(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者の操作力によって変位する運転操作入力部と、
該運転操作入力部に連動して、前記操作力によって変位するレバーと、
前記運転操作入力部の変位量に応じて変形し、前記運転操作入力部に対する反力を生成する捻りばねである弾性体と、
該捻りばねと接続され、前記運転操作入力部の変位量に対する前記捻りばねの変形量を変えることで操作剛性を調整する剛性調整機構と、
該剛性調整機構に接続されたセルフロック機能を有するウォーム減速機と、
該ウォーム減速機を駆動する電気モータ、を備えている運転操作入力装置において、
前記捻りばねは、一端がばね荷重の前記レバー側の作用点となるレバー側支持溝に接続され、他端がばね荷重の車体側の作用点となる車体側支持溝に接続され、運転者の操作力が作用しない状態で、前記レバー側支持溝と前記車体側支持溝は平行に配置されており、それらの支持溝に前記捻りばねが変形することなく支持されており、
前記剛性調整機構は、前記捻りばねを支持する円筒形状の支持部材を偏心回転支持することによって、前記捻りばねの復元力の作用点を変化させ、前記運転操作入力部の変位量に対する反力を調整することを特徴とする運転操作入力装置。
【請求項２】
請求項１において、前記操作剛性についての特性を設定する特性設定装置を備え、前記剛性調整機構は、該特性設定装置で設定された特性値を入力して、前記電動モータを駆動する駆動制御装置を含んでいることを特徴とする運転操作入力装置。
【請求項３】
請求項１において、外部情報および車両状態情報を入力して、前記操作剛性についての特性を設定する車両制御装置を有し、前記剛性調整機構は、該車両制御装置で設定された特性値を入力して、前記電動モータを駆動する駆動制御装置を含んでいることを特徴とする運転操作入力装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかにおいて、前記運転操作入力部と前記弾性体または前記レバーと前記弾性体が、液圧による操作力伝達機構で接続されていることを特徴とする運転操作入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、自動車の操作入力装置に係り、特に、車両運動の制御するための運転操作入力装置に関する。
【背景技術】  従来より、電気力を制御して操作反力を可変制御する運転操作入力装置が知られている。例えば、特開２００２−１０４１５３号公報で提案されている運転操作入力装置は、ブレーキペダルの回転軸に設置された電気モータの駆動トルクを変化させることによって操作反力を電子制御している。運転操作入力装置は、操作反力を任意に調整できるため、運転者に車両に関する情報伝達を行うことができる。また、可動入力部と操作反力との関係を変更できるので、操作変位量に対する操作反力（操作剛性）を調整することができる。
【発明の開示】
従来の運転操作入力装置では、電気モータなどの駆動制御装置を備え、それらに供給する電気エネルギーによって電磁力を発生させ、運転者に対する操作反力を発生させている。このため、操作反力を発生させる場合には駆動制御装置が常にエネルギーを消費する。また、運転者の操作力に対して同等の出力を有する駆動制御装置が必要となるため、装置の大型化を招く場合がある。
本発明は、操作反力を調整可能な、小型で低消費エネルギーの運転操作入力装置を提供することを目的としている。
上記の目的は、可動入力部の変位量に対する弾性体の変形量の関係を調整し、可動入力部の操作力に対する変位量を調整可能な剛性調整機構とを備えることによって達成される。これにより、操作剛性を変化させても、操作反力発生のためのエネルギーを必要としないので、小型で低消費エネルギーの運転操作入力装置を提供することが可能となる。
上記の目的は、ブレーキペダルの変位量に対する弾性体の変形量の関係を調整し、ブレーキペダルの操作力に対する変位量を調整可能な剛性調整機構とを備えることによって達成される。これにより、操作剛性を変化させても、操作反力発生のためのエネルギーを必要としないので、小型で低消費エネルギーのブレーキ用運転操作入力装置を提供することが可能となる。
