JP4841153B2 - ペダル装置及びそれを備えた自動車 - Google Patents

Description

本発明は、ペダル位置あるいはペダル反力を電気的に制御可能なペダル装置及びそれを備えた自動車に関する。

従来のペダルはアクセルワイヤーやマスタシリンダに機械的に連結されているため、その位置は機械的機構により一意に決定されている。しかし、運転者の好みや体格によってペダルの最適な位置は異なるので、ペダルの位置を可変とすることが求められている。そこで、ペダルの回転軸を含むペダル全体を前後に移動可能とし、ペダルの位置を可変として、運転者の体格に合わせたドライビングポジションを実現する技術が知られている。

http://www.toyota.co.jp/Showroom/All_toyota_lineup/Brevis/utility/

一般に、車両の運転状態（車速、先行車との相対関係、前進又は後進、等）により、好適なペダルの位置は異なる。しかし上記従来技術では回転軸ごとペダル全体を移動させるため、運転状況にあわせてペダルの位置を変えると、ペダルの踏み込みの軌道が変化してしまい、運転者に違和感を与えるという問題がある。

本発明は、運転者に違和感を与えることなく、車両の運転状況にあわせてペダルの位置が好適な位置に変わるペダル装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では、車体に対して所定のペダル踏み込み軌道を備え、アクチュエータによりペダル位置あるいはペダル反力を電気的に制御するペダル装置において、ペダルが踏まれていないとき、あるいはペダル踏力が所定以下のときの、ペダルの位置を可変とする。ペダル位置を変化させるパラメータとしては、車速、先行車との相対関係、前進又は後進を用いる。

本発明によると、車両の運転状態（車速、先行車との相対関係、前進又は後進、等）により、好適なペダルの位置を実現できる。例えば、車速が高かったりあるいは車間距離が短かったりする場合にペダル位置を運転者に近づけることで、空走距離を短縮したり、素早く車両を運転したりすることが出来る。またペダルに力をかけやすくすることができるため、運転者が強い駆動力や制動力を発生させることが容易になる。また後進時にペダル位置を運転者に近づけることで、運転者が後ろを振り返りながら運転する際にも、楽な姿勢でペダルを操作することが可能になる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明の実施例１を構成するシステムの模式図、図２は実施例１を構成するシステムのブロック図である。

車両は、運転者が車両を運転するために操作するペダル装置１、及び運転者によるペダル装置１の操作に応じて車両の運動を変化させる車両出力装置３０，４０，５０，６０，７０，８０を備える。車両出力装置３０，４０，５０，６０は制動出力装置であり、車両出力装置７０，８０は駆動出力装置である。

ペダル装置１は、運転席２２に座った運転者が車両を運転するために操作する装置であり、足により与えられたペダル踏力によって、一定の範囲内でペダル位置やペダル速度が変化し、また、足により与えられたペダル踏力に対して一定の範囲に拘束された回転あるいは直線運動を行う。運転のための他の操作入力装置として車両にはステアリング２１等も備わっているが、本発明には直接関係がないのでここでは触れない。

ペダル装置１において、ペダル位置とペダル反力あるいはペダル踏力の関係は、電気的な制御によって任意に設定することが出来る。ペダル装置１は、一般にペダル踏力に応じてペダル位置（ペダルストローク）が変化し、ペダル位置に応じてペダル反力が発生する。ペダル装置１は運転者の踏み込むペダル踏力に対してペダル反力を発生させ、運転者に快適なフィーリングを与えることができる。

本実施例の車両はバイワイヤ技術を採用している。すなわち、ペダル装置と車両出力装置の間には機械的接続が無く、通信経路１１１を介して通信により接続され、電気的な信号のやりとりにより情報が伝達される。ペダル装置への操作入力は電気的な信号として車両出力装置に伝えられ、車両出力装置は、伝えられた信号情報に基づいて車両出力を行う。

ペダル装置１は、足で踏み込む作用点となる操作入力部３を備えている。車両出力装置（制動出力装置）３０，４０，５０，６０とペダル装置１の組み合わせはブレーキバイワイヤ技術による応用であり、その場合のペダル装置１はブレーキペダルである。車両出力装置７０，８０（駆動出力装置）のうち少なくとも一方とペダル装置１を組み合わせた場合のペダル装置１はアクセルペダルである。バイワイヤ技術によれば、ペダル装置と車両出力装置は機械的接続を持たないため、ペダル装置１のペダル反力あるいはペダル踏力に対するペダル位置は、車両出力と別に制御することが出来る。

ペダル装置１は、操作入力演算装置８によって電気的に制御可能なアクチュエータ４を備えている。アクチュエータ４は一般にはモータであり、電力を供給するかあるいは電流を流すと、回転軸９周りに部材２が回転するかあるいは回転方向の力が発生する。アクチュエータ４を制御することによって、ペダル反力を任意の大きさで生成することが出来る。また、アクチュエータ４を制御することによって、ペダル位置（ペダルストローク）やペダル速度を任意に変更することが出来る。

