JP4203363B2 - 車両用の操作装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用の操作装置に関し、特に、スプリング（以下、ばねという）、電動モータ、及び電磁ブレーキを組み合わせてアクセルペダルの踏み込み荷重及びアクセルペダルの戻し荷重を発生させる車両用の操作装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両におけるレバーやペダルは運転者が操作する入力装置であり、これらを操作すると一般には手や足に対して一定の操作荷重が得られるが、この操作荷重をシフトレバーやアクセルペダルの操作に応じて発生させている。このような、シフトレバーやアクセルペダルを入力装置としてだけではなく、出力装置として機能させる技術がある。これをハプティックデバイス（haptic（触覚）device）と呼んでいる。
【０００３】
前記技術の内容を説明する装置として、本出願人は、特願２００２−１０１８６０号「車両用アクセルペダル装置」を出願している。図１０は従来の車両用アクセルペダル装置の構成を示すブロック図であり、図１１は従来の車両用アクセルペダル装置の動作を説明するグラフである。図１１のグラフに示すように、縦軸の下方から、踏み込み量信号ＦＳ、スロットル開度θＴＨ、変速情報ＴＪ、引張コイルばねのばね荷重による操作荷重ＲＴ、ペダル操作荷重付与手段としての電動モータによる操作荷重ＲＭ、そして、このような操作荷重ＲＴと操作荷重ＲＭとの和であるペダル操作荷重ＲＰ２を表し、横軸はペダル踏み込み量ＰＳを表す。
【０００４】
先ず、図１０及び図１１に示すように、運転者が運転中にアクセルペダル１５（図１０参照）を踏むと、踏み込み量信号ＦＳ（図１１参照）はペダル踏み込み量ＰＳがＳ１になったときから増加し始める。これに伴って、スロットル開度θＴＨもペダル踏み込み量ＰＳがＳ１になったときから増加し始める。
【０００５】
次に、引張コイルばねのばね荷重による操作荷重ＲＴは、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ１になるまでに急激に増加し、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ１になるとペダル踏み込み量ＰＳに比例して増加する。この後、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ３になると操作荷重ＲＴがＦ１３に達する。
【０００６】
また、電動モータ２６ｂ（図１０参照）による操作荷重ＲＭは、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ２になるまで発生しないが、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ２になったときに急激に増加し始め、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ３になったきに変速情報ＴＪがＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルに立ち上がってギヤを変速する。ここではキックダウンを開始するとともに、それまで増加していた電動モータ２６ｂによる操作荷重ＲＭは急激に減少し始める。電動モータ２６ｂによる操作荷重ＲＭは、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ３になったときに極大値Ｆ１２になる。ペダル踏み込み量ＰＳがＳ４になると、電動モータは停止して操作荷重ＲＭはゼロになり、変速情報ＴＪはＨＩＧＨレベルからＬＯＷレベルになる。
【０００７】
前記したばね荷重による操作荷重ＲＴに電動モータ２６ｂによる操作荷重ＲＭを加えることで、ペダル操作荷重ＲＰ２が得られる。例えば、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ３での操作荷重ＲＴ（＝Ｆ１３）と操作荷重ＲＭ（＝Ｆ１２）とを加えることでペダル操作荷重ＲＰ２の極大値Ｆ１１が得られる。
【０００８】
このように、引張コイルばね７２（図１０参照）と電動モータ２６ｂとでペダル操作荷重ＲＰ２を発生させる構成にすることにより、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ２〜Ｓ４の間だけ電動モータを作動させるだけで良く、車両の消費電力を抑えることができる。また、電動モータ２６ｂのみでペダル操作荷重を発生させる場合よりも、本実施の形態では小さな出力の電動モータで済み、電動モータに係るコストを低減することができる。
【０００９】
このように、電動モータ２６ｂ及び引張コイルばね７２のそれぞれの操作荷重を合成することでアクセルペダル１５の操作荷重ＲＰ２を得ることができ、電動モータの容量を節約して、より小さい電動モータが使用できるようにしている。
【００１０】
しかしながら、車両の操作性を向上させるためには、ペダルの踏み込み側と戻し側との間にヒステリシス特性を示す必要がある。ペダル操作にヒステリシス特性が必要な理由は、逆にペダル操作荷重にヒステリシス特性が無い場合には、小さな荷重の変化であってもペダルが動いてしまい、特に一定速のクルーズや、悪路等で車体が振動する状況においては、ペダルコントロールが難しくなる。そのため、ペダルの踏み込みの戻し側においても、電動モータ２６ｂを作動させている。
【００１１】
また、本出願人は、前記技術の内容を説明する装置として特願２００２−６６３７４号「車両の変速操作装置」を出願している。これは、電気的に荷重を作り出すことにより変速パターンやシフトレバーの位置を変更でき、操作性が向上した車両の変速操作装置である。図１２は従来の車両用の変速操作装置Ａの構成を示すブロック図である。図１３は変速パターン（シフトパターン）を示し、図１３（ａ）は自動変速パターンを示す平面図、図１３（ｂ）は手動変速パターンを示す平面図である。図１２及び図１３に示すように、変速操作装置Ａは、シフトレバー９１、前後方向センサ９３、制御装置（ＥＣＵ）９４、操作形態選択スイッチ９７、前後操作荷重アクチュエータ９９、モニタ１００などから構成され、操作パネル（モニタ１００）が自動変速パターンである場合は、図１３（ａ）に示すように、シフトレバー９１をＰ、Ｒ、Ｎ、・・・へと各ポジション間で移動させると、このシフトレバー９１には所定のディテント荷重（操作前には操作方向に対して軽い操作荷重が与えられ、その後次のポジションへと導くような力）が付与される。
【００１２】
次に、図１３（ｂ）に示すように、操作パターンが手動変速パターンである場合には、基準位置であるＭからシフトレバー９１を前後に動かすと所定の操作荷重が操作荷重制御部（図略）で設定され、その信号が前後操作荷重アクチュエータ９９（図１２参照）に出力される。そして、シフトレバー９１を離すとシフトレバー９１が穏やかにＭの位置に戻るような操作荷重を示す信号が、制御装置９４（図１２参照）から前後操作荷重アクチュエータ９９に出力される。
【００１３】
また、この他にも車両用操作装置が開示されている。これによると、運転者が操作する操作対象物には、複数の操作系の中から選択された操作系に対応した力覚が付与される。すなわち、操作対象物に付与される力覚は、選択された操作系に応じて変化する。このように力覚が付与される状態で操作対象物が操作されると、運転者に、例えば、実際に、シフトレバーを操作しているような感覚、ペダルを踏み込んでいるような感覚、あるいは、エアコンのスイッチ類を操作しているような感覚が付与されるとともに、選択された操作系が操作対象物の位置に基づいて制御される。
【００１４】
例えば、図１４に示すように、この車両用操作装置９０は、ＥＣＵ（制御装置）７０を備えており、このＥＣＵ７０により制御される。また、運転者に踏み込まれるペダル７２を備えており、このペダル７２は、運転者の足に接触されるペダル部７２ａと、支持部７２ｂとを有している。このペダル７２の支持部７２ｂは、作動軸７４を介してストロークシミュレータ７６に連結されている。ペダル７２が踏み込まれると、作動軸７４がストロークシミュレータ７６に進入する。このとき、ストロークシミュレータ７６は、作動油の進入量に応じた操作荷重を発生する。このため、ペダル７２には、ペダルストロークに応じた操作荷重が作用する。ペダル７２の作動軸７４には、ストロークセンサ７８が配設されている。このストロークセンサ７８は、ペダルストロークに応じた電気信号をＥＣＵ７０に向けて出力する。このＥＣＵ７０は、ストロークセンサ７８の出力信号に基づいてペダルストロークを検出する。このペダルストロークに応じたスロットル開度又は制動力が実現されるようにスロットル装置８４又はブレーキ装置８６に対して指令信号を供給する（例えば、特許文献１参照）。
【００１５】
【特許文献１】
特開２００１−１０５９２６号公報（[００５８]〜[００７４]、図７）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記したように車両の操作性を向上させるためには、ペダルの踏み込みの戻し側においては、踏み込み側との間にヒステリシス特性を示すために電動モータを作動させる必要があった。また、省電力のためにも、さらに電動モータの作動を少なくする必要があった。
【００１７】
また、アクセルペダルの踏み込み時及びアクセルペダルの戻し時に電動モータによって操作荷重を発生させて、運転者にアクセルペダルから車両の動作状態の感触を伝えるフィーリングを実現しているが、省電力のためには、電動モータそのものが大きくならない工夫をする必要があった。
【００１９】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、アクセルペダルの操作荷重と操作感触（フィーリング）を効率良く制御することができ、運転者に適切な操作荷重が付与されるとともに変速機を適切に制御できる車両用の操作装置を提供することを課題とする。
【００２０】
前記課題を解決した本発明の請求項１に記載の発明は、車両のアクセルペダルの操作荷重を駆動バイワイヤにより電気的に発生させる車両用の操作装置であって、前記操作装置は、回転駆動力を前記操作荷重として発生させる電動モータと、前記操作荷重を機械的に発生させるスプリングとの少なくとも一方と、電磁力を前記操作荷重として発生させる電磁ブレーキと、前記アクセルペダルの踏み込み量を検出するペダル踏み込み量検出手段と、前記アクセルペダルの踏み込み量に応じて前記アクセルペダルに操作荷重を与えるペダル操作荷重付与手段とを備え、前記ペダル踏み込み量検出手段で検出した踏み込み量信号に基づいて、前記操作荷重が制御され、前記電磁ブレーキは、前記アクセルペダルの踏み込み時と戻り時の両方で前記アクセルペダルに対して同一の荷重を付与することを特徴とする。
【００２１】
請求項１に記載の発明によれば、操作装置は、電動モータとスプリングとの少なくとも一方と、電磁ブレーキとを備え、駆動バイワイヤにより操作装置に操作荷重を発生させることができ、車両のアクセルペダルの操作荷重と操作感触（フィーリング）を効率良く制御することができる。また、本発明は、アクセルペダルの踏み込み時と戻り時の両方で前記電磁ブレーキにより前記アクセルペダルに対して同一の荷重が付与されることで、アクセルペダルの踏み込み側に対して戻し側の操作荷重が軽いヒステリシス特性を示すため、アクセルペダルの踏み込み時よりアクセルペダルの戻し時の操作荷重が軽くなり、アクセルペダルの操作荷重と操作感触を効率良く制御することができる。
【００２４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の構成において、前記アクセルペダルを所定量踏み込んだときに、前記操作荷重が極大値となるように前記ペダル操作荷重付与手段を制御するとともに、自動変速機に変速情報を送って変速を制御するペダル操作荷重・変速制御手段を備えることを特徴とする。
【００２５】
請求項２に記載の発明によれば、ペダル踏み込み量検出手段で得られたアクセルペダルの踏み込み量信号に基づいてキックダウンをして、アクセルペダルに操作荷重を発生させるので、所望のスロットル開度になるアクセルペダル踏み込み位置でのキックダウンと、操作荷重の極大値との発生を精度良く且つ容易に一致させることができる。さらに、キックダウンと、操作荷重の極大値との発生をペダル操作荷重・変速制御手段及びスロットル制御手段で容易に変更することができ、アクセルペダルの操作荷重と操作感触を効率良く制御することができる。
【００２６】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明の構成において、シフトレバーが自動変速を行うポジションに位置する場合は、前記アクセルペダルを所定量踏み込むと、前記操作荷重が極大値となるように前記ペダル操作荷重付与手段を制御するとともに、前記自動変速機に変速情報を送り、前記シフトレバーが手動変速を行うポジションに位置する場合には、前記操作荷重の極大値を発生させないように前記ペダル操作荷重付与手段を制御することを特徴とする。
【００２７】
請求項３に記載の発明によれば、自動変速による走行時と、手動変速による走行時とでアクセルペダルにおける操作荷重の極大値の有無を容易に切り換えることができ、アクセルペダルの操作荷重と操作感触を効率良く制御することができる。
【００２８】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明の構成において、前記ペダル踏み込み量検出手段で検出した踏み込み量信号に基づいてスロットル開度を制御するスロットル制御手段をさらに備え、クルーズコントロール装置により定速走行しているときに、前記アクセルペダルをその時のスロットル開度に対応した位置で保持するように前記ペダル操作荷重付与手段を制御することを特徴とする。
【００２９】
請求項４に記載の発明によれば、アクセルペダルをスロットル開度に対応した位置から増し踏みすることにより、車両を加速状態に素早く移行させることができ、アクセルペダルの操作荷重と操作感触を効率良く制御することができる。
【００３０】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明の構成において、前記クルーズコントロール装置により定速走行しているときに、前記アクセルペダルをストローク開始位置に戻し、このストローク開始位置から定速走行時のスロットル開度に対応する位置までは前記アクセルペダルの前記操作荷重を軽くし、さらに、定速走行時のスロットル開度に対応する位置よりも前記アクセルペダルを踏み込んだときには、定速走行を解除するとともに、前記アクセルペダルの前記操作荷重を大きくするように前記ペダル操作荷重付与手段を制御することを特徴とする。
【００３１】
請求項５に記載の発明によれば、ストローク開始位置から定速走行時のスロットル開度に対応する位置まではアクセルペダルの操作荷重を軽くし、さらに、定速走行時のスロットル開度に対応する位置よりもアクセルペダルを踏み込んだときには、アクセルペダルの操作荷重を大きくすることで、車両の加速が開始するアクセルペダルの位置を運転者が容易に認識することができ、アクセルペダルの操作荷重と操作感触を効率良く制御することができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る車両用の操作装置の実施の形態について図面を参照して説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る操作装置２１を採用した車両の模式図であり、車両１０は、前輪１１と後輪１２との間の後輪１２寄りにエンジン１３を配置した車両であり、運転席の前方にアクセルペダル１５を配置し、このアクセルペダル１５を操作することにより、エンジンコントロールユニット（スロットル制御手段；以下、ＥＣＵという）１６を介してエンジン１３の上部に設けたスロットルバルブ１７の開度（即ち、スロットル開度という）を調整してエンジン出力を制御するとともに、アクセルペダル１５の操作によりＥＣＵ１６からの指令に基づいてエンジン１３に連結した自動変速機１８の変速を制御する。符号６０は、シフトレバーを備えた操作装置である。