上記の目的は、剛性調整機構を電子制御によって調整する駆動装置を備えることによって達成される。これにより、運転者はボタンやダイヤルなどの電気的な設定装置で駆動装置を制御できるため、手動で調整する場合よりも車両への搭載性が向上し、小型な運転操作入力装置を提供することが可能となる。
上記の目的は、駆動装置と剛性調整機構の間に配置される駆動力伝達機構がセルフロック機能を備えることによって達成される。これにより、剛性調整を行わないときに、弾性体の復元力が駆動装置の負荷とならないので、小型で低消費エネルギーの運転操作入力装置を提供することが可能となる。
上記の目的は、運転者の操作力が作用していない初期位置では、前記弾性体の変形量が変化しないように剛性調整機構が調整動作を行うことによって達成される。これにより、初期位置での剛性調整時に、弾性体の復元力が駆動装置の負荷とならないので、小型で低消費エネルギーの運転操作入力装置を提供することが可能となる。
上記の目的は、弾性体が捻りばねであり、捻りばねを支持する円筒形状の支持部材を偏心回転させることで復元力の作用点を変化させ、可動入力部の操作剛性を調整することによって達成される。これにより、剛性調整に伴う部品の動作範囲を節約できるので、小型の運転操作入力装置を提供することが可能となる。
上記の目的は、可動入力部と弾性体との間の液圧による操作力伝達機構を備えることによって達成される。これにより、液圧による車両制御装置を備える自動車に対しても、小型で低消費エネルギーの運転操作入力装置を提供することが可能となる。
本発明は、具体的には、運転者の操作力によって変位する運転操作入力部と、該運転操作入力部の変位量に応じて変形し、前記運転操作入力部に対する反力を生成する弾性体と、該弾性体に接続され、前記運転操作入力部の変位量に対する前記弾性体の変形量の操作剛性関係を調整する剛性調整機構とを備える運転操作入力装置を提供する。
また本発明は、運転者の操作力によって変位するブレーキペダルと、前記ブレーキペダルの変位量に応じて変形し、前記ブレーキペダルに対する反力を生成する弾性体と、該弾性体に接続され、前記ブレーキペダルの変位量に対する前記弾性体の操作剛性を調整する剛性調整機構とを備える運転操作入力装置を提供する。
上述のように、本発明の運転操作入力装置あるいはブレーキペダルでは、可動入力部の変位量と弾性体の変形量との関係を調整する機構によって操作剛性を可変とすることができる。操作反力を弾性体によって発生させるので、動力発生装置による操作反力を必要としない。したがって、小型で低消費エネルギーの運転操作入力装置あるいはブレーキペダルを提供することが可能となる。
本実施例である運転操作入力装置は、運転者の操作力によって変位する運転操作入力部と、該運転操作入力部の変位量に応じて変形し、前記運転操作入力部に対する反力を生成する弾性体と、該弾性体に接続され、前記運転操作入力部の変位量に対する前記弾性体の変形量の操作変形剛性を調整する調整部、該調整部に接続されたセルフロック機能を有するウォーム減速機などの減速機、該減速機を駆動する電動モータを備える。更に、前記操作変形剛性についての特性を設定する特性設定装置を備え、前期剛性調整機構は、該特性設定装置で設定された特性値を入力して、前記電動モータを駆動する駆動制御装置とを含んで構成される。
また、本実施例の運転操作入力装置は、運転者の操作力によって変位する運転操作入力部と、該運転操作入力部の変位量に応じて変形し、前記運転操作入力部に対する反力を生成する弾性体と、該弾性体に接続され、前記運転操作入力部の変位量に対する前記弾性体の操作剛性を調整する調整部、該調整部に接続されたセルフロック機能を有するウォーム減速機、該ウォーム減速機を駆動する電動モータ、外部情報および車両状態情報を入力して、前記操作剛性についての特性を設定する車両制御装置を備える剛性調整機構は、車両制御装置で設定された特性値を入力して、前記電動モータを駆動する駆動制御装置とを含んで構成される。
前記駆動制御装置は、運転者の操作力が作用していない運転操作入力部の位置では、弾性体の変化量が変化しない特徴を有する。
