接する傾斜面（１７ｃ）とを具備する構造とすることができる。

請求項７に記載の発明では、ペダル（２）の踏み込み方向前後にペダルアーム（４）を移動させることで該ペダル（２）の初期位置の調整を行うと共に、該初期位置の調整に伴って、バネ手段（１９、４０）がカム（１７）に付与する付勢力に基づいてペダル（２）に発生させられる反力の調整を行うペダル位置・反力調整装置（７）を具備していることを特徴としている。

このように、ペダル位置・反力調整装置（７）にてペダルアーム（４）を踏み込み方向前後に移動させることで反力が調整できるようにしている。このため、ペダル位置・反力調整装置（７）を駆動することにより、これらペダル位置調整と反力調整の双方を同時に行うことが可能となる。

請求項８に記載の発明では、バネ手段を支持軸（１８）に対して巻回した捩りバネ（１９）にて構成し、支持軸（１８）に対して同軸的に配置することを特徴としている。

このように、バネ手段を捩りバネ（１９）にて構成すれば、支持軸（１８）に対して巻回させることができるため、省スペース化を図ることが可能となる。

この場合、請求項９に記載したように、捩りバネ（１９）の一端をカム（１７）におけるストッパ部（１７ｆ）にて係止させ、捩りバネ（１９）の他端を捩りバネ（１９）の撓み量を調整することにより反力の調整を行う調整部（２０〜２２）に固定することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態にかかるブレーキペダル装置１が適用されるブレーキシステムの概略構成を示したブロック図である。 図１に示すブレーキシステムに備えられたブレーキペダル装置１の側面図である。 ブレーキペダル２が踏み込まれる過程でのカムフォロワ１６およびカム１７の動きを示した概略図である。 （ａ）、（ｂ）は、ペダル踏み込み前の初期位置とペダル踏み込み後の状態それぞれにおいて、ブレーキペダル２の揺動中心となる回転軸１２の中心とカム１７の回転中心となる支持軸１８の中心およびカムフォロワ１６に掛かる力の関係を示した模式図である。 ペダル部３からペダルアーム４の揺動中心までの距離Ｌ１に対するペダルアーム４の揺動中心からカムフォロワ１６とカム１７との接触点までの距離Ｌ２の関係を示した模式図である。 ブレーキペダル装置１におけるペダルストロークとカム１７の回転角の関係を示した図である。 ペダル位置調整の様子を示したブレーキペダル装置１の側面図である。 ペダル位置調整を行うことにより、ブレーキペダル２の初期位置を車両後方にしたときと車両前方にしたときのストローク量−踏力特性を示した図である。 反力発生装置８によりペダルストローク量−踏力特性を変化させた場合の特性図である。 本発明の第２実施形態にかかるブレーキペダル装置１の側面図である。 本発明の第３実施形態にかかるブレーキペダル装置１の側面図である。 従来のペダル装置の作動の様子を示したペダル装置の側面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態では、本発明の一実施形態にかかるペダル装置をブレーキペダル装置に適用した場合について説明する。図１は、本実施形態にかかるブレーキペダル装置１が適用されるブレーキシステムの概略構成を示したブロック図である。また、図２は、本実施形態にかかるブレーキペダル装置１の側面図である。以下、これらの図を参照して本実施形態にかかるブレーキペダル装置１について説明する。

図１に示すブレーキシステムは、ブレーキペダル装置１の操作量を検出し、それに応じて電動モータ（図示せず）を駆動することで各車輪ＦＬ〜ＲＲに対して制動力を発生させる所謂ブレーキバイワイヤシステムである。

具体的には、ブレーキペダル装置１に備えられたブレーキペダル２のペダル部３が踏み込まれ、ペダルアーム４がそれに伴って揺動させられると、その操作量がストロークセンサや踏力センサなどのペダル操作量センサ５にて検出される。そして、ペダル操作量センサ５の検出信号がブレーキ制御装置（以下、ＥＣＵという）６に入力されることでブレーキペダル２の操作量が検出され、ＥＣＵ６が図示しない電動モータなどのアクチュエータを駆動することにより、各車輪ＦＬ〜ＲＲに対して制動力を発生させる。

