WO2015053056A1 - 反力出力装置 - Google Patents

Abstract

　反力出力装置は、反力を作り出す駆動源であるモータと、モータの出力軸と連動して回転する反力出力軸（１３）と、反力出力軸（１３）に入力されたモータの出力トルクを操作ペダルに伝達する連動アーム（１５）と、を備える。反力出力軸（１３）と連動アーム（１５）の間に、反力出力軸（１３）と連動アーム（１５）の間の規定値以上のトルクの伝達を制限するトルク制限機構（１８）が介装される。

Description

反力出力装置

　本発明は、車両のアクセルペダル等の操作ペダルに反力を出力する反力出力装置に関する。
　本願は、２０１３年１０月８日に出願された日本国特願２０１３－２１１１１０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　近年、車両の発進時や走行時に、必要以上にアクセルペダルが踏み込まれるのを抑制するために、踏み込み状態に応じた反力をアクセルペダルに付与するアクセルペダル装置が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
　特許文献１に記載のアクセルペダル装置は、ペダルアームの基端を回動可能に軸支するハウジングに、ペダルアームを初期位置に戻すためのリターンスプリングと、反力を作り出すためのモータと、そのモータの回転をペダルアームに伝達するための連動アームが内蔵されている。このアクセルペダル装置では、モータが制御装置によってアクセルペダルの踏み込み状態に応じた出力に制御され、その出力が連動アームを通してペダルアームに付与されるようになっている。

日本国特開２０１０－１１１３７９号公報

　しかし、特許文献１に記載のアクセルペダル装置は、モータの回転軸と連動アームが常時連動可能に連結された構造とされているため、何等かの原因によってモータの回転を阻害する大きな力が作用したときに、連動アームに入力されるペダル踏力によって連動アームとモータの間のトルク伝達機構部やモータに過大な内部応力が作用することが懸念される。

　そこで本発明に係る態様は、連動アームとモータの間のトルク伝達機構部やモータに過大な内部応力が作用するのを抑制することができる反力出力装置を提供することを目的とする。

　本発明に係る反力出力装置では、上記課題を解決するために以下の構成を採用した。
（１）本発明に係る一態様は、反力を操作ペダルに出力する反力出力装置であって、反力を作り出す駆動源であるモータと、前記モータの出力軸と連動して回転する反力出力軸と、前記反力出力軸に入力された前記モータの出力トルクを前記操作ペダルに伝達する連動アームと、前記反力出力軸と前記連動アームの間に介装され、前記反力出力軸と前記連動アームの間の規定値以上のトルクの伝達を制限するトルク制限機構と、を備えている。
　上記（１）の態様によれば、反力出力軸と連動アームの間に作用するトルクが規定値に満たない通常作動時には、トルク制限機構がトルクの伝達を制限しないため、操作ペダルの踏み込み力に抗するモータのトルクが連動アームに伝達される。また、モータの回転を阻害する何等かの大きな力が作用する等して反力出力軸と連動アームの間に作用するトルクが規定値以上になると、トルク制限機構がトルクの伝達を制限し、連動アームとモータの間のトルク伝達機構部やモータに過大な内部応力が作用するのを抑制するようになる。

（２）上記（１）の態様において、前記連動アームは、前記反力出力軸に回動可能に支持される枢支部と、前記枢支部から離間した部位に設けられたギヤ部と、を有し、前記トルク制限機構は、前記反力出力軸を介して前記連動アームに対して回転可能に連結された動作伝達レバーと、支持軸を介して前記動作伝達レバーに対して回動可能に連結されるとともに前記連動アームの前記ギヤ部と常時噛合する回転歯車と、前記動作伝達レバーと前記回転歯車との間に介装され、前記ギヤ部を通して前記回転歯車に作用するトルクが所定値以上になったときに弾性変形して、前記動作伝達レバーに対する前記回転歯車の回転を許容するばね部材と、を備える構成としても良い。
　上記（２）の場合、モータが駆動されると、反力出力軸の回転とともに動作伝達レバーと回転歯車が反力出力軸を中心として旋回しようとする。このとき、回転歯車は連動アームのギヤ部と噛合しているため、回転歯車には連動アームを介して操作ペダルの踏力が作用する。
　また、ギヤ部を通して回転歯車に作用する回転トルクが所定値に満たないときには、ばね部材が回転歯車を非回転状態に維持し、ギヤ部と回転歯車の噛み合い位置が一定に維持される。
　したがって、このとき連動アームと反力出力軸とは一体に回転し、連動アームとモータの間ではトルクの伝達を制限されずにそのままトルクが伝達される。一方、ギヤ部を通して回転歯車に作用する回転トルクが所定値以上になると、ばね部材が弾性変形してそれに伴って回転歯車が動作伝達レバーに対して回転し、ギヤ部と回転歯車の噛み合い位置が移動する。このとき、連動アームと反力出力軸とが相対回動し、連動アームとモータの間ではトルクの伝達を制限される。したがって、コンパクトで簡素な構造のトルク制限機構でありながら、連動アームとモータの間の過大なトルク伝達を抑制することができる。

