JP4217567B2 - ペダル反力装置 - Google Patents

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Description

本発明は、操作ペダルの踏込みストロークを電気的に検出して油圧ブレーキ等を作動させる操作ペダルに踏込み反力を付与するペダル反力装置の改良に関するものである。
操作ペダルの踏込みストローク(回動量など)を電気的に検出して、油圧装置や電動モータなどで所定の作動を行わせる電気式ペダル装置が、車両の常用ブレーキペダル装置などで提案されている。このような電気式ペダル装置においては、リターンスプリングによる反力が作用するだけで踏込み反力が殆ど生じないため、従来の油圧式ブレーキペダル装置などに慣れている運転者にとっては踏込み操作が難しいという問題があった。このため、特許文献1ではねじりコイルばねなどのばね部材を用いて積極的に踏込み反力を付与するペダル反力装置が提案されており、特許文献2では、電動モータによりカムを回転させてばね受けの位置を変位させることにより、雪道等の走行条件などに応じて踏込み反力の大きさを変更することが提案されている。また、特許文献3には、踏力センサおよびストロークセンサを用いてブレーキ力を発生させるとともに、発生ブレーキ力と目標値との差に応じて踏込み反力の大きさを制御する技術が記載されている。
特開2001−239930号公報 特開2001−247020号公報 特開2001−278021号公報
しかしながら、このような従来のペダル反力装置では、ばね部材等によって付与される踏込み反力の特性と従来のブレーキブースタなどによる反力特性とが相違し、機械式のペダル装置に慣れた運転者に違和感を生じさせる可能性があった。すなわち、特許文献1の技術は、単にばね部材を用いて踏込み反力を付与するだけで、特許文献2は路面状況などに応じて踏込み反力の大きさを変更するだけで、特許文献3は発生ブレーキ力と目標値との差に応じて踏込み反力の大きさを制御するだけであるため、何れも踏込みストロークに対して所望の変化パターンで踏込み反力を変化させることができず、十分に満足できる踏込み操作性が得られない場合があったのである。
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、従来のブレーキブースタなどによる反力特性に近い踏込み反力を容易に設定することができるなど、優れた踏込み操作性が容易に得られるペダル反力装置を提供することにある。
かかる目的を達成するために、第1発明は、踏込み操作されることによって支持軸まわりに回動させられる操作ペダルに所定の踏込み反力を付与するペダル反力装置であって、(a) 一端部が、前記操作ペダルのうち前記支持軸から離間した所定の連結位置に連結され、その操作ペダルの踏込み操作に伴って機械的に弾性変形させられることにより前記踏込み反力を付与するばね部材と、回転駆動されることにより前記ばね部材の前記一端部を前記連結位置に対して変位させ、或いはそのばね部材の他端部をその連結位置に対して接近離間させて、前記踏込み反力を変化させる反力変更機構とから成る反力付与装置と、(b) 前記操作ペダルと前記反力変更機構とを機械的に連動するように連結し、その操作ペダルの踏込みストロークに応じて前記踏込み反力が所定の変化パターンに従って変化するように、その操作ペダルの踏込み操作に伴ってその反力変更機構を機械的に回転駆動する連動機構と、を有することを特徴とする。
発明は、第発明のペダル反力装置において、前記反力変更機構は、所定の回動軸心からの寸法が連続的に変化しているとともに前記ばね部材の他端部に係止されたカム係合部を有し、その回動軸心まわりに回動させられることにより、そのカム係合部を介してそのばね部材の他端部を前記連結位置に対して接近離間させるカム部材であることを特徴とする。
発明は、第発明のペダル反力装置において、前記反力変更機構は、前記ばね部材の他端部に係止されたばね受けをねじの作用で直線移動させて前記連結位置に対して接近離間させる送りねじ機構であることを特徴とする。
