(57)【要約】【課題】装置の小型化と応答性の向上に資するアクセルペダル装置を提供する。【解決手段】本発明に係るアクセルペダル装置は、回動可能に設置されるペダルアーム２１０と、ペダルアーム２１０を初期位置に復帰させるリターンスプリング２２０と、ペダルアーム２１０に作用する制動力を発生させる電子制御式ダンパー２３０とを備え、電子制御式ダンパー２３０が、作動媒体として磁気粘性流体を用いた回転型可変制動機構であることを特徴とする。作動媒体として磁気粘性流体を用いた回転型可変制動機構は、小型でも高トルクを発生させることができ、且つペダルアーム２１０にトルクを伝達する構成を至極簡素にし得る。従って、装置の小型化を図ることが可能になる。また、ペダルアーム２１０の挙動に迅速に対応した制動力を発生させることが可能になるので、操作感の向上に資する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回動可能に設置されるペダルアームと、該ペダルアームを初期位置に復帰させるリターンスプリングと、前記ペダルアームに作用する制動力を発生させる電子制御式ダンパーとを備え、前記電子制御式ダンパーが、作動媒体として磁気粘性流体を用いた回転型可変制動機構であることを特徴とするアクセルペダル装置。
【請求項２】
前記電子制御式ダンパーが、前記ペダルアームの回動方向と逆向きの制動力を発生させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のアクセルペダル装置。
【請求項３】
前記電子制御式ダンパーが、前記磁気粘性流体が充填される室と、該室内で回動可能な筒状ローターとを備え、前記磁気粘性流体の剪断応力が前記筒状ローターの外周面及び内周面に作用するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のアクセルペダル装置。
【請求項４】
前記電子制御式ダンパーが、前記ペダルアームの回動角度を検出し得る変位センサを備えることを特徴とする請求項１に記載のアクセルペダル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクセルペダル装置に関し、特に、電子制御式ダンパーを具備した装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃費低減の要請のもと、自動車（内燃機関式自動車、ＥＶ、ＨＥＶ、Ｐ−ＨＥＶ）の車載部品の電子制御化が進められている。この電子制御化の要請は、自動車の速度調整を行うアクセルペダル装置についても課された事項である。
【０００３】
特開２００６−１９３０１２号公報（特許文献１）には、其の一例として、反力を発生させるモータを具備したアクセルペダル装置が紹介されている。特許文献１で紹介されている技術について、図６の上段部（先行技術）を参照し説明する。尚、同図は、運転席フロアーに設けられたアクセルペダル装置の挙動を示す概略図である。
【０００４】
特許文献１によると、この装置は、アクチュエータとしてのモータを備えており、図６に示したように、加速走行時の場面（ペダルプレート１７０に踏力（ペダルプレート１７０を踏み込む力）ｆｇを与えて、ペダルアーム１１０の踏込角θを増加させる場面）では、モータを作動させて踏込方向（この時にペダルアーム１００が回転する方向）とは逆の向き（復帰方向）に反力ｆｍを発生させる。この装置は、初期位置Ａからの踏込角θに応じて反力ｆｍを制御する構成であり、ペダルプレート１７０が初期位置Ａから踏込まれていれば其の反力ｆｍを発生させるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１９３０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に係る技術では、図６に示したように、定速走行時の場面（踏込角θが一定で変わらない場面）であっても、踏込角θが生じていればモータからトルクが出力されるので、運転者の足元に反力ｆｍが与えられてしまう。従って、この装置は、ペダルプレート１７０が踏み込まれている間、反力ｆｍを常に発生させる為、モータの消費電力が大きくなってしまう。
【０００７】
また、踏込角θを一定に維持したい場合、運転者がペダルプレート１７０を踏み込んでいる間、反力ｆｍが足元に常に与えられる為、運転者は、反力ｆｍ（正確には、反力ｆｍには、リターンスプリングの弾性力によって発生するトルクも含まれる。）と釣合うよう踏力ｆｇを調整し続けなければならない。例えば、高速道路での長距離運転では、交通環境の変化が少ない為、ペダルプレート１７０の踏み込み量を変えずに定速走行させることがある。しかし、特許文献１の技術では、このような定速走行時の場面でもモータからのトルクの出力が続くので、運転者による踏力ｆｇの調整が必要となり、運転者の疲労の度合を大きくさせてしまう。
【０００８】
また、モータの使用は、装置の大型化を招くという問題がある。さらに、ペダルアーム１１０とモータとの間にモータのトルクを伝達する種々の部材が介在することによって、ペダルアーム１１０の挙動に対する応答性が低下し、操作感が悪化するという問題もある。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、装置の小型化と応答性の向上に資するアクセルペダル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明は、以下のアクセルペダル装置を提供する。
