JP5844592B2 - ペダル装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に設けられるペダルに踏込反力を付与するペダル装置に関する。

近年、アクセルペダルの踏み込みに抵抗する踏込反力を所望に変化させることができるアクセルペダル反力装置が種々開発されている。例えば、特許文献１のアクセルペダル反力装置では、ペダル側アームを第１回動軸線回りに回動自在に設けるとともに、ペダル側アームに隣接して回動部材を配置し、駆動源により回動部材を回動駆動して回動部材の遊端をペダル側アームに接触させることにより、ペダル側アームに休止位置（原位置）へ押し戻す踏込反力を付加するようにしている。

特開２０１１−６８１７５号公報

ところで、自動車にペダル反力装置を搭載する場合、駆動源が失陥した場合や、出力を継続するような故障を起こした場合であっても、可能な限り踏み込みやすいペダル構成とすることが望まれる。

しかしながら、特許文献１の発明では、ペダル側アームが休止位置から最大踏込位置に向けて回動するときに、回動部材とペダル側アームとの接触位置が第１回動軸線から遠ざかるように変位し、ペダル側アームが休止位置に向けて回動するときには、接触位置が第１回動軸線に近づくように変位する構成となっている。そのため、アクセルペダルを踏み込んでいくほど、第１回動軸線と接触位置との距離が増加してモーメント長が長くなる。したがって、回動部材が同じ力で付勢されている場合、アクセルペダルを踏み込んでいくほど大きな反力が生じることになる。

つまり、駆動源が失陥した場合や、出力を継続するような故障を起こした場合に、アクセルペダルが非常に踏み込みづらい反力を発生し、運転者に操作の違和感を与える虞がある。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、駆動源が失陥した場合や、出力を継続するような故障を起こした場合であっても、踏み込みやすい反力を発生する操作性のよいペダル装置を提供することを主な目的とする。また、ペダル装置の設計自由度を高めるとともにコンパクト化することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、ペダル装置（１）であって、運転者の踏込操作に供されるペダル（２）と、前記ペダルに一端が連結され、他端が車体側部材（１０）に第１回動軸線（Ａ１）回りに回動可能に連結されたペダル側アーム（１１）と、前記ペダルに対して運転者の踏込操作方向と相反する方向の反力（Ｆｍ）を付与するための駆動源（２６）と、第２回動軸線（Ａ２）回りに回動自在に支持されるとともに、前記ペダル側アームに離脱可能に接触し、前記駆動源が発生する駆動力（Ｔｍ）を前記ペダル側アームに伝達する駆動側アーム（２１）とを備え、前記駆動側アームは、前記ペダルの踏込量（θａ）が大きくなるにつれて前記ペダル側アームとの接触位置（Ｐ）が前記第１回動軸線に近づくように設けられた構成とする。

このような構成とすることにより、ペダル部材が踏み込まれる方向に操作されると、ペダル側アームと駆動側アームとの接触位置は第１回動軸線に近づくことになる。つまり、ペダルストロークが大きな領域では、第１回動軸線に近い位置で駆動側アームがペダル側アームに駆動力を伝達することになり、仮に駆動源が出力を一定値に維持していたとしても、ペダルストロークが小さな領域に比べて駆動原が発生する反力が小さくなる。したがって、ペダルを踏み込む意志がある運転者が踏込反力の増大に対して煩わしさを覚えることを軽減できるとともに、駆動源が失陥して出力が発揮されない状況や、故障により所定の駆動力が発揮され続ける状況下においても、ペダルを深く踏み込みやすくなり、操作性の低下を抑制できる。

また、本発明の一側面によれば、前記ペダルが踏み込まれていない状態において、前記接触位置から前記第２回動軸線までの距離（Ｌ２）が前記接触位置から前記第１回動軸線までの距離（Ｌ１）よりも短い構成とすることができる。

このような構成とすることにより、駆動側アームのアーム長が短くなり、装置を小型化できるとともに、必要な駆動トルクの低減に伴って駆動源を小型化できる。また、ペダルが踏み込まれる方向に操作されたときに、ペダル側アームと駆動側アームとの接触位置が第１回動軸線に近づくような構成とする際に、駆動側アームの第２回動軸線の位置をある程度自由に設定でき、設計自由度を高めるとともに装置をコンパクト化することができる。

また、本発明の一側面によれば、前記ペダル側アームにおける前記駆動側アームとの接触面（１１ａ）に凹凸（１１ｂ）が設けられた構成とすることができる。

このような構成とすることにより、駆動側アームから一定の力がペダル側アームに加わっていたとしても、ペダル側アームに接触する駆動側アームの位置に応じて反力を変化させることができる。そのため、例えば、接触面に所定間隔に凸部または凹部を複数設け、ペダルの操作量を感覚的に運転者に認識させることができる。

