(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部材を駆動する駆動部と、
入力値がゼロでない場合に、人により操作される操作子に対して、前記駆動部材が前記操作子の操作方向とは逆方向の力を出力するように前記駆動部への通電を制御し、
前記入力値がゼロまたは前記入力値が入力されない場合に、前記駆動部材が前記操作子の操作方向と同じ方向の力を出力するように前記駆動部への通電を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記入力値がゼロまたは前記入力値が入力されない場合において、前記駆動部の変位を示す信号が立ち上がってから所定時間経過したときに、前記駆動部材が前記操作子の操作方向と同じ方向の力を出力するように前記駆動部への通電を開始する、
反力出力装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記入力値がゼロまたは前記入力値が入力されない場合において、前記駆動部の変位を示す信号が立ち上がってから所定時間経過し、さらに、前記駆動部の駆動量が閾値を超えたときに、前記駆動部材が前記操作子の操作方向と同じ方向の力を出力するように前記駆動部への通電を開始する、
請求項１に記載の反力出力装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記入力値がゼロまたは前記入力値が入力されない場合に前記駆動部が出力する力が、前記入力値がゼロでない場合に前記駆動部が出力する力よりも小さくなるように前記駆動部への通電を制御する、
請求項１または２に記載の反力出力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反力出力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の発進時や走行時の意図しない急激な加速などを抑制するために、例えば、アクセルペダルを踏み込む力（踏力）とは逆方向の力（反力）をアクセルペダルに出力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１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載のアクセルペダル装置は、ペダルアームの基端を回動可能に軸支するハウジングに、ペダルアームを初期位置に戻すためのリターンスプリングと、反力を作り出すためのモータと、そのモータの回転をペダルアームに伝達するためのレバーとが内蔵されている。このアクセルペダル装置では、モータが制御装置によってアクセルペダルの踏込状態に応じた出力に制御され、その出力が伝達レバーを通してペダルアームに付与されるようになっている。
【０００４】
このような反力出力装置は、急加速を抑制するためだけでなく、アクセルペダルとスロットルバルブとの連結を省略した構成（いわゆるドライブバイワイヤ）を採用した場合に、アクセルペダルの自然な踏み心地（アクセルフィーリング）を運転者に与えるためにも使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１１１３７９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に記載の反力出力装置では、上位装置から反力の出力指示を受信しない場合、駆動モータのフリクショントルクによって、操作子の操作性が悪く感じられる場合があった。この結果、例えばアクセルペダル装置に適用された場合、アクセルフィーリングが悪化する場合があった。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、反力の出力指示が無い期間におけるフリクショントルクを抑制することができる反力出力装置を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の反力出力装置は以下の構成を採用した。