（３）上記（２）の態様において、前記ばね部材は、ゼンマイばねによって構成されても良い。
　上記（３）の場合、ゼンマイばねはコイルばね等に比較してばね定数を容易に小さい設定することができるため、回転歯車に作用する回転トルクが所定値以上になったときにおけるトルク制限のための反力出力軸と連動アームの間の相対回動ストロークを大きく確保し易くなる。

　本発明に係る態様によれば、反力出力軸と連動アームの間に、反力出力軸と連動アームの間の規定値以上のトルクの伝達を制限するトルク制限機構が設けられているため、連動アームとモータの間のトルク伝達機構部やモータに過大な内部応力が作用するのを抑制することができる。

本発明の一実施形態の反力出力装置を用いたアクセルペダル装置の側面図である。 本発明の一実施形態の反力出力装置の側面図である。 本発明の一実施形態の反力出力装置の要部の拡大側面図である。 本発明の一実施形態の反力出力装置の図３のＩＶ－ＩＶ断面に対応する断面図である。 本発明の一実施形態の反力出力装置の踏力付与初期の状態を示す側面図である。 本発明の一実施形態の反力出力装置の踏力付与後期の状態を示す側面図である。 本発明の一実施形態の反力出力装置の踏力付与初期の状態を示す側面図である。 本発明の一実施形態の反力出力装置の踏力付与後期の状態を示す側面図である。

　以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
　図１は、この実施形態に係る反力出力装置１０を採用した車両のアクセルペダル装置１を示す図である。
　アクセルペダル装置１は、運転席の足元前方に設置されるペダル本体ユニット２と、運転席の足元前方のペダル本体ユニット２の上方位置に設置される反力出力装置１０と、を備えている。

　ペダル本体ユニット２は、車体に取り付けられる保持ベース３と、保持ベース３の基端が回動可能に支持されるペダルアーム４と、ペダルアーム４の先端側の前面に設けられ、運転者によって踏力を付与されるペダル本体部５と、を備え、保持ベース３には、ペダルアーム４を初期位置に常時付勢する図示しないリターンスプリングが設けられている。ペダルアーム４には、ペダルアーム４の操作量（回動角度）に応じて内燃機関の図示しないスロットルバルブの開度を操作するための図示しないケーブルが接続されている。ただし、内燃機関が電子制御スロットルを採用する場合には、ペダル本体ユニット２にペダルアーム４の回動角度を検出するための回転センサを設け、その回転センサの検出信号を基にしてスロットルバルブの開度を制御するようにしても良い。また、ペダルアーム４の基端の近傍部には、ペダルアーム４の延出方向とほぼ相反する方向に延出する反力伝達レバー６が一体に連結されている。
　なお、この実施形態においては、ペダルアーム４とペダル本体部５とが操作ペダルを構成している。

　図２は、反力出力装置１０の全体を示す図であり、図３で、反力出力装置１０の要部を拡大して示す図である。
　反力出力装置１０は、反力を作り出すための駆動源であるモータ１２と、ハウジング１１に回動可能に軸支される反力出力軸１３と、モータ１２の回転軸１２ａの回転を減速しトルクを増大させて反力出力軸１３に伝達する減速機構１４と、を備えている。反力出力軸１３の軸方向の一端部は、ハウジング１１の側面から外側に突出し、その突出した端部に連動アーム１５が回動可能に連結されている。連動アーム１５は、反力出力軸１３の端部に回動可能に支持される枢支部１５ａと、枢支部１５ａから反力出力軸１３の径方向外側方向に延出するアーム本体部１５ｂと、枢支部１５ａからアーム本体部１５ｂと逆側に延出するトルク伝達片１５ｃと、を備えている。アーム本体部１５ｂの先端部は、図１に示すように、ペダル本体ユニット２の反力伝達レバー６に回動方向で当接可能とされている。アーム本体部１５ｂと反力伝達レバー６とは、ペダル本体部５が運転者によって踏み込まれたときに相互に当接する。また、トルク伝達片１５ｃの延出端は、枢支部１５ａの回転中心を中心とする円弧状に形成され、その円弧部分に複数の噛合歯が形成されてギヤ部１７とされている。なお、図１，図２中符号１６は、モータ１２を駆動するための制御回路を実装した回路基板である。