本実施形態のブレーキペダル装置１は、ブレーキペダル２が上から吊り下げられた吊り下げ式とされている。このブレーキペダル装置１には、ブレーキペダル２に加えてペダル位置・反力調整装置７と反力発生装置８が備えられている。ペダル位置・反力調整装置７は、ペダルアーム４の位置を踏み込み方向前後に調整するものであり、反力発生装置８は、ブレーキペダル２に所定の反力を付与するものである。これらペダル位置・反力調整装置７および反力発生装置８は、ドライバが例えば車室内におけるインストルメントパネル（図示せず）に設置された操作スイッチ９ａ、９ｂを操作することにより駆動される。例えば、操作スイッチ９ａはブレーキペダル２の位置を前後のいずれに調整するか、および、調整終了の３つの切替えが行え、操作スイッチ９ｂは、発生させる反力の大小のいずれに調整するか、および、調整終了の３つの切替が行えるものとされる。このため、各操作スイッチ９ａ、９ｂの切替え状態に応じた信号がＥＣＵ６に入力され、ＥＣＵ６からペダル位置・反力調整装置７や反力発生装置８に対して制御信号が出力される。これに基づき、ペダル位置・反力調整装置７や反力発生装置８が駆動される。

図２は、図１に示すブレーキシステムに適用されたブレーキペダル装置１の詳細構造を示した側面図である。

図２に示すように、車室内の車体壁面１０において、車体壁面１０から垂直方向（車両前後方向）に突き出すようにブラケット１１が備えられている。そして、車体壁面１０もしくはブラケット１１に対して、ブレーキペダル装置１の各種構成要素が固定された構造とされている。

ブレーキペダル装置１は、上述したように、ブレーキペダル２とペダル位置・反力調整装置７および反力発生装置８を備えた構成とされている。

ブレーキペダル２は、ペダルアーム４の一端側にペダル部３が備えられ、他端がブラケット１１に保持された回転軸１２に支持されることで、回転軸１２を中心として揺動可能、つまり車両前後方向に移動可能とされている。

ペダル位置・反力調整装置７は、電動モータ１３、ネジ機構１４およびストッパ部１５を備えた構成とされている。

電動モータ１３は、ブレーキペダル２のペダルアーム４よりも運転席側（ドライバ側）に配置され、ブラケット１１の先端位置の保持面（車体壁面１０と並行とした面）に固定されている。上述したＥＣＵ６からの制御信号のうち、ペダル位置・反力調整装置７に対して出力される制御信号は、この電動モータ１３を駆動する信号として用いられる。

ネジ機構１４は、電動モータ１３によって駆動され、長手方向（紙面左右方向）に伸長収縮させられることにより、ストッパ部１５を車両前後方向に移動させる。

ストッパ部１５は、ペダルアーム４の一端面、具体的には運転席側（車両後方側）の端面に当接することで、ペダルアーム４の可動範囲を規制する。すなわち、上述したようにペダルアーム４は回転軸１２を中心として揺動可能とされているが、ペダルアーム４の車両後方側の移動可能範囲はストッパ部１５と接する位置までとされ、ペダルアーム４がストッパ部１５と接する位置がブレーキペダル２の初期位置となる。

反力発生装置８は、カムフォロワ１６、カム１７、支持軸１８、バネ１９、固定部２０、ネジ機構２１および電動モータ２２を備えた構成とされている。これらのうち、カムフォロワ１６、カム１７、支持軸１８およびバネ１９が実際に反力を発生させる反力発生機構として機能し、固定部２０、ネジ機構２１および電動モータ２２が発生させる反力の調整を行う調整部として機能する。

カムフォロワ１６は、ペダルアーム４の移動をカム１７に伝える働きと、カム１７を通じてペダルアーム４に対して反力を付与する働きを行う。このカムフォロワ１６は、ペダルアーム４の側面に固定されており、カム１７と接触しつつ、カム１７に対して摺動容易となるように例えば円形とされている。

カム１７は、支持軸１８を回転軸１２として回転可能に支持されている。カム１７の形状は任意であるが、カムフォロワ１６と接触する面１７ａの形状は、要求される反力特性に応じて設計されている。つまり、ブレーキペダル２の踏み込みによりカムフォロワ１６がブレーキペダル２と共に回転軸１２を中心として揺動させられたときにカム１７がカムフォロワ１６に押し上げられて移動させられるが、カムフォロワ１６の移動（軌跡）に対してカムフォロワ１６とカム１７の面１７ａの接触位置が変わる。この接触位置から支持軸１８までの距離などが面１７ａの形状によって調整されることにより、所望の反力特性が得られる。

