JP6587413B2 - ブレーキペダル装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車運転模擬装置に取り付けられるブレーキペダル装置に関する。

自動車の運転の教育、訓練および運転技術の研究等のために、自動車の運転を模擬する自動車運転模擬装置が知られている。自動運転模擬装置は、実際の自動車と同様の操作を行うと、表示装置に景観を表示する。運転者は、実際の自動車を運転している感覚にてハンドル等を操作して運転の訓練等を実施することができる。

自動車運転模擬装置には、ハンドルやアクセルペダルの他に、実際の自動車と同様のブレーキペダルを含むブレーキペダル装置が配置される。

特許文献１には、ドライバーがブレーキペダルを操作した時に受ける反力の調整を、パソコンにより制御可能なサーボモータを用いて行うことにより反力の調整が可能なブレーキ反力模擬装置が開示されている。

特許文献２には、アクセルのアームの端部に接触する第１の圧縮バネと、アームのある程度のストロークにより接触する第２の圧縮バネとをシャーシに収容し、ストロークの前半より後半の反力を大きくするアクセルペダル反力発生装置が開示されている。

特開平８−２０２２５４号公報 特開平８−２６３１６０号公報

自動車運転模擬装置のブレーキペダルには、踏み込んだときに反力を付与するスプリングが連結される。自動車のブレーキペダルの反力は、車種に応じて様々な大きさに設定されている。例えば、軽自動車ではブレーキペダルの反力は軽く設定されている。普通自動車のブレーキペダルの反力は、軽自動車のブレーキペダルの反力よりも大きく設定される。また、普通自動車の中でも、ブレーキペダルの反力は、製造者や車種に応じて個別に設定されている。例えば、外国の製造者の自動車におけるブレーキペダルの反力は日本の製造者の自動車におけるブレーキペダルの反力に比べて大きい傾向を有する。

自動車運転模擬装置は、実際の自動車に近い運転感覚にて操作を行えることが好ましい。ブレーキペダル装置においても同様に、ブレーキペダルの反力を実際の自動車のブレーキペダルの反力とほぼ同じにして、運転の訓練等を行うことが好ましい。また、１つの自動車運転模擬装置にて、複数の車種の模擬運転を行えることが好ましい。

ところが、従来のブレーキペダル装置では、ブレーキペダルの反力を変更する場合には、ブレーキペダルに取り付けられたスプリングを取り替えなければならなかった。または、上記の特開平８−２０２２５４号公報に開示されているブレーキ反力模擬装置のように、パソコンを用いてサーボモータの制御を行う等の複雑な構造の装置が必要であった。

本発明の第１のブレーキペダル装置は、自動車運転模擬装置に取り付けられるブレーキペダル装置であって、ベース部材と、ベース部材に揺動可能に支持されているブレーキペダルと、ブレーキペダルを付勢する弾性部材と、弾性部材をブレーキペダルに連結する連結手段とを備える。弾性部材は、ベース部材に回動可能に支持されており、連結手段は、弾性部材の回動角度を変化させて、複数の位置にて弾性部材をブレーキペダルに連結可能に形成されている。ブレーキペダルは、ベース部材に揺動可能に支持されている揺動部材と、揺動部材の先端に固定されている踏込み板とを含み、揺動部材には、複数の穴部が形成されており、連結手段は、揺動部材と、弾性部材の先端に配置され、穴部が形成された係合部材と、揺動部材の穴部および係合部材の穴部に挿通して、係合部材を揺動部材に連結する棒状部材とを含む。揺動部材の穴部は、弾性部材の回転軸を中心とした円弧線上に形成されている。

上記発明においては、上記弾性部材は、第１の弾性部材を構成し、ブレーキペダルを付勢する第２の弾性部材を更に備え、連結手段は、第２の弾性部材が最も伸びたブレーキペダルの位置にて、第１の弾性部材を回動してブレーキペダルに連結可能に形成されていることが好ましい。