前記剛性調整機構は、一端が弾性体に連結され、他端が前記ウォーム減速機のウォームホイールが連結されたアームを備えて構成され得る。
前記弾性体が捻りばねであり、前記剛性調整機構は、前記捻りばねを支持する円筒形状の支持部材を偏心回転支持することによって前記捻りばねの復元力の作用点を変化させ、前記運転操作入力部の変位量に対する反力を調整することができる。
前記弾性体と前記運転操作入力部もしくは前記ブレーキペダルに連動するレバーと前記弾性体とを液圧による操作力伝達機構で接続することができる。
【図面の簡単な説明】第１図は本発明の実施形態を示す図。
第２図は本発明の調整動作を示す図。
第３図は本発明の操作反力特性を示す図。
第４図は本発明の別の実施形態を示す図。
第５図は本発明の別の調整動作を示す図。
第６図は本発明の別の実施形態を示す図。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例１】  第１図に、本発明の第１の実施形態を示す。
運転操作入力装置１００は、運転者が車両の減速度を必要とするときに運転操作入力部となるブレーキペダル９０を介して操作力を付与し、ブレーキペダル９０に連動し、この操作力に応じて変位する可動入力部レバー１と、レバー１の変位量に応じて変形する弾性体のコイルばね２と、レバー１と図示しない車体とを回転支持するレバー支持軸３と、レバー１とコイルばね２を接続し、ばね荷重の作用点となるレバー側支持ピン４と、コイルばね２をレバー側支持ピン４の反対側で支持し、ばね荷重の車体側の作用点となるアーム１５（調整部）に設けられた車体側支持ピン５と、車体側支持ピン５を固定し、操作剛性の調整機能を有する剛性調整機構６と、剛性調整機構６を回転させるための駆動源である電気モータ７と、電気モータ７の駆動力を剛性調整機構６へ伝達するための駆動力伝達機構であるウォーム減速機８と、ウォームホイール１８の出力軸１８と、出力軸１８とアーム１５の連結点１９と電気モータ７へ電力を供給し、駆動力を制御する駆動制御装置９と、レバー１の変位検出手段である変位センサ１０と、運転者がレバー１の操作反力特性を設定するための特性設定装置１１、車両の速度や加速度などの運転状態を検出する車両状態検出装置１２と、他車両との車間距離や周囲の交通状況などを検出する外界情報検出装置１３、変位センサ１０や車両状態検出装置１２などの情報に基づいて車両の減速度を制御する車両制御装置１４とで構成される。このように、この例の場合、コイルばね２はレバー１にレバー側支持ピン４によって固定されて接続される形態とされる。
ウォーム減速機８に代えて、すべて回転一直動機構を使った減速機によってもセルフロック機能を形成することができる。
以下、上述の構成をもつ運転操作入力装置の動作について説明する。
レバー１に運転者の操作力が作用しないとき、レバー１はコイルばね２の復元力によって第１図の状態に保持される（初期位置）。運転者は車両の減速度を必要としたとき、レバー１に対して操作力を与える。レバー１が運転者の操作力によってコイルばね２を伸ばす方向（第１図の右方向、すなわち矢印方向）へ変位させる。レバー１が変位すると、コイルばね２の伸張量が大きくなるため、レバー１を初期位置へ戻す力、すなわち復元力が作用する。このコイルばね２の復元力によるレバー１への荷重が操作反力として運転者に伝わる。レバー１の変位が増加するに従ってコイルばね２の伸張量は増加し、コイルばね２がレバー１を初期位置へ戻す荷重は大きくなる。レバー１の或る変位量に対して、操作反力が大きいほど操作剛性が高くなる。
運転者の操作によりレバー１が変位すると、変位量に応じた信号が変位センサ１０から駆動制御装置９へ送られる。駆動制御装置９は変位センサ１０の信号に基づき運転者の減速度要求値を算出し車両制御装置１４へ伝送する。車両制御装置１４は、駆動制御装置９からの減速度要求値や、車両状態検出装置１２、外界情報検出装置１３からの情報に基づいて電子制御ブレーキ５１を駆動する。電子制御ブレーキ５１の駆動制御によってブレーキパッド５２とディスクロータ５３との間に摩擦力を制御し、車両の減速度を制御する。