本実施形態では、図２に示されるように、カム１７の面１７ａは、ブレーキペダル２が初期位置の状態のときにカムフォロワ１６と接する側の先端位置が平坦部１７ｂとされている。また、カム１７の面１７ａのうち、平坦部１７ｂよりも支持軸１８側、つまりブレーキペダル２が初期位置から踏み込まれたときにカムフォロワ１６と接する箇所において、平坦部１７ｂに対してカムフォロワ１６側に傾斜させられた傾斜部１７ｃとされている。そして、さらに支持軸１８側に近づくと、カム１７の面１７ａは再び平坦部１７ｄとされている。

また、カム１７のうちカムフォロワ１６と接する側と反対側の先端位置には、支持軸１８に対して回転可能に係合される係合部１７ｅと、バネ１９の弾性力を受け止めるためのストッパ部１７ｆが備えられている。係合部１７ｅは、支持軸１８が嵌め込まれる丸穴もしくは支持軸１８内に嵌め込まれる軸部を備えた部材とされる。ストッパ部１７ｆは、バネ１９の一端を係止する。

支持軸１８は、ブラケット１１に対して固定、もしくは、回転可能に保持されている。支持軸１８は円筒形状とされており、その中心軸がブラケット１１の壁面に対して垂直方向に向けられている。そして、例えばカム１７の一端に丸穴が形成されており、この丸穴内に支持軸１８が嵌め込まれることで、カム１７が支持軸１８を中心として回転可能となっている。

バネ１９は、ブレーキペダル２の踏み込まれるときにカム１７が回転させられる方向と反対方向にカム１７を付勢するためのバネ手段として機能する。バネ１９は、捩りバネにて構成されており、支持軸１８に巻回されている。このように、バネ１９を支持軸１８に対して同軸的に配置することにより、省スペース化を図っている。バネ１９の一端は、上述したようにストッパ部１７ｆに係止されており、他端は、固定部２０に固定されている。このバネ１９は、カム１７が支持軸１８を中心として回動させられると、バネ１９の中心軸を中心として撓む（収縮させられる）。このため、バネ１９の撓みによる弾性力がカム１７に対して反力として加えられ、カム１７の回動量が大きくなる程バネ１９の撓み量が多くなるため、カム１７に対して加えられる反力も大きくなる。

固定部２０は、バネ１９の他端を固定すると共に、バネ１９の他端の位置を調整することにより、バネ１９による反力特性を調整するためのものである。

ネジ機構２１は、電動モータ２２によって駆動され、長手方向に沿ってに伸長収縮させられることにより、固定部２０をその方向に移動させる。これにより、固定部２０と共にバネ１９の一端の位置が調整される。

電動モータ２２は、車体壁面１０に対して固定され、ネジ機構２１の駆動に用いられる。上述したＥＣＵ６からの制御信号のうち、反力発生装置８に対して出力される制御信号は、この電動モータ２２を駆動する信号として用いられる。

以上のような構造により、本実施形態にかかるブレーキペダル装置１が構成されている。次に、このようなブレーキペダル装置１の動作について説明する。図３は、ブレーキペダル２が踏み込まれる過程でのカムフォロワ１６およびカム１７の動きを示した概略図である。なお、図３中に示した一点鎖線は、カムフォロワ１６の中心軌跡を描いたものであり、破線はブレーキペダル２が踏み込まれる前のカムフォロワ１６の初期位置を示したものである。

まず、図２に示されるように、ブレーキペダル２がドライバによって踏み込まれる前には、バネ１９の弾性力がカム１７を紙面反時計回りに回動させる方向に加わる。このため、カムフォロワ１６がカム１７によって押し付けられ、ブレーキペダル２をストッパ部１５に当接させる。この状態では、図３（ａ）に示されるように、カムフォロワ１６がカム１７の平坦部１７ｂに接触した状態となる。

次に、ブレーキペダル２がドライバによって踏み込まれると、ブレーキペダル２が回転軸１２を中心として揺動させられ、これに伴ってカムフォロワ１６も移動させられる。これにより、図３（ｂ）に示されるように、カムフォロワ１６がカム１７の平坦部１７ｂ上を摺動移動させられ、平坦部１７ｂと傾斜部１７ｃとの境界位置に至る。

この後、さらにブレーキペダル２がドライバによって踏み込まれると、ブレーキペダル２が回転軸１２を中心としてさらに揺動させられ、これに伴ってカムフォロワ１６も移動させられる。これにより、図３（ｃ）に示されるように、カムフォロワ１６がカム１７の傾斜部１７ｃを摺接面として、傾斜部１７ｃのうち平坦部１７ｂとの境界位置からそれより離れる方向に摺動移動させられる。