（１）駆動部材を駆動する駆動部と、入力値がゼロでない場合に、人により操作される操作子に対して、前記駆動部材が前記操作子の操作方向とは逆方向の力を出力するように前記駆動部への通電を制御し、前記入力値がゼロまたは前記入力値が入力されない場合に、前記駆動部材が前記操作子の操作方向と同じ方向の力を出力するように前記駆動部への通電を制御する制御部と、を備え、前記制御部が、前記入力値がゼロまたは前記入力値が入力されない場合において、前記駆動部の変位を示す信号が立ち上がってから所定時間経過したときに、前記駆動部材が前記操作子の操作方向と同じ方向の力を出力するように前記駆動部への通電を開始するようにした。
係る構成によれば、入力値がゼロまたは入力されない場合に、駆動部材が操作子の操作方向と同じ方向の力を出力するように駆動部への通電を制御することにより、反力の出力指示が無い期間におけるフリクショントルクを抑制することができる。従って、反力出力装置は、例えば、運転者がアクセルペダルの踏み込んだ際に、アクセルペダルの踏み心地を向上させることができる。
また、係る構成によれば、反力出力装置は、例えば、モータが回転し始めてから所定時間経過後に、モータのフリクショントルクと逆方向の力を出力し、フリクショントルクを抑制することができる。
【００１１】
（２）前記制御部は、前記入力値がゼロまたは前記入力値が入力されない場合において、前記駆動部の変位を示す信号が立ち上がってから所定時間経過し、さらに、前記駆動部の駆動量が閾値を超えたときに、前記駆動部材が前記操作子の操作方向と同じ方向の力を出力するように前記駆動部への通電を開始してもよい。
係る構成によれば、反力出力装置は、入力値がゼロまたは入力値が入力されない場合において、例えば、モータの回転数が閾値を超えた場合に、モータのフリクショントルクと逆方向の力を出力し、フリクショントルクを抑制することができる。
（３）前記制御部は、前記入力値がゼロまたは前記入力値が入力されない場合に前記駆動部が出力する力が、前記入力値がゼロでない場合に前記駆動部が出力する力よりも小さくなるように前記駆動部への通電を制御してもよい。
係る構成によれば、反力出力装置は、入力値がゼロまたは入力値が入力されない場合において、入力値がゼロでない場合に駆動部が出力する力よりも小さい力を出力する。これによって、反力出力装置は、例えばモータが回転しない範囲で、フリクショントルクを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、反力の出力指示が無い期間におけるフリクショントルクを抑制することができる反力出力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態に係る反力出力装置１０を備えアクセルペダル装置１の外観構成の一例を示す図である。
【図２】一実施形態に係る反力出力装置１０の内部構造の一例を示す図である。
【図３】一実施形態に係る反力出力装置１０の制御回路を中心とした機能構成の一例を示す図である。
【図４】ペダル本体部６に掛かる力の向き及び大きさの一例を示す概念図である。
【図５】通常制御およびフリクショントルク抑制制御を行うタイミングの一例を示す図である。
【図６】一実施形態に係る反力出力装置１０の制御回路により実行される処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照し、本発明の反力出力装置の実施形態について説明する。一実施形態における反力出力装置は、例えば、車両の加速を指示するために設けられたアクセルペダル等の操作子に対し、踏み込む力（踏力）とは逆向きの力（反力）を出力する装置である。反力出力装置を使用することにより、アクセルフィーリングを向上させたり、燃費を節約したアクセルワークを促すよう伝達したり、種々の安全制御を行ったりすることができる。安全制御としては、カーブの手前や市街地、スクールゾーン等において、過剰な加速を抑制するために、比較的大きい反力を出力する制御が挙げられる。また、単に基準を超えた急なアクセルペダルの操作がなされた場合には、誤操作と判断して大きい反力を出力する制御が行われてもよい。また、本実施形態における反力の出力対象である操作子は、アクセルペダルに限定されず、ブレーキペダル、ステアリングホイール、或いはゲーム機の操作デバイス等であってもよい。
