JP2004169656A - アクセルペダル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクセルペダル装置において、踏力に所望のヒステリシス荷重を容易にを設定できるようにする。
【解決手段】ペダルアーム３０、支軸１１、捩り式のリターンスプリング４０を備え、ペダルアームの移動に伴なって踏力にヒステリシス荷重を生じさせるヒステリシス発生機構として、ペダルアームを一体的に保持して支軸回りに回動し得ると共に支軸と同軸に中心をもつ円弧状の摺動面２３ａを有するロータ２０と、摺動面２３ａよりも支軸１１寄りに揺動中心Ｓ２をもち摺動面に接触するように配置される摩擦部材５０とを設け、リターンスプリング４０の一端４１を摩擦部材５０の自由端側５２に係止し、他端４２をロータ２０の側壁２３ｂに係止する。これにより、所望のヒステリシス荷重が得られる。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドライブバイワイヤシステムを採用した車両等に適用されるアクセルペダル装置に関し、特にアクセルペダルの動作に要する踏力にヒステリシスを発生させる機構を備えたアクセルペダル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドライブバイワイヤシステムに適用される従来のアクセルペダル装置においては、運転者の操作性等を考慮して、アクセルペダルの動作に要する踏力（ペダル荷重）にヒステリシスを発生させる機構が採用されている。
例えば、従来のアクセルペダル装置におけるヒステリシス発生機構としては、アクセルペダルの枢軸に支持された領域に円筒状の摺動面としてのライナを設け、このライナに接触すると同時にその接触圧力が踏力に応じて変化するリターンスプリングの付勢力により弾性変形させられる可撓性のヒステリシスレバーを設け、ヒステリシスレバーの被摺動部とライナとの摩擦力によりヒステリシス荷重を発生させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、他のアクセルペダル装置におけるヒステリシス発生機構としては、アクセルペダルの一端側に傾斜面を設け、この傾斜面に接触するようにスプリングにより付勢された円錐状の面をもつ摩擦部材を設け、アクセルペダルの踏み込みに伴なって摩擦部材がケースの内面との間に生じる摩擦力によりヒステリシス荷重を発生させるものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、他のアクセルペダル装置におけるヒステリシス発生機構としては、アクセルペダルの枢軸としての支承ピン（支軸）とこの支承ピンの外周面を覆うように接触して配置される支承シェルとにより軸受部を形成し、支承シェルの周りにアクセルペダルの踏み込みに伴なって付勢力を増すＵ字状の板バネを配置し、板バネが発生するバネ力にて軸受部を片寄せすることで軸受界面に生じる摩擦力によりヒステリシス荷重を発生させるものが知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
さらに、他のアクセルペダル装置におけるヒステリシス発生機構としては、ペダルアームと一体的に回転するロータを設け、ロータの側面に接触する軸受板を設け、ロータと軸受板との間に生じる摩擦力によりヒステリシス荷重を発生させるものが知られている（例えば、特許文献４参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２８３８７２号公報
【特許文献２】
独国特許第１９５ ２１ ８２１ Ｃ１号明細書
【特許文献３】
特表平１０−５１０４９９号公報
【特許文献４】