ここでは、運転者がペダル装置に対して行った全ての入力を操作入力と定義し、運転者の操作入力をペダル装置１が検出した情報を操作情報と定義する。操作入力あるいは操作情報は、ペダル位置、ペダル踏力、ペダル速度を含んでいる。ペダル速度はペダル位置の単位時間あたりの変位であり、ペダル位置を時間微分したものである。ペダル踏力とは、ペダル装置を動かすための力であり、具体的には運転者が操作入力部３を踏み込んだ力を意味する。ペダル踏力は、運転者が操作入力を行う際に抵抗しようとするペダル反力とほぼ同じ大きさの力である。ペダル位置が変動しない時、あるいはペダルが動いていない時、ペダル踏力とペダル反力が釣り合っていると言うことが出来る。

操作情報検出手段１１は操作入力を操作情報として検出する手段であり、ペダル位置検出手段とペダル踏力検出手段を含む。ペダル位置検出手段１２はペダル位置を検出する。ペダル位置検出手段１２は、例えばアクチュエータ制御用センサ５のような形態をとる。ペダル位置検出手段１２は場合によってペダル速度を検出しても良い。ペダル位置検出手段１２は、ペダル位置に基づいてペダル速度を算出することによりペダル速度の検出を行っても良い。ペダル踏力検出手段６はペダル踏力を検出する。ただし、ペダル踏力検出手段６は力を検出する手段であり、ペダル踏力とペダル反力を同じものとして検出するため、ペダル踏力検出手段６はペダル反力を検出するということもできる。

操作入力演算装置８は、操作情報検出手段１１によって検出された操作情報に基づいてアクチュエータ４を制御する。操作入力演算装置８は、操作情報検出手段によって検出された操作情報に基づいて、ペダル反力を生成し、ペダル位置あるいはペダル速度を変更し、車両出力指令を決定し、決定した車両出力指令を、通信経路１１１を介して車両出力装置に伝達する。

車両出力装置３０，４０，５０，６０は、電気的に制御可能な制動出力装置であり、制動出力装置による車両出力は車両の減速度あるいは制動力である。制動出力装置に車両出力指令を伝達する場合、ペダル装置はブレーキペダルである。制動出力装置は伝達された車両出力指令に基づいて車両に制動力を発生させ、車両を減速させる。制動出力装置へ伝達される車両出力指令は車両の減速度あるいは制動力であっても良い。制動出力装置４０，５０，６０は基本的に制動出力装置３０と同じ構成をとる。

制動出力装置は例えばキャリパであり、ロータを押しつけるピストンの推力を電気的に制御可能な電動ブレーキであっても良い。制動出力装置が電動ブレーキである場合、電気的な力を発生させるアクチュエータを備えており、アクチュエータによって発生する力が減速器など機械的な構成を介してピストンの推力に変換される機構であり、ピストン推力を制御することによって車両の制動力を制御することが出来る機構であっても良い。制動出力装置は例えばキャリパであり、ロータを押しつけるピストンの推力を油圧によって発生させ、油圧を電気的に制御可能な電動油圧ブレーキであっても良い。制動出力装置が電動油圧ブレーキである場合、電気的な力を発生させるアクチュエータを備えており、アクチュエータによって油圧を変化させることが出来る機構であり、油圧を制御することによって車両の制動力を制御することが出来る機構であっても良い。制動出力装置へ伝達される車両出力指令は電動ブレーキの推力であっても良いし、電動油圧ブレーキの油圧であっても良い。

例えば、制動出力装置３０はキャリパ３４の発生する制動力をアクチュエータ３３で制御する。アクチュエータ３３は車両出力演算装置３２で制御される。制御出力装置の状態は制動出力装置状態センサ３５で検出することが出来る。車両出力演算装置３２は制動出力装置の状態に応じてアクチュエータ３３を制御する。車両出力演算装置３２は必要に応じて制御出力装置の状態を、通信経路１１１を介してペダル装置１に伝達しても良い。制御出力装置の状態には電動ブレーキの実推力あるいは電動油圧ブレーキの実油圧が含まれていても良い。

車両出力装置７０，８０は、電気的に制御可能な駆動出力装置である。駆動出力装置による車両出力は、車両の速度あるいは加速度あるいは駆動力である。駆動出力装置に車両出力指令を伝達する場合、ペダル装置はアクセルペダルである。駆動出力装置は、伝達された車両出力指令に基づいて車両に駆動力を発生させ、車両を加速させる。あるいは減速を阻害する。駆動出力装置へ伝達される車両出力指令は、車両の速度あるいは加速度あるいは駆動力であっても良い。一般的に駆動出力装置は７０のようなエンジンの構成を取るが、ハイブリッド車や電気自動車あるいは電動四駆車などでは、駆動出力装置に８０のような電動機の構成を用いたりエンジンと電動機を組み合わせた構成を用いたりする。

駆動出力装置７０はエンジンであり、ガソリンあるいは軽油を燃料として車両を駆動する。駆動出力装置７０は伝達された車両出力指令及び、駆動出力装置の状態に応じてアクチュエータ７２あるいは点火プラグ７３を制御し、エンジン７１に車両出力を生成させる。駆動出力装置の状態は、駆動出力装置状態センサ７５によって検出される。アクチュエータ７２は車両出力演算装置７４によって制御される。車両出力演算装置７４は、必要に応じて駆動出力装置の状態を、通信経路１１１を介してペダル装置１に伝達しても良い。駆動出力装置の状態にはエンジン７１の駆動力あるいは回転数が含まれていても良い。