【００１５】
図１は、一実施形態に係る反力出力装置１０を備えるアクセルペダル装置１の外観構成の一例を示す図である。
アクセルペダル装置１は、運転席の足元前方に設置されるペダル本体ユニット２と、ペダル本体ユニット２の上方に設置される反力出力装置１０と、を備えている。
【００１６】
ペダル本体ユニット２は、車体に取り付けられる保持ベース２ａと、保持ベース２ａに設けられた支軸２ｂに基端が回動可能に支持されるペダルアーム４と、ペダルアーム４の先端部に設けられ、運転者によって踏力を付与されるペダル本体部６とを備え、保持ベース２ａには、ペダルアーム４を初期位置に常時付勢する図示しないリターンスプリングが設けられている。
【００１７】
ペダルアーム４には、ペダルアーム４の操作量（回動角度）に応じて内燃機関（エンジン）の図示しないスロットルバルブの開度を操作するための図示しないケーブルが接続されている。ただし、内燃機関が電子制御スロットルを採用する場合には、ペダル本体ユニット２にペダルアーム４の回動角度を検出するための回転センサを設け、その回転センサの検出信号を基にしてスロットルバルブの開度を制御するようにしてもよい。また、ペダルアーム４の基端の近傍部には、ペダルアーム４の延出方向とほぼ相反する方向に延出する反力伝達レバー８が一体に連結されている。
【００１８】
また、反力出力装置１０の駆動部材である出力レバー１２の先端部と反力伝達レバー８の先端部とは、当接可能となっている。反力出力装置１０の駆動部材である出力レバー１２の回動力は、反力伝達レバー８を介してペダルアーム４に出力される。このように反力出力装置１０は、踏力の方向とは逆方向の反力を操作子に出力する。
【００１９】
図２は、一実施形態に係る反力出力装置１０の内部構造の一例を示す図である。図２では、ハウジング部材１４の上面のカバーを取り去り、ハウジング部材１４（反力出力装置１０）の内部状態を示している。本実施形態における反力出力装置１０は、反力を作り出すための駆動源であるモータ２０と、ハウジング部材１４に回動可能に軸支される反力出力軸１６と、ギア減速機構３０と、回路基板５０とを備えている。ギア減速機構３０は、モータ２０の回転子の回転を減速しモータ２０側から出力するトルクＴを増大させ、モータの回転軸２２方向から反力出力軸１６方向へと偏向して増大させたトルクＴを出力レバー１２に伝達する。反力出力軸方向の一端部は、ハウジング部材１４の側面から外側に突出し、その突出した端部に出力レバー１２が一体に連結されている。
【００２０】
また、ギア減速機構３０は、例えば、出力レバー１２が、ペダルアーム４が戻る方向に移動するのを許容するワンウェイクラッチ３２を有する。このため、ペダルアーム４から運転者が足を離すと、前述したリターンスプリングとワンウェイクラッチ３２の作用によってペダルアーム４が元の位置に戻ることになる。一方、ワンウェイクラッチ３２は、出力レバー１２が、ペダルアーム４が踏み込まれる方向出力レバー１２に移動するのを許容しないため、ペダルアーム４が踏み込まれる場合、モータ２０の回転を伴うことになる。この結果、運転者は、ペダルアーム４の踏み込み開始時などにおいて、意図しない反力とを受け、ペダルを重く感じる場合がある。この反力は、無通電時におけるモータ２０のフリクショントルクに起因した力である。フリクショントルクは、特に、ギア減速機構３０内のギヤ比が大きい程より顕著に生じやすい。
【００２１】
