(57)【要約】【課題】  ペダルを効果的に加振して、確実に運転者に報知すること。【解決手段】  車両用ペダル装置は、運転者が踏込み操作を行うペダル部材と、ペダル部材の踏込み操作に応じて、ペダル部材に対して反力を付加する反力付加手段と、ペダル部材を加振する加振手段と、加振手段による加振の振動周波数を制御する加振制御手段と、を備えている。加振制御手段は、ペダル部材の共振周波数に基づいて、加振手段による加振の振動周波数を制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者が踏込み操作を行うペダル部材と、
該ペダル部材の前記踏込み操作に応じて、前記ペダル部材に対して反力を付加する反力付加手段と、
前記ペダル部材を加振する加振手段と、
前記加振手段による加振の振動周波数を制御する加振制御手段と、を備える車両用ペダル装置であって、
前記加振制御手段は、前記ペダル部材の共振周波数に基づいて、前記加振手段による前記加振の振動周波数を制御することを特徴とする車両用ペダル装置。
【請求項２】
請求項１記載の車両用ペダル装置であって、
前記加振制御手段は、前記加振手段および前記ペダル部材の慣性力と、前記反力付加手段のバネ力と、前記ペダル部材に対する踏込力とに基づいて、前記ペダル部材の共振周波数を算出することを特徴とする車両用ペダル装置。
【請求項３】
請求項２記載の車両用ペダル装置であって、
前記加振制御手段は、演算式、
【数１】
2007022396.tif 000008
に基づいて、前記ペダル部材に対する踏込力Ｆを算出し、Ｍは慣性質量、Ｂは粘性係数、Ｋはバネ定数、Ｘは前記ペダル部材の踏込角度とすることを特徴とする車両用ペダル装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の車両用ペダル装置であって、
前記加振制御手段は、前記加振手段による前記加振の振動周波数を前記共振周波数の近傍となるように制御することを特徴とする車両用ペダル装置。
【請求項５】
請求項１記載の車両用ペダル装置であって、
車両の状態量を検出する状態量検出手段を更に備え、
前記加振制御手段は、前記状態量検出手段により検出された前記状態量に応じて、前記加振手段による前記加振の振動周波数を変更することを特徴とする車両用ペダル装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちいずれか１項記載の車両用ペダル装置であって、
前記加振手段は前記ペダル部材に取付けられた駆動部と、該駆動部の駆動軸に連結され、偏心したマス部材と、を有することを特徴とする車両用ペダル装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちいずれか１項記載の車両用ペダル装置であって、
前記車両の状態量は、先行車までの車間距離、先行車に対する相対速度、車両の負荷状態、車両の走行状態からなる群のうちいずれか少なくとも一つから選択されてなることを特徴とする車両用ペダル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のペダルを効果的に加振して、確実に運転者に報知を行う車両用ペダル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車間距離警報装置の警報出力信号に基づいて、アクセルペダルに機械的振動を与える励振器を備えるペダル装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、車両の緊急度に応じて、ブレーキペダルを振動させることで、運転者に緊急度を報知する車両用制御装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
さらに、主制御部が、車間距離検出手段の出力に基づいて、アクセルペダルの操作反力を可変させる警報装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。当該装置において、２つの付勢手段によりアクセルペダルの操作反力が付加され、一方の付勢手段の付勢力は、調整可能に構成されている。
【０００５】
アクセルペダルに遊星減速機を介してサーボモータを接続し、リクス度に応じた反力をアクセルペダルに付加するアクセルペダル装置が知られている（例えば、特許文献４参照）。サーボモータの端子を短絡又は導通させて、反力制御を行う状態と、反力制御を行わない状態とに、切り替えを行っている。
【特許文献１】特開平６−２４９９５６号公報
【特許文献２】特開２０００−３２６７５９号公報
【特許文献３】特開平１０−１６６８９０号公報
