JP5949631B2 - アクセルペダル装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両加速時に乗員が踏込み操作するアクセルペダル装置に関し、詳しくは、下端が軸支されて立設されており、乗員足裏で踏込まれて無負荷時の初期位置から車両前方側の終端位置まで所定角度回動するペダル部と、該ペダル部の踏面部の回動位置に応じて、アクセル開度に係る信号を発生するアクセル開度センサ部と、上記踏面部の回動量に比例した反力を発生する第１ペダル反力発生機構と、上記終端位置の近傍で、上記踏面部の終端位置に向けた回動に抗する、上記第１ペダル反力発生機構よりも大きい所定のピーク反力を発生する第２ペダル反力発生機構と、を有するようなアクセルペダル装置に関する。

一般に、アクセルペダル装置は、ドライバに踏込み操作され、車両の車速状態を制御するもので、このアクセルペダル装置に備えられたキックダウンスイッチは、ドライバがアクセルペダルを強く踏込んだ時（加速要求時）、これをアングルセンサで検知し、アングルセンサがいわゆるキックダウン信号を発生して、自動変速機をシフトダウンさせ、トルクおよび車速を向上させるようになっている。

いわゆるキックダウンスイッチは、ドライバが特にパワーを求める場合に、踏込みにより低速側への変速（シフトダウン）を強制的に行なうものであって、ＡＴが電子制御化される以前には、ドライバの意思を車両に伝達する重要な手段であった（特許文献１参照）。

その後、１９９０年代後期から普及し始めたＡＴとエンジンとの統合制御や、ＡＴの５速６速までの多段化、＋−のシフトレバーやパドルシフトスイッチを伴うマニュアル機能付きのＡＴが、ドライバの意思に充分に応えられるものであったため、キックダウンスイッチの存在意義は低下していた。

一方、近年の重要な商品力であるダウンサイジング等を伴う低燃費エンジンは、旧来のエンジンよりも出力が低下する傾向があるところ、低燃費エンジンの出力低下をドライバに感じさせない工夫が求められている。
そこで、改めてキックダウンスイッチを設け、ほとんどのアクセル開度領域においてはパワー感は弱いが低燃費を実現するパワートレイン制御を行なう一方、同キックダウンスイッチを踏込めば低速側変速を主な手段としてパワー感を出すパワートレイン制御に一時的に移行させるようにして、ドライバに、キックダウンスイッチの動作を境界として、低燃費走行とパワーが出る意のままの走りの双方が得られることを意識させる車が登場している。

これら車では、ドライバは、キックダウンスイッチが作動する節度感とともにパワー感が得られるという、ある種の快感と、キックダウンスイッチの作動前までは低燃費走行をしているという節約感覚の双方を楽しむことができるが、この節度感の設定、言い換えればキックダウンスイッチが作動する時のペダル反力の設定が課題となる。

つまり、キックダウンスイッチ作動時のペダル反力が軽すぎれば、ドライバがアクセルを踏込んだ時にその意思がないのにキックダウンスイッチが作動して低燃費走行から逸脱してしまうので、ドライバはうっかりキックダウンスイッチが作動しないよう意識して力を弱めてアクセルを踏込むことが求められ、ドライバを疲労させる。

逆に、キックダウンスイッチ作動時のペダル反力が重すぎれば、うっかりキックダウンスイッチが作動することはなくなる反面、ドライバはキックダウンスイッチを作動させるのに足に力を込めてアクセルペダルを踏込むことが求められるので、節度感とともにパワーを得る爽快感が無くなってしまう。

実開昭６４−３９９５５号公報

上述のような課題に対して、本発明者等は、ドライバとして想定する小柄な女性から大柄の男性までが、キックダウンスイッチが作動しないように意識して力を弱めてペダルを踏込むことなく、かつ、キックダウンスイッチを作動させるのに力を込めてペダルを踏込むことがないようなアクセルペダルの反力値を定量的に見出した。
したがって本発明の目的は、体格を異にする男女の如何なるドライバであっても適切にアクセル操作し得るピーク反力値を設定することにある。