【００４７】
一般に、アクセルペダル１５とスロットルバルブ１７とは、スロットルケーブル（図略）などで機械的に連結するが、前記した車両１０では、アクセルペダル１５と、スロットルバルブ１７に設けたスロットルバルブ駆動手段３２（図２参照）とをＥＣＵ１６を介して電気配線（ワイヤ）で連結する駆動バイワイヤ（ＤＢＷと称す）構造を採用する。このＤＢＷ（Drive By Wire）は、電気配線式駆動と称され、駆動手段に仮想的な負荷を発生させる。
【００４８】
このような構造を採用することにより、アクセルペダル１５の操作に対して、スロットルバルブ１７の開閉を素早く応答させることができ、エンジン出力の制御のレスポンスをより一層向上させることができる。また、アクセルペダル１５側からの電気信号をスロットルバルブ１７の駆動のほかに前記したような自動変速機１８での変速や、シフトレバー５５に対するディテント荷重の制御や、その他の制御にも活用することが可能になる。
【００４９】
図２は、本発明に係る操作装置２１の構成を説明するブロック図であり、この操作装置２１は前記したアクセルペダル１５と、このアクセルペダル１５の踏み込み量を検出するためのアクセルペダル１５の揺動軸となるペダル軸２４の一端に連結したペダル踏み込み量検出手段２５と、このペダル踏み込み量検出手段２５からの踏み込み量信号ＦＳに対応してアクセルペダル１５に操作荷重（ここでの操作荷重は、アクセルペダル１５を踏み込むときに作用させる踏力とは反対方向の力である。）を発生させるための引張コイルばね７２と、ペダル軸２４の他端に連結したペダル操作荷重付与手段２６と、踏み込み量信号ＦＳに基づきペダル操作荷重付与手段２６にペダル操作荷重信号ＲＳを送ることでアクセルペダル１５の操作荷重を制御するペダル操作荷重制御手段２７と、このペダル操作荷重制御手段２７から送られた踏み込み量信号ＦＳを受けるスロットル制御手段としてのＥＣＵ１６と、このＥＣＵ１６で得た踏み込み量信号ＦＳに基づいて発した変速指令ＴＳを受ける変速制御手段２８と、ペダル軸２４に介設することでペダル操作荷重付与手段２６によって発生する操作荷重を検出するとともにペダル操作荷重検出信号ＲＳＳをペダル操作荷重制御手段２７に送るペダル操作荷重検出手段３１とからなる。
【００５０】
ＥＣＵ１６が、踏み込み量信号ＦＳに基づいてスロットルバルブ駆動手段３２に駆動信号ＤＳを送ると、スロットルバルブ駆動手段３２はスロットルバルブ１７（図１参照）を開閉しスロットル開度を変化させる。また、変速制御手段２８が、変速指令ＴＳに基づいて自動変速機１８（図１参照）に設けた変速機変速手段３３に変速情報ＴＪを送って変速制御する。この結果、変速機変速手段３３は変速を行う。
【００５１】
ペダル踏み込み量検出手段２５は、例えば、ペダル軸２４の回転角度を検出する回転角センサであり、アクセルペダル１５の踏み込み量をアクセルペダル１５の揺動角として検出する。
【００５２】
ペダル操作荷重付与手段２６は、電磁ブレーキ２６ａと電動モータ２６ｂとからなり、この電磁ブレーキ２６ａと電動モータ２６ｂとは回転軸を同一にした出力軸を有している。また、この出力軸はペダル軸２４に連結されている。
【００５３】
ここでは電磁ブレーキ２６ａはマイクロパウダーブレーキであり、磁性粉体とコイルを備えて構成されている。すなわち、この電磁ブレーキ２６ａは磁性粉体を用いたパウダー式であり、このパウダー式は連続スリップ状態で使用される場合に多く用いられる。また、一般に電磁ブレーキには、パウダー式以外にも摩擦板式、噛み合い式があり、摩擦板式は連続スリップ状態で使用するとライニングの寿命が短く、また、噛み合い式は完全連結と完全解放の二つの状態に使用するときに用いられる。しかしながら、磁性粉体からなるパウダー式であってもスリップさせながら使う場合、摩擦エネルギーが熱となってパウダーの温度を高める。さらに、通電によるコイルの発熱もあるため所定の冷却を必要とする。このような冷却に用いる冷却方式には、自然放熱、強制放熱、水冷却、ヒートパイプなどを利用した冷却がある。本実施の形態では自然放熱を用いているが、何れかを選択して用いても構わない。
【００５４】
ペダル操作荷重制御手段２７は、踏み込み量信号ＦＳ及びペダル操作荷重検出信号ＲＳＳに基づいて、ペダル操作荷重が発生する踏み込み位置及び操作荷重（特に、極大値）を制御する。ペダル操作荷重制御手段２７及び変速制御手段２８は、ペダル操作荷重・変速制御手段３５を構成する。
【００５５】
次に、以上に述べた車両用の操作装置の動作を説明する。
図３は、本発明に係る操作装置２１（図２参照）の動作を説明するグラフである。図３に示すように、縦軸の下方から順に、ペダル踏み込み量検出手段２５（図２参照）から出力される踏み込み量信号ＦＳ、スロットル開度θＴＨ、変速制御手段２８（図２参照）から出力される変速情報ＴＪ、引張コイルばね７２（図２参照）のばね荷重によりアクセルペダル１５（図２参照）に発生するペダル操作荷重ＲＴ、電動モータ２６ｂによりアクセルペダル１５に発生するペダル操作荷重ＲＭ、電磁ブレーキ２６ａによりアクセルペダル１５に発生するペダル操作荷重ＲＢ、これらの操作荷重ＲＴ、操作荷重ＲＭ、及び操作荷重ＲＢとの和であるペダル操作荷重ＲＰ１を表し、横軸はアクセルペダル１５のペダル踏み込み量ＰＳを表す。
【００５６】
先ず、運転者が運転中にアクセルペダル１５（図２参照）を踏み込むと、踏み込み量信号ＦＳは、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ１になったときから増加し始める。これに伴って、スロットル開度θＴＨは、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ１になったときから増加し始める。スロットル開度θＴＨは、踏み込み量信号ＦＳに対して、略比例関係にある。
【００５７】
次に、ばね荷重によりアクセルペダル１５に発生するペダル操作荷重ＲＴは、ペダル踏み込み量ＰＳがゼロからＳ１までは急激に立ち上がり、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ１の後はペダル踏み込み量ＰＳの増加に伴って徐々に増加する。ペダル踏み込み量ＰＳがＳ３のときに荷重Ｆ４になる。
【００５８】
また、電動モータ２６ｂによりアクセルペダル１５に発生するペダル操作荷重ＲＭは、ペダル踏み込み量ＰＳがゼロからＳ１までは急激に立ち上がり、そのあとＳ２までは一定の荷重Ｆ６を維持している。そして、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ２を越えると、ペダル操作荷重ＲＭが急激に増加し始め、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ３になるとともに、変速情報ＴＪがＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルに立ち上がり変速する。ここではキックダウンを開始するとともに、ペダル操作荷重ＲＭは急激に減少し始める。すなわち、ペダル操作荷重ＲＭはペダル踏み込み量ＰＳがＳ３で極大値Ｆ７となる。さらに、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ４になると、変速情報ＴＪがＨＩＧＨレベルからＬＯＷレベルになりペダル操作荷重ＲＭは一定荷重Ｆ６に戻る。そして、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ５のときに、ペダルを戻し始めると、ペダル踏み込み量ＰＳの減少とともに、踏み込み時の荷重より軽い荷重Ｆ５が維持され、踏み込み時の荷重Ｆ６に対してヒステリシス特性を示す。これにより、ペダルが戻るときの操作荷重が軽くなる。尚、荷重Ｆ６及び荷重Ｆ５はゼロにしても良く、適宜、荷重を調節して設定しても構わない。
【００５９】
また、電磁ブレーキ２６ａによりアクセルペダル１５に発生するペダル操作荷重ＲＢは、ペダル踏み込み量ＰＳがゼロからＳ１までは急激に立ち上がり、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ１の後はペダル踏み込み量ＰＳの増加とともに一定荷重Ｆ９を維持する。これにより、アクセルペダル１５には、ペダル踏み込み時に対する抵抗として荷重Ｆ９が働く。そして、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ５のときに、ペダルの踏み込みを戻し始めるとペダル踏み込み量ＰＳの減少とともに、ペダル踏み込み時の荷重Ｆ９が、今度は、アクセルペダル１５を戻そうとする操作荷重に対する抵抗として作用することになり、アクセルペダル１５は、ペダル踏み込み時よりも軽い操作荷重になる。すなわち、アクセルペダル１５が戻るときの操作荷重が踏み込み時の操作荷重よりも軽くなり、アクセルペダル１５の操作荷重は、ヒステリシス特性を示している。
【００６０】
これらの操作荷重ＲＴ、操作荷重ＲＭ、及び操作荷重ＲＢの３力を合成することによりなるペダル操作荷重ＲＰ１は、ペダル踏み込み量ＰＳがゼロからＳ１までは急激に立ち上がり、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ１の後はペダル踏み込み量ＰＳの増加とともに増加し、ペダル踏み込み量ＰＳが増加してＳ２になると、ペダル操作荷重ＲＰ１は荷重Ｆ２になる。さらに、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ３になると、変速情報ＴＪはＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルに立ち上がり変速し、ペダル操作荷重ＲＰ１は極大値Ｆ１を示す。ここで、キックダウンが開始されるとともに、ペダル操作荷重ＲＰ１は急激に減少し始める。そして、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ４となった後、ペダル操作荷重ＲＰ１はペダル踏み込み量ＰＳの増加に伴って徐々に増加する。グラフ中の実線がペダル踏み込み時のペダル操作荷重を示す。ペダル踏み込み量ＰＳがＳ５のとき、アクセルペダル１５（図２参照）を戻すと、ペダル操作荷重ＲＰ１はＦ３まで急激に下降し、その後は徐々に下降する。グラフ中の破線がペダル戻し時のペダル操作荷重を示す。その後、ペダルを戻し始めたときの荷重Ｆ３からペダル踏み込み量ＰＳの減少とともに、ペダルの踏み込み時の荷重より軽い荷重が維持され、ペダルの踏み込み時の荷重に対してヒステリシス特性を示しながら、ペダル操作荷重ＲＰ１はペダル踏み込み量ＰＳの減少に伴って徐々に減少する。これにより、ペダルが戻るときの操作荷重を軽くしている。また、ペダルを途中まで踏み込んで戻す場合にも、踏み込み側の操作荷重と戻し側の操作荷重との間にはヒステリシス特性を示すように制御されている。
【００６１】
前記したように、本発明ではペダル操作荷重制御手段２７（図２参照）でペダル操作荷重付与手段２６を電気的に制御してペダル操作荷重を発生させているので、アクセルペダル１５の踏み込み時にペダル操作荷重に極大値を発生させ、アクセルペダル１５の戻し時にペダル操作荷重に極大値を発生させないように容易に設定することができ、最適な設定を行うことができる。
【００６２】
また、ペダル操作荷重は、機械式にスロットルバルブ１７を駆動させる場合にスロットルケーブル（図略）の摩擦によって示されるヒステリシス特性や、電動モータによって示されるヒステリシス特性を、本実施の形態では、主に電磁ブレーキ（磁性粉体を用いたマイクロパウダーブレーキ）によって与えている。これにより、操作装置２１は、アクセルペダル１５に、ペダルの踏み込み側は少し重く、戻し側はそれよりも軽いブレーキ力（操作荷重）を発生させ、車両の動作状態を知覚できるアクセルペダル１５の操作荷重と操作感触（フィーリング）を効率良く制御している。さらに、前記した３力を効率良く制御することにより消費電力を低減することができる。また、電動モータの容量を節約して、より小さな電動モータを使用することができる。
【００６３】
さらに、図４（ａ）（ｂ）を参照して、本発明に係るその他に適用された操作装置の動作を説明する。車両１０（図１参照）に、アクセルペダル１５を踏まなくても自動的に車速を一定に保つことができるクルーズコントロール装置（図略）を備える場合のアクセルペダル１５の動作を示す。クルーズコントロール装置は、車両の走行中にクルーズコントロール用スイッチ（図略）をオンにすれば、このスイッチをオンにしたときのスロットル開度にスロットルバルブ１７（図１参照）が固定されて、車両１０を定速走行させるようにしたものである。符号２４は前記したペダル軸であり、符号２６はペダル操作荷重付与手段である（図２参照）。
【００６４】
図２及び図４（ａ）に示すように、アクセルペダル１５のストローク開始位置（アクセルペダル１５を踏まないときの位置であり、この位置のアクセルペダル１５の符号を便宜上１５Ａとする。）からの踏み込み量としての踏み込み角度をθとすると、車両１０の走行中に、アクセルペダル１５をストローク開始位置１５Ａから踏み込んで、踏み込み角度θがθ１のときに前記したクルーズコントロール用スイッチをオンにした際に、操作装置２１のペダル操作荷重制御手段２７は、ペダル操作荷重付与手段２６を制御して、アクセルペダル１５から足を離してもアクセルペダル１５を踏み込み角度θ１の位置に保持し、車両１０は定速走行する。
【００６５】
この状態で、アクセルペダル１５を踏み込んで踏み込み角度θがθ１を越えるようにすれば、車両１０を加速させることができ、アクセルペダル１５から足を離せば、アクセルペダル１５は元の位置、即ち踏み込み角度θ１の位置に戻るとともに、車両１０はアクセルペダル１５を踏み込む前の速度、即ち定速走行していた速度に戻り、再度定速走行する。定速走行中にブレーキペダルを踏めば、定速走行、即ちオートクルーズが解除され、アクセルペダル１５の位置が保持されることもなく、通常のペダル操作を行うことができる。
【００６６】
図４（ｂ）に示すように、車両１０の走行中に、アクセルペダル１５をストローク開始位置１５Ａから踏み込んで、踏み込み角度θがθ１のときに前記したクルーズコントロール用スイッチをオンにした際に、操作装置２１（図２参照）のペダル操作荷重制御手段２７は、ペダル操作荷重付与手段２６を制御して、アクセルペダル１５から足を離したときに、アクセルペダル１５をストローク開始位置１５Ａまで戻す。
【００６７】
そして、アクセルペダル１５をストローク開始位置１５Ａから踏み込むと、ペダル操作荷重制御手段２７は、ペダル操作荷重付与手段２６を制御して、踏み込み角度θがθ１までは、アクセルペダル１５の操作荷重を軽くし、踏み込み角度θがθ１を越えると、アクセルペダル１５の操作荷重をそれまでより大きくして、やがて極大値を発生させる。即ち、踏み込み角度θがθ１までは運転者の踏力を軽くすることができ、踏み込み角度θがθ１を越えると運転手の踏力を大きくすることができる。
【００６８】