【特許文献４】特開２００４−１７９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１および特許文献２に示す従来技術においては、ペダルを振動させて、運転者に報知を行っている。しかしながら、ペダルを振動させる上で、振動を効果的に増幅させる振動方法が採用されている訳ではない。したがって、運転者が容易に認識できるか不明である。さらに、振動を発生させる加振器の消費電力が大きくなる虞がある。
【０００７】
また、上記特許文献３および特許文献４に示す従来技術においては、ペダルに反力が付加されている。ペダルに反力を付加する機構は、ペダルに振動を加える機構と比較して、当該機構が複雑となり、重量およびコストの増加の虞がある。
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、ペダルを効果的に加振して、確実に運転者に報知することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、請求項１に記載する如く、
運転者が踏込み操作を行うペダル部材と、
該ペダル部材の前記踏込み操作に応じて、前記ペダル部材に対して反力を付加する反力付加手段と、
前記ペダル部材を加振する加振手段と、
前記加振手段による加振の振動周波数を制御する加振制御手段と、を備える車両用ペダル装置であって、
前記加振制御手段は、前記ペダル部材の共振周波数に基づいて、前記加振手段による前記加振の振動周波数を制御することを特徴とする車両用ペダル装置によって達成される。
【００１０】
本発明において、加振制御手段は、ペダル部材の共振周波数に基づいて、加振手段による加振の振動周波数を制御する。これにより、ペダル部材の振動を効率的に増幅されることができ、ペダル部材をより効果的に加振することができる。
【００１１】
この場合、請求項２に記載する如く、請求項１記載の車両用ペダル装置であって、
前記加振制御手段は、前記加振手段および前記ペダル部材の慣性力と、前記反力付加手段のバネ力と、前記ペダル部材に対する踏込力とに基づいて、前記ペダル部材の共振周波数を算出してもよい。この場合、ペダル部材に対する踏込力を定数項と仮定して、ペダル部材の共振周波数を算出してもよい。
【００１２】
また、請求項３に記載する如く、請求項２記載の車両用ペダル装置であって、
前記加振制御手段は、演算式、
【００１３】
【数１】
2007022396.tif 000003
に基づいて、前記ペダル部材に対する踏込力Ｆを算出し、Ｍは慣性質量、Ｂは粘性係数、Ｋはバネ定数、Ｘは前記ペダル部材の踏込角度としてもよい。これにより、ペダル部材に対する踏込力Ｆがより精度よく算出されることから、共振周波数を高精度に算出することができる。したがって、アクセルペダルの振動はより効率的に増幅される為、アクセルペダルをより効果的に加振することができる。
【００１４】
さらに、請求項４に記載する如く、請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の車両用ペダル装置であって、
前記加振制御手段は、前記加振手段による前記加振の振動周波数を前記共振周波数の近傍となるように制御してもよい。これにより、ペダル部材の振動を効率的に増幅されることができる。なお、共振周波数の近傍となるようにとは、共振周波数に一致させる場合も含むものとする。
【００１５】
請求項５に記載する如く、請求項１記載の車両用ペダル装置であって、
車両の状態量を検出する状態量検出手段を更に備え、
前記加振制御手段は、前記状態量検出手段により検出された前記状態量に応じて、前記加振手段による前記加振の振動周波数を変更してもよい。これにより、ペダル部材の振動状態により、運転者は他車両との接近、加速状態等の車両状態を認識することができ、車両の安全性が向上する。
【００１６】
請求項６に記載する如く、請求項１乃至５のうちいずれか１項記載の車両用ペダル装置であって、
前記加振手段は前記ペダル部材に取付けられた駆動部と、該駆動部の駆動軸に連結され、偏心したマス部材と、を有していてもよい。駆動部が駆動軸を回転させることにより、駆動軸を中心としてマス部材が振れまわり運動を行い、振動が発生する。
【００１７】
請求項７に記載する如く、請求項１乃至６のうちいずれか１項記載の車両用ペダル装置であって、
前記車両の状態量は、例えば先行車までの車間距離、先行車に対する相対速度、車両の負荷状態、車両の走行状態からなる群のうちいずれか少なくとも一つから選択されてなる。
【００１８】
