JP4695908B2 - ペダル装置及びそれを備えた自動車 - Google Patents

Description

本発明は、踏力に基づいて車両に車両出力あるいは車両出力指令を発生させるペダル装置及びそれを備えた自動車に関する。

従来から車両運動は運転者の操作する駆動力や制動力によって決定されており、運転者は一般的にペダルの踏み込みによって車両を運転している。そのため、ペダル装置の持つ、ペダル位置、ペダル反力、車両の駆動力、車両の制動力などの特性は、運転フィーリングや操作のしやすさ、疲れやすさなどを決定づける要因であった。

一方、従来のペダルはアクセルワイヤやマスタシリンダに機械的に連結されているため、ペダルの特性はその機構によって一意に決定されていた。しかし、近年、いわゆるバイワイヤと呼ばれる技術により、ペダル位置あるいは反力あるいは車両の駆動力や制動力の関係を任意に設定できるようになっており、そのペダル位置あるいは反力あるいは車両の駆動力や制動力の関係をどのように制御するかについて検討が重ねられている。例えば、踏み込み時のペダル位置のストロークを小さくし、下肢の動作が小さくてすむようにすることにより、ブレーキ操作を楽に行えるようにしたペダル装置の技術が知られている。

特開２０００−１４２３６９号公報

ペダル位置のストロークが小さくなると、踏み込みに対するペダル位置の分解能が十分でなくなり、車両出力を踏力に基づいて決定する必要がある。しかし、ペダル位置の操作に比べて、踏力は微妙な加減が難しい。特に、同程度の車両出力を一定に保ち続けたり、微少な車両出力を徐々に変化させるような操作を行ったりする場合には、踏力に基づいて車両出力を出力すると、ペダル位置に基づいて車両出力を出力した場合に比べて、滑らかな車両運転が出来なかったり、操作しづらかったり、運転者に違和感を与えてしまったりする場合があった。また、車両出力を出力せずに足をペダルの上で待機させておく事が難しかった。そのため、運転者が意図した車両運動を違和感なく滑らかに実現出来る車両出力を踏力に基づいて出力するための方法が必要であった。

本発明では、踏力と車両出力あるいは車両出力指令の関係に無効踏力とヒステリシスを設け、踏み動作と放し動作における踏力と車両出力あるいは車両出力指令の関係を異なるものにすると共に、保持動作においても踏力に対する車両出力あるいは車両出力指令に一定の勾配を持たせる。また、特に保持放し動作の場合は踏力にかかわらず車両出力あるいは車両出力指令を一定に保つ場合もある。また、無効踏力を設け、無効踏力より小さい踏力では車両出力あるいは車両出力指令を出力しないようにする。

本発明によると、踏力に基づいて車両出力を出力するペダル装置あるいはそれを備えた自動車の実現において問題となる、踏力の変動特性を考慮した車両出力を出力することが出来、車両出力を同程度に保ち続ける場合や、車両出力を微小に変化させたい場合でも、踏力に基づいた違和感のない、操作性の良い車両出力を出力できると共に、車両出力を出力せずに足をペダルの上で待機させておくことが出来るようになる。

本発明は、踏力を検出する事が可能であり、ペダル装置と車両出力装置の間の機械的な接続を前提とせずに車両出力を出力出来るペダル装置を備えた自動車において、踏力に応じた車両出力あるいは車両出力指令を出力する。

図１は本発明を構成するシステムの模式図である。また、図２は本発明を構成するシステムのブロック図である。

１は運転者が車両を運転するために操作するペダル装置である。また、３０、４０、５０、６０、７０、８０は、車両の運動を変化させる車両出力装置である。図１、２による車両は、バイワイヤ技術による応用である。特に、車両出力装置３０、４０、５０、６０とペダル装置１の組み合わせは、ブレーキバイワイヤ技術による応用であり、ブレーキバイワイヤ技術におけるペダル装置１はブレーキペダルである。また、車両出力装置７０、８０のうち少なくとも一方とペダル装置１を組み合わせた場合のペダル装置１はアクセルペダルである。

ペダル装置と車両出力装置の間は通信経路１１１を介して通信により情報が伝達される。すなわち、ペダル装置と車両出力装置の間は機械的接続を前提とせず、電気的な信号のやりとりにより接続されている。また、ペダル装置への操作入力は電気的な信号として車両出力装置に伝えられ、車両出力装置は伝えられた信号情報に基づいて車両出力を行う。ペダル装置と車両出力装置は機械的接続を前提としないため、ペダル装置のペダル位置、ペダル反力の制御と、車両出力装置の車両出力の制御は独立して行うことが出来る。

ペダル装置１は、足で踏み込む作用点となるペダル３を備えている。運転者はペダル３を踏み込むことによってペダル装置１に踏力を与える。運転者がペダル装置に対して行った全ての入力（操作入力）には、少なくとも踏力が含まれる。ペダル装置１は、踏力に応じてペダル反力を発生させ、運転者にペダルの操作フィーリングを与える。ペダルの操作フィーリングは一般的に車両の運転フィーリングに大いに影響を与える。