特開２００１−１８０３２６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のヒステリシス発生機構においては、摩擦力を発生させる可撓性の部材の経時的な変化、アクセルペダルの一端部により摩擦部材を直接押圧するが故の挙動の変化、軸受部を片寄せする際の接触部の変化、ロータと軸受板との接触部の変化等の不確定要素が多くて、安定した摩擦力を発生させるのは困難である。また、構造的にヒステリシス荷重の設定が容易ではなく、摺動界面での摩擦力が増加した場合、アクセルペダルが戻り難くなるという問題がある。さらに、上記従来のアクセルペダル装置においては、ペダルアームを戻すリターンスプリングの配置にスペースを要し、装置の大型化を招いていた。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、構造の簡略化、小型化を図りつつ、アクセルペダルの操作に最適な踏力特性（ヒステリシス特性）を容易に設定あるいは適宜変更できると共に、経時変化を抑制でき安定した操作性を確保できるアクセルペダル装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のアクセルペダル装置は、踏力を加えるペダルアームと、ペダルアームを揺動自在に支持する支軸と、ペダルアームを休止位置に戻すように付勢するリターンスプリングと、ペダルアームの移動に伴なって踏力にヒステリシス荷重を生じさせるヒステリシス発生機構とを備えたアクセルペダル装置であって、上記ヒステリシス発生機構は、ペダルアームを一体的に保持して支軸回りに回動し得ると共に支軸と同軸に中心をもつ円弧状の摺動面を有する回動部材と、摺動面よりも支軸寄りに揺動中心をもち摺動面に接触するように配置される摩擦部材と、ペダルアームの踏み込みに伴なって付勢力が増加するように形成されかつ摩擦部材を摺動面に押し付けるように付勢力を及ぼす付勢スプリングと、を含む構成となっている。
【００１０】
この構成によれば、ペダルアームが踏み込まれると、付勢スプリングが摩擦部材を回動部材の摺動面に押圧して摩擦力を生じさせる。この摩擦力は摺動荷重としてヒステリシス荷重を発生させる。
すなわち、踏み込み方向では、摩擦力が倍力荷重として作用するためヒステリシス荷重が増加してペダルアームの踏み込みに必要な踏力を増加させ、一方、戻り方向では、摩擦力が軽減荷重として作用するためヒステリシス荷重が減少してペダルアームの戻りに要する戻し力がリターンスプリングの及ぼす付勢力に近づけられる。
これにより、踏み込み時には、所望のヒステリシス荷重が得られて最適な踏力特性が得られ、戻り時には、リターンスプリングの付勢力に近い戻し力により円滑な戻し動作が行なわれ、その結果、安定した操作性が確保される。
【００１１】
上記構成において、摩擦部材は、摺動面と円弧状に接触するように形成され、付勢スプリングは、摩擦部材の自由端側に付勢力を及ぼすように形成されている、構成を採用できる。
この構成によれば、回動部材の摺動面に対して摩擦部材が円弧状に接触するため挙動が安定して所望の摩擦力が得られ、再現性のある安定したヒステリシス荷重を設定することができる。
【００１２】
上記構成において、付勢スプリングは、支軸周りに配置された捩りスプリングであり、この捩りスプリングの一端が摩擦部材の自由端側に係止され、その他端が回動部材の一部に係止されている、構成を採用できる。
この構成によれば、付勢スプリングを支軸周りに配置した捩りスプリングとすることで、装置を集約化して小型化することができ、又、摩擦部材に係止される捩りスプリングの一端の向き及び当たり角度を適宜選定することで、発生するヒステリシス荷重の大きさを、所望の値に容易に設定ないし変更することができる。
【００１３】
上記構成において、リターンスプリングは、支軸周りに配置された捩りスプリングである、構成を採用できる。
この構成によれば、リターンスプリングを支軸周りに配置した捩りスプリングとすることで、装置を集約化して小型化することができる。
【００１４】
上記構成において、リターンスプリングは付勢スプリングを兼ねる、構成を採用できる。