操作剛性は特性設定装置１１による運転者の設定操作によっても変更できる。特性設定装置１１は、例えばダイヤルやボリューム、レバー、複数のボタンなどによって構成される。また、駆動制御装置９は車両状態検出装置１２や外界情報検出装置１３などの情報に基づいて車両制御装置１４が生成した制御信号によって操作剛性を自動的に変更することもできる。例えば、車両状態検出装置１２が検出する車両速度に応じて操作剛性を変更することも可能である。また、運転者にレバー１の操作を抑制したい場合には操作剛性を高くし、運転者にレバー１の操作を促したい場合には操作剛性を低く設定することもできる。また、運転者がレバー１の操作を行っているときに、外界情報検出装置１３などの情報から危険な走行状態であることを判断できれば、電気モータ７を微小振動させて、運転者に対して警告を発することができる。また、操作剛性は、特性設定装置１１からの設定信号と車両制御装置１４からの制御信号を入力して設定され得る。
運転者が特性設定装置１１にて操作剛性を最も低い状態に設定すると、剛性調整機構６のアーム１５の位置は第２図−（ａ）の状態となる。この状態で運転者の操作力のないとき、コイルばね２の長さはＬ０となる。運転者の操作力が作用し、レバー１が第２図−（ａ）に示すように変位量Ｓ１だけ変位すると、コイルばね２の長さはＬａとなる。このときコイルばね２の伸張量ΔＬａは（Ｌａ−Ｌ０）となる。レバー１の変位量Ｓと操作反力Ｆとの関係は第３図の（ａ）のようになり、変位量Ｓ１に対する操作反力はＦａとなる。
運転者が最も高い操作剛性に設定すると、特性設定装置１１からの信号を受けた駆動制御装置９が電気モータ７を駆動し、剛性調整機構６のアーム１５を運転者側の方向（第１図の左方向）へ回転させ、第２図−（ｂ）の状態に保持する。この状態で運転者の操作力のないとき、コイルばね２の長さはＬ０となる。運転者の操作力が作用し、レバー１が第２図−（ｂ）に示すように変位量Ｓ１だけ変位するとき、コイルばね２の長さはＬｂとなる。その伸張量ΔＬｂは（Ｌｂ−Ｌ０）となる。ΔＬｂはΔＬａと比べて大きくなるため、レバー１へ作用する荷重は大きくなる。変位量Ｓと操作反力Ｆとの関係は第３図の（ｂ）のようになり、変位量Ｓ１に対する操作反力はＦｂとなる。第３図の（ｂ）を（ａ）と比較すると、同じ変位量Ｓ１に対して、操作反力Ｆａよりも操作反力Ｆｂの方が大きいため、より高い操作剛性を実現できることになる。このように、レバー１の変位量に対するコイルばね２の変形量の関係を調整可能な操作剛性調整機構６を備えることにより、電気モータなどの駆動源を直接反力として発生させる必要がない。したがって、小型で低消費エネルギーの運転操作入力装置を実現することができる。このように、運転操作入力部の変位量に対する弾性体の変形量を調整する操作剛性調整機構が構成される。
第２図−（ａ）の状態では、コイルばね２の荷重によるモーメントが剛性調整機構６に作用する。しかしながら、ウォーム減速機８にはウォームホイール１７からウォームギア１６への動力伝達を防ぐセルフロック機能があるため、電気モータ７はコイルばね２の荷重によるモーメントに対して駆動力を発生する必要がない。したがって、電気モータ７が必要な最大駆動力や保持エネルギーを低減でき、小型で低消費エネルギーの運転操作入力装置を実現することができる。
レバー１に運転者の操作力が作用しない初期位置で、操作剛性が低い状態（第２図−（ａ））と操作剛性が高い状態（第２図−（ｂ））の状態との間を調整するとき、レバー側支持ピン４と車体側支持ピン５との距離がほぼ一定に保たれる。このため、初期位置で操作剛性を変化させてもコイルばね２の伸張量が変化せず、電気モータ７の駆動負荷が小さくて済む。したがって、電気モータ７が必要な駆動力を低減でき、小型で低消費エネルギーの運転操作入力装置を実現することができる。
【実施例２】  第４図に、本発明の第２の実施形態を示す。なお、第１の実施例と同様の機能を有する要素については説明を省略し、第１の実施例の説明を援用する。