本発明の第２のブレーキペダル装置は、自動車運転模擬装置に取り付けられるブレーキペダル装置であって、ベース部材と、ベース部材に揺動可能に支持されているブレーキペダルと、ブレーキペダルを付勢する第１の弾性部材および第２の弾性部材と、第１の弾性部材をブレーキペダルに連結する連結手段とを備える。第１の弾性部材は、ベース部材に回動可能に支持されており、連結手段は、第１の弾性部材の回動角度を変化させて、複数の位置にて第１の弾性部材をブレーキペダルに連結可能に形成されている。連結手段は、第２の弾性部材が最も伸びたブレーキペダルの位置にて、第１の弾性部材を回動してブレーキペダルに連結可能に形成されている。

本発明によれば、ブレーキペダルの反力の調整が容易な自動車運転模擬装置のブレーキペダル装置を提供することができる。

実施の形態における自動車運転模擬装置の概略斜視図である。 実施の形態におけるブレーキペダル装置の斜視図である。 実施の形態におけるブレーキペダル装置の正面図である。 実施の形態におけるブレーキペダル装置のブレーキペダルに付勢力を付与する部分の拡大部分断面図である。 実施の形態におけるブレーキペダル装置の第１の側面図である。 実施の形態におけるブレーキペダル装置の第２の側面図である。

図１から図６を参照して、実施の形態における自動車運転模擬装置のブレーキペダル装置について説明する。

図１に、本実施の形態における自動車運転模擬装置を示す。自動車運転模擬装置１は、運転席２、ハンドル３、アクセルペダル５およびブレーキペダル１１を備える。また、自動車運転模擬装置１は、運転者がフロントガラスを通して見える景観を表示する表示装置４と、表示装置４を制御する演算処理装置とを備える。表示装置４は、運転席の前側に配置される。演算処理装置は、例えばデジタルコンピュータにより構成される。演算処理装置には、道路や市街地などの景観の画像を含むデータベースが予め記憶されている。

運転者は、運転席２に座り、通常の自動車の運転と同様の操作を行う。運転者が運転席２の近傍に配置されたハンドル３、アクセルペダル５、およびブレーキペダル１１等を操作すると、これらの操作量に応じた信号が演算処理装置に入力される。

演算処理装置は、例えば、アクセルペダル５の踏込み量、ブレーキペダル１１の踏込み量、およびハンドル３の回転量等の操作量を検出する。演算処理装置は、これらの操作量に基づいて自動車の運動を計算する。そして、演算処理装置は、予め記憶された景観のデータベースを参照して、自動車の運動に対応する運転席からの景観の画像を算出する。そして、演算処理装置は、計算により得られた画像を表示装置４に表示する。自動車運転模擬装置１を用いることにより、運転者は、実際の車を運転している感覚にて運転の訓練等を行うことができる。

図２に、本実施の形態におけるブレーキペダル装置の斜視図を示す。図３に、本実施の形態におけるブレーキペダル装置の正面図を示す。図２および図３を参照して、ブレーキペダル装置１０は、ブレーキペダル１１を揺動可能に支持するベース部材１６を含む。ベース部材１６は、板状に形成されたベースプレート１６ａと、ベースプレート１６ａから立設するシャーシ１６ｂとを含む。ブレーキペダル１１は、ベース部材１６に支持されている揺動部材としてのアーム１２と、アーム１２の先端に固定されている踏込み板１３とを有する。本実施の形態のアーム１２は、板状に形成されている。アーム１２は、シャーシ１６ｂに支持されている回転シャフト１５の軸線を回転中心にして揺動する。

回転シャフト１５にはポテンショメータ１７が接続されている。ポテンショメータ１７は、運転者がブレーキペダル１１を踏込んだときの踏込み量を検出する。より具体的には、ポテンショメータ１７は、回転シャフト１５の回転角を検出するように形成されている。そして検出された回転角は、信号線１８を通して演算処理装置に送出される。