モータ２０の回転子の回転は、回路基板５０に実装された制御回路によって制御される。回路基板５０には、後述する上位ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）と制御回路とで信号を送受信するための図示しないＣＡＮ（Controller  Area  Network）ケーブルが接続されている。また、回路基板５０とモータ２０とは図示しないケーブルを介して接続されており、回路基板５０から送られる制御信号に基づいて、モータ２０の回転子の回転が制御される。また、モータ２０の回転子を覆う筐体には小孔やスリット等が設けられ、小孔やスリット等にはホールＩＣ（Integrated  Circuit）が嵌込設置されている。ホールＩＣは、小孔やスリット等を透過する磁束強度を検出し、検出した磁束強度に応じたパルス状の電圧を出力する。ホールＩＣによって検出される磁束強度は、モータ２０内の回転子の回転に応じて変化する。このため、反力出力装置１０は、ホールＩＣの出力電圧に基づいて回転子の回転量を検出することができる。反力出力装置１０は、例えば、ホールＩＣにより検出される磁束強度が閾値を超えるタイミングの間隔に基づき、回転数ｎを算出する。前述したように、ワンウェイクラッチ３２の作用によって、ホールＩＣの出力は、ペダルアームが踏み込まれることに伴うモータの回転子の回転を示すものである。
【００２２】
図３は、一実施形態に係る反力出力装置１０の制御回路を中心とした機能構成の一例を示す図である。図３において、反力出力装置１０は、モータ２０と、上位ＥＣＵ７０との間でＣＡＮ通信を行うＣＡＮ制御回路５４と、マイクロコントローラ（マイコン）５６と、モータドライバＩＣ５８と、パワーＦＥＴ（Field  Effect  Transistor）６０と、ホールＩＣ６４Ｕ、６４Ｖ、６４Ｗと、ホールＩＣ６４と、電流検出センサ６６とを備える。なお、以下において、ホールＩＣ６４Ｕ、６４Ｖ、６４Ｗを特に区別しない場合、総称してホールＩＣ６４と記載する。
【００２３】
上位ＥＣＵ７０は、例えば、ペダルアーム４の操作量に応じてスロットルバルブの開度等を制御することで、エンジン７２の駆動制御を行う。エンジン７２は、出力軸であるクランクシャフトが車軸に連結され、車両の走行駆動力を出力する。なお、走行駆動部としては、エンジン７２に走行用モータを加えた構成であってもよいし、エンジン７２を備えず走行用モータのみにより走行駆動力を出力する構成であってもよい。
【００２４】
マイコン５６は、ＣＡＮ制御回路５４を介して上位ＥＣＵ７０とＣＡＮ通信を行う。マイコン５６は、「制御部」の一例である。マイコン５６は、反力出力装置１０が作り出す反力の大きさの基準となる反力設定値Ｐを、上位ＥＣＵ７０から受信する。反力設定値Ｐとは、「入力値」の一例である。反力設定値Ｐは、例えば、アクセル開度が小さい場合（例えば０［％］〜１０［％］など）、運転者によって反力オフモードに設定されている場合などにおいて、ゼロに設定されることがある。この場合、反力設定値Ｐ自体が送信されないものとしてもよい。
【００２５】
マイコン５６は、反力設定値Ｐに基づいて、モータドライバＩＣ５８に与える制御量として電流指令値Ｉを決定する。この際、マイコン５６は、例えば、電流指令値Ｉ、反力設定値Ｐ、およびモータ２０の回転数などの情報に基づき、電流指令値Ｉを決定する。モータドライバＩＣ５８は、電流指令値Ｉに基づいてＰＷＭ制御時のパルス幅やデューティ比等を決定し、パワーＦＥＴ６０へ通電させる電流を制御し、モータ２０を回転させる。マイコン５６は、電流指令値Ｉを制御目標値とし、この制御目標値に対して、例えばＰＩ制御（Proportional−Integral  Controller）を行う。
【００２６】
パワーＦＥＴ６０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれのパワーＦＥＴ６０Ｕ、６０Ｖ、６０Ｗを備え、各パワーＦＥＴは、モータ２０の対応する相のコイルにそれぞれ接続されている。モータドライバＩＣ５８は、各相のパワーＦＥＴを循環的にオン／オフすることで各相のコイルに磁界を発生させ、モータ２０の回転子を回転させる。
【００２７】