このような作動において、ペダル部３に加えられる踏力について考察してみる。図４（ａ）、（ｂ）は、ペダル踏み込み前の初期位置とペダル踏み込み後の状態それぞれにおいて、ブレーキペダル２の揺動中心となる回転軸１２の中心とカム１７の回転中心となる支持軸１８の中心およびカムフォロワ１６に掛かる力の関係を示した模式図である。

ここで、ペダルアーム４に固定されたカムフォロワ１６の軌道の接線方向とカムフォロワ１６がカム１７から受ける力方向とのなす角度をθ１、カム１７がカムフォロワ１６から受ける力方向とカム１７の回転方向との為す接触角度をθ２、捩りバネ１９の支持軸１８の中心からカム１７とカムフォロワ１６との接触点との距離をＬ、捩りバネ１９のトルクをＴ、ペダル比をＧと表すことにする。ペダル比Ｇについては、図５に示すように、踏力Ｆが加えられるペダル部３からペダルアーム４の揺動中心までの距離Ｌ１に対するペダルアーム４の揺動中心からカムフォロワ１６とカム１７との接触点までの距離Ｌ２の比（＝Ｌ１／Ｌ２）で表される。

踏力Ｆに対してペダル比Ｇを掛けた力Ｆ’は、カムフォロワ１６から受ける反力Ｆ１と釣り合うことから数式２が成り立つ。また、カムフォロワ１６が捩りバネ１９の弾性力に基づいて受ける力をＦ２とすると、力Ｆ２は、トルクＴをＬで割った値になるため、数式３で表される。

（数２） Ｆ・Ｇ＝Ｆ’＝Ｆ１
（数３） Ｆ２＝Ｔ／Ｌ
そして、力Ｆ２をカムフォロワ１６とカム１７との接触点に対する垂直方向の力に変換した力と、反力Ｆ１をこれと同方向に変換した力とが釣り合うため、数式４が成り立つ。さらに、数式４に対して、数式２、数式３を代入すると、数式５を導出することができる。

（数４） Ｆ２／ｃｏｓθ２＝Ｆ１／ｃｏｓθ１
（数５） Ｆ＝Ｔ・ｃｏｓθ１／（Ｌ・ｃｏｓθ２・Ｇ）
この数式５において、ペダル比Ｇは定数であるが、踏力Ｆは、捩りバネ１９のトルクＴ、ｃｏｓθ１、Ｌおよびｃｏｓθ２を変数として、つまり捩りバネ１９のトルクＴ、軸受角度θ１、接触角度θ２と距離Ｌを変数として変動することになる。

ここで、ペダル踏み込みが為されてペダル部３およびペダルアーム２が初期位置から揺動させられたときの捩りバネ１９のトルクＴ、軸受角度θ１、接触角度θ２および距離Ｌの変化について検討してみる。

距離Ｌについては、ブレーキペダル２の揺動に伴ってカムフォロワ１６が支持軸１８に近づくため、徐々に減少していく。

また、接触角度θ２については、カムフォロワ１６とカム１７との接触点の位置が図４（ａ）、（ｂ）に示されるようにカムフォロワ１６の上方位置から時計回転方向において下方位置に移動するため、増加していく。

そして、軸受角度θ１については、ブレーキペダル２が揺動させられると、カムフォロワ１６が揺動中心を中心とした移動軌跡で移動させられ、かつ、カムフォロワ１６とカム１７との接触点の位置が図４（ａ）、（ｂ）に示されるようにカムフォロワ１６の上方位置から時計回転方向において下方位置に移動するため、徐々に減少していく。また、捩りバネ１９のトルクＴは、ブレーキペダル２の揺動に伴って増加していく。

つまり、ブレーキペダル２が初期位置から移動させられた場合、移動に伴って、捩りバネ１９のトルクＴが増加、軸受角度θ１が減少、接触角度θ２が増加、距離Ｌが減少する。そして、数式５において、Ｔ、ｃｏｓθ１は分子、Ｌおよびｃｏｓθ２は分母に含まれることから、捩りバネ１９のトルクＴの増加、軸受角度θ１の減少、接触角度θ２の増加および距離Ｌの減少がすべて踏力Ｆを増加させることに寄与する。このため、従来のように、接触角度θ２の増加と距離Ｌの減少だけでなく、軸受角度θ１の減少も踏力Ｆを増加させることに寄与させられ、踏力Ｆの増加効率を向上させることが可能となる。