この発明によるアクセルペダル装置は、下端が軸支されて立設されており、乗員足裏で踏込まれて無負荷時の初期位置から車両前方側の終端位置まで所定角度回動するペダル部と、上記ペダル部の踏面部の回動位置に応じて、アクセル開度に係る信号を発生するアクセル開度センサ部と、上記初期位置からの上記ペダル部の所定の回動範囲を通常作動域とし、該通常作動域において、上記踏面部の回動量に比例した反力を発生する第１ペダル反力発生機構と、上記通常作動域から前記終端位置までの前記ペダル部の回動範囲を、自動変速機をシフトダウンさせるキックダウンストローク域として、該キックダウンストローク域における上記終端位置の近傍で、上記踏面部の終端位置に向けた回動に抗する、上記第１ペダル反力発生機構よりも大きい所定のピーク反力を発生する第２ペダル反力発生機構と、を有するアクセルペダル装置であって、上記通常作動域において、上記第１ペダル反力発生機構が発生するピーク反力値をＦとしたとき、上記第２ペダル反力発生機構の所定のピーク反力値が、Ｆの２．４倍以上で、かつ２．６倍以下の間に設定されているものである。

上記構成によれば、上記第２ペダル反力発生機構の所定のピーク反力値を、Ｆの２．４倍以上で、かつ、２．６倍以下の間に設定したので、体格を異にする男女の如何なるドライバであっても適切にアクセル操作し得るピーク反力値を設定することができる。
よって、小柄な女性から大柄の男性までが、第２ペダル反力発生機構としてのキックダウンスイッチが作動しないように意識して力を弱めてペダルを踏込む必要もなく、かつ、キックダウンスイッチを作動させるのに力を込めてペダルを踏込む必要もなく、快適なアクセル操作を行なうことができる。
すなわち、第１ペダル反力発生機構が発生する反力を小柄女性の足首最大踏力としたとき、大柄男性の足首最大踏力は、その約２．４倍となり、小柄女性が脚全体で出せる踏力は、当該女性の足首最大踏力の約２．６倍となる（図４参照）。
したがって、第２ペダル反力発生機構の所定のピーク反力値を、Ｆの２．４倍以上で、かつ２．６倍以下の間に設定することにより、上記効果が得られるものである。

この発明によれば、上記第２ペダル反力発生機構の所定のピーク反力値を、Ｆの２．４倍以上で、かつ、２．６倍以下の間に設定したので、体格を異にする男女の如何なるドライバであっても適切にアクセル操作し得るピーク反力値を設定することができる。
よって、小柄な女性から大柄の男性までが、第２ペダル反力発生機構としてのキックダウンスイッチが作動しないように意識して力を弱めてペダルを踏込む必要もなく、かつ、キックダウンスイッチを作動させるのに力を込めてペダルを踏込む必要もなく、快適なアクセル操作を行なうことができる効果がある。

アクセルペダル装置の側面図 アクセルペダル踏込み時の説明図 ペダル踏込み角度に対するペダル反力（踏力）の関係を示す特性図 体格を異にする乗員の身長、体重、脚全体の踏力、足首最大踏力を示す説明図

体格を異にする男女の如何なるドライバであっても適切にアクセル操作し得るピーク反力値を設定するという目的を、下端が軸支されて立設されており、乗員足裏で踏込まれて無負荷時の初期位置から車両前方側の終端位置まで所定角度回動するペダル部と、上記ペダル部の踏面部の回動位置に応じて、アクセル開度に係る信号を発生するアクセル開度センサ部と、上記踏面部の回動量に比例した反力を発生する第１ペダル反力発生機構と、上記終端位置の近傍で、上記踏面部の終端位置に向けた回動に抗する、上記第１ペダル反力発生機構よりも大きい所定のピーク反力を発生する第２ペダル反力発生機構と、を有するアクセルペダル装置であって、上記終端位置近傍で上記第１ペダル反力発生機構が発生する反力をＦとしたとき、上記第２ペダル反力発生機構の所定のピーク反力値を、Ｆの２．４倍以上で、かつ２．６倍以下の間に設定するという構成にて実現した。

この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳述する。
図面はアクセルペダル装置を示し、図１において、オルガン式のアクセルペダル装置１は、ペダル部２がベース部３に回動可能に取付けられている。
上述のペダル部２は、その下端がベース部３に軸支されて立設されており、乗員足裏で踏込まれて無負荷時の初期位置（図示の状態）から車両前方側の終端位置まで所定角度（例えば、図３に示す１５．１°）回動するように構成されている。
上述のベース部３と一体的に形成され該ペダル部２よりも下方に位置するハウジング４内には、図示しない復帰ばね（いわゆるリターンスプリング）が設けられると共に、ハウジング４の内部構造体とペダル部２との間には複数のリンク５（具体的には合計３個のリンクを有するが、図面ではそのうちの１つのみを示す）が設けられており、上記復帰ばねと複数のリンク５との両者により第１ペダル反力発生機構６を構成している。