マイコン５６には、モータ２０へ通電される電流を検出するための電流検出センサ６６と、モータドライバＩＣ５８とが接続されている。マイコン５６は、電流検出センサ６６により検出された電流を示す信号を受信する。モータドライバＩＣ５８の入力端には、マイコン５６に加え、３つのホールＩＣ６４Ｕ、６４Ｖ、６４Ｗが接続されており、モータドライバＩＣ５８は、ホールＩＣ６４Ｕ、６４Ｖ、６４Ｗ各々が出力する電圧の変化を受け付ける。モータドライバＩＣ５８は、ホールＩＣ６４Ｕ、６４Ｖ、６４Ｗからの入力に基づいて、モータ２０の回転数ｎを示す信号をマイコン５６に出力する。
【００２８】
ここで、原則的に、反力出力装置は、上位ＥＣＵ７０から受信した反力設定値Ｐがゼロである場合（或いは設定値を示す信号そのものを受信しない場合）、反力設定値Ｐに基づく電流をモータに通電しない。
【００２９】
しかしながら、運転者は、反力設定値Ｐがゼロまたは反力設定値Ｐが受信されない期間において、ペダル本体部６を踏み込んだ際に、モータ２０のフリクショントルクの影響を受け、ペダル本体部６が重く感じられる場合がある。
【００３０】
そこで、本実施形態の反力出力装置１０は、電流指令値Ｉ（反力設定値Ｐ）に基づく電流をモータ２０に通電しない期間において、モータ２０のフリクショントルクを抑制するように、ペダル本体部６の操作方向と同じ方向の力を出力するための微小電流を、モータ２０に通電させる。以下、図面を参照して、モータ２０に微小電流を通電させる処理について説明する。
【００３１】
図４は、ペダル本体部６に掛かる力の向き及び大きさの一例を示す概念図である。図中に示す基線ＬＮ１から右側の力は、モータ２０が受ける力の一部を含み、基線ＬＮ１から左側の力は、ペダル本体部６を踏み込んだ際に運転者が受ける力の一部を含む。
【００３２】
マイコン５６は、モータ２０のフリクショントルクを抑制させるために、電流指令値Ｉに基づく電流をモータ２０に通電した際にモータ２０内部で形成される第１の磁界と逆方向の第２の磁界を形成させるような電流指令値を決定する。すなわち、反力出力装置１０は、第２の磁界をモータ２０内部に形成させることにより、フリクショントルクを相殺、または減少させる逆向きの力を生成することができる。以下、モータ２０に第２の磁界を形成させる電流指令値を、「電流指令値Ｉ＃」と称する。また、モータ２０に対して、電流指令値Ｉに基づく電流をモータ２０に通電させる制御を「通常制御」と称し、電流指令値Ｉ＃に基づく電流をモータ２０に通電させる制御を「フリクショントルク抑制制御」と称する。
【００３３】
電流指令値Ｉ＃は、例えば、想定されるフリクショントルクの大きさに応じて適宜変更され、第２の磁界により生じる力の大きさがフリクショントルクと同じか、或いはそれ以下になるように設定される。また、電流指令値Ｉ＃は、予め定められて一定値であってもよい。マイコン５６は、決定した電流指令値Ｉ＃をモータドライバＩＣ５８に与えることにより、モータ２０の回転子が回転しない程度の微小電流をモータ２０に通電させる。
【００３４】
図５は、通常制御およびフリクショントルク抑制制御を行うタイミングの一例を示す図である。図中のグラフＧ１〜Ｇ３において、それぞれ縦軸は、ホールＩＣ６４のパルス電圧［Ｖ］、アクセル開度、モータ２０へ通電される電流［Ａ］であり、横軸は共通して時間ｔ［ｓ］である。なお、上述したように、ホールＩＣ６４のパルス電圧［Ｖ］は、ペダルアームが踏み込まれることに伴うモータの回転子の回転を示す。
【００３５】
運転者が、例えば時刻ｔ１にペダルアーム４の踏み込みを開始し、時刻ｔ３に踏み込みを終了した場合、ホールＩＣ６４は、時刻ｔ１に立ち上がり時刻ｔ３に立ち下がるパルス電圧を出力する。この期間において、アクセル開度は、時刻ｔ１からｔ３の間において徐々に上昇し、時刻ｔ３から低下し始める。
【００３６】
従って、マイコン５６は、反力設定値Ｐに基づく電流をモータ２０に通電しない期間において、ホールＩＣ６４が出力するパルス電圧が立ち上がった時刻ｔ１から所定時間Δｔ（例えば５０［ｍｓ］）経過した時刻ｔ２に、フリクショントルク抑制制御を開始する。また、マイコン５６は、ホールＩＣ６４が出力するパルス電圧が立ち下がった時刻ｔ３、すなわちモータ２０の回転数ｎが閾値Ｔｈ以下になった時刻ｔ３に、フリクショントルク抑制制御を終了する。なお、フリクショントルク抑制制御は、ホールＩＣ６４が出力するパルス電圧が立ち上がった時刻ｔ１において直ちに開始されてもよいし、次の反力設定値Ｐが受信される時刻までの期間、継続して行われてもよい。