このように本発明によれば、駆動源が失陥した場合や、出力を継続するような故障を起こした場合であっても、踏み込みやすい反力を発生する操作性のよいペダル装置を提供することができる。また、ペダル装置の設計自由度を高めるとともにコンパクト化することができる。

本発明に係るアクセルペダル装置の側面図 図１に示すアクセルペダル装置の概略構成図 踏込量と第１付勢力との関係を示すグラフ 踏込量と第２付勢力との関係を示すグラフ 図１に示すアクセルペダル装置の動作説明図 平常時における踏込量と合計付勢力との関係を示すグラフ 故障時における踏込量と合計付勢力との関係を示すグラフ 第１変形実施例によるアクセルペダル装置の動作説明図 第２変形実施例によるアクセルペダル装置の動作説明図

以下、本発明に係るペダル装置を自動車のアクセルペダル２に適用した実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に示すように、アクセルペダル装置１は、自動車に設けられたアクセルペダル２に対して踏み力に抵抗する踏込反力を付与するものであり、運転者の踏込操作に供されるオルガン式のアクセルペダル２と、ペダル側アーム１１を介してアクセルペダル２に付与する付勢力を発生する付勢力発生装置１０と、駆動側アーム２１を介してアクセルペダル２に付与する駆動力を発生する動力発生装置２０とを備えている。

アクセルペダル２は、下端が車体３０に回動自在に連結されるとともに、その上部にはリンク部材３を介してペダル側アーム１１が連結されており、このペダル側アーム１１によって常時原位置側（起立側）へ付勢されている。なお、図１は、アクセルペダル２が原位置にある状態を示している。

付勢力発生装置１０は、車体３０に固定されるとともに、ペダル側アーム１１を第１回動軸線Ａ１回りに回動自在に支持している。付勢力発生装置１０は、踏み込まれたアクセルペダル２を原位置へ戻す付勢力（以下、第１付勢力Ｆｓ１と記す）を機械的な構成により発生し、ペダル側アーム１１を介して第１付勢力Ｆｓ１をアクセルペダル２に付与する。付勢力発生装置１０は、図２に示すように、リターンスプリング１２と、ヒステリシス特性生成部１３と、操作量センサ１４とを備えている。

ヒステリシス特性生成部１３は、リターンスプリング１２が発生させるトルクにヒステリシス特性を付与し、アクセルペダル２に付与する第１付勢力Ｆｓ１を図３に示す特性とする。つまり、アクセルペダル２は第１付勢力Ｆｓ１により、踏み込まれるときに比較的大きな踏込反力を発生し、戻されるときに比較的小さな踏込反力を発生する。なお、リターンスプリング１２およびヒステリシス特性生成部１３には、例えば、国際公開第０１／１９６３８号に記載される構成などの公知の構成を採用することができる。

操作量センサ１４は、ペダル側アーム１１の変位に応じてアクセルペダル２の原位置からの踏込量θａ（操作量）を検出し、電子制御ユニット（Electronic Control Unit、以下、ＥＣＵ４と記す。図２参照）に出力する。

動力発生装置２０は、付勢力発生装置１０に固定されるとともに、駆動側アーム２１を第２回動軸線Ａ２回りに回動自在に支持している。駆動側アーム２１は側面視において略Ｌ字形状を呈しており、第２回動軸線Ａ２から下方へ突出する下向アーム部２２と、第２回動軸線Ａ２から後方（図１右方のアクセルペダル２の原位置方向）へ突出する後向アーム部２３とを有している。

駆動側アーム２１の一端（下向アーム部２２の遊端）には側方へ突出するピン２４が設けられ、駆動側アーム２１の他端（後向アーム部２３の遊端）には引っ張りコイルばねからなる追従スプリング２５の下端が連結されている。追従スプリング２５の上端は動力発生装置２０のハウジングに連結されており、追従スプリング２５が後向アーム部２３の遊端を上方へ付勢することにより、駆動側アーム２１は、ピン２４をペダル側アーム１１の動きに追従させてペダル側アーム１１に常時当接させるとともに、図４に示すようなトルク（以下、追従トルクＴｆと称する）をペダル側アーム１１に発生させ、踏み込まれたアクセルペダル２を原位置へ戻す付勢力（以下、第２付勢力Ｆｓ２と記す）をアクセルペダル２に付与する。