このように、踏み込み角度θ１で踏力を変化させることにより、オートクルーズしているときのスロットル開度に対応するアクセルペダル１５の踏み込み量、即ち踏み込み角度θ１であって、車両の加速が行えるアクセルペダル１５の踏み込み量を運転者に容易に認識させることができる。この場合、定速走行中にブレーキペダルを踏めば、図４（ａ）に示す実施の形態と同様に、オートクルーズが解除される。このような、オートクルーズにおけるアクセルペダル１５の制御及び操作荷重にも前記した３力の合成により最適な設定を行うことができる。
【００６９】
図５（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る操作装置２１（図２参照）のペダル操作荷重ＲＰ１とシフトレバー５５のポジションとの関係を示す説明図であり、（ａ）はシフトレバー操作部を示す模式図、（ｂ）及び（ｃ）はペダル操作荷重ＲＰ１とペダル踏み込み量ＰＳとの関係を示すグラフである。
図５（ａ）に示すように、シフトレバー操作部５０は、自動変速を行うポジションを設けた自動変速操作部５１と、手動変速を行うポジションを設けた手動変速操作部５２と、これらを連結する連結部５３とからなる。
【００７０】
自動変速操作部５１は、シフトレバー５５が通る第一スリット５６と、シフトレバー５５の各ポジションを表示する第一ポジション表示部５７とからなる。
第一ポジション表示部５７は、例えば、パーキング時のポジションを示す「Ｐ」、後退時のポジションを示す「Ｒ」、ニュートラルのポジションを示す「Ｎ」、全ギヤを対象に自動変速させるときのポジションを示す「Ｄ」、１速ギヤ及び２速ギヤを対象に自動変速させるときのポジションを示す「２」を表示した部分であり、シフトレバー５５は、これらの各ポジションで停止させることができる。
【００７１】
手動変速操作部５２は、シフトレバー５５が通る第二スリット６１と、シフトレバー５５の各ポジションを表示する第二ポジション表示部６２とからなる。
第二ポジション表示部６２は、ギヤを一段だけ増速側に変速するときのポジションを示す「＋」と、ギヤを一段だけ減速側に変速するときのポジションを示す「−」と、中立位置を示す「Ｍ」を表示した部分であり、シフトレバー５５は、「＋」又は「−」に移動させたときにそれぞれのポジションには停止させることができず「Ｍ」に戻る。
【００７２】
連結部５３は、第一スリット５６と第二スリット６１とが連通するスリットであり、これらの第一スリット５６と第二スリット６１との間でシフトレバー５５を移動させることができる。
【００７３】
シフトレバー５５が第一スリット５６内に位置する場合は、自動変速が可能な状態であり、この状態を以下「ＡＴモード」と称する。また、シフトレバー５５が第二スリット６１内に位置する場合は、手動変速が可能な状態であり、この状態を以下「マニュアルモード」と称する。このようなＡＴモード及びマニュアルモードは、自動変速機１８（図１参照）によって実施することができる。
【００７４】
図５（ｂ）において、縦軸はＡＴモ―ドでのアクセルペダル１５（図２参照）のペダル操作荷重ＲＰ１、横軸はアクセルペダル１５のペダル踏み込み量ＰＳを表す。ＡＴモードでは、ペダル操作荷重制御手段２７（図２参照）は、ペダル操作荷重付与手段２６を制御してペダル踏み込み量ＰＳがＳ３のときにペダル操作荷重ＲＰ１に極大値Ｆ１を発生させる。
【００７５】
図５（ｃ）において、縦軸はマニュアルモードでのアクセルペダル１５のペダル操作荷重ＲＰ１、横軸はアクセルペダル１５のペダル踏み込み量ＰＳを表す。マニュアルモードでは、ペダル操作荷重制御手段２７（図２参照）は、ペダル操作荷重付与手段２６を制御してペダル操作荷重ＲＰ１に極大値を発生させないようにし、ペダル踏み込み量ＰＳに応じたペダル操作荷重ＲＰ１、例えば、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ１以降に、ペダル踏み込み量ＰＳに比例したペダル操作荷重ＲＰ１を発生させる。
【００７６】
また、シフトレバー５５の操作性を向上させるための操作荷重の制御にも前記した３力の内、引張コイルばね以外の２力（電動モータ及び電磁ブレーキを用いた操作荷重）の合成により最適な設定を行うことができる。
【００７７】
これにより、従来、アクセルペダル１５（図２参照）の後方に、ペダル操作荷重の極大値を発生させるための特別なスイッチを設けた場合には、ＡＴモードでペダル操作荷重の極大値が発生し、マニュアルモードにおいても、必要としないペダル操作荷重の極大値が発生することになる。これに対して、本発明の操作装置２１では、ペダル操作荷重制御手段２７によって、ＡＴモード及びマニュアルモードにおいてペダル操作荷重の極大値の有無（即ち、極大値を発生させるか又は発生させないか）を容易に制御することができる。
【００７８】
以上に述べた電動モータは、回転式に限らずリニアモータや、他の動力源としてのアクチュエータ、例えば、油圧シリンダと油圧発生装置との組合せ、空圧シリンダと空圧発生装置との組合せでも良く、リニアモータ、油圧発生装置、空圧発生装置を電気的に制御することでペダル操作荷重を制御するように構成しても良い。
【００７９】
また、操作装置２１（図２参照）は、アクセルペダル１５に付与する操作荷重の一部を引張コイルばね７２により機械的に発生させているため、ペダル操作荷重付与手段２６で発生させる操作荷重を軽くすることができる。そのため、ペダル操作荷重付与手段２６の負担を小さくすることができて、操作装置２１のコスト、電力消費を低減することができる。
【００８０】
また、１つの踏み込み量信号ＦＳによって、スロットル開度θＴＨ、変速情報ＴＪ及びペダル操作荷重ＲＰ１を得ることができるため、キックダウンとペダル操作荷重ＲＰ１の極大値Ｆ１の発生とを精度良く一致させることができ、アクセルペダル１５を踏み込んで車両１０を加速させるときに、キックダウンをアクセルペダル１５のクリック感として同時に体感することができる。したがって、運転者に運転操作における車両１０との一体感をより一層起こさせることができる。
【００８１】
＜第２の実施の形態＞
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る操作装置６０の構成を説明するブロック図である。
図６に示すように、操作装置６０は、シフトレバー５５、前後方向センサ６４、ＥＣＵ（制御装置）６８、操作形態選択スイッチ６７、前後操作荷重アクチュエータ６６、モニタ１００などから構成される。この操作装置６０の制御装置６８は、その制御信号で変速機アクチュエータ６９を作動させることで変速機７０を適宜制御し、シフトバイワイヤ（Shift By Wire）を実現している。そのため、シフトレバー５５と変速機７０は機械的に接続されておらず、切り離されている。また、前後操作荷重アクチュエータ６６は、電磁ブレーキ６６ａ、電動モータ６６ｂから構成されている。
【００８２】
なお、前後方向センサ６４は請求項の「位置検出手段」に相当し、制御装置６８は請求項の「操作パネル設定手段」及び「変速制御手段」に相当し、制御装置６８と前後操作荷重アクチュエータ６６は請求項の「操作荷重付与手段」及び「ディテント荷重制御手段」に相当し、モニタ１００は請求項の「表示部材」に相当する。
【００８３】
〔シフトレバー〕
まず、シフトレバー５５の構成について説明する。
シフトレバー５５は、運転者が操作できるように、運転席の近傍に配置されている。このシフトレバー５５は、パイプ状のスティック本体１Ａの上端に操作グリップ１Ｂが固定された構造を有し、スティック本体１Ａの下端部（基部）が傾動支持機構６５を介して前後方向に傾動自在に支持されている。このシフトレバー５５を前後方向に傾動する操作は、シフトレバー５５の前後方向の操作を可能とする回転軸に備えられたポテンショメータなどからなる前後方向センサ６４により、その操作量が電気信号として検出（出力）されるようになっている。そして、この前後方向センサ６４は、検出値を制御装置６８に出力する。
【００８４】
傾動支持機構６５は、運転者によるシフトレバー５５の前後方向における操作に対して、シフトレバー５５の動きに操作荷重を与える前後操作荷重アクチュエータ６６を有する（操作荷重の方向及び大きさについては後記する）。なお、操作荷重の大きさ及び方向は制御装置６８により設定されるが、この点は後記する。
【００８５】
〔操作形態選択スイッチ〕
操作形態選択スイッチ６７は、自動変速操作形態と手動変速操作形態のうちシフトレバー５５により操作すべき操作形態を選択するものである。この操作形態選択スイッチ６７は、たとえばモニタ１００等に設けられ、所定の条件のもとで運転者が適宜に作動することにより、自動変速操作形態と手動変速操作形態とを交互に切り換えるものである。そして、この操作形態選択スイッチ６７により自動変速操作形態と手動変速操作形態のうち一形態が選ばれると、その一形態を示す信号が制御装置６８に出力される。この制御装置６８は、操作形態選択スイッチ６７により選択された操作形態に対応した操作パネルを仮想的に設定し、その信号をモニタ１００に出力（表示）する。
【００８６】
〔モニタ〕
モニタ１００は、車両前後方向に延びる略直方体の形状に形成された液晶等の薄型モニタとなってシフトレバー５５の基部の近傍に設けられ、制御装置６８により設定された操作パネルを画像として視覚化している。ここで、モニタ１００により視覚化された操作パネルについて説明する。図７は、変速パターンを示し、（ａ）は自動変速パターンを示す平面図であり、（ｂ）は手動変速パターンを示す平面図である。図７（ａ）に示すように、モニタ１００上に表示される操作パネルは、前方から順に自動変速ポジションとしてＰ（パーキング），Ｒ（バック），Ｎ（ニュートラル），Ｄ（ドライブ），Ｄ３（サード），２（セカンド）が前後方向１列に並んで配設される自動変速パターンと、図７（ｂ）に示すように、シフトレバー５５をＭ（基準位置）を中心に前方に倒すとシフトアップ、後方に倒すとシフトダウンする手動変速パターンの２パターンに設定される。
【００８７】
〔制御装置〕
制御装置６８（図６参照）は、コンピュータ（図略）及び駆動回路（図略）などから構成され、前記した前後方向センサ６４の出力信号をデジタル化して入力し、所定の処理を行い、変速機アクチュエータ６９、前後操作荷重アクチュエータ６６及びモニタ１００を所定の制御のもとに駆動する駆動信号を出力する。この制御装置６８は、後記する図８に示すように、操作パネル設定部４Ａ、操作荷重制御部４Ｂ、変速制御部４Ｃを有する。
【００８８】
〔操作パネル設定部〕
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る操作装置の構成を示すブロック図である。図８に示すように、操作パネル設定部４Ａは、操作形態選択スイッチ６７により選択された操作形態に対応した前記操作パネルを仮想的に設定し、その信号を操作荷重制御部４Ｂ、変速制御部４Ｃ及びモニタ１００に出力する。そして、この操作パネル設定部４Ａでは、車両のエンジン始動時において前記自動変速パターンがモニタ１００に表示されるように、自動変速パターンが初期値として設定されている。
【００８９】
〔操作荷重制御部〕
操作荷重制御部４Ｂは、操作パネル設定部４Ａで設定された操作パネルに対応するシフトレバー５５（図６参照）の位置に応じた操作荷重を設定し、その操作荷重を前後操作荷重アクチュエータ６６を介してシフトレバー５５に付与する。具体的には、図７（ａ）に示すように、操作パネルが自動変速パターンである場合、シフトレバー５５をＰ〜Ｒ，Ｒ〜Ｎ，…へと各ポジション間で移動させると、このシフトレバー５５には所定のディテント荷重（操作前には操作方向に対して軽い操作荷重が与えられ、その後次のポジションへと導くような力）が付与されて、従来の機械式のシフトレバー操作と同様の感覚を得ることができる。なお、シフトレバー５５は、Ｒ〜Ｄ３のポジションに入った状態では、前後操作荷重アクチュエータ６６によりそのポジションに維持される。また、シフトレバー５５は、Ｐ，２のポジションに入った状態では、前後操作荷重アクチュエータ６６でそのポジションに維持されてもよいし、前記傾動支持機構６５に形成されたシフトゲート（図示せず）の前端、後端で支持されることで、そのポジションに維持されてもよい。さらに、この傾動支持機構６５のシフトゲートの前端には、エンジン停止時においてシフトレバー５５をロックするための機構が設けられている。
【００９０】
操作パターンが手動変速パターンである場合には、基準位置であるＭからシフトレバー５５を前後に動かすと所定の操作荷重が操作荷重制御部４Ｂで設定され、その信号が前後操作荷重アクチュエータ６６に出力される。そして、シフトレバー５５を離すとシフトレバー５５が緩やかにＭの位置に戻るような操作荷重を示す信号が、操作荷重制御部４Ｂから前後操作荷重アクチュエータ６６に出力される。
【００９１】
〔変速制御部〕
変速制御部４Ｃは、操作パネル設定部４Ａにより設定された操作パネルに対応するシフトレバー５５の位置に基づいて、変速機７０のギヤの切り換えを行う変速機アクチュエータ６９を制御する。具体的には、操作パネル設定部４Ａで設定された操作パネルが自動変速パターン（図７（ａ）参照）である場合には、たとえばシフトレバー５５がＲのポジションに入っていると、前後方向センサ６４はＰのポジションを基準としたシフトレバー５５の操作量（変位量）を検出して変速制御部４Ｃに出力する。この変速制御部４Ｃでは、操作パネル設定部４Ａからの自動変速パターンを示す信号と前後方向センサ６４からの信号とに基づいて、シフトレバー５５の位置がＲのポジションにあることを認識し、その信号を変速機アクチュエータ６９に出力する。そして、この変速機アクチュエータ６９の駆動により変速機７０のギヤがバックに切り換えられる。その他のＰ，Ｎ〜２のポジションでも同様に、前後方向センサ６４と操作パネル設定部４Ａからの信号により、変速制御部４Ｃが変速機アクチュエータ６９を適宜制御する。
【００９２】
操作パネルが手動変速パターン（図７（ｂ）参照）である場合には、シフトレバー５５がＭのポジションよりも前方の所定位置まで傾動されると、前後方向センサ６４はＭのポジションからのシフトレバー５５の前方への操作量を検出して変速制御部４Ｃに出力する。この変速制御部４Ｃでは、操作パネル設定部４Ａからの手動変速パターンを示す信号と前後方向センサ６４からの信号とに基づいて、変速機７０のギヤを現在のギヤより一段上げる信号を変速機アクチュエータ６９に出力する。また、シフトレバー５５がＭのポジションよりも後方の所定位置まで傾動されると、前記とは逆に、変速制御部Ｃは変速機７０のギヤを現存のギヤより一段下げる信号を変速機アクチュエータ６９に出力する。そして、シフトレバー５５をシフトアップ又はシフトダウンする方向に操作しても効果が無い場合、すなわち、最上段又は最下段のギヤが選択された状態でシフトレバー５５を前方又は後方に操作する場合には、変速機７０に設けられる図示しないセンサにより最上段又は最下段のギヤが選択されていることを示す信号が操作荷重制御部４Ｂと変速制御部４Ｃに出力される。この信号によって、操作荷重制御部４Ｂから効果の無い方向への操作荷重を重くする信号が前後操作荷重アクチュエータ６６に出力され、変速制御部４Ｃから変速機アクチュエータ６９へ出力される信号が遮断される。
【００９３】
次に、この操作装置の動作について図７を参照して説明する。
まず、車両のエンジンを始動させると、図７（ａ）に示すような自動変速パターンがモニタ１００に表示され、このモニタ１００の前端部の左側に位置するシフトレバー５５は自動変速パターンのＰのポジションに位置することになる。そして、このシフトレバー５５の位置が前後方向センサ６４（図６、図８参照）により検出され、その信号が制御装置６８の変速制御部４Ｃと操作荷重制御部４Ｂに出力される（図６，図８参照）。この変速制御部４Ｃでは、前後方向センサ６４からの信号と操作パネル設定部４Ａからの信号とに基づいて変速機アクチュエータ６９にＰのポジションに相当する信号を出力する。操作荷重制御部４Ｂでは、Ｐのポジションに位置するシフトレバー５５の位置に応じた各ポジション間のディテント荷重を設定し、その信号を前後操作荷重アクチュエータ６６に出力する。そして、他のポジションにシフトレバー５５が位置する場合と同様に、そのポジションに相当する信号が変速制御部４Ｃにより変速機アクチュエータ６９に出力されるとともに、各ポジション間のディテント荷重が操作荷重制御部４Ｂにより設定される。