　図４は、図３のＩＶ－ＩＶ断面に対応する反力出力装置１０の断面を示す図である。
　図３，図４に示すように、反力出力軸１３と連動アーム１５の間には、反力出力軸１３と連動アーム１５の間の規定値以上のトルクの伝達を制限するトルク制限機構１８が介装されている。反力出力軸１３と連動アーム１５とはトルク制限機構１８を介してトルク伝達可能に連係されている。トルク制限機構１８は、反力出力軸１３と連動アーム１５の間に作用するトルクが規定値に達するまでは両者間でのトルクの伝達を許容し、反力出力軸１３と連動アーム１５の間に作用するトルクが規定値以上になると、両者間での規定値以上のトルクの伝達を制限する。

　反力出力軸１３の軸方向の一端部の近傍部には、反力出力軸１３から径方向外側に延出する動作伝達レバー１９が一体に連結されている。この実施形態の動作伝達レバー１９は、金属板によって形成され、基端部が反力出力軸１３の外面の二面幅部１３ａに嵌合固定されるとともに、先端側の縁部に非円形のピン固定孔１９ａが形成されている。動作伝達レバー１９の先端側の縁部の連動アーム１５に臨む側の面には、有底円筒状の回転体２０が、開口側を動作伝達レバー１９側に向けるようにして回動可能に取り付けられている。
　回転体２０の底壁の外面には、連動アーム１５のギヤ部１７と常時噛合する回転歯車２１が同軸に取り付けられている。回転体２０と回転歯車２１は、動作伝達レバー１９の先端側の縁部に取り付けられた支持ピン（支持軸）２２に回転可能に支持されている。支持ピン２２は、動作伝達レバー１９のピン固定孔１９ａに回転不能に取り付けられている。なお、この実施形態の回転歯車２１は外周面の全域に噛合歯が形成されているが、噛合歯は回転歯車２１の外周面の一部にのみ形成するようにしても良い。

　また、有底円筒状の回転体２０の内部には、動作伝達レバー１９に対する回転歯車２１の回転を拘束するためのゼンマイばね２３（ばね部材）が収容されている。ゼンマイばね２３の内周側の端部は支持ピン２２に結合され、ゼンマイばね２３の外周側の端部は回転体２０に結合されている。ゼンマイばね２３は、支持ピン２２と回転体２０の間に作用する回転トルクが所定値に満たない間は、そのばね剛性によって支持ピン２２に対する回転体２０（回転歯車２１）の回転を規制し、支持ピン２２と回転体２０の間に作用する回転トルクが所定値を超えると、巻き方向に弾性変形を開始することによって支持ピン２２に対する回転体２０（回転歯車２１）の回転を許容する。

　ここで、回転歯車２１は支持ピン２２によって動作伝達レバー１９の先端側の縁部に支持されているため、反力出力軸１３が回転すると、その回転に伴って動作伝達レバー１９と一体になって旋回する。一方、回転歯車２１は、連動アーム１５のギヤ部１７と常時噛合状態とされているため、自身が支持ピン２２回りに回転しなければ、連動アーム１５のギヤ部１７と一体になって旋回する。したがって、回転歯車２１が回転しなければ、反力出力軸１３と連動アーム１５が一体になって回動する。ゼンマイばね２３のばね剛性は、反力出力軸１３と連動アーム１５の間に作用するトルクが規定値に満たない通常作動時には弾性変形せずに回転歯車２１の回転を拘束し、反力出力軸１３と連動アーム１５の間に作用するトルクが規定値以上になったときに弾性変形して回転歯車２１の回転を許容するように設定されている。
　この実施形態のトルク制限機構１８は、連動アーム１５のギヤ部１７と、反力出力軸１３に固定された動作伝達レバー１９と、動作伝達レバー１９に突設された支持ピン２２に回転可能に軸支されてギヤ部１７と常時噛合する回転歯車２１と、支持ピン２２と回転歯車２１を連結するゼンマイばね２３と、によって構成されている。