図４に、本実施の形態におけるブレーキペダル装置のブレーキペダルを付勢する部分を拡大した部分断面図を示す。図２から図４を参照して、ブレーキペダル装置１０は、ブレーキペダル１１を付勢する第１の弾性部材としての第１のコイルスプリング２２を含む。本実施の形態では、２個のコイルスプリング２２が配置され、ブレーキペダル１１のアーム１２が付勢されている。

コイルスプリング２２の内部には、シャフト２７が挿通している。シャフト２７は、筒状部材２８を介して支持部材２３に支持されている。支持部材２３は、シャフト部２３ａを有する。支持部材２３は、シャフト部２３ａにより固定部材２５に支持されている。支持部材２３は、シャフト部２３ａの軸線を回転中心として回動可能に形成されている。固定部材２５は、ベースプレート１６ａに固定されている。支持部材２３には筒状部材２８が固定されている。筒状部材２８は板状に形成されたつば部２８ａを有する。シャフト２７は、筒状部材２８の内面に摺動するように配置されている。この様に、シャフト２７およびコイルスプリング２２は、矢印９２に示す様に、シャフト部２３ａの周りに回動可能に形成されている。

シャフト２７の一方の端部には、つば状のストッパー部２７ａが形成されている。ストッパー部２７ａが支持部材２３に当接することにより、シャフト２７が筒状部材２８から抜けることが阻止されている。ストッパー部２７ａが支持部材２３に当接したときには、この配置において第１のコイルスプリング２２が最も伸びた状態になる。

シャフト２７の他方の端部には、アーム１２と連結する第１の係合部材２１が固定されている。コイルスプリング２２は、第１の係合部材２１と筒状部材２８のつば部２８ａとの間に配置されている。第１の係合部材２１は、コイルスプリング２２の先端に配置されている。第１のコイルスプリング２２は、伸縮可能に形成されている。第１のコイルスプリング２２は、ブレーキペダル１１が踏込まれた時に、矢印９３に示すように、踏み込まれる力に対する反力をアーム１２に提供する。第１の係合部材２１には、穴部２１ａが形成されている。

ブレーキペダル装置は、第１のコイルスプリング２２をブレーキペダル１１のアーム１２に連結する連結手段を備える。第１のコイルスプリング２２は、第１の係合部材２１を介してアーム１２に連結されている。本実施の形態の連結手段は、複数の穴部１２ａを有するアーム１２と、穴部２１ａを有する第１の係合部材２１とを含む。また、連結手段は、係合部材２１をアーム１２に連結する棒状部材としてのボールロックピン２６を含む。

アーム１２の穴部１２ａと係合部材２１の穴部２１ａとの位置を合せた状態で、矢印９１に示すようにボールロックピン２６を押し込むことにより、係合部材２１をアーム１２に連結することができる。

ボールロックピン２６は、飛び出す方向に付勢されたボール部２６ａを先端部に有する。ボールロックピン２６を穴部２１ａに押し込むことにより、ボール部２６ａが後退し、係合部材２１の穴部２１ａとアーム１２の穴部１２ａにボールロックピン２６を挿通することとができる。ボールロックピン２６が予め定められた深さまで挿入された時には、ボール部２６ａが貫通してボール部２６ａが突出した状態になる。このため、ボールロックピン２６が抜けることを抑制できる。

また、ボールロックピン２６を引き抜くときにも同様に、ボールロックピン２６を引くことによりボール部２６ａが穴部２１ａに接触して後退する。このため、容易にボールロックピン２６を引き抜くことができる。

前述のように、ブレーキペダル１１が踏込まれた時には、アーム１２が回転シャフト１５の軸線を回転中心にして揺動する。この時に、第１の係合部材２１は、ベースプレート１６ａに近づく向きに移動する。シャフト２７は筒状部材２８に沿って移動する。コイルスプリング２２は第１の係合部材２１とつば部２８ａとの間で縮む。そして、コイルスプリング２２は、矢印９３に示すようにブレーキペダル１１に反力を付与する。