この第１ペダル反力発生機構６は、ペダル部２の踏面部２ａの回動量に比例した反力（図３で示す通常作動域のペダル反力参照）を発生する機構である。
また、上述のハウジング４には、アクセル開度センサ部としてのアングルセンサ７を設けている。このアングルセンサ７は上述のペダル部２の踏面部２ａの回動位置に応じて、アクセル開度に係る信号を発生するセンサである。
さらに、上述のハウジング４のペダル部２下面と対向する上面部には、第２ペダル反力発生機構としてのキックダウンスイッチ８を設けている。

このキックダウンスイッチ８は、ペダル部２踏込み時における終端位置の近傍で、上記踏面部２ａの終端位置に向けた回動に抗する、第１ペダル反力発生機構６よりも大きい所定のピーク反力（図３に示すキックダウンストローク域のペダル反力のうちＰ点の反力参照）を発生するもので、ペダル部２がピーク反力に抗して踏込まれた時、アングルセンサ７でこれを検知し、該アングルセンサ７がキックダウン信号を発生して、自動変速機をシフトダウン（低速側変速）させ、トルクおよび車速を向上させるように構成している。
上述のアクセルペダル装置１は、図２に示すように、ドライバーズシート９が配設されるフロアパネル１０前部のキックボード部１１に配置されるものである。なお、ドライバーズシート９は、ドライバの着座面を形成するシートクッション９Ｃと、ドライバの背もたれ面を形成するシートバック９Ｂと、ドライバの頭部を保持するヘッドレスト９Ｈと、を備えている。

図３はペダル踏込み角度に対するペダル反力（踏力）の関係を示す特性図であって、横軸にペダル踏込み角度（単位、度）をとり、縦軸にアクセル反力〔単位、ニュートン（以下、Ｎと略記）〕をとっている。
この実施例では、第１ペダル反力発生機構６による通常作動域と、キックダウンスイッチ８によるキックダウンストローク域とを有すると共に、踏込み側と戻り側とにヒステリシスを有する。

踏込み側のフリートラベルＦＴ（いわゆる遊び）を、踏込み角度が所定小角度未満、ペダル反力が所定反力になるよう設定し、戻り側のフリートラベルＦＴを、踏込み角度も所定小角度未満、ペダル反力が所定反力以上になるように設定すると共に、踏込み側のフリートラベルＦＴと戻り側のフリートラベルＦＴとのペダル反力の差が所定値以上になるように設定している。

ところで、介護分野での利用を目的とした、シートクッションに対してシートバックが略直角に起立したシートに人間が腰掛けた場合、当該人間の足で思い切り床を押す時の最大発揮力に関する人体データベースは存在するが、図２に示すシートバックが後傾したドライバーズシート９に乗員が着座したときに、負担感なく自然に発揮できる脚の力についての人体データベースは存在しない。
そこで、発明者らは、様々な体型の被験者での実測値に基づいて、前述の自然に発揮できる脚の力の最大値は、最大で各自の下肢の各部の質量に重力加速度を掛けた値（重量）に略一致することを見い出した。
つまり、乗員は自分の下肢の重量をペダルに作用させているときは、特に負担感を感じないのである。
ここで、一般に、下肢各部の体重比率は、それぞれ片脚について、上腿が体重の１０．５％、下腿が５％、足が１．５％であることが知られている。

ペダル踏込み角度がθ１＝１３．５°に相当するペダル部２の踏込み終端位置近傍で第１ペダル反力発生機構６が発生する反力（Ｇ点参照）は、２５．５Ｎに設定している。
すなわち、Ｇ点のペダル反力が図３に仮想線αで示すように重過ぎる場合には、小柄な女性ドライバが図２に矢印Ｚ１で示すように、足首だけでアクセルペダルを踏むことができず、同図に矢印Ｚ２で示すように、脚全体でアクセルペダルを力を込めて踏込むことになる。逆に、Ｇ点のペダル反力が図３に仮想線βで示すように軽過ぎる場合には、キックダウンスイッチ８が作動しないように意識して力を弱めてペダル部２を踏込むことになり、このアクセル開度維持にドライバが拮抗筋を使うことになって、当該ドライバの疲労度が大となるので、この実施例ではＧ点のペダル反力を２５．５Ｎに設定し、通常作動域におけるペダル部２の保持の容易化を図っている。