駆動出力装置８０は電動機であり、電力を供給したり電流を流したりする事によって車両出力を生成する。駆動出力装置８０は、アクチュエータ８３とアクチュエータを制御するためのセンサ８５を備えており、車両出力演算装置８４によって制御される。車両出力演算装置８４は、必要に応じて駆動出力装置８０の状態を、通信経路１１１を介してペダル装置１に伝達しても良い。

通信経路１１１は、ペダル装置と車両出力装置の間を接続している電気信号による情報経路であり、物理的には電線で構成されている。ペダル装置と車両出力装置は空間的に離れた場所に設置されている場合が多く、その間の情報は一般的に時分割多重通信方式の電気信号を用い、通信経路１１１を介してやりとりされる。通信経路１１１に用いられる電気信号の形式はシリアル通信でも良いし、ＣＡＮやFlaxRay、ＬＡＮ等の多重通信でも良い。

図３は、操作入力演算装置と車両出力演算装置と通信経路の構成例を示す図である。

図３（ａ）は、通信経路が１つであり、車両出力装置１５１〜１５４を一つの車両出力演算装置１５０で制御する例を示している。例えば、ＡＢＳ装置や横滑り防止装置のように油圧を制御する装置が一つだけであり、各キャリパには油圧を伝達し、操作入力演算装置８との電気的な通信は一つの通信経路１１１を介して行うような構成が、本例に該当する。

図３（ｂ）は、通信経路が２つあり、車両出力装置１５６，１５７，１５９，１６０を複数の車両出力演算装置１５５，１５８で制御する例を示している。例えば、車両の前輪と後輪で別系統の油圧システムとなっている場合、油圧を制御する装置は二つとなり、操作入力演算装置８との電気的な通信を行う経路も二つ必要となる。この場合、系統が二つになることにより、信頼性の向上を図ることが出来ると共に、系統別の車両出力を行うことで車両運動性能の向上を図ることが出来る。

図３（ｃ）は、通信経路は１つであるが、車両出力装置１６５〜１６８をそれぞれ別の車両出力演算装置１６１〜１６４で制御する例を示している。例えば、車両の四輪全てに電動ブレーキを装着している場合、各輪に車両出力を制御する装置が備えられ、操作入力演算装置と通信を行っている場合が本例に該当する。車両の四輪全てが独立に車両出力を制御する事により、高いレベルで車両運動性能の向上を図ることが出来る。

図３（ｄ）は、通信経路が２つあり、車両出力装置１７３〜１７６をそれぞれ別の車両出力装置１６９〜１７２で制御する例を示している。例えば、車両の四輪全てに電動ブレーキを装着し、各輪に車両出力を制御する装置が備えられている場合に、前右輪と後左輪が同じ通信経路を介して操作入力演算装置８と通信を行い、前左輪と後右輪が同じ通信経路を介して操作入力演算装置８と通信を行う構成である。あるいは、車両の四輪全てに電動ブレーキを装着し、各輪に車両出力を制御する装置が備えられている場合に、前二輪が同じ通信経路を介して操作入力演算装置と通信を行い、後二輪が同じ通信経路を介して操作入力演算装置と通信を行うような構成である。この場合、通信経路が二重になることにより、片側の通信経路に障害や故障が発生した場合に置いても、もう片側の通信経路に属する車両出力装置が作動するため、車両全体としての信頼性の向上を図ることが出来る。

図４は、ペダル装置の一例を示した図である。図４（ａ）はペダル装置を車両に取り付けた時に運転席から見た場合を正面とした時の正面図であり、図４（ｂ）は側面図である。図示したペダル装置は、アクチュエータ２０１、減速器２０２、ペダルストロークセンサ２０４，２０５、原点位置ストッパ２０６、ペダル端２０８を備えている。

アクチュエータ２０１は電動機あるいはモータであり、電力を供給したり電流を流したりすることによって回転したり、回転方向の力を発生させたりする。アクチュエータ２０１は、ＤＣモータ、ＤＣブラシレスモータ、ＡＣ誘導モータ、あるいはＡＣ同期モータとすることができる。減速器２０２は歯車によるもの、遊星ギアによるもの、あるいは差動減速器によるものであっても良い。ペダルストロークセンサ２０４，２０５は、ペダル位置を検出することが出来る。ペダルストロークセンサを二つ備えていることにより、ペダル位置検出の精度を上げることが出来、一方の故障に対する耐性を得ることによる信頼性の向上が可能になる。

部材２０７は、図４（ｂ）で見て左側への移動はストッパ２０６に当たる所まで可能である。図４（ｂ）で見て左側へ移動する方向を、運転席方向あるいは手前方向あるいは戻し方向あるいは放し方向と定義する。図４（ｂ）で見て右側への移動、すなわちペダルを踏み込んだ時に移動する方向を、奥方向あるいは踏み方向と定義する。ペダル端２０８は運転者が踏み込む部分であり、ペダル装置１の入力部３に相当する。ペダル端２０８にペダル踏力がかかるとペダルがストロークし、例えば２０９のようにペダル位置が移動する。