図２に示すように、動力発生装置２０は、ＥＣＵ４により制御される電動モータ２６と、電動モータ２６と駆動側アーム２１との間に介装された減速機２７とを有している。電動モータ２６は、ＥＣＵ４からの制御信号Ｓｍに応じたトルク（以下、モータトルクＴｍと称する）を、減速機２７を介して駆動側アーム２１に発生させ、このモータトルクＴｍをペダル側アーム１１に作用させて、アクセルペダル２に対して原位置方向への動力（以下、モータ付勢力Ｆｍと記す）を付与する。これにより、駆動側アーム２１は、追従スプリング２５からの第２付勢力Ｆｓ２および電動モータ２６からのモータ付勢力Ｆｍをアクセルペダル２に付与する。以下の説明では、追従トルクＴｆとモータトルクＴｍとの合計を駆動側トルクＴｄと称し、第２付勢力Ｆｓ２とモータ付勢力Ｆｍとの合計を駆動側付勢力Ｆｄと称し、駆動側付勢力Ｆｄと第１付勢力Ｆｓ１との合計を合計付勢力Ｆｔと称する。

なお、ＥＣＵ４は、操作量センサ１４が検出した踏込量θａや、車速、選択されているトランスミッションのギヤ段などに応じて、駆動側アーム２１に発生させるモータトルクＴｍを設定して電動モータ２６を駆動制御するとともに、自動車の駆動系、すなわちエンジン或いはモータやトランスミッションなどを制御する。

図１に示すように、ペダル側アーム１１の前面、すなわち駆動側アーム２１のピン２４が接触する接触面１１ａには、所定間隔ごとに凸部１１ｂが設けられている。

また、図１に示すアクセルペダル２が原位置にある状態において、駆動側アーム２１の第２回動軸線Ａ２は、駆動側アーム２１とペダル側アーム１１との接触位置Ｐとペダル側アーム１１の第１回動軸線Ａ１とを結んだ直線ｌに対し、後方（アクセルペダル２の原位置方向）側の近い位置に配置されている。また、接触位置Ｐから駆動側アーム２１の第２回動軸線Ａ２までの距離Ｌ２は、接触位置Ｐからペダル側アーム１１の第１回動軸線Ａ１までの距離Ｌ１よりも小さくなっている。

このリンクの関係を模式的に示すと図５（Ａ）のようになる。つまり、駆動側アーム２１は、ペダル側アーム１１に対して第１回動軸線Ａ１から距離Ｌ１だけ離れた接触位置Ｐにおいて角度θの向きに駆動側トルクＴｄを作用させる。

一方、アクセルペダル２が踏み込まれると、ペダル側アーム１１の回動に伴って、駆動側アーム２１もペダル側アーム１１との接触位置Ｐを第１回動軸線Ａ１方向へ変位させながら前方（アクセルペダル２の踏込方向）へ回動し、図５（Ｂ）のような状態となる。このとき、駆動側アーム２１は、ペダル側アーム１１に対して第１回動軸線Ａ１から距離Ｌ１’だけ離れた接触位置Ｐにおいて角度θ’の向きに駆動側トルクＴｄを作用させる。そして、踏込時の距離Ｌ１’は原位置での距離Ｌ１よりも小さく、踏込時の角度θ’は原位置での角度θよりも小さくなっている。したがって、原位置におけるアクセルペダル２に付加される駆動側付勢力Ｆｄに対し、アクセルペダル２が踏み込まれたときに付加される駆動側付勢力ＦｄをＦｄ’とすると、駆動側トルクＴｄが一定の値であるときの踏込時の駆動側付勢力Ｆｄ’は下式（１）のように表わされ、原位置での駆動側付勢力Ｆｄよりも小さくなる。
Ｆｄ’＝Ｆｄ・（Ｌ１’／Ｌ１）・（ｓｉｎθ’／ｓｉｎθ） ・・・（１）

追従スプリング２５による追従トルクＴｆが図４のように変化するため、その結果、モータトルクＴｍが０である場合、すなわちモータ付勢力Ｆｍが０である場合には、第１付勢力Ｆｓ１に第２付勢力Ｆｓ２が付加された合計付勢力Ｆｔは、図６に示すようになる。なお、図６中の想像線は、図４の追従トルクＴｆがそのまま第２付勢力となった場合の仮想合計付勢力を示している。つまり、アクセルペダル２の踏込量θａが大きな領域における踏込反力の増大率（傾き）は、アクセルペダル２の踏込量θａが小さな領域における踏込反力の増大率よりも小さくなる。したがって、ペダルを踏み込む意志がある運転者が踏込反力の増大に対して煩わしさを覚えることが軽減される。