【００９４】
この操作荷重制御部４Ｂにより設定される各ポジション間のディテント荷重は、図９に示すように、シフトレバー５５（図７参照）の位置と、その他車速等の情報に応じて異なっている。なお、この図９において、斜線で囲んだ部分はシフトレバー５５の位置を示し、各ポジション間に記した矢印のうち細線の矢印は通常のディテント荷重を示すとともに白抜き矢印は通常のディテント荷重よりも重いディテント荷重を示している。また、この図９は左の列から右の列に向かってシフトレバー５５をＰのポジションから後のポジションに順に移動させていったときの各ポジション間のディテント荷重を示しており、以下の説明においては左の列から順番に説明することとする。
【００９５】
シフトレバー５５の位置に応じてディテント荷重（操作荷重）を設定する操作荷重制御部４Ｂは、図９に示すように、シフトレバー５５がＰのポジションに位置するときは、このＰのポジションに対して４つ以上離れたＤ３，２のポジションへの操作荷重をＲ〜Ｄのポジションへの通常の操作荷重より重くする。シフトレバー５５がＲのポジションに位置するときは、操作荷重制御部４ＢはＲのポジションに対して３つ以上離れたＤ３，２のポジションへの操作荷重を通常の操作荷重よりも重くする。シフトレバー５５がＮのポジションに位置するときは、操作荷重制御部４ＢはＮのポジションに対して後方に２つ以上離れたＤ３,２のポジションへの操作荷重を通常の操作荷重よりも重くする。
【００９６】
シフトレバー５５がＤのポジションに位置し、車速がある速度以上の場合は、操作荷重制御部４ＢはＤのポジションに対して２つ以上離れたＰ、Ｒ、２のポジションへの操作荷重を通常の操作荷重よりも重くする。シフトレバー５５がＤ３のポジションに位置し、車速がある速度以上の場合は、操作荷重制御部４ＢはＤ３のポジションに対して３つ以上離れたＰ，Ｒのポジションへの操作荷重を通常の操作荷重よりも重くする。シフトレバー５５が２のポジションに位置し、車速がある速度以上の場合は、操作荷重制御部４Ｂは２のポジションに対して４つ以上離れたＰ，Ｒへの操作荷重を通常の操作荷重よりも重くする。なお、通常の操作荷重よりも重く設定される操作荷重は、運転者の誤操作を防止する程度の大きさであればよい。したがって、たとえば運転者が意図的に大きな力をシフトレバー５５に付与すれば重い操作荷重が設定されているポジションを選択することが可能なように操作荷重を設定してもよい。
【００９７】
図７に示すように、シフトレバー５５が自動変速パターンのＤのポジションに位置するときに、操作形態選択スイッチ６７を作動させると、その信号が制御装置６８の操作パネル設定部４Ａに出力される。この操作パネル設定部４Ａでは、操作形態選択スイッチ６７からの信号に基づいて自動変速パターンから手動変速パターンに操作パネルが切り換えられ、その信号が操作荷重制御部４Ｂ、変速制御部４Ｃ及びモニタ１００に出力される。このように切り換えられた手動変速パターンがモニタ１００に表示され、この手動変速パターンのＭのポジションにシフトレバー５５が位置することとなる。
【００９８】
このＭのポジションにあるシフトレバー５５を運転者が前方の所定位置まで操作荷重制御部４Ｂで設定された所定の操作荷重に抗して傾動すると、所定位置に到達したシフトレバー５５の位置が前後方向センサ６４で検出され、その信号が変速制御部４Ｃを介して変速機アクチュエータ６９に出力される。この変速機アクチュエータ６９は、変速制御部４Ｃからの信号に基づいて、変速機７０のギヤを現在のギヤより一段上げることによって、車両を増速可能な状態にする。そして、シフトレバー５５を前方に倒してもシフトアップの効果が得られない場合には、操作荷重制御部４Ｂ及び前後操作荷重アクチュエータ６６によりシフトレバー５５の前方への移動が規制される。
【００９９】
一方、運転者がシフトレバー５５をＭのポジションから後方の所定位置まで所定の操作荷重に抗して傾動すると、所定位置に到達したシフトレバー５５の位置が前後方向センサ６４で検出され、その信号が変速制御部４Ｃを介して変速機アクチュエータ６９に出力される。この変速機アクチュエータ６９は、変速制御部４Ｃからの信号に基づいて、変速機７０のギヤを現在のギヤより一段下げて、車両を減速可能な状態にする。そして、シフトレバー５５を後方に倒してもシフトダウンの効果が得られない場合には、操作荷重制御部４Ｂ及び前後操作荷重アクチュエータ６６によりシフトレバー５５への後方への移動が規制される。
【０１００】
以上によれば、本実施の形態において、次のような効果を得ることができる。
（１）自動変速操作や手動変速操作の操作形態が適宜に操作パネルとして設定され、この操作パネルに対応するシフトレバー５５の位置に応じて変速機７０が制御されるので、シフトパターンやシフトレバーの位置を変更でき、操作性を向上することができる。
（２）操作パネルがシフトレバー５５の基部の近傍に設けられたモニタ１００に画像として表示されるので、運転者は従来と同様に、シフトレバーの位置と操作パネルとを目視確認することができる。
（３）前後方向に配列される自動変速パターンと手動変速パターンとが交互にモニタ１００に表示されるので、従来の機械式のシーケンシャルモードの操作装置に比べて左右方向のスペースを削減することができる。
（４）シフトレバー５５が自動変速パターンにおけるＤのポジションに位置しているときは、このＤのポジションに対して前方に２つ離れたＲのポジションへの操作荷重が重くなるので、シフトレバー５５の運転者の意思に反する行き過ぎを防止することができる。そのため、オーバーシフトを防止するための特別なロック機構を別途設ける必要がなく、その分コストを低くすることができる。つまり、制御装置６８（コンピュータ）の設定だけで対処でき、機械的構成の付加は不要であるので、その分コストを低くすることができる。
（５）シフトレバー５５を前方又は後方に倒してもシフトアップ又はシフトダウンの効果が得られない場合には、操作荷重制御部４Ｂ及び前後操作荷重アクチュエータ６６によりシフトレバー５５の前方又は後方への移動が規制されるので、運転者にギヤが最上段又は最下段に入っていることを認知させることができる。そのため、シフトレバー５５を前方に倒すとシフトアップ、後方に倒すとシフトダウンするシーケンシャルモードにおける操作感覚を実車に合わせることができる。
【０１０１】
また、シフトレバー５５の操作性を向上させるための操作荷重の制御にも前記した３力の内、引張コイルばね以外の２力（電動モータ及び電磁ブレーキを用いた操作荷重）の合成により最適な設定を行うことができる。
【０１０２】
このような力を発生させるハプティックデバイスにおいて、スプリング、電磁ブレーキ、及び電動モータを組み合わせることができる。その際、スプリングはエネルギーを使わずに力を発生することができ、電磁ブレーキは、動かす力を発生させることはできないが、小さな電力で大きな制動力を発生させることができる。また、電動モータは、物に対して動作や停止の双方の荷重を発生できるが、比較的大きな電力を消費する。これらの特性を組み合わせて、一定方向で変動がない荷重をスプリングで発生させ、抵抗感を電磁ブレーキで発生させ、それ以外の荷重を電動モータで発生させるようにすることができる。このように、その特性を生かして荷重や操作フィーリングを効率良くコントロールすることができる。
【０１０３】
以上好ましい実施の形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することのない範囲内において適宜の変更が可能なものである。例えば、前記第１の実施の形態では、ペダル操作荷重・変速制御手段３５をＥＣＵ１６とは別に設けているが、ＥＣＵ１６内に一体に設けても良い。
【０１０４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、操作装置は、電動モータとスプリングとの少なくとも一方と、電磁ブレーキとを備え、駆動バイワイヤにより操作装置に操作荷重を発生させることができ、車両のアクセルペダルの操作荷重と操作感触（フィーリング）を効率良く制御することができる。また、電磁ブレーキは、アクセルペダルの踏み込み時と戻り時の両方で前記アクセルペダルに対して同一の荷重を付与し、アクセルペダルの踏み込み側に対して戻し側の操作荷重が軽いヒステリシス特性を示すため、アクセルペダルの踏み込み時よりアクセルペダルの戻し時の操作荷重が軽くなり、アクセルペダルの操作荷重と操作感触を効率良く制御することができる。
【０１０６】
請求項２に記載の発明によれば、ペダル踏み込み量検出手段で得られたアクセルペダルの踏み込み量信号に基づいてキックダウンをして、アクセルペダルに操作荷重を発生させるので、所望のスロットル開度になるアクセルペダル踏み込み位置でのキックダウンと、操作荷重の極大値との発生を精度良く且つ容易に一致させることができる。さらに、キックダウンと、操作荷重の極大値との発生をペダル操作荷重・変速制御手段及びスロットル制御手段で容易に変更することができ、アクセルペダルの操作荷重と操作感触を効率良く制御することができる。
【０１０７】
請求項３に記載の発明によれば、自動変速による走行時と、手動変速による走行時とでアクセルペダルにおける操作荷重の極大値の有無を容易に切り換えることができ、アクセルペダルの操作荷重と操作感触を効率良く制御することができる。
【０１０８】
請求項４に記載の発明によれば、アクセルペダルをスロットル開度に対応した位置から増し踏みすることにより、車両を加速状態に素早く移行させることができ、アクセルペダルの操作荷重と操作感触を効率良く制御することができる。
【０１０９】
請求項５に記載の発明によれば、ストローク開始位置から定速走行時のスロットル開度に対応する位置まではアクセルペダルの操作荷重を軽くし、さらに、定速走行時のスロットル開度に対応する位置よりもアクセルペダルを踏み込んだときには、アクセルペダルの操作荷重を大きくすることで、車両の加速が開始するアクセルペダルの位置を運転者が容易に認識することができ、アクセルペダルの操作荷重と操作感触を効率良く制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る操作装置を採用した車両の模式図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る操作装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る操作装置の動作を説明するグラフである。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るその他の操作装置の動作を説明する図であり、（ａ）はペダルが踏み込み角度θ１の位置に保持する場合、（ｂ）はペダルがストローク開始位置に戻る場合を示している。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る操作装置のシフトレバーのポジションとペダル操作荷重との関係を示し、（ａ）はシフトレバー操作部を示す模式図、（ｂ）及び（ｃ）はペダル操作荷重ＲＰ１とペダル踏み込み量ＰＳとの関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る操作装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る操作装置の変速パターンを示し、（ａ）は自動変速パターンを示す平面図であり、（ｂ）は手動変速パターンを示す平面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る操作装置の構成を示すブロック図である。
【図９】図７（ａ）の自動変速パターンの各ポジションにシフトレバーが位置したときの各ポジション間のディテント荷重を示す平面図である。
【図１０】従来の車両用の操作装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】従来の車両用の操作装置の動作を説明するグラフである。
【図１２】従来の車両用の操作装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】従来の変速パターンを示し、（ａ）は自動変速パターンを示す平面図であり、（ｂ）は手動変速パターンを示す平面図である。
【図１４】従来の車両用の操作装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ 車両
１１ 前輪
１２ 後輪
１３ エンジン
１５ アクセルペダル
１５Ａ ストローク開始位置（アクセルペダルを踏まないときのアクセルペダル位置）
１６ ＥＣＵ
１７ スロットルバルブ
１８ 自動変速機
２１ 操作装置
２４ ペダル軸
２５ ペダル踏み込み量検出手段
２６ ペダル操作荷重付与手段
２６ａ ペダル操作荷重付与手段（電磁ブレーキ）
２６ｂ ペダル操作荷重付与手段（電動モータ）
２７ ペダル操作荷重制御手段
２８ 変速制御手段
３１ ペダル操作荷重検出手段
３２ スロットルバルブ駆動手段
３３ 変速機変速手段
３５ ペダル操作荷重・変速制御手段
５０ シフトレバー操作部
５１ 自動変速操作部
５２ 手動変速操作部
５３ 連結部
５５ シフトレバー
５６ 第一スリット
５７ 第一ポジション表示部
６０ 操作装置
６１ 第二スリット
６２ 第二ポジション表示部
６３ 揺動軸
６４ 前後方向センサ
６５ 傾動支持機構
６６ シフトレバー操作荷重付与手段
６６ａ シフトレバー操作荷重付与手段（電磁ブレーキ）
６６ｂ シフトレバー操作荷重付与手段（電動モータ）
６７ 操作形態選択スイッチ
６８ ＥＣＵ（制御装置）
６９ 変速機アクチュエータ
７０ 自動変速機
７２ 引張コイルばね
ＤＳ 駆動信号
ＦＳ ペダル踏み込み量信号
ＰＳ ペダル踏み込み量
ＲＢ 電磁ブレーキによる操作荷重
ＲＭ 電動モータによる操作荷重
ＲＰ ペダル操作荷重
ＲＳ ペダル操作荷重制御信号
ＲＳＳ ペダル操作荷重検出信号
ＲＴ ばね荷重による操作荷重
ＴＪ 変速情報
ＴＳ 変速指令
θＴＨ スロットル開度
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用の操作装置に関し、特に、スプリング（以下、ばねという）、電動モータ、及び電磁ブレーキを組み合わせてアクセルペダルの踏み込み荷重及びアクセルペダルの戻し荷重を発生させる車両用の操作装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両におけるレバーやペダルは運転者が操作する入力装置であり、これらを操作すると一般には手や足に対して一定の操作荷重が得られるが、この操作荷重をシフトレバーやアクセルペダルの操作に応じて発生させている。このような、シフトレバーやアクセルペダルを入力装置としてだけではなく、出力装置として機能させる技術がある。これをハプティックデバイス（haptic（触覚）device）と呼んでいる。
【０００３】
前記技術の内容を説明する装置として、本出願人は、特願２００２−１０１８６０号「車両用アクセルペダル装置」を出願している。図１０は従来の車両用アクセルペダル装置の構成を示すブロック図であり、図１１は従来の車両用アクセルペダル装置の動作を説明するグラフである。図１１のグラフに示すように、縦軸の下方から、踏み込み量信号ＦＳ、スロットル開度θＴＨ、変速情報ＴＪ、引張コイルばねのばね荷重による操作荷重ＲＴ、ペダル操作荷重付与手段としての電動モータによる操作荷重ＲＭ、そして、このような操作荷重ＲＴと操作荷重ＲＭとの和であるペダル操作荷重ＲＰ２を表し、横軸はペダル踏み込み量ＰＳを表す。