図５は、ペダル装置の一例を模式的に示したものである。図６は、図５のペダル装置及び関連する装置について模式的に示したブロック図である。

図示したペダル装置は、パッシブ反力手段２２１を備えている。アクチュエータ４によって生成されるペダル反力はアクティブ反力と呼ばれ、パッシブ反力手段２２１によって生成されるペダル反力はパッシブ反力と呼ばれる。パッシブ反力手段２２１はバネによる機構であったりストロークシミュレータのような粘性をもった油圧機構であったりしても良い。パッシブ反力手段２２１によって生成されるパッシブ反力は、パッシブ反力手段２２１の機械的特性によって定まり、電気的に制御することが出来ない。本例のペダル装置は、アクティブ反力とパッシブ反力を合わせたペダル反力を生成することが出来る。アクチュエータ４が十分なペダル反力を生成出来る場合は、パッシブ反力手段２２１を用いず、アクティブ反力だけでペダル装置を構成しても良い。

図７は、パッシブ反力、アクティブ反力及びペダル反力の関係の一例を示す説明図である。図７（ａ）に示すように、パッシブ反力３０１は、あるペダル位置に対するペダル反力が機械的に決まっており、電気的な要素によって変化しない。アクティブ反力はパッシブ反力に加えられるか減じられることにより、ペダル反力を生成する。アクティブ反力は電気的な要素によって任意に変化することが出来るため、ペダル反力を例えば３０２から３０３の範囲で変化させることが出来る。パッシブ反力３０１はペダル位置が大きくなればなるほど大きくなるが、アクティブ反力で変化させることの出来るペダル反力の幅はペダル位置に関わらず一定である。パッシブ反力３０１を中心としてアクティブ反力を加えたペダル反力は３０２から３０３の間の任意の値を取れるため、例えば図７（ｂ）に示すようなペダル反力３０４を実現することが出来る。パッシブ反力手段を用いることによってアクチュエータ４の容量あるいは大きさあるいは消費電力を小さくすることが出来る。

ペダル装置は、アクチュエータ制御用センサ２２２、ペダル回転角センサ２２３、ペダルストロークセンサ２２４を備えている。アクチュエータ制御用センサ２２２は、アクチュエータ４の回転角度あるいは回転位相を検出することが出来る。センサ２２２は光あるいは磁気を用いたエンコーダであっても良いし、レゾルバであっても良い。ペダル回転角センサ２２３は、回転軸９に対して部材２が回転した角度を検出することが出来る。センサ２２３は可変抵抗を用いたポテンショメータあるいはロータリエンコーダであっても良いし、回転スリットを用いて光ピックアップで検知する方式であっても良いし、磁気素子を用いて、磁気の変化を検知する方式であっても良い。ペダルストロークセンサ２２４は、部材２あるいはペダル端２０８がストロークした量あるいはペダル位置を検出することが出来る。センサ２２４は可変抵抗を用いたポテンショメータであっても良いし、磁気回路を用いて磁気抵抗の変化として変位幅を検出する方法であっても良い。ペダル位置検出手段１２にはセンサ２２２，２２３，２２４の内少なくとも一つが含まれる。

ここでは、ペダル位置あるいはペダルストロークは奥方向へ行くほど大きな値を取り、手前方向へ行くほど小さな値を取ると定義する。ペダルを手前側から奥側に移動させる時ペダルを踏むあるいは踏み込むと定義し、ペダルを奥側から手前側に移動させる時ペダルを放すあるいは戻すと定義する。ペダル位置を変更しないようにペダルを維持している時、ペダルを保持すると定義する。一般的なペダル装置において、最大限にストロークさせた時のペダル位置は０．０６〜０．１ｍ程度である。

図示したペダル装置は、ペダル踏力センサ２２７を備えている。ペダル踏力センサ２２７は、運転者がペダルを踏み込むペダル踏力あるいはペダルが運転者の足を押し返すペダル反力を検出することが出来る。このペダル装置は、また、ロッド力センサ２２８を備えている。ロッド力センサ２２８は、部材２とパッシブ反力手段２２１の間に働く力を検出することが出来る。センサ２２７，２２８は、例えば歪みゲージの抵抗変化を用いて力を検出する構成であっても良い。センサ２２７，２２８の内、少なくとも一つを用いてペダル踏力を検出することができ、ペダル踏力検出手段６にはセンサ２２７，２２８の内少なくとも一つが含まれる。ペダル踏力検出手段６は、ペダルの構造物に歪ゲージを取り付け、歪ゲージの微小変位による抵抗変化を計測することでペダル踏力を検知してもよい。なお、ペダルを踏み込む時のペダル踏力を正とする。

ペダル装置１は、車両情報検出手段２４１を用いて車両情報を検出する。車両情報には、車輪速、車速、シフトポジションなどが含まれる。車両情報検出手段２４１には、車輪速センサ２５１、車速センサ２５２、シフトポジションスイッチ２５６が含まれる。シフトポジションスイッチはシフトポジションセンサでも良い。