さらに、本実施形態では、カム１７に傾斜部１７ｃを設けているため、より踏力Ｆの増加効率を向上させられる。これについて、図６を参照して説明する。

図６は、本実施形態のブレーキペダル装置１におけるペダルストロークとカム１７の回転角の関係を示したものである。カム１７の回転角は、ブレーキペダル２が初期位置のときをゼロとして、初期位置から回転した角度として表してある。

この図に示されるように、ペダルストロークに対してカム１７の回転角が徐々に増加している。そして、カム１７に対して傾斜部１７ｃを設けてあることから、ブレーキペダル２の揺動に伴ってカムフォロワ１６が傾斜部１７ｃと接触させられると、その後は、カムフォロワ１６が平坦部１７ｂと接触していたときよりも、ペダルストロークの増加に対するカム１７の回転角度の増加率が大きくなる。このため、さらに踏力Ｆの増加効率を向上させることが可能となる。

次に、本実施形態のブレーキペダル装置１におけるペダル位置調整および反力調整について説明する。図７に、ペダル位置調整の様子を示したブレーキペダル装置１の側面図を示し、この図を参照して説明する。

まず、ブレーキペダル２がドライバによって踏み込まれる前には、バネ１９の弾性力がカム１７を紙面反時計回りに回動させる方向に加わる。このため、カムフォロワ１６がカム１７によって押し付けられ、ブレーキペダル２をストッパ部１５に当接させる。したがって、図７（ａ）に示すように、ブレーキペダル２は初期位置に位置する。

続いて、ブレーキペダル２がドライバによって踏み込まれると、ブレーキペダル２が回転軸１２を中心として揺動させられ、それに伴ってカムフォロワ１６も回転軸１２を中心として揺動させられる。そして、カムフォロワ１６によってカム１７の面１７ａに対して踏力に対応する力が加えられ、カム１７が支持軸１８を中心として紙面時計回りに回動させられる。これにより、バネ１９が撓み、カム１７に対して撓み量に応じた反力を加えることになり、それがカムフォロワ１６を介してブレーキペダル２に加えられる。このようにして、ドライバの踏力に対する反力を発生させることが可能となる。

また、ペダル位置・反力調整装置７によりブレーキペダル２の位置調整を行う際には、ブレーキペダル２の位置を前方に調整すべく操作スイッチ９ａを切替える。これにより、電動モータ１３が駆動され、ネジ機構１４が伸長される。このため、図７（ｂ）に示すように、ストッパ部１５がペダルアーム４を踏み込み方向前方に移動させる方向に移動し、ブレーキペダル２の初期位置が図７（ａ）の場合と比べて前方に調整される。逆に、ペダルアーム４の位置を踏み込み方向後方に調整すべく操作スイッチ９ａを切替えると、電動モータ１３が駆動され、ネジ機構１４が収縮される。このため、ストッパ部１５がブレーキペダル２を後方に移動させる方向に移動し、図７（ａ）に示すように、ブレーキペダル２の位置が後方に調整される。そして、このようなブレーキペダル２の位置調整に伴って、カムフォロワ１６の位置も変動し、それに伴ったカム１７が支持軸１８を中心として回動させられるため、バネ１９が撓み、発生させられる反力も同時に調整される。

さらに、反力調整のみを行う場合、もしくはペダル位置・反力調整装置７による反力調整に加えて更なる反力調整を行う場合には、反力発生装置８によってその調整を行う。具体的には、発生させる反力が大きくなるように調整すべく操作スイッチ９ｂを切替えると、電動モータ２２が駆動され、ネジ機構２１が収縮される。このため、ストッパ部２０がバネ１９を撓ませ、バネ１９の弾性力がカム１７およびカムフォロワ１６を介してよりブレーキペダル２に加えられる。これにより、ブレーキペダル２に対して発生させられる反力が大きくされる。逆に、発生させる反力が小さくなるように調整すべく操作スイッチ９ｂを切替えると、電動モータ２２が駆動され、ネジ機構２１が伸長される。このため、ストッパ部２０によるバネ１９の撓み量が少なくされる。これにより、ブレーキペダル２に対して発生させられる反力が小さくされる。

このように、本実施形態のブレーキペダル装置１では、ペダル位置・反力調整装置７にてペダルアーム４を踏み込み方向前後に移動させることで反力発生装置８内の反力発生機構にて発生させられる反力が調整できるようにしている。このため、ペダル位置・反力調整装置７を駆動することにより、これらペダル位置調整と反力調整の双方を同時に行うことが可能となる。