本実施の形態におけるブレーキペダル装置１０は、ブレーキペダル１１を付勢する第２の弾性部材として第２のコイルスプリング３２を備える。本実施の形態の第２のコイルスプリング３２は、第１のコイルスプリング２２よりも上方に配置されている。ベースプレート１６ａには、固定部３３が形成されている。固定部３３には筒状部材３８が固定されている。第２のシャフト３７は、筒状部材３８に支持されている。第２のシャフト３７は、筒状部材３８の内面に摺動する。第２のシャフト３７には、つば状のストッパー部３７ａが形成されている。ストッパー部３７ａが固定部３３に接触することにより、シャフト３７の飛び出しが阻止される。

第２のシャフト３７の端部には、第２の係合部材３１が連結されている。コイルスプリング３２は、第２の係合部材３１と固定部３３との間に配置されている。第２の係合部材３１は、固定ピン３４によりブレーキペダル１１のアーム１２に連結されている。このように、第２のコイルスプリング３２も第２の係合部材３１を介してアーム１２に連結されている。

ブレーキペダル１１が踏込まれた時には、第２の係合部材３１は、ベースプレート１６ａに近づく向きに移動する。第２のシャフト３７は筒状部材３８に沿って移動する。第２のコイルスプリング３２が縮むことにより、矢印９４に示すように、ブレーキペダル１１に反力を付与することができる。

また、第１のコイルスプリング２２が配置されている領域の下方には、ストッパー部材４５が配置されている。ストッパー部材４５は、弾性を有する部材から形成されている。ストッパー部材４５は、例えばゴムにて形成されている。ストッパー部材４５は、ベース部材１６のベースプレート１６ａに固定されている。ブレーキペダル１１が強く踏込まれたときに、アーム１２がストッパー部材４５に当接して踏込みが阻止される。すなわち、アーム１２がストッパー部材４５に当接することにより、アーム１２の揺動の限界が設定されている。

なお、本実施の形態の２個の第１のコイルスプリング２２の合計の弾性力は、第２のコイルスプリング３２の弾性力よりも小さくなるように形成されている。すなわち、２個のコイルスプリング２２を１個のコイルスプリングと見做したときのばね定数ｋＢは、第２のコイルスプリング３２のばね定数ｋＡよりも小さく形成されている。なお、第１のコイルスプリング２２のばね定数および第２のコイルスプリング３２のばね定数は、要求される反力に応じて設定することができる。

ところで、本実施の形態の第１のコイルスプリング２２をブレーキペダル１１に連結する連結手段は、第１のコイルスプリング２２の回動角度を変えることにより、複数の位置にてコイルスプリング２２をブレーキペダル１１に連結可能に形成されている。すなわち、アーム１２に対するコイルスプリング２２の伸縮する方向の角度を変更して、係合部材２１をアーム１２に連結可能に形成されている。

図４を参照して、アーム１２の複数の穴部１２ａは、コイルスプリング２２の回転軸を中心にした円弧線９９上に配置されている。すなわち、複数の穴部１２ａは、それぞれの穴部１２ａと支持部材２３の回転軸との距離が一定になるように形成されている。そして、任意の穴部１２ａを選択して、係合部材２１を連結することができる。

図５に、本実施の形態のブレーキペダル装置の第１の状態を説明する側面図を示す。図６に、本実施の形態のブレーキペダル装置の第２の状態を説明する側面図を示す。図５に示す第１の状態では、第１の係合部材２１は、アーム１２に形成された最も下側の穴部１２ａに連結されている。図６に示す第２の状態では、第１の係合部材２１は、アーム１２に形成された最も上側の穴部１２ａに連結されている。図５および図６では、実線にてブレーキペダルを踏み込む前の状態が示されており、破線にてブレーキペダルを踏込んだ時の状態が示されている。図５に示す第１の状態では、ブレーキペダル１１に対する反力が最も大きくなる状態である。そして、図６に示す第２の状態では、ブレーキペダル１１に対する反力が最も小さな状態である。