第２の実施形態の運転操作入力装置は、運転者の操作力に応じて変位するレバー１、レバー１の変位量に応じて変形する弾性体の捻りばね２１、捻りばね２１が間隙を置いて巻回され、ウォーム減速機８によって回動される円筒形状のばねホルダ２５（調整部）、レバー１と共に回転し、ばね荷重のレバー側の作用点となるレバー側支持溝２２、車体に設けられた部材３３に固定され、ばね荷重の車体側の作用点となる車体側支持溝２３、操作剛性関係を調整するための剛性調整機構２４、電気モータ７、ウォーム減速機８、駆動制御装置９、変位センサ１０、特性設定装置１１、車両状態検出装置１２、外界情報検出装置１３、車両制御装置１４で構成される。
剛性調整機構２４は円筒形状のばねホルダ２５と、ばねホルダ２５の中心軸から偏心位置に配置されるウォームホイールの出力軸１８と回転軸２６とを備える。回転軸２６はレバー支持軸と同軸に配置される。ばねホルダ２５は電気モータ７の駆動力によってウォーム減速機８を介して回転されるとき、捻りばね２１はレバー側支持溝２２と車体側支持溝２３によって回転を規制されているため、ばねホルダ２５と共に回転せず、ばねホルダ２５の偏心回転に伴って支持溝をスライドする。このように、この例の場合、捻りばね２１はレバー１に間接的に接続される形態にされる。
レバー１に運転者の操作力が作用しないとき、レバー１は捻りばね２１の復元力によって第４図の状態に保持される（初期位置）。運転者は車両の減速度を必要としたとき、レバー１に対して操作力を与える。レバー１は運転者の操作力によって第４図中のｃ方向へ回転変位する。同様にレバー側支持溝２２も第４図中のｃ方向へ回転変位するため、ばねホルダ２５はｄ方向に回転変位し、捻りばね２１が弾性変形する。捻りばね２１の復元力によってレバー１を初期位置へ戻す力が作用し、操作反力として運転者に伝わる。
運転者が特性設定装置１１を最も低い操作剛性に設定すると、剛性調整機構２４のばねホルダ２２の位置は第５図−（ａ）の状態となる。この状態で、レバー１が第５図−（ａ）に示すような変位量Ｓ０だけ変位するとき、捻りばね２１の変形量はΔＹａ，レバー支持軸３と捻りばね２１の作用点との距離はＲａとなる。
運転者が高い操作剛性に設定すると、特性設定装置１１からの信号を受けた駆動制御装置９が電気モータ７を駆動し、剛性調整機構２４のばねホルダ２２を運転者側（第４図のｄ方向）へ回転させ、第５図−（ｂ）の状態に保持する。この状態で、レバー１が第５図−（ｂ）に示すような変位量Ｓ０だけ変位するとき、捻りばね２１の変形量はΔＹｂ、レバー支持軸３と捻りばね２１の作用点との距離はＲｂとなる。ΔＹｂはΔＹａに比べて大きく、作用点の半径ＲｂはＲａに比べて大きいため、捻りばね２１の復元力によるレバー１へのモーメントは大きくなる。したがって、同じ変位量Ｓに対して操作反力Ｆを大きくでき、高い操作剛性を実現できることになる。このように、レバー１の変位量に対する捻りばね２１の変形量の関係を調整可能な剛性調整機構２４を備えることにより、電気モータなどの駆動源を直接反力として発生させる必要がないため、小型で低消費エネルギーの運転操作入力装置を実現することができる。
レバー１に運転者の操作力が作用しない初期位置で、操作剛性が低い状態（第５図−（ａ））と操作剛性が高い状態（第５図−（ｂ））との間を変化させるとき、レバー側支持溝２２と車体側支持溝２３が平行であれば、捻りばね２１の両端の距離が一定に保たれる。このため、初期位置で操作剛性を変化させても捻りばね２１が変形しないため、電気モータ７を駆動するときの負荷が小さくて済む。したがって、電気モータ７が必要とする駆動力を低減でき、小型で低消費エネルギーの運転操作入力装置を実現することができる。
上記の実施例においては、可変操作部のレバー１とばね２、２１が剛体で接続される構成について述べたが、第６図に示すように可変入力部３０とばねである弾性体のあいだに液圧による伝達機構２９を介在させてもよい。第６図の運転操作入力装置は、可変入力部３０の変位によって液圧を圧縮するマスタシリンダ３１と、マスタシリンダ３１からの液圧によって変位する反力生成シリンダ３２と、マスタシリンダ３１からの液圧によってブレーキ力を発生させるホイールシリンダ３３と、マスタシリンダ３１の液圧の流路を反力生成シリンダ３２かホイールシリンダ３３のどちらか一方へ切替える液圧切換弁３４と、電子制御によってホイールシリンダ３３の圧力を制御する液圧制御ユニット３５と、液圧制御ユニット３５へ液圧を供給する液圧供給源３６とを備えている。ホイールシリンダ３３の液圧によってブレーキパッド５２とディスクロータ５３との間に摩擦力が発生し、この摩擦力が車両のブレーキ力へと変換される。