１．回動可能に設置されるペダルアームと、該ペダルアームを初期位置に復帰させるリターンスプリングと、前記ペダルアームに作用する制動力を発生させる電子制御式ダンパーとを備え、前記電子制御式ダンパーが、作動媒体として磁気粘性流体を用いた回転型可変制動機構であることを特徴とするアクセルペダル装置。
２．前記電子制御式ダンパーが、前記ペダルアームの回動方向と逆向きの制動力を発生させる（即ち、前記ペダルアームが踏込方向へ回転するときは、復帰方向へ制動力を発生させ、前記ペダルアームが復帰方向へ回転するときは、踏込方向へ制動力を発生させる）ように構成されていることを特徴とする前記１に記載のアクセルペダル装置。
３．前記電子制御式ダンパーが、前記磁気粘性流体が充填される室と、該室内で回動可能な筒状ローターとを備え、前記磁気粘性流体の剪断応力が前記筒状ローターの外周面及び内周面に作用するように構成されていることを特徴とする前記１に記載のアクセルペダル装置。
４．前記電子制御式ダンパーが、前記ペダルアームの回動角度（即ち、前記ペダルアームの踏込角の増加及び減少）を検出し得る変位センサを備えることを特徴とする前記１に記載のアクセルペダル装置。
【発明の効果】
【００１１】
前記１乃至４に記載の本発明によれば、電子制御式ダンパーが、作動媒体として磁気粘性流体を用いた回転型可変制動機構である為、小型でも高トルクを発生させることができ、且つペダルアームにトルクを伝達する構成を至極簡素にし得る。従って、装置の小型化を図ることが可能になる。また、ペダルアームの挙動に迅速に対応した制動力を発生させることが可能になるので、操作感の向上に資するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施例１に係るアクセルペダル装置の分解斜視図である。
【図２】図２は、実施例１に係るアクセルペダル装置の斜視図である。
【図３】図３は、実施例１に係るアクセルペダル装置にペダルプレートを取り付けた状態を示す斜視図である。
【図４】図４は、実施例１で採用した制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、制動力の設定値と踏込角との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、先行技術の挙動と実施例１の挙動を比較した図である。
【図７】図７は、実施例２に係るアクセルペダル装置の分解斜視図である。
【図８】図８は、実施例２に係るアクセルペダル装置の斜視図である。
【図９】図９は、実施例２で採用した電子制御式ダンパーの斜視図である。
【図１０】図１０は、実施例２で採用した電子制御式ダンパーの内部構造を示す断面図である。
【図１１】図１１は、回転軸及び変位センサの配置図である。
【図１２】図１２は、負荷トルクと踏込角との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して具体的に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、実施例１に係るアクセルペダル装置の分解斜視図であり、図２は、同実施例の斜視図である。これらの図に示したように、アクセルペダル装置１００は、ペダルアーム１１０と、ハウジングを構成する第１部材１２０及び第２部材１３０と、電子制御式ダンパー１４０と、制御装置１５０と、リターンスプリング１６０とを有して構成される。
【００１５】
ペダルアーム１１０は、軸受格納部１１３と、軸受格納部１１３の前方に存するペダルプレート装着部１１１と、軸受格納部１１３の後方に存するリターンスプリング接続部１１２とを有して構成される。軸受格納部１１３の内部には、ベアリングまたはスベリ軸受といった軸受が固定されている。当該軸受は、其の内部へ嵌入される軸体との間で生じるラジアル方向の摩擦を緩和する役割を果たす。
【００１６】
図３に示したように、ペダルプレート装着部１１１には、アクセルペダル装置１００の組立後に、ペダルプレート１７０が装着される。
【００１７】
図１に戻り、リターンスプリング接続部１１２には、リターンスプリング１６０の一端が固定される。本実施例では、リターンスプリング１６０として圧縮コイルばねが採用されている。リターンスプリング１６０は、ペダルアーム１１０が踏込方向へ回転したときに、リターンスプリング接続部１１２によって圧縮される。従って、リターンスプリング１６０の弾性力は、リターンスプリング接続部１１２に与えられる。
【００１８】
第１部材１２０は、リターンスプリング収容部１２１、ペダルアーム収容部１２４及び開窓部１２２を有して構成される。リターンスプリング収容部１２１には、リターンスプリング１６０が格納される。リターンスプリング１６０の他端は、リターンスプリング収容部１２１の内面に当接している。
【００１９】
ペダルアーム収容部１２４には、摺動軸１２３が設けられている。摺動軸１２３は、円柱状の軸体を有する。当該軸体は、軸受格納部１１３の内部に固定された軸受に嵌入され、これにより、ペダルアーム１１０は、一定範囲の回動が可能なように第１部材１２０に取り付けられる。
【００２０】
