JP2019215270A - Tread force detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車のブレーキペダルなど足で踏む動作によって操作を行うペダルに加えられた踏力を検出する踏力検出装置に関する。 The present invention relates to a pedaling force detection device that detects a pedaling force applied to a pedal that is operated by stepping on a foot such as a brake pedal of an automobile.
自動車の自動運転化に対する要求の高まりに伴い、ブレーキに対しても高い冗長性が求められている。すなわち、何らかの異常が発生した場合にもブレーキペダルに加えられた踏力を検知可能とする予備的な機構を設けることが求められている。特許文献１には、踏力に基づいて電気制御でブレーキをかける電動ブレーキ装置において、ブレーキ時の踏力をより正確に検出するための機構を備えたブレーキ踏力検出装置が記載されている。 With increasing demand for automatic driving of automobiles, high redundancy is also required for brakes. That is, it is required to provide a preliminary mechanism that can detect the pedaling force applied to the brake pedal even when some abnormality occurs. Patent Literature 1 discloses a brake tread force detection device including a mechanism for more accurately detecting a tread force at the time of braking in an electric brake device that applies a brake by electric control based on a tread force.
特許文献１のブレーキ踏力検出装置は、ブレーキペダルの可動部であるパッドに設置されている。このため、固定部に固定されたコネクタに接続するため、電気の供給や出力の伝送に用いられるワイヤーハーネス（電線）をブレーキペダルおよびブレーキアームなどの可動部に引き回して固定しなければならない。ワイヤーハーネスを可動部に引き回すことは、断線のリスク（危険）が高くなる、組立が複雑になる、製造コストが高くなるなど種々の問題の原因となり得る。
本発明の目的は、ワイヤーハーネスの断線のリスクが低く、組立が容易であり、ワイヤーハーネスに要する製造コストが低い踏力検出装置を提供することである。
The brake depression force detection device of Patent Document 1 is installed on a pad that is a movable portion of a brake pedal. For this reason, in order to connect to a connector fixed to the fixed portion, a wire harness (electric wire) used for supplying electricity and transmitting output must be routed and fixed to a movable portion such as a brake pedal and a brake arm. Routing the wire harness around the movable part may cause various problems such as an increased risk (risk) of disconnection, complicated assembly, and increased manufacturing cost.
An object of the present invention is to provide a pedaling force detection device that has a low risk of disconnection of a wire harness, is easy to assemble, and has a low manufacturing cost for the wire harness.
上記目的を達成する手段として、本発明は以下の構成を備えている。
踏力を受けるペダルと、一端に前記ペダルを有するペダルアームと、前記ペダルアームの他端側に設けられたシャフトと、前記シャフトを保持する保持部を有しており、前記保持部に保持された前記シャフトを回転軸として、前記ペダルアームが回転可能に取り付けられたハウジングと、前記踏力を検出する踏力検出部と、を備えており、前記踏力検出部が前記ハウジングに設けられ、前記ハウジングの歪みに基づいて前記踏力を検出することを特徴とする踏力検出装置。
As means for achieving the above object, the present invention has the following configuration.
A pedal that receives a pedaling force, a pedal arm having the pedal at one end, a shaft provided at the other end of the pedal arm, and a holding portion that holds the shaft, and is held by the holding portion. A housing on which the pedal arm is rotatably mounted with the shaft as a rotation axis; and a tread force detection unit that detects the tread force. The tread force detection unit is provided in the housing, and distortion of the housing is provided. A treading force detecting device for detecting the treading force based on the treading force.
踏力検出部は、ハウジングに取り付けられ、ハウジングの歪みに基づいてペダルに加えられた踏力を検出する。このため、ペダル、ペダルアームおよびシャフトのような可動部に引き回して、踏力検出部の検出結果を出力するための配線を設ける必要がない。ハウジングは自動車等に固定されるから、踏力検出部をハウジングに取り付けることにより、ペダルアームの動きに伴って踏力検出部の自動車等に対する位置が変化しない。したがって、ペダルなどの可動部に取り付けられた場合よりも、配線に断線が発生するリスク（危険）が低くなる。また、配線をまとめたワイヤーハーネスを可動部に引き回す必要がないから、組み立てが容易になり、ワイヤーハーネスに要するコストを抑制できる。 The pedaling force detector is attached to the housing, and detects a pedaling force applied to the pedal based on distortion of the housing. For this reason, there is no need to provide wiring for outputting the detection result of the treading force detection unit by routing to a movable unit such as a pedal, a pedal arm, and a shaft. Since the housing is fixed to the vehicle or the like, the position of the pedal force detection unit with respect to the vehicle or the like does not change with the movement of the pedal arm by attaching the pedal force detection unit to the housing. Therefore, the risk (danger) of the occurrence of disconnection in the wiring is lower than in the case where it is attached to a movable part such as a pedal. In addition, since it is not necessary to route the wire harness in which the wirings are arranged around the movable part, the assembly becomes easy, and the cost required for the wire harness can be suppressed.
踏力検出装置は、前記シャフトが、前記ペダルアームの両側にそれぞれ突出しており、前記ハウジングが前記保持部を二つ有しており、二つの前記保持部のそれぞれが両側に突出した前記シャフトを保持していることが好ましい。 In the pedaling force detection device, the shaft protrudes on both sides of the pedal arm, the housing has two holding portions, and the two holding portions hold the shaft protruding on both sides. Preferably.