液圧切換弁３４や液圧制御ユニット３５、液圧供給源３６へ電力供給が正常に行われており、これらが正常に作動している場合には、液圧切換弁３４によってマスタシリンダ３１と反力生成シリンダ３２が接続され、コイルばね２の復元力が運転者の操作反力として伝達される。また、ホイールシリンダ３３の液圧は液圧制御ユニット３５と液圧供給源３６によって制御される。したがって、運転者のペダル操作とは無関係にブレーキ力を発生することができるため、車両状態や周囲の交通状況に応じて木目細かいブレーキ制御が可能となる。一方、液圧切換弁３４や液圧制御ユニット３５、液圧供給源３６へ電力が供給されないような異常時には、液圧切換弁３４によってマスタシリンダ３１とホイールシリンダ３３が接続され、運転者の操作力によって車両のブレーキ力を確保することができる。
反力生成シリンダ３２には出力ロッド３９が備わっており、出力ロッド３９はレバー１を変位させる構成となっている。レバー１の反力は、剛性調整機構６によって可変制御できる。また、液圧切換弁３４が、可変入力部３０とレバー１のあいだに配置されているので、異常時に液圧切換弁３４がホイールシリンダ側へ切替わった場合、運転者は操作力によってコイルばね２を変形させる必要がない。したがって、操作力は全てブレーキ力へ消費されることになり、信頼性の高い運転操作入力装置を提供できる。
また、上記の実施例においては、弾性体としてばねを用いたが、形状の変形に伴って復元力を発生する装置へ容易に置換えることができる。例えば、弾性体としてゴムを用いる場合も考えられる。また、圧縮性の流体や、磁石の斥力を利用した装置を用いることもできる。これらの復元力を用いることにより、車両のレイアウトによっては搭載性が向上し、より小型で低消費エネルギーの運転操作入力装置を提供できる。
また、上記の実施例においては、弾性体の変形量の調整を部品の取付角度を調整することで実現したが、変速機構を用いた構造も考えられる。例えば、可動入力部と弾性体とを変速機構によって接続すれば、可動入力部の変位に対する弾性体の変形量を変更することができる。変速機構の種類によっては、より広い範囲の剛性変更が可能となる。
また、上記の実施例においては、運転操作入力装置が減速度の制御を行うためのブレーキペダルとして用いられたが、加速度の制御を行うためのアクセルペダルであってもよい。アクセルペダルの操作剛性を可変にすることにより速度の大きさや運転者の好みに応じて操作剛性を変えることができ、より操作性の良い車両の制御が可能となる。
また、上記の実施例においては、運転者の足によって操作するペダルの剛性を可変としたが、腕や指によって操作する運転操作入力装置の剛性を可変とする機構としても用いることが可能である。例えば、ハンドル、レバー、ダイヤル、スライダー、ねじりバーなどの運転操作入力装置の操作変位に対して弾性体が変形し、弾性体の復元力によって操作反力を発生させる機構へ応用することが可能である。これにより、より操作性の良い運転制御が可能となる。
また、上記の実施例においては、運転操作入力装置であるブレーキペダルと車両の加減速力を発生する電子制御ブレーキ５１とのあいだに機械的な接続を有しない構成を考えたが、ブレーキペダルとキャリパを接続する油圧配管と、負圧または油圧による倍力装置を備えた従来式の構成に剛性調整機構を設置しても良い。これにより、信頼性を維持するための複雑なシステム構成と必要とせずに、ブレーキペダルの操作剛性を可変にすることができ、簡素で操作性の良い車両の制御が可能となる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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