かかるペダルアーム１１０は、リターンスプリング１６０に接続されている為、踏込方向へ回転すると、これに応じてリターンスプリング１６０の弾性力が増大する。ペダルアーム１１０は、この弾性力によって、初期位置Ａへ戻される。
【００２１】
第２部材１３０は、ペダルアーム収容部１３４及び開窓部１３１を有して構成される。ペダルアーム収容部１３４には、開口部１３２と複数の貫通穴１３３が設けられている。開口部１３２は、軸受格納部１１３に対応する位置に形成されている。複数の貫通穴１３３は、開口部１３２の周りに形成されている。
【００２２】
開窓部１３１は、開窓部１２２と対称形である。開窓部１３１と開窓部１２２は、第１部材１２０と第２部材１３０が組み合わされたときに一つの矩形窓を形成する。図２に示したように、ペダルプレート装着部１１１は、この矩形窓から外部へ突出するように配置される。矩形窓の開口寸法は、ペダルアーム１１０の動作範囲に合わせて決められている。
【００２３】
本実施例では、第１部材１２０と第２部材１３０が組み合わされることによってハウジングが構成される。また、本実施例では、ペダルアーム１１０、ハウジング及びリターンスプリング１６０によって一つの機構部が構成される。かかる機構部は、ペダルプレート１７０へ踏力が与えられた際、其の力をペダルアーム１１０を介して踏込トルクに変換する。
【００２４】
電子制御式ダンパー１４０は、電力が入力されると制動力を発生させるダンパーである。本実施例では、電子制御式ダンパー１４０としてローター及びステーターを備えて構成される回転電機を用いた可変制動機構が採用されている。当該可変制動機構は、電気角を制御することでローターの固定軸に制動力を発生させる。この動作は、ローターの磁束方向に一致するｄ軸電流から電気角を遅角させる方法や当該電気角を固定させる方法等を用いて所望の制動力を発生させるものである。
【００２５】
図２に示したように、電子制御式ダンパー１４０は、第２部材１３０に固定される。ローターの固定軸は、開口部１３２から露出する軸受格納部１１３に固定される。これにより、ペダルアーム１１０とローターの動作が連動する。ここで、電子制御式ダンパー１４０の制動力は、踏込方向とは逆の向きに働く。従って、ペダルプレート１７０を踏み込む運転者の足元には、踏込方向とは逆の向きの抵抗力が与えられることとなる。そして、電子制御式ダンパー１４０へ与える電力を調整することで、ペダルプレート１７０を踏み込む際に足元に与えられる抵抗力が制御される。
【００２６】
図１に示したように、電子制御式ダンパー１４０には、踏込角θを検出するために、回転可変抵抗１４０ａが設けられている。当該回転可変抵抗１４０ａは、ペダルアーム１１０の回転角度（踏込角θ）を示すポジション信号Ｓθを出力する。なお、これに限らず、他のセンサーを用いて角度検出を行っても良い。
【００２７】
電子制御式ダンパー１４０は、ペダルアーム１１０の踏込角θが増加した場合にのみ、制動力を発生させる。即ち、ペダルアーム１１０に制動力が作用するのは、ペダルプレート１７０を踏み込む場面のみである。従って、踏込角θを一定に保っている間は、リターンスプリング１６０の弾性力による抵抗のみが運転者の足元に与えられる。このような電子制御式ダンパー１４０の動作は、制御装置１５０によって制御される。
【００２８】
制御装置１５０は、筐体１５１、回路基板１５２及び蓋体１５３を有して構成される。筐体１５１は、リターンスプリング収容部１２１の開口部を閉塞する蓋１５１ａ及びコネクタ１５１ｂを有して構成される。回路基板１５２は、筐体１５１の内部に格納される。蓋体１５３は、筐体１５１の開口部を閉塞する。
【００２９】
かかる制御装置１５０は、第２部材１３０の適宜位置に取り付けられる。コネクタ１５１ｂには、電子制御式ダンパー１４０に接続される電力ケーブルが接続される。また、コネクタ１５１ｂは、ＣＡＮ通信ラインにも接続されている。
【００３０】
回路基板１５２には、適宜の回路が実装されており、其の回路の各々は、複数のパワートランジスタを実装させたインバータ回路、信号の入出力を行うＩ／Ｏ回路、Ａ／Ｄ変換回路並びにＣＰＵ及びメモリ等を有して構成される信号処理回路を構成している。
【００３１】
インバータ回路は、外部から供給された電力を適宜に変換し、電子制御式ダンパー１４０へ供給する為の相電流を制御する。制御装置１５０は、このインバータ回路の機能によって電気角を制御し、これにより、電子制御式ダンパー１４０が発揮する制動力の大きさを制御している。
【００３２】
信号処理回路は、メモリ等の記憶装置に種々のプログラムを格納させており、このソフトウェア資源とハードウェア資源が協働することにより、後述する様々な機能を構築させる。かかるプログラムには、当該機能を実現させる為の指令が記述されており、其の指令が順次実行されることで、所望の機能が実現される。かかる動作は、バスラインを介して命令レジスタにプログラム指令情報が読み込まれ、その指令情報に基づいて実行されるべき処理が行われる。
【００３３】
図４は、制御装置１５０の構成を示すブロック図である。制御装置１５０の機能は、電子制御式ダンパー１４０に与える電流の制御に関する。制御装置１５０は、制動力設定部１５０ａ、減算部１５０ｂ、フィードバック制御部１５０ｃ、ＰＷＭ信号生成部１５０ｄ及び制動力演算部１５０ｅを有して構成される。
【００３４】
尚、図４において、符号１４０ｂは、電流検出部であり、これは、ホール素子、カレントトランス等を用いて相電流を検出するものである。電流検出部１４０ｂで検出された電流値信号は、信号ラインを介して信号処理回路（制動力演算部１５０ｅ）に出力される。