ハウジングが二つの保持部によってシャフトの両端を保持する構成により、ペダルアームからの力を分散できるから、ハウジングが破壊される危険が小さくなる。また、ペダルアームの両側に設けられたシャフトは、片側にのみ設けられたシャフトよりも、ペダルアームからの力によるシャフト自体に生じる撓みが小さくなる。したがって、ペダルを踏み込んだときのフィーリングが良好になり、また、踏力を確実にハウジングに伝えることができる。 With the configuration in which the housing holds both ends of the shaft by the two holding portions, the force from the pedal arm can be dispersed, so that the risk of breaking the housing is reduced. In addition, the shafts provided on both sides of the pedal arm have less flexing of the shaft itself due to the force from the pedal arm than the shaft provided only on one side. Therefore, the feeling when the pedal is depressed is improved, and the pedaling force can be reliably transmitted to the housing.
前記踏力検出部が、前記シャフトと前記保持部との間に配置されていてもよい。シャフトと保持部との間に踏力検出部を配置すれば、踏力検出部によってペダルアームからシャフトに加えられた力を受ける部分の歪みを検出することができる。 The treading force detecting section may be arranged between the shaft and the holding section. By disposing the treading force detecting unit between the shaft and the holding unit, it is possible to detect distortion of a portion that receives a force applied to the shaft from the pedal arm by the treading force detecting unit.
前記ハウジングが薄肉部を有しており、前記踏力検出部が前記薄肉部に配置された構成としても良い。
この構成によれば、ペダルアームからハウジングに加えられた力が薄肉部に集中するから、薄肉部に配置された踏力検出部によって踏力を検出することが容易になる。
The housing may have a thin portion, and the treading force detecting portion may be arranged in the thin portion.
According to this configuration, the force applied from the pedal arm to the housing concentrates on the thin portion, so that it is easy to detect the treading force by the treading force detector disposed in the thin portion.
前記踏力検出部は、一方の面に歪み量の変化にともなって抵抗値が変化する歪み抵抗が形成され、他方の面に前記歪み抵抗の抵抗値を電圧値に変換する変換回路が形成された回路基板を有し、前記回路基板は、前記一方の面または前記他方の面が、前記ハウジングから離れた状態で、前記ハウジングに対向し、前記ハウジングの歪みに対応して歪みが生じるように前記ハウジングに固定されており、前記歪み抵抗の抵抗値を前記変換回路が変換した電圧値から前記踏力を算出する演算部を備えた構成としてもよい。
前記歪み抵抗が、ホイートストンブリッジを構成していてもよい。
この構成によれば、歪み抵抗の抵抗値の変化に基づいてハウジングの歪みに応じた回路基板の変形を検知し、踏力を算出することができる。
In the pedaling force detection unit, a strain resistor whose resistance value changes with a change in strain amount is formed on one surface, and a conversion circuit that converts the resistance value of the strain resistor into a voltage value is formed on the other surface. A circuit board, wherein the circuit board faces the housing in a state where the one surface or the other surface is away from the housing, and the circuit board is distorted in accordance with distortion of the housing. It is good also as composition provided with a calculation part fixed to a housing and calculating the stepping force from the voltage value which the conversion circuit converted the resistance value of the distortion resistance.
The strain resistance may constitute a Wheatstone bridge.
According to this configuration, it is possible to detect the deformation of the circuit board according to the distortion of the housing based on the change in the resistance value of the distortion resistance, and calculate the pedaling force.
前記踏力検出部が、カバー部材を有し、前記カバー部材が、前記ハウジングの面に対向する対向面と、前記対向面の周囲を取り囲む側面と、前記側面の前記対向面とは反対側の開口と、前記対向面、前記側面および前記開口により囲まれた収納部と、を有し、前記回路基板は、前記一方の面または前記他方の面が前記開口を臨んで、前記収納部内の前記対向面に固定されており、前記カバー部材は、前記対向面が前記ハウジングの表面に対向して、前記ハウジングに固定されている構成としてもよい。
カバー部材内の収納部に配置することにより、回路基板を保護することができる。
The pedaling force detection unit has a cover member, and the cover member has a facing surface facing the surface of the housing, a side surface surrounding the periphery of the facing surface, and an opening on the side of the side surface opposite to the facing surface. And a storage portion surrounded by the facing surface, the side surface, and the opening, wherein the circuit board is configured such that the one surface or the other surface faces the opening, and the facing portion in the storage portion is facing the opening. The cover member may be fixed to a surface, and the cover member may be fixed to the housing with the facing surface facing the surface of the housing.
The circuit board can be protected by disposing the circuit board in the storage section in the cover member.
前記踏力検出部が、歪み量の変化にともなって抵抗値が変化する歪み抵抗を有しており、前記ハウジングの表面に配置された構成としてもよい。 The treading force detecting section may have a strain resistance whose resistance value changes with a change in the strain amount, and may be arranged on a surface of the housing.
本発明のペダル装置は、前記ペダルの移動量を検出可能な移動量検出装置と、本発明の踏力検出装置と、を備えている。
移動量検出装置および踏力検出装置によりペダルに加えられた操作を検出することで、冗長性の良好なペダル装置となる。
A pedal device of the present invention includes a movement amount detection device capable of detecting the movement amount of the pedal, and a pedaling force detection device of the invention.
By detecting the operation applied to the pedal by the movement amount detecting device and the pedaling force detecting device, the pedal device has good redundancy.