また、電動モータ２６がモータトルクＴｍを出力し続けるような故障を起こした場合、一定のモータトルクＴｍに応じたモータ付勢力Ｆｍが図６の合計付勢力Ｆｔに加わることとなる。このような場合、アクセルペダル２が踏み込まれるほど駆動側アーム２１のペダル側アーム１１への接触位置Ｐが第１回動軸線Ａ１から遠ざかる従来のアクセルペダル２では、原位置での駆動側付勢力Ｆｄよりも踏込位置での駆動側付勢力Ｆｄ’が大きくなるため、図７に想像線で示すように、アクセルペダル２が非常に踏み込みづらい特性の反力を発生し、運転者に操作の違和感を与えることになる。これに対し、本実施形態に係るアクセルペダル装置１によれば、アクセルペダル２が図７に実線で示すような反力を発生するため、アクセルペダル２を深く踏み込みやすくなり、操作性の低下を抑制できる。

本実施形態においては、上記したように、アクセルペダル２が踏み込まれていない図１の状態において、接触位置Ｐから第２回動軸線Ａ２までの距離Ｌ２が接触位置Ｐから第１回動軸線Ａ１までの距離Ｌ１よりも短い構成となっている。そのため、駆動側アーム２１のアーム長（距離Ｌ２）が短くなり、アクセルペダル装置１を小型化できるとともに、所望のモータ付勢力Ｆｍを発揮するのに必要なモータトルクＴｍが小さくて済むため、電動モータ２６を小型化することができる。

また、ペダル側アーム１１の接触面１１ａに所定間隔の凸部１１ｂが設けられたことにより、アクセルペダル２が踏み込まれて駆動側アーム２１がペダル側アーム１１との接触位置Ｐを第１回動軸線Ａ１方向へ変位させる際に、ピン２４がこれら凸部１１ｂを乗り越えて摺動するため、アクセルペダル２の反力にクリック感（節度感）が生じることになる。これにより、運転者がペダルの踏込量θａを感覚的に認識できるようにすることができる。

＜第１変形例＞
次に、本発明の第１変形例について、図５に対応するリンクの関係を模式的に示した図８の動作説明図を参照して説明する。なお、アクセルペダル装置１の基本的構成は上記実施形態と同様であるため、説明は省略する。第２変形例についても同様である。

本変形例では、駆動側アーム２１の長さ、すなわち駆動側アーム２１のペダル側アーム１１との接触位置Ｐから第２回動軸線Ａ２までの距離Ｌ２および、図８（Ａ）に示すアクセルペダル２が踏み込まれていない状態における、駆動側アーム２１とペダル側アーム１１との接触位置Ｐからペダル側アーム１１の第１回動軸線Ａ１までの距離Ｌ１は、上記実施形態と同一である。つまり上記実施形態と同様に、接触位置Ｐから第２回動軸線Ａ２までの距離Ｌ２が接触位置Ｐから第１回動軸線Ａ１までの距離Ｌ１よりも短い構成となっている。一方、駆動側アーム２１の第２回動軸線Ａ２は、接触位置Ｐと第１回動軸線Ａ１とを結んだ直線ｌに対し、前方（アクセルペダル２の踏込方向）側の近い位置に配置されている。

駆動側アーム２１をこのように配置しても、アクセルペダル２が踏み込まれると、図８（Ｂ）に示すように、駆動側アーム２１のペダル側アーム１１への接触位置Ｐが第１回動軸線Ａ１方向へ変位し、接触位置Ｐからペダル側アーム１１の第１回動軸線Ａ１までの距離Ｌ１’は、原位置（図８（Ａ））での距離Ｌ１よりも短くなる。また、踏込時における駆動側アーム２１がペダル側アーム１１に作用させる駆動側トルクＴｄの角度θ’は、原位置での角度θに比べて小さくなっている。そのため、駆動側トルクＴｄが一定の値である場合、踏込時の駆動側付勢力Ｆｄ’は、原位置での駆動側付勢力Ｆｄよりも小さくなり、上記実施形態（図６および図７）と同様の踏込反力をアクセルペダル２に発揮させることができる。

また、接触位置Ｐから第２回動軸線Ａ２までの距離Ｌ２が接触位置Ｐから第１回動軸線Ａ１までの距離Ｌ１よりも短い構成となっているため、アクセルペダル２が踏み込まれる方向に操作されるに連れて接触位置Ｐが第１回動軸線Ａ１に近づくような構成とする場合に、駆動側アーム２１の第２回動軸線Ａ２の位置をある程度自由に（接触位置Ｐと第１回動軸線Ａ１とを結んだ直線ｌよりも前方にも）設定でき、装置の設計自由度を高めるとともに装置をコンパクト化することができる。