ペダル装置１において、ペダル位置とペダル反力あるいは踏力の関係は、電気的な制御によって任意に設定することが出来る。ここで、ペダル位置はペダルの踏み込まれた量あるいは操作量に相当する。ペダル位置は、ペダルストロークあるいは単にストロークと言い換えても良い。踏力は運転者からペダル装置に加えられた力であり、一般的に足による踏み込みの力あるいは操作力に相当する。また、ペダル反力は運転者がペダルを操作しているときにペダル装置から運転者に加えられる力であり、操作反力に相当する。ペダル反力は単に反力と言い換えても良い。ペダル反力は踏力と対になる力であり、一般的に踏力と反対向きの力である。特に、ペダルが踏み込まれた状態で動いていないかあるいは、ペダルの運動が加速していないときは踏力とペダル反力は釣り合っており、ほぼ等価の力となる。従って、ペダル反力がある値にあるときは踏力も同じ値であると言うことが出来、その逆も言うことが出来る。

ペダル装置１はアクチュエータ４を備えており、アクチュエータ４は電気的に制御可能である。アクチュエータ４は例えば電動機、あるいはモータであり、アクチュエータ４に電力を供給するかあるいは電流を流すと、回転軸９周りに部材２が回転するか、あるいは回転方向の力が発生する。アクチュエータ４はアクチュエータ制御用センサ５を備えている。操作入力演算装置８は、アクチュエータ制御用センサ５の情報に基づいてアクチュエータ４を制御し、ペダル位置、ペダル反力を任意に変更することが出来る。

また、操作入力演算装置８は、車両出力装置３０、４０、５０、６０、７０、８０に車両出力指令を伝達する。車両出力装置３０、４０、５０、６０、７０、８０は伝達された車両出力指令に基づいて車両出力を出力する。すなわち、通信を介して、操作入力に応じた車両出力が出力される。

また、ペダル装置１は踏力検出手段１２を備えている。踏力検出手段１２は操作力あるいは踏力を検出し、同時に操作反力あるいはペダル反力を検出する。ここで、踏力検出手段１２は力を検出する手段であるため、操作力と操作反力を同じものとして検出する。

操作入力演算装置８は、踏力検出手段１２によって検出された踏力に基づいてアクチュエータ４を制御し、ペダル位置あるいはペダル反力を変更する。また、操作入力演算装置８は、踏力検出手段１２によって検出された操作情報に基づいて、車両出力指令を決定し、決定した車両出力指令を通信経路１１１を介して車両出力装置に伝達する。

踏力検出手段１２は、踏力センサ６であってもよいし、直動力センサ７であってもよいし、回転トルクセンサ１０であっても良い。センサ６は、運転者がペダルを踏み込む踏力あるいはペダルが運転者の足を押し返すペダル反力を検出することが出来る。また、センサ７は、ペダル３を踏み込んだときに部材２に働く力を検出することが出来る。センサ１０は回転軸９に取り付けられ、回転軸９に発生するトルクを検出することが出来る。

センサ６、７、１０は力あるいはトルクを検出するためのセンサであり、一般的に構成部材の歪みを検出するセンサである。構成部材の歪みの検出は例えば歪みゲージの抵抗変化を用いる方式であっても良いし、部材の変位量を光や磁気によって計測する方式であっても良い。踏力検出手段１２にはセンサ６、７、１０のうち少なくとも１つが含まれ、操作力あるいは踏力に相当する物理量を検出することが出来る。

操作入力演算装置８には、動作状態判断手段１３が含まれている。動作状態判断手段１３は踏力に基づいて、ペダルの動作状態を判断する。動作状態には踏み動作と、放し動作と、保持動作が含まれる。踏み動作はペダルにかけられた踏力が増している動作であり、運転者が明確に車両出力を大きくしようとする動作である。また、放し動作はペダルにかけられた踏力が減じている動作であり、運転者が明確に車両出力を小さくしようとする動作である。また、保持動作は踏み力がほぼ同じ大きさで保たれており、運転者が車両出力を一定のまま保とうとしている動作である。ただし、保持動作であってもある程度車両出力を増減させることにより微妙な車両操作を行う必要があり、保持動作における車両出力が必ずしも一定とは限らない。また、動作状態判断手段１３は保持動作において、保持踏み動作と保持放し動作を判断する。保持踏み動作は保持動作において踏力が増加している場合であり、保持放し動作は保持動作において踏力が減少している場合である。

車両出力装置３０、４０、５０、６０は、電気的に制御可能な制動出力装置である。制動出力装置による車両出力は車両の減速度あるいは制動力であり、制動出力装置は伝達された車両出力指令に基づいて車両に制動力を発生させ、車両を減速させる。従って、制動出力装置へ伝達される車両出力指令は車両の減速度あるいは制動力であっても良い。

ここで、制動出力装置は例えばキャリパであり、ロータを押しつけるピストンの推力を電気的に制御可能な電動ブレーキであっても良い。制動出力装置が電動ブレーキである場合、電気的な力を発生させるアクチュエータを備えており、アクチュエータによって発生する力が減速器など機械的な構成を介してピストンの推力に変換される機構であり、ピストン推力を制御することによって車両の制動力を制御することが出来る機構であっても良い。