発明は、踏込み操作されることによって支持軸まわりに回動させられる操作ペダルに所定の踏込み反力を付与するペダル反力装置であって、(a) 前記支持軸から離間した所定位置にその支持軸と平行な回動軸心まわりに回動可能に配設されるとともに、その回動軸心からの寸法が連続的に変化するカム係合部を有するカム部材と、(b) 前記操作ペダルと前記カム部材とを機械的に連動するように連結し、その操作ペダルの踏込み操作に伴ってそのカム部材を機械的に回動させる連動機構と、(c) 前記操作ペダルのうち前記支持軸から離間した所定の連結位置と前記カム部材とに跨がって配設され、その操作ペダルの踏込み操作に伴ってそのカム部材との間で機械的に弾性変形させられることにより、その操作ペダルに前記踏込み反力を付与するとともに、そのカム部材側の係合端部が前記カム係合部の形状に倣って変位させられることによりその踏込み反力を変化させるばね部材と、を有することを特徴とする。
第1発明のペダル反力装置によれば、ばね部材によって操作ペダルに踏込み反力を付与するとともに、反力変更機構によってその踏込み反力を変化させることができる反力付与装置が設けられ、連動機構により、その踏込み反力が操作ペダルの踏込みストロークに応じて所定の変化パターンで変化させられるため、例えば従来の機械式ペダル装置の反力特性と近似した変化パターンを設定すれば、機械式ペダル装置に慣れた運転者に違和感を生じさせることがなくなるなど、所定の反力特性を容易に設定することが可能で、電気式ペダル装置の踏込み操作性を向上させることができる。
また、反力付与装置としてばね部材が用いられ、操作ペダルのうち支持軸から離間した所定の連結位置に連結されて踏込み反力を付与するようになっているため、支持軸の軸心付近に反力付与装置を配設する場合に比較して、大きな踏込み反力を容易に付与することができる一方、反力変更機構によりばね部材の一端部または他端部を変位させるだけで踏込み反力を容易に変化させることができるため、装置を簡単で安価に構成できる。
更に、反力付与装置によって付与される踏込み反力を機械的に変化させる連動機構が用いられるため、例えば駆動装置を用いて電気的に制御する場合に比較して装置が安価に構成される。
発明では、反力変更機構としてカム部材が用いられているため、操作ペダルの踏込みストロークに対するカム部材の回動量やカム係合部の形状などを適宜設定することにより、踏込みストロークに対するばね部材の変形量すなわち踏込み反力の特性を適宜設定することができる。
発明では、反力変更機構として送りねじ機構が用いられているため、操作ペダルの踏込みストロークに対する送りねじの回転量を適宜設定することにより、踏込みストロークに対するばね部材の変形量すなわち踏込み反力の特性を適宜設定することができる。
発明は、操作ペダルの踏込み操作に伴ってその操作ペダルとカム部材との間でばね部材が機械的に弾性変形させられることにより、その操作ペダルに踏込み反力が付与されるとともに、操作ペダルの踏込み操作に伴って連動機構を介してカム部材が回動させられることにより、そのばね部材のカム部材側の係合端部がカム係合部の形状に倣って変位させられて踏込み反力が変化させられる。したがって、カム係合部の形状や連動機構によるカム部材の回動量を適宜設定することにより、操作ペダルの踏込みストロークに対するばね部材の変形量すなわち踏込み反力の特性を適宜設定することが可能で、例えば従来のブレーキブースタ等による反力特性に近似した特性を設定することにより、機械式ペダル装置に慣れた運転者に違和感を生じさせることがなくなるなど、電気式ペダル装置の踏込み操作性を向上させることができる。
また、本発明ではカム係合部が設けられたカム部材が、操作ペダルの踏込み操作に伴って連動機構を介して機械的に回動させられるとともに、単一のばね部材を配設するだけで良いため、電動モータなどの駆動装置を用いてカムを回転させて所望の反力特性を設定したり複数のばね部材を用いたりする場合に比較して、装置が安価に構成される。
本発明のペダル反力装置は、車両用の常用ブレーキペダル装置やアクセルペダル装置、パーキングブレーキペダル装置等の電気式ペダル装置に好適に用いられる。特に、油圧式常用ブレーキペダル装置など、従来の機械式ペダル装置において大きな踏込み反力が作用していた電気式ペダル装置に好適に適用される。
反力付与装置のばね部材としては、圧縮コイルスプリングや引張コイルスプリングが好適に用いられるが、捩りコイルスプリング等の他のばね部材を採用することもできる。エアスプリング等のガス圧式或いは油圧式のばね部材を用いることも可能である。