＜第２変形例＞
次に、図９を参照して、本発明の第２変形例について説明する。本変形例においては、図９（Ａ）に示すように、駆動側アーム２１のペダル側アーム１１との接触位置Ｐから第２回動軸線Ａ２までの距離Ｌ２が、接触位置Ｐからペダル側アーム１１の第１回動軸線Ａ１までの距離Ｌ１よりも大きくなっている。他方、駆動側アーム２１の第２回動軸線Ａ２は、アクセルペダル２が踏み込まれていない状態において接触位置Ｐと第１回動軸線Ａ１とを結んだ直線ｌに対し、上記実施形態よりも前方へ有意に離れた位置に配置されている。

駆動側アーム２１をこのように配置しても、アクセルペダル２が踏み込まれると、図９（Ｂ）に示すように、駆動側アーム２１のペダル側アーム１１への接触位置Ｐが第１回動軸線Ａ１方向へ変位し、接触位置Ｐから第１回動軸線Ａ１までの距離Ｌ１’は、原位置における距離Ｌ１よりも短くなる。そのため、駆動側トルクＴｄが一定の値であるときの踏込時の駆動側付勢力Ｆｄ’は、原位置での駆動側付勢力Ｆｄよりも小さくなり、上記実施形態の踏込反力（図６および図７）と同様の踏込反力をアクセルペダル２に発揮させることができる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各部材の具体的形状や配置などは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、本発明に係るペダル装置をアクセルペダル２に適用した例を示したが、アクセルペダル２に限らず、ブレーキペダルやクラッチペダルに適用することも可能である。また、上記実施形態では、駆動側アーム２１をペダル側アーム１１に常時当接させておくための追従スプリング２５として引っ張りコイルばねを用いているが、電動モータ２６のロータにねじりコイルばねを組み付けた形態や、ばねを用いずに、電動モータ２６が常にモータトルクＴｍを出力することで駆動側アーム２１をペダル側アーム１１に追従させる形態とすることも可能である。

一方、上記実施形態に示した本発明に係るペダル装置は、必ずしも全ての要素を必須とするものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。

１ アクセルペダル装置
２ アクセルペダル
１０ 付勢力発生装置（車体側部材）
１１ ペダル側アーム
１１ａ 接触面
１１ｂ 凸部
２０ 動力発生装置
２１ 駆動側アーム
２６ 電動モータ（駆動源）
Ａ１ 第１回動軸線
Ａ２ 第２回動軸線
Ｌ１ 接触位置Ｐから第１回動軸線Ａ１までの距離（原位置）
Ｌ１’ 接触位置Ｐから第１回動軸線Ａ１までの距離（踏込時）
Ｌ２ 接触位置Ｐから第２回動軸線Ａ２までの距離
Ｐ 接触位置
Ｆｓ１ 第１付勢力
Ｆｓ２ 第２付勢力
Ｆｍ モータ付勢力（反力）
Ｆｄ 駆動側付勢力（Ｆｓ２＋Ｆｍ）（アクセルペダルが原位置にある時）
Ｆｄ’ 駆動側付勢力（アクセルペダルが踏み込こまれた時）
Ｆｔ 合計付勢力（Ｆｓ１＋Ｆｄ（Ｆｓ２＋Ｆｍ））
Ｔｆ 追従トルク
Ｔｍ モータトルク（駆動力）
Ｔｄ 駆動側トルク（Ｔｆ＋Ｔｍ）
θａ 踏込量

Claims (1)

1. 運転者の踏込操作に供されるペダルと、
   前記ペダルに一端が連結され、他端が車体側部材に第１回動軸線回りに回動可能に連結されたペダル側アームと、
   前記ペダルに対して運転者の踏込操作方向と相反する方向の反力を付与するための駆動源と、
   第２回動軸線回りに回動自在に支持されるとともに、前記ペダル側アームに離脱可能に接触し、前記駆動源が発生する駆動力を前記ペダル側アームに伝達する駆動側アームとを備え、
   前記駆動側アームは、前記ペダルの踏込量が大きくなるにつれて前記ペダル側アームとの接触位置が前記第１回動軸線に近づくように設けられ、
   前記ペダルが踏み込まれていない状態において、前記接触位置から前記第２回動軸線までの距離が前記接触位置から前記第１回動軸線までの距離よりも短く、
   前記ペダル側アームにおける前記駆動側アームとの接触面に凹凸が設けられたことを特徴とするペダル装置。

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