図８は、ペダル位置調整を行うことにより、ブレーキペダル２の初期位置を車両後方（ドライバに近い側）にしたときと車両前方（ドライバから遠い側）にしたときのストローク量−踏力特性を示した図である。この図中の範囲Ａおよび範囲Ｂは、必要な踏力を得るために必要なストローク量の範囲を示している。この図のうち範囲Ａが図７（ａ）のようにブレーキペダル２が後方に位置している場合を示しており、範囲Ｂが図７（ｂ）のようにブレーキペダル２が前方に位置している場合を示している。

例えば女性のようにブレーキペダル２の初期位置をドライバ側に近づけたい場合には、図７（ａ）に示されるようにブレーキペダル２を後方に位置させるようにする。この場合には、図８中の範囲Ａが用いられ、ストロークに対して比較的小さな踏力で必要な制動力が得られるようにすることができる。一方、例えば男性のようにブレーキペダル２の初期位置をドライバ側から遠ざけたい場合には、図７（ｂ）に示されるようにブレーキペダル２を前方に位置させるようにする。この場合には、図８中の範囲Ｂが用いられ、ストロークに対して比較的大きな踏力を発生させなければ必要な制動力が得られないようにすることができる。

さらに、本実施形態のブレーキペダル装置１では、ペダル位置・反力調整装置７の他に、さらに反力発生装置８を備えた構造としている。このため、反力発生装置８による反力調整も行うことが可能である。

図９は、反力発生装置８によりペダルストローク量−踏力特性を変化させた場合の特性図である。この図に示すように、特性Ｃの状態から電動モータ２２を駆動してネジ機構２１を収縮させ、固定部２０を図２中の右方向（車体壁面１０側）に移動させると、その分バネ１９が撓み、ストローク量−踏力特性がオフセットされる。このように、反力発生装置８を作動させることにより、ストローク量−踏力特性を調整することも可能となる。

以上説明したように、本実施形態のブレーキペダル装置１は、ペダルアーム４に固定されたカムフォロワ１６の軌道の接線方向とカムフォロワ１６がカム１７から受ける力方向とのなす軸受角度θ１が、ブレーキペダル踏み込みに伴って増加するのではなく、減少する構造とされている。このため、軸受角度θ１の減少が踏力Ｆを増加させることに寄与させられ、踏力Ｆの増加効率を向上させることが可能となる。これにより、より油圧式ブレーキ装置のブレーキペダル装置に近い反力特性を得ることができる。

また、カム１７に傾斜面１７ｃを備えることにより、ペダルストロークの増加に対するカム１７の回転角度の増加率を大きくできる。このため、さらに踏力Ｆの増加効率を向上させることが可能となる。

さらに、ペダル位置・反力調整装置７や反力発生装置８により、ペダル位置調整や反力調整が行えるため、男性、女性、ドライバの体格等に応じた適切なペダル位置、反力特性を得ることも可能となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態のブレーキペダル装置１は、第１実施形態に対してブレーキペダル装置１の形式を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図１０は、本実施形態にかかるブレーキペダル装置１の側面図である。第１実施形態では、吊り下げ式のブレーキペダル装置１について説明しているが、本実施形態では、図１０に示されるように、ブレーキペダル２が床面１０ａから突き出すように設定されたオルガン式のブレーキペダル装置１を採用している。

本実施形態のブレーキペダル装置１は、第１実施形態に対してブレーキペダル装置１の各構成要素を第１実施形態に対して上下反対向きに配置したような構造とされている。具体的には、車体壁面１０から垂直方向に突き出すように配置されたブラケット１１に対して支持軸８が備えられているが、ブレーキペダル２は車体壁面１０のうち車室内の床面１０ａを構成する部分から突き出すように配置されている。ブレーキペダル２におけるペダルアーム４の一端の回転軸１２が車体壁面１０に対して備えられた固定部３０に回動可能に保持されている。そして、ペダルアーム４の一端のうち回転軸１２よりもペダル部３とは反対側の位置において、車体壁面１０よりも内側の位置にペダル位置・反力調整装置７が備えられている。このペダル位置・反力調整装置７は、ペダル部３がドライバ側に揺動することを規制するように、ブレーキペダル２よりも車両前方側に配置されている。

また、カムフォロワ１６は回転軸１２よりもペダル部３側に配置されており、カム１７はカムフォロワ１６よりも回転軸１２側に配置されている。そして、カム１７の面１７ａは上方を向けられ、ブレーキペダル２が踏み込まれてカムフォロワ１６が回転軸１２を中心として回動させられたときに、それを面１７ａで受け止められるように構成されている。なお、バネ１９の配置やストッパ部１７ｆの配置なども、第１実施形態に対して上下逆向きにされ、第１実施形態と同様の働きを行うようにされている。