本発明の踏力検出装置はハウジングの歪みに基づいて踏力を検出するから、自動車などの本体に固定されたハウジングに踏力検出部が設けられる。踏力検出部をハウジングに設けることにより、ペダルやペダルアームなどの可動部に、踏力検出部から外部への出力配線用のワイヤーハーネスを設ける必要がなくなる。ハウジングはペダル操作に伴って本体に対する位置が変化しないから、ペダル操作によって出力配線に断線が発生するリスク（危険）が低くなる。また、可動部に配線を設ける必要がなくなることにより、組み立てが容易になり、配線のワイヤーハーネスに要するコストを抑制できる。 Since the treading force detecting device of the present invention detects treading force based on distortion of the housing, a treading force detecting section is provided in a housing fixed to a main body of an automobile or the like. By providing the treading force detection unit in the housing, it is not necessary to provide a wire harness for output wiring from the treading force detection unit to the outside in a movable unit such as a pedal or a pedal arm. Since the position of the housing relative to the main body does not change with the pedal operation, the risk (danger) of disconnection of the output wiring due to the pedal operation is reduced. In addition, since there is no need to provide a wiring in the movable portion, assembly becomes easy, and the cost required for the wiring harness of the wiring can be suppressed.
以下、図を参照して、本発明の実施形態を説明する。各図における同じ部材には同じ番号を付して、説明を省略する。
図１および図２は、本実施形態に係る踏力検出装置１の構造を概略的に示す側面図および平面図である。これらの図に示すように、本発明の踏力検出装置１は、踏力を受けるペダル２と、ペダル２を一端に保持するペダルアーム３と、ペダルアーム３の他端側に設けられたシャフト４と、自動車などの本体５０に固定されるハウジング５と、踏力を検出する踏力検出部６と、を備えている。ハウジング５は、シャフト４を保持する保持部７を有している。ペダルアーム３は、保持部７に保持されたシャフト４を回転中心として回転可能な状態でハウジング５に取り付けられている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The same members in each drawing are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
1 and 2 are a side view and a plan view schematically showing the structure of a pedal effort detection device 1 according to the present embodiment. As shown in these drawings, the pedaling force detecting device 1 of the present invention includes a pedal 2 that receives a pedaling force, a pedal arm 3 that holds the pedal 2 at one end, and a shaft 4 that is provided at the other end of the pedal arm 3. And a housing 5 fixed to a main body 50 of an automobile or the like, and a treading force detector 6 for detecting a treading force. The housing 5 has a holding portion 7 for holding the shaft 4. The pedal arm 3 is attached to the housing 5 so as to be rotatable around the shaft 4 held by the holding section 7 as a center of rotation.
踏力検出装置１は、例えば、自動車のブレーキのペダル装置６０の一部として用いられる。この場合、ペダル２に加えられた踏力の測定手段としての踏力検出部６とペダルアーム３の回転角度（移動量）を測定する手段としての回転角度測定部６１が、ハウジング５に設けられて用いられることがある。 The pedaling force detection device 1 is used, for example, as a part of a brake pedal device 60 of an automobile. In this case, a pedaling force detecting unit 6 as a unit for measuring the pedaling force applied to the pedal 2 and a rotation angle measuring unit 61 as a unit for measuring the rotation angle (movement amount) of the pedal arm 3 are provided in the housing 5 and used. May be
ペダル２に踏力が加えられると、シャフト４を回転軸（中心）としてペダルアーム３が図１に白抜き矢印で示した方向に移動する。ペダル装置６０にはペダル２およびペダルアーム３を初期位置に戻すための弾性体８が設けられている。ペダルアーム３が移動すると移動距離（移動量）に応じて、ペダルアーム３の取付部９とハウジング５との間に設けられた弾性体８からペダルアーム３に対して、弾性力（反発力）が加えられる。ペダル２は踏力と弾性力とが等しくなった位置で停止する。踏力検出部６の詳細については後述するが、このように弾性体８からの反発力も加わることから、ペダル２を踏み込むことでハウジング５にも踏力と関係性のある力が加わる。そのため、その力により発生するハウジング５の歪みを計測することで踏力を算出することが可能である。 When a pedaling force is applied to the pedal 2, the pedal arm 3 moves in the direction indicated by the white arrow in FIG. 1 around the shaft 4 as the rotation axis (center). The pedal device 60 is provided with an elastic body 8 for returning the pedal 2 and the pedal arm 3 to their initial positions. When the pedal arm 3 moves, an elastic force (repulsive force) is applied to the pedal arm 3 from an elastic body 8 provided between the mounting portion 9 of the pedal arm 3 and the housing 5 according to the moving distance (movement amount). Is added. The pedal 2 stops at a position where the pedaling force and the elastic force are equal. Although the details of the treading force detecting section 6 will be described later, since the repulsive force from the elastic body 8 is also applied in this way, when the pedal 2 is depressed, a force related to the treading force is applied to the housing 5. Therefore, it is possible to calculate the pedaling force by measuring the distortion of the housing 5 generated by the force.
ペダル装置６０が回転角度測定部６１および踏力検出部６を備え、回転角度（踏み込み量）と踏力を同時に測定することで、ペダル装置６０の冗長性が向上する。ただし、回転角度と踏力を同時に測定するのではなく、両者を別々に測定する構成としてもよい。 The pedal device 60 includes the rotation angle measuring unit 61 and the pedaling force detecting unit 6, and measures the rotation angle (the amount of depression) and the pedaling force at the same time, thereby improving the redundancy of the pedal device 60. However, a configuration may be adopted in which the rotation angle and the pedaling force are not measured simultaneously, but both are measured separately.