上記ばね部材は、例えば一端部が支持軸と平行な連結軸心まわりに回動可能に操作ペダルに連結されるとともに、他端部がカム係合部に相対移動可能に係合させられるように保持部材などにより所定の位置に保持され、そのカム係合部の回動に伴って他端部が変位させられるように配設される。保持部材は、例えばカム部材の回動軸心まわりに回動可能に配設され、一端部が上記連結軸心まわりに回動可能に連結された圧縮コイルスプリングや引張コイルスプリングの中心線が、その連結軸心と回動軸心とを結ぶ直線上に略位置するように、そのばね部材を保持するように構成される。
なお、上記ばね部材は、リターンスプリングも兼ねて単一のばね部材を用いるだけでも良いが、リターンスプリングを別個に配設するなど、種々の態様が可能である。
カム部材のカム係合部は、例えばカム部材自身の外周面を有して構成されるが、カム部材の側端面に形成したカム溝などでも良い。
発明のカム部材、第発明の送りねじ機構は、何れもばね部材の他端部を連結位置に対して接近離間させるものであるが、それ等のカム部材、送りねじ機構をばね部材の一端部側、すなわち操作ペダルに対する連結位置に配設し、その一端部を連結位置に対して相対変位させることにより踏込み反力を変化させるように構成することもできる。
すなわち、カム部材を前記操作ペダルの連結位置に回動可能に配設するとともに、その回動軸心からの寸法が連続的に変化しているカム係合部を前記ばね部材の一端部に係止し、その回動軸心まわりに回動させられることにより、そのカム係合部を介してそのばね部材の一端部を連結位置に対して相対的に変位させるように構成することもできる。
また、送りねじ機構を前記操作ペダルの連結位置に配設するとともに、前記ばね部材の一端部に係止されたばね受けをねじの作用で直線移動させることにより、その一端部を前記連結位置に対して相対的に変位させるように構成することもできる。
前記連動機構は、例えば操作ペダルの支持部およびカム部材等の反力変更機構に設けられた一対のプーリと、その一対のプーリに跨がって巻き掛けられたタイミングベルトとを有して構成されるが、プーリおよびタイミングベルトの代わりにスプロケットおよびチェーンを用いたりすることもできる。複数の歯車を用いて構成したり、或いは一対の扇形状の噛合部材を用いて構成したり、反力変更機構と操作ペダルとを連結するリンクを設けたり、ラックとピニオンを利用したりするなど、種々の態様が可能である。
本発明の好適な実施態様について更に具体的に説明すると、請求項1〜の何れか1項に記載のペダル反力装置において、車両の電気式常用ブレーキペダル装置に用いられることを特徴とする。
別の実施態様は、前記ばね部材は、単一の圧縮コイルスプリングであることを特徴とする。
更に別の実施態様は、前記ばね部材は、単一の引張コイルスプリングであることを特徴とする。
更に別の実施態様は、前記ばね部材は、操作ペダルを原位置へ戻し回動するリターンスプリングを兼ねていることを特徴とする。
更に別の実施態様は、請求項において、前記ばね部材は、一端部が支持軸と平行な連結軸心まわりに回動可能に操作ペダルに連結されるとともに、他端部がカム係合部に相対移動可能に係合させられるように保持部材によって所定の位置に保持され、そのカム係合部の回動に伴ってその他端部が変位させられるように配設されることを特徴とする。
更に別の実施態様は、請求項において、カム係合部は、カム部材の回動軸心からの寸法が連続的に変化しているそのカム部材の外周面を有して構成されていことを特徴とする。
更に別の実施態様は、前記連動機構は、操作ペダルの支持部に配設されて操作ペダルと一体的に前記支持軸まわりに回動させられる第1プーリと、カム部材等の反力変更機構に設けられた第2プーリと、それ等の第1プーリおよび第2プーリに跨がって巻き掛けられたタイミングベルトとを有して構成されていることを特徴とする。
更に別の実施態様は、前記連動機構は、操作ペダルの支持部に配設されて操作ペダルと一体的に前記支持軸まわりに回動させられる第1噛合部材と、カム部材等の反力変更機構に設けられるとともに第1噛合部材と噛み合わされた第2噛合部材とを有して構成されていることを特徴とする。