また、制動出力装置は例えばキャリパであり、ロータを押しつけるピストンの推力を油圧によって発生させ、油圧を電気的に制御可能な電動油圧ブレーキであっても良い。制動出力装置が電動油圧ブレーキである場合、電気的な力を発生させるアクチュエータを備えており、アクチュエータによって油圧を変化させることが出来る機構であり、油圧を制御することによって車両の制動力を制御することが出来る機構であっても良い。

従って、制動出力装置へ伝達される車両出力指令は電動ブレーキの推力であっても良いし、あるいは電動油圧ブレーキの油圧であっても良い。

ここで、制動出力装置３０の詳細について説明する。制動出力装置４０、５０、６０は、制動出力装置３０と基本的に同じ構造となっている。

例えば、制動出力装置３０は、キャリパ３４の発生する制動力をアクチュエータ３３で制御する。アクチュエータ３３は車両出力演算装置３２で制御される。制御出力装置の状態は、制動出力装置状態センサ３５で検出することが出来る。車両出力演算装置３２は、制御出力装置の状態に応じてアクチュエータ３３を制御する。車両出力演算装置３２は、必要に応じて制御出力装置の状態を、通信経路１１１を介してペダル装置１に伝達しても良い。制御出力装置の状態には、電動ブレーキで発生している推力あるいは電動油圧ブレーキで発生している油圧が含まれていても良い。

車両出力装置７０、８０は、電気的に制御可能な駆動出力装置である。駆動出力装置による車両出力は、車両の速度あるいは加速度あるいは駆動力である。駆動出力装置は伝達された車両出力指令に基づいて車両に駆動力を発生させ、車両を加速させる。従って、駆動出力装置へ伝達される車両出力指令は、車両の速度あるいは加速度あるいは駆動力であっても良い。

車両の駆動出力装置としては、一般的に７０のようなエンジンの構成を取る事が多い。しかし、ハイブリッド車や電気自動車あるいは電動四駆車などでは、駆動出力装置に８０のような電動機の構成を用いたりエンジンと電動機を組み合わせた構成を用いたりする。

ここで、駆動出力装置７０の詳細について説明する。駆動出力装置７０はエンジンであり、例えば、ガソリンあるいは軽油を燃料として車両を駆動する機構である。駆動出力装置７０は、伝達された車両出力指令及び、駆動出力装置の状態に応じてアクチュエータ７２あるいは点火プラグ７３を制御し、エンジン７１に車両出力を生成させる。駆動出力装置の状態は、駆動出力装置状態センサ７５によって検出される。アクチュエータ７２は車両出力演算装置７４によって制御される。車両出力演算装置７４は、必要に応じて駆動出力装置の状態を、通信経路１１１を介してペダル装置１に伝達しても良い。駆動出力装置の状態にはエンジン７１の駆動力あるいは回転数が含まれていても良い。

ここで、駆動出力装置８０の詳細について説明する。駆動出力装置８０は例えば電動機であり、電力を供給したり電流を流したりする事によって車両出力を生成する。例えば、駆動出力装置８０は、アクチュエータ８３とアクチュエータを制御するためのセンサ８５を備えており、車両出力演算装置８４によって制御される。車両出力演算装置８４は、必要に応じて駆動出力装置８０の状態を、通信経路１１１を介してペダル装置１に伝達しても良い。

ここで、実際には車両出力指令と車両出力は必ずしも完全には一致しない場合がある。しかし、車両出力装置がどの程度忠実に車両出力指令通りの車両出力を出力することが出来るかは本発明における本質的な要因とならない。そのため、以下の説明では、車両出力は車両出力指令と等しくなることを前提とする。すなわち、本発明において車両出力は、車両出力指令と置き換えても良く、踏力によって車両出力を出力することはすなわち踏力によって車両出力指令を出力すると同義である。さらに、図面による説明においても車両出力の軸は本質的に車両出力指令の軸と等価であり、車両出力の代わりに車両出力指令を用いても良い。

通信経路１１１は、ペダル装置と車両出力装置の間を接続している電気信号による情報経路であり、物理的には電線で構成されている。ペダル装置と車両出力装置は空間的に離れた場所に設置されている場合が多く、その間の情報は一般的に時分割多重通信方式の電気信号を用い、通信経路１１１を介してやりとりされる。通信経路１１１に用いられる電気信号の形式はシリアル通信でも良いし、ＣＡＮやFlaxRay、ＬＡＮ等の多重通信でも良い。

図３は、操作入力演算装置と車両出力演算装置と通信経路の構成を示している。図３（ａ）は通信経路が１つであり、車両出力装置１５１〜１５４を１つの車両出力演算装置１５０で制御している。例えば、ＡＢＳ装置や横滑り防止装置のように油圧を制御する装置が１つだけであり各キャリパには油圧を伝達し、操作入力演算装置８との電気的な通信は１つの通信経路１１１を介して行うような構成であっても良い。

図３（ｂ）は通信経路１１１が２つであり、車両出力装置１５６、１５７、１５９，１６０を複数の車両出力演算装置１５５、１５８で制御している。例えば、車両の前輪と後輪で別系統の油圧システムとなっている場合、油圧を制御する装置は２つとなり、ペダル装置との電気的な通信を行う経路も２つ必要となる。系統が２つになることにより、信頼性の向上を図ることが出来ると共に、系統別の車両出力を行うことで車両運動性能の向上を図ることが出来る。