すなわち、図４に示すように小柄女性の身長を１５０ｃｍ、体重を４０ｋｇとした時、足首最大踏力（足首で自然に出せる最大の力）は、ごく軽く踵をフロアにつけた状態でペダルを踏むため、足の重量に加えて膝から足首までの下腿の重量の和になるので、下肢が体重の５％、足が体重の１．５％であるから、
足首最大踏力＝４０×（５％＋１．５％）≒２．６ｋｇｆとなり
１ｋｇｆ＝９．８０６６５Ｎであるから、Ｓ１単位のＮに換算すると、
２．６×９．８＝２５．５Ｎとなる。
よって、Ｇ点のペダル反力を２５．５Ｎに設定することで、通常作動域におけるペダル部２の操作性、保持の容易化を図ったものである。

ペダル踏込み角度がθ１＝１３．５°に至るまでは小柄女性、標準男性、大柄男性の如何なる体形のドライバであっても、当該ドライバの足首のみ（図２の矢印Ｚ１参照）の踏力によりペダル部２を操作することができ、ペダル踏込み角度がθ１＝１３．５°を超えた際には、脚全体（図２の矢印Ｚ２参照）の踏力でペダル部２を操作するようにペダル反力が設定されている。
また、図３に示す通常作動域に対してキックダウンストローク域では、通常作動域での踏込み時とは異なる傾向でペダル反力を変化させることにより、通常作動域とキックダウンストローク域との間で、ペダル踏力に節度感を付与すべく構成している。

図３において、ペダル部２の踏込み終端位置近傍で第１ペダル反力発生機構６が発生する反力（Ｇ点での反力）をＦとしたとき、キックダウンストローク域におけるキックダウンスイッチ８の所定のピーク反力（図３のＰ点の反力）の値つまりピーク反力値を、Ｆの２．４倍（２５．５Ｎ×２．４＝６０．８Ｎ）以上でかつ、２．６倍（２５．５Ｎ×２．６＝６６．６Ｎ）以下の間に設定している。

すなわち、図４に示すように大柄男性の身長を１８６ｃｍ、体重を９５ｋｇとした時、当該ドライバの足首最大踏力（図３の仮想線ｙ参照）は、下腿が体重の５％、足が体重の１．５％であるから、これらを体重に乗じた値となるので、
足首最大踏力＝９５×（５％＋１．５％）＝６．２ｋｇｆ＝６０．８Ｎとなる。
そして、この足首最大踏力６０．８Ｎは小柄女性の足首最大踏力２５．５Ｎの約２．４倍となる。

また、図４に示すように小柄女性が脚全体で出せる踏力（図３の仮想線ｘ参照）は、太腿を含む上腿が体重の１０．５％、下腿が体重の５％、足が体重の１．５％であるから、これらを体重に乗じた値となる（シートクッション９Ｃのクッション反力に抗して出せる脚全体の踏力も略この値となる）ので、
脚全体の踏力＝４０×（１０．５％＋５％＋１．５％）＝６．８ｋｇｆ＝６６．６Ｎとなる。
そして、この脚全体の踏力＝６６．６Ｎは当該小柄女性の足首最大踏力２５．５Ｎの約２．６倍となる。よって、Ｇ点での反力をＦとしたとき、Ｐ点のピーク反力値を、Ｆの２．４倍以上で、かつ２．６倍以下の間に設定したものである。

このように、上記実施例のアクセルペダル装置は、下端が軸支されて立設されており、乗員足裏で踏込まれて無負荷時の初期位置から車両前方側の終端位置まで所定角度回動するペダル部２と、上記ペダル部２の踏面部２ａの回動位置に応じて、アクセル開度に係る信号を発生するアクセル開度センサ部（アングルセンサ７参照）と、上記踏面部２ａの回動量に比例した反力を発生する第１ペダル反力発生機構６と、上記終端位置の近傍で、上記踏面部２ａの終端位置に向けた回動に抗する、上記第１ペダル反力発生機構６よりも大きい所定のピーク反力（Ｐ点の反力参照）を発生する第２ペダル反力発生機構（キックダウンスイッチ８参照）と、を有するアクセルペダル装置であって、上記終端位置近傍で上記第１ペダル反力発生機構６が発生する反力（Ｇ点の反力参照）をＦとしたとき、上記第２ペダル反力発生機構（キックダウンスイッチ８参照）の所定のピーク反力値（Ｐ点の反力値参照）が、Ｆの２．４倍（図３の仮想線ｙ参照）以上で、かつ２．６倍（図３の仮想線ｘ参照）以下の間に設定されているものである（図１，図３参照）。