【０００４】
先ず、図１０及び図１１に示すように、運転者が運転中にアクセルペダル１５（図１０参照）を踏むと、踏み込み量信号ＦＳ（図１１参照）はペダル踏み込み量ＰＳがＳ１になったときから増加し始める。これに伴って、スロットル開度θＴＨもペダル踏み込み量ＰＳがＳ１になったときから増加し始める。
【０００５】
次に、引張コイルばねのばね荷重による操作荷重ＲＴは、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ１になるまでに急激に増加し、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ１になるとペダル踏み込み量ＰＳに比例して増加する。この後、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ３になると操作荷重ＲＴがＦ１３に達する。
【０００６】
また、電動モータ２６ｂ（図１０参照）による操作荷重ＲＭは、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ２になるまで発生しないが、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ２になったときに急激に増加し始め、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ３になったきに変速情報ＴＪがＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルに立ち上がってギヤを変速する。ここではキックダウンを開始するとともに、それまで増加していた電動モータ２６ｂによる操作荷重ＲＭは急激に減少し始める。電動モータ２６ｂによる操作荷重ＲＭは、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ３になったときに極大値Ｆ１２になる。ペダル踏み込み量ＰＳがＳ４になると、電動モータは停止して操作荷重ＲＭはゼロになり、変速情報ＴＪはＨＩＧＨレベルからＬＯＷレベルになる。
【０００７】
前記したばね荷重による操作荷重ＲＴに電動モータ２６ｂによる操作荷重ＲＭを加えることで、ペダル操作荷重ＲＰ２が得られる。例えば、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ３での操作荷重ＲＴ（＝Ｆ１３）と操作荷重ＲＭ（＝Ｆ１２）とを加えることでペダル操作荷重ＲＰ２の極大値Ｆ１１が得られる。
【０００８】
このように、引張コイルばね７２（図１０参照）と電動モータ２６ｂとでペダル操作荷重ＲＰ２を発生させる構成にすることにより、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ２〜Ｓ４の間だけ電動モータを作動させるだけで良く、車両の消費電力を抑えることができる。また、電動モータ２６ｂのみでペダル操作荷重を発生させる場合よりも、本実施の形態では小さな出力の電動モータで済み、電動モータに係るコストを低減することができる。
【０００９】
このように、電動モータ２６ｂ及び引張コイルばね７２のそれぞれの操作荷重を合成することでアクセルペダル１５の操作荷重ＲＰ２を得ることができ、電動モータの容量を節約して、より小さい電動モータが使用できるようにしている。
【００１０】
しかしながら、車両の操作性を向上させるためには、ペダルの踏み込み側と戻し側との間にヒステリシス特性を示す必要がある。ペダル操作にヒステリシス特性が必要な理由は、逆にペダル操作荷重にヒステリシス特性が無い場合には、小さな荷重の変化であってもペダルが動いてしまい、特に一定速のクルーズや、悪路等で車体が振動する状況においては、ペダルコントロールが難しくなる。そのため、ペダルの踏み込みの戻し側においても、電動モータ２６ｂを作動させている。
【００１１】
また、本出願人は、前記技術の内容を説明する装置として特願２００２−６６３７４号「車両の変速操作装置」を出願している。これは、電気的に荷重を作り出すことにより変速パターンやシフトレバーの位置を変更でき、操作性が向上した車両の変速操作装置である。図１２は従来の車両用の変速操作装置Ａの構成を示すブロック図である。図１３は変速パターン（シフトパターン）を示し、図１３（ａ）は自動変速パターンを示す平面図、図１３（ｂ）は手動変速パターンを示す平面図である。図１２及び図１３に示すように、変速操作装置Ａは、シフトレバー９１、前後方向センサ９３、制御装置（ＥＣＵ）９４、操作形態選択スイッチ９７、前後操作荷重アクチュエータ９９、モニタ１００などから構成され、操作パネル（モニタ１００）が自動変速パターンである場合は、図１３（ａ）に示すように、シフトレバー９１をＰ、Ｒ、Ｎ、・・・へと各ポジション間で移動させると、このシフトレバー９１には所定のディテント荷重（操作前には操作方向に対して軽い操作荷重が与えられ、その後次のポジションへと導くような力）が付与される。
【００１２】
次に、図１３（ｂ）に示すように、操作パターンが手動変速パターンである場合には、基準位置であるＭからシフトレバー９１を前後に動かすと所定の操作荷重が操作荷重制御部（図略）で設定され、その信号が前後操作荷重アクチュエータ９９（図１２参照）に出力される。そして、シフトレバー９１を離すとシフトレバー９１が穏やかにＭの位置に戻るような操作荷重を示す信号が、制御装置９４（図１２参照）から前後操作荷重アクチュエータ９９に出力される。
【００１３】
また、この他にも車両用操作装置が開示されている。これによると、運転者が操作する操作対象物には、複数の操作系の中から選択された操作系に対応した力覚が付与される。すなわち、操作対象物に付与される力覚は、選択された操作系に応じて変化する。このように力覚が付与される状態で操作対象物が操作されると、運転者に、例えば、実際に、シフトレバーを操作しているような感覚、ペダルを踏み込んでいるような感覚、あるいは、エアコンのスイッチ類を操作しているような感覚が付与されるとともに、選択された操作系が操作対象物の位置に基づいて制御される。
【００１４】
例えば、図１４に示すように、この車両用操作装置９０は、ＥＣＵ（制御装置）７０を備えており、このＥＣＵ７０により制御される。また、運転者に踏み込まれるペダル７２を備えており、このペダル７２は、運転者の足に接触されるペダル部７２ａと、支持部７２ｂとを有している。このペダル７２の支持部７２ｂは、作動軸７４を介してストロークシミュレータ７６に連結されている。ペダル７２が踏み込まれると、作動軸７４がストロークシミュレータ７６に進入する。このとき、ストロークシミュレータ７６は、作動油の進入量に応じた操作荷重を発生する。このため、ペダル７２には、ペダルストロークに応じた操作荷重が作用する。ペダル７２の作動軸７４には、ストロークセンサ７８が配設されている。このストロークセンサ７８は、ペダルストロークに応じた電気信号をＥＣＵ７０に向けて出力する。このＥＣＵ７０は、ストロークセンサ７８の出力信号に基づいてペダルストロークを検出する。このペダルストロークに応じたスロットル開度又は制動力が実現されるようにスロットル装置８４又はブレーキ装置８６に対して指令信号を供給する（例えば、特許文献１参照）。
【００１５】
【特許文献１】
特開２００１−１０５９２６号公報（[００５８]〜[００７４]、図７）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記したように車両の操作性を向上させるためには、ペダルの踏み込みの戻し側においては、踏み込み側との間にヒステリシス特性を示すために電動モータを作動させる必要があった。また、省電力のためにも、さらに電動モータの作動を少なくする必要があった。
【００１７】
また、アクセルペダルの踏み込み時及びアクセルペダルの戻し時に電動モータによって操作荷重を発生させて、運転者にアクセルペダルから車両の動作状態の感触を伝えるフィーリングを実現しているが、省電力のためには、電動モータそのものが大きくならない工夫をする必要があった。
【００１９】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、アクセルペダルの操作荷重と操作感触（フィーリング）を効率良く制御することができ、運転者に適切な操作荷重が付与されるとともに変速機を適切に制御できる車両用の操作装置を提供することを課題とする。
【００２０】
前記課題を解決した本発明の請求項１に記載の発明は、車両のアクセルペダルの操作荷重を駆動バイワイヤにより電気的に発生させる車両用の操作装置であって、前記操作装置は、回転駆動力を前記操作荷重として発生させる電動モータと、前記操作荷重を機械的に発生させるスプリングとの少なくとも一方と、電磁力を前記操作荷重として発生させる電磁ブレーキと、前記アクセルペダルの踏み込み量を検出するペダル踏み込み量検出手段と、前記アクセルペダルの踏み込み量に応じて前記アクセルペダルに操作荷重を与えるペダル操作荷重付与手段とを備え、前記ペダル踏み込み量検出手段で検出した踏み込み量信号に基づいて、前記操作荷重が制御され、前記電磁ブレーキは、前記アクセルペダルの踏み込み時と戻り時の両方で前記アクセルペダルに対して同一の荷重を付与することを特徴とする。
【００２１】
請求項１に記載の発明によれば、操作装置は、電動モータとスプリングとの少なくとも一方と、電磁ブレーキとを備え、駆動バイワイヤにより操作装置に操作荷重を発生させることができ、車両のアクセルペダルの操作荷重と操作感触（フィーリング）を効率良く制御することができる。また、本発明は、アクセルペダルの踏み込み時と戻り時の両方で前記電磁ブレーキにより前記アクセルペダルに対して同一の荷重が付与されることで、アクセルペダルの踏み込み側に対して戻し側の操作荷重が軽いヒステリシス特性を示すため、アクセルペダルの踏み込み時よりアクセルペダルの戻し時の操作荷重が軽くなり、アクセルペダルの操作荷重と操作感触を効率良く制御することができる。
【００２４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の構成において、前記アクセルペダルを所定量踏み込んだときに、前記操作荷重が極大値となるように前記ペダル操作荷重付与手段を制御するとともに、自動変速機に変速情報を送って変速を制御するペダル操作荷重・変速制御手段を備えることを特徴とする。
【００２５】
請求項２に記載の発明によれば、ペダル踏み込み量検出手段で得られたアクセルペダルの踏み込み量信号に基づいてキックダウンをして、アクセルペダルに操作荷重を発生させるので、所望のスロットル開度になるアクセルペダル踏み込み位置でのキックダウンと、操作荷重の極大値との発生を精度良く且つ容易に一致させることができる。さらに、キックダウンと、操作荷重の極大値との発生をペダル操作荷重・変速制御手段及びスロットル制御手段で容易に変更することができ、アクセルペダルの操作荷重と操作感触を効率良く制御することができる。
【００２６】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明の構成において、シフトレバーが自動変速を行うポジションに位置する場合は、前記アクセルペダルを所定量踏み込むと、前記操作荷重が極大値となるように前記ペダル操作荷重付与手段を制御するとともに、前記自動変速機に変速情報を送り、前記シフトレバーが手動変速を行うポジションに位置する場合には、前記操作荷重の極大値を発生させないように前記ペダル操作荷重付与手段を制御することを特徴とする。
【００２７】
請求項３に記載の発明によれば、自動変速による走行時と、手動変速による走行時とでアクセルペダルにおける操作荷重の極大値の有無を容易に切り換えることができ、アクセルペダルの操作荷重と操作感触を効率良く制御することができる。
【００２８】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明の構成において、前記ペダル踏み込み量検出手段で検出した踏み込み量信号に基づいてスロットル開度を制御するスロットル制御手段をさらに備え、クルーズコントロール装置により定速走行しているときに、前記アクセルペダルをその時のスロットル開度に対応した位置で保持するように前記ペダル操作荷重付与手段を制御することを特徴とする。
【００２９】
請求項４に記載の発明によれば、アクセルペダルをスロットル開度に対応した位置から増し踏みすることにより、車両を加速状態に素早く移行させることができ、アクセルペダルの操作荷重と操作感触を効率良く制御することができる。
【００３０】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明の構成において、前記クルーズコントロール装置により定速走行しているときに、前記アクセルペダルをストローク開始位置に戻し、このストローク開始位置から定速走行時のスロットル開度に対応する位置までは前記アクセルペダルの前記操作荷重を軽くし、さらに、定速走行時のスロットル開度に対応する位置よりも前記アクセルペダルを踏み込んだときには、定速走行を解除するとともに、前記アクセルペダルの前記操作荷重を大きくするように前記ペダル操作荷重付与手段を制御することを特徴とする。
【００３１】
請求項５に記載の発明によれば、ストローク開始位置から定速走行時のスロットル開度に対応する位置まではアクセルペダルの操作荷重を軽くし、さらに、定速走行時のスロットル開度に対応する位置よりもアクセルペダルを踏み込んだときには、アクセルペダルの操作荷重を大きくすることで、車両の加速が開始するアクセルペダルの位置を運転者が容易に認識することができ、アクセルペダルの操作荷重と操作感触を効率良く制御することができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る車両用の操作装置の実施の形態について図面を参照して説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る操作装置２１を採用した車両の模式図であり、車両１０は、前輪１１と後輪１２との間の後輪１２寄りにエンジン１３を配置した車両であり、運転席の前方にアクセルペダル１５を配置し、このアクセルペダル１５を操作することにより、エンジンコントロールユニット（スロットル制御手段；以下、ＥＣＵという）１６を介してエンジン１３の上部に設けたスロットルバルブ１７の開度（即ち、スロットル開度という）を調整してエンジン出力を制御するとともに、アクセルペダル１５の操作によりＥＣＵ１６からの指令に基づいてエンジン１３に連結した自動変速機１８の変速を制御する。符号６０は、シフトレバーを備えた操作装置である。
【００４７】
一般に、アクセルペダル１５とスロットルバルブ１７とは、スロットルケーブル（図略）などで機械的に連結するが、前記した車両１０では、アクセルペダル１５と、スロットルバルブ１７に設けたスロットルバルブ駆動手段３２（図２参照）とをＥＣＵ１６を介して電気配線（ワイヤ）で連結する駆動バイワイヤ（ＤＢＷと称す）構造を採用する。このＤＢＷ（Drive By Wire）は、電気配線式駆動と称され、駆動手段に仮想的な負荷を発生させる。
【００４８】
このような構造を採用することにより、アクセルペダル１５の操作に対して、スロットルバルブ１７の開閉を素早く応答させることができ、エンジン出力の制御のレスポンスをより一層向上させることができる。また、アクセルペダル１５側からの電気信号をスロットルバルブ１７の駆動のほかに前記したような自動変速機１８での変速や、シフトレバー５５に対するディテント荷重の制御や、その他の制御にも活用することが可能になる。