【００３５】
制動力設定部１５０ａは、踏込角θに基づいて制動力の設定値ｆｒｅｑを決定する。制動力設定部１５０ａでは、図５に示したように、制動力の設定値ｆｒｅｑと踏込角θとの関係が特性曲線によって規定されている。
【００３６】
制動力設定部１５０ａは、回転可変抵抗１４０ａからポジション信号Ｓθを受信し、これにより、踏込角θの情報を取得する。また、制動力設定部１５０ａは、運転モード情報ｉＤＭに基づいて、制動力の強さを選択する。
【００３７】
本実施例では、図５に示したように、運転モードをスポーツモードＳ−ｍｏｄｅ、通常モードＣ−ｍｏｄｅ及び環境保護モードＥ−ｍｏｄｅの中から選択可能とされており、この順に制動力が強くなるよう特性曲線が規定されている。
【００３８】
以下、図５に示した環境保護モードＥ−ｍｏｄｅを参照して、制動力の設定値ｆｒｅｑの特性曲線の特徴について説明する。
【００３９】
まず、運転者がペダルプレート１７０を踏むことによって、ペダルアーム１１０が初期位置Ａから踏込方向へ回転すると、踏込角θが初期位置Ａ（θ＝０）から増加する。制御装置１５０は、踏込角θが第１の臨界角度θ１に達すると、設定値ｆｒｅｑの増加を開始させる。そして、踏込角θの増加が進むに従って、設定値ｆｒｅｑが制動力の下限値ｆａから増加していくとともに、曲線の増加率（踏込角θに対する設定値ｆｒｅｑの増加率）も徐々に増加していく。このように、設定値ｆｒｅｑの増加率を踏込角θに応じて増加させることで、運転者へ負荷の増加を敏感に感じさせることができる。その結果、オーバースロットルを効果的に排除することができる。
【００４０】
また、本実施例では、制動力の上限値ｆｂが設定されており、制動力が過度に強くならぬよう其の閾値にて飽和させている。制動力の上限値ｆｂを設ける意義は、急加速が必要な緊急の場面を考慮したものである。
【００４１】
一方、通常の運転においては、燃費及び安全性を考慮した場合に、フルスロットルに近い運転を極力避けることが望ましい。従って、通常の運転が行われる場面では、踏込角θが次式：
θ１≦θ≦θ２
の範囲に収まるようになっている。
【００４２】
このような事情により、第２の臨界角度θ２は、設定値ｆｒｅｑの飽和が開始されない角度に設定されるのが条件とされ、これを満たすには、第２の臨界角度θ２が設定値ｆｒｅｑの変曲点以下に設定されると良い。このように設定することで、第２の臨界角度θ２に至るまで、設定値ｆｒｅｑの増加率を上昇させ続け、其の範囲において制動力の増加を運転者が敏感に感じ取ることとなる。
【００４３】
尚、本実施例では、Ｅ−ｍｏｄｅの変曲点に第２の臨界角度θ２が設定されている。これは、Ｃ−ｍｏｄｅ及びＳ−ｍｏｄｅと比較して、Ｅ−ｍｏｄｅに係るものが一番増加率が高い為であり、こうすることで、全ての運転モードについて、上述した条件を満たすからである。
【００４４】
制動力設定部１５０ａにて制動力の設定値ｆｒｅｑが決定すると、当該設定値ｆｒｅｑが減算部１５０ｂに与えられる。減算部１５０ｂでは、実際の制動力ｆｉｎｓが与えられており、設定値ｆｒｅｑと制動力ｆｉｎｓとの差分値Δｆを算出する。
【００４５】
フィードバック制御部１５０ｃでは、比例ゲインと積分ゲインが設定されており、入力された差分値Δｆに基づいて、ｄ軸電流及びｑ軸電流を算出する。これらの電流は、電子制御式ダンパー１４０における電気角を指定するものである。そして、フィードバック制御部１５０ｃでは、算出したｄ軸電流及びｑ軸電流に基づいて三相電流の指令値を演算し、出力する。
【００４６】
ＰＷＭ信号生成部１５０ｄでは、三相電流の指令値と搬送波とを比較し、ＰＷＭ信号Ｓｐｗｍを生成する。ＰＷＭ信号生成部１５０ｄから出力されるＰＷＭ信号Ｓｐｗｍは、インバータ回路に提供される。本実施例では、このインバータ回路を介して電子制御式ダンパー１４０に電力が供給される。
【００４７】
電子制御式ダンパー１４０は、電力が供給されると、制動力を発生させる。そして、このとき、電力が消費される。一方、制動力が不要とされる場面（即ち、回転可変抵抗１４０ａによって検出されるペダルアーム１１０の踏込角θが増加していない場面）では、インバータ回路のパワートランジスタが全てオフ状態とされるので、電子制御式ダンパー１４０の電力消費が抑えられることとなる。
【００４８】
電流検出部１４０ｂは、相電流を検出し、相電流を現す検出信号Ｉｉｎｓを制動力演算部１５０ｅへ出力する。制動力演算部１５０ｅでは、当該検出信号Ｉｉｎｓを受けて、相電流に係る情報を電気角成分（ｄ軸電流及びｑ軸電流）に変換する。
【００４９】
更に、制動力演算部１５０ｅでは、当該電気角成分に基づいて、電子制御式ダンパー１４０から実際に発生している制動力ｆｉｎｓを算出する。当該制動力ｆｉｎｓは、電気角成分に対してリニアーな関係を有している為、この関係に基づいて算出することが可能である。
【００５０】
算出した制動力ｆｉｎｓは、減算部１５０ｂへフィードバックされる。フィードバック制御部１５０ｃでは、比例ゲインに応じて差分値Δｆを低下させるよう電気角成分の指令値を算出する。また、フィードバック制御部１５０ｃでは、積分ゲインが適宜に設定されており、それにより、制動力の設定値ｆｒｅｑの過剰設定を回避している。尚、フィードバック制御部１５０ｃでは、ＰＩ制御を機能させているが、応答速度を改善したい場合にはＰＩＤ制御を採用しても良い。