シャフト４は、ペダルアーム３の両側からそれぞれ突出している。ここで、ペダルアーム３の両側からそれぞれ突出するとは、Ｙ軸方向に沿ってペダルアーム３がシャフト４に挟まれていることをいう。また、ハウジング５もペダルアーム３の他端側を挟むように対向する保持部７を二つ有しており、二つの保持部７のそれぞれが両側に突出したシャフト４を保持している。このように、ペダルアーム３は、両持ち支持構造によって、シャフト４を介してハウジング５の保持部７に保持されている。両持ち支持構造によって、ペダルアーム３からの力によるシャフト４自身の撓みを抑えるとともに、ハウジング５の強度が高くなる。ブレーキ時に足に伝わる感触（フィーリング）および信頼性の観点から、両持ち支持構造が好ましい。ただし、ペダルアーム３をハウジングに保持する機構は、ペダルアーム３の片側のみから突出したシャフト４を一つの保持部７によって保持する片持ち支持構造であってもよい。 The shafts 4 project from both sides of the pedal arm 3, respectively. Here, projecting from both sides of the pedal arm 3 means that the pedal arm 3 is sandwiched between the shafts 4 along the Y-axis direction. The housing 5 also has two holding portions 7 opposed to each other so as to sandwich the other end of the pedal arm 3, and each of the two holding portions 7 holds the shaft 4 projecting to both sides. As described above, the pedal arm 3 is held by the holding portion 7 of the housing 5 via the shaft 4 by the double-sided support structure. With the double-support structure, the flexure of the shaft 4 itself due to the force from the pedal arm 3 is suppressed, and the strength of the housing 5 is increased. From the viewpoint of feeling (feel) transmitted to the foot during braking and reliability, a dual-support structure is preferable. However, the mechanism for holding the pedal arm 3 in the housing may be a cantilever support structure in which the shaft 4 protruding from only one side of the pedal arm 3 is held by one holding portion 7.
図１、２には、二つの保持部７のうちの一方に踏力検出部６が配置された態様を示した。しかし、ハウジング５において、踏力検出部６が設けられる位置は保持部７に限られるものではない。踏力検出部６は、ペダルアーム３からの力がシャフト４を介してハウジング５に加えられることによって歪みが生じる部分に配置すればよい。ただし、踏力検出部６によってペダル２に加えられた踏力を確実に検出する観点から、ハウジング５における歪みの大きな部分に配置することが好ましい。 FIGS. 1 and 2 show a mode in which the treading force detecting unit 6 is arranged on one of the two holding units 7. However, in the housing 5, the position at which the treading force detection unit 6 is provided is not limited to the holding unit 7. The pedaling force detector 6 may be arranged at a portion where distortion occurs when a force from the pedal arm 3 is applied to the housing 5 via the shaft 4. However, from the viewpoint of reliably detecting the treading force applied to the pedal 2 by the treading force detection unit 6, it is preferable to dispose it at a portion of the housing 5 where distortion is large.
図３は、本実施形態に係る踏力検出装置１の変形例の構造を概略的に示す平面図である。図４は、図３の一点鎖線で囲んだ部分Ｐを白抜き矢印方向に見た構造を概略的に示す部分側面図である。図３、図４に示す踏力検出装置１は、対向する保持部７を連結する連結部１０ではなく保持部７に薄肉部１１を備えており、一方の保持部７に設けられた薄肉部１１に踏力検出部６を備えている。ハウジング５の一部に薄肉部１１を設けることにより、ペダルアーム３からハウジング５に加えられた力を薄肉部１１に集中させて、薄肉部１１の表面の歪みを大きくすることができる。したがって、薄肉部１１に踏力検出部６を設けることにより、ハウジング５の歪みを測定することが容易になる。図３に示すように、薄肉部１１を一方の保持部７に設けた構成を示したが、薄肉部１１を設ける位置はこれに限られるものではない。ただし、ペダルアーム３からハウジング５に加えられた力により生じる歪みが大きいから、連結部１０よりも保持部７に薄肉部１１を設けることが好ましい。 FIG. 3 is a plan view schematically showing a structure of a modification of the pedal effort detection device 1 according to the present embodiment. FIG. 4 is a partial side view schematically showing a structure in which a portion P surrounded by a dashed line in FIG. 3 is viewed in a white arrow direction. The treading force detecting device 1 shown in FIGS. 3 and 4 includes a thin portion 11 on the holding portion 7 instead of the connecting portion 10 connecting the opposing holding portions 7, and the thin portion 11 provided on one of the holding portions 7. Is provided with a treading force detector 6. By providing the thin portion 11 in a part of the housing 5, the force applied from the pedal arm 3 to the housing 5 can be concentrated on the thin portion 11, and the distortion of the surface of the thin portion 11 can be increased. Therefore, by providing the treading force detector 6 on the thin portion 11, it becomes easy to measure the distortion of the housing 5. As shown in FIG. 3, the configuration in which the thin portion 11 is provided on one of the holding portions 7 is shown, but the position where the thin portion 11 is provided is not limited to this. However, since the distortion generated by the force applied to the housing 5 from the pedal arm 3 is large, it is preferable to provide the holding portion 7 with the thin portion 11 rather than the connecting portion 10.