例えば、反力付加手段は、状態量検出手段により検出された先行車までの車間距離が所定距離以下となるときに、ペダル部材に反力を付加してもよい。これにより、例えば運転者に対して、警告を行うことができる。なお、車両の負荷状態とは、例えば車両の走行抵抗、走行路の傾斜角度、走行加速度等を指す。また、車両の走行状態とは、例えば走行路の路面摩擦係数等を指す。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ペダルを効果的に加振して、確実に運転者に報知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。なお、車両用の制御装置の基本概念、主要なハードウェア構成、作動原理、及び基本的な制御手法等については当業者には既知であるため、詳しい説明を省略する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施例に係る車両用ペダル装置の構成を示す概略図である。本実施例に係る車両用ペダル装置１は、運転者が踏込み操作を行うアクセルペダル等の車両ペダル３を備えている。アクセルペダル３には、ペダルレバー５の一端が接続され、ペダルレバー５の他端側は、車両本体の回転軸５ａに回動自在に連結されている。また、ペダルレバー５の他端には、アクセルペダル３の動作をエンジンのスロットルバルブ（図示しない）に伝達するアクセルワイヤー２０が接続されている。さらに、ペダルレバー５の他端は、リターンスプリング等の弾性部材７により付勢されている。このリターンスプリング７の付勢力は、アクセルペダル３が踏込まれた際に基本反力Ｆ１として作用する。さらに、リターンスプリング７は、アクセルペダル３への踏込力Ｆが解除された後、アクセルペダル３を元の位置に戻す機能を有している。
【００２２】
ペダルレバー５には、ペダルレバー５およびアクセルペダル３を加振する電動モータ等の駆動部９が取り付けられている。例えば、電動モータ９の駆動軸９ａには、所定質量を有するマス部材１１が連結されている。
【００２３】
マス部材１１は偏心しており、例えば、径ｒ（ｍ）、中心角度２ａ（ｒａｄ）、厚さｔ（ｍ）の扇形状に形成されている（図２）。
【００２４】
電動モータ９の駆動軸９ａが回転すると、駆動軸９ａを中心としてマス部材１１が振れまわり運動を行う。このマス部材１１の振れまわり運動により、電動モータ９は振動する。電動モータ９の振動は、ペダルレバー５を介してアクセルペダル３に伝達され、アクセルペダル３が加振される。
【００２５】
なお、電動モータ９は、供給される電流に応じて回転数（回転速度）を変化させる。電動モータ９の回転数が変化すると、この回転数に応じて、電動モータ９の振動周波数が変化する。例えば、電動モータ９の回転数が増加すると、電動モータ９の振動周波数が増加する。一方、電動モータ９の回転数が減少すると、電動モータ９の振動周波数が減少する。また、電動モータ９として、安価なＤＣモータを用いているが、より高精度なパルスモータ（ステップモータ）を用いてもよい。
【００２６】
電動モータ９には、電動モータ９を駆動させる駆動回路１３が接続されている。駆動回路１３は、可変式抵抗１３ａおよびリレー回路１３ｂを有し、このリレー回路１３ｂには電源１５が接続されている。リレー回路１３ｂは、励磁コイルと接点等から構成されている。
【００２７】
リレー回路１３ｂは、通常、接点が接続されないオフ状態にあり、励磁コイルが励磁されると接点が接続され、オン状態となる。リレー回路１３ｂがオン状態になると、電源１５からリレー回路１３ｂを介して、電動モータ９に電流が供給される。一方、リレー回路１３ｂがオフ状態になると、電動モータ９への電流の供給が停止する。また、リレー回路１３ｂと電源１５との間には、可変式抵抗１３ａが直列接続されている。この可変式抵抗１３ａにより、電動モータ９に供給される電流が調整され、電動モータ９の回転数が制御される。
【００２８】
駆動回路１３には、駆動回路１３を制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ、電子制御装置）等の制御部１７が接続されている。なお、ＥＣＵ１７は、マイクロコンピュータから構成されており、制御、演算プログラムに従って各種処理を実行するとともに、装置の各部を制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１７ａ、ＣＰＵ１７ａの実行プログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）１７ｂ、演算結果等を格納する読書き可能なＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１７ｃ、タイマ（図示しない）、カウンタ（図示しない）、入出力インターフェイス１７ｄ等を有している。なお、タイマ、およびカウンタはＲＯＭ１７ｂに格納され、ＣＰＵ１７ａによって実行されるプログラムによって実現されている。
【００２９】
ＥＣＵ１７は、駆動回路１３に制御信号を送信して、リレー回路１３ｂをオン状態又はオフ状態にする。また、ＥＣＵ１７は駆動回路１３に制御信号を送信して、可変式抵抗１３ａを変化させることで、電動モータ９に供給される電流を調整し、電動モータ９の回転数を制御する。すなわち、ＥＣＵ１７は、駆動回路１３に制御信号を送信することにより、電動モータ９の回転数を制御し、電動モータ９の振動周波数を制御する。
【００３０】