以上説明した本実施形態のブレーキペダル装置１のように、吊り下げ式ではなくオルガン式のものにしても、第１実施形態と同様の動作を行うことが可能であり、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態のブレーキペダル装置１は、第１実施形態に対して反力発生装置８の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図１１は、本実施形態のブレーキペダル装置１の側面図である。この図に示されるように、本実施形態のブレーキペダル装置１では、反力発生装置８をカム１７の上方、つまりブレーキペダル２の踏み込みに伴って回転させられるカム１７の移動方向に配置した構造としている。反力発生装置８は、圧縮コイルスプリング４０と、ブラケット１１に固定された支持部４１とを有した構成とされている。ブラケット１１にて圧縮コイルスプリング４０が支持され、圧縮コイルスプリング４０の弾性力によりカム１７をカムフォロワ１６側に付勢することで、ブレーキペダル２に対して反力を発生させる。

このように、バネ手段として圧縮コイルスプリング４０を用いる構造としても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（他の実施形態）
上記第１〜第３実施形態では、カム１７の面１７ａの形状が平坦部１７ｂ、傾斜部１７ｃおよび平坦部１７ｄを有する形状としたが、面１７ａの形状を適宜変更することにより、ストローク量−踏力特性を変化させることが可能である。また、カムフォロワ１６とカム１７とが接触する初期位置を変更することによっても、ストローク踏力特性を調整することが可能である。例えば、上記第１〜第３実施形態では、カム１７の面１７ａを平坦面１７ｂと傾斜面１７ｃおよび平坦面１７ｄで構成しているが、これらを湾曲させた形状としても良い。その場合、傾斜面１７ｃのみを湾曲させ、平坦面１７ｂに対する傾斜面１７ｃの角度が、平坦面１７ｂと傾斜面１７ｃとの境界部から離れるほど大きくなるような構造としても構わない。

また、上記第１実施形態では、ペダル位置・反力調整装置７をブレーキペダル２の回転軸１２に対してペダル部３側に配置すると共に、ペダルアーム４よりも車両後方に配置している。しかしながら、これは単なる一例であり、他の配置としても構わない。例えば、ペダルアーム４を回転軸１２から更に上方に伸ばし、ペダルアーム４のうち回転軸１２よりも上方においてペダルアーム４よりも車両前方にペダル位置・反力調整装置７を配置するようにしても良い。

同様に、第２実施形態では、ペダル位置・反力調整装置７をブレーキペダル２の回転軸１２に対してペダル部３と反対側に配置すると共に、ペダルアーム４よりも車両前方に配置している。しかしながら、これは単なる一例であり、他の配置としても構わない。例えば、回転軸１２よりもペダル部３側において、ペダルアーム４よりも車両後方にペダル位置・反力調整装置７を配置するようにしても良い。ただし、オルガン式の場合、その位置にペダル位置・反力調整装置７を配置するとドライバの足に当たる可能性もあるため、好ましくは第２実施形態の配置とすると良い。

また、上記第１、第３実施形態では、ペダル位置・反力調整装置７に加えて反力発生装置８を備えた構造について説明した。これに対し、第２実施形態では、ペダル位置・反力調整装置７のみが備えられ、反力発生装置８については備えられていない構造を示したが、第１実施形態と同様に反力発生装置８を備えた構造とすることもできる。

また、上記第１、第２実施形態ではブレーキペダル２に対して反力を発生させるためにバネ１９の弾性力を用い、かつ、省スペース化を図るために、バネ１９を支持軸１８と同軸的に配置できる捩りバネによって構成している。また、第３実施形態では圧縮コイルスプリング４０を用いている。しかしながら、カム１７に対して弾性力を付与するためのバネ手段を必ずしもバネ１９や圧縮コイルスプリング４０のようなバネ単体とする必要はない。例えば、ストロークシミュレータのようなシリンダ内にバネが配置された構造であっても構わない。

さらに、上記第１〜第２実施形態では、カム１７とバネ１９とを別体とし、カム１７に対して捩りバネにて構成されたバネ１９の弾性力が伝えられることで、反力を発生させるようにしている。しかしながら、バネ１９の一端をカムフォロワ１６側まで延ばし、特許文献１のようにバネ１９の一端をカム１７として昨日させる構造としても良い。このような構造としても、第１、第２実施形態と同様の構造にできる。また、この場合にも、バネ１９の一端の形状をカム１７の面１７ａのように構成することで、所望の反力特性とすることができる。