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施例であるペダル反力装置10を示す図で、例えば車両用の電気式常用ブレーキペダル装置に好適に用いられる。このペダル反力装置10は、ブラケット12に設けられた支持軸14の軸心まわりに回動可能に配設された操作ペダル16と、ブラケット12に支持軸14と平行に設けられた回動軸18の軸心まわりに回動可能に配設されたカム部材20と、その操作ペダル16とカム部材20とに跨がって配設された圧縮コイルスプリング22とを備えている。
操作ペダル16は、上端部において支持軸14に回動可能に連結されており、下端部に設けられた踏部24が運転者によって踏込み操作されることにより、支持軸14の右まわりに回動させられ、その回動量が図示しないセンサ(ストロークセンサなど)により検知されて、回動量に応じたブレーキ力が油圧式ブレーキなどによって発生させられる。図1の(a) は、操作ペダル16が踏込み操作される前の原位置に保持された状態で、(b) は踏込み操作された状態である。
カム部材20は、操作ペダル16よりも車両の前方側に配設されており、連動機構26により操作ペダル16の踏込み操作に伴って機械的に回動軸18の軸心まわりに回動させられるようになっている。連動機構26は、前記支持軸14の軸心まわりに回動可能に配設されて操作ペダル16と一体的に回動させられる第1プーリ28と、前記回動軸18の軸心まわりに回動可能に配設されてカム部材20と一体的に回動させられる第2プーリ30と、それ等の一対の第1プーリ28、第2プーリ30に巻き掛けられたタイミングベルト32とを備えており、図1(b) に示すように操作ペダル16が踏込み操作されるのに伴ってカム部材20を矢印Aで示すように回動軸18の右まわりに所定角度だけ回動させる。操作ペダル16の踏込みストロークに対するカム部材20の回動量は、プーリ28、20の歯数比(径寸法比)に応じて適宜設定できる。
また、上記カム部材20は、径寸法が連続的に変化するように滑らかに外周側へ向かって突き出す突出部34を一体に備えており、その突出部34がカム係合部として機能するようになっている。すなわち、前記圧縮コイルスプリング22は、自身のばね力でカム部材20の外周面に押圧されており、操作ペダル16の踏込み操作に伴ってカム部材20が回動軸18の右まわりに回動させられると、上記突出部34が図1(b) に示すように圧縮コイルスプリング22側に向かって突き出す姿勢となり、その突出寸法や突出形状に応じて圧縮コイルスプリング22のカム部材20側の係合端部が回動軸18から離間する方向へ連続的に変位させられる。
圧縮コイルスプリング22は、操作ペダル16に対して踏込み反力を付与するばね部材として機能するもので、操作ペダル16を原位置へ戻し回動するリターンスプリングを兼ねており、円筒形状の保持部材36内に略同心に保持されているとともに、その保持部材36に軸方向の移動可能に嵌合された一対のばね受け38、40に両端部が着座させられている。保持部材36は、回動軸18の軸心まわりに回動可能に前記ブラケット12に配設されているとともに、一方のばね受け38は、操作ペダル16のうち支持軸14から離間した連結位置にその支持軸14と平行に配設された連結軸42の軸心まわりに回動可能に連結されており、これにより保持部材36更には圧縮コイルスプリング22は、その中心線が回動軸18と連結軸42とを結ぶ直線上に略位置する姿勢に保持され、他方のばね受け40は圧縮コイルスプリング22のばね力に従ってカム部材20の外周面に相対移動可能に押圧される。
これにより、操作ペダル16が図1(b) に示すように踏込み操作されると、圧縮コイルスプリング22は、その操作ペダル16とカム部材20との間で軸方向に圧縮変形させられ、その圧縮変形に伴って操作ペダル16に踏込み反力が付与される。また、操作ペダル16の踏込み操作に伴って、連動機構26を介してカム部材20が回動軸18の右まわりに回動させられると、突出部34によりばね受け40が回動軸18から離間する方向へ変位させられ、その変位に応じて圧縮コイルスプリング22の弾性変形量すなわち操作ペダル16に対する踏込み反力が、非線形の所定の変化パターンに従って変化させられる。カム部材20は反力変更機構に相当し、ばね部材である圧縮コイルスプリング22と共に反力付与装置44を構成している。