【００５１】
上述の如く、本実施例に係るアクセルペダル装置１００は、ペダルアーム１１０の踏込角θが増加した場合にのみ、制動力を発生させる構成である。従って、踏込角θが増加しなければ、運転者の足元へ負荷トルクを与えることは無い。このため、図６に示したように、加速走行時の場面では、運転者は、ペダルアーム１１０に対して復帰方向に作用する制動力ｆｉｎｓよりも大きい踏力ｆｇをペダルプレート１７０へ与えて踏込角θを増加させなければならない。従って、急発進や急加速を抑制することが可能になる。
【００５２】
一方、定速走行時の場面では、運転者は、ペダルプレート１７０に力を加えずとも（正確には、リターンスプリング１６０の弾性力によって発生するトルクと釣り合う踏力ｆｇのみで）踏込角θを一定に維持することが可能になる。従って、運転によって与えられる疲労の度合いが低減される。
【００５３】
また、ペダルプレート１７０の踏み込み量に変化が無い場合には、インバータ回路から電子制御式ダンパー１４０への電力供給が停止し、アクセルペダル装置１００は制動力を発生させないので、電子制御式ダンパー１４０の電力消費量を抑制できる。
【００５４】
更に、通常の運転が行われる場面では、踏込角θが第１の臨界角度θ１と第２の臨界角度θ２との間でアクセルペダル装置１００が操作されるので、制動力の設定値ｆｒｅｑの特性曲線の増加率が其の範囲において減少することはない。このため、運転者は、ペダルプレート１７０を踏み込むにつれ、踏込方向とは逆の向きの制動力を敏感に感じ取り、不必要な踏み込み動作を行わなくなる。
【００５５】
以上、本実施例に係るアクセルペダル装置１００について説明したが、本発明は本実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記された技術的思想の範囲内において、種々の変更が可能である。
【００５６】
例えば、本実施例では、電子制御式ダンパーが回転電機を用いた可変制動機構であるが、電子制御式ダンパーとして、磁気粘性流体を用いた可変制動機構を採用しても良い。この可変制動機構によっても、上記と同様の制動力を発生させることができる。
【００５７】
磁気粘性流体は、通称ＭＲＦと呼ばれるもので、磁性微粒子を流体中に分散させた懸濁液である。磁気粘性流体は、磁場が弱い時に見かけ上の粘性が低下し、磁場が強い時に見かけ上の粘性が上昇する性質を有するものである。
【００５８】
磁気粘性流体を用いた可変制動機構の一例として、ピストンとシリンダーを有する摺動機構と、該摺動機構に充填される磁気粘性流体と、ピストンの摺動方向両側を連通させるオリフィスと、磁気粘性流体に磁場を与える磁場発生装置と、磁場発生装置を電子的に作動させ磁場の強度を制御するコントローラとを有して構成されるものが挙げられる。
【００５９】
この可変制動機構は、電力を与えなければ磁場が発生しないので、磁気粘性流体の見かけの粘性に変化がなく、ピストンの摺動抵抗は低いままである。一方、電力を与えれば、これに応じた磁場が発生するので、磁気粘性流体の見かけの粘性が高くなり、ピストンの摺動抵抗が大きくなる。
【００６０】
この可変制動機構は、リターンスプリング１６０と並列になるように配置され、ペダルアーム１１０の回動に応じてピストンがシリンダ内で直線的に往復運動をする。この可変制動機構には、ペダルアーム１１０の踏込角θが増加した場合にのみ、電力が供給される。可変制動機構に電力が供給されると、磁場発生装置から磁場が発生し、磁気粘性流体の見かけ上の粘性が増大する。そして、この粘性によってピストンの摺動抵抗が大きくなり、踏込方向逆向きへ制動力が発生する。踏込角θが一定の場合には、可変制動機構に電力が供給されない為、制動力が発生することはない。
【００６１】
以上の如く、磁気粘性流体を用いた可変制動機構の作用は、回転電機を用いた可変制動機構の作用に近いので、回転電機を用いた可変制動機構で奏されるのと同様の効果が得られることとなる。また、磁気粘性流体を用いた可変制動機構は、流体の連続的な動作によって制動力を発生させるので、回転電機を用いた可変制動機構において発生し得るトルクリップルのようなモータ特有の不具合を招くことがなく、スムーズな操作感覚を運転者に与えることができる。
【００６２】
電子制御式ダンパーが磁気粘性流体を用いた可変制動機構であるアクセルペダル装置は、ペダルプレート１７０を踏み込むときには制動力が働き、踏み込み量を減らした場合には、制動力が低下するので、ペダルアーム１１０が即座に初期位置Ａへ戻ることとなる。ここで、踏み込む場面であるか否かを判断するには、踏込角θの変化を検出しておくと良い。
【００６３】
尚、磁気粘性流体を用いた可変制動機構を電気粘性流体を用いた可変制動機構に置換えても良い。この場合、電気粘性流体に与える電界を制御することで、当該流体の粘性を変化させることができる。
【実施例２】
【００６４】
図７は、実施例２に係るアクセルペダル装置の分解斜視図であり、図８は、同実施例の斜視図である。これらの図に示したように、本実施例に係るアクセルペダル装置２００は、回動可能に設置されるペダルアーム２１０と、ペダルアーム２１０を初期位置に復帰させるリターンスプリング２２０と、ペダルアーム２１０に作用する制動力を発生させる電子制御式ダンパー２３０とを有して構成される。
【００６５】