車輪速センサ２５１は、車軸に取付けた磁気回路を用いて車輪の回転数を検出する方式や、スリットを入れた円盤を車軸に取り付け、光によって車輪の回転数を検出する方式とすることができる。車速センサ２５２は、直接車両の速度を検出する方式でも良いし、車輪速センサ２５１で得られた車輪速を元に車速を求める方式でも良い。シフトポジションスイッチ２５６は、シフトポジションがどこであるかを検出する。シフトポジションは例えば、Ｒレンジ、Ｄレンジ、Ｎレンジ、Ｐレンジを示すものとしても良い。

ペダル装置１は、環境情報検出手段２４２を用いて環境情報を検出する。環境情報には、他車両や歩行者や障害物との相対関係、相対距離、相対速度、衝突時間が含まれる。衝突時間は他車両や歩行者や障害物との衝突までの予想される時間であり、衝突時間＝相対距離／相対速度、で表される。

環境情報検出手段２４２には、外界認識センサ２６０が含まれる。外界認識センサ２６０は、例えば赤外線レーザーあるいはミリ波を用いて他車両や障害物との相対距離あるいは相対速度を検出するレーダ、超音波を用いて他車両や障害物との相対距離あるいは相対速度を検出する方式、あるいは光学式カメラを用いて他車両や障害物との相対距離あるいは相対速度を検出する方式とすることができる。外界認識センサ２６０は、後方を走る他車両や歩行者や障害物との相対関係を検出する方式であっても良い。

ペダル装置１は、運転者情報検出手段２４３を用いて運転者情報を検出する。運転者情報には、運転者が好みとするドライビングポジションが含まれる。運転者情報検出手段２４３は、情報入力ボタン２７２を備えており、運転者が情報入力ボタン２７２を操作することによって運転者情報をペダル装置１に伝達することが出来る。また、不揮発メモリ２７１を備え、運転者が情報入力ボタン２７２を操作することによって、不揮発メモリに運転者情報をデータとして記憶させるとともに、運転者が情報入力ボタン２７２を操作することによって、不揮発メモリに記憶された運転者情報を取り出し、ペダル装置１に伝達することが出来る。

図８は、ペダル装置の種々の形態を示す模式図である。図８（ａ）は、回転軸４０１に対して操作入力部４０２が下になっているペダル装置の例である。図８（ｂ）は、回転軸４０４に対して操作入力部４０３が上になっているペダル装置の例である。図８（ｃ）は、回転軸を持っておらず、操作入力部４０５への操作入力に対してペダル装置が直動する例を示している。図８（ｄ）は、回転軸４０６とアクチュエータ４０７が別になっているペダル装置の例である。アクチュエータ４０７の回転出力は、回転直動変換機構４０８により直動方向の出力に変換され部材４０９に作用する事によって、ペダル端４１０を移動させたりペダル反力を発生させたりする。回転直動変換手段としては例えばウォームギアを用いてもよいし、ボールねじを用いてもよい。

図８（ｅ）は、アクチュエータ４１１が回転電動機ではなく、直動方向に変位したり力を出したりすることが出来るペダル装置の例である。アクチュエータ４１１の出力が部材４１２に作用することによって、ペダル位置を移動させたりペダル反力を発生させたりする。アクチュエータ４１１は例えばソレノイドであっても良い。図８（ｆ）は、パッシブ反力手段４１４が回転軸４１３に取り付けられているペダル装置の例を示している。図８（ｇ）は、パッシブ反力手段４１５が回転軸付近に取り付けられているペダル装置の例である。

操作入力演算装置８は、操作情報、車両情報あるいは環境情報を用いて、操作入力部を制御する。操作入力演算装置８は、また、操作情報、車両情報あるいは環境情報を用いて、車両出力指令を車両出力装置１２１に伝達し、車両出力を発生させる。運転者はペダル位置とペダル反力を感じながら車両を操作しているため、ペダル位置とペダル反力と車両出力の関係によって、運転しやすさ（操作性）や疲労しにくさ、運転の楽しさ（快適性）が変化する。そのため、ペダル装置は、ペダル位置、ペダル反力、車両出力を適切な関係になるように制御する。

ペダル反力は、例えば図９に示すように設定することが出来る。図９（ａ）の４５１は剛性反力と呼ぶことができ、ペダル位置に応じて大きさの変わる反力である。ペダル位置が大きくなればなるほど剛性反力が大きくなる。同じペダル位置に対して比較的剛性反力が大きいペダルは堅いペダルであると言うことが出来る。あるペダル位置に対して比較的剛性反力が小さいペダルは柔らかいペダルであると言うことが出来る。図９（ｂ）の４５３は粘性反力と呼ぶことが出来、ペダル速度に応じて大きさの代わる反力である。ペダル速度が大きくなればなるほど粘性反力が大きくなる。例えばペダルを踏み込んだ時のペダル速度が図９（ｃ）のようであった場合、粘性反力は図９（ｄ）のようになる。ペダル反力は剛性反力と粘性反力を合計したものとすることが出来、図９（ａ）の４５２のように設定される。