ここで、圧縮コイルスプリング22によって操作ペダル16に付与される踏込み反力は、その圧縮コイルスプリング22の弾性変形量の変化に応じて変化させられるため、突出部34の突出寸法や突出形状、或いは連動機構26による操作ペダル16の踏込みストロークに対するカム部材20の回動量を適宜設定することにより、従来の機械式常用ブレーキペダル装置と同様な反力特性が得られるようにすることが可能で、機械式ペダル装置に慣れた運転者に違和感を生じさせることがなくなって踏込み操作が容易になり、電気式ペダル装置の踏込み操作性が向上する。
また、本実施例では、カム部材20が連動機構26を介して操作ペダル16の踏込み操作に伴って機械的に回動させられるとともに、単一の圧縮コイルスプリング22を配設するだけで良いため、電動モータなどでカム部材20を回転させて所望の反力特性を設定したり複数のばね部材を用いたりする場合に比較して、装置が簡単で且つ安価に構成されるとともに、配置等の自由度が高くて運転席前方のブラケット12内にコンパクトに搭載できる。
また、圧縮コイルスプリング22は、操作ペダル16のうち支持軸14から離間した中間位置に設けられた連結軸42に連結されて踏込み反力を付与するようになっているため、支持軸14の軸心付近に踏込み反力を付与する場合に比較して、大きな踏込み反力を容易に付与することができる一方、カム部材20により圧縮コイルスプリング22の他端部を変位させるだけで踏込み反力を容易に変化させることができるため、装置を簡単で安価に構成できる。
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の実施例において、前記実施例と実質的に共通する部分には同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
図2のペダル反力装置50は、前記実施例に比較して連動機構52が相違している。すなわち、この連動機構52は、前記支持軸14の軸心まわりに回動可能に配設されて操作ペダル16と一体的に回動させられる扇形の第1噛合部材54と、前記回動軸18の軸心まわりに回動可能に配設されてカム部材20と一体的に回動させられる扇形の第2噛合部材56とを備えているとともに、それ等の円弧部に設けられた噛合歯が互いに噛み合わされており、操作ペダル16が踏込み操作されるのに伴ってカム部材20は矢印Bで示すように回動軸18の左まわりに所定角度だけ回動させられる。操作ペダル16の踏込みストロークに対するカム部材20の回動量は、一対の第1噛合部材54、第2噛合部材56の径寸法比に応じて適宜定められ、これにより前記実施例と同様に圧縮コイルスプリング22によって付与される踏込み反力の特性、すなわち踏込みストロークに対する踏込み反力の変化パターンを調整できる。
図3のペダル反力装置60は、前記ペダル反力装置10に比較して回動軸18が操作ペダル16よりも車両後方側に設けられ、操作ペダル16の踏込み操作に伴ってカム部材20と連結軸42とが離間させられるとともに、圧縮コイルスプリング22の代わりに引張コイルスプリング62を用いて反力付与装置64が構成され、その引張コイルスプリング62が引張変形させられることによって操作ペダル16に踏込み反力が付与される。引張コイルスプリング62の両端部は、それぞればね受け38、40に一体的に固定(掛止)され、操作ペダル16の踏込み操作に伴って引張させられるとともに、ばね受け40はカム部材20の外周面に周方向へ相対移動可能且つ離脱不能に掛止されており、カム部材20の突出部34の形状に倣って変位させられるようになっている。この実施例でも、連動機構26による操作ペダル16の踏込みストロークに対するカム部材20の回動量を変更したり、突出部34の位置や突出寸法、突出形状などを適宜変更することにより、操作ペダル16の踏込みストロークに対する踏込み反力の特性を適宜設定することができる。
図4のペダル反力装置70は、上記図3のペダル反力装置60の連動機構26の代わりに図2の連動機構52を採用した場合で、ペダル反力装置60と同様の作用効果が得られる。