図５は、本発明の実施形態に係る踏力検出装置１の他の変形例の構造を概略的に示す側面図である。同図に示すように、踏力検出部６が、シャフト４と保持部７との間に配置された構成としてもよい。シャフト４と保持部７との間に踏力検出部６を配置すれば、踏力検出部６はハウジング５の歪みとともにシャフト４から直接加えられた力をも検出することができるから、検知精度が高くなる。このような位置に配置する踏力検出部６には、シャフト４の外形に対応した円筒形状の歪み検出素子を用いることができる。 FIG. 5 is a side view schematically showing the structure of another modification of the pedal effort detection device 1 according to the embodiment of the present invention. As shown in the drawing, the pedaling force detection unit 6 may be configured to be disposed between the shaft 4 and the holding unit 7. If the treading force detecting unit 6 is arranged between the shaft 4 and the holding unit 7, the treading force detecting unit 6 can detect not only the distortion of the housing 5 but also the force directly applied from the shaft 4, so that the detection accuracy is high. Become. As the treading force detector 6 disposed at such a position, a cylindrical strain detecting element corresponding to the outer shape of the shaft 4 can be used.
なお、図５では、シャフト４を取り囲むように踏力検出部６が設けられた態様を示している。しかし、この態様は一例でありシャフト４と保持部７との間の全部に踏力検出部６が設けられていなくてもよい。両者の間の一部に踏力検出部６が設けられていれば、精度良く歪みを検知することができる。 FIG. 5 shows an aspect in which the treading force detector 6 is provided so as to surround the shaft 4. However, this embodiment is an example, and the treading force detection unit 6 may not be provided entirely between the shaft 4 and the holding unit 7. If the pedaling force detector 6 is provided in a part between the two, distortion can be detected with high accuracy.
踏力検出部６は、ハウジング５の歪み量を検知し、検知した歪み量に基づいて踏力を検出するもの、すなわち、測定したハウジング５の歪み量を信号として取り出すものである。踏力検出部６の構造について図６〜図９を参照して以下に説明する。 The pedaling force detector 6 detects the amount of distortion of the housing 5 and detects the pedaling force based on the detected amount of distortion, that is, extracts the measured amount of distortion of the housing 5 as a signal. The structure of the treading force detector 6 will be described below with reference to FIGS.
図６は踏力検出部６の構造を示す分解斜視図であり、図７はハウジング５に取り付けられた踏力検出部６の構造を示す断面図である。これらの図に示すように、踏力検出部６は、回路基板２０の二つの面のうちのいずれかが、ハウジング５の表面から離れた状態でハウジング５の表面に対向して、二つの固定用ナット２９によってハウジング５に固定されている。ハウジング５の表面に歪みが生じた場合、生じた歪みに対応して回路基板２０にも歪みが生じる。 FIG. 6 is an exploded perspective view showing the structure of the treading force detector 6, and FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of the treading force detector 6 attached to the housing 5. As shown in these figures, the treading force detector 6 is configured such that one of the two surfaces of the circuit board 20 is opposed to the surface of the housing 5 while being separated from the surface of the housing 5, and the two It is fixed to the housing 5 by a nut 29. When the surface of the housing 5 is distorted, the circuit board 20 is also distorted in accordance with the generated distortion.
回路基板２０の一方の面２０Ａには、抵抗２１が形成されている。回路基板２０の一方の面２０Ａの反対側の他方の面２０Ｂには、抵抗２１の抵抗値を電圧値に変換する変換回路２２が形成されている。また、他方の面２０Ｂには、抵抗２１の抵抗値を変換回路２２が変換した電圧値に基づいた信号を外部に出力するコネクタ部２３を備えている。踏力検出部６がハウジング５に取り付けられた状態において、カバー部材２５の開口部２８を介して外部の機器と接続可能な位置にコネクタ部２３が取り付けられる。回路基板２０はネジ２４を用いてカバー部材２５の内側の対向面２５Ａに取り付けられる。 A resistor 21 is formed on one surface 20A of the circuit board 20. A conversion circuit 22 that converts the resistance value of the resistor 21 into a voltage value is formed on the other surface 20B opposite to the one surface 20A of the circuit board 20. The other surface 20B is provided with a connector section 23 for outputting a signal based on a voltage value obtained by converting the resistance value of the resistor 21 by the conversion circuit 22 to the outside. When the treading force detector 6 is attached to the housing 5, the connector 23 is attached at a position where it can be connected to an external device via the opening 28 of the cover member 25. The circuit board 20 is attached to the opposing surface 25 </ b> A inside the cover member 25 using screws 24.
抵抗値を電圧値に変換する変換回路２２は、抵抗値に基づいて踏力を算出する演算部としての機能を備えていても良い。変換回路２２が演算部としての機能を備えている場合、コネクタ部２３から出力される信号から直接踏力に関する情報が得られる。なお、変換回路２２は、演算部としての機能を備えていない場合、コネクタ部２３から出力される信号が外部の演算装置による踏力の算出に用いられる。 The conversion circuit 22 that converts the resistance value to the voltage value may have a function as a calculation unit that calculates the pedaling force based on the resistance value. When the conversion circuit 22 has a function as an arithmetic unit, information on the treading force can be directly obtained from the signal output from the connector unit 23. When the conversion circuit 22 does not have a function as a calculation unit, a signal output from the connector unit 23 is used for calculating a pedaling force by an external calculation device.