ペダル反力をＦ、ペダル位置をｘとすると、ペダル速度はdx/dtで表される。また、ペダル位置に依存する剛性反力をＦｋ(ｘ)、ペダル速度に依存する粘性反力をFd(dx/dt)とすると
F=Fk(x)+Fd(dx/dt)
あるいは
F=Fk(x)+Kd×dx/dt
となる。ここで、
Fd(dx/dt)=Kd×dx/dt
であり、Kdは予め定められた定数である。

車両出力は、例えば図１０のように設定することが出来る。車両出力は操作入力と相関を持っていなければならない。ペダル位置に応じて車両出力を発生させても良い。ペダル踏力あるいはペダル反力に応じて車両出力を発生させても良い。ペダル位置に基づいて車両出力を設定する場合、図１０（ａ）に示すように下に凸になるように車両出力を設定する。ペダル踏力に基づいて車両出力を設定する場合、図１０（ｂ）に示すように上に凸になるように車両出力を設定する。

図１１は、運転者がペダルを踏んでいない時、あるいはペダル踏力がない時、あるいはペダル踏力が所定以下の時（以下、これらを総称して「ペダルを踏んでいない時」という）のペダル位置を可変とするペダル装置の一例を示す模式図である。ペダルを踏んでいない時のペダル位置５０３は回転軸５０２周りに拘束され、軌道５０６に沿ってストロークする。ペダル位置５０３は、例えば５０４に変化する。

図１２は、運転者がペダルを踏んでいない時のペダル位置を可変とした時のペダル反力と車両出力の特性の一例を示す図である。図１２（ａ）は、ペダル位置に対するペダル反力を示した図である。ペダル位置５１４，５１５は、ペダルを踏んでいない時のペダル位置である。運転者の好みや車速や先行車との相対関係や前進又は後進に応じて、例えばペダルを踏んでいない時のペダル位置は、ペダル位置５１４からペダル位置５１５に変化する。運転者の好みや車速や先行車との相対関係や前進又は後進に応じて、例えばペダル反力５１１はペダル反力５１２に５１６のように変化する。

５１７はペダルの踏み始めのペダル踏力、あるいはペダル位置がストロークし始めるために必要なペダル踏力である。５１７は、一般的なアクチュエータのないペダル装置において、ペダルが踏まれていない状態にペダル位置がある時に戻りバネやプッシュロッドによってペダルが運転席側に押し返されている力に相当する。車両のペダル装置において、５１７は一般的に１０〜２０Ｎである。ペダルを踏んでいない時のペダル踏力の所定値は５１７よりも小さい値、例えば５〜１０Ｎ程度に設定する。

図１２（ｂ）は、ペダル位置に対する車両出力を示した図である。ペダル反力が５１６のように変化した場合、５１６と同じペダル位置分だけ車両出力５２１も５２２へ５２６のように変化する。

図１２（ｃ）は、ペダル踏力に対する車両出力を示した図である。ペダル位置に対してペダル反力と車両出力が同じ分だけ変化するため、ペダル反力あるいはペダル踏力と車両出力の関係は変化しない。ペダル踏力と車両出力の関係が変化しないため、また、踏み込みの軌道が変化しないため、ペダルを踏んでいない時のペダル位置が変化しても、運転者の感じる操作フィーリングは変わらない。５１６のペダル位置変化量は運転者の好みで変化しても良い。

運転者の好みとなるペダル位置変化量は、運転者情報検出手段２４３で検出する。運転者の好みとなるペダル位置変化量は、運転者が情報入力ボタン２７２を用いて入力しても良いし、予め不揮発メモリ２７１に記憶されたデータを用いて検出しても良い。運転者の好みとなるペダル位置とすることで、運転者が運転しやすいドライビングポジションを取ることが出来、車両の運転における操作性や安全性の向上を図ることが出来る。

５１６のペダル位置変化量は、車両が前進しているか後進しているかで変化しても良い。車両が前進しているか後進しているかはシフトポジションがＲであるかどうかで判定することが出来る。シフトポジションがＲであれば後進しており、Ｒ以外であれば前進していると判定する。車両が後進している時は、後を振り向きながら運転しており、足をのばしづらく、強い踏み込みや深い踏み込みが困難である場合が多い。よって、後進時には前進時に比べてペダル位置が、所定のペダル位置変化量だけ運転席側あるいは手前側に変化する。後進時のペダル位置変化量は例えば０．００５〜０．０１ｍ程度である。後進時にペダル位置が運転席側あるいは手前側に近づくことによって、後を振り向きながら運転しても足を伸ばさなくて良くなり、強い踏み込みや深い踏み込みも容易になる。

５１６のペダル位置変化量は車速によって変化しても良い。高速時における踏み込みは、強い踏み込みや深い踏み込みが必要であり、また、素早い加速動作や減速動作が必要であり、ペダル位置が運転席側あるいは手前側にあった方がよい。よって、高速時には車速に応じてペダル位置が運転席側あるいは手前側に変化する。