ペダルアーム２１０は、軸部２１１と、軸部２１１の前方に存するペダルプレート装着部２１２と、軸部２１１の後方に存するリターンスプリング接続部２１３とを有して構成される。軸部２１１は、ペダルアーム２１０の本体と一体に形成されている。ペダルプレート装着部２１２には、図８に示したように、ペダルプレート２４０が装着される。
【００６６】
リターンスプリング接続部２１３には、リターンスプリング２２０の一端が固定される。本実施例では、リターンスプリング２２０として圧縮コイルばねが採用されている。リターンスプリング２２０は、ペダルアーム２１０が踏込方向へ回転したときに、リターンスプリング接続部２１３によって圧縮される。従って、リターンスプリング２２０の弾性力は、リターンスプリング接続部２１３に与えられる。
【００６７】
リターンスプリング接続部２１３は、ハウジング内に収容される。ハウジングは、第１部材２５０と第２部材２６０が組み合わされることによって構成される。第１部材２５０は、リターンスプリング収容部２５１を備えており、リターンスプリング収容部２５１には、リターンスプリング２２０が格納される。リターンスプリング２２０の他端は、リターンスプリング収容部２５１の内面に当接している。
【００６８】
ペダルアーム２１０は、一定範囲の回動が可能なように第１部材２５０に取り付けられる。かかるペダルアーム２１０は、リターンスプリング２２０に接続されている為、踏込方向へ回転すると、これに応じてリターンスプリング２２０の弾性力が増大する。ペダルアーム２１０は、この弾性力によって、初期位置へ戻される。
【００６９】
ペダルプレート装着部２１２は、第１部材２５０と第２部材２６０が組み合わされたときに形成される矩形窓から外部へ突出するように配置される。矩形窓の開口寸法は、ペダルアーム２１０の動作範囲に合わせて決められている。
【００７０】
電子制御式ダンパー２３０は、作動媒体として磁気粘性流体を用いた可変制動機構である。図９は、電子制御式ダンパー２３０の斜視図であり、図１０は、電子制御式ダンパー２３０の内部構造を示す断面図である。
【００７１】
電子制御式ダンパー２３０は、ハウジング２３１、可動体２３２、第１の内壁２３３、第２の内壁２３４、コイル２３５、磁気粘性流体２３６及び変位センサ２３７を有して構成されている。
【００７２】
ハウジング２３１は、本体２３１ａと蓋２３１ｂとを有して構成されている。本体２３１ａは、非磁性材料から成り、筒状の周壁２３１ｃと、周壁２３１ｃの一端側を塞ぐ円盤状の端壁２３１ｄと、端壁２３１ｄから外側に張り出したフランジ２３１ｅとを有して構成されている。
【００７３】
端壁２３１ｄには、第１の穴２３１ｆ、第２の穴２３１ｇ及び溝２３１ｈが形成されている。第１の穴２３１ｆは、端壁２３１ｄの中央において、端壁２３１ｄを貫通するように形成されている。溝２３１ｈは、第１の穴２３１ｆの周囲において、第１の穴２３１ｆと連通するように形成されている。
【００７４】
フランジ２３１ｅには、固定具２７０が挿通される穴２３１ｉが形成されている。蓋２３１ｂは、非磁性材料から成り、周壁２３１ｃの他端側を塞ぐように、本体２３１ａに取り付けられる。
【００７５】
可動体２３２は、回転軸２３２ａ、ローター２３２ｂ及び連結部２３２ｃを有して構成されている。回転軸２３２ａは、非磁性金属から成り、ペダルアーム２１０に設けられた軸部２１１と結合する孔部２３２ｄを有している。
【００７６】
連結部２３２ｃは、非磁性金属から成り、回転軸２３２ａと一体に形成されている。連結部２３２ｃは、回転軸２３２ａとローター２３２ｂの間にあって、両者を連結する役割を果たしている。
【００７７】
ローター２３２ｂは、軟磁性材料から成り、筒状の本体２３２ｅと、本体２３２ｅの端部から内側に突出した端壁２３２ｆとを有して構成されている。ローター２３２ｂは、端壁２３２ｆが連結部２３２ｃに接着され、回転軸２３２ａと一緒に回転するようになっている。
【００７８】
第１の内壁２３３は、軟磁性材料から成り、回転軸２３２ａが挿通される穴２３３ａを有する筒部２３３ｂと、筒部２３３ｂの両側からそれぞれ外側に張り出したフランジ部２３３ｃ，２３３ｄとを有して構成されている。第１の内壁２３３は、ハウジング２３１の本体２３１ａを構成する端壁２３１ｄに接着されている。
【００７９】
第２の内壁２３４は、軟磁性材料から成る筒状体である。第２の内壁２３４は、その外周面がハウジング２３１の本体２３１ａを構成する周壁２３１ｃの内周面に接する程の外径を有し、また、その内周面が、第１の内壁２３３の外周面（フランジ部２３３ｃ，２３３ｄの外周面）との間に所定の空間を形成する程の内径を有している。
【００８０】
コイル２３５は、第１の内壁２３３の筒部２３３ｂに巻き付けられている。コイル２３５には、コイル２３５に電流を流すためのリード線２８０が接続されている。
【００８１】
磁気粘性流体２３６は、第１の内壁２３３と第２の内壁２３４との間に形成される空間（室２３８）に充填されている。磁気粘性流体２３６は、合成油等の流体中に磁性粒子を分散させた懸濁液であり、無磁場の状態では液状であるが、磁場を印加すると分散していた粒子が互いに連結して架橋構造を形成し、磁場強度に応じて剪断応力が増加する性質を有するものである。
【００８２】
磁気粘性流体２３６が充填される室２３８には、ローター２３２ｂが配置される。磁気粘性流体２３６の漏洩を防止するために、蓋２３１ｂと回転軸２３２ａとの間、第１の内壁２３３と回転軸２３２ａとの間及び第１の内壁２３３と端壁２３１ｄとの間にＯリング２３９ａ，２３９ｂ，２３９ｃが配置されている。