図５を参照して、ブレーキペダル１１は、運転者により矢印９５に示す向きに踏込まれる。ここで、第２のコイルスプリング３２が発生する力ＴＡ、２個の第１のコイルスプリング２２を１つのコイルスプリングと見做した時のばね定数ｋＢ、第１のコイルスプリング２２の自由長からの変形量ＳＢを定める。また、鉛直方向において、回転シャフト１５の回転軸から踏込み板１３の力が作用する点までの距離ＸＣと、回転シャフト１５の回転軸から第２のコイルスプリング３２の付勢力がアーム１２に作用する点までの距離ＸＡと、回転シャフト１５の回転軸から第１のコイルスプリング２２の付勢力がアーム１２に作用する点までの距離ＸＢとを定める。これらの変数を用いると、ブレーキペダルに供給される反力Ｆは次の式（１）にて表される。

F=(TA・XA + kB・SB・XB・sinθ)/XC …（１）

ここで、角度θは、鉛直下向きに対する第１のコイルスプリング２２が延びる方向（伸縮する方向）の角度である。角度θは、第１のコイルスプリング２２が延びる方向に対するアーム１２の延びる方向の角度αに対応する。

図５に示す第１の状態では、距離ＸＢが大きいために、所定の踏込む深さに対する第１のコイルスプリング２２の縮み量が大きくなる。また、支点としての回転シャフト１５の回転軸から作用点としてのボールロックピン２６が挿通されている位置までの距離ＸＢが長いために反力は大きくなる。一方で、図６に示す第２の状態では、距離ＸＢが小さくなるために、所定の踏込み深さに対する第１のコイルスプリング２２の縮み量が小さくなる。また、支点としての回転シャフト１５の回転軸から作用点としてのボールロックピン２６が挿通されている位置までの距離ＸＢが短いために反力は小さくなる。

換言すると、上記の式（１）を参照して、第１の係合部材２１を連結する穴部１２ａの位置が上側になるほど角度θは大きくなる。矢印９３に示す方向のコイルスプリング２２の付勢力の水平方向の分力が踏込み方向の反力になる。このために、角度θが大きくなるほど反力が小さくなる。すなわち、角度θが大きくなるほど付勢力が分散されるために踏込み板１３を踏込む力に対する反力は小さくなる。

このように、本実施の形態のブレーキペダル装置１０では、係合部材２１を介してコイルスプリング２２を連結する穴部１２ａが下側であるほど、ブレーキペダル１１に作用する反力を大きくすることができる。すなわち、係合部材２１を連結する穴部１２ａが下側になるほどブレーキペダル１１は重くなる。このように、アーム１２の穴部１２ａの連結位置を変更すると、第１のコイルスプリング２２の回動角度を変化させることができる。そして、ボールロックピン２６の差し込む位置を変更することにより、容易にブレーキペダル１１に作用する反力の大きさを変更することができる。

ところで、図４は、ボールロックピン２６が抜かれている状態であり、第１の係合部材２１とアーム１２との連結が解除されている。第１のコイルスプリング２２および第２のコイルスプリング３２は、最も伸びた状態になっている。ストッパー部３７ａが固定部３３に係止し、ストッパー部２７ａが支持部材２３に係止している。

アーム１２の穴部１２ａは、第２のコイルスプリング３２が最も伸びたブレーキペダル１１の位置において、第１のコイルスプリング２２を回動してアーム１２に連結可能に形成されている。また、第１のコイルスプリング２２も最も伸びた状態にて、第１の係合部材２１の穴部２１ａが、アーム１２の穴部１２ａと重なる様に形成されている。このため、運転者は、ボールロックピン２６を抜いた状態で、コイルスプリング２２を回動することにより、穴部１２ａ，２１ａ同士の位置を容易に合わせることができる。

たとえば、第２の弾性部材としての第２のコイルスプリング３２を配置していなければ、第１の係合部材２１とアーム１２との連結を解除すると、アーム１２は鉛直下向きに垂れ下がるために、穴部１２ａ，２１ａ同士の位置合わせが難しくなる。このように、第２の弾性部材を配置することにより、容易に穴部１２ａ，２１ａ同士の位置合わせを行うことができる。なお、第２の弾性部材としての第２のコイルスプリング３２は配置されていなくても構わない。