この構成によれば、上記第２ペダル反力発生機構（キックダウンスイッチ８）の所定のピーク反力値（Ｐ点の反力値）を、Ｆの２．４倍（図３の仮想線ｙ参照）以上で、かつ、２．６倍（図３の仮想線ｘ参照）以下の間に設定したので、体格を異にする男女の如何なるドライバであっても適切にアクセル操作し得るピーク反力値を設定することができる。
よって、小柄な女性から大柄の男性までが、第２ペダル反力発生機構としてのキックダウンスイッチ８が作動しないように意識して力を弱めてペダル部２を踏込む必要もなく、かつ、キックダウンスイッチ８を作動させるのに力を込めてペダル部２を踏込む必要もなく、快適なアクセル操作を行なうことができる。
すなわち、第１ペダル反力発生機構６が発生する反力（Ｇ点の反力）を小柄女性の足首最大踏力としたとき、大柄男性の足首最大踏力は、その約２．４倍（図３の仮想線ｙ参照）となり、小柄女性が脚全体で出せる踏力は、当該女性の足首最大踏力の約２．６倍（図３の仮想線ｘ参照）となる（図４参照）。
したがって、第２ペダル反力発生機構（キックダウンスイッチ８参照）の所定のピーク反力値（Ｐ点の反力値）を、Ｆ（Ｇ点の反力）の２．４倍以上で、かつ２．６倍以下の間に設定することにより、上記効果が得られるものである。

この発明の構成と、上述の実施例との対応において、
この発明のアクセル開度センサ部は、実施例のアングルセンサ７に対応し、
以下同様に、
第２ペダル反力発生機構は、キックダウンスイッチ８に対応するも、
この発明は、上述の実施例の構成のみに限定されるものではない。

以上説明したように、本発明は、下端が軸支されて立設されており、乗員足裏で踏込まれて無負荷時の初期位置から車両前方側の終端位置まで所定角度回動するペダル部と、上記ペダル部の踏面部の回動位置に応じて、アクセル開度に係る信号を発生するアクセル開度センサ部と、上記踏面部の回動量に比例した反力を発生する第１ペダル反力発生機構と、上記終端位置の近傍で、上記踏面部の終端位置に向けた回動に抗する、上記第１ペダル反力発生機構よりも大きい所定のピーク反力を発生する第２ペダル反力発生機構と、を有するアクセルペダル装置について有用である。

２…ペダル部
２ａ…踏面部
６…第１ペダル反力発生機構
７…アングルセンサ（アクセル開度センサ部）
８…キックダウンスイッチ（第２ペダル反力発生機構）

Claims (1)

1. 下端が軸支されて立設されており、乗員足裏で踏込まれて無負荷時の初期位置から車両前方側の終端位置まで所定角度回動するペダル部と、
   上記ペダル部の踏面部の回動位置に応じて、アクセル開度に係る信号を発生するアクセル開度センサ部と、
   上記初期位置からの上記ペダル部の所定の回動範囲を通常作動域とし、該通常作動域において、上記踏面部の回動量に比例した反力を発生する第１ペダル反力発生機構と、
   上記通常作動域から前記終端位置までの前記ペダル部の回動範囲を、自動変速機をシフトダウンさせるキックダウンストローク域として、該キックダウンストローク域における上記終端位置の近傍で、上記踏面部の終端位置に向けた回動に抗する、上記第１ペダル反力発生機構よりも大きい所定のピーク反力を発生する第２ペダル反力発生機構と、を有するアクセルペダル装置であって、
   上記通常作動域において、上記第１ペダル反力発生機構が発生するピーク反力値をＦとしたとき、上記第２ペダル反力発生機構の所定のピーク反力値が、Ｆの２．４倍以上で、かつ２．６倍以下の間に設定されていることを特徴とする
   アクセルペダル装置。
   

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