【００４９】
図２は、本発明に係る操作装置２１の構成を説明するブロック図であり、この操作装置２１は前記したアクセルペダル１５と、このアクセルペダル１５の踏み込み量を検出するためのアクセルペダル１５の揺動軸となるペダル軸２４の一端に連結したペダル踏み込み量検出手段２５と、このペダル踏み込み量検出手段２５からの踏み込み量信号ＦＳに対応してアクセルペダル１５に操作荷重（ここでの操作荷重は、アクセルペダル１５を踏み込むときに作用させる踏力とは反対方向の力である。）を発生させるための引張コイルばね７２と、ペダル軸２４の他端に連結したペダル操作荷重付与手段２６と、踏み込み量信号ＦＳに基づきペダル操作荷重付与手段２６にペダル操作荷重信号ＲＳを送ることでアクセルペダル１５の操作荷重を制御するペダル操作荷重制御手段２７と、このペダル操作荷重制御手段２７から送られた踏み込み量信号ＦＳを受けるスロットル制御手段としてのＥＣＵ１６と、このＥＣＵ１６で得た踏み込み量信号ＦＳに基づいて発した変速指令ＴＳを受ける変速制御手段２８と、ペダル軸２４に介設することでペダル操作荷重付与手段２６によって発生する操作荷重を検出するとともにペダル操作荷重検出信号ＲＳＳをペダル操作荷重制御手段２７に送るペダル操作荷重検出手段３１とからなる。
【００５０】
ＥＣＵ１６が、踏み込み量信号ＦＳに基づいてスロットルバルブ駆動手段３２に駆動信号ＤＳを送ると、スロットルバルブ駆動手段３２はスロットルバルブ１７（図１参照）を開閉しスロットル開度を変化させる。また、変速制御手段２８が、変速指令ＴＳに基づいて自動変速機１８（図１参照）に設けた変速機変速手段３３に変速情報ＴＪを送って変速制御する。この結果、変速機変速手段３３は変速を行う。
【００５１】
ペダル踏み込み量検出手段２５は、例えば、ペダル軸２４の回転角度を検出する回転角センサであり、アクセルペダル１５の踏み込み量をアクセルペダル１５の揺動角として検出する。
【００５２】
ペダル操作荷重付与手段２６は、電磁ブレーキ２６ａと電動モータ２６ｂとからなり、この電磁ブレーキ２６ａと電動モータ２６ｂとは回転軸を同一にした出力軸を有している。また、この出力軸はペダル軸２４に連結されている。
【００５３】
ここでは電磁ブレーキ２６ａはマイクロパウダーブレーキであり、磁性粉体とコイルを備えて構成されている。すなわち、この電磁ブレーキ２６ａは磁性粉体を用いたパウダー式であり、このパウダー式は連続スリップ状態で使用される場合に多く用いられる。また、一般に電磁ブレーキには、パウダー式以外にも摩擦板式、噛み合い式があり、摩擦板式は連続スリップ状態で使用するとライニングの寿命が短く、また、噛み合い式は完全連結と完全解放の二つの状態に使用するときに用いられる。しかしながら、磁性粉体からなるパウダー式であってもスリップさせながら使う場合、摩擦エネルギーが熱となってパウダーの温度を高める。さらに、通電によるコイルの発熱もあるため所定の冷却を必要とする。このような冷却に用いる冷却方式には、自然放熱、強制放熱、水冷却、ヒートパイプなどを利用した冷却がある。本実施の形態では自然放熱を用いているが、何れかを選択して用いても構わない。
【００５４】
ペダル操作荷重制御手段２７は、踏み込み量信号ＦＳ及びペダル操作荷重検出信号ＲＳＳに基づいて、ペダル操作荷重が発生する踏み込み位置及び操作荷重（特に、極大値）を制御する。ペダル操作荷重制御手段２７及び変速制御手段２８は、ペダル操作荷重・変速制御手段３５を構成する。
【００５５】
次に、以上に述べた車両用の操作装置の動作を説明する。
図３は、本発明に係る操作装置２１（図２参照）の動作を説明するグラフである。図３に示すように、縦軸の下方から順に、ペダル踏み込み量検出手段２５（図２参照）から出力される踏み込み量信号ＦＳ、スロットル開度θＴＨ、変速制御手段２８（図２参照）から出力される変速情報ＴＪ、引張コイルばね７２（図２参照）のばね荷重によりアクセルペダル１５（図２参照）に発生するペダル操作荷重ＲＴ、電動モータ２６ｂによりアクセルペダル１５に発生するペダル操作荷重ＲＭ、電磁ブレーキ２６ａによりアクセルペダル１５に発生するペダル操作荷重ＲＢ、これらの操作荷重ＲＴ、操作荷重ＲＭ、及び操作荷重ＲＢとの和であるペダル操作荷重ＲＰ１を表し、横軸はアクセルペダル１５のペダル踏み込み量ＰＳを表す。
【００５６】
先ず、運転者が運転中にアクセルペダル１５（図２参照）を踏み込むと、踏み込み量信号ＦＳは、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ１になったときから増加し始める。これに伴って、スロットル開度θＴＨは、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ１になったときから増加し始める。スロットル開度θＴＨは、踏み込み量信号ＦＳに対して、略比例関係にある。
【００５７】
次に、ばね荷重によりアクセルペダル１５に発生するペダル操作荷重ＲＴは、ペダル踏み込み量ＰＳがゼロからＳ１までは急激に立ち上がり、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ１の後はペダル踏み込み量ＰＳの増加に伴って徐々に増加する。ペダル踏み込み量ＰＳがＳ３のときに荷重Ｆ４になる。
【００５８】
また、電動モータ２６ｂによりアクセルペダル１５に発生するペダル操作荷重ＲＭは、ペダル踏み込み量ＰＳがゼロからＳ１までは急激に立ち上がり、そのあとＳ２までは一定の荷重Ｆ６を維持している。そして、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ２を越えると、ペダル操作荷重ＲＭが急激に増加し始め、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ３になるとともに、変速情報ＴＪがＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルに立ち上がり変速する。ここではキックダウンを開始するとともに、ペダル操作荷重ＲＭは急激に減少し始める。すなわち、ペダル操作荷重ＲＭはペダル踏み込み量ＰＳがＳ３で極大値Ｆ７となる。さらに、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ４になると、変速情報ＴＪがＨＩＧＨレベルからＬＯＷレベルになりペダル操作荷重ＲＭは一定荷重Ｆ６に戻る。そして、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ５のときに、ペダルを戻し始めると、ペダル踏み込み量ＰＳの減少とともに、踏み込み時の荷重より軽い荷重Ｆ５が維持され、踏み込み時の荷重Ｆ６に対してヒステリシス特性を示す。これにより、ペダルが戻るときの操作荷重が軽くなる。尚、荷重Ｆ６及び荷重Ｆ５はゼロにしても良く、適宜、荷重を調節して設定しても構わない。
【００５９】
また、電磁ブレーキ２６ａによりアクセルペダル１５に発生するペダル操作荷重ＲＢは、ペダル踏み込み量ＰＳがゼロからＳ１までは急激に立ち上がり、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ１の後はペダル踏み込み量ＰＳの増加とともに一定荷重Ｆ９を維持する。これにより、アクセルペダル１５には、ペダル踏み込み時に対する抵抗として荷重Ｆ９が働く。そして、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ５のときに、ペダルの踏み込みを戻し始めるとペダル踏み込み量ＰＳの減少とともに、ペダル踏み込み時の荷重Ｆ９が、今度は、アクセルペダル１５を戻そうとする操作荷重に対する抵抗として作用することになり、アクセルペダル１５は、ペダル踏み込み時よりも軽い操作荷重になる。すなわち、アクセルペダル１５が戻るときの操作荷重が踏み込み時の操作荷重よりも軽くなり、アクセルペダル１５の操作荷重は、ヒステリシス特性を示している。
【００６０】
これらの操作荷重ＲＴ、操作荷重ＲＭ、及び操作荷重ＲＢの３力を合成することによりなるペダル操作荷重ＲＰ１は、ペダル踏み込み量ＰＳがゼロからＳ１までは急激に立ち上がり、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ１の後はペダル踏み込み量ＰＳの増加とともに増加し、ペダル踏み込み量ＰＳが増加してＳ２になると、ペダル操作荷重ＲＰ１は荷重Ｆ２になる。さらに、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ３になると、変速情報ＴＪはＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルに立ち上がり変速し、ペダル操作荷重ＲＰ１は極大値Ｆ１を示す。ここで、キックダウンが開始されるとともに、ペダル操作荷重ＲＰ１は急激に減少し始める。そして、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ４となった後、ペダル操作荷重ＲＰ１はペダル踏み込み量ＰＳの増加に伴って徐々に増加する。グラフ中の実線がペダル踏み込み時のペダル操作荷重を示す。ペダル踏み込み量ＰＳがＳ５のとき、アクセルペダル１５（図２参照）を戻すと、ペダル操作荷重ＲＰ１はＦ３まで急激に下降し、その後は徐々に下降する。グラフ中の破線がペダル戻し時のペダル操作荷重を示す。その後、ペダルを戻し始めたときの荷重Ｆ３からペダル踏み込み量ＰＳの減少とともに、ペダルの踏み込み時の荷重より軽い荷重が維持され、ペダルの踏み込み時の荷重に対してヒステリシス特性を示しながら、ペダル操作荷重ＲＰ１はペダル踏み込み量ＰＳの減少に伴って徐々に減少する。これにより、ペダルが戻るときの操作荷重を軽くしている。また、ペダルを途中まで踏み込んで戻す場合にも、踏み込み側の操作荷重と戻し側の操作荷重との間にはヒステリシス特性を示すように制御されている。
【００６１】
前記したように、本発明ではペダル操作荷重制御手段２７（図２参照）でペダル操作荷重付与手段２６を電気的に制御してペダル操作荷重を発生させているので、アクセルペダル１５の踏み込み時にペダル操作荷重に極大値を発生させ、アクセルペダル１５の戻し時にペダル操作荷重に極大値を発生させないように容易に設定することができ、最適な設定を行うことができる。
【００６２】
また、ペダル操作荷重は、機械式にスロットルバルブ１７を駆動させる場合にスロットルケーブル（図略）の摩擦によって示されるヒステリシス特性や、電動モータによって示されるヒステリシス特性を、本実施の形態では、主に電磁ブレーキ（磁性粉体を用いたマイクロパウダーブレーキ）によって与えている。これにより、操作装置２１は、アクセルペダル１５に、ペダルの踏み込み側は少し重く、戻し側はそれよりも軽いブレーキ力（操作荷重）を発生させ、車両の動作状態を知覚できるアクセルペダル１５の操作荷重と操作感触（フィーリング）を効率良く制御している。さらに、前記した３力を効率良く制御することにより消費電力を低減することができる。また、電動モータの容量を節約して、より小さな電動モータを使用することができる。
【００６３】
さらに、図４（ａ）（ｂ）を参照して、本発明に係るその他に適用された操作装置の動作を説明する。車両１０（図１参照）に、アクセルペダル１５を踏まなくても自動的に車速を一定に保つことができるクルーズコントロール装置（図略）を備える場合のアクセルペダル１５の動作を示す。クルーズコントロール装置は、車両の走行中にクルーズコントロール用スイッチ（図略）をオンにすれば、このスイッチをオンにしたときのスロットル開度にスロットルバルブ１７（図１参照）が固定されて、車両１０を定速走行させるようにしたものである。符号２４は前記したペダル軸であり、符号２６はペダル操作荷重付与手段である（図２参照）。
【００６４】
図２及び図４（ａ）に示すように、アクセルペダル１５のストローク開始位置（アクセルペダル１５を踏まないときの位置であり、この位置のアクセルペダル１５の符号を便宜上１５Ａとする。）からの踏み込み量としての踏み込み角度をθとすると、車両１０の走行中に、アクセルペダル１５をストローク開始位置１５Ａから踏み込んで、踏み込み角度θがθ１のときに前記したクルーズコントロール用スイッチをオンにした際に、操作装置２１のペダル操作荷重制御手段２７は、ペダル操作荷重付与手段２６を制御して、アクセルペダル１５から足を離してもアクセルペダル１５を踏み込み角度θ１の位置に保持し、車両１０は定速走行する。
【００６５】
この状態で、アクセルペダル１５を踏み込んで踏み込み角度θがθ１を越えるようにすれば、車両１０を加速させることができ、アクセルペダル１５から足を離せば、アクセルペダル１５は元の位置、即ち踏み込み角度θ１の位置に戻るとともに、車両１０はアクセルペダル１５を踏み込む前の速度、即ち定速走行していた速度に戻り、再度定速走行する。定速走行中にブレーキペダルを踏めば、定速走行、即ちオートクルーズが解除され、アクセルペダル１５の位置が保持されることもなく、通常のペダル操作を行うことができる。
【００６６】
図４（ｂ）に示すように、車両１０の走行中に、アクセルペダル１５をストローク開始位置１５Ａから踏み込んで、踏み込み角度θがθ１のときに前記したクルーズコントロール用スイッチをオンにした際に、操作装置２１（図２参照）のペダル操作荷重制御手段２７は、ペダル操作荷重付与手段２６を制御して、アクセルペダル１５から足を離したときに、アクセルペダル１５をストローク開始位置１５Ａまで戻す。
【００６７】
そして、アクセルペダル１５をストローク開始位置１５Ａから踏み込むと、ペダル操作荷重制御手段２７は、ペダル操作荷重付与手段２６を制御して、踏み込み角度θがθ１までは、アクセルペダル１５の操作荷重を軽くし、踏み込み角度θがθ１を越えると、アクセルペダル１５の操作荷重をそれまでより大きくして、やがて極大値を発生させる。即ち、踏み込み角度θがθ１までは運転者の踏力を軽くすることができ、踏み込み角度θがθ１を越えると運転手の踏力を大きくすることができる。
【００６８】
このように、踏み込み角度θ１で踏力を変化させることにより、オートクルーズしているときのスロットル開度に対応するアクセルペダル１５の踏み込み量、即ち踏み込み角度θ１であって、車両の加速が行えるアクセルペダル１５の踏み込み量を運転者に容易に認識させることができる。この場合、定速走行中にブレーキペダルを踏めば、図４（ａ）に示す実施の形態と同様に、オートクルーズが解除される。このような、オートクルーズにおけるアクセルペダル１５の制御及び操作荷重にも前記した３力の合成により最適な設定を行うことができる。
【００６９】
図５（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る操作装置２１（図２参照）のペダル操作荷重ＲＰ１とシフトレバー５５のポジションとの関係を示す説明図であり、（ａ）はシフトレバー操作部を示す模式図、（ｂ）及び（ｃ）はペダル操作荷重ＲＰ１とペダル踏み込み量ＰＳとの関係を示すグラフである。
図５（ａ）に示すように、シフトレバー操作部５０は、自動変速を行うポジションを設けた自動変速操作部５１と、手動変速を行うポジションを設けた手動変速操作部５２と、これらを連結する連結部５３とからなる。
【００７０】
自動変速操作部５１は、シフトレバー５５が通る第一スリット５６と、シフトレバー５５の各ポジションを表示する第一ポジション表示部５７とからなる。
第一ポジション表示部５７は、例えば、パーキング時のポジションを示す「Ｐ」、後退時のポジションを示す「Ｒ」、ニュートラルのポジションを示す「Ｎ」、全ギヤを対象に自動変速させるときのポジションを示す「Ｄ」、１速ギヤ及び２速ギヤを対象に自動変速させるときのポジションを示す「２」を表示した部分であり、シフトレバー５５は、これらの各ポジションで停止させることができる。