図３（ｃ）は通信経路１１１は１つであるが、車両出力装置１６５〜１６８をそれぞれ別の車両出力演算装置１６１〜１６４で制御している。例えば、車両の四輪全てに電動ブレーキを装着している場合、各輪に車両出力を制御する装置が備えられ、ペダル装置と通信を行っている場合が考えられる。車両の四輪全てが独立に車両出力を制御する事により、より高いレベルで車両運動性能の向上を図ることが出来る。

図３（ｄ）は通信経路１１１が２つであり、車両出力装置１７３〜１７６をそれぞれ別の車両出力装置１６９〜１７２で制御している。例えば、車両の四輪全てに電動ブレーキを装着している場合、各輪に車両出力を制御する装置が備えられている場合に、前右輪と後左輪が同じ通信経路を介してペダル装置と通信を行い、前左輪と後右輪が同じ通信経路を介してペダル装置と通信を行う構成であっても良い。また、例えば、車両の四輪全てに電動ブレーキを装着している場合、各輪に車両出力を制御する装置が備えられている場合に、前二輪が同じ通信経路を介してペダル装置と通信を行い、後二輪が同じ通信経路を介してペダル装置と通信を行う構成であっても良い。通信経路が二重になることにより、片側の通信経路に障害や故障が発生した場合においても、もう片側の通信経路に属する車両出力装置が作動するため、車両全体としての信頼性の向上を図ることが出来る。

図４はペダル装置の応用を示す模式図である。図４（ａ）は回転軸４０１に対して操作入力部４０２が下になっている場合のペダル装置であり、図４（ｂ）は回転軸４０４に対して操作入力部４０３が上になっている場合のペダル装置である。また、図４（ｃ）は回転軸を持っておらず操作入力部４０５への操作入力に対してペダル装置が直動する場合であり、図４（ｄ）は回転軸４０６とアクチュエータ４０７が別になっているペダル装置である。アクチュエータ４０７の回転出力は回転直動変換機構４０８により直動方向の出力に変換され部材４０９に作用する事によって、ペダル端４１０を移動させたり操作反力を発生させたりする。ここで、回転直動変換手段としては例えばウォームギアを用いてもよいし、ボールねじを用いてもよい。

また、図４（ｅ）はアクチュエータ４１１が回転電動機ではなく、直動方向に変位したり力を出したりする場合のペダル装置である。アクチュエータ４１１の出力が部材４１２に作用することによって、ペダル位置を移動させたり操作反力を発生させたりする。アクチュエータ４１１は例えばソレノイドであっても良い。

ここで図５に一般的なペダル装置のペダル位置、ペダル反力あるいは踏力、および車両出力の関係を示す。ここで、一般的なペダル装置とは、油圧あるいはワイヤなどの機械的機構により、ペダル装置と車両出力装置が接続されており、操作入力が機械的機構により伝達されて車両出力が出力されることが前提となっているペダル装置である。または、機械的接続が前提でないペダル装置であって、機械的接続が前提であるペダル装置を模擬したペダル装置である。

一般的なペダル装置は、例えばペダルが踏み込まれペダル位置が大きくなるほどペダル反力が図５（ａ）のように大きくなる。また、ペダルを踏み込んでいる時のペダル位置に対するペダル反力の関係が例えば曲線５０１のようになるのに対して、ペダルを放しているときのペダル位置に対するペダル反力の関係は例えば曲線５０２のようになる。すなわち、ペダル反力は踏み動作の曲線５０１および放し動作の曲線５０２を持ち、方向によってペダル反力が異なり、ヒステリシス特性を持つ。

また、一般的なペダル装置の車両出力も例えば図５（ｂ）のようにペダル位置に応じて大きくなる。ペダルを踏み込んでいるときのペダル位置に対する車両出力の関係が例えば曲線５０３のようになるのに対して、ペダルを放しているときのペダル位置に対する車両出力の関係は例えば曲線５０４のようになる。

すなわち、車両出力も曲線５０３および曲線５０４によって実現されるためヒステリシス特性をもつ。ただし、ペダル位置に対する車両出力のヒステリシス特性はペダル位置に対するペダル反力のヒステリシス特性に比べて小さく、ペダル装置によっては曲線５０３と５０４がほぼ同じであることもある。また、ペダル装置によっては車両出力の曲線５０３および５０４は同じ曲線を用い、ペダル位置に対する車両出力にヒステリシスを持たせないようにすることも出来る。

一般的に踏力はペダル位置に比べて立ち上がり、立下りが早く、一定の踏力が継続することがあまりない。また、車両出力を変化させる場合、ペダル位置に比べて踏力の方がオーバシュートあるいはアンダシュートすることが多い。

図５のようなペダル装置では、ペダル反力や車両出力のヒステリシスにより、踏力が頻繁に変化してもペダル位置あるいは車両出力が一定に保たれる。車両の運転操作において一定の車両出力を任意に保っておけるようにすることは、運転の操作性、快適性を高め、下肢疲労を軽減するという面からも有効であり、ペダル装置のもつヒステリシス特性はペダル装置において重要な要素である。