踏力検出部６は、カバー部材２５の内に回路基板２０が取り付けられた状態でハウジング５に固定される。カバー部材２５は、ハウジング５に固定された状態において、ハウジング５の表面に対向する対向面２５Ａ、対向面２５Ａの周囲を取り囲む側面２５Ｂ、およびハウジング５の表面に接する側面２５Ｂの端によって形成される開口２５Ｃと、を備えている。対向面２５Ａ、側面２５Ｂおよび開口２５Ｃにより囲まれた、内部空間が回路基板２０の収納部２５Ｄである。回路基板２０は、収納部２５Ｄ内の対向面２５Ａに、一方の面２０Ａまたは他方の面２０Ｂが開口２５Ｃを臨んで（開口２５Ｃの方向を向いて）配置されている。また、回路基板２０は、対向面２５Ａから離れて配置されている。 The treading force detector 6 is fixed to the housing 5 with the circuit board 20 attached inside the cover member 25. When fixed to the housing 5, the cover member 25 is formed by an opposite surface 25 </ b> A facing the surface of the housing 5, a side surface 25 </ b> B surrounding the periphery of the opposite surface 25 </ b> A, and an end of the side surface 25 </ b> B contacting the surface of the housing 5. Opening 25C. The internal space surrounded by the facing surface 25A, the side surface 25B, and the opening 25C is a storage portion 25D of the circuit board 20. The circuit board 20 has one surface 20A or the other surface 20B facing the opening 25C (facing toward the opening 25C) on the opposing surface 25A in the storage portion 25D. Further, the circuit board 20 is disposed apart from the facing surface 25A.
カバー部材２５は、対向面２５Ａがハウジング５の表面に対向して配置され、収納部２５Ｄを挟んで対向する箇所（図７におけるＺ軸方向の両側）に設けられるとともに開口２５Ｃから対向面２５Ａに向かう方向（図７におけるＸ軸方向）に貫通して形成された二つの挿入孔２６に挿入された固定用ナット２９によって、ハウジング５の表面に固定されている。挿入孔２６と固定用ナットの間には、円筒状のガイド２７が設けられている。この構成により、カバー部材２５の開口２５Ｃをハウジング５の表面に密着させ、ハウジング５の表面に生じた歪みがカバー部材２５を介して回路基板２０に伝わる。 The cover member 25 has the facing surface 25A facing the surface of the housing 5, and is provided at a location (both sides in the Z-axis direction in FIG. 7) facing the housing portion 25D, and is provided from the opening 25C to the facing surface 25A. It is fixed to the surface of the housing 5 by fixing nuts 29 inserted into two insertion holes 26 formed to penetrate in the direction (X-axis direction in FIG. 7). A cylindrical guide 27 is provided between the insertion hole 26 and the fixing nut. With this configuration, the opening 25 </ b> C of the cover member 25 is brought into close contact with the surface of the housing 5, and the distortion generated on the surface of the housing 5 is transmitted to the circuit board 20 via the cover member 25.
図８は回路基板２０において抵抗２１が形成された一方の面２０Ａの構造を概略的に示す平面図である。同図に示すように、回路基板２０の一方の面２０Ａに設けられた抵抗２１は、回路基板２０の歪み量の変化にともなって抵抗値が変化する歪み抵抗２１ａと、抵抗値が一定の固定抵抗２１ｂとが、四つずつ設けられている。歪み抵抗２１ａと固定抵抗２１ｂとを用いてホイートストンブリッジ３０（図９参照）を構成することにより、回路基板２０の歪みに伴って変化する電圧を出力することができる。 FIG. 8 is a plan view schematically showing the structure of one surface 20A of the circuit board 20 on which the resistor 21 is formed. As shown in the figure, a resistor 21 provided on one surface 20A of the circuit board 20 has a strain resistor 21a whose resistance changes with a change in the amount of strain of the circuit board 20, and a fixed resistor having a constant resistance. Four resistors 21b are provided. By configuring the Wheatstone bridge 30 (see FIG. 9) using the distortion resistance 21a and the fixed resistance 21b, it is possible to output a voltage that changes with the distortion of the circuit board 20.
図９は、歪み抵抗２１ａを備えたホイートストンブリッジ３０の構成を示す回路図である。同図に示すように、電圧電源（Ｖｄｄ）３１と基準電位点（ＧＮＤ）３２との間を、歪み抵抗２１ａと固定抵抗２１ｂの順に接続した直列接続と、固定抵抗２１ｂと歪み抵抗２１ａの順に接続した直列接続とを、並列に接続する。各直列接続は、歪み抵抗２１ａと固定抵抗２１ｂとが反対の順で接続されているから、中点３３の電位と中点３４の電位とが、歪み抵抗２１ａの抵抗変化にともなって変化する。この中点電位の変化を差動増幅器３５により増幅して出力する。差動増幅器３５から出力される中点電位の差に基づく出力は、歪み抵抗２１ａによって検知されたハウジング５の歪みの大きさに対応して変化する。したがって、中点電位の差に基づく出力により、ペダル２に加えられた踏力によって生じたハウジング５の歪みを検知することができる。 FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of a Wheatstone bridge 30 including the strain resistor 21a. As shown in the drawing, a series connection in which a voltage source (Vdd) 31 and a reference potential point (GND) 32 are connected in the order of a strain resistor 21a and a fixed resistor 21b, and a fixed resistor 21b and a strain resistor 21a in this order. The connected series connection is connected in parallel. In each series connection, since the strain resistor 21a and the fixed resistor 21b are connected in the reverse order, the potential of the middle point 33 and the potential of the middle point 34 change with the resistance change of the strain resistor 21a. This change in the midpoint potential is amplified by the differential amplifier 35 and output. The output based on the difference between the midpoint potentials output from the differential amplifier 35 changes according to the magnitude of the distortion of the housing 5 detected by the distortion resistor 21a. Therefore, the distortion of the housing 5 caused by the pedaling force applied to the pedal 2 can be detected based on the output based on the difference between the midpoint potentials.