【００７１】
手動変速操作部５２は、シフトレバー５５が通る第二スリット６１と、シフトレバー５５の各ポジションを表示する第二ポジション表示部６２とからなる。
第二ポジション表示部６２は、ギヤを一段だけ増速側に変速するときのポジションを示す「＋」と、ギヤを一段だけ減速側に変速するときのポジションを示す「−」と、中立位置を示す「Ｍ」を表示した部分であり、シフトレバー５５は、「＋」又は「−」に移動させたときにそれぞれのポジションには停止させることができず「Ｍ」に戻る。
【００７２】
連結部５３は、第一スリット５６と第二スリット６１とが連通するスリットであり、これらの第一スリット５６と第二スリット６１との間でシフトレバー５５を移動させることができる。
【００７３】
シフトレバー５５が第一スリット５６内に位置する場合は、自動変速が可能な状態であり、この状態を以下「ＡＴモード」と称する。また、シフトレバー５５が第二スリット６１内に位置する場合は、手動変速が可能な状態であり、この状態を以下「マニュアルモード」と称する。このようなＡＴモード及びマニュアルモードは、自動変速機１８（図１参照）によって実施することができる。
【００７４】
図５（ｂ）において、縦軸はＡＴモ―ドでのアクセルペダル１５（図２参照）のペダル操作荷重ＲＰ１、横軸はアクセルペダル１５のペダル踏み込み量ＰＳを表す。ＡＴモードでは、ペダル操作荷重制御手段２７（図２参照）は、ペダル操作荷重付与手段２６を制御してペダル踏み込み量ＰＳがＳ３のときにペダル操作荷重ＲＰ１に極大値Ｆ１を発生させる。
【００７５】
図５（ｃ）において、縦軸はマニュアルモードでのアクセルペダル１５のペダル操作荷重ＲＰ１、横軸はアクセルペダル１５のペダル踏み込み量ＰＳを表す。マニュアルモードでは、ペダル操作荷重制御手段２７（図２参照）は、ペダル操作荷重付与手段２６を制御してペダル操作荷重ＲＰ１に極大値を発生させないようにし、ペダル踏み込み量ＰＳに応じたペダル操作荷重ＲＰ１、例えば、ペダル踏み込み量ＰＳがＳ１以降に、ペダル踏み込み量ＰＳに比例したペダル操作荷重ＲＰ１を発生させる。
【００７６】
また、シフトレバー５５の操作性を向上させるための操作荷重の制御にも前記した３力の内、引張コイルばね以外の２力（電動モータ及び電磁ブレーキを用いた操作荷重）の合成により最適な設定を行うことができる。
【００７７】
これにより、従来、アクセルペダル１５（図２参照）の後方に、ペダル操作荷重の極大値を発生させるための特別なスイッチを設けた場合には、ＡＴモードでペダル操作荷重の極大値が発生し、マニュアルモードにおいても、必要としないペダル操作荷重の極大値が発生することになる。これに対して、本発明の操作装置２１では、ペダル操作荷重制御手段２７によって、ＡＴモード及びマニュアルモードにおいてペダル操作荷重の極大値の有無（即ち、極大値を発生させるか又は発生させないか）を容易に制御することができる。
【００７８】
以上に述べた電動モータは、回転式に限らずリニアモータや、他の動力源としてのアクチュエータ、例えば、油圧シリンダと油圧発生装置との組合せ、空圧シリンダと空圧発生装置との組合せでも良く、リニアモータ、油圧発生装置、空圧発生装置を電気的に制御することでペダル操作荷重を制御するように構成しても良い。
【００７９】
また、操作装置２１（図２参照）は、アクセルペダル１５に付与する操作荷重の一部を引張コイルばね７２により機械的に発生させているため、ペダル操作荷重付与手段２６で発生させる操作荷重を軽くすることができる。そのため、ペダル操作荷重付与手段２６の負担を小さくすることができて、操作装置２１のコスト、電力消費を低減することができる。
【００８０】
また、１つの踏み込み量信号ＦＳによって、スロットル開度θＴＨ、変速情報ＴＪ及びペダル操作荷重ＲＰ１を得ることができるため、キックダウンとペダル操作荷重ＲＰ１の極大値Ｆ１の発生とを精度良く一致させることができ、アクセルペダル１５を踏み込んで車両１０を加速させるときに、キックダウンをアクセルペダル１５のクリック感として同時に体感することができる。したがって、運転者に運転操作における車両１０との一体感をより一層起こさせることができる。
【００８１】
＜第２の実施の形態＞
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る操作装置６０の構成を説明するブロック図である。
図６に示すように、操作装置６０は、シフトレバー５５、前後方向センサ６４、ＥＣＵ（制御装置）６８、操作形態選択スイッチ６７、前後操作荷重アクチュエータ６６、モニタ１００などから構成される。この操作装置６０の制御装置６８は、その制御信号で変速機アクチュエータ６９を作動させることで変速機７０を適宜制御し、シフトバイワイヤ（Shift By Wire）を実現している。そのため、シフトレバー５５と変速機７０は機械的に接続されておらず、切り離されている。また、前後操作荷重アクチュエータ６６は、電磁ブレーキ６６ａ、電動モータ６６ｂから構成されている。
【００８２】
なお、前後方向センサ６４は請求項の「位置検出手段」に相当し、制御装置６８は請求項の「操作パネル設定手段」及び「変速制御手段」に相当し、制御装置６８と前後操作荷重アクチュエータ６６は請求項の「操作荷重付与手段」及び「ディテント荷重制御手段」に相当し、モニタ１００は請求項の「表示部材」に相当する。
【００８３】
〔シフトレバー〕
まず、シフトレバー５５の構成について説明する。
シフトレバー５５は、運転者が操作できるように、運転席の近傍に配置されている。このシフトレバー５５は、パイプ状のスティック本体１Ａの上端に操作グリップ１Ｂが固定された構造を有し、スティック本体１Ａの下端部（基部）が傾動支持機構６５を介して前後方向に傾動自在に支持されている。このシフトレバー５５を前後方向に傾動する操作は、シフトレバー５５の前後方向の操作を可能とする回転軸に備えられたポテンショメータなどからなる前後方向センサ６４により、その操作量が電気信号として検出（出力）されるようになっている。そして、この前後方向センサ６４は、検出値を制御装置６８に出力する。
【００８４】
傾動支持機構６５は、運転者によるシフトレバー５５の前後方向における操作に対して、シフトレバー５５の動きに操作荷重を与える前後操作荷重アクチュエータ６６を有する（操作荷重の方向及び大きさについては後記する）。なお、操作荷重の大きさ及び方向は制御装置６８により設定されるが、この点は後記する。
【００８５】
〔操作形態選択スイッチ〕
操作形態選択スイッチ６７は、自動変速操作形態と手動変速操作形態のうちシフトレバー５５により操作すべき操作形態を選択するものである。この操作形態選択スイッチ６７は、たとえばモニタ１００等に設けられ、所定の条件のもとで運転者が適宜に作動することにより、自動変速操作形態と手動変速操作形態とを交互に切り換えるものである。そして、この操作形態選択スイッチ６７により自動変速操作形態と手動変速操作形態のうち一形態が選ばれると、その一形態を示す信号が制御装置６８に出力される。この制御装置６８は、操作形態選択スイッチ６７により選択された操作形態に対応した操作パネルを仮想的に設定し、その信号をモニタ１００に出力（表示）する。
【００８６】
〔モニタ〕
モニタ１００は、車両前後方向に延びる略直方体の形状に形成された液晶等の薄型モニタとなってシフトレバー５５の基部の近傍に設けられ、制御装置６８により設定された操作パネルを画像として視覚化している。ここで、モニタ１００により視覚化された操作パネルについて説明する。図７は、変速パターンを示し、（ａ）は自動変速パターンを示す平面図であり、（ｂ）は手動変速パターンを示す平面図である。図７（ａ）に示すように、モニタ１００上に表示される操作パネルは、前方から順に自動変速ポジションとしてＰ（パーキング），Ｒ（バック），Ｎ（ニュートラル），Ｄ（ドライブ），Ｄ３（サード），２（セカンド）が前後方向１列に並んで配設される自動変速パターンと、図７（ｂ）に示すように、シフトレバー５５をＭ（基準位置）を中心に前方に倒すとシフトアップ、後方に倒すとシフトダウンする手動変速パターンの２パターンに設定される。
【００８７】
〔制御装置〕
制御装置６８（図６参照）は、コンピュータ（図略）及び駆動回路（図略）などから構成され、前記した前後方向センサ６４の出力信号をデジタル化して入力し、所定の処理を行い、変速機アクチュエータ６９、前後操作荷重アクチュエータ６６及びモニタ１００を所定の制御のもとに駆動する駆動信号を出力する。この制御装置６８は、後記する図８に示すように、操作パネル設定部４Ａ、操作荷重制御部４Ｂ、変速制御部４Ｃを有する。
【００８８】
〔操作パネル設定部〕
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る操作装置の構成を示すブロック図である。図８に示すように、操作パネル設定部４Ａは、操作形態選択スイッチ６７により選択された操作形態に対応した前記操作パネルを仮想的に設定し、その信号を操作荷重制御部４Ｂ、変速制御部４Ｃ及びモニタ１００に出力する。そして、この操作パネル設定部４Ａでは、車両のエンジン始動時において前記自動変速パターンがモニタ１００に表示されるように、自動変速パターンが初期値として設定されている。
【００８９】
〔操作荷重制御部〕
操作荷重制御部４Ｂは、操作パネル設定部４Ａで設定された操作パネルに対応するシフトレバー５５（図６参照）の位置に応じた操作荷重を設定し、その操作荷重を前後操作荷重アクチュエータ６６を介してシフトレバー５５に付与する。具体的には、図７（ａ）に示すように、操作パネルが自動変速パターンである場合、シフトレバー５５をＰ〜Ｒ，Ｒ〜Ｎ，…へと各ポジション間で移動させると、このシフトレバー５５には所定のディテント荷重（操作前には操作方向に対して軽い操作荷重が与えられ、その後次のポジションへと導くような力）が付与されて、従来の機械式のシフトレバー操作と同様の感覚を得ることができる。なお、シフトレバー５５は、Ｒ〜Ｄ３のポジションに入った状態では、前後操作荷重アクチュエータ６６によりそのポジションに維持される。また、シフトレバー５５は、Ｐ，２のポジションに入った状態では、前後操作荷重アクチュエータ６６でそのポジションに維持されてもよいし、前記傾動支持機構６５に形成されたシフトゲート（図示せず）の前端、後端で支持されることで、そのポジションに維持されてもよい。さらに、この傾動支持機構６５のシフトゲートの前端には、エンジン停止時においてシフトレバー５５をロックするための機構が設けられている。
【００９０】
操作パターンが手動変速パターンである場合には、基準位置であるＭからシフトレバー５５を前後に動かすと所定の操作荷重が操作荷重制御部４Ｂで設定され、その信号が前後操作荷重アクチュエータ６６に出力される。そして、シフトレバー５５を離すとシフトレバー５５が緩やかにＭの位置に戻るような操作荷重を示す信号が、操作荷重制御部４Ｂから前後操作荷重アクチュエータ６６に出力される。
【００９１】
〔変速制御部〕
変速制御部４Ｃは、操作パネル設定部４Ａにより設定された操作パネルに対応するシフトレバー５５の位置に基づいて、変速機７０のギヤの切り換えを行う変速機アクチュエータ６９を制御する。具体的には、操作パネル設定部４Ａで設定された操作パネルが自動変速パターン（図７（ａ）参照）である場合には、たとえばシフトレバー５５がＲのポジションに入っていると、前後方向センサ６４はＰのポジションを基準としたシフトレバー５５の操作量（変位量）を検出して変速制御部４Ｃに出力する。この変速制御部４Ｃでは、操作パネル設定部４Ａからの自動変速パターンを示す信号と前後方向センサ６４からの信号とに基づいて、シフトレバー５５の位置がＲのポジションにあることを認識し、その信号を変速機アクチュエータ６９に出力する。そして、この変速機アクチュエータ６９の駆動により変速機７０のギヤがバックに切り換えられる。その他のＰ，Ｎ〜２のポジションでも同様に、前後方向センサ６４と操作パネル設定部４Ａからの信号により、変速制御部４Ｃが変速機アクチュエータ６９を適宜制御する。
【００９２】
操作パネルが手動変速パターン（図７（ｂ）参照）である場合には、シフトレバー５５がＭのポジションよりも前方の所定位置まで傾動されると、前後方向センサ６４はＭのポジションからのシフトレバー５５の前方への操作量を検出して変速制御部４Ｃに出力する。この変速制御部４Ｃでは、操作パネル設定部４Ａからの手動変速パターンを示す信号と前後方向センサ６４からの信号とに基づいて、変速機７０のギヤを現在のギヤより一段上げる信号を変速機アクチュエータ６９に出力する。また、シフトレバー５５がＭのポジションよりも後方の所定位置まで傾動されると、前記とは逆に、変速制御部Ｃは変速機７０のギヤを現存のギヤより一段下げる信号を変速機アクチュエータ６９に出力する。そして、シフトレバー５５をシフトアップ又はシフトダウンする方向に操作しても効果が無い場合、すなわち、最上段又は最下段のギヤが選択された状態でシフトレバー５５を前方又は後方に操作する場合には、変速機７０に設けられる図示しないセンサにより最上段又は最下段のギヤが選択されていることを示す信号が操作荷重制御部４Ｂと変速制御部４Ｃに出力される。この信号によって、操作荷重制御部４Ｂから効果の無い方向への操作荷重を重くする信号が前後操作荷重アクチュエータ６６に出力され、変速制御部４Ｃから変速機アクチュエータ６９へ出力される信号が遮断される。
【００９３】
次に、この操作装置の動作について図７を参照して説明する。
まず、車両のエンジンを始動させると、図７（ａ）に示すような自動変速パターンがモニタ１００に表示され、このモニタ１００の前端部の左側に位置するシフトレバー５５は自動変速パターンのＰのポジションに位置することになる。そして、このシフトレバー５５の位置が前後方向センサ６４（図６、図８参照）により検出され、その信号が制御装置６８の変速制御部４Ｃと操作荷重制御部４Ｂに出力される（図６，図８参照）。この変速制御部４Ｃでは、前後方向センサ６４からの信号と操作パネル設定部４Ａからの信号とに基づいて変速機アクチュエータ６９にＰのポジションに相当する信号を出力する。操作荷重制御部４Ｂでは、Ｐのポジションに位置するシフトレバー５５の位置に応じた各ポジション間のディテント荷重を設定し、その信号を前後操作荷重アクチュエータ６６に出力する。そして、他のポジションにシフトレバー５５が位置する場合と同様に、そのポジションに相当する信号が変速制御部４Ｃにより変速機アクチュエータ６９に出力されるとともに、各ポジション間のディテント荷重が操作荷重制御部４Ｂにより設定される。
【００９４】
この操作荷重制御部４Ｂにより設定される各ポジション間のディテント荷重は、図９に示すように、シフトレバー５５（図７参照）の位置と、その他車速等の情報に応じて異なっている。なお、この図９において、斜線で囲んだ部分はシフトレバー５５の位置を示し、各ポジション間に記した矢印のうち細線の矢印は通常のディテント荷重を示すとともに白抜き矢印は通常のディテント荷重よりも重いディテント荷重を示している。また、この図９は左の列から右の列に向かってシフトレバー５５をＰのポジションから後のポジションに順に移動させていったときの各ポジション間のディテント荷重を示しており、以下の説明においては左の列から順番に説明することとする。
【００９５】