この構成によれば、一つの捩りスプリングで、ペダルアームの戻し作用と、ヒステリシス荷重の発生作用とを得ることができるため、部品点数の削減により、装置の小型化、簡略化、コスト低減等が達成される。
【００１５】
上記構成において、回動部材は、摩擦部材、付勢スプリング及びリターンスプリングを囲繞するように形成されている、構成を採用できる。
この構成によれば、回動部材の内部空間に摩擦部材、付勢スプリング、リターンスプリングを収容して露出しないようにすることで、他の部品等と衝突あるいは干渉するのを回避でき、機能上の信頼性を確保することができる。また、これらの部品を回動部材で覆うことにより、装置全体をコンパクトでスムーズな表面に仕上げることができ、取り扱い性が向上する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１ないし図９は、本発明に係るアクセルペダル装置の一実施形態を示すものである。このアクセルペダル装置は、図１ないし図３に示すように、自動車等の車体に固定される本体１０、本体１０に設けられた支軸１１回りに回動自在に支持された回動部材としてのロータ２０、ロータ２０に保持されて踏力が及ぼされるアクセルペダル３１を一体的にもつペダルアーム３０、支軸１１の周りに配置されたリターンスプリング及び付勢スプリングとしての捩りスプリング４０、ペダルアーム３０の移動に伴なって踏力にヒステリシス荷重を生じさせるヒステリシス発生機構の一部をなす摩擦部材５０、アクセルペダル３１（ペダルアーム３０）の踏み込み量を検出する検出センサ６０等を備えている。
【００１７】
本体１０は、樹脂材料により成形され、図３ないし図５に示すように、軸心（中心）Ｓ１をもつ支軸１１、摩擦部材５０を揺動自在に支持する支持部１２、ペダルアーム３０の揺動を許容する長孔１３等により形成され、又、上方領域にはペダルアーム３０を休止位置に停止させるストッパラバー１４が固定されている。
【００１８】
ロータ２０は、樹脂材料により成形され、図１ないし図４に示すように、本体１０の支軸１１に回動自在に支持されるための軸受穴２１、軸受穴２１を画定する円筒部２２、円筒部２２の周りに形成された空間部２３、空間部２３の内壁面により画定される円弧状の摺動面２３ａ、ペダルアーム３０を嵌合させて保持する嵌合孔２４及び嵌合溝２５等により形成されている。
ここで、摺動面２３ａは、支軸１１の軸心Ｓ１と同軸に中心をもつ曲率半径Ｒの円弧面（円筒面の一部）となるように形成されている。
【００１９】
ペダルアーム３０は、断面が略円形の金属棒を屈曲して成形され、図１ないし図３に示すように、ロータ２０の連結孔２４及び連結溝２５に連結されて保持される略Ｌ字状の連結部３０ａ、連結部３０ａから下方に屈曲して伸長し下端部にてアクセルペダル３１を保持する保持部３０ｂ等により形成されている。
【００２０】
捩りスプリング４０は、捩り変形により付勢力を発生するものであり、図３及び図４に示すように、支軸１１の周りでかつロータ２０の空間部２３に配置され、その一端４１が摩擦部材５０の自由端側５２に係止され、その他端４２が空間部２３を画定するロータ２０の側壁（一部）２３ｂに係止されている。
【００２１】
摩擦部材５０は、含油ポリアセタール等の高摺動性樹脂材料により、図３に示すように円弧状に成形されて、ロータ２０の空間部２３内に配置され、一端５１が支持部１２に嵌合されて揺動自在に支持され、自由端側５２が鉛直方向の略下方に位置するように配置され、この自由端側５２に捩りスプリング４０の一端４１が係止されている。
すなわち、摩擦部材５０の揺動中心Ｓ２は、摺動面２３ａよりも支軸１１寄りに配置されている。また、摩擦部材５０の外側面５０ａは、摺動面２３ａと同一の曲率半径Ｒをなす円弧面に形成されている。
尚、摩擦部材５０は、材料を適宜選択することにより、摺動面２３ａとの間での動摩擦係数μを最適な値に設定することができる。
【００２２】