ペダル装置１において、図５のような特性を用いたペダル装置を電気的に実現し、従来のペダル装置と同様な運転操作を行えるようにすることも可能である。しかし、車両出力装置と機械的な接続を前提としないペダル装置は、車両出力と独立してペダル位置やペダル反力を設定することが可能であり、例えば図６（ａ）のようなペダル反力を持つペダル装置を構成することも可能である。

図６（ａ）によるペダル反力５３１はペダル位置に対するペダル反力の勾配が急激であり、非常に堅いペダル、あるいは非常にストロークの短いペダルであるということが出来る。また、ペダル反力５３２はやわらかい低反力となっており、ペダルの踏み始めを運転者に伝えることが出来る。

ここで、ストロークの短いペダル装置は可動範囲が小さくてすむため、運転席下部のレイアウトの設計自由度が大幅に向上する。また、ストロークが短いためあまり足を伸ばさずに車両運転が出来るため、常に最適なドライビングポジションを保ちながら車両運転を行うことが出来る。さらに、ストロークが短いため急激な踏み込みを行う際に速く足を動かす必要がなく、例えば急制動などが行いやすくなる。

ここで、図６（ａ）では踏力に対してペダル位置の変化が少ないため、車両出力は踏力に基づいて出力する（図６（ｂ））。

図６（ｂ）の５４１は一般的なペダル装置における踏力と車両出力の関係であり、踏み始めの領域５４４は急な勾配であり、踏力が大きな領域５４３では緩い勾配を持っている。また、踏力がないかほとんどない場合から除々に踏力を大きくした場合、無効踏力５４２以下の踏力では車両出力が出力しない。無効踏力を設けることにより、ペダルを踏み込まずにペダルに足を乗せ、車両出力を出さずに足を待機させておくことが出来る。

ここで、図６（ｂ）にはヒステリシスが含まれていないため、踏力に対する車両出力踏力に応じて常に変動する。そのため、本来車両出力を一定に保つことが望まれる動作においても、車両出力が一定に保たれず、大きな車両出力変動が発生する。

そこで、踏力に対する車輌出力に図７のようなヒステリシス特性を持たせる。ここで、ペダル位置に基づかない車両出力のヒステリシス特性は、踏み動作における踏力に対する車両出力の感度と放し動作における踏力に対する車両出力の感度を異なるものにすることで実現する。ここで、踏力に対する車両出力の感度とは、ある踏力でペダルを踏んだ場合にどのくらい車両出力が出力されるかと言う割合であり、同時に、踏力が変化した場合にどのくらい車両出力が変化するかという割合でもある。すなわち踏力に対する車両出力の感度とは踏力に対する車両出力の勾配と言い換えても良く、車両出力を踏力で微分したものであると言い換えても良い。

ここで、例えば、図５におけるペダル位置、ペダル反力（踏力）、車両出力の関係から、踏力と車両出力の関係を抽出すると、踏力に対する車両出力のヒステリシス特性は図７（ａ）のようになる。一般的に踏み動作における車両出力は放し動作における車両出力よりも、踏力軸で大きく、車両出力軸で小さい曲線となる。すなわち、車両出力５５１は踏み動作であり、ペダルに対して加えた踏力を大きくしようとする時の車両出力である。また、車両出力５５２は放し動作であり、ペダルに対して加えた踏力を小さくしようとする時の車両出力である。踏み動作か放し動作かによって車両出力５５１と車両出力５５２のどちらを用いるかを変えることにより、ペダル位置が変化しなくても、車両出力にヒステリシス特性を持たせることが出来る。

しかし、図７（ａ）はペダル位置を基準にして車両を運転操作する場合の特性を用いているため、踏力を基準にして車両を運転操作する場合、図７（ａ）に基づいた関係を用いるのは望ましくない場合がある。例えば図７（ａ）の放し動作の車両出力５５２の中で踏力が小さい領域５５３においては、踏力に対する車両出力の勾配が極めて急激である。これは、踏力に対する車両出力の感度が高すぎ、この領域では車両出力を調節するために微小な踏力の操作が必要であることを意味する。一般的に踏力は変動が大きく、領域５５３におけるような感度（勾配）を持ったペダルによって、車両出力を任意に調節することは困難である場合がある。そのため、図７（ａ）を用いて車両出力を出力した場合、放し動作において運転者の意図に反して急激に車両出力が小さくなってしまう可能性がある。

そのため、図５に基づかず、踏力に対して車両出力を出力する方法を用いてもよい。例えば、図７（ｂ）のように踏み動作の車両出力５６１と放し動作の車両出力５６２を直線で実現し、領域５５３のような急勾配にならないようにする方法がある。ここで、踏力に対する車両出力の感度は０．００２Ｇ／Ｎ〜０．０１Ｇ／Ｎ程度の範囲であるが、踏み動作の車両出力５６１と放し動作の車両出力５６２が交差しないようにする必要がある。

また、踏力が大きい時に、車両出力が大きくなり過ぎないように、例えば図７（ｃ）のように、途中で踏力に対する車両出力の感度を変え、折線状の特性を用いることも出来る。さらに、直線と折線では特性が不連続で変化すると、運転者に違和感を与える要因となりうるため、直線と曲線を組み合わせて例えば図７（ｄ）のような特性を用いて、車両出力を出力しても良い。