ＥＣＵ１７には、車両の状態量を検出する車間距離センサ等の車両センサ１９が接続されている。ＥＣＵ１７は、この車両センサ１９からの信号に基づいて、車両が異常状態等にあるか否かを判断する。ＥＣＵ１７は車両が異常状態にあると判断したときは、上述の如く、駆動回路１３に制御信号を送信し、電動モータ９を回転駆動させることで、アクセルペダル３を振動させる。これにより、車両が異常状態にあることを運転者に報知することができる。なお、運転者にアクセルペダル３を振動させて、異常を報知する際、アクセルペダル３の振動周波数２０〜３０（ｋＨｚ）とするのが効果的である。
【００３１】
例えば、ＥＣＵ１７には、先行車との車間距離を検出するレーザレーダ等の車間距離センサ１９が接続されている。ＥＣＵ１７は車間距離センサ１９により検出された車間距離が所定距離以下となり、先行車に異常接近していると判断したとき、駆動回路１３に制御信号を送信し、電動モータ９を回転駆動させることで、アクセルペダル３を加振する。アクセルペダル３を加振することで、先行車に異常接近していることを運転者に対して報知することができる。
【００３２】
また、ＥＣＵ１７は、先行車に対する相対速度が所定速度以上であると判断したとき、駆動回路１３に制御信号を送信し、電動モータ９を回転駆動させることで、アクセルペダル３を加振してもよい。この場合、ＥＣＵ１７は、例えば、車間距離センサ１９により検出された先行車との車間距離に対して、微分処理等の演算処理を行い、先行車に対する相対速度を算出する。先行車に対する相対速度が所定速度以上であるとき、アクセルペダル３を加振することで、運転者に対して、異常を報知することができる。
【００３３】
なお、本実施例に係る車両用ペダル装置１は、アクセルペダル３、ペダルレバー５、電動モータ９、およびマス部材１１からなる慣性質量ｍ（ｋｇ）と、慣性質量ｍに対してバネ定数ｋ（Ｎ／ｍ）で基本反力Ｆ１を付加するリターンスプリング７と、運転者のアクセルペダル３の踏込力Ｆと、から構成されるバネ振動系として考えることができる。ここで、運転者がアクセルペダル３を単調に踏込む状態を想定して、運転者のアクセルペダル３の踏込力Ｆは一定（定数項）とする。
【００３４】
このバネ振動系において、慣性質量ｍの固有振動数とバネ定数ｋのリターンスプリング７の振動数とが一致し、これらが共振するときの共振振動数ｆ（Ｈｚ）は、下記の式（１）によって算出される。なお、慣性質量ｍを構成するアクセルペダル３、ペダルレバー５、電動モータ９、およびマス部材１１は、一体であると仮定する。
【００３５】
【数２】
2007022396.tif 000004
例えば、上述したようにアクセルペダル３の共振周波数ｆを２０〜３０（ｋＨｚ）に設定する場合、慣性質量ｍを０．１５（ｋｇ）とすれば、上記（１）式から、バネ定数ｋは２４００〜５３００（Ｎ／ｍ）に設定すればよい。
【００３６】
また、電動モータ９およびマス部材１１から発生する振動の周波数を、上記（１）式により算出された共振周波数ｆに近づけるように設定すれば、アクセルペダル３の振動は効率的に増幅される為、アクセルペダル３をより効果的に加振することができる。
【００３７】
具体的には、まず目標とするアクセルペダル３の共振周波数ｆ（例えば、２０〜３０ｋＨｚ）を設定し、また上記慣性質量ｍを求める。次に、目標とする共振周波数ｆ（以下、目標共振周波数と称す）、および慣性質量ｍを上記（１）式に代入して、バネ定数ｋを算出する。なお、予め設定されたバネ定数ｋと慣性質量ｍとに基づいて、上記（１）式により目標共振周波数ｆを算出してもよい。
【００３８】
一方、ＥＣＵ１７は、電動モータ９の振動数周波数が予めＲＯＭ１７ｂに設定された目標共振周波数ｆとなるように、駆動回路１３に制御信号を送信して、電動モータ９の駆動軸９ａの回転数を制御する。電動モータ９の駆動軸９ａが回転すると、駆動軸９ａを中心としてマス部材１１が振れまわり運動を行う。このマス部材１１の振れまわり運動により、電動モータ９には目標共振周波数ｆの振動が発生する。
【００３９】
なお、慣性質量ｍは共振周波数ｆで共振し、さらに電動モータ９によって略同一の振動周波数の振動で加振され共振することから、アクセルペダル３の振動は効果的に増幅される。
【００４０】
以上、本実施例に係る車両用ペダル装置１において、電動モータ９およびマス部材１１から発生する振動の周波数を、慣性質量ｍの共振周波数ｆに近づけるように電動モータ９の回転数を制御している。これにより、アクセルペダル３の振動は効率的に増幅される為、アクセルペダル３をより効果的に加振することができる。また、アクセルペダル３の振動が効率的に増幅されることから、電動モータ９の消費電力を低減することができ、さらに電動モータ９およびマス部材１１を含めた加振器を小型化することが可能となる。
【００４１】
以上、本発明を実施するための最良の形態について一実施例を用いて説明したが、本発明はこうした一実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上述した一実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００４２】