【００８３】
変位センサ２３７は、ペダルアーム２１０の回動角度を検出するものである。本実施例では、軸部２１１と回転軸２３２ａが結合し、回転軸２３２ａがペダルアーム２１０の回動と連動して回転する構成である為、変位センサ２３７の直接の検出対象を回転軸２３２ａに設けている。
【００８４】
即ち、変位センサ２３７の直接の検出対象は、回転軸２３２ａの外周面の一部に形成された溝の底面２３２ｇである。この底面２３２ｇは、回転軸２３２ａの回転に従って底面２３２ｇと変位センサ２３７との間の距離が異なるように構成された曲面である。
【００８５】
より具体的には、この底面２３２ｇは、例えば、図１１において、回転軸２３２ａが時計回り方向に回転したときに、回転軸２３２ａの回転に従って底面２３２ｇと変位センサ２３７との間の距離が小さくなる曲面である。
【００８６】
本実施例では、変位センサ２３７として、過電流式変位センサを用いている。変位センサ２３７は、回転軸２３２ａに形成された溝の底面２３２ｇに対向するように、端壁２３１ｄに形成された溝２３１ｈに配置される。
【００８７】
変位センサ２３７は、高周波磁界を利用して溝の底面２３２ｇと変位センサ２３７との間の距離を測定する。溝の底面２３２ｇと変位センサ２３７との間の距離は、回転軸２３２ａの回転に従って変化し、この変化は溝の底面２３２ｇの変位と比例するため、回転軸２３２ａと一緒に回転する溝の底面２３２ｇの位置を検出することができる。
【００８８】
溝の底面２３２ｇの変位とペダルアーム２１０の回動角度は比例するので、変位センサ２３７が溝の底面２３２ｇの位置を検出することによって、ペダルアーム２１０の回動角度を検出することが可能になる。具体的には、ペダルアーム２１０の踏込角θが大きくなるに従って変位センサ２３７から出力される電圧が上昇する為、かかる電圧値を角度に換算することによって、ペダルアームの２１０の回動角度がわかる。
【００８９】
図８に示したように、電子制御式ダンパー２３０は、ハウジング２３１が固定具２７０を用いて第２部材２６０に固定され、回転軸が第２部材２６０に形成された開口部１３２から突出する軸部２１１に固定される。これにより、ペダルアーム２１０と筒状ローター２３２ｂの動作が連動する。
【００９０】
電子制御式ダンパー２３０は、ペダルアーム２１０の回動方向と逆向きの制動力を発生させる。即ち、ペダルアーム２１０が踏込方向へ回転するときは、復帰方向へ制動力を発生させ、ペダルアーム２１０が復帰方向へ回転するときは、踏込方向へ制動力を発生させる。このような電子制御式ダンパー２３０の動作は、制御装置２９０によって制御される。
【００９１】
制御装置２９０は、電子回路が実装された基板２９１を有して構成される。基板２９１は、リターンスプリング収容部２５１の開口部を閉塞する蓋２９２及びコネクタ２９３を有して構成される筐体２９４の内部に格納される。筐体２９４の開口部は、蓋２９５によって閉塞される。
【００９２】
制御装置２９０は、第２部材２６０に取り付けられ、コネクタ２９３には、リード線２８０が接続される。制御装置２９０は、変位センサ２３７によって検出されるペダルアーム２１０の回動角度に基づいてコイル２３５に供給する電流の大きさを制御し、これにより、電子制御式ダンパー２３０が発揮する制動力の大きさを制御している。
【００９３】
上記のように構成されるアクセルペダル装置２００は、ペダルアーム２１０の踏込角が増加するに従って電子制御式ダンパー２３０のコイル２３５に供給される電流が大きくなるように設定されている。
【００９４】
コイル２３５に電流を流すと、コイル２３５の周囲に磁場が発生し、第１の内壁２３３、筒状ローター２３２ｂ及び第２の内壁２３４が磁化する。また、その磁場が磁気粘性流体２３６に印加され、筒状ローター２３２ｂに作用する磁気粘性流体２３６の剪断応力が増大し、可動体２３２の回転速度を減速させる抵抗が生じる。そして、この抵抗が制動力Ｆｉｎｓ１となってペダルアーム２１０に作用し、ペダルプレート２４０を踏み込む運転者の足元へ負荷トルクＴ１を与える。
【００９５】
図１２に示したように、負荷トルクＴ１には、制動力ｆｉｎｓ１だけでなく、リターンスプリング２２０の弾性力によって生じるトルクＴ０も含まれる。従って、加速走行時の場面では、運転者は、負荷トルクＴ１よりも大きい踏力をペダルプレート２４０へ与えてペダルアーム２１０の踏込角θを増加させなければならない。よって、このアクセルペダル装置２００によれば、急発進や急加速を抑制することが可能になる。
【００９６】
一方、ペダルアーム２１０が復帰方向へ回転するときには、電子制御式ダンパー２３０の筒状ローター２３２ｂが逆回転するが、このときもコイル２３５に電流が供給され、筒状ローター２３２ｂに磁気粘性流体２３６の剪断応力が作用する為、可動体２３２の回転速度を減速させる抵抗が生じる。そして、この抵抗が制動力ｆｉｎｓ２となってペダルアーム２１０に作用し、ペダルプレート２４０を介して運転者の足元へ負荷トルクＴ２を与える。
【００９７】
図１２に示したように、負荷トルクＴ２は、リターンスプリング２２０の弾性力によって生じるトルクＴ０から制動力ｆｉｎｓ２を減じたトルクである。従って、ペダルプレート２４０を踏み込んだ後、その踏力を緩めて定速走行に移行したときには、リターンスプリング２２０の弾性力によって生じるトルクＴ０よりも小さい負荷トルクＴ２が運転者の足元へ与えられることになる。