回路基板２０には、歪み抵抗２１ａと固定抵抗２１ｂとが四つずつ設けられており、ホイートストンブリッジ３０が二つ形成されている。ホイートストンブリッジ３０を複数備えることにより、ハウジング５の歪みの測定精度が増し、一方を他方の予備として使用できるから冗長性が向上する。ただし、踏力検出部６はホイートストンブリッジ３０を一つだけ備えた構成としてもよい。 The circuit board 20 is provided with four strain resistors 21a and four fixed resistors 21b, and two Wheatstone bridges 30 are formed. By providing a plurality of Wheatstone bridges 30, the accuracy of measuring the strain of the housing 5 is increased, and one can be used as a spare for the other, so that the redundancy is improved. However, the pedaling force detector 6 may be configured to include only one Wheatstone bridge 30.
図９に示した歪み抵抗２１ａと固定抵抗２１ｂとの組み合わせの代わりに、歪み抵抗２１ａの感度軸方向が異なるように配置し、歪みが生じる方向に対する感度を異ならせた二つの歪み抵抗２１ａを用いてホイートストンブリッジ３０を構成してもよい。この場合、歪み抵抗２１ａの感度軸方向が直交するように（感度軸が９０°で交差するように）配置することが好ましい。 Instead of the combination of the strain resistor 21a and the fixed resistor 21b shown in FIG. 9, two strain resistors 21a which are arranged so that the sensitivity axes of the strain resistors 21a are different from each other and have different sensitivities in the direction in which strain occurs are used. Thus, the Wheatstone bridge 30 may be configured. In this case, it is preferable that the strain resistors 21a are arranged so that the sensitivity axis directions are orthogonal (the sensitivity axes intersect at 90 °).
市販のブレーキユニットを用いて、通常状態およびスタック状態においてハウジング表面の歪みを実際に測定して、各状態においてハウジング表面に測定可能な歪みが生じること、特にＺ方向に大きな歪みが生じることを確認した。
そこで、図１０に示す線対称の構造を備えた踏力検出装置モデルについて、通常状態と、弾性体８が伸縮しなくなってペダルアーム３が動かなくなった状態（スタック状態）において、ペダルに所定の踏力が加えられた場合にハウジング５の４つの各部位（Ｐ１〜Ｐ４）に生じる歪み量をシミュレーション計算により求めた。
Using a commercially available brake unit, actually measure the distortion of the housing surface in the normal state and the stack state, and confirm that measurable distortion is generated on the housing surface in each state, and that large distortion is generated particularly in the Z direction. did.
Therefore, in the pedaling force detecting device model having the line-symmetrical structure shown in FIG. Were added to the four portions (P1 to P4) of the housing 5 to obtain the amounts of distortion by simulation calculation.
弾性体８が伸縮しなくなったスタック状態は、バネ乗数を無限大に設定することにより求めた。このため、スタック状態では、ペダル２に加えられた踏力は、ペダルアーム３における取付部９を支点とし、シャフト４を作用点として、ハウジング５に加えられる。部位Ｐ１とＰ２についてはＺ方向の歪みを求め、部位Ｐ３とＰ４についてはＸ方向の歪みを求めた。各状態についてシミュレーション計算により得られた結果を表１および表２に示す。 The stack state in which the elastic body 8 did not expand or contract was determined by setting the spring multiplier to infinity. For this reason, in the stacked state, the pedaling force applied to the pedal 2 is applied to the housing 5 with the mounting portion 9 of the pedal arm 3 as a fulcrum and the shaft 4 as an operating point. For the parts P1 and P2, the distortion in the Z direction was obtained, and for the parts P3 and P4, the distortion in the X direction was obtained. Tables 1 and 2 show the results obtained by the simulation calculation for each state.
表１および表２に示した結果から、ペダル２に加えられた踏力に応じて、ハウジング５の表面に生じる歪みの大きさも変化することが分かる。ハウジング５の複数の部位で踏力に応じて表面の歪みの大きさが変化することが確認されたことから、踏力検出部６（図１〜図５参照）を設置する部位は、周囲の取り付け可能な空間の状況などを考慮して決めればよい。 From the results shown in Tables 1 and 2, it can be seen that the magnitude of the strain generated on the surface of the housing 5 changes according to the pedaling force applied to the pedal 2. Since it has been confirmed that the magnitude of the surface distortion changes in accordance with the treading force at a plurality of portions of the housing 5, the portion where the treading force detection unit 6 (see FIGS. 1 to 5) is installed can be attached around the portion. It may be determined in consideration of the situation of a comfortable space.