なお、上記第１〜第３実施形態では、ペダル装置としてブレーキペダル装置１を例に挙げて説明したが、その他のペダル装置、具体的にはアクセルペダル装置に対しても本発明を適用することができる。

１…ブレーキペダル装置、２…ブレーキペダル、３…ペダル部、４…ペダルアーム、７…反力調整装置、８…反力発生装置、９ａ、９ｂ…操作スイッチ、１０…車体壁面、１０ａ…床面、１１…ブラケット、１２…回転軸、１３…電動モータ、１４…ネジ機構、１５…ストッパ部、１６…カムフォロワ、１７…カム、１８…支持軸、１９…バネ、２０…ストッパ部、２０…固定部、２１…ネジ機構、２２…電動モータ、３０…固定部、４０…圧縮コイルスプリング、４１…支持部

Claims (9)

1. ペダル部（３）とペダルアーム（４）とを有し、車体壁面（１０）に対して保持される回転軸（１２）を中心として揺動するペダル（２）と、
   前記ペダルアーム（４）に備えられ、前記ペダル（２）の揺動に伴って、前記回転軸を中心とする移動軌跡で移動させられるカムフォロワ（１６）と、
   前記車体壁面（１０）に保持される支持軸（１８）に回動可能に支持されると共に、前記カムフォロワ（１６）と接する面（１７ａ）を有し、前記カムフォロワ（１６）の移動に伴って前記支持軸（１８）に対して回転させられるカム（１７）と、
   前記ペダル（２）が踏み込まれるときに前記カム（１７）が前記支持軸（１８）に対して回転させられる方向と反対方向に、前記カム（１７）の回転角が大きくなるほど大きな付勢力を前記カム（１７）に対して付与するバネ手段（１９、４０）とを具備し、
   前記カムフォロワ（１７）の軌道の接線方向と前記カムフォロワ（１６）が前記カム（１７）から受ける力方向とのなす軸受角度（θ１）が、前記ペダル（２）のペダルストロークの増加に伴って減少することを特徴とするペダル装置。
2. 前記カム（１７）が前記カムフォロワ（１６）から受ける力方向と前記カム（１７）の回転方向との為す接触角度（θ２）が、前記ペダル（２）のペダルストロークの増加に伴って増加することを特徴とする請求項１に記載のペダル装置。
3. 前記支持軸（１８）の中心から前記カム（１７）と前記カムフォロワ（１６）との接触点との距離（Ｌ）が、前記ペダル（２）のペダルストロークの増加に伴って減少することを特徴とする請求項１または２に記載のペダル装置。
4. 前記カム（１７）における前記カムフォロワ（１６）と接する面（１７ａ）は、前記ペダル（２）のペダルストロークの増加に対する前記カム（１７）の回転角度の増加率が大きくなる形状とされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のペダル装置。
5. 前記カム（１７）は、前記回転軸（１２）と前記カムフォロワ（１６）との間に延在することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のペダル装置。
6. 前記カム（１７）における前記カムフォロワ（１６）と接する面（１７ａ）は、前記ペダル（２）が踏み込まれる前の初期位置において前記カムフォロワ（１６）と接触する平坦面（１７ｂ）と、前記カムフォロワ（１６）が前記ペダル（２）が踏み込まれて前記平坦面（１７ｂ）を摺動移動させられてから接する傾斜面（１７ｃ）とを具備することを特徴とする請求項４に記載のペダル装置。
7. 前記ペダル（２）の踏み込み方向前後に前記ペダルアーム（４）を移動させることで該ペダル（２）の初期位置の調整を行うと共に、該初期位置の調整に伴って、前記バネ手段（１９、４０）が前記カム（１７）に付与する付勢力に基づいて前記ペダル（２）に発生させられる反力の調整を行うペダル位置・反力調整装置（７）を具備していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のペダル装置。
8. 前記バネ手段は、前記支持軸（１８）に対して巻回された捩りバネ（１９）であり、該支持軸（１８）に対して同軸的に配置されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のペダル装置。
9. 前記捩りバネ（１９）の一端は前記カム（１７）におけるストッパ部（１７ｆ）にて係止されており、前記捩りバネ（１９）の他端は前記捩りバネ（１９）の撓み量を調整することにより前記反力の調整を行う調整部（２０〜２２）に固定されていることを特徴とする請求項８に記載のペダル装置。

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