　つづいて、この実施形態の反力出力装置１０の作動を、図５Ａおよび５Ａ，図６Ａおよび６Ｂを参照して説明する。図５Ａ，５Ｂは、反力出力軸１３と連動アーム１５の間に作用するトルクが規定値に満たない通常作動時における踏力付与初期の状態と踏力付与後期の状態をそれぞれ示す図であり、図６Ａ，６Ｂは、反力出力軸１３と連動アーム１５の間に作用するトルクが規定値以上になったときにおける踏力付与初期の状態と踏力付与後期の状態をそれぞれ示す図である。

　図５Ａ，５Ｂに示すように、ペダル本体ユニット２（図１参照）から連動アーム１５に踏力が入力されると、その踏力によって連動アーム１５が反力出力軸１３を中心として回動し、連動アーム１５のギヤ部１７と噛合している回転歯車２１が動作伝達レバー１９とともに連動アーム１５と同方向に旋回し、それに伴って反力出力軸１３が連動アーム１５と一体になって回転する。このとき、反力出力軸１３には、運転者によるペダル本体部５の踏み込み状態や車両の運転速度等に応じたトルクがモータ１２から入力される。
　このトルクは、動作伝達レバー１９とともに支持ピン２２、回転体２０及び回転歯車２１を図５Ａ中の矢印で示すように旋回させようとし、踏力の入力方向と逆向きのトルクとして連動アーム１５に伝達される。この結果、乗員の足裏にはペダル本体部５を通してモータ１２による反力が伝達される。

　こうして運転者によるペダル本体部５の踏み込みが継続される間、通常作動時であれば、反力出力軸１３と連動アーム１５の間に作用するトルクは規定値に満たないため、回転歯車２１は、ゼンマイばね２３のばね剛性によって非回転の状態に保持される。これにより、連動アーム１５のギヤ部１７と回転歯車２１の噛み合い位置は、図５Ｂに示すように一定に維持され、連動アーム１５と反力出力軸１３は相対回動せずに一体に回転する。この結果、反力出力軸１３と連動アーム１５の間では、トルクを制限されずにそのままトルクが伝達される。

　一方、図６Ａ，６Ｂに示すように、運転者によるペダル本体部５（図１参照）の踏み込み時に、何等かの原因によってモータ１２の回転を阻害する大きな力が作用して、反力出力軸１３と連動アーム１５の間に作用するトルクが規定値以上になると、回転歯車２１を保持するゼンマイばね２３が巻き方向の弾性変形を開始し、回転歯車２１が図６Ａ中の矢印で示すように回転しようとする。これにより、図６Ｂに示すように、連動アーム１５のギヤ部１７と回転歯車２１の噛み合い位置が次第に移動し、連動アーム１５と反力出力軸１３は相対回転するようになる。この結果、反力出力軸１３と連動アーム１５の間でトルクの伝達が制限される。
　したがって、このとき運転者は反力出力装置１０による過大な反力を受けることなく、ペダル本体部５を踏み込むことができる。

　また、反力出力装置１０のモータ１２による反力制御が行われているときに、モータ１２の出力に抗して運転者による大きな踏力が加えられた場合にも、反力出力軸１３と連動アーム１５の間に作用するトルクが規定値以上になることがある。この場合も、上述と同様に反力出力軸１３と連動アーム１５の間でトルク制限機構１８によってトルクの伝達が制限される。
　したがって、このとき運転者は過大な反力を受けることなく、自分の踏み込み意思に応じて内燃機関の出力を高めることができる。

　以上のように、この実施形態の反力出力装置１０は、反力出力軸１３と連動アーム１５の間に、反力出力軸１３と連動アーム１５の間の規定値以上のトルクの伝達を制限するトルク制限機構１８が設けられているため、連動アーム１５とモータ１２の間の減速機構１４やモータ１２に過大な内部応力が作用するのを抑制することができる。