１ ：踏力検出装置
２ ：ペダル
３ ：ペダルアーム
４ ：シャフト
５ ：ハウジング
６ ：踏力検出部
７ ：保持部
８ ：弾性体
９ ：取付部
１０ ：連結部
１１ ：薄肉部
２０ ：回路基板
２０Ａ ：一方の面
２０Ｂ ：他方の面
２１ ：抵抗
２１ａ ：歪み抵抗
２１ｂ ：固定抵抗
２２ ：変換回路
２３ ：コネクタ部
２４ ：ネジ
２５ ：カバー部材
２５Ａ ：対向面
２５Ｂ ：側面
２５Ｃ ：開口
２５Ｄ ：収納部
２６ ：挿入孔
２７ ：ガイド
２８ ：開口部
２９ ：固定用ナット
３０ ：ホイートストンブリッジ
３１ ：Ｖｄｄ
３２ ：ＧＮＤ
３３，３４ ：中点
３５ ：差動増幅器
５０ ：本体
６０ ：ペダル装置（移動量検出装置、ペダルモジュール）
６１ ：回転角度測定部
1: Pedal force detecting device 2: Pedal 3: Pedal arm 4: Shaft 5: Housing 6: Pedal force detecting part 7: Holding part 8: Elastic body 9: Mounting part 10: Connecting part 11: Thin part 20: Circuit board 20A: One side Surface 20B: the other surface 21: resistance 21a: distortion resistance 21b: fixed resistance 22: conversion circuit 23: connector portion 24: screw 25: cover member 25A: facing surface 25B: side surface 25C: opening 25D: storage portion 26: insertion Hole 27: Guide 28: Opening 29: Fixing nut 30: Wheatstone bridge 31: Vdd
32: GND
33, 34: Midpoint 35: Differential amplifier 50: Main body 60: Pedal device (movement amount detecting device, pedal module)
61: Rotation angle measurement unit
Claims (9)
一端に前記ペダルを有するペダルアームと、
前記ペダルアームの他端側に設けられたシャフトと、
前記シャフトを保持する保持部を有しており、前記保持部に保持された前記シャフトを回転軸として、前記ペダルアームが回転可能に取り付けられたハウジングと、
前記踏力を検出する踏力検出部と、を備えており、
前記踏力検出部が前記ハウジングに設けられ、前記ハウジングの歪みに基づいて前記踏力を検出することを特徴とする
踏力検出装置。 A pedal that receives pedal force,
A pedal arm having the pedal at one end;
A shaft provided on the other end side of the pedal arm,
A housing having a holding portion for holding the shaft, wherein the pedal arm is rotatably mounted with the shaft held by the holding portion as a rotation axis;
A treading force detecting unit that detects the treading force,
The treading force detecting device is provided in the housing, and detects the treading force based on distortion of the housing.
前記ハウジングが前記保持部を二つ有しており、二つの前記保持部のそれぞれが両側に突出した前記シャフトを保持している
請求項１に記載の踏力検出装置。 The shaft projects from both sides of the pedal arm, respectively.
The pedaling force detection device according to claim 1, wherein the housing has two of the holding portions, and each of the two holding portions holds the shaft projecting to both sides.
請求項１に記載の踏力検出装置。 The tread force detection device according to claim 1, wherein the tread force detection unit is disposed between the shaft and the holding unit.
請求項１に記載の踏力検出装置。 The treading force detecting device according to claim 1, wherein the housing has a thin portion, and the treading force detecting portion is arranged in the thin portion.
一方の面に歪み量の変化にともなって抵抗値が変化する歪み抵抗が形成され、他方の面に前記歪み抵抗の抵抗値を電圧値に変換する変換回路が形成された回路基板を有し、
前記回路基板は、前記一方の面または前記他方の面が、前記ハウジングから離れた状態で、前記ハウジングに対向し、前記ハウジングの歪みに対応して歪みが生じるように前記ハウジングに固定されており、
前記歪み抵抗の抵抗値を前記変換回路が変換した電圧値から前記踏力を算出する演算部を備えている
請求項１に記載の踏力検出装置。 The pedaling force detection unit,
A strain resistor whose resistance value changes with a change in the amount of strain is formed on one surface, and a circuit board on which a conversion circuit that converts the resistance value of the strain resistor into a voltage value is formed on the other surface,
The circuit board is fixed to the housing such that the one surface or the other surface is opposed to the housing in a state where the one surface or the other surface is separated from the housing, and distortion is generated corresponding to distortion of the housing. ,
The pedaling force detection device according to claim 1, further comprising: a calculating unit configured to calculate the pedaling force from a voltage value obtained by converting the resistance value of the distortion resistance by the conversion circuit.
請求項５に記載の踏力検出装置。 The pedaling force detection device according to claim 5, wherein the distortion resistance forms a Wheatstone bridge.
前記カバー部材が、前記ハウジングの面に対向する対向面と、前記対向面の周囲を取り囲む側面と、前記側面の前記対向面とは反対側の開口と、前記対向面、前記側面および前記開口により囲まれた収納部と、を有し、
前記回路基板は、前記一方の面または前記他方の面が前記開口を臨んで、前記収納部内の前記対向面に固定されており、
前記カバー部材は、前記対向面が前記ハウジングの表面に対向して、前記ハウジングに固定されている
請求項５に記載の踏力検出装置。 The pedaling force detection unit has a cover member,
The cover member has a facing surface facing the surface of the housing, a side surface surrounding the periphery of the facing surface, an opening opposite to the facing surface of the side surface, and the facing surface, the side surface and the opening. And an enclosed storage unit,
The circuit board has the one surface or the other surface facing the opening, and is fixed to the facing surface in the storage portion,
The pedaling force detecting device according to claim 5, wherein the cover member is fixed to the housing with the facing surface facing the surface of the housing.
請求項１ないし８のいずれか一項に記載の踏力検出装置と、を備えたペダル装置。 A movement amount detection device capable of detecting the movement amount of the pedal,
A pedal device comprising: the pedaling force detection device according to any one of claims 1 to 8.
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