ここで、図７ではいずれも無効踏力５５４、５６４、５７４、５８４を含んでいる。無効踏力があるため、ペダルを踏み込まずにペダルに足が乗っている場合に、車両出力を出さずに足を待機させることが出来るようになる。

踏力と車両出力の関係は踏み動作および放し動作の場合で異なるものを用いるが、踏み動作から放し動作になる間、あるいは放し動作から踏み動作になる間における踏力と車両出力の関係も、踏み動作あるいは放し動作の場合と異なるものを用いる。

踏み動作から放し動作になる間、あるいは放し動作から踏み動作になる間は保持動作と言うことが出来る。

保持動作における踏力と車両出力の関係を以下に説明する。簡単化のため、以下の図では踏み動作と放し動作の車両出力は図７（ｂ）のような直線で表現する。ただし、以下に説明する保持動作における踏力と車両出力の関係は、図７（ａ）〜（ｄ）の全てに対して適用できる。

例えば図８において踏み動作の時の車両出力６０２と放し動作の時の車両出力６０３の間の領域６０１に、踏力と車両出力の関係がある場合、保持動作であると定義する。ここで、ペダルが踏み動作であるか放し動作であるか保持動作であるかは動作状態判断手段１３によって判断する。

ここで、保持動作における踏力と車両出力の関係は例えば、図９のように、踏力に対する車両出力の勾配が常に一定に保たれており、踏力に対して車両出力がある所定の感度を持っていたりしても良い。

図９では例えば、踏力０から踏力を大きくしていった場合、無効踏力６１７までは、車両出力は０のままである。無効踏力６１７を超えると、動作状態が保持動作になるので、車両出力は感度６１８に従って出力される。さらに、踏力が大きくなり、踏力６１９を超えた場合、動作状態が踏み動作となるので、車両出力は、踏み動作における車両出力６０２に基づいて、出力される。

また、踏力を踏力６１１まで大きくした後、踏力を小さくしたとすると、動作状態が保持動作となるので、保持動作の感度６１３に基づいて車両出力を出力する。ここで例えば、踏力が６１２を下回ると、動作状態が放し動作となるので、車両出力は、放し動作における車両出力６０３に基づいて出力される。また例えば、踏力６１４まで踏力を減じた後、再び踏力を大きくした場合、車両出力は保持動作の感度６１６に従って出力される。さらに、踏力が６１５を上回ると、車両出力は再び、車両出力６０２に基づいて出力される。

ここで、感度６１３、６１６、６１８は保持動作における踏力に対する車両出力の感度であり、踏み動作における車両出力６１５や放し動作における車両出力６１４よりも小さな勾配で表される。保持動作における勾配を小さくすることにより、変動しやすい踏力に基づく車両出力の変動を小さくする事が出来、踏力による車両出力を調整しやすくする事が出来る。

また、踏力の操作は足で行う関係上、踏み方向（踏力を増やす）の方が操作しやすく、放し方向（踏力を減らす）の方が困難である。従って、比較的容易に操作しやすい踏力の増加方向の保持動作の車両出力の感度と、比較的操作しにくい踏力の減少方向の保持動作の車両出力の感度は別にするほうが望ましい。

そのため、例えば、図１０のように、同じ保持動作であっても踏力が増える動作（保持踏み動作）と、踏力が減る動作（保持放し動作）で踏力に対する車両出力の勾配を異なるものにしてもよい。ここで、車両出力６４３、６４４、６４５は保持踏み動作における勾配であり、車両出力６４１、６４２は保持放し動作における勾配である。図１０では保持踏み動作における感度を保持放し動作における感度よりも大きくするため、６４３、６４４、６４５は６４１、６４２よりも勾配が大きい。

ここで、保持動作における勾配は、踏力の変動しやすさやペダル位置とペダル反力の特性などから決定される。車両の種類やペダルの形状などによっても異なる。また図６（ａ）のようにストロークを持つペダルにおいては、ストロークにより反力すなわち踏力が変化するため、ペダルにより違和感なく車両操作を行うためには、踏力に対する減速度の感度を好適に設定することが重要である。

例えば図６（ａ）のような特性を持ったペダルにおいて図９の様な車両出力を出力する場合、保持動作における勾配は０．００１〜０．００５Ｇ／Ｎ程度の範囲に設定することも可能である。

図９、１０のような踏力−車両出力特性を用いることによって、踏力に対する車両出力にはヒステリシス特性が含まれる。そのため、踏力を基準に車両出力を出力した場合でも、保持動作において車両出力を一定に保つことが可能になり、操作性、快適性をもったペダル装置を実現することが出来る。

また、保持動作における踏力と車両出力の関係は例えば、図１１のように、保持放し動作においては踏力の変化に対して車両出力を一定に保ち、保持踏み動作においては踏力に対して車両出力が一定の感度持つようにしても良い。

図１１では例えば、踏力０から車両出力を大きくする時、踏力を大きくしていっても無効踏力７１７までは、車両出力は０のままである。無効踏力７１７を超えると、保持動作になるので、感度７１８に従って車両出力を出力する。さらに、踏力が大きくなり、踏力７１９を超えた場合、踏み動作となるので、車両出力６０２に従って車両出力を出力する。