【００３７】
図６は、一実施形態に係る反力出力装置１０の制御回路により実行される処理の流れを示すフローチャートである。本フローチャートの処理は、例えば、所定周期で繰り返し実行される。
【００３８】
まず、反力出力装置１０は、上位ＥＣＵ７０から受信した反力設定値Ｐがゼロ（または反力設定値Ｐを受信しない）か否か判定する（ステップＳ１００）。反力設定値Ｐがゼロでない場合、マイコン５６は、反力設定値Ｐに基づいて電流指令値Ｉを決定し（ステップＳ１０２）、決定した電流指令値ＩをモータドライバＩＣ５８に与え、通常制御を行う（ステップＳ１０４）。これによって、反力出力装置１０は、本フローチャートの１ルーチンを終了する。
【００３９】
マイコン５６は、反力設定値Ｐがゼロ（または反力設定値Ｐを受信しない）場合（ステップＳ１００：Ｙｅｓ）、モータ２０が回転を始めてから所定時間経過した（或いは所定量操作された）か否か判定する（ステップＳ１０６）。反力出力装置１０は、モータ２０が回転を始めてから所定時間経過していない（或いは所定量操作されていない）場合（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、本フローチャートの１ルーチンを終了する。
【００４０】
モータ２０が回転を始めてから所定時間経過した（或いは所定量操作された）場合、マイコン５６は、モータ２０の回転数ｎが閾値Ｔｈを超えたか否か判定する（ステップＳ１０８）。反力出力装置１０は、モータ２０の回転数ｎが閾値Ｔｈを超えない場合、本フローチャートの１ルーチンを終了する。なお、ステップＳ１０８の判定処理を省略してもよい。
【００４１】
モータ２０の回転数ｎが閾値Ｔｈを超えた場合、マイコン５６は、電流指令値Ｉ＃を決定し（ステップＳ１１０）、決定した電流指令値Ｉ＃をモータドライバＩＣ５８に与え、フリクショントルク抑制制御を行う（ステップＳ１１２）。これによって、反力出力装置１０は、本フローチャートの１ルーチンを終了する。
【００４２】
以上のように、本実施形態に係る反力出力装置１０によれば、上位ＥＣＵから受信した反力設定値Ｐがゼロでない場合に、ペダル本体部６に対して反力を出力するように制御し、反力設定値Ｐがゼロ、または反力設定値Ｐを受信しない場合に、操作方向と同じ方向の力を出力するように制御する。これによって、反力出力装置１０は、反力の出力指示が無い期間におけるフリクショントルクを抑制することができる。この結果、反力出力装置１０は、運転者に対し踏み心地のよいペダル操作を提供することができる。
【００４３】
また、本実施形態に係る反力出力装置１０は、反力の出力指示が無い期間におけるモータ２０のフリクショントルクを抑制することにより、ギア減速機構３０内のギア比をより大きく設定することができる。この結果、モータ２０を省電力で駆動でき、モータ２０の発熱を抑制することができる。
【００４４】
以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態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種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１‥アクセルペダル装置、２…ペダル本体ユニット、６…ペダル本体部、１０…反力出力装置、２０…モータ、３０…ギア減速機構、３２…ワンウェイクラッチ、５０…回路基板、５６…マイコン、５８…モータドライバＩＣ、７０…上位ＥＣＵ、７２…エンジン
【図１】
0006421386.tif 000002
【図２】
0006421386.tif 000003
【図３】
0006421386.tif 000004
【図４】
0006421386.tif 000005
【図５】
0006421386.tif 000006
【図６】
0006421386.tif 000007