また、本実施の形態の連結手段は、複数の穴部１２ａが形成されたアーム１２と、穴部２１ａが形成された第１の係合部材２１と、アーム１２の穴部１２ａおよび係合部材２１の穴部２１ａに挿通して、係合部材２１をアーム１２に連結するボールロックピン２６とを含む。この構成により、係合部材２１とアーム１２との連結および解除を容易に行うことができる。

特に、本実施の形態では、係合部材２１をアーム１２に連結する棒状部材としてボールロックピン２６を採用している。ボールロックピン２６を採用することにより、容易に、アーム１２と係合部材２１との連結および解除を行うことができる。なお、連結手段としては、第１のコイルスプリングの回動角度を変化させて、複数の位置にて第１のコイルスプリングをブレーキペダルに連結できる任意の構成を採用することができる。例えば、ボールロックピンの代わりにねじを用いて係合部材をアームに固定しても構わない。

ブレーキペダルを付勢する第１の弾性部材および第２の弾性部材としては、コイルスプリングに限られず、ブレーキペダルの踏込みに対する反力を供給する任意の部材を採用することができる。

上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される実施の形態の変更が含まれている。

１ 自動車運転模擬装置
１０ ブレーキペダル装置
１１ ブレーキペダル
１２ アーム
１２ａ 穴部
１６ ベース部材
１６ａ ベースプレート
２１ 係合部材
２１ａ 穴部
２２ コイルスプリング
２３ａ シャフト部
２６ ボールロックピン
３１ 係合部材
３２ コイルスプリング

Claims (3)

1. 自動車運転模擬装置に取り付けられるブレーキペダル装置であって、
   ベース部材と、
   ベース部材に揺動可能に支持されているブレーキペダルと、
   ブレーキペダルを付勢する弾性部材と、
   前記弾性部材をブレーキペダルに連結する連結手段とを備え、
   前記弾性部材は、ベース部材に回動可能に支持されており、
   連結手段は、前記弾性部材の回動角度を変化させて、複数の位置にて前記弾性部材をブレーキペダルに連結可能に形成されており、
   ブレーキペダルは、ベース部材に揺動可能に支持されている揺動部材と、前記揺動部材の先端に固定されている踏込み板とを含み、
   前記揺動部材には、複数の穴部が形成されており、
   連結手段は、前記揺動部材と、前記弾性部材の先端に配置され、穴部が形成された係合部材と、前記揺動部材の穴部および前記係合部材の穴部に挿通して、前記係合部材を前記揺動部材に連結する棒状部材とを含み、
   前記揺動部材の穴部は、前記弾性部材の回転軸を中心とした円弧線上に形成されている、ブレーキペダル装置。
2. 前記弾性部材は、第１の弾性部材を構成し、
   ブレーキペダルを付勢する第２の弾性部材を更に備え、
   連結手段は、第２の弾性部材が最も伸びたブレーキペダルの位置にて、第１の弾性部材を回動してブレーキペダルに連結可能に形成されている、請求項１に記載のブレーキペダル装置。
3. 自動車運転模擬装置に取り付けられるブレーキペダル装置であって、
   ベース部材と、
   ベース部材に揺動可能に支持されているブレーキペダルと、
   ブレーキペダルを付勢する第１の弾性部材および第２の弾性部材と、
   前記第１の弾性部材をブレーキペダルに連結する連結手段とを備え、
   前記第１の弾性部材は、ベース部材に回動可能に支持されており、
   連結手段は、前記第１の弾性部材の回動角度を変化させて、複数の位置にて前記第１の弾性部材をブレーキペダルに連結可能に形成されており、更に、前記第２の弾性部材が最も伸びたブレーキペダルの位置にて、前記第１の弾性部材を回動してブレーキペダルに連結可能に形成されている、ブレーキペダル装置。

Images