のペダル反力装置110は、図1のペダル反力装置10に比較して反力付与装置112が相違する。すなわち、この反力付与装置112は、送りねじ機構により圧縮コイルスプリング22の弾性変形量すなわち踏込み反力を変化させるもので、操作ペダル16と反対側のばね受け40には送りねじ104が螺合されているとともに、その送りねじ104は操作ペダル16の踏込み操作に伴って連動機構26および傘歯車等の伝達機構114を介して機械的に回転駆動され、圧縮コイルスプリング22の弾性変形量すなわち踏込み反力を変化させるようになっており、前記第1実施例と同様の作用効果が得られる。
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
本発明が適用されたペダル反力装置の概略構成を示す側面図で、連動機構により機械的に踏込み反力を変化させる場合であり、(a) は操作ペダルが原位置に保持された状態、(b) は踏込み操作された状態である。 連動機構により機械的に踏込み反力を変化させる別の実施例を説明する図で、図1の(a) に相当する側面図である。 連動機構により機械的に踏込み反力を変化させる更に別の実施例を説明する図で、図1の(a) に相当する側面図である。 連動機構により機械的に踏込み反力を変化させる更に別の実施例を説明する図で、図1の(a) に相当する側面図である。 図1の実施例において、送りねじ機構により踏込み反力を変化させるようにした場合で、図1の(a) に相当する側面図である。
符号の説明
10、50、60、70、110:ペダル反力装置 14:支持軸 16:操作ペダル 20:カム部材(反力変更機構) 22:圧縮コイルスプリング(ばね部材) 26、52:連動機 34:突出部(カム係合部) 42:連結軸(連結位置) 44、64、112:反力付与装置 62:引張コイルスプリング(ばね部材) 04:送りねじ(送りねじ機構)

Claims (4)

  1. 踏込み操作されることによって支持軸まわりに回動させられる操作ペダルに所定の踏込み反力を付与するペダル反力装置であって、
    一端部が、前記操作ペダルのうち前記支持軸から離間した所定の連結位置に連結され、該操作ペダルの踏込み操作に伴って機械的に弾性変形させられることにより前記踏込み反力を付与するばね部材と、回転駆動されることにより前記ばね部材の前記一端部を前記連結位置に対して変位させ、或いは該ばね部材の他端部を該連結位置に対して接近離間させて、前記踏込み反力を変化させる反力変更機構とから成る反力付与装置と、
    前記操作ペダルと前記反力変更機構とを機械的に連動するように連結し、該操作ペダルの踏込みストロークに応じて前記踏込み反力が所定の変化パターンに従って変化するように、該操作ペダルの踏込み操作に伴って該反力変更機構を機械的に回転駆動する連動機構と、
    を有することを特徴とするペダル反力装置。
  2. 前記反力変更機構は、所定の回動軸心からの寸法が連続的に変化しているとともに前記ばね部材の他端部に係止されたカム係合部を有し、該回動軸心まわりに回動させられることにより、該カム係合部を介して該ばね部材の他端部を前記連結位置に対して接近離間させるカム部材である
    ことを特徴とする請求項に記載のペダル反力装置。
  3. 前記反力変更機構は、前記ばね部材の他端部に係止されたばね受けをねじの作用で直線移動させて前記連結位置に対して接近離間させる送りねじ機構である
    ことを特徴とする請求項に記載のペダル反力装置。
  4. 踏込み操作されることによって支持軸まわりに回動させられる操作ペダルに所定の踏込み反力を付与するペダル反力装置であって、
    前記支持軸から離間した所定位置に該支持軸と平行な回動軸心まわりに回動可能に配設されるとともに、該回動軸心からの寸法が連続的に変化するカム係合部を有するカム部材と、
    前記操作ペダルと前記カム部材とを機械的に連動するように連結し、該操作ペダルの踏込み操作に伴って該カム部材を機械的に回動させる連動機構と、
    前記操作ペダルのうち前記支持軸から離間した所定の連結位置と前記カム部材とに跨がって配設され、該操作ペダルの踏込み操作に伴って該カム部材との間で機械的に弾性変形させられることにより、該操作ペダルに前記踏込み反力を付与するとともに、該カム部材側の係合端部が前記カム係合部の形状に倣って変位させられることにより該踏込み反力を変化させるばね部材と、
    を有することを特徴とするペダル反力装置。
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