【００９８】
その結果、運転者は、負荷トルクＴ２と釣り合う踏力をペダルプレート１７０に与えるだけで踏込角θを一定に維持することが可能になるので、運転によって与えられる疲労の度合いが更に低減される。
【００９９】
上述のように、本実施例に係るアクセルペダル装置２００は、電子制御式ダンパーが作動媒体として磁気粘性流体を用いた回転型可変制動機構である。かかる電子制御式ダンパーは、小型でも高トルクを発生させることができる。例えば、この電子制御式ダンパーによれば、ハウジングの外径が約４０ｍｍでハウジングの高さが約２０ｍｍという大きさのものでも２Ｎ・ｍの出力トルクを得ることが可能であるが、モータでは、その２倍以上の大きさのものでも２Ｎ・ｍの出力トルクを得ることは困難である。
【０１００】
本実施例では、筒状ローター２３２ｂの厚さを薄く（外径と内径との差を小さく）することによって、第１の内壁２３３及び筒状ローター２３２ｂだけでなく、第２の内壁２３４も磁路を構成するように構成されている。従って、本実施例で採用した電子制御式ダンパー２３０は、筒状ローター２３２ｂの内周面のみならず、筒状ローター２３２ｂの外周面にも磁気粘性流体２３６の剪断応力が作用するので、筒状ロータ−の内周面にのみ磁気粘性流体の剪断応力が作用する構成よりも大きな制動力を発生させることができる。
【０１０１】
また、本実施例で採用した電子制御式ダンパー２３０は、可動体２３２がペダルアーム２１０の軸部２１１に直結される構成である為、ペダルアーム２１０にトルクを伝達する構成が至極簡素である。従って、装置の小型化を図ることが可能になる。
【０１０２】
また、制動力を伝達する構成が簡素であることに加えて、磁気粘性流体の応答性は数ｍｓである為、ペダルアーム２１０の挙動に迅速に対応した制動力を発生させることができる。従って、本実施例に係るアクセルペダル装置は、操作感の向上に資する。
【符号の説明】
【０１０３】
１００  アクセルペダル装置
１１０  ペダルアーム
１１１  ペダルプレート装着部
１１２  リターンスプリング接続部
１１３  軸受格納部
１２０  第１部材
１２１  リターンスプリング収容部
１２２  開窓部
１２３  摺動軸
１２４  ペダルアーム収容部
１３０  第２部材
１３１  開窓部
１３２  開口部
１３３  貫通穴
１３４  ペダルアーム収容部
１４０  電子制御式ダンパー
１４０ａ  回転可変抵抗
１４０ｂ  電流検出部
１５０  制御装置
１５０ａ  制動力設定部
１５０ｂ  減算部
１５０ｃ  フィードバック制御部
１５０ｄ  ＰＷＭ信号生成部
１５０ｅ  制動力演算部
１５１  筐体
１５１ａ  蓋
１５１ｂ  コネクタ
１５２  回路基板
１５３  蓋体
１６０  リターンスプリング
１７０  ペダルプレート
２００  アクセルペダル装置
２１０  ペダルアーム
２１１  軸部
２１２  ペダルプレート装着部
２１３  リターンスプリング接続部
２２０  リターンスプリング
２３０  電子制御式ダンパー
２３１  ハウジング
２３１ａ  ハウジングの本体
２３１ｂ  蓋
２３１ｃ  周壁
２３１ｄ  端壁
２３１ｅ  フランジ
２３１ｆ  第１の穴
２３１ｇ  第２の穴
２３１ｈ  溝
２３１ｉ  穴
２３２  可動体
２３２ａ  回転軸
２３２ｂ  ローター
２３２ｃ  連結部
２３２ｄ  孔部
２３２ｅ  ローターの本体
２３２ｆ  端壁
２３２ｇ  溝の底面
２３３  第１の内壁
２３３ａ  穴
２３３ｂ  筒部
２３３ｃ，２３３ｄ  フランジ部
２３４  第２の内壁
２３５  コイル
２３６  磁気粘性流体
２３７  変位センサ
２３８  室
２３９ａ，２３９ｂ，２３９ｃ  Ｏリング
２４０  ペダルプレート
２５０  第１部材
２５１  リターンスプリング収容部
２６０  第２部材
２６１  開口部
２７０  固定具
２８０  リード線
２９０  制御装置
２９１  基板
２９２  蓋
２９３  コネクタ
２９４  筐体
２９５  蓋
A  初期位置
ｆａ  制動力の下限値
ｆｂ  制動力の上限値
ｆｇ  踏力
θ  踏込角
ｆｉｎｓ  制動力
ｆｍ  反力
ｆｒｅｑ  制動力の設定値
ｉＤＭ  運転モード情報
Ｓ−ｍｏｄｅ  スポーツモード
Ｃ−ｍｏｄｅ  通常モード
Ｅ−ｍｏｄｅ  環境保護モード
θ１  第１の臨界角度
θ２  第２の臨界角度
Ｔ０  リターンスプリングの弾性力によって発生するトルク
Ｔ１  加速走行時の負荷トルク
Ｔ２  定速走行時の負荷トルク
【図１】
2014043237.tif 000003
【図２】
2014043237.tif 000004
【図３】
2014043237.tif 000005
【図４】
2014043237.tif 000006
【図５】
2014043237.tif 000007
【図６】
2014043237.tif 000008
【図７】
2014043237.tif 000009
【図８】
2014043237.tif 000010
【図９】
2014043237.tif 000011
【図１０】
2014043237.tif 000012
【図１１】
2014043237.tif 000013
【図１２】
2014043237.tif 000014