上記構成において、捩りスプリング４０は、摩擦部材５０（外側面５０ａ）をロータ２０の摺動面２３ａに押し付けると同時に、ロータ２０を図３において時計回りに回転させるように付勢力を及ぼしている。そして、捩りスプリング４０は、ロータ２０が図３において反時計回りに回転するとすなわちアクセルペダル３１（ペダルアーム３０）が踏み込まれると、その踏み込み量に伴なって付勢力が増加するように形成されている。
すなわち、捩りスプリング４０は、ペダルアーム３０を休止位置に戻すリターンスプリングの役割をなすと同時に、摩擦部材５０を摺動面２３ａに押し付ける付勢スプリングの役割をなしている。
【００２３】
上記構成において、摺動面２３ａをもつロータ２０、摺動面２３ａに接触する摩擦部材５０、摩擦部材５０を摺動面２３ａに押し付ける付勢スプリングとしての捩りスプリング４０により、ペダルアーム３０の移動（揺動）に伴なって踏力にヒステリシス荷重を生じさせるヒステリシス発生機構が構成されている。
【００２４】
ここで、ヒステリシス発生機構の作用について、図６、図７、図８を参照しつつ説明する。先ず、ペダルアーム３０（アクセルペダル３１）を踏み込むと、図６に示すように、捩りスプリング４０の反力Ｆ１が摩擦部材５０を中心Ｓ１回りに回転させるように作用し、その分力Ｆ２が摩擦部材５０を中心Ｓ２回りに回転させるように作用する。
【００２５】
このとき、図７（ａ）に示すように、摺動面２３ａと垂直な方向におけるＦ２の分力Ｆ３が、摩擦部材５０を摺動面２３ａに垂直に押し付ける力として作用する。力Ｆ３に動摩擦係数μを乗じた力Ｆ４（＝Ｆ３×μ）が動摩擦力すなわち摺動荷重として作用する。したがって、ペダルアーム３０を踏み込んで移動させるには、力Ｆ４を打ち消すための力Ｆ４´を生じるように、余分な踏み込み荷重を踏力に加える必要がある。
【００２６】
力Ｆ４´は、図７（ｂ）に示すように、摩擦部材５０を中心Ｓ２回りに回転させるように作用する分力Ｆ５を生じる。そして、力Ｆ５は、摺動面２３ａと垂直な方向における分力Ｆ６を生じ、力Ｆ６は摩擦部材５０を摺動面２３ａに垂直に押し付ける力として作用する。力Ｆ６に動摩擦係数μを乗じた動摩擦力Ｆ６×μが、摺動荷重を増加させる、すなわち、踏力においてヒステリシス荷重を増加させる。
【００２７】
すなわち、踏み込み時のヒステリシス荷重Ｈｇは、Ｈｇ＝Ｆ３×μ＋Ｆ６×μとなるため、捩りスプリング（リターンスプリング）４０がペダルアーム３０に及ぼす反力を踏み込み量Ｘの関数としてＧ（Ｘ）で表すと、踏力（ペダル荷重）Ｐｇは、Ｐｇ＝Ｇ（Ｘ）＋Ｈｇ、すなわち、Ｐｇ＝Ｇ（Ｘ）＋（Ｆ３×μ＋Ｆ６×μ）となり、一定の付勢力を生じるスプリングで摩擦部材を押し付ける場合に得られる踏力（ペダル荷重）よりも、Ｆ６×μの分だけ大きな踏力（ペダル荷重）が必要となる。
【００２８】
一方、ペダルアーム３０（アクセルペダル３１）を休止位置に向けて戻す場合は、図８に示すように、力Ｆ３により生じる動摩擦力が逆向きのＦ４´´となるので、力Ｆ５も逆向きのＦ７となり、さらに、力Ｆ６も逆向きのＦ８となる。したがって、戻り時のヒステリシス荷重Ｈｒは、Ｈｒ＝Ｆ３×μ−Ｆ８×μとなり、戻し力Ｐｒは、Ｐｒ＝Ｇ（Ｘ）−Ｈｒ、すなわち、Ｐｒ＝Ｇ（Ｘ）−（Ｆ３×μ−Ｆ８×μ）となり、一定の付勢力を生じるスプリングで摩擦部材を押し付ける場合に得られる戻し力よりも、Ｆ８×μの分だけ大きな戻し力が得られることになる。以上のヒステリシス特性は、図９に示すようになる。
【００２９】
すなわち、図９から理解されるように、このヒステリシス発生機構においては、踏力（ペダル荷重）Ｐｇは、踏み込み方向において、Ｐｇ＝Ｇ（Ｘ）＋Ｆ３×μ＋Ｆ６×μ、戻し力Ｐｒは、戻し方向において、Ｐｒ＝Ｇ（Ｘ）−Ｆ３×μ＋Ｆ８×μとなり、踏み込み時にヒステリシス荷重（Ｈｇ）が大きくなり、戻し時にヒステリシス荷重（Ｈｒ）が小さくなる。