また、踏力を踏力７１１まで大きくした後踏力を小さくしたとすると、それまでの踏み動作の車両出力６０２ではなく、保持動作の感度７１３に基づいて車両出力を出力する。ここで、感度７１８は保持動作において踏力が増加する保持踏み動作の場合の感度であり、踏力を大きくすることにより保持中でも車両出力を調整することが出来る。また、感度７１３は保持動作において踏力が減少する保持放し動作の場合の感度であり、踏力軸に並行であるため、踏力が７１２を下回るまで、車両出力は踏力７１１の時と同じで一定に保たれる。踏力が７１２を下回ると、車両出力は車両出力６０３に基づいて出力される。また、踏力７１４まで踏力を減じた後、再び踏力を大きくした場合、車両出力は保持動作の感度７１６に従って出力される。感度７１６は保持踏み動作である。さらに、踏力が７１５を上回ると、車両出力は再び、車両出力６０２に基づいて出力される。

図１１のように、保持放し動作において踏力に対する車両出力を一定に保つことによって、ペダルの踏み込みにおいて発生しやすい踏力のオーバシュートやアンダシュートに対する不感帯を設け、運転操作に対する違和感を抑えることが出来る。また、保持踏み動作においては踏力に対する車両出力に感度を持たせることによって、保持動作における車両出力の調整を可能とすると共に、踏み込みに対する車両出力の立ち上がりを早くし、運転者の運転操作に対する車両運動の応答性を高めることが出来る。

以上のような発明を適用することにより、ペダル位置に関わらず、踏力に基づいて車両出力を発生させ、運転者が操作しやすく、疲れにくいペダル装置を備えた自動車を実現することが出来る。

また、本発明は、踏力に基づいて車両出力を出力するペダル装置における主に保持動作における踏力に対する車両出力の関係に適用される。ストロークしないかほとんどストロークしないペダルにおいては、ペダル位置が変化しないという構成上の理由により本発明が必然的に適用されるが、ストロークするペダルや、ペダル位置の変化を前提とするペダルであっても、踏力のみに基づいて車両出力を出力する場合においてはまったく同様に適用が可能である。

本発明は、踏力に基づいて車両出力を出力するためのものであり、ペダル装置と車両出力装置が機械的に接続されていないか、車両出力の出力にペダル装置との機械的な接続が前提となっていないペダル装置に関するものである。

しかし、本発明の主たる効果を生じさせるためには、必ずしもペダル装置にアクチュエータを備えている必要はない。すなわち、機械的な構成によってペダル位置が拘束されているペダル装置においても同様に本発明の適用が可能である。

ここで、図１２に本発明を適用可能な実施例２となるペダルの模式図を示す。図１２（ａ）は、ペダル９０１が車両（運転席）基準面９０５に対して固定された構造物９０４に設置されており、ペダル９０１と構造物９０４の間にバネ要素９１１あるいはダンパ要素９１２を持ち、ペダルの踏み込みに対してペダル反力を発生させ、基準面９０５に対して一定の軌道に拘束されたペダル位置のストロークを生じる構成になっている。また、図１２（ａ）のペダル装置はセンサ９０２あるいはセンサ９０３を備えており、踏力を検出することが出来る。踏力はペダル９０１の表面に設置されたセンサ９０２によって検出しても良いし、ペダル９０１と構造物９０４の間あるいは構造物９０４に設置されたセンサ９０３を用いて検出しても良い。

また、図１２（ｂ）は、ペダル９０１がアーム９２３を備えており、アーム９２３と接続したロッド９２１により、ストロークシミュレータ９２２がペダル反力を発生させる機構である。ストロークシミュレータ９２２は油圧あるいは機械的なバネ要素、摺動要素により、ロッド９２１の運動に応じたペダル反力を発生させる。センサ９２４はロッド９２１に取り付けられており、踏力あるいはペダル反力を計測することが出来る。

図１２（ａ）（ｂ）におけるペダル装置にはアクチュエータが備えられていないが、踏力検出手段として、踏力を検出できるセンサを備えている。センサにより検出した踏力あるいは踏力相当の力に基づいて車両出力あるいは車両出力指令を出力することにより、本発明を適用し、その主たる効果を発揮することが可能である。

本発明によると、踏力に基づいて車両出力を出力する、運転者に違和感を与えない、操作しやすく、快適な運転操作を行うことが出来るペダル装置を備えた自動車を実現できる。

実施例１の構成の一例を示すシステムの模式図である。 実施例１の構成の一例を示すシステムのブロック図である。 操作入力演算装置と車両出力演算装置と通信経路の構成の一例を示す模式図である。 ペダル装置の応用を示す模式図である。 一般的なペダル特性の一例を示すグラフ図である。 ストロークが短いペダル装置の特性の一例を示すグラフ図である。 踏力と車両出力の関係の一例を示すグラフ図である。 踏力と車両出力の関係の一例を示すグラフ図である。 踏力と車両出力の関係の一例を示すグラフ図である。 踏力と車両出力の関係の一例を示すグラフ図である。 踏力と車両出力の関係の一例を示すグラフ図である。 実施例２の構成の一例を示す模式図である。