シフトレバー５５の位置に応じてディテント荷重（操作荷重）を設定する操作荷重制御部４Ｂは、図９に示すように、シフトレバー５５がＰのポジションに位置するときは、このＰのポジションに対して４つ以上離れたＤ３，２のポジションへの操作荷重をＲ〜Ｄのポジションへの通常の操作荷重より重くする。シフトレバー５５がＲのポジションに位置するときは、操作荷重制御部４ＢはＲのポジションに対して３つ以上離れたＤ３，２のポジションへの操作荷重を通常の操作荷重よりも重くする。シフトレバー５５がＮのポジションに位置するときは、操作荷重制御部４ＢはＮのポジションに対して後方に２つ以上離れたＤ３,２のポジションへの操作荷重を通常の操作荷重よりも重くする。
【００９６】
シフトレバー５５がＤのポジションに位置し、車速がある速度以上の場合は、操作荷重制御部４ＢはＤのポジションに対して２つ以上離れたＰ、Ｒ、２のポジションへの操作荷重を通常の操作荷重よりも重くする。シフトレバー５５がＤ３のポジションに位置し、車速がある速度以上の場合は、操作荷重制御部４ＢはＤ３のポジションに対して３つ以上離れたＰ，Ｒのポジションへの操作荷重を通常の操作荷重よりも重くする。シフトレバー５５が２のポジションに位置し、車速がある速度以上の場合は、操作荷重制御部４Ｂは２のポジションに対して４つ以上離れたＰ，Ｒへの操作荷重を通常の操作荷重よりも重くする。なお、通常の操作荷重よりも重く設定される操作荷重は、運転者の誤操作を防止する程度の大きさであればよい。したがって、たとえば運転者が意図的に大きな力をシフトレバー５５に付与すれば重い操作荷重が設定されているポジションを選択することが可能なように操作荷重を設定してもよい。
【００９７】
図７に示すように、シフトレバー５５が自動変速パターンのＤのポジションに位置するときに、操作形態選択スイッチ６７を作動させると、その信号が制御装置６８の操作パネル設定部４Ａに出力される。この操作パネル設定部４Ａでは、操作形態選択スイッチ６７からの信号に基づいて自動変速パターンから手動変速パターンに操作パネルが切り換えられ、その信号が操作荷重制御部４Ｂ、変速制御部４Ｃ及びモニタ１００に出力される。このように切り換えられた手動変速パターンがモニタ１００に表示され、この手動変速パターンのＭのポジションにシフトレバー５５が位置することとなる。
【００９８】
このＭのポジションにあるシフトレバー５５を運転者が前方の所定位置まで操作荷重制御部４Ｂで設定された所定の操作荷重に抗して傾動すると、所定位置に到達したシフトレバー５５の位置が前後方向センサ６４で検出され、その信号が変速制御部４Ｃを介して変速機アクチュエータ６９に出力される。この変速機アクチュエータ６９は、変速制御部４Ｃからの信号に基づいて、変速機７０のギヤを現在のギヤより一段上げることによって、車両を増速可能な状態にする。そして、シフトレバー５５を前方に倒してもシフトアップの効果が得られない場合には、操作荷重制御部４Ｂ及び前後操作荷重アクチュエータ６６によりシフトレバー５５の前方への移動が規制される。
【００９９】
一方、運転者がシフトレバー５５をＭのポジションから後方の所定位置まで所定の操作荷重に抗して傾動すると、所定位置に到達したシフトレバー５５の位置が前後方向センサ６４で検出され、その信号が変速制御部４Ｃを介して変速機アクチュエータ６９に出力される。この変速機アクチュエータ６９は、変速制御部４Ｃからの信号に基づいて、変速機７０のギヤを現在のギヤより一段下げて、車両を減速可能な状態にする。そして、シフトレバー５５を後方に倒してもシフトダウンの効果が得られない場合には、操作荷重制御部４Ｂ及び前後操作荷重アクチュエータ６６によりシフトレバー５５への後方への移動が規制される。
【０１００】
以上によれば、本実施の形態において、次のような効果を得ることができる。
（１）自動変速操作や手動変速操作の操作形態が適宜に操作パネルとして設定され、この操作パネルに対応するシフトレバー５５の位置に応じて変速機７０が制御されるので、シフトパターンやシフトレバーの位置を変更でき、操作性を向上することができる。
（２）操作パネルがシフトレバー５５の基部の近傍に設けられたモニタ１００に画像として表示されるので、運転者は従来と同様に、シフトレバーの位置と操作パネルとを目視確認することができる。
（３）前後方向に配列される自動変速パターンと手動変速パターンとが交互にモニタ１００に表示されるので、従来の機械式のシーケンシャルモードの操作装置に比べて左右方向のスペースを削減することができる。
（４）シフトレバー５５が自動変速パターンにおけるＤのポジションに位置しているときは、このＤのポジションに対して前方に２つ離れたＲのポジションへの操作荷重が重くなるので、シフトレバー５５の運転者の意思に反する行き過ぎを防止することができる。そのため、オーバーシフトを防止するための特別なロック機構を別途設ける必要がなく、その分コストを低くすることができる。つまり、制御装置６８（コンピュータ）の設定だけで対処でき、機械的構成の付加は不要であるので、その分コストを低くすることができる。
（５）シフトレバー５５を前方又は後方に倒してもシフトアップ又はシフトダウンの効果が得られない場合には、操作荷重制御部４Ｂ及び前後操作荷重アクチュエータ６６によりシフトレバー５５の前方又は後方への移動が規制されるので、運転者にギヤが最上段又は最下段に入っていることを認知させることができる。そのため、シフトレバー５５を前方に倒すとシフトアップ、後方に倒すとシフトダウンするシーケンシャルモードにおける操作感覚を実車に合わせることができる。
【０１０１】
また、シフトレバー５５の操作性を向上させるための操作荷重の制御にも前記した３力の内、引張コイルばね以外の２力（電動モータ及び電磁ブレーキを用いた操作荷重）の合成により最適な設定を行うことができる。
【０１０２】
このような力を発生させるハプティックデバイスにおいて、スプリング、電磁ブレーキ、及び電動モータを組み合わせることができる。その際、スプリングはエネルギーを使わずに力を発生することができ、電磁ブレーキは、動かす力を発生させることはできないが、小さな電力で大きな制動力を発生させることができる。また、電動モータは、物に対して動作や停止の双方の荷重を発生できるが、比較的大きな電力を消費する。これらの特性を組み合わせて、一定方向で変動がない荷重をスプリングで発生させ、抵抗感を電磁ブレーキで発生させ、それ以外の荷重を電動モータで発生させるようにすることができる。このように、その特性を生かして荷重や操作フィーリングを効率良くコントロールすることができる。
【０１０３】
以上好ましい実施の形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することのない範囲内において適宜の変更が可能なものである。例えば、前記第１の実施の形態では、ペダル操作荷重・変速制御手段３５をＥＣＵ１６とは別に設けているが、ＥＣＵ１６内に一体に設けても良い。
【０１０４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、操作装置は、電動モータとスプリングとの少なくとも一方と、電磁ブレーキとを備え、駆動バイワイヤにより操作装置に操作荷重を発生させることができ、車両のアクセルペダルの操作荷重と操作感触（フィーリング）を効率良く制御することができる。また、電磁ブレーキは、アクセルペダルの踏み込み時と戻り時の両方で前記アクセルペダルに対して同一の荷重を付与し、アクセルペダルの踏み込み側に対して戻し側の操作荷重が軽いヒステリシス特性を示すため、アクセルペダルの踏み込み時よりアクセルペダルの戻し時の操作荷重が軽くなり、アクセルペダルの操作荷重と操作感触を効率良く制御することができる。
【０１０６】
請求項２に記載の発明によれば、ペダル踏み込み量検出手段で得られたアクセルペダルの踏み込み量信号に基づいてキックダウンをして、アクセルペダルに操作荷重を発生させるので、所望のスロットル開度になるアクセルペダル踏み込み位置でのキックダウンと、操作荷重の極大値との発生を精度良く且つ容易に一致させることができる。さらに、キックダウンと、操作荷重の極大値との発生をペダル操作荷重・変速制御手段及びスロットル制御手段で容易に変更することができ、アクセルペダルの操作荷重と操作感触を効率良く制御することができる。
【０１０７】
請求項３に記載の発明によれば、自動変速による走行時と、手動変速による走行時とでアクセルペダルにおける操作荷重の極大値の有無を容易に切り換えることができ、アクセルペダルの操作荷重と操作感触を効率良く制御することができる。
【０１０８】
請求項４に記載の発明によれば、アクセルペダルをスロットル開度に対応した位置から増し踏みすることにより、車両を加速状態に素早く移行させることができ、アクセルペダルの操作荷重と操作感触を効率良く制御することができる。
【０１０９】
請求項５に記載の発明によれば、ストローク開始位置から定速走行時のスロットル開度に対応する位置まではアクセルペダルの操作荷重を軽くし、さらに、定速走行時のスロットル開度に対応する位置よりもアクセルペダルを踏み込んだときには、アクセルペダルの操作荷重を大きくすることで、車両の加速が開始するアクセルペダルの位置を運転者が容易に認識することができ、アクセルペダルの操作荷重と操作感触を効率良く制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る操作装置を採用した車両の模式図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る操作装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る操作装置の動作を説明するグラフである。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るその他の操作装置の動作を説明する図であり、（ａ）はペダルが踏み込み角度θ１の位置に保持する場合、（ｂ）はペダルがストローク開始位置に戻る場合を示している。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る操作装置のシフトレバーのポジションとペダル操作荷重との関係を示し、（ａ）はシフトレバー操作部を示す模式図、（ｂ）及び（ｃ）はペダル操作荷重ＲＰ１とペダル踏み込み量ＰＳとの関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る操作装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る操作装置の変速パターンを示し、（ａ）は自動変速パターンを示す平面図であり、（ｂ）は手動変速パターンを示す平面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る操作装置の構成を示すブロック図である。
【図９】図７（ａ）の自動変速パターンの各ポジションにシフトレバーが位置したときの各ポジション間のディテント荷重を示す平面図である。
【図１０】従来の車両用の操作装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】従来の車両用の操作装置の動作を説明するグラフである。
【図１２】従来の車両用の操作装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】従来の変速パターンを示し、（ａ）は自動変速パターンを示す平面図であり、（ｂ）は手動変速パターンを示す平面図である。
【図１４】従来の車両用の操作装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ 車両
１１ 前輪
１２ 後輪
１３ エンジン
１５ アクセルペダル
１５Ａ ストローク開始位置（アクセルペダルを踏まないときのアクセルペダル位置）
１６ ＥＣＵ
１７ スロットルバルブ
１８ 自動変速機
２１ 操作装置
２４ ペダル軸
２５ ペダル踏み込み量検出手段
２６ ペダル操作荷重付与手段
２６ａ ペダル操作荷重付与手段（電磁ブレーキ）
２６ｂ ペダル操作荷重付与手段（電動モータ）
２７ ペダル操作荷重制御手段
２８ 変速制御手段
３１ ペダル操作荷重検出手段
３２ スロットルバルブ駆動手段
３３ 変速機変速手段
３５ ペダル操作荷重・変速制御手段
５０ シフトレバー操作部
５１ 自動変速操作部
５２ 手動変速操作部
５３ 連結部
５５ シフトレバー
５６ 第一スリット
５７ 第一ポジション表示部
６０ 操作装置
６１ 第二スリット
６２ 第二ポジション表示部
６３ 揺動軸
６４ 前後方向センサ
６５ 傾動支持機構
６６ シフトレバー操作荷重付与手段
６６ａ シフトレバー操作荷重付与手段（電磁ブレーキ）
６６ｂ シフトレバー操作荷重付与手段（電動モータ）
６７ 操作形態選択スイッチ
６８ ＥＣＵ（制御装置）
６９ 変速機アクチュエータ
７０ 自動変速機
７２ 引張コイルばね
ＤＳ 駆動信号
ＦＳ ペダル踏み込み量信号
ＰＳ ペダル踏み込み量
ＲＢ 電磁ブレーキによる操作荷重
ＲＭ 電動モータによる操作荷重
ＲＰ ペダル操作荷重
ＲＳ ペダル操作荷重制御信号
ＲＳＳ ペダル操作荷重検出信号
ＲＴ ばね荷重による操作荷重
ＴＪ 変速情報
ＴＳ 変速指令
θＴＨ スロットル開度
Claims (5)
- 車両のアクセルペダルの操作荷重を駆動バイワイヤにより電気的に発生させる車両用の操作装置であって、
前記操作装置は、回転駆動力を前記操作荷重として発生させる電動モータと、前記操作荷重を機械的に発生させるスプリングとの少なくとも一方と、
電磁力を前記操作荷重として発生させる電磁ブレーキと、
前記アクセルペダルの踏み込み量を検出するペダル踏み込み量検出手段と、
前記アクセルペダルの踏み込み量に応じて前記アクセルペダルに操作荷重を与えるペダル操作荷重付与手段と、
を備え、前記ペダル踏み込み量検出手段で検出した踏み込み量信号に基づいて、前記操作荷重が制御され、
前記電磁ブレーキは、前記アクセルペダルの踏み込み時と戻り時の両方で前記アクセルペダルに対して同一の荷重を付与することを特徴とする車両用の操作装置。 - 前記アクセルペダルを所定量踏み込んだときに、前記操作荷重が極大値となるように前記ペダル操作荷重付与手段を制御するとともに、自動変速機に変速情報を送って変速を制御するペダル操作荷重・変速制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用の操作装置。
- シフトレバーが自動変速を行うポジションに位置する場合は、前記アクセルペダルを所定量踏み込むと、前記操作荷重が極大値となるように前記ペダル操作荷重付与手段を制御するとともに、前記自動変速機に変速情報を送り、前記シフトレバーが手動変速を行うポジションに位置する場合には、前記操作荷重の極大値を発生させないように前記ペダル操作荷重付与手段を制御することを特徴とする請求項２に記載の車両用の操作装置。
- 前記ペダル踏み込み量検出手段で検出した踏み込み量信号に基づいてスロットル開度を制御するスロットル制御手段をさらに備え、
クルーズコントロール装置により定速走行しているときに、前記アクセルペダルをその時のスロットル開度に対応した位置で保持するように前記ペダル操作荷重付与手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用の操作装置。 - 前記クルーズコントロール装置により定速走行しているときに、前記アクセルペダルをストローク開始位置に戻し、このストローク開始位置から定速走行時のスロットル開度に対応する位置までは前記アクセルペダルの前記操作荷重を軽くし、さらに、定速走行時のスロットル開度に対応する位置よりも前記アクセルペダルを踏み込んだときには、定速走行を解除するとともに、前記アクセルペダルの前記操作荷重を大きくするように前記ペダル操作荷重付与手段を制御することを特徴とする請求項４に記載の車両用の操作装置。
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