例えば、上記一実施例において、マス部材１１を連結した電動モータ９によりアクセルペダル３の加振を行っているが、マス部材を連結したソレノイド、又は圧電素子によりアクセルペダル３の加振を行ってもよい。
【００４３】
また、上記一実施例において、アクセルペダル３を加振する場合に適用されているが、ブレーキペダルを加振する場合にも適用可能である。
【００４４】
上記一実施例において、運転者のアクセルペダル３の踏込力Ｆを一定と仮定したバネ振動系に基づいて、共振周波数ｆを算出しているが、運転者のアクセルペダル３の踏込力Ｆが変化し、その踏込力の変化を考慮したバネ振動系に基づいて共振周波数ｆを算出してもよい。これにより、運転者によるアクセルペダル３の踏込み方に応じた共振周波数ｆが算出される為、より高精度に共振周波数ｆを算出することができる。したがって、アクセルペダル３の振動はより効率的に増幅される為、アクセルペダル３をより効果的に加振することができる。
【００４５】
具体的には、運転者のアクセルペダル３に対する踏込力Ｆは、バネ力、粘性力、および慣性力に置換えて、より精度よく表現することができる（図３）。具体的には、運転者の踏込力Ｆ２はバネ定数をＫとし、粘性係数をＢとし、慣性質量をＭとしたとき、下記（２）式により求められる。なお、下記（２）式において、Ｘはアクセルポジションセンサ２１により検出されるアクセルペダルの踏込量、例えばペダルレバー５の回動角度Ｘ（以下、ペダル角度と称す）を表している。
【００４６】
【数３】
2007022396.tif 000005
また、アクセルペダル３に対する踏込力Ｆは、ペダルレバー５のレバー比により増力され、リターンスプリング７の基本反力Ｆ１とつりあう為、下記（３）式が成立する。
【００４７】
【数４】
2007022396.tif 000006
したがって、上記（３）式に上記（２）式を代入すると、下記（４）式が算出される。
【００４８】
【数５】
2007022396.tif 000007
なお、上記（４）式におけるバネ定数Ｋ、粘性係数Ｂ、および慣性質量Ｍは、アクセルポジションセンサ２１からのペダル角度Ｘに基づいて、最小２乗法等により算出する。また、電動モータ９によりアクセルペダル３の加振を行っているときのペダル角度Ｘを用いて、上述のパラメータ同定を行えば、より正確なバネ振動系が導出され、より高精度に共振周波数を算出することができる。
【００４９】
上記一実施例において、ＥＣＵ１７は車両センサ１９からの信号に基づいて、電動モータ９によるアクセルペダル３の振動周波数を増減させるように制御してもよい。例えば、ＥＣＵ１７は車間距離センサ１９により検出された車間距離が小さくなるにしたがって、駆動回路１３に制御信号を送信することで、電動モータ９を制御して、アクセルペダル３の振動周波数を増加させるようにしてもよい。これにより、運転者は他車両との接近状態、他車両に対する相対速度、車両の加減速状態等の車両状態をアクセルペダル３の振動状態により認識することができる。これにより、車両の安全性が向上する。
【００５０】
上記一実施例において、アクセルペダル３、ペダルレバー５又は電動モータ９に振動を検出する振動センサを配設し、ＥＣＵ１７は振動センサにより検出された振動に基づいて、所謂フィードバック制御を行ってもよい。具体的には、ＥＣＵ１７は振動センサからの信号に基づいてアクセルペダル３の振動周波数を算出し、この振動周波数に基づいて、目標共振周波数ｆとなるように電動モータ９に制御信号を送信してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、例えばアクセルペダルを加振する車両用ペダル装置に利用できる。搭載される車両の外観、重量、サイズ、走行性能等は問わない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施例に係る車両用ペダル装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施例に係る車両用ペダル装置のマス部材および電動モータを示す図である。
【図３】運転者のアクセルペダルに対する踏込力を、バネ力、粘性力、および慣性力に置換えて表現したバネ振動系を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１    車両用ペダル装置
３    アクセルペダル
５    ぺダルレバー
７    リターンスプリング
９    電動モータ
１１    マス部材
１３    駆動回路
１７    ＥＣＵ
１９    車両センサ
【図１】
2007022396.tif 000009
【図２】
2007022396.tif 000010
【図３】
2007022396.tif 000011