したがって、踏み込み時には、所望の負荷が得られて操作性が向上する一方、戻り時には、図９において二点差線で示すように一定の付勢力を生じるスプリングで摩擦部材を押し付ける場合よりも大きい戻し力が得られることになり、ペダルアーム３０（アクセルペダル３１）の戻り不良が防止され、休止位置への復帰動作がより確実に行なわれることになる。
【００３０】
上記のように、このヒステリシス発生機構によれば、相対的に移動するロータ２０及び摩擦部材５０とが円弧状の面にて生じる摩擦力によりヒステリシス荷重を発生させるため、安定した作動特性が得られ、経時変化等を抑制でき、再現性のある安定したヒステリシス荷重を設定することができる。また、ロータ２０及び摩擦部材５０並びに捩りスプリング４０からなる少ない部品によりヒステリシス発生機構が形成されるため、機能上の信頼性が確保される。
【００３１】
また、一つの捩りスプリング４０で、リターンスプリングと付勢スプリングの役割を兼ねさせることにより、部品点数を削減でき、構造の簡略化、低コスト化を行なえる。さらに、リターンスプリング及び付勢スプリングを、支軸１１の周りに配置した捩りスプリングとすることで、部品を支軸１１周りに集約でき、装置を小型化することができる。
【００３２】
検出センサ６０は、非接触式の磁気式位置センサであり、図４及び図５に示すように、回動部材２０の円筒部２２に埋設された円弧状の永久磁石片６１、永久磁石片６１の外側において対向するように本体１０に埋設された円弧状の第１ステータ６２及び第２ステータ６３、第１ステータ６２と第２ステータ６３との間に埋設されたホール素子６４、永久磁石片６１の内側において対向するように本体１０の支軸１１周りに固定された円弧状のアマチュア（ヨーク）６５、コネクタ６６等により形成されている。
【００３３】
そして、ペダルアーム３０が踏み込みにより揺動させられると、ロータ２０と一体的に永久磁石片６１が回動して、第１ステータ６２と第２ステータ６３との間を流れる磁束の変化がホール素子６４により検出され、電圧信号に変換されて、アクセルペダル３１（ペダルアーム３０）の踏み込み量が検出される。
【００３４】
上記実施形態においては、リターンスプリング及び付勢スプリングとして、両方の役割をなす一つの捩りスプリング４０を採用したが、これに限定されるものではなく、リターンスプリングと付勢スプリングとを別々に設けても良い。
また、リターンスプリング及び付勢スプリングとして、捩りスプリング４０を採用したが、これに限定されるものではなく、引っ張り式あるいは圧縮式のスプリングを採用してもよい。
【００３５】
また、上記実施形態においては、摩擦部材５０として円弧状に形成されたものを採用したが、これに限定されるものではなく、円弧状の摺動面２３ａの内側において揺動自在に配置され摺動面２３ａとの間において動摩擦力Ｆ３×μ、Ｆ６×μ、Ｆ８×μを生じるものであれば、その他の形状を採用してもよい。
さらに、上記実施形態においては、ペダルアーム３０として、略Ｌ字状に屈曲されたものを示したが、これに限定されるものではなく、連結部３０ａが略直線状でかつ断面が扁平に形成されて、ロータ２０に形成された異形状の連結孔に挿入されて連結されるペダルアームを採用してもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のアクセルペダル装置によれば、ペダルアームの移動に伴なって踏力にヒステリシス荷重を生じさせるヒステリシス発生機構として、ペダルアームと一体的に回動し得ると共に円弧状の摺動面を有する回動部材、摺動面に接触する摩擦部材、ペダルアームの踏み込みに伴なって付勢力が増加するように形成されて摩擦部材を摺動面に押し付ける付勢スプリングを採用したことにより、踏み込み時には所望のヒステリシス荷重が得られて最適な踏力特性が得られ、戻り時にはリターンスプリングの付勢力に近い戻し力により円滑な戻し動作が行なわれて、戻り不良等を防止でき、信頼性の高い作動特性が得られる。また、装置全体として、従来に比べて部品点数の削減、部品の集約化等がなされて、構造の簡略化、小型化、低コスト化等が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアクセルペダル装置の一実施形態を示す側面図である。