符号の説明

１ ペダル装置
２ 部材
３ ペダル
４ アクチュエータ
５ アクチュエータ制御用センサ
６ 踏力センサ
７ 直動力センサ
８ 操作入力演算装置
９ 回転軸
１０ 回転トルクセンサ
３０ 制動出力装置
４０ 制動出力装置
５０ 制動出力装置
６０ 制動出力装置
７０ 駆動出力装置
８０ 駆動出力装置

Claims (12)

1. ペダルと、前記ペダルに対する踏力を検出する踏力検出手段とを備え、前記踏力検出手段が検出した踏力に基づいて車両出力装置に車両出力指令を出力する車両のペダル装置であって、
   前記踏力検出手段が検出した踏力に基づいて、踏み動作か放し動作か保持動作かの動作状態を検出する動作状態判断手段を備え、
   前記動作状態判断手段により検出された動作状態に基づいて、踏力に対する車両出力指令の関係を変え、
   前記ペダルを踏み込むとペダル位置がストロークし、保持動作における車両出力指令が踏力に対して一定の勾配を持つ
   ことを特徴とする車両のペダル装置。
2. ペダルと、前記ペダルに対する踏力を検出する踏力検出手段とを備え、前記踏力検出手段が検出した踏力に基づいて車両出力装置に車両出力指令を出力する車両のペダル装置であって、
   前記踏力検出手段が検出した踏力に基づいて、踏み動作か放し動作か保持動作かの動作状態を検出する動作状態判断手段を備え、
   踏み動作における踏力に対する車両出力指令と、放し動作における踏力に対する車両出力指令との間にヒステリシスを有し、
   前記ペダルを踏み込むとペダル位置がストロークし、保持動作における車両出力指令が踏力に対して一定の勾配を持つ
   ことを特徴とする車両のペダル装置。
3. 請求項１または２記載のペダル装置において、保持動作において踏力が増加した場合（踏み保持動作）と、保持動作において踏力が減少した場合（放し保持動作）とで、保持動作における踏力に対する車両出力指令の勾配が異なることを特徴とする車両のペダル装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載のペダル装置において、
   保持動作において踏力が増加した場合（踏み保持動作）は、踏力の増加に伴って車両出力指令を大きくし、保持動作において踏力が減少した場合（放し保持動作）は、踏力に関わらず車両出力指令を一定に保つことを特徴とする車両のペダル装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項記載のペダル装置において、前記ペダルに踏力がかかっていないかほとんどかかっていない状態から踏力が増加した時、予め定められた所定の踏力（無効踏力）以下では車両出力指令が発生しない状態を保つことを特徴とする車両のペダル装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項記載のペダル装置において、前記ペダルはアクセルペダルあるいはブレーキペダルであることを特徴とする車両のペダル装置。
7. ペダルと、前記ペダルに対する踏力を検出する踏力検出手段と、車両出力を出力する車両出力装置とを備え、前記踏力検出手段が検出した踏力に基づいて車両出力あるいは車両出力指令を出力する自動車であって、
   前記踏力検出手段が検出した踏力に基づいて、踏み動作か放し動作か保持動作かの動作状態を検出する動作状態判断手段を備え、前記動作状態判断手段により検出された動作状態に基づいて、踏力に対する車両出力あるいは車両出力指令の関係を変え、
   前記ペダルを踏み込むとペダル位置がストロークし、保持動作における車両出力あるいは車両出力指令が踏力に対して一定の勾配を持つ
   ことを特徴とする自動車。
8. ペダルと、前記ペダルに対する踏力を検出する踏力検出手段と、車両出力を出力する車両出力装置とを備え、前記踏力検出手段が検出した踏力に基づいて車両出力あるいは車両出力指令を出力する自動車であって、
   前記踏力検出手段が検出した踏力に基づいて、踏み動作か放し動作か保持動作かの動作状態を検出する動作状態判断手段を備え、踏み動作における踏力に対する車両出力あるいは車両出力指令と、放し動作における踏力に対する車両出力あるいは車両出力指令との間にヒステリシスを有し、
   前記ペダルを踏み込むとペダル位置がストロークし、保持動作における車両出力あるいは車両出力指令が踏力に対して一定の勾配を持つ
   ことを特徴とする自動車。
9. 請求項７または８記載の自動車において、保持動作において踏力が増加した場合（踏み保持動作）と、保持動作において踏力が減少した場合（放し保持動作）とで、保持動作における踏力に対する車両出力あるいは車両出力指令の勾配が異なることを特徴とする自動車。
10. 請求項７〜９のいずれか１項記載の自動車において、
    保持動作において踏力が増加した場合（踏み保持動作）は、踏力の増加に伴って車両出力あるいは車両出力指令を大きくし、保持動作において踏力が減少した場合（放し保持動作）は、踏力に関わらず車両出力あるいは車両出力指令を一定に保つことを特徴とする自動車。
11. 請求項７〜１０のいずれか１項記載の自動車において、前記ペダルに踏力がかかっていないかほとんどかかっていない状態から踏力が増加した時、予め定められた所定の踏力（無効踏力）以下では車両出力あるいは車両出力指令が発生しない状態を保つことを特徴とする自動車。
12. 請求項７〜１１のいずれか１項記載の自動車において、前記ペダルがアクセルペダルあるいはブレーキペダルであることを特徴とする自動車。

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