　特に、この実施形態の反力出力装置１０の場合、トルク制限機構１８が、連動アーム１５のギヤ部１７と、反力出力軸１３に固定された動作伝達レバー１９と、動作伝達レバー１９に突設された支持ピン２２に回転可能に軸支されてギヤ部１７と常時噛合する回転歯車２１と、支持ピン２２と回転歯車２１を連結するゼンマイばね２３と、を備えた構成とされ、ギヤ部１７を通して回転歯車２１に作用するトルクが所定値以上になったときに、ゼンマイばね２３が弾性変形して回転歯車２１の回転を許容するようになっている。
　すなわち、この実施形態の反力出力装置１０の場合、連動アーム１５は、反力出力軸１３に回動可能に支持される枢支部１５ａと、枢支部１５ａから離間した部位に設けられたギヤ部１７と、を有し、トルク制限機構１８は、反力出力軸１３を介して連動アーム１５に対して回転可能に連結された動作伝達レバー１９と、支持ピン２２を介して動作伝達レバー１９に対して回動可能に連結されるとともに連動アーム１５のギヤ部１７と常時噛合する回転歯車２１と、動作伝達レバー１９と回転歯車２１との間に介装され、前記ギヤ部を通して前記回転歯車に作用するトルクが所定値以上になったときに弾性変形して、動作伝達レバー１９に対する回転歯車２１の回転を許容するゼンマイばね２３と、を備えている。
　このため、コンパクトで簡素な構造のトルク制限機構１８でありながら、モータ１２と連動アーム１５の間に過大なトルクが伝達されるのを抑制することができる。

　また、この実施形態では、トルク制限機構１８において、支持ピン２２と回転歯車２１を連結するばね部材としてゼンマイばね２３を採用しているが、トルク制限機構１８で用いるばね部材はゼンマイばね２３に限らず、コイルばね等の他のばね部材であっても良い。ただし、この実施形態のようにばね部材としてゼンマイばね２３を用いた場合には、ゼンマイばね２３がコイルばね等に比較してばね定数を小さく設定し易いことから、トルク制限のための反力出力軸１３と連動アーム１５の相対回動ストロークを大きく確保し易くなる。即ち、ゼンマイばね２３においては、回転歯車２１に作用する回転トルクが所定値以上になったときに回転歯車２１の回転の進行に対して荷重が急激に立ち上がらないため、トルク伝達を制限するための反力出力軸１３と連動アーム１５の相対回動ストロークを容易に大きくすることができる。

　なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、上記の実施形態においては、反力出力装置を車両のアクセルペダルに用いているが、反力出力装置は、アクセルペダル以外の車両の操作ペダルや、シミュレーション機器の操作ペダル等にも適用することができる。

　４…ペダルアーム（操作ペダル）
　５…ペダル本体部（操作ペダル）
　１０…反力出力装置
　１２…モータ
　１２ａ…出力軸
　１３…反力出力軸
　１５…連動アーム
　１７…ギヤ部
　１８…トルク制限機構
　１９…動作伝達レバー
　２１…回転歯車
　２３…ゼンマイばね（ばね部材）

Claims (3)

1. 　反力を操作ペダルに出力する反力出力装置であって、
   　反力を作り出す駆動源であるモータと、
   　前記モータの出力軸と連動して回転する反力出力軸と、
   　前記反力出力軸に入力された前記モータの出力トルクを前記操作ペダルに伝達する連動アームと、
   　前記反力出力軸と前記連動アームの間に介装され、前記反力出力軸と前記連動アームの間の規定値以上のトルクの伝達を制限するトルク制限機構と、を備えている反力出力装置。
2. 　前記連動アームは、
   　前記反力出力軸に回動可能に支持される枢支部と、
   　前記枢支部から離間した部位に設けられたギヤ部と、を有し、　前記トルク制限機構は、
   　前記反力出力軸を介して前記連動アームに対して回転可能に連結された動作伝達レバーと、
   　支持軸を介して前記動作伝達レバーに対して回動可能に連結されるとともに前記連動アームの前記ギヤ部と常時噛合する回転歯車と、
   　前記動作伝達レバーと前記回転歯車との間に介装され、前記ギヤ部を通して前記回転歯車に作用するトルクが所定値以上になったときに弾性変形して、前記動作伝達レバーに対する前記回転歯車の回転を許容するばね部材と、を備えている請求項１に記載の反力出力装置。
3. 　前記ばね部材は、ゼンマイばねによって構成されている請求項２に記載の反力出力装置。

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