【図２】図１に示すアクセルペダル装置の正面図である。
【図３】アクセルペダル装置の一部をなすヒステリシス発生機構及び関連構造を示す断面図である。
【図４】アクセルペダル装置の一部をなすヒステリシス発生機構及び関連構造を示す断面図である。
【図５】アクセルペダルの踏み込み量を検出する検出センサの構造を示す断面図である。
【図６】ヒステリシス発生機構の作用を説明する断面図である。
【図７】（ａ），（ｂ）は、ヒステリシス発生機構の作用を説明する図である。
【図８】ヒステリシス発生機構の作用を説明する図である。
【図９】アクセルペダル装置における踏力（ペダル荷重）特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 本体
１１ 支軸
１２ 支持部
１３ 長孔
１４ ストッパラバー
２０ ロータ（回動部材、ヒステリシス発生機構）
２１ 軸受穴
２２ 円筒部
２３ 空間部
２３ａ 円弧状の摺動面
２３ｂ 側壁（回動部材の一部）
２４ 連結孔
２５ 連結溝
３０ ペダルアーム
３１ アクセルペダル
４０ 捩りスプリング（リターンスプリング、付勢スプリング、ヒステリシス発生機構）
４１ 一端
４２ 他端
５０ 摩擦部材（ヒステリシス発生機構）
５１ 一端
５２ 自由端側
６０ 検出センサ
６１ 永久磁石片
６２ 第１ステータ
６３ 第２ステータ
６４ ホール素子
６５ アマチュア
６６ コネクタ

Claims (6)

1. 踏力を加えるペダルアームと、前記ペダルアームを揺動自在に支持する支軸と、前記ペダルアームを休止位置に戻すように付勢するリターンスプリングと、前記ペダルアームの移動に伴なって踏力にヒステリシス荷重を生じさせるヒステリシス発生機構と、を備えたアクセルペダル装置であって、
   前記ヒステリシス発生機構は、前記ペダルアームを一体的に保持して前記支軸回りに回動し得ると共に前記支軸と同軸に中心をもつ円弧状の摺動面を有する回動部材と、前記摺動面よりも前記支軸寄りに揺動中心をもち前記摺動面に接触するように配置される摩擦部材と、前記ペダルアームの踏み込みに伴なって付勢力が増加するように形成されかつ前記摩擦部材を前記摺動面に押し付けるように付勢力を及ぼす付勢スプリングと、を含む、
   ことを特徴とするアクセルペダル装置。
2. 前記摩擦部材は、前記摺動面と円弧状に接触するように形成され、
   前記付勢スプリングは、前記摩擦部材の自由端側に付勢力を及ぼすように形成されている、
   ことを特徴とする請求項１記載のアクセルペダル装置。
3. 前記付勢スプリングは、前記支軸周りに配置された捩りスプリングであり、前記捩りスプリングの一端が前記摩擦部材の自由端側に係止され、その他端が前記回動部材の一部に係止されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアクセルペダル装置。
4. 前記リターンスプリングは、前記支軸周りに配置された捩りスプリングである、
   ことを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載のアクセルペダル装置。
5. 前記リターンスプリングは、前記付勢スプリングを兼ねる、ことを特徴とする請求項４記載のアクセルペダル装置。
6. 前記回動部材は、前記摩擦部材、前記付勢スプリング及び前記リターンスプリングを囲繞するように形成されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載のアクセルペダル装置。

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