５１６のペダル位置変化量は先行車との相対関係に応じて変化しても良い。先行車との相対関係が近い時は、特にブレーキペダルにおいて、強い踏み込みや深い踏み込みが必要であり、また、素早い加速動作や減速動作が必要であり、ペダル位置も運転席側あるいは手前側にあった方がよい。よって、先行車との相対関係が近い時は、先行車との相対関係に応じてペダル位置が運転席側あるいは手前側に変化する。先行車との相対関係が近いかどうかは環境情報検出手段２４２による環境情報によって判断する。相対距離が所定の閾値よりも小さい時は先行車との相対関係が近いと判断し、例えば、相対距離が１０ｍ以下であれば相対関係が近いと判断する。また、衝突時間が所定の閾値よりも小さい時は先行車との相対関係が近いと判断し、例えば、衝突時間が１ｓ以下であれば相対関係が近いと判断する。

図１３は、ペダル位置変化量の一例を示す模式図である。図１３の横軸のパラメータは、例えば車速、相対距離の逆数、衝突時間の逆数である。

図１３（ａ）は、横軸のパラメータに応じてペダル位置変化量が連続的に変化する場合を示している。図１３（ａ）によれば、車速や先行車との相対関係に応じて常にペダル位置が変化し、常に、車速や先行車との相対関係の程度に応じたペダル位置を実現出来る。また、ペダル位置の変化が連続であるため、ペダル位置の動きがステップ状にならず、なめらかである。

図１３（ｂ）は、横軸のパラメータがある閾値を超えた時にペダル位置変化量が変化する場合を示している。図１３（ｂ）によれば、ペダル位置はステップ状に変わるが、車速や先行車との相対関係の変化でペダル位置が常に変化することが無く、運転者がペダルを踏み込む位置を把握しやすいという利点がある。

図１３（ｃ）は、横軸のパラメータに対して、複数の閾値を持ち、ペダル変化位置が段階的に変化する場合を示している。図１３（ｃ）によれば、図１３（ａ）と図１３（ｂ）を合わせた効果を持つことが出来る。

図１４は、ストロークしないかほとんどストロークしないペダルの構成の一例を示した模式図である。

バイワイヤ技術によれば、図１４（ａ）のような全くストロークしないペダル６０１を用い、センサ６０２によって検出したペダル踏力によって車両出力を発生させても良い。また、バイワイヤ技術によれば、図１４（ｂ）のような僅かにストロークするペダル６０３を用い、センサ６０４によって検出したペダル踏力によって車両出力を発生させても良い。ペダルがストロークしないかほとんどストロークしないペダルは、運転者の足の位置をほとんど変化させずに車両を運転することが出来るため、素早い車両操作が可能であり、下肢疲労低減の効果もある。ペダル６０３は例えばバネ６０５によって、わずかにストロークしてもよい。

図１４（ａ）あるいは図１４（ｂ）は、模式的にイメージを示した図であり、アクチュエータを持つペダル装置を電気的に制御することによって図１５（ａ）や図１５（ｂ）のような特性を持つペダルを実現しても良い。

図１５は、ストロークしないかほとんどストロークしないペダルのペダル反力と車両出力の特性の一例を示した図である。

図１４（ａ）のようなストロークしないペダルのペダル反力の特性は、図１５（ａ）の６１１であり、ペダル反力あるいはペダル踏力に関わらずペダル位置が変化しない。図１４（ｂ）のような僅かにストロークするペダルのペダル反力の特性は、図１５（ｂ）の６２１であり、６２１はペダル反力あるいはペダル踏力に応じて僅かにペダル位置が変化する。図１５（ａ）の６１５、あるいは図１５（ｂ）の６２５に示した特性は、運転者の好みや車速や先行車との相対関係や前進又は後進に応じて、ペダル位置が変化した時の特性である。

図１５（ｃ）の６３１は、全くストロークしないペダル６０１あるいは僅かにストロークするペダル６０３による車両出力を示した図である。運転者の好みや車速や先行車との相対関係や前進又は後進に応じてペダル位置が変化した時の、ペダル踏力と車両出力の関係は６３２であり、ペダル位置が変化してもペダル踏力と車両出力の関係は変化しない。

ストロークしないかほとんどストロークしないペダルにおけるペダル位置は、ペダル操作中において常に維持する足の位置になるため、ストロークするペダルに比べて操作性や下肢疲労への影響が大きい。よって、ストロークしないかほとんどストロークしないペダルにおけるペダル位置は、運転者の好みや車速や先行車との相対関係や前進又は後進に応じて変化させることが適当である。

また、本発明によれば、これまで、車両が停車している場合に、運転者が着座して、その体格等にあわせた適切な、又は好みの位置にペダル位置を調整したものに対しても、走行時に、ペダル位置を適切に調整することが可能となる。また、このような停車時の調整を行わなくても最適なペダル位置を車両の走行とともに提供することが可能になる。

さらに、運転者がハンドルやシフトレバーなどの操作によってペダルとの位置関係が異なったり、前方上方、前方下方、左右、後方などに向かって運転者の姿勢が変わっても適切なペダル位置を提供できるので、走行中におけるペダル操作を早く、又は、確実に行うことが可能になる。

本発明の一実施例のシステム構成図。 本発明の一実施例のシステムブロック図。 操作入力演算装置と車両出力演算装置と通信経路の構成の一例を示す模式図。 ペダル装置の一実施例を示す模式図。 ペダル装置の一実施例を示す模式図。 ペダル装置の一実施例を示すブロック図。 ペダル反力の特性の一実施例を示すグラフ図。 ペダル装置の他の実施例を示す模式図。 ペダル反力の特性の一実施例を示すグラフ図。 車両出力の特性の一実施例を示すグラフ図。 ペダル装置の構成の一実施例を示す図。 本発明の実施例によるペダル反力と車両出力の特性の一実施例を示す図。 ペダル位置変化量の一例を示す模式図。 ペダル装置の構成の他の実施例を示す図。 他の実施例によるペダル反力と車両出力の特性の一例を示す図。

符号の説明

１…ペダル装置、３…操作入力部、４…アクチュエータ、６…ペダル踏力検出手段、８…操作入力演算装置、１２…ペダル位置検出手段、３０，４０，５０，６０，７０，８０…車両出力装置、１１１…通信経路、２４１…車両情報検出手段、２４２…環境情報検出手段、５０６…軌道、６０１…全くストロークしないペダル、６０２…センサ、６０３…僅かにストロークするペダル、６０４…センサ、６０５…バネ

Claims (18)

1. ペダルとアクチュエータとを備え、前記アクチュエータによりペダル位置を電気的に制御するペダル装置において、
   車両走行中に、ペダルの回転軸の位置は変化させずに、車両情報あるいは環境情報あるいは運転者情報によって、運転者がペダルを踏んでいないときの基準ペダル位置を変化させ、このとき、基準ペダル位置からのペダル踏み込み量に対する車両出力またはペダル反力の関係を所定の関係に維持することを特徴とするペダル装置。
2. 請求項１記載のペダル装置において、前記車両情報あるいは環境情報あるいは運転者情報が、車両情報であり、該車両情報が車速であることを特徴とするペダル装置。
3. 請求項１記載のペダル装置において、前記車両情報あるいは環境情報あるいは運転者情報が、環境情報であり、該環境情報が先行車との相対関係であることを特徴とするペダル装置。
4. 請求項１記載のペダル装置において、前記車両情報あるいは環境情報あるいは運転者情報が、車両情報であり、該車両情報は車両が後進走行している旨の情報であることを特徴とするペダル装置。
5. 請求項１記載のペダル装置において、前記車両情報あるいは環境情報あるいは運転者情報が、運転者情報であり、該運転者情報は運転者の好みに関する情報であることを特徴とするペダル装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のペダル装置において、車体に対して所定のペダル踏み込み軌道を備えていることを特徴とするペダル装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のペダル装置において、運転者がペダルを踏んでいないときの基準ペダル位置を変化した後は、該変化後のペダル位置を原点基準として車両出力を発生させるペダル装置。
8. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のペダル装置において、運転者がペダルを踏んでいないときの基準ペダル位置が変化しても、ペダル踏力に対する車両出力の関係を所定の関係に維持するペダル装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のペダル装置において、前記ペダルはブレーキペダル又はアクセルペダルであることを特徴とするペダル装置。
10. ペダルとアクチュエータとを有し、前記アクチュエータによりペダル位置を電気的に制御するペダル装置を備え、
    車両走行中に、ペダルの回転軸の位置は変化させずに、車両情報あるいは環境情報あるいは運転者情報によって、運転者がペダルを踏んでいないときの基準ペダル位置を変化させ、このとき、基準ペダル位置からのペダル踏み込み量に対する車両出力またはペダル反力の関係を所定の関係に維持することを特徴とする自動車。
11. 請求項１０記載の自動車において、前記車両情報あるいは環境情報あるいは運転者情報が、車両情報であり、該車両情報が車速であることを特徴とする自動車。
12. 請求項１０記載の自動車において、前記車両情報あるいは環境情報あるいは運転者情報が、環境情報であり、該環境情報が先行車との相対関係であることを特徴とする自動車。
13. 請求項１０記載の自動車において、前記車両情報あるいは環境情報あるいは運転者情報が、車両情報であり、該車両情報は車両が後進走行している旨の情報であることを特徴とする自動車。
14. 請求項１０記載の自動車において、前記車両情報あるいは環境情報あるいは運転者情報が、運転者情報であり、該運転者情報は運転者の好みに関する情報であることを特徴とする自動車。
15. 請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の自動車において、車体に対して所定のペダル踏み込み軌道を備えていることを特徴とする自動車。
16. 請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の自動車において、運転者がペダルを踏んでいないときの基準ペダル位置を変化した後は、該変化後のペダル位置を原点基準として車両出力を発生させる自動車。
17. 請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の自動車において、運転者がペダルを踏んでいないときの基準ペダル位置が変化しても、ペダル踏力に対する車両出力の関係を所定の関係に維持する自動車。
18. 請求項１０〜１７のいずれか１項に記載の自動車において、前記ペダルはブレーキペダル又はアクセルペダルであることを特徴とする自動車。

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